外延衬底、用于制造外延衬底的方法和具有外延衬底的光电子半导体芯片技术

提出一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底(11，12，13)，所述外延衬底具有直接在衬底(1)上的成核层(2)，其中成核层(2)具有至少一个由AlON构成的具有柱状结构的第一层(21)。此外，提出一种用于制造外延衬底的方法和一种具有外延衬底的光电子半导体芯片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外延衬底、用于制造外延衬底的方法和具有外延衬底的光电子半导体芯片
提出一种外延衬底、一种用于制造外延衬底的方法和一种具有外延衬底的光电子半导体芯片。
技术介绍
基于III族氮化物材料的半导体材料通常异质外延地在异质衬底上沉积，例如在蓝宝石(Al2O3)上沉积。根据目前的现有技术，在异质外延工艺开始时，通常沉积由III族氮化物材料、尤其是AlN或GaN构成的成核层，在所述成核层上例如为了发光二极管(LED)又外延生长期望的III族氮化物层结构。成核层通常在大于450℃并且小于690℃的温度下外延沉积在异质衬底上。在成核层生长之前，典型地仍执行对衬底的热清洁步骤。通常，不仅成核层、而且其后紧接着的层结构借助于金属有机的气相外延(MOVPE：“metalorganicvaporphaseepitaxy”)沉积。在此，在控制下述参数时尤其能够出现问题：温度、层厚度、与衬底表面的交互作用、在成核层外延之前在热清洁的情况下与吸收阶段的交互作用、在成核层外延之后的再结晶步骤。此外，非常耗费时间的温度匹配、即所谓的温度斜坡对于匹配在高温下发生的热清洁步骤和在明显较低的温度下沉积成核层之间的工艺温度以及在沉积成核层和同样在明显较高的温度下进行的生长期望的III族氮化物层序列之间的工艺温度是必要的。借助于在MOVPE工艺期间的原位控制、例如高温计和反射计尝试在生长成核层期间确定表面温度和生长速率，然而这在技术上是困难的。然而，通常承受由于所使用的异质衬底中的变化造成的在热清洁步骤期间和在成核层中的不期望的变化。所述变化必须以实验的方式确定并且最小化或最优化。作为对借助于MOVPE施加成核层的替选方案，例如从文献US6,692,568B2中也已知借助于溅射由AlN沉积成核层。
技术实现思路
特定的实施方式的至少一个目的是：提出一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底。特定的实施方式的其他目的在于：提出一种用于制造外延衬底的方法和一种具有外延衬底的光电子半导体芯片。所述目的通过一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底、一种具有上述外延衬底的光电子半导体芯片以及一种用于制造上述外延衬底的方法来实现。一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底，其具有直接在衬底上的成核层，其中所述成核层具有由AlON构成的具有柱状结构的至少一个第一层，其中在所述成核层上施加SiN层，其中所述柱状结构具有随距所述衬底的间距增大而减小的氧含量。一种具有上述外延衬底的光电子半导体芯片，在所述外延衬底上施加有基于氮化物化合物半导体材料的具有有源层的半导体层序列，所述有源层在所述半导体芯片运行时能够产生或检测光。一种用于制造上述外延衬底的方法，所述方法具有下述步骤：A)提供衬底；B)在大于或等于700℃并且小于或等于1000℃的温度下，直接在所述衬底上施加具有由AlON构成的至少一个第一层的成核层，所述第一层具有柱状结构。主题的和方法的有利的实施方式和改进方案的特征在于下文中的实施例并且此外在下文的描述和附图中得出。根据至少一个实施方式，外延衬底具有成核层。也能够称作为所谓的准衬底并且尤其具有上面设置有至少一个成核层的衬底的外延衬底用作为由氮化物化合物半导体材料构成的半导体层序列的生长层。能够具有例如蓝宝石、硅或SiC或由上述材料构成的衬底又尤其用作为用于成核层的生长衬底，所述成核层直接施加在衬底上。尤其地，在此描述的外延衬底的衬底因此能够是所谓的异质衬底，所述异质衬底不具有氮化物化合物半导体材料。成核层又提供下述表面，在所述表面上能够通过外延法、例如MOVPE或MBE(Molekularstrahlepitaxie，分子束外延，“molecularbeamepitaxy”)生长有由氮化物化合物半导体材料构成的半导体层序列，例如以用于制造光电子半导体芯片。术语例如“基于GaN的材料”、“基于(In，Al，Ga)N的化合物半导体材料”和“氮化物化合物半导体材料”尤其指具有由III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yN构成的材料的上述材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，例如即GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。成核层具有至少一个第一层，所述第一层由氧氮化铝(AlON)构成并且所述第一层具有柱状结构。成核层的由AlON构成的第一层直接施加在衬底上。柱状结构因此尤其能够构成为，使得成核层的第一层具有柱，所述柱远离衬底延伸。柱状结构的柱能够提供晶体表面，在所述晶体表面上能够施加具有高的晶体质量的其他层、尤其是由氮化物化合物半导体材料构成的半导体层。在用于制造用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底的方法中，提供衬底。在另一个方法步骤中在衬底的表面上直接施加具有由AlON构成的至少一个第一层的成核层。在下文中描述的特征和实施方式同样适用于外延衬底和用于制造外延衬底的方法。根据另一个实施方式，成核层并且尤其是由AlON构成的第一层在大于或等于700℃并且小于或等于1000℃的温度下施加。大约为1000℃的温度上限是临界极限，因为在高于1000℃的温度下施加的半导体层不再构成为成核层。大于或等于800℃的温度能够是优选的。此外，小于或等于900℃的温度能够是尤其合适的。尤其地，大于或等于825℃和/或小于或等于875℃的温度、即在850℃周围+/-25℃的范围中的温度能够是尤其优选的。成核层的由AlON构成的具有柱状结构的至少一个第一层能够在所述温度下优选借助于MOVPE并且尤其优选借助于溅射沉积。对此替选地，MBE、氢化物气相外延(HVPE，“hydridevaporphaseepitaxy”)、化学气相沉积(CVD：“chemicalvapordeposition”)或原子层沉积(ALD：“atomiclayerdeposition”)是可行的。不同于在已知的由(Al，In，Ga)N构成的在低温下沉积的成核层、即所谓的低温成核层的情况，在此处描述的方法中在明显更高的温度下施加成核层。在此处描述的成核层中能够避免在施加低温成核层之前和之后由于用于不同方法步骤的不同温度范围所需要的上述难于控制并且长的温度斜坡。例如，在此处描述的方法中，用于沉积成核层并且尤其是沉积由AlON构成的具有柱状结构的至少一个第一层的温度与用于在成核层上沉积其他层的温度偏差小于200℃并且优选偏差小于150℃。为了施加成核层并且尤其为了施加至少一个由AlON构成的第一层，例如能够使用气体源，所述气体源基于由O2掺入的N2和/或H2。此外，也能够使用H2O，所述H2O经由蒸汽压饱和器(“起泡器”)、即所谓的H2O起泡器掺入载气。此外，也可行的是，例如使用金属有机的气体源，所述气体源基于铝并且包含氧，例如二乙基乙氧基铝或三甲基铝和二乙基乙氧基铝的混合物。通过控制在成核层的、尤其至少一个第一层的生长方法中输送的含氧气体的量，能够控制在至少一个由AlON构成的第一层中的氧浓度。此外，也可行的是，例如衬底的上面施加有成核层的表面用氧终止。例如对此，能够以O2等离子预处理衬底。对衬底表面的这种氧终止引起AlON也借助气体源生长，所述气体源通常用于制造AlN成核层。尤其地，能够通过O2等离子预处理蓝宝石衬底，因为蓝宝石表面的氧终止能够引起AlON专门在蓝宝石-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底(11，12，13)，其具有直接在衬底(1)上的成核层(2)，其中所述成核层(2)具有由AlON构成的具有柱状结构的至少一个第一层(21)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.26 DE 102012103686.11.一种用于氮化物化合物半导体材料的外延衬底(11，12，13)，其具有直接在衬底(1)上的成核层(2)，其中所述成核层(2)具有由AlON构成的具有柱状结构的至少一个第一层(21)，其中在所述成核层(2)上施加SiN层(4)，其中所述柱状结构具有随距所述衬底(1)的间距增大而减小的氧含量。2.根据权利要求1所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述第一层(21)在朝向所述衬底(1)的侧部上连续地构成并且在背离所述衬底(1)的侧部上具有远离所述衬底(1)延伸的柱(210)。3.根据权利要求2所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述柱(210)分别具有大于或等于5nm并且小于或等于200nm的直径和大于或等于0.5nm并且小于或等于50nm的高度。4.根据权利要求2或3所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述柱(210)在所述第一层(21)的朝向所述衬底(1)的侧部上通过晶界彼此分开。5.根据权利要求2或3所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述柱(210)具有大于109cm-2的缺陷密度。6.根据权利要求1至3中任一项所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述柱状结构具有大于或等于0.1％并且小于或等于30％的氧含量。7.根据权利要求1至3中任一项所述的外延衬底(11，12，13)，其中所述成核层(2)在所述第一层(21)上具有至少一个第二层(22)，所述第二层具有AlN或基于GaN的材料。8.根据权利要求1至3中任一项所述的外延衬底(11，12，13)，其中在所述成核层(2)上施加由基于GaN的材料和/或SiN层(4)构成的缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：约阿希姆·赫特功，亚历山大·弗里，克里斯蒂安·施密特，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE