WO2012035135A1 - Semiconductor chip and method for producing the same - Google Patents

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WO2012035135A1
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semiconductor chip
dopant
doped
growth
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Armin Dadgar
Alois Krost
Peter Stauss
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a semiconductor chip comprising a semiconductor layer stack based on a group III nitride and a method for the production thereof.
  • Lead stress in the semiconductor layer stack which may adversely affect the semiconductor chip performance and may even lead to damage to the semiconductor layers of the stack.
  • damage to the layers of the stack may occur as damage.
  • Such damage due to Si dopants are for example in the
  • Preloading the layer to be grown For example, you can growing a GaN layer stack on one
  • Silicon growth substrate especially when doing
  • thick and heavily doped layers are a prerequisite for efficient light emitters, for example, which are to be produced on inexpensive silicon substrates which are available over a large area.
  • thick and heavily doped layers are found for electronic components such as p-i-n or Schottky transistors for high voltage applications
  • Si is used as a dopant, in particular, since silane as the starting material for the silicon doping has a low price and the simple use of silane makes the use of elements other than dopant as unnecessarily complicated. Also with regard to a reduction of the bracing problem could be seen so far no advantages of other group IV dopants, since the chemistry of the substances is very similar and therefore the same problems can be expected.
  • GaN layers on a heterosubstrate generally results in an increased dislocation density within the GaN layers.
  • SiN x masking layers are found
  • Such masking layers are among others also known by the term “in situ SiN". Masking layers "known and for example in the
  • Such a masking layer is in this case partially applied after it has grown at least a first group III nitride layer of the semiconductor layer stack.
  • the masking layer is typically applied by a reaction of silicon with nitrogen (ammonia as a source).
  • ammonia as a source
  • the person skilled in the art can achieve that a SiN layer which is only partially formed is formed.
  • a further GaN layer is produced starting from the non-SiN-covered regions. This first grows in a 3-dim island structure on the material of the nucleation-free areas of the first GaN layer and spreads with increasing
  • the parasitic reaction of silicon with nitrogen to form SiN can also occur, so that here too only a partial overgrowth takes place, and a desired fast
  • dislocation-reduced layer is hindered, or, depending on the process, the coalescence emanates unwanted germs newly forming on the SiN mask.
  • the semiconductor chip has a
  • the semiconductor chip is preferably used for
  • Semiconductor layer stack may be included in addition.
  • a middle layer with a thickness of up to 50 nm it may be different from the above-mentioned values for n, m and instead that 0.75 ⁇ n ⁇ 1.
  • an n-doped layer based on the material system of the group III nitrides can also be understood to mean an n-doped substrate which is deposited on the substrate
  • Semiconductor chip thus at least as semiconductor layer stack on the n-doped substrate on which further layers may be applied.
  • the semiconductor chip is a
  • the semiconductor chip has an active layer provided for the generation of radiation between the n-doped layer and a p-doped layer.
  • An optoelectronic semiconductor chip is, in particular, a semiconductor chip which enables the conversion of electronically generated data or energies into light emission or vice versa.
  • the semiconductor chip has an active layer provided for the generation of radiation between the n-doped layer and a p-doped layer.
  • An optoelectronic semiconductor chip is, in particular, a semiconductor chip which enables the conversion of electronically generated data or energies into light emission or vice versa.
  • the semiconductor chip has an active layer provided for the generation of radiation between the n-doped layer and a p-doped layer.
  • An optoelectronic semiconductor chip is, in particular, a semiconductor chip which enables the conversion of electronically generated data or energies into light emission or vice versa.
  • the semiconductor chip has an active layer provided for the generation of radiation between the n-doped layer and a p-d
  • Optoelectronic semiconductor chip a radiation-emitting semiconductor chip.
  • n-doped layer or layers of the semiconductor layer stack with improved n-type doping.
  • claimed dopants can thus be a thin and
  • a thick highly n-doped group III nitride layer can be realized on a sapphire, silicon carbide or silicon substrate.
  • the dopant must be heavier or larger than silicon so that it does not act as an amphoteric dopant or as a p-dopant.
  • group VI dopants are suitable.
  • the active layer of the semiconductor layer stack preferably contains a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW, single quantum well) or a
  • MQW Multiple quantum well structure
  • Dimensionality of quantization includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots, and each one
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, the material may comprise one or more dopants as well as additional constituents which the
  • n-dopant is Ge, Sn, Pb, O, S, Se or Te. In this case, therefore, as n-dopant a
  • n-dopant silicon is also used as n-dopant.
  • the n-doped layer is therefore doped in this case with Ge and Si.
  • the tensile strain and the doping can be influenced independently.
  • the dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer is greater than 10 19 l / CNW. So it becomes an n-doped layer on one
  • the semiconductor chip is an InGaN LED.
  • the semiconductor chip is preferably a thin-film chip.
  • Thin film chip is considered in the context of the application, a semiconductor chip during its production, the growth substrate on which the semiconductor layer stack epitaxially
  • the semiconductor layer stack of the semiconductor chip can be applied, for example, on a carrier substrate.
  • the carrier substrate used is preferably a silicon-containing material
  • Carrier substrate provided, in particular when already the growth substrate is a silicon-containing substrate.
  • the semiconductor chip and / or the semiconductor layer stack has a single-sided electrical
  • the semiconductor chip can then be a flip-chip. It is also possible that an electrical contact is constructed, as in the
  • Front of the semiconductor layer stack done. For electrical contact are on one side of the
  • the semiconductor layer stack arranged a first and second electrical connection layer, each for electrical Contacting the layer stack of a conductivity type are provided.
  • the first and second electrical connection layer arranged a first and second electrical connection layer, each for electrical Contacting the layer stack of a conductivity type are provided.
  • Connection layer are electrically isolated from each other, for example by means of an electrically insulating separation layer.
  • the one-sided contacting technology of the chip allows a low-resistance contact. Because of the one-sided
  • Semiconductor layer stack in particular the active layer can be ensured.
  • the dopant concentration of the n-type dopant in the n-doped layer fulfills the following
  • D is in particular the layer thickness of the entire n-doped layer and optionally also subsequent thereto
  • N is a highest donor concentration in the n-doped layer.
  • n-doped layer with a Thickness D of at least 100 nm produces strong tensile stress at high dislocation concentrations.
  • Doping is slightly less advantageous at the beginning of the n-doped layer than seen at the end in the growth direction, since the reduced stress in the growing layer has a stress-reducing effect on a thicker part of the layer than at the end.
  • This n-doped layer is preferably at least 0, 6 ⁇ thick and has approximately on the upper at least 400 nm
  • Step dislocation density typically above 2x10 9 cm ⁇ This results from the formula according to claim 1, a value of
  • the thickness D is between 300 nm and 5 ⁇ , in particular between 0.4 ⁇ and 3 ⁇ or between 0.5 ⁇ and 2.0 ⁇ inclusive.
  • DlS ⁇ g g lies to
  • the concentration N can be between 1 x 10 18 cm J and 1 x 10 (J cm or J is between 7 x 10 I ⁇ cm 3 and 5 x 1 ⁇ 19 cm _ lie. 3
  • the lower limit for the expression D x DlSßdge x N is a
  • Upper limit may alternatively or additionally at most
  • Dislocation density of, for example, greater than 5 x 10 ⁇ cm ⁇ 2 grown.
  • the latter comprises a highly n-conductive layer, in particular based on GaN, this layer preferably following an in situ or ex situ masking layer.
  • the highly n-conductive layer which is applied to the semiconductor chip
  • Masking layer follows, an n-doping above lO-L ⁇ cm _ 3 or ⁇ ⁇ cm _ 3 on. This n-doping takes place in particular over a layer thickness of 10 nm to 300 nm inclusive.
  • a high n-type doping can be realized, without appreciably hindering or delaying subsequent coalescence, as would be the case with Si doping, since Si promotes three-dimensional growth and thus a two-dimensionally growing layer is difficult to achieve, usually only after the growth of very thick layers.
  • the masking layer comprises or consists, for example, of SiN, SiO, SiON or BN or another material which does not or only inhibits wetting, which promotes three-dimensional growth, and / or growth conditions which are independent of such do a masking layer.
  • One way to accomplish this is to add a heavy doping "10 ⁇ - ⁇ cm - ⁇ approximately Si, over one
  • the masking layer has a thickness of at most 2 nm, in particular of at most 1 nm.
  • the thickness of the masking layer is on average one or two monolayers.
  • a coverage of the masking layer is between 20% and 80% inclusive, or between 55% and 70% inclusive of the underlying layer.
  • the growth substrate and / or the growth layer, seen in plan view, to the said portion covered by a material of the masking layer is between 20% and 80% inclusive, or between 55% and 70% inclusive of the underlying layer.
  • the latter has a coalescing layer which is the one of the coalescing layer
  • Masking layer in particular immediately follows and in which the coalescence takes place, starting from openings in the masking layer.
  • This layer is in particular a GaN layer. A thickness of this
  • Coalescing layer is preferably between inclusive
  • the coalescing layer may be undoped or substantially undoped.
  • the semiconductor chip comprises a middle layer which is based in particular on AlGaN.
  • An Al content of the middle layer is preferably between 75% and 100% inclusive.
  • the middle layer is between 5 nm and 50 nm inclusive, for example between 10 nm and 10 nm inclusive
  • the middle layer may be between the high n-type layer and the masking layer. In particular, the middle layer directly adjoins the highly n-conductive layer and the coalescing layer.
  • Detection of the dopant (s) in the semiconductor chip can be carried out, for example, by a secondary ion mass spectrometry analysis (SIMS for short).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry analysis
  • Masking layers detectable or existing at large islands of the masking layer usually on a micrometer scale doping fluctuations due to a
  • cross-cathodoluminescence or cross-section transmission electron microscopy cathodoluminescence can also be determined by the different positions of donor-bound
  • Excitons or a line broadening of a luminescence can be detected, even if the masking layer is removed, for example by an etching process.
  • a thickness of the semiconductor layer stack is at least 1 ⁇ or at least 2 ⁇ and / or at most 10 ⁇ or at most 5 ⁇ . This may be necessary to functional
  • Layers such as an active layer accommodate, and / or to realize a contact and current spreading and / or to ensure sufficient isolation to the growth substrate.
  • Semiconductor layer stack preferred. This can be achieved for example by graded Al-containing
  • Partial layers comprise, in particular between two and five partial layers inclusive.
  • a thickness of the intermediate layers as a whole is, for example, between 20 nm and 500 nm inclusive, in particular between 50 nm and 250 nm inclusive.
  • the seed layer which is based in particular on AlN, and / or also a GaN layer grown directly thereon, is doped.
  • a doping of the seed layer, which can also serve as a buffer layer, takes place in particular with silicon or with
  • the seed layer indium in a proportion of up to 20% or up to 10%. Silicon or sapphire is particularly preferably used as the growth substrate.
  • the stress is reduced to a lesser extent
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • a semiconductor chip can be produced, as described in connection with one or more of the abovementioned embodiments.
  • Features for the method are therefore also disclosed for the semiconductor chip and vice versa.
  • a method for producing a semiconductor chip comprises the following method steps: Providing a growth substrate,
  • n-dopant a heavier dopant than silicon from the IV.
  • Main group of chemical elements is used.
  • Such a method allows the growth of GaN layers on, for example, a silicon substrate with a high degree of n-doping, in which the strain in the
  • the method finds application for the generation of homoepitaxial
  • the growth substrate is an SOI substrate ("silicon on insulator" substrate).
  • the growth substrate may be a sapphire or SiC substrate.
  • a germanium-hydrogen compound an organic germanium compound, tert. butyl german, tert. butyl-tin, tert. -butyl-lead, an organometallic compound of the type F4_Me with R one
  • the doping with germanium is to be preferred over the other elements, since the available precursors are easy to use and the vapor pressure of the dopant above the layer at the most prevalent in the group III nitride epitaxy process temperatures above 1000 ° C well controlled is.
  • the other precursors are up
  • Oxygen in the process may be involved in the epitaxy process be undesirable because it is considered the main contaminant and
  • organometallic gas phase epitaxy at least in organometallic gas phase epitaxy also undesirable reactions with the organometallic
  • FIGS. 1, 2A, 2B, 2D each show a schematic cross section of an exemplary embodiment of a semiconductor chip according to the invention
  • FIG. 2C is a diagram in which the tension against the
  • FIG. 3 is a flowchart relating to an inventive device
  • Figures 4 to 6 are schematic cross-sectional views of further embodiments of
  • Size ratios among each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual can Components, such as layers, structures,
  • FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor chip 10 in cross section.
  • the semiconductor chip 10 has a
  • Growth substrate 1 having, for example, sapphire, Sic or silicon.
  • the growth substrate may also be a silicon on insulator (SOI) substrate or a group I I nitride substrate.
  • SOI silicon on insulator
  • the semiconductor layer stack 2 is based on a group III nitride material system.
  • the semiconductor layer stack 2 is based on the
  • the semiconductor layer stack 2 has an active layer 2 a.
  • the active layer 2a is
  • the semiconductor chip 10 is an LED ("light-emitting diode").
  • the active layer 2 a of the semiconductor layer stack 2 is arranged between an n-doped layer 2 b and a p-doped layer 2 c.
  • the n-doped layer is in
  • the n-doped layer may be covered by a masking layer and
  • the n-doped layer 2b has a heavier dopant than silicon from the IV.
  • Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements.
  • As n-dopant of the IV. Main group is thus Ge, Sn and Pb use.
  • Dotand the VI. Main group finds
  • the dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer 2b is preferably greater than 5 ⁇ ⁇ 1 / cm 2.
  • the tensile strain of the semiconductor layer material which conventionally occurs during the cooling process or which occurs due to the dopant concentration can be avoided.
  • Layers with such a high doping are particularly advantageous for a high transverse conductivity and optimized contact resistance. It is also possible, the n-doped layer 2b with improved n-conductivity
  • the n-doped layer 2b and the p-doped layer 2c of the semiconductor layer stack 2 may be composed of a layer sequence.
  • the n-doped layer 2b and the p-doped layer 2c of the semiconductor layer stack 2 may be composed of a layer sequence.
  • Semiconductor layer stack 2 a plurality of n-doped
  • Layers 2b which are arranged between growth substrate 1 and active layer 2a.
  • a plurality of p-doped layers can be arranged on the side of the active layer 2 a facing away from the growth substrate 1.
  • the dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer or the n-doped layers 2b preferably satisfies the following condition: D x DIS Edge x N> 5 x 10 ⁇ cm -4, where D is the layer thickness of the n-doped layer 2a or the sequence of layers of the n-doped layer, DIS ⁇ g g is the average dislocation density levels proportion in the range of n- doped layer 2b or the n-doped layers in cm-2 with a value above 1 x 10 ⁇ cm- ⁇ and N the
  • n-dopant Due to the choice of the n-dopant, it is advantageous to avoid tensile stresses in the semiconductor chip, wherein at the same time a thick and highly doped group III nitride layer on silicon, sapphire or SiC can be realized. With such a heavy n-dopant can thus be the time-consuming and not always necessary reduction of the dislocations, the tensile stress at
  • the semiconductor chip 10 advantageously has a
  • the same side of the semiconductor chip 10 are arranged and from each other, for example by means of an insulating
  • Separating layer are electrically isolated from each other.
  • n-dopant which is heavier than silicon, can be a large-scale, cost-effective and
  • Semiconductor chip 10 of FIG. 2A differs from the semiconductor chip of FIG. 1 by additional layers 3, 4 which are arranged between growth substrate and semiconductor layer stack 2.
  • additional layers 3, 4 which are arranged between growth substrate and semiconductor layer stack 2.
  • a buffer layer 3 is applied to the growth substrate 1.
  • Such buffer layers 3 are in particular for growing on silicon-containing
  • an aluminum-containing intermediate layer 4 is arranged, on which the layers of the semiconductor layer stack 2 are epitaxially grown.
  • the aluminum-containing layer is
  • an AIN seed layer for example, an AIN seed layer.
  • FIG. 2A is identical to the embodiment of FIG.
  • Semiconductor chip 10 of Figure 2B differs from the semiconductor chip of Figure 1 by additional layers 5, 6, 7, between the growth substrate and
  • Semiconductor layer stack 2 are arranged.
  • a first group III nitride layer 5 is applied to the growth substrate 1.
  • a partial SiN masking layer 6 is arranged.
  • the second group III nitride layer 7 is arranged, in such a way
  • the layers of the semiconductor layer stack 2 are epitaxially grown.
  • FIG. 2B is identical to the embodiment of FIG.
  • FIG. 2C shows a diagram in which
  • the dashed line shows the production of a semiconductor chip with an n-dopant silicon
  • the solid line shows a semiconductor chip with an n-dopant Ge.
  • the method relates, for example, to the production of a semiconductor chip according to the exemplary embodiment of FIG. 2A.
  • the graph of Figure 2C shows the curvature measurement during the growth of a silicon-doped GaN layer
  • the semiconductor layers with silicon in the later manufacturing process in particular at about 60 minutes and more, have a lower stress than when doping with German and consequently a higher tensile stress after the cooling process (80 min).
  • a dopant such as German can thus be a mechanical damage to the layers, which can occur due to these occurring stresses are reduced.
  • the production method for the diagram of FIG. 2C can comprise the following method steps:
  • Gallium precursors the growth of a GaN layer of the
  • Germanium as a dopant diluted in hydrogen advantageous suitable.
  • this dopant can be a
  • Silicon growth substrate can be avoided.
  • the dilution of German in hydrogen is usually lower than for silane in hydrogen, because the installation in comparison
  • AIN seed layer is highly doped and grown directly on a GaN layer.
  • a high dislocation density of greater than 5 x 10 ⁇ cm ⁇ 2 at the beginning of the heteroepitaxial growth can be without the production of a significant
  • Silicon substrate are made possible.
  • Another application is the growth of thick n-doped Group III nitride layers, mostly by means of HVPE, on a carrier substrate for the production of pseudo-substrates which, detached from the carrier substrate, serve as high-quality substrates for hetero and homoepitaxy:
  • a strong inhomogeneous curvature usually occurs for conductive substrates heavily doped with Si, which curvature is shown by later abrasion of the substrate pointing to the growth substrate
  • Tensile stress can occur during growth to cracking. Furthermore, a low dislocation density is usually achieved by forced 3D growth, either by the ELOG method, by means of in situ deposition
  • Mask layers which are usually made of SiN, or achieved by a low seeding density, which leads to a 3D growth.
  • the subsequent coalescence is influenced by the doping with Si by the parasitic SiN layer formation in an undesirable manner. If, instead of silicon doped with a dopant according to the invention, the resulting tensile stress at the beginning of the growth can be reduced and realized in three-dimensional island growth of this uninfluenced and thus simpler than n-doped layer. This subsequently avoids cracks during growth and provides for less
  • FIG. 2D A further exemplary embodiment of the semiconductor chip 10 with a masking layer 6 is shown in FIG. 2D.
  • the approximately 20 nm thick seed layer 5 is grown from A1N.
  • the thickness of the seed layer 5 is preferably between 100 nm and 250 nm, for example approximately 150 nm.
  • an n-type doped intermediate layer 4 made of GaN.
  • the Masking layer 6 applied from SiN. This in turn is followed by the growth of the GaN layer 2b of the
  • This growth is initially three-dimensional, as evidenced by the onset of reflected intensity in in situ reflectometry measurements, for example. After several hundred nanometers of growth of the GaN layer 2b, this intensity increases until it reaches a maximum value again and the layer is thus closed in two dimensions.
  • silane is usually added during the GaN growth.
  • silicon inhibits two-dimensional growth and promotes the three-dimensional, which delays the coalescence process and requires very high layer thicknesses and thus long growing time.
  • Silicon doping by 1 x ⁇ ⁇ cm ⁇ or higher is the
  • a thickness of the layers 2a, 2c together is between 200 nm and 300 nm inclusive, as is possible in all other embodiments.
  • Growth substrate 1 and optionally also the masking layer can, as in all other embodiments, na the generation of the semiconductor layer stack 2 are removed from this.
  • Voltage compensating layers detectable. Furthermore, it can be concluded from strain gradients, as can be obtained for example by means of high-resolution Raman spectroscopy, and also from the dislocation density and the propagation of these on the substrate type. So are usually strain on the invention
  • FIG. 3 shows a flow chart
  • Method steps for producing a semiconductor chip according to the invention shows.
  • a silicon substrate is provided.
  • a buffer layer is grown. Subsequently, in the
  • Step 302 an Al-containing intermediate layer is applied to the buffer layer. This happens
  • Step 304 a doping of the layer or layers of the semiconductor layer stack then takes place. After the doping process is the so
  • FIG. 10 Another embodiment of the semiconductor chip 10 is shown in FIG. On a 111 or 110 surface of a silicon substrate 1 is a buffer layer 3, which also acts as a seed layer 5, grown.
  • the seed layer 5 has A1N and is undoped or mixed with Si, O or In.
  • a thickness of the seed layer 5 is preferably between 100 nm and 300 nm inclusive.
  • the seed layer 5 is followed by the intermediate layer 4, which has four layers. These layers are not shown in FIG.
  • the individual layers are made of AlGaN and each have a thickness of about 50 nm. In the direction away from the substrate 1, an Al content decreases and amounts to approximately 95%, 60%, 30% and 15% in the respective layers.
  • the seed layer 5 is followed by a growth layer 8.
  • the growth layer 8 is a GaN layer having a preferable thickness between 50 nm and 300 nm inclusive
  • Growth layer 8 may be doped or undoped. If the growth layer 8 is doped, then there is one
  • Dopant concentration preferably by at least a factor 2 or factor 4 under a dopant concentration of the n-doped layer 2b.
  • the masking layer 6 of SiN is applied on the growth layer 8.
  • a degree of coverage of the masking layer 6, based on the growth layer 8, is about 65%.
  • the coalescence layer 7 is grown on the growth layer 8. Starting from these openings, the coalescing layer 7 grows above the
  • the coalescing layer 7 can be doped in the same way as the growth layer 8.
  • the coalescing layer 7 follows a middle layer 9.
  • the middle layer 9 is an AlGaN layer having a thickness of about 15 nm. Other than drawn in the figures, it is also possible that a plurality of middle layers 9 are present.
  • the n-doped layer 2b of the semiconductor layer stack 2 based on InGaN is then grown on the middle layer 9. It is the n-doped layer 2b doped with a concentration of between 5 x 10 18 cm J to
  • D e doping is preferably carried out with Ge or with one of the other dopants mentioned above.
  • a thickness D of the n-doped layer 2 b, measured from the middle layer 9 to the active layer 2 a, is preferably approximately 1.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. In one of the middle class 9
  • the nearest area with a preferred thickness of at least 100 nm and / or at most 500 nm is the
  • Optional dopant concentration decreases and 1017 cm in this area is between 5 x J and
  • Dopant concentrations of Si and the dopant such as Ge or Te are then preferably between 0.2 and 0.6 inclusive or between 0.25 and 0.4 inclusive.
  • the n-doped layer 2b is doped with Si at approximately 5 x 10 18 cm J and Ge or Te at approximately 1.5 x 10 19 cm J.
  • the semiconductor layer stack 2 is on one side
  • Carrier substrate 11 applied.
  • the growth substrate 1 and the layers up to and including the masking layer 6 are removed from the semiconductor layer stack 2.
  • a roughening 13 is produced to improve a light extraction efficiency.
  • the roughening 13 extends through the coalescing layer 7 through to or into the n-doped layer 2b, so that in places the
  • Middle layer 9 is exposed from AlGaN.
  • An average depth of the roughening is preferably between 300 nm and 2.5 ⁇ .
  • the roughening 13 is sufficient
  • a radiation exit surface of the semiconductor layer stack 2 is thus in places by a Material of the coalescence layer 7 is formed.
  • a passivation made of a transparent material such as SiN or SiO 2 may be applied to the coalescing layer 7, not shown in the figures.
  • two, for example metallic, electrical contact layers 12 are attached to the semiconductor layer stack 2. Which faces away from the carrier substrate 11
  • Contact layer 12 may also, in contrast to FIG. 5, be located closer to the carrier substrate 11 than the middle layer 9
  • semiconductor chip 10 also act on a flip-chip.
  • FIG. 1 Another embodiment of the semiconductor chip 10 is shown in FIG.
  • the semiconductor layer stack 2 is fastened to the carrier substrate 11 via a connection means 18, for example a solder.
  • the carrier substrate 11 facing side of the semiconductor layer stack 2 is via the first electrical connection layer 14 and over the
  • Carrier substrate 11 contacted electrically.
  • the carrier substrate 11 facing away from the
  • Semiconductor layer stack 2 is contacted via the second electrical connection layer 16.
  • the second connection layer 16 penetrates the active layer 2a from the carrier substrate 11 and is guided laterally next to the semiconductor layer stack 2 and can be contacted, for example, with a bond wire, not drawn.
  • the roughening 13 is not enough to the second
  • Connection layer 16 zoom.
  • the middle layer and the coalescing layer are not in FIG. 7

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Abstract

The invention relates to a semiconductor chip (10) comprising a stack (2) of semiconductor layers, the stack (2) of semiconductor layers being based on a material system of the group III nitrides and having an n-doped layer (2b). The n-dopant used is a dopant that is heavier than silicon of the fourth main group or a dopant of the sixth main group of chemical elements. The invention further relates to a method for producing a semiconductor chip (10) of the above type.

Description

Beschreibung description
Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip aufweisend einen Halbleiterschichtenstapel basierend auf einem Gruppe-III- Nitrid und ein Verfahren zu dessen Herstellung. The invention relates to a semiconductor chip comprising a semiconductor layer stack based on a group III nitride and a method for the production thereof.
Herkömmlicherweise werden häufig Schichten eines Conventionally, often layers of a
Halbleiterschichtenstapels, der auf einem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert, auf einem Heterosubstrat wie beispielsweise Saphir, Sic oder Silizium aufgewachsen. Zur Erzeugung einer n-Typ-Leitfähigkeit in den Schichten des Halbleiterschichtenstapels werden diese häufig dotiert, wobei als n-Dotierstoff meist Silizium verwendet wird, das sich als einfach zu handhabender und effizienter Dotand etabliert hat. Solch eine Dotierung kann jedoch zu einer tensilen Semiconductor layer stack based on a group III nitride material system grown on a heterosubstrate such as sapphire, Sic or silicon. To generate an n-type conductivity in the layers of the semiconductor layer stack, these are often doped, with silicon being used as the n-dopant, which has established itself as an easy-to-handle and efficient dopant. However, such a doping may be a tenile
Verspannung im Halbleiterschichtenstapel führen, welche die Halbleiterchipleistung negativ beeinflussen und sogar zu Beschädigungen der Halbleiterschichten des Stapels führen kann. Als Beschädigung kann beispielsweise ein Reißen der Schichten des Stapels auftreten. Derartige Beschädigungen aufgrund von Si-Dotierungen sind beispielsweise in der Lead stress in the semiconductor layer stack, which may adversely affect the semiconductor chip performance and may even lead to damage to the semiconductor layers of the stack. For example, damage to the layers of the stack may occur as damage. Such damage due to Si dopants are for example in the
Veröffentlichung "Effect of Si doping on strain, cracking, and microstructure in GaN thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition", Romano et al . , J. Appl . Phys . , Vol. 87, No . 11, June 1, 2000, beschrieben. Publication "Effect of doping on strain, cracking and microstructure in GaN thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition", Romano et al. , J. Appl. Phys. , Vol. 87, No. 11, June 1, 2000.
Das Wachstum auf Silizium erfordert, sofern bauelement- relevante Schichtdicken von mehr als 2 μπι oder 3 μπι erreicht werden sollen, außer für eine Ankeimschicht und eine unterste Pufferschicht bis zirka 500 nm Dicke, ein kompressives The growth on silicon requires, if component-relevant layer thicknesses of more than 2 μπι or 3 μπι to be achieved, except for a Ankeimschicht and a lowermost buffer layer to about 500 nm thickness, a compressive
Vorspannen der zu wachsenden Schicht. Beispielsweise können beim Aufwachsen eines GaN-Schichtenstapels auf einem Preloading the layer to be grown. For example, you can growing a GaN layer stack on one
Silizium-Aufwachsubstrat, insbesondere beim dabei Silicon growth substrate, especially when doing
angewendeten Abkühlprozess, tensile Verspannungen in den Schichten auftreten. Herkömmlicherweise werden derartige tensile Verspannungen mittels einer kompressiven Applied cooling process, tensile stresses occur in the layers. Conventionally, such tensile stresses by means of a compressive
Vorverspannung des Gruppe-III-Nitride Preloading the Group III Nitrides
Halbleiterschichtenstapels während des Wachstums kompensiert. Derartige Vorverspannungen sind beispielsweise in der  Semiconductor layer stack compensated during growth. Such Vorverspannungen are for example in the
Veröffentlichung "GaN-based epitaxy on Silicon: stress measurements " , Krost et al . , phys . stat. sol. (a) 200, No . 1, 26 - 35 (2003), beschrieben. Diese gewollte kompressive Publication "GaN-based epitaxy on Silicon: stress measurements", Krost et al. , phys. stat. sol. (a) 200, No. 1, 26-35 (2003). This wanted compressive
Vorverspannung wird jedoch nachteilig bei einer hohen Preload, however, is disadvantageous at a high
Dotierung der Schichten mit Silizium abgebaut, sodass Doping the layers with silicon degraded, so
wiederum beim Abkühlprozess der Schichten ein Reißen dieser Schichten auftreten kann. Again, during the cooling process of the layers, a cracking of these layers can occur.
Beim Aufwachsen von GaN-Schichten auf einem Saphir-Substrat entsteht dagegen beim Abkühlprozess eine kompressive By contrast, when GaN layers are grown on a sapphire substrate, a compressive one is created during the cooling process
Verspannung aufgrund der thermischen Fehlanpassung der Tension due to the thermal mismatch of
Materialien. Jedoch können eine hohe Si-Dotierung und/oder eine hohe Schichtdicke der n-dotierten Schichten des Materials. However, a high Si doping and / or a high layer thickness of the n-doped layers of the
Schichtenstapels aufgrund der dadurch erzeugten tensilen Verspannung während der Abscheidung bereits zu einem Reißen in den epitaxierten Schichten führen. Layers stack already lead to a crack in the epitaxial layers due to the resulting tensile stress during deposition.
Dicke und hochdotierte Schichten sind jedoch Voraussetzung zum Beispiel für effiziente Lichtemitter, welche auf billigen und großflächig verfügbaren Siliziumsubstraten hergestellt werden sollen. Zudem finden dicke und hochdotierte Schichten für elektronische Bauelemente wie beispielsweise p-i-n oder Schottky-Transistoren für Hochspannungsanwendungen However, thick and heavily doped layers are a prerequisite for efficient light emitters, for example, which are to be produced on inexpensive silicon substrates which are available over a large area. In addition, thick and heavily doped layers are found for electronic components such as p-i-n or Schottky transistors for high voltage applications
Verwendung . Die tensilen Verspannungen in derartigen Halbeiterchips zu reduzieren, ist zwar prinzipiell möglich, erfordert aber einen hohen Aufwand. Der Grund dafür ist die typischerweise hohe Versetzungsdichte von größer oder zirka 1 x 10^ cm~2Use . Although it is possible in principle to reduce the tensile stresses in such semiconductor chips, it requires a great deal of effort. The reason for this is the typically high dislocation density of greater or about 1 x 10 ^ cm -2
Durch eine Zugabe von Si von größer oder zirka 1 x ΙΟ^ cm-^ wird durch Abbiegen der Versetzungen eine bereits eingebaute kompressive Verspannung vermindert, oder auch eine By adding Si of greater than or equal to about 1 × ΙΟ cm -1, an already built-in compressive stress is reduced by bending the dislocations, or even a
zusätzliche tensile Verspannung erzeugt. Dieser Effekt ist unter anderem in der Veröffentlichung "Si doping effect on strain reduction in compressively strained A10.49GaO.51N thin films", Cantu et al . , Appl . Phys . Lett., Vol. 83, No . 4, July 28, 2003, beschrieben. generates additional tensile stress. This effect is described inter alia in the publication "Si doping effect on strain reduction in compressively strained A10.49 Ga0.51N thin films", Cantu et al. , Appl. Phys. Lett., Vol. 83, No. 4, July 28, 2003.
Si wird als Dotand insbesondere deshalb verwendet, da Silan als Ausgangsstoff für die Siliziumdotierung einen geringen Preis aufweist und die einfache Verwendung von Silan einen Einsatz anderer Elemente als Dotand als unnötig kompliziert erscheinen lassen. Auch im Hinblick auf eine Verringerung des Verspannungsproblems ließen sich bislang keine Vorteile durch andere Gruppe-IV-Dotanden erkennen, da die Chemie der Stoffe sehr ähnlich ist und sich daher dieselben Probleme erwarten lassen . Si is used as a dopant, in particular, since silane as the starting material for the silicon doping has a low price and the simple use of silane makes the use of elements other than dopant as unnecessarily complicated. Also with regard to a reduction of the bracing problem could be seen so far no advantages of other group IV dopants, since the chemistry of the substances is very similar and therefore the same problems can be expected.
Eine hohe Dotierung ist unter anderem jedoch für eine gute Kontaktbildung notwendig, wobei Elektronenkonzentrationen oberhalb von 5 x ΙΟ^ cm-^ dafür angestrebt werden. However, a high doping is necessary inter alia for a good contact formation, with electron concentrations above 5 x ΙΟ ^ cm ^ are striven for.
Das Aufwachsen von GaN-Schichten auf einem Heterosubstrat führt im Allgemeinen zu einer erhöhten Versetzungsdichte innerhalb der GaN-Schichten. Um diese Versetzungsdichten zu reduzieren, finden unter anderem SiNx-MaskierungsschichtenThe growth of GaN layers on a heterosubstrate generally results in an increased dislocation density within the GaN layers. To reduce these dislocation densities, inter alia SiN x masking layers are found
Verwendung. Derartige Maskierungsschichten sind dem Fachmann unter anderem auch unter dem Begriff "in situ SiN- Maskierungsschichten" bekannt und beispielsweise in der Use. Such masking layers are among others also known by the term "in situ SiN". Masking layers "known and for example in the
Veröffentlichung "Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy - Quantum Dot Formation and Dislocation Termination" , Tanaka et al., Jpn. J. Appl. Phys . , Vol. 39 (2000), PI. 2, No . 8B, beschrieben. Eine derartige Maskierungsschicht wird dabei nach Aufwachsen zumindest einer ersten Gruppe-III- Nitridschicht des Halbleiterschichtenstapels auf dieser partiell aufgebracht. Das Aufbringen der Maskierungsschicht erfolgt typischerweise durch eine Reaktion von Silizium mit Stickstoff (Ammoniak als Quelle) . Bei einer entsprechend dünn abgeschiedenen Schicht kann der Fachmann erreichen, dass eine nur partiell ausgebildete SiN-Schicht entsteht. In einem weiteren GaN Abscheidungsschritt wird ausgehend von den nicht mit SiN bedeckten Bereichen eine weitere GaN-Schicht erzeugt. Diese wächst zunächst in einer 3-dim Inselstruktur auf den von Material der Nukleationsschicht freien Bereichen der ersten GaN-Schicht und breitet sich mit zunehmender Publication "Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy - Quantum Dot Formation and Dislocation Termination", Tanaka et al., Jpn. J. Appl. Phys. , Vol. 39 (2000), PI. 2, No. 8B. Such a masking layer is in this case partially applied after it has grown at least a first group III nitride layer of the semiconductor layer stack. The masking layer is typically applied by a reaction of silicon with nitrogen (ammonia as a source). In a suitably thinly deposited layer, the person skilled in the art can achieve that a SiN layer which is only partially formed is formed. In a further GaN deposition step, a further GaN layer is produced starting from the non-SiN-covered regions. This first grows in a 3-dim island structure on the material of the nucleation-free areas of the first GaN layer and spreads with increasing
Wachstumszeit in lateraler Richtung über die SiN- Maskierungsschicht aus. In diesem Bereich ist die Growth time in the lateral direction over the SiN masking layer. In this area is the
Versetzungsdichte deutlich reduziert. Dislocation density significantly reduced.
Wird die zweite GaN-Schicht für eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit mit Si dotiert, kann die parasitäre Reaktion des Siliziums mit Stickstoff zu SiN ebenfalls auftreten, sodass hier nachteilig ebenfalls ein lediglich partielles Überwachsen stattfindet, und eine gewünschte schnelle If the second GaN layer is doped with Si for improved electrical conductivity, the parasitic reaction of silicon with nitrogen to form SiN can also occur, so that here too only a partial overgrowth takes place, and a desired fast
Koaleszenz der Wachstumsinseln zu einer geschlossenen Coalescence of the growth islands to a closed
versetzungsreduzierten Schicht behindert wird, oder, je nach Prozessführung, die Koaleszenz von unerwünschten sich neu auf der SiN-Maske bildenden Keimen ausgeht. dislocation-reduced layer is hindered, or, depending on the process, the coalescence emanates unwanted germs newly forming on the SiN mask.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen verbesserten Halbleiterchip anzugeben, der eine hohe n-Dotierung und gleichzeitig eine verringerte Gefahr des Reißens der It is an object of the present application to provide an improved semiconductor chip, which has a high n-type doping and at the same time a reduced risk of tearing the
Schichten des Halbleiterchips aufweist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Herstellungsverfahren Has layers of the semiconductor chip. It is also an object of the present application, a production process
anzugeben, eine GaN-Schicht auf ein Aufwachssubstrat mit einem hohen Grad an n-Dotierung zu wachsen, bei der die to grow a GaN layer on a growth substrate with a high degree of n-type doping, in which the
Gefahr einer Beschädigung der GaN-Schicht verringert ist und zusätzlich eine schnelle Koaleszenz einer GaN-Schicht  Danger of damage to the GaN layer is reduced and in addition a rapid coalescence of a GaN layer
nachfolgend einer eventuell aufgebrachten Maskierungsschicht nicht nachteilig gehindert wird. following a possibly applied masking layer is not adversely prevented.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch einen These tasks are among others by a
Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterchips mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Semiconductor chip having the features of claim 1 and by a method for producing such a semiconductor chip having the features of claim 10. advantageous
Weiterbildungen des Halbleiterchips und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Further developments of the semiconductor chip and the method for its production are the subject of the dependent claims.
In einer Aus führungs form weist der Halbleiterchip einen In one embodiment, the semiconductor chip has a
Halbleiterschichtenstapel auf, der auf dem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert und zumindest eine n-dotierte Schicht aufweist. Als n-Dotierstoff wird ein schwererer Semiconductor layer stack based on the group III nitride material system and having at least one n-type doped layer. As n-dopant becomes a heavier
Dotand als Silizium aus der IV. Hauptgruppe oder ein Dotand aus der VI. Hauptgruppe der chemischen Elemente verwendet. Der Halbleiterchip findet vorzugsweise Verwendung zur Dotand as silicon from the IV. Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements used. The semiconductor chip is preferably used for
elektronischen Anwendung und weist vorzugsweise hochleitende beziehungsweise hochdotierte n-Schichten im GaN electronic application and preferably has highly conductive or highly doped n-layers in the GaN
Halbleiterschichtenstapel auf. Insbesondere basiert der Semiconductor layer stack on. In particular, the
Halbleiterschichtenstapel auf AlnIn]__n_mGamN mit bevorzugt 0 < n < 0,2 und/oder 0,35 < m < 0,95 und/oder 0 < 1-n-m < 0,5 oder besteht hieraus, wobei Dotierstoffe von der genannten Summenformel nicht umfasst sind und somit im Semiconductor layer stack on Al n In ] __ n _ m Ga m N with preferably 0 <n <0.2 and / or 0.35 <m <0.95 and / or 0 <1-nm <0.5 or consists thereof, wherein dopants of said molecular formula are not included and thus in
Halbleiterschichtenstapel zusätzlich enthalten sein können. In einer Mittelschicht mit einer Dicke von bis zu 50 nm kann von den oben genannten Werten für n, m abgewichen sein und stattdessen gelten, dass 0,75 < n < 1. Semiconductor layer stack may be included in addition. In a middle layer with a thickness of up to 50 nm, it may be different from the above-mentioned values for n, m and instead that 0.75 <n <1.
Als n-dotierte Schicht basierend auf dem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride kann im Rahmen der Anmeldung auch ein n- dotiertes Substrat zu verstehen sein, das auf dem In the context of the application, an n-doped layer based on the material system of the group III nitrides can also be understood to mean an n-doped substrate which is deposited on the substrate
Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert, also Group III nitride material system based, so
beispielsweise auf GaN. In diesem Fall weist der for example on GaN. In this case, the
Halbleiterchip somit zumindest als Halbleiterschichtenstapel das n-dotierte Substrat auf, auf dem weitere Schichten aufgebracht sein können. Semiconductor chip thus at least as semiconductor layer stack on the n-doped substrate on which further layers may be applied.
In einer Weiterbildung ist der Halbleiterchip ein In a development, the semiconductor chip is a
optoelektronischer Halbleiterchip. In diesem Fall weist der Halbleiterchip eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht zwischen der n-dotierten Schicht und einer p- dotierten Schicht auf. Ein optoelektronischer Halbleiterchip ist insbesondere ein Halbleiterchip, der die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten oder Energien in Lichtemission ermöglicht oder umgekehrt. Beispielsweise ist der optoelectronic semiconductor chip. In this case, the semiconductor chip has an active layer provided for the generation of radiation between the n-doped layer and a p-doped layer. An optoelectronic semiconductor chip is, in particular, a semiconductor chip which enables the conversion of electronically generated data or energies into light emission or vice versa. For example, the
optoelektronische Halbleiterchip ein strahlungsemittierender Halbleiterchip . Optoelectronic semiconductor chip, a radiation-emitting semiconductor chip.
Bei Verwendung eines wie beanspruchten Dotanden zur n- Dotierung treten vorteilhafterweise die vorab erörterten unerwünschten Effekte betreffend die tensile Verspannung und/oder die parasitäre Reaktion nicht auf. Insbesondere kann mittels eines wie beanspruchten Dotanden die auftretende tensile Verspannung beim Abkühlprozess und/oder die When using a dopant for n-doping as claimed, advantageously the undesirable effects discussed above concerning the tensile strain and / or the parasitic reaction do not occur. In particular, by means of a dopant as claimed dopant tensile stress during the cooling process and / or the
auftretende tensile Verspannung aufgrund der hohen n- Dotierung sowie ein lediglich partielles Überwachsen aufgrund eines hohen Silizium-Gehalts reduziert beziehungsweise verhindert werden. occurring tensile stress due to the high n-type doping as well as only partial overgrowth due to reduced or prevented a high silicon content.
Zudem ist es möglich, die n-dotierte Schicht oder Schichten des Halbleiterschichtenstapels bei verbesserter n-In addition, it is possible to use the n-doped layer or layers of the semiconductor layer stack with improved n-type doping.
Leitfähigkeit entsprechend dünn abzuscheiden. Mit dem Conductivity accordingly thin to separate. With the
beanspruchten Dotanden kann somit eine dünne sowie claimed dopants can thus be a thin and
hochdotierte n-Schicht hergestellt werden. Die Verwendung eines wie beanspruchten Dotanden führt somit zu einer Verringerung der Rissbildung und Beschädigung der n- Schicht des Halbleiterschichtenstapels im Gegensatz zur highly doped n-layer can be produced. The use of a dopant as claimed thus leads to a reduction in the cracking and damage of the n-layer of the semiconductor layer stack in contrast to
Verwendung von Silizium als Dotanden. Zudem kann eine dicke hoch n-dotierte Gruppe-III-Nitridschicht auf einem Saphir, Silizium-Carbid- oder Siliziumsubstrat realisiert werden. Dabei muss der Dotand schwerer beziehungsweise größer als Silizium sein, damit er nicht als amphoterer Dotand oder als p-Dotand wirkt. Alternativ bieten sich Gruppe-VI-Dotanden an. Die aktive Schicht des Halbleiterschichtenstapels enthält bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, Single quantum well) oder eine Use of silicon as dopants. In addition, a thick highly n-doped group III nitride layer can be realized on a sapphire, silicon carbide or silicon substrate. In this case, the dopant must be heavier or larger than silicon so that it does not act as an amphoteric dopant or as a p-dopant. Alternatively, group VI dopants are suitable. The active layer of the semiconductor layer stack preferably contains a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW, single quantum well) or a
Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation. The term quantum well structure unfolds no significance with respect to the
Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede  Dimensionality of quantization. It includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots, and each one
Kombination dieser Strukturen. Auf einem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basierend bedeutet hier und im Folgenden, dass die Combination of these structures. Based on a material system of group III nitrides means here and below that the
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterschichtenstapels eine epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichtenfolge ist, die zumindest eine Schicht aus einem Nitrid- I I I-Verbindungshalbleitermaterial aufweist, Semiconductor layer sequence of the semiconductor layer stack epitaxially deposited on a growth substrate Layer sequence, which has at least one layer of a nitride II I compound semiconductor material,
vorzugsweise AlnGamIn]__m_nN, wobei 0 < n, m < 1, n + m < 1.preferably Al n Ga m In] __ _ n m N, where 0 <n, m <1, n + m <. 1
Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann das Material eine oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, the material may comprise one or more dopants as well as additional constituents which the
charakteristischen physikalischen Eigenschaften des characteristic physical properties of the
AlnGamIn]__m_nN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. In einer Weiterbildung ist der n-Dotierstoff Ge, Sn, Pb, 0, S, Se oder Te. Dabei kann also als n-Dotierstoff ein Al n Ga m In] __ _ n N m change material does not substantially. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances. In a development, the n-dopant is Ge, Sn, Pb, O, S, Se or Te. In this case, therefore, as n-dopant a
schwererer Dotand aus der IV. Hauptgruppe der chemischen Elemente als Silizium, also Ge, Sn oder Pb, Verwendung finden. Als Dotand aus der VI. Hauptgruppe findet heavier dopant from the IV. Main group of chemical elements as silicon, so Ge, Sn or Pb, find use. As Dotand from the VI. Main group finds
beispielsweise 0, S, Se oder Te Verwendung. Diese Dotanden zeigen nicht die unerwünschten Effekte aus dem Stand der Technik, da diese Dotanden nicht zum Abbiegen oder dem for example, 0, S, Se or Te use. These dopants do not show the undesirable effects of the prior art, since these dopants are not for turning or the
Wandern von Versetzungen beitragen und damit eine tensile Verspannung begünstigen. Contribute to migration of dislocations and thus promote a tensile strain.
In einer Weiterbildung findet als n-Dotierstoff neben Ge zusätzlich Silizium Verwendung. Die n-dotierte Schicht ist in diesem Fall also mit Ge und Si dotiert. Damit kann die tensile Verspannung und die Dotierung unabhängig voneinander beeinflusst werden. In a further development, in addition to Ge, silicon is also used as n-dopant. The n-doped layer is therefore doped in this case with Ge and Si. Thus, the tensile strain and the doping can be influenced independently.
In einer Weiterbildung ist die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n-dotierten Schicht größer als 1019 l/cnW. Es wird also eine n-dotierte Schicht auf einem In a development, the dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer is greater than 10 19 l / CNW. So it becomes an n-doped layer on one
Aufwachssubstrat mit einer hohen Dotierstoffkonzentration aufgewachsen. So kann eine dünne und gleichzeitig Growth substrate grown with a high dopant concentration. So can a thin and at the same time
hochdotierte n-dotierte Schicht realisiert werden. highly doped n-doped layer can be realized.
In einer Weiterbildung ist der Halbleiterchip eine InGaN-LED. Bevorzugt ist der Halbleiterchip ein Dünnfilmchip. Als In a development, the semiconductor chip is an InGaN LED. The semiconductor chip is preferably a thin-film chip. When
Dünnfilmchip wird im Rahmen der Anmeldung ein Halbleiterchip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf dem der Halbleiterschichtenstapel epitaktisch Thin film chip is considered in the context of the application, a semiconductor chip during its production, the growth substrate on which the semiconductor layer stack epitaxially
aufgewachsen wurde, vorzugsweise vollständig abgelöst ist. Der Halbleiterschichtenstapel des Halbleiterchips kann dabei beispielsweise auf einem Trägersubstrat aufgebracht sein. Bevorzugt ist als Trägersubstrat ein siliziumhaltiges grew up, preferably completely detached. The semiconductor layer stack of the semiconductor chip can be applied, for example, on a carrier substrate. The carrier substrate used is preferably a silicon-containing material
Trägersubstrat vorgesehen, insbesondere dann, wenn bereits das Aufwachssubstrat ein siliziumhaltiges Substrat ist. Carrier substrate provided, in particular when already the growth substrate is a silicon-containing substrate.
In einer Weiterbildung weist der Halbleiterchip und/oder der Halbleiterschichtenstapel eine einseitige elektrische In one development, the semiconductor chip and / or the semiconductor layer stack has a single-sided electrical
Kontaktierung auf. Mit anderen Worten kann der Halbleiterchip dann ein Flip-Chip sein. Ebenso ist es möglich, dass eine elektrische Kontaktierung aufgebaut ist, wie in der Contacting on. In other words, the semiconductor chip can then be a flip-chip. It is also possible that an electrical contact is constructed, as in the
Druckschrift US 2010/0171135 AI oder WO 2011/006719 AI angegeben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug Reference US 2010/0171135 AI or WO 2011/006719 AI specified, the disclosure of which by reference
aufgenommen wird. Die n- und p-dotierten Schichten des is recorded. The n- and p-doped layers of the
Halbleiterschichtenstapels sind somit einseitig, also Semiconductor layer stack are thus one-sided, ie
beispielsweise lediglich von einer Rückseite des For example, only from a back of the
Halbleiterschichtenstapels elektrisch kontaktierbar . Semiconductor layer stack electrically contacted.
Alternativ kann die elektrische Kontaktierung von einer Alternatively, the electrical contact of a
Vorderseite des Halbleiterschichtenstapels erfolgen. Zur elektrischen Kontaktierung sind auf einer Seite des Front of the semiconductor layer stack done. For electrical contact are on one side of the
Halbleiterschichtenstapels eine erste und zweite elektrische Anschlussschicht angeordnet, die jeweils zur elektrischen Kontaktierung des Schichtenstapels eines Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind. Die erste und zweite elektrische Semiconductor layer stack arranged a first and second electrical connection layer, each for electrical Contacting the layer stack of a conductivity type are provided. The first and second electrical
Anschlussschicht sind dabei beispielsweise mittels einer elektrisch isolierenden Trennschicht gegeneinander elektrisch isoliert. Connection layer are electrically isolated from each other, for example by means of an electrically insulating separation layer.
Die einseitige Kontaktierungstechnik des Chips ermöglicht einen niederohmigen Kontakt. Aufgrund der einseitigen The one-sided contacting technology of the chip allows a low-resistance contact. Because of the one-sided
Anordnung der Kontaktierungen kann mit Vorteil die volle Funktionalität der epitaktischen Schichten des Arrangement of the contacts can advantageously the full functionality of the epitaxial layers of
Halbleiterschichtenstapels, insbesondere der aktiven Schicht, gewährleistet werden.  Semiconductor layer stack, in particular the active layer can be ensured.
In einer Weiterbildung erfüllt die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n-dotierten Schicht folgende In a development, the dopant concentration of the n-type dopant in the n-doped layer fulfills the following
Bedingung : Condition:
D x DISEdge x N > 5 x 1023 cm-4, mit D der Schichtdicke der n-dotierten Schicht in cm, DlS^^gg der mittleren Versetzungsdichte mit Stufenanteil im Bereich der n-dotierten Schicht in cm-2 und mit einem Wert oberhalb von 1 x 10^ cm-2, N der Dotierstoffkonzentration in der n- dotierten Schicht in cm-3. D x DIS Edge x N> 5 x 10 23 cm -4, with D the thickness of the n-doped layer in cm, DIS ^^ g g the average dislocation density-scale content in the n-doped layer in cm -2 and with a value above 1 × 10 -4 cm -2 , N of the dopant concentration in the n-doped layer in cm -3 .
Hierbei ist D insbesondere die Schichtdicke der gesamten n- dotierten Schicht und optional auch darauffolgender In this case, D is in particular the layer thickness of the entire n-doped layer and optionally also subsequent thereto
Schichten, jedoch maximal bis zu einer nächsten Layers, but maximum up to one next
Spannungskompensierenden Schicht. N ist insbesondere eine höchste Donatorkonzentration in der n-dotierten Schicht. Stress compensating layer. In particular, N is a highest donor concentration in the n-doped layer.
Dabei wird auch durch eine dünne n-dotierte Schicht mit einer Dicke D von mindestens 100 nm eine starke Zugverspannung bei hohen Versetzungskonzentrationen erzeugt. It is also by a thin n-doped layer with a Thickness D of at least 100 nm produces strong tensile stress at high dislocation concentrations.
Da solch eine Zugverspannung auch nach Verringern der Since such a tensile stress even after reducing the
Dotierstoffkonzentration erhalten bleibt, ist es nicht ausschlaggebend, dass die gesamte n-dotierte Schicht Dopant concentration is maintained, it is not crucial that the entire n-doped layer
hochdotiert ist, sondern dass mindestens bereichsweise relativ hochdotiert wird und/oder eine hohe Stufen¬ versetzungskonzentration vorhanden ist. Solch eine hohe is highly doped, but that at least partially relatively highly doped and / or a high stage ¬ dislocation concentration is present. Such a high one
Dotierung ist in Wachstumsrichtung gesehen am Anfang der n- dotierten Schicht etwas weniger vorteilhaft als am Ende, da die reduzierte Spannung in der wachsenden Schicht auf einen dickeren Teil der Schicht spannungsreduzierend wirkt als am Ende . Doping is slightly less advantageous at the beginning of the n-doped layer than seen at the end in the growth direction, since the reduced stress in the growing layer has a stress-reducing effect on a thicker part of the layer than at the end.
Diese n-dotierte Schicht ist bevorzugt mindestens 0, 6 μπι dick und weist etwa auf den oberen mindestens 400 nm eine This n-doped layer is preferably at least 0, 6 μπι thick and has approximately on the upper at least 400 nm
Elektronenkonzentration von mindestens 5xl018 cm J auf. Electron concentration of at least 5xl0 18 cm J on.
Insbesondere aufgrund des stark gitterfehlangepassten Especially due to the strong lattice mismatch
Wachstumsprozesses auf Silizium liegt die Growth process on silicon is the
Stufenversetzungsdichte typisch oberhalb von 2xl09 cm ^ . Damit ergibt sich aus der Formel nach Anspruch 1 ein Wert vonStep dislocation density typically above 2x10 9 cm ^. This results from the formula according to claim 1, a value of
6xl023. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips beträgt die Dicke D zwischen einschließlich 300 nm und 5 μπι, insbesondere zwischen einschließlich 0,4 μπι und 3 μπι oder zwischen einschließlich 0,5 μπι und 2,0 μπι. DlS^^gg liegt zum6xl0 23 . According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the thickness D is between 300 nm and 5 μπι, in particular between 0.4 μπι and 3 μπι or between 0.5 μπι and 2.0 μπι inclusive. DlS ^^ g g lies to
Beispiel zwischen einschließlich 5 x 107 cm Δ und 109 cm ^ oder zwischen einschließlich 9 x 107 cm Δ und 5 x 10° cm Δ . Die Konzentration N kann zwischen einschließlich 1 x 1018 cm J und 1 x 10 (J cm J oder zwischen einschließlich 7 x 10 cm 3 und 5 x 1θ19 cm_3 liegen. Example between 5 x 10 7 cm Δ and 109 cm ^ inclusive or between 9 x 10 7 cm Δ and 5 x 10 ° cm Δ . The concentration N can be between 1 x 10 18 cm J and 1 x 10 (J cm or J is between 7 x 10 cm 3 and 5 x 1θ19 cm _ lie. 3
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips gilt als Untergrenze für den Ausdruck D x DlSßdge x N einAccording to at least one embodiment of the semiconductor chip, the lower limit for the expression D x DlSßdge x N is a
Wert von mindestens 1 x 10^3 cm-^ oder von mindestens Value of at least 1 x 10 ^ 3 cm ^ or at least
5 x 10^3 cm"^ oder von mindestens 1 x 10^4 cm-^ oder. Eine5 x 10 ^ 3 cm " ^ or of at least 1 x 10 ^ 4 cm ^ or
Obergrenze kann alternativ oder zusätzlich höchstens Upper limit may alternatively or additionally at most
5 x 10^6 cm~4 oder höchstens 1 x 10^6 cm-^ betragen. 5 x 10 ^ 6 cm ~ 4 or at most 1 x 10 ^ 6 cm ^.
Obige Bedingung kann als Kriterium für die sinnvolle The above condition can be used as a criterion for the meaningful
Verwendung eines unüblichen und wie beanspruchten Dotanden in hochdotierten Gruppe-III-Nitridschichten im Vergleich zum normalerweise verwendeten Silizium gesehen werden. Dabei können diese Schichten sowohl heteroepitaktisch auf Saphir, Sic oder Silizium, aber auch homoepitaktisch auf Gruppe-III- Nitrid-Substraten, die eine entsprechend hohe Use of an unusual and as claimed dopants in highly doped group III nitride layers compared to the normally used silicon can be seen. These layers can be heteroepitactic on sapphire, sic or silicon, but also homoepitaxial on group III nitride substrates, which have a correspondingly high
Versetzungsdichte von beispielsweise höher als 5 x 10^ cm~2 aufweisen, aufgewachsen werden. Dislocation density of, for example, greater than 5 x 10 ^ cm ~ 2 grown.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips umfasst dieser eine hoch n-leitfähige Schicht, insbesondere basierend auf GaN, wobei diese Schicht einer in situ- oder ex situ-Maskierungsschicht bevorzugt nachfolgt. According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the latter comprises a highly n-conductive layer, in particular based on GaN, this layer preferably following an in situ or ex situ masking layer.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips weist die hoch n-leitfähige Schicht, die auf die According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the highly n-conductive layer, which is applied to the
Maskierungsschicht folgt, eine n-Dotierung oberhalb von lO-L^ cm_3 oder δχΐθ^ cm_3 auf. Diese n-Dotierung erfolgt insbesondere über eine Schichtdicke von einschließlich 10 nm bis 300 nm hinweg. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dotanden kann eine hohe n-Typ Dotierung verwirklicht werden, ohne die anschließende Koaleszenz nennenswert zu behindern oder stark herauszuzögern, wie es bei einer Si-Dotierung der Fall wäre, da Si das dreidimensionale Wachstum befördert und somit eine zweidimensional wachsende Schicht nur schwer erreicht werden kann, meist erst nach dem Wachstum sehr dicker Schichten. Masking layer follows, an n-doping above lO-L ^ cm _ 3 or δχΐθ ^ cm _ 3 on. This n-doping takes place in particular over a layer thickness of 10 nm to 300 nm inclusive. By using the dopants according to the invention, a high n-type doping can be realized, without appreciably hindering or delaying subsequent coalescence, as would be the case with Si doping, since Si promotes three-dimensional growth and thus a two-dimensionally growing layer is difficult to achieve, usually only after the growth of very thick layers.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips umfasst oder besteht die Maskierungsschicht zum Beispiel aus SiN, SiO, SiON oder BN oder einem anderen, nicht oder nur gehemmt benetzenden Material, das ein dreidimensionales Wachstum fördert, und/oder Wachstumsbedingungen, die dies unabhängig von solch einer Maskierungsschicht tun. Eine Möglichkeit dies zu erreichen besteht darin, eine starke Dotierung »10^-^ cm--^ etwa umfassend Si, über eine According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the masking layer comprises or consists, for example, of SiN, SiO, SiON or BN or another material which does not or only inhibits wetting, which promotes three-dimensional growth, and / or growth conditions which are independent of such do a masking layer. One way to accomplish this is to add a heavy doping "10 ^ - ^ cm - ^ approximately Si, over one
Schichtdicke von 10 nm bis 300 nm vorzusehen. Layer thickness of 10 nm to 300 nm provided.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips weist die Maskierungsschicht eine Dicke von höchstens 2 nm, insbesondere von höchstens 1 nm auf. Beispielsweise beträgt die Dicke der Maskierungsschicht im Mittel eine oder zwei Monolagen. Maskierungsschichten sind in der Veröffentlichung "Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy - Quantum Dot According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the masking layer has a thickness of at most 2 nm, in particular of at most 1 nm. For example, the thickness of the masking layer is on average one or two monolayers. Masking layers are described in the publication "Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy - Quantum Dot
Formation and Dislocation Termination" , Tanaka et al . , Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39 (2000), PI. 2, No . 8B, beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Formation and Dislocation Termination ", Tanaka et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39 (2000), PI. 2, No. 8B, the disclosure of which is incorporated by reference.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips beträgt ein Bedeckungsgrad der Maskierungsschicht zwischen einschließlich 20 % und 80 % oder zwischen einschließlich 55 % und 70 % der darunterliegenden Schicht. Mit anderen Worten ist das Aufwachssubstrat und/oder die Anwachsschicht, in Draufsicht gesehen, zu dem genannten Anteil von einem Material der Maskierungsschicht überdeckt. According to at least one embodiment of the semiconductor chip, a coverage of the masking layer is between 20% and 80% inclusive, or between 55% and 70% inclusive of the underlying layer. In other words, the growth substrate and / or the growth layer, seen in plan view, to the said portion covered by a material of the masking layer.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips weist dieser eine Koaleszenzschicht auf, die der According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the latter has a coalescing layer which is the one of the coalescing layer
Maskierungsschicht insbesondere unmittelbar nachfolgt und in der die Koaleszenz erfolgt, ausgehend von Öffnungen in der Maskierungsschicht. Bei dieser Schicht handelt es sich insbesondere um eine GaN-Schicht. Eine Dicke dieser  Masking layer in particular immediately follows and in which the coalescence takes place, starting from openings in the masking layer. This layer is in particular a GaN layer. A thickness of this
Koaleszenzschicht liegt bevorzugt zwischen einschließlichCoalescing layer is preferably between inclusive
300 nm und 3 μπι, insbesondere zwischen einschließlich 400 nm und 1,2 μπι. Die Koaleszenzschicht kann undotiert oder im Wesentlichen undotiert sein. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips umfasst dieser eine Mittelschicht, die insbesondere auf AlGaN basiert. Ein Al-Gehalt der Mittelschicht liegt bevorzugt zwischen einschließlich 75 % und 100 %. Eine Dicke der 300 nm and 3 μπι, in particular between 400 nm and 1.2 μπι. The coalescing layer may be undoped or substantially undoped. According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the latter comprises a middle layer which is based in particular on AlGaN. An Al content of the middle layer is preferably between 75% and 100% inclusive. A thickness of
Mittelschicht liegt insbesondere zwischen einschließlich 5 nm und 50 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 10 nm undIn particular, the middle layer is between 5 nm and 50 nm inclusive, for example between 10 nm and 10 nm inclusive
20 nm. Die Mittelschicht kann zwischen der hoch n-leitfähigen Schicht und der Maskierungsschicht liegen. Insbesondere grenzt die Mittelschicht unmittelbar an die hoch n-leitfähige Schicht und an die Koaleszenzschicht. 20 nm. The middle layer may be between the high n-type layer and the masking layer. In particular, the middle layer directly adjoins the highly n-conductive layer and the coalescing layer.
Ein Nachweis des oder der Dotanden in dem Halbleiterchip kann zum Beispiel durch eine Sekundärionen-Massenspektrometrie- Analyse, kurz SIMS, erfolgen. In dieser sind Detection of the dopant (s) in the semiconductor chip can be carried out, for example, by a secondary ion mass spectrometry analysis (SIMS for short). In this are
Maskierungsschichten nachweisbar oder die bei großen Inseln der Maskierungsschicht meist auf einer Mikrometerskala existierenden Dotierungsschwankungen, aufgrund eines Masking layers detectable or existing at large islands of the masking layer usually on a micrometer scale doping fluctuations due to a
facettenabhängigen Einbaus der Dotanden und damit verbundenen leichten Konzentrationsschwankungen. Solche Inhomogenitäten können beispielsweise auch mittels Querschnitt- Kathodolumineszenz oder Querschnitt- Transmissionselektronenmikroskopie-Kathodolumineszenz anhand der unterschiedlichen Positionen von donatorgebundenen facet-dependent incorporation of the dopants and associated slight concentration fluctuations. Such inhomogeneities For example, cross-cathodoluminescence or cross-section transmission electron microscopy cathodoluminescence can also be determined by the different positions of donor-bound
Exzitonen oder einer Linienverbreiterung einer Lumineszenz nachgewiesen werden, auch wenn die Maskierungsschicht zum Beispiel durch einen Ätzprozess entfernt ist. Excitons or a line broadening of a luminescence can be detected, even if the masking layer is removed, for example by an etching process.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips beträgt eine Dicke des Halbleiterschichtenstapels mindestens 1 μπι oder mindestens 2 μπι und/oder höchstens 10 μπι oder höchstens 5 μπι. Dies kann nötig sein, um funktionale According to at least one embodiment of the semiconductor chip, a thickness of the semiconductor layer stack is at least 1 μπι or at least 2 μπι and / or at most 10 μπι or at most 5 μπι. This may be necessary to functional
Schichten wie eine aktive Schicht unterzubringen, und/oder um eine Kontaktierung sowie Stromaufweitung zu realisieren und/oder um eine ausreichende Isolation zum Aufwachssubstrat zu gewährleisten. Layers such as an active layer accommodate, and / or to realize a contact and current spreading and / or to ensure sufficient isolation to the growth substrate.
Aufgrund der vergleichsweise großen Schichtdicke ist Due to the comparatively large layer thickness
zum Beispiel im Falle von Silizium für das Aufwachssubstrat bei solchen Dicken eine Spannungskompensation durch For example, in the case of silicon for the growth substrate at such thicknesses a voltage compensation by
Vorspannen eines Großteils des aufgewachsenen Biasing a majority of the grown up
Halbleiterschichtenstapels bevorzugt. Dies kann erzielt werden zum Beispiel durch gestufte Al-haltige Semiconductor layer stack preferred. This can be achieved for example by graded Al-containing
Zwischenschichten mit in Richtung vom Aufwachssubstrat weg abnehmendem Al-Gehalt, durch AIN-Schichten oder durch ein Übergitter aus Al-reichen und Al-armen Schichten. Es kann die Zwischenschicht zwischen einschließlich eins und acht Interlayers having Al content decreasing in the direction away from the growth substrate, by AlN layers or by a superlattice of Al-rich and Al-poor layers. It can be the interlayer between one and eight
Teilschichten umfassen, insbesondere zwischen einschließlich zwei und fünf Teilschichten. Eine Dicke der Zwischenschichten insgesamt liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 20 nm und 500 nm, insbesondere zwischen einschließlich 50 nm und 250 nm . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterchips ist die Keimschicht, die insbesondere auf A1N basiert, und/oder auch eine direkt hierauf gewachsenen GaN-Schicht, dotiert. Eine Dotierung der Keimschicht, die auch als Pufferschicht dienen kann, erfolgt insbesondere mit Silizium oder mit Partial layers comprise, in particular between two and five partial layers inclusive. A thickness of the intermediate layers as a whole is, for example, between 20 nm and 500 nm inclusive, in particular between 50 nm and 250 nm inclusive. According to at least one embodiment of the semiconductor chip, the seed layer, which is based in particular on AlN, and / or also a GaN layer grown directly thereon, is doped. A doping of the seed layer, which can also serve as a buffer layer, takes place in particular with silicon or with
Sauerstoff. Eine Dotierstoffkonzentration liegt Oxygen. A dopant concentration is
beispielsweise zwischen einschließlich 5 x 1018 cm J undfor example, between and including 5 x 10 18 cm J and
5 x 1021 cm J oder zwischen einschließlich 2 x 1019 cm J und5 x 1021 cm J or between including 2 x 10 19 cm J and
2 x 1020 cm J. Ebenso kann die Keimschicht Indium mit einem Anteil von bis zu 20 % oder von bis zu 10 % aufweisen. Als Aufwachssubstrat dient hierbei besonders bevorzugt Silizium oder Saphir. 2 x 10 20 cm J. Likewise, the seed layer indium in a proportion of up to 20% or up to 10%. Silicon or sapphire is particularly preferably used as the growth substrate.
Durch die hohe Versetzungsdichte von insbesondere >5xl09 cm ^ am Anfang des heteroepitaktischen Wachstums kann, ohne dieDue to the high dislocation density of> 5xl0 9 cm ^ in particular at the beginning of heteroepitactic growth, without the
Erzeugung nennenswerter Verspannungen, in der Regel keine hohe Ladungsträgerkonzentration erzielt werden und damit auch kein niedriger Übergangswiderstand zum Siliziumsubstrat. Generation of significant tension, usually no high carrier concentration can be achieved and thus no low contact resistance to the silicon substrate.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Dotanden als Ersatz zum Si sind die Verspannung auf ein geringeres Maß  By using the dopants according to the invention as a substitute for Si, the stress is reduced to a lesser extent
reduzierbar und es sind Halbleiterchips auf siliziumhaltigenreducible and there are semiconductor chips on silicon-containing
Substraten ermöglicht. Substrates enabled.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein Halbleiterchip hergestellt werden, wie in Verbindung mit einem oder mehrerer der oben genannten Aus führungs formen beschrieben. Merkmale für das Verfahren sind daher auch für den Halbleiterchip offenbart und umgekehrt. In addition, a method for producing an optoelectronic semiconductor chip is specified. For example, by means of the method, a semiconductor chip can be produced, as described in connection with one or more of the abovementioned embodiments. Features for the method are therefore also disclosed for the semiconductor chip and vice versa.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterchips umfasst folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines Aufwachssubstrats, A method for producing a semiconductor chip comprises the following method steps: Providing a growth substrate,
- epitaktisches Aufwachsen eines Halbleiterschichtenstapels, der auf einem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert und zumindest eine n-dotierte Schicht aufweist, wobei als n- Dotierstoff ein schwererer Dotand als Silizium aus der IV. Hauptgruppe oder ein Dotand aus der VI . Hauptgruppe der chemischen Elemente verwendet wird.  epitaxial growth of a semiconductor layer stack based on a material system of the group III nitrides and having at least one n-doped layer, wherein as n-dopant a heavier dopant than silicon from the IV. Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements is used.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht das Wachstum von GaN- Schichten auf beispielsweise ein Siliziumsubstrat mit einem hohen Grad an n-Dotierung, bei der die Verspannung im Such a method allows the growth of GaN layers on, for example, a silicon substrate with a high degree of n-doping, in which the strain in the
Wesentlichen nicht von der Dotierung beeinflusst wird. Zudem ist es möglich, die n-dotierte Schicht oder Schichten des Halbleiterchips bei verbesserter n-Leitfähigkeit entsprechen! dünn abzuscheiden. So kann eine dünne und gleichzeitig hochdotierte n-Schicht hergestellt werden. Dabei kann als Aufwachssubstrat ein siliziumhaltiges Substrat verwendet werden, das vorteilhafterweise kostengünstig ist. Weiterhin wird bei einem derartigen Verfahren bei zusätzlicher Essentially not influenced by the doping. In addition, it is possible to match the n-doped layer or layers of the semiconductor chip with improved n-type conductivity! to separate thinly. Thus, a thin and at the same time highly doped n-layer can be produced. In this case, a silicon-containing substrate can be used as the growth substrate, which is advantageously inexpensive. Furthermore, in such a method with additional
Verwendung einer SiN-Maskierungsschicht zur Use of a SiN masking layer for
Versetzungsreduktion die nachfolgende Koaleszenz Dislocation reduction the subsequent coalescence
vorteilhafterweise nicht nachteilig beeinflusst. advantageously not adversely affected.
Man kann mit dem beschriebenen Verfahren die aufwendige und von den Bauelementanforderungen nicht immer notwendige It is possible with the described method, the complex and not always necessary by the component requirements
Reduktion der Stufenversetzungen oder deren Reduction of stage dislocations or their
Versetzungswandern, die die Zugverspannung bei Dotierung maßgeblich auslösen, umgehen und trotzdem hochdotierte Dislocation migrations, which cause the tensile stress in doping significantly bypass and still highly doped
Schichten herstellen. Create layers.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird während des Aufwachsens eine druckverspannte GaN-Schicht auf dem Aufwachssubstrat, das insbesondere ein Silizium-Substrat ist, mit einer hohen n-Dotierung bei relativ hoher Versetzungsdichte gewachsen, wobei die Druckverspannung nicht oder im Wesentlichen nicht von der Dotierung beeinflusst wird, durch die Verwendung eines schwereren Dotanden wie Ge, Sn, Pb, 0, S, Se oder Te. Es zeigt sich, dass diese Elemente den unerwünschten, Druckverspannung abbauenden Effekt nicht zeigen, da sie anscheinend nicht oder nur wenig zu einem Versetzungswandern beitragen. According to at least one embodiment of the method, a pressure-stressed GaN layer on the growth substrate, in particular a silicon substrate, is formed during the growth is grown with a high n-type doping at a relatively high dislocation density, wherein the compressive stress is not or not substantially affected by the doping, through the use of a heavier dopant such as Ge, Sn, Pb, O, S, Se or Te. It turns out that these elements do not show the undesirable stress-relieving effect, since they apparently do not contribute, or only slightly, to dislocation migration.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form findet das Verfahren Anwendung zur Erzeugung von homoepitaktischen According to at least one embodiment, the method finds application for the generation of homoepitaxial
Bauelementschichten auf Gruppe-III-Nitrid-Pufferschichten . Device layers on group III nitride buffer layers.
Das Aufwachssubstrat ist in einer Weiterbildung ein SOI- Substrat ("Silicon on insulator"-Substrat ) . Alternativ kann das Aufwachssubstrat ein Saphir- oder SiC-Substrat sein. In a further development, the growth substrate is an SOI substrate ("silicon on insulator" substrate). Alternatively, the growth substrate may be a sapphire or SiC substrate.
In einer Weiterbildung wird beim Aufwachsen eine Germanium- Wasserstoff Verbindung, eine organische Germanium Verbindung, tert . -butyl-German, tert . -butyl-Zinn, tert . -butyl-Blei , eine metallorganische Verbindung vom Typ F4_Me mit R einem In a development, a germanium-hydrogen compound, an organic germanium compound, tert. butyl german, tert. butyl-tin, tert. -butyl-lead, an organometallic compound of the type F4_Me with R one
organischen Rest in der Gasphasenepitaxie oder einer organic residue in gas phase epitaxy or a
Verbindung aus der VI. Hauptgruppe mit Wasserstoff oder einem organischen Rest verwendet. Connection from the VI. Main group used with hydrogen or an organic radical.
Die Dotierung mit Germanium ist vor den anderen Elementen zu bevorzugen, da die zur Verfügung stehenden Precursoren einfach einsetzbar sind und der Dampfdruck des Dotands über der Schicht bei den in der Gruppe-III-Nitrid-Epitaxie häufig herrschenden Prozesstemperaturen oberhalb von 1000 °C gut beherrschbar ist. Die anderen Precursoren sind bis auf The doping with germanium is to be preferred over the other elements, since the available precursors are easy to use and the vapor pressure of the dopant above the layer at the most prevalent in the group III nitride epitaxy process temperatures above 1000 ° C well controlled is. The other precursors are up
Sauerstoff im Prozess dagegen nicht so einfach handhabbar. Sauerstoff jedoch wiederum kann im Epitaxieprozess unerwünscht sein, da er als Hauptkontaminent gilt und Oxygen in the process, however, not so easy to handle. Oxygen, in turn, may be involved in the epitaxy process be undesirable because it is considered the main contaminant and
zumindest in der metallorganischen Gasphasenepitaxie auch unerwünschte Reaktionen mit den metallorganischen at least in organometallic gas phase epitaxy also undesirable reactions with the organometallic
Verbindungen auslösen kann und daher ein potentielles Can trigger connections and therefore a potential
Sicherheitsrisiko in Wasserstoffreichen Prozessen darstellt. Represents safety risk in hydrogen-rich processes.
Die in Verbindung mit dem Halbleiterchip genannten Merkmale gelten auch für das Verfahren und umgekehrt. The features mentioned in connection with the semiconductor chip also apply to the method and vice versa.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Further advantages and advantageous developments of
Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen : Invention will become apparent from the embodiments described below in conjunction with Figures 1 to 3. Show it :
Figuren 1, 2A, 2B, 2D jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterchips , FIGS. 1, 2A, 2B, 2D each show a schematic cross section of an exemplary embodiment of a semiconductor chip according to the invention,
Figur 2C ein Diagramm, bei dem die Verspannung gegen die Figure 2C is a diagram in which the tension against the
Herstellungszeit aufgetragen ist,  Production time is applied,
Figur 3 ein Flussdiagramm betreffend ein erfindungsgemäßes FIG. 3 is a flowchart relating to an inventive device
Herstellungsverfahren, und  Manufacturing process, and
Figuren 4 bis 6 schematische Querschnittsdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von Figures 4 to 6 are schematic cross-sectional views of further embodiments of
erfindungsgemäßen Halbleiterchips .  inventive semiconductor chips.
In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende In the figures, the same or the same effect
Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Bestandteile und deren Each component be provided with the same reference numerals. The illustrated components and their
Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile, wie zum Beispiel Schichten, Strukturen, Size ratios among each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual can Components, such as layers, structures,
Komponenten und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. Components and areas to be shown exaggerated thick or large dimensions for better presentation and / or for better understanding.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips 10 im Querschnitt. Der Halbleiterchip 10 weist ein FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor chip 10 in cross section. The semiconductor chip 10 has a
Aufwachssubstrat 1 auf, das zum Beispiel Saphir, Sic oder Silizium aufweist. Das Aufwachssubstrat kann auch ein SOI- Substrat ("silicon on insulator"-Substrat ) oder ein Gruppe I I I-Nitrid-Substrat sein. Growth substrate 1 having, for example, sapphire, Sic or silicon. The growth substrate may also be a silicon on insulator (SOI) substrate or a group I I nitride substrate.
Auf dem siliziumhaltigen Aufwachssubstrat 1 sind die On the silicon-containing growth substrate 1 are the
einzelnen Schichten 2a, 2b, 2c des Halbleiterschichtenstapels 2 aufgewachsen. Der Halbleiterschichtenstapel 2 basiert auf einem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride . Vorzugsweise basiert der Halbleiterschichtenstapel 2 auf dem individual layers 2a, 2b, 2c of the semiconductor layer stack 2 grown. The semiconductor layer stack 2 is based on a group III nitride material system. Preferably, the semiconductor layer stack 2 is based on the
Materialsystem InGaN. Der Halbleiterschichtenstapel 2 weist eine aktive Schicht 2a auf. Die aktive Schicht 2a ist Material system InGaN. The semiconductor layer stack 2 has an active layer 2 a. The active layer 2a is
geeignet, im Betrieb des Halbleiterchips 10 suitable during operation of the semiconductor chip 10th
elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 10 eine LED ("Lichtemittierende Diode") . to generate electromagnetic radiation. Preferably, the semiconductor chip 10 is an LED ("light-emitting diode").
Die aktive Schicht 2a des Halbleiterschichtenstapels 2 ist zwischen einer n-dotierten Schicht 2b und einer p-dotierten Schicht 2c angeordnet. Die n-dotierte Schicht ist im The active layer 2 a of the semiconductor layer stack 2 is arranged between an n-doped layer 2 b and a p-doped layer 2 c. The n-doped layer is in
Ausführungsbeispiel der Figur 1 direkt auf dem Embodiment of Figure 1 directly on the
Aufwachssubstrat 1 aufgebracht. Alternativ kann die n- dotierte Schicht mittels einer Maskierungsschicht und Growth substrate 1 applied. Alternatively, the n-doped layer may be covered by a masking layer and
Koaleszenzschicht auf dem Aufwachssubstrat 1 aufgebracht sein (nicht dargestellt) . Die n-dotierte Schicht 2b weist einen schwereren Dotanden als Silizium aus der IV. Hauptgruppe oder einen Dotanden aus der VI. Hauptgruppe der chemischen Elemente auf. Als n- Dotierstoff der IV. Hauptgruppe findet also Ge, Sn und Pb Verwendung. Als Dotand der VI. Hauptgruppe findet Coalescing be applied to the growth substrate 1 (not shown). The n-doped layer 2b has a heavier dopant than silicon from the IV. Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements. As n-dopant of the IV. Main group is thus Ge, Sn and Pb use. As Dotand the VI. Main group finds
beispielsweise 0, S, Se oder Te Verwendung. for example, 0, S, Se or Te use.
Die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n- dotierten Schicht 2b ist vorzugsweise größer als 5 x ΙΟ^ l/cm^. Mit Vorteil kann aufgrund der Wahl des Dotierstoffs die herkömmlicherweise beim Abkühlprozess auftretende oder aufgrund der Dotierstoffkonzentration auftretende tensile Verspannung des Halbleiterschichtenmaterials vermieden werden. Schichten mit einer derart hohen Dotierung sind insbesondere für eine hohe Querleitfähigkeit und optimierte Kontaktwiderstände vorteilhaft. Es ist zudem möglich, die n- dotierte Schicht 2b bei verbesserter n-Leitfähigkeit The dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer 2b is preferably greater than 5 × ΙΟ 1 / cm 2. Advantageously, due to the choice of the dopant, the tensile strain of the semiconductor layer material which conventionally occurs during the cooling process or which occurs due to the dopant concentration can be avoided. Layers with such a high doping are particularly advantageous for a high transverse conductivity and optimized contact resistance. It is also possible, the n-doped layer 2b with improved n-conductivity
entsprechend dünn abzuscheiden oder die n-Kontaktflächen bei verbesserten Kontaktwiderständen entsprechend klein zu gestalten. correspondingly thin to deposit or to make the n-contact surfaces with improved contact resistance correspondingly small.
Die n-dotierte Schicht 2b und die p-dotierte Schicht 2c des Halbleiterschichtenstapels 2 können aus einer Schichtenfolge zusammengesetzt sein. In diesem Fall weist der The n-doped layer 2b and the p-doped layer 2c of the semiconductor layer stack 2 may be composed of a layer sequence. In this case, the
Halbleiterschichtenstapel 2 eine Mehrzahl von n-dotiertenSemiconductor layer stack 2 a plurality of n-doped
Schichten 2b auf, die zwischen Aufwachssubstrat 1 und aktiver Schicht 2a angeordnet sind. Auf der von dem Aufwachssubstrat 1 abgewandten Seite der aktiven Schicht 2a können in diesem Fall eine Mehrzahl von p-dotierten Schichten angeordnet sein. Layers 2b, which are arranged between growth substrate 1 and active layer 2a. In this case, a plurality of p-doped layers can be arranged on the side of the active layer 2 a facing away from the growth substrate 1.
Die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n- dotierten Schicht oder den n-dotierten Schichten 2b erfüllt vorzugsweise folgende Bedingung: D x DISEdge x N > 5 x 10Ζό cm-4, wobei D die Schichtdicke der n-dotierten Schicht 2a oder der Schichtenfolge der n-dotierten Schicht ist, DlS^^gg die mittlere Versetzungsdichte mit Stufenanteil im Bereich der n- dotierten Schicht 2b oder der n-dotierten Schichten in cm-2 mit einem Wert oberhalb von 1 x 10^ cm-^ und N die The dopant concentration of the n-dopant in the n-doped layer or the n-doped layers 2b preferably satisfies the following condition: D x DIS Edge x N> 5 x 10 Ζό cm -4, where D is the layer thickness of the n-doped layer 2a or the sequence of layers of the n-doped layer, DIS ^^ g g is the average dislocation density levels proportion in the range of n- doped layer 2b or the n-doped layers in cm-2 with a value above 1 x 10 ^ cm- ^ and N the
Dotierstoffkonzentration in der n-dotierten Schicht 2b oder den n-dotierten Schichten in cm-^ ist. Dopant concentration in the n-doped layer 2b or the n-doped layers in cm- ^.
Aufgrund der Wahl des n-Dotanden können mit Vorteil tensile Verspannungen im Halbleiterchip vermieden werden, wobei gleichzeitig eine dicke und hochdotierte Gruppe-III- Nitridschicht auf Silizium, Saphir oder SiC realisiert werden kann. Mit einem derart schweren n-Dotanden kann somit die aufwändige und von den Anforderungen nicht immer notwendige Reduktion der Versetzungen, die die Zugverspannung bei Due to the choice of the n-dopant, it is advantageous to avoid tensile stresses in the semiconductor chip, wherein at the same time a thick and highly doped group III nitride layer on silicon, sapphire or SiC can be realized. With such a heavy n-dopant can thus be the time-consuming and not always necessary reduction of the dislocations, the tensile stress at
Dotierung maßgeblich auslösen, umgangen werden, wobei Discharge to trigger, be circumvented, where
hochdotierte Schichten hergestellt werden können. highly doped layers can be produced.
Der Halbleiterchip 10 weist vorteilhafterweise eine The semiconductor chip 10 advantageously has a
einseitige elektrische Kontaktierung auf. Das bedeutet, dass eine erste und zweite elektrische Anschlussfläche auf one-sided electrical contact on. This means that a first and second electrical connection surface on
derselben Seite des Halbleiterchips 10 angeordnet sind und voneinander beispielsweise mittels einer isolierenden the same side of the semiconductor chip 10 are arranged and from each other, for example by means of an insulating
Trennschicht elektrisch gegeneinander isoliert sind. Separating layer are electrically isolated from each other.
Durch die Verwendung eines n-Dotanden, der schwerer ist als Silizium, kann eine großflächige, kostengünstige und By using an n-dopant, which is heavier than silicon, can be a large-scale, cost-effective and
defektreduzierte Epitaxie und Halbleiterchipprozessierung auf Siliziumsubstraten ermöglicht werden. Insbesondere können dicke n-dotierte Schichten hergestellt werden, die eine verminderte mechanische Beschädigung wie beispielsweise low-defect epitaxy and semiconductor chip processing on silicon substrates. In particular, you can thick n-doped layers are produced which have a reduced mechanical damage such as
Rissbildung aufweisen. So kann ein verbessertes Verfahren und ein Halbleiterchip mit verbesserten Eigenschaften erzielt werden. Have cracking. Thus, an improved method and a semiconductor chip with improved properties can be achieved.
In Figur 2A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines In Figure 2A, another embodiment of a
Halbleiterchips im Querschnitt dargestellt. Der Semiconductor chips shown in cross section. Of the
Halbleiterchip 10 der Figur 2A unterscheidet sich von dem Halbleiterchip der Figur 1 durch zusätzliche Schichten 3, 4, die zwischen Aufwachssubstrat und Halbleiterschichtenstapel 2 angeordnet sind. Insbesondere ist auf dem Aufwachssubstrat 1 eine Pufferschicht 3 aufgebracht. Derartige Pufferschichten 3 werden insbesondere zum Aufwachsen auf siliziumhaltige Semiconductor chip 10 of FIG. 2A differs from the semiconductor chip of FIG. 1 by additional layers 3, 4 which are arranged between growth substrate and semiconductor layer stack 2. In particular, a buffer layer 3 is applied to the growth substrate 1. Such buffer layers 3 are in particular for growing on silicon-containing
Substrate 1 verwendet. Auf der Pufferschicht 3 ist eine aluminiumhaltige Zwischenschicht 4 angeordnet, auf der die Schichten des Halbleiterschichtenstapels 2 epitaktisch aufgewachsen sind. Die aluminiumhaltige Schicht ist Substrates 1 used. On the buffer layer 3, an aluminum-containing intermediate layer 4 is arranged, on which the layers of the semiconductor layer stack 2 are epitaxially grown. The aluminum-containing layer is
beispielsweise eine AIN-Keimschicht . Eine derartige for example, an AIN seed layer. Such
Keimschicht wird ebenfalls zum Aufwachsen auf Germ layer also grows up
siliziumhaltigen Aufwachssubstraten verwendet. used silicon-containing growth substrates.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der Figur 2A mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 überein. Incidentally, the embodiment of FIG. 2A is identical to the embodiment of FIG.
In Figur 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines In Figure 2B is another embodiment of a
Halbleiterchips im Querschnitt dargestellt. Der Semiconductor chips shown in cross section. Of the
Halbleiterchip 10 der Figur 2B unterscheidet sich von dem Halbleiterchip der Figur 1 durch zusätzliche Schichten 5, 6, 7, die zwischen Aufwachssubstrat und Semiconductor chip 10 of Figure 2B differs from the semiconductor chip of Figure 1 by additional layers 5, 6, 7, between the growth substrate and
Halbleiterschichtenstapel 2 angeordnet sind. Insbesondere ist auf dem Aufwachssubstrat 1 eine erste Gruppe-III- Nitridschicht 5 aufgebracht. Auf dieser ist eine partielle SiN-Maskierungsschicht 6 angeordnet. Nachfolgend ist die zweite Gruppe-III-Nitridschicht 7 angeordnet, derart Semiconductor layer stack 2 are arranged. In particular, a first group III nitride layer 5 is applied to the growth substrate 1. On this is a partial SiN masking layer 6 is arranged. Subsequently, the second group III nitride layer 7 is arranged, in such a way
gekennzeichnet, dass sie eine geringere Versetzungsdichte aufweist, als die erste Gruppe-III-Nitridschicht 5. in that it has a lower dislocation density than the first group III nitride layer 5.
Nachfolgend sind die Schichten des Halbleiterschichtenstapels 2 epitaktisch aufgewachsen. Subsequently, the layers of the semiconductor layer stack 2 are epitaxially grown.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der Figur 2B mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 überein. Incidentally, the embodiment of FIG. 2B is identical to the embodiment of FIG.
In Figur 2C ist ein Diagramm dargestellt, bei dem im FIG. 2C shows a diagram in which
Herstellungsprozess die Verspannung gegen die Zeit des Manufacturing process the tension against the time of
Herstellungsverfahrens aufgetragen ist. Die gestrichelte Linie zeigt dabei das Herstellen eines Halbleiterchips mit einem n-Dotierstoff Silizium, die durchgezogene Linie zeigt einen Halbleiterchip mit einem n-Dotierstoff Ge . Manufacturing process is applied. The dashed line shows the production of a semiconductor chip with an n-dopant silicon, the solid line shows a semiconductor chip with an n-dopant Ge.
Das Verfahren betrifft beispielsweise die Herstellung eines Halbleiterchips gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2A. The method relates, for example, to the production of a semiconductor chip according to the exemplary embodiment of FIG. 2A.
Das Diagramm der Figur 2C zeigt die Krümmungsmessung während des Wachstums einer siliziumdotierten GaN-Schicht The graph of Figure 2C shows the curvature measurement during the growth of a silicon-doped GaN layer
(gestrichelte Linie) und einer Ge-dotierten GaN-Schicht (dashed line) and a Ge-doped GaN layer
(durchgezogene Linie) auf einem Siliziumsubstrat. Nach dem Wachstum einer Pufferschicht 101 wird durch eine Al-haltige Zwischenschicht in der darauffolgenden GaN-Schicht 102 eine Kompression erzeugt, was insbesondere an der Änderung der Krümmung zu negativen Werten zu erkennen ist. Während der Dotierung 103 ist die Krümmung bei der Ge-Dotierung praktisch unverändert. Die im Diagramm dargestellte leichte Abnahme ist im Wachstumsprozess üblich. Im Falle der Siliziumdotierung nimmt die Krümmung ab, was auf ein zugverspanntes Wachstum hinweist. Die siliziumdotierte Schicht kann daher nach dem Abkühlen stark zerrissen sein, während die Ge-dotierte (solid line) on a silicon substrate. After the growth of a buffer layer 101, compression is produced by an Al-containing intermediate layer in the subsequent GaN layer 102, which can be seen in particular from the change of the curvature to negative values. During doping 103, the curvature in Ge doping is virtually unchanged. The slight decrease shown in the diagram is common in the growth process. In the case of silicon doping, the curvature decreases, which indicates a tension-strained growth. The silicon-doped layer can therefore be after the Cooling be severely torn while the Ge-doped
Schicht trotz einer hohen n-Dotierung mit Vorteil rissfrei bleibt . Layer despite a high n-doping advantageously remains crack-free.
Wie in dem Diagramm gezeigt, weisen die Halbleiterschichten mit Silizium im späteren Herstellungsverfahren, insbesondere bei etwa 60 Minuten und mehr, eine geringere Verspannung auf als bei der Dotierung mit German und folglich eine höhere Zugverspannung nach dem Abkühlprozess (80 min) . Mittels eines Dotanden wie German kann somit eine mechanische Beschädigung der Schichten, die aufgrund dieser auftretenden Verspannungen auftreten können, reduziert werden. As shown in the diagram, the semiconductor layers with silicon in the later manufacturing process, in particular at about 60 minutes and more, have a lower stress than when doping with German and consequently a higher tensile stress after the cooling process (80 min). By means of a dopant such as German can thus be a mechanical damage to the layers, which can occur due to these occurring stresses are reduced.
Das Herstellungsverfahren zu dem Diagramm der Figur 2C kann folgende Verfahrensschritte umfassen: The production method for the diagram of FIG. 2C can comprise the following method steps:
Im Zeitintervall 101 wird in einer Wachstumskammer, In time interval 101, in a growth chamber,
beispielsweise einem MOVPE-Reaktor, ein nasschemisch For example, a MOVPE reactor, a wet-chemical
gereinigtes und deoxidiertes Siliziumsubstrat eingelegt und auf zirka 730 °C erhitzt. Anschließend folgt die Zuführung eines Aluminiumprecursors und von Ammoniak. Nach dem Wachstum von zirka 25 nm A1N wird die Probe auf 1050 °C unter weiterem Ammoniakfluss erhitzt und durch Zuführen eines placed cleaned and deoxidized silicon substrate and heated to about 730 ° C. This is followed by the supply of an aluminum precursor and ammonia. After the growth of about 25 nm AlN, the sample is heated to 1050 ° C under further flow of ammonia and by feeding a
Galliumprecursors das Wachstum einer GaN-Schicht des Gallium precursors the growth of a GaN layer of the
Halbleiterschichtenstapels gestartet. Als Resultat wird eine 0,7 μπι dicke GaN-Schicht hergestellt, die auf den oberen 500 nm eine Elektronenkonzentration von 5 x 1018 cm J aufweist. Aufgrund des Wachstumsprozesses liegt die Semiconductor layer stack started. As a result, a 0.7 μπι thick GaN layer is prepared, which has an electron concentration of 5 x 10 18 cm J on the upper 500 nm. Due to the growth process is the
Stufenversetzungsdichte typischerweise oberhalb von 2 x 108 cm-2. Unter Verwendung der Bedingung D x D I SEDQJ X N > 5 XStep dislocation density typically above 2 x 10 8 cm -2 . Using the condition D x DI SEDQJ XN> 5 X
1023 cm 4 ergibt sich ein Wert von 5 x 1026. Hierzu ist 10 23 cm 4 results in a value of 5 x 10 26 . This is
Germanium als Dotierstoff verdünnt in Wasserstoff vorteilhaft geeignet. Durch den Einsatz dieses Dotanden kann eine Germanium as a dopant diluted in hydrogen advantageous suitable. Through the use of this dopant can be a
Rissbildung in der GaN-Schicht auf dem Cracking in the GaN layer on the
Siliziumaufwachssubstrat vermieden werden. Die Verdünnung von German in Wasserstoff fällt in der Regel geringer aus als für Silan in Wasserstoff, da der Einbau im Vergleich  Silicon growth substrate can be avoided. The dilution of German in hydrogen is usually lower than for silane in hydrogen, because the installation in comparison
ineffizienter ist und im Gegensatz zur Si-Dotierung mehr dampfdruckgetrieben ist. Beispielsweise ist eine Verdünnung von 1 %o bis 1 % GeH4 in H2 möglich. is more inefficient and unlike Si doping is more vapor pressure driven. For example, a dilution of 1% to 1% GeH4 in H2 is possible.
Ein alternatives Herstellungsverfahren zu dem Diagramm der Figur 2C kann wie folgt durchgeführt werden: An alternative manufacturing method to the diagram of Figure 2C can be performed as follows:
Auf eine AIN-Keimschicht wird hochdotiert und direkt eine GaN-Schicht aufgewachsen. Durch eine hohe Versetzungsdichte von größer als 5 x 10^ cm~2 am Anfang des heteroepitaktischen Wachstums kann ohne die Erzeugung einer nennenswerten On a AIN seed layer is highly doped and grown directly on a GaN layer. By a high dislocation density of greater than 5 x 10 ^ cm ~ 2 at the beginning of the heteroepitaxial growth can be without the production of a significant
Verspannung eine hohe Ladungsträgerkonzentration erzielt werden und somit ein niedriger Übergangswiderstand zum Strain a high carrier concentration can be achieved and thus a low contact resistance to
Siliziumsubstrat ermöglicht werden. Um bei der Dotierung Elektronenkonzentration von 5 x ΙΟ^ cm-^ zu realisieren, liegt auf den ersten 100 nm mit Stufenversetzungsdichten von größer als 5 x 10^ cm~2 der nach obiger Bedingung errechneteSilicon substrate are made possible. In order to realize in the doping electron concentration of 5 x ΙΟ ^ cm ^, is located on the first 100 nm with dislocation densities of greater than 5 x 10 ^ cm ~ 2, the calculated according to the above condition
Wert bei größer als 2,5 x 10^7 cm-^. Aufgrund eines Dotanden, der schwerer ist als Silizium, kann die Verspannung mit Value greater than 2.5 x 10 ^ 7 cm ^. Due to a dopant, which is heavier than silicon, the tension with
Vorteil auf ein geringeres Maß reduziert werden. Advantage can be reduced to a lesser extent.
Eine weitere Anwendung ist das Wachstum dicker n-dotierter Gruppe-III-Nitridschichten, meist mittels HVPE, auf einem Trägersubstrat für die Herstellung von Pseudosubstraten, die, abgelöst vom Trägersubstrat, als hochwertige Substrate für die Hetero- und Homoepitaxie dienen: Hier tritt für mit Si hochdotierten, leitfähigen Substraten meist eine starke inhomogene Krümmung auf, welche durch späteres Abschleifen der zum Aufwachssubstrat zeigenden Another application is the growth of thick n-doped Group III nitride layers, mostly by means of HVPE, on a carrier substrate for the production of pseudo-substrates which, detached from the carrier substrate, serve as high-quality substrates for hetero and homoepitaxy: In this case, a strong inhomogeneous curvature usually occurs for conductive substrates heavily doped with Si, which curvature is shown by later abrasion of the substrate pointing to the growth substrate
Schicht reduziert wird. Dazu kommt die Schwierigkeit, dass durch die Dotierung und die damit verbundene starke Layer is reduced. Add to that the difficulty that comes from the doping and the associated strong
Zugverspannung es während des Wachstums zur Rissbildung kommen kann. Weiterhin wird eine niedrige Versetzungsdichte meist durch ein forciertes 3D-Wachstum, entweder nach dem ELOG-Verfahren, mittels in situ abgeschiedener Tensile stress can occur during growth to cracking. Furthermore, a low dislocation density is usually achieved by forced 3D growth, either by the ELOG method, by means of in situ deposition
Maskenschichten, wobei diese meist aus SiN bestehen, oder durch eine geringe Bekeimungsdichte, die zu einem 3D-Wachstum führt, erzielt. Die anschließende Koaleszenz wird dabei durch die Dotierung mit Si durch die parasitäre SiN-Schichtbildung in unerwünschter Weise beeinflusst. Wird nun anstatt mit Silizium mit einem erfindungsgemäßen Dotanden dotiert, kann die entstehende Zugverspannung am Anfang des Wachstums reduziert werden und bei dreidimensionalem Inselwachstum dieses unbeeinflusster und damit einfacher als n-dotierte Schicht realisiert werden. Dies vermeidet in der Folge Risse während des Wachstums und sorgt für eine geringere Mask layers, which are usually made of SiN, or achieved by a low seeding density, which leads to a 3D growth. The subsequent coalescence is influenced by the doping with Si by the parasitic SiN layer formation in an undesirable manner. If, instead of silicon doped with a dopant according to the invention, the resulting tensile stress at the beginning of the growth can be reduced and realized in three-dimensional island growth of this uninfluenced and thus simpler than n-doped layer. This subsequently avoids cracks during growth and provides for less
Substratkrümmung des vom Wachstumssubstrat abgelösten Substrate curvature of detached from the growth substrate
Pseudosubstrats nach dem Wachstum. Pseudosubstrate after growth.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 10 mit einer Maskierungsschicht 6 ist in Figur 2D dargestellt. Auf dem Substrat 1, zum Beispiel aus Saphir, Sic oder Silizium, ist die zirka 20 nm dicke Keimschicht 5 aus A1N aufgewachsen. Im Falle von Silizium als Aufwachssubstrat beträgt die Dicke der Keimschicht 5 hierbei bevorzugt zwischen einschließlich 100 nm und 250 nm, beispielsweise zirka 150 nm. Auf diese folgt eine n-Typ dotierte Zwischenschicht 4 aus GaN. Nach etwa 300 nm Wachstum wird das Wachstum unterbrochen und unter gleichzeitiger Zuführung von Ammoniak und Silan ist die Maskierungsschicht 6 aus SiN aufgebracht. Darauf folgt wiederum das Wachstum der GaN-Schicht 2b des A further exemplary embodiment of the semiconductor chip 10 with a masking layer 6 is shown in FIG. 2D. On the substrate 1, for example of sapphire, Sic or silicon, the approximately 20 nm thick seed layer 5 is grown from A1N. In the case of silicon as a growth substrate, the thickness of the seed layer 5 is preferably between 100 nm and 250 nm, for example approximately 150 nm. This is followed by an n-type doped intermediate layer 4 made of GaN. After about 300 nm growth growth is interrupted and with simultaneous supply of ammonia and silane is the Masking layer 6 applied from SiN. This in turn is followed by the growth of the GaN layer 2b of the
Halbleiterschichtenstapels 2. Semiconductor layer stack 2.
Dieses Wachstum ist anfangs dreidimensional, was sich zum Beispiel bei in situ-Reflektometriemessungen am Einbruch einer reflektierten Intensität zeigt. Nach mehreren hundert Nanometern Wachstum der GaN-Schicht 2b nimmt diese Intensität zu, bis sie einen Maximalwert wieder erreicht und die Schicht somit geschlossen zweidimensional ist. This growth is initially three-dimensional, as evidenced by the onset of reflected intensity in in situ reflectometry measurements, for example. After several hundred nanometers of growth of the GaN layer 2b, this intensity increases until it reaches a maximum value again and the layer is thus closed in two dimensions.
Will man nun diese Schicht oberhalb der Maskierungsschicht dotieren, so führt man üblicherweise Silan während des GaN- Wachstums zu. Silizium hemmt jedoch das zweidimensionale Wachstum und befördert das dreidimensionale, weshalb sich der Koaleszenzprozess hinauszögert und sehr hohe Schichtdicken und somit lange Wachstumszeit erfordert. Speziell bei If one now wants to dope this layer above the masking layer, silane is usually added during the GaN growth. However, silicon inhibits two-dimensional growth and promotes the three-dimensional, which delays the coalescence process and requires very high layer thicknesses and thus long growing time. Especially at
Siliziumdotierungen um 1 x ΙΟ^ cm-^ oder höher ist die Silicon doping by 1 x ΙΟ ^ cm ^ or higher is the
Koaleszenz sehr erschwert. Mit einem der erfindungsgemäßen Dotanden ist das Wachstum solch einer GaN-Schicht viel einfacher möglich. Zwar existiert bei den Dotanden unter Umständen ein geringer Einfluss auf die Koaleszenz, dieser ist jedoch deutlich schwächer ausgeprägt als bei Verwendung von Silizium als Dotanden. Somit lassen sich deutlich höhere Dotierstoffkonzentrationen als bei Verwendung von Silizium als Dotanden erzielen. Coalescence very difficult. With one of the dopants according to the invention, the growth of such a GaN layer is much easier. Although there may be little influence on the coalescence of the dopants, this is clearly less pronounced than when using silicon as the dopant. Thus, significantly higher dopant concentrations than when using silicon as dopants can be achieved.
Eine Dicke der Schichten 2a, 2c zusammen liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 200 nm und 300 nm, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. Das For example, a thickness of the layers 2a, 2c together is between 200 nm and 300 nm inclusive, as is possible in all other embodiments. The
Aufwachssubstrat 1 und optional auch die Maskierungsschicht können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, na dem Erzeugen des Halbleiterschichtenstapels 2 von diesem entfernt werden. Growth substrate 1 and optionally also the masking layer can, as in all other embodiments, na the generation of the semiconductor layer stack 2 are removed from this.
Wird das Aufwachsubstrat 1 abgelöst, so ist es nicht If the growth substrate 1 is detached, it is not
unmittelbar nachweisbar. Jedoch sind bei dickeren immediately detectable. However, they are thicker
Halbleiterschichtenstapeln 2 in der Regel Semiconductor layers usually stack 2
Spannungskompensierende Schichten nachweisbar. Ferner kann aus Verspannungsgradienten, wie sie zum Beispiel mittels hochauflösender Ramanspektroskopie gewonnen werden können, und auch aus der Versetzungsdichte und der Ausbreitung dieser auf den Substrattyp geschlossen werden. So sind in der Regel Verspannungsgradienten auf den erfindungsgemäßen  Voltage compensating layers detectable. Furthermore, it can be concluded from strain gradients, as can be obtained for example by means of high-resolution Raman spectroscopy, and also from the dislocation density and the propagation of these on the substrate type. So are usually strain on the invention
Aufwachssubstraten stärker, Versetzungsdichten höher und das Versetzungswandern, aber auch die Versetzungsrekombination, schon durch die vorhandene Verspannung während des Wachstums stärker ausgeprägt als zum Beispiel auf Saphirsubstraten. Growth substrates stronger, dislocation densities higher and dislocation migration, but also the dislocation recombination, already more pronounced by the existing strain during growth than, for example, on sapphire substrates.
In Figur 3 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das FIG. 3 shows a flow chart which
Verfahrensschritte zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterchips zeigt. Im Verfahrensschritt 301 wird ein Siliziumsubstrat bereitgestellt. Auf dem Siliziumsubstrat wird eine Pufferschicht aufgewachsen. Anschließend, im Method steps for producing a semiconductor chip according to the invention shows. In method step 301, a silicon substrate is provided. On the silicon substrate, a buffer layer is grown. Subsequently, in the
Verfahrensschritt 302, wird eine Al-haltige Zwischenschicht auf die Pufferschicht aufgebracht. Dies erfolgt Step 302, an Al-containing intermediate layer is applied to the buffer layer. this happens
beispielsweise durch Zuführung eines Aluminiumprecursors und von Ammoniak. for example, by supplying an aluminum precursor and ammonia.
Anschließend im Verfahrensschritt 303 werden die Schichten des Halbleiterschichtenstapels auf die aluminiumhaltige Subsequently, in method step 303, the layers of the semiconductor layer stack are applied to the aluminum-containing layer
Zwischenschicht aufgebracht. Durch die aluminiumhaltige Applied intermediate layer. By the aluminum-containing
Zwischenschicht wird in der darauffolgenden Schicht des Halbleiterschichtenstapels eine Kompression erzeugt. Im Verfahrensschritt 304 findet anschließend eine Dotierung der Schicht oder Schichten des Halbleiterschichtenstapels statt. Anschließend an den Dotierprozess wird der so Intermediate layer is generated in the subsequent layer of the semiconductor layer stack compression. In method step 304, a doping of the layer or layers of the semiconductor layer stack then takes place. After the doping process is the so
hergestellte Halbleiterchip abgekühlt. cooled semiconductor chip cooled.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 10 ist in Figur 4 dargestellt. Auf einer 111- oder 110-Oberflache eines Siliziumsubstrats 1 ist eine Pufferschicht 3, die auch als Keimschicht 5 fungiert, aufgewachsen. Die Keimschicht 5 weist A1N auf und ist undotiert oder mit Si, 0 oder In versetzt. Eine Dicke der Keimschicht 5 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 100 nm und 300 nm. Another embodiment of the semiconductor chip 10 is shown in FIG. On a 111 or 110 surface of a silicon substrate 1 is a buffer layer 3, which also acts as a seed layer 5, grown. The seed layer 5 has A1N and is undoped or mixed with Si, O or In. A thickness of the seed layer 5 is preferably between 100 nm and 300 nm inclusive.
Auf die Keimschicht 5 folgt die Zwischenschicht 4, die vier Lagen aufweist. Diese Lagen sind in Figur 4 nicht gezeichnet. Die einzelnen Lagen sind aus AlGaN gefertigt und weisen jeweils eine Dicke von zirka 50 nm auf. In Richtung weg von dem Substrat 1 nimmt ein Al-Gehalt ab und beträgt in den jeweiligen Lagen ungefähr 95 %, 60 %, 30 % und 15 %, The seed layer 5 is followed by the intermediate layer 4, which has four layers. These layers are not shown in FIG. The individual layers are made of AlGaN and each have a thickness of about 50 nm. In the direction away from the substrate 1, an Al content decreases and amounts to approximately 95%, 60%, 30% and 15% in the respective layers.
bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 10 Prozentpunkten oder höchstens 5 Prozentpunkten. preferably with a tolerance of no more than 10 percentage points or no more than 5 percentage points.
Die Keimschicht 5 ist von einer Anwachsschicht 8 gefolgt. Die Anwachsschicht 8 ist eine GaN-Schicht mit einer bevorzugten Dicke zwischen einschließlich 50 nm und 300 nm. Die The seed layer 5 is followed by a growth layer 8. The growth layer 8 is a GaN layer having a preferable thickness between 50 nm and 300 nm inclusive
Anwachsschicht 8 kann dotiert oder auch undotiert sein. Ist die Anwachsschicht 8 dotiert, so liegt eine  Growth layer 8 may be doped or undoped. If the growth layer 8 is doped, then there is one
Dotierstoffkonzentration bevorzugt um mindestens einen Faktor 2 oder Faktor 4 unter einer Dotierstoffkonzentration der n- dotierten Schicht 2b.  Dopant concentration preferably by at least a factor 2 or factor 4 under a dopant concentration of the n-doped layer 2b.
Auf die Anwachsschicht 8 ist die Maskierungsschicht 6 aus SiN aufgebracht. Ein Bedeckungsgrad der Maskierungsschicht 6, bezogen auf die Anwachsschicht 8, beträgt zirka 65 %. In Öffnungen der Maskierungsschicht 6 ist auf der Anwachsschicht 8 die Koaleszenzschicht 7 aufgewachsen. Ausgehend von diesen Öffnungen wächst die Koaleszenzschicht 7 über der On the growth layer 8, the masking layer 6 of SiN is applied. A degree of coverage of the masking layer 6, based on the growth layer 8, is about 65%. In openings of the masking layer 6, the coalescence layer 7 is grown on the growth layer 8. Starting from these openings, the coalescing layer 7 grows above the
Maskierungsschicht 6 zu einer zusammenhängenden Schicht. Eine Dicke der Koaleszenzschicht 8, die bevorzugt eine GaN-Schicht ist, beträgt zirka 0,5 μπι bis 1,0 μπι. Die Koaleszenzschicht 7 kann in gleicher Weise dotiert sein wie die Anwachsschicht 8. Der Koaleszenzschicht 7 folgt eine Mittelschicht 9 nach. Die Mittelschicht 9 ist eine AlGaN-Schicht mit einer Dicke um 15 nm. Anders als in den Figuren gezeichnet ist es ebenso möglich, dass mehrere Mittelschichten 9 vorhanden sind. Die n-dotierte Schicht 2b des Halbleiterschichtenstapels 2, der auf InGaN basiert, ist dann auf die Mittelschicht 9 aufgewachsen. Es ist die n-dotierte Schicht 2b dotiert mit einer Konzentration zwischen einschließlich 5 x 1018 cm J bisMasking layer 6 into a continuous layer. A thickness of the coalescing layer 8, which is preferably a GaN layer, is approximately 0.5 μm to 1.0 μm. The coalescing layer 7 can be doped in the same way as the growth layer 8. The coalescing layer 7 follows a middle layer 9. The middle layer 9 is an AlGaN layer having a thickness of about 15 nm. Other than drawn in the figures, it is also possible that a plurality of middle layers 9 are present. The n-doped layer 2b of the semiconductor layer stack 2 based on InGaN is then grown on the middle layer 9. It is the n-doped layer 2b doped with a concentration of between 5 x 10 18 cm J to
1 x 1020 cm J oder zwischen einschließlich 1 x 1019 cm J bis 6 x 1019 cm J, insbesondere 2 x 1019 cm 3. D e Dotierung erfolgt bevorzugt mit Ge oder mit einem der anderen, oben genannten Dotierstoffe. 1 x 10 20 cm J or between 1 x 10 19 cm J to 6 x 10 19 cm J , in particular 2 x 10 19 cm 3. D e doping is preferably carried out with Ge or with one of the other dopants mentioned above.
Eine Dicke D der n-dotierten Schicht 2b, gemessen von der Mittelschicht 9 bis zur aktiven Schicht 2a, beträgt bevorzugt zirka 1,5 μπι bis 2,5 μπι. In einem der Mittelschicht 9 A thickness D of the n-doped layer 2 b, measured from the middle layer 9 to the active layer 2 a, is preferably approximately 1.5 μm to 2.5 μm. In one of the middle class 9
nächstgelegenen Bereich mit einer bevorzugten Dicke von mindestens 100 nm und/oder höchstens 500 nm ist die The nearest area with a preferred thickness of at least 100 nm and / or at most 500 nm is the
Dotierstoffkonzentration optional erniedrigt und beträgt in diesem Bereich zwischen einschließlich 5 x 1017 cm J undOptional dopant concentration decreases and 1017 cm in this area is between 5 x J and
1 x 1019 cm J oder zwischen einschließlich 8 x 1017 cm J und1 x 10 19 cm J or between including 8 x 1017 cm J and
2 x 1018 cm J, insbesondere 1 x 1018 cm J . Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass neben dem schwereren Dotanden als Si aus der IV. Hauptgruppe oder dem Dotanden aus der VI. Hauptgruppe, insbesondere Ge oder Te, auch zusätzlich Si als Kodotand2 x 10 18 cm J , in particular 1 x 10 18 cm J As in all other embodiments, it is possible that in addition to the heavier dopant than Si from the IV. Main group or the dopant from the VI. Main group, in particular Ge or Te, also in addition to Si as codotand
Verwendung findet, insbesondere in der n-dotierten Schicht 2b und/oder in der Koaleszenzschicht 7 und/oder in der Is used, in particular in the n-doped layer 2b and / or in the coalescing 7 and / or in the
Anwachsschicht 8. Ein Verhältnis der Growth layer 8. A ratio of
Dotierstoffkonzentrationen von Si und dem Dotanden wie Ge oder Te liegt dann bevorzugt zwischen einschließlich 0,2 und 0,6 oder zwischen einschließlich 0,25 und 0,4. Zum Beispiel ist die n-dotierte Schicht 2b mit Si mit zirka 5 x 1018 cm J dotiert und mit Ge oder Te mit zirka 1,5 x 1019 cm J . Bei dem Halbleiterchip 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 ist der Halbleiterschichtenstapel 2 auf einem Dopant concentrations of Si and the dopant such as Ge or Te are then preferably between 0.2 and 0.6 inclusive or between 0.25 and 0.4 inclusive. For example, the n-doped layer 2b is doped with Si at approximately 5 x 10 18 cm J and Ge or Te at approximately 1.5 x 10 19 cm J. In the semiconductor chip 10 according to the embodiment in FIG. 5, the semiconductor layer stack 2 is on one side
Trägersubstrat 11 aufgebracht. Das Aufwachssubstrat 1 sowie die Schichten bis einschließlich zu der Maskierungsschicht 6 sind von dem Halbleiterschichtenstapel 2 entfernt. Carrier substrate 11 applied. The growth substrate 1 and the layers up to and including the masking layer 6 are removed from the semiconductor layer stack 2.
An der n-dotierten Schicht 2b, die dem Trägersubstrat 11 abgewandt ist, ist eine Aufrauung 13 zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz erzeugt. Die Aufrauung 13 reicht durch die Koaleszenzschicht 7 hindurch bis an die oder bis in die n-dotierte Schicht 2b, so dass stellenweise auch dieAt the n-doped layer 2b, which faces away from the carrier substrate 11, a roughening 13 is produced to improve a light extraction efficiency. The roughening 13 extends through the coalescing layer 7 through to or into the n-doped layer 2b, so that in places the
Mittelschicht 9 aus AlGaN freigelegt ist. Eine mittlere Tiefe der Aufrauung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 300 nm und 2,5 μπι. Zum Beispiel reicht die Aufrauung 13 zu Middle layer 9 is exposed from AlGaN. An average depth of the roughening is preferably between 300 nm and 2.5 μπι. For example, the roughening 13 is sufficient
mindestens 1 % oder zu mindestens 2 % und/oder zu höchstens 5 % oder zu höchstens 10 % oder zu höchstens 15 % in die n- dotierte Schicht 2b hinein, bezogen auf die Dicke der n- dotierten Schicht 2b. Eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterschichtenstapels 2 ist somit stellenweise durch ein Material der Koaleszenzschicht 7 gebildet. Auf der Koaleszenzschicht 7 kann optional eine Passivierung aus einem transparenten Material wie SiN oder SiO aufgebracht sein, in den Figuren nicht gezeichnet. at least 1% or at least 2% and / or at most 5% or at most 10% or at most 15% in the n-doped layer 2b, based on the thickness of the n-doped layer 2b. A radiation exit surface of the semiconductor layer stack 2 is thus in places by a Material of the coalescence layer 7 is formed. Optionally, a passivation made of a transparent material such as SiN or SiO 2 may be applied to the coalescing layer 7, not shown in the figures.
Optional sind an dem Halbleiterschichtenstapel 2 zwei beispielsweise metallische, elektrische Kontaktschichten 12 angebracht. Die dem Trägersubstrat 11 abgewandte Optionally, two, for example metallic, electrical contact layers 12 are attached to the semiconductor layer stack 2. Which faces away from the carrier substrate 11
Kontaktschicht 12 kann sich auch, anders als in Figur 5 gezeichnet, näher an dem Trägersubstrat 11 befinden als die Mittelschicht 9. Weiterhin kann es sich bei dem Contact layer 12 may also, in contrast to FIG. 5, be located closer to the carrier substrate 11 than the middle layer 9
Halbleiterchip 10, abweichend von Figur 5, auch um einen Flip-Chip handeln. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 10 ist in Figur 6 dargestellt. Der Halbleiterschichtenstapel 2 ist über ein Verbindungsmittel 18, zum Beispiel ein Lot, an dem Trägersubstrat 11 befestigt. Die dem Trägersubstrat 11 zugewandte Seite des Halbleiterschichtenstapels 2 ist über die erste elektrische Anschlussschicht 14 und über das Semiconductor chip 10, notwithstanding Figure 5, also act on a flip-chip. Another embodiment of the semiconductor chip 10 is shown in FIG. The semiconductor layer stack 2 is fastened to the carrier substrate 11 via a connection means 18, for example a solder. The carrier substrate 11 facing side of the semiconductor layer stack 2 is via the first electrical connection layer 14 and over the
Trägersubstrat 11 elektrisch kontaktiert. Carrier substrate 11 contacted electrically.
Die dem Trägersubstrat 11 abgewandte Seite des The carrier substrate 11 facing away from the
Halbleiterschichtenstapels 2 ist über die zweite elektrische Anschlussschicht 16 kontaktiert. Die zweite Anschlussschicht 16 durchdringt die aktive Schicht 2a vom Trägersubstrat 11 her und ist lateral neben den Halbleiterschichtenstapel 2 geführt und kann zum Beispiel mit einem Bond-Draht, nicht gezeichnet, kontaktiert werden. Semiconductor layer stack 2 is contacted via the second electrical connection layer 16. The second connection layer 16 penetrates the active layer 2a from the carrier substrate 11 and is guided laterally next to the semiconductor layer stack 2 and can be contacted, for example, with a bond wire, not drawn.
Die Aufrauung 13 reicht nicht bis an die zweite The roughening 13 is not enough to the second
Anschlussschicht 16 heran. Die Anschlussschichten 14, 16 durch eine Trennschicht 15, zum Beispiel aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, voneinander isoliert. Die Mittelschicht sowie die Koaleszenzschicht sind in Figur 7 nicht Connection layer 16 zoom. The connection layers 14, 16 through a separation layer 15, for example of silicon oxide or silicon nitride, isolated from each other. The middle layer and the coalescing layer are not in FIG. 7
dargestellt . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand dershown. The invention is not by the description based on the
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr weist die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Embodiments limited to these. Rather, the invention has every new feature as well as any combination of
Merkmalen auf, was insbesondere jede Kombination von Characteristics on what every particular combination of
Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Contains features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2010 045 957.7, 10 2010 045 958.5 sowie 10 2010 052 542.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German patent applications 10 2010 045 957.7, 10 2010 045 958.5 and 10 2010 052 542.1, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Halbleiterchip (10) mit einem Halbleiterschichtenstapel (2), der auf einem Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert und zumindest eine n-dotierte Schicht (2b) aufweist, wobei A semiconductor chip (10) comprising a semiconductor layer stack (2) based on a group III nitride material system and having at least one n-doped layer (2b), wherein
als n-Dotierstoff ein schwererer Dotand als Si aus der IV. Hauptgruppe oder ein Dotand aus der VI. Hauptgruppe der chemischen Elemente Verwendung findet.  as n-type dopant a heavier dopant than Si from the IV. Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements is used.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, 2. Semiconductor chip according to claim 1,
wobei an einer einem Trägersubstrat (11) abgewandten wherein on a carrier substrate (11) facing away
Seite der n-dotierten Schicht (2b) mindestens eine Side of the n-doped layer (2b) at least one
Mittelschicht (9) aus AlGaN mit einer Dicke zwischen einschließlich 5 nm und 50 nm gewachsen ist,  Grown middle layer (9) of AlGaN with a thickness between 5 nm and 50 nm inclusive,
an einer dem Trägersubstrat (11) abgewandten Seite der on a side facing away from the carrier substrate (11)
Mittelschicht (9) eine Koaleszenzschicht (7) aus Middle layer (9) a coalescing layer (7)
dotiertem oder undotiertem GaN mit einer Dicke zwischen einschließlich 300 nm und 1,2 μπι geformt ist,  doped or undoped GaN is formed with a thickness of between 300 nm and 1.2 μπι,
eine Aufrauung (13) von der Koaleszenzschicht (7) her bis an die und/oder in die n-dotierte Schicht (2b) reicht, eine Strahlungsaustrittsfläche des  a roughening (13) from the coalescing layer (7) to the and / or into the n-doped layer (2b) extends, a radiation exit surface of the
Halbleiterschichtenstapels (2) teilweise durch die  Semiconductor layer stack (2) partially through the
Koaleszenzschicht (7) gebildet ist, und  Coalescence layer (7) is formed, and
die Mittelschicht (9) stellenweise freigelegt ist.  the middle layer (9) is exposed in places.
3. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die n-dotierte Schicht (2b) neben dem n-Dotierstoff zusätzlich Si als weiteren Dotierstoff aufweist, wobei ein Verhältnis aus den Dotierstoffkonzentrationen von Si und dem n-Dotierstoff zwischen einschließlich 0,25 und 0,4 liegt. 3. Semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the n-doped layer (2b) in addition to the n-dopant additionally comprises Si as a further dopant, wherein a ratio of the dopant concentrations of Si and the n-dopant between 0.25 and 0 inclusive , 4 lies.
4. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n-dotierten Schicht (2b) größer als 1 x 1019 1/ ist und der n-Dotierstoff Ge, Sn, Pb, 0, S, Se oder Te ist . 4. The semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the dopant concentration of the n-type dopant in the n-doped layer (2b) is greater than 1 x 10 19 1 / and the n-type dopant Ge, Sn, Pb, 0, S, Se or Te is.
5. Halbleiterchip nach dem vorhergehenden Anspruch, 5. Semiconductor chip according to the preceding claim,
wobei der n-Dotierstoff Pb oder 0 ist.  wherein the n-type dopant is Pb or 0.
6. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) ein optoelektronischer Chip ist, der eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht (2a) zwischen der n-dotierten Schicht (2b) und einer p-dotierten Schicht (2c) aufweist. 6. Semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor chip (10) is an optoelectronic chip having an intended for generating radiation active layer (2a) between the n-doped layer (2b) and a p-doped layer (2c).
7. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) eine InGaN-LED ist und der Halbleiterschichtenstapel (2) eine einseitige elektrische Kontaktierung aufweist. 7. Semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor chip (10) is an InGaN LED and the semiconductor layer stack (2) has a one-sided electrical contact.
8. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) ein Trägersubstrat aus Silizium umfasst. 8. Semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor chip (10) comprises a carrier substrate made of silicon.
9. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dotierstoffkonzentration des n-Dotierstoffs in der n-dotierten Schicht (2b) folgende Bedingung erfüllt: 9. Semiconductor chip according to one of the preceding claims, wherein the dopant concentration of the n-type dopant in the n-doped layer (2b) satisfies the following condition:
D x DisEdge x N > 5 x 1023 cm-4, mit D der Schichtdicke der n-dotierten Schicht (2b) , D x Dis E dge x N> 5 x 10 23 cm -4 , where D is the layer thickness of the n-doped layer (2b),
DisEdge der mittleren Versetzungsdichte mit Stufenanteil im Bereich der n-dotierten Schicht (2b) in cm mit einem Wert oberhalb von 1 x 108 cm-2 und N der Di s Edge of the average dislocation density with step proportion in the region of the n-doped layer (2b) in cm with a value above 1 × 10 8 cm -2 and N the
Dotierstoffkonzentration in der n-dotierten Schicht (2b) in cm-3.  Dopant concentration in the n-doped layer (2b) in cm-3.
Halbleiterchip nach dem vorhergehenden Anspruch, Semiconductor chip according to the preceding claim,
wobei die Dicke D zwischen einschließlich 0,4 μπι und 3 μπι liegt, DlSj^gg zwischen einschließlich 5 x 107 cm Δ undwherein the thickness D is between 0.4 μπι and 3 μπι, DlS j ^ g g between and including 5 x 10 7 cm Δ and
1 x 109 cm Δ liegt, N zwischen einschließlich 1 x 109 cm Δ , N between inclusive
7 x 1018 cm J und 5 x 1019 cm J liegt und der Ausdruck D x DlSj^gg x N höchstens 1 x 1026 cm q beträgt. 7 x 10 18 cm J and 5 x 10 19 cm J and the expression D x DlS j g g x N is at most 1 x 10 26 cm q .
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterchips (10), mit folgenden Verfahrensschritten: Method for producing a semiconductor chip (10), comprising the following method steps:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (1),  Providing a growth substrate (1),
- Epitaktisches Aufwachsen eines  - Epitaxial growth of one
Halbleiterschichtenstapels (2), der auf einem Semiconductor layer stack (2) lying on a
Materialsystem der Gruppe-III-Nitride basiert und Group III nitride based material system and
zumindest eine n-dotierte Schicht (2b) aufweist, wobei als n-Dotierstoff ein schwererer Dotand als Si aus der IV. Hauptgruppe oder ein Dotand aus der VI. Hauptgruppe der chemischen Elemente verwendet wird. at least one n-doped layer (2b), wherein as n-type dopant a heavier dopant than Si from the IV. Main group or a dopant from the VI. Main group of chemical elements is used.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, Method according to the preceding claim,
wobei eine Leuchtdiode hergestellt wird und auf dem wherein a light emitting diode is manufactured and on the
Aufwachssubstrat (1) die folgenden Schichten unmittelbar aufeinander und in der angegebenen Reihenfolge gewachsen werden : Growth substrate (1) the following layers are grown directly on each other and in the order given:
- eine Keimschicht (5), basierend auf A1N,  a seed layer (5) based on A1N,
- eine Zwischenschicht (4), basierend auf AlGaN, wobei ein Al-Gehalt in Richtung weg vom Aufwachssubstrat (1) abnimmt, - eine Anwachsschicht (8), basierend auf GaN,an intermediate layer (4) based on AlGaN, wherein an Al content decreases away from the growth substrate (1), a growth layer (8) based on GaN,
- eine Maskierungsschicht (6), basierend auf SiN, wobei die Maskierungsschicht (6) die Anwachsschicht (8) nicht vollständig bedeckt, a masking layer (6) based on SiN, wherein the masking layer (6) does not completely cover the growth layer (8),
- eine Koaleszenzschicht (7), basierend auf GaN,  a coalescence layer (7) based on GaN,
- eine Mittelschicht (9) aus AlGaN, und  a middle layer (9) of AlGaN, and
- der Halbleiterschichtenstapel (2a, 2b, 2c) , basierend auf InGaN. 13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,  the semiconductor layer stack (2a, 2b, 2c) based on InGaN. 13. Method according to the preceding claim,
wobei die Keimschicht (5) eine Dicke zwischen  wherein the seed layer (5) has a thickness between
einschließlich 100 nm und 300 nm aufweist und mit Si oder 0 dotiert und/oder mit In versehen ist. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,  including 100 nm and 300 nm and doped with Si or O and / or provided with In. 14. The method according to any one of claims 11 to 13,
wobei beim Aufwachsen eine Germanium-Wasserstoff  while growing a germanium-hydrogen
Verbindung, eine organische Germanium Verbindung, tert.- butyl-German, tert-butyl-Zinn, tert-butyl-Blei , eine metallorganische Verbindung vom Typ F4-Me mit R einem organischen Rest, oder eine Verbindung aus der VI.  Compound, an organic germanium compound, tert-butyl-german, tert-butyl-tin, tert-butyl-lead, an organometallic compound of the type F4-Me with R an organic radical, or a compound from the VI.
Hauptgruppe mit Wasserstoff oder einem organischen Rest verwendet wird.  Main group is used with hydrogen or an organic radical.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, 15. The method according to any one of claims 11 to 14,
wobei das Aufwachssubstrat (1) ein Silizium-Substrat ist.  wherein the growth substrate (1) is a silicon substrate.
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