DE102020128680A1

DE102020128680A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterkörpers und halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE102020128680A1
Application number: DE102020128680.5A
Authority: DE
Inventors: Adrian Avramescu; Norwin von Malm; Peter Stauss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-05
Also published as: JP2023547246A; US20230411556A1; WO2022090446A1; CN116490984A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörper, bei dem ein Hilfsträger bereitgestellt wird. Auf diesem wird eine Schichtenfolge mit einer ein dotiertes Halbleitermaterial aufweisenden ersten Schicht und einer darauf aufgebrachten zweiten Schicht erzeugt, welche ein undotiertes Halbleitermaterial aufweist. Die erste Schicht der Schichtenfolge wird elektrochemisch porösifiziert, wobei ein Porositätsgrad wenigstens 20 Volumen-% beträgt. Sodann werden Mesa-Strukturen in der ersten porösifizerten ersten Schicht und der zweiten Schicht ausgebildet und eine funktionelle Schichtenfolge mit wenigstens einer flächigen dritten Schicht erzeugt, die auf der mit Mesa-Strukturen versehenen zweiten Schicht aufgebracht ist. Die wenigstens eine flächige dritte Schicht weist eine gegenüber der zweiten Schicht unterschiedliche Gitterkonstante auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers, insbesondere eines optoelektronischen Bauelements. Die Erfindung betrifft ebenso eine Halbleiteranordnung, insbesondere ein optoelektronisches Bauelement.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden oftmals verschiedene oder zumindest abgewandelte Materialsysteme verwendet, um die notwendige Funktionalität zu erzeugen. Diese Materialsysteme können dabei eine unterschiedliche Gitterkonstante aufweisen, d.h. die Atome in ihrer Gitterstruktur besitzen in dem jeweiligen Materialsystem unterschiedliche Abstände. Neben dem Gitterabstand ändern sich auch elektrische Eigenschaften. Eine bekannte Darstellung, welche die Beziehung zwischen Bandlücke und Gitterkonstante zeigt, ist unter der folgenden Adresse https://de.wikipedia.org/wiki/III-V-Verbindungshalbleiter#/media/Datei:III-V-Halbleiter.png zu finden. Es zeigt die Bandlücke über die Gitterkonstante in einer Wurtzitsowie einer Zinkblendestruktur aufgetragen. Die Linien zwischen den Elementen stellen die ternären Verbindungen dar. Die Wurtzit-Kristallisationen besitzt 2 Gitterkonstanten a und c, die Zinkblende nur eine einzige.
Bei optoelektronischen Bauelementen bereitet beispielsweise aufgrund des erhöhten Indiumgehalts (mehr als 30%) das Wachstum von InGaN-Quantentöpfen, die bei Wellenlängen von mehr als 600 nm emittieren, Schwierigkeiten. Grund dafür ist der vergrößerte Gitterabstand, der mit zunehmenden In-Anteil zunimmt. Solche InGaN-reichen Legierungen haben ein großes Gitter.
Die verschiedenen Gitterkonstanten führen beim Abscheiden eines solchen Materials auf einer GaN Pufferschicht im Allgemeinen zu einer konstanten Fehlanpassung an die darunter liegenden GaN-Schichten, was eine höhere Defektdichte und/oder Phasenseparation mit unterschiedlichen In-Konzentrationen bedingt.
Ein ähnliches Problem stellt sich auch ein im Fall von InGaAIP-Bauteilen mit besserer Temperaturstabilität und/oder besserer Effizienz. Bei diesem Materialsystem würde das Wachstum von trägerbegrenzenden Barrieren auf beiden Seiten eines Mehrfachquantenwells zur Lichterzeugung, ein Material mit direkter Bandlücke mit einer größeren Bandlücke, begünstigt werden. Ein solches Material würde jedoch eine signifikante Gitterfehlanpassung zum GaAs-Substrat aufweisen und kann nicht mit einer guten kristallinen Qualität gezüchtet werden.
Im Allgemeinen ist somit das Wachstum von spezifischen Verbindungshalbleitern mit einer hohen Gitterkonstanten-Fehlanpassung zu den darunter liegenden Schichten schwierig, wenn eine hohe kristalline Qualität erforderlich ist.
Zur Vermeidung oder zumindest einer Reduktion dieser Probleme werden beispielsweise sehr dicke, allmählich angepasste Puffer, Gitterrelaxation durch Defektinduktion, kleine Musterung und Maskierung mit dielektrischen Masken verwendet. Jedoch sind beispielsweise dicke Schichten, oder auch allmählich angepasste Pufferschichten bei einigen Anwendungen in ihren elektrischen Eigenschaften nachteilhaft. Zudem ist der Herstellungsaufwand und die Kontrolle der Herstellungsbedingungen erhöht.
Es besteht somit das Bedürfnis, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements anzugeben, bei der die oben genannten Probleme reduziert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Haltekraft zwischen dem Saphirsubstrat und den Schichten, welche Teil des Bauelements sind, verringert ist. Dadurch wirken sich verschiedene Gitterkonstanten aufgrund unterschiedlicher Materialsysteme weniger stark aus. Insbesondere lassen sich so Verspannungen reduzieren, wodurch epitaktisches Wachstum auch bei geringer Anpassung der Gitterkonstanten möglich ist. Dies wird erreicht durch eine Veränderung einzelner Schichten mittels eines elektrochemischen Auflöseprozesses.
Hierzu schlagen die Erfinder ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers vor, das in einem ersten Schritt ein Bereitstellen eines Hilfsträgers vorsieht. Anschließend wird eine Schichtenfolge auf dem Träger aufweisend eine erste Schicht mit einem dotierten Halbleitermaterial, insbesondere einem III-V Halbleitermaterial sowie eine zweite Schicht mit einem undotierten Halbleitermaterial auf der ersten Schicht abgeschieden. Die erste Schicht wird in einem folgenden Schritt elektrochemisch porösifiziert, wobei ein Porositätsgrad wenigstens 20 Volumen-% beträgt.
Die Erfinder schlagen nun weiterhin ein optionales Ausbilden von Mesa-Strukturen in der ersten porösifizierten ersten Schicht und in der zweiten Schicht vor. Anschließend wird eine funktionelle Schichtenfolge auf der zweiten Schicht erzeugt. Die funktionelle Schichtenfolge weist hierzu wenigstens eine flächige dritte Schicht auf, die auf der mit Mesa-Strukturen versehenen zweiten Schicht aufgebracht ist, wobei die wenigstens eine flächige dritte Schicht eine gegenüber der zweiten Schicht unterschiedliche spezifische Gitterkonstante umfasst. Ebenso kann ein Porösitätsgrad zwischen 50 Volumen-% und 90 Volumen-% liegen.
Durch eine Porösifizierung wird in die Struktur der ersten Schicht Zwischen- bzw. Hohlräume eingefügt. Diese Hohlräume ermöglichen Verspannungen zu kompensieren, ohne dass dabei in einer auf dieser porösifizierten Schicht aufgebrachten Schicht Defekte in erhöhter Zahl auftreten. Mit anderen Worten können durch die Porösifizierung Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Gitterkonstante so ausgeglichen werden, dass keine Gittereffekte auftreten. Mittels einer optionalen zusätzlichen Mesastruktur wird dieser Effekt noch zusätzlich verstärkt. In einigen Materialsystemen ist eine Mesa-Strukturierung mit einer Porösifikation der ersten Schicht besonders geeignet, auch größere Unterschiede in der Gitterkonstanten auszugleichen.
Unter einer Gitterkonstante wird in diesem Zusammenhang die Länge einer Einheitszelle in einem definierten Materialsystem verstanden. Dabei ist das Materialsystem einheitlich und enthält keine Defekte oder Gitterfehler. Es ist also unverspannt. Die Gitterkonstante ist eine charakteristische Größe für jedes Materialsystem und wird bezogen auf das unverspannte Materialsystem auch als spezifische Gitterkonstante bezeichnet. Unterschiedliche Materialsysteme können demnach eine unterschiedliche spezifische Gitterkonstanten besitzen, wie dies in dem obigen Link dargestellt ist. Werden daher Materialsysteme mit verschiedener Gitterkonstanten zusammengebracht, entsteht in einem Grenzbereich dieser Systeme eine Verspannung, d.h. die Gitterkonstanten verändern sich. Diese Änderung wird mit zunehmender Entfernung zu dem Grenzbereich geringer. Zudem kann es bei zu großen Unterschieden in der Gitterkonstanten zu Fehlstellen oder Defekten kommen. Durch das vorgeschlagenen Verfahren und auch die erfindungsgemäßen Ausführungen kann dieser Effekt gezielt ausgenutzt werden.
Im Folgenden bezeichnet eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge oder ein funktioneller Halbleiterkörper eine Schichtenfolge, die derart strukturiert ist, dass sie als fertiges Bauelement eine elektrische Funktion übernehmen kann. Dabei kann eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge vereinzelt werden, wobei jedes Einzelelement, dann die gewünschte Funktionalität aufweist. Ein Beispiel für eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge wäre eine Schichtenfolge, die beispielsweise einen zur Lichtemission geeigneten Bereich aufweist. Ein anderes Beispiel wäre ein npn-Übergang, welcher eine Transistorfunktion hat. Die Schichtenfolge kann auch mehrere Funktionen miteinander kombinieren.
Ein Hilfsträger ist ein Träger aus einem inerten Material, welches als Basis für spätere Verfahren insbesondere ein epitaktisches Abscheiden von Halbleitermaterialien dient. Ein Material für einen Hilfsträger ist beispielsweise Saphir (Al₂O₃), aber auch Siliziumnitrid oder ein anderes Material. Es kann zweckmäßig sein, dass das Material inert gegenüber verschiedenen Ätzprozessen ist, die bei der Erzeugung von Halbleiterbauelementen verwendet werden. In einigen Fällen verbleibt der Hilfsträger an dem Bauelement und wird Teil von diesem, in diesem Fall wird der Hilfsträger auch vereinfacht als Trägersubstrat bezeichnet. In anderen Fällen erfolgt ein Ablösen (wie weiter unten dargelegt) eines auf dem Hilfsträger hergestellten Bauelements.
Unter einem Halbleitermaterial wird generell ein undotiertes Verbindungshalbleitermaterial verstanden, es sei denn dies wird explizit anders erwähnt. Der Ausdruck „undotiert“ bedeutet in diesem Fall, dass eine dedizierte, bewusste und absichtliche Dotierung mit einem anderen Element oder Material nicht vorgenommen wird. Defekte oder Verunreinigungen, die in der Praxis immer vorliegen, fallen nicht unter eine Dotierung im Sinne dieser Anmeldung. Ein Verbindungshalbleitermaterial ist eine Kombination aus zwei, 3 oder mehr Elementen, die in einer Kristallstruktur erzeugt werden, so dass sich eine Bandstruktur ausbildet, und dass sich ergebende Element elektrische Halbleitereigenschaften aufweist. Ein typischer Verbindungshalbeiter ist ein sogenannter III-V Verbindungshalbleiter, der aus einem oder mehreren Elementen der fünften und einem oder mehreren Elementen der dritten Hauptgruppe besteht. Beispiele für Verbindungshalbleitermaterial sind GaAs, AlGaAs, GaN, AlGaN, InGaN, GaP, InGaP, AlGaP, AlInGaN, AlInGaP, und weitere hier genannte.
Ein dotierter Halbleiter ist ein Halbleitermaterial, in das ein Dotierstoff eingebracht ist. Der Dotierstoff kann je nach gewünschter Dotierung bei einem III-V Verbindungshalbleiter Si, Te, Se, Ge oder Ge für eine n-Dotierung und beispielsweise Mg, Be oder C für eine p-Dotierung sein. Weitere Dotierstoffe sind in dieser Anmeldung aufgeführt. Der Dotierstoff wird während eines epitaktischen Abscheidens des III-V Verbindungshalbleitermaterials eingebracht, die Dotierung kann aber auch nachträglich durch verschiedene Verfahren erfolgen. Die Dotierkonzentration liegt um einige Größenordnungen niedriger als die Konzentration der Atome des Ausgangs- oder Basismaterials. Beispielsweise liegt die Konzentration im Bereich von 1*10¹⁷ Dotieratome/cm³ bis 5*10²¹ Dotieratome/cm³.
Elektrochemisches Zersetzen oder elektrochemisches Ätzen ist ein Prozess, bei dem mit Hilfe einer elektrischen Spannung und Stromes ein Halbleitermaterial aufgelöst wird. Damit lässt sich eine Schicht eines Halbleitermaterials auflösen bzw. ätzen. Jedoch erfolgt dieser Prozess nicht gleichmäßig, sondern ungleichmäßig z.B. aufgrund von Versetzungen oder Materialfehlern. Dies lässt sich bei einer geeigneten Parameterwahl, z.B. angelegter Spannung und Konzentration eines Dotierstoffes sowie des zu ätzenden Halbleitermaterials ausnutzen. So ist beispielsweise eine unterschiedliche Geschwindigkeit und auch Porosität des zu ätzenden Materials erreichbar. Unter dem Begriff elektrochemisches Porösifizieren wird somit ein elektrochemischer Prozess verstanden, der Material selektiv aus einem Körper herauslöst, so dass eine poröse oder schwammartige Struktur zurückbleibt. Ein porösifizierter Halbleiterkörper oder eine Halbleiterschicht erzeugt somit eine Netzgerüststruktur ähnlich einem Schwann oder einem Knochen, der eine ausreichende Stabilität bei gleichzeitig geringer Masse oder Materialvolumen aufweist.
Eine Schicht kann einem selektiven Porösifizierungsprozess unterworfen werfen, in dem vor dem Prozess eine strukturierte Maske aufgebracht wird. Durch diese wird ein Stromfluss in Bereichen der Schicht aufgrund einer sogenannten Abschattung reduziert oder verhindert, so dass in Bereichen, über denen eine Maske angeordnet ist, keine oder nur eine sehr geringe Porösifikation stattfindet. Entsprechend zeigt ein nicht porösifizierter Halbleiterkörper keine netz- oder schwammartige Struktur, obwohl dieser trotzdem verschiedene Defekte oder Gitterfehler aufweisen kann. Zudem kann es in einigen Ausführungen im Grenzbereich zu Effekten kommen, bei der ein Abschnitt eines an sich nicht porösifizierten Bereichs eine geringe Porösifikation zeigt, insbesondere an den Rändern eines derartigen Bereichs, wobei der sogenannte Porositätsgrad (siehe weiter unten) mit zunehmendem Abstand von den Rändern abnimmt.
Bei einem nicht porösifizierten Bereich wird ein Eindringen eines Elektrolyten während des elektrochemischen Ätzprozesses unter die abgeschatteten Bereiche erschwert bzw. ebenfalls verhindert, so dass sich dort keine weiteren Ätzkanäle ausbilden können, bzw. vorhandene Kanäle durch den Elektrolyten nicht erweitert werden. Im Ergebnis wird unter den abgeschatteten Bereichen die Abtragerate deutlich geringer, so dass das Material dort deutlich weniger bis gar nicht porösifiziert wird.
Der Begriff Porositätsgrad beschreibt das Verhältnis von Materialvolumen zu dem gesamten Volumen der Schicht. Ein Porositätsgrad im Bereich von 30% bedeutet somit, dass gegenüber dem ursprünglichen Volumen 30% Material entfernt wurde. Bei einem Porositätsgrad von 90% sind 90% des Material durch den elektrochemischen Abscheideprozess herausgelöst und nur 10% des Materials verbleiben.
Nach einer Herstellung der funktionellen Halbleiterschichtenfolge ist in einigen Aspekten vorgesehen, die funktionelle Schichtenfolge von der ersten Schicht abzulösen, wobei optional die zweite Schicht an der funktionellen Schichtenfolge verbleibt. Alternativ kann auch die funktionelle Schichtenfolge von dem Hilfsträger so abgelöst werden, dass die porösifizierte erste Schicht an der funktionellen Halbleiterschichtenfolge verbleibt und optional als Auskoppelstruktur für elektromagnetische Strahlung verwendbar ist. In derartigen Ausführungen kann die porösifizierte erste Schicht auch weiter prozessiert werden. Beispielsweise können Kontaktbereiche auf dieser aufgebracht werden.
In einigen Aspekten werden die Mesa-Strukturen ausgebildet, indem in einem ersten Schritt eine strukturierte Maske auf der zweiten Schicht aufgebracht wird. Anschließend werden die zweite sowie die porösifizierte erste Schicht zur Ausbildung von Vertiefungen geätzt. Diese sind in einigen Beispielen als Gräben in der porösifizierten ersten Schicht ausgeführt.
In einigen Aspekten werden die Mesa-Strukturen nach einer Porösifikation der ersten Schicht gebildet. Es ist aber wohl je nach verwendetem Materialsystem auch möglich, die Mesa-Strukturen vor dem Schritt des elektrochemischen Porösifizierens auszubilden.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Ausgestaltung der ersten Schicht. In einigen Ausführungen wird die erste Schicht in Teilschritte aufgebracht, wobei nach dem ersten Teilschritt, das Aufbringen unterbrochen wird und eine dünne Trennschicht, insbesondere eine undotierte Trennschicht abgeschieden wird. Anschließend wird mit dem epitaktischen Abscheiden der ersten Schicht fortgefahren. Dadurch wird die erste Schicht in einen dem Träger zugewandten Bereich und in einen dem Träger abgewandten Bereich unterteilt. In einigen Aspekten ist hier auch der Dotierungsgrad zwischen den Bereichen der ersten Schicht unterschiedlich, oder auch ein anderes Materialsystem für die Trennschicht ist möglich. Durch die Erzeugung der ersten Schicht mit bereichsweise unterschiedlich starken Dotierungen, und/oder dünnen Trennschichten sind verschiedene Porositätsgrade erreichbar. Dadurch kann der Porositätsgrad sowohl für den ganzen Wafer als auch lokal an die Bedürfnisse für das Wachsen weiterer Schichten angepasst werden.
Ein anderer Aspekt betrifft die Herstellung weiterer Strukturen in der ersten Schicht. In einem Aspekt umfasst der Schritt des Erzeugens einer Schichtenfolge ein Erzeugen nicht porösifizierter Bereiche. Dies erfolgt, indem eine strukturierte Maske auf die zweite Schicht der Schichtenfolge zur Erzeugung von nicht zu porösifizierenden Bereichen unterhalb der strukturierten Maske aufgebracht wird und anschließend die strukturierte Maske nach einem elektrochemischen Porösifizieren der ersten Schicht entfernt wird. Damit bleiben Bereiche der ersten Schicht unterhalb „abgeschatteter“ Bereiche stehen, d.h. sie werden nicht oder nur in sehr geringem Maße porösifiziert. Diese Bereiche zeigen nun andere mechanische und elektrische Eigenschaften. So kann ein nicht oder nur gering porösifizierter Bereich bei Auftragen der dritten Schicht in dieser Verspannungen erzeugen. In einigen Aspekten wird dies ausgenutzt, um beispielweise aktive Bereiche zu bilden, die Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge emittieren.
So kann die funktionelle Schichtenfolge mit einem aktiven zur Emission von Licht einer ersten Wellenlänge ausgeführten Bereich über einem porösifizierten Bereich und einem aktiven Bereich zur Emission von Licht einer zweiten Wellenlänge über einem nicht porösifizierten Bereich ausgeführt sein. Die unterschiedlichen Wellenlängen werden unter anderem durch die Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Gitterkonstante über dem porösifizierten bzw. nicht porösifizierten Bereich verursacht.
Es mag in einigen Aspekten zweckmäßig sein, die Abmessungen in der strukturierten Maske etwas größer zu wählen, als der oder die nicht zu porösifizierenden Bereiche der ersten Schicht unterhalb der strukturierten Maske. Die Abschattung der Maske verhindert, bzw. reduziert bei dem elektrochemischen Prozess einen Stromfluss entlang und unterhalb dieser Bereich in der ersten Schicht. Dadurch bleibt das Material der ersten Schicht im Wesentlichen intakt. Die leicht größere Abmessung der Maske kompensiert auch eine möglicherweise vorhandene leichte Unterätzung.
In einigen Aspekten kann eine Mesastruktur vor oder nach der oben beschriebenen selektiven Porösifikation durchgeführt werden. Auch damit lässt sich eine Porösifikation zumindest teilweise steuern. Es kann somit eine Kombination aus strukturierter Maske und Mesa-Strukturierung vorgesehen sein, so dass sich nach den einzelnen Verfahrensschritten eine Struktur ergibt, in der sich porösifizierte Bereiche und nicht porösifizierte Bereiche der ersten Schicht durch einen Graben getrennt abwechseln.
Die Vertiefungen, insbesondere in Form von Gräben, weisen in einigen Ausführungen eine Breite im Bereich von 5 nm bis 500 nm, insbesondere im Bereich von 20 nm bis 300 nm und weiter insbesondere kleiner als 200 nm auf. Dabei können die Gräben sich bis zu dem Hilfsträger erstrecken, aber auch davor enden, oder falls eine Trennschicht in der ersten Schicht vorhanden ist dort enden.
Um mögliche Verspannungen aufgrund von Unterschiede in der Gitterkonstanten aufnehmen zu können, sollten zum einen die als Graben oder Vertiefungen ausgebildeten Mesa-Strukturen nicht zu groß sein. Die oben genannten Werte haben sich im Experiment als zweckmäßig herausgestellt. Allerdings sollte auch der Abstand zwischen Mesa-Strukturen nicht allzu groß sein, damit Verspannungen durch die Gräben oder Vertiefungen kompensiert werden können. Als Abstand zwischen 2 benachbarten Mesa-Strukturen wird ein Bereich von 400 nm bis 4 µm, insbesondere ein Bereich von 800 nm bis 2,5 µm und insbesondere kleiner als 2 µm vorgeschlagen. In einigen Aspekten kann ein Verhältnis zwischen einer Breite einer Mesa-Struktur und einem Abstand zwischen 2 Mesa-Strukturen definiert werden. Dieser kann im Bereich von 4 bis 15, insbesondere im Bereich von 8 bis 12, und insbesondere 9,5 bis 10,5 liegen.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Abweichung der Gitterkonstanten, insbesondere zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht, die Teil der funktionellen Schichtenfolge bildet. Dabei kann die Gitterkonstante der flächigen dritten Schicht um höchstens 20%, insbesondere im Bereich von ca. 0,4% bis 3%, insbesondere im Bereich von 0,5% bis 2,7% von einer Gitterkonstante der zweiten Schicht abweichen. Als Material der verschiedenen Schichten können Materialien auf GaN oder GaAs Basis verwendet werden, die wiederum mit Si, C, Ge oder auch Mg dotiert sein können. Die dritte Schicht der funktionelle Schichtenfolge kann insbesondere ein Indium-haltige Schicht umfassen. Die Schicht kann auch als Übergitter ausgebildet sein oder ihrerseits eine Schichtenfolge umfassen. Der Indiumanteil kann dabei im Bereich von 0,0001% bis 25% liegen, beispielsweise im Bereich von 2% bis 20%. Die Schicht kann auch als Übergitter ausgebildet sein oder ihrerseits eine Schichtenfolge umfassen. Spätere Schichten der zweiten Halbleiterschichtenfolge, insbesondere solche, die zu einer optischen Funktionalität beitragen, können ein Indiumgehalt von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 40% und insbesondere im Bereich von 30% bis 60% aufweisen. In einigen Ausführungen kann der Indiumgehalt auch bis zu 100% betragen. Alternative Basismaterialien sind weiter oben aufgeführt. Eine Dotierung kann während des epitaktischen Abscheidens erfolgen. Dies erlaubt auch die Dotierkonzentration kontinuierlich anzupassen.
In einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Schicht undotiertes GaN auf und die flächige dritten Schicht ein Indium-haltiges Material, beispielsweise InGaN. Der Indium-Anteil Die erste Schicht ist aus dotiertem GaN gebildet, wobei die Dotierkonzentration im Bereich von 1*10¹⁷ Atome/cm³ bis 5*10²¹ Atome/cm³ liegt.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Ausrichtung der Kristallstruktur, insbesondere bei der Mesa-Strukturierung ein relevanter Faktor ist, die Defektdichte weiter zu reduzieren und eine glatte Oberfläche während der Abscheide- und Wachstumsprozesse zu erhalten. Daher wird in einigen Aspekten vorgeschlagen, in Materialien mit einer Wurtzitstruktur Koaleszenzflächen so auszurichten, dass diese senkrecht zur a-Achse [1120] stehen.
Ein anderer Aspekt betrifft die verschiedenen Ausgestaltungen der funktionellen Schichtenfolge. In einigen Ausführungen umfasst das epitaktisches Erzeugen einer funktionellen Schichtenfolge ein Erzeugen einer Mehrfachquantenwellstruktur. Diese ist zu einer Emission von Licht einer Wellenlänge ausgeführt. Dabei kann sich die Mehrfachquantenwellstruktur über wenigstens eine Mesa-Struktur erstrecken. In einigen Aspekten erstreckt sich die Mehrfachquantenwellstruktur sowohl über porösifizierte Bereiche als auch nicht porösifizierte Bereiche der ersten Schicht. Dadurch wird aufgrund vorhandener Verspannungen ein unterschiedlicher Bandverlauf in der Mehrfachquantenwellstruktur über den jeweiligen Bereichen in der ersten Schicht erzeugt. Dies wird erreicht, da durch eine Verspannung lokal die Gitterkonstante verändert wird, so dass sich während eines Aufwachsprozesses die stöchiometrische Zusammensetzung des aufgewachsenen Materials ändert, wodurch sich wiederum die Bandlücke ändert. Diesen Effekt kann man beispielsweise bei Indium-haltigen Materialsystemen ausnutzen, da mit steigender Gitterkonstante das Verhältnis von Ga/In in Richtung Indium und damit zu längeren Wellenlängen verschoben wird. Dadurch kann Licht verschiedener Wellenlänge erzeugt werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass im Gegensatz zu einer offensichtlichen Vermutung bei Abscheiden der dritten Schicht auf der mesa-strukturierten zweiten Schicht, Material der dritten Schicht gerade nicht oder nur sehr wenig in die Gräben gelangt. Insbesondere füllt das Material der dritten Schicht diese Gräben nicht auf, sondern bildet eine Brücke über die Gräben, so dass ein Hohlraum verbleibt. Gleichzeitig kompensiert die Mesastruktur in Kombination mit der porösifizierten ersten Schicht die Verspannungen aufgrund der veränderten Gitterkonstante.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit einer Halbleiteranordnung oder einem Halbleiterkörper. In einigen Aspekten umfasst dieser einen Hilfsträgers und eine Schichtenfolge mit einer ein dotiertes Halbleitermaterial aufweisenden ersten Schicht und einer darauf aufgebrachten zweiten Schicht. Diese weist ein undotiertes Halbleitermaterial auf, wobei die erste Schicht wenigstens einen porösifizierten Bereich umfasst, deren Porositätsgrad wenigstens 20 Volumen% beträgt. Des Weiteren ist in der ersten und zweiten Schicht eine Mesastruktur aus mehreren Vertiefungen eingebracht. Eine funktionelle Schichtenfolge mit wenigstens einer flächigen dritten Schicht ist auf der mit der Mesa-Struktur versehenen zweiten Schicht aufgebracht, wobei die wenigstens eine flächige dritte Schicht eine gegenüber der zweiten Schicht unterschiedliche Gitterkonstante aufweist.
Durch die eingebrachte Mesa-Struktur in Kombination mit den porösifizierten ersten Schicht wird eine Verspannung in der dritten flächigen Schicht reduziert bzw. sogar verhindert. Dadurch können auch Materialsysteme mit einer unterschiedlichen Gitterkonstante verwendet werden, wobei durch die Porösifikation eine Relaxierung der dritten Schicht sowie der funktionellen Schichtenfolge möglich ist.
In einigen Aspekten ist die Breite der Vertiefung oder auch eines Grabens kleiner als 200 nm, der Abstand zwischen zwei Vertiefungen beträgt weniger als 2000 nm. Weitere Dimensionen für Gräben und die Abstände zwischen diesen sind weiter oben angegeben. In einigen Beispielen ist eine Breite der Vertiefung ca. ein 1/5 bis 1/20 des Abstandes zwischen zwei benachbarten Vertiefungen.
In einigen weiteren Aspekten ist die erste Schicht nicht durchgehend porösifiziert. Vielmehr kann zumindest ein nicht porösifizierter Bereich vorgesehen sein, der von einem porösifizierten Bereich wenigstens teilweise umgeben ist. Dadurch sind verschiedene Anwendungen möglich. Beispielweise kann der zumindest eine nicht porösifizierten Bereich eine Haltestruktur für einen später darauf sitzenden funktionellen Halbleiterkörper ausgeführt sein. Ebenso könnte der nicht porösifizierten Bereich dazu dienen, in weiteren Schichten eine Verspannung örtlich gezielt einzubringen und so eine Änderung einer Bandlücke oder eine Änderung elektrischer Eigenschaften zu realisieren.
Es kann vorgesehen werden, dass der zumindest eine nicht porösifizierte Bereich von dem porösifizierten Bereich durch einen die Mesastruktur bildenden Graben getrennt ist.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Ausgestaltung der funktionellen Schichtenfolge. So ist in einigen Ausführungen die funktionelle Schichtenfolge mit einer Mehrfachquantenwellstruktur ausgebildet, die auf der dritten Schicht aufgebracht ist. In einigen Aspekten ist ein erster über einem porösifizierten Bereich der ersten Schicht liegender Bereich der Mehrfachquantenwellstruktur zur Emission von Licht einer ersten Wellenlänge und ein zweiter über einem nicht porösifizierten Bereich der ersten Schicht liegender Bereich der Mehrfachquantenwellstruktur zur Emission von Licht einer zweiten kürzeren Wellenlänge ausgebildet.
In einigen anderen Aspekten kann die erste Schicht einen ersten Teilbereich mit einem ersten Porositätsgrad aufweisen und einen durch eine Trennschicht getrennten zweiten Teilbereich mit einem zweiten Porositätsgrad umfassen. Dadurch lassen sich verschiedene Anwendungen implementieren, die beispielsweise örtlich getrennte unterschiedliche Gitterkonstanten benötigen. Auch kann durch eine zusätzliche Trennschicht eine Defektdichte in der dritten Schicht weiter reduziert werden.
In einer Ausführung umfasst die erste Schicht eine n-Dotierung während die zweite Schicht undotiert ist, wobei die erste und die zweite Schicht das gleiche Basismaterial aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Schicht eine undotierte GaN Schicht umfassen und die dritte Schicht mit InGaN mit einem Indium Anteil im Bereich von 0,0001% bis 25%, insbesondere kleiner als 15% gebildet werden. Die dritte Schicht kann auch als Übergitter ausgebildet sein oder ihrerseits eine Schichtenfolge umfassen. Spätere Schichten der zweiten Halbleiterschichtenfolge, insbesondere solche, die zu einer optischen Funktionalität beitragen, können ein Indiumgehalt von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 40% und insbesondere im Bereich von 30% bis 60% aufweisen. In einigen Ausführungen kann auch ein Indiumanteil von 100% verwendet werden, vor allem wenn die Indiumschicht sehr dünn ausgeführt ist. Während eines epitaktischen Aufwachsprozesses kommt es durch eine Verspannung zu einer lokalen Änderung der Gitterkonstante, so dass sich während eines Aufwachsprozesses die stöchiometrische Zusammensetzung des aufgewachsenen Materials ändert. Dadurch kann beispielsweise der Indium-Anteil im aufwachsendem Materialsystem lokal variiert werden, wodurch sich die Bandlücke ändert. Dadurch lassen sich Bereiche erzeugen, die in einem Betrieb Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen.
Figurenliste
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden. So zeigen:

1 und 2 mehrere Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines funktionellen Halbleiterkörpers, die einige Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips verwirklicht;
3A und 3B einige Aspekte eines weiteren Ausführungsbeispiels nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
4 und 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit mehreren Verfahrensschritten zur Herstellung eines funktionellen Halbleiterkörpers, die einige Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips realisieren;
6 eine Ausgestaltung einer möglichen Mesastruktur für ein Materialsystem mit Wurtzitstruktur;
7 eine weitere Ausgestaltung einer möglichen Mesastruktur für ein Materialsystem mit Wurtzitstruktur;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einigen Verfahrensschritten zur Herstellung eines funktionellen Halbleiterkörpers, die einige Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips realisieren;
9 zwei Draufsichten auf Emissionsflächen von optoelektronischen Bauelemente, die mit dem Verfahren nach 8 herstellbar sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
Die Erfinder haben erkannt, dass die teilweise elektrochemische Zersetzung (hier Porösifikation genannt) einer genau definierten GaN-haltigen Schicht eine starke Reduzierung einer Haltekraft eines GaN-Epitaxiestapels zum Epitaxie-Substrat (Saphir oder auch Si, GaN) oder auch zu anderen noch zu wachsenden Schichten bewirkt. Dabei werden sehr gleichmäßige Poren (im Bereich 20 nm bis 100 nm) -homogen verteilt- in die spezifische GaN Schicht geätzt. Die Selektivität der „Porösifikation“ kann durch eine hohe n-Dotierung (Si) der GaN-Schicht erreicht werden. D.h. nur ausreichend hoch dotierte Schichten werden porösifiziert. Neben einer verringerten Haftkraft wird zudem eine verbesserte Relaxierung erreicht. Das bedeutet, dass durch Porösifikation auch eine Kraft zwischen der porösifizierten Schicht und noch weiteren aufzuwachsenden Schichten reduziert ist. Bei unterschiedlichen Gitterkonstanten werden somit durch die Porösifikation die Verspannungen in der zu wachsenden Schicht stark reduziert, so dass diese im Wesentlichen Ohne Gitterfehler aufwachsen können. Dieser Effekt kann man sich zunutze machen, einerseits indem man porösifizierte und nicht porösifizierte Bereiche abwechselnd herstellt und so lokale Verspannungen erzeugt. Andererseits kann der Effekt einer Verspannungskompensation auch verstärkt werden, indem zusätzliche Mesastrukturen mit Gräben eingebracht wird, die wenn Überwachsen relaxieren können und so zu einer Reduzierung der Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Gitterkonstanten beitragen.
Durch die unterschiedliche Gitterkonstante in der so aufgewachsenen Schicht wird bei einem epitaktischen Abscheiden eines Indium-haltigen Materials, der Indium-Anteil abhängig von der vorhandenen Verspannung und damit der unterschiedlichen Gitterkonstante mit unterschiedlicher stöchiometrische Zusammensetzung eingebaut. Durch die nunmehr lokale Änderung des Indiumanteils im Materialsystem wird die Bandlücke verändert. Neben Indium lässt sich dieser Effekt auch mit Al oder einem anderen Material erreichen, welches abhängig von der Gitterkonstante stöchiometrisch verändert eingebaut wird und so eine Änderung der Bandlücke bewirkt.
Da ein chemischer Ätzangriff über die vertikale Durchstoffversetzung in dem GaN-Epitaxieschichtstapel über die gesamte Oberflache erfolgt, kann eine „Porösifikation“ über den kompletten Wafer erfolgen. Dabei kann die zu porösifizierende Schicht unter weiteren GaN- oder auch anderen Material-Schichten vergraben sein.
Alternativ dazu kann durch eine teilweise Passivierung der Oberfläche bei der „Porösifikation“ ein lateral selektiver Ätzangriff erfolgen. Durch eine aufgebrachte Maske werden die vergrabenen Bereiche in der zu porösifizierenden ersten Schicht unterhalb der maskierten Oberflächenbereiche lateral in der Ebene nicht oder nur geringfügig porösifiziert, bzw. geätzt, so dass diese in anschließenden Prozessschritten andere chemische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Optional kann eine zusätzliche zweite Schicht zwischen der zu porösifizierenden ersten Schicht und der den das Halbleiterbauelement bildenden weiteren Schichten eingefügt sein, sodass diese zusätzliche Schicht in einem weiteren Prozessschritt als mechanische Bruchstelle dienen kann. Auf diese Weise können je nach Anwendung und Design unterschiedliche Bereiche lateral oder vertikal unterschiedliche Porositätsgrade aufweisen.
1 und 2 zeigen eine beispielhafte erste Ausgestaltung eines Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Prinzip zur Herstellung eines Halbleiterkörpers, bei dem die Gitterspannungen reduziert sind und der mittels einer porösen Trennschicht besonders einfach von einem Träger entfernt werden kann.
Hierzu wird in einem ersten Schritt S1 ein Trägersubstrat 1 als Hilfsträger bereitgestellt. Dieses ist in den vorliegenden Ausführungsformen ein Saphirträgersubstrat, es kann jedoch auch ein Trägersubstrat mit einem anderen Materialsystem verwendet werden. Infrage kommen beispielsweise Trägersubstrate auf Siliziumbasis, Siliziumnitritbasis, oder wie dargestellt Saphirbasis. Dabei wird der Hilfsträger unter anderem auch nach dem späteren verwendeten Materialsystem ausgewählt.
In einem nächsten Schritt S2 wird auf dem Hilfsträger 1 eine erste Schicht 2 der Schichtenfolge 4 aufgebracht. Diese erste Schicht 2 wird während des epitaktischen Abscheidens auf dem Substrat des Hilfsträgers 1 zudem mit einem Dotierstoff versehen. Die Dicke der Schicht liegt im Bereich zwischen 500 nm und 3 µm, beispielsweise bei 1,5µm. Als Material kann GaN oder auch AlInGaP bzw. als weiteres Materialsystem AlGaAs verwendet werden, letzteres für die Herstellung roter LEDs. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Material für die erste Schicht GaN verwendet, welches mit Silizium Si als Dotierstoff auf dem Hilfsträger 1 epitaktisch abgeschieden wird. Die Dotierkonzentration der Siliziumatome ist dabei im Bereich von 10 x 1019 Atome/cm³. Zusätzlich kann vor dem epitaktischen Aufwachsen der GaN-Schicht 2 auch eine oder mehrere dünne Bufferschichten im Bereich weniger 10 nm bis 100 nm auf dem Material des Hilfsträgers 1 aufgebracht werden. Diese sind in Schritt S2 nicht extra dargestellt, können jedoch zur weiteren Planarisierung des Hilfsträgers 1 verwendet werden. Darüber hinaus dienen die zusätzlichen Pufferschichten je nach verwendetem Materialsystem auch als Ätzstopp- oder Gitteranpassungsstruktur oder auch als Stromaufweitungsschicht für den späteren elektrochemischen Auflöseprozess.
In einem folgenden Schritt S3 wird auf der dotierten, epitaktisch abgeschiedenen GaN-Schicht 2 eine undotierte GaN-Schicht 3 aufgebracht. Alternativ kann auch AlInGaP benutzt werden, wenn Schicht 2 aus dotiertem AlGaAs oder AlInGaP besteht. Die Dicke der Schicht 3 beträgt beispielsweise 100 nm (Bereich von 20 nm bis 150 nm) und ist hinsichtlich ihrer Dimension deutlich dünner ausgeführt als die dotierte GaN-Schicht 2. Dadurch zeigt Schicht 3 gegenüber dieser auch unterschiedliche mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften. Die undotierte GaN-Schicht 3 sowie die dotierte GaN-Schicht 2 bilden gemeinsam die Schichtenfolge 4.
In Schritt S4 wird nun der so hergestellte Wafer einem elektrochemischen Ablöseprozess unterworfen. Dieser wird auch als Porösifizierungsprozess oder Porösifikationsprozess bezeichnet. Dazu wird eine Spannung an die gebildete Waferstruktur und die Schichtenfolge 4 angelegt, sodass ein Stromfluss durch die undotierte GaN-Schicht 3 sowie die dotierte GaN-Schicht 2 fließt. Der Stromfluss bedingt eine teilweise chemische Zersetzung der dotierten GaN-Schicht. Dieser Prozess wird als Porösifikation bezeichnet. Dabei werden in der dotierten GaN-Schicht 2 durch den elektrochemischen Prozess gleichmäßig Poren mit einer Größe im Bereich von wenigen 10 nm bis 100 nm geätzt. Es wurde festgestellt, dass die Verteilung der Poren im Wesentlichen homogen ist und hauptsächlich senkrecht zur Saphiroberfläche erfolgt. Die Ätzrate wie auch die Porengröße und die damit verbundene Materialabtragung ist von der angelegten Spannung, dem Stromfluss während des elektrochemischen Prozess, dem verwendeten Elektrolyten sowie einer Konzentration der Dotieratome in der GaN-Schicht 2 abhängig. Dabei sei angemerkt, dass durch den elektrochemischen Prozess grundsätzlich auch die undotierte GaN-Schicht 3 angegriffen wird. Es erfolgt eine Materialabtragung in beiden Schichten, da diese elektrisch nicht isolierend sind. Jedoch ist die Leitfähigkeit der undotierten GaN-Schicht deutlich geringer, so dass durch die Dotierung mit Silizium in der Schicht 2 eine Selektivität während des Porösifizierungsprozesses erreicht wird.
Mit anderen Worten wird die dotierte GaN-Schicht 2 während des elektrochemischen Prozesses deutlich stärker angegriffen, geätzt und damit Material herausgelöst, als dies in der undotierten GaN-Schicht 3 der Fall ist. Da der Strom im vorliegenden Beispiel während der Porösifikation über die gesamte Fläche des Wafers eingebracht wird, folgt der elektrochemische Prozess in dem Schichtenstapel 4 über die gesamte Oberfläche hinweg. Die so porösifizierte Schicht 2a in Schritt S4 ist somit unter der nicht dotierten GaN-Schicht 3 vergraben.
Die dabei durch die Porösifikation abgetragene Materialmenge ist durch die Dauer und die weiter oben beschriebenen Parameter einstellbar. Um eine spätere gute Ablösung durch ein Laser-Lift-Off oder ein anderes mechanisches Verfahren zu gewährleisten, wird von den Erfindern ein Porositätsgrad von wenigstens 20 Volumen-% vorgeschlagen. Dabei wurde festgestellt, dass bis zu einem Porositätsgrad von in etwa 90 Volumen-% bis 95 Volumen% eine mechanische Stabilität des übrig gebliebenen Materials dennoch ausreichend ist, um die weiteren Herstellungsschritte zu ermöglichen. Dennoch wird durch die hohe Materialabtragung eine Haftkraft zwischen dem Träger 1 und der porösifizierten GaN-Schicht 2a bzw. zwischen dieser und der undotierten GaN-Schicht 3 stark reduziert. Insofern wird daher ein Porositätsgrad zwischen 40 Volumen-% und 90 Volumen-% als zweckmäßig angesehen.
Nach einer Porösifikation der ersten Schicht 2 der Schichtenfolge 4 kann der so hergestellte Wafer weiter prozessiert werden, um ihn für das Aufbringen von weiteren Schichten vorzubereiten, die eine andere Gitterkonstante aufweisen. Zu diesem Zweck wird in Schritt S5 auf die undotierte GaN-Schicht 3 eine strukturierte Maske aufgebracht. Diese ist in dem Ausführungsbeispiel in Draufsicht als eine Vielzahl von Streifen ausgeführt. Dabei beträgt ein Verhältnis der Streifenbreite zu dem Abstand zweier benachbarter Streifen ca. 10. Der Abstand zwischen 2 Streifen liegt in dieser Ausführung im Bereich von 1 µm bis 2 µm. Ein derartiger Abstand und eine Breite von ca. 100 nm bis 200 nm kann mit gegenwärtigen Technologien noch lithographisch hergestellt werden.
Anschließend erfolgt in Schritt S6 ein selektiver Ätzprozess, bei dem durch die undotierte GaN-Schicht, und die porösifizierte Schicht bis kurz vor den Hilfsträger geätzt wird. Auf diese Weise wird eine Mesastruktur mit schmalen, jedoch tiefen Gräben erzeugt. Ein Verhältnis von Tiefe zu Breite eines Grabens liegt im Bereich von 5 bis 14, und insbesondere im Bereich von 10. Die so hergestellte Struktur bietet durch eine Kombination mit der mesa-strukturierten porösifizierten Schicht die besondere Eigenschaft, dass sie Verspannungen durch nicht angepasste Gitterkonstante aufnehmen kann. Mit anderen Worten ist diese Schicht geeignet, auch mit einem Materialsystem unterschiedlicher Gitterkonstante überwachsen zu werden, ohne dass es in dieser zu Verspannungen und damit zu Fehlern in der Kristallstruktur kommt. Vielmehr verspannt sich die mesa-strukturierte porösifizierte Schicht 2a, so dass dadurch eine weitere Schicht ohne größere Verspannungen ihrerseits gewachsen werden kann. Dadurch lässt sich eine auf der mesa-strukturierten porösifizierten Schicht gewachsenen Schicht ohne größere Defekte und im wesentlichen planar herstellen und diese kann somit als Basisschicht für einen funktionellen Halbleiterkörper oder eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge dienen.
Die Abbildung des Schrittes S7 zeigt einen derartigen ersten Schritt eines Aufwachsens einer n-dotierten Indium-haltigen Schicht 10, beispielsweise einer InGaN Schicht, deren Gitterkonstante größer ist als die Gitterkonstante der Schichtenfolge 4. Durch den Aufwachsprozess der n-dotierten InGaN Schicht 10 entstehen Verspannungen in der Schichtenfolge 4, die durch die porösifizierten Bereiche 2a sowie die Mesastruktur in der Schichtenfolge 4 kompensiert werden. Dadurch wächst die InGaN-Schicht 10 im Wesentlichen fehler- und defektfrei auf. Zusätzlich werden während des Wachstumsprozess Materialbrücken gebildet, welche die Gräben 20 überspannen. Mit anderen Worten wächst somit das Material InGaN der Schicht 10 lediglich geringfügig in die Gräben 20 im Wesentlichen im Oberflächenbereich der undotierten GaN Schicht 3 hinein, füllt diese Gräben jedoch nicht auf.
Dadurch entstehen wie im Schritt S7 dargestellt Hohlräume, welche die Kristallverspannungen in der Schichtenfolge 4 aufnehmen können. Durch eine Variation des Porositätsgrads über die Schicht 2c hinweg oder weitere lithografische bzw. epitaktische Maßnahmen kann ein große Relaxationsgrad in der Schichtenfolge 4 erreicht werden, sodass die Defektdichte in der Schicht 10 gering bleibt. Die aufgewachsene Schicht 10 besitzt damit nach dem Wachstumsprozess eine im Wesentlichen planare und defektfreie Oberfläche, sodass auf dieser weitere Schichten eines funktionellen Halbleiters bzw. einer funktionellen Schichtenfolge 6 mit hoher Qualität abgeschieden werden können. Schritt S8 zeigt die Herstellung einer derartigen Schichtenfolge 6, bei der die Schicht während des Aufwachsprozesses n-dotiert wird.
Auf dieser n-dotierten Schicht 10 sind weitere Schichten 11 und 12 abgeschieden. Die Schicht 11 bildet einen Mehrfachquantenwell zur Emission von Licht einer definierten Wellenlänge. Die Schicht 12 wird durch eine p-dotierte GaN- bzw. eine p-dotierte AlInGaP-Schicht gebildet. Die Verwendung einer GaN-Schicht ist dabei besonders einfach auszuführen. Alternative jedoch lassen sich auch Schichtkombinationen z.B. aus p-dotierten InGaN / AlGaN / GaN Schichten bilden. Damit bildet Schichtenfolge 6 ein Bauelement, welches, in einem Betrieb von Strom durchflossen, Licht einer definierten Wellenlänge erzeugt. Die Wellenlänge ist durch die Bandstruktur des Mehrfachquantenwells gegeben, welcher wiederum von möglichen Verspannungen in der darunterliegenden Schicht 10 abhängig ist. Durch die geringe Defektdichte und die im Wesentlichen planare Oberfläche, ist in diesem Beispiel auch die Defektdichte des Mehrfachquantenwells gering, sodass eine hohe strahlende Rekombinationsrate erreichbar ist.
In Schritt S9 wird nun das so hergestellte Bauelement bzw. die Bauelemente von dem Hilfsträger 1 auf ein Endträgersubstrat 5 aufgebracht. Zu diesem Zweck ist das Endträgersubstrat 5 mit einer Metallisierungsschicht 70 bedeckt, welches den p-Kontakt zur Kontaktierung der funktionellen Schichtenfolge 6 bildet. Die p-dotierte Schicht 12 wird mittels eines Lot auf der Metallisierungsschicht 70 befestigt. Anschließend wird mittels eines Laser-Lift-Off oder eines anderen Verfahrens der Hilfsträger 1 entfernt. Durch die Porösifikation der Bereiche 2a ist hierbei die Haftkraft zwischen dem Hilfsträger 1 und den porösifizierten Bereichen 2a stark reduziert. Dadurch wird auch der Energieeintrag, der für ein Laser-Lift-Off Verfahren notwendig ist, geringer, sodass sich in der Oberfläche nur geringe Beschädigungen ausbilden.
In einem weiteren Verfahrensschritt S10 können nach einem Laser-Lift-Off übrig gebliebene Strukturen der Schichtenfolge 4 entfernt werden, sodass die planare Schicht 10 freiliegt. Auf dieser wird ein weiterer metallisierter Kontaktbereich 7 aufgetragen, sodass das entstehende Bauelement nun als vertikale Leuchtdiode ausgebildet ist. Diese Struktur ist für eine einzelne Diode in Schritt S10 als Ergebnis dargestellt.
Alternativ kann die mesa-strukturierte und porösifizierte Schicht 2a auch auf dem Bauelement verbleiben und sowohl zur elektrischen Kontaktierung als auch als Auskoppelstruktur dienen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Schritt S10' der 2 gezeigt. Dabei werden auf den porösifizierten Bereichen 2a metallische Kontakte 7a abgeschieden. Da die porösifizierten Bereiche sowie die darunterliegende Schicht 3 leitfähig ist, erfolgt auch in diesem Beispiel ein Stromfluss durch die verschiedenen Schichten 2a, 3, 10 und 12, sodass eine Rekombination von Ladungsträger in dem Mehrfachquantenwell 11 stattfindet. Zudem werden die porösifizierten Bereiche 2a als Auskoppelstruktur verwendet, da diese einen Brechungsindexübergang zwischen der Schicht 3 und dem Luftmedium bilden. Somit könnte in diesem Ausführungsbeispiel auf eine zusätzliche Aufrauhung der Schicht 10 oder weitere Auskoppelstrukturen und Maßnahmen verzichtet werden.
Je nach Anwendungsfall sind nun verschiedene Variationen des vorgeschlagenen Prinzips, d. h. einer Porösifikation einer ersten Schicht einer Schichtenfolge möglich.
3A zeigt ein solches Beispiel, bei dem unterschiedlich dotierte Bereiche zur Erzeugung unterschiedlicher Porositätsgrade vorgeschlagen werden. 3A zeigt dabei das Ergebnis der ersten Schritte eines Herstellungsprozesses eines Halbleiterbauelements. Auf einem Hilfsträger 1 wurde dabei eine erste Schicht 2 abgeschieden, die einen Bereich 2', benachbart zum Hilfsträger 1, sowie einen Bereich 2'' umfasst. Die Bereiche 2' und 2'' sind durch eine dünne Trennschicht 3b voneinander getrennt. Trennschicht 3b dient einerseits als Sollbruchstelle und umfasst, AlGaInN oder Siliziumnitrid, SiN, letztere beispielsweise als Monolage. Weiterhin trennt die Schicht 3b unterschiedliche Dotierkonzentrationen voneinander. So ist der Dotierungsgrad der Bereiche 2' und 2'' unterschiedlich, sodass damit während eines späteren elektrochemischen Prozesses auch unterschiedliche Porositätsgrade erreicht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Dotierung im Bereich 2' deutlich höher gewählt als im Bereich 2''. Dadurch wird während des elektrochemischen Prozesses in dem Bereich 2' deutlich mehr Material abgetragen und zersetzt als im Bereich 2'', welcher näher an der der undotierten GaN-Schicht 3 liegt.
Die so hergestellte Struktur eignet sich beispielsweise vor allem als Auskoppelstruktur. Nach einem Ausbilden eines funktionellen Halbleiterkörpers, der zur Lichtemission konfiguriert ist, wird der Hilfsträger von dem Material 2' und der Trennschicht 3b abgetrennt. Hierzu kann in einem weiteren Schritt auch die Sollbruchstelle 3b entfernt werden, sodass lediglich der porösifizierte Bereich 2'' der ersten Schicht auf dem Bauelement verbleibt. Der Porositätsgrad dieser porösifizierten Schicht ist so gewählt, dass Schicht 2'' als Auskoppelstruktur dient, da deren Porenstruktur einen geeigneten Brechungsindexsprung bilden. Eine nachträgliche Aufrauhung mittels KOH oder andere Maßnahmen ist demnach unnötig.
In 3B zeigt die Struktur der 3A nach einer Mesastrukturierung, wie sie beispielsweise im vorangegangenen Beispiel der 1 in den Schritten S5 und S6 durchgeführt wurde. Der Ätzprozess hat die beiden Teilbereiche 2' und 2'' sowie durch die dünne Trennschicht 3b durchstoßen und reicht bis kurz vor den Hilfsträger 1. Die so hergestellte Struktur kann wie auch in dem vorangegangenen Beispiel mit einem weiteren Materialsystem unterschiedlicher Gitterkonstante überwachsen werden, ohne dass es in dieser zu Verspannungen und Defekten kommt.
4 und 5 zeigen verschiedene Schritte einer weiteren Ausgestaltungsform des vorgeschlagenen Prinzips, bei dem zusätzliche Maßnahmen und eine Strukturierung der Schichtenfolge 4 vor der Ausbildung einer Mesastruktur vorgenommen werden. Dadurch lassen sich weitere Anwendungen realisieren.
Die Schritte S1 und S2 sind die gleichen wie im Ausführungsbeispiel der 1 oder 2. So wird nach einem Bereitstellen eines Hilfsträgers 1 wiederum eine dotierte GaN-Schicht 2 epitaktisch aufgewachsen. Auf der dotierten GaN-Schicht 2 wird nun zu dem eine dünne Solbruch- oder -trennschicht 3a abgeschieden. Diese kann beispielsweise aus AlGaInN oder auch aus intrinsischen Siliziumnitrit, beispielsweise einer Monolage SiN gebildet werden und erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls über den kompletten Wafer. Über der dünnen Sollbruchschicht 3a wird wiederum die undotierte GaN-Schicht 3 epitaktisch aufgebracht. Die sich ergebende Schichtenfolge 4 auf dem Trägersubstrat 1 ist in 4 in Schritt S3 dargestellt.
In Schritt S3 wird nun auf der undotierten GaN-Schicht 3 weiterhin eine strukturierte Maske 8 beispielhaft auf 2 Stellen aufgebracht. Die Maske 8 ist chemisch inert gegenüber dem folgenden elektrochemischen Porösifizierungsschritt und beispielsweise als Hartmaske aufgeführt. Wie in Schritt S4 dargestellt, wird nach dem Aufbringen der strukturierten Maske 8 die elektrochemische Porösifikation durchgeführt. Dabei wirkt jedoch die Struktur der Maske 8 als Abschattung, sodass Bereiche unterhalb der Maske 8 in der ersten Schicht 2a eben nicht porösifiziert oder geätzt werden, sondern als nicht porösifizierte Bereiche 2b stehen bleiben. Im Beispiel der Schritte S3 und S4 sind dies 2 Bereiche, die einige µm breit sind und in Draufsicht im wesentlichen Quadrate bilden. Es können jedoch auch andere Dimensionen und oder eine andere Anzahl derartiger Bereiche vorgesehen werden. Ebenso kann die Form anders gestaltet sein, beispielsweise als Vielecke oder auch als Kreise oder Rechtecke.
Hintergrund für eine derartige selektive Porösifikation ist die Tatsache, dass ein Stromfluss aufgrund des isolierenden Verhaltens der Maske 8 durch die Schicht 3, die Schicht 3a und die erste Schicht 2 weitgehend verhindert wird. Mit anderen Worten sucht sich der Strom immer den Weg des geringsten Widerstands (und damit meist der kürzeste Weg, wenn der spezifische Widerstand konstant ist) und würde daher während des elektrochemischen Prozesses nicht unterhalb der durch die Maske 8 abgedeckten bzw. abgeschatteten Bereiche fließen. Dadurch erfolgt eine Porösifikation wegen des Stromflusses vor allem in den nicht abgeschatteten Bereichen der ersten Schicht, sodass sich porösifizierte Bereiche 2c dort ausbilden. Ebenso wird ein Eindringen eines Elektrolyten während des elektrochemischen Ätzprozesses unter die abgeschatteten Bereiche erschwert bzw. ebenfalls verhindert, so dass sich dort keine weiteren Ätzkanäle ausbilden können, bzw. vorhandene Kanäle durch den Elektrolyten nicht erweitert werden.
Die Dimension der Maske 8 ist an die Dimension des späteren nicht porösifizierten Bereiches 2b angepasst. Obwohl der Flächenwiderstand unterhalb der Maske größer ist und der Stromfluss dort signifikant kleiner, erfolgt doch in einem geringen Rahmen im Randbereich ein leichtes Unterätzen. Durch das Unterätzen während der elektrochemischen Porösifikation ist es zweckmäßig, die Lackmaske 8 hinsichtlich ihrer Dimension etwas größer auszugestalten als der spätere nicht porösifizierte Bereich sein sollte. Dadurch wird ein leichtes Unterätzen unterhalb der Maske und damit in den abgeschatteten Bereich kompensiert. Für Nitride kann diese Unterätzung im Bereich von 200 nm bis ca. 800 nm liegen, für Materialien basierend auf GaAs oder GaP kann die Unterätzung auch größer als 1000 nm sein. Entsprechend muss die Dimension und laterale Erstreckung gewählt werden.
In dem darauffolgenden Prozessschritt S5 wird die Maske 8 wieder entfernt und anstatt dessen die Maske 8a zur Erzeugung der Mesastruktur auf die Oberfläche der Schicht 3 aufgebracht.
Die Maske ist so ausgeführt, dass Teile der nicht porösifizierten Bereiche 2b von der Maskenstruktur bedeckt sind. Lediglich an den Rändern zwischen den porösifizierten Bereichen und den nicht porösifizierten Bereichen der Schicht 2 sind in der Maske Aussparungen vorgesehen. Darüber hinaus ist auch eine Maskenstruktur über den restlichen modifizierten Bereichen 2c angeordnet, die in periodischen Abständen Ausnehmungen aufweist. Dadurch ist eine Maskenstruktur 8a geschaffen, mit dessen Hilfe die in den vorangegangenen Beispielen beschriebene Mesa-Struktur geätzt werden kann.
Prozessschritt S6 zeigt das Ergebnis nach einem derartigen selektiven Ätzprozess, bei dem in regelmäßigen Abständen Gräben 20 in die Schichtenfolge 4 geätzt werden. Im Besonderen sind dabei jeweils zwei Gräben 20 benachbart von den nicht porösifizierten Bereichen vorgesehen, sodass jeweils ein Graben 20 einen porösifizierten Bereich 2c von einem nicht porösifizierten Bereich 2b trennt.
Auf die so hergestellte Struktur wird im Folgenden die AlInGaN Schicht 10 aufgebracht. Diese ist, wie in den vorangegangenen Beispielen auch je nach Anwendungsfall und gewünschtem Design des Bauelements p- bzw. n- oder auch undotiert. Durch die zusätzlichen Mesastrukturen wird eine Verspannung in der Schicht 10 reduziert, sodass diese möglichst defektfrei und planar aufwächst. Auf der aufgewachsenen Schicht 10 wird ein Mehrfachquantenwell 11 abgeschieden, an denen sich eine weiterhin dotierte Schicht 12 anschließt. Die Schichten 10, 11 und 12 bilden die Schichtenfolge 6 der funktionellen Halbleiterschichtenfolge. Anschließend wird auf der abgeschiedenen Schicht 12 eine strukturierte Maske 8b angeordnet. Dabei überdecken Maskenbestandteile die nicht porösifizierten Bereichen 2b und die benachbarten Gräben 20 sowie einem Teil der anschließenden porösifizierten Bereiche 2c. Zwischen den einzelnen Masken 8b liegen weiterhin Teile der Oberfläche der Schicht 12 frei.
In einem folgenden selektiven Ätzprozess, in Schritt S7 dargestellt, werden die freien Bereiche der Schicht 12 sowie die darunterliegenden Bereiche der Mehrfachquantenwellstruktur 11 der Schicht 10 sowie der Schichtenfolge 4 geätzt. Dadurch wird die Halbleiterschichtenfolge in einzelne funktionelle Bauelemente unterteilt. Der Ätzgraben 20' reicht von der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 6 bis in etwa auf den Träger 1. Nach einem derartigen Ätzschritt werden weiterhin Kontaktbereiche 7A und 7 in den jeweiligen Bauelementen vorgesehen. Dabei ist der Kontaktbereiche 7a elektrisch zu der Schicht 12 sowie zu dem Mehrfachquantenwell 11 elektrisch isoliert, und kontaktiert die dotierte vergrabene Schicht 10. Der Kontaktbereich 7 schließt direkt elektrisch die Schicht 12 an.
Durch die mittels des selektiven Ätzprozesses erzeugten Gräben 20' können die porösifizierten Bereiche 2c mit einem nass-chemischen und selektiven Ätzprozess erreicht und entfernt werden. Dadurch bleiben die in dem Prozessschritt S8 dargestellten säulenartigen Strukturen 20b aus nicht porösifiziertem Material stehen und bilden damit eine Haltestruktur für die darauf befindlichen Bauelemente aus. Durch den selektiven Prozess wird zudem die Schicht 3a sowie die Schicht 3 leicht aufgeraut, sodass diese als Auskoppelstruktur für das in dem Mehrfachquantenwell erzeugte Licht dienen können. Diese Säulen können je nach Design unterschiedliche Formen annehmen. In einigen Aspekten kann die Haltestruktur einen Kegelstumpf, Pyramidenstumpf oder ein Trapez bilden, wobei die kleinere Grundfläche dieses Körpers mit dem Bauelement verbunden ist. Mit anderen Worten nimmt der Durchmesser zu dem Bauelement hinweg ab. Erreicht wird diese Abnahme des Durchmessers, oder allgemeiner formuliert eine Veränderung des Durchmessers durch eine unterschiedliche Dotierung während des epitaktischen Abscheidens der ersten Schicht erreicht. Durch die Dotierung wird unter anderem auch die Rate der Porösifikation gesteuert, so dass damit auch die Unterätzung unter die abgeschatteten Bereiche beeinflusst wird.
In einem oder mehreren weiteren Verfahrensschritten, dargestellt in Schritt S9, wird ein Stempelkissen 30 selektiv auf den funktionellen Halbleiterkörper 60 aufgebracht und anschließend mittels eines mechanischen Verfahrens bzw. Laser-Lift-Off Verfahrens der funktionelle Halbleiterkörper von der Säule und Haltestruktur 20b abgetrennt. Halbleiterkörper 60 haftet nun an dem Stempelkissen 30 und kann für eine weitere Prozessführung oder Verarbeitung transferiert werden. Die noch vorhandenen, durch die Strukturierung hervorgerufenen Vertiefungen in der Schicht 3a bzw. 3 können als weitere Auskoppelstruktur dienen oder auch mit einem geeigneten Material verfüllt werden.
Zu der Herstellung einer Mesastruktur zur Reduzierung möglicher Verspannung von darauf gewachsenen Schichten sind je nach Materialsystem eventuell verschiedene Voraussetzungen notwendig bzw. zu beachten.
Zum einen sollte die Höhe der später zu porösifizierenden Schicht und damit auch die Höhe der Gräben einige wenige Mikrometern nicht überschreiten, damit eine noch ausreichende Verspannungskompensation gewährleistet ist. Zudem würde ein Graben bei einem zu großen Verhältnis zwischen Tiefe und Grabenbreite nicht gleichmäßig geätzt werden können, sodass sich anstatt eines im wesentlichen rechtecksförmigen Verlauf wie in der Querschnittsdarstellung gezeigt, eine im Querschnitt dreiecksförmige Vertiefung ausbildet. Eine Höhe der zu porösifizierenden Schicht 2 entsprechend der vorangegangenen Beispiele, sollte daher in etwa 1 µm bis 2 µm eventuell lediglich 500 nm betragen.
Bei einer Breite in der gleichen Größenordnung wie die Höhe der Schicht 2, beispielsweise in Schritt S6 der 1 gezeigt, kann die Breite der Gräben in etwa um das Zehnfache geringer gewählt werden als die Breite des jeweiligen zu porösifizierenden Abschnitts der Schicht 2. Dadurch ergibt sich die in Schritt S6 der in 1 dargestellten quadratischen Querschnittsfläche. Generell sollten die Gräben dabei so schmal wie möglich sein, jedoch ausreichend groß, um eine Relaxierung, d. h. eine Verspannungskompensation der auf der Schichtenfolge 4 aufgebrachten verspannten Schicht zu gewährleisten.
Die verschiedenen Ätz- und Maskierungsschritte werden durch verschiedene Lithographieverfahren erreicht. Hierbei ist für die Ausbildung der Mesa-Struktur ein nass-chemischer, aber auch ein trocken-chemischer Ätzprozess zur Schicht 2a realisierbar.
Die 6 und 7 zeigen in Draufsicht verschiedene Geometrien für eine derartige Mesa-Struktur. Je nach Materialsystem ist es erforderlich, die Mesa-Strukturen entlang einer vorgegebenen Achse bzw. einer vorgegebenen Orientierung auszubilden. In den 6 und 7 ist dies anhand einer Wurtzitstruktur für Materialsysteme auf Nitritbasis dargestellt. Bei einer Wurtzitstruktur ist es zweckmäßig, die Koaleszenzflächen 21 so auszurichten, dass sie im Wesentlichem senkrecht zur a-Achse [1120] liegen. Dadurch werden die Gräben der Mesa-Struktur ebenfalls parallel zu den Koaleszenzflächen geätzt, und es entstehen beispielsweise die in der 6 dargestellten Strukturen.
Eine andere Ausgestaltungsform, bei der Mesa-Strukturen als periodische Sechsecke ausgeführt sind, zeigt 7. Dabei sind die Gräben und die Koaleszenzflächen 21 so ausgestaltet, dass sie Vielecke und im Besonderen eine Sechseckstruktur bilden. Die Kantenlänge dieser Sechseckstruktur ist dabei wie dargestellt kleiner als 2 µm, die Breite eines Grabens im Wesentlichen um ein Zehntel niedriger, d. h. im Bereich von 200 nm oder weniger.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel sowie einen Anwendungsfall, bei dem porösifizierte Bereiche und nicht porösifizierte Bereiche zur Erzeugung von einem Licht emittierenden Halbleiterkörper verwendet werden, wobei dieser Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittiert. In dem ersten dargestellten Prozessschritt wird wie bereits in den vorangegangenen Beispielen erläutert ein Hilfsträger 1 bereitgestellt, auf den eine dotierte GaN-Schicht 2 aufgebracht wird. Auf dieser wird wiederum eine undotierte Schicht des gleichen Materialsystems abgeschieden, sodass sich die in dem Prozessschritt S1 dargestellte Schichtenfolge 4 ergibt.
In nachfolgenden Prozessschritten wird nun als erstes eine Maskenstruktur 8 auf der Oberfläche der undotierten GaN-Schicht 3 abgeschieden. Anschließend wird die so erhaltene Struktur einem elektrochemischen Ablöse- und Zersetzungsprozess unterworfen, sodass vor allem nicht abgeschattete Bereiche der dotierten Schicht 2 porösifiziert werden. An den Stellen, an denen die Maske 8 die Schicht 2 überdeckt, erfolgt durch den verringerten bzw. nicht vorhandenen Stromfluss wie oben erläutert keine dedizierte Porösifikation, sodass diese Bereiche im Wesentlichen mit durchgängigem Material aus dotiertem GaN stehen bleiben. Damit ist in den Bereichen 2b auch keine spätere Verringerung der Verspannungen aufgrund der Porösifikation zu erwarten.
In einem weiteren Prozessschritt dargestellt in S3, wird nun die Maske 8 entfernt und die Maske 8b erneut auf die Schicht 3 aufgetragen. Hierbei erfolgt die Maskenstrukturierung jedoch derart, dass ein Teil der Maske 8b über den nicht porösifizierten Bereichen 2b angeordnet wird. Ebenso werden Maskenabschnitte über den porösifizierten Bereichen 2c abgeschieden. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen den einzelnen Maskenabschnitten ein kleiner Teil offen verbleibt, so dass die Schicht 3 darunter freiliegt. Die Position dieses freien Teils ist so gewählt, dass dieser im Wesentlichen entlang der Grenzfläche zwischen den porösifizierten Bereichen 2c bzw. den nicht porösifizierten Bereichen 2b erfolgt. Anschließend kann wiederum ein selektiver Ätzprozess durchgeführt werden, der Gräben an den Grenzflächen zwischen den Bereichen 2b und 2c bis hinunter zu dem Hilfsträger 1 erzeugt. Damit wird eine Strukturierung vorgenommen, welche die porösifizierten Bereiche 2c von den nicht porösifizierten Bereichen 2b durch einen Graben trennt.
Anschließend wird die so enthaltene Mesa-Struktur mit einer Indium-haltigen Schicht, in der Ausführung mit einer GaN Schicht 10 überwachsen. Wie auch in den vorangegangenen Beispielen bildet die InGaN-Schicht Brücken zwischen den einzelnen Gräben 20 aus, sodass die Gräben im Wesentlichen als Hohlräume bestehen bleiben und nicht zugewachsen werden. Jedoch kann das InGaN Material mindestens teilweise in die in den oberen Bereich der Gräben zwischen der undotierten Schicht 3 hineingelangen.
Aufgrund der nicht porösifizierten Bereiche 2b ist das abgeschiedenen Material der Schicht 10 über diesen Bereichen verspannt, die sich in einer Veränderung und Verspannung der Gitterstruktur bemerkbar macht. Ob diese Verspannung nun zu zusätzlichen Gitterdefekten führt, liegt an der Ausgestaltung der Dimensionierung sowie dem Unterschied der beiden Gitterkonstanten zwischen der dotierten InGaN-Schicht 10 und der undotierten Schicht 3.
In weiteren Abscheidungsprozessen wird nun die Schicht 12 mit einem anderen enthaltenen Mehrfachquantenwell auf der Schicht 10 abgeschieden. Dabei umfasst die Schicht 12 AlInGaN, welches je nach Ausgestaltung dotiert oder auch mit einem Dotiergradienten versehen ist. Aufgrund der durch die nicht porösifizierten Bereiche 2b eingebrachten Verspannungen ändert sich die Bandstruktur und damit auch die Bandlücke des Mehrfachquantenwell 11. Dies wird dadurch bewirkt, indem sich die Verspannungen durch die Schicht 10 fortsetzen und bis in die Schicht 12 und den Mehrfachquantenwell 11 hineinreichen. Dazu ist es notwendig, die in InGaN-Schicht 10 möglichst dünn, jedoch planar auszugestalten, um die Verspannung durch die Schicht 10 in die Schicht 11 zu führen. Im Ergebnis führen die Verspannungen so zu einer Emission von Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Dabei wurde erreicht, dass durch eine geeignete Wahl der Verspannung und des Materialsystems ein weiter Bereich möglicher Wellenlängen erreichbar ist.
Ein auf diese Weise hergestelltes elektronisches Bauelement ist in verschiedenen alternativen Ausgestaltung in 9 in Draufsicht dargestellt. Zu sehen sind die Emissionsflächen, wobei sich unterhalb dieser der Mehrfachquantenwell sowie eventuelle porösifizierte Bereiche unterschiedlichen Porositätsgrades befinden. Durch eine geeignete Porösifikation und Einbringung einer Mesastruktur lassen sich unterschiedliche Verspannungen im darüber angeordneten Material erzeugen. Die sich durch die Verspannungen ergebende unterschiedliche Bandlücke aufgrund eines veränderten Indiumanteils bewirkt nun eine Emission von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen. Auf diese Weise kann in einem geeigneten Materialsystem, beispielsweise dem oben angeführten AlInGaN durch die Verspannung eine Lichtemission im blauen, grünen und roten Bereich erreicht werden.
In der linken Teilfigur der 9 zeigt der Bereich b links oben die größten Verspannungen, beispielsweise ist dort eine nicht porösifizierte Schicht 2b angeordnet. Der Bereich r wiederum ist deutlich geringer verspannt, sodass der Mehrfachquantenwell dort im Ergebnis im wesentlichen rotes Licht emittiert. Die beiden unteren Bereiche g sind mit einem Porositätsgrad versehen, der zwischen dem blauen und dem roten Bereich b, r liegt, sodass der Mehrfachquantenwell hier leicht verspannt ist und somit Licht im grünen Bereich emittiert. Alternativ dazu kann ein derartiges Pixel mit einer blauen, roten und grünen Emitterfläche auch nebeneinander angeordnet sein. Eine derartige Ausführung ist im rechten Teil der 9 dargestellt, bei der verschieden stark porösifizierte Bereiche zur Erzeugung von Licht im blauen, roten und grünen Spektrum ausgestaltet sind.
Zur Erzeugung eines unterschiedlichen Porositätsgrades ist beispielsweise vorgesehen, die einzelnen Masken 8 wie in Schritt S2 der 8 oben dargestellt, selektiv zu entfernen und danach den elektrochemischen Abscheidungsprozess fortzusetzen. Beispielsweise kann zur Erzeugung eines unterschiedlichen Porositätsgrades zur Bildung einer blauen, roten und grünen Emitterfläche eine Schattenmaske 8 auf die spätere blaue und grüne Emitterfläche aufgetragen werden. Die rote Fläche bleibt dabei frei.
Anschließend wird ein erster elektrochemischer Ablöseprozess durchgeführt und eine erste Porösifizierung für die rote Emitterfläche erzeugt. Dann wird dieser elektrochemische Ablöseprozess gestoppt, die Maske über dem grünen Bereich entfernt und dann der elektrochemische Ablöseprozess fortgesetzt. Entsprechend wird nun die rote und die grüne Fläche (bzw. die Schicht 2, die später unter dem Mehrfachquantenwell liegt weiter porösifiziert. Dadurch lässt sich ein unterschiedlicher Porositätsgrad in den jeweiligen Flächen erreichen. Alternativ kann auch wie beispielsweise in den 3A und 3B zusätzliche Schichten vorgesehen werden, die Unterschiede in der Porösifikation erzeugen und damit zur Ausbildung der unterschiedlich farblichen Bereiche verwendet werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörper umfassend: - Bereitstellen eines Hilfsträgers; - Erzeugen einer Schichtenfolge mit einer ein dotiertes Halbleitermaterial aufweisenden ersten Schicht und einer darauf aufgebrachten zweiten Schicht, welche ein undotiertes Halbleitermaterial aufweist; - elektrochemisches Porösifizieren der ersten Schicht der Schichtenfolge, wobei ein Porositätsgrad wenigstens 20 Volumen-% beträgt; - Ausbilden von Mesa-Strukturen in der zweiten Schicht und zumindest teilweise in der porösifizerten ersten Schicht; - epitaktisches Erzeugen einer funktionellen Schichtenfolge mit wenigstens einer flächigen dritten Schicht, die auf der mit Mesa-Strukturen versehenen zweiten Schicht aufgebracht ist, wobei die wenigstens eine flächige dritte Schicht eine gegenüber der zweiten Schicht unterschiedliche spezifische Gitterkonstante aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend einen der folgenden Schritte: - Ablösen der funktionellen Schichtenfolge von der ersten Schicht, wobei optional die zweite Schicht an der funktionellen Schichtenfolge verbleibt; oder - Ablösen der funktionellen Schichtenfolge von dem Hilfsträger, wobei die porösifizierte erste Schicht an der funktionellen Halbleiterschichtenfolge verbleibt und optional als Auskoppelstruktur für elektromagnetische Strahlung ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die funktionelle Schichtenfolge wenigstens einen aktiven zur Lichtemission ausgeführten Bereich umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Ausbilden von Mesa-Strukturen umfasst: - Erzeugen einer strukturierten Maske auf der zweiten Schicht; - Ätzen der zweiten und der porösifizierten ersten Schicht zur Ausbildung von Vertiefungen, insbesondere in Form von Gräben in der ersten porösifizierten ersten Schicht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt des Erzeugens einer Schichtenfolge während eines epitaktische Abscheidens der ersten Schicht, eine dünne Trennschicht, insbesondere eine undotierte Trennschicht abgeschieden wird, so dass die erste Schicht in einen dem Träger zugewandten Bereich und in einen dem Träger abgewandten Bereich unterteilt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt des Erzeugens einer Schichtenfolge während eines epitaktische Abscheidens der ersten Schicht ein Dotierstoff mit wenigstens 2 verschiedene Dotierstoffkonzentrationen in die erste Schicht eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritt des Erzeugens einer Schichtenfolge ein Erzeugen nicht porösifizierter Bereiche umfasst, indem: - eine strukturierte Maske auf die zweite Schicht der Schichtenfolge zur Erzeugung von nicht zu porösifizierenden Bereichen unterhalb der strukturierten Maske aufgebracht wird; und - die strukturierte Maske nach einem elektrochemischen Porösifizieren der ersten Schicht entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Abmessungen in der strukturierten Maske etwas größer gewählt sind als der oder die nicht zu porösifizierenden Bereiche der ersten Schicht unterhalb der strukturierten Maske.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die funktionelle Schichtenfolge mit einem aktiven zur Emission von Licht einer ersten Wellenlänge ausgeführten Bereich über einem porösifizierten Bereich und einem aktiven zur Emission von Licht einer zweiten Wellenlänge über einem nicht porösifizierten Bereich ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Vertiefungen, insbesondere in Form von Gräben, eine Breite im Bereich von 5 nm bis 500nm, insbesondere im Bereich von 20 nm bis 300 nm und weiter insbesondere kleiner als 200 nm aufweisen, wobei die Gräben sich optional bis zu dem Hilfsträger erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem zwei einander benachbarte Gräben einen Abstand im Bereich von 400 nm bis 4 µm, insbesondere im Bereich von 800 nm bis 2,5 µm und insbesondere kleiner als 2 µm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, bei dem ein Verhältnis zwischen einer Breite einer Mesa-Struktur und der Breite eines Grabens im Bereich von 4 bis 15, insbesondere im Bereich von 8 bis 12, und insbesondere 9,5 bis 10,5 liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Gitterkonstante der flächigen dritten Schicht im Bereich zwischen 0,2% und 3%, insbesondere im Bereich von 0,5% bis 2,7% von einer Gitterkonstante der zweiten Schicht abweicht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste und die zweite Schicht wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: - GaN; - GaP - AlGaN; - InGaN - AlInGaN; - AlInGaP; and - AlGaAs; und die erste Schicht während eines epitaktischen Abscheidens mit einem Dotierstoff versehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Schicht undotiertes GaN aufweist und die flächige dritten Schicht ein Indium-haltiges Material umfasst, mit einem Indium Anteil im Bereich zwischen 0,0001% bis 25%.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in Materialien mit einer Wurtzitstruktur Koaleszenzflächen so ausgerichtet sind, dass diese senkrecht zur a-Achse stehen [1120] stehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das epitaktisches Erzeugen einer funktionellen Schichtenfolge umfasst: - Erzeugen einer Mehrfachquantenwellstruktur, welche zu Emission von Licht einer Wellenlänge ausgeführt ist, wobei sich die Mehrfachquantenwellstruktur über wenigstens eine Mesa-Struktur erstreckt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das epitaktisches Erzeugen einer funktionellen Schichtenfolge umfasst: - Abscheiden einer flächigen dritten Schicht auf der mesa-strukturierten zweiten Schicht, wobei die Mesastruktur im wesentlichen unaufgefüllt verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem Material der dritten Schicht eine Brücke über die einem dem Träger abgewandten Endbereich der Mesastruktur bildet.
Halbleiteranordnung, umfassend: - einen Hilfsträgers; - eine Schichtenfolge mit einer ein dotiertes Halbleitermaterial aufweisenden ersten Schicht und einer darauf aufgebrachten zweiten Schicht, welche ein undotiertes Halbleitermaterial aufweist; wobei - die erste Schicht wenigstens einen porösifizierten Bereich umfasst, deren Porositätsgrad wenigstens 20 Volumen% beträgt; und - in der ersten und zweiten Schicht eine Mesastruktur aus mehreren Vertiefungen eingebracht ist; - eine funktionelle Schichtenfolge mit wenigstens einer flächigen dritten Schicht, die auf der mit der Mesastruktur versehenen zweiten Schicht aufgebracht ist, wobei die wenigstens eine flächige dritte Schicht eine gegenüber der zweiten Schicht unterschiedliche Gitterkonstante aufweist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 20, bei dem eine Breite der Vertiefung in etwa 1/5 bis 1/20 des Abstands zwischen zwei benachbarten Vertiefungen beträgt.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 21, wobei die erste Schicht zumindest einen nicht porösifizierten Bereich umfasst, der von einem porösifizierten Bereich wenigstens teilweise umgeben ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 22, bei dem der zumindest eine nicht porösifizierte Bereich von dem porösifizierten Bereich durch einen die Mesastruktur bildenden Graben getrennt ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem die funktionelle Schichtenfolge eine Mehrfachquantenwellstruktur umfasst, die auf der dritten Schicht aufgebracht ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei der ein erster über einem porösifizierten Bereich der ersten Schicht liegender Bereich der Mehrfachquantenwellstruktur zur Emission von Licht einer ersten Wellenlänge und ein zweiter über einem nicht porösifizierten Bereich der ersten Schicht liegender Bereich der Mehrfachquantenwellstruktur zur Emission von Licht einer zweiten kürzeren Wellenlänge ausgebildet ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem die erste Schicht einen ersten Teilbereich mit einem ersten Porositätsgrad aufweist und einen zweiten Teilbereich mit einem zweiten Porositätsgrad umfasst, wobei der erste Teilbereich von dem zweiten Teilbereich durch eine optionale Trennschicht getrennt ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei der die erste Schicht eine n-Dotierung umfasst und die zweite Schicht undotiert ist, wobei die erste und die zweite Schicht das gleiche Basismaterial aufweisen.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, bei der die zweite Schicht eine undotierte GaN Schicht umfasst und die dritte Schicht InGaN mit einem Indium Anteil im Bereich von 0,0001% bis 25%, insbesondere im Bereich von 5% bis 20% umfasst.