專利名稱：氮化物半導(dǎo)體部件及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明還涉及用于制造氮化物半導(dǎo)體部件的工藝。最后，本發(fā)明涉及氮化物半
導(dǎo)體部件，尤其是基于氮化物半導(dǎo)體的薄膜發(fā)光二極管(LED)、以及氮化 物半導(dǎo)體產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體是含有元素周期表的一種或多種第三主族元素以及一種 或多種第五主族的元素的半導(dǎo)體化合物。這樣的半導(dǎo)體包括(例如)半導(dǎo)體 GaN、 InGaN、 InGaAsN、 AlGaN等。對(duì)本發(fā)明的背景下的氮化物半導(dǎo)體的 其他通用表示為in族氮化物和m-v族氮化物。在本申請(qǐng)中，這些表示可以 互換使用，它們具有相同的含義。
氮化物半導(dǎo)體尤其被應(yīng)用于在光譜的可見區(qū)和紫外區(qū)發(fā)光的發(fā)光結(jié)構(gòu) 內(nèi)。除此之外，電子氮化物半導(dǎo)體部件也是已知的，例如，高電子遷移率 (HEM)晶體管，其尤其適用于諸如無線電發(fā)射技術(shù)的高頻應(yīng)用。氮化物半 導(dǎo)體部件還以所謂的"功率器件"的形式應(yīng)用于高功率電子設(shè)備中。
由于可得的氮化物半導(dǎo)體村底的尺寸非常小，而且質(zhì)量差，因而目前在 氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)的廉價(jià)均相外延(homoepitaxy)方面幾乎不存在 商業(yè)興趣。因此，諸如藍(lán)色或綠色LED的可得氮化物半導(dǎo)體部件含有淀積 于藍(lán)寶石(A1203 )襯底或碳化硅(SiC)襯底上的層結(jié)構(gòu)。這些襯底材料具 有各種缺點(diǎn)。 一方面，其價(jià)格高。另一方面，通?？梢缘玫降挠蛇@些材料構(gòu) 成的襯底相對(duì)較小，因而對(duì)于指定襯底表面而言由于成品率相對(duì)較低，從而 額外增加了每部件的制造成本。此外，這些材料具有相當(dāng)高的硬度，即就 Moh標(biāo)度而言超過9，因而只能采用昂貴的金剛石鋸和研磨材料進(jìn)行機(jī)械處 理。
因此，越來越多地采用硅襯底進(jìn)行大面積生長，因?yàn)槲覀冎滥軌蛞缘?廉的價(jià)格獲得具有大直徑的硅襯底。
8在通常采用的商用氣相外延中，氮化物半導(dǎo)體的層結(jié)構(gòu)的典型生長溫度
為IOOO'C以上。因而，在生長階段之后的所淀積的氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的冷
卻過程中，硅和氮化物半導(dǎo)體材料的不同熱膨脹系數(shù)將導(dǎo)致氮化物半導(dǎo)體層
的大約0.7GPa/jam的高張應(yīng)力，并且從小于lpm的層厚度開始形成裂紋。
為了避免在硅上生長GaN層時(shí)形成裂紋，采用了通常在低溫下(低于 IOOO'C )生長的中間層，即所謂的〗氐溫A1N或AlGaN中間層。這些層的作 用是基于由于A1N或AlGaN中間層上具有壓應(yīng)力的GaN層的生長而實(shí)現(xiàn)張 應(yīng)力的局部補(bǔ)償。在層淀積之后的冷卻過程中，GaN層的這一壓應(yīng)力抵消了 因不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的張應(yīng)力，因而得到減小的張應(yīng)力。
這一技術(shù)的缺點(diǎn)在于，在生長于中間層上的GaN層中存在高位錯(cuò)密度。 因此，在DE 10151092 Al中，提出了向正在生長的GaN層中額外插入氮化 硅中間層，以降低位錯(cuò)密度，在此將其引入以供參考。未必完全閉合的SixNy 中間層起著用于接下來的GaN生長的掩模作用。根據(jù)DE 10151092 Al選擇 中間層的厚度，從而在其上形成相隔100nm到幾jum的僅少數(shù)生長島，在 進(jìn)一步的生長期間，隨著生長表面距SiN中間層的距離逐漸增大，從所謂的 聚合厚度(coalescence thickness)開始生長到了 一起，從而形成了閉合層表面。 當(dāng)然，GaN在硅上的外延中僅SiN中間層產(chǎn)生了明顯的島生長，并由此產(chǎn)生 了顯著的聚合厚度，其隨著增大的SiN厚度而生長。通過適當(dāng)?shù)拇胧┘铀龠@ 些生長島的聚合，能夠在所述生長島聚合之前避免達(dá)到前述臨界裂紋厚度。
此外，從A. Dadgar等人的文獻(xiàn)"Reduction of Stress at the Initial Stages of GaN Growth on Si(l 11)，，， Applied Physics Letters ， Vol.82, 2003, No. 1， pp. 28-30 (下文簡稱為"Dadgar等，，)，進(jìn)一步知道在淀積了#^硅AIN成核層和 最多具有1.5個(gè)單層的標(biāo)稱厚度(nominal thickness)的SiN掩才莫層之后形成 GaN層，在此將所述文獻(xiàn)引入以供參考。與不具有這樣的SiN掩模層的生長 相比，能夠降低GaN層的生長中產(chǎn)生的張應(yīng)力。
作為SiN掩模層厚度的函數(shù)，這一作用表現(xiàn)出了從一定厚度開始的飽和 現(xiàn)象，因而不能期望其能夠?qū)崿F(xiàn)完全的應(yīng)力補(bǔ)償。事實(shí)是， 一方面所述SiN 掩模層隨著其厚度的增大可干擾甚至阻礙A1N成核層與接下來(即，在SiN 掩模層之后)生長的GaN層之間的結(jié)構(gòu)耦合。于是其后果是，可能不會(huì)再 產(chǎn)生所希望的對(duì)AIN成核層的壓力作用，從而使不希望出現(xiàn)的高張應(yīng)力仍然 存在于最后的氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)。其次，厚的SiN層使聚合厚度提高到了一定的值，憑借已知的方法無法將所述值控制子裂縫形成的臨界層厚度之下。 因此，即使插入SiN掩模層也不再會(huì)相應(yīng)地消除氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)內(nèi) 的張應(yīng)力。
非均勻的張應(yīng)力還具有其他缺點(diǎn)。除了上述高位錯(cuò)密度之外，還可能導(dǎo) 致正在生長的層結(jié)構(gòu)和下部襯底的彎曲。這一問題還會(huì)影響薄層部件，例如
薄層LED,所述部件中的硅襯底在制造過程中去除。對(duì)拳曲的氮化物半導(dǎo)體 層結(jié)構(gòu)的處理已經(jīng)引起諸多問題，并因而提高了部件制造的復(fù)雜性和成本。 通常然后被接合至載體的彎曲的氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)容易從所述載體上脫 離，因而對(duì)應(yīng)的部件使用壽命短。
A人C. Mo等人的文獻(xiàn)"Growth and characterization of InGaN blue LED structure on Si(lll) by MOCVD" ，Journal of Crystal Growth, 285 (2005), 312-317 (以下簡稱"Mo等，，)，可以知道通過在AlN成核層上生長GaN緩 沖層降低張應(yīng)力，在此將所述文獻(xiàn)引入以供參考。在這種情況下，調(diào)整鎵前 體與氮前體的氣流密度的非常低的比值，從而在高溫氣相外延中生成GaN
緩沖層。其促進(jìn)了接下來的GaN層的島生長。但是，其缺點(diǎn)在于，在氮化 物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)內(nèi)仍然存在張應(yīng)力。此外，這種已知的LED具有不利的高 電阻。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的技術(shù)問題在于提供硅表面上的氮化物半導(dǎo)體部件 的層結(jié)構(gòu)的制造工藝和氮化物半導(dǎo)體部件本身，其中，與該問題的已知解決 方案相比，其進(jìn)一步降低了所完成的層結(jié)構(gòu)中的張應(yīng)力。
本發(fā)明所基于的另 一技術(shù)問題是提供硅表面上的氮化物半導(dǎo)體部件的 制造工藝層結(jié)構(gòu)和所述氮化物半導(dǎo)體部件本身，與該問題的已知解決方案相 比，其減少了氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一種硅表面上的氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié) 構(gòu)的制造工藝解決了前述技術(shù)問題，所述制造工藝包括下述步驟
-提供具有硅表面的襯底；
-在所述襯底的硅表面上淀積含有鋁的氮化物成核層；
-可選的在所述氮化物成核層上淀積含有鋁的氮化物緩沖層；
-在所述氮化物成核層上或者在第一氮化物緩沖層(如果存在的話)上淀積掩模層；
-在所述掩^t層上淀積含有鎵的第一氮化物半導(dǎo)體層， 其中，通過這樣一種方式淀積所述掩模層，使得在所述第一氮化物半導(dǎo) 體層的淀積步驟中，首先生長獨(dú)立的微晶，所述微晶在聚合層厚度之上聚合， 并且在垂直于生長方向的聚合后的氮化物半導(dǎo)體層的層平面內(nèi)至少占據(jù)
0.16^11112的平均表面積。
利用才艮據(jù)本發(fā)明的工藝，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，可以在第一氮化物半導(dǎo)體層 的生長期間在其中產(chǎn)生增加的壓應(yīng)力，通過適當(dāng)?shù)倪M(jìn)一步處理，所述壓應(yīng)力
甚至能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)因不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的張應(yīng)力CT的完全或幾乎完全 的補(bǔ)償。能夠生長出這樣的層結(jié)構(gòu)，其在室溫冷卻之后完全沒有應(yīng)力，或者
幾乎不存在應(yīng)力，即，cr的值在任何情況下都明顯小于0.2GPayVm，但是一 般來說小于0.1GPa/jum，此外，其只具有非常低的位錯(cuò)密度，只表現(xiàn)出很少 的幾個(gè)裂紋，甚至根本沒有裂紋。
同時(shí)，才艮據(jù)本發(fā)明的工藝還適用于具有非常高的乃至無窮大的曲率半徑 的層結(jié)構(gòu)，尤其是在諸如LED的薄膜部件的制造當(dāng)中，這具有極大優(yōu)勢(shì)。
通過這種方式，還能夠?qū)崿F(xiàn)在大號(hào)硅晶片或SOI (絕緣體上硅)晶片上 以廉價(jià)的方式生長基于氮化物半導(dǎo)體的薄膜部件。
可以推測(cè)，這些優(yōu)點(diǎn)歸因于在優(yōu)選由SiN構(gòu)成的適當(dāng)?shù)矸e的掩模層之上 交互生長的微晶能夠因其聚合而在其生長期間產(chǎn)生充分強(qiáng)的壓應(yīng)力，并且在 所述氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)達(dá)到大于和等于0.16nn^的平均微晶表面積。這一相 對(duì)較強(qiáng)的壓應(yīng)力能夠更好地補(bǔ)償將在以后出現(xiàn)的仍然未知的張應(yīng)力。
可以利用諸如平面圖透射電子顯微鏡(TEM)圖像分析的圖像輔助分析 處理確定在所述氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)處于聚合層厚度之上的層平面內(nèi)的微晶 的平均孩史晶表面積，在下文中將通過兩個(gè)例子對(duì)其予以更為詳細(xì)的說明。所 述分析顯然應(yīng)當(dāng)以微晶的充分大的隨機(jī)樣本為基礎(chǔ)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，基于在采用SiN掩模層(Dadgar等)時(shí)所觀察到的上述 飽和效應(yīng)以及與上文所述類似的在采用GaN緩沖層(Mo等)時(shí)4又局部應(yīng)力 的降低，將不能預(yù)期發(fā)生這一幾乎完全補(bǔ)償了應(yīng)力的效果和可能性。根據(jù)本 發(fā)明，將這一驚人的效果用于在硅表面上制造具有尤其微弱的應(yīng)力或者完全 沒有應(yīng)力的氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)，接下來能夠由所述氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)制 造尤為有利的氮化物半導(dǎo)體部件。在權(quán)利要求涉及具有相應(yīng)的功能的含有鋁的氮化物層(成核層、緩沖層、
中間層等)時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，其是指含有作為單一的m族金屬的鋁或者與其 他m族金屬結(jié)合的鋁的具有相應(yīng)功能的層。出于清晰的目的，忽略了采用 元素周期表的其他族內(nèi)的元素例如釆用硅或鎂的摻雜。然而顯然，也可以包 括這樣的摻雜物質(zhì)。
成核層只有幾納米厚，并且未必是閉合層，盡管其可能具有較差的結(jié)晶 和/或化學(xué)計(jì)量屬性，但是該成核層還是能夠?yàn)榻酉聛韺⒃谄渖仙L的層的生 長提供基礎(chǔ)，或者由所述成核層開始進(jìn)一步的層生長。
掩模層起著對(duì)表面的完全或局部覆蓋的作用，其經(jīng)常只有幾個(gè)單層的厚
度，甚至小于一個(gè)單層(monolayer)的厚度。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于制造氮化物半導(dǎo)體部件的工藝，其包括 下述步驟
-根據(jù)作為本發(fā)明的第一方面的工藝或者根據(jù)將在本申請(qǐng)的下文中或 在相關(guān)的權(quán)利要求之一中描述的實(shí)施例之一，在硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體 部件的層結(jié)構(gòu)；
-通過這樣的方式將所述層結(jié)構(gòu)接合到載體上，即使得使所述層結(jié)構(gòu)的 生長上側(cè)面對(duì)所述載體； -去除所述一于底； -制造接觸結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的工藝是作為本發(fā)明的第一方面的工藝的有利 發(fā)展，其允許對(duì)氮化物半導(dǎo)體部件進(jìn)行尤為簡單、廉價(jià)的處理。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過一種氮化物半導(dǎo)體部件解決上述技術(shù)問 題，所述氮化物半導(dǎo)體部件具有
-含有4家的第一氮化物半導(dǎo)體層，其具有共生《效晶的結(jié)構(gòu)，所述共生樹: 晶在垂直于生長方向的層平面內(nèi)至少占據(jù)0.16nm2的平均表面積，
-鄰接所述第一氮化物半導(dǎo)體層的含有鋁的氮化物中間層，以及
-鄰接最后一層的含有鎵的額外的第二氮化物半導(dǎo)體層。
這樣的包括以制造于硅表面上為特征的氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的部件具 有長使用壽命和對(duì)于商業(yè)應(yīng)用不可或缺的有利工作參數(shù)，并且制造成本低。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的氮化物半導(dǎo)體部件所具有的結(jié)構(gòu)特征以根據(jù) 本發(fā)明的處理工序?yàn)樘卣?，并且能夠使通過這一工藝制造的氮化物半導(dǎo)體部件與其他氮化物半導(dǎo)體部件區(qū)分開。
因而，當(dāng)然，原則上也可采用藍(lán)寶石襯底制造具有大平均表面積的微晶， 并且其本身就是已知的。但是，在藍(lán)寶石襯底上制造的并且不含有超過
100nm厚的AlGaN層的氮化物半導(dǎo)體部件不具有含有鋁的氮化物半導(dǎo)體中 間層，尤其是不具有氮化鋁中間層。半導(dǎo)體層在藍(lán)寶石村底上的生長與在硅 襯底上的生長受到完全不同的邊界條件的限制，如本發(fā)明中所述。事實(shí)是， 藍(lán)寶石襯底上的層生長總是導(dǎo)致在冷卻后產(chǎn)生二軸壓應(yīng)力的層。借助將在生 長期間導(dǎo)致GaN層的壓應(yīng)力的含有鋁的氮化物中間層的應(yīng)變工程在LED結(jié) 構(gòu)中是沒有必要的，事實(shí)上所述應(yīng)變工程甚至是不利的，因?yàn)?，其將在大約 800。C的InGaN層的生長中以及該工藝的末尾導(dǎo)致非常顯著的襯底曲率。如 在介紹中所述，在硅上生長氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，采用含有鋁的氮化物半導(dǎo)體 中間層以用于應(yīng)變工程設(shè)身也是已知的。
但是，到目前為止，在技術(shù)上無法實(shí)現(xiàn)這兩種特征的組合。只有在根據(jù) 本發(fā)明的第 一方面的處理工序下，才變得有可能在硅襯底上制造具有表面積 充分大的微晶的層。在用于制造厚度超過1300nm的較厚氮化物半導(dǎo)體層的 這些氮化物半導(dǎo)體層的連續(xù)生長期間，只有基于帶有硅表面的襯底的生長有 必要采用應(yīng)變工程中間層，從而在生長期間建立充分大的壓應(yīng)力，其能夠完
里，以前一直未能制造出根據(jù)本發(fā)明的第三方面的氮化物半導(dǎo)體部件。
在進(jìn)一步處理的框架內(nèi)，通常在剝離所生長的層之后，使在硅表面上的 淀積中首先制造的層，即，含有鋁的氮化物成核層和掩模層從硅表面上去除， 從而制造諸如薄膜LED的薄膜部件。相應(yīng)地，能夠通過根據(jù)本發(fā)明的工藝 制造氮化物半導(dǎo)體部件，盡管根據(jù)本發(fā)明的處理工序不能演示成核層和掩模 層的存在，但是所述層結(jié)構(gòu)中的含有鋁的氮化物半導(dǎo)體中間層的存在提供了 在生長期間采用硅襯底的明確指示。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，通過一種氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品解決上述技術(shù)問 題，所述氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品具有 -具有硅表面的襯底，
-鄰接所述硅表面的含有鋁的氮化物成核層，
-可選的鄰接所述氮化物成核層的含有鋁的氮化物緩沖層，
-位于所述氮化物成核層上，或者位于如果存在的所述氮化物緩沖層上
13的掩模層，并且具有
-鄰接所述掩模層布置并且具有由聚合微晶構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的含有鎵的第 一氮化物半導(dǎo)體層，其中，所述微晶在聚合層厚度之上并且在垂直于所述生
長方向的層平面內(nèi)占據(jù)至少0.16^11112的平均表面積。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品通常是可以獨(dú)立獲得的部件制造的中間產(chǎn)
后在另一載體上制造部件，或者可以將其用于制造大面積的無支撐的層、大 面積氮化物半導(dǎo)體襯底或無支撐部件。
在下文中將說明本發(fā)明的各個(gè)工藝和器件方面的實(shí)施例。除非明確排 除，否則可以使所述實(shí)施例相互結(jié)合。
首先將說明根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于在硅表面上制造氮化物半導(dǎo) 體部件的層結(jié)構(gòu)的工藝的實(shí)施例。
通過尤其大的微晶表面提高了層質(zhì)量。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，通過這 樣一種方式淀積所述掩模層，即使得在第一氮化物半導(dǎo)體層的淀積步驟中首 先生長分離的微晶，所述微晶在一定的聚合層厚度之上聚合，并且在垂直于 生長方向的聚合氮化物半導(dǎo)體層的層平面內(nèi)占據(jù)至少0.36nm2的平均表面 積。
在另一實(shí)施例中，以一定的層厚度淀積所述掩模層，就首先以生長島的 形式生長的第一氮化物半導(dǎo)體層而言，從至少與所述掩模層相距600nm的距 離處開始，使得能夠形成至少80%閉合的層表面。這一實(shí)施例的處理工序具 有良好的可再現(xiàn)性，其在研究中產(chǎn)生這樣的含有鎵的氮化物半導(dǎo)體層，其在 600nm的層厚度之上基本上聚合，并且在與所述成核層相距超過這一距離的 層平面內(nèi)具有大面積微晶，所述微晶的平均表面積高于0.16nm2。
在才艮據(jù)本發(fā)明的處理工序中，尤其是在上述實(shí)施例的處理工序中，優(yōu)選 采用掩模層作為起始點(diǎn)，其提供了對(duì)下層氮化物成核層或者當(dāng)存在時(shí)對(duì)第一 氮化物緩沖層的至少95%的覆蓋率。就這一覆蓋度而言，在掩模層之上形成 了相對(duì)較少的生長核，在進(jìn)一步的層淀積工藝中，所述核將通過三維生長(島 生長)而發(fā)展，從而形成大的微晶。
采用由氮化硅構(gòu)成的掩模層獲得了到目前為止的最佳結(jié)果。但是，原則 上，也可以設(shè)想將諸如抗表面活性劑的其他適當(dāng)材料用于掩模層，從而避免 成核層的潤濕。在這種情況下，原則上，例如，在氮化物半導(dǎo)體淀積的高生長溫度下采用的所有金屬氮化物都可能是合適的。但是，非晶生長的物質(zhì)可 能更合適，因?yàn)樵谶@樣的表面上往往不產(chǎn)生成核現(xiàn)象或者只產(chǎn)生延遲的成核 現(xiàn)象。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述處理工序伴隨著對(duì)生長表面的反射強(qiáng)度的伴生測(cè) 量(反射計(jì))。這一本身已知的用于監(jiān)測(cè)層生長的處理允許對(duì)掩模層的淀積 持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制和預(yù)定調(diào)整，優(yōu)選通過選擇所述持續(xù)時(shí)間使得在第 一氮化
物半導(dǎo)體層的淀積步驟中，在大約600nrn的光波長對(duì)生長表面的反射強(qiáng)度的 伴生測(cè)量表現(xiàn)出具有逐漸增大的振蕩幅度的振蕩強(qiáng)度特性，所述振蕩幅度最 早在五個(gè)振蕩周期之后達(dá)到基本恒定的最大值。所述掩模層的淀積的持續(xù)時(shí) 間的確切值取決于各種參數(shù)，所述參數(shù)可能隨著生長反應(yīng)器的不同而不同。 采用本實(shí)施例的經(jīng)驗(yàn)，能夠通過幾個(gè)實(shí)-瞼為各個(gè)生長反應(yīng)器確定適當(dāng)?shù)难谀?層淀積持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的工藝生成出了具有壓應(yīng)力的第 一氮化物半導(dǎo)體層。優(yōu)選 地，不調(diào)整促進(jìn)聚合的生長參數(shù)中的任何一個(gè)(例如，提高的生長溫度或高 v/m比)。在這些條件下，獲得了特別具有壓應(yīng)力的層生長，由此降低了冷 卻之后的張應(yīng)力，因而能夠制造應(yīng)力均勻的或者無應(yīng)力的氮化物半導(dǎo)體層結(jié) 構(gòu)。
如果要淀積具有更大的層厚度的氮化物半導(dǎo)體，那么優(yōu)選在如下文所述 生長額外的層之前淀積具有800-1600nm的層厚度的第一氮化物半導(dǎo)體層， 其中，所述額外的層將導(dǎo)致更大的層厚度。實(shí)際上，在這種情況下，優(yōu)選在 第一氮化物半導(dǎo)體層上淀積含有鋁的氮化物中間層，之后在最后一層上淀積 被稱為第二氮化物半導(dǎo)體層的含有鎵的額外的氮化物半導(dǎo)體層。通過含有鋁 的氮化物中間層，能夠進(jìn)一步提高層結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓應(yīng)力，其中，就作為第一氮 化物半導(dǎo)體層的GaN的生長而言，所述含有鋁的中間層優(yōu)選是低溫A1N層。 因而，含有鋁的氮化物中間層的功能在于應(yīng)變過程(strain engineering)。
可以重復(fù)執(zhí)行淀積含有鋁的氮化物中間層和含有鎵的額外氮化物半導(dǎo) 體層的淀積序列。通過這種方式，可以在第一氮化物半導(dǎo)體層之后繼之以第 二、第三、第四氮化物半導(dǎo)體層等，在每種情況下，都具有前面淀積的含鋁 的中間層。除了氮化物中間層外，這產(chǎn)生了由第一、第二以及可能的第三氮 化物半導(dǎo)體層等構(gòu)成的厚氮化物半導(dǎo)體層。這里，如有必要，顯然能夠包括 具有其他功能的額外中間層。例如，在采用了低溫A1N中間層的情況下，含有鋁的氮化物中間層的厚 度為8到15nm。也可以設(shè)想采用AlGaN中間層，在這種情況下，基本相同 的層厚度是合適的。從申請(qǐng)人的DE 102004038573A1已知將在高溫下生長 的較厚A1N中間層用于應(yīng)變過程這一 目的。應(yīng)當(dāng)注意，在這種情況下，根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從這一層的大約30nm的厚度開始，存在形成高電阻層結(jié)構(gòu)的趨 勢(shì)，其對(duì)于制造光發(fā)射器是不利的。此外，還存在著增強(qiáng)的裂紋形成趨勢(shì)。
如果省略了含有鋁的氮化物中間層的使用，那么優(yōu)選按照1300nm的厚 度淀積第一氮化物半導(dǎo)體層(就GaN而言)。如果超過這一層厚度，那么在 冷卻時(shí)，由于將產(chǎn)生的張應(yīng)力分量，將可能產(chǎn)生裂紋。
對(duì)于發(fā)光氮化物半導(dǎo)體部件的制造而言，優(yōu)選在第二氮化物半導(dǎo)體層 上，或者根據(jù)上文所述的借助重復(fù)的層淀積的處理工序在另一額外的氮化物 半導(dǎo)體層上淀積氮化物半導(dǎo)體材料的多量子阱結(jié)構(gòu)。用于發(fā)光的氮化物半導(dǎo) 體部件的多量子阱結(jié)構(gòu)本身是已知的，這里沒有必要對(duì)其作更詳細(xì)的說明。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，恰好在淀積將在其上淀積所述多量子阱結(jié)構(gòu)的這些額外的氮 化物半導(dǎo)體層之前至少淀積由硅構(gòu)成的第二掩模層在對(duì)光發(fā)射起著決定性 作用的層結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了非常好的層質(zhì)量。
為了制造光電子部件，優(yōu)選在所述第一氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)以及在淀積多 量子阱結(jié)構(gòu)之前淀積的這些額外的氣化物半導(dǎo)體層內(nèi)(當(dāng)存在時(shí))，引入n 摻雜。為了形成p摻雜帶，優(yōu)選在所述多量子阱結(jié)構(gòu)上淀積p摻雜的含有鎵 的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層。
具體而言，就厚層結(jié)構(gòu)的生長而言，必須考慮這樣的問題，即，在氮化 物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力還將作用于襯底上，并且可能導(dǎo)致襯底彎曲。 從諸如藍(lán)寶石的其他異質(zhì)襯底也可以了解這樣的彎曲。在優(yōu)選實(shí)施例中，這 一彎曲的降低包括提供村底，尤其是厚度至少為DGawx^的導(dǎo)電硅村底的步
驟，其中，所述DcjaN表示要在所述村底上淀積的氮化物半導(dǎo)體層的層厚度，
或者在將要淀積多于一個(gè)的氮化物半導(dǎo)體層的情況下，其表示將要在所述襯 底上淀積的氮化物半導(dǎo)體層的層厚度以及所存在的氮化物中間層的層厚度 之和，并且其中，在采用摻雜硅襯底的情況下，x為至少110，在采用未摻 雜襯底的情況下，x為至少200。憑借這些層厚度的值，在每種情況下，都 能夠成功地避免可能由Si襯底中的壓縮預(yù)應(yīng)力而導(dǎo)致的塑性形變。這是有 利的，因?yàn)橥ㄟ^這種方式變形的晶體可能不再是平面的。本實(shí)施例的這一額外的特征表示值得獨(dú)立保護(hù)的本發(fā)明的原理。用于在 硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)的值得獨(dú)立保護(hù)的工藝包括提供 對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施例的額外特征的硅襯底的步驟。作為本發(fā)明的第一方面的工 藝的額外步驟以及文中描述的作為本發(fā)明的第一方面的工藝的實(shí)施例形成 了這一值得獨(dú)立保護(hù)的工藝的實(shí)施例。具體而言，就具有相對(duì)較高的應(yīng)力的 層結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明的這一值得獨(dú)立保護(hù)的工藝能夠避免襯底演變成具有大 曲率。
如果此外硅襯底大于或等于^oxV^:"的厚度，那么將使前述實(shí)施例
得到進(jìn)一步改進(jìn)，其中"麵 錄。在具有InGaN或AlGaN 層的LED中，這一額外的條件尤為有牙'J。
面的工藝的實(shí)施例。這一工藝包括所有作為本發(fā)明的第一方面的工藝的步 驟，因而也共享其優(yōu)點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的這一工藝的優(yōu)選實(shí)施例中，在通過根據(jù)本發(fā) 明的第 一方面的工藝制造的層結(jié)構(gòu)的生長上側(cè)上淀積導(dǎo)電接觸層。
在下文將要描述的兩個(gè)備選實(shí)施例的第 一個(gè)中，所述接觸層具有比p摻 雜氮化物半導(dǎo)體覆蓋層高的折射率。此外，可以對(duì)所述接觸層金屬化，正如 氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的生長上側(cè)，如果不存在接觸層的話。通過這種方式， 提高了氮化物半導(dǎo)體部件的光輸出。在這一具有折射率大于p摻雜的氮化物 半導(dǎo)體覆蓋層的接觸層的第一備選實(shí)施例中，優(yōu)選按照
m._^一 + ^_ — 的厚度淀積這一氮化物半導(dǎo)體層，其中，m = 0， 1, 2,
3，...， X是所述氮化物半導(dǎo)體部件的工作期間，所述多量子阱結(jié)構(gòu)的光發(fā)射
波長，"^^是所述氮化物在波長X的折射率，cWe^表示多量子阱結(jié)構(gòu)的厚
度。如果將所完成的部件中的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層嵌入到具有n>n(nitride) 的材料當(dāng)中，那么這將提高光輸出。這些包括金屬或具有較高折射率的材料， 例如，具有較高折射率的半導(dǎo)體。
在兩個(gè)備選實(shí)施例的第二個(gè)當(dāng)中，所述接觸層具有小于p摻雜氮化物半 導(dǎo)體覆蓋層的折射率。在這一實(shí)施例中，優(yōu)選按照 m.~^~—的 厚度淀積所述氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，其中，m=l，2，3,4, ...， X是所述氮化 物半導(dǎo)體部件的工作期間所述多量子阱結(jié)構(gòu)的光發(fā)射波長，"。,ge表示所述 氮化物在波長人的折射率，cW^表示多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度。該公式適用于氮化物半導(dǎo)體覆蓋層覆蓋有諸如各種塑料材料、空氣等的較小折射率的材料的
情況。這一點(diǎn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LED更為普遍，但對(duì)于剝離(stripped) LED則并非如此。
已經(jīng)證明， 一種尤為有利的做法是采用載體(carrier),所述載體的用于接 合的表面是導(dǎo)電的、反射的或金屬的。如所已知的，大多數(shù)金屬有利地結(jié)合 了這些特性。通過這種方式，改善了部件的熱散逸。所述金屬性表面或整個(gè) 載體優(yōu)選由銅、鋁、氮化鋁、硅或者鋁-硅和/或鋁-硅-碳形成。
尤為有利的其他載體材料是具有高硅含量的鋁-硅(Al/Si),在理想情況 下，硅含量至少高于70%，這種材料是除了銅或鋁之外的另一種具有高導(dǎo)電 性和高導(dǎo)熱性的化合物，其幾乎與GaN具有相同的膨脹系數(shù)，而且在較高 的硅含量下其甚至具有等同的膨脹系數(shù)。這避免了在LED的安裝和操作當(dāng) 中產(chǎn)生問題，因?yàn)榫痛硕援a(chǎn)生的應(yīng)力可能導(dǎo)致部件的分離或剝離或者導(dǎo)致 在層內(nèi)產(chǎn)生裂紋。因此，目前通過彈性粘合劑將LED接合至(例如)Al載 體，因?yàn)橹荒芡ㄟ^這種方式控制大范圍變化的熱膨脹系數(shù)(GaN ~ 5.6ppmK:1， Al》0ppmK")。但是，彈性粘合劑的使用具有缺點(diǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明的進(jìn)一 步的值得獨(dú)立保護(hù)之處在于將Al/Si載體用于制造發(fā)光薄膜氮化物半導(dǎo)體部 件以及具有這樣的Al/Si載體的發(fā)光薄膜氮化物半導(dǎo)體部件，其中，根據(jù)本 發(fā)明選擇Al/Si載體的成分，使得使其具有與所述部件的氮化物半導(dǎo)體材料 相等或幾乎相等的熱膨脹系數(shù)。采用Al/Si載體(例如，AlSi (30〃0)的膨 脹系數(shù)為7.5ppmK")可以完全避免彈性粘合劑的缺點(diǎn)。這一載體材料的導(dǎo) 熱性幾乎是鋁的一半，因此其幅度比Si優(yōu)一個(gè)量級(jí)。
優(yōu)選在處于280和50(TC之間的范圍內(nèi)的低溫上執(zhí)行所述接合。這時(shí)， 尤其優(yōu)選采用28(TC的溫度。通過這種方式，在接合之后的冷卻中將不會(huì)產(chǎn) 生額外的應(yīng)力或者只產(chǎn)生孩i小的額外應(yīng)力。在280。C以下，所述金屬不是液 體。對(duì)于很多栽體而言，由于可能產(chǎn)生的應(yīng)力，500'C的溫度已經(jīng)趨近于臨 界上限了，盡管這樣的溫度對(duì)于其他載體可能仍然是可行的。在高于500。C 的溫度上，根據(jù)所采用的材料，所述接觸金屬也可能受到嚴(yán)重的影響。
優(yōu)選通過磨蝕執(zhí)行在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的工藝中的村底的去除。此 外，也可以采用濕法化學(xué)蝕刻或者干法化學(xué)蝕刻。
在另一實(shí)施例中，對(duì)通過去除村底而暴露的生長后側(cè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，從而 形成抗反射層?？梢酝ㄟ^采用KOH (氬氧化鉀)和適當(dāng)?shù)奶幚砉ば蛭g刻N(yùn)
18面，即，所述材料的氮面(000-1 )來非常容易地執(zhí)行這一結(jié)構(gòu)化，從而提
供在形狀上類似于錐形的高度合適的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)形成了本發(fā)明的值得獨(dú)立保護(hù)的第四方面的供選處理工序，并不是 象根據(jù)本發(fā)明的第二方面或其實(shí)施例之一那樣將村底徹底減薄，之后使其氧
化，而是將襯底減薄且然后氧化至3-10^im的剩余層厚度。將由此形成的氧 化硅層粗糙結(jié)構(gòu)化成透明層。因而，所述工藝包括下述步驟 -在硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)；
-通過下面方式將所述層結(jié)構(gòu)接合到載體上，即使得所述層結(jié)構(gòu)的生長 上側(cè)面對(duì)所述載體；
-去除所述襯底直至優(yōu)選為5到l(Him厚的薄硅層； -對(duì)所述硅層氧化，以形成二氧化硅層； -制造接觸結(jié)構(gòu)。
這一處理工序的優(yōu)點(diǎn)在于，可以采用其改善光解耦。除此之外，對(duì)硅襯 底的氧化導(dǎo)致了先前的村底的延長，因而將導(dǎo)致氮化物半導(dǎo)體(例如GaN) 層具有微弱的壓應(yīng)力。如果這一 GaN層受到了微弱的張應(yīng)力，那么這一點(diǎn) 尤為有利。因而，由于該壓應(yīng)力，可靠地避免了 GaN層的裂紋和彎曲。特 別地，由于處于6-20^im的范圍內(nèi)的厚度的仍然保留的受到氧化的硅襯底， 較厚的層疊置體具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，其簡化了部件的制造。
在下文中將說明根據(jù)本發(fā)明的第三方面的根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體
施例直接得出的情況下。優(yōu)選地，所述氮化物半導(dǎo)體部件所含有的氮化物半 導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的載體不同于其上生長了層結(jié)構(gòu)的襯底。 一種尤為合適的載體基 本上由銅、鋁或A1/Si構(gòu)成。通過這種方式，改善了氮化物半導(dǎo)體部件的操 作中產(chǎn)生的熱的散逸。
具有p摻雜和n摻雜區(qū)域的實(shí)施例，例如在發(fā)光半導(dǎo)體部件(LED、激 光二極管)、以及在電子部件(晶體管等)中是常見的，在每一情況下的優(yōu) 選實(shí)施例中提供有電接觸元件。
另 一優(yōu)選實(shí)施例含有至少 一個(gè)額外的由氮化硅構(gòu)成的掩模層，該掩模層 緊鄰額外的氮化物半導(dǎo)體層布置，該額外的氮化物半導(dǎo)體層上淀積了多量子 阱結(jié)構(gòu)，但是其位于這一額外的氮化物半導(dǎo)體層的背離所述多量子阱結(jié)構(gòu)的 一側(cè)。通過這種方式，在最接近于所述多量子阱結(jié)構(gòu)并因此對(duì)載流子工作壽命具有極大影響的部件區(qū)域內(nèi)提高了層質(zhì)量。通過提高層質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)更 長的載流子工作壽命，其歸因于抑制了缺陷處不希望出現(xiàn)的復(fù)合。
在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體部件的制造中形成的中間產(chǎn)品是其上布 置了大量#4居本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體部件的載體晶片。所述載體晶片形成了 可以與硅技術(shù)中的經(jīng)過處理的晶片相比較的中間產(chǎn)品。布置在載體晶片上的
氮化物半導(dǎo)體部件的分離能夠由經(jīng)處理的載體晶片本身的制造商完成，或者 可以在運(yùn)送給部件制造商之后完成。
就這一方面而言，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠采用非常大的載體晶片，因 為能夠在大的廣泛使用的商業(yè)硅晶片上4丸行根據(jù)本發(fā)明的工藝。在去除了在 硅晶片上生長的氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)之后，能夠?qū)⑺鼋Y(jié)構(gòu)接合至具有對(duì)應(yīng) 尺寸的載體晶片。因而，本發(fā)明允許以相當(dāng)廉價(jià)的方式制造部件。在所述載
體上，所述氮化物半導(dǎo)體部件總共可以具有(例如)至少24cm的橫向尺寸。 在下文中將說明根據(jù)本發(fā)明的第四方面的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的實(shí)施例， 在它們并非是直接由前述的根據(jù)本發(fā)明的其他方面的實(shí)施例得到的情況下。 在優(yōu)選實(shí)施例中，所述氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品具有可以在襯底上沿垂直于后 側(cè)襯底表面的方向測(cè)量的曲率，其對(duì)應(yīng)于至少10m到無窮大的曲率半徑的曲 率半徑。如果因插入了低溫應(yīng)變工程中間層而在生長期間產(chǎn)生了充分高的壓 應(yīng)力，在接下來執(zhí)行的冷卻處理中由于這時(shí)產(chǎn)生的張應(yīng)力，該壓應(yīng)力被盡可 能接近地補(bǔ)償，那么通過根據(jù)本發(fā)明的處理工序就可能產(chǎn)生這樣的大曲率半 徑。


通過下文結(jié)合附圖的說明給出了本發(fā)明的其他實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)，其中 圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體部件的制造中形成了中間產(chǎn)品
的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的實(shí)施例；
圖2是示出了圖1的半導(dǎo)體產(chǎn)品在其制造中的曲率半徑的發(fā)展，并且還
將其與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品在其制造中的曲率半徑進(jìn)行了比
較的圖示；
圖3是示出了在氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造中，從氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的生 長表面反射的光隨時(shí)間的發(fā)展情況的圖示；
圖4a)和b)是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝制造的GaN層的差分干涉對(duì)比顯微(DIC)圖像；
圖4c)是通過根據(jù)本發(fā)明的工藝制造的GaN層的DIC圖像； 圖5a)是通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝制造的GaN層的平面內(nèi)透射電子顯微 鏡圖像；
圖5b)是通過根據(jù)本發(fā)明的工藝制造的GaN層的平面內(nèi)透射電子顯凝:鏡 圖像；以及
圖6a)-6f)示出了在由圖1所示的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品制造LED時(shí)的不同 處理階段。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品IOO的層結(jié)構(gòu)的示意圖。氮化物半導(dǎo)體產(chǎn) 品100形成了氮化物半導(dǎo)體部件的制造中的中間產(chǎn)品，在下文中將參考圖 6a)-6f)對(duì)其予以更為詳細(xì)的說明。
圖1的圖示并不是按比例繪制的。具體而言，不能通過該圖推斷所示的 各個(gè)層的層厚度相對(duì)于彼此的確切比值。因而，該圖所示的層厚度關(guān)系只是 提供了相當(dāng)粗略的出發(fā)點(diǎn)。由于圖示的細(xì)節(jié)不夠，因而將聯(lián)系器件方面同時(shí) i寸i侖工藝方面。
氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品IOO含有位于硅晶片104上的層結(jié)構(gòu)102。所采用的 所述晶片的生長表面為(11 l)硅表面，其垂直于圖1的紙面。除了硅晶片之外， 還可以采用SOI襯底或者其他優(yōu)選具有(l 1 l)硅表面的適當(dāng)襯底。
為了對(duì)各個(gè)層進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并且出于清楚的原因，除了附圖標(biāo)記106到122 之外，還在圖1的左側(cè)緊挨著各個(gè)層示出了字母A到F。就此而言，采用相 同的字母表示相同類型的層。具體而言
A是與緩沖層結(jié)合的氮化物成核層，
B是掩模層，
C是氮化物半導(dǎo)體層，這里具體為n型導(dǎo)電GaN層， D是多量子阱結(jié)構(gòu)，
E是p摻雜氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，這里具體為p-GaN，以及 F是用于應(yīng)變工程的^f氐溫A1N或AlGaN中間層。 在下文中將說明所述層結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)及其制造。 在淀積所述層之前，使晶片104的生長鈍化。該操作是指，通過濕法化
21學(xué)處理或者通過在1000。C以上的溫度下在真空中或在氫氣中加熱而脫氧，并 生成了氛封端(hydrogen-terminated)的表面。
成核層106具有處于10和50nm之間的厚度。在所述復(fù)合體中至多形成 400nm的層厚度，在當(dāng)前的例子中，所述復(fù)合體具有淀積于其上的緩沖層， 但是在所述處理工序中，所述緩沖層原則上是可選的。
A1N成核層是合適的，其或者在低溫下，即低于IOOO'C的溫度下生長， 例如，在600-800。C的溫度下生長，或者在高溫下生長，即，在對(duì)于A1N而 言高于IOO(TC的正常生長溫度下生長。所述可選的緩沖層也優(yōu)選由A1N構(gòu) 成，并且在高生長溫度下施加所述可選的緩沖層。但是，所述緩沖層也可以 由AlGaN構(gòu)成。在采用AlGaN時(shí)，所述成核層還可以具有相對(duì)較大的厚度， 例如大約600nm的厚度。
在生長成核層時(shí)，有利地，在添加氮前體之前開始向反應(yīng)器添加鋁前體， 由此避免襯底的氮化。襯底的氮化可能導(dǎo)致不利的A1N的多晶生長。
在由成核層和緩沖層106構(gòu)成的復(fù)合體上淀積由氮化硅構(gòu)成的掩模層。 通過同時(shí)引入諸如硅烷或乙硅烷或者有機(jī)硅化合物的硅前體以及諸如氨或 二曱基肼(dimethylhydrazine)的氮前體執(zhí)行這一淀積。這兩種前體在生長面上 發(fā)生反應(yīng)，從而形成氮化石圭。
選擇SiN掩模層的厚度,使得在第 一 氮化物半導(dǎo)體層110的下述生長中， 在同時(shí)以630nm的波長執(zhí)行的反射計(jì)測(cè)量當(dāng)中，只有在四次以上的振蕩之后 獲得完全的振蕩強(qiáng)度。其對(duì)應(yīng)于大約600nm的層厚度。通常，其將導(dǎo)致只具 有小于5。/。的樣i小的孔密度的表面，即，最初的島之間尚未平面化的區(qū)域， 其通常不能^皮反射計(jì)分辯。服從這一條件，能夠通過簡單的實(shí)驗(yàn)確定適當(dāng)?shù)?SiN層厚度。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，將這一技術(shù)教導(dǎo)轉(zhuǎn)移到反射計(jì)中采 用的其他波長上不存在任何問題。
在當(dāng)前實(shí)施例中，在第一氮化物半導(dǎo)體層IIO的生長中，未調(diào)整任何聚 合促進(jìn)生長參數(shù)，在圖l的當(dāng)前例子中，所述第一氮化物半導(dǎo)體層IIO基本 由GaN構(gòu)成，因此也稱為GaN層110。這意味著，未4是高溫度以及氮前體 與鎵前體的比率。采用這樣的參數(shù)將獲得GaN層110的具有充分的壓應(yīng)力 的生長，并由此在冷卻后獲得小得多的張應(yīng)力，進(jìn)而獲得充分降低了彎曲程 度的均勻的去應(yīng)力的部件結(jié)構(gòu)。
前述生長條件導(dǎo)致了較大的島生長，其又將"^是高層質(zhì)量，以及表現(xiàn)出更低的裂紋形成趨勢(shì)。
GaN層110的層厚度處于800和1600nrn之間。在所述GaN層上淀積具 有低溫AIN中間層112的形式的含有鋁的氮化物半導(dǎo)體中間層，以用于應(yīng)變 工程。在這種情況下，低溫A1N中間層具有8到15nm的厚度。
低溫A1N中間層提高了壓應(yīng)力分量。如果省略了這一層，那么由于SiN 掩模層108，則能夠生長出1300nm厚的無裂紋GaN層，因?yàn)檫@種情況下在 冷卻時(shí)張應(yīng)力分量將在這一厚度之上導(dǎo)致裂紋。
因而，低溫A1N中間層112的插入允許通過繼續(xù)生長一系列的額外的 GaN層和低溫A1N中間層而獲得具有更大的總層厚的GaN層。因而，低溫 A1N中間層112跟隨同樣具有大約800到1600nm的厚度的GaN層114,所 述GaN層114又跟隨有另 一低溫A1N中間層115 。在其上淀積第三GaN層 116。接下來在這一第三層上淀積由SiN構(gòu)成的第二掩模層117。第二SiN掩 模層117將使得隨后的第四GaN層118中的位錯(cuò)密度降低。四個(gè)GaN層110、 114、 116和118是n摻雜的。通過添加適當(dāng)?shù)膿诫s物質(zhì)前體，在生長中執(zhí)行 摻雜。
因而，到現(xiàn)在為止所描述的處理工序在對(duì)應(yīng)于上述說明中的第一氮化物 半導(dǎo)體層的第一GaN層110內(nèi)實(shí)現(xiàn)了具有壓應(yīng)力的生長。通過這種方式獲 得的降低的張應(yīng)力促進(jìn)了接下來的晶片104的去除以及與載體的接合。作用 于粘合劑上的力更小。因此，整個(gè)層結(jié)構(gòu)102更易于附著至所述載體。此外， 第一 GaN層110中改善的微晶體結(jié)構(gòu)和降低的張應(yīng)力降低了層結(jié)構(gòu)102的 剝離期間及之后的裂紋形成趨勢(shì)。
在第四GaN層118上淀積多量子阱結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)于預(yù)期的發(fā)光波長調(diào)整 這一多量子阱結(jié)構(gòu)120的材料的選擇和確切的層結(jié)構(gòu)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言，為了實(shí)現(xiàn)這一目的所要調(diào)整的參數(shù)是已知的，例如，其可以是層化學(xué) 計(jì)量(stoichiometry )和層厚度。如所/>知的，通過(例如)添加銦，/人純 GaN開始，氮化物半導(dǎo)體的帶隙將朝銦氮化物的方向降低。通過添加鋁，能 夠使所述帶隙朝向A1N的值增大。通過這種方式，能夠調(diào)整發(fā)光，使之具有 處于光譜的紅和紫外區(qū)之間的所需波長。
盡管在圖1中未示出，但是可以可選地在多量子阱結(jié)構(gòu)120上提供注入 阻擋層，例如所述阻擋層具有10到30nm的厚度。
相反，該圖示出了直接鄰接多量子阱結(jié)構(gòu)120的由p-GaN構(gòu)成的覆蓋層122。
上述說明涉及根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體部件的實(shí)施例。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理 解，就其他部件而言，例如，就場效應(yīng)晶體管而言，必須通過本身已知的方 式調(diào)整層結(jié)構(gòu)和層摻雜的具體細(xì)節(jié)。
圖2是示出了氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品在其通過根據(jù)本發(fā)明的工藝實(shí)施的制造 中表現(xiàn)出的曲率的發(fā)展，并且還將其與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品在 其制造中的曲率進(jìn)行了比較的圖示。該圖的x軸是以分鐘表示的時(shí)間，所述 時(shí)間從在(111 )硅襯底上進(jìn)行層淀積開始到所生長的層結(jié)構(gòu)的冷卻結(jié)束之間 延續(xù)。在Y軸上繪制曲率，即，所述氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的曲率半徑的倒數(shù)。 采用先進(jìn)的測(cè)量方法有可能以高精確度實(shí)現(xiàn)曲率的測(cè)量。從A. Krost等人的 文獻(xiàn)phys. stat. sol. (b) 242,2570-2574 (2005)和A. Krost等人的文獻(xiàn)phys. stat sol.(A)200, 26-35 (2003)中能夠獲得有關(guān)曲率測(cè)量的細(xì)節(jié)。Y軸上的-0.2和 0.2之間的曲率值對(duì)應(yīng)于具有5m到無窮大的曲率半徑的曲率。
在圖2的示意圖上繪出了兩個(gè)不同的測(cè)量曲線。虛線示出了在根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的常規(guī)氮化物半導(dǎo)體生長中曲率的測(cè)量曲線。實(shí)線示出了根據(jù)本發(fā)明的 氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的曲率的時(shí)間發(fā)展。
在根據(jù)本發(fā)明的處理工序中可以劃分出四個(gè)不同的生長階段，在圖2中 通過豎直的虛線將所述階段相互隔開。通過阿拉伯?dāng)?shù)字1到4表示由此界定 的時(shí)間間隔。A1N成核層106的生長以及加熱至適于淀積GaN的IOO(TC以 上的生長溫度發(fā)生于時(shí)間間隔1內(nèi)。在這兩種不同的結(jié)構(gòu)當(dāng)中都在這一時(shí)間 間隔內(nèi)從最初等于零的曲率(對(duì)應(yīng)于無窮大的曲率半徑)建立起了微小的正 曲率。在接下來的時(shí)間間隔2內(nèi)，生長SiN掩模層(圖1的例子中的108) 和第一GaN層(圖1中的110)，其中，所述時(shí)間間隔2在30分鐘之后開始 并且持續(xù)開始生長之后的大約45分鐘。在這一時(shí)間間隔內(nèi)GaN生長島開始 聚合。可以清楚地看到，在這一階段內(nèi)，由根據(jù)本發(fā)明的工藝制造的層結(jié)構(gòu) 的曲率值高于通過未采用SiN掩模層的常規(guī)方法生長的對(duì)比結(jié)構(gòu)的曲率值。
在接下來的時(shí)間間隔3內(nèi)生長了第一GaN層(圖1中的110)。在根據(jù) 常規(guī)處理工序的對(duì)比實(shí)例中，該工序的不同之處在于缺少中間層，時(shí)間間隔 3在從開始生長之后的30分鐘到略微超過80分鐘之間持續(xù)。在當(dāng)前情況下， 未引入用于形成AiN中間層112的低溫A1N生長P介段。
在完成層淀積之后，使兩結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻(時(shí)間間隔4 )。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的對(duì)比樣本中，與根據(jù)本發(fā)明制造的樣本的情況一樣，冷卻發(fā)生在開始
處理之后的大約90分鐘，其在對(duì)比樣本中導(dǎo)致了大約0.17m"的相對(duì)顯著的 曲率，其對(duì)應(yīng)于大約5.8m的曲率半徑。在根據(jù)本發(fā)明制造的層結(jié)構(gòu)內(nèi)，完 成冷卻工藝后的曲率大約為0.12m-1,其對(duì)應(yīng)于大約8.3m的曲率半徑?？梢?象圖l所示的層結(jié)構(gòu)中一樣通過進(jìn)一步插入低溫A1N層進(jìn)一步優(yōu)化這一值， 因而能夠制作出具有小到趨于零的曲率的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品。
圖3是示出了在用于基于圖2說明的比較實(shí)例(虛曲線)及用于才艮據(jù)本 發(fā)明制造的樣本的處理工序期間，氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品在其制造中由其生長表 面反射的光隨著時(shí)間的發(fā)展的圖示。因而，該圖示出了在對(duì)應(yīng)于圖2中解釋 的處理工序的層結(jié)構(gòu)生長期間，在大約600nm的光波長的反射計(jì)測(cè)量的結(jié) 果。其相對(duì)于時(shí)間繪制了反射光強(qiáng)度。按照與圖2中相同的方式將該圖劃分 為時(shí)間部分l、 2、 3、 4。在部分2中通過箭頭標(biāo)出了在層生長期間振蕩(這 是公知的)的反射光強(qiáng)度的初始最大強(qiáng)度?？梢钥闯觯c對(duì)比實(shí)例相比較而 言，在4艮據(jù)本發(fā)明制造的樣本中，在5到6次振蕩之后，達(dá)到了最小強(qiáng)度和 最大強(qiáng)度之間的滿量程。如果調(diào)整掩模層的生長持續(xù)時(shí)間，從而在反射計(jì)測(cè) 量中出現(xiàn)這樣的圖案，那么憑經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在GaN層的淀積步驟中出現(xiàn) 了最初獨(dú)立的微晶，其在聚合層厚度之上生長到一起，并且在垂直于生長方 向的共生(intergrowing )氮化物半導(dǎo)體層的層平面內(nèi)至少占據(jù)0.16pm2到 0.36pm2的平均表面面積?？梢灶A(yù)期能夠通過進(jìn)一步優(yōu)化生長參數(shù)而獲得甚 至更大的平均表面面積。
圖4a)和b)示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝制造的GaN層的差分干涉對(duì)比顯 微(DIC)圖像。圖4c)示出了通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝制造的GaN層的DIC 圖像。
圖4a)到4c)的掃描電子顯微鏡圖像以相同的標(biāo)度示出了通過不同的方 式制造的GaN層的表面。圖4a所示的樣本是在不采用SiN掩模層的情況下 制造的，其具有大約2.5pm的厚度?？梢郧宄乜吹剑霰砻婢哂写罅康?裂紋。圖4b所示的表面屬于2.4pm厚的樣本，盡管其是采用SiN掩模層制 造的，但是其不包括用于應(yīng)變工程的中間層。與前面討論的樣本相比，該層 示出了只具有幾條裂紋的顯著改善的結(jié)構(gòu)。
另一方面，圖4c)所示的樣本的表面則表現(xiàn)出了極大提高的質(zhì)量，在圖 像截面內(nèi)不存在任何裂紋的形成，其中，所述樣本根據(jù)本發(fā)明，即，采用合適的SiN掩模層并借助低溫A1N中間層生長到了 2.8nm的厚度。
顯微鏡圖像。圖5b)示出了通過根據(jù)本發(fā)明的工藝制造的GaN層的平面內(nèi)透 射電子顯微鏡圖像。所述圖像以基本相同的比例示出了通過不同方式生長的 GaN層。在生長圖5a)所示的層時(shí)，未采用任何SiN掩模層。但是在生長圖 5b)所示的層時(shí)采用了才艮據(jù)本發(fā)明的處理工序。
為了對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估，將估算圖示的層平面內(nèi)可見的微晶的尺寸，出于 這一目的，使大致遵循聚合微晶的可識(shí)別等高線的圓形或橢圓形環(huán)疊加到圖 像上。
作為說明，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充，異質(zhì)外延位錯(cuò)一方面在界面處產(chǎn)生為失配位錯(cuò)， 另 一方面由通常發(fā)生的島生長形成。在島強(qiáng)烈地適應(yīng)于微晶結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷 時(shí)，其將總是略微傾斜或扭曲地生長。同時(shí)，在兩個(gè)微晶的界面處發(fā)生傾斜 將導(dǎo)致螺旋位錯(cuò)(screw dislocation)的生成。扭曲(twisting)將導(dǎo)致在兩微晶之 間的界面上產(chǎn)生刃位錯(cuò)。相應(yīng)地，隨著層厚度的增加而產(chǎn)生的聚合過程將導(dǎo) 致恰好在兩^f鼓晶的邊界上形成這些位錯(cuò)。只有幾個(gè)位錯(cuò)獨(dú)立于這些作用而生 成于例如與襯底之間的界面上。相應(yīng)地，可識(shí)別的刃位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)近似指 示了聚合微晶的邊界，因?yàn)榧僭O(shè)相鄰微晶只是稍微具有不完善的取向，那么 這些位錯(cuò)"裝飾"聚合的微晶。為了檢查微晶的平面表面面積，應(yīng)當(dāng)采用與 掩模層相隔700 ± 50nm的距離的層平面。
由圖示的表面面積和由此標(biāo)識(shí)出的微晶的數(shù)量的比率計(jì)算微晶在相交 (intersection)平面內(nèi)占據(jù)的平均表面積。在所研究的這兩個(gè)樣本中，這一 相交平面均位于聚合層厚度之上。在圖5a所示的樣本中，在 894nmxll95nm-1.0681nm2的面積上數(shù)出了 38個(gè)微晶。其表明每一微晶的平 均表面積為0.028lpm2。
另一方面，在圖5b)所示的才艮據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品的樣本中， 在2982nmx2238nn^6.67pmS的表面積上數(shù)出了 35個(gè)微晶。其表明每一微晶 的平均表面積為0.19nm2。
應(yīng)當(dāng)指出，就其質(zhì)量而言，所研究的圖5b)的樣本處于借助根據(jù)本發(fā)明 的工藝所能獲得的值的下限。優(yōu)選地，執(zhí)行所述處理工序使所述平均表面積 至少為0.36nm2。通過這種方式，能夠顯著提高GaN層內(nèi)的壓應(yīng)力，其將使 所完成的部件具有更好的曲率半徑和張應(yīng)力結(jié)果。圖6a)-6f)示出在由圖1所示的氮化物半導(dǎo)體制造LED的工藝中的不同 ^t理階段。這里描述的處理工序跟隨在圖1的氮化物半導(dǎo)體部件的制造之后。
就此而言，首先在氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品IOO上提供上方金屬化。其一方面 用于隨后接合至載體126,另一方面用于改善與所形成的部件的光解耦。
載體126由銅或AlSi制成，并且在用于接合的一側(cè)128受到金屬化130。 圖6b)示出了接合之后的工藝階段。在280。C的溫度上執(zhí)行接合。釆用這樣 的低溫的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)在接合工藝中由熱循環(huán)導(dǎo)致額外的應(yīng)力。
在接下來的步驟中去除Si晶片104。在圖6c)中對(duì)其給出了示意性的圖 示。利用研磨和蝕刻去除Si晶片104。所述蝕刻可以是濕法化學(xué)蝕刻或干法 化學(xué)蝕刻。由此生成了圖6d)所示的結(jié)構(gòu)，其中，先前接合至Si晶片的成核 層106現(xiàn)在形成了上側(cè)，并且p覆蓋層122與金屬化124/130直接接觸。在 接下來的步驟中，通過蝕刻使上側(cè)結(jié)構(gòu)化。采用(例如)KOH或H3P04通 過蝕刻形成了用于改善與所述部件的光解耦的錐形結(jié)構(gòu)。最后，形成接觸結(jié) 構(gòu)。為了定義LED的流動(dòng)極性，將負(fù)極性施加于表面上的極(pole)端接觸 136，將正極性施加于載體上的極端接觸。
根據(jù)本發(fā)明，可以在大襯底上進(jìn)行層生長，從而實(shí)現(xiàn)大部件的制造或者 大量小部件的節(jié)省成本的制造。進(jìn)行所描述的處理工序而沒有在藍(lán)寶石坤于底 的情況下通常采用的激光剝離，因此更加簡單而廉價(jià)。僅后側(cè)接觸的制造以 及部件分離之前的結(jié)構(gòu)化才需要光刻程序。
上述說明表明，在用于實(shí)現(xiàn)無內(nèi)應(yīng)力氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明 的生長工藝的基礎(chǔ)上，可以在部件的進(jìn)一步的制造階^a內(nèi)實(shí)施尤為簡單的處 理。通過這種方式能夠制造出高質(zhì)量的廉價(jià)部件。
所述處理工序可存在各種變型。例如，在至少20nm的p-GaN生長之后， 可為p導(dǎo)電覆蓋層122提供SiN掩模。接下來按照島狀方式實(shí)施接下來的 p-GaN的進(jìn)一步的生長，并不導(dǎo)致完全的聚合。這生成了粗糙的表面，并且 使得所完成的圖6f)的半導(dǎo)體部件具有更均一的向上的光發(fā)射。即使向上側(cè) 施加了有效性較差的抗反射層，也能夠更為有效地^使光解耦。
權(quán)利要求
1. 一種用于在硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)的工藝，包括步驟-提供具有硅表面的襯底；-在所述襯底的硅表面上淀積含有鋁的氮化物成核層；-可選的在所述氮化物成核層上淀積含有鋁的氮化物緩沖層；-在所述氮化物成核層或者當(dāng)存在時(shí)在第一氮化物緩沖層上淀積掩模層；-在所述掩模層上淀積含有鎵的第一氮化物半導(dǎo)體層，其中，通過這樣一種方式淀積所述掩模層，使得在所述第一氮化物半導(dǎo)體層的淀積步驟中，最初分離的微晶生長從而在一定聚合層厚度之上聚合并且在所述聚合的氮化物半導(dǎo)體層的垂直于所述生長的方向的層平面內(nèi)占據(jù)至少0.16μm2的平均表面積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，以一定層厚度淀積所述掩模層， 導(dǎo)致在最初以生長島的形式生長的第 一氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)與所述掩模層平 均相距至少600nm的距離處的至少80%閉合的層區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝，其中，將所述掩模層淀積為，對(duì) 下面的氮化物成核層的覆蓋率至少為95°/。，或者對(duì)如果存在的所述第一氮化 物緩沖層的覆蓋率至少為95%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的工藝，其中，由氮化硅淀積所述掩 模層。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的工藝，其中，選擇所述掩模層的淀積 持續(xù)時(shí)間，使得在所述第一氮化物半導(dǎo)體層的淀積步驟中，在大約600nm的 光波長的對(duì)生長表面的反射強(qiáng)度的伴隨測(cè)量表現(xiàn)出這樣的振蕩強(qiáng)度性態(tài)， 即，具有不斷增大的振蕩幅度，并且所述振蕩幅度在至少5個(gè)振蕩周期之后 達(dá)到最大值，之后基本保持恒定。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的工藝，其中，所述氮化物成核層的淀 積發(fā)生在(l 11 )硅表面上。
7. 根據(jù)前迷權(quán)利要求之一所述的工藝，其中，以800nm與1600nm之 間的層厚度淀積所述第一氮化物半導(dǎo)體層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其中，在所述第一氮化物半導(dǎo)體層上 淀積含有鋁的氮化物中間層，并且其中，還在最后一層上淀積含有鎵的第二 氮化物半導(dǎo)體層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝，其中，重復(fù)執(zhí)行淀積含有鋁的氮化物 中間層和含有鎵的額外氮化物半導(dǎo)體層的步驟序列。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的工藝，其中，在所述額外的氮化物半導(dǎo) 體層上淀積氮化物半導(dǎo)體材料的多量子阱結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其特征在于，恰好在淀積將在其上 淀積所述多量子阱結(jié)構(gòu)的這些額外氮化物半導(dǎo)體層之前淀積至少一個(gè)由氮 化硅構(gòu)成的額外掩模層。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的工藝，其中，向所述第一氮化物半導(dǎo) 體層內(nèi)并且向如果存在的這些額外的氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)引入n摻雜，其中， 所述第一氮化物半導(dǎo)體層以及這些額外的氮化物半導(dǎo)體層淀積于所述多量 子阱結(jié)構(gòu)之前。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的工藝，包括下述步驟在所述多量子 阱結(jié)構(gòu)上制造p摻雜的含有鎵的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的工藝，其中，所述的提供襯底的步驟包括提供厚度至少為A^Xjc的硅襯底，其中，所述Dc;aN表示要在所述襯底上淀積的氮化物半導(dǎo)體層的層厚度，或者如果將要淀積多于一個(gè)氮化物半導(dǎo) 體層，其表示將要在所述襯底上淀積的氮化物半導(dǎo)體層的層厚度以及所存在 的氮化物中間層的層厚度之和，并且其中，在采用摻雜硅襯底的情況下，x 是110，在采用未摻雜襯底的情況下，x是200。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其中，所述的提供襯底的步驟包括 提供硅襯底，其厚度還大于或等于其中，以厘米為單位的襯底直徑。 3.5
16. —種用于制造氮化物半導(dǎo)體部件的工藝，包括步驟- 根據(jù)前述權(quán)利要求之一在硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)；- 通過如下方式將所述層結(jié)構(gòu)接合到載體上，即，使所述層結(jié)構(gòu)的生長上側(cè)面對(duì)所述載體；- 全部或者部分去除所述^]"底； -制造接觸結(jié)構(gòu)。
17. 才艮據(jù)權(quán)利要求16所述的工藝，具有這樣的步驟，該步驟包括在所 述層結(jié)構(gòu)的生長上側(cè)上淀積導(dǎo)電接觸層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的工藝，其中，比所述p摻雜氮化物半導(dǎo)體 覆蓋層具有更高的折射率的材料用于所述^^觸層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16到18之一所述的工藝，具有這樣的步驟，該步驟 在所述接合之前執(zhí)行且包括使所述層結(jié)構(gòu)的所述生長上側(cè)或者如果存在的 所述接觸層金屬化。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16到19之一所述的工藝，其中，采用這樣的載體， 即，該載體用于接合的表面是導(dǎo)電的、反射的或金屬性的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18到20之一所述的工藝，其中，按照+ ---f21的厚度淀積所述層結(jié)構(gòu)的所述氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，其中，m = 0, 1,2,3,人是所述氮化物半導(dǎo)體部件的操作期間所 述多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長， ge是所述氮化物在波長X的折射率，d^『 表示所述多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的工藝，其中，具有比所述p摻雜氮化物半 導(dǎo)體覆蓋層的折射率小的材料用于所述接觸層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其中，按照"^i^:—~^一 的 厚度淀積所述層結(jié)構(gòu)的所述氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，其中，m= 1,2,3,4, 人是所述氮化物半導(dǎo)體部件的操作期間所述多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長，wwfrWe 表示所述氮化物在波長X的折射率，dwe『表示所述多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16到23之一所述的工藝，其中在處于280與50(TC 之間的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行所述接合。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16到24之一所述的工藝，其中，通過研磨或者通過 相結(jié)合的研磨和蝕刻執(zhí)行所述的去除襯底的步驟。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16到24之一所述的工藝，其中，單獨(dú)通過蝕刻執(zhí)行 所述的去除襯底的步驟。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16到25之一所述的工藝，其中，對(duì)通過去除襯底而暴露的生長后側(cè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，從而形成抗反射作用層。
28. —種氮化物半導(dǎo)體部件，具有- 含有鎵的第一氮化物半導(dǎo)體層，其具有由聚合微晶構(gòu)成的結(jié)構(gòu)， 所述聚合微晶在垂直于生長方向的層平面內(nèi)至少占據(jù)0.16pm2的平均表面 積，- 鄰接所述第一氮化物半導(dǎo)體層的含有鋁的氮化物中間層，以及- 鄰接最后一層的含有鎵的額外的第二氮化物半導(dǎo)體層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，垂直于所述生 長方向的層平面內(nèi)的所述樣t晶至少具有400 x 400nn^的尺寸。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，垂直于所述生 長方向的層平面內(nèi)的所述微晶至少占據(jù)0.36pm2的平均表面積。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28到30之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，所述 第一氮化物半導(dǎo)體層具有處于800nm與1600nm之間的層厚度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28到31之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其重復(fù)地包 括由含有鋁的氮化物中間層和含有鎵的額外氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的層序列。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，在所述額 外的氮化物半導(dǎo)體層上淀積氮化物半導(dǎo)體材料的多量子阱結(jié)構(gòu)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其特征在于，緊鄰所 述額外的氮化物半導(dǎo)體層中的在其上淀積所述多量子阱結(jié)構(gòu)的層、但位于這 一額外的氮化物半導(dǎo)體層的背離所述多量子阱結(jié)構(gòu)的一側(cè)的至少一個(gè)額外 的氮化硅掩模層。
35. 根據(jù)權(quán)利要求28到34之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，所述 第一氮化物半導(dǎo)體層以及如果存在的這些額外的氮化物半導(dǎo)體層都是n摻雜 的，其中，所述這些額外的氮化物半導(dǎo)體層布置在所述多量子阱結(jié)構(gòu)的朝向 所述第 一氮化物半導(dǎo)體層的 一側(cè)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33到35之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其具有p摻 雜的含有鎵的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，所述覆蓋層布置在所述多量子阱結(jié)構(gòu)的 背離所述第一氮化物半導(dǎo)體層的一側(cè)上。
37. 根據(jù)權(quán)利要求28到36之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其具有接合 至所述第一氮化物半導(dǎo)體層的載體。
38. 根據(jù)權(quán)利要求28到37之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，所述載體和所述第一氮化物半導(dǎo)體層通過金屬層相互接合。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，所述載體 主要由銅、鋁、硅、氮化鋁或A1/Si構(gòu)成。
40. 根據(jù)權(quán)利要求28到39之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，所述 導(dǎo)電接觸層布置在所述載體和所述第一氮化物半導(dǎo)體層之間。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36和權(quán)利要求40所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中， 所述接觸層具有高于所述p摻雜氮化物半導(dǎo)體覆蓋層的折射率。
42. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，按照m.~^~ + _^的厚度淀積所述層結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，其中,^r:o，/!ir3, ..2; X是在所述氮化物半導(dǎo)體部件的操作期間，所述多量子阱結(jié)構(gòu)的光發(fā)射波長，"。,^e是所述氮化物在所述波長人的折射率，dMe『 表示所述多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度。
43. 根據(jù)權(quán)利要求36和權(quán)利要求40所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中， 所述接觸層具有比所述p摻雜氮化物半導(dǎo)體覆蓋層低的折射率。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其中，按照w.~^~-^的厚度淀積所述層結(jié)構(gòu)的所述氮化物半導(dǎo)體覆蓋層，其中， m= 1,2,3,4， ...， X是在所述氮化物半導(dǎo)體部件的操作期間所述多量子阱結(jié) 構(gòu)的光發(fā)射波長，"愈^是所述氮化物在所述波長X的折射率，cWg^表示所 述多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度。
45. 根據(jù)權(quán)利要求28到44之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件，其具有n側(cè) 和p側(cè)電接觸元件。
46. —種具有多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求28到45之一所述的氮化物半導(dǎo)體部件 的載體晶片。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的載體晶片，其中，所述載體上的所述多個(gè) 氮化物半導(dǎo)體部件總共具有至少24cm的橫向尺寸。
48. —種氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其具有- 具有硅表面的襯底，- 鄰接所述硅表面的含有鋁的氮化物成核層，- 可選的鄰接所述氮化物成核層的含有鋁的氮化物緩沖層，- 位于所述氮化物成核層上、或者如果存在的所述氮化物緩沖層上 的掩模層，并且具有- 鄰接所述掩模層布置并且具有由聚合微晶構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的含有鎵的 第一氮化物半導(dǎo)體層，其中，所述微晶在聚合層厚度之上并且在垂直于所述生長方向的層平面內(nèi)占據(jù)至少0.16jim^的平均表面積。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其中，在與所述掩模 層相距至少600nrn的距離處，所述生長島以至少80%的量聚合。
50. 根據(jù)權(quán)利要求48和49之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其中，所述 氮化物成核層是氮化鋁層或具有至少10%的鋁比例的鋁/鎵氮化物層。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其中，所述氮化物成 核層具有處于10和100nm之間的層厚度。
52. 根據(jù)權(quán)利要求48到51之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品 氮化物緩沖層具有最大400nm的層厚度。
53. 根據(jù)權(quán)利要求48到52之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)其中，所述口cr;其中，所述10m的曲率半徑。
54. 根據(jù)權(quán)利要求48到53之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其具有與所 述第一氮化物半導(dǎo)體層鄰接的含有鋁的氮化物中間層，并且- 具有鄰接最后 一層的含有鎵的額外的第二氮化物半導(dǎo)體層。
55. 根據(jù)權(quán)利要求48到54之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其中，垂直 于所述生長方向的層平面內(nèi)的微晶至少占據(jù)0.36pin^的平均表面積。
56. 根據(jù)權(quán)利要求48到55之一所述的氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)品，其中，所述 襯底具有至少24cm的橫向尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在硅表面上制造氮化物半導(dǎo)體部件的層結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括步驟-制備具有硅表面的襯底；-在所述襯底的硅表面上淀積含有鋁的氮化物成核層；-可選的在所述氮化物成核層上淀積含有鋁的氮化物緩沖層；-在所述氮化物成核層或者當(dāng)存在時(shí)在第一氮化物緩沖層上淀積掩模層；-在所述掩模層上淀積含有鎵的第一氮化物半導(dǎo)體層，其中，通過這樣一種方式淀積所述掩模層，使得在所述第一氮化物半導(dǎo)體層的淀積步驟中，最初分離的微晶在一定的聚合層厚度之上首先共生，并且在垂直于所述生長方向的共生氮化物半導(dǎo)體層的層平面內(nèi)占據(jù)至少0.16μm²的平均表面積。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101427391SQ200780014633
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者阿明·戴德加, 阿洛伊斯·克羅斯特 申請(qǐng)人:阿祖羅半導(dǎo)體股份公司