DE102014102461A1

DE102014102461A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge und optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102014102461A1
Application number: DE102014102461.3A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hertkorn; Werner Bergbauer; Philipp Drechsel
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US20170012165A1; JP2017510984A; WO2015128319A1; US9761755B2; JP6328258B2; CN106030831A; DE112015000958A5; CN106030831B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge angegeben, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (50) mit einer Aufwachsfläche (51) an einer Aufwachsseite (50a), – Aufwachsen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) an der Aufwachsseite, – Aufwachsen einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) auf die erste nitridische Halbleiterschicht (10), wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) zumindest eine Öffnung (21) aufweist oder zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) erzeugt wird oder während des Aufwachsens zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) entsteht, – Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) durch die Öffnungen (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20), – Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) auf die zweite nitridische Halbleiterschicht (20), wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) die Öffnungen (21) zumindest stellenweise überdeckt.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, das eine solche Halbleiterschichtenfolge aufweisen kann.
Die Druckschrift US 6,091,085 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge sowie einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer solchen Halbleiterschichtenfolge.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das besonders kostengünstig durchführbar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein besonders effizientes optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein Aufwachssubstrat mit einer Aufwachsfläche an einer Aufwachsseite bereitgestellt wird. Das Aufwachssubstrat ist dazu vorgesehen, Halbleiterschichten an der Aufwachsseite auf die Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats beispielsweise epitaktisch abzuscheiden. Das Aufwachssubstrat kann dabei elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein. Ferner kann das Aufwachssubstrat strahlungsdurchlässig, strahlungsreflektierend oder strahlungsabsorbierend ausgebildet sein. Das Aufwachssubstrat kann eine Aufwachsfläche aufweisen, die beispielsweise mit Saphir, SiC oder Silizium gebildet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Aufwachssubstrat um einen Saphir-Wafer handeln. Das Aufwachssubstrat ist dafür vorgesehen, im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil zu verbleiben. Das heißt, es soll nicht abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine erste nitridische Halbleiterschicht an der Aufwachsseite auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird. Die erste nitridische Halbleiterschicht kann beispielsweise direkt an die Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats grenzen. Ferner ist es möglich, dass zumindest eine weitere Schicht, beispielsweise eine Pufferschicht, zwischen dem Aufwachssubstrat und der ersten nitridischen Halbleiterschicht angeordnet ist.
Allgemein können die hier und im Folgenden beschriebenen Schichten und Komponenten insbesondere jeweils direkt aneinandergrenzen. Ferner ist es möglich, dass stellenweise weitere Schichten, wie beispielsweise Pufferschichten, zwischen den beschriebenen Schichten angeordnet sind.
Hier und im Folgenden wird unter einer nitridischen Halbleiterschicht eine ein- oder mehrlagige Halbleiterschicht verstanden, die auf einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial basieren.
"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest eine aktive Zone ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-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 (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine zweite nitridische Halbleiterschicht auf die erste nitridische Halbleiterschicht abgeschieden wird. Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dabei eine von der ersten nitridischen Halbleiterschicht abweichende Zusammensetzung auf. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann stellenweise direkt an die erste nitridische Halbleiterschicht grenzen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine oder mehrere weitere Schichten zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht angeordnet sind. Insbesondere ist es jedoch bevorzugt, dass zumindest ein Bereich vorhanden ist, in dem die erste nitridische Halbleiterschicht und die zweite nitridische Halbleiterschicht direkt aneinandergrenzen.
Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dabei zumindest eine Öffnung auf oder zumindest eine Öffnung wird in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht erzeugt oder während des Aufwachsens entsteht zumindest eine Öffnung, insbesondere mehrere Öffnungen, in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht. Mit anderen Worten handelt es sich bei der nitridischen Halbleiterschicht nach dem Entstehen oder Erzeugen der zumindest einen Öffnung nicht um eine geschlossene Schicht, sondern die zweite nitridische Halbleiterschicht ist durch die Öffnungen unterbrochen. Dabei erstrecken sich die Öffnungen vorzugsweise zumindest stellenweise vollständig durch die zweite nitridische Halbleiterschicht.
Dabei ist es insbesondere möglich, dass die zweite nitridische Halbleiterschicht in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats eine Vielzahl voneinander beabstandeter Bereiche umfasst, die nicht durch Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht miteinander verbunden sind. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann mit anderen Worten in einer Vielzahl von Inseln aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht angeordnet sein. Insbesondere im Bereich dieser Inseln kann sich das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht stellenweise in direktem Kontakt mit dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht befinden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die zweite nitridische Halbleiterschicht in der Ebene parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats mehrfach zusammenhängend ausgebildet ist. Die zweite nitridische Halbleiterschicht ist dann beispielsweise nicht in einzelne Materialinseln unterteilt, sondern sie weist Löcher, die Öffnungen, auf, die sich vollständig in einer Richtung senkrecht und/oder in einer Richtung mit einer Richtungskomponente senkrecht zur genannten Ebene durch die zweite nitridische Halbleiterschicht hindurch erstrecken. Im Bereich dieser Öffnungen ist es möglich, dass die erste nitridische Halbleiterschicht, vor dem Abscheiden weiterer Schichten, freiliegt.
Die Öffnungen können dabei während des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entstehen. Beispielsweise kann zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht stellenweise ein Material angeordnet sein, auf dem das zweite nitridische Halbleitermaterial schlecht oder gar nicht aufwächst. An Stellen, an denen dieses Material nicht vorhanden ist, kann sich Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht dann auf der ersten nitridischen Halbleiterschicht anordnen und von dort aus können die beschriebenen Inseln aus Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aufwachsen.
Weiter ist es möglich, dass die Öffnungen beispielsweise aufgrund von Unterschieden in der Gitterkonstante zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht als Risse während des Wachstums entstehen.
Schließlich ist es möglich, dass die Öffnungen nach Abschluss des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halbleiterschicht durch einen Prozess wie Ätzen erzeugt oder vergrößert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem zumindest ein Teil der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entfernt wird. Aufgrund der Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist es möglich, dass die erste nitridische Halbleiterschicht dort freiliegt oder freigelegt werden kann. Über die Öffnungen ist es dann möglich, die erste nitridische Halbleiterschicht beispielsweise durch ein chemisches oder mechanisches Verfahren zumindest dort, wo sie freiliegt, zu entfernen. Auf diese Weise können auch Bereiche unterhalb der zweiten nitridischen Halbleiterschicht erzeugt werden, aus denen Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht, das vorher vorhanden war, wieder entfernt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht auf die zweite nitridische Halbleiterschicht erfolgt, wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht die Öffnungen zumindest stellenweise überdeckt.
Die dritte nitridische Halbleiterschicht unterscheidet sich in ihrem Material beispielsweise von der ersten und/oder der zweiten nitridischen Halbleiterschicht. Die dritte nitridische Halbleiterschicht kann die Öffnungen in der ersten nitridischen Halbleiterschicht überdecken und sogar ausfüllen. Beispielsweise ist es dann möglich, dass die dritte nitridische Halbleiterschicht die zweite nitridische Halbleiterschicht und die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht vollständig überdeckt, sodass nach einem Aufwachsen der dritten nitridischen Halbleiterschicht in einer oberflächennahen Aufsicht mit geringer Eindringtiefe (zum Beispiel Rasterelektronenmikroskop) auf die Halbleiterschichtenfolge die zweite nitridische Halbleiterschicht und die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht nicht mehr zu erkennen sind.
Insbesondere ist es dabei möglich, dass die Bereiche, aus denen das Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öffnungen hindurch entfernt wurde, nicht mit dem Material der dritten nitridischen Halbleiterschicht befüllt werden, das heißt zwischen dem Aufwachssubstrat und den nachfolgenden Halbleiterschichten sind Kavitäten vorhanden, die nicht mit Halbleitermaterial befüllt sind. Diese Kavitäten sind beispielsweise mit einem Gas befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Aufwachssubstrats mit einer Aufwachsfläche an einer Aufwachsseite,
– Aufwachsen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht an der Aufwachsseite,
– Aufwachsen einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht auf die erste nitridische Halbleiterschicht, wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht zumindest eine Öffnung aufweist oder zumindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht erzeugt wird oder während des Aufwachsens zumindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entsteht,
– Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht,
– Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht auf die zweite nitridische Halbleiterschicht, wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht die Öffnungen zumindest stellenweise überdeckt.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es insbesondere möglich, eine Halbleiterschichtenfolge zu schaffen, bei der zwischen dem Aufwachssubstrat und den nachfolgenden Halbleiterschichtenfolgen Kavitäten vorhanden sind, die beispielsweise mit einem Gas gefüllt sind. Erfolgt ein Einsatz der Halbleiterschichtenfolge in einem optoelektronischen Halbleiterbauteil, so können diese Kavitäten beispielsweise optisch genutzt werden, indem die Brechung, Streuung und/oder Reflexion im Bereich der Kavitäten oder am Rand der Kavitäten ausgenutzt wird.
Erfolgt eine Nutzung der Halbleiterschichtenfolge in einem optoelektronischen oder in einem elektronischen Halbleiterbauteil, so kann mit dem hier beschriebenen Verfahren eine Halbleiterschichtenfolge geschaffen werden, bei der im Bereich der Kavitäten zwischen der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats und den nachfolgenden Halbleiterschichten eine thermische Entkopplung vorhanden sind. Beispielsweise sind die mit Gas gefüllten Kavitäten schlechter thermisch leitend als das sie umgebende Halbleitermaterial. Auf diese Weise können Halbleiterbauteile geschaffen werden, die über den Kavitäten stärker erwärmte Bereiche als zwischen den Kavitäten aufweisen. Auch eine thermische Belastung des Aufwachssubstrats kann im Bereich der Kavitäten reduziert werden. Ferner ist es möglich, die im Betrieb erzeugte Wärme gezielt über die nitridischen Halbleiterschichten abzuführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die zweite nitridische Halbleiterschicht eine größere Aluminiumkonzentration als die erste nitridische Halbleiterschicht auf. Beispielsweise weist die erste nitridische Halbleiterschicht eine Aluminiumkonzentration von höchstens 10 % oder höchstens 20 % auf. Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dann eine Aluminiumkonzentration von wenigstens 1,5 % mehr auf, insbesondere von wenigstens 5 % mehr oder von wenigstens 10 % mehr als die erste nitridische Halbleiterschicht. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann dabei zum Bespiel auch mit AlN gebildet sein oder aus AlN bestehen.
Durch den Unterschied in den Aluminiumkonzentrationen zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist es beispielsweise möglich, für das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht ein Verfahren, beispielsweise ein Ätzverfahren, zu nutzen, bei dem die Wahrscheinlichkeit eines Materialabtrags mit steigender Aluminiumkonzentration sinkt. Die erste nitridische Halbleiterschicht mit der kleineren Aluminiumkonzentration wird in diesem Fall durch das Verfahren stärker abgetragen als die zweite nitridische Halbleiterschicht mit der größeren Aluminiumkonzentration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Abscheiden der zweiten nitridischen Halbleiterschicht zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht eine Maskenschicht angeordnet. Die Maskenschicht kann beispielsweise direkt auf die erste nitridische Halbleiterschicht aufgebracht werden.
Die Maskenschicht ist zum Beispiel eine atomar dünne Schicht, die mit einem Monolage-Material gebildet ist, das die erste nitridische Halbleiterschicht nicht vollständig bedeckt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die zweite nitridische Halbleiterschicht mit größter Wahrscheinlichkeit dort, wo die erste nitridische Halbleiterschicht von der Maskenschicht unbedeckt ist, auf die erste nitridische Halbleiterschicht aufgewachsen. Die Maskenschicht weist dazu beispielsweise Öffnungen auf, in denen die erste nitridische Halbleiterschicht von der Maskenschicht unbedeckt ist. Beispielsweise bedeckt die Maskenschicht die erste nitridische Halbleiterschicht nicht vollständig, sondern mit einem Bedeckungsgrad von wenigstens 70 % und höchstens 90 %. Für das Material der Maskenschicht wird ein Material gewählt, durch das eine Selektivität beim Aufwachsen der zweiten nitridischen Halbleiterschicht bewirkt wird, das heißt das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht wächst auf dem Material der Maskenschicht weniger gut auf als beispielsweise auf dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht. Dadurch ist es möglich, dass sich das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht hauptsächlich an den Öffnungen der Maskenschicht zur ersten nitridischen Halbleiterschicht hin sammelt und dort Inseln des Materials der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entstehen. Die Maskenschicht und die nitridischen Halbleiterschichten sind vorzugsweise in situ epitaktisch abscheidbar.
Nach dem Aufwachsen der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist dann zumindest ein Teil der Oberfläche der Maskenschicht, die der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandt ist, frei von Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht, wodurch die zweite nitridische Halbleiterschicht die zumindest eine Öffnung aufweist. Das heißt, durch die Maskenschicht wird ein selektives Wachstum der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im Bereich der Öffnungen der Maskenschicht erzeugt. Zwischen den Öffnungen der Maskenschicht weist die zweite nitridische Halbleiterschicht dann die zumindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht auf.
Beispielsweise wird in dieser Ausführungsform für die erste nitridische Halbleiterschicht ein Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial mit einer Aluminiumkonzentration von höchstens 20 % gewählt. Für die zweite nitridische Halbleiterschicht wird dann ein Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial mit einer Aluminiumkonzentration von vorzugsweise wenigstens 1,5 % mehr und zum Beispiel höchstens 10 % mehr als für die erste nitridische Halbleiterschicht gewählt. Für die Maskenschicht kann als Material dann Siliziumnitrid, SiN, gewählt werden.
Die Maskenschicht kann dabei in der gleichen Epitaxieanlage, also in situ, wie die nitridischen Halbleiterschichten abgeschieden werden. Bei dieser Ausführungsform wird also in situ eine SiN-Schicht auf einer ersten nitridischen Halbleiterschicht abgeschieden.
Die SiN-Maskenschicht bedeckt die erste nitridische Halbleiterschicht nicht vollständig, sondern beispielsweise zu wenigstens 70 % und höchstens 90 %. Nach dem Abscheiden der Maskenschicht wird eine aluminiumhaltige nitridische Halbleiterschicht, zum Beispiel eine AlGaN-Schicht mit einer höheren Aluminiumkonzentration als die erste nitridische Halbleiterschicht, abgeschieden. In den Öffnungen der Maskenschicht bilden sich dann Inseln der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Entfernen des Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht die Maskenschicht entfernt. Die Maskenschicht kann dabei mit dem gleichen Verfahren wie die erste nitridische Halbleiterschicht entfernt werden. Handelt es sich bei dem Verfahren beispielsweise um ein Ätzverfahren, so kann zunächst die Maskenschicht und nachfolgend die freigelegte erste nitridische Halbleiterschicht entfernt werden. Die zweite nitridische Halbleiterschicht wird bei diesem Ätzverfahren dann gar nicht oder weniger schnell entfernt, sodass zumindest ein Rest der zweiten nitridischen Halbleiterschicht verbleibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens können alternativ oder zusätzlich während des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halbleiterschicht Risse in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entstehen, welche die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ausbilden. Manche der Öffnungen oder alle Öffnungen erstrecken sich dabei vollständig von der der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht durch die zweite nitridische Halbleiterschicht bis zur ersten nitridischen Halbleiterschicht hindurch. Beispielsweise kann anstelle der Maskenschicht oder zusätzlich zur Maskenschicht eine hoch aluminiumhaltige zweite nitridische Halbleiterschicht abgeschieden werden. Beispielsweise kann es sich bei dieser hoch aluminiumhaltigen Schicht auch um eine AlN-Schicht handeln. Durch die Fehlanpassung zu der ersten nitridschen Halbleiterschicht, die eine geringere Aluminiumkonzentration aufweist und zum Beispiel mit GaN gebildet ist, entstehen nach wenigen Nanometern Schichtdicke der zweiten nitridischen Halbleiterschicht Risse, welche die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht bilden. Durch diese Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist die erste nitridische Halbleiterschicht beispielsweise für Prozessgase, die zu einer Ätzung genutzt werden können, zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch ein Erhöhen des Wasserstoffflusses, wobei das Entfernen der ersten nitridischen Halbleiterschicht aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht erfolgt. Das heißt, die erste nitridische Halbleiterschicht wird beispielsweise durch das H₂-Gas geätzt. Das Entfernen kann auf diese Weise in der gleichen Prozesskammer wie das Aufwachsen der nitridischen Halbleiterschichten erfolgen. Gleichzeitig zu einer Erhöhung des Wasserstoffflusses ist es möglich, die Temperatur in der Prozesskammer zu erhöhen und/oder den Stickstofffluss in der Prozesskammer abzusenken. Beispielsweise kann dazu eine Reduktion des NH₃-Flusses erfolgen. Mit diesen Maßnahmen kann das Auflösen der ersten nitridischen Halbleiterschicht beschleunigt werden. Ferner können Materialien wie SiH₄ oder HCl Verwendung finden.
Das heißt, zum Entfernen der ersten nitridischen Halbleiterschicht wird eine H₂-reiche Atmosphäre in der Prozesskammer, beispielsweise einer MOVPE-Prozesskammer, erzeugt.
Für den Fall, dass eine Maskenschicht, beispielsweise aus SiN, vorhanden ist, wird zunächst die Maskenschicht und im Anschluss daran die erste nitridische Halbleiterschicht geätzt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die erste nitridische Halbleiterschicht eine Aluminiumkonzentration aufweist, die geringer ist als die zweite nitridische Halbleiterschicht. Mit steigender Aluminiumkonzentration wird eine nitridische Halbleiterschicht nämlich zunehmend langsamer geätzt.
Das Ätzmedium Wasserstoff unterätzt also die zweite nitridische Halbleiterschicht. Die Ätzselektivität zwischen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht mit kleinerer Aluminiumkonzentration, die beispielsweise mit GaN gebildet ist oder aus GaN besteht, zur zweiten nitridischen Halbleiterschicht mit größerer Aluminiumkonzentration reicht aus, um mehrere hundert Nanometer Schichtdicke der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch Ätzen zu entfernen. Dabei werden die vor dem Entfernen aufgewachsenen Strukturen aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im Wesentlichen unterätzt, sodass in einer Draufsicht keine oder kaum Veränderung an der zweiten nitridischen Halbleiterschicht nachweisbar ist.
Nach dem Entfernen eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht erfolgt beispielsweise ein Abscheiden der dritten nitridischen Halbleiterschicht, wodurch die Öffnungen und Gräben im Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht koaleszieren.
In gleicher Weise entstehen durch Ätzen durch die als Risse gebildeten Öffnungen hindurch auch in Ausführungsformen ohne Maskenschicht Gaseinschlüsse unterhalb der zweiten nitridischen Halbleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die dritte nitridische Halbleiterschicht eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone, das heißt nach dem Entfernen eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht wird eine dritte nitridische Halbleiterschicht in dieser Ausführungsform aufgewachsen, die Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauteils sein kann. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil dann um eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder um eine Fotodiode handeln. Die Kavitäten, also die Gaseinschlüsse zwischen der zweiten nitridischen Halbleiterschicht und dem Aufwachssubstrat können in einem solchen Fall insbesondere optisch genutzt werden.
Es wird weiter ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann eine Halbleiterschichtenfolge umfassen, die mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Bauteil das Aufwachssubstrat mit der Aufwachsfläche an der Aufwachsseite. An der Aufwachsseite umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil die erste nitridische Halbleiterschicht. An der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht ist die zweite nitridische Halbleiterschicht angeordnet. An der der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist die dritte nitridische Halbleiterschicht angeordnet. Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dabei zumindest eine Öffnung auf, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht überdeckt und/oder zumindest stellenweise befüllt ist.
Dabei ist es möglich, dass die beschriebene Halbleiterschichtenfolge mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist zwischen der Aufwachsfläche und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht zumindest eine Kavität angeordnet, die mit einem Gas gefüllt ist, und die dritte nitridische Halbleiterschicht umfasst eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone.
Mit anderen Worten sind zwischen der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats und dem nachfolgenden Halbleitermaterial, beispielsweise der zweiten und/oder der dritten nitridischen Halbleiterschicht, Kavitäten vorhanden, in denen Gas eingeschlossen ist. Die Kavitäten können beispielsweise durch Material des Aufwachssubstrats und/oder Material der nitridischen Halbleiterschichten begrenzt sein. Die Größe der Kavitäten kann dabei hinsichtlich ihrer Länge wenigstens 1 µm oder mehr betragen. Hinsichtlich des Durchmessers (im Schnitt senkrecht zur Ebene, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats verläuft) kann die Größe der Kavität im Mittel wenigstens 10 nm, bevorzugt wenigstens 100 nm, beispielsweise wenigstens 1 µm, betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein Aufwachssubstrat mit einer Aufwachsfläche an einer Aufwachsseite, eine erste nitridische Halbleiterschicht an der Aufwachsseite, eine zweite nitridische Halbleiterschicht an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht, eine dritte nitridische Halbleiterschicht an der der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht, wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht zumindest eine Öffnung aufweist, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht überdeckt ist, zwischen der Aufwachsfläche und zumindest einer der nitridischen Halbleiterschichten zumindest eine Kavität angeordnet ist, die mit einem Gas gefüllt ist, und die dritte nitridische Halbleiterschicht eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Schicht umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils wird im Betrieb in der aktiven Zone erzeugte oder in der aktiven Zone zu detektierende elektromagnetische Strahlung von der Kavität optisch beeinflusst. Zum Beispiel durchläuft die Strahlung die Kavität. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei in oder am Rand der Kavität zum Beispiel optisch gestreut und/oder optisch gebrochen werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Kavitäten zwischen dem Aufwachssubstrat und den nitridischen Halbleiterschichten eine Auskoppelwahrscheinlichkeit für in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung und/oder eine Eintrittswahrscheinlichkeit für eine in der aktiven Zone zu detektierende elektromagnetische Strahlung erhöhen, indem beispielsweise die Wahrscheinlichkeit für eine Totalreflexion zum Beispiel beim Austritt von Strahlung aus dem Halbleiterbauteil vermindert wird.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt dabei unter anderem die Überlegung zugrunde, dass durch das Bereitstellen der gasgefüllten Kavitäten auf die Verwendung von vorstrukturierten Aufwachssubstraten, bei denen die Aufwachsfläche eine Strukturierung aufweist, verzichtet werden kann. Bei diesen Substraten kann es sich beispielsweise um so genannte Patterned Sapphire Substrates (PSS), also strukturierte Saphirsubstrate, handeln. Ein Aufwachsen auf einer vorstrukturierten Aufwachsfläche eines Substrats macht jedoch im Unterschied zum Aufwachsen auf eine ebene, unstrukturierte Aufwachsfläche andere Epitaxieprozesse notwendig. Das heißt, bei der Verwendung von vorstrukturierten Substraten müssen andere und eventuell aufwändigere Epitaxieverfahren genutzt werden, was die Herstellung der optoelektronischen Halbleiterbauteile verteuert. Im Unterschied hierzu können die nitridischen Halbleiterschichten vorliegend mit Verfahren aufgewachsen werden, die für ebene, unstrukturierte Aufwachsflächen von Aufwachssubstraten Verwendung finden. Auf diese Weise kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das aufgrund der Kavitäten und ihrer optischen Wirkung eine erhöhte Effizienz aufweist, kostengünstiger als herkömmlich hergestellt werden.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann insbesondere auch ein strahlungsdurchlässiges Aufwachssubstrat aufweisen. Handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauteil um ein strahlungsemittierendes Bauteil, wie beispielsweise eine Leuchtdiode, so kann das optoelektronische Bauteil einen so genannten Volumenemitter bilden, bei dem zum Beispiel wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 30 % der emittierten elektromagnetischen Strahlung diese durch Seitenflächen des Aufwachssubstrats verlassen. Solchen optoelektronischen Halbleiterbauteile eignen sich insbesondere für den Einsatz in der Allgemeinbeleuchtung besonders gut. Es ist aber auch möglich, dass die elektromagnetische Strahlung größtenteils an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite austritt.
Das heißt, bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil verbleibt das Aufwachssubstrat im Bauteil und wird nicht abgelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die zweite nitridische Halbleiterschicht in einer Projektion auf die Aufwachsfläche eine größere Bedeckung der Aufwachsfläche auf als die erste nitridische Halbleiterschicht. Das heißt, von der ersten nitridischen Halbleiterschicht wird im Herstellungsverfahren so viel Material entfernt, dass nur noch ein geringer Anteil der Aufwachsfläche, beispielsweise höchstens 50 %, insbesondere höchstens 30 %, mit Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht bedeckt sind. Dahingehend kann die Bedeckung mit Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht in Projektion auf die Aufwachsfläche größer sein und beispielsweise wenigstens 35 %, vorzugsweise wenigstens 55 %, wenigstens 75 %, wenigstens 95 %, bis zu wenigstens 99 % betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats unstrukturiert, das heißt im Rahmen der Herstellungstoleranz wird ein Aufwachssubstrat bereitgestellt, das eine ebene Aufwachsfläche aufweist. Die Aufwachsfläche kann im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Aufwachssubstrats verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Aufwachsfläche gestuft ausgebildet ist und schräg zur Haupterstreckungsebene des Aufwachssubstrats verläuft.
Insbesondere sind im oder am Aufwachssubstrat keine Aufwachsstrukturen bereitgestellt, die beispielsweise mit dem Material des Aufwachssubstrats oder einem anderen Material, das vom Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht verschieden ist, gebildet sind.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
In Verbindung mit den 1A, 1B, 1C, 1D ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
In Verbindung mit 2 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert.
In Verbindung mit den 3A, 3B, 3C ist anhand schematischer Schnittdarstellungen ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
In Verbindung mit 4 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert.
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.
In Verbindung mit 1A ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erster Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel der 1A bis 1D wird zunächst ein Aufwachssubstrat bereitgestellt, bei dem es sich um ein Saphirsubstrat handelt, das mit Saphir gebildet ist oder aus Saphir besteht.
Das Aufwachssubstrat 50 weist eine Aufwachsfläche 51 auf, die aus Saphir besteht. Die Aufwachsfläche 51 ist vorzugsweise unstrukturiert, das heißt sie weist beispielsweise keine regelmäßig oder unregelmäßig angeordneten Erhebungen und Senken auf, sondern ist im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ausgebildet, wobei in Teilbereichen Rauigkeiten bis zu 100 nm möglich sind. Die Aufwachsfläche 51 ist dabei an einer Aufwachsseite 50a des Aufwachssubstrats 50 angeordnet.
Beispielsweise direkt auf die Aufwachsfläche 51 wird die erste nitridische Halbleiterschicht 10 abgeschieden. Die erste nitridische Halbleiterschicht 10 umfasst eine Vielzahl von Lagen und weist beispielsweise eine Dicke zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 2000 nm auf. Die erste nitridische Halbleiterschicht ist beispielsweise mit Al_xIn_yGa_1-x-yN gebildet. Dabei beträgt die Aluminiumkonzentration x vorzugsweise höchstens 20 %.
Auf die dem Aufwachssubstrat 50 abgewandte Oberseite der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 wird eine Maskenschicht 40 aufgebracht, die vorliegend mit SiN und/oder SiGaN gebildet ist oder aus SiN oder aus SiGaN, zum Beispiel SiGaN₃, besteht. Die Maskenschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 50 nm, insbesondere höchstens 10 nm auf. Zum Beispiel ist die Maskenschicht durch ein Monolage-Material mit unbedeckten Bereichen gebildet. Die Maskenschicht bedeckt die erste nitridische Halbleiterschicht 10 beispielsweise nicht vollständig, sondern zu wenigstens 70 % und höchstens 90 %. Die Maskenschicht 40 weist dazu Öffnungen hin zur ersten nitridischen Halbleiterschicht auf, die einen Durchmesser von beispielsweise wenigstens 100 nm und höchstens 1000 nm aufweisen.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine zweite nitridische Halbleiterschicht 20 auf die Maskenschicht 40 sowie die erste nitridische Halbleiterschicht 10 abgeschieden.
Die zweite nitridische Halbleiterschicht ist beispielsweise mit Al_xGa_1-xN gebildet, wobei die Aluminiumkonzentration x beispielsweise wenigstens 1,5 % und zum Beispiel höchstens 10 % mehr als in der ersten nitridischen Halbleiterschicht beträgt. Die zweite nitridische Halbleiterschicht wächst selektiv, bevorzugt auf der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 und nicht auf der Maskenschicht 40 auf. Dadurch bilden sich Inseln aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 aus, zwischen denen Öffnungen 21 der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 ausgebildet sind. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen direkt benachbarten Inseln aus Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 500 nm.
Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist eine Deckfläche an ihrer der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 abgewandten Seite auf, die beispielsweise parallel zur kristallografischen C-Ebene verläuft. Die Seitenflächen 23 der Inseln aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 sind schräg zur kristallografischen C-Ebene angeordnet. Dort ist die Aluminiumkonzentration kleiner als an der Deckfläche 22.
Die 1B zeigt SEM-Aufnahmen aus einem Winkel von 45° und in der Draufsicht auf die Inseln aus Material der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20. Zwischen diesen Inseln ist die Maskenschicht 40 beziehungsweise die erste nitridische Halbleiterschicht 10 erkennbar.
In einem nächsten Verfahrensschritt, siehe 1C, erfolgt ein Rückätzen des Materials der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 unter Wasserstoffatmosphäre. Dabei wird das Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 stellenweise abgetragen, wodurch Kavitäten 60 unterhalb der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 entstehen. In einem nächsten Verfahrensschritt, 1D, erfolgt ein Aufbringen der dritten nitridischen Halbleiterschicht 30, die beispielsweise eine aktive Zone 31 umfasst, die zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
Alternativ kann es sich bei der aktiven Zone 31 um die funktionale Schicht eines elektronischen Halbleiterbauteils handeln. Es entsteht eine Halbleiterschichtenfolge, bei der zwischen dem Aufwachssubstrat 50 und dem Material der Halbleiterschichten Kavitäten 60 ausgebildet sind, die mit einem Gas gefüllt sind.
In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der 2 ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil näher erläutert. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil handelt es sich vorliegend beispielsweise um ein strahlungserzeugendes Halbleiterbauteil, bei dem in der aktiven Zone 31 der dritten nitridischen Halbleiterschicht 30 elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht 32, erzeugt wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, erfolgt an den Kavitäten 60 beispielsweise am Rand der Kavitäten 60 eine Totalreflexion und/oder Streuung des Lichts 32 aufgrund des Brechungsindexsprungs und/oder der rauen Struktur des Rands der Kavitäten 60. Auf diese Weise können die Kavitäten 60 als optische Strukturierung wirken, die die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöhen.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der 3A bis 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei diesem Verfahren wird wiederum ein Aufwachssubstrat 50 mit einer Aufwachsfläche 51 an einer Aufwachsseite 50a bereitgestellt.
Bei dem Aufwachssubstrat kann es sich beispielsweise um ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat handeln.
An der Aufwachsfläche 50 wird die erste nitridische Halbleiterschicht 10 abgeschieden. Die erste nitridische Halbleiterschicht 10 kann beispielsweise mit Al_xIn_yGa_1-x-yN gebildet sein, wobei die Aluminiumkonzentration beispielsweise höchstens 20 % beträgt. An der dem Aufwachssubstrat 50 abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 folgt die zweite nitridische Halbleiterschicht 20. Die zweite nitridische Halbleiterschicht 20 ist beispielsweise mit AlGaN oder AlN gebildet und weist eine höhere Aluminiumkonzentration als die darunterliegende erste nitridische Halbleiterschicht auf. Dabei kann die Aluminiumkonzentration in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch mehr als 25 %, insbesondere mehr als 50 %, beispielsweise 100 %, betragen.
Aufgrund des Unterschieds in den Gitterkonstanten zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht bilden sich Risse oder beziehungsweise Cracks beim Relaxieren der zweiten nitridischen Halbleiterschicht während oder nach dem Wachstum der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aus. Die zweite nitridische Halbleiterschicht 20 kann beispielsweise eine kleinere Gitterkonstante als die erste nitridische Halbleiterschicht 10 aufweisen. Die Schichtdicke der zweiten nitridischen Halbleiterschicht beträgt beispielsweise zwischen wenigstens 5 nm und höchstens 100 nm.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1B, wird durch die Öffnungen 21, welche durch die Risse in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 gebildet sind, die darunterliegende erste nitridische Halbleiterschicht 10 selektiv geätzt. Dadurch entstehen Kavitäten 60, die beispielsweise vom Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 und dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 begrenzt sind.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1C, wird die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 auf der der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 abgeschieden. Die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 bedeckt dabei die Öffnungen 21 in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20. Die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 ist beispielsweise mit AlInGaN gebildet. Die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 kann zumindest stellenweise identisch zur ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 aufgebaut sein. Ferner kann die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 eine aktive Zone 31 umfassen, in der im Betrieb beispielsweise elektromagnetische Strahlung erzeugt oder detektiert wird.
Die 4 zeigt eine Schnittdarstellung, die einer TEM-Aufnahme einer derartigen Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten nitridischen Halbleiterschicht 10, einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 und einer dritten nitridischen Halbleiterschicht 30 entspricht. Deutlich ist ein Riss in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 zu erkennen, der eine Öffnung 21 in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 ausbildet, die sich vollständig durch die zweite nitridische Halbleiterschicht 20 hindurch erstreckt. In der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 ist am Endpunkt des Risses die Kavität 60 durch Ätzen mit Wasserstoffgas erzeugt. Dabei wird ausgenutzt, dass die Ätzrate umso größer ist, je kleiner der Aluminiumanteil in der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 ist.
In diesem Ausführungsbeispiel kann auf die Maskenschicht, die beispielsweise mit Siliziumnitrid gebildet ist, verzichtet werden, wodurch eine Beeinflussung der Defektbildung in den Halbleiterschichten, die normalerweise durch die Maskenschicht erfolgt, verhindert ist.
Die hier beschriebenen Kavitäten 60 erhöhen beispielsweise bei strahlungserzeugenden Halbleiterbauteilen die Rate der Lichtauskopplung. In Draufsicht auf eine Strahlungsaustrittsfläche des derart hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauteils können die Kavitäten als helle Punkte im Leuchtfeld erkennbar sein. Die Dichte der Kavitäten 60 kann durch die Anpassung der Wachstumsbedingungen der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 eingestellt werden. Beispielsweise kann die Dichte der Öffnungen 21 und damit die Dichte der Kavitäten 60 durch eine Erhöhung der Zeit, für die das Material der zweiten nitridischen Schicht 20 abgeschieden wird, erhöht werden. Die Größe der Kavitäten, beispielsweise ihr maximaler Durchmesser, kann durch die Ätzzeit, das Verhältnis von H2 zu N2, die Menge von NH₃ und/oder die Temperatur und/oder der Druck in der Prozesskammer eingestellt werden.
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.
Bezugszeichenliste

10: erste nitridische Halbleiterschicht
20: zweite nitridische Halbleiterschicht
21: Öffnung
22: Deckfläche
23: Seitenfläche
30: dritte nitridische Halbleiterschicht
31: aktive Zone
32: Licht
50: Aufwachssubstrat
51: Aufwachsfläche
50a: Aufwachsseite
60: Kavität
61: Rand der Kavität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6091085 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (50) mit einer Aufwachsfläche (51) an einer Aufwachsseite (50a), – Aufwachsen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) an der Aufwachsseite, – Aufwachsen einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) auf die erste nitridische Halbleiterschicht (10), wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) zumindest eine Öffnung (21) aufweist oder zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) erzeugt wird oder während des Aufwachsens zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) entsteht, – Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) durch die Öffnungen (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20), – Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) auf die zweite nitridische Halbleiterschicht (20), wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) die Öffnungen (21) zumindest stellenweise überdeckt.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) eine größere Aluminiumkonzentration als die erste nitridische Halbleiterschicht (10) aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) eine Maskenschicht (40) angeordnet wird, – die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) dort wo die erste nitridische Halbleiterschicht (10) von der Maskenschicht (40) unbedeckt ist auf die erste nitridische Halbleiterschicht (10) aufgewachsen wird, und – zumindest ein Teil der Oberfläche (41) der Maskenschicht (40), die der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) abgewandt ist, frei von Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) ist, wodurch die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) die zumindest eine Öffnung (21) aufweist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) die Maskenschicht (40) entfernt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Maskenschicht (40) mit dem gleichen Verfahren wie die erste nitridische Halbleiterschicht (10) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die während des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) Risse in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) entstehen, welche die Öffnungen (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) bilden, wobei sich zumindest manche der Öffnungen (21) vollständig von der der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) abgewandten Oberseite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) durch die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) bis zur ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) erstrecken.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) durch ein Erhöhen des Wasserstoffflusses und/oder eine Reduktion des NH₃-Flusses erfolgt, wobei das Entfernen der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) erfolgt.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Erhöhen des Wasserstoffflusses unter Erhöhen der Temperatur und/oder Absenken des Stickstoffflusses erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone (31) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit – einem Aufwachssubstrat (50) mit einer Aufwachsfläche (51) an einer Aufwachsseite (50a), – einer ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) an der Aufwachsseite (50a), – einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) an der dem Aufwachssubstrat (50) abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10), – einer dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) an der der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20), wobei – die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) zumindest eine Öffnung (21) aufweist, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) überdeckt ist, – zwischen der Aufwachsfläche (51) und zumindest einer der nitridischen Halbleiterschichten (20) zumindest eine Kavität (60) angeordnet ist, die mit einem Gas gefüllt ist, und – die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone (31) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) in einer Projektion auf die Aufwachsfläche (51) eine größere Bedeckung der Aufwachsfläche (51) aufweist als die erste nitridische Halbleiterschicht (10).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Aufwachsfläche (51) unstrukturiert ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Betrieb in der aktiven Zone (31) erzeugte oder in der aktiven Zone (31) zu detektierende elektromagnetische Strahlung die zumindest eine Kavität (60) durchläuft und/oder am Rand (61) der zumindest einen Kavität (60) optisch gestreut und/oder optisch gebrochen wird.