用于制造半導體層序列的方法和光電子半導體器件的制作方法
【專利摘要】說明用于制造半導體層序列的方法，所述方法具有以下步驟：?提供具有在生長側（50a）處的生長面（51）的生長襯底（50），?在生長側處生長第一氮化半導體層（10），?第二氮化半導體層（20）生長到第一氮化半導體層（10）上，其中第二氮化半導體層（20）具有至少一個開口（21），或者在第二氮化半導體層（20）中產(chǎn)生至少一個開口（21），或者在生長期間在第二氮化半導體層（20）中形成至少一個開口（21），?通過第二氮化半導體層（20）中的開口（21）將第一氮化半導體層（10）的至少一部分移除，?第三氮化半導體層（30）生長到第二氮化半導體層（20）上，其中所述第三氮化半導體層（30）至少部分地覆蓋開口（21）。
【專利說明】
用于制造半導體層序列的方法和光電子半導體器件
技術領域
[0001]說明用于制造半導體層序列的方法。此外，說明光電子半導體器件，所述光電子半導體器件可以具有這樣的半導體層序列。
【背景技術】
[0002]出版物US6，091，085描述一種用于制造半導體層序列的方法以及具有這樣的半導體層序列的光電子半導體芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的任務在于，說明可以特別成本低地被執(zhí)行的方法。另一要解決的任務在于，說明特別高效的光電子半導體器件。
[0004]按照用于制造半導體層序列的方法的至少一個實施方式，所述方法包括方法步驟:其中具有在生長側處的生長面的生長襯底被提供。生長襯底被設置用于將生長側處的半導體層例如外延地沉積到生長襯底的生長面上。在此，生長襯底可以導電地或者電絕緣地來構造。此外，生長襯底可以輻射能穿透地、反射輻射地或者吸收輻射地來構造。生長襯底可以具有生長面，所述生長面例如利用藍寶石、SiC或者硅構成。生長襯底例如可以是藍寶石晶片。生長襯底被設置用于保留在制成的光電子半導體器件中。也即，所述生長襯底不應當被剝離。
[0005]按照本方法的至少一個實施方式，所述方法包括方法步驟:其中在生長側處的第一氮化(nitridische)半導體層生長到生長襯底上。第一氮化半導體層例如可以直接地緊鄰生長襯底的生長面。此外可能的是:至少一個其他層(例如緩沖層)布置在生長襯底和第一氮化半導體層之間。
[0006]通常，這里和以下描述的層和組件尤其分別直接地毗鄰。此外可能的是，其他的層(諸如緩沖層)部分地布置在所描述的層之間。
[0007]這里和以下將氮化半導體層理解為單分層的或者多分層的半導體層，所述半導體層基于氮化物化合物半導體材料。
[0008]在當前上下文中“基于氮化物化合物半導體材料”意味著:半導體層序列或者其至少一部分、特別優(yōu)選地至少一個活性區(qū)具有氮化物化合物半導體材料、優(yōu)選AlnGamInmN,或者由所述氮化物化合物半導體材料、優(yōu)選AlnGamIrn-n-mN組成，其中O彡I，O彡m彡I并且n+m< I。在此，所述材料不必強制地具有按照上面的公式的數(shù)學上精確的組成。更確切地說，所述材料可以例如具有一種或多種摻雜物質以及附加的成分。然而即使晶格的基本成分(Al、Ga、In、N)可以部分地通過少量其他物質替換和/或補充，為了簡單起見，上面的公式也僅包含所述基本成分。
[0009]按照本方法的至少一個實施方式，所述方法包括方法步驟:其中將第二氮化半導體層沉積到第一氮化半導體層上。在此，第二氮化半導體層具有與第一氮化半導體層不同的組成。第二氮化半導體層可以部分地直接緊鄰第一氮化半導體層?？商娲鼗蛘吒郊拥乜赡艿氖?一個或多個其他層布置在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間。然而，尤其優(yōu)選的是，存在至少一個區(qū)域，在所述區(qū)域中第一氮化半導體層和第二氮化半導體層直接地13比鄰。
[0010]在此，第二氮化半導體層具有至少一個開口，或者在第二氮化半導體層中產(chǎn)生至少一個開口，或者在生長期間在第二氮化半導體層中形成至少一個開口、尤其多個開口。換句話說，在形成或者產(chǎn)生至少一個開口后的氮化半導體層不是封閉的層，而是第二氮化半導體層通過開口被中斷。在此，開口優(yōu)選地至少部分地完全地延伸通過第二氮化半導體層。
[0011]在此尤其可能的是，第二氮化半導體層在與生長襯底的生長面的主延伸方向平行的平面中包括多個彼此相間隔的區(qū)域，所述區(qū)域不通過第二氮化半導體層的材料彼此連接。換句話說，第二氮化半導體層可以以多個由第二氮化半導體層的材料組成的島布置在第一氮化半導體層的背離生長襯底的側處。尤其在所述島的區(qū)域中，第二氮化半導體層的材料可以部分地處于與第一氮化半導體層的材料的直接接觸中。
[0012]可替代地或者附加地可能的是，第二氮化半導體層在與生長襯底的生長面的主延伸方向平行的平面中多次連貫地被構造。于是，第二氮化半導體層例如不被劃分成各個材料島(Materialinseln)，而是所述第二氮化半導體層具有孔、開口，所述孔、開口完全地在垂直于所述平面的方向上和/或在具有垂直于所述平面的方向分量的方向上穿過第二氮化半導體層延伸。在所述開口的區(qū)域中可能的是，第一氮化半導體層在沉積其他的層之前露出。
[0013]在此，開口可以在第二氮化半導體層生長期間形成。例如，材料可以部分地布置在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間，第二氮化半導體材料差地或者甚至不在所述材料上生長。于是在所述材料不存在的位置處，第二氮化半導體層的材料可以布置在第一氮化半導體層上，并且由第二氮化半導體層的材料組成的所描述的島可以從那里生長。
[0014]此外可能的是，開口例如由于在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間的晶格常數(shù)的區(qū)別而作為裂縫在生長期間形成。
[0015]最后可能的是，在第二氮化半導體層的生長結束后，開口通過工藝、諸如蝕刻產(chǎn)生或者擴大。
[0016]按照本方法的至少一個實施方式，所述方法包括方法步驟:其中第一氮化半導體層的至少一部分通過第二氮化半導體層中的開口被移除。由于第二氮化半導體層中的開口可能的是，第一氮化半導體層在那里露出或者可以被暴露。于是經(jīng)由所述開口可以例如通過化學或者機械方法至少在第一氮化半導體層露出的地方移除第一氮化半導體層。以這種方式，在第二氮化半導體層之下也可以產(chǎn)生區(qū)域，其中以前存在的第一氮化半導體層的材料再次從所述區(qū)域被移除。
[0017]按照本方法的至少一個實施方式，所述方法包括方法步驟:其中第三氮化半導體層生長到第二氮化半導體層上，其中第三氮化半導體層至少部分地覆蓋開口。
[0018]第三氮化半導體層在其材料方面例如區(qū)別于第一和/或第二氮化半導體層。第三氮化半導體層可以覆蓋并且甚至填滿第一氮化半導體層中的開口。于是例如可能的是，第三氮化半導體層完全地覆蓋第二氮化半導體層以及第二氮化半導體層中的開口，使得在第三氮化半導體層生長后，在對半導體層序列的具有小的穿透深度(例如電子掃描顯微鏡)的接近表面的俯視圖中，第二氮化半導體層和第二氮化半導體層中的開口不再能夠被識別。
[0019]在此尤其可能的是，第一氮化半導體層的材料穿過開口已經(jīng)從中被移除的區(qū)域不用第三氮化半導體層的材料填充，也即在生長襯底和隨后的半導體層之間存在空洞，所述空洞不用半導體材料填充。所述空洞例如用氣體填充。
[0020]按照用于制造半導體層序列的方法的至少一個實施方式，所述方法包括以下步驟:
一提供具有在生長側處的生長面的生長襯底，
一第一氮化半導體層在生長側處生長，
一第二氮化半導體層生長到第一氮化半導體層上，其中第二氮化半導體層具有至少一個開口，或者在第二氮化半導體層中產(chǎn)生至少一個開口，或者在生長期間在第二氮化半導體層中形成至少一個開口，
-通過第二氮化半導體層中的開口將第一氮化半導體層的至少一部分移除，
-第三氮化半導體層生長到第二氮化半導體層上，其中第三氮化半導體層至少部分地覆蓋開口。
[0021]利用這里描述的方法尤其可以實現(xiàn)半導體層序列，其中在生長襯底和隨后的半導體層序列之間存在空洞，所述空洞例如用氣體填充。如果在光電子半導體器件中使用半導體層序列，那么所述空洞例如可以以光學方式被使用，其方式是，在空洞的區(qū)域中或者在空洞的邊緣處的折射、散射和/或反射被充分使用。
[0022]如果在光電子或者電子半導體器件中使用半導體層序列，那么可以利用這里描述的方法實現(xiàn)半導體層序列，其中在生長襯底的生長面和隨后的半導體層之間的空洞的區(qū)域中存在熱去耦。例如用氣體填充的空洞比包圍所述空洞的半導體材料導熱差?？梢砸赃@種方式實現(xiàn)半導體器件，所述半導體器件在空洞上方具有比在空洞之間更強烈地變熱的區(qū)域。生長襯底的熱負荷在空洞的區(qū)域中也可以被減少。此外可以將在運行中所產(chǎn)生的熱量有針對地經(jīng)由氮化半導體層排出。
[0023]按照本方法的至少一個實施方式，第二氮化半導體層具有比第一氮化半導體層更大的鋁濃度。例如，第一氮化半導體層具有至多10%或者至多20%的鋁濃度。于是第二氮化半導體層具有比第一氮化半導體層多至少1.5%、尤其多至少5%或者多至少10%的鋁濃度。因此，鋁濃度例如為至少21.5%或者至少25%或者至少30%。在此，第二氮化半導體層例如也可以利用AlN構成，或者由AlN組成。
[0024]通過在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間的鋁濃度的區(qū)別例如可以使用例如蝕刻方法的方法用于移除第一氮化半導體層的至少一部分，在所述方法中材料剝蝕的概率隨著鋁濃度升高而降低。在該情況下，具有較小鋁濃度的第一氮化半導體層通過所述方法比具有較大鋁濃度的第二氮化半導體層更強烈地被剝蝕。
[0025]按照本方法的至少一個實施方式，在沉積第二氮化半導體層之前，掩模層被布置在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間。掩模層例如可以直接地被施加到第一氮化半導體層上。
[0026]掩模層例如是以單層材料構成的原子薄層，所述單層材料不完全地遮蓋第一氮化半導體層。
[0027]在隨后的方法步驟中，第二氮化半導體層以最大的概率在第一氮化半導體層未由掩模層遮蓋的地方生長到第一氮化半導體層上。為此，掩模層例如具有開口，在所述開口中第一氮化半導體層未由掩模層遮蓋。掩模層例如不是完全地遮蓋第一氮化半導體層，而是以至少70%和至多90%的遮蓋率遮蓋。對于掩模層的材料選擇以下材料:在第二氮化半導體層生長時的選擇性由所述材料引起，也即第二氮化半導體層的材料在掩模層的材料上與例如在第一氮化半導體層的材料上相比不太好地生長。由此可能的是，第二氮化半導體層的材料主要地在朝向第一氮化半導體層的掩模層的開口處聚集，并且在那里形成第二氮化半導體層的材料的島。掩模層和氮化半導體層優(yōu)選地可以在原地外延地被沉積。
[0028]在第二氮化半導體層生長后，于是背離第一氮化半導體層的掩模層的表面的至少一部分無第二氮化半導體層的材料，由此第二氮化半導體層具有至少一個開口。也即，通過掩模層，在掩模層的開口的區(qū)域中產(chǎn)生第二氮化半導體層的選擇性生長。第二氮化半導體層于是在掩模層的開口之間具有第二氮化半導體層中的至少一個開口。
[0029]例如在用于第一氮化半導體層的所述實施方式中，具有至多20%的鋁濃度的氮化物化合物半導體材料被選擇。于是對于第二氮化半導體層，選擇具有優(yōu)選地比對于第一氮化物半導體層多至少1.5%并且例如多至多10%的鋁濃度的氮化物化合物半導體材料。因此，鋁濃度例如為21.5%和30%之間。對于掩模層作為材料于是可以選擇氮化硅、SiN。
[0030]在此，掩模層可以在相同的外延設備中(也即在原地)如氮化半導體層那樣被沉積。在所述實施方式中，因此SiN層在原地被沉積在第一氮化半導體層上。
[0031]SiN掩模層不完全地遮蓋第一氮化半導體層，而是例如遮蓋至少70%和至多90%。在沉積掩模層之后沉積含鋁的氮化半導體層、例如具有比第一氮化半導體層更高的鋁濃度的AlGaN層。于是在掩模層的開口中，構造第二氮化半導體層的島。
[0032]按照本方法的至少一個實施方式，在將第一氮化半導體層的部分移除之前，移除掩模層。在此掩模層可以利用與第一氮化半導體層相同的方法被移除。如果所述方法例如是蝕刻方法，那么可以首先移除掩模層并且隨后移除暴露的第一氮化半導體層。在所述蝕刻方法情況下然后甚至不或者不太快速地移除第二氮化半導體層，使得第二氮化半導體層的至少一個剩余部分保留。
[0033]按照本方法的至少一個實施方式，可替代地或者附加地，在第二氮化半導體層生長期間，在第二氮化半導體層中可以形成裂縫，所述裂縫構成第二氮化半導體層中的開口。在此，開口中的一些或者所有開口完全地從第二氮化半導體層的背離第一氮化半導體層的側穿過第二氮化半導體層延伸直至第一氮化半導體層。代替掩模層或者除了掩模層外，高度含鋁的第二氮化半導體層例如可以被沉積。所述高度含鋁的層例如也可以是AlN層。由于與第一氮化半導體層的誤匹配，根據(jù)第二氮化半導體層的幾納米的層厚度形成裂縫，其中所述第一氮化半導體層具有較低的鋁濃度并且例如利用GaN構成，所述裂縫構成第二氮化半導體層中的開口。通過第二氮化半導體層中的所述開口，第一氮化半導體層例如對于工藝氣體是允許進入的，所述工藝氣體可以被使用用于蝕刻。
[0034]按照本方法的至少一個實施方式，通過提高氫流將第一氮化半導體層的至少一部分移除，其中第一氮化半導體層的移除基于在氫和第一氮化半導體層的材料之間的化學反應進行。也即，第一氮化半導體層例如通過出氣體被蝕刻。以這種方式，移除可以在與氮化半導體層的生長相同的工藝室中進行。與氫流的提高同時地可以提高工藝室中的溫度和/或降低工作室中的氮流。為此，例如可以減少NH3流。利用所述措施，第一氮化半導體層的去掉可以被加速。此外，可以應用材料、例如SiH4或者HCl。
[0035]也即，為了將第一氮化半導體層移除，在工藝室、例如MOVPE工藝室中產(chǎn)生富H2的氣氛。
[0036]對于存在例如由SiN組成的掩模層的情況，首先掩模層并且緊接著第一氮化半導體層被蝕刻。如果第一氮化半導體層具有小于第二氮化半導體層的鋁濃度，那么在此情況下是有利的。隨著鋁濃度升高，氮化半導體層也即越來越慢地被蝕刻。
[0037]因此，蝕刻介質氫對第二氮化半導體層進行掏蝕。在例如利用GaN構成或者由GaN組成的、具有較小鋁濃度的第一氮化半導體層與具有較大鋁濃度的第二氮化半導體層之間的蝕刻選擇性足以通過蝕刻將第一氮化半導體層的幾百納米的層厚度移除。在此，在由第二氮化半導體層組成的、在移除之前生長的結構基本上被掏蝕，使得在俯視圖中，在第二氮化半導體層處沒有或者幾乎沒有變化可以被檢測。
[0038]在將第一氮化半導體層中的一部分移除后，例如進行第三氮化半導體層的沉積，由此在第二氮化半導體層的材料中開口和溝槽合并(koaleszieren)。
[0039]以相同的方式，通過穿過作為裂縫構成的開口蝕刻在所述實施方式中也在沒有掩模層的情況下在第二氮化半導體層之下形成氣孔。
[0040]按照本方法的至少一個實施方式，第三氮化半導體層包括設置用于產(chǎn)生輻射或者用于探測輻射的活性區(qū)，也即在將第一氮化半導體層的一部分移除之后，在所述實施方式中第三氮化半導體層生長，所述第三氮化半導體層可以是光電子半導體器件的部分。光電子半導體器件于是例如可以是發(fā)光二極管、激光二極管或者光電二極管。在這樣的情況下，空洞、也即在第二氮化半導體層和生長襯底之間的氣孔可以尤其以光學方式被使用。
[0041]此外說明光電子半導體器件。光電子半導體器件可以包括半導體層序列，所述半導體層序列已經(jīng)利用這里描述的方法被制造。也即，針對所述方法所公開的全部的特征也針對光電子半導體得以公開并且反之亦然。
[0042]按照光電子半導體器件的至少一個實施方式，光電子半導體器件包括具有在生長側處的生長面的生長襯底。在生長側處，光電子半導體器件包括第一氮化半導體層。第二氮化半導體層布置在第一氮化半導體層的背離生長襯底的側處。第三氮化半導體層布置在第二氮化半導體層的背離第一氮化半導體層的側處。在此，第二氮化半導體層具有至少一個開口，所述開口由第三氮化半導體層覆蓋和/或至少部分地被填充。
[0043]在此可能的是，所描述的半導體層序列利用這里所描述的方法來制造。
[0044]按照光電子半導體器件的至少一個實施方式，至少一個空洞布置在生長面和第二氮化半導體層之間，所述空洞用氣體填充，并且第三氮化半導體層包括設置用于產(chǎn)生輻射或者用于探測輻射的活性區(qū)。
[0045]換句話說，在生長襯底的生長面和隨后的半導體材料、例如第二和/或第三氮化半導體層之間存在空洞，在所述空洞中包含氣體?？斩蠢缈梢酝ㄟ^生長襯底的材料和/或氮化半導體層的材料限制。在此，空洞的大小在其長度方面可以為至少Ιμπι或者更多。在直徑(在垂直于與生長襯底的生長面的主延伸方向平行地伸展的平面的截面中)方面，空洞的大小平均可以為至少10nm、優(yōu)選地至少lOOnm、例如至少Ιμπι。
[0046]按照光電子半導體器件的至少一個實施方式，光電子半導體器件包括具有在生長側處的生長面的生長襯底、在生長側處的第一氮化半導體層、在第一氮化半導體層的背離生長襯底的側處的第二氮化半導體層、在第二氮化半導體層的背離第一氮化半導體層的側處的第三氮化半導體層，其中第二氮化半導體層具有至少一個開口，所述開口由第三氮化半導體層覆蓋，至少一個空洞布置在生長面和氮化半導體層中的至少一個之間，所述空洞用氣體填充，并且所述第三氮化半導體層包括設置用于產(chǎn)生輻射或者用于探測輻射的活性層。
[0047]按照光電子半導體器件的至少一個實施方式，在運行中在活性區(qū)產(chǎn)生的或者在活性區(qū)中要探測的電磁輻射以光學方式由空洞影響。例如，輻射穿過空洞。在此，電磁輻射可以在空洞中或者在空洞邊緣處例如以光學方式被散射和/或以光學方式被折射。以這種方式可能的是，在生長襯底和氮化半導體層之間的空洞提高針對在活性區(qū)中產(chǎn)生的電磁輻射的輸出耦合概率和/或針對在活性區(qū)中要探測的電磁輻射的入射概率，其方式是，例如在輻射從半導體器件射出時全反射的概率例如被減小。
[0048]在此，尤其這里描述的光電子半導體器件所基于的考慮是，通過提供氣體填充的空洞可以放棄預結構化的生長襯底的使用，其中生長面具有結構化部。所述襯底例如可以是所謂的圖案化藍寶石襯底(PSS)，也即結構化的藍寶石襯底。然而區(qū)別于到平的、非結構化的生長面上的生長，在襯底的預結構化的生長面上的生長使得其他的外延工藝是必要的。也即，在使用預結構化的襯底的情況下，其他的和可能更昂貴的外延方法必須被使用，這使光電子半導體器件的制造昂貴。區(qū)別于此，氮化半導體層當前可以利用以下方法生長，所述方法被使用用于生長襯底的平的、非結構化的生長面。以這種方式，由于空洞和其光學作用而具有提高的效率的光電子半導體器件可以比傳統(tǒng)成本更低地被制造。
[0049]光電子半導體器件尤其也可以具有輻射能穿透的生長襯底。如果光電子器件是輻射發(fā)射器件、諸如發(fā)光二極管，那么光電子器件可以構成所謂的體積發(fā)射器(Volumenemitter)，其中例如所發(fā)射的電磁福射的至少20%、尤其至少30%通過生長襯底的側面離開所述發(fā)光二極管。這樣的光電子半導體器件特別好地尤其適合于在普通照明中使用。但是也可能的是，電磁輻射絕大多數(shù)地在背離生長襯底的側處射出。
[0050]也即，在這里描述的光電子半導體器件情況下，生長襯底保留在器件中，并且不被剝離。
[0051]按照光電子半導體器件的至少一個實施方式，第二氮化半導體層在到生長面上的投影中具有生長面的、比第一氮化半導體層更大的遮蓋。也即，在制造方法中這樣多的材料從第一氮化半導體層被移除，使得僅生長面的小的份額、例如至多50%、尤其至多30%還用第一氮化半導體層的材料遮蓋。如下，用第二氮化半導體層的材料遮蓋在到生長面上的投影中可以是較大的，并且例如為至少35%、優(yōu)選地至少55%、至少75%、至少95%、直至至少99%。
[0052]按照光電子半導體的至少一個實施方式，生長襯底的生長面未被結構化，也即在制造公差的范圍內(nèi)提供具有平的生長面的生長襯底。生長面可以在制造公差的范圍內(nèi)與生長襯底的主延伸方向平行地伸展。然而也可能的是，生長面分等級地被構造，并且相對生長襯底的主延伸平面斜地伸展。
[0053]尤其在生長襯底中或者在生長襯底處不提供生長結構，所述生長結構例如利用生長襯底的材料或者與第一氮化半導體層的材料不同的其他材料構成。
【附圖說明】
[0054]以下，根據(jù)實施例和所屬的圖進一步闡述這里描述的方法以及這里描述的光電子半導體器件。
[0055]結合圖1A、1B、1C、ID進一步闡述這里描述的方法的第一實施例。
[0056]結合圖2根據(jù)示意性截面圖進一步闡述這里描述的光電子半導體器件的第一實施例。
[0057]結合圖3A、3B、3C根據(jù)示意性截面圖進一步闡述這里描述的方法的第二實施例。
[0058]結合圖4根據(jù)示意性截面圖進一步闡述這里描述的光電子半導體器件的另一實施例。
[0059]在圖中，相同的、類似的或者相同地起作用的元件配備有相同的附圖標記。圖和在圖中示出的元件彼此的大小比例不被認為為按比例的。更確切地說，各個元件為了更好的表示性和/或為了更好的可理解性可以過分大地示出。
【具體實施方式】
[0060]結合圖1A，根據(jù)示意性截面圖進一步闡述這里描述的方法的第一方法步驟。在圖1A至ID的實施例中，首先提供生長襯底，所述生長襯底是利用藍寶石構成的或者由藍寶石組成的藍寶石襯底。
[0061]生長襯底50具有由藍寶石組成的生長面51。生長面51優(yōu)選地未結構化，也即所述生長面51例如不具有規(guī)律地或者不規(guī)律地布置的凸起和凹槽，而是在制造公差的范圍內(nèi)平坦地來構造，其中在子區(qū)域中，直至10nm的粗糙度是可能的。在此，生長面51布置在生長襯底50的生長側50a處。
[0062]第一氮化半導體層10例如直接地被沉積到生長面51上。第一氮化半導體層10包括多個分層(Lagen)，并且例如具有在至少1nm和至多2000nm之間的厚度。第一氮化半導體層例如利用AlxInyGa1-x-yN構成。在此，鋁濃度x優(yōu)選地為至多20%。
[0063]掩模層40被施加到第一氮化半導體層10的背離生長襯底50的上側上，所述掩模層當前利用SiN和/或SiGaN構成，或者由SiN或者由SiGaN、例如SiGaN3組成。掩模層例如具有至多50nm、尤其至多1nm的厚度。例如通過單層(Monolage)材料在有未遮蓋的區(qū)域的情況下構成掩模層。掩模層例如不完全地、而是至少70%和至多90%地遮蓋第一氮化半導體層10。為此，掩模層40具有朝向第一氮化半導體層的開口，所述開口具有例如至少10nm和至多I OOOnm的直徑。
[0064]在下一個方法步驟中，第二氮化半導體層20被沉積到掩模層40以及第一氮化半導體層1上。
[0065]第二氮化半導體層例如利用AlxGa1-A構成，其中例如鋁濃度X比在第一氮化半導體層中多至少1.5%和例如多至多10%。第二氮化半導體層選擇性地、優(yōu)選地在第一氮化半導體層10上并且不在掩模層40上生長。由此，構造由第二氮化半導體層20的材料組成的島，第二氮化半導體層20的開口 21被構造在所述島之間。在由第二氮化半導體層20的材料組成的直接相鄰的島之間的間隔例如為至少I Onm和至多500nm之間。
[0066]第二氮化半導體層在其背離第一氮化半導體層10的側處具有覆蓋面，其例如與結晶學C平面平行地伸展。由第二氮化半導體層20的材料組成的島的側面23相對結晶學C平面斜地布置。在那里，鋁濃度比在覆蓋面22處小。
[0067]圖1B示出來自45°角的SEM照片和在由第二半導體層序列20的材料組成的島的俯視圖中的SEM照片?？梢栽谒鰨u之間識別出掩模層40或者第一氮化半導體層10。
[0068]在下一個方法步驟中(參見圖1C)，在氫氣氛下進行第一氮化半導體層10的材料的回蝕刻。在此，第一氮化半導體層10的材料部分地被剝蝕，由此在第二氮化半導體層20之下形成空洞60。在下一個方法步驟中(圖1D)施加第三氮化半導體層30，所述第三氮化半導體層30例如包括活性區(qū)31，所述活性區(qū)31被設置用于產(chǎn)生和/或探測電磁輻射。
[0069]可替代地，活性區(qū)31可以是電子半導體器件的功能層。形成半導體層序列，其中在生長襯底50和半導體層的材料之間構造空洞60，所述空洞用氣體填充。
[0070]結合圖2的示意性截面圖進一步闡述這里描述的光電子半導體器件。當前，光電子半導體器件例如是產(chǎn)生輻射的半導體器件，其中電磁輻射、例如光32在第三氮化半導體層30的活性區(qū)31中被產(chǎn)生。如由圖2可看出的:基于空洞60的邊緣的折射率跳躍和/或粗糙的結構，在空洞60處、例如在空洞60的邊緣處進行光32的全反射和/或散射。以這種方式，空洞60可以作為光學結構化部起作用，所述光學結構化部提高光電子半導體器件的效率。
[0071]結合圖3A至3C的示意性截面圖進一步闡述這里描述的方法的另一實施例。在所述方法中，再次提供具有在生長側50a處的生長面51的生長襯底50。生長襯底例如可以是藍寶石襯底或者硅襯底。
[0072]第一氮化半導體層10被沉積在生長面50處。第一氮化半導體層10例如可以利用AlxInyGa1-X—yN構成，其中鋁濃度例如為至多20%。在第一氮化半導體層10的背離生長襯底50的偵拠接著第二氮化半導體層20。第二氮化半導體層20例如利用AlGaN或者AlN構成，并且具有比位于之下的第一氮化半導體層更高的鋁濃度。在此在本實施例中，第二氮化半導體層中的鋁濃度也可以為多于25%、尤其多于50%、例如為100%。
[0073]由于在第一氮化半導體層和第二氮化半導體層之間的晶格常數(shù)的區(qū)別，在第二氮化半導體層生長期間或者第二氮化半導體層生長后在第二氮化半導體層張弛(Relaxieren)的情況下產(chǎn)生裂縫或者更確切地裂紋(Crack)。第二氮化半導體層20例如可以具有比第一氮化半導體層10更小的晶格常數(shù)。第二氮化半導體層的層厚度例如為至少5nm和至多I OOnm之間。
[0074]在下一個方法步驟中(圖3B)，通過由在第二氮化半導體層20中的裂縫構成的開口21，選擇性地蝕刻位于之下的第一氮化半導體層10。由此形成空洞60，所述空洞60例如由第一氮化半導體層10的材料和第二氮化半導體層20的材料限制。
[0075]在下一個方法步驟中(圖3C)，第三氮化半導體層30被沉積在第二氮化半導體層20的背離第一氮化半導體層10的側上。在此，第三氮化半導體層30遮蓋第二氮化半導體層20中的開口 21。第三氮化半導體層30例如利用Al InGaN構成。第三氮化半導體層30可以至少部分地與第一氮化半導體層10相同地來構建。此外，第三氮化半導體層30可以包括活性區(qū)31，在所述活性區(qū)31中，在運行中例如產(chǎn)生或者探測電磁輻射。
[0076]圖4示出截面圖，所述截面圖對應于具有第一氮化半導體層10、第二氮化半導體層20和第三氮化半導體層30的這樣的半導體層序列的TEM照片?？梢悦黠@地識別第二氮化半導體層20中的裂縫，所述裂縫構造第二氮化半導體層20中的開口 21，所述開口 21完全地穿過第二氮化半導體層20延伸。在第一氮化半導體層10中，在裂縫的終點處通過利用氫氣蝕刻產(chǎn)生空洞60。在此充分利用:在第一氮化半導體層10中的鋁分量越小，蝕刻速率越大。
[0077]在所述實施例中，可以放棄例如利用氮化硅構成的掩模層，由此在半導體層中的、通常通過掩模層進行的缺陷形成的影響得以防止。
[0078]這里描述的空洞60例如在產(chǎn)生輻射的半導體器件情況下提高光輸出耦合(Lichtauskopplung)的速率。在這樣地制造的光電子半導體器件的福射出射面的俯視圖中，空洞可以作為在發(fā)光場中的明亮的點可被識別?？斩?0的密度可以通過匹配第二氮化半導體層20的生長條件來調(diào)整。開口 21的密度和因此空洞60的密度例如可以通過提高時間被提高，其中在所述時間內(nèi)第二氮化半導體層20的材料被沉積?？斩吹拇笮?、例如其最大直徑可以通過蝕刻時間、出與他的比例、NH3的量和/或溫度和/或在工藝室中的壓強被調(diào)整。
[0079]本發(fā)明不通過根據(jù)實施例的描述而局限于所述描述。更確切地說，本發(fā)明包括每個新的特征以及特征的每個組合，這尤其包含在專利權利要求中的特征的每個組合，即使所述特征或者所述組合自身未明確地在專利權利要求或者實施例中予以說明。
[0080]要求德國申請102014 102 461.3的優(yōu)先權，其公開內(nèi)容就此詳盡地通過回引被接納。
[0081]附圖標記列表
10第一氮化半導體層 20第二氮化半導體層 21開口 22覆蓋面 23側面
30第三氮化半導體層 31活性區(qū) 32光
50生長襯底 51生長面 50a生長側 60空洞
61空洞的邊緣。
【主權項】
1.用于制造半導體層序列的方法，具有以下步驟:-提供具有在生長側(50a)處的生長面(51)的生長襯底(50)，-第一氮化半導體層(10)在生長側處生長，-第二氮化半導體層(20)生長到第一氮化半導體層(10)上，其中第二氮化半導體層 (20)具有至少一個開口(21)，或者在第二氮化半導體層(20)中產(chǎn)生至少一個開口(21)，或 者在生長期間在第二氮化半導體層(20)中形成至少一個開口(21)，-通過第二氮化半導體層(20)中的開口(21)將第一氮化半導體層(10)的至少一部分移 除，-第三氮化半導體層(30)生長到第二氮化半導體層(20)上，其中第三氮化半導體層 (30)至少部分地覆蓋所述開口(21)。2.按照上述權利要求所述的方法，其中第二氮化半導體層(20)具有比第一氮化半導體層(10)更大的鋁濃度。3.按照上述權利要求之一所述的方法，其中-將掩模層(40)布置在第一氮化半導體層(10)和第二氮化半導體層(20)之間，-所述第二氮化半導體層(20)在第一氮化半導體層(10)未被掩模層(40)遮蓋的地方生 長到第一氮化半導體層(10)上，和-背離第一氮化半導體層(10)的掩模層(40)的表面(41)的至少一部分無第二氮化半導 體層(20)的材料，由此所述第二氮化半導體層(20)具有至少一個開口(21)。4.按照上述權利要求所述的方法，其中在將第一氮化半導體層(10)的至少一部分移除之前，所述掩模層(40)被移除。5.按照上述權利要求所述的方法，其中所述掩模層(40)利用與所述第一氮化半導體層(10)相同的方法被移除。6.按照上述權利要求之一所述的方法，其中在第二氮化半導體層(20)生長期間，在第二氮化半導體層(20)中形成裂縫，所述 裂縫構成第二氮化半導體層(20)中的開口(21)，其中開口(21)中的至少一些完全地從第二 氮化半導體層(20)的背離第一氮化半導體層(10)的上側穿過第二氮化半導體層(20)延伸 直至第一氮化半導體層(10)。7.按照上述權利要求之一所述的方法，其中通過提高氫流和/或減少NH3流進行所述第一氮化半導體層(10)的至少一部分的移 除，其中根據(jù)在氫和第一氮化半導體層(10)的材料之間的化學反應進行第一氮化半導體層 (10)的移除。8.按照上述權利要求所述的方法，其中在提高溫度和/或降低氮流的情況下提高氫流。9.按照上述權利要求之一所述的方法，其中第三氮化半導體層(30)包括設置用于產(chǎn)生輻射或者用于探測輻射的活性區(qū)(31)。10.光電子半導體器件，其包括:-具有在生長側(50a)處的生長面(51)的生長襯底(50)，-在生長側(50a)處的第一氮化半導體層(10)，_在第一氮化半導體層(10)的背離生長襯底(50)的側處的第二氮化半導體層(20)，-在第二氮化半導體層(20)的背離第一氮化半導體層(10)的側處的第三氮化半導體層 (30)，其中-所述第二氮化半導體層(20)具有至少一個開口(21)，所述開口(21)由第三氮化半導 體層(30)覆蓋，-至少一個空洞(60)布置在生長面(51)和氮化半導體層中的至少一個(20)之間，所述 空洞用氣體填充，和-第三氮化半導體層(30)包括設置用于產(chǎn)生輻射或者用于探測輻射的活性區(qū)(31)。11.按照上述權利要求所述的光電子半導體器件，其中所述第二氮化半導體層(20)在到生長面(51)上的投影中具有比第一氮化半導體 層(10)更大的遮蓋。12.按照上述權利要求之一所述的光電子半導體器件，其中所述生長面(51)未被結構化。13.按照上述權利要求之一所述的光電子半導體器件，其中在運行中在活性區(qū)(31)中產(chǎn)生的或者在活性區(qū)(31)中要探測的電磁輻射穿過至 少一個空洞(60)和/或在至少一個空洞(60)的邊緣(61)處以光學方式被散射和/或以光學 方式被折射。
【文檔編號】H01L33/20GK106030831SQ201580010404
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月24日
【發(fā)明人】J.赫特科恩, W.貝格鮑爾, P.德雷克澤爾
【申請人】奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司