CN104956498B - 半导体层序列和用于制造半导体层序列的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种半导体层序列，具有：第一氮化物化合物半导体层；第二氮化物化合物半导体层；和设置在所述第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层之间的中间层；其中从第一氮化物化合物半导体层起，中间层和第二氮化物化合物半导体层沿着半导体层序列的生长方向依次地设置并且直接相继地彼此邻接，其中中间层至少局部地具有与第一氮化物化合物半导体层不同的晶格常数，并且其中第二氮化物化合物半导体层至少局部地与中间层晶格匹配。

Description

半导体层序列和用于制造半导体层序列的方法
技术领域
提出一种半导体层序列和一种用于制造该半导体层序列的方法。
半导体层序列能够是电子的、尤其是光电子的半导体层序列。
背景技术
文献Physica Status Solidi c,No.6,1583-1606(2003)/DOI 10.1002/pssc.200303122涉及一种用于制造半导体层序列的方法。
发明内容
待实现的目的在于：提出一种半导体层序列，所述半导体层序列可成本有效地且节省材料地制造。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，该半导体层序列包括第一氮化物化合物半导体层、第二氮化物化合物半导体层和设置在第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层之间的中间层。在本文中将“氮化物化合物半导体层”和/或“中间层”理解为如下半导体层，所述半导体层局部地包括氮化物化合物半导体材料或者由氮化物化合物半导体材料构成。
将“氮化物化合物半导体材料”理解为如下半导体材料，所述半导体材料具有AlnGamIn1-n-mN或者由其构成，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此该材料不必强制性地具有根据上式的数学上的精确组份。更确切地说，其例如能够具有一种或多种掺杂物质以及附加的组成部分。然而为了简单起见，上式仅包含晶格(Al、Ga、In、N)的主要的组成部分，即使这些组成部分能够部分地通过少量其它的物质来取代和/或补充时也如此。
第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层至少局部地不直接彼此邻接，而是通过中间层彼此隔开。这就是说：第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物半导体层分别借助朝向中间层的面邻接、尤其是直接邻接中间层。此外可以考虑的是，在中间层中构成微裂纹时第二氮化物化合物半导体层至少局部地经由中间层的微裂纹与第一氮化物化合物半导体层至少部分地连接。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，从第一氮化物化合物半导体层起，中间层和第二氮化物化合物半导体层沿着半导体层序列的生长方向依次地设置并且直接相继地彼此邻接。在本文中将“生长方向”理解为半导体层序列的生长方向。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，中间层至少局部地具有与第一氮化物化合物半导体层不同的晶格常数。在本文中也能够将“晶格常数”理解为平均晶格常数。
这就是说：中间层不匹配于第一氮化物化合物半导体层的晶格常数。中间层首先在制造公差的范围中生长在第一氮化物化合物半导体层上，其中随着生长的进行，中间层尤其在微裂纹形成的条件下松弛并且至少局部地具有对于中间层而言特定的晶格常数。特定的晶格常数与第一氮化物化合物半导体层的晶格常数不同。换句话说，中间层尽可能与通过第一氮化物化合物半导体层预设的晶格常数无关地生长。中间层在第一氮化物化合物半导体层上的非匹配晶格的生长尤其能够通过中间层的生长工艺期间的工艺参数来控制、影响和/或确定。
在本文中尤其将“生长”理解为借助于化学气相沉积(CVD)或者物理气相沉积的外延生长、例如分子束外延(MBE)。此外，液相外延(LPE)或者氢化物气相外延(HVPE)是可以考虑的。为了生长半导体层序列使用沉积法、覆层法、和/或生长法。特别地，使用化学气相沉积(CVD，chemical vapor deposition)与可能有利的变型形式、如尤其是MOCVD(金属有机CVD)、PECVD(等离子增强CVD)、HFCVD(热丝CVD)、LPCVD(低压CVD)和APCVD(常压CVD)。在本文中，分别将化学气相沉积(CVD)或者物理气相沉积理解为用于生长半导体层序列的基本原理从而充分涵盖其它的基于上述基本原理的方法变型形式。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第二氮化物化合物半导体层与中间层至少局部地晶格匹配。在本文中将“晶格匹配”理解为：中间层的特定的晶格常数与第二氮化物化合物半导体层的特定的晶格常数沿着横向方向的偏差至少局部地不大于1％。这就是说：第二氮化物化合物半导体层在制造公差的范围中基于中间层的晶格常数生长。第二氮化物化合物半导体层在中间层上的晶格匹配的生长尤其能够通过在中间层上的生长工艺期间的工艺参数来控制、影响和/或调节。
将非晶格匹配的生长理解为在此所描述的中间层的非假晶的生长。将晶格匹配的生长尤其理解为在此所描述的第二氮化物化合物半导体层的假晶的生长。在假晶的生长中，保持晶格常数沿着横向方向的扩展。晶格常数垂直于横向方向的扩展尤其能够由于晶体中的原子键和由此产生的力来改变，其中泊松数能够描述上述扩展。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，该半导体层序列包括第一氮化物化合物半导体层、第二氮化物化合物半导体层和设置在第一氮化物化合物半导体层和氮化物第二半导体层之间的中间层，其中从第一氮化物化合物半导体层起，中间层和第二氮化物化合物半导体层沿着半导体层序列的生长方向依次地设置并且直接相继地彼此邻接。中间层至少局部地具有与第一氮化物化合物半导体层不同的晶格常数并且第二氮化物化合物半导体层至少局部地与中间层晶格匹配。
包括氮化物化合物半导体材料或者由氮化物化合物半导体材料构成的氮化物化合物半导体层尤其在生长期间且尤其在市售的衬底、尤其是硅生长衬底上的冷却期间具有高的应力。应力尤其会导致氮化物化合物半导体层的损伤。特别地，衬底的晶格失配和不同的热膨胀系数在氮化物化合物半导体层的生长且尤其是冷却期间引起氮化物化合物半导体层中的宏观的裂纹形成。特别地，氮化物化合物半导体材料在成本适宜的硅生长衬底上的外延生长和冷却，在所构成的层序列不具有损伤的情况下不是容易可行的。损伤例如能够以宏裂纹的形式存在。硅生长衬底具有下述优点：该硅生长衬底与例如蓝宝石衬底相比明显更便宜。
在本文中将“宏裂纹”理解为如下裂纹，所述裂纹伸长穿过整个半导体层序列从而尤其破坏产生光的LED结构。在本文中将“微裂纹”理解为如下裂纹，所述裂纹能够在层或者层序列、例如中间层内部构成。换句话说，微裂纹和宏裂纹之间的主要差异在于：在此所描述的微裂纹出现在中间层中并且包围中间层的氮化物化合物半导体层不具有微裂纹。在中间层中构成的微裂纹与宏裂纹相比彼此间明显更紧密地设置。
在此处所描述的半导体层序列中已令人惊讶地发现：在第二氮化物化合物半导体层在为此所设的中间层上晶格匹配地生长时，第二氮化物化合物半导体层以压缩的方式夹紧地生长。压缩的方式夹紧在制成半导体层序列之后、尤其冷却之后抵抗所构成的拉应力。在半导体层序列中不构成宏观的裂纹。这种令人惊讶的发现的基础是：考虑尤其是在中间层中可证实的微裂纹，所述微裂纹基于中间层在第一氮化物化合物半导体层上的非晶格匹配的或者非假晶的生长。通过中间层的非晶格匹配的生长，中间层在生长期间松弛，其中在中间层中构成在此所描述的微裂纹。
换句话说，在此所描述的半导体层序列在硅生长衬底上的无损的外延生长是可行的。这就是说：通过在此所描述的半导体层序列尤其能够使用硅生长衬底。关于外延生长的半导体层序列的结果在此与生长在蓝宝石或者碳化硅上的半导体层序列是相似的。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层包括一种氮化物化合物半导体材料，所述氮化物化合物半导体材料具有AlnGamIn1-n-mN或者由其构成，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1，第二氮化物化合物半导体层包括另一种氮化物化合物半导体材料，所述另一种氮化物化合物半导体材料具有AlxInyGa1-x-yN或者由其构成，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，并且中间层包括一种氮化物化合物半导体材料，所述氮化物化合物半导体材料具有AlrInsGa1-r-sN或者由其构成，其中0≤r≤1，0≤s≤1并且r+s≤1。
指数n、m尤其能够与指数x、y不同。指数n、m例如与指数x、y彼此分别相差10％。在中间层中，与在第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层中相比，铝含量更高。在此所描述的氮化物化合物半导体材料此外例如能够被掺杂，以构成有源层。第二氮化物化合物半导体层例如能够具有n型掺杂的和p型掺杂的区域，其中在n型掺杂的区域和p型掺杂的区域之间能够构成有源层。
中间层例如能够完全地由AlN构成。中间层此外尤其能够由具有沿着生长方向提高的r的材料AlrGa1-rN构成，其中0<r≤1。在此，r尤其能够采用0.1和0.95之间的值。铝含量的增加能够与中间层的生长持续时间的增加或者厚度的增加呈线性。换句话说，关于中间层中的铝含量构成材料梯度，其中铝含量随着生长持续时间的增加沿着层序列的生长方向增加。生长参数引起产生中间层的松弛并且在中间层中构成微裂纹，所述微裂纹尤其能够基于材料梯度。
根据至少一个实施方式，第二氮化物化合物半导体材料例如沿着半导体层序列的生长方向具有增加浓度的硅掺杂和/或恒定浓度的硅掺杂。通过硅掺杂，第二氮化物化合物半导体层尤其能够具有改进的电流分布。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层的氮化物化合物半导体材料和第二氮化物化合物半导体层的另一种氮化物化合物半导体材料是相同的。换句话说，第一氮化物化合物半导体层的指数n、m与第二氮化物化合物半导体层的指数x、y采用相同的值。关于第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层，将“相同的”理解为在制造公差的范围中相同的化学组份。在此所描述的半导体层序列例如能够具有下述组份：GaN/AlN/GaN，其中GaN描述第一氮化物化合物半导体层，AlN描述中间层并且GaN描述第二氮化物化合物半导体层。
然而“相同”不表示：第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层关于其晶格常数在制造公差的范围中是相同的。假晶地生长的第一氮化物化合物半导体层能够在制造公差的范围中关于原子的组分与非假晶生长的第二氮化物化合物半导体层相同，其中其晶格常数是不同的。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，中间层包括微裂纹并且第二氮化物化合物半导体层至少局部地存在于微裂纹中。中间层具有与第一氮化物化合物半导体层不同的晶格常数。这就是说：中间层非晶格匹配地或者非假晶地在第一氮化物化合物半导体层上生长。由此随着中间层中的层厚度增加而构成微裂纹，所述微裂纹至少局部地完全穿过中间层。此外，第二氮化物化合物半导体层能够通过在中间层中的构成的微裂纹与第一氮化物化合物半导体层接触。
换句话说，中间层至少局部地包括各个中间层块和/中间层岛，所述中间层块和/或中间层岛总体上描述中间层并且至少局部地彼此直接接触。这就是说：第一氮化物化合物半导体层能够通过中间层的微裂纹例如与穿过中间的工艺气体直接接触。
在中间层上晶格匹配地生长的第二氮化物化合物半导体层在微裂纹中以及在中间层的通过微裂纹形成的各个中间层块和/或中间层岛上岛状地生长。随着第二氮化物化合物半导体层的生长持续时间的增加，第二氮化物化合物半导体层的氮化物化合物半导体材料熔化、连接和/或封闭成在横向上均匀地构成的第二氮化物化合物半导体层。生长同时在中间层的裂纹中和中间层块和/或中间层岛上开始。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，中间层具有如下铝含量，所述铝含量大于第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层的铝含量。中间层的铝含量例如为至少85％。也可以考虑的是100％的铝含量。这就是说：中间层在制造公差的范围中不包括任何元素的镓。通过中间层中的较大的铝含量，中间层在松弛的状态中与邻接于松弛状态中的中间层的氮化物化合物半导体层相比具有更小的晶格常数。这就是说：如果第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层例如没有铝，那么在松弛的状态中所述第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层与含铝的中间层相比具有更大的晶格常数。
在本文中将“松弛的状态”理解为在此所描述的层的未夹紧的状态。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，中间层与第一氮化物化合物半导体层和氮化物第二半导体层相比具有更小的晶格常数。通过中间层的在此描述的明显更高的铝含量，该中间层与第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层相比具有更小的晶格常数。这就是说：中间层在生长到第一氮化物化合物半导体层上时保持其较小的晶格常数。然而在第二氮化物化合物半导体层生长时，第二氮化物化合物半导体层至少局部地采用中间层的晶格常数，所述晶格常数小于第二氮化物化合物半导体层的材料典型的晶格常数。由此，第二氮化物化合物半导体层以压缩的方式夹紧地在中间层上生长。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层包括掩模层。在本文中将“包括”理解为：掩模层在第一氮化物化合物半导体层的内部构成，例如掩模层集成、嵌入在第一氮化物化合物半导体层中，和/或在第一氮化物化合物半导体层的两个彼此相继的层区域之间生长。
掩模层尤其能够包括氮化硅或者由氮化硅构成。掩模层能够引起第一氮化物化合物半导体层中的位错密度的减小。此外，掩模层能够引起第一氮化物化合物半导体层中的缺陷(misfit失配)的减少。第一氮化物化合物半导体层的掩模层是半导体层序列的可选的部件并且不因其存在而引起产生在此所描述的令人惊讶地观察到以压缩的方式夹紧地生长的第二氮化物化合物半导体层序列。
根据至少一个实施方式，中间层具有在5nm和100nm之间的层厚度。在此关于中间层的层厚度说明的区域优选影响以借助于尤其高压缩夹紧的方式制造半导体层序列。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第二氮化物化合物半导体层在其生长之后以压缩的方式夹紧。第二氮化物化合物半导体层的以压缩的方式夹紧通过非假晶地或者非晶格匹配地生长的中间层和中间层的微裂纹引起。这就是说：第二氮化物化合物半导体层的以压缩的方式夹紧基于第二氮化物化合物半导体层在中间层上的假晶的或者晶格匹配的生长。第二氮化物化合物半导体层在生长期间通过工艺参数匹配于中间层的晶格常数，使得第二氮化物化合物半导体层以压缩的方式夹紧地生长。
在本文中将“工艺参数”理解为如下工艺参数，所述工艺参数在半导体层的生长之前、期间或者之后能够被调节、改变和/或控制。所使用的氮化物化合物半导体材料的各个元素的压强、温度、气流，流动速度和/或生长率或者生长速度例如是如下可行的工艺参数，所述工艺参数尤其能够影响在此描述的氮化物化合物半导体层和中间层的晶格匹配的或者非晶格匹配的生长。
用于构成第一氮化物化合物半导体层和第二氮化物化合物半导体层的生长工艺例如能够通过GaN生长工艺基于尤其通过反应器中的NH3流所确定的三甲基镓(TMGa)和V/III族比例来描述。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，对于中间层的非假晶的生长而言设定大约800℃至1100℃的范围中的温度范围。此外，将压强设定到50mbar至150mbar上并且将低的V/III族比例设定在50至5000的范围中、尤其优选50至500。三甲基镓(TMGa)与三甲基铝(TMAl)的比例构成在此所描述的关于中间层的铝含量的材料梯度。载气中的氢含量能够根据中间层中的在此所描述的腔的期望的大小改变。第二氮化物化合物半导体层于是尤其以非掺杂的形式生长到中间层上并且反应器运行点例如对应于GaN生长条件。
特别地，当邻接于中间层的第二氮化物化合物半导体层是非掺杂的时，在此所描述的半导体层序列能够构成更高的压缩的方式的夹紧。这能够在半导体层序列冷却期间引起对半导体层序列补偿增大。当第二氮化物化合物半导体层的直接生长到中间层上的第一层片至少部分地以非掺杂的形式构成时，尤其也能够实现在此所描述的压缩方式的夹紧。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层具有腔，所述腔在俯视图中与中间层的微裂纹重叠。在中间层中构成的微裂纹至少局部连续地穿过中间层构成。第一氮化物化合物半导体层因此在微裂纹的区域中在中间层的生长期间至少局部地与工艺气体直接接触。通过在中间层的生长期间选择相应的工艺气体、例如氢，第一氮化物化合物半导体层能够在中间层的生长期间与至少一种工艺气体反应。第一氮化物化合物半导体层例如与氢反应以构成腔或者空腔。
在本文中将“俯视图”理解为平行于半导体层序列的最大的横向扩展的透视图。视线方向例如与生长方向相反地伸展。
腔的构成在中间层生长期间和/或直接紧随中间层生长之后进行。如果第二氮化物化合物半导体层构成连续的层，那么中间层的微裂纹通过第二氮化物化合物半导体层遮盖并且任何工艺气体都不能够穿过微裂纹进入第一氮化物化合物半导体层中。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，半导体层序列包括有源层，所述有源层适合于接收和/或产生电磁辐射并且沿着半导体层序列的生长方向设置在第二氮化物化合物半导体层下游。半导体层序列的有源层能够通过第二氮化物化合物半导体层构成。第二氮化物化合物半导体层例如能够具有n型掺杂的和p型掺杂的区域，其中在n型掺杂的区域和p型掺杂的区域之间能够构成有源层。
术语“电磁辐射”在此并且在下文中能够表示具有在红外至紫外的波长范围中的至少一个波长或者光谱分量的电磁辐射。特别地，在此能够称作红外的、可见的和/或紫外的电磁辐射。
根据半导体层序列的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层的腔没有第一氮化物化合物半导体层并且在有源层中产生的电磁辐射穿过腔，使得在电磁辐在腔的边界面处入射和出射时进行电磁辐射的折射。在运行时在半导体层序列的有源层中产生的电磁辐射尤其能够相反于半导体层序列的生长方向向外射出。
在电磁辐射穿过在此所描述的半导体层序列时，电磁辐射至少局部地射到腔的边界面上。在本文中将“腔的边界面”理解为如下边界面，所述边界面在第一氮化物化合物半导体层序列的空腔的外面和第一氮化物化合物半导体层的氮化物化合物半导体材料之间构成。电磁辐射在入射和出射时至少部分地在这些空腔和/或腔处折射。此外可行的是，电磁辐射至少部分地在腔的粗糙的外面漫散射。
此外描述一种用于制造半导体层序列的方法。在此所描述的半导体层序列例如能够借助于所述方法来制造。这就是说：对于在此所描述的用于制造半导体层序列的方法所详述的特征也对在此描述的半导体层序列公开并且反之亦然。
强制性地在第一氮化物化合物半导体层、中间层和第二氮化物化合物半导体层方面预设在下文中描述的方法顺序。可选的层、例如成核层和/或掩模层是在此所描述的半导体层序列的可选的元件。
根据所述方法的至少一个实施方式，提供具有生长表面和与生长表面相对置的衬底面的生长衬底，其中生长表面包括硅。生长表面尤其能够具有硅的[111]-结晶取向。
根据所述方法的至少一个实施方式，成核层在生长衬底的生长表面上生长。成核层能够是外延层，所述外延层例如在与接下来的第一氮化物化合物半导体层温度相同的情况下沉积和/或生长。成核层是在此所描述的半导体层序列的可选的层。成核层例如能够包括AlN和/或AlGaN。对于接下来沉积和/或生长的第一氮化物化合物半导体层而言，成核层能够提供大量结晶核。
根据所述方法的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层生长在成核层的背离生长衬底的一侧上。
根据所述方法的至少一个实施方式，中间层在第一氮化物化合物半导体层的背离生长衬底的一侧上生长，其中中间层的晶格常数至少局部地与第一氮化物化合物半导体层不同。这就是说：生成具有与第一氮化物化合物半导体层不同的晶格常数的中间层。中间层的非晶格匹配的或者非假晶的生长能够通过在生长期间相应地选择工艺参数来控制、调节和/或确定。
根据所述方法的至少一个实施方式，在中间层的生长期间在中间层中构成微裂纹。通过中间层在第一氮化物化合物半导体层上的工艺相关地控制的非假晶的或者非晶格匹配的生长，随着中间层的厚度增加和/或铝含量的提高，在中间层中构成微裂纹。例如能够关于中间层中的铝含量构成材料梯度，其中铝含量能够随着厚度增加沿着背离第一氮化物化合物半导体层的方向增加。在本文中将“厚度”理解为中间层沿着半导体层序列的生长方向的竖直的扩展。
根据所述方法的至少一个实施方式，第二氮化物化合物半导体层至少局部地以晶格匹配的方式在中间层的背离生长衬底的一侧上生长，其中微裂纹至少局部地由第二氮化物化合物半导体层填充并且第二氮化物化合物半导体层以压缩夹紧的方式在中间层上生长。
在第二氮化物化合物半导体层初始生长期间，中间层的所构成的微裂纹通过第二氮化物化合物半导体层的氮化物化合物半导体材料填充或者第二氮化物化合物半导体层在微裂纹中生长。第二氮化物化合物半导体层同时岛状地在所构成的单独的中间层块和/或中间层岛上生长。
随着增加的覆层持续时间和/或生长持续时间，第二氮化物化合物半导体层的岛与中间层的微裂纹中的第二氮化物化合物半导体层熔化成连续的、在横向均匀的第二氮化物化合物半导体层，其中在第二氮化物化合物半导体层中构成压缩的方式的夹紧部。
根据所述方法的至少一个实施方式，有源层在晶格匹配的、氮化物第二半导体化合物层的背离衬底的一侧上生长，其中有源层适合于接收和/或产生电磁辐射。因此，通过在此所描述的方法制造如下半导体层序列，所述半导体层序列在运行时能够产生辐射。由半导体层序列产生的发射波长至少部分地与氮化物化合物半导体材料的组分相关。
根据用于制造半导体层序列的所述方法的至少一个实施方式，化学地和/或机械地移除生长衬底，并且至少局部地在第一氮化物化合物半导体层、中间层和第二氮化物化合物半导体层中沿着背离有源层的方向构成至少局部的横向的粗化部。为了化学地移除衬底，例如能够考虑湿化学的KOH蚀刻法或者干化学的蚀刻法。此外可以考虑湿化学和干化学的方法的组合。机械的移除尤其能够通过磨削进行。此外可以考虑化学方法和机械方法的组合。通过移除生长衬底，尤其至少局部地移除第一氮化物化合物半导体层的可选的成核层和/或掩模层。设置用于产生电磁辐射的半导体层序列在移除生长衬底之后至少局部地包括第一氮化物化合物半导体层。
根据用于制造半导体层序列的所述方法的至少一个实施方式，中间层在氢影响的条件下生长，其中氢通过所构成的微裂纹与第一氮化物化合物半导体层接触，使得第一氮化物化合物半导体层与氢反应，使得基于化学反应在第一氮化物化合物半导体层中构成腔。通过微裂纹，工艺气体、例如气状的氢能够穿过微裂纹进入第一氮化物化合物半导体层中，所述微裂纹随后能够引起空腔或者腔的构成。
特别地，能够将氢理解为如下工艺气体，所述工艺气体附加地辅助中间层在第一氮化物化合物半导体层上的非晶格匹配的或者非假晶的生长。氢是可选的工艺用气体并且尤其用作为辅助性的工艺用气体或者冲洗气体，然而对于构成在此所描述的半导体层序列是不必要的。更确切地说，第一氮化物化合物半导体层中的腔的构成能够视为在中间层中构成微裂纹的证明。
根据用于制造半导体层序列的所述方法的至少一个实施方式，在构成半导体层序列之后，冷却半导体层序列并且在冷却期间在半导体层序列中不构成任何宏裂纹。
通过在此所描述的方法已令人惊讶地发现：以压缩的方式夹紧第二氮化物化合物半导体层从而以压缩的方式夹紧半导体层序列足以克服在冷却期间产生的拉应力，使得不构成宏裂纹。
以压缩的方式夹紧第二氮化物化合物半导体层尤其引起以压缩的方式夹紧在此所描述的半导体层序列。
根据所述方法的至少一个实施方式，第一氮化物化合物半导体层包括掩模层。
附图说明
在下文中根据实施例与相应的附图阐述在此所描述的半导体层序列和用于制造半导体层序列的方法。
图1示出在此所描述的半导体层序列的示意性的侧视图，
图2示出半导体层序列的子区域的另一个示意性的侧视图，
图3a、3b和3c示出在不同的生长时间之后在此所描述的中间层的不同的实施例，
图4a示出在第二氮化物化合物半导体层以10nm的厚度生长之后的中间层的俯视图的SEM(Scanning Electron Microscopy，扫描电子显微镜)照片，
图4b示出在第二氮化物化合物半导体层以50nm的厚度生长之后的图4A的实施例，
图5a、5b和5c示出借助于边缘滤波器的Normaski显微镜照片，其中250nm厚的第二氮化物化合物半导体层已生长在不同厚的中间层上，
图6示出具有与生长时间相关的原位晶片弯曲的测量结果的图，
图7示出半导体层序列的侧视图的SEM照片和示意图，
图8示出半导体层序列的TEM(Transmission Electron Microscopy，透射电子显微镜)照片，
图9示出具有有源层和在移除生长衬底之后的半导体层序列的示意性的以及显微镜的照片，
图10a和10b示出在一倍和二倍曝光时间之后的半导体层序列的辐射出射面的PL(光致发光)显微镜照片，
图11示出在移除生长衬底和执行粗化工艺之后的半导体层序列的SEM照片。
相同的、相同类型的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和附图中所示出的元件的彼此间的大小关系不能够视为是按比例的。更确切地说，为了更好的示出和/或为了更好的理解能够夸张大地示出各个元件。
具体实施方式
图1示出半导体层序列100的一个实施例，所述半导体层序列包括：具有生长面6和与生长面6相对置的衬底面7的生长衬底5、成核层21、具有集成的掩模层20的第一氮化物化合物半导体层1、中间层10和具有有源层4的第二氮化物化合物半导体层2。半导体层序列100的各个层依次相继地沿着生长方向Z彼此邻接外延地在生长衬底5的生产表面6上生长。生长表面6例如具有[111]-结晶取向。成核层21以及掩模层20能够视为可选的层元件，所述层元件尤其能够有助于第一氮化物化合物半导体层1的生长。
第一氮化物化合物半导体层1例如能够具有30nm至2000nm的厚度。
第二氮化物化合物半导体层2能够具有30nm至5000nm的厚度。
如在图1中所示出的那样，中间层10邻接于第一氮化物化合物半导体层1和第二氮化物化合物半导体层2。
在图2中示出第一氮化物化合物半导体层1与接着的中间层10以及邻接于中间层10的第二氮化物化合物半导体层2。中间层10在第一氮化物化合物半导体层1上非晶格匹配地生长并且具有在5nm至100nm之间的厚度。第二氮化物化合物半导体层2在中间层10上晶格匹配地生长。
随着中间层10的增加的厚度和/或提高的铝含量，中间层10松弛，使得微裂纹11在中间层10中构成(参见图3A至3C和图4A、4B和图8)。中间层10尤其是具有85％至100％的铝含量从而在松弛的状态中具有比第一氮化物化合物半导体层1和第二氮化物化合物半导体层2更小的晶格常数。在图2中示出的半导体层序列100包括氮化物化合物半导体材料。第一氮化物化合物半导体层1包括一种氮化物化合物半导体材料，所述氮化物化合物半导体材料具有AlnGamIn1-n-mN或者由其构成，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1，第二氮化物化合物半导体层2包括另一种氮化物化合物半导体材料，所述另一种氮化物化合物半导体材料具有AlxInyGa1-x-yN或者由其构成，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，并且中间层10包括一种氮化物化合物半导体材料，所述化合物半导体材料具有AlrInsGa1-r-sN或者由其构成，其中0≤r≤1，0≤s≤1并且r+s≤1。
指数n、m尤其能够区别于指数x、y或者是相同的。指数n、m例如与指数x、y彼此分别相差10％。
通过中间层10中的微裂纹11，中间层10包括各个中间层块和/或中间层岛，其中中间层块和/或中间层岛至少局部地不彼此直接接触。各个中间层块和/或中间层岛总体描述中间层10。所构成的微裂纹11尤其基于在中间层10的生长工艺期间的中间层10的松弛。各个中间层块和/或中间层岛之间的间距能够在1μm和500μm之间。第二氮化物化合物半导体层2在中间层10的微裂纹11中生长以及在通过微裂纹11构成的中间层块和/或中间层岛中生长。
在中间层10上生长的第二氮化物化合物半导体层2晶格匹配于中间层10。
在图3a、3b和3c中分别示出中间层10，其中在图3b中示出的中间层10与在图3a中相比具有更大的厚度。图3b中的中间层10的较大的厚度能够归因于中间层10的较长的生长时间，所述生长时间在此特别是长1.67倍。相应的内容适用于图3c的中间层10，所述中间层相对于图3a的中间层10比图3a的中间层10以长2.67倍的方式生长。如从图3a、3b和3c中所可见的，微裂纹11的数量随着生长持续时间的增加而增加。提高数量的微裂纹11除了中间层10的生长持续时间外还与中间层10的含铝量相关。
换句话说，非晶格匹配地在第一氮化物化合物半导体层1上生长的中间层10随着中间层10的层厚度增加和/或随着中间层10的含铝量增加更好地松弛。如从图3a、3b和3c中可见，第二氮化物化合物半导体层在中间层10的微裂纹11中以及在中间层10的所构成的中间层块和/或中间层岛中生长。在此，已令人惊讶地发现：第二氮化物化合物半导体层2以压缩的方式夹紧地生长并且第二氮化物化合物半导体层2的这种压缩夹紧越高，中间层10中的微裂纹11的数量就越高。换句话说，第二氮化物化合物半导体层2经受基于中间层10的强烈的压缩方式的夹紧。
随着第二氮化物化合物半导体层2的生长时间增加，微裂纹中的第二氮化物化合物半导体层2的另一种氮化物化合物半导体材料与第二氮化物化合物半导体层2的在中间层块和/或中间层岛上生长的另一种氮化物化合物半导体材料熔化为在横向上均匀构成的第二氮化物化合物半导体层2。在第二氮化物化合物半导体层2的另一种氮化物化合物半导体材料熔化期间，尤其能够减少第二氮化物化合物半导体层2内部的缺陷或者位错。
在图4a中示出具有所构成的微裂纹11的中间层10的俯视图的SEM照片，其中第二氮化物化合物半导体层2以10nm的厚度在中间层10上构成和/或生长。第二氮化物化合物半导体层2通过浅灰色的区域示出。深灰色的区域示出中间层10。
图4a示出通过微裂纹11构成的中间层块和/或中间层岛，第二氮化物化合物半导体层2至少部分地在所述中间层块和/或中间层岛上生长。图4a此外示出中间层10的露出的区域，所述区域尚未具有第二氮化物化合物半导体层2。
在图4a中示出第二氮化物化合物半导体层2在所构成的中间层块和/或中间层岛上的岛状的生长。
在图4b中示出图4a的照片，具有如下差别：第二氮化物化合物半导体层2以50nm的厚度在中间层10上构成。在图4b中，第二氮化物化合物半导体层2的在微裂纹11中生长的区域与第二氮化物化合物半导体层2的在中间层块和/或中间层岛上生长的区域熔合。
在图5a、5b和5c中示出厚度为250nm的第二氮化物化合物半导体层2的俯视图的借助于边缘滤波器的Normaski显微镜照片，其中三张照片关于中间层的生长时间与在图3a、3b和3c中的描述彼此不同。这就是说：图5b的中间层以1.67倍更长地生长。关于图5c，因此中间层10相对于图5a的中间层以2.67倍更长地生长。图5a、5b和5c的显微镜照片明显地示出：随着中间层的生长时间增加，微裂纹的数量提高并且中间层10的这种表面的形貌能够在第二氮化物化合物半导体层2中反映出来。换句话说，随着中间层10中的微裂纹11的数量增加，在晶格匹配地在中间层10上生长的第二氮化物化合物半导体层2中提供压缩夹紧。
尤其在图5a、5b和5c的显微镜照片中示出的观察在图6中以测量的方式通过与单位为[s]的生长时间相关的原位晶片弯曲的单位为[1/km]的测量曲线证实。
在图6中示出三个测量曲线L1、L2和L3。三个测量曲线L1、L2和L3分别描述与中间层10的生长时间相关的原位晶片弯曲。生长时间在X轴上示出，其中在图6中示出的X轴划分为三个时间区间T1、T2和T3。在图6的图表中，时间区间T1描述了在第二氮化物化合物半导体层2生长到中间层10上之前的原位晶片弯曲。在时间区间T2期间，随后进行第二氮化物化合物半导体层2在中间层10上的在此所描述的生长。在第三时间区间T3期间，进行在此所描述的半导体层序列100的冷却。测量曲线L1描述了第一半导体层序列101，L2描述了第二半导体层序列102，并且L3描述了第三半导体层序列L3。
测量曲线关于半导体层序列101、102和103的结构通过如下方式来区分：中间层10在第一氮化物化合物半导体层1上以不同的长度生长。这就是说，测量曲线L2是第二半导体层序列102，其中间层与在测量曲线L1的第一半导体层序列101中相比以长1.67倍的方式在第一氮化物化合物半导体层上生长。测量曲线L3描述了第三半导体层序列103的测量曲线，其中测量曲线L3的中间层10与在测量曲线L1中相比以长2.67倍的方式在第一氮化物化合物半导体层1上生长。
从测量曲线L1、L2和L3的测量曲线变化中可以看出：随着中间层的生长时间增加，原位晶片弯曲也在第二氮化物化合物半导体层2的生长期间增加。换句话说，通过图6的图表以测量的方式证实：由于中间层10中的微裂纹11的数量增加，在所述中间层上生长的第二氮化物化合物半导体层2具有更高的压缩夹紧。
在图7中示出如图1中所示出的半导体层序列100的示意侧视图，区别在于：在半导体层序列100的相对应的显微镜照片中，在第一氮化物化合物半导体层中，在中间层10中构成的微裂纹下方构成腔30。当在第二氮化物化合物半导体层2生长期间例如氢在生长期间气状地位于和/或存在于生长室中时，腔30尤其在第二氮化物化合物半导体层2生长期间构成。氢在此穿过中间层10的微裂纹11并且与半导体层序列100的第一氮化物化合物半导体层1进行化学反应。腔30在第一氮化物化合物半导体层1中的构成能够通过在生长期间、尤其是在第二氮化物化合物半导体层2的生长期间调节和/或控制气流来控制。能够可选地接入在生长或者制造半导体层序列100期间，气状的氢的存在或者添加，然而对于中间层10中的微裂纹11的构成不是必要的。
在图8中示出半导体层序列100的侧视图的TEM照片。图8示出，在微裂纹11的下方构成腔30。腔30在此在第一氮化物化合物半导体层1中构成。能够在有源层4中产生的电磁辐射尤其能够在腔30的边界面31处折射。腔30没有第一氮化物化合物半导体层1的材料。这就是说，腔30是空腔，所述空腔位于第一氮化物化合物半导体层1中。电磁辐射能够在腔30的边界面31处折射或者漫散射。
在图9中借助相对应的显微镜照片示出在此所描述的半导体层序列100的示意图。在图10中不再存在生长衬底5。为了移除生长衬底尤其能够使用化学和机械法。生长衬底5例如能够通过KOH移除。此外，在第二氮化物化合物半导体层2中构成有源层4。在有源层4中产生的电磁辐射尤其在穿过腔30的情况下或者在腔30的边界面31处折射和/或漫散射。
在图10a和10b中示出半导体层序列100的辐射出射面的光致发光显微镜照片，所述光致发光显微镜照片在单倍曝光时间和二倍曝光时间中被拍摄。亮的像素示出在腔30处折射的电磁辐射。第一氮化物化合物半导体层1中的腔30已证实引起在有源层4中产生的电磁辐射的更好的散射。
在图11中示出在移除生长衬底5之后的半导体层序列100的形貌的显微镜照片。在图11中移除生长衬底5通过化学蚀刻、例如HF和HNO3来进行并且执行粗糙化过程。在图11中示出的腔30尤其在移除生长衬底5时或者通过粗化工艺附加地扩大。腔30例如与化学介质反应并且由于腔30中较大的边界面31反应，使得腔构成较大的空间扩展。
本申请要求德国专利申请102013101000.8的优先权，所述德国专利申请就此通过参考并入本文。
本发明不通过根据实施例的描述而受限于此。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这尤其是包含在本文中的特征的每个组合，即使该特征或者该组合本身未详细地在本文和实施例中说明也是如此。

Claims (18)

1.一种半导体层序列(100)，其包括：
第一氮化物化合物半导体层(1)；
第二氮化物化合物半导体层(2)；
和设置在所述第一氮化物化合物半导体层(1)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)之间的中间层(10)；
-其中从所述第一氮化物化合物半导体层(1)起，所述中间层(10)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)沿着所述半导体层序列(100)的生长方向(Z)依次地设置，
-其中所述中间层(10)至少局部地具有与所述第一氮化物化合物半导体层(1)不同的晶格常数，
-其中所述第二氮化物化合物半导体层(2)至少局部地与所述中间层(10)晶格匹配，并且
-其中所述中间层(10)包括微裂纹(11)并且在所述微裂纹(11)中至少局部地存在所述第二氮化物化合物半导体层(2)。
2.根据权利要求1所述的半导体层序列(100)，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)包括一种氮化物化合物半导体材料，所述氮化物化合物半导体材料具有AlnInmGa1-n-mN或者由其构成，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1，所述第二氮化物化合物半导体层(2)包括另一种氮化物化合物半导体材料，所述另一种氮化物化合物半导体材料具有AlxInyGa1-x-yN或者由其构成，并且所述中间层(10)包括一种氮化物化合物半导体材料，所述氮化物化合物半导体材料具有AlrInsGa1-r-sN或者由其构成，其中0≤r≤1，0≤s≤1并且r+s≤1。
3.根据权利要求2所述的半导体层序列(100)，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)的所述氮化物化合物半导体材料和所述第二氮化物化合物半导体层(2)的所述另一种氮化物化合物半导体材料是相同的。
4.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)、所述中间层(10)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)直接相继地彼此邻接。
5.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述中间层(10)具有如下铝含量，所述铝含量大于所述第一氮化物化合物半导体层(1)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)的铝含量。
6.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述中间层(10)具有比所述第一氮化物化合物半导体层(1)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)更小的晶格常数。
7.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)包括掩模层(20)。
8.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述中间层(10)具有在至少5nm和至多100nm之间的层厚度。
9.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述第二氮化物化合物半导体层(2)在其生长之后以压缩的方式夹紧。
10.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)具有腔(30)，所述腔在俯视图中与所述中间层(10)的所述微裂纹(11)重叠。
11.根据权利要求1或2所述的半导体层序列(100)，
其中所述半导体层序列(100)包括有源层(4)，所述有源层适合于接收和/或产生电磁辐射并且沿着所述半导体层序列(100)的所述生长方向(Z)设置在所述第二氮化物化合物半导体层(2)的下游。
12.根据权利要求10所述的半导体层序列，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)的所述腔(30)没有所述第一氮化物化合物半导体层(1)并且在所述有源层(4)中产生的电磁辐射穿过所述腔(30)，使得在所述电磁辐射在所述腔(30)的边界面(31)处入射和出射时进行所述电磁辐射的折射。
13.一种用于制造半导体层序列(100)的方法，所述方法具有下述步骤：
-提供具有生长表面(6)和与所述生长表面(6)相对置的衬底面(7)的生长衬底(5)，其中所述生长表面(6)包括硅，
-成核层(21)生长到所述生长衬底(5)的所述生长表面(6)上，
-第一氮化物化合物半导体层(1)生长在所述成核层(21)的背离所述生长衬底(5)的一侧上，
-中间层(10)生长在所述第一氮化物化合物半导体层(1)的背离所述生长衬底(5)的一侧上，其中所述中间层(10)的晶格常数至少局部地与所述第一氮化物化合物半导体层(1)不同，
-在所述中间层(10)生长期间在所述中间层(10)中构成微裂纹(11)，以及
-在所述中间层(10)的背离所述生长衬底(5)的一侧上至少局部地以晶格匹配的方式生长第二氮化物化合物半导体层(2)，其中所述微裂纹(11)至少局部地通过所述第二氮化物化合物半导体层(2)填充，并且以压缩的方式夹紧地在所述中间层(10)上生长所述第二氮化物化合物半导体层(2)。
14.根据权利要求13所述的用于制造半导体层序列(100)的方法，其具有下述另外的方法步骤：
-在晶格匹配的所述第二氮化物化合物半导体层(2)的背离所述生长衬底(5)的一侧上生长有源层(4)，其中所述有源层(4)适合于接收和/或产生电磁辐射。
15.根据权利要求14所述的用于制造半导体层序列(100)的方法，
其中化学地和/或机械地移除所述生长衬底(5)，并且至少局部地在所述第一氮化物化合物半导体层(1)、所述中间层(10)和所述第二氮化物化合物半导体层(2)中沿着背离所述有源层(4)的方向构成至少局部横向的粗化部。
16.根据权利要求13或14所述的用于制造半导体层序列(100)的方法，
其中所述中间层(10)在氢影响下生长，氢穿过所构成的所述微裂纹(11)与所述第一氮化物化合物半导体层(1)接触，使得所述第一氮化物化合物半导体层(1)与所述氢反应，使得基于化学反应在所述第一氮化物化合物半导体层(1)中构成腔(30)。
17.根据权利要求13或14所述的用于制造半导体层序列(100)的方法，
其中在构成所述半导体层序列(100)之后冷却所述半导体层序列(100)并且在冷却期间在所述半导体层序列(100)中不构成宏裂纹。
18.根据权利要求13或14所述的用于制造半导体层序列(100)的方法，
其中所述第一氮化物化合物半导体层(1)包括掩模层(20)。
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