WO2023046427A1 - Verfahren zur herstellung eines wachstumssubstrats, wachstumssubstrat, und verfahren zur herstellung einer vielzahl optoelektronischer halbleiterchips - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wachstumssubstrats, wachstumssubstrat, und verfahren zur herstellung einer vielzahl optoelektronischer halbleiterchips Download PDF

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layer
growth
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Hans-Jürgen LUGAUER
Adrian Stefan Avramescu
Marc Hoffmann
Viola Miran KUELLER
Humberto FORONDA
Christian Brandl
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth

Definitions

  • a method for producing a growth substrate, a growth substrate and a method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips are specified.
  • At least one object of certain embodiments is to specify a method for producing a growth substrate, a growth substrate and a method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips which have improved thermal stress behavior.
  • a polycrystalline substrate is first provided.
  • the polycrystalline substrate comprises a large number of small individual crystals.
  • the polycrystalline substrate is not a monocrystalline substrate.
  • the polycrystalline substrate is produced by ceramic processes, in particular by sintering a powder of small individual crystals. A powder of small individual crystals is heated under increased pressure and formed into the shape of the polycrystalline substrate, with the individual crystals melting on the surface and growing together. This creates a solidified polycrystalline substrate, which preferably has a diameter of at least 150 millimeters.
  • the polycrystalline substrate can in particular have cavities between the small individual crystals that have grown together.
  • the polycrystalline substrate has a nitride compound semiconductor material.
  • Nitride compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain nitrogen, such as the materials from the In x Al y Ga xy N system with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x+y ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can have, for example, one or more dopants and additional components.
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these are partially replaced by small
  • Amounts of other substances, such as boron or scandium, can be replaced and/or supplemented.
  • the polycrystalline substrate comprises aluminum nitride or preferably consists of aluminum nitride.
  • At least one surface layer is applied to a main surface of the polycrystalline substrate.
  • the main area of the polycrystalline substrate designates an area which is provided for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the at least one surface layer has a nitride compound semiconductor material. A surface of the at least one surface layer facing away from the main surface of the polycrystalline substrate set up in particular for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the surface layer comprises the same nitride compound semiconductor material as the polycrystalline substrate.
  • the surface layer is applied directly to the main surface of the polycrystalline substrate, in particular by sputtering, chemical vapor deposition or atomic layer deposition.
  • the surface layer has, for example, a polycrystalline structure of microcrystallites and is designed in particular to even out unevenness in the main surface of the polycrystalline substrate. These unevennesses arise, for example, as a result of cavities between the individual crystals of the polycrystalline substrate that have been melted together by sintering.
  • a smooth surface of the surface layer is advantageous in order to epitaxially grow a low-defect, epitaxial semiconductor layer sequence thereon.
  • the surface layer has a thickness of between 10 nanometers and five micrometers, for example.
  • the surface layer preferably has a thickness of between 20 nanometers and 500 nanometers.
  • a thickness refers here and in the following to an extension of the surface layer in a direction parallel to the surface normal of the main surface of the polycrystalline substrate.
  • the polycrystalline substrate with the at least one surface layer applied thereto is subjected to high-temperature annealing.
  • high-temperature annealing the surface layer is annealed or annealed together with the polycrystalline substrate at a sufficiently high temperature for a longer period of time.
  • the temperature during annealing or baking is between 700° Celsius and 1800° Celsius inclusive.
  • the annealing or heating can take place, for example, over a period of between one hour and 24 hours inclusive.
  • the microcrystallites in the surface layer are realigned, with, for example, a tilt and twist of the microcrystallites relative to one another being reduced.
  • microcrystallites can grow together to form a homogeneous, low-defect monocrystalline surface layer.
  • a monocrystalline surface layer produced by high-temperature annealing is particularly advantageously suitable for the epitaxial growth of a low-defect epitaxial semiconductor layer sequence.
  • a further surface layer for example a buffer layer, can be deposited on the surface layer after the high-temperature annealing in order to obtain a homogeneous, monocrystalline surface with a smooth surface morphology and a reduced defect density.
  • the buffer layer can, for example, by chemical vapor deposition or by other epitaxial growth methods on the high temperature tempered surface layer are applied.
  • the high-temperature tempering comprises a heating-up phase, a heating-out phase and a cooling-down phase.
  • the temperature of the polycrystalline substrate with the at least one surface layer applied thereto is increased until a heating temperature is reached.
  • the baking temperature is, for example, between 700° C. and 1800° C. inclusive. In particular, the baking temperature is lower than a melting temperature of the polycrystalline substrate and/or the at least one surface layer.
  • the polycrystalline substrate with the at least one surface layer applied thereto is annealed at the annealing temperature over a longer period of time.
  • the period of time for the bake-out phase is between one hour and 24 hours inclusive.
  • the baking temperature is preferably kept constant. The bakeout temperature can also be changed as a function of time during the bakeout phase.
  • the polycrystalline substrate with the at least one surface layer applied thereto is cooled to room temperature, for example.
  • a period of time for the cooling phase and a temperature profile over time during the cooling phase are selected in particular in such a way that the at least one surface layer has the lowest possible defect density.
  • the pamphlet H Miyake et al. , Journal of Crystal Growth 456 (2016) 155-159, describes a high temperature anneal in a different context and is hereby incorporated by reference.
  • the method for producing a growth substrate has the following steps:
  • the at least one surface layer is set up for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence
  • Optoelectronic semiconductor layer sequences based on aluminum gallium nitride which are designed to emit electromagnetic radiation in the UV spectral range with wavelengths between 100 nanometers and 360 nanometers, are grown epitaxially, for example, on monocrystalline sapphire substrates. Due to different thermal expansion coefficients of, for example, aluminum (gallium) nitride and the sapphire substrate, significant mechanical stresses can arise during cooling after the epitaxial growth process, which in particular lead to a strong curvature of the sapphire substrate. This curvature can be so large that a subsequent processing of the epitaxial semiconductor layer sequence optoelectronic semiconductor chips is made more difficult or even prevented.
  • a consistently sharp exposure of a photomask on the epitaxial semiconductor layer sequence may not be possible due to the curvature of the sapphire substrate.
  • cracks can occur in the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • growth substrates that include other materials, such as silicon carbide growth substrates. The following discussion is limited to sapphire substrates for simplicity, but applies to other growth substrates as well.
  • Another problem is represented by lateral thermal gradients in the sapphire substrate. These gradients arise due to the curvature of the sapphire substrate at the high production temperatures of, for example, approximately 1000° Celsius for the epitaxial growth of aluminum gallium nitride. For example, the thermal gradients can lead to fracture of the sapphire substrate. This problem is particularly acute with sapphire substrates that are at least 4 inches in diameter. To prevent the sapphire substrate from breaking, a thicker sapphire substrate can be used, for example. However, this can be associated with an additional, increased effort in the processing of the optoelectronic semiconductor chips, for example when the sapphire substrate is mechanically detached.
  • One idea of the method described here for producing a growth substrate is to provide an adapted growth substrate for the epitaxy of nitride compound semiconductor materials based on an inexpensive polycrystalline substrate.
  • the thermal expansion coefficient of the growth substrate is adapted to a thermal expansion coefficient of the optoelectronic semiconductor layer sequence.
  • a structure of the crystal lattice of the growth substrate can also be adapted to a structure of the crystal lattice of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • low-defect optoelectronic semiconductor layer sequences made from nitride compound semiconductor materials, in particular from aluminum gallium nitride or from indium gallium nitride, can be grown epitaxially on inexpensive growth substrates with diameters of at least 150 millimeters.
  • monocrystalline growth substrates made of aluminum nitride are very expensive and not commercially available with diameters of at least 150 millimeters.
  • Polycrystalline substrates based on aluminum nitride or silicon carbide produced by means of ceramic processes are not suitable for direct epitaxial growth of epitaxial semiconductor layer sequences due to their polycrystalline structure and the associated irregular surface morphology.
  • the method for producing a growth substrate described here is based, inter alia, on the knowledge that inexpensive polycrystalline substrates with a high-temperature tempered surface layer applied thereto are suitable as growth substrates for the epitaxy of optoelectronic semiconductor layer sequences.
  • high-temperature annealing in particular a low-defect, monocrystalline surface layer can be produced on the polycrystalline substrate, on which a low-defect semiconductor layer sequence can subsequently be grown epitaxially.
  • optoelectronic semiconductor layer sequences in particular which include aluminum gallium nitride, can be grown epitaxially in a cost-effective manner on large growth substrates with diameters of at least 150 millimeters.
  • no additional measures are required in the epitaxy and in the chip processing to reduce the curvature of the growth substrate.
  • the polycrystalline substrate has aluminum nitride and the at least one surface layer has aluminum nitride or indium gallium nitride.
  • the at least one surface layer is applied by sputtering or atomic layer deposition.
  • a surface layer applied to the polycrystalline substrate either by sputtering or by atomic layer deposition can result in a higher crystal quality of the surface layer after high-temperature annealing.
  • a further surface layer is applied by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or by sputtering before the high-temperature annealing.
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • a further surface layer can be applied to the first surface layer before the high-temperature annealing.
  • a further surface layer can be applied to a sputtered surface layer by means of metal-organic chemical vapor deposition.
  • another surface layer can be applied by sputtering.
  • the further surface layer leads, for example, to an improved reorientation of the microcrystallites in the at least one surface layer applied beforehand.
  • the at least one surface layer is smoothed by a chemical-mechanical polishing method after the high-temperature tempering.
  • a particularly smooth surface of the growth substrate is advantageous for the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer sequence on the growth substrate. Unevenness in the surface of the growth substrate, which may be present after the high-temperature annealing, is ground off, for example, by a polishing process.
  • a buffer layer is epitaxially grown onto the surface layer after the high-temperature annealing.
  • the buffer layer preferably comprises the same semiconductor material as the epitaxial semiconductor layer sequence, which is subsequently grown epitaxially on the growth substrate.
  • the buffer layer is, for example, by chemical vapor deposition, preferably by organometallic Vapor phase epitaxy (MOVPE) applied.
  • MOVPE organometallic Vapor phase epitaxy
  • the buffer layer is set up to obtain a closed, homogeneous, monocrystalline surface of the growth substrate with a smooth surface morphology and reduced defect density.
  • the buffer layer can be set up to adapt the structure of the crystal lattice of the growth substrate to the structure of the crystal lattice of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the buffer layer is particularly advantageously applied to a sputtered surface layer which, after high-temperature annealing, has columnar crystallites of high crystal quality.
  • the buffer layer has aluminum nitride or indium gallium nitride.
  • a growth substrate is also specified. All features disclosed for the method for producing a growth substrate are also disclosed for the growth substrate. Conversely, all the features disclosed for the growth substrate are also disclosed for the method for producing a growth substrate.
  • the growth substrate comprises a polycrystalline substrate comprising a nitride compound semiconductor material and having a main surface.
  • the polycrystalline substrate is produced in particular by a ceramic method, for example by sintering a powder of small individual crystals.
  • the polycrystalline substrate has a diameter of at least 150 mm on . If the coefficients of thermal expansion of the growth substrate and the epitaxial semiconductor layer sequence to be grown on it are adapted, a thickness of the polycrystalline substrate of at most 1000 micrometers is sufficient.
  • the polycrystalline substrate comprises aluminum nitride or consists of aluminum nitride.
  • the main surface of the polycrystalline substrate can have a rough surface morphology, which is caused, for example, by small cavities between the small single crystals grown together by sintering.
  • the growth substrate has a surface layer.
  • the surface layer comprises a nitride compound semiconductor material and is arranged on the main surface of the polycrystalline substrate.
  • the surface layer is set up for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the surface layer has a smooth surface morphology and is preferably formed as a homogeneous, low-defect, monocrystalline layer.
  • a smooth, monocrystalline surface of the surface layer is advantageously suitable for growing a low-defect, epitaxial semiconductor layer sequence thereon.
  • the surface layer can comprise columnar crystallites of high crystal quality, onto which a further buffer layer is applied, which for example comprises the same semiconductor material as the surface layer.
  • the buffer layer forms a closed, homogeneous layer with a smooth surface morphology and is formed, for example, with an epitaxial growth process applied to the surface layer.
  • the thickness of the surface layer is, for example, between 10 nanometers and five micrometers inclusive.
  • the growth substrate comprises:
  • Compound semiconductor material comprises and has a main surface
  • At least one surface layer which comprises a nitride compound semiconductor material and is arranged on the main surface of the polycrystalline substrate, the surface layer being set up for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the polycrystalline substrate comprises aluminum nitride.
  • Epitaxial semiconductor layer sequences that are designed to generate electromagnetic radiation in the UV spectral range with wavelengths between 100 nanometers and 360 nanometers include, in particular, aluminum gallium nitride.
  • a growth substrate with an adapted thermal expansion coefficient is particularly advantageous for the epitaxial growth of such semiconductor layer sequences.
  • the epitaxial growth process can thus be carried out inexpensively on larger growth substrates.
  • Aluminum nitride is particularly suitable for the epitaxial growth of semiconductor layer sequences that have aluminum gallium nitride.
  • the growth substrate described here based on a polycrystalline substrate can be produced particularly inexpensively and easily with diameters of at least 150 mm.
  • the at least one surface layer comprises aluminum nitride or indium gallium nitride.
  • a surface layer that includes aluminum nitride is particularly suitable for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence that has aluminum gallium nitride and is set up to emit electromagnetic radiation in the UV spectral range.
  • a surface layer that has indium gallium nitride is preferably suitable for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence that includes indium gallium nitride and is set up, for example, to generate electromagnetic radiation in the near UV to blue spectral range.
  • the at least one surface layer has a thickness of between 10 nanometers and 5 micrometers inclusive.
  • the surface layer has a thickness such that unevenness in the main surface of the polycrystalline substrate, which is formed, for example, by cavities between the individual crystals of the polycrystalline substrate, is at least compensated for or covered by the surface layer.
  • the polycrystalline substrate has a diameter of at least 100 millimeters and a maximum thickness of 1000 micrometers.
  • polycrystalline substrates which include aluminum nitride or consist of aluminum nitride, can be produced easily and inexpensively with a diameter of at least 100 millimeters.
  • thermal expansion coefficient of the growth substrate By adapting the thermal expansion coefficient of the growth substrate to the thermal expansion coefficient of the epitaxial semiconductor layer sequence to be grown thereon, thermal strain problems after the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer sequence are reduced or avoided. As a result, a curvature of the growth substrate due to cooling after the epitaxial growth process is reduced or avoided.
  • a growth substrate with a smaller thickness can thus be used.
  • the polycrystalline substrate has a maximum thickness of 1000 micrometers. A method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips is also specified.
  • All of the features disclosed for the growth substrate are also disclosed for the method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips. Conversely, all of the features disclosed for the method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips are also disclosed for the growth substrate.
  • a growth substrate is first provided, the growth substrate comprising a polycrystalline substrate and at least one surface layer applied thereto.
  • the growth substrate has features of the growth substrate described above.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence with an active layer for generating electromagnetic radiation is grown epitaxially on the growth substrate.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence comprises in particular a nitride compound semiconductor material.
  • the growth substrate preferably has the same nitride compound semiconductor material as the epitaxial semiconductor layer sequence. This ensures that the thermal expansion coefficients are adjusted.
  • the surface layer of the growth substrate preferably has the same semiconductor material as the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the active layer comprises, for example, at least one p-doped semiconductor region and at least one n-doped semiconductor region, which form a light-emitting diode.
  • connection contacts for a large number of optoelectronic semiconductor chips are applied to the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • connection contacts comprises at least the application of an electrically conductive layer and, for example, photolithographic methods and etching methods for structuring the connection contacts.
  • further method steps for structuring the individual semiconductor chips and for making electrical contact with the active layer can take place.
  • a carrier substrate is applied to the connection contacts.
  • the carrier substrate is set up in particular for making electrical contact with the optoelectronic semiconductor chips.
  • the growth substrate is detached from the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • Detaching the growth substrate from the epitaxial semiconductor layer sequence is advantageous, particularly when producing optoelectronic semiconductor chips which are set up to generate electromagnetic radiation in the UV spectral range, since many growth substrates are not transparent to electromagnetic radiation generated during operation in the UV spectral range.
  • polycrystalline aluminum nitride can contain impurities, as a result of which the polycrystalline substrate is opaque to UV light.
  • the growth substrate can be detached, for example, by wet-chemical etching methods, dry-chemical etching methods or mechanical polishing methods.
  • the growth substrate can also be detached by a laser lifting process or by a chemical lifting process, as a result of which the growth substrate is not destroyed and can be reused if necessary.
  • the optoelectronic semiconductor chips are singulated.
  • the singulation takes place, for example, by sawing or by a directed plasma etching method for severing the epitaxial semiconductor layer sequence and/or the carrier substrate.
  • the method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips comprises the following steps:
  • the growth substrate is detached down to the at least one surface layer of the growth substrate, the surface layer remaining at least partially on the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • a surface layer comprising aluminum nitride may have fewer impurities than, for example, a polycrystalline substrate comprising aluminum nitride.
  • the surface layer in contrast to the polycrystalline substrate, the surface layer can be transparent to electromagnetic radiation in the UV spectral range. For this reason, the surface layer can remain at least partially on the epitaxial semiconductor layer sequence. Complete detachment of the growth substrate including the surface layer is therefore not necessary. This can, for example, damage the epitaxial Semiconductor layer sequence can be avoided when detaching the growth substrate.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence comprises an etch stop layer, the etch stop layer having aluminum gallium nitride.
  • a gallium content of the etch stop layer is at least 5%, preferably at least 40%, and the growth substrate is detached up to the etch stop layer.
  • the etch stop layer is set up, for example, in order to be able to precisely stop an etching process for removing the growth substrate. In particular, this enables the growth substrate to be completely detached without damaging the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the gallium content in the etch stop layer can be detected, for example, during a chemical-mechanical polishing process, which makes it possible to stop the etching process precisely at the etch stop layer.
  • the etch stop layer can be set up to remove the growth substrate by a laser lift-off method, with the etch stop layer being decomposed by the action of light.
  • FIGS. 1A to 1H show schematic representations of different steps in a method for producing a large number of optoelectronic semiconductor chips in accordance with various exemplary embodiments.
  • FIGS. 2A to 2C show schematic representations of a growth substrate after different steps of a method for producing a growth substrate according to different exemplary embodiments.
  • FIGS. 3A to 3C show schematic representations of a growth substrate after different steps of a method for producing a growth substrate according to further exemplary embodiments.
  • FIG. 1A shows a polycrystalline substrate 1 which has a main area 11 and is provided in a first method step.
  • the polycrystalline substrate 1 comprises aluminum nitride and is produced by sintering a powder of small single crystals comprising aluminum nitride.
  • the polycrystalline substrate 1 has a diameter of at least 150 millimeters and a thickness of up to 1000 micrometers.
  • FIG. 1B shows a schematic sectional representation of the growth substrate 3 after a further method step, a surface layer 2 being applied to the main surface 11 of the polycrystalline substrate 1 .
  • the surface layer 2 comprises aluminum nitride and is applied to the main surface 11 of the polycrystalline substrate 1 by sputtering, atomic layer deposition, physical vapor deposition, or electron beam epitaxy.
  • a thickness of the surface layer 2 is between 20 nanometers and 500 nanometers inclusive. In particular, the surface layer 2 is thick enough to compensate for unevenness in the main surface 11 of the polycrystalline substrate 1 .
  • FIG. 1C shows a schematic sectional representation of the growth substrate 3 after the high-temperature annealing of the polycrystalline substrate 1 and the surface layer 2 applied thereto.
  • the polycrystalline substrate 1 with the surface layer 2 applied thereto is baked out at a temperature between 700° C. and 1800° C. for a period of between 1 hour and 24 hours.
  • microcrystallites in the surface layer 2 are realigned and reorganized into a monocrystalline layer. This results in a homogeneous monocrystalline surface layer 2 with relatively few defects, which is particularly suitable for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence 4 .
  • FIG. ID shows a schematic sectional representation of the polycrystalline substrate 1 , the surface layer 2 and the epitaxial semiconductor layer sequence 4 .
  • an epitaxial semiconductor layer sequence 4 grown epitaxially on the surface of the surface layer 2 .
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 4 comprises aluminum gallium nitride and has an active layer 41 for generating electromagnetic radiation in the UV spectral range.
  • the active layer 41 includes an n-doped semiconductor region and a p-doped semiconductor region, which form a light-emitting diode.
  • FIG. 1E shows a schematic sectional illustration after a further method step, the epitaxial semiconductor layer sequence 4 being structured to form individual optoelectronic semiconductor chips and electrical connection contacts 5 being applied.
  • the structuring of the semiconductor layer sequence 4 and the application of the electrical connection contacts 5 takes place by photolithographic methods and etching of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • FIG. 1F shows a schematic sectional illustration after a further method step, the polycrystalline substrate 1 with the surface layer 2 applied thereto and the epitaxial semiconductor layer sequence 4 being transferred onto a carrier substrate 6 .
  • the carrier substrate 6 is set up in particular for making electrical contact with the optoelectronic semiconductor chips.
  • FIG. 1G shows a schematic sectional illustration after a further method step, with the polycrystalline substrate 1 being detached.
  • the polycrystalline substrate 1 is detached from the semiconductor layer sequence 4 in such a way that the surface layer 2 remains at least partially on the epitaxial semiconductor layer sequence 4 .
  • a Detaching the polycrystalline substrate 1 is advantageous since polycrystalline aluminum nitride cannot be transparent to electromagnetic radiation in the UV spectral range with wavelengths between 100 nanometers and 360 nanometers due to impurities present therein.
  • the surface layer 2 has only minor impurities and is at least largely transparent to electromagnetic radiation in the UV spectral range.
  • the polycrystalline substrate 1 is detached in particular by a chemical-mechanical polishing process.
  • the polycrystalline substrate 1 can be removed by a dry-chemical or wet-chemical etching process.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 4 is not damaged by the detachment process.
  • FIG. 1H shows a schematic sectional illustration of a large number of optoelectronic semiconductor chips after a dicing step, the carrier substrate 6 being severed in order to singulate the optoelectronic semiconductor chips.
  • FIGS. 2A to 20 show schematic sectional views of a growth substrate 3 after different process steps according to different exemplary embodiments.
  • FIG. 2A shows a polycrystalline substrate 1 which comprises aluminum nitride and has a main surface 11 .
  • a surface layer 2 applied by sputtering.
  • FIG. 2B shows a schematic sectional view of growth substrate 3 after high-temperature annealing of polycrystalline substrate 1 with surface layer 2 applied thereto.
  • a smooth, homogeneous monocrystalline surface layer 2 is not formed here after the high-temperature tempering due to different process parameters, but columnar crystallites of high crystal quality are formed by three-dimensional crystal growth.
  • FIG. 2C shows a schematic sectional representation of the growth substrate 3, a buffer layer 7 being applied to the surface layer 2 after the high-temperature annealing.
  • the buffer layer 7 comprises aluminum nitride and is deposited on the surface layer 2 by an epitaxial growth method, for example by metal-organic vapor phase epitaxy.
  • the buffer layer 7 is a homogeneous, low-defect monocrystalline layer which is suitable for the epitaxial growth of a low-defect epitaxial semiconductor layer sequence.
  • FIGS. 3A to 3C show schematic sectional views of a growth substrate 3 after various method steps according to further exemplary embodiments.
  • FIG. 3A shows a growth substrate 3 which has a polycrystalline substrate 1 with a main surface 11 .
  • a first surface layer 2 by sputtering or by Atomic layer deposition applied.
  • the polycrystalline substrate 1 and the first surface layer 2 comprise aluminum nitride.
  • FIG. 3B shows the growth substrate 3 after a further method step, in which a further surface layer 8 is applied to the first surface layer 2 .
  • the further surface layer 8 is deposited on the first surface layer 2 by metal-organic chemical vapor deposition.
  • the further surface layer 8 is deposited on the first surface layer 2 by sputtering.
  • the further surface layer 8 is set up as an orientation layer and in particular improves alignment of the microcrystallites in the first surface layer 2 during a subsequent method step in which the growth substrate 3 is heat-treated at high temperatures.
  • FIG. 30 shows a sectional illustration of the growth substrate 3 after the high-temperature tempering process step.
  • a homogeneous, smooth, monocrystalline surface 81 of the further surface layer 8 forms, which is set up for the epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence 4 with few defects.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats mit den folgenden Schritten angegeben: - Bereitstellen eines polykristallinen Substrats, welches ein Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist, - Aufbringen zumindest einer Oberflächenschicht auf eine Hauptfläche des polykristallinen Substrats, wobei - die zumindest eine Oberflächenschicht ein Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist, und - die zumindest eine Oberflächenschicht zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet ist, - Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht. Des Weiteren werden ein Wachstumssubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips angegeben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WACHSTUMSSUBSTRATS , WACHSTUMS SUBS TRAT , UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIPS
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats , ein Wachstumssubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips angegeben .
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es , ein Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats , ein Wachstumssubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips anzugeben, die ein verbessertes thermisches Verspannungsverhalten aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird zunächst ein polykristallines Substrat bereitgestellt .
Das polykristalline Substrat umfasst eine Viel zahl kleiner Einzelkristalle . Insbesondere ist das polykristalline Substrat kein monokristallines Substrat . Beispielsweise wird das polykristalline Substrat durch keramische Verfahren, insbesondere durch Sintern eines Pulvers aus kleinen Einzelkristallen, hergestellt . Dabei wird ein Pulver aus kleinen Einzelkristallen unter erhöhtem Druck erhitzt und in die Form des polykristallinen Substrats gebracht , wobei die Einzelkristalle oberflächlich schmel zen und zusammenwachsen . Dadurch entsteht ein verfestigtes polykristallines Substrat , welches bevorzugt einen Durchmesser von zumindest 150 Millimetern aufweist . Das polykristalline Substrat kann insbesondere Hohlräume zwischen den zusammengewachsenen, kleinen Einzelkristallen aufweisen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist das polykristalline Substrat ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial auf .
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstof f enthalten, wie zum Beispiel die Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und x+y < 1 . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe
Mengen weiterer Stof fe , beispielsweise Bor oder Scandium, ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Das polykristalline Substrat umfasst Aluminiumnitrid oder besteht bevorzugt aus Aluminiumnitrid .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird zumindest eine Oberflächenschicht auf eine Hauptfläche des polykristallinen Substrats aufgebracht . Die Hauptfläche des polykristallinen Substrats bezeichnet dabei eine Fläche , die zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vorgesehen ist . Die zumindest eine Oberflächenschicht weist ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf . Eine der Hauptfläche des polykristallinen Substrats abgewandte Oberfläche der zumindest einen Oberflächenschicht ist insbesondere zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet .
Beispielsweise umfasst die Oberflächenschicht das gleiche Nitridverbindungshalbleitermaterial wie das polykristalline Substrat . Die Oberflächenschicht wird insbesondere durch Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung oder Atomlagenabscheidung direkt auf die Hauptfläche des polykristallinen Substrats aufgebracht . Die Oberflächenschicht weist beispielsweise eine polykristalline Struktur aus Mikrokristalliten auf und ist insbesondere dazu eingerichtet , Unebenheiten in der Hauptfläche des polykristallinen Substrats aus zugleichen . Diese Unebenheiten entstehen beispielsweise durch Hohlräume zwischen den durch Sintern zusammengeschmol zenen Einzelkristallen des polykristallinen Substrats . Eine glatte Oberfläche der Oberflächenschicht ist vorteilhaft , um darauf eine defektarme epitaktische Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf zuwachsen .
Die Oberflächenschicht weist beispielsweise eine Dicke zwischen 10 Nanometern und fünf Mikrometer auf . Bevorzugt weist die Oberflächenschicht eine Dicke zwischen 20 Nanometern und 500 Nanometern auf . Eine Dicke bezieht sich hier und im Folgenden auf eine Ausdehnung der Oberflächenschicht in einer Richtung parallel zur Flächennormalen der Hauptfläche des polykristallinen Substrats .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats erfolgt ein Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht . Beim Hochtemperaturtempern wird die Oberflächenschicht zusammen mit dem polykristallinen Substrat bei einer ausreichend hohen Temperatur für längere Zeit geglüht beziehungsweise ausgehei zt . Beispielsweise beträgt die Temperatur beim Glühen oder Aushei zen zwischen einschließlich 700 ° Celsius und einschließlich 1800 ° Celsius . Das Glühen beziehungsweise Aushei zen kann beispielsweise über einen Zeitraum zwischen einschließlich einer Stunde und einschließlich 24 Stunden erfolgen . Beim Hochtemperaturtempern richten sich die Mikrokristallite in der Oberflächenschicht neu aus , wobei beispielsweise eine Neigung und eine Verdrehung der Mikrokristallite zueinander verringert wird . Insbesondere können die Mikrokristallite dabei zu einer homogenen, defektarmen monokristallinen Oberflächenschicht zusammenwachsen . Eine durch Hochtemperaturtempern erzeugte , monokristalline Oberflächenschicht ist zum epitaktischen Aufwachsen einer defektarmen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge besonders vorteilhaft geeignet .
Durch beispielsweise unterschiedliche Prozessparameter während des Hochtemperaturtemperns können in der Oberflächenschicht alternativ säulenartige Kristallite von hoher Qualität durch ein dreidimensionales Kristallwachstum entstehen . In diesem Fall kann eine weitere Oberflächenschicht , beispielsweise eine Puf ferschicht , nach dem Hochtemperaturtempern auf der Oberflächenschicht abgeschieden werden, um eine homogene , monokristalline Oberfläche mit einer glatten Oberflächenmorphologie und einer reduzierten Defektdichte zu erhalten . Die Puf ferschicht kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung oder durch andere epitaktische Wachstumsverfahren auf der hochtemperaturgetemperten Oberflächenschicht aufgebracht werden .
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Hochtemperaturtempern eine Aufhei zphase , eine Aushei zphase und eine Abkühlphase . Während der Aufhei zphase wird die Temperatur des polykristallinen Substrats mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht erhöht , bis eine Aushei ztemperatur erreicht ist . Die Aushei ztemperatur beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 700 ° C und einschließlich 1800 ° C . Insbesondere ist die Aushei ztemperatur kleiner als eine Schmel ztemperatur des polykristallinen Substrats und/oder der zumindest einen Oberflächenschicht .
Während der Aushei zphase wird das polykristalline Substrat mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht über einen längeren Zeitraum bei der Aushei ztemperatur ausgehei zt . Beispielsweise beträgt der Zeitraum der Aushei zphase zwischen einschließlich einer Stunde und einschließlich 24 Stunden . Während der Aushei zphase wird die Aushei ztemperatur bevorzugt konstant gehalten . Die Aushei ztemperatur kann während der Aushei zphase auch als Funktion der Zeit geändert werden .
Während der Abkühlphase wird das polykristalline Substrat mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht beispielsweise auf Raumtemperatur abgekühlt . Ein Zeitraum der Abkühlphase sowie ein zeitlicher Temperaturverlauf während der Abkühlphase werden dabei insbesondere so gewählt , dass die zumindest eine Oberflächenschicht eine möglichst geringe Defektdichte aufweist . Zum Beispiel die Druckschri ft H . Miyake et al . , Journal of Crystal Growth 456 ( 2016 ) 155- 159 , beschreibt ein Hochtemperaturtempern in einem anderen Zusammenhang und ist hiermit durch Rückbezug auf genommen .
Gemäß einer Aus führungs form weist das Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats folgende Schritte auf :
- Bereitstellen eines polykristallinen Substrats , welches ein Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist ,
- Aufbringen zumindest einer Oberflächenschicht auf eine Hauptfläche des polykristallinen Substrats , wobei
- die zumindest eine Oberflächenschicht ein
Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist , und
- die zumindest eine Oberflächenschicht zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet ist ,
- Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht .
Optoelektronische Halbleiterschichtenfolgen auf Basis von Aluminiumgalliumnitrid, die zur Emission elektromagnetischer Strahlung im UV Spektralbereich mit Wellenlängen zwischen 100 Nanometern und 360 Nanometern eingerichtet sind, werden beispielsweise auf monokristallinen Saphirsubstraten epitaktisch auf gewachsen . Aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoef fi zienten von beispielsweise Aluminium ( gallium) nitrid und dem Saphirsubstrat können beim Abkühlen nach dem epitaktischen Wachstumsprozess signi fikante mechanische Verspannungen entstehen, die insbesondere zu einer starken Krümmung des Saphirsubstrats führen . Diese Krümmung kann so groß sein, dass eine nachfolgende Prozessierung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge zu optoelektronischen Halbleiterchips erschwert , oder sogar verhindert wird . Beispielsweise kann eine durchgehend scharfe Belichtung einer Fotomaske auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufgrund der Krümmung des Saphirsubstrats nicht möglich sein . Des Weiteren können aufgrund der mechanischen Verspannung bei einer Ablösung des Saphirsubstrates von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge , beispielsweise bei einer Herstellung von Dünnfilmchips , Risse in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge entstehen . Ähnliche Probleme können auch bei Wachstumssubstraten auftreten, die andere Materialien umfassen, beispielsweise bei Wachstumssubstraten aus Sili ziumkarbid . Die folgende Diskussion beschränkt sich der Einfachheit halber auf Saphirsubstrate , gilt aber auch für andere Wachstumssubstrate .
Diese Probleme werden umso ausgeprägter, j e größer ein Durchmesser des Saphirsubstrats ist . Insbesondere skaliert ein durch die Krümmung des Saphirsubstrats hervorgerufener Abstand zwischen einem höchsten und einem niedrigsten Punkt einer Oberfläche des Saphirsubstrats quadratisch mit dem Durchmesser des Saphirsubstrats . Aufgrund dieser Krümmung können bisher optoelektronische Halbleiterchips auf Basis von Aluminiumgalliumnitrid beispielsweise nur auf Saphirsubstraten mit einem Durchmesser von 2 Zoll , eingeschränkt auch auf Saphirsubstraten mit einem Durchmesser von bis zu 4 Zoll , hergestellt werden .
Ein weiteres Problem stellen laterale thermische Gradienten im Saphirsubstrat dar . Diese Gradienten entstehen aufgrund der Krümmung des Saphirsubstrats bei den hohen Herstellungstemperaturen von beispielsweise ungefähr 1000 ° Celsius für das epitaktische Aufwachsen von Aluminiumgalliumnitrid . Die thermischen Gradienten können beispielsweise zu einem Bruch des Saphirsubstrats führen . Dieses Problem tritt insbesondere bei Saphirsubstraten mit einem Durchmesser von zumindest 4 Zoll auf . Um ein Brechen des Saphirsubstrats zu verhindern, kann beispielsweise ein dickeres Saphirsubstrat verwendet werden . Das kann allerdings mit einem zusätzlichen, erhöhten Aufwand in der Prozessierung der optoelektronischen Halbleiterchips , beispielsweise bei einem mechanischen Ablösen des Saphirsubstrats , verbunden sein .
Eine Idee des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats besteht darin, ein angepasstes Wachstumssubstrat für die Epitaxie von Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien auf Basis eines kostengünstigen polykristallinen Substrats bereitzustellen . Insbesondere ist der thermische Ausdehnungskoef fi zient des Wachstumssubstrats an einen thermischen Ausdehnungskoef fi zienten der optoelektronischen Halbleiterschichtenfolge angepasst . Des Weiteren kann auch eine Struktur des Kristallgitters des Wachstumssubstrats an eine Struktur des Kristallgitters der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angepasst werden . Dadurch können beispielsweise defektarme optoelektronische Halbleiterschichtenfolgen aus Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere aus Aluminiumgalliumnitrid oder aus Indiumgalliumnitrid, auf kostengünstigen Wachstumssubstraten mit Durchmessern von zumindest 150 Millimetern epitaktisch aufgewachsen werden .
Monokristalline Wachstumssubstrate aus Aluminiumnitrid sind im Gegensatz dazu sehr teuer und mit Durchmessern von zumindest 150 Millimetern nicht kommerziell erhältlich . Mittels keramischer Verfahren hergestellte polykristalline Substrate auf Basis von Aluminiumnitrid oder Sili ziumkarbid, sind aufgrund ihrer polykristallinen Struktur sowie der damit einhergehenden unregelmäßigen Oberflächenmorphologie nicht für ein direktes epitaktisches Wachstum von epitaktischen Halbleiterschichtenfolgen geeignet .
Dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde , dass kostengünstige polykristalline Substrate mit einer darauf aufgebrachten, hochtemperaturgetemperten Oberflächenschicht als Wachstumssubstrate für die Epitaxie von optoelektronischen Halbleiterschichtenfolgen geeignet sind . Durch Hochtemperaturtempern kann insbesondere eine defektarme , monokristalline Oberflächenschicht auf dem polykristallinen Substrat erzeugt werden, auf der in weiterer Folge eine defektarme Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf gewachsen werden kann . Durch Anpassung des thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Wachstumssubstrats an den thermischen Ausdehnungskoef fi zienten der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge können insbesondere mechanische Verspannungen, die zu einer Krümmung des Wachstumssubstrats beim Abkühlen nach dem epitaktischen Wachstumsprozess führen, verringert oder vermieden werden . Dadurch können insbesondere optoelektronische Halbleiterschichtenfolgen, die Aluminiumgalliumnitrid umfassen, auf großen Wachstumssubstraten mit Durchmessern von zumindest 150 Millimetern kostengünstig epitaktisch aufgewachsen werden . Insbesondere sind keine zusätzlichen Maßnahmen in der Epitaxie und in der Chipprozessierung zur Reduzierung der Krümmung des Wachstumssubstrats erforderlich . Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats weist das polykristalline Substrat Aluminiumnitrid auf und die zumindest eine Oberflächenschicht weist Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid auf .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird die zumindest eine Oberflächenschicht durch Sputtern oder Atomlagenabscheidung aufgebracht . Die Oberflächenmorphologie der Hauptfläche des polykristallinen Substrats , sowie die Prozessparameter beim Hochtemperaturtempern, beeinflussen eine Kristallqualität der Oberflächenschicht . Abhängig von diesen Parametern kann eine Oberflächenschicht , die entweder durch Sputtern oder durch Atomlagenabscheidung auf das polykristalline Substrat aufgebracht wird, zu einer höheren Kristallqualität der Oberflächenschicht nach dem Hochtemperaturtempern führen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird vor dem Hochtemperaturtempern eine weitere Oberflächenschicht durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder durch Sputtern aufgebracht .
Um die Qualität der Oberfläche des Wachstumssubstrats für das epitaktische Wachstum der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge zu verbessern, kann vor dem Hochtemperaturtempern eine weitere Oberflächenschicht auf die erste Oberflächenschicht aufgebracht werden . Insbesondere kann auf eine gesputterte Oberflächenschicht eine weitere Oberflächenschicht mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht werden . Alternativ kann auf eine durch Atomlagenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, Elektronenstrahlepitaxie , Molekularstrahlepitaxie , oder Flüssigphasenepitaxie aufgebrachte Oberflächenschicht beispielsweise eine weitere Oberflächenschicht durch Sputtern aufgebracht werden . Die weitere Oberflächenschicht führt während des Hochtemperaturtemperns beispielsweise zu einer verbesserten Reorientierung der Mikrokristallite in der zuvor aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird die zumindest eine Oberflächenschicht nach dem Hochtemperaturtempern durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren geglättet . Für das epitaktische Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge auf dem Wachstumssubstrat ist eine besonders glatte Oberfläche des Wachstumssubstrats vorteilhaft . Unebenheiten in der Oberfläche des Wachstumssubstrats , die nach dem Hochtemperaturtempern vorhanden sein können, werden beispielsweise durch ein Polierverfahren abgeschli f fen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats wird nach dem Hochtemperaturtempern eine Puf ferschicht auf die Oberflächenschicht epitaktisch auf gewachsen .
Die Puf ferschicht umfasst bevorzugt das gleiche Halbleitermaterial , wie die epitaktische Halbleiterschichtenfolge , die in weiterer Folge auf dem Wachstumssubstrat epitaktisch aufgewachsen wird . Die Puf ferschicht wird beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung, bevorzugt durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE ) aufgebracht . Insbesondere ist die Puf ferschicht dazu eingerichtet , eine geschlossene , homogene , monokristalline Oberfläche des Wachstumssubstrats mit glatter Oberflächenmorphologie und reduzierter Defektdichte zu erhalten . Des Weiteren kann die Puf ferschicht zur Anpassung der Struktur des Kristallgitters des Wachstumssubstrats an die Struktur des Kristallgitters der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet sein . Die Puf ferschicht wird insbesondere vorteilhaft auf eine gesputterte Oberflächenschicht aufgebracht , die nach dem Hochtemperaturtempern säulenartige Kristallite von hoher Kristallqualität aufweist .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats weist die Puf ferschicht Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid auf .
Es wird weiterhin ein Wachstumssubstrat angegeben . Sämtliche für das Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats of fenbarten Merkmale sind auch für das Wachstumssubstrat of fenbart . Umgekehrt sind sämtliche für das Wachstumssubstrat of fenbarten Merkmale auch für das Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats of fenbart .
Gemäß einer Aus führungs form weist das Wachstumssubstrat ein polykristallines Substrat auf , das ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst und eine Hauptfläche aufweist .
Das polykristalline Substrat ist insbesondere durch ein keramisches Verfahren, beispielsweise durch Sintern eines Pulvers aus kleinen Einzelkristallen, hergestellt . Bevorzugt weist das polykristalline Substrat einen Durchmesser von zumindest 150 mm auf . Wenn eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Wachstumssubstrats und der darauf auf zuwachsenden epitaktischen Halbleiterschichtenfolge stattfindet , ist eine Dicke des polykristallinen Substrats von höchstens 1000 Mikrometer ausreichend . Beispielsweise umfasst das polykristalline Substrat Aluminiumnitrid oder besteht aus Aluminiumnitrid . Die Hauptfläche des polykristallinen Substrats kann eine raue Oberflächenmorphologie aufweisen, die beispielsweise durch kleine Hohlräume zwischen den durch das Sintern zusammengewachsenen kleinen Einzelkristallen entsteht .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist das Wachstumssubstrat eine Oberflächenschicht auf . Die Oberflächenschicht umfasst ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial und ist auf der Hauptfläche des polykristallinen Substrats angeordnet . Insbesondere ist die Oberflächenschicht zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet .
Die Oberflächenschicht weist insbesondere eine glatte Oberflächenmorphologie auf und ist bevorzugt als homogene , defektarme , monokristalline Schicht ausgebildet . Eine glatte , monokristalline Oberfläche der Oberflächenschicht ist vorteilhaft dazu geeignet , um darauf eine defektarme , epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf zuwachsen . Alternativ kann die Oberflächenschicht säulenartige Kristallite von hoher Kristallqualität umfassen, auf die eine weitere Puf ferschicht aufgebracht ist , die beispielsweise das gleiche Halbleitermaterial wie die Oberflächenschicht umfasst . Die Puf ferschicht bildet eine geschlossene , homogene Schicht mit glatter Oberflächenmorphologie und ist beispielsweise mit einem epitaktischen Wachstumsverfahren auf der Oberflächenschicht aufgebracht . Die Dicke der Oberflächenschicht beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 10 Nanometern und einschließlich fünf Mikrometer .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst das Wachstumssubstrat :
- ein polykristallines Substrat , das ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial umfasst und eine Hauptfläche aufweist , und
- zumindest eine Oberflächenschicht , die ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst und auf der Hauptfläche des polykristallinen Substrats angeordnet ist , wobei die Oberflächenschicht zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eingerichtet ist .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Wachstumssubstrats umfasst das polykristalline Substrat Aluminiumnitrid .
Epitaktische Halbleiterschichtenfolgen, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im UV Spektralbereich mit Wellenlängen zwischen 100 Nanometer und 360 Nanometer eingerichtet sind, umfassen insbesondere Aluminiumgalliumnitrid . Für das epitaktische Wachstum solcher Halbleiterschichtenfolgen ist ein Wachstumssubstrat mit einem angepassten thermischen Ausdehnungskoef fi zienten besonders vorteilhaft . Dadurch können mechanische Verspannungen durch das Abkühlen nach dem epitaktischen Wachstumsprozess verringert , oder vermieden werden . Somit kann der epitaktische Wachstumsprozess kostengünstig auf größeren Wachstumssubstraten erfolgen . Insbesondere ist ein Wachstumssubstrat , welches Aluminiumnitrid umfasst oder aus Aluminiumnitrid besteht , für das epitaktische Wachstum von Halbleiterschichtenfolgen, die Aluminiumgalliumnitrid aufweisen, besonders geeignet . Im Gegensatz zu monokristallinen Wachstumssubstraten aus Aluminiumnitrid ist das hier beschriebene Wachstumssubstrat auf Basis eines polykristallinen Substrats insbesondere kostengünstig und einfach mit Durchmessern von zumindest 150 mm herstellbar .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Wachstumssubstrats umfasst die zumindest eine Oberflächenschicht Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid .
Eine Oberflächenschicht , die Aluminiumnitrid umfasst , eignet sich insbesondere für das epitaktische Wachstum einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge , die Aluminiumgalliumnitrid aufweist und zur Emission elektromagnetischer Strahlung im UV Spektralbereich eingerichtet ist . Eine Oberflächenschicht , die Indiumgalliumnitrid aufweist , eignet sich bevorzugt zum epitaktischen Wachstum einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge , die Indiumgalliumnitrid umfasst und beispielsweise zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im nah UV bis blauen Spektralbereich eingerichtet ist . Dadurch kann der thermische Ausdehnungskoef fi zient des polykristallinen Substrats und die Struktur des Kristallgitters der Oberflächenschicht an eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge angepasst werden, die auf der Oberflächenschicht epitaktisch aufgewachsen werden soll .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Wachstumssubstrats weist die zumindest eine Oberflächenschicht eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 5 Mikrometer auf . Insbesondere weist die Oberflächenschicht eine Dicke auf , so dass Unebenheiten in der Hauptfläche des polykristallinen Substrats , die beispielsweise durch Hohlräume zwischen den Einzelkristallen des polykristallinen Substrats ausgebildet sind, durch die Oberflächenschicht zumindest ausgeglichen werden oder überdeckt sind .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Wachstumssubstrats weist das polykristalline Substrat einen Durchmesser von zumindest 100 Millimeter und eine maximale Dicke von 1000 Mikrometer auf .
Im Gegensatz zu monokristallinen Wachstumssubstraten aus Aluminiumnitrid sind polykristalline Substrate , die Aluminiumnitrid umfassen oder aus Aluminiumnitrid bestehen, einfach und kostengünstig mit einem Durchmesser von zumindest 100 Millimeter herstellbar . Durch die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Wachstumssubstrats an den thermischen Ausdehnungskoef fi zienten der darauf auf zuwachsenden epitaktischen Halbleiterschichtenfolge werden thermische Verspannungsprobleme nach dem epitaktischen Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge verringert oder vermieden . Dadurch wird eine Krümmung des Wachstumssubstrats durch ein Abkühlen nach dem epitaktischen Wachstumsprozess verringert beziehungsweise vermieden . Im Gegensatz zum epitaktischen Wachstum einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge auf einem Wachstumssubstrat , dessen thermischer Ausdehnungskoef fi zient nicht angepasst ist , kann somit ein Wachstumssubstrat mit einer geringeren Dicke verwendet werden . Insbesondere weist das polykristalline Substrat eine maximale Dicke von 1000 Mikrometern auf . Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips angegeben .
Sämtliche für das Wachstumssubstrat of fenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips of fenbart . Umgekehrt sind sämtliche für das Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips of fenbarten Merkmale auch für das Wachstumssubstrat of fenbart .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips wird zunächst ein Wachstumssubstrat bereitgestellt , wobei das Wachstumssubstrat ein polykristallines Substrat und zumindest eine darauf aufgebrachte Oberflächenschicht umfasst . Insbesondere weist das Wachstumssubstrat Merkmale des zuvor beschriebenen Wachstumssubstrats auf .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips wird in einem nächsten Schritt eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf dem Wachstumssubstrat epitaktisch auf gewachsen . Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge umfasst insbesondere ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial .
Bevorzugt weist das Wachstumssubstrat das gleiche Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf . Dadurch wird eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoef fi zienten gewährleistet . Zur Anpassung der Struktur des Kristallgitters der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge an die Struktur des Kristallgitters des Wachstumssubstrats weist die Oberflächenschicht des Wachstumssubstrats bevorzugt das gleiche Halbleitermaterial wie die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf .
Die aktive Schicht umfasst beispielsweise zumindest einen p- dotierten Halbleiterbereich und zumindest einen n-dotierten Halbleiterbereich, die eine lichtemittierende Diode bilden .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips werden in einem nächsten Schritt Anschlusskontakte für eine Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge aufgebracht .
Das Aufbringen der Anschlusskontakte umfasst zumindest das Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht , sowie beispielsweise fotolithografische Verfahren und Ätzverfahren zur Strukturierung der Anschlusskontakte . Darüber hinaus können weitere Verfahrensschritte zur Strukturierung der einzelnen Halbleiterchips und zur elektrischen Kontaktierung der aktiven Schicht erfolgen .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips wird ein Trägersubstrat auf die Anschlusskontakte aufgebracht . Das Trägersubstrat ist insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips wird das Wachstumssubstrat von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgelöst . Insbesondere bei der Herstellung optoelektronischer Halbleiterchips , die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im UV Spektralbereich eingerichtet sind, ist ein Ablösen des Wachstumssubstrats von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vorteilhaft , da viele Wachstumssubstrate für im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung im UV Spektralbereich nicht transparent sind . Beispielsweise kann polykristallines Aluminiumnitrid Verunreinigungen aufweisen, wodurch das polykristalline Substrat für UV Licht intransparent ist . Das Ablösen des Wachstumssubstrats kann beispielsweise durch nasschemische Ätzverfahren, trockenchemische Ätzverfahren oder mechanische Polierverfahren erfolgen . Alternativ kann das Wachstumssubstrat auch durch ein Laserabhebeverfahren oder durch ein chemisches Abhebeverfahren abgelöst werden, wodurch das Wachstumssubstrat nicht zerstört und gegebenenfalls wiederverwertbar ist .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips werden die optoelektronischen Halbleiterchips vereinzelt .
Die Vereinzelung erfolgt beispielsweise durch Sägen oder durch ein gerichtetes Plasmaätzverfahren zur Durchtrennung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und/oder des Trägersubstrats .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips folgende Schritte :
- Bereitstellen eines hier beschriebenen Wachstumssubstrats , - epitaktisches Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst ,
- Aufbringen von Anschlusskontakten für eine Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips auf die epitaktische Haiblei ter schicht enf olge ,
- Aufbringen eines Trägersubstrats auf die Anschluss kontakte ,
- Ablösen des Wachstumssubstrats von der epitaktischen Haiblei ter schicht enf olge
- Vereinzelung der optoelektronischen Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips erfolgt das Ablösen des Wachstumssubstrats bis zur zumindest einen Oberflächenschicht des Wachstumssubstrats , wobei die Oberflächenschicht zumindest teilweise auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge verbleibt .
Eine Aluminiumnitrid aufweisende Oberflächenschicht kann weniger Verunreinigungen aufweisen als beispielsweise ein polykristallines Substrat , das Aluminiumnitrid umfasst . Insbesondere kann die Oberflächenschicht im Gegensatz zum polykristallinen Substrat transparent für elektromagnetische Strahlung im UV Spektralbereich sein . Aus diesem Grund kann die Oberflächenschicht zumindest teilweise auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge verbleiben . Ein vollständiges Ablösen des Wachstumssubstrats inklusive der Oberflächenschicht ist somit nicht notwendig . Dadurch kann beispielsweise eine Beschädigung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge beim Ablösen des Wachstumssubstrats vermieden werden .
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips umfasst die epitaktische Halbleiterschichtenfolge eine Ätzstoppschicht , wobei die Ätzstoppschicht Aluminiumgalliumnitrid aufweist . Insbesondere beträgt ein Galliumanteil der Ätzstoppschicht zumindest 5 % , bevorzugt zumindest 40 % , und das Ablösen des Wachstumssubstrats erfolgt bis zur Ätzstoppschicht .
Die Ätzstoppschicht ist beispielsweise eingerichtet , um einen Ätzprozess zur Entfernung des Wachstumssubstrats präzise stoppen zu können . Dies ermöglicht insbesondere ein vollständiges Ablösen des Wachstumssubstrats , ohne die epitaktische Halbleiterschichtenfolge zu beschädigen . Insbesondere kann der Galliumanteil in der Ätzstoppschicht beispielsweise während eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens detektiert werden, wodurch ein präzises Stoppen des Ätzprozesses an der Ätzstoppschicht möglich ist . Alternativ kann die Ätzstoppschicht dazu eingerichtet sein, das Wachstumssubstrat durch ein Laserabhebeverfahren zu entfernen, wobei sich die Ätzstoppschicht durch Lichteinwirkung zersetzt .
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats des Wachstumssubstrats sowie des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen . Die Figuren 1A bis 1H zeigen schematische Darstellungen von unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .
Die Figuren 2A bis 2C zeigen schematische Darstellungen eines Wachstumssubstrats nach unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .
Die Figuren 3A bis 3C zeigen schematische Darstellungen eines Wachstumssubstrats nach unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wachstumssubstrats gemäß weiterer Aus führungsbeispiele .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente , insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Die schematische Schnittdarstellung in Figur 1A zeigt ein polykristallines Substrat 1 welches eine Hauptfläche 11 aufweist , und in einem ersten Verfahrensschritt bereitgestellt wird . Das polykristalline Substrat 1 umfasst Aluminiumnitrid und ist durch Sintern eines Pulvers aus kleinen Einzelkristallen, welche Aluminiumnitrid umfassen, hergestellt . Das polykristalline Substrat 1 weist einen Durchmesser von zumindest 150 Millimeter und eine Dicke bis zu 1000 Mikrometer auf . Figur IB zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Wachstumssubstrats 3 nach einem weiteren Verfahrensschritt , wobei auf die Hauptfläche 11 des polykristallinen Substrats 1 eine Oberflächenschicht 2 aufgebracht ist . Die Oberflächenschicht 2 umfasst Aluminiumnitrid und wird durch Sputtern, Atomlagenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, oder Elektronenstrahlepitaxie auf der Hauptfläche 11 des polykristallinen Substrats 1 aufgebracht . Eine Dicke der Oberflächenschicht 2 beträgt zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 500 Nanometer . Insbesondere ist die Oberflächenschicht 2 dick genug, um Unebenheiten in der Hauptfläche 11 des polykristallinen Substrats 1 aus zugleichen .
Figur IC zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Wachstumssubstrats 3 , nach dem Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats 1 und der darauf aufgebrachten Oberflächenschicht 2 . Dabei wird das polykristalline Substrat 1 mit der darauf aufgebrachten Oberflächenschicht 2 über einen Zeitraum zwischen 1 Stunde und 24 Stunden bei einer Temperatur zwischen 700 ° C und 1800 ° C ausgehei zt . Durch das Hochtemperaturtempern richten sich Mikrokristallite in der Oberflächenschicht 2 neu aus und reorganisieren sich zu einer monokristallinen Schicht . Dadurch entsteht eine homogene , relativ defektarme monokristalline Oberflächenschicht 2 , die insbesondere zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 geeignet ist .
Figur ID zeigt eine schematische Schnittdarstellung des polykristallinen Substrats 1 , der Oberflächenschicht 2 und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 . Insbesondere ist hier nach dem Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats 1 mit der darauf aufgebrachten Oberflächenschicht 2 eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 auf der Oberfläche der Oberflächenschicht 2 epitaktisch auf gewachsen . Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 umfasst Aluminiumgalliumnitrid und weist eine aktive Schicht 41 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im UV Spektralbereich auf . Insbesondere umfasst die aktive Schicht 41 einen n- dotierten Halbleiterbereich und einen p-dotierten Halbleiterbereich, die eine lichtemittierende Diode bilden .
Figur IE zeigt eine schematische Schnittdarstellung nach einem weiteren Verfahrensschritt , wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 zur Ausbildung einzelner optoelektronischer Halbleiterchips strukturiert ist und elektrische Anschlusskontakte 5 aufgebracht sind . Die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge 4 und das Aufbringen der elektrischen Anschlusskontakte 5 erfolgt durch fotolithografische Verfahren und Ätzen der epitaktischen Haiblei ter schichtenfolge .
Figur 1 F zeigt eine schematische Schnittdarstellung nach einem weiteren Verfahrensschritt , wobei das polykristalline Substrat 1 mit der darauf aufgebrachten Oberflächenschicht 2 und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 auf ein Trägersubstrat 6 trans feriert ist . Das Trägersubstrat 6 ist insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet .
Figur IG zeigt eine schematische Schnittdarstellung nach einem weiteren Verfahrensschritt , wobei das polykristalline Substrat 1 abgelöst ist . Insbesondere ist das polykristalline Substrat 1 von der Halbleiterschichtenfolge 4 so abgelöst , dass die Oberflächenschicht 2 zumindest teilweise auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 verbleibt . Ein Ablösen des polykristallinen Substrats 1 ist vorteilhaft , da polykristallines Aluminiumnitrid aufgrund darin vorhandener Verunreinigungen für elektromagnetische Strahlung im UV Spektralbereich mit Wellenlängen zwischen 100 Nanometer und 360 Nanometer nicht transparent sein kann . Im Gegensatz dazu weist die Oberflächenschicht 2 nur geringe Verunreinigungen auf und ist zumindest großteils für elektromagnetische Strahlung im UV Spektralbereich transparent .
Das Ablösen des polykristallinen Substrats 1 erfolgt insbesondere durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren . Alternativ kann das polykristalline Substrat 1 durch ein trockenchemisches oder nasschemisches Ätzverfahren entfernt werden . Durch Entfernen des polykristallinen Substrats 1 nur bis zur Oberflächenschicht 2 wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 durch das Ablöseverfahren nicht beschädigt .
Figur 1H zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterchips nach einem Vereinzelungsschritt , wobei das Trägersubstrat 6 zur Vereinzelung der optoelektronischen Halbleiterchips durchtrennt ist .
Die Figuren 2A bis 20 zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Wachstumssubstrats 3 nach unterschiedlichen Verfahrensschritten gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .
Figur 2A zeigt analog zu Figur 1B ein polykristallines Substrat 1 , welches Aluminiumnitrid umfasst und eine Hauptfläche 11 aufweist . Auf der Hauptfläche 11 des polykristallinen Substrats 1 ist eine Oberflächenschicht 2 durch Sputtern aufgebracht .
Figur 2B zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Wachstumssubstrats 3 nach einem Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats 1 mit der darauf aufgebrachten Oberflächenschicht 2 . Im Gegensatz zu Figur IC bildet sich hier nach dem Hochtemperaturtempern aufgrund unterschiedlicher Prozessparameter keine glatte , homogene monokristalline Oberflächenschicht 2 aus , sondern es entstehen säulenartige Kristallite von hoher Kristallqualität durch ein dreidimensionales Kristallwachstum .
Figur 2C zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Wachstumssubstrats 3 , wobei nach dem Hochtemperaturtempern eine Puf ferschicht 7 auf die Oberflächenschicht 2 aufgebracht wird . Die Puf ferschicht 7 umfasst Aluminiumnitrid und wird durch ein epitaktisches Wachstumsverfahren, beispielsweise durch metallorganische Gasphasenepitaxie , auf der Oberflächenschicht 2 abgeschieden . Insbesondere ist die Puf ferschicht 7 eine homogene , defektarme monokristalline Schicht , die zum epitaktischen Aufwachsen einer defektarmen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge geeignet ist .
Die Figuren 3A bis 3C zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Wachstumssubstrats 3 nach verschiedenen Verfahrensschritten gemäß weiterer Aus führungsbeispiele .
Figur 3A zeigt ein Wachstumssubstrat 3 , das ein polykristallines Substrat 1 mit einer Hauptfläche 11 aufweist . Auf der Hauptfläche 11 ist eine erste Oberflächenschicht 2 durch Sputtern oder durch Atomlagenabscheidung aufgebracht . Das polykristalline Substrat 1 und die erste Oberflächenschicht 2 umfassen Aluminiumnitrid .
Figur 3B zeigt das Wachstumssubstrat 3 nach einem weiteren Verfahrensschritt , bei dem eine weitere Oberflächenschicht 8 auf der ersten Oberflächenschicht 2 aufgebracht ist . Für den Fall einer gesputterten ersten Oberflächenschicht 2 wird die weitere Oberflächenschicht 8 durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung auf der ersten Oberflächenschicht 2 abgeschieden . Für den Fall einer ersten Oberflächenschicht 2 , die durch Atomlagenabscheidung auf der Hauptfläche 11 des polykristallinen Substrats 2 aufgebracht ist , wird die weitere Oberflächenschicht 8 durch Sputtern auf der ersten Oberflächenschicht 2 abgeschieden . Die weitere Oberflächenschicht 8 ist als Orientierungsschicht eingerichtet und verbessert insbesondere ein Ausrichten der Mikrokristallite in der ersten Oberflächenschicht 2 während eines nachfolgenden Verfahrensschritts , bei dem das Wachstumssubstrat 3 hochtemperaturgetempert wird .
Figur 30 zeigt eine Schnittdarstellung des Wachstumssubstrats 3 nach dem Verfahrensschritt des Hochtemperaturtemperns . Dabei bildet sich eine homogene , glatte , monokristalline Oberfläche 81 der weiteren Oberflächenschicht 8 aus , die zum epitaktischen Aufwachsen einer defektarmen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 eingerichtet ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021124366 . 1 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
I polykristallines Substrat
I I Hauptfläche 2 Oberflächenschicht
3 Wachstumssubstrat
4 epitaktische Halbleiterschichtenfolge
41 aktive Schicht
5 Anschlusskontakte 6 Trägersubstrat
7 Puf ferschicht
8 weitere Oberflächenschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines polykristallinen Substrats (1) , welches ein Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist,
- Aufbringen zumindest einer Oberflächenschicht (2) auf eine Hauptfläche (11) des polykristallinen Substrats (1) , wobei
- die zumindest eine Oberflächenschicht (2) ein
Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist, und
- die zumindest eine Oberflächenschicht (2) zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) eingerichtet ist,
- Hochtemperaturtempern des polykristallinen Substrats (1) mit der darauf aufgebrachten zumindest einen Oberflächenschicht (2) .
2. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das polykristalline Substrat (1) Aluminiumnitrid aufweist, und die zumindest eine Oberflächenschicht (2) Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine Oberflächenschicht (2) durch Sputtern oder Atomlagenabscheidung aufgebracht wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Hochtemperaturtempern eine weitere Oberflächenschicht (8) durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung oder durch Sputtern aufgebracht wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine Oberflächenschicht (2) nach dem Hochtemperaturtempern durch ein chemisch mechanisches Polierverfahren geglättet wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Hochtemperaturtempern eine Pufferschicht (7) auf die Oberflächenschicht (2) epitaktisch aufgewachsen wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines Wachstumssubstrats (3) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Pufferschicht (7) Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid aufweist.
8. Wachstumssubstrat (3) aufweisend:
- ein polykristallines Substrat (1) , das ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst und eine Hauptfläche (11) aufweist, und
- zumindest eine Oberflächenschicht (2) , die ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst und auf der Hauptfläche (11) des polykristallinen Substrats (1) angeordnet ist, wobei die Oberflächenschicht (2) zum epitaktischen Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) eingerichtet ist.
9. Wachstumssubstrat (3) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das polykristalline Substrat (1) Aluminiumnitrid umfasst.
10. Wachstumssubstrat (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem die zumindest eine Oberflächenschicht (2) Aluminiumnitrid oder Indiumgalliumnitrid umfasst.
11. Wachstumssubstrat (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die zumindest eine Oberflächenschicht (2) eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 5000 Nanometer aufweist .
12. Wachstumssubstrat (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das polykristalline Substrat (1) einen Durchmesser von zumindest 100 Millimeter und eine maximale Dicke von 1000 Mikrometer aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (3) nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12,
- epitaktisches Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) mit einer aktiven Schicht (41) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial umfasst,
- Aufbringen von Anschlusskontakten (5) für eine Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) ,
- Aufbringen eines Trägersubstrats (6) auf die Anschlusskontakte (5) , - Ablösen des Wachstumssubstrats (3) von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4)
- Vereinzelung der optoelektronischen Halbleiterchips.
14. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips nach Anspruch 13, wobei das Ablösen des Wachstumssubstrats (3) bis zur zumindest einen Oberflächenschicht (2) des Wachstumssubstrats erfolgt und die Oberflächenschicht (2) zumindest teilweise auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) verbleibt.
15. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips nach Anspruch 13, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) eine Ätzstoppschicht umfasst, und die Ätzstoppschicht Aluminiumgalliumnitrid umfasst, wobei ein Galliumanteil der Ätzstoppschicht zumindest 5% beträgt, und das Ablösen des Wachstumssubstrats (3) bis zur Ätzstoppschicht erfolgt.
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