DE102015108878B3 - Semiconductor device comprising one or more Group III elements with nitrogen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle mindestens eine dotierte Schicht aus einem Material auf einem Substrat desselben Materials abgeschieden wird, gekennzeichnet durch eine Dotierung mindestens einer Schicht resultierend in einer Ladungsträgerkonzentration in Höhe von mindestens 1 × 1019 cm–3 und der Messung von Wachstumsrate und/oder Rauigkeit und/oder Komposition dieser Schicht und/oder nachfolgender Schichten mittels Reflektometrie.The invention relates to a semiconductor component comprising one or more Group III elements with nitrogen, in which, in a growth process under optical in-situ control, at least one doped layer of a material is deposited on a substrate of the same material, characterized by a doping of at least one layer resulting in a charge carrier concentration of at least 1 × 10 19 cm -3 and the measurement of growth rate and / or roughness and / or composition of this layer and / or subsequent layers by means of reflectometry.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle eine Pufferschicht aus einem Material auf einem Substrat desselben Materials abgeschieden wird.The invention relates to a semiconductor device comprising one or more Group III elements with nitrogen in which a buffer layer of a material is deposited on a substrate of the same material in a growth process under optical in-situ control.

Aus der Druckschrift DE 100 61 168 A1 ist ein Verfahren zur Messung eines Halbleiterschichtsystems aus mehreren Elementen der Gruppe (III) [Al, Ga] bekannt, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle mindestens eine dotierte Schicht aus einem Material auf einem Substrat desselben Materials, ohne das Vorhandensein des Elements Stickstoff in der Zusammensetzung des beschriebenen III-V-Halbleiters, abgeschieden wird, wobei die Messung der Wachstumsrate bzw. der Komposition AlxGa1-xAs mittels Reflektometrie erfolgt.From the publication DE 100 61 168 A1 is a method for measuring a semiconductor layer system of several elements of group (III) [Al, Ga] known, wherein in a growth process under optical in situ control at least one doped layer of a material on a substrate of the same material, without the presence of the Elements nitrogen is deposited in the composition of the described III-V semiconductor, wherein the measurement of the growth rate or the composition Al x Ga 1-x As by means of reflectometry.

Aus der Druckschrift Grosse et al. ”Characterization of Conducting GaAs Multilayers by Infrared Spectroscopy at Oblique Incidence”, in Appl. Phys. A 50, pp7–12 (1990) sind elektrische und geometrische Eigenschaften von GaAs-basierten Halbleiterschichtsystemen bekannt.From the publication Grosse et al. "Characterization of Conducting GaAs Multilayers by Infrared Spectroscopy at Oblique Incidence", in Appl. Phys. A 50, pp7-12 (1990) discloses electrical and geometrical properties of GaAs-based semiconductor layer systems.

Bekannt aus der Druckschrift US 2003/0 040 130 A1 ist ein Halbleiterbauelement aus einem Element der Gruppe III (Ga) mit Stickstoff, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle mindestens eine dotierte Schicht auf einem Substrat abgeschieden wird, wobei diese Schicht aus einem Material besteht, welches sich von dem Material des Substrats unterscheidet.Known from the document US 2003/0 040 130 A1 is a group III (Ga) element semiconductor device comprising nitrogen, wherein at least one doped layer is deposited on a substrate in a growth process under optical in situ control, said layer being comprised of a material different from that of the material Substrate differentiates.

Die Schichten für Halbleiterbauelemente wie z. B. LEDs, Halbleiterlaser oder FETs werden meist mit Methoden wie der metallorganischen Gasphasenepitaxie oder der Sputterepitaxie hergestellt. Für die Funktionsfähigkeit des Bauelements und die Reproduzierbarkeit von Bauelement-Eigenschaften ist eine genaue Kenntnis und Kontrolle der Schichtdicken und Kompositionen der einzelnen Schichten von entscheidender Bedeutung. Daher werden die entsprechenden Prozessschritte unter anderem durch optische Methoden in-situ überwacht. Prinzipiell ist es auch möglich, Prozessabweichungen in-situ zu korrigieren, wenn entsprechende Abweichungen frühzeitig erkannt werden können.The layers for semiconductor devices such. As LEDs, semiconductor lasers or FETs are usually prepared by methods such as organometallic gas phase epitaxy or sputtering epitaxy. For the functionality of the device and the reproducibility of device properties, a precise knowledge and control of the layer thicknesses and compositions of the individual layers is of crucial importance. Therefore, the corresponding process steps are monitored in situ, inter alia, by optical methods. In principle, it is also possible to correct process deviations in situ if corresponding deviations can be detected early.

Hierzu bietet sich zum Beispiel die sogenannte Pufferschicht an, diejenige Schicht, die als erste die Substratoberfläche bedeckt und in der Regel der Ausgangspunkt für die Abscheidung der weiteren, für das Bauelement entscheidenden, Schichten ist. Alle Abweichungen, die in der Pufferschicht detektiert werden, könnten in den Funktionsschichten korrigiert werden.For this purpose, for example, offers the so-called buffer layer, that layer which is the first to cover the substrate surface and is usually the starting point for the deposition of the other decisive for the device layers. Any deviations detected in the buffer layer could be corrected in the functional layers.

Die besten Bauelementeigenschaften erzielt man in der Regel dann, wenn die Pufferschicht aus demselben Material wie das Substrat (Eigensubstrat) besteht, da dann keine ausgedehnten Defekte oder Verspannungen an der Grenzfläche Substrat/Pufferschicht entstehen und die Pufferschicht somit ausreichend dick abgeschieden werden kann, so dass keine Defekte an der Oberfläche des Substrats Einfluss auf Bauelementeigenschaften mehr nehmen. Andererseits kann in diesem Falle die Pufferschicht nicht mehr mit optischen in-situ Methoden charakterisiert werden, da sich die Brechungsindizes von Substrat und Schicht dann nicht unterscheiden lassen. In der Konsequenz können Abweichungen frühestens beim Wachstum der eigentlichen Bauelementstruktur detektiert werden, die dann in der Regel nicht mehr korrigiert werden können und so zu einem Verlust wertvollen Materials und wertvoller Arbeitszeit führen.The best device properties are usually achieved when the buffer layer consists of the same material as the substrate (self-substrate), since then no extensive defects or distortions at the substrate / buffer layer interface arise and the buffer layer can thus be deposited sufficiently thick, so that no defects on the surface of the substrate influence more on component properties. On the other hand, in this case, the buffer layer can no longer be characterized by optical in-situ methods, since the refractive indices of substrate and layer can then not be distinguished. As a consequence, deviations can be detected at the earliest during the growth of the actual component structure, which as a rule can then no longer be corrected and thus lead to a loss of valuable material and valuable working time.

Speziell bei Gruppe-III-Nitrid Bauelementen kommen aus Kostengründen Fremdsubstrate zum Einsatz. Eigensubstrate, also z. B. GaN Substrate sind aufgrund der geringen Verfügbarkeit oft zu teuer. Mit Fremdsubstraten ist eine einfache Überwachung des Schichtwachstumsprozesses möglich, da durch das Substrat in der Regel ein Material mit einem anderen Brechungsindex vorhanden ist. Dadurch wird, z. B. in der Reflektometrie, ein Teil des Messlichts an der Grenzfläche zum Substrat reflektiert, welches mit dem an der Oberfläche reflektiertem Teil interferiert, was z. B. eine Kontrolle von Wachstumsrate und Schichtdicke, Wellenlängenaufgelöst aber auch eine Kompositionsbestimmung ermöglicht. Speziell Gruppe-III-Nitrid Eigensubstrate sind, bedingt durch den aufwendigen Herstellungsprozess, sehr teuer und eine fehlerhafte Schichtabscheidung muss unbedingt vermieden werden.Especially for group III nitride components, foreign substrates are used for cost reasons. Own substrates, so z. B. GaN substrates are often too expensive due to the low availability. With foreign substrates, a simple monitoring of the layer growth process is possible because a material with a different refractive index is usually present through the substrate. This will, for. B. in reflectometry, a part of the measuring light at the interface with the substrate, which interferes with the surface reflected on the part, which z. As a control of growth rate and layer thickness, wavelengths resolved but also allows compositional determination. Specifically Group III nitride self-substrates are very expensive due to the complex manufacturing process and a faulty layer deposition must be avoided at all costs.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine in-situ Wachstumskontrolle während des Wachstums einer Gruppe-III-Nitrid Pufferschicht auf Eigensubstraten zu realisieren.The object of the present invention is to realize an in situ growth control during the growth of a group III nitride buffer layer on self substrates.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 sowie durch die weiteren vorteilhaften Ausführungsformen nach den Unteransprüchen.The object is achieved by a semiconductor component according to claim 1 and by the further advantageous embodiments according to the subclaims.

Vorgeschlagen wird ein Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle mindestens eine dotierte Schicht aus einem Material auf einem Substrat desselben Materials abgeschieden wird gekennzeichnet durch eine Dotierung mindestens einer Schicht resultierend in einer Ladungsträgerkonzentration in Höhe von mindestens 1 × 1019 cm–3 und der Messung von Wachstumsrate.Proposed is a semiconductor device of one or more elements of group-III with nitrogen, wherein in a growth process under optical in-situ control at least one doped layer of a material deposited on a substrate of the same material is characterized by a doping of at least one layer resulting in one Carrier concentration of at least 1 × 10 19 cm -3 and the measurement of growth rate.

Zudem kann die Messung der Rauigkeit und/oder Komposition dieser Schicht und/oder nachfolgender Schichten mittels Reflektometrie erfolgen.In addition, the measurement of the roughness and / or composition of this layer and / or subsequent layers can be carried out by means of reflectometry.

Dazu muss die Pufferschicht einen Brechungsindexsprung gegenüber dem Substrat aufweisen, was z. B. zu Schichtdickenoszillationen in der Reflektivitätsmessung führt. Erfindungsgemäß kann dies nach Anspruch 1 durch hohe Dotierung mit einem Fremdatom erreicht werden, das durch thermische Aktivierung Ladungsträger in die Bandstruktur des Halbleiters injiziert.For this purpose, the buffer layer must have a refractive index jump relative to the substrate, which z. B. leads to Schichtdickenoszillationen in the Reflektivitätsmessung. According to the invention, this can be achieved according to claim 1 by high doping with an impurity atom, which injects charge carriers into the band structure of the semiconductor by thermal activation.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Halbleiterbauelement eine Dotierung in der dotierten Schicht oberhalb einer Konzentration von 3 × 1019 cm–3 aufweist. Diese permanente, hohe Dotierung mit Ladungsträgern nach Anspruch 5, vorzugsweise mit einem Dotanden, wie beispielsweise Germanium, Silizium, Zinn, Blei, Schwefel und/oder Tellur nach Anspruch 6, auf einem Substrat führt zu einer Verschiebung der effektiven Bandlücke zu größeren Energien (Burstein-Moss-Effekt) und in der unmittelbaren Folge zu einer Verringerung des Brechungsindexes sowohl in wesentlichen Teilen des Transparenz- und des Absorptionsbereiches der Pufferschicht gegenüber dem Substrat. Wenn gleichzeitig die Dotierung nur geringfügige Änderungen der Gitterkonstante parallel zur Wachstumsoberfläche verursacht, wird die maximale Schichtdicke der Pufferschicht weiterhin praktisch unbegrenzt sein.An embodiment of the invention provides that the semiconductor component has a doping in the doped layer above a concentration of 3 × 10 19 cm -3 . This permanent, high doping with charge carriers according to claim 5, preferably with a dopant such as germanium, silicon, tin, lead, sulfur and / or tellurium according to claim 6, on a substrate leads to a shift of the effective band gap to larger energies (Burstein -Moss effect) and in the immediate consequence to a reduction in the refractive index both in substantial parts of the transparency and the absorption region of the buffer layer relative to the substrate. At the same time, if the doping causes only minor changes in the lattice constant parallel to the growth surface, the maximum layer thickness of the buffer layer will continue to be virtually unlimited.

Somit ist es möglich, durch eine geeignete Wahl von hoch- und niedrig- dotierten Abschnitten der Pufferschicht, eine in-situ Bestimmung der Wachstumsraten der Pufferschicht durchzuführen. Vorausgesetzt, dass eine Korrelation zwischen Abweichungen in der Pufferschicht und Abweichungen beim Wachstum der Funktionsschichten des Halbleiterbauelements existiert, ist damit eine in-situ Korrektur von Wachstumsparametern und somit die Reproduktion der Bauelementeigenschaften möglich. Halbleitersubstrate, die den Burstein-Moss Effekt durch Dotierung in ausreichendem Maß aufweisen, sind insbesondere die Gruppe-III-Nitride wie AlN, AlGaN, GaN und InGaN. Hierbei wird der Burstein-Moss Effekt vorzugsweise durch Dotierung mit Donatoratomen erreicht.It is thus possible to carry out an in situ determination of the growth rates of the buffer layer by a suitable choice of highly doped and low-doped sections of the buffer layer. Provided that a correlation exists between deviations in the buffer layer and deviations in the growth of the functional layers of the semiconductor device, an in-situ correction of growth parameters and thus the reproduction of the device properties is thus possible. Semiconductor substrates which exhibit the Burstein-Moss effect sufficiently by doping are, in particular, the group III nitrides such as AlN, AlGaN, GaN and InGaN. In this case, the Burstein-Moss effect is preferably achieved by doping with donor atoms.

Fremdatome, die als Donator in diesen Halbleitern wirken und je nach Wachstumsverfahren eine hohe Löslichkeit in diesen Festkörpern besitzen, sind nach Anspruch 6 Germanium, Silizium, Zinn, Blei, Schwefel und/oder Tellur. Hier ist in der MOVPE Silizium in der Regel nur in Al-haltigen Schichten in ausreichendem Maß zu dotieren, mit anderen Wachstumsverfahren wie der MBE oder Sputterdepositionsverfahren auch in Al-freien Schichten.Foreign atoms which act as donors in these semiconductors and, depending on the growth process, have a high solubility in these solids, are germanium, silicon, tin, lead, sulfur and / or tellurium according to claim 6. As a rule, in MOVPE silicon is only sufficiently doped in Al-containing layers, with other growth methods such as MBE or sputter deposition in Al-free layers as well.

Um nun die der hoch- dotierten Schicht nachfolgenden Schichten mittels optischer in-situ Reflektometrie messen zu können, ist es vorteilhaft die Schichtdicke der dotierten Schicht so zu wählen, dass sie die folgende Bedingung nach Anspruch 7 erfüllt, indem ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen wird, welches gekennzeichnet ist durch eine optische Schichtdicke d der dotierten Schicht bei der bevorzugten Messwellenlänge der optischen in-situ Messeinrichtung im Bereich von x + 0,2 ≤ d ≤ x + 0.8 mit x einer natürlichen Zahl oder Null.In order to be able to measure the layers following the highly doped layer by means of optical in-situ reflectometry, it is advantageous to choose the layer thickness of the doped layer such that it satisfies the following condition according to claim 7 by proposing a semiconductor component which is characterized is by an optical layer thickness d of the doped layer at the preferred measurement wavelength of the optical in-situ measuring device in the range of x + 0.2 ≤ d ≤ x + 0.8 with x a natural number or zero.

Besser geeignet ist eine optische Schichtdicke d im Bereich von x + 0,3 ≤ d ≤ x + 0.7 mit x einer natürlichen Zahl oder Null, Noch besser ist eine optische Schichtdicke d im Bereich von x + 0,4 ≤ d ≤ x + 0.6 mit x einer natürlichen Zahl oder Null, dem weiter vorzuziehen ist eine optische Schichtdicke d im Bereich von x + 0,45 ≤ d ≤ x + 0.55 mit x einer natürlichen Zahl oder Null. Ideal ist eine optische Schichtdicke d von x + 0,5 ± 0,01 mit x einer natürlichen Zahl oder Null, die aufgrund der engen Grenzen in der Praxis nur schwer reproduzierbar umzusetzen ist. In letztgenanntem Fall ist die Schichtdickenoszillation der hochdotierten Schicht im Vergleich zum vorherigen Reflektometriesignal nicht oszillierenden Signal (312 in 3, siehe auch 4–6) maximal verschieden.An optical layer thickness d in the range of x + 0.3 ≦ d ≦ x + 0.7 with x of a natural number or zero is more suitable. Even better is an optical layer thickness d in the range of x + 0.4 ≦ d ≦ x + 0.6 with x of a natural number or zero, it is further preferable to have an optical layer thickness d in the range of x + 0.45 ≦ d ≦ x + 0.55 with x of a natural number or zero. Ideal is an optical layer thickness d of x + 0.5 ± 0.01 with x a natural number or zero, which is difficult to reproduce reproducible due to the narrow limits in practice. In the latter case, the layer thickness oscillation of the heavily doped layer is compared to the previous reflectometry signal non-oscillating signal ( 312 in 3 , see also 4 - 6 ) maximum different.

Dadurch wird eine größtmögliche Amplitude der Oszillation des Reflektometriesignals der nachfolgenden Schichten erzielt. Sie ist geringer wenn bei einer optischen Dicke der hochdotierten Schicht das Wachstum selbiger gestoppt wird, die vor oder nach dem Maximum liegt und ist minimal bei einer optischen Dicke, die zu einer Intensität des Reflektometriesignals 313 in 3 führt, die identisch mit der vorherigen Amplitude 312 ist, der in der Regel in etwa dem Reflektivitätswert des Substrats entspricht. Ein weiteres Beispiel mit beiden Extremfällen findet sich in 4 und dazugehöriger Beschreibung. Die Höhe der Dotierung, und damit die Abweichung des Brechungsindex von dem des Substrats oder einer niedrig oder undotierten ersten Pufferschicht auf dem Substrat, bestimmt dabei die erzielbare Amplitude.This achieves the greatest possible amplitude of the oscillation of the reflectometry signal of the subsequent layers. It is smaller when, at an optical thickness of the heavily doped layer, the growth of the same which is before or after the maximum is stopped, and is minimal at an optical thickness corresponding to an intensity of the reflectometry signal 313 in 3 leads, which are identical to the previous amplitude 312 is, which generally corresponds approximately to the reflectivity value of the substrate. Another example with both extreme cases can be found in 4 and associated description. The height of the doping, and thus the deviation of the refractive index from that of the substrate or a low or undoped first buffer layer on the substrate, determines the achievable amplitude.

Will man zwei oder mehr Wellenlängen nutzen, so wird die Dicke der hochdotierten Schicht idealerweise so gewählt, dass die Schichtdickenoszillationen bei beiden Wellenlängen gleichzeitig möglichst stark vom Ausgangswert abweichen. Bei Messwellenlängen von z. B. 405 nm und 633 nm und einem Brechungsindex der Schicht bei beiden Messwellenlängen von z. B. 2,35 müsste die Dicke ca. 470 nm betragen. Dann ist die Intensität bei beiden Wellenlängen nach 3,5 bzw. 5,5 Oszillationen nahe einem Minimum und weichen damit maximal vom ursprünglichen Wert ab.If one wants to use two or more wavelengths, the thickness of the heavily doped layer is ideally chosen so that the layer thickness oscillations at both wavelengths simultaneously deviate as much as possible from the initial value. At measuring wavelengths of z. B. 405 nm and 633 nm and a refractive index of the layer at both measuring wavelengths of z. B. 2.35, the thickness would be about 470 nm. Then the intensity is close to one at both wavelengths after 3.5 and 5.5 oscillations, respectively Minimum and thus differ from the original value.

Je nach eingesetzten Wellenlängen, und in diesem Beispiel der Einfachheit halber nicht berücksichtigtem wellenlängenabhängigem Brechungsindex, ändern sich die Dicken. Prinzipiell können auch drei oder mehr Messwellenlängen berücksichtigt werden. Ideal sind Messwellenlängen, bei denen keine Absorption auftritt, da die Oszillationen dann auch bei homoepitaktischen Schichtenfolgen über die gesamte aufgewachsene Schichtdicke sichtbar sind und somit eine Kontrolle des Wachstums der gesamten Schicht ermöglicht wird. In 5a) ist dies für die Wellenlängen 633 nm und 950 nm im Fall von GaN dargestellt. Hier sind nach 2,5 (633 nm) und 1,5 (950 nm) Oszillationen beide Werte nahezu minimal und damit nahezu maximal Abweichend vom Ausgangswert. Wird nun mit einer niedriger dotierten GaN weitergewachsen lassen sich beide Wellenlängen sehr gut mit deutlichen Oszillationen der reflektierten Intensität weiter Messen. In 5b) ist analog das Beispiel mit ungünstiger Schichtdicke für die Messung beider Wellenlängen dargestellt.Depending on the wavelengths used, and in this example for simplicity not taken into account wavelength-dependent refractive index, the thicknesses change. In principle, three or more measuring wavelengths can also be taken into account. Ideal are measuring wavelengths at which no absorption occurs, since the oscillations are then visible even with homoepitaxial layer sequences over the entire grown layer thickness and thus a control of the growth of the entire layer is made possible. In 5a ) this is shown for the wavelengths 633 nm and 950 nm in the case of GaN. Here, after 2.5 (633 nm) and 1.5 (950 nm) oscillations, both values are almost minimal and therefore almost as different from the initial value. If one continues to grow with a lower doped GaN, both wavelengths can be measured very well with significant oscillations of the reflected intensity. In 5b ), the example with unfavorable layer thickness for the measurement of both wavelengths is shown analogously.

Vorteilhaft für eine genaue Bestimmung der Wachstumsraten ist die Messung der Periodendauer der sich periodisch mit der Schichtdicke ändernden Reflexionsamplitude. Im Absorptionsbereich der Pufferschicht werden diese Oszillationen schnell ausgedämpft, so dass die Oszillationen eventuell nachfolgender und anders dotierter Schichtbereiche mit einer nur durch den entsprechenden Brechungsindex, exakt definierten Amplitude starten. Dagegen sind die Reflexionsoszillationen im Transparenzbereich ungedämpft, so dass die Wachstumsrate über mehrere Oszillationen gemessen und damit genauer ermittelt werden kann.Advantageous for an accurate determination of the growth rates is the measurement of the period of the periodically changing with the layer thickness reflection amplitude. In the absorption region of the buffer layer, these oscillations are rapidly attenuated so that the oscillations of any subsequent and differently doped layer regions start with a precisely defined amplitude only by the corresponding refractive index. In contrast, the reflection oscillations in the transparency range are undamped, so that the growth rate can be measured over several oscillations and thus determined more accurately.

Die durch die Dotierung erzeugte Ladungsträgerkonzentration sollte bei mindestens 3 × 1019 cm–3 liegen, in einer verbesserten Ausführung liegt sie oberhalb von 6 × 1019 cm–3 und im Idealfall oberhalb von 1 × 1020 cm–3. Die erzielbare Dotierhöhe ist dabei jedoch vom Halbleitermaterial und Dotanden abhängig, so dass die ideale Dotierhöhe nicht immer mit allen Dotanden erzielbar ist. Jedoch sind Kombinationen mehrerer Dotanden nach Anspruch 6 möglich, womit die effektive Elektronenkonzentration erhöht werden kann.The charge carrier concentration generated by the doping should be at least 3 × 10 19 cm -3 , in an improved embodiment it is above 6 × 10 19 cm -3 and ideally above 1 × 10 20 cm -3 . However, the achievable doping level is dependent on the semiconductor material and dopants, so that the ideal doping level is not always achievable with all dopants. However, combinations of several dopants according to claim 6 are possible, whereby the effective electron concentration can be increased.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Halbleiterbauelement gekennzeichnet ist durch eine optische Schichtdicke d der dotierten Schicht, die bei mindestens zwei Messwellenlängen der optischen in-situ Messeinrichtung die Bedingung x + 0,2 ≤ d ≤ x + 0.8 mit x einer natürlichen Zahl oder Null erfüllt.A further embodiment of the invention provides that the semiconductor component is characterized by an optical layer thickness d of the doped layer which, at at least two measuring wavelengths of the optical in-situ measuring device, satisfies the condition x + 0.2≤d≤x + 0.8 with x a natural one Number or zero met.

Prinzipiell ermöglicht eine höhere Dotierstoffkonzentration eine stärkere Oszillationsamplitude im Reflektometriesignal und bei einem Vorgehen nach Anspruch 7 oder 8 bzw. einer effektiven optischen Schichtdicke von etwa x + 0,5 mit x einer natürlichen Zahl oder Null eine höhere Amplitude des Signals nachfolgender Schichten.In principle, a higher dopant concentration allows a greater oscillation amplitude in the reflectometry signal and, in a procedure according to claim 7 or 8 or an effective optical layer thickness of about x + 0.5 with x a natural number or zero, a higher amplitude of the signal of subsequent layers.

Eine andere Möglichkeit die geeignete Schichtdicke für in-situ Reflektometriemessungen zu beschreiben ist nach Anspruch 9 über die Abweichung vom vorherigen Mittelwert. Vorgeschlagen wird, dass das Halbleiterbauelement gekennzeichnet ist, durch eine optische Schichtdicke d der dotierten Schicht bei der bevorzugten Messwellenlänge der optischen in-situ Messeinrichtung, so dass die reflektierte mit der Dicke oszillierende Intensität von der vorherigen reflektierten und konstanten Intensität um mindestens 50% der erzielbaren Abweichung durch Schichtdickenoszillationen abweicht.Another possibility to describe the suitable layer thickness for in-situ reflectometry measurements is according to claim 9 on the deviation from the previous average. It is proposed that the semiconductor device is characterized by an optical layer thickness d of the doped layer at the preferred measurement wavelength of the optical in-situ measurement device such that the reflected thickness-oscillating intensity is at least 50% of the achievable from the previous reflected and constant intensity Deviation differs by Schichtdickenoszillationen.

Dann ist die optische Schichtdicke d der dotierten Schicht bei der bevorzugten Messwellenlänge der optischen in-situ Messeinrichtung so dick, dass die reflektierte mit der Dicke oszillierende Intensität von der vorherigen reflektierten und konstanten Intensität um mindestens 50% der erzielbaren Abweichung durch Schichtdickenoszillationen abweicht. Besser ist hier eine Abweichung über 75%, ideal über 90%. D. h., dass man bevorzugt z. B. nahe eines Intensitätsminimums der reflektierten Intensität das Schichtwachstum der erfindungsgemäßen Schicht stoppt um bei der nachfolgenden Schicht eine größtmögliche Oszillationsamplitude zu erzielen, die eben davon abhängt, dass die Schicht mit einer Dicke gewachsen wird, die zu einer größtmöglichen Abweichung der reflektierten Intensität vom vorherigen konstanten Wert des Substrats führt.Then the optical layer thickness d of the doped layer at the preferred measurement wavelength of the optical in-situ measuring device is so thick that the reflected thickness-oscillating intensity deviates from the previously reflected and constant intensity by at least 50% of the achievable deviation due to layer thickness oscillations. Better is a deviation above 75%, ideally above 90%. D. h., That is preferably z. B. near an intensity minimum of the reflected intensity, the layer growth of the layer according to the invention stops in the subsequent layer to achieve a maximum oscillation amplitude, which just depends on the fact that the layer is grown with a thickness resulting in a maximum deviation of the reflected intensity from the previous constant Value of the substrate leads.

Durch den Dotanden wird speziell bei GaN zudem bei den erfindungsgemäßen Dotierhöhen, insbesondere im Bereich um 1020 cm–3, mit den meisten Herstellungsverfahren ein Glättungseffekt der Oberfläche erzielt, der sich positiv, insbesondere auf optoelektronische Bauelemente auswirkt. Durch den gebräuchlichen Dotanden Silizium ist im GaN eine elektrisch aktive Dotierung über 2 × 1019 cm–3 in der Regel nur mit ausgewählten Wachstumsverfahren wie der Molekularstarahlepitaxie und der Sputterepitaxie möglich, in der metallorganischen Gasphasenepitaxie führt dieser Dotand meist zu einer Aufrauhung der Oberfläche, was sich auf die meisten Bauelemente nachteilig auswirkt.By the dopant is also especially in GaN in the inventive Dotierhöhen, in particular in the range around 10 20 cm -3, achieved a smoothing effect of the surface with most manufacturing processes, has a positive effect, in particular optoelectronic components. Due to the common dopant silicon in GaN an electrically active doping over 2 × 10 19 cm -3 is usually possible only with selected growth methods such as Molekularstarahlepitaxie and sputtering epitaxy, in organometallic gas phase epitaxy this dopant usually leads to a roughening of the surface, which Affects most components disadvantageous.

Dies hat insbesondere Auswirkungen auf die mittlere Intensität des reflektierten Lichts, die bei einer Glättung leicht ansteigt. Dabei sind kurze Wellenlängen empfindlicher auf Rauigkeiten auf kurzer Distanz bzw. mit kleinen Dimensionen, also Oberflächenstufen und kleinen Defekten mit Abmessungen deutlich, d. h. unter der Hälfte der Messwellenlänge. So ist z. B. die häufig genutzte 405 nm Wellenlänge beim Messen von GaN zwar bei Wachstumstemperatur gedämpft, jedoch der Mittelwert ein Indikator für die Oberflächenrauigkeit der Schicht. Für die Messung der Schichtdicke und Wachstumsrate ist diese Wellenlänge jedoch weniger geeignet, da sie wie erwähnt stark gedämpft ist und nach einigen hundert Nanometern zu schwach ist um eine weitere Bestimmung der Rate und Dicke zu ermöglichen wie auch in 4 dargestellt. Hier empfehlen sich längere Wellenlängen, bei denen eine Dämpfung nicht vorhanden oder vernachlässigbar ist.This has particular effects on the mean intensity of the reflected light, which increases slightly with a smoothing. In this case, short wavelengths are more sensitive to roughness at a short distance or with small dimensions, ie surface steps and small defects with dimensions clearly, ie less than half of the measurement wavelength. So z. For example, while the commonly used 405 nm wavelength is attenuated at growth temperature when measuring GaN, the average value is an indicator of the surface roughness of the layer. However, this wavelength is less suitable for the measurement of the layer thickness and growth rate, as it is strongly attenuated as mentioned and after a few hundred nanometers is too weak to allow a further determination of the rate and thickness as well as in 4 shown. Here we recommend longer wavelengths, where a damping is not available or negligible.

Im Folgenden einige Ausführungsbeispiele und Beschreibungen anhand von Figuren für das Wachstum auf GaN Substraten.Below are some embodiments and descriptions with reference to figures for growth on GaN substrates.

Es zeigen:Show it:

1: schematisch ein Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff, 1 FIG. 2 schematically shows a semiconductor component comprising one or more Group III elements with nitrogen, FIG.

2: schematisch eine vertikale p-i-n Diode auf einem Homosubstrat, 2 FIG. 2 schematically shows a vertical pin diode on a homosubstrate, FIG.

3: schematisch eine in-situ Reflektometriemessung 3 schematically an in-situ reflectometry measurement

4: Auswirkung der Schichtdicke exemplarisch bei einer Wellenlänge 4 : Effect of the layer thickness exemplarily at one wavelength

5: Optimierung zur Messung bei zwei Wellenlängen 5 : Optimization for measurement at two wavelengths

6: Messung von GaN bei 405 und 633 nm 6 : Measurement of GaN at 405 and 633 nm

Eine Halbleiterlaserstruktur wird in der metallorganischen Gasphasenepitaxie auf einem GaN Substrat gewachsen. Dazu wird das Substrat aufgeheizt und durch Zuschalten von Ammoniak während des Aufheizens die Oberfläche stabilisiert. Durch Zuschalten eines Galliumprecursors wie z. B. Trimethyl-Gallium oder Triethyl-Gallium wird das GaN Wachstum begonnen. In der Regel wird zusätzlich mit einem flachen Donator dotiert um eine vertikale Stromleitfähigkeit zu erzielen.A semiconductor laser structure is grown in the organometallic gas phase epitaxy on a GaN substrate. For this purpose, the substrate is heated and stabilized by adding ammonia during heating the surface. By connecting a Galliumprecursors such. As trimethyl gallium or triethyl gallium, the GaN growth is started. In general, it is additionally doped with a flat donor to achieve a vertical Stromleitfähigkeit.

Diese Dotierung kann nun direkt nach dem Beginn des Wachstums oder nach einer dünnen ersten Pufferschicht mit einem der erfindungsgemäßen Dotanden in der erfindungsgemäßen Höhe erfolgen, wobei eine hohe Dotierung zu einem größeren Brechungsindexunterschied und somit auch zu besser sichtbaren Oszillationen in der Reflektometrie führt. Diese Oszillationen sind ab dem Beginn der hohen Dotierung sichtbar. Es lässt sich nun die Schichtdickenentwicklung und Wachstumsrate beobachten. Der bei einem Halbleiterlaser übliche äußere Wellenleiter wird nun auf dem GaN Puffer gewachsen. Gibt es Probleme mit dem Wachstum lassen die sich, sofern es das Substrat oder die Ga-Komponente betrifft schon frühzeitig beobachten und das Wachstum stoppen. In Einzelfällen kann damit nicht nur ein unnötiges Prozessieren erspart, sondern auch das Substrat für einen nächsten fehlerfreien Versuch gerettet werden.This doping can now take place directly after the beginning of the growth or after a thin first buffer layer with one of the dopants according to the invention in the inventive height, with a high doping leads to a larger refractive index difference and thus also to better visible oscillations in the reflectometry. These oscillations are visible from the beginning of the high doping. It is now possible to observe the layer thickness development and growth rate. The usual in a semiconductor laser outer waveguide is now grown on the GaN buffer. Are there any problems with the growth which, as far as the substrate or the Ga component is concerned, can be observed early and stop growth. In individual cases, this not only saves unnecessary processing, but also saves the substrate for a next flawless attempt.

In der zugehörigen 1, die schematisch ein Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff zeigt, ist 100 das Homosubstrat, 101 die erste Pufferschicht die wahlweise schon erfindungsgemäß hoch oder noch normal hoch dotiert ist. Ist 101 normal dotiert ist 102 die erfindungsgemäß dotierte Schicht, andernfalls fällt sie weg. 103 ist optional eine weitere dotierte Pufferschicht vor der Mantelschicht 104, dem Wellenleiter 105 mit Quantentrögen und ggf. weiteren funktionalen Schichten wie einer Elektroneninjektionsbarriere oberhalb der Quantentrögen, auf die der obere p-leitende Wellenleiter mit oberem p-leitender Mantelschicht 106 und der p-Kontaktschicht 107 folgt. Die Dicken sind hier nicht maßstabsgerecht sondern nur schematisch gegeben, insbesondere ist das Substrat im Verhältnis dicker.In the associated 1 , which schematically shows a semiconductor device of one or more Group III elements with nitrogen 100 the homosubstrate, 101 the first buffer layer which is optionally doped according to the invention already high or normal high. is 101 is normally doped 102 the layer doped according to the invention, otherwise it will fall away. 103 is optionally a further doped buffer layer in front of the cladding layer 104 , the waveguide 105 with quantum wells and optionally further functional layers such as an electron injection barrier above the quantum wells, to which the upper p-type waveguide with upper p-type cladding layer 106 and the p-contact layer 107 follows. The thicknesses are not true to scale here but given only schematically, in particular, the substrate is relatively thicker.

Als zweites Ausführungsbeispiel dient eine vertikale p-i-n Diode auf einem Homosubstrat wie z. B. GaN oder AlGaN. Hier wird nur in Homoepitaxie eine Schichtenfolge hergestellt und ein Versagen des Wachstumsprozesses ist daher schwer ohne Prozessierung festzustellen. Der Beginn des Wachstums ist analog zum Halbleiterlaser, wobei nun eine n-dotierte Schicht, die teilweise gleichzeitig Pufferschicht sein kann, von einer zweiten undotierten oder niedrig dotierten Schicht von 0.5 μm bis über 10 μm Dicke gefolgt wird. Darauf wird abschließend eine p-leitende Schicht mit z. B. Magnesium gewachsen. Diese wird dann im Bereich der Diode elektrisch leitfähig metallisiert und kontaktiert. Nur durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Schicht ist in diesem Fall eine Kontrolle des Wachstums und eine frühzeitiges Erkennen von Problemen beim Schichtwachstum möglich.As a second embodiment, a vertical p-i-n diode on a homosubstrate such. GaN or AlGaN. Here only in Homoepitaxie a layer sequence is produced and a failure of the growth process is therefore difficult to determine without processing. The beginning of the growth is analogous to the semiconductor laser, wherein now an n-doped layer, which may be partially simultaneously buffer layer, followed by a second undoped or low-doped layer of 0.5 microns to about 10 microns thick. On it is finally a p-type layer with z. B. grown magnesium. This is then metallized electrically conductive in the region of the diode and contacted. Only by incorporating the layer according to the invention in this case, a control of the growth and early detection of problems in the layer growth is possible.

Die zugehörige 2, welche schematisch eine vertikale p-i-n Diode auf einem Homosubstrat aufweist, zeigt das Substrat 200, die erste epitaktische Schicht 201, vorzugsweise erfindungsgemäß gewachsen, eine weitere niedriger n-dotierte Schicht 202, gefolgt von der niedrig oder undotierten i-Schicht 203 und der oberen p-leitenden Schicht 204. Der Stromfluss erfolgt hier nach dem Prozessieren, also dem Ätzen von Mesastrukturen und dem Kontaktieren, vertikal durch die epitaktischen Schichten und das Substrat.The associated 2 , which schematically has a vertical pin diode on a homosubstrate, shows the substrate 200 , the first epitaxial layer 201 , preferably grown according to the invention, a further lower n-doped layer 202 , followed by the low or undoped i-layer 203 and the upper p-type layer 204 , The current flow occurs here after processing, ie the etching of mesa structures and the contacting, vertically through the epitaxial layers and the substrate.

In beiden Beispielen hat die erfindungsgemäße Schicht keine nachteiligen Auswirkungen auf das Bauelementverhalten. Insbesondere ist der vertikale Stromtransport nicht durch Heterobarrieren oder Ladungsträgerverarmung behindert.In both examples, the layer of the invention has no adverse effects on the Component behavior. In particular, the vertical current transport is not hindered by heterobarriers or charge carrier depletion.

Als drittes ist die Messung der Reflektometrie anhand von 3 beispielhaft beschrieben. Hier handelt es sich um einen senkrechten Strahleinfall aber auch ein schräger Einfall ist möglich. Auf dem Substrat 300 wird eine erfindungsgemäße Schicht 301 mit einer Dicke von 350 nm aufgebracht, gefolgt von einer weiteren niedriger dotierten Schicht 302. In der Reflektometrie mit einem Lichtstrahl 303, der durch einen Strahlteiler senkrecht auf das wachsende System 300–302 geleitet wird, wird ein Teilstrahl 306 an der Oberfläche teilreflektiert, ein weiterer Teilstrahl 307 an der Oberseite der Schicht 301 und ein weiterer 308 an der Substratrückseite, die meist rau ist, was zu diffuser Streuung führt aber auch bei spiegelnder Reflektion aufgrund der Substratdicke, die hier nicht maßstäblich ist, zu keiner oder fast keiner Interferenz führt. Die an den Grenzflächen zwischen 300 und 301, 301 und 302 und an der Oberfläche von 302 teilweise rückreflektierten Strahlen treffen auf den Strahlteiler 304 und werden von ihm auf einen Detektor 305 reflektiert. Dort wechselwirken die Strahlen miteinander und die Stärke des Signals wird mit einem Computersystem über der Zeit aufgezeichnet 311. Dort findet man für eine Wellenlänge bzw. ein kleines Wellenlängenintervall ein konstantes Signal während kein Wachstum oder nur das Wachstum einer undotierten oder niedrig dotierten Pufferschicht stattfindet 312, eine erste Oszillation 313 durch den Brechungsindexsprung wenn Schicht 301 gewachsen wird und danach, aufgrund des wiederum erfolgenden Brechungsindexsprungs ein wiederum oszillierendes Signal 314 durch Fabry-Perot Oszillationen von der wachsenden Schicht 302. Je nachdem wie die Oszillationen ausgeprägt sind und sich entwickeln, kann man auf Wachstumsrate, Rauigkeit und andere Parameter, wie z. B. der Komposition bei Auswertung der Daten bei mehreren Wellenlängen zurückschließen.Third, the measurement of reflectometry is based on 3 described by way of example. This is a vertical incidence but also an oblique idea is possible. On the substrate 300 becomes a layer according to the invention 301 applied with a thickness of 350 nm, followed by another lower doped layer 302 , In reflectometry with a light beam 303 passing through a beam splitter perpendicular to the growing system 300 - 302 becomes a partial beam 306 Partially reflected on the surface, another partial beam 307 at the top of the layer 301 and another 308 at the back of the substrate, which is usually rough, resulting in diffuse scattering but even with specular reflection due to the substrate thickness, which is not to scale here, leads to no or almost no interference. The at the interfaces between 300 and 301 . 301 and 302 and on the surface of 302 partially reflected beams strike the beam splitter 304 and become a detector from him 305 reflected. There, the beams interact with each other and the strength of the signal is recorded with a computer system over time 311 , There is a constant signal for a wavelength or a small wavelength interval while no growth or only the growth of an undoped or low-doped buffer layer takes place 312 , a first oscillation 313 by the refractive index jump when layer 301 is grown and then, due to the turn refractive index jump an oscillating signal again 314 by Fabry-Perot oscillations of the growing layer 302 , Depending on how the oscillations are pronounced and develop, you can look at growth rate, roughness and other parameters such. B. the composition in evaluating the data at multiple wavelengths back.

4 zeigt exemplarisch bei einer Wellenlänge wie sich eine unterschiedlich dicke erfindungsgemäße Schicht auf die darauffolgende in-situ Messung auswirkt. Zur besseren Sichtbarkeit ist die Intensität des oberen Kurvenverlaufs um 0,5 Prozentpunkte angehoben Im Bereich 400 bzw. 401 ist die Reflektivität des Substrats konstant. Dies weil entweder kein Wachstum stattfindet oder nur mit einer niedrig dotierten nicht erfindungsgemäßen Schicht. Zum Zeitpunkt 402 beginnt das Wachstum der erfindungsgemäßen Schicht in 2 wäre dies die schon beschriebene Schicht 201. 4 shows by way of example at a wavelength how a layer of different thickness according to the invention affects the subsequent in-situ measurement. For better visibility, the intensity of the upper curve is increased by 0.5 percentage points in the range 400 respectively. 401 the reflectivity of the substrate is constant. This is because either no growth takes place or only with a low-doped non-inventive layer. At the time 402 begins the growth of the layer according to the invention in 2 this would be the layer already described 201 ,

Im Fall der Schicht 403 endet dies nach ca. 420 s bei 405 und wird danach mit niedrigerer Dotierung fortgesetzt (407, bzw. in 2 Schicht 202). Im Fall der Schicht 404 endet dies bei 406 (ca. 520 s) und wird dann niedriger dotiert als 408 (in 2 Schicht 202) weitergeführt. Im Fall der Kurve 407 ist keine Oszillation mehr erkennbar, da die reflektierte Intensität der erfindungsgemäßen Schicht zum Endzeitpunkt selbiger genau gleich mit der Intensität zu Beginn des Wachstums bzw. vom Substrat ist. Im anderen Fall ist die Auslenkung maximal und die darauf gewachsene Schicht erzeugt eine deutliche Schichtdickenoszillation mit fortschreitendem Wachstum.In the case of the shift 403 this ends after about 420 s at 405 and then continue with lower doping ( 407 , or in 2 layer 202 ). In the case of the shift 404 this ends at 406 (about 520 s) and is then doped lower than 408 (in 2 layer 202 ) continued. In the case of the curve 407 no oscillation is more recognizable, since the reflected intensity of the layer according to the invention at the end time same is exactly equal to the intensity at the beginning of the growth or from the substrate. In the other case, the deflection is maximum and the layer grown on it produces a marked Schichtdickenzzillation with progressive growth.

5 zeigt die Möglichkeit bei Messung mit zwei Wellenlängen, hier exemplarisch 633 nm und 950 nm beim GaN Wachstum. In 5a) wird die erfindungsgemäße Schicht im Zeitraum 502 zwischen 501 und 503 gewachsen. Bei 503 sind beide reflektierte Intensitäten minimal, weichen also größtmöglich vom vorherigen konstanten Wert des Substrats oder undotierten GaN Puffers ab. Folgt nun die erste Schicht der regulären Struktur, so sind die Amplituden der Reflektierten Intensität für beide Wellenlängen sehr groß 504 und eine Bestimmung des Wachstums und Dickenparameter ist einfach möglich. 5b) zeigt nun was passiert wenn man während des Wachstums der erfindungsgemäßen Schicht 506 zwischen dem Startpunkt 505 und dem Endpunkt 507 eine ungeeignete Dicke einstellt. Hier ist am Punkt 507 die Intensität des 633 nm Reflexionssignals genauso hoch wie das Ausgangssignal. Es stellt sich anschließend 508, während des Wachstums der weiteren nicht erfindungsgemäßen Schichten, kein mit der weiter zunehmenden Schichtdicke oszillierendes Signal ein. Bei 950 nm weicht die Intensität jedoch deutlich vom Ausgangswert ab und es ergibt sich dann auch für die nachfolgende Schicht ein oszillierendes Reflektivitätssignal im Zeitraum 508 aus dem sich Parameter wie Wachstumsrate, Dicke, und evtl. Rauigkeit und bei ternären Materialien und mehreren Wellenlängen die Komposition ablesen lassen. 5 shows the possibility of measuring with two wavelengths, here exemplarily 633 nm and 950 nm in GaN growth. In 5a ), the layer according to the invention in the period 502 between 501 and 503 grown. at 503 if both reflected intensities are minimal, they deviate as far as possible from the previous constant value of the substrate or undoped GaN buffer. If the first layer of the regular structure follows, the amplitudes of the reflected intensity are very large for both wavelengths 504 and a determination of the growth and thickness parameters is easily possible. 5b ) shows what happens when you during the growth of the layer according to the invention 506 between the starting point 505 and the endpoint 507 sets an inappropriate thickness. Here is the point 507 the intensity of the 633 nm reflection signal is just as high as the output signal. It then turns 508 , during the growth of the other layers not according to the invention, no signal oscillating with the further increasing layer thickness. At 950 nm, however, the intensity deviates significantly from the initial value and an oscillating reflectivity signal then also results for the subsequent layer in the time period 508 from which parameters such as growth rate, thickness, and possibly roughness and in ternary materials and multiple wavelengths can read the composition.

6 zeigt beispielhaft die Messung von GaN bei zwei Wellenlängen wenn eine Wellenlänge, wie hier 405 nm, bei der Schichtabscheidungstemperatur absorbiert wird. Die erfindungsgemäße Schicht wird im Zeitraum 602 zwischen 601 und 603 gewachsen. Die Oszillationen bei 633 nm sind ungedämpft, die bei 405 nm gedämpft. Die ab 603 im Zeitraum 604 aufgebrachte niedrig dotierte Schicht führt dann bei 603 zu einem Ansteigen der Oszillationsamplitude des 405 nm Messsignals, dieses ist jedoch stark gedämpft und hier nach ca. 600 s Wachstumszeit, entsprechend ca. 650 nm Schichtdicke fast vollständig gedämpft, so dass nur noch ein konstantes Signal beobachtet werden kann, welches je nach Intensität ein Maß für die Rauigkeit der Oberfläche ist wie schon erwähnt. 6 shows by way of example the measurement of GaN at two wavelengths when a wavelength, such as 405 nm, is absorbed at the film deposition temperature. The layer of the invention is in the period 602 between 601 and 603 grown. The oscillations at 633 nm are undamped, those at 405 nm are attenuated. The off 603 in the period 604 applied low-doped layer then leads 603 to an increase in the oscillation amplitude of the 405 nm measurement signal, but this is strongly attenuated and here after about 600 s growth time, corresponding to about 650 nm layer thickness almost completely damped, so that only a constant signal can be observed, which depending on the intensity Measure for the roughness of the surface is as already mentioned.

An der Schicht lässt sich das Anwenden der Erfindung nachweisen, indem die Ladungsträgerkonzentration, die Elementkonzentration und/oder optische Messungen die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schicht zeigen. Dies ist z. B. mit massenspektroskopischen Methoden, elektrischen Methoden, Rastersondenmethoden und optischen Methoden realisierbar. Teilweise muss dies im Querschnitt geschehen um einen Nachweis zu führen. Hierbei ist bei Kenntnis der verwendeten Wellenlängen durch die Messung der Dicke, die dann Anspruch 7, 8, oder 9 genügen muss ein eindeutiger Beleg für das Einsetzen der erfindungsgemäßen Schicht.The application of the invention can be detected on the layer in that the charge carrier concentration, the element concentration and / or optical measurements show the use of a layer according to the invention. This is z. B. with mass spectroscopic methods, electrical methods, scanning probe methods and optical methods feasible. In part, this must be done in cross-section to provide evidence. In this case, with knowledge of the wavelengths used by measuring the thickness, which must then satisfy claim 7, 8, or 9 is a clear evidence of the onset of the layer according to the invention.

Die Erfindung ist in der Homoepitaxie im gesamten Gruppe-III-Nitridsystem anwendbar und auch mit anderen als den hier beispielhaft genannten Verfahren umsetzbar, so auch mit Molekularstrahlmethoden oder der Hydrid-Gasphasenepitaxie. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Schicht auch als sich wiederholende Folge dünner erfindungsgemäß dotierter und niedriger dotierter Schichten umsetzbar, so dass eine Schichtenfolge entsteht, die in Summe wiederum mindestens Anspruch 1 genügt. Dünn bedeutet hier eine Dicke von weniger als 100 nm bzw. einer optischen Schichtdicke, die für eine Einzelschicht unterhalb der Angabe im Anspruch 7 bzw. 8 oder unterhalb von 0,2 liegt. Eine erfindungsgemäße Schicht muss in solch einem Fall mindestens zweimal auftreten.The invention can be used in homoepitaxy in the entire group III nitride system and can also be implemented by methods other than those mentioned here by way of example, including molecular beam methods or hydride vapor phase epitaxy. In principle, the layer according to the invention can also be implemented as a repeating sequence of thin doped and lower doped layers according to the invention, so that a layer sequence is formed which in turn in turn satisfies at least claim 1. Thin here means a thickness of less than 100 nm or an optical layer thickness which is below the specification in claim 7 or 8 or below 0.2 for a single layer. A layer according to the invention must occur at least twice in such a case.

Claims (9)

Halbleiterbauelement aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe-III mit Stickstoff, bei dem in einem Wachstumsverfahren unter optischer in-situ Kontrolle mindestens eine dotierte Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) aus einem Material auf einem Substrat (100, 200, 300) desselben Materials abgeschieden wird, gekennzeichnet durch eine Dotierung mindestens einer Schicht resultierend in einer Ladungsträgerkonzentration in Höhe von mindestens 1 × 1019 cm–3 und der Messung von Wachstumsrate.Semiconductor device comprising one or more Group III elements with nitrogen, in which, in a growth process under optical in-situ control, at least one doped layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) of a material on a substrate ( 100 . 200 . 300 ) of the same material, characterized by a doping of at least one layer resulting in a charge carrier concentration of at least 1 × 10 19 cm -3 and the measurement of growth rate. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Messung der Rauigkeit dieser Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) mittels Reflektometrie erfolgt.Semiconductor device according to claim 1, wherein the measurement of the roughness of this layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) by means of reflectometry. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Messung der Komposition dieser Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) mittels Reflektometrie erfolgt.Semiconductor device according to claim 1, wherein the measurement of the composition of this layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) by means of reflectometry. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Messung der Komposition nachfolgender Schichten (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) mittels Reflektometrie erfolgt.Semiconductor device according to claim 1, wherein the measurement of the composition of subsequent layers ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) by means of reflectometry. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Dotierung in der dotierten Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) oberhalb einer Konzentration von 3 × 1019 cm–3.Semiconductor component according to one of the preceding claims with a doping in the doped layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) above a concentration of 3 × 10 19 cm -3 . Halbleiterbauelement einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Dotierung mit Germanium, Silizium, Zinn, Blei, Schwefel und/oder Tellur.Semiconductor component according to one of the preceding claims with a doping with germanium, silicon, tin, lead, sulfur and / or tellurium. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei eine optische Schichtdicke d der dotierten Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) bei der bevorzugten Messwellenlänge der optischen in-situ Messeinrichtung im Bereich von x + 0,2 μm ≤ d ≤ x + 0.8 μm mit x einer natürlichen Zahl oder Null liegt.Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein an optical layer thickness d of the doped layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) is at the preferred measurement wavelength of the optical in-situ measuring device in the range of x + 0.2 microns ≤ d ≤ x + 0.8 microns with x a natural number or zero. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer optischen Schichtdicke d der dotierten Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506), die bei mindestens zwei Messwellenlängen der optischen in-situ Messeinrichtung die Bedingung x + 0,2 μm ≤ d ≤ x + 0.8 μm mit x einer natürlichen Zahl oder Null erfüllt.Semiconductor component according to one of the preceding claims with an optical layer thickness d of the doped layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ), which at least two measurement wavelengths of the optical in-situ measuring device, the condition x + 0.2 microns ≤ d ≤ x + 0.8 μm is satisfied with x of a natural number or zero. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer optischen Schichtdicke d der dotierten Schicht (101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 403, 404, 506) bei der bevorzugten Messwellenlänge der optischen in-situ Messeinrichtung, so dass die reflektierte mit der Dicke oszillierende Intensität von der vorherigen reflektierten und konstanten Intensität um mindestens 50% der erzielbaren Abweichung durch Schichtdickenoszillationen abweicht.Semiconductor component according to one of the preceding claims with an optical layer thickness d of the doped layer ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 . 301 . 302 . 403 . 404 . 506 ) at the preferred measurement wavelength of the optical in-situ measurement device, such that the reflected thickness-oscillating intensity deviates from the previous reflected and constant intensity by at least 50% of the achievable deviation due to layer thickness oscillations.
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