WO2016184752A1 - Verfahren zur herstellung eines nitridverbindungshalbleiter-bauelements - Google Patents

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WO2016184752A1
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nitride compound
semiconductor layer
layer
growing
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Joachim Hertkorn
Lorenzo Zini
Alexander Frey
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L21/02647—Lateral overgrowth

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a nitride compound semiconductor device, in particular an optoelectronic nitride compound semiconductor device.
  • nitride compound semiconductor devices such as LEDs or semiconductor lasers
  • the functional layers of the device typically become
  • Sapphire substrates are particularly suitable for growing nitride compound semiconductor layers.
  • Nitride compound semiconductors on sapphire may be defective due to the presence of lattice mismatch
  • Form semiconductor material possibly the
  • Properties of the device may affect.
  • a laser lift-off method known per se can be used in particular.
  • One in this way manufactured LED is also referred to as thin-film LED.
  • a surface opposite the carrier can be provided with a decoupling structure or a roughening.
  • An object to be solved is to provide an improved method for producing a nitride compound semiconductor device, with which in particular a low defect density is achieved. Furthermore, the targeted
  • a growth substrate is provided on which a first
  • Direct mechanical and / or electrical contact on the other layer or the other element is arranged.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • the first nitride compound semiconductor layer Prior to growth of the first nitride compound semiconductor layer is preferably a nucleation layer,
  • the nucleation layer can be applied by sputtering, for example.
  • Nitride compound semiconductor layer and further applied in subsequent further process steps
  • Nitride compound semiconductor layers are preferably applied epitaxially, in particular by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE).
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • a mask layer is advantageously deposited on the first nitride compound semiconductor layer.
  • Masking layer allows selective growth of a second nitride compound semiconductor layer due to its structure and / or surface properties.
  • the mask layer may in particular comprise or consist of SiN or SiGaN.
  • the mask layer is preferably a non-closed layer comprising a plurality of
  • the mask layer may be an island-like layer, i. a layer whose growth was broken off in the initial stage even before the crystallites completely merged into a closed layer.
  • Mask layer is preferably only one or a few
  • the mask layer can be a
  • the mask layer is preferably deposited by means of MOVPE.
  • Nitride compound semiconductor layer grown on the mask layer When growing up the second Nitride compound semiconductor layer arise due to the structure and / or the surface properties of
  • Nitride compound semiconductor material For example, nucleation of the nitride compound semiconductor material of the second nitride compound semiconductor layer begins in openings of the mask layer.
  • the three-dimensional islands can do that
  • Material of the mask layer overgrow at least partially.
  • the growth of the second nitride compound semiconductor layer is advantageously prior to the coalescence of the
  • the growth conditions in particular the temperature and / or the gas flows, are adjusted such that a
  • a predominantly three-dimensional growth means in particular that the surface of the third nitride compound semiconductor layer is formed essentially by crystal surfaces which do not run parallel to the growth substrate. In particular, the crystal faces are the third
  • Nitride compound semiconductor layer predominantly not oriented in the c-plane.
  • the c-plane corresponds to a [0001] crystal surface of the nitride compound semiconductor material.
  • Crystal direction is preferably negligible.
  • the third nitride compound semiconductor layer forms
  • Nitride compound semiconductor layer is grown in the method advantageously a fourth nitride compound semiconductor layer, wherein the growth conditions such
  • a predominantly two-dimensional growth means in particular that the surface of the fourth
  • Nitride compound semiconductor layer is formed substantially by crystal surfaces which are parallel to the
  • the surface of the fourth nitride compound semiconductor layer is predominantly oriented in the c-plane, which is the [0001]
  • Crystal surface of the nitride compound semiconductor material corresponds.
  • Nitride compound semiconductor layer the non-planar
  • pyramidal structures can be reinforced. Following the intermediate step takes place at this
  • Nitride compound semiconductor layer as described above.
  • the functional layer sequence can in particular a
  • the functional layer sequence at a side opposite the growth substrate side connected to a carrier.
  • the growth substrate is detached from the semiconductor layer sequence produced in this way.
  • the detachment of the growth substrate is preferably carried out by means of a laser lift-off process.
  • the growth substrate by a wet chemical
  • Growth substrate which in particular has sapphire, can advantageously be reused after detachment.
  • coupling-out structures are produced on a surface of the component facing away from the support by an etching process, the first, second, and third nitride compound semiconductor layer at least
  • the interface between the third nitride compound semiconductor layer and the fourth nitride compound semiconductor layer functions as an etch stop layer in the etching process.
  • the etching process is slowed or even stopped at this interface. It is believed that this is particularly due to the fact that when changing the growth conditions between the production of the third nitride compound semiconductor layer and the
  • Fabrication of the fourth nitride compound semiconductor layer kinks defects on the surfaces of the non-planar structures of the third nitride compound semiconductor layer. Stopping the etching process in the production of
  • Nitride compound semiconductor layer Nitride compound semiconductor layer.
  • the coupling-out structures are therefore at least partially of non-planar
  • Nitride compound semiconductor layer have formed.
  • the third nitride compound semiconductor layer is in the
  • the coupling-out structures are inverse to the non-planar structures used in the production of the third
  • Nitride compound semiconductor layer were formed.
  • the shape and / or the size of the coupling-out structures is advantageously defined in the method by the non-planar structures produced during the production of the second and third nitride compound semiconductor layers. These can be influenced in size and distribution in particular by the mask layer. Furthermore, the shape of the non-planar structures by the growth conditions and the growth time in the production of the third
  • Nitride compound semiconductor layer monitored by a suitable method, in particular by in situ
  • Reflectometry For example, the reflection of a
  • Laser beam are measured under normal incidence.
  • the reflection under normal incidence decreases with increasing size of the non-planar structures, since these deflect the laser beam laterally or diffuse diffusely. In this way it is possible that growing up the third
  • nitride compound semiconductor layers may be substantially pyramidal structures.
  • the pyramidal structures may have side facets formed by a [1-101] crystal surface or a [11-22] crystal surface.
  • the decoupling structures produced during the etching process also have side facets formed by a [1-101] crystal surface or a [11-22] crystal surface.
  • the non-planar structures have an average height of between 1 .mu.m and 5 .mu.m, preferably between 2 .mu.m and 3 .mu.m.
  • the etching process for producing the decoupling structures is advantageously carried out wet-chemically, wherein preferably KOH is used as etchant. In the wet-chemical etching process, the etchant penetrates into the semiconductor material, in particular along displacements running in the vertical direction. Interfaces where offsets from the vertical direction bend, eg in the lateral direction
  • the third nitride compound semiconductor layer becomes
  • a growth temperature which is smaller by at least 40 ° C, preferably by 50 ° C to 80 ° C, than the growth temperature of the second and / or fourth nitride compound semiconductor layer. Due to the lower growth temperature when growing up the third
  • Nitride compound semiconductor layer favors the formation of the three-dimensional non-planar structures.
  • the nitride compound semiconductor layers are formed by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE).
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • the NH3 gas flow in the preparation of the second and third nitride compound semiconductor layers is at least 70% less, preferably from 70% to 90% less, than in the fabrication of the fourth nitride compound semiconductor layer.
  • the reduced NH3 gas flow like the reduced growth temperature, favors the formation of the three-dimensional non-planar structures.
  • the masking layer used in the process is
  • silicon nitride layer preferably a silicon nitride layer.
  • silicon nitride a nitride compound semiconductor can grow only comparatively poorly.
  • the mask layer of silicon nitride therefore causes a selective growth of the second
  • a sapphire substrate is preferably used in the method. Since the growth substrate in the method is advantageously removed after bonding to a carrier, the comparatively expensive growth substrate can advantageously be reused.
  • the functional layer sequence preferably contains an n-doped semiconductor region, a p-doped semiconductor region
  • the active layer is
  • Nitride compound semiconductor device to be a light emitting diode. The invention will be described below with reference to
  • Figures 1 to 7 is a schematic representation of a
  • Embodiment of the method based on intermediate steps.
  • a first nitride compound semiconductor layer 1 has been grown on a growth substrate 10.
  • the growth substrate 10 is preferably a sapphire substrate.
  • the first nitride compound semiconductor layer 1 shown here like the others in the following
  • Nitride compound semiconductor layers a III-nitride compound semiconductor material, preferably In x Al y Gai x - y N, where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1. This material does not necessarily have a mathematically exact
  • composition according to the above formula may contain one or more dopants as well as additional
  • the first nitride compound semiconductor layer 1 may
  • the growth of the first nitride compound semiconductor layer 1 takes place as the growth of the other
  • Nitride compound semiconductor layers preferably by metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE).
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • Nitride compound semiconductor layer 1 is preferably 10 nm to 1000 nm thick, for example, about 300 nm.
  • Growth substrate 10 is applied, for example by
  • the nucleation layer may in particular contain A1N.
  • a mask layer 11 has been applied to the first nitride compound semiconductor layer 1.
  • the mask layer 11 is formed of a material on which a
  • the mask layer 11 is preferably a silicon nitride layer.
  • the mask layer 11 has
  • a plurality of openings which have on average a lateral extent a of about 100 nm to 1000 nm.
  • the arranged between the openings areas of the mask layer 11 advantageously have a lateral
  • Extension b of about 10 nm to 500 nm.
  • a second nitride compound semiconductor layer 2 has been grown over the first nitride compound semiconductor layer 1 and the mask layer 11. The second
  • Nitride compound semiconductor layer 2 substantially grows in the openings of the mask layer, and the material of the second nitride compound semiconductor layer 2 is the
  • the second nitride compound semiconductor layer 2 is, for example, by MOVPE with a NH3 gas flow of 10 slm to 50 slm at a growth rate of 1 ym / h
  • the growth of the second nitride compound semiconductor layer 2 is preferably carried out at a growth temperature of more than 1050 ° C.
  • the growth temperature is
  • the nitride compound semiconductor material of the second nitride compound semiconductor layer 1 grows substantially in a [0001] crystal direction, so that the surface of the growing crystallites is mainly formed by a [0001] crystal plane, which is also referred to as a c-plane ,
  • the growth of the second nitride compound semiconductor layer 2 is advantageously stopped before the growing crystallites are grown together.
  • Process step is a third
  • Nitride compound semiconductor layer 2 has been grown.
  • the growth conditions are changed so that that is a substantially three-dimensional growth of
  • Crystallite occurs. This can be done in particular by reducing the growth temperature by at least 40 ° C., preferably by about 50 ° C. to 80 ° C., compared with the growth temperature of the second nitride compound semiconductor layer 2.
  • the third nitride compound semiconductor layer 3 grows substantially in crystal directions that do not correspond to the [0001] crystal direction.
  • three-dimensional non-planar structures are formed, which may be pyramidal in particular.
  • the side facets 3a of the pyramidal structures are particularly characterized by a [1-101] crystal surface or a [11-22] crystal surface
  • the growth of the third nitride compound semiconductor layer 3 is preferably terminated when growing
  • three-dimensional structures are completely formed into pyramidal structures having a desired height.
  • growth can be in situ in the
  • Coating system to be monitored by reflectometry. For example, a laser beam at a normal angle of incidence, i. parallel to the growth direction, directed to the growth surface and the reflectivity of
  • pyramidal Structures with heights between 1 ym and 5 ym, preferably between 2 ym and 3 ym.
  • a fourth nitride compound semiconductor layer 4 is above the non-planar structures of the third one
  • Nitride compound semiconductor layer 3 has been grown.
  • the growth conditions are changed again.
  • the growth conditions are set so that a substantially two-dimensional growth occurs. In this way it is achieved that the pyramidal structures are overgrown in such a way that an im
  • Nitride compound semiconductor layer 4 achieved.
  • nitride compound semiconductor layer 4 can meet the growing conditions of growing the second
  • Nitride compound semiconductor layer 2 correspond.
  • Nitride compound semiconductor layer 3 increases, preferably around 50 ° C to 80 ° C. For example, an increase in the growth temperature by about 75 ° C.
  • the NH 3 gas flow can be increased.
  • Nitride compound semiconductor layers 2, 3 about 10% to 30% of the value when growing the fourth
  • Nitride compound semiconductor layer 4 For example, the NH3 gas flow during the growth of the second
  • Nitride compound semiconductor layer 3 is about 10 slm and when growing the fourth nitride compound semiconductor layer 4 about 50 slm. But it is also possible that the NH3 gas flow is kept constant and the
  • Nitride compound semiconductor layer 4 is in the subsequent process step, which is shown in Figure 6, the
  • Semiconductor layer sequence 8 profits in particular from the low defect density in the fourth
  • Nitride compound semiconductor layer 4 on which they are
  • the functional semiconductor layer sequence 8 can in particular be a light-emitting semiconductor layer sequence of a
  • the nitride compound semiconductor device is an LED and the functional semiconductor layer sequence 8 is one
  • Semiconductor layer sequence 8 may in particular comprise an n-type semiconductor region 5, an active layer 6 and a p-type semiconductor region 7. The only simplistic
  • illustrated light-emitting diode layer sequence can from a
  • the functional semiconductor layer sequence 8 has been connected to a carrier 13 on a side opposite the growth substrate 10.
  • the carrier 13 may be
  • the carrier 13 can be connected to the functional semiconductor layer sequence 8 with a connection layer 12 such as a solder layer.
  • the functional is advantageous
  • the mirror layer 9 may comprise, for example, silver or aluminum. Furthermore, the functional semiconductor layer be provided with electrical contacts (not shown). An electrical contact, for example, by an electrically conductive mirror layer. 9
  • the growth substrate 10 has been detached from the layer sequence produced.
  • the growth substrate 10 can be detached from the layer sequence in particular by a laser lift-off process.
  • the growth substrate 10 may be formed by, for example, applying ultrasound
  • the etching process is preferably wet-chemical, with KOH being used as an etchant. The etching process serves to generate
  • Auskoppeltechnischmaschinen 14 on the carrier 13 opposite surface of the device, which may be in particular the radiation exit surface.
  • the etching process stops especially at the interfaces which have previously formed the side facets of the pyramidal structures.
  • the etchant preferably penetrates into the semiconductor material, so that the etching process is slowed down on the side facets or even stopped completely.
  • the side facets of the pyramidal structures therefore act as one
  • the side facets 14a of the coupling-out structures 14 can therefore be formed at least partially by a [1-101] -crystal surface or a [11-22] -crystal surface.
  • Decoupling structures 14 are advantageously three-dimensional structures that are at least partially inverse to the non-planar three-dimensional structures that are used in the
  • the size and shape of the decoupling structures 14 can therefore be characterized in particular by the growth time and
  • Nitride compound semiconductor layer 3 can be influenced.
  • the coupling-out structures can be specifically influenced with regard to their spatial distribution and size by the structure of the previously applied mask layer 11. Depending on the size of the coupling-out structures 14 not only the radiation extraction can be improved, but possibly also the spatial
  • the coupling-out structures 14 can also have further recesses in the fourth nitride compound semiconductor layer 4
  • Structures of the third nitride compound semiconductor layer 3 correspond. These recesses are indicated in Fig. 7 by the smaller pyramids beside and between the larger pyramids and arise in the etching process, starting from the previously flat areas of the surface of the fourth
  • Nitride compound semiconductor layer 4 The etching process stops in this case, in particular at still existing dislocations, which are parallel to the crystallographic c-plane. At these transversal displacements usually perpendicular displacements end, in which the etchant preferably penetrates into the semiconductor material. Thus, even displacements parallel to the c-plane act similarly as an etch stop layer.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements beschrieben, umfassend die Schritte: - Aufwachsen einer ersten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (1) auf ein Aufwachssubstrat (10), - Abscheiden einer Maskenschicht (11), - Aufwachsen einer zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) über der Maskenschicht (11), - Aufwachsen einer dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (3) derart, dass sie nicht-planare Strukturen (3a) aufweist, - Aufwachsen einer vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (4) derart, dass sie eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist, - Aufwachsen einer funktionellen Schichtenfolge (8) des Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements, - Verbinden der funktionellen Schichtenfolge (8) mit einem Träger (13), - Ablösen des Aufwachssubstrats (10), und - Erzeugen von Auskoppelstrukturen (14) durch einen Ätzprozess, bei dem die erste, zweite und dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (1, 2, 3) zumindest teilweise abgetragen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiter- Bauelements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements, insbesondere eines optoelektronischen Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 661.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Zur Herstellung von Nitridverbindungshalbleiter-Bauelementen wie beispielsweise LEDs oder Halbleiterlasern werden die funktionellen Schichten des Bauelements in der Regel
epitaktisch auf einem geeigneten Aufwachssubstrat
abgeschieden. Zum Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleiter- Schichten sind insbesondere Saphirsubstrate geeignet. Beim heteroepitaktischen Aufwachsen eines
Nitridverbindungshalbleiters auf Saphir können sich aufgrund der vorhandenen Gitterfehlanpassung Defekte in dem
Halbleitermaterial ausbilden, welche möglicherweise die
Eigenschaften des Bauelements beeinträchtigen können.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei einem auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierenden Bauelement die epitaktische Schichtenfolge an einer dem Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite mit einem Träger zu verbinden und anschließend das Aufwachssubstrat abzulösen. Zum Ablösen des Aufwachssubstrats von einem Nitridverbindungshalbleiter- Bauelement kann insbesondere ein an sich bekanntes Laser- Lift-Off-Verfahren eingesetzt werden. Eine auf diese Weise hergestellte LED wird auch als Dünnfilm-LED bezeichnet. Zur Verbesserung der Strahlungsauskopplung kann eine dem Träger gegenüberliegende Oberfläche mit einer Auskoppelstruktur oder einer Aufrauhung versehen werden.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiter- Bauelements anzugeben, mit dem insbesondere eine geringe Defektdichte erzielt wird. Weiterhin soll die gezielte
Ausbildung von Auskoppelstrukturen erleichtert werden, welche die Abstrahlcharakteristik des Bauelements beeinflussen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Bei dem Verfahren wird gemäß zumindest einer Ausgestaltung ein Aufwachssubstrat bereitgestellt, auf das eine erste
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht aufgewachsen wird.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in
direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein. Vor dem Aufwachsen der ersten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht wird vorzugsweise eine Nukleationsschicht ,
beispielsweise eine Schicht, die Aluminiumnitrid aufweist, aufgebracht. Die Nukleationsschicht kann zum Beispiel durch Sputtern aufgebracht werden. Die erste
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht und die in nachfolgenden weiteren Verfahrensschritten aufgebrachten weiteren
Nitridverbindungshalbleiter-Schichten werden vorzugsweise epitaktisch aufgebracht, insbesondere durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) .
Auf der ersten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird vorteilhaft eine Maskenschicht abgeschieden. Die
Maskenschicht ermöglicht aufgrund ihrer Struktur und/oder ihrer Oberflächeneigenschaften ein selektives Wachstum einer zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht .
Die Maskenschicht kann insbesondere SiN oder SiGaN aufweisen oder daraus bestehen. Die Maskenschicht ist vorzugsweise eine nicht geschlossene Schicht, die eine Vielzahl von
stochastisch verteilten Öffnungen aufweist. Insbesondere kann die Maskenschicht eine inselförmige Schicht sein, d.h. eine Schicht, deren Wachstum im Anfangsstadium noch vor dem vollständigen Zusammenwachsen der Kristallite zu einer geschlossenen Schicht abgebrochen wurde. Die Dicke der
Maskenschicht beträgt vorzugsweise nur eine oder wenige
Atomlagen. Beispielsweise kann die Maskenschicht eine
mittlere Dicke von etwa 0,2 nm bis 2 nm aufweisen. Bevorzugt wird die Maskenschicht mittels MOVPE abgeschieden.
In einem weiteren Schritt wird eine zweite
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht auf der Maskenschicht aufgewachsen. Beim Aufwachsen der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht entstehen aufgrund der Struktur und/oder der Oberflächeneigenschaften der
Maskenschicht dreidimensionale Inseln aus dem
Nitridverbindungshalbleitermaterial . Beispielsweise beginnt die Nukleation des Nitridverbindungshalbleiter-Materials der zweiten Nitridverbindungshalbleiter Schicht in Öffnungen der Maskenschicht. Die dreidimensionalen Inseln können das
Material der Maskenschicht zumindest teilweise überwachsen. Das Wachstum der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird vorteilhaft vor dem Zusammenwachsen der
dreidimensionalen Inseln zu einer geschlossenen Schicht abgebrochen .
In einem nachfolgenden Schritt wird über der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht eine dritte
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht aufgewachsen. Beim
Aufwachsen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht werden die Wachstumsbedingungen, insbesondere die Temperatur und/oder die Gasflüsse, derart eingestellt, dass ein
vorwiegend dreidimensionales Wachstum erfolgt. Ein vorwiegend dreidimensionales Wachstum bedeutet insbesondere, dass die Oberfläche der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht im Wesentlichen durch Kristallflächen gebildet wird, welche nicht parallel zum Aufwachssubstrat verlaufen. Insbesondere sind die Kristallflächen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht überwiegend nicht in der c-Ebene orientiert. Die c-Ebene entspricht insbesondere einer [ 0001 ] -Kristalloberfläche des Nitridverbindungshalbleiter- Materials. Das Wachstum der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht in der [0001]-
Kristallrichtung ist vorzugsweise vernachlässigbar gering. Die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht bildet
aufgrund der Wachstumsbedingungen nicht-planare dreidimensionale Strukturen, insbesondere pyramidenförmige Strukturen, aus.
Über den nicht-planaren Strukturen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird bei dem Verfahren vorteilhaft eine vierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht aufgewachsen, wobei die Wachstumsbedingungen derart
eingestellt werden, dass ein vorwiegend zweidimensionales Wachstum erfolgt. Ein vorwiegend zweidimensionales Wachstum bedeutet insbesondere, dass die Oberfläche der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht im Wesentlichen durch Kristallflächen gebildet wird, welche parallel zum
Aufwachssubstrat verlaufen. Insbesondere ist die Oberfläche der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht überwiegend in der c-Ebene orientiert, welche der [0001]-
Kristalloberfläche des Nitridverbindungshalbleiter-Materials entspricht. Vorzugsweise überdeckt die vierte
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht die nicht-planaren
Strukturen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht vollständig und weist eine im Wesentlichen ebene Oberfläche auf. Mit anderen Worten werden die nicht-planaren Strukturen von der vierten Nitridverbindungshalbleiter Schicht
vorzugsweise vollständig planarisiert . Bei einer Ausgestaltung kann nach dem Aufwachsen der dritten Nitridverbindungshalbleiterschicht und vor dem Aufwachsen der vierten Nitridverbindungshalbleiterschicht ein
Zwischenschritt erfolgen, in dem eine weitere Maskenschicht, bevorzugt aus SiN, aufgewachsen wird und nachfolgend eine weitere Nitridverbindungshalbleiterschicht unter vorwiegend dreidimensionales Wachstumsbedingungen, d.h. unter
Wachstumsbedingungen wie im Zusammenhang mit der dritten Nitridverbindungshalbleiterschicht beschrieben, aufgewachsen wird. Dieser Zwischenschritt kann gegebenenfalls einmal oder mehrmals wiederholt werden. Das Ausbilden der
pyramidenförmigen Strukturen kann dadurch verstärkt werden. Im Anschluss an den Zwischenschritt erfolgt bei dieser
Ausgestaltung das Aufwachsen der vierten
Nitridverbindungshalbleiterschicht wie zuvor beschrieben.
In einem nachfolgenden Schritt wird die funktionelle
Schichtenfolge des Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements auf der vorzugsweise vollständig planaren Oberfläche der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht aufgewachsen. Die funktionelle Schichtenfolge kann insbesondere eine
Leuchtdiodenschichtenfolge sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem
weiteren Schritt die funktionelle Schichtenfolge an einer dem Aufwachssubstrat gegenüber liegenden Seite mit einem Träger verbunden. Nachfolgend wird das Aufwachssubstrat von der auf diese Weise hergestellten Halbleiterschichtenfolge abgelöst. Das Ablösen des Aufwachssubstrats erfolgt bevorzugt mittels eines Laser-Lift-Off-Prozesses . Alternativ ist es aber auch möglich, das Aufwachssubstrat durch ein nasschemisches
Verfahren, durch die Anwendung von Ultraschall, durch die Erzeugung von mechanischen Scherkräften, beispielsweise durch eine Temperaturbehandlung, oder durch mechanische
Krafteinwirkung abzulösen. Das vergleichsweise teure
Aufwachssubstrat , das insbesondere Saphir aufweist, kann nach dem Ablösen vorteilhaft wiederverwendet werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden in einem weiteren Schritt Auskoppelstrukturen an einer vom Träger abgewandten Oberfläche des Bauelements durch einen Ätzprozess erzeugt, wobei durch den Ätzprozess die erste, zweite und dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht zumindest
teilweise abgetragen werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Grenzfläche zwischen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht und der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht bei dem Ätzprozess wie eine Ätzstoppschicht wirkt. Der Ätzprozess wird an dieser Grenzfläche verlangsamt oder sogar ganz gestoppt. Es wird vermutet, dass dies insbesondere darauf beruht, dass beim Verändern der Wachstumsbedingungen zwischen dem Herstellen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht und dem
Herstellen der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht Defekte an den Oberflächen der nicht-planaren Strukturen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht abknicken. Das Stoppen des Ätzprozesses bei der Herstellung der
Auskoppelstrukturen erfolgt somit insbesondere an der nicht- planaren Grenzfläche zwischen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht und der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht. Die Auskoppelstrukturen werden daher zumindest teilweise von nicht-planaren
Oberflächen der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht gebildet, welche zuvor die Grenzfläche zur dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht ausgebildet haben. Die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird bei dem
Ätzprozess ganz oder teilweise abgetragen. Mit anderen Worten sind die Auskoppelstrukturen invers zu den nicht-planaren Strukturen, welche bei der Herstellung der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht ausgebildet wurden. Die Form und/oder die Größe der Auskoppelstrukturen wird bei dem Verfahren vorteilhaft durch die bei der Herstellung der zweiten und dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht erzeugten nicht-planaren Strukturen definiert. Diese können hinsichtlich ihrer Größe und Verteilung insbesondere durch die Maskenschicht beeinflusst werden. Weiterhin kann die Form der nicht-planaren Strukturen durch die Wachstumsbedingungen und die Wachstumszeit bei der Herstellung der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht eingestellt werden.
Vorzugsweise wird die Ausbildung der nicht-planaren
Strukturen beim Aufwachsen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht durch ein geeignetes Verfahren monitoriert, insbesondere durch in-situ
Reflektometrie . Beispielsweise kann die Reflexion eines
Laserstrahls unter senkrechtem Einfall gemessen werden. Die Reflexion unter senkrechtem Einfall vermindert sich mit zunehmender Größe der nicht-planaren Strukturen, da diese den Laserstrahl seitlich ablenken oder diffus streuen. Auf diese Weise ist es möglich, dass Aufwachsen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht zu stoppen, wenn die nicht-planaren Strukturen eine gewünschte Größe erreicht haben .
Die nicht-planaren Strukturen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht können insbesondere im Wesentlichen pyramidenförmige Strukturen sein. Die
pyramidenförmigen Strukturen entstehen vorteilhaft
selbstorganisiert beim dreidimensionalen Wachstum der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht. Insbesondere können die pyramidenförmigen Strukturen Seitenfacetten aufweisen, die durch eine [ 1-101 ] -Kristallfläche oder eine [11-22]- Kristallflache gebildet sind. Entsprechend weisen auch die beim Ätzprozess erzeugten Auskoppelstrukturen Seitenfacetten auf, die durch eine [ 1-101 ] -Kristallfläche oder eine [11-22]- Kristallfläche gebildet sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die nicht- planaren Strukturen im Mittel eine Höhe zwischen 1 ym und 5 ym, bevorzugt zwischen 2 ym und 3 ym, auf. Der Ätzprozess zur Herstellung der Auskoppelstrukturen erfolgt vorteilhaft nasschemisch, wobei vorzugsweise KOH als Ätzmittel verwendet wird. Bei dem nasschemischen Ätzprozess dringt das Ätzmittel insbesondere entlang von in vertikaler Richtung verlaufenden Versetzungen in das Halbleitermaterial vor. Grenzflächen, an denen Versetzungen aus der vertikalen Richtung abknicken, z.B. in die in lateraler Richtung
verlaufende c-Ebene, verlangsamen oder stoppen den Ätzprozess daher . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die zweite Nitridverbindungshalbleiter-Schicht und/oder die vierte
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht bei einer
Wachstumstemperatur von mehr als 1050 °C hergestellt. Bei dieser Wachstumstemperatur tritt im Wesentlichen
zweidimensionales Wachstum auf.
Die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird
vorzugsweise mit einer Wachstumstemperatur hergestellt, die um mindestens 40 °C, bevorzugt um 50 °C bis 80 °C, kleiner ist als die Wachstumstemperatur der zweiten und/oder vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht. Durch die geringere Wachstumstemperatur beim Aufwachsen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht wird die Ausbildung der dreidimensionalen nicht-planaren Strukturen begünstigt.
Vorzugsweise werden die Nitridverbindungshalbleiter-Schichten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE)
hergestellt, wobei NH3 als Reaktionsgas zur Bereitstellung der Stickstoffkomponente verwendet wird. Vorzugsweise ist der NH3-Gasfluss bei der Herstellung der zweiten und dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht um mindestens 70 % geringer, vorzugsweise von 70% bis 90% geringer als bei der Herstellung der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht. Der verminderte NH3-Gasfluss begünstigt wie die verminderte Wachstumstemperatur die Ausbildung der dreidimensionalen nicht-planaren Strukturen. Die bei dem Verfahren verwendete Maskenschicht ist
vorzugsweise eine Siliziumnitridschicht. Auf Siliziumnitrid kann ein Nitridverbindungshalbleiter nur vergleichsweise schlecht aufwachsen. Die Maskenschicht aus Siliziumnitrid bewirkt daher ein selektives Aufwachsen der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter Schicht in Ausnehmungen der
Maskenschicht und/oder in Form von einzelnen Inseln, welche die Maskenschicht lateral überwachsen.
Als Aufwachsubstrat wird bei dem Verfahren vorzugsweise ein Saphirsubstrat verwendet. Da das Aufwachsubstrat bei dem Verfahren vorteilhaft nach dem Verbinden mit einem Träger abgelöst wird, kann das vergleichsweise teure Aufwachsubstrat vorteilhaft wieder verwendet werden. Die funktionelle Schichtenfolge enthält vorzugsweise einen n- dotierten Halbleiterbereich, einen p-dotierten
Halbleiterbereich und eine zwischen dem n-dotierten
Halbleiterbereich und dem p-dotierten Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht. Die aktive Schicht ist
vorzugsweise eine zur Emission von elektromagnetischer
Strahlung geeignete Schicht. Insbesondere kann das
Nitridverbindungshalbleiter-Bauelement eine Leuchtdiode sein. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 7 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels des Verfahrens anhand von Zwischenschritten .
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten ersten Schritt des Verfahrens ist eine erste Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 1 auf ein Aufwachssubstrat 10 aufgewachsen worden. Das Aufwachsubstrat 10 ist vorzugsweise ein Saphirsubstrat.
Die hier dargestellte erste Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 1 umfasst wie die weiteren in nachfolgenden
Verfahrensschritten aufgebrachten
Nitridverbindungshalbleiter-Schichten ein III-Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise InxAlyGai-x-yN, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte
Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des InxAlyGai-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, AI, Ga, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Die erste Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 kann
insbesondere eine GaN-Schicht sein.
Das Aufwachsen der ersten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 erfolgt wie das Aufwachsen der weiteren
Nitridverbindungshalbleiter-Schichten vorzugsweise durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) . Die erste
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 ist vorzugsweise 10 nm bis 1000 nm dick, beispielsweise etwa 300 nm.
Es ist möglich, dass vor dem Aufwachsen der ersten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 eine dünne
Nukleationsschicht (nicht dargestellt) auf das
Aufwachsubstrat 10 aufgebracht wird, zum Beispiel durch
Sputtern. Die Nukleationsschicht kann insbesondere A1N enthalten .
Bei dem in Figur 2 dargestellten Zwischenschritt ist eine Maskenschicht 11 auf die erste Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 1 aufgebracht worden. Die Maskenschicht 11 ist aus einem Material gebildet, auf dem ein
Nitridverbindungshalbleiter-Material nicht ohne weiteres aufwachsen kann. Die Maskenschicht 11 ist vorzugsweise eine Siliziumnitridschicht. Die Maskenschicht 11 weist
vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen auf, die im Mittel eine laterale Ausdehnung a von etwa 100 nm bis 1000 nm aufweisen. Die zwischen den Öffnungen angeordneten Bereiche der Maskenschicht 11 weisen vorteilhaft eine laterale
Ausdehnung b von etwa 10 nm bis 500 nm auf. Bei dem in Figur 3 dargestellten Zwischenschritt ist eine zweite Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 über der ersten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 und der Maskenschicht 11 aufgewachsen worden. Die zweite
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 wächst im Wesentlichen in den Öffnungen der Maskenschicht auf, wobei das Material der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 die
Maskenschicht 11 zumindest teilweise lateral überwachsen kann. Die zweite Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 wird beispielsweise mittels MOVPE mit einem NH3-Gasfluss von 10 slm bis 50 slm bei einer Wachstumsrate von 1 ym/h
aufgewachsen .
Das Aufwachsen der zweiten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 2 erfolgt vorzugsweise bei einer Wachstumstemperatur von mehr als 1050 °C. Die Wachstumstemperatur ist
insbesondere so gewählt, dass ein im Wesentlichen
zweidimensionales Wachstum auftritt. Mit anderen Worten wächst das Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1 im Wesentlichen in einer [ 0001 ] -Kristallrichtung, so dass die Oberfläche der aufwachsenden Kristallite hauptsächlich durch eine [0001]- Kristallebene gebildet wird, die auch als c-Ebene bezeichnet wird. Das Wachstum der zweiten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 2 wird vorteilhaft abgebrochen, bevor die wachsenden Kristallite zusammengewachsen sind.
In einem weiteren in Figur 4 schematisch dargestellten
Verfahrensschritt ist eine dritte
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 über der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 aufgewachsen worden. Beim Aufwachsen der dritten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 3 werden die Wachstumsbedingungen derart geändert, dass ein im Wesentlichen dreidimensionales Wachstum der
Kristallite erfolgt. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Wachstumstemperatur um mindestens 40 °C, bevorzugt um etwa 50 °C bis 80 °C, gegenüber der Wachstumstemperatur der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 vermindert wird .
Insbesondere wächst die dritte Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 3 im Wesentlichen in Kristallrichtungen, die nicht der [ 0001 ] -Kristallrichtung entsprechen. Beim Aufwachsen der der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 entstehen dreidimensionale nicht-planare Strukturen, die insbesondere pyramidenförmig sein können. Die Seitenfacetten 3a der pyramidenförmigen Strukturen sind insbesondere durch eine [1- 101 ] -Kristallfläche oder eine [ 11-22 ] -Kristallfläche
gebildet .
Das Wachstum der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 wird vorzugsweise beendet, wenn die wachsenden
dreidimensionalen Strukturen vollständig zu pyramidenförmigen Strukturen mit einer gewünschten Höhe ausgebildet sind.
Das Wachstum kann zum Beispiel in-situ in der
Beschichtungsanlage durch Reflektometrie monitoriert werden. Hierzu wird beispielsweise ein Laserstrahl unter senkrechtem Einfallswinkel, d.h. parallel zur Wachstumsrichtung, auf die Aufwachsoberfläche gerichtet und die Reflektivität der
Oberfläche aus der mit einem Detektor gemessenen
reflektierten Intensität bestimmt. Die Reflektivität nimmt mit zunehmender Größe der pyramidenförmigen Strukturen ab. Durch eine Kalibrierung kann daher aus der Reflektivität der Oberfläche auf die Größe der pyramidenförmigen Strukturen geschlossen werden. Vorteilhaft werden pyramidenförmige Strukturen mit Höhen zwischen 1 ym und 5 ym, bevorzugt zwischen 2 ym und 3 ym, erzeugt.
Bei dem in Figur 5 dargestellten weiteren Verfahrensschritt ist eine vierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 über den nicht-planaren Strukturen der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 aufgewachsen worden. Zum Aufwachsen der vierten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 4 werden die Wachstumsbedingungen erneut verändert. Wie beim Aufwachsen der zweiten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 2 werden die Wachstumsbedingungen derart eingestellt, dass ein im Wesentlichen zweidimensionales Wachstum erfolgt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die pyramidenförmigen Strukturen derart überwachsen werden, dass eine im
Wesentlichen planare Oberfläche entsteht. Es hat sich
herausgestellt, dass Defekte an den Grenzflächen der nicht- planaren Strukturen, insbesondere an den schräg zum
Aufwachsubstrat verlaufenden [ 1-101 ] -Kristallflächen oder
[ 11-22 ] -Kristallflächen, abknicken. Die Defektdichte in der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 ist daher besonders gering. Insbesondere wird durch die zweimalige Veränderung der Wachstumsbedingungen von einem im
Wesentlichen zweidimensionalen zum einem wesentlichen
dreidimensionalen Wachstum und umgekehrt eine besonders geringe Defektdichte in dem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 erreicht.
Die Wachstumsbedingungen beim Aufwachsen der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 können insbesondere den Wachstumsbedingungen beim Aufwachsen der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 entsprechen.
Insbesondere wird beim Aufwachsen der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 die Wachstumstemperatur gegenüber der Wachstumstemperatur der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 erhöht, vorzugsweise um 50 °C bis 80 °C. Beispielsweise erfolgt eine Erhöhung der Wachstumstemperatur um etwa 75 °C. Beim Aufwachsen der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 kann außerdem der NH3-Gasfluss erhöht werden. Vorzugsweise beträgt der NH3- Gasfluss beim Aufwachsen der zweiten und dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schichten 2, 3 etwa 10 % bis 30 % des Wertes beim Aufwachsen der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4. Beispielsweise kann der NH3-Gasfluss beim Aufwachsen der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 2 und dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 etwa 10 slm und beim Aufwachsen der der vierten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 4 etwa 50 slm betragen. Es ist aber auch möglich, dass der NH3-Gasfluss konstant gehalten wird und beim
Aufwachsen der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 nur die Wachstumstemperatur erhöht wird.
Die im Wesentlichen planare Oberfläche der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4 wird im nachfolgenden Verfahrensschritt, der in Figur 6 dargestellt ist, zum
Aufwachsen einer funktionellen Halbleiterschichtenfolge 8 genutzt. Die Qualität der funktionellen
Halbleiterschichtenfolge 8 profitiert insbesondere von der geringen Defektdichte in der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4, auf der sie
aufgewachsen wird. Insbesondere zeichnet sich die
funktionelle Halbleiterschichtenfolge 8 durch eine sehr geringe Defektdichte aus, die insbesondere durch die
zweimalige Veränderung der Wachstumsbedingungen der darunter liegenden Nitridverbindungshalbleiter-Schichten 2, 3, 4 erreicht wird.
Die funktionelle Halbleiterschichtenfolge 8 kann insbesondere eine lichtemittierende Halbleiterschichtenfolge eines
optoelektronischen Bauelements sein. Beispielsweise ist das Nitridverbindungshalbleiter-Bauelement eine LED und die funktionelle Halbleiterschichtenfolge 8 eine
Leuchtdiodenschichtenfolge . Die funktionelle
Halbleiterschichtenfolge 8 kann insbesondere einen n-Typ- Halbleiterbereich 5, eine aktive Schicht 6 und einen p-Typ Halbleiterbereich 7 aufweisen. Die nur vereinfacht
dargestellte Leuchtdiodenschichtenfolge kann aus einer
Vielzahl von Einzelschichten zusammengesetzt sein, wobei derartige Schichtenfolgen an sich bekannt sind und daher nicht näher erläutert werden.
Weiterhin ist die funktionelle Halbleiterschichtenfolge 8 bei dem in Figur 6 dargestellten Zwischenschritt an einer dem Aufwachssubstrat 10 gegenüberliegenden Seite mit einem Träger 13 verbunden worden. Bei dem Träger 13 kann es sich
insbesondere um einen Silizium-Wafer handeln. Der Träger 13 kann mit einer Verbindungsschicht 12 wie beispielsweise einer Lotschicht mit der funktionellen Halbleiterschichtenfolge 8 verbunden werden. Vorteilhaft wird die funktionelle
Halbleiterschichtenfolge 8 vor der Verbindung mit dem Träger 13 mit einer Spiegelschicht 9 versehen, um im
fertiggestellten Nitridverbindungshalbleiter-Bauelement in Richtung des Trägers 13 emittierte Strahlung zur
gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche zu reflektieren und auf diese Weise die Strahlungsausbeute zu verbessern. Die Spiegelschicht 9 kann zum Beispiel Silber oder Aluminium aufweisen. Weiterhin kann die funktionelle Halbleiterschicht mit elektrischen Kontakten versehen werden (nicht dargestellt) . Ein elektrischer Kontakt kann beispielsweise durch eine elektrische leitfähige Spiegelschicht 9
ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, dass Vias zur elektrischen Kontaktierung in den n-Typ Halbleiterbereich 7 geführt werden. Solche Möglichkeiten zur elektrischen
Kontaktierung sind an sich bekannt und daher in den Figuren nicht im Detail dargestellt. In dem in Figur 7 dargestellten Verfahrensschritt ist das Aufwachssubstrat 10 von der hergestellten Schichtenfolge abgelöst worden. Das Aufwachssubstrat 10 kann insbesondere durch einen Laser-Lift-Off-Prozess von der Schichtenfolge abgelöst werden. Alternativ kann das Aufwachssubstrat 10 zum Beispiel durch Anwendung von Ultraschall, durch ein
nasschemisches Verfahren, durch die Erzeugung von
Scherkräften, insbesondere durch eine Temperaturbehandlung, oder durch rein mechanische Krafteinwirkung abgelöst werden. Weiterhin ist ein Ätzprozess durchgeführt worden, mit dem die erste Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 1, die
Maskenschicht 11, die zweite Nitridverbindungshalbleiter- Schicht 2 und die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 zumindest teilweise abgetragen worden sind. Der Ätzprozess erfolgt vorzugsweise nasschemisch, wobei KOH als Ätzmittel eingesetzt wird. Der Ätzprozess dient der Erzeugung von
Auskoppelstrukturen 14 an der dem Träger 13 gegenüber liegenden Oberfläche des Bauelements, welche insbesondere die Strahlungsaustrittsfläche sein kann.
Es hat sich herausgestellt, dass der Ätzprozess insbesondere an den Grenzflächen stoppt, welche zuvor die Seitenfacetten der pyramidenförmigen Strukturen ausgebildet haben. An den Seitenfacetten enden senkrecht verlaufende Versetzungen, in welchen das Ätzmittel bevorzugt in das Halbleitermaterial vordringt, so dass der Ätzprozess an den Seitenfacetten verlangsamt oder sogar ganz gestoppt wird. Die Seitenfacetten der pyramidenförmigen Strukturen wirken daher wie eine
Ätzstoppschicht .
Die Seitenfacetten 14a der Auskoppelstrukturen 14 können daher zumindest teilweise durch eine [ 1-101 ] -Kristallfläche oder eine [ 11-22 ] -Kristallfläche gebildet sein. Die
Auskoppelstrukturen 14 sind vorteilhaft dreidimensionale Strukturen, welche zumindest teilweise invers zu den nicht- planaren dreidimensionalen Strukturen sind, die beim
Aufwachsen der dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 erzeugt worden sind.
Die Größe und die Form der Auskoppelstrukturen 14 können daher insbesondere durch die Wachstumszeit und
Wachstumsbedingungen bei der Herstellung der dritten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 3 beeinflusst werden.
Weiterhin können die Auskoppelstrukturen hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung und Größe durch die Struktur der zuvor aufgebrachten Maskenschicht 11 gezielt beeinflusst werden. In Abhängigkeit von der Größe der Auskoppelstrukturen 14 kann nicht nur die Strahlungsauskopplung verbessert werden, sondern gegebenenfalls auch die räumliche
Abstrahlcharakteristik gezielt beeinflusst werden. Somit besteht bereits während des Epitaxieprozesses die
Möglichkeit, die Abstrahlcharakteristik über den Raumwinkel und somit das Fernfeld des optoelektronischen Bauelements zu beeinflussen . Die Auskoppelstrukturen 14 können auch weitere Ausnehmungen in der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4
umfassen, welche nicht den inversen pyramidenförmigen
Strukturen der dritten Nitridverbindungshalbleiterschicht 3 entsprechen. Diese Ausnehmungen sind in Fig. 7 durch die kleineren Pyramiden neben und zwischen den größeren Pyramiden angedeutet und entstehen beim Ätzprozess ausgehend von den zuvor ebenen Bereichen der Oberfläche der vierten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht 4. Der Ätzprozess stoppt in diesem Fall insbesondere an noch vorhandenen Versetzungen, die parallel zur kristallografischen c-Ebene sind. An diesen quer verlaufenden Versetzungen enden in der Regel senkrecht verlaufende Versetzungen, in welchen das Ätzmittel bevorzugt in das Halbleitermaterial vordringt. Somit wirken auch parallel zu c-Ebene verlaufende Versetzungen ähnlich wie eine Ätzstoppschicht .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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

Verfahren zur Herstellung eines
Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements, umfassend die Schritte :
- Aufwachsen einer ersten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht (1) auf ein Aufwachssubstrat (10),
- Abscheiden einer Maskenschicht (11),
- Aufwachsen einer zweiten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht (2) über der Maskenschicht (11),
- Aufwachsen einer dritten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht (3) über der zweiten
Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2), derart, dass die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (3) nicht-planare Strukturen (3a) aufweist,
- Aufwachsen einer vierten Nitridverbindungshalbleiter- Schicht (4) über den nicht-planaren Strukturen (3a) derart, dass die vierte Nitridverbindungshalbleiter- Schicht (4) eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist,
- Aufwachsen einer funktionellen Schichtenfolge (8) des Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements ,
- Verbinden der funktionellen Schichtenfolge (8) an
einer dem Aufwachssubstrat (10) gegenüberliegenden Seite mit einem Träger (13),
- Ablösen des Aufwachssubstrats (10), und
- Erzeugen von Auskoppelstrukturen (14) an einer vom Träger (13) abgewandten Oberfläche des
Nitridverbindungshalbleiter-Bauelements durch einen Ätzprozess, bei dem die erste, zweite und dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (1, 2, 3) zumindest teilweise abgetragen werden. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die nicht-planaren Strukturen (3a)
pyramidenförmige Strukturen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nicht-planaren Strukturen (3a) Seitenfacetten (9) aufweisen, die durch eine [ 1-101 ] -Kristallfläche oder eine [ 11-22 ] -Kristallfläche gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auskoppelstrukturen zumindest teilweise durch eine [ 1-101 ] -Kristallfläche oder eine [11-22]- Kristallfläche gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nicht-planaren Strukturen (3a) im Mittel eine Höhe zwischen 1 ym und 5 ym aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ätzprozess ein nasschemischer Ätzprozess ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) und/oder die vierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (4) bei einer Wachstumstemperatur von mehr als 1050 °C hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (3) bei einer Wachstumstemperatur hergestellt wird, die um mindestens 40 °C kleiner ist als die Wachstumstemperatur der zweiten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Nitridverbindungshalbleiter-Schichten (1, 2, 3, 4) mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie hergestellt werden,
- NH3 als Reaktionsgas verwendet wird,
- ein NH3-Gasfluss bei der Herstellung der zweiten und dritten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (3) um mindestens 70% geringer ist als bei der Herstellung der vierten Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (4).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Maskenschicht (11) eine Siliziumnitridschicht ist .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Maskenschicht eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die im Mittel eine laterale Ausdehnung von 100 nm bis 1000 nm aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Aufwachssubstrat (10) ein Saphirsubstrat ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die funktionelle Schichtenfolge (8) einen n-Typ Halbleiterbereich (5), einen p-Typ Halbleiterbereich (7) und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich (5) und dem p-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht (6) aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Nitridverbindungshalbleiter-Bauelement eine Leuchtdiode ist.
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