WO2014118162A1 - Halbleiterschichtenfolge und verfahren zur herstellung einer halbleiterschichtenfolge - Google Patents

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layer
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Werner Bergbauer
Philipp Drechsel
Peter Stauss
Patrick Rode
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Semiconductor layer sequence may be an electronic, in particular an optoelectronic
  • (2003) / DOI 10.1002 / pssc.200303122 relates to a method for producing semiconductor layer sequences.
  • Semiconductor layer sequence comprises these a first nitridic compound semiconductor layer, a second nitridic
  • Semiconductor layer comprising at least in places a nitride compound semiconductor material or consists of a nitride compound semiconductor material.
  • nitride compound semiconductor material is meant a semiconductor material comprising or consisting of Al n Ga m In
  • the first nitridic compound semiconductor layer and the second nitridic compound semiconductor layer at least locally do not adjoin one another directly, but are mutually connected by the intermediate layer
  • Intermediate layer facing surface at the intermediate layer in particular directly adjacent. Furthermore, it is conceivable that, when microcracks form in the intermediate layer at least in places, the second nitridic compound semiconductor layer is at least partially connected to the first nitridic nitride compound semiconductor layer via the microcracks of the intermediate layer.
  • Compound semiconductor layer arranged in a growth direction of the semiconductor layer sequence below and immediately adjacent to each other in succession.
  • Growth direction in the present context means the direction of growth of the semiconductor layer sequence.
  • the intermediate layer at least in places one of the first nitridic
  • Connection can also be understood as a mean lattice constant.
  • Compound semiconductor layer is adapted.
  • Interlayer grows first on the first nitride compound semiconductor layer in the context of
  • Interlayer has specific lattice constant.
  • the specific lattice constant is different from the lattice constant of the first nitride compound semiconductor layer.
  • the intermediate layer grows largely independent of the one by the first nitridic
  • Compound semiconductor layer predetermined lattice constant.
  • the non-lattice-matched growth of the intermediate layer on the first nitride compound semiconductor layer can be achieved in particular by process parameters during the process
  • growing up is meant in the present context in particular an epitaxial growth by means of chemical Vapor deposition (CVD) or physical
  • Vapor deposition for example molecular beam epitaxy (MBE).
  • MBE molecular beam epitaxy
  • LPE liquid phase epitaxy
  • HVPE Hydridgasphasenepitaxie
  • MOCVD metal organic CVD
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • HFCVD hot filament CVD
  • LPCVD low pressure CVD
  • APCVD atmospheric pressure CVD
  • vapor deposition are in each case as basic principles for the growth of the
  • Semiconductor layer sequence is the second nitridic
  • Manufacturing tolerance based on the lattice constant of the intermediate layer grows.
  • the lattice-matched growth of the second nitride compound semiconductor layer on the intermediate layer can be achieved in particular by process parameters during the growth process on the interlayer
  • non-lattice matched growth non-pseudomorphic growth of those described herein
  • the lattice-matched growth is understood in particular to be a pseudomorphic growth of the second nitridic compounds described here
  • Lattice constant perpendicular to the lateral direction may change in particular due to the atomic compounds in the crystal and the resulting forces, the
  • Semiconductor layer sequence comprises these a first nitridic compound semiconductor layer, a second nitridic
  • the intermediate layer has, at least in places, a lattice constant different from the first nitridic compound semiconductor layer, and the second nitridic compound semiconductor layer is at least locally lattice-matched to the intermediate layer.
  • Nitride compound semiconductor layers comprising nitride compound semiconductor materials or consisting of nitride compound semiconductor materials
  • the stresses can lead to damage of the nitride compound semiconductor layers.
  • Silicon growth substrates are not readily possible without a forming layer sequence has damage.
  • the damage may be in the form of macrocracks.
  • Silicon growth substrates have the advantage that they are significantly cheaper than, for example
  • micro- and macro-cracks are cracks that run through the entire semiconductor layer sequence and thus destroy, in particular, light-generating LED structures.
  • microcracks are cracks which can form within a layer or layer sequence, for example the intermediate layer. In other words, the main difference between micro- and macro-cracks is that here
  • microcracks in the intermediate layer and surrounding the intermediate layer nitridic Compound semiconductor layers have no microcracks.
  • the microcracks forming in the intermediate layer are arranged significantly closer to one another in comparison to the macrocracks.
  • Compound semiconductor layer compressively clamped grows up. After completion of the semiconductor layer sequence, in particular cooling, the compressive stress counteracts the tensile tension that forms. There are no macroscopic cracks in the semiconductor layer sequence. Detectable microcracks in the intermediate layer, which are based on a non-lattice-matched material, are to be used as the basis for this surprising finding
  • silicon growth substrates can be used.
  • Grown up semiconductor layer sequence is here comparable to semiconductor layer sequences grown on sapphire or silicon carbide.
  • Semiconductor layer sequence includes the first nitridic
  • a compound semiconductor layer is a nitride compound semiconductor material comprising or consisting of Al n Ga m In] ⁇ n m wherein 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1, the second nitride compound semiconductor layer comprises another one A nitride compound semiconductor material comprising or consisting of Al x InyGa] __ x _yN, wherein 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y 1 and x + y ⁇ 1, and the intermediate layer comprises a nitride compound semiconductor material
  • S has N r Al s Ga] __ r _ or consists of, where 0 ⁇ r ⁇ 1, 0 ⁇ s ⁇ 1, and r + s ⁇ . 1
  • the indices n, m may in particular deviate from the indices x, y.
  • the indices n, m are different from the indices x, y by 10% each.
  • the aluminum content is higher than in the first and second nitridic compound semiconductor layer.
  • the nitride compound semiconductor material described herein may further, for example, to form an active
  • the second electrode Be doped layer.
  • the second electrode Be doped layer.
  • the second electrode Be doped layer.
  • the intermediate layer can consist entirely of A1N.
  • it can consist in particular of a material Al r Ga ] __ r N with r increasing in the direction of growth, where 0 ⁇ r ⁇ 1.
  • r can in particular be values between 0.1 and accept 0.95.
  • the increase in the aluminum content may be linear with increasing growth time or thickness of the intermediate layer having a higher aluminum content. In other words, it forms
  • Layer sequence increases.
  • the growth parameters induce relaxation of the interlayer and microcracks are formed in the interlayer, particularly on the interlayer
  • Material gradients can be based.
  • nitridic compound semiconductor layer for example, in the growth direction of the semiconductor layer sequence
  • nitride compound semiconductor layer have improved current distribution.
  • Semiconductor layer sequence are the nitride compound semiconductor material of the first nitridic
  • Compound semiconductor layer the same values as the indexes x, y of the second nitridic
  • Semiconductor layer sequence have the following composition: GaN / AlN / GaN, GaN being the first nitridic
  • first and second nitridic compound semiconductor layers are identical in terms of their lattice constants within the manufacturing tolerance.
  • a pseudomorphically grown first nitridic compound semiconductor layers are identical in terms of their lattice constants within the manufacturing tolerance.
  • Compound semiconductor layer may under the
  • Lattice constants are different. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor layer sequence comprises the intermediate layer
  • the second nitridic compound semiconductor layer is at least in places
  • the intermediate layer has a different one from the first nitride compound semiconductor layer
  • the interlayer is non-lattice matched or non-pseudomorphic on the first nitride compound semiconductor layer
  • the intermediate layer at least in places comprises individual interlayer blocks and / or
  • Interlayer islands which in sum describe the interlayer and at least in places are not in direct contact with each other. That means the first one
  • nitridic compound semiconductor layer through the microcracks of the intermediate layer for example, with process gases through the intermediate layer can come into direct contact.
  • the lattice-matched second nitride compound semiconductor layer grown on the intermediate layer grows in the microcracks as well as on the individual interlayer blocks formed by the microcracks and / or
  • Compound semiconductor layer merges, connects and / or closes the nitride compound semiconductor material of the second nitridic compound semiconductor layers to form a laterally homogeneously formed second nitridic
  • the intermediate layer has an aluminum content that is greater than the aluminum content of the first and second nitridic compound semiconductor layer.
  • the aluminum content is the
  • Intermediate layer at least 85%. It is also conceivable Aluminum content of 100%. That is, the intermediate layer does not include any elemental gallium within the manufacturing tolerance. Due to the larger content of aluminum in the
  • nitridic compound semiconductor layer That is, for example, the first and second are nitridic
  • Compound semiconductor layer free of aluminum so they have a larger lattice constant in the relaxed state than the aluminum-containing intermediate layer.
  • the intermediate layer has a smaller lattice constant than the first and second nitridic compound semiconductor layer.
  • Interlayer maintains its smaller lattice constant when growing on the first nitride compound semiconductor layer.
  • compound semiconductor layer adopts at least the second nitride compound semiconductor layer
  • the lattice constant of the intermediate layer which is smaller than the material-typical lattice constant of the second nitridic compound semiconductor layer. This grows the second nitride compound semiconductor layer
  • Semiconductor layer sequence includes the first nitridic
  • Compound semiconductor layer a masking layer.
  • comprising is meant in the present context that the masking layer within the first nitridic
  • Compound semiconductor layer is formed, for example, the masking layer in the first nitridic
  • the masking layer may in particular comprise silicon nitride or consist of a silicon nitride.
  • Masking layer can be a reduction of
  • a masking layer can reduce misfits in the first compound nitride semiconductor layer
  • the masking layer of the first nitride compound semiconductor layer is an optional component of the semiconductor layer sequence and induced by it
  • the compressively strained grown second nitridic semiconductor layer sequence Observation of the compressively strained grown second nitridic semiconductor layer sequence. According to at least one embodiment, the
  • Layer thickness of the intermediate layer preferably influences the Production of a semiconductor layer sequence with a
  • Semiconductor layer sequence is the second nitridic
  • nitridic compound semiconductor layer is formed by the non-pseudomorphically or non-lattice-grown intermediate layer and the microcracks of the
  • Compound semiconductor layer is based on the pseudomorphic or lattice-matched growth of the second nitride compound semiconductor layer on the
  • process parameters which can be regulated, varied and / or controlled before, during or after growth of a semiconductor layer.
  • pressure, temperature, gas flow of the individual elements of the nitride compound semiconductor materials used are examples of process parameters.
  • Process parameters in particular the lattice-matched or non-lattice-matched growth of the nitridic compound semiconductor layers described herein and Intermediate layer can influence.
  • a growth process for forming the first and second compound nitriding semiconductor layers may be described, for example, by GaN growth processes based on trimethylgallium (TMGa) and a V / III ratio, particularly determined by NH3-FIUSS in the reactor.
  • TMGa trimethylgallium
  • V / III ratio particularly determined by NH3-FIUSS in the reactor.
  • Semiconductor layer sequence is for the non-pseudomorphic
  • the intermediate layer set a temperature range between about 800-1100 ° C. Furthermore, the pressure is set to 50-150 mbar and a low V / III ratio in the range 50 to 5000, particularly preferably 50 to 500,
  • TMGa trimethylgallium
  • TMA1 trimethylaluminum
  • Compound semiconductor layer is then grown in particular undoped on the intermediate layer and a
  • Reactor operating point corresponds, for example, GaN growth conditions.
  • Compound semiconductor layer are formed undoped. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor layer sequence has the first nitridic
  • the microcracks that form in the intermediate layer form at least in places continuously through the intermediate layer.
  • Microcracks at least in places with the process gases during the growth of the intermediate layer in direct
  • Interlayer may be the first nitridic
  • Compound semiconductor layer having at least one
  • nitridic compound semiconductor layer with hydrogen to form cavities or cavities.
  • top view is understood to mean a perspective parallel to the greatest lateral extent of the semiconductor layer sequence.
  • the viewing direction runs, for example, opposite to the direction of growth.
  • the second nitridic compound semiconductor layer forms a continuous layer, then the microcracks of the intermediate layer are through the second nitridic layer Compound semiconductor layer is covered and it can not
  • Process gas pass through the microcracks in the first nitridic compound semiconductor layer.
  • Semiconductor layer sequence comprises the semiconductor layer sequence, an active layer, which is suitable for receiving and / or generating electromagnetic radiation and the second nitride compound semiconductor layer in the
  • the active layer of the semiconductor layer sequence may be formed by the second nitride compound semiconductor layer.
  • the second nitride compound semiconductor layer may be n-doped and p-doped
  • Area and the p-type region can form the active layer.
  • electromagnetic radiation can here and below mean an electromagnetic radiation with at least one wavelength or a spectral component in an infrared to ultraviolet wavelength range.
  • electromagnetic radiation can be used
  • Semiconductor layer sequence are the cavities of the first nitride compound semiconductor layer free of the first nitridic compound semiconductor layer and an electromagnetic radiation generated in the active layer through the cavities occurs such that upon entry and exit of the electromagnetic radiation at interfaces the cavities are refracted electromagnetic radiation.
  • Radiation can be particularly opposite to that
  • Interfaces which forms between outer surfaces of a cavity of the first nitride compound semiconductor layer sequence and the nitride compound semiconductor material of the first nitridic compound semiconductor layer.
  • the electromagnetic radiation is at these cavities and / or cavities when entering and exiting at least
  • electromagnetic radiation is diffused at least partially diffused on a rough outer surface of the cavities.
  • a semiconductor layer sequence described here can be produced by means of the method. That is, for the method described here for producing a
  • Semiconductor layer sequence performed features are also disclosed for a semiconductor layer sequence described here and vice versa.
  • Nucleation layer and / or masking layer are optional elements of the semiconductor layer sequence described here.
  • a growth substrate with a Aufwachsoberflache According to at least one embodiment of the method, a growth substrate with a Aufwachsoberflache and the
  • the growth surface comprises a silicon.
  • the growth surface may in particular have a [111] crystal orientation of the silicon.
  • a growth surface is formed on the growth surface of the growth substrate
  • the nucleation layer may be an epitaxial layer which is deposited and / or grown, for example, at the same temperature as the subsequent first nitride compound semiconductor layer.
  • the nucleation layer is an optional layer here
  • Nucleation layer may comprise, for example, an A1N and / or an AlGaN.
  • the nucleation layer may comprise a plurality of
  • the method on a side facing away from the growth substrate, the
  • the intermediate layer is grown on a side of the first nitridic compound semiconductor layer facing away from the growth substrate, the lattice constant of the intermediate layer being at least locally different from the first
  • the interlayer is one of the first
  • Interlayer can be chosen by the appropriate
  • Process parameters are controlled, regulated and / or determined during the growth. According to at least one embodiment of the method, during the growth of the intermediate layer, the
  • Microcracks in the intermediate layer Due to the process-controlled non-pseudomorphic or non-lattice-matched growth of the intermediate layer on the first nitridic compound semiconductor layer, microcracks form in the intermediate layer with increasing thickness and / or increasing aluminum content of the intermediate layer.
  • a material gradient may be formed with respect to the aluminum content in the intermediate layer, wherein the aluminum content with increasing thickness in one of the first nitridic compound semiconductor layer facing away
  • the Interlayer at least locally lattice-matched to the second nitridic compound semiconductor layer, wherein the microcracks are filled at least in places by the second nitridic compound semiconductor layer and the second nitridic compound semiconductor layer on the
  • Compound semiconductor layer fills or grows the second nitridic compound semiconductor layer in the microcracks. At the same time growing on the trained separate interlayer blocks and / or
  • Compound semiconductor layer comprising the second nitridic compound semiconductor layer of the microcracks of
  • the active layer is grown on a side of the lattice-matched second nitride semiconductor compound layer facing away from the substrate, wherein the active layer is suitable for receiving and / or generating the electromagnetic radiation.
  • Semiconductor layer sequence generated emission wavelength is at least partially dependent on the composition of the nitride compound semiconductor material.
  • Wax substrate chemically and / or mechanically removed and at least in places, at least in places lateral roughening formed in the first nitridic compound semiconductor layer, the intermediate layer and the second nitridic compound semiconductor layer in a direction away from the active layer.
  • a chemical removal of the substrate for example, a
  • wet-chemical KOH etching process or a dry-chemical etching process is also conceivable.
  • a combination of wet and dry chemical process is also conceivable.
  • Mechanical removal can be done in particular by grinding.
  • a combination of a chemical and mechanical method is conceivable.
  • Nucleation layers and / or masking layers of the first nitridic compound semiconductor layer at least
  • Semiconductor layer sequence includes after removing the
  • the method for producing the semiconductor layer sequence the
  • Compound semiconductor layer can be formed. Due to the microcracks, processing gas, in particular gaseous hydrogen, can pass through the microcracks into the first nitridic compound semiconductor layer, which then becomes
  • Formation of cavities or cavities can lead.
  • hydrogen can be used as the processing gas
  • Compound semiconductor layer additionally supported.
  • Hydrogen is an optional processing gas and is used in particular as a supporting process gas
  • the semiconductor layer sequence is cooled after the formation of the semiconductor layer sequence, and during the cooling, no macrocracks are formed in the semiconductor layer sequence.
  • the compressive strain of the second nitride compound semiconductor layer and thus of the semiconductor layer sequence is sufficient to counteract a tensile stress arising during cooling in such a way that no macrocracks develop.
  • Compound semiconductor layer leads in particular to a compressive strain of the described here
  • the first nitride compound semiconductor layer comprises
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a semiconductor layer sequence described here
  • FIG. 2 shows a further schematic side view of a
  • FIG. 4 a shows an SEM (Scanning Electron Microscopy) Recording a top view of the intermediate layer after growth of the second nitridic
  • FIG. 4b shows the exemplary embodiment of FIG. 4A
  • Compound semiconductor layer having a thickness of 50 nm
  • FIGS. 5a, 5b and 5c show edge-scan Normaski micrographs wherein a 250 nm thick second nitride compound semiconductor layer is deposited on different thickness intermediate layers
  • FIG. 6 shows a graph with measurement results for in-situ wafer curvatures as a function of a growth time
  • FIG. 7 shows a schematic representation and an SEM image of a side view of FIG.
  • FIG. 9 shows a schematic and a microscopic one
  • Figures 10a and 10b show PL (photoluminescence) -microscopic images of a
  • FIG. 11 shows an SEM image of the
  • a semiconductor layer sequence 100 comprising a growth substrate 5 with a growth surface 6 and a substrate surface 7 opposite to the growth surface 6, a nucleation layer 21, a first nitridic compound semiconductor layer 1 with integrated masking layer 20, an intermediate layer 10 and a second nitride compound semiconductor layer 2 with active layer 4.
  • Semiconductor layer sequence 100 are epitaxially grown in succession in the growth direction Z adjacent one another on the growth surface 6 of the growth substrate 5.
  • the growth surface 6 has, for example, a [111]
  • the nucleation layer 21 and the masking layer 20 are to be regarded as optional layer elements, which in particular are the growth of the first favor nitridic compound semiconductor layer 1.
  • the first nitride compound semiconductor layer 1 may have, for example, a thickness of 30 nm to 2000 nm.
  • the second nitride compound semiconductor layer 2 may have a thickness of 30 nm to 5000 nm. As shown in FIG. 1, the intermediate layer 10 adjoins the first nitride compound semiconductor layer 1 and the second nitride compound semiconductor layer 2.
  • the first nitridic is
  • Compound semiconductor layer 1 with the following
  • the intermediate layer 10 grows non-lattice-matched on the first nitride compound semiconductor layer 1 and has a thickness of between 5 nm and 100 nm.
  • the second nitride compound semiconductor layer 2 grows on the intermediate layer 10 lattice-matched.
  • the intermediate layer 10 relaxes in such a way that microcracks 11 form in the intermediate layer 10 (see FIGS. 3A to 3C and FIGS. 4A, 4B and 8).
  • the intermediate layer 10 has, in particular, an aluminum content of 85 to 100% and thus has, in the relaxed state, a smaller lattice constant than the first nitridic one
  • the semiconductor layer sequence 100 illustrated in FIG. 2 comprises nitride Compound semiconductor materials.
  • Compound semiconductor layer 1 comprises a nitride compound semiconductor material comprising or consisting of Al n Ga m In ] ⁇ n m wherein 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1, the second nitride compound semiconductor layer 2 comprises another nitride compound semiconductor material comprising or consisting of Al x Iny Ga] __ x _yN, wherein 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y 1 and x + y ⁇ 1, and the intermediate layer 10 comprises a nitride compound semiconductor material
  • S has N r Al s Ga] __ r _ or consists of, where 0 ⁇ r ⁇ 1, 0 ⁇ s ⁇ 1, and r + s ⁇ . 1
  • the indices n, m may in particular deviate from or be the same as the indices x, y.
  • the intermediate layer 10 comprises individual interlayer blocks and / or interlayer islands, wherein the interlayer blocks and / or interlayer islands at least in places are not in direct contact with each other.
  • microcracks 11 are based in particular on a relaxation of the intermediate layer 10 during the
  • Interlayer islands can be between 1 ym and 500 ym
  • the second nitride compound semiconductor layer 2 grows in the microcracks 11 of the intermediate layer 10 as well as formed by the microcracks 11
  • nitridic compound semiconductor layer 2 is attached to
  • 3a, 3b and 3c are each intermediate layers
  • Interlayer 10 has a greater thickness than in the figure 3a.
  • the greater thickness of the intermediate layer 10 of FIG. 3b is due to a longer growth time
  • the intermediate layer 10 which is non-lattice-relaxed on the first nitridic relaxes
  • Compound semiconductor layer 1 grows, better with
  • Compound semiconductor layer 2 compressively clamped grows and this compressive strain of the second nitridic Compound semiconductor layer 2 is higher, the higher the number of microcracks 11 in the intermediate layer 10 is. In other words, the second nitridic undergoes
  • Compound semiconductor layer 2 a strong compressive
  • Compound semiconductor layer 2 fuses the other
  • Compound semiconductor layer 2 can be reduced.
  • the SEM photograph shows a plan view of the intermediate layer 10 with microcracks 11 formed, wherein the second nitridic compound semiconductor layer 2 has a thickness of 10 nm on the intermediate layer 10
  • the second nitridic compound semiconductor layer 2 is characterized by the light gray
  • FIG. 4 a shows the interlayer blocks and / or interlayer islands formed by the microcracks 11 on which the second nitride compound semiconductor layer 2
  • FIG. 4 a further shows exposed regions of the intermediate layer 10 which do not yet have a second nitridic compound semiconductor layer 2.
  • Compound semiconductor layer 2 is formed with a thickness of 50 nm on the intermediate layer 10.
  • the microcracks 11 that have grown up in the microcracks 11 merge
  • FIGS. 5a, 5b and 5c Normaski are shown.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c Edge-scan microscope images of a plan view of the second nitridic compound semiconductor layer 2 with a thickness of 250 nm, the three images differing in the growth time of the intermediate layer as described in Figures 3a, 3b and 3c. That is, the intermediate layer of Figure 5b has been grown longer by a factor of 1.67. With reference to FIG. 5c, the intermediate layer 10 has thus been grown longer by a factor of 2.67 compared to the intermediate layer of FIG. 5a.
  • the micrographs of the FIGS. 5a, 5b and 5c clearly show that with increasing growth time of the intermediate layer, the number of microcracks increases and this superficial morphology of the
  • Interlayer 10 is in the second nitridic
  • Compound semiconductor layer 2 can reflect. In other words, as the number of microcracks 11 in the intermediate layer 10 increases, the compressive stress in the second nitride compound semiconductor layer 2 grown lattice-matched on the intermediate layer 10 increases.
  • FIG. 6 The observations shown in particular in the microscopic photographs of FIGS. 5a, 5b and 5c are shown in FIG. 6 by measurement curves of an in-situ wafer curvature with the unit [1 / km] as a function of the growth time with the unit [s].
  • FIG. 6 shows three measurement curves LI, L2 and L3.
  • the three measurement curves LI, L2 and L3 each describe an in situ wafer curvature as a function of the growth time of the intermediate layer 10.
  • the growth time is shown on the X-axis, wherein the X-axis shown in FIG. 6 is divided into three time intervals T1 , T2 and T3 divided.
  • the time interval T1 describes the in situ wafer curvature before the second growth
  • the measurement curve LI describes a first semiconductor layer sequence 101
  • L2 describes a second semiconductor layer sequence 102
  • L3 describes a third semiconductor layer sequence L3.
  • the measurement curves differ in that the intermediate layer 10 has been grown for different amounts of time on the first nitride compound semiconductor layer 1.
  • the measurement curve L2 is the second semiconductor layer sequence 102 whose
  • the measurement curve L3 describes a measurement curve of a third semiconductor layer sequence 103, wherein the
  • Compound semiconductor layer 1 has been grown as in the trace LI. From the trace of the curves LI, L2 and L3 it can be seen that with increasing growth time of the
  • Interlayer also the in situ wafer curvature during the growth of the second nitridic
  • growing second nitridic compound semiconductor layer 2 has a higher compressive strain.
  • Micro-cracks cavities 30 are formed.
  • the cavities 30 are formed especially during the growth of the second nitridic compound semiconductor layer 2, when during the growth of the second nitridic
  • Compound semiconductor layer 2 for example hydrogen 40, is present in gaseous form during growth in the growth chamber and / or is present.
  • the hydrogen passes through the microcracks 11 of the intermediate layer 10 and reacts chemically with the first nitridic
  • Compound semiconductor layer 1 of the semiconductor layer sequence 100 The formation of the cavities 30 in the first
  • nitridic compound semiconductor layer 1 can by
  • Compound semiconductor layer 2 are controlled. The
  • FIG. 8 shows a TEM image of a side view of the semiconductor layer sequence 100.
  • FIG. 8 shows that below a microcrack 11, the cavity 30
  • the cavity 30 is formed in the first nitridic compound semiconductor layer 1. At interfaces 31 of the cavity 30 may in particular a
  • the cavity 30 is free of a material of the first nitridic Compound Semiconductor Layer 1. That is, the cavity 30 is a cavity located in the first nitride compound semiconductor layer 1. At interfaces 31 of the cavity 30, the electromagnetic radiation can be refracted or diffused.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a semiconductor layer sequence 100 described here
  • the growth substrate 5 is no longer present.
  • chemical and mechanical methods can be used to remove the growth substrate.
  • the growth substrate 5 can be removed by KOH.
  • the active layer 4 is formed. Those in the active
  • Layer 4 is generated electromagnetic radiation
  • Radiation exit surfaces of the semiconductor layer sequence 100 which have been recorded at a first exposure time and a double exposure time.
  • the bright pixels show the fractures at the cavities 30
  • the cavities 30 in the first nitride compound semiconductor layer 1 lead
  • FIG 11 is a micrograph of a
  • Morphology of the semiconductor layer sequence 100 after removal of the growth substrate 5 is shown.
  • the removal of the growth substrate 5 is carried out by chemical etching, for example HF and HNO 3, and a roughening process is carried out.
  • the cavities 30 identified in FIG. 11 have been additionally enlarged, in particular, during the removal of the growth substrate 5 or by the roughening process.
  • the cavities 30 react with the chemical medium and react because of the larger ones
  • Interface 31 in the cavities 30 such that the cavities form a larger spatial extent.

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Abstract

Es wird eine Halbleiterschichtenfolge angegeben mit - einer ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, einer zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, und einer zwischen der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht angeordneten Zwischenschicht, - wobei beginnend mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht die Zwischenschicht und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht in einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge nachfolgend angeordnet sind und direkt aufeinanderfolgend zueinander angrenzen, - wobei die Zwischenschicht zumindest stellenweise eine von der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht verschiedene Gitterkonstante aufweist und - wobei die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht zu der Zwischenschicht zumindest stellenweise gitterangepasst ist.

Description

Beschreibung
Halbleiterschichtenfolge und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge
Es wird eine Halbleiterschichtenfolge und ein Verfahren zur Herstellung dieser angegeben. Bei der
Halbleiterschichtenfolge kann es sich um eine elektronische, insbesondere um eine optoelektronische
Halbleiterschichtenfolge handeln.
Der Artikel Physica Status Solidi c, No . 6, 1583-1606
(2003) /DOI 10.1002/pssc.200303122 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichtenfolgen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Halbleiterschichtenfolge anzugeben, die kosteneffizient und materialsparend herstellbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst diese eine erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht, eine zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht und eine zwischen der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht angeordnete Zwischenschicht. Unter "nitridische
Verbindungshalbleiterschicht" und/oder "Zwischenschicht" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine
Halbleiterschicht, die zumindest stellenweise ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst oder aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial besteht.
Unter "Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial" versteht man ein Halbleitermaterial, das AlnGamIn]__n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie
zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht grenzen zumindest stellenweise nicht unmittelbar aneinander an, sondern sind durch die Zwischenschicht zueinander
beabstandet. Das heißt, dass die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht und die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht jeweils mit einer zu der
Zwischenschicht zugewandten Fläche an der Zwischenschicht, insbesondere direkt, angrenzen. Ferner ist denkbar, dass bei Ausbildung von Mikrorissen in der Zwischenschicht zumindest stellenweise über die Mikrorisse der Zwischenschicht die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht mit der ersten nitridischen nitridische Verbindungshalbleiterschicht zumindest teilweise verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge sind beginnend mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, die
Zwischenschicht und die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht in einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge nachfolgend angeordnet und grenzen direkt aufeinanderfolgend zueinander an. Unter "Wachstumsrichtung" versteht man im vorliegenden Zusammenhang die Richtung des Wachstums der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge weist die Zwischenschicht zumindest stellenweise eine von der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht verschiedene Gitterkonstante auf. Unter "Gitterkonstante" kann im vorliegenden
Zusammenhang auch eine mittlere Gitterkonstante verstanden werden.
Das heißt, dass die Zwischenschicht nicht an eine
Gitterkonstante der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht angepasst ist. Die
Zwischenschicht wächst zunächst auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht im Rahmen der
Herstellungstoleranz auf, wobei mit Laufe des Wachstums die Zwischenschicht, insbesondere unter Mikrorissbildung,
relaxiert und zumindest stellenweise eine für die
Zwischenschicht spezifische Gitterkonstante aufweist. Die spezifische Gitterkonstante ist von der Gitterkonstante der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht verschieden. Mit anderen Worten wächst die Zwischenschicht weitestgehend unabhängig von der durch die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht vorgegebene Gitterkonstante auf. Das nicht-gitterangepasste Aufwachsen der Zwischenschicht auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht kann insbesondere durch Prozessparameter während des
Aufwachsprozesses der Zwischenschicht gesteuert, beeinflusst und/oder bestimmt sein.
Unter "Aufwachsen" versteht man im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein epitaktisches Aufwachsen mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer
Gasphasenabscheidung, beispielsweise Molekularstrahlepitaxie (MBE) . Ferner sind Flüssigphasenepitaxie (LPE) oder
Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) denkbar. Zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge kommen Abscheidungs- , Beschichtungs- , und/oder Aufwachsverfahren zum Einsatz. Insbesondere kommen chemische Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor
deposition) mit gegebenenfalls vorteilhaften Varianten wie unter anderem MOCVD (metal organic CVD) , PECVD (plasma enhanced CVD), HFCVD (hot filament CVD), LPCVD (low pressure CVD) und APCVD (atmospheric pressure CVD) zum Einsatz.
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalische
Gasphasenabscheidung sind im vorliegenden Zusammenhang jeweils als Grundprinzipien zum Aufwachsen der
Halbleiterschichtenfolge zu verstehen und decken somit weitere Verfahrensvarianten ab, die auf obige Grundprinzipien beruhen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge ist die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht zu der Zwischenschicht zumindest stellenweise gitterangepasst . Unter "gitterangepasst " versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass eine
Abweichung der spezifischen Gitterkonstante der
Zwischenschicht zu einer spezifischen Gitterkonstante der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht in
lateraler Richtung zumindest stellenweise nicht größer als 1 % beträgt. Das heißt, dass die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht im Rahmen der
Herstellungstoleranz basierend auf der Gitterkonstante der Zwischenschicht aufwächst. Das gitterangepasste Aufwachsen der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht auf der Zwischenschicht kann insbesondere durch Prozessparameter während des Aufwachsprozesses auf der Zwischenschicht
gesteuert, beeinflusst und/oder geregelt werden.
Unter dem nicht-gitterangepassten Aufwachsen versteht man ein nicht-pseudomorphes Aufwachsen der hier beschriebenen
Zwischenschicht. Unter dem gitterangepassten Aufwachsen versteht man insbesondere ein pseudomorphes Aufwachsen der hier beschriebenen zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht. Bei dem pseudomorphen
Aufwachsen wird eine Ausdehnung der Gitterkonstante in lateraler Richtung beibehalten. Eine Ausdehnung der
Gitterkonstante senkrecht zu der lateralen Richtung kann sich insbesondere aufgrund der Atomverbindungen im Kristall und den daraus resultierenden Kräften ändern, wobei die
Poissonzahl obige Ausdehnung beschreiben kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst diese eine erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht, eine zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht und eine zwischen der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht angeordnete Zwischenschicht, wobei beginnend mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, die Zwischenschicht und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht in einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge nachfolgend angeordnet sind und direkt aufeinanderfolgend zueinander angrenzen. Die Zwischenschicht weist zumindest stellenweise eine von der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht verschiedene Gitterkonstante auf und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht ist zu der Zwischenschicht zumindest stellenweise gitterangepasst . Nitridische Verbindungshalbleiterschichten, die Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien umfassen oder aus Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien bestehen, weisen
insbesondere während des Aufwachsens und insbesondere
Abkühlens auf kommerziell erhältlichen Substraten,
insbesondere Silizium-Aufwachssubstrate, hohe Spannungen auf. Die Spannungen können insbesondere zu einer Beschädigung der nitridischen Verbindungshalbleiterschichten führen.
Insbesondere führen Gitterfehlanpassungen der Substrate und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten während des Aufwachsens und insbesondere Abkühlens von nitridischen Verbindungshalbleiterschichten zu makroskopischen
Rissbildungen in den nitridischen
Verbindungshalbleiterschichten. Insbesondere ist ein
epitaktisches Aufwachsen und Abkühlen von Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien auf kostengünstigen
Silizium-Aufwachssubstraten nicht ohne Weiteres möglich, ohne dass eine sich ausbildende Schichtenfolge Schäden aufweist. Beispielsweise können die Schäden in Form von Makrorissen vorliegen. Silizium-Aufwachssubstrate haben den Vorteil, dass diese deutlich günstiger sind als beispielsweise
Saphirsubstrate .
Unter "Makrorisse" versteht man im vorliegenden Zusammenhang Risse, die sich durch die gesamte Halbleiterschichtenfolge ziehen und somit insbesondere Licht erzeugende LED-Strukturen zerstören. Unter "Mikrorisse" versteht man im vorliegenden Zusammenhang Risse, die sich innerhalb einer Schicht oder Schichtenfolge, beispielsweise der Zwischenschicht, ausbilden können. Mit anderen Worten besteht der Hauptunterschied zwischen Mikro- und Makrorissen darin, dass die hier
beschriebenen Mikrorisse in der Zwischenschicht vorkommen und die die Zwischenschicht umgebenden nitridischen Verbindungshalbleiterschichten keine Mikrorisse aufweisen. Die sich in der Zwischenschicht ausbildenden Mikrorisse sind im Vergleich zu den Makrorissen zueinander deutlich dichter angeordnet .
Bei der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei einem
gitterangepassten Aufwachsen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht auf der hierfür vorgesehenen Zwischenschicht die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht kompressiv verspannt aufwächst. Die kompressive Verspannung wirkt nach Fertigstellung der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere eines Abkühlens, der sich ausbildenden Zugverspannung entgegen. Es bilden sich keine makroskopischen Risse in der Halbleiterschichtenfolge aus. Als Grundlage dieser überraschenden Feststellung sind insbesondere nachweisbare Mikrorisse in der Zwischenschicht heranzuziehen, die auf ein nicht-gitterangepasstes
beziehungsweise nicht-pseudomorphes Aufwachsen der
Zwischenschicht auf der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht basieren. Durch das nicht- gitterangepasste Aufwachsen der Zwischenschicht relaxiert die Zwischenschicht während des Aufwachens, wobei sich in der Zwischenschicht die hier beschriebenen Mikrorisse ausbilden.
Mit anderen Worten ist ein zerstörungsfreies epitaktisches Aufwachsen der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge auf Silizium-Aufwachssubstraten möglich. Das heißt, dass durch die hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge
insbesondere Silizium-Aufwachssubstrate eingesetzt werden können. Das Ergebnis hinsichtlich der epitaktisch
aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge ist dabei vergleichbar zu Halbleiterschichtenfolgen, die auf Saphir oder Siliziumcarbid aufgewachsen sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, das AlnGamIn]__n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1, die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht umfasst ein weiteres Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, das AlxInyGa]__x_yN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1 und die Zwischenschicht umfasst ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, das
AlrInsGa]__r_sN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 < r < 1, 0 < s < 1 und r + s < 1.
Die Indizes n, m können insbesondere von den Indizes x, y abweichen. Beispielsweise weichen die Indizes n, m zu den Indizes x, y um jeweils 10 % voneinander ab. In der
Zwischenschicht ist der Aluminiumgehalt höher als in der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht. Das hier beschriebene Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial kann ferner, zum Beispiel, zur Ausbildung einer aktiven
Schicht dotiert sein. Beispielsweise kann die zweite
nitridische Verbindungshalbleiterschicht n-dotierte und p- dotierte Bereiche aufweisen, wobei sich zwischen dem n- dotierten Bereich und dem p-dotierten Bereich die aktive Schicht ausbilden kann. Die Zwischenschicht kann beispielsweise vollständig aus A1N bestehen. Sie kann ferner insbesondere aus einem Material AlrGa]__rN mit in Wachstumsrichtung steigendem r bestehen, wobei 0 < r < 1. Dabei kann r insbesondere Werte zwischen 0,1 und 0,95 annehmen. Die Zunahme des Aluminiumgehalts kann linear sein mit zunehmender Wachstumsdauer beziehungsweise Dicke der Zwischenschicht einen höheren Aluminiumgehalt aufweisen. Mit anderen Worten bildet sich ein
Materialgradient hinsichtlich des Aluminiumgehalts in der Zwischenschicht aus, wobei der Aluminiumgehalt mit
zunehmender Wachstumsdauer in Wachstumsrichtung der
Schichtenfolge zunimmt. Die Wachstumsparameter induzieren ein Relaxieren der Zwischenschicht und es bilden sich Mikrorisse in der Zwischenschicht aus, die insbesondere auf den
Materialgradienten basieren können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die zweite
nitridische Verbindungshalbleiterschicht beispielsweise in Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge eine
zunehmende Konzentration an Siliziumdotierung und/oder eine konstante Konzentration an Siliziumdotierung aufweisen. Durch eine Siliziumdotierung kann insbesondere die zweite
nitridische Verbindungshalbleiterschicht eine verbesserte Stromverteilung aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge sind das Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht und das weitere Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht gleich. Mit anderen Worten nehmen die Indizes n, m der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht die gleichen Werte an wie die Indizes x, y der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht. Unter "gleich" versteht man hinsichtlich der ersten und zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht eine im Rahmen der Herstellungstoleranz identische chemische Zusammensetzung. Beispielsweise kann die hier beschriebene
Halbleiterschichtenfolge folgende Zusammensetzung aufweisen: GaN/AlN/GaN, wobei GaN die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht, A1N die Zwischenschicht und GaN die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht
beschreiben .
"Gleich" bedeutet jedoch nicht, dass die erste und zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht hinsichtlich ihrer Gitterkonstante im Rahmen der Herstellungstoleranz identisch sind. Eine pseudomorph aufgewachsene erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht kann im Rahmen der
Herstellungstoleranz hinsichtlich einer atomaren
Zusammensetzung identisch zu einer nicht pseudomorph
aufgewachsenen zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht sein, wobei ihre
Gitterkonstanten verschieden sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst die Zwischenschicht
Mikrorisse und in den Mikrorissen ist die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht zumindest stellenweise
vorhanden. Die Zwischenschicht weist eine von der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht verschiedene
Gitterkonstante auf. Das heißt, dass die Zwischenschicht nicht-gitterangepasst beziehungsweise nicht-pseudomorph auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht
aufgewachsen ist. Dadurch bilden sich mit zunehmender
Schichtdicke in der Zwischenschicht Mikrorisse aus, die zumindest stellenweise vollkommen durch die Zwischenschicht hindurchgehen. Des Weiteren kann die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht, durch die in der Zwischenschicht ausgebildeten Mikrorisse, mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht in Kontakt stehen.
Mit anderen Worten umfasst die Zwischenschicht zumindest stellenweise einzelne Zwischenschichtblöcke und/oder
Zwischenschichtinseln, die in Summe die Zwischenschicht beschreiben und zumindest stellenweise nicht zueinander in direktem Kontakt stehen. Das heißt, dass die erste
nitridische Verbindungshalbleiterschicht durch die Mikrorisse der Zwischenschicht beispielsweise mit Prozessgasen durch die Zwischenschicht hindurch in direkten Kontakt treten kann.
Die auf der Zwischenschicht gitterangepasst aufgewachsene zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht wächst in den Mikrorissen sowie auf den durch die Mikrorisse gebildeten einzelnen Zwischenschichtblöcken und/oder
Zwischenschichtinseln der Zwischenschicht inselartig auf. Mit zunehmender Aufwachsdauer der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht verschmilzt, verbindet und/oder schließt sich das Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschichten zu einer lateral homogen ausgebildeten zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht zusammen. Das Aufwachsen startet in den Rissen der Zwischenschicht als auch auf den
Zwischenschichtblöcken und/oder Zwischenschichtinseln
gleichzeitig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge weist die Zwischenschicht einen Aluminiumgehalt auf, der größer als der Aluminiumgehalt der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht ist. Beispielsweise beträgt der Aluminiumgehalt der
Zwischenschicht mindestens 85 %. Denkbar ist auch ein Aluminiumgehalt von 100 %. Das heißt, die Zwischenschicht umfasst im Rahmen der Herstellungstoleranz kein elementares Gallium. Durch den größeren Gehalt an Aluminium in der
Zwischenschicht weist die Zwischenschicht im relaxierten Zustand eine kleinere Gitterkonstante als die an die
Zwischenschicht im relaxierten Zustand angrenzende
nitridische Verbindungshalbleiterschicht auf. Das heißt, sind beispielsweise die erste und zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht frei von Aluminium, so weisen diese im relaxierten Zustand eine größere Gitterkonstante als die aluminiumhaltige Zwischenschicht auf.
Unter "relaxiertem Zustand" versteht man im vorliegenden Zusammenhang einen unverspannten Zustand der hier
beschriebenen Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge weist die Zwischenschicht eine kleinere Gitterkonstante als die erste und zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht auf. Durch den hier
beschriebenen wesentlich höheren Aluminiumgehalt der
Zwischenschicht weist diese im Vergleich zur ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht eine kleinere Gitterkonstante auf. Das heißt, dass die
Zwischenschicht ihre kleinere Gitterkonstante beim Aufwachsen auf die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht beibehält. Beim Aufwachsen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht übernimmt jedoch die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht zumindest
stellenweise die Gitterkonstante der Zwischenschicht, die kleiner als die materialtypische Gitterkonstante der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht ist. Dadurch wächst die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht
kompressiv verspannt auf der Zwischenschicht auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht eine Maskierungsschicht. Mit "umfasst" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass die Maskierungsschicht innerhalb der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht ausgebildet ist, beispielsweise ist die Maskierungsschicht in der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht integriert, eingebettet, und/oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichtbereichen der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht
aufgewachsen .
Die Maskierungsschicht kann insbesondere Siliziumnitrid umfassen oder aus einem Siliziumnitrid bestehen. Die
Maskierungsschicht kann eine Reduzierung einer
Versetzungsdichte in der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht bewirken. Des Weiteren kann eine Maskierungsschicht eine Reduktion von Defekten (misfits) in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht
bewirken. Die Maskierungsschicht der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht ist eine optionale Komponente der Halbleiterschichtenfolge und induziert durch ihr
Vorhandensein nicht die hier beschriebene überraschende
Beobachtung der kompressiv verspannt aufgewachsenen zweiten nitridischen Halbleiterschichtenfolge . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Zwischenschicht eine Schichtdicke zwischen 5 nm und 100 nm auf. Der hier angegebene Bereich hinsichtlich der
Schichtdicke der Zwischenschicht beeinflusst bevorzugt die Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge mit einer
besonders hohen kompressiven Verspannung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge ist die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht nach ihrem Aufwachsen kompressiv verspannt. Die kompressive Verspannung der zweiten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht wird durch die nicht-pseudomorph beziehungsweise nicht-gitterangepasst aufgewachsene Zwischenschicht und die Mikrorisse der
Zwischenschicht induziert. Das heißt, die kompressive
Verspannung der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht basiert auf das pseudomorphe beziehungsweise gitterangepasste Aufwachsen der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht auf der
Zwischenschicht. Die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht passt sich durch
Prozessparameter während des Aufwachsens an die
Gitterkonstante der Zwischenschicht an, sodass die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht kompressiv verspannt aufwächst .
Unter "Prozessparameter" versteht man im vorliegenden
Zusammenhang Prozessparameter, die vor, während oder nach eines Aufwachsens einer Halbleiterschicht geregelt, variiert und/oder gesteuert werden können. Beispielsweise sind Druck, Temperatur, Gasfluss der einzelnen Elemente der verwendeten Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien,
Strömungsgeschwindigkeit und/oder Aufwachsrate
beziehungsweise Aufwachsgeschwindigkeit mögliche
Prozessparameter, die insbesondere das gitterangepasste oder das nicht-gitterangepasste Aufwachsen der hier beschriebenen nitridischen Verbindungshalbleiterschichten und Zwischenschicht beeinflussen können.
Ein Aufwachsprozess zur Ausbildung der ersten und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht kann beispielsweise durch GaN-Aufwachsprozesse basierend auf Trimethylgallium (TMGa) und einem V/III-Verhältnis, insbesondere bestimmt durch einen NH3-FIUSS im Reaktor, beschrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge wird für das nicht-pseudomorphe
Aufwachsen der Zwischenschicht ein Temperaturbereich zwischen circa 800-1100°C eingestellt. Des Weiteren wird der Druck auf 50-150 mbar eingestellt und ein niedriges V/III-Verhältnis im Bereich 50 bis 5000, besonders bevorzugt 50 bis 500,
eingestellt. Das Verhältnis von Trimethylgallium (TMGa) zu Trimethylaluminium (TMA1) bilden den hier beschriebenen
Materialgradienten hinsichtlich des Aluminiumgehalts der Zwischenschicht aus. Ein Wasserstoffanteil im Trägergas kann je nach gewünschter Größe von hier beschriebenen Kavitäten in der Zwischenschicht variiert werden. Die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht wird dann insbesondere undotiert auf die Zwischenschicht aufgewachsen und ein
Reaktorbetriebspunkt entspricht beispielsweise GaN- Wachstumsbedingungen .
Insbesondere kann die hier beschriebene
Halbleiterschichtenfolge eine höhere kompressive Verspannung aufbauen, wenn die an die Zwischenschicht angrenzende zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht undotiert ist. Dies kann eine erhöhte Kompensation der Halbleiterschichtenfolge während einer Abkühlung der Halbleiterschichtenfolge zur Folge haben. Die hier beschriebene kompressive Verspannung kann insbesondere auch dann erzielt werden, wenn zumindest teilweise die an die Zwischenschicht unmittelbar aufgewachsenen ersten Lagen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht undotiert ausgebildet sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge weist die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht Kavitäten auf, die sich in einer Draufsicht mit den Mikrorissen der Zwischenschicht
überlappen. Die Mikrorisse, die sich in der Zwischenschicht ausbilden, bilden sich zumindest stellenweise durchgehend durch die Zwischenschicht aus. Die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht steht somit im Bereich der
Mikrorisse zumindest stellenweise mit den Prozessgasen während des Aufwachsens der Zwischenschicht in direktem
Kontakt. Durch die Wahl von entsprechenden Prozessgasen, beispielsweise Wasserstoff, während des Aufwachsens der
Zwischenschicht kann die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht mit zumindest einem
Prozessierungsgas während des Aufwachsens der Zwischenschicht in Reaktion treten. Beispielsweise reagiert die erste
nitridische Verbindungshalbleiterschicht mit Wasserstoff unter Ausbildung von Kavitäten beziehungsweise Hohlräumen.
Unter "Draufsicht" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine Perspektive parallel zur größten lateralen Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge. Die Blickrichtung verläuft beispielsweise entgegengesetzt zur Wachstumsrichtung.
Die Ausbildung der Kavitäten erfolgt während und/oder
unmittelbar im Anschluss des Aufwachsens der Zwischenschicht. Bildet die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht eine durchgehende Schicht aus, so sind die Mikrorisse der Zwischenschicht durch die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht überdeckt und es kann kein
Prozessgas durch die Mikrorisse in die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht gelangen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht, die zum Empfangen und/oder Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist und der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht in der
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge nachgeordnet ist. Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge kann durch die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht n-dotierte und p-dotierte
Bereiche aufweisen, wobei sich zwischen dem n-dotierten
Bereich und dem p-dotierten Bereich die aktive Schicht ausbilden kann.
Die Bezeichnung "elektromagnetische Strahlung" kann hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Insbesondere kann dabei infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung
bezeichnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterschichtenfolge sind die Kavitäten der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht frei von der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht und eine in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung durch die Kavitäten tritt derart durch, dass beim Eintreten und Austreten der elektromagnetischen Strahlung an Grenzflächen der Kavitäten eine Brechung der elektromagnetischen Strahlung erfolgt. Die im Betrieb in der aktiven Schicht der
Halbleiterschichtenfolge erzeugte elektromagnetische
Strahlung kann insbesondere entgegengesetzt zu der
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge nach außen treten .
Beim Durchtritt der elektromagnetischen Strahlung durch die hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge trifft die
elektromagnetische Strahlung zumindest stellenweise auf die Grenzflächen der Kavitäten. Unter "Grenzflächen der
Kavitäten" versteht man im vorliegenden Zusammenhang
Grenzflächen, die sich zwischen Außenflächen eines Hohlraums der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschichtenfolge und dem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht ausbildet. Die elektromagnetische Strahlung wird an diesen Hohlräumen und/oder Kavitäten beim Ein- und Austreten zumindest
teilweise gebrochen. Ferner ist es möglich, dass die
elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise an einer rauen Außenfläche der Kavitäten diffus gestreut wird.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der
Halbleiterschichtenfolge beschrieben. Beispielsweise kann eine hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge mittels des Verfahrens hergestellt werden. Das heißt, die für das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterschichtenfolge ausgeführten Merkmale sind auch für eine hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge offenbart und umgekehrt.
Die im Folgenden beschriebene Verfahrensreihenfolge ist hinsichtlich der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, der Zwischenschicht und der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht zwingend vorgegeben. Optionale Schichten, wie zum Beispiel
Nukleationsschicht und/oder Maskierungschicht sind optionale Elemente der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Aufwachssubstrat mit einer Aufwachsoberflache und der
Aufwachsoberfläche gegenüberliegenden Substratfläche
bereitgestellt, wobei die Aufwachsoberfläche ein Silizium umfasst. Die Aufwachsoberfläche kann insbesondere eine [111]- Kristallorientierung des Siliziums aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf der Aufwachsoberfläche des Aufwachssubstrats eine
Nukleationsschicht aufgewachsen. Bei der Nukleationsschicht kann es sich um eine epitaktische Schicht handeln, die beispielsweise bei gleicher Temperatur wie die nachfolgende erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht abgeschieden und/oder aufgewachsen wird. Bei der Nukleationsschicht handelt es sich um eine optionale Schicht der hier
beschriebenen Halbleiterschichtenfolge. Die
Nukleationsschicht kann beispielsweise ein A1N und/oder ein AlGaN umfassen. Für die nachfolgend abgeschiedene und/oder aufgewachsene erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht kann die Nukleationsschicht eine Vielzahl von
Kristallisationskeimen liefern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der
Nukleationsschicht die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht aufgewachsen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht die Zwischenschicht aufgewachsen, wobei die Gitterkonstante der Zwischenschicht zumindest stellenweise verschieden von der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht ist. Das heißt, dass die Zwischenschicht mit einer von der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht verschiedene
Gitterkonstante aufwächst. Das nicht-gitterangepasste
beziehungsweise nicht-pseudomorphe Aufwachsen der
Zwischenschicht kann durch die entsprechend gewählten
Prozessparameter während des Aufwachsens gesteuert, geregelt und/oder bestimmt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bilden sich während des Aufwachsens der Zwischenschicht die
Mikrorisse in der Zwischenschicht aus. Durch das prozessual gesteuerte nicht-pseudomorphe beziehungsweise nicht- gitterangepasste Aufwachsen der Zwischenschicht auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht bilden sich mit zunehmender Dicke und/oder steigendem Aluminiumgehalt der Zwischenschicht Mikrorisse in der Zwischenschicht aus.
Beispielsweise kann sich ein Materialgradient hinsichtlich des Aluminiumgehalts in der Zwischenschicht ausbilden, wobei der Aluminiumgehalt mit zunehmender Dicke in einer der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht abgewandten
Richtung zunehmen kann. Unter "Dicke" versteht man im
vorliegenden Zusammenhang die vertikale Ausdehnung der
Zwischenschicht in Richtung der Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wächst auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Zwischenschicht zumindest stellenweise gitterangepasst die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht auf, wobei die Mikrorisse zumindest stellenweise durch die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht befüllt sind und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht auf der
Zwischenschicht kompressiv verspannt aufgewachsen wird.
Während des initialen Aufwachsens der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht werden die ausgebildeten
Mikrorisse der Zwischenschicht durch das Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht befüllt beziehungsweise wächst die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht in den Mikrorissen auf. Gleichzeitig wächst auf den ausgebildeten separaten Zwischenschichtblöcken und/oder
Zwischenschichtinseln die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht inselartig auf.
Mit zunehmender Beschichtungs- und/oder Aufwachsdauer
verschmelzen die Inseln der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht mit der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht aus den Mikrorissen der
Zwischenschicht zu einer zusammenhängenden lateral homogenen zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, wobei sich in der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht eine kompressive Verspannung ausbildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf einer dem Substrat abgewandten Seite der gitterangepassten zweiten nitridischen Halbleiterverbindungsschicht die aktive Schicht aufgewachsen, wobei die aktive Schicht zum Empfangen und/oder Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung geeignet ist. Mit den hier beschriebenen Verfahren wird also eine Halbleiterschichtenfolge hergestellt, die im Betrieb in der Lage ist, Strahlung zu erzeugen. Die von der
Halbleiterschichtenfolge erzeugte Emissionswellenlänge ist von der Zusammensetzung des Nitrid- Verbindungshalbleitermaterials zumindest teilweise abhängig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur
Herstellung der Halbleiterschichtenfolge wird das
Aufwachssubstrat chemisch und/oder mechanisch entfernt und zumindest stellenweise werden in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht, der Zwischenschicht und der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht in einer der aktiven Schicht abgewandten Richtung eine zumindest stellenweise laterale Aufrauung ausgebildet. Zum chemischen Entfernen des Substrats kann beispielsweise auf ein
nasschemisches KOH-Ätzverfahren oder ein trockenchemisches Ätzverfahren zurückgegriffen werden. Denkbar ist ferner eine Kombination aus nass- und trockenchemischem Verfahren. Ein mechanisches Entfernen kann insbesondere durch Schleifen erfolgen. Ferner ist eine Kombination aus einem chemischen und mechanischen Verfahren denkbar. Durch das Entfernen des Aufwachssubstrats werden insbesondere die optionalen
Nukleationsschichten und/oder Maskierungsschichten der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht zumindest
stellenweise entfernt. Die zum Erzeugen von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehene
Halbleiterschichtenfolge umfasst nach dem Entfernen des
Aufwachssubstrats zumindest stellenweise die erste
nitridische Verbindungshalbleiterschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge wird die
Zwischenschicht unter Wasserstoffeinfluss aufgewachsen, wobei der Wasserstoff durch die sich ausbildenden Mikrorisse mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht in
Kontakt tritt, sodass die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht mit dem Wasserstoff derart reagiert, dass auf Basis einer chemischen Reaktion die
Kavitäten in der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht ausgebildet werden. Durch die Mikrorisse kann Prozessierungsgas , insbesondere gasförmiger Wasserstoff, durch die Mikrorisse in die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht gelangen, die dann zur
Ausbildung von Hohlräumen beziehungsweise Kavitäten führen können .
Insbesondere kann Wasserstoff als Prozessierungsgas
verstanden werden, der das nicht-gitterangepasste
beziehungsweise nicht-pseudomorphe Aufwachsen der
Zwischenschicht auf der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht zusätzlich unterstützt.
Wasserstoff ist ein optionales Prozessierungsgas und wird insbesondere als unterstützendes Prozessierungsgas
beziehungsweise Spülgas eingesetzt, ist jedoch zur Ausbildung der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge nicht erforderlich. Vielmehr kann die Ausbildung von Kavitäten in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht als Nachweis für die Ausbildung der Mikrorisse in der
Zwischenschicht angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge wird nach Ausbilden der Halbleiterschichtenfolge die Halbleiterschichtenfolge abgekühlt und während des Abkühlens werden keine Makrorisse in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Überraschenderweise hat sich durch das hier beschriebene Verfahren herausgestellt, dass die kompressive Verspannung der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht und somit der Halbleiterschichtenfolge ausreicht, um einer während des Abkühlens entstehenden Zugspannung derart entgegenzuwirken, dass sich keine Makrorisse ausbilden.
Die kompressive Verspannung der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht führt insbesondere zu einer kompressiven Verspannung der hier beschriebenen
Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht die
Maskierungsschicht.
Im Folgenden werden die hier beschriebene
Halbleiterschichtenfolge und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge anhand von
Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge,
Figur 2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht eines
Teilbereichs der Halbleiterschichtenfolge,
Figuren 3a, 3b und 3c zeigen unterschiedliche
Ausführungsbeispiele einer hier beschriebenen
Zwischenschicht nach unterschiedlichen
Aufwachs zeiten,
Figur 4a zeigt eine SEM (Scanning Electron Microscopy) -Aufnahme einer Draufsicht der Zwischenschicht nach Aufwachsen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht mit einer Dicke von 10 nm,
Figur 4b zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 4A nach
Aufwachsen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht mit einer Dicke von 50 nm,
Figuren 5a, 5b und 5c zeigen Normaski-Mikroskopieaufnahmen mit Edge-Filter, wobei eine 250 nm dicke zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht auf unterschiedlich dicke Zwischenschichten
aufgewachsen wurden,
Figur 6 zeigt einen Graphen mit Messergebnissen zu in-situ- Waferkrümmungen in Abhängigkeit zu einer Wachstums zeit ,
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung und eine SEM- Aufnahme einer Seitenansicht der
Halbleiterschichtenfolge, Figur zeigt eine TEM (Transmission Electron Microscopy)
-Aufnahme der Halbleiterschichtenfolge,
Figur 9 zeigt eine schematische sowie eine mikroskopische
Aufnahme der Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht und nach Entfernen eines AufwachsSubstrates ,
Figuren 10a und 10b zeigen PL (Photolumineszenz) -mikroskopische Aufnahmen einer
Strahlungsaustrittsfläche der
Halbleiterschichtenfolge nach einer einfachen und doppelten Belichtungszeit,
Figur 11 zeigt eine SEM-Aufnahme der
Halbleiterschichtenfolge nach Entfernen des
Aufwachssubstrates und Durchführung eines Aufrauprozesses .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Halbleiterschichtenfolge 100 umfassend ein Aufwachssubstrat 5 mit einer Aufwachsfläche 6 und einer der Aufwachsfläche 6 gegenüberliegenden Substratfläche 7, eine Nukleationsschicht 21, eine erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht 1 mit integrierter Maskierungsschicht 20, eine Zwischenschicht 10 und eine zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 mit aktiver Schicht 4. Die einzelnen Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 100 sind nacheinander folgend in Wachstumsrichtung Z zueinander angrenzend epitaktisch auf der Aufwachsoberfläche 6 des Aufwachssubstrats 5 aufgewachsen. Die Aufwachsoberfläche 6 weist beispielsweise eine [111]-
Kristallorientierung auf. Die Nukleationsschicht 21 sowie die Maskierungsschicht 20 sind als optionale Schichtelemente anzusehen, die insbesondere das Aufwachsen der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 begünstigen können .
Die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht 1 kann beispielsweise eine Dicke von 30 nm bis 2000 nm aufweisen.
Die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 kann eine Dicke von 30 nm bis 5000 nm aufweisen. Wie in Figur 1 gezeigt, grenzt die Zwischenschicht 10 an der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 und der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 an.
In der Figur 2 ist die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 1 mit der darauffolgenden
Zwischenschicht 10 und die an der Zwischenschicht 10
angrenzende zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 dargestellt. Die Zwischenschicht 10 wächst auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 nicht- gitterangepasst an und weist eine Dicke zwischen 5 nm bis 100 nm auf. Die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 wächst auf der Zwischenschicht 10 gitterangepasst auf.
Mit zunehmender Dicke und/oder steigendem Aluminiumgehalt der Zwischenschicht 10 relaxiert die Zwischenschicht 10 derart, dass sich Mikrorisse 11 in der Zwischenschicht 10 ausbilden (siehe Figuren 3A bis 3C und Figuren 4A, 4B und Figur 8) . Die Zwischenschicht 10 weist insbesondere einen Aluminiumgehalt von 85 bis 100 % auf und weist somit im relaxierten Zustand eine kleinere Gitterkonstante als die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 1 und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 auf. Die in der Figur 2 dargestellte Halbleiterschichtenfolge 100 umfasst Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien. Die erste nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 1 umfasst ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, das AlnGamIn]__n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1, die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 umfasst ein weiteres Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, das AlxInyGa]__x_yN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1 und die Zwischenschicht 10 umfasst ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, das
AlrInsGa]__r_sN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 < r < 1, 0 < s < 1 und r + s < 1.
Die Indizes n, m können insbesondere von den Indizes x, y abweichen oder gleich sein. Beispielsweise weichen die
Indizes n, m zu den Indizes x, y um jeweils 10 % voneinander ab .
Durch die Mikrorisse 11 in der Zwischenschicht 10 umfasst die Zwischenschicht 10 einzelne Zwischenschichtblöcke und/oder Zwischenschichtinseln, wobei die Zwischenschichtblöcke und/oder Zwischenschichtinseln zumindest stellenweise nicht zueinander in direktem Kontakt stehen. Die einzelnen
Zwischenschichtblöcke und/oder Zwischenschichtinseln
beschreiben in Summe die Zwischenschicht 10. Die sich
ausbildenden Mikrorisse 11 basieren insbesondere auf einem Relaxieren der Zwischenschicht 10 während des
Aufwachsprozesses der Zwischenschicht 10. Die Abstände zwischen den einzelnen Zwischenschichtblöcken und/oder
Zwischenschichtinseln können zwischen 1 ym und 500 ym
betragen. Die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 wächst in den Mikrorissen 11 der Zwischenschicht 10 sowie den durch die Mikrorisse 11 ausgebildeten
Zwischenschichtblöcken und/oder Zwischenschichtinseln auf. Die auf der Zwischenschicht 10 aufgewachsene zweite
nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 ist an die
Zwischenschicht 10 gitterangepasst . In den Figuren 3a, 3b und 3c sind jeweils Zwischenschichten
10 gezeigt, wobei die in der Figur 3b gezeigte
Zwischenschicht 10 eine größere Dicke als in der Figur 3a aufweist. Die größere Dicke der Zwischenschicht 10 aus der Figur 3b ist auf eine längere Wachstumszeit der
Zwischenschicht 10 zurückzuführen, die hier im Speziellen um einen Faktor von 1,67 länger ist. Entsprechendes gilt für die Zwischenschicht 10 der Figur 3c, die im Vergleich zur
Zwischenschicht 10 der Figur 3a um einen Faktor von 2,67 länger aufgewachsen worden ist als die Zwischenschicht 10 der Figur 3a. Wie aus den Figuren 3a, 3b und 3c ersichtlich wird, nimmt die Anzahl an Mikrorissen 11 mit zunehmender
Wachstumsdauer zu. Die ansteigende Anzahl an Mikrorissen 11 ist neben der Wachstumsdauer der Zwischenschicht 10 auch von dem Aluminiumgehalt der Zwischenschicht 10 abhängig.
Mit anderen Worten relaxiert die Zwischenschicht 10, welche nicht-gitterangepasst auf der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 1 aufwächst, besser mit
zunehmender Schichtdicke der Zwischenschicht 10 und/oder mit zunehmendem Aluminiumgehalt der Zwischenschicht 10. Wie aus den Figuren 3a, 3b und 3c ersichtlich ist, wächst die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht in den Mikrorissen
11 der Zwischenschicht 10 und den ausgebildeten
Zwischenschichtblöcken und/oder Zwischenschichtinseln der Zwischenschicht 10 auf. Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, dass die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 2 kompressiv verspannt aufwächst und diese kompressive Verspannung der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 umso höher ist desto höher die Anzahl an Mikrorissen 11 in der Zwischenschicht 10 ist. Mit anderen Worten erfährt die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 2 eine starke kompressive
Verspannung auf Basis der Zwischenschicht 10.
Mit zunehmender Aufwachszeit der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 verschmilzt das weitere
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 aus den Mikrorissen und mit den auf den Zwischenschichtblöcken und/oder
Zwischenschichtinseln aufgewachsenen weiteren Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 zu einer lateral homogen ausgebildeten zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2. Während des Verschmelzens des weiteren Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 können
insbesondere Defekte beziehungsweise Fehlversetzungen
innerhalb der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 reduziert werden.
In der Figur 4a zeigt die SEM-Aufnahme eine Draufsicht auf die Zwischenschicht 10 mit ausgebildeten Mikrorissen 11, wobei die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 mit einer Dicke von 10 nm auf der Zwischenschicht 10
ausgebildet und/oder aufgewachsen ist. Die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 ist durch die hellgrauen
Bereiche dargestellt. Die dunkelgrauen Bereiche zeigen die Zwischenschicht 10.
Die Figur 4a zeigt die durch die Mikrorisse 11 ausgebildeten Zwischenschichtblöcke und/oder Zwischenschichtinseln, auf den die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2
zumindest teilweise aufgewachsen ist. Die Figur 4a zeigt ferner freiliegende Bereiche der Zwischenschicht 10, die noch keine zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 aufweisen.
In der Figur 4a ist ein inselartiges Aufwachsen der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 auf den
ausgebildeten Zwischenschichtblöcken und/oder
Zwischenschichtinseln gezeigt.
In der Figur 4b ist die Aufnahme der Figur 4a gezeigt, mit dem Unterschied, dass die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht 2 mit einer Dicke von 50 nm auf der Zwischenschicht 10 ausgebildet ist. In der Figur 4b verschmelzen die in den Mikrorissen 11 aufgewachsenen
Bereiche der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 mit den auf den
Zwischenschichtblöcken und/oder Zwischenschichtinseln
aufgewachsenen Bereichen der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2.
In den Figuren 5a, 5b und 5c sind Normaski-
Mikroskopieaufnahmen mit Edge-Filter einer Draufsicht auf die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 mit einer Dicke von 250 nm gezeigt, wobei sich die drei Aufnahmen hinsichtlich der Wachstumszeit der Zwischenschicht wie in den Figuren 3a, 3b und 3c beschrieben voneinander unterscheiden. Das heißt, dass die Zwischenschicht der Figur 5b um einen Faktor von 1,67 länger aufgewachsen worden ist. In Bezug auf die Figur 5c ist somit im Vergleich zur Zwischenschicht der Figur 5a die Zwischenschicht 10 um einen Faktor von 2,67 länger aufgewachsen worden. Die mikroskopischen Aufnahmen der Figuren 5a, 5b und 5c zeigen deutlich, dass mit zunehmender Aufwachszeit der Zwischenschicht die Anzahl der Mikrorisse steigt und diese oberflächliche Morphologie der
Zwischenschicht 10 sich in der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 widerspiegeln kann. Mit anderen Worten steigt mit zunehmender Anzahl an Mikrorissen 11 in der Zwischenschicht 10 die kompressive Verspannung in der auf der Zwischenschicht 10 gitterangepasst aufgewachsenen zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2.
Die insbesondere in den mikroskopischen Aufnahmen der Figuren 5a, 5b und 5c gezeigten Beobachtungen werden in der Figur 6 durch Messkurven einer in-situ-Waferkrümmung mit der Einheit [1/km] in Abhängigkeit zur Wachstumszeit mit der Einheit [s] messtechnisch nachgewiesen.
In der Figur 6 sind drei Messkurven LI, L2 und L3 gezeigt. Die drei Messkurven LI, L2 und L3 beschreiben jeweils eine in-situ-Waferkrümmung in Abhängigkeit zu der Wachstumszeit der Zwischenschicht 10. Die Wachstumszeit ist auf der X-Achse dargestellt, wobei sich die in der Figur 6 dargestellte X- Achse in drei Zeitintervalle Tl, T2 und T3 unterteilt. In dem Graph der Figur 6 beschreibt das Zeitintervall Tl die in- situ-Waferkrümmung vor dem Aufwachsen der zweiten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 auf die
Zwischenschicht 10. Während des Zeitintervalls T2 erfolgt dann das hier beschriebene Aufwachsen der zweiten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 auf der
Zwischenschicht 10. Während des dritten Zeitintervalls T3 erfolgt eine Abkühlung der hier beschriebenen
Halbleiterschichtenfolgen 100. Die Messkurve LI beschreibt eine erste Halbleiterschichtenfolge 101, L2 beschreibt eine zweite Halbleiterschichtenfolge 102 und L3 beschreibt eine dritte Halbleiterschichtenfolge L3.
Die Messkurven unterscheiden sich hinsichtlich des Aufbaus der Halbleiterschichtenfolge 101, 102 und 103 dadurch, dass die Zwischenschicht 10 unterschiedlich lang auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 aufgewachsen worden ist. Das heißt, dass es sich bei der Messkurve L2 um die zweite Halbleiterschichtenfolge 102 handelt, deren
Zwischenschicht um einen Faktor 1,67 länger auf der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 aufgewachsen worden ist als bei der ersten Halbleiterschichtenfolge 101 der Messkurve LI. Die Messkurve L3 beschreibt eine Messkurve einer dritten Halbleiterschichtenfolge 103, wobei die
Zwischenschicht 10 der Messkurve L3 um einen Faktor 2,67 länger auf der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 1 aufgewachsen worden ist als in der Messkurve LI. Aus dem Messkurvenverlauf der Messkurven LI, L2 und L3 ist zu erkennen, dass mit zunehmender Aufwachszeit der
Zwischenschicht auch die in-situ-Waferkrümmung während des Aufwachsens der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 zunimmt. Mit anderen Worten wurde durch den Graphen der Figur 6 messtechnisch
nachgewiesen, dass durch eine zunehmende Anzahl an
Mikrorissen 11 in der Zwischenschicht 10 die auf ihr
aufwachsende zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht 2 eine höhere kompressive Verspannung aufweist.
In der Figur 7 ist eine schematische Seitenansicht der
Halbleiterschichtenfolge 100 wie in der Figur 1 gezeigt, mit dem Unterschied, dass in der korrespondierenden mikroskopischen Aufnahme der Halbleiterschichtenfolge 100 in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht
unterhalb der in der Zwischenschicht 10 ausgebildeten
Mikrorisse Kavitäten 30 ausgebildet sind. Die Kavitäten 30 bilden sich insbesondere während des Aufwachsens der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 aus, wenn während des Aufwachsens der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2, beispielsweise Wasserstoff 40, während des Aufwachsens in der Aufwachskammer gasförmig vorliegt und/oder vorhanden ist. Der Wasserstoff tritt dabei durch die Mikrorisse 11 der Zwischenschicht 10 hindurch und reagiert chemisch mit der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 1 der Halbleiterschichtenfolge 100. Das Ausbilden der Kavitäten 30 in der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 kann durch
Regelung und/oder Steuerung des Gasflusses während des
Aufwachsens insbesondere der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht 2 gesteuert werden. Das
Vorhandensein beziehungsweise Hinzufügen von gasförmigem Wasserstoff während des Aufwachsens beziehungsweise
Herstellens der Halbleiterschichtenfolge 100 kann optional hinzugeschaltet werden, ist jedoch für das Ausbilden der Mikrorisse 11 in der Zwischenschicht 10 nicht erforderlich. In der Figur 8 ist eine TEM-Aufnahme einer Seitenansicht der Halbleiterschichtenfolge 100 gezeigt. Die Figur 8 zeigt, dass unterhalb eines Mikrorisses 11 sich die Kavität 30
ausgebildet hat. Die Kavität 30 ist dabei in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 ausgebildet. An Grenzflächen 31 der Kavität 30 kann insbesondere eine
elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Schicht 4 erzeugt werden kann, gebrochen werden. Die Kavität 30 ist frei von einem Material der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1. Das heißt, bei der Kavität 30 handelt es sich um einen Hohlraum, welcher sich in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 befindet. An Grenzflächen 31 der Kavität 30 kann die elektromagnetische Strahlung gebrochen beziehungsweise diffus gestreut werden.
In der Figur 9 ist eine schematische Darstellung einer hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge 100 mit
korrespondierender mikroskopischer Aufnahme gezeigt. In der Figur 10 ist das Aufwachssubstrat 5 nicht mehr vorhanden. Zum Entfernen des Aufwachssubstrats können insbesondere chemische und mechanische Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann das Aufwachssubstrat 5 durch KOH entfernt werden. Ferner ist in der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 2 die aktive Schicht 4 ausgebildet. Die in der aktiven
Schicht 4 erzeugte elektromagnetische Strahlung wird
insbesondere beim Hindurchtreten der Kavitäten 30
beziehungsweise an den Grenzflächen 31 der Kavitäten 30 gebrochen und/oder diffus gestreut.
In der Figur 10a und 10b sind
Fotolumines zenzmikroskopieaufnahmen von
Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterschichtenfolge 100 gezeigt, welche bei einer ersten Belichtungszeit und einer doppelten Belichtungszeit aufgenommen worden sind. Die hellen Bildpunkte zeigen die an den Kavitäten 30 gebrochene
elektromagnetische Strahlung. Die Kavitäten 30 in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht 1 führen
nachweislich zu einer besseren Streuung der
elektromagnetischen Strahlung, die in der aktiven Schicht 4 erzeugt worden ist. In der Figur 11 ist eine mikroskopische Aufnahme einer
Morphologie der Halbleiterschichtenfolge 100 nach Entfernen des Aufwachssubstrats 5 gezeigt. In der Figur 11 ist das Entfernen des Aufwachssubstrats 5 durch chemisches Ätzen, beispielsweise HF und HNO3, erfolgt und ein Aufrauprozess durchgeführt. Die in der Figur 11 gekennzeichneten Kavitäten 30 sind insbesondere beim Entfernen des Aufwachssubstrats 5 beziehungsweise durch den Aufrauprozess zusätzlich vergrößert worden. Beispielsweise reagieren die Kavitäten 30 mit dem chemischen Medium und reagieren aufgrund der größeren
Grenzfläche 31 in den Kavitäten 30 derart, dass die Kavitäten eine größere räumliche Ausdehnung ausbilden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013101000.8, welche hiermit durch
Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterschichtenfolge (100) umfassend
eine erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1), eine zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht (2), und eine zwischen der ersten (1) und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2) angeordnete Zwischenschicht (10) ,
- wobei beginnend mit der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht (1) die Zwischenschicht (10) und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht (2) in einer Wachstumsrichtung (Z) der Halbleiterschichtenfolge (100) nachfolgend angeordnet sind und direkt
aufeinanderfolgend zueinander angrenzen,
- wobei die Zwischenschicht (10) zumindest stellenweise eine von der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1) verschiedene Gitterkonstante aufweist und
- wobei die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht (2) zu der Zwischenschicht (10) zumindest stellenweise gitterangepasst ist.
2. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß Anspruch 1,
wobei die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1) ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, das
AlnInmGa]__n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n
< 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1, die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht (2) ein weiteres Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst, das AlxInyGa]_-x-yN aufweist oder aus diesem besteht und die Zwischenschicht (10) ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, das
AlrInsGa]__r_sN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 < r
< 1, 0 < s < 1 und r + s < 1.
3. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei das Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1) und das weitere Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2) gleich sind.
4. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die Zwischenschicht (10) Mikrorisse (11) umfasst und in den Mikrorissen (11) die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht (2) zumindest stellenweise vorhanden ist.
5. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die Zwischenschicht (10) einen Aluminiumgehalt
aufweist, der größer als der Aluminiumgehalt der ersten (1) und zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2) ist.
6. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die Zwischenschicht (10) eine kleinere Gitterkonstante als die erste (1) und zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht (2) aufweist.
7. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1) eine Maskierungsschicht (20) umfasst.
8. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Zwischenschicht (10) eine Schichtdicke zwischen wenigstens 5 nm und höchstens 100 nm aufweist.
9. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht (2) nach ihrem Aufwachsen kompressiv verspannt ist.
10. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1) Kavitäten (30) aufweist, die sich in einer Draufsicht mit den Mikrorissen (11) der Zwischenschicht (10) überlappen.
11. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (100) eine aktive Schicht (4) umfasst, die zum Empfangen und/oder Erzeugen von
elektromagnetischer Strahlung geeignet ist und der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2) in der
Wachstumsrichtung (Z) der Halbleiterschichtenfolge (100) nachgeordnet ist.
12. Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einem der Ansprüche 10 und 11,
wobei die Kavitäten (30) der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht (1) frei von der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1) sind und eine in der aktiven Schicht (4) erzeugte elektromagnetische
Strahlung durch die Kavitäten (30) derart durchtritt, dass beim Eintreten und Austreten der elektromagnetischen Strahlung an Grenzflächen (31) der Kavitäten (30) eine
Brechung der elektromagnetischen Strahlung erfolgt.
13. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß einer der vorherigen Ansprüche mit folgenden Schritten :
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (5) mit einer
Aufwachsoberfläche (6) und der Aufwachsoberfläche (6) gegenüberliegenden Substratfläche (7), wobei die
Aufwachsoberfläche (6) ein Silizium umfasst,
- Aufwachsen einer Nukleationsschicht (21) auf die
Aufwachsoberfläche (6) des Aufwachssubstrats (5)
- Aufwachsen der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht (1) auf einer dem
Aufwachssubstrat (5) abgewandten Seite der Nukleationsschicht (21) ,
- Aufwachsen der Zwischenschicht (10) auf einer dem
Aufwachssubstrat (5) abgewandten Seite der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1), wobei die Gitterkonstante der Zwischenschicht (10) zumindest
stellenweise verschieden von der ersten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht (1) ist,
- Ausbilden der Mikrorisse (11) in der Zwischenschicht (10) während des Aufwachsens der Zwischenschicht (10), und
- zumindest stellenweise gitterangepasstes Aufwachsen der zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2) auf einer dem Aufwachssubstrat (5) abgewandten Seite der
Zwischenschicht (10), wobei die Mikrorisse (11) zumindest stellenweise durch die zweite nitridische
Verbindungshalbleiterschicht (2) befüllt sind, und die zweite nitridische Verbindungshalbleiterschicht (2) auf der
Zwischenschicht (10) kompressiv verspannt aufgewachsen wird.
14. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß dem Anspruch 13 mit dem weiteren
Verfahrensschritt :
- Aufwachsen einer aktiven Schicht (4) auf einer dem
Aufwachssubstrat (5) abgewandten Seite der gitterangepassten zweiten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (2), wobei die aktive Schicht (4) zum Empfangen und/oder Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung geeignet ist.
15. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß Anspruch 14,
wobei das Aufwachssubstrat (5) chemisch und/oder mechanisch entfernt wird und zumindest stellenweise in der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1), der
Zwischenschicht (10) und der zweiten nitridischen
Verbindungshalbleiterschicht (2 ) in einer der aktiven Schicht (4) abgewandten Richtung eine zumindest stellenweise laterale Aufrauung ausgebildet werden.
16. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß den Ansprüchen 13 bis 15,
wobei die Zwischenschicht (10) unter Wasserstoffeinfluss (10) aufgewachsen wird, der Wasserstoff (40) durch die sich ausbildenden Mikrorisse (11) mit der ersten nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1) in Kontakt tritt, sodass die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1) mit dem Wasserstoff (40) derart reagiert, dass auf Basis einer chemischen Reaktion die Kavitäten (30) in der ersten
nitridischen Verbindungshalbleiterschicht (1) ausgebildet werden.
17. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß den Ansprüchen 13 bis 16, wobei nach Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge (100) die Halbleiterschichtenfolge (100) abgekühlt wird und während des Abkühlens keine Makrorisse in der Halbleiterschichtenfolge (100) ausgebildet werden.
18. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge (100) gemäß den Ansprüchen 13 bis 17,
wobei die erste nitridische Verbindungshalbleiterschicht (1) die Maskierungsschicht (20) umfasst.
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