WO2024104834A1 - Herstellung eines substrats - Google Patents

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WO2024104834A1
WO2024104834A1 PCT/EP2023/081033 EP2023081033W WO2024104834A1 WO 2024104834 A1 WO2024104834 A1 WO 2024104834A1 EP 2023081033 W EP2023081033 W EP 2023081033W WO 2024104834 A1 WO2024104834 A1 WO 2024104834A1
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annealing
semiconductor layer
starting
substrates
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PCT/EP2023/081033
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Steven Albert
Roland Huettinger
Lukas PETERS
Viola Miran KUELLER
Hans-Jürgen LUGAUER
Andreas Waag
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a substrate for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence.
  • the invention further relates to a cover element for use in such a method, and a method for producing a semiconductor layer sequence.
  • UV radiation ultraviolet radiation
  • short-wave UV-C radiation with high luminosity and efficiency.
  • UV radiation ultraviolet radiation
  • AIN aluminum nitride
  • the production of optoelectronic components such as the aforementioned UV LEDs can involve growing a semiconductor layer sequence on a growth substrate (also referred to as a template).
  • a growth substrate also referred to as a template.
  • the production of a high-quality semiconductor layer sequence with a low defect density depends on the growth substrate, i.e. a semiconductor material or a semiconductor layer thereof, also having a low defect density.
  • Several conventional methods have proven to be unsuitable due to disadvantages (not suitable for mass production, high effort, high costs, insufficient dislocation density, etc.).
  • an improvement can be achieved by first providing a starting substrate by forming a thin AIN semiconductor layer on a base substrate made of sapphire by sputtering, and then subjecting the starting substrate to high temperature annealing (HTA).
  • HTA high temperature annealing
  • the annealed AIN layer can be characterized by a low defect density.
  • Annealing can be carried out using a manually stacked arrangement of such starting substrates, which are alternately aligned in opposite directions.
  • two AIN layers can be adjacent to one another (also referred to as face-to-face), which covers them to prevent evaporation.
  • this procedure can lead to problems with the AIN layers of some substrates, such as material destruction or roughness and decomposition in an edge region, which can lead to yield losses. This problem can occur especially when scaling to substrates with a diameter of six inches and more.
  • the object of the present invention is to provide an improved solution with regard to producing a substrate for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence and an improved epitaxial growth of a semiconductor layer sequence.
  • a method for producing a substrate for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence comprises providing a starting substrate.
  • the starting substrate has a base substrate and a semiconductor layer formed on the base substrate and made of a II IV compound semiconductor material.
  • the method comprises Furthermore, the substrate is produced by annealing the starting substrate.
  • the annealing is carried out using a covering element adjacent to the semiconductor layer for covering the semiconductor layer.
  • the covering element has larger lateral dimensions than the starting substrate, so that the covering element protrudes laterally relative to the starting substrate during the annealing.
  • the annealing of the starting substrate is carried out using a cover element adjacent to the semiconductor layer of the starting substrate in order to cover it and thus protect the semiconductor layer from evaporation, instead of using another starting substrate for this purpose.
  • the purpose of the annealing is to heal the semiconductor layer and thus reduce defects in the semiconductor layer.
  • the cover element has larger lateral dimensions than the starting substrate and, during annealing, protrudes laterally from the starting substrate and its semiconductor layer. This fact can relate to the entire edge or circumference of the starting substrate. In this way, the annealing can be carried out with a high level of process stability and reproducibility, and the semiconductor layer can be reliably protected from negative effects such as surface impairment or decomposition in an edge region.
  • the annealed semiconductor layer can therefore not only have a low level of defects or dislocation density, but also by a high-quality or homogeneous surface morphology.
  • the substrate that is present after annealing which can also be referred to as growth substrate or template, can therefore be used for epitaxial growth of a high-quality semiconductor layer sequence. Yield losses, which can be the result of poor quality of the semiconductor layer, can therefore be avoided.
  • the use of the cover element also enables simplified handling, so that process automation can be provided with regard to annealing. Due to the high- Due to the process stability, the process can also be used to produce substrates with a diameter of, for example, six inches and more.
  • the use of the covering element adjacent to the semiconductor layer of the starting substrate - instead of a semiconductor layer of another starting substrate - makes it possible to suppress such effects or the influence of such effects.
  • the covering element may not be subject to any bending, whereby substrate bending may have no or essentially no effect on the edge region of the semiconductor layer. Local bonding or gluing to the semiconductor layer can also be suppressed or largely suppressed.
  • a displacement of the starting substrate during annealing can be prevented or, due to the cover element protruding laterally relative to the starting substrate, it can be avoided that a possible displacement of the starting substrate leads to an exposure of the semiconductor layer in an edge region, and thus to a decomposition of the semiconductor layer in this region.
  • the covering element with the aid of which a face-to-face arrangement of starting substrates can be imitated, can be designed in such a way that the covering element can adjoin the semiconductor layer of the starting substrate at least in an edge region of the semiconductor layer. This situation can exist at least at the start of the annealing. During the course of the annealing and during cooling at the end of the annealing, temperature-related bending of the starting substrate can occur, as a result of which the semiconductor layer can possibly touch the covering element at a different point, for example in the region of a center of the semiconductor layer.
  • the covering element used during annealing to cover the semiconductor layer is plate-shaped with two opposing flat main sides.
  • the main sides can be the sides with the largest surface area.
  • the plate-shaped covering element borders on the semiconductor layer with one main side.
  • Such a covering element which can also be referred to as a cover plate, can be made available inexpensively. In this respect, annealing can be carried out with little effort and at low cost. Furthermore, the semiconductor layer can be reliably protected in an edge region by the plate-shaped covering element. It is true that during annealing, The starting substrate may possibly be displaced relative to the cover element.
  • the cover element has larger lateral dimensions or a larger diameter than the starting substrate and therefore protrudes laterally relative to the starting substrate during annealing, it is possible to prevent the semiconductor layer from becoming exposed in the edge region, which could result in damage or decomposition of the semiconductor layer in this region, even if the substrate is displaced.
  • This insensitivity to substrate displacement makes it possible to carry out the annealing in an automated, machine-based manner.
  • Annealing using the plate-shaped cover element can be carried out in such a way that the starting substrate with the semiconductor layer rests on the cover element and the semiconductor layer faces the cover element arranged underneath or is directed downwards (face-down). It is also possible for the cover element to rest on the semiconductor layer of the starting substrate and for the semiconductor layer to face the cover element arranged above or be directed upwards (face-up).
  • the plate-shaped cover element has a thickness in a range between 0.1 mm and 50 mm.
  • the thickness can be 1 mm, for example. This allows the plate-shaped cover element to have sufficient mechanical stability and breaking strength.
  • the covering element used to cover the semiconductor layer during annealing has a recess for receiving the starting substrate.
  • the annealing is carried out with the starting substrate arranged in the recess.
  • the recess of the covering element which in terms of lateral dimensions corresponds to the starting substrate or essentially can match, a fixation is brought about and in this respect a displacement of the starting substrate during the annealing can be suppressed.
  • an exposure of the semiconductor layer in the edge region with the consequence of impairment or decomposition of the semiconductor layer in this region can be prevented.
  • the use of the cover element having the recess which can also be referred to as a holder, sample holder or cover holder, also offers the possibility of carrying out the annealing in an automated machine form.
  • the semiconductor layer of the starting substrate can face a bottom of the recess. Furthermore, the starting substrate can rest on the cover element. In this case, the semiconductor layer of the starting substrate can be oriented downwards (face-down).
  • the recess of the cover element is stepped in cross-section, so that when the starting substrate is arranged in the recess, there is a cavity between the semiconductor layer and the cover element. During annealing, a corresponding atmosphere can form within the cavity due to evaporated material from the semiconductor layer.
  • the recess can have a circumferential support surface on the edge for supporting or holding the starting substrate. A partial area of the recess, through which the cavity can be formed, can be enclosed by the support surface, as seen in a plan view of the recess.
  • the starting substrate can be arranged in a further partial area of the recess.
  • the above-mentioned design is based on the following.
  • thermally induced substrate bending can result in cavities forming between the semiconductor layers of the starting substrates.
  • Parameters such as the size of the cavities and also of the support areas in which which the starting substrates rest on one another cannot be controlled here.
  • the use of the cover element with the stepped recess makes it possible, on the other hand, to provide an additional process parameter, in this case in the form of the geometric design of the stepped recess, for annealing the starting substrate.
  • Factors such as the size of the cavity formed by a portion of the stepped recess between the starting substrate and the cover element and the size of the support surface supporting the starting substrate can be controlled. It is possible to adapt the size of the cavity and the size of the support surface by varying or designing the recess accordingly in such a way that annealing of the starting substrate is promoted and process optimization can be achieved.
  • the cover element has a recess at the edge of the recess to allow the substrate to be gripped underneath. This allows the substrate present after annealing to be easily removed mechanically from the recess of the cover element.
  • the cover element equipped with the recess has fixing structures for producing a fixation with further cover elements.
  • the fixing structures can be formed on opposite sides or on a front and back of the cover element. This design can be used if, as described below, the annealing of several starting substrates with several cover elements is carried out together, and the cover elements are arranged one above the other.
  • the fixing structures, which all cover elements can have, can be used to achieve a mechanical fastening of the cover elements to one another, which promotes process automation.
  • the fixing structures can be structures that correspond to one another, such as elevations and recesses. In this case, on one side of a cover deck element at least one elevation, and on an opposite side at least one recess.
  • a design with several recesses is also possible, in each of which a starting substrate can be accommodated. Details described above, such as providing a recess at the edge of the individual recesses to enable gripping underneath, and a design with fixing structures, can be used in a corresponding manner. With the help of such a cover element, several starting substrates can also be annealed together, as explained further below.
  • the cover element designs made of different materials can be considered. It is possible for the cover element to comprise at least one of the following materials: metal; ceramic; graphite; sapphire; III I-V compound semiconductor material; nitride compound semiconductor material or group III nitride compound semiconductor material; aluminum nitride.
  • the cover element can also comprise several materials or have a coating in addition to a base material. Examples of this are a design made of graphite or sapphire with a coating made of a nitride compound semiconductor material or aluminum nitride, and a design made of graphite with a coating made of tantalum carbide.
  • the cover element By designing the cover element from one or more of the aforementioned materials, the cover element can have a high temperature stability and purity with regard to annealing, which can prevent contamination of the starting substrate. Furthermore, the cover element can be characterized by a high level of robustness or fracture stability, which favors process automation. Depending on the material, it is also possible for the cover element to saturate or purify an atmosphere prevailing during annealing. This can help to help to suppress decomposition of the semiconductor layer during annealing.
  • the base substrate is a sapphire substrate. This allows the base substrate to have high thermal stability and robustness.
  • the semiconductor layer is made of one of the following materials: nitride compound semiconductor material or group III nitride compound semiconductor material; or aluminum nitride.
  • the substrate present after annealing is suitable for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence based on one of the aforementioned semiconductor materials.
  • This embodiment can be considered in relation to the production of optoelectronic components such as LEDs or laser diodes for generating ultraviolet radiation.
  • the provision of the starting substrate includes forming the semiconductor layer on the base substrate by carrying out one of the following coating methods: physical vapor deposition (PVD), for example sputter coating; or chemical vapor deposition (CVD).
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • the use of a sputter coating can promote cost-effective production of the substrate.
  • the semiconductor layer present on the base substrate after the sputter coating can have a high defect or dislocation density. The annealing can reduce or significantly reduce the defect or dislocation density of the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer can be formed on the base substrate with a layer thickness that is less than 1pm.
  • a thickness in the range of several l O Onm is possible, for example in the range of 300nm to 400nm.
  • the semiconductor layer can be deposited on a main side of the base substrate.
  • the base substrate and thus also the starting substrate and the substrate after annealing, can have a diameter of up to 150 mm, or a larger diameter.
  • the annealing is carried out at a temperature in the range of 1700 ° C.
  • This embodiment in which the annealing can also be referred to as high temperature annealing (HTA), can be used in relation to the production of a substrate comprising a sapphire base substrate with a semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor material such as aluminum nitride.
  • HTA high temperature annealing
  • the statement "in the range of 1700 ° C" can include temperatures at which there is a temperature difference in the single-digit or double-digit range with respect to a temperature of 1700 ° C. An example is the temperature range from 1650 ° C to 1750 ° C.
  • the annealing can be carried out using an appropriate furnace. With the help of the furnace, a suitable annealing temperature can be provided, for example as described above in the range of 1700 °C. The annealing can also take place over an appropriate period of time, which can be in the range of several hours, for example three hours. For the annealing, an inert gas atmosphere, for example a nitrogen atmosphere, can also be provided within the furnace used.
  • a suitable annealing temperature can be provided, for example as described above in the range of 1700 °C.
  • the annealing can also take place over an appropriate period of time, which can be in the range of several hours, for example three hours.
  • an inert gas atmosphere for example a nitrogen atmosphere, can also be provided within the furnace used.
  • a plurality of substrates are produced.
  • a plurality of starting substrates comprising a base substrate and a semiconductor layer formed on the base substrate made of a II IV compound semiconductor material are provided, and the plurality of substrates are produced by jointly annealing the starting substrates.
  • the annealing is carried out using a minimum of at least one, i.e. one or more covering elements adjacent to the semiconductor layers for covering the semiconductor layers.
  • the above-mentioned advantages, details and configurations relating to the annealing of a starting substrate using a covering element can be used in a corresponding manner with regard to the joint annealing of several starting substrates using one or more covering elements.
  • the semiconductor layers of the starting substrates can be protected by the covering element or elements from impairment or decomposition in an edge region. Simple handling is also possible, so that process automation can be provided for the annealing.
  • the starting substrates can be arranged horizontally or in a plane next to one another.
  • the cover element used for annealing several starting substrates is plate-shaped with two opposing flat main sides.
  • the cover element can adjoin the semiconductor layers of the starting substrates with one main side.
  • the starting substrates can rest on the cover element with the semiconductor layers and the semiconductor layers can be directed downwards (face-down). It is also possible for the cover element to rest on the semiconductor layers of the starting substrates and the semiconductor layers to be directed upwards (face-up).
  • both sides of the cover At least one starting substrate is present in each cover element, and the cover element is adjacent to at least one semiconductor layer on both main sides.
  • the cover element used for annealing several starting substrates has several recesses for receiving one of the starting substrates at a time. Annealing takes place with the starting substrates arranged in the recesses of the cover element.
  • the semiconductor layers of the starting substrates can face a bottom of the respective recess and be oriented downwards (face-down).
  • the recesses can be used to fix the starting substrates in place and substrate displacement and thus exposure of the semiconductor layers in an edge region with corresponding negative consequences can be avoided.
  • the recesses of the cover element can be stepped in cross-section so that with the starting substrates arranged in the recesses there can be a cavity between the semiconductor layer of a starting substrate and the cover element.
  • the joint annealing of a plurality of starting substrates is carried out using a plurality of covering elements adjacent to the semiconductor layers for covering the semiconductor layers, which have larger lateral dimensions than the starting substrates, so that the covering elements protrude laterally from the starting substrates during annealing.
  • the annealing is carried out with a stacked arrangement of starting substrates and covering elements. In this embodiment, too, the annealing can be carried out in a cost- and energy-efficient manner.
  • the cover elements are plate-shaped with two opposing flat main sides, and the annealing takes place in such a way that the cover elements border on at least one semiconductor layer with both main sides.
  • a stack of starting substrates and cover elements can be used here, with oppositely aligned starting substrates being arranged on both sides of the cover elements, which border on the relevant cover elements with the semiconductor layers. Oppositely aligned starting substrates can also be arranged between the cover elements, which border one another with the base substrates.
  • the starting substrates can be arranged with semiconductor layers facing downwards (face-down) and upwards (face-up). It is possible for one starting substrate or several starting substrates arranged next to one another in a plane to be located on both sides of the cover elements and adjacent to them. With respect to the latter embodiment, the stack may comprise several levels of starting substrates arranged horizontally next to one another.
  • the annealing takes place in such a way that the cover elements adjoin at least one semiconductor layer with only one main side.
  • a stack of starting substrates and cover elements can be provided, with - viewed in the stacking direction - an starting substrate and a cover element, or an alternating side nternal arrangement of starting substrates and a cover element and the starting substrates are aligned in a matching manner.
  • the starting substrates can be arranged in such a way that the semiconductor layers are aligned upwards (face-up).
  • the stack can comprise several levels of starting substrates arranged horizontally next to one another.
  • the cover elements have at least one recess for receiving a starting substrate, and the annealing is carried out with the starting substrates arranged in the recesses of the cover elements.
  • the semiconductor layers can face a bottom of the respective recess.
  • a stack of cover elements can be provided, wherein - viewed in the stacking direction - there is a matching alignment of the cover elements and starting substrates. In this case, the semiconductor layers can be aligned downwards (facedown) during the annealing.
  • cover elements with at least one recess for receiving a starting substrate, the starting substrate can be fixed in place and substrate displacement and thus exposure of the semiconductor layers in an edge region with corresponding negative consequences can be prevented.
  • the recesses of the cover elements can be designed in a stepped cross-section, so that in the case of the starting substrates arranged in the recesses, a cavity can be present between the semiconductor layer of a starting substrate and a cover element.
  • a cover element is proposed.
  • the cover element is used for annealing a starting substrate in the method described above or in one or more embodiments of the method described above.
  • the cover element has larger lateral dimensions than the starting substrate.
  • the covering element the features and details described above can be applied in a corresponding manner.
  • the use of the covering element provided for covering the semiconductor layer offers the possibility of carrying out the annealing with a high process stability and reproducibility and of protecting the semiconductor layer from negative consequences such as surface impairment or decomposition in an edge region.
  • the cover element is plate-shaped with two opposing flat main sides.
  • the annealing can be carried out in such a way that the cover element adjoins the semiconductor layer with a main side.
  • the plate-shaped plate element can be provided inexpensively.
  • the cover element has a recess for receiving the starting substrate.
  • the starting substrate can be arranged in the recess. This allows the starting substrate to be fixed for annealing.
  • the cover element can also have a plurality of recesses for receiving and thereby fixing a plurality of starting substrates.
  • a method for producing a semiconductor layer sequence comprises producing a substrate by carrying out the method described above or one or more embodiments of the method described above. Furthermore or subsequently provided is an epitaxial growth of the semiconductor layer sequence on the substrate.
  • the semiconductor layer sequence can be grown on the annealed semiconductor layer of the substrate. Due to the annealing, the semiconductor layer can be characterized by a low defect or dislocation density. This can therefore apply accordingly to the semi-conductor layer sequence grown on top of it.
  • the semiconductor layer of the substrate can be made of a nitride compound semiconductor material such as aluminum nitride.
  • a semiconductor layer sequence made of a nitride compound semiconductor material or aluminum nitride can be grown thereon. This configuration can be used to produce optoelectronic components for generating ultraviolet radiation on the basis of the semiconductor layer sequence.
  • Figure 1 is a side view of a base substrate
  • Figure 2 is a side view of a starting substrate which is formed by forming a semiconductor layer on the base substrate;
  • Figures 3 and 4 are side views of the starting substrate and a cover plate for use in annealing the starting substrate;
  • Figures 5 and 6 show side views of stacks of several starting substrates and cover plates during annealing of the starting substrates;
  • Figures 7 and 8 show side views of a substrate produced by annealing before and after growth of a semiconductor layer sequence
  • Figure 9 is a side view of a starting substrate and a holder with a recess for use in annealing the starting substrate;
  • Figure 10 is a side view of the starting substrate and the holder in whose recess the starting substrate is arranged;
  • Figure 11 is a side view of a stack of several starting substrates and holders during annealing of the starting substrates
  • Figures 12 and 13 are side views of further holders in whose recess a starting substrate is arranged;
  • Figures 14 to 17 show different representations of another holder with a recess
  • Figures 18 to 20 are side views of further arrangements of cover plates and starting substrates for use in annealing the starting substrates.
  • Figures 21 and 22 are side views of further arrangements of holders and starting substrates for use in annealing the starting substrates , the holders having a plurality of recesses .
  • a method for producing a substrate 105 for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence 130 are described.
  • the substrate 105 can also be referred to as a growth substrate, growth wafer or template.
  • the schematic figures cannot be true to scale. Therefore, components and structures shown in the figures can be exaggeratedly large or reduced in size for better understanding.
  • features and details which are mentioned in relation to one embodiment can also be used in relation to other embodiments, and several embodiments and their features can be combined with one another. Matching features can only be described in detail in relation to one embodiment.
  • a starting substrate 100 which has a base substrate 110 and a semiconductor layer 120 made of a III-V compound semiconductor material (with elements from the main chemical groups III and V) arranged thereon, and the starting substrate 100 is subsequently subjected to annealing.
  • Figure 1 shows a side view of the base substrate 110.
  • the base substrate 110 can be made of sapphire and has a flat, planar shape with two opposite flat main sides, i.e. sides with the largest surface area.
  • the base substrate 110 can have a cross-sectional width or a diameter of six inches or a greater width.
  • the base substrate 110 can have a substrate thickness in the millimeter range or less. The same applies to the starting substrate 100 and the substrate 105 produced therefrom.
  • Figure 2 shows a side view of the starting substrate 100, which is provided by forming the semiconductor layer 120 on the base substrate 110 or on a main side thereof.
  • the semiconductor layer 120 can be made of a Group II I nitride compound semiconductor material such as aluminum nitride.
  • the semiconductor layer 120 is produced on the base substrate 110 with the aid of a deposition system 170 shown schematically in Figure 2.
  • the semiconductor layer 120 can be formed by sputter coating (also referred to as cathode sputtering).
  • the deposition system 170 can be a sputter coating system with components not shown, such as a target bombarded for the coating.
  • the formed or sputtered semiconductor layer 120 can have a layer thickness of less than 1pm, for example in the range from 300nm to 400nm.
  • the semiconductor layer 120 formed by coating the base substrate 110 can have a relatively high defect or dislocation density.
  • the starting substrate 100 is therefore subjected to annealing to heal the semiconductor layer 120.
  • annealing which can also be referred to as heat treatment or tempering, a significant reduction in the defect or dislocation density of the semiconductor layer 120 can be achieved.
  • a covering element 140, 150 that is directly adjacent to the semiconductor layer 120 of the starting substrate 100 and covers the semiconductor layer 120. This serves to protect the semiconductor layer 120 in order to prevent evaporation or noticeable evaporation of the semiconductor layer 120 from the base substrate 110 due to the high temperatures prevailing during annealing.
  • the covering element 140, 150 is used as a counterpart to the starting substrate 100 or to its semiconductor layer 120, instead of providing a further, oppositely oriented starting substrate 100 for the annealing in such a way that the semiconductor layers 120 of the starting substrates 100 face each other and adjoin each other (not shown).
  • the use of the cover element 140 , 150 makes it possible lent to achieve a high or higher protective effect in an edge region of the semiconductor layer 120, and to carry out the annealing with a high or higher process stability and reproducibility.
  • a plate-shaped cover element 140 is used, which is also referred to below as cover plate 140.
  • the cover plate 140 has a flat, planar shape with two opposing flat main sides 141, 142.
  • the cover plate 140 can be provided inexpensively, which also means that the annealing can be carried out with little effort and at low cost. The annealing is carried out in such a way that the cover plate 140 with a main side 141, 142 directly borders the semiconductor layer 120.
  • cover plate 140 It is possible for the cover plate 140 to rest on the semiconductor layer 120 of the starting substrate 100 in accordance with Figure 3 and for the semiconductor layer 120 to face the cover plate 140 arranged above it and to be oriented upwards.
  • This alignment indicated by an arrow 195, can be referred to as a face-up alignment.
  • an alignment according to Figure 4 can be used, according to which the starting substrate 100 with the semiconductor layer 120 rests on the cover plate 140 and the semiconductor layer 120 faces the cover plate 140 arranged below it and is oriented downwards.
  • This alignment again indicated by an arrow 195, can be referred to as a face-down alignment.
  • guren an alignment is also partly indicated by arrows 195 .
  • the cover plate 140 can be used to reliably protect the semiconductor layer 120 when the starting substrate 100 is annealed.
  • the protective effect includes an edge region of the semiconductor layer 120, whereby an impairment in the form of damage or decomposition of the semiconductor layer 120 in this region can be prevented.
  • the cover plate 140 has larger lateral dimensions, i.e. a larger cross-sectional width or a larger diameter than the starting substrate 100, and the annealing takes place in a manner corresponding to Figures 3 and 4 such that the cover plate 140 protrudes laterally from the starting substrate 100 and its semiconductor layer 120 during the annealing.
  • This situation in which the cover plate 140 has a lateral overhang 190 relative to the starting substrate 100, refers to the entire circumference of the starting substrate 100.
  • the projection 190 can, for example, have a size in the single or multiple digit millimeter range and can be, for example, ten millimeters.
  • the projection 190 Due to the projection 190, it can be ensured that the semiconductor layer 120 is not exposed at the edge during annealing, resulting in damage or decomposition of the semiconductor layer 120. Such exposure can occur during annealing (not shown) of oppositely aligned starting substrates 100 with adjacent semiconductor layers 120 due to insufficient alignment of the starting substrates 100 with respect to one another, or due to substrate displacements.
  • the projection 190 shown in Figures 3 and 4 can reliably ensure that the starting substrate 100 does not end up in a position that protrudes laterally relative to the cover plate 140 and that the semiconductor layer 120 This insensitivity to substrate displacements offers the possibility of carrying out the annealing in an automated manner using an appropriate machine or robot
  • a substrate displacement can be the result of a thermally induced substrate bending, caused by different thermal expansions of the base substrate 110 and the semiconductor layer 120 during annealing.
  • a concave substrate bending can occur, with the result that the semiconductor layer 120, in contrast to Figures 3 and 4, only adjoins the cover plate 140 with an edge region, and a hollow space is present between the semiconductor layer 120 and the cover plate 140.
  • a convex substrate bending that is inverse to this can occur due to the temperature and material, with the result that the semiconductor layer 120 only adjoins the cover plate 140 in the region of the middle of the semiconductor layer 120 (not shown in each case).
  • the cover plate 140 can have a thickness in a range between 0.1 mm and 50 mm.
  • the thickness can be 1 mm, for example.
  • the cover plate 140 can have a mechanical stability and breaking strength suitable for process automation.
  • the cover plate 140 can be made of different materials.
  • the following materials are conceivable, for example: a metal such as tantalum or tungsten, or a ceramic.
  • the latter can include, for example, graphite, sapphire or a II IV compound semiconductor material or group II I nitride compound semiconductor material such as aluminum nitride.
  • the cover plate 140 can comprise one or more of the aforementioned materials. With reference to In a design made of several materials, the cover plate 140 can also have a coating.
  • Possible examples are a design of the cover plate 140 made of a base material such as graphite or sapphire with a coating made of a group II I nitride compound semiconductor material or aluminum nitride, and a design of the cover plate 140 made of a base material such as graphite with a coating made of tantalum carbide.
  • a coating made of a group II I nitride compound semiconductor material or aluminum nitride can also form on the cover plate 140 in the course of several annealing processes.
  • the cover plate 140 can have a high temperature stability with respect to the annealing and a high purity, whereby contamination of the starting substrate 100 during the annealing can be avoided. Furthermore, a high mechanical stability and fracture strength of the cover plate 140 can be promoted, which is advantageous for process automation.
  • the cover plate 140 can also enable saturation or purification of an atmosphere prevailing during the annealing, for example by binding oxygen or other components. This can help to suppress decomposition of the semiconductor layer 120 during the annealing.
  • starting substrates 100 provided in the manner described above can be annealed together.
  • several starting substrates 100 and cover elements or cover plates 140 for covering the semiconductor layers 120 can be used and arranged one above the other in the form of a stack for annealing.
  • Figure 5 shows a possible arrangement of starting substrates 100 and cover plates 140 which can be considered for carrying out the annealing.
  • the relevant components 100, 140 are arranged in such a way that the cover plates 140 directly adjoin a semiconductor layer 120 with both main sides 141, 142.
  • two oppositely oriented starting substrates 100 are arranged on both sides of the cover plates 140, which adjoin the respective cover plates 140 with the semiconductor layers 120.
  • the starting substrates 100 are alternately aligned with the semiconductor layers 120 pointing downwards (face-down) and upwards (face-up).
  • the cover plates 140 protrude laterally from the starting substrates 100, as shown in Figures 3 and 4, thereby preventing the semiconductor layers 120 from being exposed.
  • Figure 6 shows another possible stack arrangement of starting substrates 100 and cover plates 140, with which the annealing can take place.
  • the cover plates 140 directly border on a semiconductor layer 120 with only one main side 142.
  • a cover plate 140 and a starting substrate 100 alternate.
  • the cover plates 140 again protrude laterally from the starting substrates 100, which prevents the semiconductor layers 120 from being exposed.
  • the starting substrates 100 are aligned in the same way, i.e. in this case with the semiconductor layers 120 pointing upwards (face-up).
  • An inverse configuration with the semiconductor layers 120 pointing downwards face-down, not shown) is also possible.
  • the annealing is carried out using a furnace 180.
  • a furnace 180 is schematically indicated in Figures 5 and 6.
  • a corresponding heat 185 can be generated and thereby a suitable annealing temperature can be provided.
  • the annealing is carried out at a temperature in the range of 1700 ° C.
  • the annealing can also be referred to as high temperature annealing (HTA).
  • HTA high temperature annealing
  • the annealing takes place over a corresponding period of time, which can be in the range of several hours, for example three hours.
  • An inert gas atmosphere for example a nitrogen atmosphere, can be provided within the furnace 180 for the annealing.
  • the defect or dislocation density in a semiconductor layer 120 can be significantly reduced, so that an annealed semiconductor layer 125 resulting from the semiconductor layer 120 can be characterized by a low defect or dislocation density.
  • This can be based on the following processes (not shown), such as can occur when annealing a starting substrate 100 with a base substrate 110 made of sapphire and a semiconductor layer sequence 120 made of a nitride compound semiconductor material or aluminum nitride.
  • a quasi-coherent layer can be created at the interface between the semiconductor layer 120 and the base substrate 110 (i.e., in one possible embodiment, an AlN/sapphire interface), which can take over the crystalline information from the base substrate 110.
  • the quasi-coherent layer can expand towards the surface during annealing. Lower regions of this relaxed layer can gradually be incorporated into a strongly aligned region by recrystallization.
  • the quasi-coherent layer can serve as a nucleation layer, which leads to a slight tilting of the annealed semiconductor layer 125.
  • columnar domains which can be present in the semiconductor layer 120, can twist, and the number of domain boundaries can be reduced by coalescence in order to achieve energy stability.
  • Figure 7 shows a side view of a substrate 105 which can be produced by the above-described annealing of a starting substrate 100.
  • the substrate 105 has, in addition to the base substrate 110, an annealed semiconductor layer 125 resulting from the semiconductor layer 120.
  • the annealed semiconductor layer 125 has a low defect or dislocation density.
  • the defect density of the annealed semiconductor layer 125 can be, for example, ⁇ 5xl OE8 cm-2.
  • the semiconductor layer sequence 130 comprises an active zone 131, which can be designed to generate radiation.
  • the growth of the semiconductor layer sequence 130 on the substrate 105 or on its semiconductor layer 125 is carried out with the aid of a deposition system 175, which is indicated schematically in Figure 8.
  • the semiconductor layer sequence 130 can be grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE).
  • the semiconductor layer sequence 130 is produced based on the same semiconductor material as that of the semiconductor layer 125.
  • the semiconductor layer sequence 130 can therefore be produced based on a nitride compound semiconductor material or aluminum nitride.
  • This embodiment can be considered in relation to the production of optoelectronic components such as LEDs or laser diodes for generating ultraviolet radiation. To produce such components, further processes are carried out after the semiconductor layer sequence 130 has grown (not shown). Due to the low dislocation density of the annealed semiconductor layer 125, the semiconductor layer sequence 130 can be produced in a corresponding manner with a low dislocation density. As a result, the optoelectronic components can have a high luminosity and efficiency.
  • a covering element 150 described below can also be used to cover a semiconductor layer 120 when annealing a starting substrate 100. It should be noted that matching aspects and features le will not be described in detail again below. For details, reference is instead made to the above description.
  • Figure 9 shows a side view of a further cover element 150, which can be used during the annealing of a provided starting substrate 100 to protect its semiconductor layer 120.
  • the cover element 150 has larger lateral dimensions or a larger cross-sectional width than the starting substrate 100, so that the cover element 150 can protrude laterally from the starting substrate 100 and its semiconductor layer 120 during the annealing.
  • the cover element 150 has a recess 155 for receiving and thereby holding the starting substrate 100. Due to this design, the cover element 150 is also referred to below as a holder 150.
  • the recess 155 of the holder 150 is designed to be stepped in cross section, so that the recess 155 comprises a first partial region 156 and a second partial region 157 with a smaller width than the first partial region 156.
  • the holder 150 has a front side 151, in the region of which the recess 155 is formed, and an opposite flat rear side 152.
  • the starting substrate 100 is arranged in the recess 155 of the holder 150, as shown in Figure 10, with the semiconductor layer 120 facing the holder 150.
  • the holder 150 directly borders on the semiconductor layer 120, and the starting substrate 100 is surrounded on the circumference by the holder 150 or a corresponding inner wall of the holder 150.
  • the semiconductor layer 120 also faces a bottom of the recess 155 and is oriented downwards (face-down).
  • the starting substrate 100 accommodated in the recess 155 of the holder 150 with its base substrate 110 can be flush with the holder 150 or a front edge region of the holder 150 laterally of the recess 155.
  • a secure protection of the semiconductor layer 120 can also be achieved during the annealing of the starting substrate 100, which includes an edge region of the semiconductor layer 120.
  • the recess 155 of the holder 150 ensures that the starting substrate 100 is fixed, thereby preventing displacement of the starting substrate 100 during annealing.
  • the recess 155 in this case the first partial region 156 of the recess 155, in which the starting substrate 100 is accommodated, corresponds or essentially corresponds to the starting substrate 100 in terms of its lateral dimensions.
  • the use of the holder 150 also offers the possibility of carrying out the annealing in an automated, mechanical manner (not shown). This is advantageous with regard to a joint annealing of several starting substrates 100, as will be explained in more detail below, among other things, with reference to Figure 11. In comparison to a not shown annealing of oppositely aligned starting substrates 100 with adjacent semiconductor layers 120, turning over of starting substrates 100 can be omitted.
  • the recess 155 of the holder 150 has a stepped cross-sectional profile with a first front-side partial area 156 and a second partial area 157. This has the consequence that in the case of the starting substrate 100 arranged in the recess 155, a cavity 197 is present between the semiconductor layer 120 and the holder 150. During annealing, a corresponding atmosphere can form within the cavity 197 by evaporated material of the semiconductor layer 120. Due to the stepped shape, the holder 150 also has a circumferential support surface 158 on the edge of the recess 155, on which the starting substrate 100 can be placed.
  • the substrate 100 or the semiconductor layer 120 can rest with an edge region and can thus be supported at this point.
  • the support surface 158 encloses the second partial region 157 of the depression 155, which forms the cavity 197 together with the semiconductor layer 120 (cf. additionally Figures 14 and 15).
  • the step shape of the depression 155 can serve the following purpose.
  • a cavity may form between the semiconductor layers 120 due to thermally induced substrate bending. Parameters such as the size of the cavity and of the support areas of the starting substrates 100 arranged on top of one another cannot be controlled in this case.
  • an additional process parameter in this case in the form of the geometric design of the recess 155, can be provided for process optimization in order to promote the annealing of the starting substrate 100.
  • the size of the cavity 197 and the size of the support surface 158 supporting the starting substrate 100 can be determined by a corresponding design of the recess 155.
  • a design with a depth in the millimeter range or micrometer range can be considered, for example.
  • the cavity 197 can be subject to corresponding changes in size (not shown) due to a concave substrate bending occurring during annealing and a convex substrate bending occurring during cooling at the end of annealing. If the semiconductor layer 120 is to be prevented from resting on the holder 150 in the region of the middle of the semiconductor layer 120, the minimum depth of the second partial region 157 of the recess 155 after the convex substrate bending.
  • the holder 150 can be made of the same materials as mentioned above with reference to the cover plate 140. It is also possible to design the holder 150 with a coating. In this case, the holder 150 can have a high temperature stability, purity and robustness with regard to automated handling, and can optionally ensure cleaning or saturation of an atmosphere prevailing during annealing.
  • Figure 11 shows a stack arrangement of holders 150 and starting substrates 100, with which the annealing can be carried out.
  • a starting substrate 100 is accommodated in a manner corresponding to Figure 10.
  • the semiconductor layers 120 face a bottom of the respective recess 155 and are oriented downwards (face-down).
  • the holders 150 are arranged one above the other in such a way that, when two holders 150 are located one above the other, a front side 151 of a holder 150 adjoins a rear side 152 of a holder 150 located above it. If, as shown in Figure 11, the starting substrates 100 with their base substrates 110 are flush with the respective associated holders 150, holders 150 can also adjoin or rest on the starting substrates 100 or base substrates 110 located underneath.
  • a furnace 180 is again used to provide a corresponding heat 185 and thus a suitable annealing temperature, as shown schematically in Figure 11.
  • the annealing is carried out in the manner described above at a temperature in the range of 1700 ° C.
  • the substrates 105 produced by the annealing and having an annealed semiconductor layer 125 can then be removed from the recesses 155 of the holders 150 (not shown).
  • the semiconductor layers 125 of the substrates 105 can have a significantly reduced defect or dislocation density.
  • Such a substrate 105 can be used after annealing for epitaxial growth of a semiconductor layer sequence 130, as explained above with reference to Figures 7 and 8.
  • Figure 12 shows a side view of a holder 150 in which the recess 155 or the first partial area 156 of the recess 155 has a depth that exceeds the thickness of a starting substrate 100, so that the starting substrate 100 inserted into the recess 155 or its base substrate 110 does not end flush with a front edge area of the holder 150 to the side of the recess 155. Instead, the starting substrate 100 is received deeper in the recess 155 of the holder 150, and the holder 150 therefore protrudes at the front 151 relative to the starting substrate 100.
  • Figure 13 shows a side view of a further embodiment of a holder 150, in which the recess 155 has a merely rectangular and not a stepped cross-sectional shape.
  • a starting substrate 100 received in the recess 155 can rest on the entire bottom of the recess 155 after it has been arranged or at least at the beginning of the annealing with the semiconductor layer 120.
  • a modification of the embodiment of Figure 13 can consist in selecting the depth of the recess 155 such that the holder 150, according to Figure 12, protrudes at the front 151 relative to the starting substrate 100.
  • Figures 14 to 17 show, using different views, a further embodiment of a holder 150 with a stepped recess 155, which can represent a further development of the embodiment of Figure 12.
  • Figure 14 shows the holder 150 in a perspective view, whereas the holder is shown in Figure 15 in a top view.
  • Figures 16 and 17 show a side sectional view of the holder 150, wherein the cutting plane relates to a cutting line shown in Figure 15.
  • the area indicated by dashed lines in Figure 16 is shown enlarged in the form of a detail.
  • the holder 150 has a recess 160 on the edge of the recess 155 (cf. Figure 14).
  • a substrate 105 produced by annealing can be removed from the holder 150 in a simple mechanical manner by grasping underneath or levering under (not shown).
  • the holder 150 has corresponding fixing structures on the front and rear sides 151, 152, with the aid of which the holder 150 can be fixed to other identically constructed holders 150 in a stacked arrangement.
  • the holder 150 comprises a circumferential elevation 161 on the front side 151 and an inwardly directed elevation 162 extending therefrom (see Figure 14).
  • a circumferential recess 165 is formed with an inwardly directed recess 166 extending therefrom.
  • the circumferential recess 165 corresponds to the circumferential elevation 161
  • the recess 166 corresponds to the elevation 162.
  • the elevations 161, 162 of a holder 150 can each be received in the recesses 165, 166 of a holder 150 arranged above it, as a result of which the holders 150 are fixed (not shown).
  • the holders 150 can be secured against displacement and rotation, which favors process automation.
  • Figure 18 shows an arrangement corresponding to Figure 3 and usable for annealing, in which a cover plate 140 serves to cover several (or in the sectional view two) starting substrates 100 arranged next to each other.
  • the starting substrates 100 are arranged in a common plane or horizontally next to each other and at a distance from each other.
  • the cover plate 140 directly borders the semiconductor layers 120 of the starting substrates 100 with a main side 142.
  • the cover plate 140 rests on the semiconductor layers 120 and the semiconductor layers 120 face the cover plate 140 arranged above it and are oriented upwards (face-up).
  • the cover plate 140 Cover plate 140 has larger lateral dimensions than the multiple starting substrates 100, so that the annealing can be carried out in such a way that the cover plate 140 protrudes laterally from the starting substrates 100 and their semiconductor layers 120. This can prevent the semiconductor layers 120 from being exposed and thus ensure reliable protection of the semiconductor layers 120 during the annealing.
  • FIG. 18 A modification of Figure 18, not shown, is an arrangement corresponding to Figure 4, in which a plurality of starting substrates 100 arranged next to one another in a common plane and spaced apart from one another rest with the semiconductor layers 120 on the cover plate 140, and the semiconductor layers 120 of the starting substrates 100 face the cover plate 140 arranged underneath and are oriented downwards (face-down).
  • Figure 19 shows a stack arrangement corresponding to Figure 5, comprising starting substrates 100 and cover plates 140, which can be provided for annealing, and in which several (or in the sectional view two) starting substrates 100 are arranged horizontally next to one another and at a distance from one another.
  • the starting substrates 100 and cover plates 140 are arranged in such a way that the cover plates 140 directly adjoin several semiconductor layers 120 with each of the two main sides 141, 142.
  • the starting substrates 100 are aligned with semiconductor layers 120 pointing downwards (facedown) and upwards (face-up).
  • the stack arrangement comprises several levels of starting substrates 100 arranged horizontally next to one another.
  • the cover plates 140 protrude laterally opposite the output substrates 100, thereby preventing exposure of the semiconductor layers 120.
  • Figure 20 shows a stack arrangement corresponding to Figure 6, comprising starting substrates 100 and cover plates 140, with which the annealing can take place, and in which several (or in the sectional view two) starting substrates 100 are arranged horizontally next to one another and at a distance from one another.
  • the cover plates 140 directly border on several (or two) semiconductor layers 120 with only one main side 142. Viewed in the stack direction, a cover plate 140 and a side-by-side arrangement of several (or two) starting substrates 100 alternate.
  • the stack comprises several levels of starting substrates 100 arranged horizontally next to one another.
  • the cover plates 140 protrude laterally relative to the starting substrates 100, thereby preventing the semiconductor layers 120 from being exposed.
  • the starting substrates 100 are aligned with semiconductor layers 120 pointing upwards (face-up).
  • An inverse design with semiconductor layers 120 pointing downwards face-down, not shown) is also possible.
  • Figure 21 shows a design of a holder 150 corresponding to Figures 9 and 10, which is designed to hold several (or in the sectional view two) starting substrates 100 arranged in a common plane or horizontally next to one another.
  • the holder 150 has larger lateral dimensions than the starting substrates 100 and has several (or in the sectional view two) recesses 155 arranged next to one another for receiving and thereby holding the starting substrates 100.
  • the recesses 155 are formed in the area of the front side 151 of the holder 150.
  • Each of the recesses 150 serves to receive one starting substrate 100 and has a stepped cross-sectional profile with a first front-side partial area 156 and a second partial area 157.
  • the starting substrates 100 are placed for annealing with the sides facing the holder 150.
  • Semiconductor layers 120 are arranged in the respective recesses 155 of the holder 150, so that the holder 150 is directly adjacent to the semiconductor layers 120 and the starting substrates 100 are circumferentially surrounded by the holder 150.
  • the semiconductor layers 120 face a bottom of the respective recesses 155 and are oriented downwards (facedown).
  • the starting substrates 100 arranged in the recesses 155 with their base substrates 110 are flush with a front region of the holder 150 to the side of the recesses 155.
  • the holder 150 can be used to fix the starting substrates 100 and to reliably protect the semiconductor layers 120 from being exposed when the starting substrates 100 are annealed.
  • a cavity 197 is present between the semiconductor layers 120 and the holder 150, and the holder 150 has a circumferential support surface 158 at the edge of the depressions 155 for supporting the semiconductor layers 120. This also makes it possible to provide an additional process parameter for process optimization.
  • Figure 22 shows a stack arrangement corresponding to Figure 11, comprising holders 150 and starting substrates 100, with which the annealing can take place.
  • the holders 150 each have several (or two in the sectional view) recesses 155, in each of which a starting substrate 100 is accommodated according to Figure 21.
  • the semiconductor layers 120 face a bottom of the respective recess 155 and are oriented downwards (facedown).
  • the holders 150 are arranged one above the other in such a way that when two holders 150 are located one above the other, a front side 151 of a holder 150 adjoins a rear side 152 of a holder 150 located above it. If, as shown in Figure 22, the starting substrates 100 with their base substrates 110 are flush with the respective associated holders 150, an adjoining or resting of Holders 150 also on the starting substrates 100 or base substrates 110 located underneath.
  • the embodiments explained with reference to Figures 12 to 17 can be used in a corresponding manner.
  • the recesses 155 can have a depth that exceeds the thickness of the starting substrates 100, so that the starting substrates 100 placed in the recesses 155 or their base substrates 110 do not end flush with a front area of the holder 150, but the holder 150 protrudes at the front 151 relative to the starting substrates 100.
  • the recesses 155 can have a merely rectangular and not a step-shaped cross-sectional shape.
  • structures such as a recess 160 at the edge of the depressions 155 and fixing structures 161, 162, 165, 166 at the front and rear sides 151, 152 of the holder 150 can be provided (each not shown).
  • the stack arrangements of Figures 5, 6, 11, 19, 20 and 22 can be implemented with other numbers of starting substrates 100 and cover elements 140, 150.
  • the embodiments and arrangements explained with reference to Figures 18 to 22 can also be modified in such a way that in the respective sectional view more than two horizontally arranged starting substrates 100 are present. With reference to the holders 150, these can have more than two recesses 155 arranged next to one another in cross section.
  • a variation may consist in carrying out the annealing with an arrangement in which there are several starting substrates 100 or only one starting substrate 100 on both sides of the cover plate 140, and the cover plate 140 with both main sides 141, 142 each adjoins several semiconductor layers 120 or only one semiconductor layer 120.
  • a further modification may consist in forming a semiconductor layer 120 on a base substrate 110 by a coating method other than sputter coating.
  • a coating method other than sputter coating instead of sputter coating, another PVD (physical vapor deposition) method may be used.
  • a CVD (chemical vapor deposition) method such as metal-organic vapor phase epitaxy is also possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Ausgangssubstrats. Das Ausgangssubstrat weist ein Grundsubstrat und eine auf dem Grundsubstrat ausgebildete Halbleiterschicht aus einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Erzeugen des Substrats durch Glühen des Ausgangssubstrats. Das Glühen wird unter Verwendung eines an die Halbleiterschicht angrenzenden Abdeckelements zum Abdecken der Halbleiterschicht durchgeführt. Das Abdeckelement weist größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat auf, so dass das Abdeckelement bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat hervorsteht. Die Erfindung betrifft ferner ein Abdeckelement zur Verwendung in einem solchen Verfahren, und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge.

Description

HERSTELLUNG EINES SUBSTRATS
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge . Die Erfindung betri f ft ferner ein Abdeckelement zur Verwendung in einem solchen Verfahren, und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2022 130 610 . 0 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird
Für zahlreiche Anwendungen werden optoelektronische Bauelemente bzw . LEDs ( light-emitting diode ) zur Emission von UV- Strahlung (Ultraviolettstrahlung) , insbesondere kurzwelliger UV-C-Strahlung, mit hoher Leuchtkraft und Ef fi zienz gefordert . Dies betri f ft zum Beispiel den Bereich der Desinfektion . Derzeit verfügbare UVC-LEDs können diesen Anforderungen aufgrund einer hohen Versetzungsdichte in dem Halbleitermaterial der Bauelemente nicht gerecht werden . Im UV-Bereich ist die Emissionsef fi zienz der strahlungserzeugenden aktiven Zone abhängig von der Versetzungsdichte der zum Beispiel aus AIN (Aluminiumnitrid) ausgebildeten Unterschicht .
Die Herstellung optoelektronischer Bauelemente wie den vorgenannten UV-LEDs kann ein Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat ( auch als Template bezeichnet ) umfassen . Ein Erzeugen einer qualitativ hochwertigen Halbleiterschichtenfolge mit geringer Defektdichte richtet sich danach, dass auch das Aufwachssubstrat , d . h . ein Halbleitermaterial bzw . eine Halbleiterschicht desselben, eine geringe Defektdichte besitzt . Mehrere herkömmliche Verfahren haben sich aufgrund von Nachteilen (nicht tauglich zur Massenproduktion, hoher Aufwand, hohe Kosten, ungenügende Versetzungsdichte , usw . ) als ungeeignet erwiesen . Zur Herstellung eines Aufwachssubstrats in Form eines mit Aluminiumnitrid beschichteten Saphirsubstrats (AIN-Saphir- Template ) kann eine Verbesserung erzielt werden, indem zunächst durch Ausbilden einer dünnen AIN-Halbleiterschicht auf einem Grundsubstrat aus Saphir durch Sputtern ein Ausgangssubstrat bereitgestellt wird, und das Ausgangssubstrat einer Hochtemperaturglühung (HTA, high temperature annealing) unterzogen wird . Die geglühte AIN-Schicht kann sich durch eine geringe Defektdichte aus zeichnen . Das Glühen kann mit einer manuell gestapelten Anordnung solcher Ausgangssubstrate erfolgen, welche abwechselnd entgegengesetzt ausgerichtet sind . Hierbei können j eweils zwei AIN-Schichten aneinandergrenzen ( auch als face-to- face bezeichnet ) , wodurch diese abgedeckt sind, um ein Abdampfen zu verhindern . Bei diesem Vorgehen kann es gleichwohl zu Problemen an den AIN-Schichten einiger Substrate wie einer Material zerstörung bzw . Rauigkeit und einer Zersetzung in einem Randbereich kommen, was zu Ausbeuteverlusten führen kann . Dieses Problem kann vor allem bei einer Skalierung auf Substrate mit einem Durchmesser von sechs Zoll und mehr auftreten .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung im Hinblick auf eine Herstellung eines Substrats für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge und ein verbessertes epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Weitere vorteilhafte Aus führungs formen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge vorgeschlagen . Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Ausgangssubstrats . Das Ausgangssubstrat weist ein Grundsubstrat und eine auf dem Grundsubstrat ausgebildete Halbleiterschicht aus einem I I I-V- Verbindungshalbleitermaterial auf . Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Erzeugen des Substrats durch Glühen des Ausgangssubstrats . Das Glühen wird unter Verwendung eines an die Halbleiterschicht angrenzenden Abdeckelements zum Abdecken der Halbleiterschicht durchgeführt . Das Abdeckelement weist größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat auf , so dass das Abdeckelement bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat hervorsteht .
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird das Glühen ( annealing) des Ausgangssubstrats unter Verwendung eines an die Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats angrenzenden Abdeckelements durchgeführt , um eine Abdeckung und damit einen Schutz der Halbleiterschicht vor einem Abdampfen zu erzielen, anstelle hierfür ein weiteres Ausgangssubstrat einzusetzen . Das Glühen dient dem Zweck, ein Ausheilen der Halbleiterschicht und dadurch eine Verringerung von Defekten in der Halbleiterschicht zu erzielen . Das Abdeckelement besitzt größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat , und ragt bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat und dessen Halbleiterschicht hervor . Diese Gegebenheit kann sich auf den gesamten Rand bzw . Umfang des Ausgangssubstrats beziehen . Auf diese Weise kann das Glühen mit einer hohen Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit erfolgen, und kann die Halbleiterschicht zuverlässig vor negativen Auswirkungen wie einer Oberflächenbeeinträchtigung oder Zersetzung in einem Randbereich geschützt werden . Die geglühte Halbleiterschicht kann sich insofern nicht nur durch eine geringe Defekt- bzw . Versetzungsdichte , sondern auch durch eine hochwertige bzw . homogene Oberflächenmorphologie aus zeichnen . Das nach dem Glühen vorliegende Substrat , welches auch als Aufwachssubstrat oder Template bezeichnet werden kann, kann daher für ein epitaktisches Aufwachsen einer qualitativ hochwertigen Halbleiterschichtenfolge zum Einsatz kommen . Ausbeuteverluste , welche Folge einer schlechten Qualität der Halbleiterschicht sein können, können infolgedessen vermieden werden . Die Verwendung des Abdeckelements ermöglicht darüber hinaus eine vereinfachte Handhabung, so dass eine Prozessautomatisierung in Bezug auf das Glühen vorgesehen werden kann . Durch die ho- he Prozessstabilität kann das Verfahren ferner zur Herstellung von Substraten mit einem Durchmesser von zum Beispiel sechs Zoll und mehr eingesetzt werden .
Bei der oben beschrieben Vorgehensweise , Ausgangssubstrate manuell zu stapeln und eine Abdeckung während des Glühens durch aneinandergrenzende Halbleiterschichten verschiedener Ausgangssubstrate zu erzielen, kann eine schlechte Oberflächenmorphologie und ein Zersetzen in einem Randbereich von folgenden Ef fekten herrühren . Die Ausgangssubstrate , welche übereinstimmende Abmessungen besitzen, können aufgrund der manuellen Stapelung ungenügend zueinander ausgerichtet sein, wodurch einzelne oder mehrere Substrate und deren Halbleiterschichten am Rand hervorstehen können, dadurch ungeschützt sind und die Halbleiterschichten in diesem Bereich zersetzt werden können . Aufgrund von thermisch bedingten Substratbiegungen, bei welchen sich Hohlräume zwischen den Halbleiterschichten ausbilden können, kann es zu einem verschlechterten Schutz im Randbereich kommen . Es kann lokal bzw . im Randbereich zu Verbindungen zwischen den Halbleiterschichten bzw . einem Verkleben und einem Lösen derartiger Verbindungen kommen . Ferner können Verschiebungen von Ausgangssubstraten auftreten, was Folge der vorgenannten Ef fekte sein kann . Aufgrund solcher Substratverschiebungen können ebenfalls einzelne oder mehrere Substrate und deren Halbleiterschichten am Rand hervorstehen, und dadurch of fengelegt und ungeschützt sein .
Die Verwendung des an die Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats angrenzenden Abdeckelements - anstelle einer Halbleiterschicht eines weiteren Ausgangssubstrats - macht es demgegenüber möglich, derartige Ef fekte oder den Einfluss derartiger Ef fekte zu unterdrücken . Beispielsweise kann das Abdeckelement keiner Biegung unterliegen, wodurch eine Substratbiegung ohne oder im Wesentlichen ohne Auswirkungen für den Randbereich der Halbleiterschicht sein kann . Auch kann ein lokales Verbinden bzw . Verkleben mit der Halbleiterschicht unterdrückt bzw . weitgehend unterdrückt werden . Des Weiteren kann, j e nach Ausgestaltung des Abdeckelements , eine Verschiebung des Ausgangssubstrats bei dem Glühen verhindert werden oder kann, aufgrund des lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat hervorstehenden Abdeckelements , vermieden werden, dass es bei einer möglichen Verschiebung des Ausgangssubstrats zu einem Freiliegen der Halbleiterschicht in einem Randbereich, und damit zu einem Zersetzen der Halbleiterschicht in diesem Bereich, kommt .
Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Aus führungsformen näher beschrieben, welche für das Herstellungsverfahren in Betracht kommen können .
Das Abdeckelement , mit dessen Hil fe eine f ace-to- f ace- Anordnung von Ausgangssubstraten imitiert werden kann, kann derart ausgebildet sein, dass das Abdeckelement wenigstens in einem Randbereich der Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats an die Halbleiterschicht angrenzen kann . Diese Gegebenheit kann wenigstens zu Beginn des Glühens vorliegen . Im Verlauf des Glühens und bei einem Abkühlen am Ende des Glühens kann es zu temperaturbedingten Biegungen des Ausgangssubstrats kommen, wodurch die Halbleiterschicht das Abdeckelement gegebenenfalls an einer anderen Stelle , zum Beispiel im Bereich einer Mitte der Halbleiterschicht , berühren kann .
In einer möglichen Aus führungs form ist das bei dem Glühen zum Abdecken der Halbleiterschicht eingesetzte Abdeckelement plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten ausgebildet . Bei den Hauptseiten kann es sich um diej enigen Seiten mit dem größten Flächeninhalt handeln . Bei dem Glühen grenzt das plattenförmige Abdeckelement mit einer Hauptseite an die Halbleiterschicht an . Ein solchen Abdeckelement , welches auch als Abdeckplatte bezeichnet werden kann, kann kostengünstig zur Verfügung gestellt werden . Insofern kann das Glühen hierbei mit einem geringen Aufwand und geringen Kosten durchgeführt werden . Des Weiteren kann die Halbleiterschicht durch das plattenförmige Abdeckelement in einem Randbereich zuverlässig geschützt werden . Zwar kann es bei dem Glühen ge- gebenenfalls zu einer Verschiebung des Ausgangssubstrats gegenüber dem Abdeckelement kommen . Dadurch, dass das Abdeckelement größere laterale Abmessungen bzw . einen größeren Durchmesser als das Ausgangssubstrat aufweist und dadurch bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat hervorragt , kann erzielt werden, dass selbst bei einer Substratverschiebung ein Freiliegen der Halbleiterschicht in dem Randbereich mit der Folge einer Beeinträchtigung bzw . einem Zersetzen der Halbleiterschicht in diesem Bereich verhindert wird . Diese Unempfindlichkeit gegenüber Substratverschiebungen macht es möglich, das Glühen in automatisierter maschineller Form durchzuführen .
Das Glühen unter Verwendung des plattenförmigen Abdeckelements kann derart erfolgen, dass das Ausgangssubstrat mit der Halbleiterschicht auf dem Abdeckelement aufliegt und die Halbleiterschicht dem darunter angeordneten Abdeckelement zugewandt bzw . nach unten gerichtet ist ( face-down) . Möglich ist es auch, dass das Abdeckelement auf der Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats aufliegt und die Halbleiterschicht dem darüber angeordneten Abdeckelement zugewandt bzw . nach oben gerichtet ist ( face-up ) .
In einer weiteren Aus führungs form weist das plattenförmige Abdeckelement eine Dicke in einem Bereich zwischen 0 , 1mm und 50mm auf . Die Dicke kann zum Beispiel 1mm betragen . Hierdurch kann das plattenförmige Abdeckelement eine ausreichende mechanische Stabilität und Bruchfestigkeit besitzen .
In einer weiteren Aus führungs form weist das bei dem Glühen zum Abdecken der Halbleiterschicht dienende Abdeckelement eine Vertiefung zum Aufnehmen des Ausgangssubstrats auf . Das Glühen wird mit dem in der Vertiefung angeordneten Ausgangssubstrat durchgeführt . Auch auf diese Weise ist es möglich, einen zuverlässigen Schutz der Halbleiterschicht in einem Randbereich zu erzielen . Hierbei kann durch die Vertiefung des Abdeckelements , welche von den lateralen Abmessungen her mit dem Ausgangssubstrat übereinstimmen bzw . im Wesentlichen übereinstimmen kann, eine Fixierung bewirkt , und insofern eine Verschiebung des Ausgangssubstrats während des Glühens unterdrückt werden . Infolgedessen kann ein Freiliegen der Halbleiterschicht in dem Randbereich mit der Folge einer Beeinträchtigung bzw . einem Zersetzen der Halbleiterschicht in diesem Bereich verhindert werden . Die Verwendung des die Vertiefung aufweisenden Abdeckelements , welches auch als Halter, Probenhalter oder Abdeckhalter bezeichnet werden kann, bietet ebenfalls die Möglichkeit , das Glühen in automatisierter maschineller Form durchzuführen .
Bei dem in der Vertiefung des Abdeckelements auf genommenen Ausgangssubstrat kann die Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats einem Boden der Vertiefung zugewandt sein . Des Weiteren kann das Ausgangssubstrat auf dem Abdeckelement aufliegen . Dabei kann die Halbleiterschicht des Ausgangssubstrats nach unten ausgerichtet sein ( face-down) .
In einer weiteren Aus führungs form ist die Vertiefung des Abdeckelements im Querschnitt stufenförmig ausgebildet , so dass bei dem in der Vertiefung angeordneten Ausgangssubstrat ein Hohlraum zwischen der Halbleiterschicht und dem Abdeckelement vorliegt . Bei dem Glühen kann sich innerhalb des Hohlraums eine entsprechende Atmosphäre durch verdampftes Material der Halbleiterschicht bilden . In dieser Ausgestaltung kann die Vertiefung am Rand eine umlaufende Auflagefläche zum Stützen bzw . Halten des Ausgangssubstrats aufweisen . Ein Teilbereich der Vertiefung, durch welchen der Hohlraum gebildet sein kann, kann, in Draufsicht auf die Vertiefung gesehen, von der Auflagefläche umschlossen sein . Das Ausgangssubstrat kann in einem weiteren Teilbereich der Vertiefung angeordnet sein .
Der vorgenannten Ausgestaltung liegt Folgendes zugrunde . Bei dem oben beschriebenen Glühen von aufeinander gestapelten Ausgangssubstraten können thermisch bedingte Substratbiegungen zur Folge haben, dass sich Hohlräume zwischen den Halbleiterschichten der Ausgangssubstrate bilden . Parameter wie die Größe der Hohlräume sowie auch von Auflagebereichen, in welchen die Ausgangssubstrate aufeinander aufliegen, können hierbei nicht kontrolliert werden . Die Verwendung des Abdeckelements mit der stufenförmigen Vertiefung macht es demgegenüber möglich, einen zusätzlichen Prozessparameter, vorliegend in Form der geometrischen Ausgestaltung der stufenförmigen Vertiefung, für das Glühen des Ausgangssubstrats zur Verfügung zu stellen . Hierbei können Faktoren wie die Größe des durch einen Teilbereich der stufenförmigen Vertiefung gebildeten Hohlraums zwischen dem Ausgangssubstrat und dem Abdeckelement und die Größe der das Ausgangssubstrat stützenden Auflagefläche kontrolliert werden . Dabei ist die Möglichkeit gegeben, die Größe des Hohlraums sowie die Größe der Auflagefläche durch entsprechendes Variieren bzw . Ausgestalten der Vertiefung derart anzupassen, dass das Glühen des Ausgangssubstrats begünstigt und eine Prozessoptimierung erzielt werden kann .
In einer weiteren Aus führungs form weist das Abdeckelement am Rand der Vertiefung eine Aussparung zum Ermöglichen eines Untergrei fens des Substrats auf . Hierdurch kann das nach dem Glühen vorliegende Substrat in einfacher Weise mechanisch aus der Vertiefung des Abdeckelements herausgenommen werden .
In einer weiteren Aus führungs form weist das mit der Vertiefung ausgestattete Abdeckelement Fixierstrukturen zum Herstellen einer Fixierung mit weiteren Abdeckelementen auf . Die Fixierstrukturen können an entgegengesetzten Seiten bzw . an einer Vorder- und Rückseite des Abdeckelements ausgebildet sein . Diese Ausgestaltung kann zur Anwendung kommen, wenn, wie weiter unten beschrieben, das Glühen von mehreren Ausgangssubstraten mit mehreren Abdeckelementen gemeinsam durchgeführt wird, und die Abdeckelemente dabei übereinander angeordnet sind . Durch die Fixierstrukturen, welche sämtliche Abdeckelemente besitzen können, kann eine mechanische Befestigung der Abdeckelemente untereinander erzielt werden, was eine Prozessautomatisierung begünstigt . Die Fixierstrukturen können zueinander korrespondierende Strukturen wie Erhebungen und Ausnehmungen sein . Dabei können an einer Seite eines Ab- deckelements wenigstens eine Erhebung, und an einer entgegengesetzten Seite wenigstens eine Ausnehmung vorliegen .
Für das vorstehend beschriebene Abdeckelement ist ferner eine Ausgestaltung mit mehreren Vertiefungen möglich, in welchen j eweils ein Ausgangssubstrat aufgenommen werden kann . Vorstehend beschriebene Details wie zum Beispiel ein Vorsehen einer Aussparung am Rand der einzelnen Vertiefungen zum Ermöglichen eines Untergrei fens , und eine Ausgestaltung mit Fixierstrukturen, können in entsprechender Weise zur Anwendung kommen . Mit Hil fe eines solchen Abdeckelements können ebenfalls mehrere Ausgangssubstrate gemeinsam geglüht werden, wie weiter unten erläutert wird .
Mit Bezug auf das Abdeckelement können Ausgestaltungen aus unterschiedlichen Materialien in Betracht kommen . Es ist möglich, dass das Abdeckelement wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist : Metall ; Keramik; Graphit ; Saphir ; I I I- V-Verbindungshalbleitermaterial ; Nitridverbindungshalbleiter- material bzw . Gruppe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial ; Aluminiumnitrid . Das Abdeckelement kann auch mehrere Materialien aufweisen bzw . neben einem Grundmaterial eine Beschichtung aufweisen . Beispiele hierfür sind eine Ausgestaltung aus Graphit oder Saphir mit einer Beschichtung aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid, und eine Ausgestaltung aus Graphit mit einer Beschichtung aus Tantal- carbid .
Durch eine Ausgestaltung des Abdeckelements aus einem oder mehreren der vorgenannten Materialien kann das Abdeckelement eine hohe Temperaturstabilität und Reinheit in Bezug auf das Glühen besitzen, wodurch eine Kontamination des Ausgangssubstrats vermieden werden kann . Ferner kann sich das Abdeckelement durch eine hohe Robustheit bzw . Bruchstabilität auszeichnen, was eine Prozessautomatisierung begünstigt . Je nach Material ist es ferner möglich, dass durch das Abdeckelement eine Sättigung bzw . Reinigung einer bei dem Glühen vorherrschenden Atmosphäre erzielt werden kann . Dies kann dazu bei- tragen, eine Zersetzung der Halbleiterschicht bei dem Glühen zu unterdrücken .
In einer weiteren Aus führungs form ist das Grundsubstrat ein Saphirsubstrat . Hierdurch kann das Grundsubstrat eine hohe thermische Stabilität und Robustheit besitzen .
In einer weiteren Aus führungs form ist die Halbleiterschicht aus einem der folgenden Materialien ausgebildet : Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Gruppe- I I I- Nitridverbindungshalbleitermaterial ; oder Aluminiumnitrid . Hierdurch eignet sich das nach dem Glühen vorliegende Substrat zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem der vorgenannten Halbleitermaterialien . Diese Ausgestaltung kann in Bezug auf eine Herstellung von optoelektronischen Bauelementen wie LEDs oder Laserdioden zur Erzeugung von Ultraviolettstrahlung in Betracht kommen .
In einer weiteren Aus führungs form umfasst das Bereitstellen des Ausgangssubstrats ein Ausbilden der Halbleiterschicht auf dem Grundsubstrat durch Durchführen von einem der folgenden Beschichtungsverfahren : Physikalische Gasphasenabscheidung ( PVD, physical vapor deposition) , zum Beispiel Sputterbe- schichtung; oder chemische Gasphasenabscheidung ( CVD, chemical vapor deposition) . Durch Einsatz einer Sputterbeschich- tung kann eine kostengünstige Herstellung des Substrats begünstigt werden . Die nach der Sputterbeschichtung auf dem Grundsubstrat vorliegende Halbleiterschicht kann eine hohe Defekt- bzw . Versetzungsdichte aufweisen . Durch das Glühen kann eine Verkleinerung bzw . deutliche Verkleinerung der Defekt- bzw . Versetzungsdichte der Halbleiterschicht erzielt werden .
Die Halbleiterschicht kann mit einer Schichtdicke auf dem Grundsubstrat ausgebildet werden, welcher kleiner als Ipm ist . Möglich ist eine Dicke im Bereich von mehreren l O Onm, zum Beispiel im Bereich von 300nm bis 400nm . Das Ausbilden der Halbleiterschicht kann auf einer Hauptseite des Grundsubstrats erfolgen .
Das Grundsubstrat , und damit auch das Ausgangssubstrat und das nach dem Glühen vorliegende Substrat , können einen Durchmesser von bis zu 150mm, oder einen größeren Durchmesser, aufweisen .
In einer weiteren Aus führungs form wird das Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 1700 ° C durchgeführt . Diese Ausgestaltung, bei welcher das Glühen auch als Hochtemperaturglühen (HTA, high temperature annealing) bezeichnet werden kann, kann in Bezug auf die Herstellung eines Substrats umfassend ein Saphir-Grundsubstrat mit einer Halbleiterschicht aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Aluminiumnitrid zur Anwendung kommen . Die Angabe „im Bereich von 1700 ° C" kann Temperaturen umfassen, bei welchen eine Temperaturdi f ferenz im einstelligen oder zweistelligen Bereich in Bezug auf eine Temperatur von 1700 ° C vorliegt . Ein Beispiel ist der Temperaturbereich von 1650 ° C bis 1750 ° C .
Das Glühen kann unter Verwendung eines entsprechenden Ofens durchgeführt werden . Mit Hil fe des Ofens kann eine geeignete Glühtemperatur, zum Beispiel wie vorstehend beschrieben im Bereich von 1700 ° C, zur Verfügung gestellt werden . Das Glühen kann ferner über eine entsprechende Zeitdauer erfolgen, welche im Bereich von mehreren Stunden, zum Beispiel drei Stunden, liegen kann . Für das Glühen kann des Weiteren eine Inertgasatmosphäre , zum Beispiel eine Stickstof f atmosphäre , innerhalb des eingesetzten Ofens vorgesehen sein .
In einer weiteren Aus führungs form werden mehrere Substrate hergestellt . Hierzu werden mehrere Ausgangssubstrate aufweisend ein Grundsubstrat und eine auf dem Grundsubstrat ausgebildete Halbleiterschicht aus einem I I I-V- Verbindungshalbleitermaterial bereitgestellt , und werden die mehreren Substrate durch gemeinsames Glühen der Ausgangssubstrate erzeugt . Das Glühen wird unter Verwendung von wenigs- tens einem, also einem oder mehreren an die Halbleiterschichten angrenzenden Abdeckelement ( en) zum Abdecken der Halbleiterschichten durchgeführt . Durch das gemeinsame Glühen der Ausgangssubstrate kann dieser Vorgang auf kosten- und energieef fi ziente Weise erfolgen .
Oben genannte Vorteile , Details und Ausgestaltungen, welche das Glühen eines Ausgangssubstrats unter Verwendung eines Abdeckelements betref fen, können in entsprechender Weise in Bezug auf das gemeinsame Glühen mehrerer Ausgangssubstrate unter Verwendung von einem oder mehreren Abdeckelementen zur Anwendung kommen . Auch hierbei können die Halbleiterschichten der Ausgangssubstrate durch das Abdeckelement oder die Abdeckelemente vor einer Beeinträchtigung bzw . einem Zersetzen in einem Randbereich geschützt werden . Möglich ist ferner eine einfache Handhabung, so dass eine Prozessautomatisierung für das Glühen vorgesehen sein kann .
Es ist möglich, das Glühen von mehreren Ausgangssubstraten mit lediglich einem Abdeckelement durchzuführen, welches größere laterale Abmessungen als die Ausgangssubstrate aufweist , so dass das Abdeckelement bei dem Glühen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten hervorsteht . Hierbei können die Ausgangssubstrate hori zontal bzw . in einer Ebene nebeneinander angeordnet sein .
In einer weiteren Aus führungs form ist das zum Glühen von mehreren Ausgangssubstraten eingesetzte Abdeckelement plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten ausgebildet . Bei dem Glühen kann das Abdeckelement mit einer Hauptseite an die Halbleiterschichten der Ausgangssubstrate angrenzen . Die Ausgangssubstrate können mit den Halbleiterschichten auf dem Abdeckelement aufliegen, und die Halbleiterschichten können nach unten gerichtet sein ( face-down) . Möglich ist es auch, dass das Abdeckelement auf den Halbleiterschichten der Ausgangssubstrate aufliegt , und die Halbleiterschichten nach oben gerichtet sind ( face-up ) . Denkbar ist ferner eine Anordnung, in welcher beidseitig des Abde- ckelements j eweils wenigstens ein Ausgangssubstrat vorliegt , und das Abdeckelement mit beiden Hauptseiten j eweils an wenigstens eine Halbleiterschicht angrenzt . Mit Hil fe des plattenförmigen Abdeckelements kann erzielt werden, dass selbst bei einer Verschiebung von einem oder mehreren Ausgangssubstraten ein Freiliegen der j eweiligen Halbleiterschicht ( en) in einem Randbereich mit entsprechenden negativen Auswirkungen verhindert wird .
In einer weiteren Aus führungs form weist das zum Glühen von mehreren Ausgangssubstraten eingesetzte Abdeckelement mehrere Vertiefungen zum Aufnehmen von j eweils einem der Ausgangssubstrate auf . Das Glühen erfolgt mit den in den Vertiefungen des Abdeckelements angeordneten Ausgangssubstraten . Hierbei können die Halbleiterschichten der Ausgangssubstrate einem Boden der j eweiligen Vertiefung zugewandt , und nach unten ausgerichtet sein ( face-down) . Aufgrund der Vertiefungen kann eine Fixierung der Ausgangssubstrate erzielt , und können Substratverschiebungen und somit ein Freiliegen der Halbleiterschichten in einem Randbereich mit entsprechenden negativen Folgen vermieden werden . Die Vertiefungen des Abdeckelements können im Querschnitt stufenförmig ausgebildet sein, so dass bei den in den Vertiefungen angeordneten Ausgangssubstraten j eweils ein Hohlraum zwischen der Halbleiterschicht eines Ausgangssubstrats und dem Abdeckelement vorliegen kann .
In einer weiteren Aus führungs form wird das gemeinsame Glühen von mehreren Ausgangssubstraten unter Verwendung von mehreren an die Halbleiterschichten angrenzenden Abdeckelementen zum Abdecken der Halbleiterschichten durchgeführt , welche größere laterale Abmessungen als die Ausgangssubstrate aufweisen, so dass die Abdeckelemente bei dem Glühen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten hervorstehen . Ferner wird das Glühen mit einer gestapelten Anordnung aus Ausgangssubstraten und Abdeckelementen durchgeführt . Auch in dieser Ausgestaltung kann das Glühen auf kosten- und energieef fi ziente Weise erfolgen . In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass die Abdeckelemente plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten ausgebildet sind, und dass das Glühen derart erfolgt , dass die Abdeckelemente mit beiden Hauptseiten j eweils an wenigstens eine Halbleiterschicht angrenzen . Hierbei kann ein Stapel aus Ausgangssubstraten und Abdeckelementen zur Anwendung kommen, wobei beidseitig der Abdeckelemente entgegengesetzt ausgerichtete Ausgangssubstrate angeordnet sind, welche mit den Halbleiterschichten an die betref fenden Abdeckelemente angrenzen . Zwischen den Abdeckelementen können ebenfalls entgegengesetzt ausgerichtete Ausgangssubstrate angeordnet sein, welche mit den Grundsubstraten aneinander angrenzen . Die Ausgangssubstrate können hierbei mit nach unten ( face-down) und nach oben ( face-up ) ausgerichteten Halbleiterschichten angeordnet sein . Es ist möglich, dass sich beidseitig der Abdeckelemente und an diese angrenzend j eweils ein Ausgangssubstrat oder mehrere in einer Ebene nebeneinander angeordnete Ausgangssubstrate befinden . Mit Bezug auf letztere Ausgestaltung kann der Stapel mehrere Ebenen aus hori zontal nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten umfassen .
Durch die Verwendung von plattenförmigen Abdeckelementen, welche bei dem Glühen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten hervorragen, kann erzielt werden, dass selbst bei einer Verschiebung von einem oder mehreren Ausgangssubstraten ein Freiliegen der j eweiligen Halbleiterschicht ( en) in einem Randbereich mit entsprechenden negativen Auswirkungen vermieden wird . Dies gilt auch für die folgende Aus führungs form .
In einer weiteren Aus führungs form, in welcher die Abdeckelemente plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten ausgebildet sind, erfolgt das Glühen derart , dass die Abdeckelemente mit lediglich einer Hauptseite an wenigstens eine Halbleiterschicht angrenzen . Hierbei kann ein Stapel aus Ausgangssubstraten und Abdeckelementen vorgesehen sein, wobei - in Stapelrichtung gesehen - abwechselnd ein Ausgangssubstrat und ein Abdeckelement , oder abwechselnd eine Nebenei- nanderanordnung aus Ausgangssubstraten und ein Abdeckelement vorliegt und die Ausgangssubstrate übereinstimmend ausgerichtet sind . Die Ausgangssubstrate können derart angeordnet sein, dass die Halbleiterschichten nach oben ausgerichtet sind ( face-up ) . Je nach Ausgestaltung kann der Stapel mehrere Ebenen aus hori zontal nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten umfassen .
In einer weiteren Aus führungs form weisen die Abdeckelemente wenigstens eine Vertiefung zum Aufnehmen eines Ausgangssubstrats auf , und erfolgt das Glühen mit den in den Vertiefungen der Abdeckelemente angeordneten Ausgangssubstraten . Hierbei können die Halbleiterschichten einem Boden der j eweiligen Vertiefung zugewandt sein . Ferner kann ein Stapel aus Abdeckelementen vorgesehen sein, wobei - in Stapelrichtung gesehen - eine übereinstimmende Ausrichtung der Abdeckelemente und Ausgangssubstrate vorliegt . Dabei können die Halbleiterschichten bei dem Glühen nach unten ausgerichtet sein ( facedown) .
Durch den Einsatz von Abdeckelementen mit wenigstens einer Vertiefung zum Aufnehmen eines Ausgangssubstrats kann eine Fixierung der Ausgangssubstrate erzielt , und können Substratverschiebungen und insofern ein Freiliegen der Halbleiterschichten in einem Randbereich mit entsprechenden negativen Folgen verhindert werden . Die Vertiefungen der Abdeckelemente können im Querschnitt stufenförmig ausgebildet sein, so dass bei den in den Vertiefungen angeordneten Ausgangssubstraten j eweils ein Hohlraum zwischen der Halbleiterschicht eines Ausgangssubstrats und einem Abdeckelement vorliegen kann .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Abdeckelement vorgeschlagen . Das Abdeckelement dient zur Verwendung bei einem Glühen eines Ausgangssubstrats in dem oben beschriebenen Verfahren bzw . in einer oder mehreren Aus führungs formen des oben beschriebenen Verfahrens . Das Abdeckelement weist größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat auf . Mit Bezug auf das Abdeckelement können oben beschriebene Merkmale und Details in entsprechender Weise zur Anwendung kommen . In dieser Hinsicht bietet die Verwendung des zum Abdecken der Halbleiterschicht vorgesehenen Abdeckelements die Möglichkeit , das Glühen mit einer hohen Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit durchzuführen, und die Halbleiterschicht vor negativen Folgen wie einer Oberflächenbeeinträchtigung oder Zersetzung in einem Randbereich zu schützen .
In einer Aus führungs form ist das Abdeckelement plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten ausgebildet .
Das Glühen kann dabei derart erfolgen, dass das Abdeckelement mit einer Hauptseite an die Halbleiterschicht angrenzt . Das plattenförmige Plattenelement kann kostengünstig bereitgestellt werden .
In einer weiteren Aus führungs form weist das Abdeckelement eine Vertiefung zum Aufnehmen des Ausgangssubstrats auf . Für das Glühen kann das Ausgangssubstrat in der Vertiefung angeordnet werden . Hierdurch kann das Ausgangssubstrat für das Glühen fixiert werden . Das Abdeckelement kann ferner mehrere Vertiefungen zum Aufnehmen und dadurch Fixieren von mehreren Ausgangssubstraten aufweisen .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge vorgeschlagen . Das Verfahren umfasst ein Herstellen eines Substrats durch Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens bzw . von einer oder mehreren Aus führungs formen des oben beschriebenen Verfahrens . Weiter bzw . nachfolgend vorgesehen ist ein epitaktisches Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat .
Hierbei kann die Halbleiterschichtenfolge auf der geglühten Halbleiterschicht des Substrats aufgewachsen werden . Die Halbleiterschicht kann sich aufgrund des Glühens durch eine geringe Defekt- bzw . Versetzungsdichte aus zeichnen . Dies kann daher in entsprechender Weise auf die hierauf auf gewachsene Haiblei ter schichtenfolge zutref fen .
Auch mit Bezug auf das Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge können oben beschriebene Merkmale und Details in entsprechender Weise zur Anwendung kommen . Beispielsweise kann die Halbleiterschicht des Substrats aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Aluminiumnitrid ausgebildet sein . In entsprechender Weise kann hierauf eine Halbleiterschichtenfolge aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid aufgewachsen werden . Diese Ausgestaltung kann zur Anwendung kommen, um auf der Grundlage der Halbleiterschichtenfolge optoelektronische Bauelemente zur Erzeugung von Ultraviolettstrahlung herzustellen .
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden . Es zeigen :
Figur 1 eine seitliche Darstellung eines Grundsubstrats ;
Figur 2 eine seitliche Darstellung eines Ausgangssubstrats , welches gebildet wird durch Ausbilden einer Halbleiterschicht auf dem Grundsubstrat ;
Figuren 3 und 4 seitliche Darstellungen des Ausgangssubstrats und einer Abdeckplatte zur Verwendung bei einem Glühen des Ausgangssubstrats ; Figuren 5 und 6 seitliche Darstellungen von Stapeln aus mehreren Ausgangssubstraten und Abdeckplatten bei einem Glühen der Ausgangssubstrate ;
Figuren 7 und 8 seitliche Darstellungen eines durch das Glühen erzeugten Substrats vor und nach einem Aufwachsen einer Haiblei ter schichtenfolge ;
Figur 9 eine seitliche Darstellung eines Ausgangssubstrats und eines Halters mit einer Vertiefung zur Verwendung bei einem Glühen des Ausgangssubstrats ;
Figur 10 eine seitliche Darstellung des Ausgangssubstrats und des Halters , in dessen Vertiefung das Ausgangssubstrat angeordnet ist ;
Figur 11 eine seitliche Darstellung eines Stapels aus mehreren Ausgangssubstraten und Haltern bei einem Glühen der Aus- gangs subs träte ;
Figuren 12 und 13 seitliche Darstellungen von weiteren Haltern, in deren Vertiefung ein Ausgangssubstrat angeordnet ist ;
Figuren 14 bis 17 verschiedene Darstellungen eines weiteren Halters mit einer Vertiefung;
Figuren 18 bis 20 seitliche Darstellungen weiterer Anordnungen von Abdeckplatten und Ausgangssubstraten zur Verwendung bei einem Glühen der Ausgangssubstrate ; und
Figuren 21 und 22 seitliche Darstellungen weiterer Anordnungen von Haltern und Ausgangssubstraten zur Verwendung bei einem Glühen der Ausgangssubstrate , wobei die Halter mehrere Vertiefungen aufweisen . Auf der Grundlage der schematischen Figuren werden Ausgestaltungen eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats 105 für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge 130 beschrieben . Das Substrat 105 kann auch als Aufwachssubstrat , Aufwachswafer oder Template bezeichnet werden . Es wird darauf hingewiesen, dass die schematischen Figuren nicht maßstabsgetreu sein können . Daher können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein . Zusätzlich wird darauf hingewiesen, dass Merkmale und Details , welche in Bezug auf eine Ausgestaltung genannt werden, auch in Bezug auf andere Ausgestaltungen zur Anwendung kommen, sowie mehrere Ausgestaltungen und deren Merkmale miteinander kombiniert werden können . Übereinstimmende Merkmale können dabei lediglich in Bezug auf eine Ausgestaltung detailliert beschrieben sein .
Für die Herstellung des Substrats 105 wird ein Ausgangssubstrat 100 bereitgestellt , welches ein Grundsubstrat 110 und eine darauf angeordnete Halbleiterschicht 120 aus einem I I I- V-Verbindungshalbleitermaterial (mit Elementen aus den chemischen Hauptgruppen I I I und V) aufweist , und wird das Ausgangssubstrat 100 nachfolgend einem Glühen unterzogen . Figur 1 zeigt eine seitliche Darstellung des Grundsubstrats 110 . Das Grundsubstrat 110 kann aus Saphir ausgebildet sein und besitzt eine ebene flächige Gestalt mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten, also Seiten mit dem größten Flächeninhalt . Das Grundsubstrat 110 kann eine Querschnittsbreite bzw . einen Durchmesser von sechs Zoll oder eine größere Breite aufweisen . Ferner kann das Grundsubstrat 110 eine Substratdicke im Millimeterbereich oder kleiner besitzen . Gleiches gilt für das Ausgangssubstrat 100 und das hieraus erzeugte Substrat 105 .
Figur 2 zeigt eine seitliche Darstellung des Ausgangssubstrats 100 , welches durch Ausbilden der Halbleiterschicht 120 auf dem Grundsubstrat 110 bzw . auf einer Hauptseite desselben bereitgestellt wird . Die Halbleiterschicht 120 kann aus einem Gruppe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Aluminiumnitrid ausgebildet werden . Das Erzeugen der Halbleiterschicht 120 auf dem Grundsubstrat 110 erfolgt mit Hil fe einer in Figur 2 schematisch angedeuteten Abscheideanlage 170 . Das Ausbilden der Halbleiterschicht 120 kann durch eine Sputterbe- schichtung erfolgen ( auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet ) . Hierbei kann die Abscheideanlage 170 eine Sputterbe- schichtungsanlage mit nicht gezeigten Bestandteilen wie einem für die Beschichtung bombardierten Target sein . Die ausgebildete bzw . gesputterte Halbleiterschicht 120 kann eine Schichtdicke von kleiner als Ipm, zum Beispiel im Bereich von 300nm bis 400nm, aufweisen .
Die durch das Beschichten des Grundsubstrats 110 ausgebildete Halbleiterschicht 120 kann eine relativ hohe Defekt- bzw . Versetzungsdichte aufweisen . Für das Erzeugen des Substrats 105 wird das Ausgangssubstrat 100 daher einem Glühen zum Ausheilen der Halbleiterschicht 120 unterzogen . Durch das Glühen, was auch als auch als Wärmebehandlung oder Tempern bezeichnet werden kann, kann eine deutliche Verringerung der Defekt- bzw . Versetzungsdichte der Halbleiterschicht 120 erzielt werden .
Mit Bezug auf das Glühen ist vorgesehen, diesen Vorgang unter Verwendung eines an die Halbleiterschicht 120 des Ausgangssubstrats 100 unmittelbar angrenzenden und die Halbleiterschicht 120 abdeckenden Abdeckelements 140 , 150 durchzuführen . Dies dient zum Schutz der Halbleiterschicht 120 , um ein Abdampfen bzw . merkliches Abdampfen der Halbleiterschicht 120 von dem Grundsubstrat 110 aufgrund der bei dem Glühen vorherrschenden hohen Temperaturen zu verhindern . Das Abdeckelement 140 , 150 wird als Gegenstück zu dem Ausgangssubstrat 100 bzw . zu dessen Halbleiterschicht 120 eingesetzt , anstelle für das Glühen ein weiteres , entgegengesetzt orientiertes Ausgangssubstrat 100 in einer Weise vorzusehen, dass die Halbleiterschichten 120 der Ausgangssubstrate 100 einander zugewandt sind und aneinandergrenzen (nicht dargestellt ) . Die Verwendung des Abdeckelements 140 , 150 macht es dabei mög- lieh, eine hohe bzw . höhere Schutzwirkung in einem Randbereich der Halbleiterschicht 120 zu erzielen, und das Glühen mit einer hohen bzw . höheren Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit durchzuführen . Dabei kann unter anderem ausgenutzt werden, dass ein lokales Verbinden bzw . Verkleben, wie es bei einem nicht dargestellten Glühen von aufeinander angeordneten Ausgangssubstraten 100 mit aneinandergrenzenden Halbleiterschichten 120 der Fall sein kann, vermieden werden kann, und das Abdeckelement 140 , 150 ferner keiner temperaturbedingten Biegung unterliegt mit der Folge , dass eine Substratbiegung ohne oder im Wesentlichen ohne Auswirkungen für den Randbereich der Halbleiterschicht 120 sein kann .
In einer möglichen Ausgestaltung, wie sie in den seitlichen Darstellungen der Figuren 3 und 4 abgebildet ist , wird ein plattenförmiges Abdeckelement 140 eingesetzt , welches im Folgenden auch als Abdeckplatte 140 bezeichnet wird . Die Abdeckplatte 140 besitzt eine ebene flächige Gestalt mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten 141 , 142 . Die Abdeckplatte 140 kann kostengünstig bereitgestellt werden, wodurch auch das Glühen mit einem geringen Aufwand und niedrigen Kosten erfolgen kann . Das Glühen wird derart durchgeführt , dass die Abdeckplatte 140 mit einer Hauptseite 141 , 142 direkt an die Halbleiterschicht 120 angrenzt .
Dabei ist es möglich, dass die Abdeckplatte 140 entsprechend Figur 3 auf der Halbleiterschicht 120 des Ausgangssubstrats 100 aufliegt und die Halbleiterschicht 120 der darüber angeordneten Abdeckplatte 140 zugewandt und nach oben ausgerichtet ist . Diese anhand eines Pfeils 195 angedeutete Ausrichtung kann als f ace-up-Ausrichtung bezeichnet werden . Hiervon abweichend kann eine Ausrichtung entsprechend Figur 4 zum Einsatz kommen, gemäß welcher das Ausgangssubstrat 100 mit der Halbleiterschicht 120 auf der Abdeckplatte 140 aufliegt und die Halbleiterschicht 120 der darunter angeordneten Abdeckplatte 140 zugewandt und nach unten orientiert ist . Diese erneut anhand eines Pfeils 195 angedeutete Ausrichtung kann als f ace-down-Ausrichtung bezeichnet werden . In folgenden Fi- guren ist eine Ausrichtung ebenfalls zum Teil mittels Pfeilen 195 angedeutet .
Durch die Abdeckplatte 140 kann ein sicherer Schutz der Halbleiterschicht 120 bei dem Glühen des Ausgangssubstrats 100 erzielt werden . Die Schutzwirkung schließt einen Randbereich der Halbleiterschicht 120 ein, wodurch eine Beeinträchtigung in Form einer Beschädigung oder Zersetzung der Halbleiterschicht 120 in diesem Bereich verhindert werden kann . Für das Erzielen der Schutzwirkung weist die Abdeckplatte 140 größere laterale Abmessungen, d . h . eine größere Querschnittsbreite oder einen größeren Durchmesser als das Ausgangssubstrat 100 auf , und erfolgt das Glühen in einer den Figuren 3 und 4 entsprechenden Weise derart , dass die Abdeckplatte 140 bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat 100 und dessen Halbleiterschicht 120 hervorsteht . Diese Gegebenheit , bei welcher die Abdeckplatte 140 einen seitlichen Überstand 190 gegenüber dem Ausgangssubstrat 100 besitzt , bezieht sich auf den gesamten Umfang des Ausgangssubstrats 100 . Der Überstand 190 kann zum Beispiel eine Größe im ein- oder mehrstelligen Millimeterbereich aufweisen und beispielsweise zehn Millimeter betragen .
Aufgrund des Überstands 190 kann sichergestellt werden, dass es bei dem Glühen nicht zu einem Freiliegen der Halbleiterschicht 120 am Rand mit der Folge einer Beschädigung oder Zersetzung der Halbleiterschicht 120 kommt . Ein solches Freiliegen kann bei einem nicht dargestellten Glühen von entgegengesetzt ausgerichteten Ausgangssubstraten 100 mit aneinandergrenzenden Halbleiterschichten 120 aufgrund einer ungenügenden Ausrichtung der Ausgangssubstrate 100 zueinander, oder bedingt durch Substratverschiebungen, auftreten . Selbst für den Fall , dass es bei dem Glühen unter Verwendung der Abdeckplatte 140 zu einer Verschiebung des Ausgangssubstrats 100 kommen sollte , kann der in den Figuren 3 und 4 gezeigte Überstand 190 zuverlässig dafür sorgen, dass das Ausgangssubstrat 100 nicht in eine seitlich gegenüber der Abdeckplatte 140 hinausragende Position kommt und die Halbleiterschicht 120 dadurch ungeschützt ist . Diese Unempfindlichkeit gegenüber Substratverschiebungen bietet die Möglichkeit , das Glühen in automatisierter Form unter Verwendung einer entsprechenden Maschine bzw . eines entsprechenden Roboters durchzuführen
(nicht dargestellt ) . Dies ist von Vorteil im Hinblick auf ein gemeinsames Glühen mehrerer Ausgangssubstrate 100 , wie es weiter unten unter anderem anhand der Figuren 5 und 6 näher erläutert wird .
Eine Substratverschiebung kann Folge einer thermisch bedingten Substratbiegung, hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Grundsubstrats 110 und der Halbleiterschicht 120 bei dem Glühen, sein . Im Verlauf des Glühens kann eine konkave Substratbiegung vorliegen mit der Folge , dass die Halbleiterschicht 120 , abweichend von den Figuren 3 und 4 , lediglich mit einem Randbereich an die Abdeckplatte 140 angrenzt , und ein Hohlraum zwischen der Halbleiterschicht 120 und der Abdeckplatte 140 vorhanden ist . Bei einem Abkühlen am Ende des Glühens kann es temperatur- und materialbedingt zu einer hierzu inversen konvexen Substratbiegung kommen mit der Folge , dass die Halbleiterschicht 120 lediglich im Bereich der Mitte der Halbleiterschicht 120 an die Abdeckplatte 140 angrenzt ( j eweils nicht dargestellt ) .
Die Abdeckplatte 140 kann eine Dicke in einem Bereich zwischen 0 , 1mm und 50mm besitzen . Die Dicke kann zum Beispiel 1mm betragen . Hierdurch kann die Abdeckplatte 140 eine für eine Prozessautomatisierung geeignete mechanische Stabilität und Bruchfestigkeit aufweisen .
Die Abdeckplatte 140 kann aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein . Denkbar sind zum Beispiel folgende Materialien : Ein Metall wie beispielsweise Tantal oder Wol fram, oder eine Keramik . Unter Letzteres kann zum Beispiel Graphit , Saphir oder ein I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial bzw . Grup- pe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Aluminiumnitrid fallen . Die Abdeckplatte 140 kann eines oder auch mehrere der vorgenannten Materialien aufweisen . Mit Bezug auf eine Ausgestaltung aus mehreren Materialien kann die Abdeckplatte 140 ferner eine Beschichtung aufweisen . Mögliche Beispiele sind eine Ausgestaltung der Abdeckplatte 140 aus einem Grundmaterial wie Graphit oder Saphir mit einer Beschichtung aus einem Gruppe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid, sowie eine Ausgestaltung der Abdeckplatte 140 aus einem Grundmaterial wie Graphit mit einer Beschichtung aus Tantalcarbid . Eine Beschichtung aus einem Gruppe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid kann sich auch im Verlauf von mehreren Glühprozessen auf der Abdeckplatte 140 ausbilden .
Bei einer Ausgestaltung aus einem oder mehreren der vorgenannten Materialien kann die Abdeckplatte 140 eine hohe Temperaturstabilität in Bezug auf das Glühen und eine hohe Reinheit besitzen, wodurch eine Kontamination des Ausgangssubstrats 100 bei dem Glühen vermieden werden kann . Ferner können eine hohe mechanische Stabilität und Bruchfestigkeit der Abdeckplatte 140 begünstigt werden, was von Vorteil für eine Prozessautomatisierung ist . In Abhängigkeit der Materialwahl kann die Abdeckplatte 140 des Weiteren eine Sättigung bzw . Reinigung einer bei dem Glühen vorherrschenden Atmosphäre ermöglichen, zum Beispiel durch Binden von Sauerstof f oder anderen Komponenten . Dies kann dazu beitragen, eine Zersetzung der Halbleiterschicht 120 bei dem Glühen zu unterdrücken .
Um das Glühen auf kosten- und energieef fi ziente Weise durchzuführen, können mehrere und in der oben beschriebenen Weise bereitgestellte Ausgangssubstrate 100 gemeinsam geglüht werden . Dabei können mehrere Ausgangssubstrate 100 und Abdeckelemente bzw . Abdeckplatten 140 zum Abdecken der Halbleierschichten 120 zum Einsatz kommen, und in Form eines Stapels für das Glühen übereinander angeordnet werden .
Zur Veranschaulichung zeigt Figur 5 eine mögliche Anordnung aus Ausgangssubstraten 100 und Abdeckplatten 140 , welche für das Durchführen des Glühens in Betracht kommen kann . Die betref fenden Komponenten 100 , 140 sind derart angeordnet , dass die Abdeckplatten 140 mit beiden Hauptseiten 141 , 142 an j eweils eine Halbleiterschicht 120 direkt angrenzen . Dabei sind beidseitig der Abdeckplatten 140 j eweils zwei entgegengesetzt orientierte Ausgangssubstrate 100 angeordnet , welche mit den Halbleiterschichten 120 an die j eweiligen Abdeckplatten 140 angrenzen . Zwischen den Abdeckplatten 140 befinden sich ebenfalls zwei entgegengesetzt orientierte Ausgangssubstrate 100 , welche mit den Grundsubstraten 110 aneinandergrenzen . In dem Stapel sind die Ausgangssubstrate 100 abwechselnd mit nach unten ( face-down) und nach oben ( face-up ) weisenden Halbleiterschichten 120 ausgerichtet . Des Weiteren ragen die Abdeckplatten 140 , entsprechend den Figuren 3 und 4 , lateral gegenüber den Ausgangssubstraten 100 hervor, wodurch ein Freiliegen der Halbleiterschichten 120 verhindert wird .
Figur 6 zeigt eine weitere mögliche Stapelanordnung aus Ausgangssubstraten 100 und Abdeckplatten 140 , mit welcher das Glühen erfolgen kann . Dabei grenzen die Abdeckplatten 140 mit lediglich einer Hauptseite 142 an eine Halbleiterschicht 120 direkt an . In Stapelrichtung gesehen liegen abwechselnd eine Abdeckplatte 140 und ein Ausgangssubstrat 100 vor . Die Abdeckplatten 140 stehen erneut lateral gegenüber den Ausgangssubstraten 100 hervor, was ein Freiliegen der Halbleiterschichten 120 verhindert . Gemäß des in Figur 6 gezeigten Stapels sind die Ausgangssubstrate 100 übereinstimmend, d . h . vorliegend mit nach oben weisenden Halbleiterschichten 120 ( face-up ) , ausgerichtet . Möglich ist auch eine hierzu inverse Ausgestaltung mit nach unten weisenden Halbleiterschichten 120 ( face-down, nicht dargestellt ) .
Das Glühen wird unter Verwendung eines Ofens 180 durchgeführt . In den Figuren 5 und 6 ist ein solcher Ofen 180 schematisch angedeutet . Mittels des Ofens 180 kann eine entsprechende Wärme 185 erzeugt und dadurch eine geeignete Glühtemperatur bereitgestellt werden . Bei Halbleiterschichten 120 aus einem Gruppe- I I I-Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Aluminiumnitrid wird das Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 1700 ° C durchgeführt . In dieser Ausgestaltung kann das Glühen auch als Hochtemperaturglühen (HTA, high temperature annealing) bezeichnet werden . Das Glühen erfolgt über eine entsprechende Zeitdauer, welche im Bereich von mehreren Stunden, zum Beispiel drei Stunden, liegen kann . Für das Glühen kann eine Inertgasatmosphäre , zum Beispiel eine Stickstof f atmosphäre , innerhalb des Ofens 180 vorgesehen sein .
Durch das Glühen kann die Defekt- bzw . Versetzungsdichte in einer Halbleiterschicht 120 deutlich verkleinert werden, so dass sich eine aus der Halbleiterschicht 120 hervorgegangene geglühte Halbleiterschicht 125 durch eine geringe Defekt- bzw . Versetzungsdichte aus zeichnen kann . Dies kann auf folgenden, nicht dargestellten Prozessen beruhen, wie sie bei einem Glühen eines Ausgangssubstrats 100 mit einem Grundsubstrat 110 aus Saphir und einer Halbleiterschichtenfolge 120 aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid auftreten können .
Bei dem Glühen kann eine quasi-kohärente Schicht an der Grenz fläche zwischen der Halbleiterschicht 120 und dem Grundsubstrat 110 ( d . h . in einer möglichen Ausgestaltung eine AIN/Saphir-Grenz f läche ) erzeugt werden, welche die kristalline Information von dem Grundsubstrat 110 übernehmen kann . Die quasi-kohärente Schicht kann sich während des Glühens zur Oberfläche hin ausdehnen . Untere Bereiche dieser relaxierten Schicht können allmählich durch Rekristallisation in einen stark ausgerichteten Bereich eingebaut werden . Dabei kann die quasi-kohärente Schicht quasi als Nukleationsschicht dienen, was zu einer geringen Verkippung der geglühten Halbleiterschicht 125 führt . Parallel dazu können sich säulenförmige Domänen, welche in der Halbleiterschicht 120 vorliegen können, verdrehen, und es kann sich die Anzahl der Domänengrenzen durch Koales zenz verringern, um Energiestabilität zu erreichen .
Figur 7 zeigt eine seitliche Darstellung eines Substrats 105 , welches durch das vorstehend beschriebene Glühen eines Ausgangssubstrats 100 erzeugt werden kann . Das Substrat 105 weist , neben dem Grundsubstrat 110 , eine aus der Halbleiterschicht 120 hervorgegangene geglühte Halbleiterschicht 125 auf . Die geglühte Halbleiterschicht 125 besitzt eine geringe Defekt- bzw . Versetzungsdichte . Die Defektdichte der geglühten Halbleiterschicht 125 kann zum Beispiel < 5xl OE8 cm-2 sein . Hierdurch eignet sich das Substrat 105 für ein epitaktisches Aufwachsen einer qualitativ hochwertigen Halbleiterschichtenfolge 130 , wie es in Figur 8 gezeigt ist . Die Halbleiterschichtenfolge 130 umfasst eine aktive Zone 131 , welche zur Strahlungserzeugung ausgebildet sein kann . Das Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 130 auf dem Substrat 105 bzw . auf dessen Halbleiterschicht 125 wird mit Hil fe einer in Figur 8 schematisch angedeuteten Abscheideanlage 175 durchgeführt . Hierbei kann die Halbleiterschichtenfolge 130 durch eine metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE , metal organic vapor phase epitaxy) aufgewachsen werden .
Die Halbleiterschichtenfolge 130 wird basierend auf demselben Halbleitermaterial wie demj enigen der Halbleiterschicht 125 erzeugt . Entsprechend den vorgenannten Materialien kann die Halbleiterschichtenfolge 130 daher basierend auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid hergestellt werden . Diese Ausgestaltung kann in Bezug auf eine Herstellung von optoelektronischen Bauelementen wie LEDs oder Laserdioden zur Erzeugung von Ultraviolettstrahlung in Betracht kommen . Zur Herstellung solcher Bauelemente werden nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 130 weitere Prozesse durchgeführt (nicht dargestellt ) . Durch die geringe Versetzungsdichte der geglühten Halbleiterschicht 125 kann die Halbleiterschichtenfolge 130 in entsprechender Weise mit einer geringen Versetzungsdichte hergestellt werden . Dadurch können die optoelektronischen Bauelemente eine hohe Leuchtkraft und Ef fi zienz besitzen .
Für das Abdecken einer Halbleiterschicht 120 bei einem Glühen eines Ausgangssubstrats 100 kann auch ein im Folgenden beschriebenes Abdeckelement 150 eingesetzt werden . Dabei wird darauf hingewiesen, dass übereinstimmende Aspekte und Merkma- le im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben werden . Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen .
Figur 9 zeigt eine seitliche Darstellung eines weiteres Abdeckelements 150 , welches bei dem Glühen eines bereitgestellten Ausgangssubstrats 100 zum Schutz von dessen Halbleiterschicht 120 zum Einsatz kommen kann . Das Abdeckelement 150 besitzt größere laterale Abmessungen bzw . eine größere Querschnittsbreite als das Ausgangssubstrat 100 , so dass das Abdeckelement 150 bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat 100 und dessen Halbleiterschicht 120 hervorstehen kann . Das Abdeckelement 150 weist eine Vertiefung 155 zum Aufnehmen und dadurch Halten des Ausgangssubstrats 100 auf . Aufgrund dieser Ausgestaltung wird das Abdeckelement 150 im Folgenden auch als Halter 150 bezeichnet . Bei der in Figur 9 gezeigten Ausgestaltung ist die Vertiefung 155 des Halters 150 im Querschnitt stufenförmig ausgebildet , so dass die Vertiefung 155 einen ersten Teilbereich 156 und einen zweiten Teilbereich 157 mit einer gegenüber dem ersten Teilbereich 156 kleineren Breite umfasst .
Der Halter 150 weist eine Vorderseite 151 , in deren Bereich die Vertiefung 155 ausgebildet ist , und eine entgegengesetzte ebene Rückseite 152 auf . Für das Glühen wird das Ausgangssubstrat 100 , wie in Figur 10 dargestellt , mit der dem Halter 150 zugewandten Halbleiterschicht 120 in der Vertiefung 155 des Halters 150 angeordnet . In diesem Zustand grenzt der Halter 150 direkt an die Halbleiterschicht 120 an, und ist das Ausgangssubstrat 100 umfangsseitig von dem Halter 150 bzw . einer entsprechenden Innenwandung des Halters 150 umgeben . Die Halbleiterschicht 120 ist ferner einem Boden der Vertiefung 155 zugewandt und nach unten orientiert ( face-down) . Wie in Figur 10 veranschaulicht ist , kann das in der Vertiefung 155 des Halters 150 aufgenommene Ausgangssubstrat 100 mit dessen Grundsubstrat 110 bündig mit dem Halter 150 bzw . einem vorderseitigen Randbereich des Halters 150 seitlich von der Vertiefung 155 abschließen . Mit Hil fe des Halters 150 kann ebenfalls ein sicherer Schutz der Halbleiterschicht 120 bei dem Glühen des Ausgangssubstrats 100 erzielt werden, was einen Randbereich der Halbleiterschicht 120 einschließt . Hierbei sorgt die Vertiefung 155 des Halters 150 für eine Fixierung des Ausgangssubstrats 100 , wodurch eine Verschiebung des Ausgangssubstrats 100 während des Glühens verhindert wird . Zu diesem Zweck stimmt die Vertiefung 155 , vorliegend der erste Teilbereich 156 der Vertiefung 155 , in welchem des Ausgangssubstrat 100 aufgenommen ist , von den lateralen Abmessungen her mit dem Ausgangssubstrat 100 überein bzw . im Wesentlichen überein . Durch die Fixierung des Ausgangssubstrats 100 kann ein Freiliegen der Halbleiterschicht 120 am Rand und dadurch eine Beschädigung oder Zersetzung der Halbleiterschicht 120 in diesem Bereich verhindert werden . Auch die Verwendung des Halters 150 bietet die Möglichkeit , das Glühen in automatisierter maschineller Weise durchzuführen (nicht dargestellt ) . Dies ist von Vorteil im Hinblick auf ein gemeinsames Glühen mehrerer Ausgangssubstrate 100 , wie es weiter unten unter anderem anhand von Figur 11 näher erläutert wird . Im Vergleich zu einem nicht dargestellten Glühen von entgegengesetzt ausgerichteten Ausgangssubstraten 100 mit aneinandergrenzenden Halbleiterschichten 120 kann hierbei ein Umdrehen von Ausgangssubstraten 100 entfallen .
Gemäß der in den Figuren 9 und 10 gezeigten Ausgestaltung weist die Vertiefung 155 des Halters 150 , wie oben bereits erläutert wurde , ein stufenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten vorderseitige Teilbereich 156 und einem zweiten Teilbereich 157 auf . Dies hat zur Folge , dass bei dem in der Vertiefung 155 angeordneten Ausgangssubstrat 100 ein Hohlraum 197 zwischen der Halbleiterschicht 120 und dem Halter 150 vorliegt . Bei dem Glühen kann sich innerhalb des Hohlraums 197 eine entsprechende Atmosphäre durch verdampftes Material der Halbleiterschicht 120 bilden . Aufgrund der Stufenform weist der Halter 150 am Rand der Vertiefung 155 ferner eine umlaufende Auflagefläche 158 auf , auf welcher das Ausgangs- substrat 100 bzw . die Halbleiterschicht 120 mit einem Randbereich aufliegen und dadurch an dieser Stelle abgestützt sein kann . In Draufsicht auf die Vertiefung 155 gesehen umschließt die Auflagefläche 158 den den Hohlraum 197 zusammen mit der Halbleiterschicht 120 bildenden zweiten Teilbereich 157 der Vertiefung 155 (vgl . ergänzend die Figuren 14 und 15 ) . Die Stufenform der Vertiefung 155 kann folgendem Zweck dienen .
Bei einem nicht dargestellten Glühen von entgegengesetzt ausgerichteten Ausgangssubstraten 100 mit aneinandergrenzenden Halbleiterschichten 120 kann es aufgrund von thermisch bedingten Substratbiegungen zur Bildung eines Hohlraums zwischen den Halbleiterschichten 120 kommen . Parameter wie die Größe des Hohlraums und von Auflagebereichen der aufeinander angeordneten Ausgangssubstrate 100 können dabei nicht kontrolliert werden .
Durch die Ausgestaltung des Halters 150 mit der in den Figuren 9 und 10 gezeigten stufenförmigen Vertiefung 155 kann demgegenüber ein zusätzlicher Prozessparameter, vorliegend in Form der geometrischen Ausgestaltung der Vertiefung 155 , zur Prozessoptimierung bereitgestellt werden, um das Glühen des Ausgangssubstrats 100 zu begünstigen . In diesem Zusammenhang können die Größe des Hohlraums 197 und die Größe der das Ausgangssubstrat 100 stützenden Auflagefläche 158 durch eine entsprechende Gestaltung der Vertiefung 155 festgelegt werden . Für den zweiten Teilbereich 157 der Vertiefung 155 , nach dessen Größe sich die Größe des Hohlraums 197 richtet , kann zum Beispiel eine Ausgestaltung mit einer Tiefe im Millimeterbereich oder Mikrometerbereich in Betracht kommen .
Der Hohlraum 197 kann, bedingt durch eine während des Glühens auftretende konkave Substratbiegung und eine bei einem Abkühlen am Ende des Glühens statt findende konvexe Substratbiegung, entsprechenden Größenänderungen unterliegen (nicht dargestellt ) . Sofern ein Aufliegen der Halbleiterschicht 120 im Bereich der Mitte der Halbleiterschicht 120 an den Halter 150 vermieden werden soll , richtet sich die minimale Tiefe des zweiten Teilbereichs 157 der Vertiefung 155 nach der konvexen Substratbiegung .
Der Halter 150 kann aus denselben Materialien ausgebildet sein, wie sie oben mit Bezug auf die Abdeckplatte 140 genannt wurden . Möglich ist auch eine Ausgestaltung des Halters 150 mit einer Beschichtung . In entsprechender Weise kann der Halter 150 hierbei eine hohe Temperaturstabilität , Reinheit und Robustheit in Bezug auf eine automatisierte Handhabung besitzen, sowie gegebenenfalls für eine Reinigung oder Sättigung einer bei dem Glühen vorherrschenden Atmosphäre sorgen .
Es besteht die Möglichkeit , mehrere Ausgangssubstrate 100 unter Verwendung von mehreren Haltern 150 gemeinsam, und dadurch auf kosten- und energieef fi ziente Weise , zu glühen . Dies ist auch hier in Form eines Stapels möglich .
Zur Veranschaulichung zeigt Figur 11 eine Stapelanordnung aus Haltern 150 und Ausgangssubstraten 100 , mit welcher das Glühen durchgeführt werden kann . In den Vertiefungen 155 der Halter 150 ist j eweils ein Ausgangssubstrat 100 in einer Figur 10 entsprechenden Weise aufgenommen . In dem Stapel sind die Ausgangssubstrate 100 und Halter 150 übereinstimmend ausgerichtet . Dabei sind die Halbleiterschichten 120 einem Boden der j eweiligen Vertiefung 155 zugewandt und nach unten orientiert ( face-down) . Die Halter 150 sind derart übereinander angeordnet , dass bei zwei übereinander liegenden Haltern 150 j eweils eine Vorderseite 151 eines Halters 150 an eine Rückseite 152 eines sich darüber befindenden Halters 150 angrenzt . Sofern, wie in Figur 11 gezeigt , die Ausgangssubstrate 100 mit deren Grundsubstraten 110 bündig mit den j eweils zugehörigen Haltern 150 abschließen, kann ein Angrenzen bzw . Aufliegen von Haltern 150 auch auf sich darunter befindenden Ausgangssubstraten 100 bzw . Grundsubstraten 110 vorliegen .
Für das Glühen kommt erneut ein Ofen 180 zum Bereitstellen einer entsprechenden Wärme 185 und dadurch geeigneten Glühtemperatur zum Einsatz , wie es in Figur 11 schematisch ange- deutet ist . Bei Halbleiterschichten 120 aus einem Gruppe- I I I- Nitridverbindungshalbleitermaterial bzw . Aluminiumnitrid wird das Glühen in der oben beschriebenen Weise bei einer Temperatur im Bereich von 1700 ° C durchgeführt . Die durch das Glühen erzeugten und eine geglühte Halbleiterschicht 125 aufweisenden Substrate 105 können anschließend aus den Vertiefungen 155 der Halter 150 entnommen werden (nicht dargestellt ) . Die Halbleiterschichten 125 der Substrate 105 können eine deutlich verringerte Defekt- bzw . Versetzungsdichte aufweisen .
Ein solches Substrat 105 kann nach dem Glühen für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge 130 zur Anwendung kommen, wie es oben mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 erläutert wurde .
Für einen zum Glühen eines Ausgangssubstrats 100 eingesetzten Halter 150 mit einer Vertiefung 155 zum Aufnehmen des Ausgangssubstrats 100 können weitere Ausgestaltungen in Betracht kommen, welche Abwandlungen der in den Figuren 9 bis 11 gezeigten Ausgestaltung umfassen können .
In dieser Hinsicht zeigt Figur 12 eine seitliche Darstellung eines Halters 150 , bei welcher die Vertiefung 155 bzw . der erste Teilbereich 156 der Vertiefung 155 eine die Dicke eines Ausgangssubstrats 100 übersteigende Tiefenausdehnung besitzt , so dass das in die Vertiefung 155 eingelegte Ausgangssubstrat 100 bzw . dessen Grundsubstrat 110 nicht bündig mit einem vorderseitigen Randbereich des Halters 150 seitlich von der Vertiefung 155 abschließt . Stattdessen ist das Ausgangssubstrat 100 tiefer in der Vertiefung 155 des Halters 150 aufgenommen, und steht der Halter 150 daher an der Vorderseite 151 gegenüber dem Ausgangssubstrat 100 hervorsteht . Dies hat zur Folge , dass bei Vorsehen einer Figur 11 entsprechenden Stapelanordnung lediglich die übereinander angeordneten Halter 150 aneinandergrenzen, und kein Kontakt zwischen einem Halter 150 und einem nicht in dessen Vertiefung 155 angeordneten Ausgangssubstrat 100 besteht (nicht dargestellt ) . Figur 13 zeigt eine seitliche Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Halters 150 , bei welchem die Vertiefung 155 eine lediglich rechteckige und keine stufenförmige Querschnitts form besitzt . Hierdurch kann ein in der Vertiefung 155 auf genommenes Ausgangssubstrat 100 nach dem Anordnen bzw . wenigstens zu Beginn des Glühens mit der Halbleiterschicht 120 auf dem gesamten Boden der Vertiefung 155 aufliegen . Eine nicht gezeigte Abwandlung der Ausgestaltung von Figur 13 kann darin bestehen, die Tiefe der Vertiefung 155 derart zu wählen, dass der Halter 150 , entsprechend Figur 12 , an der Vorderseite 151 gegenüber dem Ausgangssubstrat 100 hervorsteht .
Die Figuren 14 bis 17 zeigen anhand von unterschiedlichen Ansichten eine weitere Ausgestaltung eines Halters 150 mit einer stufenförmigen Vertiefung 155 , welcher eine Weiterbildung der Ausgestaltung von Figur 12 darstellen kann . Figur 14 zeigt den Halter 150 in einer perspektivischen Ansicht , wohingegen der Halter in Figur 15 in einer Aufsichtsdarstellung abgebildet ist . Die Figuren 16 und 17 zeigen eine seitliche Schnittdarstellung des Halters 150 , wobei sich die Schnittebene auf eine in Figur 15 gezeigte Schnittlinie bezieht . In Figur 17 ist der in Figur 16 gestrichelt angedeutete Bereich in Form eines Ausschnitts vergrößert dargestellt . Der Halter 150 weist am Rand der Vertiefung 155 eine Aussparung 160 auf (vgl . Figur 14 ) . Hierdurch kann ein durch das Glühen erzeugtes Substrat 105 in einfacher Weise mechanisch durch Untergrei fen bzw . Unterhebeln aus dem Halter 150 entnommen werden (nicht dargestellt ) .
Darüber hinaus weist der Halter 150 einander entsprechende Fixierstrukturen an der Vorder- und Rückseite 151 , 152 auf , mit deren Hil fe eine Fixierung des Halters 150 mit weiteren baugleich ausgeführten Haltern 150 bei einer gestapelten Anordnung erzielt werden kann . Gemäß der in den Figuren 14 bis 17 gezeigten Ausgestaltung umfasst der Halter 150 an der Vorderseite 151 eine umlaufende Erhebung 161 und eine sich hiervon erstreckende , nach innen gerichtete Erhebung 162 (vgl . Figur 14 ) . Hierzu korrespondierend ist an der Rückseite 152 des Halters 150 eine umlaufende Ausnehmung 165 mit einer sich hiervon erstreckenden, nach innen gerichteten Ausnehmung 166 ausgebildet . Diese Strukturen 165 , 166 sind lediglich in den Schnittansichten der Figuren 16 und 17 abgebildet . Von den Abmessungen her ist die umlaufende Ausnehmung 165 der umlaufenden Erhebung 161 , und ist die Ausnehmung 166 der Erhebung 162 entsprechend ausgebildet . Bei einer Figur 11 entsprechenden gestapelten Anordnung aus solchen Haltern 150 können j eweils die Erhebungen 161 , 162 eines Halters 150 in den Ausnehmungen 165 , 166 eines darüber angeordneten Halters 150 aufgenommen sein, wodurch die Halter 150 fixiert sind (nicht dargestellt ) . Die Halter 150 können dabei gegenüber Verschiebungen und Drehbewegungen gesichert sein, was eine Prozessautomatisierung begünstigt .
Für ein gemeinsames und dadurch kosten- und energieef fi zientes Glühen von mehreren Ausgangssubstraten 100 können weitere Ausgestaltungen und Anordnungen in Betracht kommen, wie im Folgenden anhand der seitlichen Darstellungen der Figuren 18 bis 22 erläutert wird . Bei diesen Varianten, welche auf den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen basieren, sind j eweils mehrere Ausgangssubstrate 100 in einer oder mehreren Ebenen nebeneinander angeordnet . Mit Bezug auf übereinstimmende Merkmale und Details wird auch hier auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen .
Figur 18 zeigt eine zu Figur 3 korrespondierende und für das Glühen einsetzbare Anordnung, bei welcher eine Abdeckplatte 140 zum Abdecken von mehreren (bzw . in der Schnittansicht von zwei ) nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten 100 dient . Die Ausgangssubstrate 100 sind in einer gemeinsamen Ebene bzw . hori zontal nebeneinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet . Die Abdeckplatte 140 grenzt mit einer Hauptseite 142 direkt an die Halbleiterschichten 120 der Ausgangssubstrate 100 an . Entsprechend Figur 3 liegt die Abdeckplatte 140 auf den Halbleiterschichten 120 auf , und sind die Halbleiterschichten 120 der darüber angeordneten Abdeckplatte 140 zugewandt und nach oben ausgerichtet ( face-up ) . Die Ab- deckplatte 140 besitzt größere laterale Abmessungen als die mehreren Ausgangssubstrate 100 , so dass das Glühen derart erfolgen kann, dass die Abdeckplatte 140 lateral gegenüber den Ausgangssubstraten 100 und deren Halbleiterschichten 120 hervorsteht . Hierdurch kann ein Freiliegen der Halbleiterschichten 120 verhindert und dadurch ein sicherer Schutz der Halbleiterschichten 120 bei dem Glühen erzielt werden .
Eine nicht gezeigte Abwandlung von Figur 18 ist eine zu Figur 4 korrespondierende Anordnung, bei welcher mehrere in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnete und zueinander beabstandete Ausgangssubstrate 100 mit den Halbleiterschichten 120 auf der Abdeckplatte 140 aufliegen, und die Halbleiterschichten 120 der Ausgangssubstrate 100 der darunter angeordneten Abdeckplatte 140 zugewandt und nach unten ausgerichtet sind ( face-down) .
Figur 19 zeigt eine zu Figur 5 korrespondierende Stapelanordnung aus Ausgangssubstraten 100 und Abdeckplatten 140 , welche für das Glühen vorgesehen sein kann, und bei welcher j eweils mehrere (bzw . in der Schnittansicht j eweils zwei ) Ausgangssubstrate 100 hori zontal nebeneinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind . Die Ausgangssubstrate 100 und Abdeckplatten 140 sind derart angeordnet , dass die Abdeckplatten 140 mit j eder der beiden Hauptseiten 141 , 142 an mehrere Halbleiterschichten 120 direkt angrenzen . Beidseitig der Abdeckplatten 140 befinden sich mehrere entgegengesetzt orientierte Ausgangssubstrate 100 , welche mit den Halbleiterschichten 120 an die j eweiligen Abdeckplatten 140 angrenzen . Zwischen den Abdeckplatten 140 befinden sich ebenfalls mehrere entgegengesetzt orientierte Ausgangssubstrate 100 , von denen j eweils zwei mit den Grundsubstraten 110 aneinandergrenzen . Die Ausgangssubstrate 100 sind mit nach unten ( facedown) und nach oben ( face-up ) weisenden Halbleiterschichten 120 ausgerichtet . Die Stapelanordnung umfasst dabei mehrere Ebenen aus hori zontal nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten 100 . Die Abdeckplatten 140 ragen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten 100 hervor, wodurch ein Freiliegen der Halbleiterschichten 120 verhindert wird .
Figur 20 zeigt eine zu Figur 6 korrespondierende Stapelanordnung aus Ausgangssubstraten 100 und Abdeckplatten 140 , mit welcher das Glühen erfolgen kann, und bei welcher j eweils mehrere (bzw . in der Schnittansicht j eweils zwei ) Ausgangssubstrate 100 hori zontal nebeneinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind . Die Abdeckplatten 140 grenzen mit lediglich einer Hauptseite 142 an mehrere (bzw . zwei ) Halbleiterschichten 120 direkt an . In Stapelrichtung gesehen liegen abwechselnd eine Abdeckplatte 140 und eine Nebeneinanderanordnung aus mehreren (bzw . zwei ) Ausgangssubstraten 100 vor . Auch hierbei umfasst der Stapel mehrere Ebenen aus horizontal nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten 100 . Die Abdeckplatten 140 ragen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten 100 hervor, wodurch ein Freiliegen der Halbleiterschichten 120 vermieden wird . Gemäß Figur 20 sind die Ausgangssubstrate 100 mit nach oben weisenden Halbleiterschichten 120 ( face-up ) ausgerichtet . Möglich ist auch eine hierzu inverse Ausgestaltung mit nach unten weisenden Halbleiterschichten 120 ( face-down, nicht dargestellt ) .
Figur 21 zeigt eine zu den Figuren 9 und 10 korrespondierende Ausgestaltung eines Halters 150 , welcher zum Halten von mehreren (bzw . in der Schnittansicht von zwei ) in einer gemeinsamen Ebene bzw . hori zontal nebeneinander angeordneten Ausgangssubstraten 100 ausgebildet ist . Der Halter 150 besitzt größere laterale Abmessungen als die Ausgangssubstrate 100 , und weist mehrere (bzw . in der Schnittansicht zwei ) nebeneinander angeordnete Vertiefungen 155 zum Aufnehmen und dadurch Halten der Ausgangssubstrate 100 auf . Die Vertiefungen 155 sind im Bereich der Vorderseite 151 des Halters 150 ausgebildet . Jede der Vertiefungen 150 dient zum Aufnehmen von einem Ausgangssubstrat 100 , und besitzt ein stufenförmiges Quer- schnittsprof il mit einem ersten vorderseitigen Teilbereich 156 und einem zweiten Teilbereich 157 . Die Ausgangssubstrate 100 werden für das Glühen mit den dem Halter 150 zugewandten Halbleiterschichten 120 in den j eweiligen Vertiefungen 155 des Halters 150 angeordnet , so dass der Halter 150 direkt an die Halbleiterschichten 120 angrenzt und die Ausgangssubstrate 100 umfangsseitig von dem Halter 150 umgeben sind . Die Halbleiterschichten 120 sind dabei einem Boden der j eweiligen Vertiefungen 155 zugewandt und nach unten orientiert ( facedown) . Gemäß der in Figur 21 gezeigten Ausgestaltung schließen die in den Vertiefungen 155 angeordneten Ausgangssubstrate 100 mit deren Grundsubstraten 110 bündig mit einem vorderseitigen Bereich des Halters 150 seitlich von den Vertiefungen 155 ab . Durch den Halter 150 kann eine Fixierung der Ausgangssubstrate 100 und ein sicherer Schutz der Halbleiterschichten 120 vor einem Freiliegen bei dem Glühen der Ausgangssubstrate 100 erzielt werden . Aufgrund der Stufenform der Vertiefungen 155 liegt zwischen den Halbleiterschichten 120 und dem Halter 150 j eweils ein Hohlraum 197 vor, und weist der Halter 150 am Rand der Vertiefungen 155 j eweils eine umlaufende Auflagefläche 158 zum Abstützen der Halbleiterschichten 120 auf . Dadurch kann auch hier ein zusätzlicher Prozessparameter zur Prozessoptimierung zur Verfügung gestellt werden .
Figur 22 zeigt eine zu Figur 11 korrespondierende Stapelanordnung aus Haltern 150 und Ausgangssubstraten 100 , mit welcher das Glühen erfolgen kann . Die Halter 150 weisen j eweils mehrere (bzw . in der Schnittansicht zwei ) Vertiefungen 155 auf , in welchen j eweils ein Ausgangssubstrat 100 entsprechend Figur 21 aufgenommen ist . In dem Stapel sind die Ausgangssubstrate 100 und Halter 150 übereinstimmend ausgerichtet . Dabei sind die Halbleiterschichten 120 einem Boden der j eweiligen Vertiefung 155 zugewandt und nach unten orientiert ( facedown) . Die Halter 150 sind derart übereinander angeordnet , dass bei zwei übereinander liegenden Haltern 150 j eweils eine Vorderseite 151 eines Halters 150 an eine Rückseite 152 eines sich darüber befindenden Halters 150 angrenzt . Sofern, wie in Figur 22 gezeigt , die Ausgangssubstrate 100 mit deren Grundsubstraten 110 bündig mit den j eweils zugehörigen Haltern 150 abschließen, kann ein Angrenzen bzw . Aufliegen von Haltern 150 auch auf sich darunter befindenden Ausgangssubstraten 100 bzw . Grundsubstraten 110 vorliegen .
Für einen Halter 150 mit mehreren Vertiefungen 155 zum Aufnehmen und Glühen von mehreren Ausgangssubstraten 100 können die anhand der Figuren 12 bis 17 erläuterten Ausgestaltungen in entsprechender Weise zur Anwendung kommen . Beispielsweise können die Vertiefungen 155 eine die Dicke der Ausgangssubstrate 100 übersteigende Tiefenausdehnung besitzen, so dass die in die Vertiefungen 155 eingelegten Ausgangssubstrate 100 bzw . deren Grundsubstrate 110 nicht bündig mit einem vorderseitigen Bereich des Halters 150 abschließen, sondern der Halter 150 an der Vorderseite 151 gegenüber den Ausgangssubstraten 100 hervorsteht . Ferner können die Vertiefungen 155 eine lediglich rechteckige und keine stufenförmige Querschnitts form besitzen . Des Weiteren können Strukturen wie eine Aussparung 160 am Rand der Vertiefungen 155 sowie Fixierstrukturen 161 , 162 , 165 , 166 an der Vorder- und Rückseite 151 , 152 des Halters 150 vorgesehen sein ( j eweils nicht dargestellt ) .
Neben den vorstehend beschriebenen und in den Figuren abgebildeten Aus führungs formen sind weitere Aus führungs formen vorstellbar, welche weitere nicht gezeigte Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können .
In diesem Sinne können obige Angaben zu Materialien sowie Zahlenangaben als Beispiele angesehen werden, welche durch andere Angaben ersetzt werden können . Andere Anzahlen können ferner in Bezug auf in den Figuren gezeigte Merkmale und Komponenten in Betracht kommen .
In dieser Hinsicht können zum Beispiel die Stapelanordnungen der Figuren 5 , 6 , 11 , 19 , 20 und 22 mit anderen Anzahlen an Ausgangssubstraten 100 und Abdeckelementen 140 , 150 verwirklicht sein . Auch können die anhand der Figuren 18 bis 22 erläuterten Ausgestaltungen und Anordnungen derart abgewandelt werden, dass in der j eweiligen Schnittansicht mehr als zwei hori zontal nebeneinander angeordnete Ausgangssubstrate 100 vorliegen . Mit Bezug auf die Halter 150 können diese hierzu im Querschnitt mehr als zwei nebeneinander angeordnete Vertiefungen 155 aufweisen .
Mit Bezug auf Figur 18 kann eine Variation darin bestehen, das Glühen mit einer Anordnung durchzuführen, bei welcher beidseitig der Abdeckplatte 140 j eweils mehrere Ausgangssubstrate 100 oder lediglich ein Ausgangssubstrat 100 vorliegen, und die Abdeckplatte 140 mit beiden Hauptseiten 141 , 142 j eweils an mehrere Halbleiterschichten 120 oder lediglich an eine Halbleiterschicht 120 angrenzt .
In einer weiteren Abwandlung können für Halter 150 anstelle der in den Figuren 14 bis 17 gezeigten Fixierstrukturen 161 , 162 , 165 , 166 anders gestaltete Fixierstrukturen bzw . Erhebungen und Ausnehmungen mit anderen Formen vorgesehen sein .
Eine weitere Abwandlung kann darin bestehen, eine Halbleiterschicht 120 durch ein anderes Beschichtungsverfahren als durch eine Sputterbeschichtung auf einem Grundsubstrat 110 aus zubilden . Anstelle einer Sputterbeschichtung kann ein anderes PVD-Verf ahren (physical vapor deposition) zum Einsatz kommen . Möglich ist auch ein CVD-Verf ahren ( chemical vapor deposition) wie zum Beispiel eine metallorganische Gasphasenepitaxie .
Es wird ferner auf die Möglichkeit verwiesen, abweichend von den Figuren 5 , 6 , 11 sowie 18 bis 22 lediglich ein Ausgangssubstrat 100 in einem Ofen 180 unter Verwendung eines Abdeckelements 140 , 150 einem Glühen zum Ausheilen einer Halbleiterschicht 120 des Ausgangssubstrats 100 zu unterziehen .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE Ausgangssubstrat Substrat Grundsubstrat Halbleiterschicht geglühte Halbleiterschicht Halbleiterschichtenfolge aktive Zone Abdeckelement , Abdeckplatte Hauptseite Hauptseite Abdeckelement , Halter Vorderseite Rückseite Vertiefung Teilbereich Teilbereich Auflagefläche Aussparung Erhebung Erhebung Ausnehmung Ausnehmung Abscheideanlage Abscheideanlage Ofen Wärme Überstand Ausrichtung Hohlraum

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum Herstellen eines Substrats (105) für ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (130) , umfassend:
Bereitstellen eines Ausgangssubstrats (100) , welches ein Grundsubstrat (110) und eine auf dem Grundsubstrat (110) ausgebildete Halbleiterschicht (120) aus einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial aufweist; und
Erzeugen des Substrats (105) durch Glühen des Ausgangssubstrats (100) , wobei das Glühen unter Verwendung eines an die Halbleiterschicht (120) angrenzenden Abdeckelements (140, 150) zum Abdecken der Halbleiterschicht
(120) durchgeführt wird, welches größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat (100) aufweist, so dass das Abdeckelement (140, 150) bei dem Glühen lateral gegenüber dem Ausgangssubstrat (100) hervorsteht. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abdeckelement (140) plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten (141, 142) ausgebildet ist, und bei dem Glühen mit einer Hauptseite (141, 142) an die Halbleiterschicht (120) angrenzt. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abdeckelement (140) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1mm und 50mm aufweist. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abdeckelement (150) eine Vertiefung (155) zum Aufnehmen des Ausgangssubstrats (100) aufweist, und das Glühen mit dem in der Vertiefung (155) angeord- neten Ausgangssubstrat (100) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vertiefung (155) im Querschnitt stufenförmig ausgebildet ist, so dass bei dem in der Vertiefung (155) angeordneten Ausgangssubstrat (100) ein Hohlraum (197) zwischen der Halbleiterschicht (120) und dem Abdeckelement (150) vorliegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Abdeckelement (150) am Rand der Vertiefung (155) eine Aussparung (160) zum Ermöglichen eines Untergreifens des Substrats (105) aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Abdeckelement (150) Fixierstrukturen (161, 162, 165, 166) zum Herstellen einer Fixierung mit weiteren Abdeckelementen (150) aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdeckelement (140, 150) wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist:
Metall; Keramik; Graphit; Saphir; III-V- Verbindungshalbleitermaterial ; Nitridverbindungshalb- leitermaterial ; Aluminiumnitrid. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Grundsubstrat (110) ein Saphirsubstrat ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Ausgangssubstrats (100) ein Ausbilden der Halbleiterschicht (120) auf dem Grundsubstrat (110) durch Durchführen einer physikalischen Gasphasenabscheidung oder einer chemischen Gasphasenabscheidung umfasst, und/ oder wobei die Halbleiterschicht (120) aus einem der folgenden Materialien ausgebildet ist: Nitridverbindungshalbleitermaterial ; oder Aluminiumnitrid . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 1700°C durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Substrate (105) hergestellt werden, indem mehrere Ausgangssubstrate (100) aufweisend ein Grundsubstrat (110) und eine auf dem Grundsubstrat (110) ausgebildete Halbleiterschicht (120) bereitgestellt werden und die Substrate (105) durch gemeinsames Glühen der Ausgangssubstrate (100) erzeugt werden, und das Glühen unter Verwendung von wenigstens einem an die Halbleiterschichten (120) angrenzenden Abdeckelement (140, 150) zum Abdecken der Halbleiterschichten (120) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Glühen unter Verwendung von mehreren an die Halbleiterschichten (120) angrenzenden Abdeckelementen (140, 150) zum Abdecken der Halbleiterschichten (120) durchgeführt wird, welche größere laterale Abmessungen als die Ausgangssubstrate (100) aufweisen, so dass die Abdeckelemente (140, 150) bei dem Glühen lateral gegenüber den Ausgangssubstraten (100) hervorstehen, und das Glühen mit einer gestapelten Anordnung aus Ausgangssubstraten (100) und Abdeckelementen (140, 150) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abdeckelemente (140) plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten (141, 142) ausge- bildet sind, und das Glühen derart erfolgt, dass die Abdeckelemente (140) mit beiden Hauptseiten (141, 142) jeweils an wenigstens eine Halbleiterschicht (120) angrenzen. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abdeckelemente (140) plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten (141, 142) ausgebildet sind, und das Glühen derart erfolgt, dass die Abdeckelemente (140) mit lediglich einer Hauptseite (142) an wenigstens eine Halbleiterschicht (120) angrenzen. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abdeckelemente (150) wenigstens eine Vertiefung (155) zum Aufnehmen eines Ausgangssubstrats (100) aufweisen, und das Glühen mit den in den Vertiefungen (155) der Abdeckelemente (150) angeordneten Ausgangssubstraten (100) durchgeführt wird. Abdeckelement (140, 150) zur Verwendung bei einem Glühen eines Ausgangssubstrats (100) in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdeckelement (140, 150) größere laterale Abmessungen als das Ausgangssubstrat (100) aufweist. Abdeckelement nach Anspruch 17, wobei das Abdeckelement (140) plattenförmig mit zwei entgegengesetzten ebenen Hauptseiten (141, 142) ausgebildet ist. Abdeckelement nach Anspruch 17, wobei das Abdeckelement (150) eine Vertiefung (155) zum Aufnehmen des Ausgangssubstrats (100) aufweist. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge (130) , umfassend:
Herstellen eines Substrats (105) durch Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16; und nachfolgendes epitaktisches Aufwachsen der Halbleiter- schichtenfolge (130) auf dem Substrat (105) .
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