半導體層序列和用於製造半導體層序列的方法與流程

2023-05-24 01:12:41 2

本發明專利申請是申請日為2014年1月28日、申請號為201480006555.5、發明名稱為「半導體層序列和用於製造半導體層序列的方法件」的發明專利申請的分案申請。

提出一種半導體層序列和一種用於製造該半導體層序列的方法。半導體層序列能夠是電子的、尤其是光電子的半導體層序列。

背景技術：

文獻physicastatussolidic,no.6,1583-1606(2003)/doi10.1002/pssc.200303122涉及一種用於製造半導體層序列的方法。

技術實現要素：

待實現的目的在於：提出一種半導體層序列，所述半導體層序列可成本有效地且節省材料地製造。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，該半導體層序列包括第一氮化物化合物半導體層、第二氮化物化合物半導體層和設置在第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層之間的中間層。在本文中將「氮化物化合物半導體層」和/或「中間層」理解為如下半導體層，所述半導體層局部地包括氮化物化合物半導體材料或者由氮化物化合物半導體材料構成。

將「氮化物化合物半導體材料」理解為如下半導體材料，所述半導體材料具有alngamin1-n-mn或者由其構成，其中0≤n≤1，0≤m≤1並且n+m≤1。在此該材料不必強制性地具有根據上式的數學上的精確組份。更確切地說，其例如能夠具有一種或多種摻雜物質以及附加的組成部分。然而為了簡單起見，上式僅包含晶格(al、ga、in、n)的主要的組成部分，即使這些組成部分能夠部分地通過少量其它的物質來取代和/或補充時也如此。

第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層至少局部地不直接彼此鄰接，而是通過中間層彼此隔開。這就是說：第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物半導體層分別藉助朝向中間層的面鄰接、尤其是直接鄰接中間層。此外可以考慮的是，在中間層中構成微裂紋時第二氮化物化合物半導體層至少局部地經由中間層的微裂紋與第一氮化物化合物半導體層至少部分地連接。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，從第一氮化物化合物半導體層起，中間層和第二氮化物化合物半導體層沿著半導體層序列的生長方向依次地設置並且直接相繼地彼此鄰接。在本文中將「生長方向」理解為半導體層序列的生長方向。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，中間層至少局部地具有與第一氮化物化合物半導體層不同的晶格常數。在本文中也能夠將「晶格常數」理解為平均晶格常數。

這就是說：中間層不匹配於第一氮化物化合物半導體層的晶格常數。中間層首先在製造公差的範圍中生長在第一氮化物化合物半導體層上，其中隨著生長的進行，中間層尤其在微裂紋形成的條件下鬆弛並且至少局部地具有對於中間層而言特定的晶格常數。特定的晶格常數與第一氮化物化合物半導體層的晶格常數不同。換句話說，中間層儘可能與通過第一氮化物化合物半導體層預設的晶格常數無關地生長。中間層在第一氮化物化合物半導體層上的非匹配晶格的生長尤其能夠通過中間層的生長工藝期間的工藝參數來控制、影響和/或確定。

在本文中尤其將「生長」理解為藉助於化學氣相沉積(cvd)或者物理氣相沉積的外延生長、例如分子束外延(mbe)。此外，液相外延(lpe)或者氫化物氣相外延(hvpe)是可以考慮的。為了生長半導體層序列使用沉積法、覆層法、和/或生長法。特別地，使用化學氣相沉積(cvd，chemicalvapordeposition)與可能有利的變型形式、如尤其是mocvd(金屬有機cvd)、pecvd(等離子增強cvd)、hfcvd(熱絲cvd)、lpcvd(低壓cvd)和apcvd(常壓cvd)。在本文中，分別將化學氣相沉積(cvd)或者物理氣相沉積理解為用於生長半導體層序列的基本原理從而充分涵蓋其它的基於上述基本原理的方法變型形式。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第二氮化物化合物半導體層與中間層至少局部地晶格匹配。在本文中將「晶格匹配」理解為：中間層的特定的晶格常數與第二氮化物化合物半導體層的特定的晶格常數沿著橫向方向的偏差至少局部地不大於1％。這就是說：第二氮化物化合物半導體層在製造公差的範圍中基於中間層的晶格常數生長。第二氮化物化合物半導體層在中間層上的晶格匹配的生長尤其能夠通過在中間層上的生長工藝期間的工藝參數來控制、影響和/或調節。

將非晶格匹配的生長理解為在此所描述的中間層的非假晶的生長。將晶格匹配的生長尤其理解為在此所描述的第二氮化物化合物半導體層的假晶的生長。在假晶的生長中，保持晶格常數沿著橫向方向的擴展。晶格常數垂直於橫向方向的擴展尤其能夠由於晶體中的原子鍵和由此產生的力來改變，其中泊松數能夠描述上述擴展。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，該半導體層序列包括第一氮化物化合物半導體層、第二氮化物化合物半導體層和設置在第一氮化物化合物半導體層和氮化物第二半導體層之間的中間層，其中從第一氮化物化合物半導體層起，中間層和第二氮化物化合物半導體層沿著半導體層序列的生長方向依次地設置並且直接相繼地彼此鄰接。中間層至少局部地具有與第一氮化物化合物半導體層不同的晶格常數並且第二氮化物化合物半導體層至少局部地與中間層晶格匹配。

包括氮化物化合物半導體材料或者由氮化物化合物半導體材料構成的氮化物化合物半導體層尤其在生長期間且尤其在市售的襯底、尤其是矽生長襯底上的冷卻期間具有高的應力。應力尤其會導致氮化物化合物半導體層的損傷。特別地，襯底的晶格失配和不同的熱膨脹係數在氮化物化合物半導體層的生長且尤其是冷卻期間引起氮化物化合物半導體層中的宏觀的裂紋形成。特別地，氮化物化合物半導體材料在成本適宜的矽生長襯底上的外延生長和冷卻，在所構成的層序列不具有損傷的情況下不是容易可行的。損傷例如能夠以宏裂紋的形式存在。矽生長襯底具有下述優點：該矽生長襯底與例如藍寶石襯底相比明顯更便宜。

在本文中將「宏裂紋」理解為如下裂紋，所述裂紋伸長穿過整個半導體層序列從而尤其破壞產生光的led結構。在本文中將「微裂紋」理解為如下裂紋，所述裂紋能夠在層或者層序列、例如中間層內部構成。換句話說，微裂紋和宏裂紋之間的主要差異在於：在此所描述的微裂紋出現在中間層中並且包圍中間層的氮化物化合物半導體層不具有微裂紋。在中間層中構成的微裂紋與宏裂紋相比彼此間明顯更緊密地設置。

在此處所描述的半導體層序列中已令人驚訝地發現：在第二氮化物化合物半導體層在為此所設的中間層上晶格匹配地生長時，第二氮化物化合物半導體層以壓縮的方式夾緊地生長。壓縮的方式夾緊在製成半導體層序列之後、尤其冷卻之後抵抗所構成的拉應力。在半導體層序列中不構成宏觀的裂紋。這種令人驚訝的發現的基礎是：考慮尤其是在中間層中可證實的微裂紋，所述微裂紋基於中間層在第一氮化物化合物半導體層上的非晶格匹配的或者非假晶的生長。通過中間層的非晶格匹配的生長，中間層在生長期間鬆弛，其中在中間層中構成在此所描述的微裂紋。

換句話說，在此所描述的半導體層序列在矽生長襯底上的無損的外延生長是可行的。這就是說：通過在此所描述的半導體層序列尤其能夠使用矽生長襯底。關於外延生長的半導體層序列的結果在此與生長在藍寶石或者碳化矽上的半導體層序列是相似的。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層包括一種氮化物化合物半導體材料，所述氮化物化合物半導體材料具有alngamin1-n-mn或者由其構成，其中0≤n≤1，0≤m≤1並且n+m≤1，第二氮化物化合物半導體層包括另一種氮化物化合物半導體材料，所述另一種氮化物化合物半導體材料具有alxinyga1-x-yn或者由其構成，其中0≤x≤1，0≤y≤1並且x+y≤1，並且中間層包括一種氮化物化合物半導體材料，所述氮化物化合物半導體材料具有alrinsga1-r-sn或者由其構成，其中0≤r≤1，0≤s≤1並且r+s≤1。

指數n、m尤其能夠與指數x、y不同。指數n、m例如與指數x、y彼此分別相差10％。在中間層中，與在第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層中相比，鋁含量更高。在此所描述的氮化物化合物半導體材料此外例如能夠被摻雜，以構成有源層。第二氮化物化合物半導體層例如能夠具有n型摻雜的和p型摻雜的區域，其中在n型摻雜的區域和p型摻雜的區域之間能夠構成有源層。

中間層例如能夠完全地由aln構成。中間層此外尤其能夠由具有沿著生長方向提高的r的材料alrga1-rn構成，其中0<r≤1。在此，r尤其能夠採用0.1和0.95之間的值。鋁含量的增加能夠與中間層的生長持續時間的增加或者厚度的增加呈線性。換句話說，關於中間層中的鋁含量構成材料梯度，其中鋁含量隨著生長持續時間的增加沿著層序列的生長方向增加。生長參數引起產生中間層的鬆弛並且在中間層中構成微裂紋，所述微裂紋尤其能夠基於材料梯度。

根據至少一個實施方式，第二氮化物化合物半導體材料例如沿著半導體層序列的生長方向具有增加濃度的矽摻雜和/或恆定濃度的矽摻雜。通過矽摻雜，第二氮化物化合物半導體層尤其能夠具有改進的電流分布。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層的氮化物化合物半導體材料和第二氮化物化合物半導體層的另一種氮化物化合物半導體材料是相同的。換句話說，第一氮化物化合物半導體層的指數n、m與第二氮化物化合物半導體層的指數x、y採用相同的值。關於第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層，將「相同的」理解為在製造公差的範圍中相同的化學組份。在此所描述的半導體層序列例如能夠具有下述組份：gan/aln/gan，其中gan描述第一氮化物化合物半導體層，aln描述中間層並且gan描述第二氮化物化合物半導體層。

然而「相同」不表示：第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層關於其晶格常數在製造公差的範圍中是相同的。假晶地生長的第一氮化物化合物半導體層能夠在製造公差的範圍中關於原子的組分與非假晶生長的第二氮化物化合物半導體層相同，其中其晶格常數是不同的。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，中間層包括微裂紋並且第二氮化物化合物半導體層至少局部地存在於微裂紋中。中間層具有與第一氮化物化合物半導體層不同的晶格常數。這就是說：中間層非晶格匹配地或者非假晶地在第一氮化物化合物半導體層上生長。由此隨著中間層中的層厚度增加而構成微裂紋，所述微裂紋至少局部地完全穿過中間層。此外，第二氮化物化合物半導體層能夠通過在中間層中的構成的微裂紋與第一氮化物化合物半導體層接觸。

換句話說，中間層至少局部地包括各個中間層塊和/中間層島，所述中間層塊和/或中間層島總體上描述中間層並且至少局部地彼此直接接觸。這就是說：第一氮化物化合物半導體層能夠通過中間層的微裂紋例如與穿過中間的工藝氣體直接接觸。

在中間層上晶格匹配地生長的第二氮化物化合物半導體層在微裂紋中以及在中間層的通過微裂紋形成的各個中間層塊和/或中間層島上島狀地生長。隨著第二氮化物化合物半導體層的生長持續時間的增加，第二氮化物化合物半導體層的氮化物化合物半導體材料熔化、連接和/或封閉成在橫向上均勻地構成的第二氮化物化合物半導體層。生長同時在中間層的裂紋中和中間層塊和/或中間層島上開始。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，中間層具有如下鋁含量，所述鋁含量大於第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層的鋁含量。中間層的鋁含量例如為至少85％。也可以考慮的是100％的鋁含量。這就是說：中間層在製造公差的範圍中不包括任何元素的鎵。通過中間層中的較大的鋁含量，中間層在鬆弛的狀態中與鄰接於鬆弛狀態中的中間層的氮化物化合物半導體層相比具有更小的晶格常數。這就是說：如果第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層例如沒有鋁，那麼在鬆弛的狀態中所述第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層與含鋁的中間層相比具有更大的晶格常數。

在本文中將「鬆弛的狀態」理解為在此所描述的層的未夾緊的狀態。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，中間層與第一氮化物化合物半導體層和氮化物第二半導體層相比具有更小的晶格常數。通過中間層的在此描述的明顯更高的鋁含量，該中間層與第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層相比具有更小的晶格常數。這就是說：中間層在生長到第一氮化物化合物半導體層上時保持其較小的晶格常數。然而在第二氮化物化合物半導體層生長時，第二氮化物化合物半導體層至少局部地採用中間層的晶格常數，所述晶格常數小於第二氮化物化合物半導體層的材料典型的晶格常數。由此，第二氮化物化合物半導體層以壓縮的方式夾緊地在中間層上生長。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層包括掩模層。在本文中將「包括」理解為：掩模層在第一氮化物化合物半導體層的內部構成，例如掩模層集成、嵌入在第一氮化物化合物半導體層中，和/或在第一氮化物化合物半導體層的兩個彼此相繼的層區域之間生長。

掩模層尤其能夠包括氮化矽或者由氮化矽構成。掩模層能夠引起第一氮化物化合物半導體層中的位錯密度的減小。此外，掩模層能夠引起第一氮化物化合物半導體層中的缺陷(misfit失配)的減少。第一氮化物化合物半導體層的掩模層是半導體層序列的可選的部件並且不因其存在而引起產生在此所描述的令人驚訝地觀察到以壓縮的方式夾緊地生長的第二氮化物化合物半導體層序列。

根據至少一個實施方式，中間層具有在5nm和100nm之間的層厚度。在此關於中間層的層厚度說明的區域優選影響以藉助於尤其高壓縮夾緊的方式製造半導體層序列。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第二氮化物化合物半導體層在其生長之後以壓縮的方式夾緊。第二氮化物化合物半導體層的以壓縮的方式夾緊通過非假晶地或者非晶格匹配地生長的中間層和中間層的微裂紋引起。這就是說：第二氮化物化合物半導體層的以壓縮的方式夾緊基於第二氮化物化合物半導體層在中間層上的假晶的或者晶格匹配的生長。第二氮化物化合物半導體層在生長期間通過工藝參數匹配於中間層的晶格常數，使得第二氮化物化合物半導體層以壓縮的方式夾緊地生長。

在本文中將「工藝參數」理解為如下工藝參數，所述工藝參數在半導體層的生長之前、期間或者之後能夠被調節、改變和/或控制。所使用的氮化物化合物半導體材料的各個元素的壓強、溫度、氣流，流動速度和/或生長率或者生長速度例如是如下可行的工藝參數，所述工藝參數尤其能夠影響在此描述的氮化物化合物半導體層和中間層的晶格匹配的或者非晶格匹配的生長。

用於構成第一氮化物化合物半導體層和第二氮化物化合物半導體層的生長工藝例如能夠通過gan生長工藝基於尤其通過反應器中的nh3流所確定的三甲基鎵(tmga)和v/iii族比例來描述。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，對於中間層的非假晶的生長而言設定大約800℃至1100℃的範圍中的溫度範圍。此外，將壓強設定到50mbar至150mbar上並且將低的v/iii族比例設定在50至5000的範圍中、尤其優選50至500。三甲基鎵(tmga)與三甲基鋁(tmal)的比例構成在此所描述的關於中間層的鋁含量的材料梯度。載氣中的氫含量能夠根據中間層中的在此所描述的腔的期望的大小改變。第二氮化物化合物半導體層於是尤其以非摻雜的形式生長到中間層上並且反應器運行點例如對應於gan生長條件。

特別地，當鄰接於中間層的第二氮化物化合物半導體層是非摻雜的時，在此所描述的半導體層序列能夠構成更高的壓縮的方式的夾緊。這能夠在半導體層序列冷卻期間引起對半導體層序列補償增大。當第二氮化物化合物半導體層的直接生長到中間層上的第一層片至少部分地以非摻雜的形式構成時，尤其也能夠實現在此所描述的壓縮方式的夾緊。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層具有腔，所述腔在俯視圖中與中間層的微裂紋重疊。在中間層中構成的微裂紋至少局部連續地穿過中間層構成。第一氮化物化合物半導體層因此在微裂紋的區域中在中間層的生長期間至少局部地與工藝氣體直接接觸。通過在中間層的生長期間選擇相應的工藝氣體、例如氫，第一氮化物化合物半導體層能夠在中間層的生長期間與至少一種工藝氣體反應。第一氮化物化合物半導體層例如與氫反應以構成腔或者空腔。

在本文中將「俯視圖」理解為平行於半導體層序列的最大的橫向擴展的透視圖。視線方向例如與生長方向相反地伸展。

腔的構成在中間層生長期間和/或直接緊隨中間層生長之後進行。如果第二氮化物化合物半導體層構成連續的層，那麼中間層的微裂紋通過第二氮化物化合物半導體層遮蓋並且任何工藝氣體都不能夠穿過微裂紋進入第一氮化物化合物半導體層中。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，半導體層序列包括有源層，所述有源層適合於接收和/或產生電磁輻射並且沿著半導體層序列的生長方向設置在第二氮化物化合物半導體層下遊。半導體層序列的有源層能夠通過第二氮化物化合物半導體層構成。第二氮化物化合物半導體層例如能夠具有n型摻雜的和p型摻雜的區域，其中在n型摻雜的區域和p型摻雜的區域之間能夠構成有源層。

術語「電磁輻射」在此並且在下文中能夠表示具有在紅外至紫外的波長範圍中的至少一個波長或者光譜分量的電磁輻射。特別地，在此能夠稱作紅外的、可見的和/或紫外的電磁輻射。

根據半導體層序列的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層的腔沒有第一氮化物化合物半導體層並且在有源層中產生的電磁輻射穿過腔，使得在電磁輻在腔的邊界面處入射和出射時進行電磁輻射的折射。在運行時在半導體層序列的有源層中產生的電磁輻射尤其能夠相反於半導體層序列的生長方向向外射出。

在電磁輻射穿過在此所描述的半導體層序列時，電磁輻射至少局部地射到腔的邊界面上。在本文中將「腔的邊界面」理解為如下邊界面，所述邊界面在第一氮化物化合物半導體層序列的空腔的外面和第一氮化物化合物半導體層的氮化物化合物半導體材料之間構成。電磁輻射在入射和出射時至少部分地在這些空腔和/或腔處折射。此外可行的是，電磁輻射至少部分地在腔的粗糙的外面漫散射。

此外描述一種用於製造半導體層序列的方法。在此所描述的半導體層序列例如能夠藉助於所述方法來製造。這就是說：對於在此所描述的用於製造半導體層序列的方法所詳述的特徵也對在此描述的半導體層序列公開並且反之亦然。

強制性地在第一氮化物化合物半導體層、中間層和第二氮化物化合物半導體層方面預設在下文中描述的方法順序。可選的層、例如成核層和/或掩模層是在此所描述的半導體層序列的可選的元件。

根據所述方法的至少一個實施方式，提供具有生長表面和與生長表面相對置的襯底面的生長襯底，其中生長表面包括矽。生長表面尤其能夠具有矽的[111]-結晶取向。

根據所述方法的至少一個實施方式，成核層在生長襯底的生長表面上生長。成核層能夠是外延層，所述外延層例如在與接下來的第一氮化物化合物半導體層溫度相同的情況下沉積和/或生長。成核層是在此所描述的半導體層序列的可選的層。成核層例如能夠包括aln和/或algan。對於接下來沉積和/或生長的第一氮化物化合物半導體層而言，成核層能夠提供大量結晶核。

根據所述方法的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層生長在成核層的背離生長襯底的一側上。

根據所述方法的至少一個實施方式，中間層在第一氮化物化合物半導體層的背離生長襯底的一側上生長，其中中間層的晶格常數至少局部地與第一氮化物化合物半導體層不同。這就是說：生成具有與第一氮化物化合物半導體層不同的晶格常數的中間層。中間層的非晶格匹配的或者非假晶的生長能夠通過在生長期間相應地選擇工藝參數來控制、調節和/或確定。

根據所述方法的至少一個實施方式，在中間層的生長期間在中間層中構成微裂紋。通過中間層在第一氮化物化合物半導體層上的工藝相關地控制的非假晶的或者非晶格匹配的生長，隨著中間層的厚度增加和/或鋁含量的提高，在中間層中構成微裂紋。例如能夠關於中間層中的鋁含量構成材料梯度，其中鋁含量能夠隨著厚度增加沿著背離第一氮化物化合物半導體層的方向增加。在本文中將「厚度」理解為中間層沿著半導體層序列的生長方向的豎直的擴展。

根據所述方法的至少一個實施方式，第二氮化物化合物半導體層至少局部地以晶格匹配的方式在中間層的背離生長襯底的一側上生長，其中微裂紋至少局部地由第二氮化物化合物半導體層填充並且第二氮化物化合物半導體層以壓縮夾緊的方式在中間層上生長。

在第二氮化物化合物半導體層初始生長期間，中間層的所構成的微裂紋通過第二氮化物化合物半導體層的氮化物化合物半導體材料填充或者第二氮化物化合物半導體層在微裂紋中生長。第二氮化物化合物半導體層同時島狀地在所構成的單獨的中間層塊和/或中間層島上生長。

隨著增加的覆層持續時間和/或生長持續時間，第二氮化物化合物半導體層的島與中間層的微裂紋中的第二氮化物化合物半導體層熔化成連續的、在橫向均勻的第二氮化物化合物半導體層，其中在第二氮化物化合物半導體層中構成壓縮的方式的夾緊部。

根據所述方法的至少一個實施方式，有源層在晶格匹配的、氮化物第二半導體化合物層的背離襯底的一側上生長，其中有源層適合於接收和/或產生電磁輻射。因此，通過在此所描述的方法製造如下半導體層序列，所述半導體層序列在運行時能夠產生輻射。由半導體層序列產生的發射波長至少部分地與氮化物化合物半導體材料的組分相關。

根據用於製造半導體層序列的所述方法的至少一個實施方式，化學地和/或機械地移除生長襯底，並且至少局部地在第一氮化物化合物半導體層、中間層和第二氮化物化合物半導體層中沿著背離有源層的方向構成至少局部的橫向的粗化部。為了化學地移除襯底，例如能夠考慮溼化學的koh蝕刻法或者幹化學的蝕刻法。此外可以考慮溼化學和幹化學的方法的組合。機械的移除尤其能夠通過磨削進行。此外可以考慮化學方法和機械方法的組合。通過移除生長襯底，尤其至少局部地移除第一氮化物化合物半導體層的可選的成核層和/或掩模層。設置用於產生電磁輻射的半導體層序列在移除生長襯底之後至少局部地包括第一氮化物化合物半導體層。

根據用於製造半導體層序列的所述方法的至少一個實施方式，中間層在氫影響的條件下生長，其中氫通過所構成的微裂紋與第一氮化物化合物半導體層接觸，使得第一氮化物化合物半導體層與氫反應，使得基於化學反應在第一氮化物化合物半導體層中構成腔。通過微裂紋，工藝氣體、例如氣狀的氫能夠穿過微裂紋進入第一氮化物化合物半導體層中，所述微裂紋隨後能夠引起空腔或者腔的構成。

特別地，能夠將氫理解為如下工藝氣體，所述工藝氣體附加地輔助中間層在第一氮化物化合物半導體層上的非晶格匹配的或者非假晶的生長。氫是可選的工藝用氣體並且尤其用作為輔助性的工藝用氣體或者衝洗氣體，然而對於構成在此所描述的半導體層序列是不必要的。更確切地說，第一氮化物化合物半導體層中的腔的構成能夠視為在中間層中構成微裂紋的證明。

根據用於製造半導體層序列的所述方法的至少一個實施方式，在構成半導體層序列之後，冷卻半導體層序列並且在冷卻期間在半導體層序列中不構成任何宏裂紋。

通過在此所描述的方法已令人驚訝地發現：以壓縮的方式夾緊第二氮化物化合物半導體層從而以壓縮的方式夾緊半導體層序列足以克服在冷卻期間產生的拉應力，使得不構成宏裂紋。

以壓縮的方式夾緊第二氮化物化合物半導體層尤其引起以壓縮的方式夾緊在此所描述的半導體層序列。

根據所述方法的至少一個實施方式，第一氮化物化合物半導體層包括掩模層。

附圖說明

在下文中根據實施例與相應的附圖闡述在此所描述的半導體層序列和用於製造半導體層序列的方法。

圖1示出在此所描述的半導體層序列的示意性的側視圖，

圖2示出半導體層序列的子區域的另一個示意性的側視圖，

圖3a、3b和3c示出在不同的生長時間之後在此所描述的中間層的不同的實施例，

圖4a示出在第二氮化物化合物半導體層以10nm的厚度生長之後的中間層的俯視圖的sem(scanningelectronmicroscopy，掃描電子顯微鏡)照片，

圖4b示出在第二氮化物化合物半導體層以50nm的厚度生長之後的圖4a的實施例，

圖5a、5b和5c示出藉助於邊緣濾波器的normaski顯微鏡照片，其中250nm厚的第二氮化物化合物半導體層已生長在不同厚的中間層上，

圖6示出具有與生長時間相關的原位晶片彎曲的測量結果的圖，

圖7示出半導體層序列的側視圖的sem照片和示意圖，

圖8示出半導體層序列的tem(transmissionelectronmicroscopy，透射電子顯微鏡)照片，

圖9示出具有有源層和在移除生長襯底之後的半導體層序列的示意性的以及顯微鏡的照片，

圖10a和10b示出在一倍和二倍曝光時間之後的半導體層序列的輻射出射面的pl(光致發光)顯微鏡照片，

圖11示出在移除生長襯底和執行粗化工藝之後的半導體層序列的sem照片。

相同的、相同類型的或者起相同作用的元件在附圖中設有相同的附圖標記。附圖和附圖中所示出的元件的彼此間的大小關係不能夠視為是按比例的。更確切地說，為了更好的示出和/或為了更好的理解能夠誇張大地示出各個元件。

具體實施方式

圖1示出半導體層序列100的一個實施例，所述半導體層序列包括：具有生長面6和與生長面6相對置的襯底面7的生長襯底5、成核層21、具有集成的掩模層20的第一氮化物化合物半導體層1、中間層10和具有有源層4的第二氮化物化合物半導體層2。半導體層序列100的各個層依次相繼地沿著生長方向z彼此鄰接外延地在生長襯底5的生產表面6上生長。生長表面6例如具有[111]-結晶取向。成核層21以及掩模層20能夠視為可選的層元件，所述層元件尤其能夠有助於第一氮化物化合物半導體層1的生長。

第一氮化物化合物半導體層1例如能夠具有30nm至2000nm的厚度。

第二氮化物化合物半導體層2能夠具有30nm至5000nm的厚度。

如在圖1中所示出的那樣，中間層10鄰接於第一氮化物化合物半導體層1和第二氮化物化合物半導體層2。

在圖2中示出第一氮化物化合物半導體層1與接著的中間層10以及鄰接於中間層10的第二氮化物化合物半導體層2。中間層10在第一氮化物化合物半導體層1上非晶格匹配地生長並且具有在5nm至100nm之間的厚度。第二氮化物化合物半導體層2在中間層10上晶格匹配地生長。

隨著中間層10的增加的厚度和/或提高的鋁含量，中間層10鬆弛，使得微裂紋11在中間層10中構成(參見圖3a至3c和圖4a、4b和圖8)。中間層10尤其是具有85％至100％的鋁含量從而在鬆弛的狀態中具有比第一氮化物化合物半導體層1和第二氮化物化合物半導體層2更小的晶格常數。在圖2中示出的半導體層序列100包括氮化物化合物半導體材料。第一氮化物化合物半導體層1包括一種氮化物化合物半導體材料，所述氮化物化合物半導體材料具有alngamin1-n-mn或者由其構成，其中0≤n≤1，0≤m≤1並且n+m≤1，第二氮化物化合物半導體層2包括另一種氮化物化合物半導體材料，所述另一種氮化物化合物半導體材料具有alxinyga1-x-yn或者由其構成，其中0≤x≤1，0≤y≤1並且x+y≤1，並且中間層10包括一種氮化物化合物半導體材料，所述化合物半導體材料具有alrinsga1-r-sn或者由其構成，其中0≤r≤1，0≤s≤1並且r+s≤1。

指數n、m尤其能夠區別於指數x、y或者是相同的。指數n、m例如與指數x、y彼此分別相差10％。

通過中間層10中的微裂紋11，中間層10包括各個中間層塊和/或中間層島，其中中間層塊和/或中間層島至少局部地不彼此直接接觸。各個中間層塊和/或中間層島總體描述中間層10。所構成的微裂紋11尤其基於在中間層10的生長工藝期間的中間層10的鬆弛。各個中間層塊和/或中間層島之間的間距能夠在1μm和500μm之間。第二氮化物化合物半導體層2在中間層10的微裂紋11中生長以及在通過微裂紋11構成的中間層塊和/或中間層島中生長。

在中間層10上生長的第二氮化物化合物半導體層2晶格匹配於中間層10。

在圖3a、3b和3c中分別示出中間層10，其中在圖3b中示出的中間層10與在圖3a中相比具有更大的厚度。圖3b中的中間層10的較大的厚度能夠歸因於中間層10的較長的生長時間，所述生長時間在此特別是長1.67倍。相應的內容適用於圖3c的中間層10，所述中間層相對於圖3a的中間層10比圖3a的中間層10以長2.67倍的方式生長。如從圖3a、3b和3c中所可見的，微裂紋11的數量隨著生長持續時間的增加而增加。提高數量的微裂紋11除了中間層10的生長持續時間外還與中間層10的含鋁量相關。

換句話說，非晶格匹配地在第一氮化物化合物半導體層1上生長的中間層10隨著中間層10的層厚度增加和/或隨著中間層10的含鋁量增加更好地鬆弛。如從圖3a、3b和3c中可見，第二氮化物化合物半導體層在中間層10的微裂紋11中以及在中間層10的所構成的中間層塊和/或中間層島中生長。在此，已令人驚訝地發現：第二氮化物化合物半導體層2以壓縮的方式夾緊地生長並且第二氮化物化合物半導體層2的這種壓縮夾緊越高，中間層10中的微裂紋11的數量就越高。換句話說，第二氮化物化合物半導體層2經受基於中間層10的強烈的壓縮方式的夾緊。

隨著第二氮化物化合物半導體層2的生長時間增加，微裂紋中的第二氮化物化合物半導體層2的另一種氮化物化合物半導體材料與第二氮化物化合物半導體層2的在中間層塊和/或中間層島上生長的另一種氮化物化合物半導體材料熔化為在橫向上均勻構成的第二氮化物化合物半導體層2。在第二氮化物化合物半導體層2的另一種氮化物化合物半導體材料熔化期間，尤其能夠減少第二氮化物化合物半導體層2內部的缺陷或者位錯。

在圖4a中示出具有所構成的微裂紋11的中間層10的俯視圖的sem照片，其中第二氮化物化合物半導體層2以10nm的厚度在中間層10上構成和/或生長。第二氮化物化合物半導體層2通過淺灰色的區域示出。深灰色的區域示出中間層10。

圖4a示出通過微裂紋11構成的中間層塊和/或中間層島，第二氮化物化合物半導體層2至少部分地在所述中間層塊和/或中間層島上生長。圖4a此外示出中間層10的露出的區域，所述區域尚未具有第二氮化物化合物半導體層2。

在圖4a中示出第二氮化物化合物半導體層2在所構成的中間層塊和/或中間層島上的島狀的生長。

在圖4b中示出圖4a的照片，具有如下差別：第二氮化物化合物半導體層2以50nm的厚度在中間層10上構成。在圖4b中，第二氮化物化合物半導體層2的在微裂紋11中生長的區域與第二氮化物化合物半導體層2的在中間層塊和/或中間層島上生長的區域熔合。

在圖5a、5b和5c中示出厚度為250nm的第二氮化物化合物半導體層2的俯視圖的藉助於邊緣濾波器的normaski顯微鏡照片，其中三張照片關於中間層的生長時間與在圖3a、3b和3c中的描述彼此不同。這就是說：圖5b的中間層以1.67倍更長地生長。關於圖5c，因此中間層10相對於圖5a的中間層以2.67倍更長地生長。圖5a、5b和5c的顯微鏡照片明顯地示出：隨著中間層的生長時間增加，微裂紋的數量提高並且中間層10的這種表面的形貌能夠在第二氮化物化合物半導體層2中反映出來。換句話說，隨著中間層10中的微裂紋11的數量增加，在晶格匹配地在中間層10上生長的第二氮化物化合物半導體層2中提供壓縮夾緊。

尤其在圖5a、5b和5c的顯微鏡照片中示出的觀察在圖6中以測量的方式通過與單位為[s]的生長時間相關的原位晶片彎曲的單位為[1/km]的測量曲線證實。

在圖6中示出三個測量曲線l1、l2和l3。三個測量曲線l1、l2和l3分別描述與中間層10的生長時間相關的原位晶片彎曲。生長時間在x軸上示出，其中在圖6中示出的x軸劃分為三個時間區間t1、t2和t3。在圖6的圖表中，時間區間t1描述了在第二氮化物化合物半導體層2生長到中間層10上之前的原位晶片彎曲。在時間區間t2期間，隨後進行第二氮化物化合物半導體層2在中間層10上的在此所描述的生長。在第三時間區間t3期間，進行在此所描述的半導體層序列100的冷卻。測量曲線l1描述了第一半導體層序列101，l2描述了第二半導體層序列102，並且l3描述了第三半導體層序列l3。

測量曲線關於半導體層序列101、102和103的結構通過如下方式來區分：中間層10在第一氮化物化合物半導體層1上以不同的長度生長。這就是說，測量曲線l2是第二半導體層序列102，其中間層與在測量曲線l1的第一半導體層序列101中相比以長1.67倍的方式在第一氮化物化合物半導體層上生長。測量曲線l3描述了第三半導體層序列103的測量曲線，其中測量曲線l3的中間層10與在測量曲線l1中相比以長2.67倍的方式在第一氮化物化合物半導體層1上生長。

從測量曲線l1、l2和l3的測量曲線變化中可以看出：隨著中間層的生長時間增加，原位晶片彎曲也在第二氮化物化合物半導體層2的生長期間增加。換句話說，通過圖6的圖表以測量的方式證實：由於中間層10中的微裂紋11的數量增加，在所述中間層上生長的第二氮化物化合物半導體層2具有更高的壓縮夾緊。

在圖7中示出如圖1中所示出的半導體層序列100的示意側視圖，區別在於：在半導體層序列100的相對應的顯微鏡照片中，在第一氮化物化合物半導體層中，在中間層10中構成的微裂紋下方構成腔30。當在第二氮化物化合物半導體層2生長期間例如氫在生長期間氣狀地位於和/或存在於生長室中時，腔30尤其在第二氮化物化合物半導體層2生長期間構成。氫在此穿過中間層10的微裂紋11並且與半導體層序列100的第一氮化物化合物半導體層1進行化學反應。腔30在第一氮化物化合物半導體層1中的構成能夠通過在生長期間、尤其是在第二氮化物化合物半導體層2的生長期間調節和/或控制氣流來控制。能夠可選地接入在生長或者製造半導體層序列100期間，氣狀的氫的存在或者添加，然而對於中間層10中的微裂紋11的構成不是必要的。

在圖8中示出半導體層序列100的側視圖的tem照片。圖8示出，在微裂紋11的下方構成腔30。腔30在此在第一氮化物化合物半導體層1中構成。能夠在有源層4中產生的電磁輻射尤其能夠在腔30的邊界面31處折射。腔30沒有第一氮化物化合物半導體層1的材料。這就是說，腔30是空腔，所述空腔位於第一氮化物化合物半導體層1中。電磁輻射能夠在腔30的邊界面31處折射或者漫散射。

在圖9中藉助相對應的顯微鏡照片示出在此所描述的半導體層序列100的示意圖。在圖10中不再存在生長襯底5。為了移除生長襯底尤其能夠使用化學和機械法。生長襯底5例如能夠通過koh移除。此外，在第二氮化物化合物半導體層2中構成有源層4。在有源層4中產生的電磁輻射尤其在穿過腔30的情況下或者在腔30的邊界面31處折射和/或漫散射。

在圖10a和10b中示出半導體層序列100的輻射出射面的光致發光顯微鏡照片，所述光致發光顯微鏡照片在單倍曝光時間和二倍曝光時間中被拍攝。亮的像素示出在腔30處折射的電磁輻射。第一氮化物化合物半導體層1中的腔30已證實引起在有源層4中產生的電磁輻射的更好的散射。

在圖11中示出在移除生長襯底5之後的半導體層序列100的形貌的顯微鏡照片。在圖11中移除生長襯底5通過化學蝕刻、例如hf和hno3來進行並且執行粗糙化過程。在圖11中示出的腔30尤其在移除生長襯底5時或者通過粗化工藝附加地擴大。腔30例如與化學介質反應並且由於腔30中較大的邊界面31反應，使得腔構成較大的空間擴展。

本申請要求德國專利申請102013101000.8的優先權，所述德國專利申請就此通過參考併入本文。

本發明不通過根據實施例的描述而受限於此。更確切地說，本發明包括每個新的特徵以及特徵的每個組合，這尤其是包含在權利要求中的特徵的每個組合，即使該特徵或者該組合本身未詳細地在權利要求和實施例中說明也是如此。

根據本公開的實施例，還公開了以下附記：

附記1.一種半導體層序列(100)，其包括：

第一氮化物化合物半導體層(1)；

第二氮化物化合物半導體層(2)；

和設置在所述第一氮化物化合物半導體層(1)和所述第二氮化物化合物半導體層(2)之間的中間層(10)；

-其中從所述第一氮化物化合物半導體層(1)起，所述中間層(10)和所述第二氮化物化合物半導體層(2)沿著所述半導體層序列(100)的生長方向(z)依次地設置並且直接相繼地彼此鄰接，

-其中所述中間層(10)至少局部地具有與所述第一氮化物化合物半導體層(1)不同的晶格常數，並且

-其中所述第二氮化物化合物半導體層(2)至少局部地與所述中間層(10)晶格匹配。

附記2.根據附記1所述的半導體層序列(100)，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)包括一種氮化物化合物半導體材料，所述氮化物化合物半導體材料具有alninmga1-n-mn或者由其構成，其中0≤n≤1，0≤m≤1並且n+m≤1，所述第二氮化物化合物半導體層(2)包括另一種氮化物化合物半導體材料，所述另一種氮化物化合物半導體材料具有alxinyga1-x-yn或者由其構成，並且所述中間層(10)包括一種氮化物化合物半導體材料，所述氮化物化合物半導體材料具有alrinsga1-r-sn或者由其構成，其中0≤r≤1，0≤s≤1並且r+s≤1。

附記3.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)的所述氮化物化合物半導體材料和所述第二氮化物化合物半導體層(2)的所述另一種氮化物化合物半導體材料是相同的。

附記4.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述中間層(10)包括微裂紋(11)，並且在所述微裂紋(11)中至少局部地存在所述第二氮化物化合物半導體層(2)。

附記5.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述中間層(10)具有如下鋁含量，所述鋁含量大於所述第一氮化物化合物半導體層(1)和所述第二氮化物化合物半導體層(2)的鋁含量。

附記6.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述中間層(10)具有比所述第一氮化物化合物半導體層(1)和所述第二氮化物化合物半導體層(2)更小的晶格常數。

附記7.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)包括掩模層(20)。

附記8.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述中間層(10)具有在至少5nm和至多100nm之間的層厚度。

附記9.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述第二氮化物化合物半導體層(2)在其生長之後以壓縮的方式夾緊。

附記10.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)具有腔(30)，所述腔在俯視圖中與所述中間層(10)的所述微裂紋(11)重疊。

附記11.根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)，

其中所述半導體層序列(100)包括有源層(4)，所述有源層適合於接收和/或產生電磁輻射並且沿著所述半導體層序列(100)的所述生長方向(z)設置在所述第二氮化物化合物半導體層(2)的下遊。

附記12.根據附記10和11中任一項所述的半導體層序列，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)的所述腔(30)沒有所述第一氮化物化合物半導體層(1)並且在所述有源層(4)中產生的電磁輻射穿過所述腔(30)，使得在所述電磁輻射在所述腔(30)的邊界面(31)處入射和出射時進行所述電磁輻射的折射。

附記13.一種用於製造根據上述附記中任一項所述的半導體層序列(100)的方法，所述方法具有下述步驟：

-提供具有生長表面(6)和與所述生長表面(6)相對置的襯底面(7)的生長襯底(5)，其中所述生長表面(6)包括矽，

-成核層(21)生長到所述生長襯底(5)的所述生長表面(6)上，

-所述第一氮化物化合物半導體層(1)生長在所述成核層(21)的背離所述生長襯底(5)的一側上，

-所述中間層(10)生長在所述第一氮化物化合物半導體層(1)的背離所述生長襯底(5)的一側上，其中所述中間層(10)的晶格常數至少局部地與所述第一氮化物化合物半導體層(1)不同，

-在所述中間層(10)生長期間在所述中間層(10)中構成微裂紋(11)，以及

-在所述中間層(10)的背離所述生長襯底(5)的一側上至少局部地以晶格匹配的方式生長所述第二氮化物化合物半導體層(2)，其中所述微裂紋(11)至少局部地通過所述第二氮化物化合物半導體層(2)填充，並且以壓縮的方式夾緊地在所述中間層(10)上生長所述第二氮化物化合物半導體層(2)。

附記14.根據附記13所述的用於製造半導體層序列(100)的方法，其具有下述另外的方法步驟：

-在晶格匹配的所述第二氮化物化合物半導體層(2)的背離所述生長襯底(5)的一側上生長有源層(4)，其中所述有源層(4)適合於接收和/或產生所述電磁輻射。

附記15.根據附記14所述的用於製造半導體層序列(100)的方法，

其中化學地和/或機械地移除所述生長襯底(5)，並且至少局部地在所述第一氮化物化合物半導體層(1)、所述中間層(10)和所述第二氮化物化合物半導體層(2)中沿著背離所述有源層(4)的方向構成至少局部橫向的粗化部。

附記16.根據附記13至15所述的用於製造半導體層序列(100)的方法，

其中所述中間層(10)在氫影響(10)下生長，氫(40)穿過所構成的所述微裂紋(11)與所述第一氮化物化合物半導體層(1)接觸，使得所述第一氮化物化合物半導體層(1)與所述氫(40)反應，使得基於化學反應在所述第一氮化物化合物半導體層(1)中構成所述腔(30)。

附記17.根據附記13至16所述的用於製造半導體層序列(100)的方法，

其中在構成所述半導體層序列(100)之後冷卻所述半導體層序列(100)並且在冷卻期間在所述半導體層序列(100)中不構成宏裂紋。

附記18.根據附記13至17所述的用於製造半導體層序列(100)的方法，

其中所述第一氮化物化合物半導體層(1)包括掩模層(20)。