WO2015128319A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiterschichtenfolge und optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2015128319A1
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nitridic
layer
nitride
growth
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Joachim Hertkorn
Werner Bergbauer
Philipp Drechsel
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • an optoelectronic ⁇ ULTRASONIC semiconductor device which may have such a half ⁇ semiconductor layer sequence.
  • a problem to be solved is to provide a method suits ⁇ ben that is particularly inexpensive to carry out.
  • a white ⁇ tere to be solved is to provide a particularly effi ⁇ gent optoelectronic semiconductor component.
  • the method comprises a step in which a growth substrate with egg ⁇ ner growth surface is provided at a Aufwachsseite.
  • the growth substrate is provided to the semiconductor layers at the Aufwachsseite ⁇ on the growth surface of the growth substrate, for example, epitaxially deposited.
  • the growth substrate may be formed electrically conductive or electrically insulating.
  • the growth substrate may be radiation-transmissive, radiation-reflecting or radiation-absorbing.
  • the embarks ⁇ substrate may have a growth surface, the example embodiment is formed with ⁇ sapphire, SiC or silicon.
  • the growth substrate may be a sapphire wafer.
  • the growth substrate is intended to remain in the finished optoelectronic semiconductor device. That is, it should not be replaced.
  • the method comprises a method step in which a first nitridic semiconductor layer is grown on the growth side on the growth substrate.
  • the first nitride semiconductor layer for example, directly adjacent to the Aufwachs ⁇ surface of the growth substrate.
  • at least one further layer for example a Puf ⁇ fer Mrs is disposed between the growth substrate and the first nit ⁇ ridischen semiconductor layer.
  • the layers and components described here and below may in particular directly adjoin each other. Further, it is possible that locally wei ⁇ tere layers such as buffer layers are disposed between the layers described.
  • a single or multilayer semiconductor layer is understood to mean a nitride semi ⁇ conductor layer based on a nitride compound semiconductor material.
  • On nitride compound semiconductor material based means in this context that the semiconductor layers ⁇ sequence or at least part thereof, particularly preferably at least one active zone of a nitride compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In__ n _ m N has or out of exists, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula on ⁇ wise. Rather, it may for example comprise one or more Th ⁇ animal materials, as well as additional ingredients.
  • the above formula includes only the GR sentlichen components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even though these can be replaced in part by small amounts of other Stof ⁇ fe and / or supplemented.
  • the method includes a step in which a second nitride semiconductor layer on the first nitride semi ⁇ conductor layer is deposited.
  • the second nitride semi ⁇ conductor layer in this case has a different from the first nitride semiconductor layer composition.
  • the second nitridic semiconductor layer can locally adjoin the first nitridic semiconductor layer in places.
  • one or more further layers it is possible for one or more further layers to be arranged between the first nitridic semiconductor layer and the second nitridic semiconductor layer. Particularly, however, it is preferred that at least a portion is present, in which the first nitride semi ⁇ conductor layer and the second nitride semiconductor layer adjoin each other directly.
  • the second nitride semiconductor layer in this case has at least one opening on ⁇ or at least one opening is produced in the second nitride semiconductor layer, or formed during the growth of at least one opening, in particular a plurality of openings in the second nitride semiconductor layer.
  • it is in the nitridi ⁇ 's semiconductor layer after the formation or generating the at least one opening is not a continuous layer, but the second nitride semiconductor layer by the openings interrupted.
  • the ⁇ ffnun ⁇ gen preferably extend at least in places completely through the second nitride semiconductor layer.
  • the second nitride semiconductor layer may in other words in a plurality of islands of the material of the second nitride semi ⁇ conductor layer be disposed on the side remote from the growth substrate side of the first nitride semiconductor layer.
  • the material of the second nitridic semiconductor layer may be in places in direct contact with the material of the first nitridic semiconductor layer.
  • Main extension direction of the growth surface of the Aufwachssub ⁇ strate is formed repeatedly contiguous.
  • the second nitride semiconductor layer is then, for example, not divided into individual islands of material, but it has Lö ⁇ cher, the openings, which extend completely through in a rich ⁇ tung perpendicular and / or in a direction having a Rich ⁇ processing component perpendicular to said plane extend the two ⁇ te nitride semiconductor layer.
  • the first nitri ⁇ sized semiconductor layer prior to the deposition of further Schich ⁇ th, is exposed.
  • the openings can arise during the growth of the two ⁇ th nitridic semiconductor layer.
  • a material may be arranged in places between the first nitridic semiconductor layer and the second nitridic semiconductor layer, on which the second nitridic semiconductor material grows poorly or not at all. At locations where this material is not present, material of the second nitride semiconductor layer can then be arranged on the first nitride semiconductor layer, and from there the islands described can grow from material of the second nitride semiconductor layer.
  • the openings are formed for example on ⁇ due to differences in the lattice constant between the first nitride semiconductor layer and the second nitri ⁇ sized semiconductor layer as cracks during growth.
  • the openings are generated or increased after completion of the growth of the second nitridic semiconductor layer by a process such as etching.
  • the method includes a step in which at least a portion of the first nitride semiconductor layer is removed by the Publ ⁇ voltages in the second nitride semiconductor layer. Due to the openings in the second nitridic semiconductor layer, it is possible that the first nitridic semiconductor layer may be exposed or exposed there. Via the openings, it is then possible to remove the first nitridic semiconductor layer, for example by a chemical or mechanical process, at least where it is exposed. In this way you can also use areas below the second nitridic semiconductor layer are generated, from which material of the first nitridic semiconductor layer, which was previously present, is removed again.
  • the method includes a step of growing a third nitride semiconductor layer is performed on the second nitride semiconductor layer, wherein the third nit ⁇ ridische semiconductor layer covers the openings at least mit- example.
  • the third nitridic semiconductor layer differs in its material, for example, from the first and / or the second nitridic semiconductor layer.
  • the third nitridi- see semiconductor layer can cover the openings in the first nit ⁇ ridischen semiconductor layer and even filled in.
  • the third nitridi ⁇ specific semiconductor layer completely covers the second nitride semiconductor ⁇ layer and the openings in the second nitride semiconductor layer, so that after an on ⁇ the third nitride semiconductor layer grown in a surface close supervision with low penetration depth ( For example, scanning electron microscope) on the Halbleiterschich ⁇ tengol the second nitridic semiconductor layer and the openings in the second nitridic semiconductor layer are no longer visible.
  • the areas was removed therethrough from de ⁇ NEN the material of the first nitride semiconductor layer through the openings are not filled with the material of the third nitride semiconductor layer, that is, between the growth substrate and after ⁇ following semiconductor layers are Cavities available, the not filled with semiconductor material. These cavities are filled, for example, with a gas.
  • the method comprises the following steps:
  • these cavities can be, for example, optically ge ⁇ utilized by the refraction, scattering and / or reflection is used in the region of the cavities or at the edge of the cavities ⁇ .
  • a semiconductor layer sequence can be created with the process described herein, wherein the Be ⁇ area of the cavities between the growth surface of the Aufwachs ⁇ substrate and the subsequent semiconductor layers, a thermal decoupling available.
  • the gas-filled cavities are less thermally conductive than the surrounding semiconductor material.
  • semiconductor devices can be created that are more heated than the Ka ⁇ vticianen have regions than between the cavities.
  • a thermal load on the growth substrate can also be reduced in the area of the cavities. Furthermore, it is possible to dissipate the heat generated during operation in a targeted manner via the nitride semiconductor layers.
  • the second nitride semiconductor layer has a larger Alumi ⁇ niumkonzentration than the first nitride semiconductor layer.
  • the first nitride semiconductor layer on ⁇ an aluminum concentration of at most 10% or at most 20%.
  • the second nitride semiconductor layer then has an aluminum concentration of at least 1.5% greater, more preferably of at least 5% more, or we ⁇ antes 10% more than the first nitride semiconductor layer ⁇ .
  • the aluminum concentration is at least 21.5% or at least 25% or at least 30%.
  • the second nitride semiconductor layer may be formed to Be ⁇ play with A1N or consist of A1N.
  • the concentrations of aluminum Zvi ⁇ rule of the first nitride semiconductor layer and the two ⁇ th nitride semiconductor layer Due to the difference in the concentrations of aluminum Zvi ⁇ rule of the first nitride semiconductor layer and the two ⁇ th nitride semiconductor layer, it is, for example, mög ⁇ Lich, for removing at least a portion of the first nitride semiconductor layer, a method such as an etching method to use, wherein the probability of material removal decreases with increasing aluminum concentration.
  • the first nitride semiconductor layer having the smaller aluminum concentration is removed in this case by the procedural ren stronger than the second nitride semiconductor layer with the larger ⁇ aluminum concentration.
  • a mask layer arranged on ⁇ prior to depositing the second nitride semiconductor layer between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, a mask layer arranged on ⁇ .
  • the mask layer can for example be applied directly to the first nitridic semiconductor layer.
  • the mask layer is, for example, an atomically thin layer formed with a monolayer material that does not completely cover the first nitridic semiconductor layer.
  • the second nitride semiconductor layer is most likely where the first nitride semiconductor layer from the Mas ⁇ ken Anlagen is uncovered, grown on the first nitride semi ⁇ conductor layer.
  • the mask layer has for this purpose at ⁇ game as openings in which the first nitride semiconductor layer from the mask layer is uncovered.
  • the first nitride semiconductor layer is not completely, but with a Bede ⁇ ckungsgrad of at least 70% and at most 90%.
  • the Material of the mask layer is selected a material through which a selectivity in the growth of the second nitridi ⁇ 's semiconductor layer is effected, that is, the material of the second nitridic semiconductor layer grows on the material of the mask layer less well than, for example, on the material of the first nitridic semiconductor layer.
  • the material of the second nitridic semiconductor layer mainly collects at the openings of the mask layer to the first nitridic semiconductor layer and there islands of the material of the second nitri ⁇ dical semiconductor layer arise.
  • the mask layer and the nitridic semiconductor layers are preferably epitaxially separable in Si ⁇ tu.
  • the second nitride semiconductor ⁇ layer whereby the second nitride semiconductor layer is then at least a part of the surface of the Mas ⁇ ken Anlagen which is from ⁇ facing the first nitride semiconductor layer, free from material of the second nitride semi ⁇ conductor layer at least has an opening. That is, a selective growth of the second nitridic semiconductor layer in the region of the openings of the mask layer is produced by the mask layer. Between the openings of the masks ⁇ layer, the second nitride semiconductor layer then on the at least one opening in the second half ⁇ nitride conductor layer.
  • a nitride compound semiconductor material having an aluminum concentration of at most 20% is selected for the first nitridic semiconductor layer. Then, a nitride compound semiconductor material having an aluminum concentration of the second nitride semiconductor layer before half ⁇ preferably at least 1.5% and more, for example more than 10% more than for the first nitride semiconductor layer ge ⁇ selected. The aluminum concentration is thus between 21.5% and 30%, for example. Silicon nitride, SiN, can then be selected as the material for the mask layer.
  • the mask layer can be in the same epitaxy, ie in situ as the nitride semiconductor layers are rank ⁇ eliminated. In this embodiment, therefore, a SiN layer on a first nitride semiconductor layer is ⁇ deposited in situ.
  • the SiN mask layer covering said first nitride semi ⁇ conductor layer is not completely, but for example at least 70% and at most 90%.
  • an aluminum-containing nitride semi ⁇ conductor layer for example an AlGaN layer having a hö ⁇ heren aluminum concentration than the first nitride semi ⁇ conductor layer is deposited.
  • islands of the second nitridic semiconductor layer then form.
  • the mask layer is removed before the removal of the part of the first nitridic semiconductor layer.
  • the mask layer can be removed by the same method as the first nitridic semiconductor layer. If it is in the process, for example, an etching method, it is possible to ⁇ next be removed, the mask layer, and subsequently the exposed ERS te nitride semiconductor layer.
  • the second nitridic semiconductor layer is then not removed at all or less quickly in this etching process, so that at least least one residue of the second nitride semiconductor layer remains ⁇ ver.
  • the method may alternatively or additionally occur during growth of the two ⁇ th nitride semiconductor layer cracks in the second nit ⁇ ridischen semiconductor layer forming the openings in the second nitride semiconductor layer.
  • Man ⁇ che of the openings or all openings extend completely from the side facing away from the first nitridic semiconductor layer side of the second nitridic semiconductor layer through the second nitridic semiconductor layer to the first nitridic semiconductor layer.
  • a high-aluminum-containing second nitride semiconductor ⁇ layer may be deposited in place of the mask layer, or in addition to the mask layer.
  • this highly aluminum-containing layer may also be an A1N layer.
  • the first nitride semiconductor layer which has a lower aluminum concentration and is formed, for example, with GaN
  • cracks which form the openings in the second nitridic semiconductor layer, are produced after a few nanometers of layer thickness of the second nitridic semiconductor layer.
  • the first nitridic semiconductor layer for example, for process gases, which can be used for an etch, accessible.
  • the removal of at least a portion of the first nitridic semiconductor layer is carried out by increasing the hydrogen flow, wherein the removal of the first nitridic semiconductor layer due to a chemical reaction between the hydrogen and the material of the first nitridic semiconductor layer. That is, the first nitride semiconductor layer is etched for example by H2 ⁇ gas. The removal can take place in this way in the same process chamber as the growth of the nitridic semiconductor layers.
  • the temperature in the process chamber and / or lower the nitrogen flow in the process chamber it is possible to increase the temperature in the process chamber and / or lower the nitrogen flow in the process chamber. For example, this can be achieved by reducing the NH flow. With these measures, the dissolution of the first nitridic semiconductor layer can be accelerated. Furthermore, materials such as SiH4 or HCl can be used.
  • layer to remove the first nitride semiconductor is a H2 ⁇ rich atmosphere in the process chamber, such as an MOVPE process chamber is generated.
  • the first nitridic semiconductor layer has an aluminum concentration which is lower than the second nitridic semiconductor layer. Namely, as the aluminum concentration increases, a nitridic semiconductor layer is etched progressively more slowly.
  • the etchant hydrogen so underetched the second nitridi ⁇ specific semiconductor layer.
  • the etch selectivity between a first nitride semiconductor layer with a lower aluminum concentration, which is formed, for example, with GaN or consists of GaN, to the second nitridic semiconductor layer with a larger aluminum concentration is sufficient to produce several hundred nanometers of layer thickness of the first nitridic semiconducting layer. conductor layer by etching to remove.
  • the structures grown before removal from the material of the second nitridic semiconductor layer are etched substantially below ⁇ , so that in a plan view little or no change in the second nitridic semiconductor layer is detectable.
  • half ⁇ takes place depositing of the Third th nitride semiconductor layer, whereby the holes and trenches in the material of the second nitride semiconductor layer ieren koales z.
  • the method of the third nitride semiconductor layer includes an opening provided to the radiation ⁇ generation or for radiation detection active Zo ⁇ ne, that is, after removal of a portion of the first nit ⁇ ridischen semiconductor layer, a third nitride semiconductor layer grown in this embodiment, the part an optoelectronic semiconductor device may be.
  • the optoelectronic semi ⁇ conductor component is a light emitting diode, a laser diode or a photodiode.
  • the cavities, so the gas inlet ⁇ connections between the second nitride semiconductor layer and the growth substrate can be used optically in such a case in particular ⁇ sondere.
  • the optoelectronic semiconductor component may comprise a semiconductor layer sequence which has been produced by a method described here. That is, all the features disclosed for the method are also disclosed and reversed for the optoelectronic semiconductor component .
  • the optoelectronic component comprises the growth substrate with the growth surface on the growth side.
  • the optoelectronic Aufwachsseite semiconducting ⁇ terbauteil comprises the first nitride semiconductor layer.
  • the second nitridic semiconducting ⁇ conductor layer is arranged on the side facing away from the growth substrate side of the first nitridi- see semiconductor layer.
  • the third nitridic semiconductor ⁇ layer is arranged.
  • the second nitridic semiconductor layer in this case has at least one opening which is covered by the third nitridic semiconductor layer and / or at least locally filled.
  • the optoelectronic semiconductor device is arranged at least one cavity between the growth surface and the second nitride semiconductor layer which is filled with a gas
  • the third nitride semiconductor layer includes an opening provided to Strahlungser ⁇ generation or for radiation detection active zone.
  • the cavities are provided between the growth surface of the substrate on ⁇ monitored and the subsequent semiconductor material, wherein ⁇ play, the second and / or third nitride semiconductor layer is present, in which gas is ⁇ is closed.
  • the cavities may be limited for example by Ma ⁇ TERIAL of the growth substrate and / or material of the nitridi ⁇ 's semiconductor layers.
  • the size of the activities can Kavi ⁇ this case be of longer in length at least 1 pm o-.
  • the size of the cavity may be on average at least 10 nm, preferably at least 100 nm, for example at least 1 ⁇ m.
  • the optoelectronic semiconductor ⁇ component comprises a growth substrate having a growth surface on ei ⁇ ner embarkwachsseite, a first nitride semiconductor layer on the Aufwachsseite, a second nitride semiconductor ⁇ layer on the side remote from the growth substrate side of the first nitride semiconductor layer, a third nitridi ⁇ specific semiconductor layer on the side opposite the first nitride semi ⁇ conductor layer side of the second nitride semiconductor layer, wherein the second nitride semiconductor ⁇ layer has at least one opening which is covered by the third nitride semiconductor layer between the growth surface and at least one of the nitride semi- ⁇ conductor layers at least one cavity is arranged, which is filled with a gas, and the third nitride semi-conductive layer a ⁇ for generating radiation or radiative detection SHEET IFRS ene active layer comprises.
  • the optoelectronic semiconductor component is in operation, he testified ⁇ in the active zone or optically influenced in the active zone to be detected electromag netic ⁇ radiation from the cavity.
  • the radiation passes through the cavity.
  • the electro-magnetic radiation ⁇ can, for example optically scattered in or at the edge of the cavity and / or optically broken ⁇ the.
  • a probability of occurrence for an active in the zone to electromagnetic radiation de- tektierende increase by the probability of total reflection, for example, at the exit of radiation from the semiconductor component ⁇ play is reduced at ⁇ .
  • An optoelectronic semiconductor device described herein is inter alia based on the idea that by providing the gas-filled cavities to the USAGE ⁇ dung of prestructured Aufwachssubstraten in which the growth surface has a structuring omitted who can ⁇ .
  • These substrates may, for example, be so-called patterned sapphire substrates (PSS), ie structured sapphire substrates.
  • PSS patterned sapphire substrates
  • growing up on a pre-structured growth surface of a substrate makes the difference for growing on a flat, unstruk ⁇ tured growth surface other epitaxy necessary.
  • nitridic semiconductor layers can be present with Processes are grown, which are used for flat, unstructured growth surfaces of growth substrates. In this way, an optoelectronic semiconductor device, which has increased efficiency due to the cavities and their optical effect, can be produced more cheaply than conventionally.
  • the optoelectronic semiconductor component may also have a radiation-transmissive growth substrate.
  • the optoelectronic component is a radiation-emitting component such as a light emitting diode
  • the optoelectronic device may constitute a so-called volume emitter, in which, for example, Wenig ⁇ least 20%, especially at least 30% of the emitted electromagnetic radiation, this by side surfaces of the
  • Such optoelectronic semicon ⁇ conductor components are particularly well suited for use in general lighting. It is also mög ⁇ Lich, that the electromagnetic radiation largely due to the growth substrate side facing away from the exits.
  • the growth substrate remains in the component and is not detached.
  • the second nitride semiconductor layer ⁇ in a projection onto the growth surface a large ⁇ ßere cover the growth surface than the first nitridi- see semiconductor layer. That is, the amount of material removed in the manufacturing process of the first nitridi ⁇ 's semiconductor layer that only a small proportion of In ⁇ monitored area, such as at most 50%, in particular at most 30%, are covered with material of the first nitridic semiconducting ⁇ conductor layer.
  • the cover may be greater with a material of the second nitride semiconductor layer in projection on the growth surface and beispiels- example at least 35%, preferably at least 55%, Wenig ⁇ least 75%, at least 95%, up to at least 99%.
  • the growth surface of the Aufwachssub- strats is unstructured, that is within the manufacturing tolerance ⁇ is a growth substrate is provided having a flat growth surface.
  • the growth surface can run within the production tolerance parallel to the main extension direction of the growth substrate. However, it is also possible that the growth surface is stepped and runs obliquely to the main extension plane of the growth substrate.
  • a first method step of a method described here is explained in greater detail on the basis of a schematic sectional illustration.
  • a Aufwachssub ⁇ strat is first provided, which is a sapphire substrate, the sapphire is formed with or consists of sapphire.
  • the growth substrate 50 has a growth surface 51 made of sapphire.
  • the growth area 51 is preferably unstructured, that is to say, it has, for example, no irregular or irregularly arranged elevations and depressions, but is smooth in the context of manufacturing tolerance, in some areas roughness up to 100 nm are possible.
  • the growth surface 51 is arranged on a growth side 50a of the growth substrate 50.
  • the ers ⁇ te nitride semiconductor layer 10 is deposited directly on the growth surface 51.
  • the first nitridic semiconductor layer 10 comprises a plurality of layers and has, for example, a thickness between at least 10 nm and at most 2000 nm.
  • the first nitride semi ⁇ conductor layer is formed, for example, Al x x InyGa__ _yN.
  • the aluminum concentration x is preferably at most 20%.
  • a mask layer 40 is applied to the growth substrate 50 facing away from the top of the ers ⁇ th nitride semiconductor layer 10, which in the present gebil ⁇ det with SiN and / or SiGan or is made of SiN or SiGan, for example SiGan sawn.
  • the mask layer has, for example, a thickness of at most 50 nm, in particular at most 10 nm.
  • the mask layer is formed by a monolayer material with uncovered areas.
  • the mask layer does not completely cover the first nitridic semiconductor layer 10, but at least 70% and at most 90%.
  • the mask layer 40 has openings to toward the first nit ⁇ ridischen semiconductor layer, which have a diameter of, for example, at least 100 nm and at most 1000 nm ⁇ .
  • a second nitridi ⁇ cal semiconductor layer 20 is deposited on the mask layer 40 and the first nitridic semiconductor layer 10.
  • the second nitride semiconductor layer is formed for example with Al x Ga__ x N, wherein the aluminum concentration x is for example at least 1.5% and more, for example, maximum period of 10% more than in the first nitride semiconductor layer ⁇ .
  • the second nitride semiconductor layer is selectively grown, preferably on the first nitride semi ⁇ conductor layer 10 and not on the mask layer 40.
  • islands are formed from the material of the second nitride semiconductor layer 20, between which openings 21 of the second nitridic semiconductor layer 20 are formed.
  • the distance between adjacent islands is directly ⁇ be made of material of the second nitride semiconductor layer 20 between half ⁇ at least 10 nm and at most 500 nm.
  • the second nitride semiconductor layer has a surface on its Deckflä ⁇ the first nitride semiconductor layer 10 from ⁇ side facing, for example, runs parallel to the crys- tallografischen C-plane.
  • Islands of the material of the second nitride semiconductor layer ⁇ 20 are obliquely arranged ⁇ to the crystallographic C-plane. There, the aluminum concentration is smaller than at the top surface 22.
  • FIG. 1B shows SEM photographs from an angle of 45 ° and in the plan view of the islands of material of the second semiconductor layer sequence 20. Between these islands, the mask layer 40 or the first nitridic semiconductor layer 10 can be seen.
  • a back etching of the material of the first nitridic semi-precious material takes place.
  • conductor layer 10 under a hydrogen atmosphere.
  • the material of the first nitride semiconductor layer is removed stel ⁇ lenweise 10, whereby cavities are formed below the 60 th two ⁇ nitride semiconductor layer twentieth
  • the result is a semiconductor layer sequence, wherein the interim ⁇ rule the growth substrate 50 and the material of the semi-conductor layers ⁇ cavities 60 are formed which are filled with a gas.
  • an optoelectronic semicon ⁇ conductor component described here is explained in more detail.
  • a radiation-generating semiconductor device wherein in the active zone 31 of the third nitride semiconductor is ⁇ layer 30 of electromagnetic radiation, such as light 32, is generated.
  • the cavities 60 for example at the edge of the cavities 60, undergo total reflection and / or scattering of the light 32 due to the refractive index jump and / or the rough structure of the edge of the cavities 60. In this way, the cavities 60 can be considered as act optical structuring, which increase the efficiency of the opto-electronic semiconductor device.
  • a growth substrate 50 having a growth surface 51 is provided on a growth side 50a.
  • the growth substrate may be, for example, a sapphire substrate or a silicon substrate.
  • the first nitride semi ⁇ conductor layer 10 is deposited on the growth surface 50th
  • the first nitride semi ⁇ conductor layer 10 may be formed for example with Al x InyGa__ _yN x Ge, wherein the aluminum concentration is for example at most 20%.
  • At the growth substrate 50 pick ⁇ facing side of the first nitride semiconductor layer 10 followed by the second nitride semiconductor layer 20.
  • the second nitride semiconductor layer 20 is formed, for example, AlGaN or A1N and has a higher Aluminiumkonzentrati ⁇ on than the underlying first nitride semiconductor ⁇ layer.
  • the aluminum concentration in the second nitride semiconductor layer in the present example from ⁇ guide also more than 25%, in particular more than 50%, for example 100%, respectively.
  • the second nitride semiconductor layer 20 can for example have a smaller Git ⁇ terkonstante than the first nitride semiconductor layer 10th
  • the layer thickness of the second nitride semi ⁇ conductor layer is for example between at least 5 nm and at most 100 nm.
  • the underlying ers ⁇ th nitridic semiconductor layer 10 is selectively etched by the ⁇ ff ⁇ openings 21, which are formed by the cracks in the second nitridic semiconductor layer 20. This results in cavities 60, which are delimited, for example, by the material of the first nitridic semiconductor layer 10 and the material of the second nitridic semiconductor layer 20.
  • the third NIT ridische semiconductor layer 30 is deposited side of the second nitridi ⁇ 's semiconductor layer 20 on the first nitride semiconductor layer 10 facing away.
  • the third nitridi ⁇ cal semiconductor layer 30 covers the openings 21 in the second nitridic semiconductor layer 20.
  • the third nitridic semiconductor layer 30 is, for example, with
  • the third nitridic semiconductor layer 30 may be constructed at least in places identically to the first nitridic semiconductor layer 10. Furthermore, the third nitridic semiconductor layer 30 can comprise an active zone 31 in which, for example, electromagnetic radiation is generated or detected during operation.
  • FIG. 4 shows a sectional view corresponding to a TEM image of such a semiconductor layer sequence with a first nitride semiconductor layer 10, a second nit ⁇ ridischen semiconductor layer 20 and a third nitride semiconductor layer 30th
  • a crack in the second nitride semiconductor layer is 20 to recognize that forms an opening 21 in the second nitride semiconductor layer 20 which extends completely through the second nitridi ⁇ specific semiconductor layer 20.
  • the cavity 60 is formed by etching with hydrogen gas.
  • the etch rate is greater, the smaller the aluminum content in the first nitridic semiconductor ⁇ layer 10 is.
  • the mask layer formed for example with silicon nitride thereby influencing the formation of defects in the semiconductor layers, which is usually done by the masks ⁇ layer is prevented.
  • the cavities 60 described here increase the rate of light extraction in the case of radiation-generating semiconductor components.
  • the cavities can be seen as bright dots in the luminescent ⁇ field.
  • the density of the cavities 60 can be adjusted by adjusting the growth conditions of the second rule nitridi ⁇ semiconductor layer twentieth
  • the density of the openings 21 and thus the density of the cavities 60 can be increased by increasing the time for which the material of the second nitridic layer 20 is deposited.
  • the size of the cavities for example their maximum diameter, can be adjusted by the etching time, the ratio of H2 to N2, the amount of NH3 and / or the temperature and / or the pressure in the process chamber.

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Abstract

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

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge und optoelektronisches Halbleiterbauteil
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschich¬ tenfolge angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektroni¬ sches Halbleiterbauteil angegeben, das eine solche Halb¬ leiterschichtenfolge aufweisen kann.
Die Druckschrift US 6,091,085 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge sowie einen opto¬ elektronischen Halbleiterchip mit einer solchen Halbleiter¬ schichtenfolge .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzuge¬ ben, das besonders kostengünstig durchführbar ist. Eine wei¬ tere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein besonders effizi¬ entes optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Her¬ stellung einer Halbleiterschichtenfolge umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein Aufwachssubstrat mit ei¬ ner Aufwachsfläche an einer Aufwachsseite bereitgestellt wird. Das Aufwachssubstrat ist dazu vorgesehen, Halbleiter¬ schichten an der Aufwachsseite auf die Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats beispielsweise epitaktisch abzuscheiden. Das Aufwachssubstrat kann dabei elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein. Ferner kann das Auf- wachssubstrat strahlungsdurchlässig, Strahlungsreflektierend oder strahlungsabsorbierend ausgebildet sein. Das Aufwachs¬ substrat kann eine Aufwachsfläche aufweisen, die beispiels¬ weise mit Saphir, SiC oder Silizium gebildet ist. Beispiels- weise kann es sich bei dem Aufwachssubstrat um einen Saphir- Wafer handeln. Das Aufwachssubstrat ist dafür vorgesehen, im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil zu verbleiben. Das heißt, es soll nicht abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine erste nitridische Halbleiterschicht an der Aufwachsseite auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird. Die erste nitridische Halbleiterschicht kann beispielsweise direkt an die Aufwachs¬ fläche des Aufwachssubstrats grenzen. Ferner ist es möglich, dass zumindest eine weitere Schicht, beispielsweise eine Puf¬ ferschicht, zwischen dem Aufwachssubstrat und der ersten nit¬ ridischen Halbleiterschicht angeordnet ist.
Allgemein können die hier und im Folgenden beschriebenen Schichten und Komponenten insbesondere jeweils direkt anei- nandergrenzen . Ferner ist es möglich, dass stellenweise wei¬ tere Schichten, wie beispielsweise Pufferschichten, zwischen den beschriebenen Schichten angeordnet sind.
Hier und im Folgenden wird unter einer nitridischen Halb¬ leiterschicht eine ein- oder mehrlagige Halbleiterschicht verstanden, die auf einem Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial basieren.
"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten¬ folge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zu- mindest eine aktive Zone ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn__n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel auf¬ weisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Do¬ tierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Ein¬ fachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die we- sentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof¬ fe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine zweite nitridische Halbleiterschicht auf die erste nitridische Halb¬ leiterschicht abgeschieden wird. Die zweite nitridische Halb¬ leiterschicht weist dabei eine von der ersten nitridischen Halbleiterschicht abweichende Zusammensetzung auf. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann stellenweise direkt an die erste nitridische Halbleiterschicht grenzen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine oder mehrere weitere Schichten zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht angeordnet sind. Insbesondere ist es jedoch bevorzugt, dass zumindest ein Bereich vorhanden ist, in dem die erste nitridische Halb¬ leiterschicht und die zweite nitridische Halbleiterschicht direkt aneinandergrenzen . Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dabei zumin¬ dest eine Öffnung auf oder zumindest eine Öffnung wird in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht erzeugt oder während des Aufwachsens entsteht zumindest eine Öffnung, insbesondere mehrere Öffnungen, in der zweiten nitridischen Halbleiter- Schicht. Mit anderen Worten handelt es sich bei der nitridi¬ schen Halbleiterschicht nach dem Entstehen oder Erzeugen der zumindest einen Öffnung nicht um eine geschlossene Schicht, sondern die zweite nitridische Halbleiterschicht ist durch die Öffnungen unterbrochen. Dabei erstrecken sich die Öffnun¬ gen vorzugsweise zumindest stellenweise vollständig durch die zweite nitridische Halbleiterschicht. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die zweite nitridi¬ sche Halbleiterschicht in einer Ebene parallel zur Haupter¬ streckungsrichtung der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats eine Vielzahl voneinander beabstandeter Bereiche umfasst, die nicht durch Material der zweiten nitridischen Halbleiter- schicht miteinander verbunden sind. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann mit anderen Worten in einer Vielzahl von Inseln aus dem Material der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht angeordnet sein. Insbesondere im Bereich dieser Inseln kann sich das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht stellenweise in direktem Kontakt mit dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht befinden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die zweite nitridische Halbleiterschicht in der Ebene parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der Aufwachsfläche des Aufwachssub¬ strats mehrfach zusammenhängend ausgebildet ist. Die zweite nitridische Halbleiterschicht ist dann beispielsweise nicht in einzelne Materialinseln unterteilt, sondern sie weist Lö¬ cher, die Öffnungen, auf, die sich vollständig in einer Rich¬ tung senkrecht und/oder in einer Richtung mit einer Rich¬ tungskomponente senkrecht zur genannten Ebene durch die zwei¬ te nitridische Halbleiterschicht hindurch erstrecken. Im Be- reich dieser Öffnungen ist es möglich, dass die erste nitri¬ dische Halbleiterschicht, vor dem Abscheiden weiterer Schich¬ ten, freiliegt. Die Öffnungen können dabei während des Aufwachsens der zwei¬ ten nitridischen Halbleiterschicht entstehen. Beispielsweise kann zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht stellenweise ein Material angeordnet sein, auf dem das zweite nitridische Halbleitermaterial schlecht oder gar nicht aufwächst. An Stellen, an denen dieses Material nicht vorhanden ist, kann sich Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht dann auf der ersten nitridischen Halbleiterschicht anordnen und von dort aus können die beschriebenen Inseln aus Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aufwachsen.
Weiter ist es möglich, dass die Öffnungen beispielsweise auf¬ grund von Unterschieden in der Gitterkonstante zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitri¬ dischen Halbleiterschicht als Risse während des Wachstums entstehen .
Schließlich ist es möglich, dass die Öffnungen nach Abschluss des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halbleiterschicht durch einen Prozess wie Ätzen erzeugt oder vergrößert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem zumindest ein Teil der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öff¬ nungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht entfernt wird. Aufgrund der Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist es möglich, dass die erste nitridische Halbleiterschicht dort freiliegt oder freigelegt werden kann. Über die Öffnungen ist es dann möglich, die erste nitridische Halbleiterschicht beispielsweise durch ein chemisches oder mechanisches Verfahren zumindest dort, wo sie freiliegt, zu entfernen. Auf diese Weise können auch Bereiche unterhalb der zweiten nitridischen Halbleiterschicht erzeugt werden, aus denen Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht, das vorher vorhanden war, wieder entfernt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht auf die zweite nitridische Halbleiterschicht erfolgt, wobei die dritte nit¬ ridische Halbleiterschicht die Öffnungen zumindest stellen- weise überdeckt.
Die dritte nitridische Halbleiterschicht unterscheidet sich in ihrem Material beispielsweise von der ersten und/oder der zweiten nitridischen Halbleiterschicht. Die dritte nitridi- sehe Halbleiterschicht kann die Öffnungen in der ersten nit¬ ridischen Halbleiterschicht überdecken und sogar ausfüllen. Beispielsweise ist es dann möglich, dass die dritte nitridi¬ sche Halbleiterschicht die zweite nitridische Halbleiter¬ schicht und die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halb- leiterschicht vollständig überdeckt, sodass nach einem Auf¬ wachsen der dritten nitridischen Halbleiterschicht in einer oberflächennahen Aufsicht mit geringer Eindringtiefe (zum Beispiel Rasterelektronenmikroskop) auf die Halbleiterschich¬ tenfolge die zweite nitridische Halbleiterschicht und die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht nicht mehr zu erkennen sind.
Insbesondere ist es dabei möglich, dass die Bereiche, aus de¬ nen das Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öffnungen hindurch entfernt wurde, nicht mit dem Material der dritten nitridischen Halbleiterschicht befüllt werden, das heißt zwischen dem Aufwachssubstrat und den nach¬ folgenden Halbleiterschichten sind Kavitäten vorhanden, die nicht mit Halbleitermaterial befüllt sind. Diese Kavitäten sind beispielsweise mit einem Gas befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Her- Stellung einer Halbleiterschichtenfolge umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats mit einer Aufwachs¬ fläche an einer Aufwachsseite,
- Aufwachsen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht an der Aufwachsseite,
- Aufwachsen einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht auf die erste nitridische Halbleiterschicht, wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht zumindest eine Öffnung aufweist oder zumindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halb- leiterschicht erzeugt wird oder während des Aufwachsens zu¬ mindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halbleiter¬ schicht entsteht,
- Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch die Öffnungen in der zweiten nitridi- sehen Halbleiterschicht,
- Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht auf die zweite nitridische Halbleiterschicht, wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht die Öffnungen zumindest stel¬ lenweise überdeckt.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es insbesondere mög¬ lich, eine Halbleiterschichtenfolge zu schaffen, bei der zwi¬ schen dem Aufwachssubstrat und den nachfolgenden Halbleiter¬ schichtenfolgen Kavitäten vorhanden sind, die beispielsweise mit einem Gas gefüllt sind. Erfolgt ein Einsatz der Halb¬ leiterschichtenfolge in einem optoelektronischen Halbleiter¬ bauteil, so können diese Kavitäten beispielsweise optisch ge¬ nutzt werden, indem die Brechung, Streuung und/oder Reflexion im Bereich der Kavitäten oder am Rand der Kavitäten ausge¬ nutzt wird.
Erfolgt eine Nutzung der Halbleiterschichtenfolge in einem optoelektronischen oder in einem elektronischen Halbleiter¬ bauteil, so kann mit dem hier beschriebenen Verfahren eine Halbleiterschichtenfolge geschaffen werden, bei der im Be¬ reich der Kavitäten zwischen der Aufwachsfläche des Aufwachs¬ substrats und den nachfolgenden Halbleiterschichten eine thermische Entkopplung vorhanden sind. Beispielsweise sind die mit Gas gefüllten Kavitäten schlechter thermisch leitend als das sie umgebende Halbleitermaterial. Auf diese Weise können Halbleiterbauteile geschaffen werden, die über den Ka¬ vitäten stärker erwärmte Bereiche als zwischen den Kavitäten aufweisen. Auch eine thermische Belastung des Aufwachssub- strats kann im Bereich der Kavitäten reduziert werden. Ferner ist es möglich, die im Betrieb erzeugte Wärme gezielt über die nitridischen Halbleiterschichten abzuführen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die zweite nitridische Halbleiterschicht eine größere Alumi¬ niumkonzentration als die erste nitridische Halbleiterschicht auf. Beispielsweise weist die erste nitridische Halbleiter¬ schicht eine Aluminiumkonzentration von höchstens 10 % oder höchstens 20 % auf. Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dann eine Aluminiumkonzentration von wenigstens 1,5 % mehr auf, insbesondere von wenigstens 5 % mehr oder von we¬ nigstens 10 % mehr als die erste nitridische Halbleiter¬ schicht. Die Aluminiumkonzentration beträgt also zum Beispiel wenigstens 21,5 % oder wenigstens 25 % oder wenigstens 30%. Die zweite nitridische Halbleiterschicht kann dabei zum Be¬ spiel auch mit A1N gebildet sein oder aus A1N bestehen. Durch den Unterschied in den Aluminiumkonzentrationen zwi¬ schen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zwei¬ ten nitridischen Halbleiterschicht ist es beispielsweise mög¬ lich, für das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nit- ridischen Halbleiterschicht ein Verfahren, beispielsweise ein Ätzverfahren, zu nutzen, bei dem die Wahrscheinlichkeit eines Materialabtrags mit steigender Aluminiumkonzentration sinkt. Die erste nitridische Halbleiterschicht mit der kleineren Aluminiumkonzentration wird in diesem Fall durch das Verfah- ren stärker abgetragen als die zweite nitridische Halbleiter¬ schicht mit der größeren Aluminiumkonzentration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Abscheiden der zweiten nitridischen Halbleiterschicht zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht eine Maskenschicht an¬ geordnet. Die Maskenschicht kann beispielsweise direkt auf die erste nitridische Halbleiterschicht aufgebracht werden. Die Maskenschicht ist zum Beispiel eine atomar dünne Schicht, die mit einem Monolage-Material gebildet ist, das die erste nitridische Halbleiterschicht nicht vollständig bedeckt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die zweite nit- ridische Halbleiterschicht mit größter Wahrscheinlichkeit dort, wo die erste nitridische Halbleiterschicht von der Mas¬ kenschicht unbedeckt ist, auf die erste nitridische Halb¬ leiterschicht aufgewachsen. Die Maskenschicht weist dazu bei¬ spielsweise Öffnungen auf, in denen die erste nitridische Halbleiterschicht von der Maskenschicht unbedeckt ist. Bei¬ spielsweise bedeckt die Maskenschicht die erste nitridische Halbleiterschicht nicht vollständig, sondern mit einem Bede¬ ckungsgrad von wenigstens 70 % und höchstens 90 %. Für das Material der Maskenschicht wird ein Material gewählt, durch das eine Selektivität beim Aufwachsen der zweiten nitridi¬ schen Halbleiterschicht bewirkt wird, das heißt das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht wächst auf dem Ma- terial der Maskenschicht weniger gut auf als beispielsweise auf dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht. Dadurch ist es möglich, dass sich das Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht hauptsächlich an den Öffnungen der Maskenschicht zur ersten nitridischen Halbleiterschicht hin sammelt und dort Inseln des Materials der zweiten nitri¬ dischen Halbleiterschicht entstehen. Die Maskenschicht und die nitridischen Halbleiterschichten sind vorzugsweise in si¬ tu epitaktisch abscheidbar. Nach dem Aufwachsen der zweiten nitridischen Halbleiter¬ schicht ist dann zumindest ein Teil der Oberfläche der Mas¬ kenschicht, die der ersten nitridischen Halbleiterschicht ab¬ gewandt ist, frei von Material der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht, wodurch die zweite nitridische Halbleiter- schicht die zumindest eine Öffnung aufweist. Das heißt, durch die Maskenschicht wird ein selektives Wachstum der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im Bereich der Öffnungen der Maskenschicht erzeugt. Zwischen den Öffnungen der Masken¬ schicht weist die zweite nitridische Halbleiterschicht dann die zumindest eine Öffnung in der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht auf.
Beispielsweise wird in dieser Ausführungsform für die erste nitridische Halbleiterschicht ein Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial mit einer Aluminiumkonzentration von höchstens 20 % gewählt. Für die zweite nitridische Halb¬ leiterschicht wird dann ein Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial mit einer Aluminiumkonzentration von vor zugsweise wenigstens 1,5 % mehr und zum Beispiel höchstens 10 % mehr als für die erste nitridische Halbleiterschicht ge¬ wählt. Die Aluminiumkonzentration beträgt also zum Beispiel zwischen 21,5 % und 30 %. Für die Maskenschicht kann als Ma- terial dann Siliziumnitrid, SiN, gewählt werden.
Die Maskenschicht kann dabei in der gleichen Epitaxieanlage, also in situ, wie die nitridischen Halbleiterschichten abge¬ schieden werden. Bei dieser Ausführungsform wird also in situ eine SiN-Schicht auf einer ersten nitridischen Halbleiter¬ schicht abgeschieden.
Die SiN-Maskenschicht bedeckt die erste nitridische Halb¬ leiterschicht nicht vollständig, sondern beispielsweise zu wenigstens 70 % und höchstens 90 %. Nach dem Abscheiden der Maskenschicht wird eine aluminiumhaltige nitridische Halb¬ leiterschicht, zum Beispiel eine AlGaN-Schicht mit einer hö¬ heren Aluminiumkonzentration als die erste nitridische Halb¬ leiterschicht, abgeschieden. In den Öffnungen der Masken- schicht bilden sich dann Inseln der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Entfernen des Teils der ersten nitridischen Halbleiter- schicht die Maskenschicht entfernt. Die Maskenschicht kann dabei mit dem gleichen Verfahren wie die erste nitridische Halbleiterschicht entfernt werden. Handelt es sich bei dem Verfahren beispielsweise um ein Ätzverfahren, so kann zu¬ nächst die Maskenschicht und nachfolgend die freigelegte ers- te nitridische Halbleiterschicht entfernt werden. Die zweite nitridische Halbleiterschicht wird bei diesem Ätzverfahren dann gar nicht oder weniger schnell entfernt, sodass zumin- dest ein Rest der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ver¬ bleibt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens können alternativ oder zusätzlich während des Aufwachsens der zwei¬ ten nitridischen Halbleiterschicht Risse in der zweiten nit¬ ridischen Halbleiterschicht entstehen, welche die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ausbilden. Man¬ che der Öffnungen oder alle Öffnungen erstrecken sich dabei vollständig von der der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht durch die zweite nitridische Halbleiterschicht bis zur ersten nitridischen Halbleiterschicht hindurch. Beispielsweise kann anstelle der Maskenschicht oder zusätzlich zur Maskenschicht eine hoch aluminiumhaltige zweite nitridische Halbleiter¬ schicht abgeschieden werden. Beispielsweise kann es sich bei dieser hoch aluminiumhaltigen Schicht auch um eine A1N- Schicht handeln. Durch die Fehlanpassung zu der ersten nit- ridschen Halbleiterschicht, die eine geringere Aluminiumkon- zentration aufweist und zum Beispiel mit GaN gebildet ist, entstehen nach wenigen Nanometern Schichtdicke der zweiten nitridischen Halbleiterschicht Risse, welche die Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht bilden. Durch die¬ se Öffnungen in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist die erste nitridische Halbleiterschicht beispielsweise für Prozessgase, die zu einer Ätzung genutzt werden können, zugänglich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht durch ein Erhöhen des Wasserstoffflusses , wobei das Entfernen der ersten nitridischen Halbleiterschicht aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht erfolgt. Das heißt, die erste nitridische Halbleiterschicht wird beispielsweise durch das H2~Gas geätzt. Das Entfernen kann auf diese Weise in der gleichen Prozesskammer wie das Aufwachsen der nitridischen Halbleiterschichten erfolgen.
Gleichzeitig zu einer Erhöhung des Wasserstoffflusses ist es möglich, die Temperatur in der Prozesskammer zu erhöhen und/oder den Stickstofffluss in der Prozesskammer abzusenken. Beispielsweise kann dazu eine Reduktion des NH -Flusses er- folgen. Mit diesen Maßnahmen kann das Auflösen der ersten nitridischen Halbleiterschicht beschleunigt werden. Ferner können Materialien wie SiH4 oder HCl Verwendung finden.
Das heißt, zum Entfernen der ersten nitridischen Halbleiter- schicht wird eine H2~reiche Atmosphäre in der Prozesskammer, beispielsweise einer MOVPE-Prozesskammer, erzeugt.
Für den Fall, dass eine Maskenschicht, beispielsweise aus SiN, vorhanden ist, wird zunächst die Maskenschicht und im Anschluss daran die erste nitridische Halbleiterschicht ge¬ ätzt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die erste nitridische Halbleiterschicht eine Aluminiumkonzentration aufweist, die geringer ist als die zweite nitridische Halbleiterschicht. Mit steigender Aluminiumkonzentration wird eine nitridische Halbleiterschicht nämlich zunehmend langsamer geätzt.
Das Ätzmedium Wasserstoff unterätzt also die zweite nitridi¬ sche Halbleiterschicht. Die Ätzselektivität zwischen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht mit kleinerer Alumini- umkonzentration, die beispielsweise mit GaN gebildet ist oder aus GaN besteht, zur zweiten nitridischen Halbleiterschicht mit größerer Aluminiumkonzentration reicht aus, um mehrere hundert Nanometer Schichtdicke der ersten nitridischen Halb- leiterschicht durch Ätzen zu entfernen. Dabei werden die vor dem Entfernen aufgewachsenen Strukturen aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im Wesentlichen unter¬ ätzt, sodass in einer Draufsicht keine oder kaum Veränderung an der zweiten nitridischen Halbleiterschicht nachweisbar ist .
Nach dem Entfernen eines Teils der ersten nitridischen Halb¬ leiterschicht erfolgt beispielsweise ein Abscheiden der drit- ten nitridischen Halbleiterschicht, wodurch die Öffnungen und Gräben im Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht koales z ieren .
In gleicher Weise entstehen durch Ätzen durch die als Risse gebildeten Öffnungen hindurch auch in Ausführungsformen ohne Maskenschicht Gaseinschlüsse unterhalb der zweiten nitridi¬ schen Halbleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die dritte nitridische Halbleiterschicht eine zur Strahlungs¬ erzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zo¬ ne, das heißt nach dem Entfernen eines Teils der ersten nit¬ ridischen Halbleiterschicht wird eine dritte nitridische Halbleiterschicht in dieser Ausführungsform aufgewachsen, die Teil eines optoelektronischen Halbleiterbauteils sein kann. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Halb¬ leiterbauteil dann um eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder um eine Fotodiode handeln. Die Kavitäten, also die Gasein¬ schlüsse zwischen der zweiten nitridischen Halbleiterschicht und dem Aufwachssubstrat können in einem solchen Fall insbe¬ sondere optisch genutzt werden. Es wird weiter ein optoelektronisches Halbleiterbauteil ange¬ geben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann eine Halbleiterschichtenfolge umfassen, die mit einem hier be¬ schriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und um¬ gekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Bauteil das Aufwachssubstrat mit der Aufwachsfläche an der Aufwachsseite . An der Aufwachsseite umfasst das optoelektronische Halblei¬ terbauteil die erste nitridische Halbleiterschicht. An der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridi- sehen Halbleiterschicht ist die zweite nitridische Halb¬ leiterschicht angeordnet. An der der ersten nitridischen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht ist die dritte nitridische Halbleiter¬ schicht angeordnet. Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist dabei zumindest eine Öffnung auf, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht überdeckt und/oder zumindest stellenweise befüllt ist.
Dabei ist es möglich, dass die beschriebene Halbleiterschich- tenfolge mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist zwischen der Aufwachsfläche und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht zumindest eine Kavität angeordnet, die mit einem Gas gefüllt ist, und die dritte nitridische Halbleiterschicht umfasst eine zur Strahlungser¬ zeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone. Mit anderen Worten sind zwischen der Aufwachsfläche des Auf¬ wachssubstrats und dem nachfolgenden Halbleitermaterial, bei¬ spielsweise der zweiten und/oder der dritten nitridischen Halbleiterschicht, Kavitäten vorhanden, in denen Gas einge¬ schlossen ist. Die Kavitäten können beispielsweise durch Ma¬ terial des Aufwachssubstrats und/oder Material der nitridi¬ schen Halbleiterschichten begrenzt sein. Die Größe der Kavi¬ täten kann dabei hinsichtlich ihrer Länge wenigstens 1 pm o- der mehr betragen. Hinsichtlich des Durchmessers (im Schnitt senkrecht zur Ebene, die parallel zur Haupterstreckungsrich- tung der Aufwachsfläche des Aufwachssubstrats verläuft) kann die Größe der Kavität im Mittel wenigstens 10 nm, bevorzugt wenigstens 100 nm, beispielsweise wenigstens 1 pm, betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiter¬ bauteil ein Aufwachssubstrat mit einer Aufwachsfläche an ei¬ ner Aufwachsseite, eine erste nitridische Halbleiterschicht an der Aufwachsseite, eine zweite nitridische Halbleiter¬ schicht an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht, eine dritte nitridi¬ sche Halbleiterschicht an der der ersten nitridischen Halb¬ leiterschicht abgewandten Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht, wobei die zweite nitridische Halbleiter¬ schicht zumindest eine Öffnung aufweist, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht überdeckt ist, zwischen der Aufwachsfläche und zumindest einer der nitridischen Halb¬ leiterschichten zumindest eine Kavität angeordnet ist, die mit einem Gas gefüllt ist, und die dritte nitridische Halb¬ leiterschicht eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strah- lungsdetektion vorgesehene aktive Schicht umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils wird im Betrieb in der aktiven Zone er¬ zeugte oder in der aktiven Zone zu detektierende elektromag¬ netische Strahlung von der Kavität optisch beeinflusst. Zum Beispiel durchläuft die Strahlung die Kavität. Die elektro¬ magnetische Strahlung kann dabei in oder am Rand der Kavität zum Beispiel optisch gestreut und/oder optisch gebrochen wer¬ den. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Kavitäten zwi¬ schen dem Aufwachssubstrat und den nitridischen Halbleiter- schichten eine Auskoppelwahrscheinlichkeit für in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung und/oder eine Ein¬ trittswahrscheinlichkeit für eine in der aktiven Zone zu de- tektierende elektromagnetische Strahlung erhöhen, indem bei¬ spielsweise die Wahrscheinlichkeit für eine Totalreflexion zum Beispiel beim Austritt von Strahlung aus dem Halbleiter¬ bauteil vermindert wird.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt dabei unter anderem die Überlegung zugrunde, dass durch das Bereitstellen der gasgefüllten Kavitäten auf die Verwen¬ dung von vorstrukturierten Aufwachssubstraten, bei denen die Aufwachsfläche eine Strukturierung aufweist, verzichtet wer¬ den kann. Bei diesen Substraten kann es sich beispielsweise um so genannte Patterned Sapphire Substrates (PSS) , also strukturierte Saphirsubstrate, handeln. Ein Aufwachsen auf einer vorstrukturierten Aufwachsfläche eines Substrats macht jedoch im Unterschied zum Aufwachsen auf eine ebene, unstruk¬ turierte Aufwachsfläche andere Epitaxieprozesse notwendig. Das heißt, bei der Verwendung von vorstrukturierten Substra- ten müssen andere und eventuell aufwändigere Epitaxieverfah¬ ren genutzt werden, was die Herstellung der optoelektroni¬ schen Halbleiterbauteile verteuert. Im Unterschied hierzu können die nitridischen Halbleiterschichten vorliegend mit Verfahren aufgewachsen werden, die für ebene, unstrukturierte Aufwachsflächen von Aufwachssubstraten Verwendung finden. Auf diese Weise kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das aufgrund der Kavitäten und ihrer optischen Wirkung eine erhöhte Effizienz aufweist, kostengünstiger als herkömmlich hergestellt werden.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann insbesondere auch ein strahlungsdurchlässiges Aufwachssubstrat aufweisen. Handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauteil um ein Strahlungsemittierendes Bauteil, wie beispielsweise eine Leuchtdiode, so kann das optoelektronische Bauteil einen so genannten Volumenemitter bilden, bei dem zum Beispiel wenigs¬ tens 20 %, insbesondere wenigstens 30 % der emittierten elektromagnetischen Strahlung diese durch Seitenflächen des
Aufwachssubstrats verlassen. Solchen optoelektronischen Halb¬ leiterbauteile eignen sich insbesondere für den Einsatz in der Allgemeinbeleuchtung besonders gut. Es ist aber auch mög¬ lich, dass die elektromagnetische Strahlung größtenteils an der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite austritt.
Das heißt, bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil verbleibt das Aufwachssubstrat im Bauteil und wird nicht abgelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die zweite nitridische Halbleiter¬ schicht in einer Projektion auf die Aufwachsfläche eine grö¬ ßere Bedeckung der Aufwachsfläche auf als die erste nitridi- sehe Halbleiterschicht. Das heißt, von der ersten nitridi¬ schen Halbleiterschicht wird im Herstellungsverfahren so viel Material entfernt, dass nur noch ein geringer Anteil der Auf¬ wachsfläche, beispielsweise höchstens 50 %, insbesondere höchstens 30 %, mit Material der ersten nitridischen Halb¬ leiterschicht bedeckt sind. Dahingehend kann die Bedeckung mit Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht in Projektion auf die Aufwachsfläche größer sein und beispiels- weise wenigstens 35 %, vorzugsweise wenigstens 55 %, wenigs¬ tens 75 %, wenigstens 95 %, bis zu wenigstens 99 % betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Aufwachsfläche des Aufwachssub- strats unstrukturiert, das heißt im Rahmen der Herstellungs¬ toleranz wird ein Aufwachssubstrat bereitgestellt, das eine ebene Aufwachsfläche aufweist. Die Aufwachsfläche kann im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zur Haupterstre- ckungsrichtung des Aufwachssubstrats verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Aufwachsfläche gestuft ausgebildet ist und schräg zur Haupterstreckungsebene des Aufwachssubstrats verläuft .
Insbesondere sind im oder am Aufwachssubstrat keine Aufwachs- strukturen bereitgestellt, die beispielsweise mit dem Materi¬ al des Aufwachssubstrats oder einem anderen Material, das vom Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht verschie¬ den ist, gebildet sind. Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . In Verbindung mit den Figuren 1A, 1B, IC, 1D ist ein erstes
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Ver¬ fahrens näher erläutert. In Verbindung mit Figur 2 ist anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halb¬ leiterbauteils näher erläutert.
In Verbindung mit den Figuren 3A, 3B, 3C ist anhand schemati- scher Schnittdarstellungen ein zweites Ausführungs¬ beispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert .
In Verbindung mit Figur 4 ist anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halb¬ leiterbauteils näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Fi¬ guren und die Größenverhältnisse der in den Figuren darge¬ stellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit Figur 1A ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erster Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Im Ausführungsbei¬ spiel der Figuren 1A bis 1D wird zunächst ein Aufwachssub¬ strat bereitgestellt, bei dem es sich um ein Saphirsubstrat handelt, das mit Saphir gebildet ist oder aus Saphir besteht.
Das Aufwachssubstrat 50 weist eine Aufwachsfläche 51 auf, die aus Saphir besteht. Die Aufwachsfläche 51 ist vorzugsweise unstrukturiert, das heißt sie weist beispielsweise keine re- gelmäßig oder unregelmäßig angeordneten Erhebungen und Senken auf, sondern ist im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ausgebildet, wobei in Teilbereichen Rauigkeiten bis zu 100 nm möglich sind. Die Aufwachsfläche 51 ist dabei an einer Auf- wachsseite 50a des Aufwachssubstrats 50 angeordnet.
Beispielsweise direkt auf die Aufwachsfläche 51 wird die ers¬ te nitridische Halbleiterschicht 10 abgeschieden. Die erste nitridische Halbleiterschicht 10 umfasst eine Vielzahl von Lagen und weist beispielsweise eine Dicke zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 2000 nm auf. Die erste nitridische Halb¬ leiterschicht ist beispielsweise mit AlxInyGa__x_yN gebildet. Dabei beträgt die Aluminiumkonzentration x vorzugsweise höchstens 20 %.
Auf die dem Aufwachssubstrat 50 abgewandte Oberseite der ers¬ ten nitridischen Halbleiterschicht 10 wird eine Maskenschicht 40 aufgebracht, die vorliegend mit SiN und/oder SiGaN gebil¬ det ist oder aus SiN oder aus SiGaN, zum Beispiel SiGaN , be- steht. Die Maskenschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 50 nm, insbesondere höchstens 10 nm auf. Zum Bei¬ spiel ist die Maskenschicht durch ein Monolage-Material mit unbedeckten Bereichen gebildet. Die Maskenschicht bedeckt die erste nitridische Halbleiterschicht 10 beispielsweise nicht vollständig, sondern zu wenigstens 70 % und höchstens 90 %.
Die Maskenschicht 40 weist dazu Öffnungen hin zur ersten nit¬ ridischen Halbleiterschicht auf, die einen Durchmesser von beispielsweise wenigstens 100 nm und höchstens 1000 nm auf¬ weisen .
In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine zweite nitridi¬ sche Halbleiterschicht 20 auf die Maskenschicht 40 sowie die erste nitridische Halbleiterschicht 10 abgeschieden. Die zweite nitridische Halbleiterschicht ist beispielsweise mit AlxGa__xN gebildet, wobei die Aluminiumkonzentration x beispielsweise wenigstens 1,5 % mehr und zum Beispiel höchs- tens 10 % mehr als in der ersten nitridischen Halbleiter¬ schicht beträgt. Die zweite nitridische Halbleiterschicht wächst selektiv, bevorzugt auf der ersten nitridischen Halb¬ leiterschicht 10 und nicht auf der Maskenschicht 40 auf.
Dadurch bilden sich Inseln aus dem Material der zweiten nit- ridischen Halbleiterschicht 20 aus, zwischen denen Öffnungen 21 der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 ausgebildet sind. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen direkt be¬ nachbarten Inseln aus Material der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht 20 zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 500 nm.
Die zweite nitridische Halbleiterschicht weist eine Deckflä¬ che an ihrer der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 ab¬ gewandten Seite auf, die beispielsweise parallel zur kris- tallografischen C-Ebene verläuft. Die Seitenflächen 23 der
Inseln aus dem Material der zweiten nitridischen Halbleiter¬ schicht 20 sind schräg zur kristallografischen C-Ebene ange¬ ordnet. Dort ist die Aluminiumkonzentration kleiner als an der Deckfläche 22.
Die Figur 1B zeigt SEM-Aufnahmen aus einem Winkel von 45° und in der Draufsicht auf die Inseln aus Material der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20. Zwischen diesen Inseln ist die Maskenschicht 40 beziehungsweise die erste nitridische Halb- leiterschicht 10 erkennbar.
In einem nächsten Verfahrensschritt, siehe Figur IC, erfolgt ein Rückätzen des Materials der ersten nitridischen Halb- leiterschicht 10 unter Wasserstoffatmosphäre . Dabei wird das Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 stel¬ lenweise abgetragen, wodurch Kavitäten 60 unterhalb der zwei¬ ten nitridischen Halbleiterschicht 20 entstehen. In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur 1D, erfolgt ein Aufbringen der dritten nitridischen Halbleiterschicht 30, die beispiels¬ weise eine aktive Zone 31 umfasst, die zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Alternativ kann es sich bei der aktiven Zone 31 um die funk¬ tionale Schicht eines elektronischen Halbleiterbauteils han¬ deln. Es entsteht eine Halbleiterschichtenfolge, bei der zwi¬ schen dem Aufwachssubstrat 50 und dem Material der Halb¬ leiterschichten Kavitäten 60 ausgebildet sind, die mit einem Gas gefüllt sind.
In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Halb¬ leiterbauteil näher erläutert. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil handelt es sich vorliegend beispielsweise um ein Strahlungserzeugendes Halbleiterbauteil, bei dem in der aktiven Zone 31 der dritten nitridischen Halbleiter¬ schicht 30 elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht 32, erzeugt wird. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, erfolgt an den Kavitäten 60 beispielsweise am Rand der Kavitäten 60 eine Totalreflexion und/oder Streuung des Lichts 32 aufgrund des Brechungsindexsprungs und/oder der rauen Struktur des Rands der Kavitäten 60. Auf diese Weise können die Kavitäten 60 als optische Strukturierung wirken, die die Effizienz des opto- elektronischen Halbleiterbauteils erhöhen.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 3A bis 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei diesem Verfahren wird wiederum ein Aufwachssubstrat 50 mit einer Aufwachsfläche 51 an einer Aufwachsseite 50a bereitgestellt. Bei dem Aufwachssubstrat kann es sich beispielsweise um ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat handeln.
An der Aufwachsfläche 50 wird die erste nitridische Halb¬ leiterschicht 10 abgeschieden. Die erste nitridische Halb¬ leiterschicht 10 kann beispielsweise mit AlxInyGa__x_yN ge- bildet sein, wobei die Aluminiumkonzentration beispielsweise höchstens 20 % beträgt. An der dem Aufwachssubstrat 50 abge¬ wandten Seite der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 folgt die zweite nitridische Halbleiterschicht 20. Die zweite nitridische Halbleiterschicht 20 ist beispielsweise mit AlGaN oder A1N gebildet und weist eine höhere Aluminiumkonzentrati¬ on als die darunterliegende erste nitridische Halbleiter¬ schicht auf. Dabei kann die Aluminiumkonzentration in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht im vorliegenden Aus¬ führungsbeispiel auch mehr als 25 %, insbesondere mehr als 50 %, beispielsweise 100 %, betragen.
Aufgrund des Unterschieds in den Gitterkonstanten zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht bilden sich Risse oder bezie- hungsweise Cracks beim Relaxieren der zweiten nitridischen
Halbleiterschicht während oder nach dem Wachstum der zweiten nitridischen Halbleiterschicht aus. Die zweite nitridische Halbleiterschicht 20 kann beispielsweise eine kleinere Git¬ terkonstante als die erste nitridische Halbleiterschicht 10 aufweisen. Die Schichtdicke der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht beträgt beispielsweise zwischen wenigstens 5 nm und höchstens 100 nm. Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 3B, wird durch die Öff¬ nungen 21, welche durch die Risse in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 gebildet sind, die darunterliegende ers¬ te nitridische Halbleiterschicht 10 selektiv geätzt. Dadurch entstehen Kavitäten 60, die beispielsweise vom Material der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 und dem Material der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 begrenzt sind.
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 3C, wird die dritte nit- ridische Halbleiterschicht 30 auf der der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 abgewandten Seite der zweiten nitridi¬ schen Halbleiterschicht 20 abgeschieden. Die dritte nitridi¬ sche Halbleiterschicht 30 bedeckt dabei die Öffnungen 21 in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20. Die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 ist beispielsweise mit
AlInGaN gebildet. Die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 kann zumindest stellenweise identisch zur ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 aufgebaut sein. Ferner kann die dritte nitridische Halbleiterschicht 30 eine aktive Zone 31 umfas- sen, in der im Betrieb beispielsweise elektromagnetische Strahlung erzeugt oder detektiert wird.
Die Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung, die einer TEM- Aufnahme einer derartigen Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten nitridischen Halbleiterschicht 10, einer zweiten nit¬ ridischen Halbleiterschicht 20 und einer dritten nitridischen Halbleiterschicht 30 entspricht. Deutlich ist ein Riss in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 zu erkennen, der eine Öffnung 21 in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht 20 ausbildet, die sich vollständig durch die zweite nitridi¬ sche Halbleiterschicht 20 hindurch erstreckt. In der ersten nitridischen Halbleiterschicht 10 ist am Endpunkt des Risses die Kavität 60 durch Ätzen mit Wasserstoffgas erzeugt. Dabei wird ausgenutzt, dass die Ätzrate umso größer ist, je kleiner der Aluminiumanteil in der ersten nitridischen Halbleiter¬ schicht 10 ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann auf die Maskenschicht, die beispielsweise mit Siliziumnitrid gebildet ist, verzichtet werden, wodurch eine Beeinflussung der Defektbildung in den Halbleiterschichten, die normalerweise durch die Masken¬ schicht erfolgt, verhindert ist.
Die hier beschriebenen Kavitäten 60 erhöhen beispielsweise bei Strahlungserzeugenden Halbleiterbauteilen die Rate der Lichtauskopplung. In Draufsicht auf eine Strahlungsaustritts¬ fläche des derart hergestellten optoelektronischen Halblei- terbauteils können die Kavitäten als helle Punkte im Leucht¬ feld erkennbar sein. Die Dichte der Kavitäten 60 kann durch die Anpassung der Wachstumsbedingungen der zweiten nitridi¬ schen Halbleiterschicht 20 eingestellt werden. Beispielsweise kann die Dichte der Öffnungen 21 und damit die Dichte der Ka- vitäten 60 durch eine Erhöhung der Zeit, für die das Material der zweiten nitridischen Schicht 20 abgeschieden wird, erhöht werden. Die Größe der Kavitäten, beispielsweise ihr maximaler Durchmesser, kann durch die Ätzzeit, das Verhältnis von H2 zu N2, die Menge von NH3 und/oder die Temperatur und/oder der Druck in der Prozesskammer eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal o- der diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentan¬ sprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Es wird die Priorität der deutschen Anmeldung 10 2014 102 461.3 beansprucht, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
10 erste nitridische Halbleiterschicht
20 zweite nitridische Halbleiterschicht 21 Öffnung
22 Deckfläche
23 Seitenfläche
30 dritte nitridische Halbleiterschicht
31 aktive Zone
32 Licht
50 Aufwachssubstrat
51 Aufwachsfläche
50a Aufwachsseite
60 Kavität
61 Rand der Kavität

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (50) mit einer Auf¬ wachsfläche (51) an einer Aufwachsseite (50a),
- Aufwachsen einer ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) an der Aufwachsseite,
- Aufwachsen einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) auf die erste nitridische Halbleiterschicht (10), wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) zumindest eine Öffnung (21) aufweist oder zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) erzeugt wird oder während des Aufwachsens zumindest eine Öffnung (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) entsteht,
- Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) durch die Öffnungen (21) in der zwei¬ ten nitridischen Halbleiterschicht (20),
- Aufwachsen einer dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) auf die zweite nitridische Halbleiterschicht (20), wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) die Öffnungen (21) zumindest stellenweise überdeckt.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) eine grö¬ ßere Aluminiumkonzentration als die erste nitridische Halb¬ leiterschicht (10) aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei
- zwischen der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) und der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) eine Masken¬ schicht (40) angeordnet wird, - die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) dort wo die erste nitridische Halbleiterschicht (10) von der Masken¬ schicht (40) unbedeckt ist auf die erste nitridische Halb¬ leiterschicht (10) aufgewachsen wird, und
- zumindest ein Teil der Oberfläche (41) der Maskenschicht (40), die der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) ab¬ gewandt ist, frei von Material der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht (20) ist, wodurch die zweite nitridische Halb¬ leiterschicht (20) die zumindest eine Öffnung (21) aufweist.
4. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei vor dem Entfernen zumindest eines Teils der ersten nit¬ ridischen Halbleiterschicht (10) die Maskenschicht (40) ent¬ fernt wird.
5. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Maskenschicht (40) mit dem gleichen Verfahren wie die erste nitridische Halbleiterschicht (10) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei während des Aufwachsens der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht (20) Risse in der zweiten nitridischen Halb¬ leiterschicht (20) entstehen, welche die Öffnungen (21) in der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) bilden, wobei sich zumindest manche der Öffnungen (21) vollständig von der der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) abgewandten Oberseite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) durch die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) bis zur ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) erstrecken.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Entfernen zumindest eines Teils der ersten nitridi¬ schen Halbleiterschicht (10) durch ein Erhöhen des Wasser- stoffflusses und/oder eine Reduktion des NH -Flusses erfolgt, wobei das Entfernen der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen dem Wasser¬ stoff und dem Material der ersten nitridischen Halbleiter- schicht (10) erfolgt.
8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das Erhöhen des Wasserstoffflusses unter Erhöhen der Temperatur und/oder Absenken des Stickstoffflusses erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone (31) umfasst.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit
- einem Aufwachssubstrat (50) mit einer Aufwachsfläche (51) an einer Aufwachsseite (50a) ,
- einer ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) an der Aufwachsseite (50a) ,
- einer zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20) an der dem Aufwachssubstrat (50) abgewandten Seite der ersten nitri¬ dischen Halbleiterschicht (10),
- einer dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) an der der ersten nitridischen Halbleiterschicht (10) abgewandten
Seite der zweiten nitridischen Halbleiterschicht (20), wobei
- die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) zumindest ei¬ ne Öffnung (21) aufweist, die von der dritten nitridischen Halbleiterschicht (30) überdeckt ist,
- zwischen der Aufwachsfläche (51) und zumindest einer der nitridischen Halbleiterschichten (20) zumindest eine Kavität (60) angeordnet ist, die mit einem Gas gefüllt ist, und - die dritte nitridische Halbleiterschicht (30) eine zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion vorgesehene aktive Zone (31) umfasst.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die zweite nitridische Halbleiterschicht (20) in ei¬ ner Projektion auf die Aufwachsfläche (51) eine größere Bede¬ ckung der Aufwachsfläche (51) aufweist als die erste nitridi- sehe Halbleiterschicht (10).
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vor¬ herigen Ansprüche,
bei dem die Aufwachsfläche (51) unstrukturiert ist.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vor¬ herigen Ansprüche,
bei dem im Betrieb in der aktiven Zone (31) erzeugte oder in der aktiven Zone (31) zu detektierende elektromagnetische Strahlung die zumindest eine Kavität (60) durchläuft und/oder am Rand (61) der zumindest einen Kavität (60) optisch ge¬ streut und/oder optisch gebrochen wird.
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