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DE102015102592A1 - Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls und Verfahren zum Herstellen einer Nitridhalbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls und Verfahren zum Herstellen einer Nitridhalbleitervorrichtung Download PDF

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DE102015102592A1
DE102015102592A1 DE102015102592.2A DE102015102592A DE102015102592A1 DE 102015102592 A1 DE102015102592 A1 DE 102015102592A1 DE 102015102592 A DE102015102592 A DE 102015102592A DE 102015102592 A1 DE102015102592 A1 DE 102015102592A1
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DE
Germany
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layer
nitride semiconductor
forming
semiconductor layer
source gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102015102592.2A
Other languages
English (en)
Inventor
William SOLARI
Min Ho Kim
Heon Ho Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

Ein Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls enthält ein Bilden einer Pufferschicht auf einem Siliziumsubstrat und ein Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf der Pufferschicht. Das Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls wird ausgeführt durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), während der ein Gruppe-III-Metallquellen- und ein Stickstoffquellengas bereitgestellt werden. Das Stickstoffquellengas enthält Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2). Zumindest eine Teilstufe des Verfahrensschritts des Wachsens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls kann ausgeführt werden unter Bedingungen, bei denen ein Volumenanteil an Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas in einem Bereich von 20% bis 40% liegt und eine Temperatur des Siliziumsubstrates in einem Bereich von 950°C bis 1040°C liegt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der Priorität der am 25. April 2014 beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereichten Koreanischen Patentanmeldung KR-10-2014-0049984 , deren Offenbarung hiermit durch Inbezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls und insbesondere auf ein Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls und eines Verfahrens zum Herstellen eines Nitrid-Halbleiters.
  • Ein Fremdsubstrat, wie z. B. ein Saphirsubstrat, ein SiC-Substrat oder dergleichen, wird gewöhnlich verwendet als ein Substrat zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls. Jedoch ist ein solches Fremdsubstrat teuer oder besitzt eine große Härte, was die Verarbeitung schwierig macht. Insbesondere besitzt ein Saphir-Substrat eine geringe elektrische Leitfähigkeit.
  • Um solche Beschränkungen zu überwinden, wurde ein Verfahren zum Verwenden eines Siliziumsubstrates zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls vorgeschlagen. Wenn jedoch eine Nitrid-Einkristall-Dünnschicht auf einem Siliziumsubstrat wächst, ist die Versetzungsdichte erhöht aufgrund von Gitterfehlanpassung zwischen dem Siliziumsubstrat und der dünnen Schicht, und können Risse auftreten aufgrund eines Unterschiedes zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Als Folge kann eine auf einem Siliziumsubstrat gewachsene dünne Schicht eine ungleichmäßige Dicke besitzen. Zusätzlich kann ein Siliziumelement diffundiert werden zum Bilden eines eutektischen Metalls mit einem Metall (z. B. Gallium) des Gruppe-III-Nitrids, wodurch ein Rückschmelzphänomen verursacht wird.
  • KURZFASSUNG
  • Die hier beschriebenen erfinderischen Konzepte sehen Verfahren zum Wachsen von Nitrid-Einkristallen vor, die in der Lage sind, die Raten zu verringern, mit denen Verformungen oder Risse auftreten, während eine Kristallqualität aufrechterhalten wird, sowie Verfahren zum Herstellen von Nitrid-Halbleitervorrichtungen mit denselben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des hier vorgesehenen erfinderischen Konzepts enthält ein Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters Schritte des Haltens eines Silizium enthaltenden Substrats auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C sowie des Wachsens des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, während das Substrat auf der Temperatur gehalten wird, durch gleichzeitiges Bereitstellen eines Metallquellengases in einem Inneren einer Reaktionskammer mit dem Substrat, wobei ein Stickstoffquellengas einen Volumenanteil an Wasserstoff in einem Bereich von 20% bis 40% besitzt.
  • Das Verfahren kann weiter das Bilden einer Pufferschicht auf einem Substrat des Silizium enthaltenden Substrates sowie den Schritt des gleichzeitigen Bereitstellens des Metallquellengases und des Stickstoffquellengases, während das Halten des Substrates auf der Temperatur durchgeführt werden kann zum Bilden eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf der Pufferschicht, enthalten.
  • Der Schritt des Bildens der Pufferschicht kann das Bilden einer AlN-Nukleationsschicht auf dem Substrat sowie das Bilden einer Gitterpufferschicht auf der AlN-Nukleationsschicht enthalten.
  • Der Schritt des Bildens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf der Pufferschicht kann ein Bilden einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht auf der Gitterpufferschicht mit einer Gitterkonstante größer als die der Gitterpufferschicht; ein Bilden einer Zwischenschicht mit einem Nitrid-Kristall auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht, wobei der Nitrid-Einkristall eine Gitterkonstante kleiner als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht besitzt; und ein Bilden, auf der Zwischenschicht, einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht, welche eine gleiche Zusammensetzung wie die erste Nitrid-Halbleiterschicht besitzt, enthalten. Das Substrat kann auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten werden und das Stickstoffquellengas kann bereitgestellt werden mit dem Volumenanteil von Wasserstoff in dem Bereich von 20%–40% durch die Schritte des Bildens der ersten Nitrid-Halbleiterschicht, der Zwischenschicht und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht.
  • Das Verfahren kann weiter ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht auf der Pufferschicht als Teil des Bildens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls und das Bilden einer lichtemittierenden Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht enthalten. Das Bilden einer lichtemittierenden Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht kann ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht; ein Bilden einer aktiven Schicht auf der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht enthalten. Das Substrat kann auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten werden und das Stickstoffquellengas kann bereitgestellt werden mit dem Volumenanteil von Wasserstoff in dem Bereich von 20% bis 40% während der Schritte des Bildens der Verspannungskompensationsschicht und der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht.
  • Das Verfahren kann weiter das Aufbringen der lichtemittierenden Struktur auf ein permanentes Substrat durch Bonden der Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps an das permanente Substrat, und ein Entfernen des Siliziumsubstrates, der Pufferschicht und der Verspannungskompensationsschicht zum Freilegen der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps der lichtemittierenden Struktur enthalten.
  • Das Verfahren kann weiter ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht auf der Pufferschicht als Teil des Bildens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls und ein Bilden einer lichtemittierenden Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht enthalten. Das Bilden der lichtemittierenden Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht kann ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht; ein Bilden, auf der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Grübchenbildungsschicht mit einer Mehrzahl von grübchenförmigen Vertiefungen; ein Bilden einer Übergitterschicht auf der Grübchenbildungsschicht, um die grübchenförmigen Vertiefungen in der Übergitterschicht beizubehalten; ein Bilden einer aktiven Schicht auf der Übergitterschicht, um die grübchenförmigen Vertiefungen in der aktiven Schicht beizubehalten; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht, um die Grübchen in der aktiven Schicht zu füllen. Das Substrat kann auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten werden und das Stickstoffquellengas kann bereitgestellt werden mit dem Volumenanteil von Wasserstoff in dem Bereich von 20% bis 40% während der Schritte des Bildens der Verspannungskompensationsschicht und der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht.
  • Das Substrat kann gehalten werden auf einer Temperatur von 1000°C oder mehr während des Bildens der Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht.
  • Das Stickstoffquellengas kann Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthalten, und das Metallquellengas kann ein organisches Metallquellengas und ein Trägergas enthalten.
  • Das organische Metallquellengas kann zumindest eines von Trimethylaluminium (THAl), Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa) und Trimethylindium (TMIn) enthalten, und das Trägergas kann zumindest eines von Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Neon, Xenon und Kombinationen davon enthalten.
  • Das Stickstoffquellengas kann einen Volumenanteil von Wasserstoff in einem Bereich von 20% bis 35% besitzen, und das Substrat kann auf einer Temperatur von 970°C bis 1035°C gehalten werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters ein Halten eines Silizium enthaltenden Substrates auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C sowie Wachsen des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, während das Substrat auf der Temperatur gehalten wird, durch gleichzeitiges Bereitstellen eines ein Stickstoffquellengases mit Wasserstoff mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm mit einem Metallquellengas in ein Inneres einer Reaktionskammer mit dem Substrat.
  • Der Wasserstoff kann bereitgestellt werden mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm zum Aufrechthalten eines Volumenanteils des Wasserstoffs in dem Stickstoffquellengas in einem Bereich von 20% bis 40%.
  • Das Verfahren kann weiter ein Bilden einer Pufferschicht auf einer Oberfläche des Silizium enthaltenden Substrates, ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht auf der Pufferschicht und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht enthalten. Die Verspannungskompensationsschicht und die Halbleiterschichten des ersten Leitfähigkeitstyps können gebildet werden, während das Substrat auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten wird und während das Stickstoffquellengas, in dem Wasserstoff vorgesehen ist, mit der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt wird.
  • Das Verfahren kann weiter ein Bilden einer aktiven Schicht auf der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht enthalten. Die Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht und die Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps können eine lichtemittierende Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht bilden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Bilden eines Nitrid-Kristalls auf einem Substrat. Das Verfahren enthält ein Bilden, auf einer Oberfläche eines Silizium enthaltenden Substrates, einer Pufferschicht, die eine Nukleationsschicht und eine Gitterpufferschicht enthält; und ein Bilden des Nitrid-Kristalls auf der Gitterpufferschicht, wobei der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls das sequentielle Bilden einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht, einer Zwischenschicht und einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht auf der Gitterpufferschicht umfasst. Der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls kann ein Bereitstellen eines Stickstoffquellengases, welches mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm für zumindest einen Abschnitt des Schrittes des Bildens des Nitrid-Kristalls bereitgestellt wird, enthalten.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht kann eine größere Gitterkonstante besitzen als die der Gitterpufferschicht, auf der sie gebildet wird, und die Zwischenschicht kann eine kleinere Gitterkonstante als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht besitzen. Der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls kann ein Halten des Substrates auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C enthalten, während das Stickstoffquellengas mit Wasserstoff mit der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt wird.
  • Das Verfahren kann weiter ein Bilden einer lichtemittierenden Struktur auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht enthalten durch Durchführen von Schritten eines Bildens einer Nitrid-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht; eines Bilden einer aktiven Schicht auf der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps; und eines Bildens einer Nitrid-Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht. Das Stickstoffquellengas mit Wasserstoff, das mit der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt wird, kann während den Schritten des Bildens des Nitrid-Kristalls und der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung enthält ein Verfahren zum Bilden eines Nitrid-Kristalls auf einem Substrat ein Halten eines Silizium enthaltenden Substrates auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C und, während das Substrat auf der Temperatur gehalten wird, ein Bilden eines Nitrid-Kristalls mit Rückschmelzdefekten mit einer Durchschnittsgröße von 400 μm oder weniger auf dem Substrat.
  • Der Nitrid-Kristall kann derart gebildet werden, dass er nicht mehr als 1% von Rückschmelzdefekten von einem Durchmesser von 400 μm oder mehr besitzt.
  • Der Nitrid-Kristall kann gebildet werden auf dem Substrat durch gleichzeitiges Bereitstellen eines Metallquellengases und eines Stickstoffquellengases in ein Inneres einer Reaktionskammer mit dem Substrat, wobei das Stickstoffquellengas einen Volumenanteil von Wasserstoff in einem Bereich von 20% bis 40% besitzt.
  • Das Stickstoffquellengas kann Wasserstoff (H2) und zumindest eines von (NH3) und Stickstoff (N2) enthalten, und das Metallquellengas kann ein Gruppe-III-Metallquellengas und ein Trägergas enthalten.
  • Der Nitrid-Kristall kann gebildet werden auf dem Substrat durch gleichzeitiges Bereitstellen eines Metallquellengases und eines Stickstoffquellengases in ein Inneres einer Reaktionskammer mit dem Substrat, wobei das Stickstoffquellengas eine Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm besitzt.
  • Das Stickstoffquellengas kann Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthalten, und das Metallquellengas kann ein Trägergas und zumindest eines von Trimethylaluminium (TMAl), Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa) und Trimethylindium (TMIn) enthalten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die obigen und weitere Aspekte, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden klarer verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Figuren, in denen:
  • 1 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts darstellt;
  • 2 eine Ansicht ist, die schematisch ein Beispiel einer Dünnschicht-Abscheidevorrichtung darstellt, welche verwendet werden kann bei einer beispielhaften Ausführungsform des erfinderischen Konzepts;
  • 3 ein Flussdiagramm ist, das ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zum Wachsen des Nitrid-Einkristalls, welches in 1 dargestellt ist, darstellt;
  • 4 bis 7 jeweils Querschnittsansichten sind, welche verschiedene Beispiele von Strukturen einer Pufferschicht und einer Verspannungskompensationsschicht darstellen, welche bei einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts angewendet werden können;
  • 8A und 8B Atomkraftmikroskopie(AFM)-Bilder sind, welche erhalten wurden durch Abbilden von Oberflächen von Nitrid-Einkristallen, die gemäß dem verbesserten Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden;
  • 9 ein Diagramm ist, das Variationen in Größen von Rückschmelzdefekten über Volumenanteile von Wasserstoff in einem Stickstoffquellengas darstellen;
  • 10 ein Diagramm ist, das Prozentsätze von Rückschmelzdefekten mit einem Durchmesser von gleich oder größer als 400 μm in Nitrid-Einkristallen darstellt, die gemäß verbessertem Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden.
  • 11 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren des Herstellens einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
  • 12 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt;
  • 13 eine Querschnittsansicht ist, die eine gemäß dem Herstellungsverfahren aus 12 erhaltene lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung darstellt;
  • 14A und 14B Diagramme sind, die Verteilungen von Krümmungen an Grenzflächen zwischen n-dotierten GaN-Schichten und aktiven Schichten einer Mehrzahl von Reihen von gemäß verbessertem Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtungen darstellen;
  • 15 ein Diagramm ist, das Verteilungen von Krümmungen an Grenzflächen zwischen n-dotierten GaN-Schichten und aktiven Schichten von gemäß verbessertem Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtungen über eine Wachstumszeit darstellt; und
  • 16 bis 22 Querschnittsansichten sind, die Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts im Detail in Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben werden.
  • Die Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgebildet sein und sollte nicht auf die speziellen Ausführungsformen, welche im Folgenden ausgeführt werden, beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, sodass diese Offenbarung durchgehend und vollständig sein wird und dem Fachmann den Umfang der Offenbarung vollumfänglich vermitteln wird.
  • In den Figuren können die Formen und Abmessungen von Elementen zum Zwecke der Klarheit übertrieben sein, und die gleichen Bezugszeichen werden durchgehend verwendet zum Bezeichnen von gleichen oder ähnlichen Elementen.
  • Indessen bezieht sich ein in der vorliegenden Offenbarung verwendeter Ausdruck „ein Beispiel” nicht auf identische Beispiele und ist vorgesehen zum Betonen verschiedener Merkmale zwischen jedem der Beispiele. Jedoch sind in der folgenden Beschreibung vorgesehene Beispiele nicht davon ausgeschlossen, mit Merkmalen eines anderen Beispiels verknüpft oder kombiniert zu werden und danach gemeinsam implementiert zu sein. Zum Beispiel, selbst wenn in einem bestimmten Beispiel beschriebene Gegenstände nicht in einem anderen Beispiel beschrieben worden sind, können diese Gegenstände als Teil der Beschreibungen des anderen Beispiels kombiniert sein, außer es ist in dem anderen Beispiel anders erwähnt.
  • 1 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess des Herstellens eines Nitrid-Kristalls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
  • Bezugnehmend auf 1 kann ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beginnen mit dem Verfahrensschritt S10 zum Bilden einer Pufferschicht auf einem Siliziumsubstrat.
  • Das bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendete Siliziumsubstrat kann ein teilweise aus einem Siliziummaterial ausgebildetes Substrat zusätzlich zu einem ausschließlich aus einem Siliziummaterial ausgebildetem Substrat sein. Zum Beispiel kann auch ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat verwendet werden. Eine (111)-Fläche des Siliziumsubstrates kann verwendet werden als eine Fläche für das Wachsen eines Kristalles. Das Siliziumsubstrat kann dotiert sein mit einem Dotierstoff eines bestimmten Leitfähigkeitstyps wie z. B. einen p-Dotierstoff. Zum Beispiel kann der p-Dotierstoff zumindest einer ausgewählt von der Gruppe bestehend aus B, Al, Mg, Ca, Zn, Cd, Hg und Ga sein. Bei einem bestimmten Beispiel kann der p-Dotierstoff aus Bor (B) ausgebildet sein.
  • Eine Dotierkonzentration des p-Dotierstoffes kann so festgelegt sein, dass der spezifische Widerstand des Siliziumsubstrates 1 Ωcm oder weniger ist. Zum Beispiel kann eine Dotierungskonzentration des p-Dotierstoffes in einem Bereich von etwa 5 × 1017/cm3 bis etwa 1 × 1020/cm3, insbesondere einem Bereich von 1 × 1018/cm3 bis 5 × 1019/cm3 liegen.
  • Die Pufferschicht kann verwendet werden zum Verringern von Versetzungen, die bewirkt werden durch Gitterfehlanpassung zwischen dem Siliziumsubstrat und einem während eines darauffolgenden Verfahrensschrittes zu bildenden Nitrid-Einkristalls, zum Verringern von Verformung, die bewirkt wird durch eine Differenz zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, und zum Unterdrücken von Erzeugung von Rissen. Die Pufferschicht kann ausgebildet sein als eine einzelne Schicht oder kann eine Multischichtstruktur mit einer Mehrzahl von Schichten besitzen. Zum Beispiel kann die Pufferschicht eine AlN-Nukleationsschicht und eine Gitterpufferschicht, die aus einem Aluminium (Al) enthaltenden Nitrid-Kristall ausgebildet ist, enthalten.
  • Anschließend kann ein Gruppe-III-Nitrid-Kristall auf der Pufferschicht gebildet werden (S20).
  • Während dieses Verfahrensschrittes kann ein Gruppe-III-Metallquellen- und ein Stickstoffquellengas geliefert werden in das Innere einer Reaktionskammer und können darin reagieren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf einem geheizten Siliziumsubstrat (d. h. auf der Pufferschicht).
  • Das Gruppe-III-Metallquellen- und das Stickstoffquellengas können in eine Reaktionskammer durch getrennte Versorgungsleitungen geliefert werden. Das Gruppe-III-Metallquellengas kann ein organisches Metallquellengas (z. B. TMGa, TMAl, TMIn) und ein Trägergas (z. B. N2, H2), welches das organische Metallquellengas transportiert, enthalten. Das Stickstoffquellengas kann Wasserstoff (H2) zusammen mit Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthalten.
  • Das mit dem Stickstoffquellengas gemischte Wasserstoffgas kann verwendet werden als ein Katalysator, der zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls hoher Qualität wesentlich ist. Während dieses Verfahrens kann ein Volumenanteil des Wasserstoffs in dem Stickstoffquellengas in einem Bereich von 20% bis 40% liegen. Im Allgemeinen wurde eine ziemlich große Menge (größer als oder gleich 50% an Volumenanteil) des Wasserstoffgases verwendet als ein wesentlicher Katalysator, aber der Erfinder der vorliegenden Anmeldung schlägt ein Verfahren des Haltens eines Volumenanteils von Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas auf einem Niveau von näherungsweise 40% oder weniger, oder insbesondere von 35% oder weniger vor. Ein Volumenanteil des Wasserstoffes kann gemischt werden mit einer Menge von zumindest 20%, um als ein wesentlicher Katalysator zu wirken. Unter diesem Bedingungen kann die Gruppe-III-Nitrid-Kristallschicht mit einer kommerziell realisierbaren Wachstumsgeschwindigkeit von zwischen 2 μm/Stunde und 8 μm/Stunde wachsen. Im Gegensatz dazu ist eine Wachstumsrate der Teile des aktiven Bereichs extrem langsam, (z. B. weit unterhalb von 1 μm/Stunde) in Situationen, in denen ein Gruppe-III-Nitrid-Kristall nur unter Stickstoff (z. B. ohne Wasserstoff) wächst.
  • Der Erfinder hat verifiziert, dass eine Wachstumsgeschwindigkeit eines Nitrid-Einkristalls verringert werden kann, durch Steuern derart, dass Wasserstoff einen geringeren Volumenanteil besitzt, während eine hohe Kristallqualität aufrechterhalten wird (siehe 9 und 10). Der Volumenanteil des Wasserstoffes an dem Stickstoffquellengas kann umgerechnet werden in eine andere Einheit wie z. B. einen Molanteil oder einen Masseanteil. Außerdem kann der Volumenanteil an Wasserstoff (H2) ausgedrückt werden als eine Flussrate, die einer Kammer durch eine Stickstoffquellengasleitung zugeführt wird. Zum Erzielen der vorhergehenden Effekte kann eine Flussrate von Wasserstoff innerhalb des Bereichs von 20.000 sccm (Standardkubikzentimeter) bis 70.000 sccm dargestellt werden.
  • Durch Verringern eines Volumenanteils an Wasserstoff in einen Stickstoffquellengas kann ein Nitrid-Kristall mit exzellenter Kristallqualität gewachsen Werden, selbst bei einer Temperatur von etwa 1040°C, einer relativ geringen Wachstumstemperatur. Somit kann durch Verringern der Wachstumstemperatur, während die Nitrid-Kristallqualität auf diese Art und Weise garantiert wird, eine durch einen Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem Substrat und dem Nitrid-Einkristall bewirkte Verformung unterdrückt oder verringert werden. Außerdem können durch dieses Verfahren Variationen in der Dicke einer Dünnschicht (insbesondere einer Dicke der aktiven Schicht), die bewirkt werden aufgrund des Auftretens von Durchbiegung (oder einer Erhöhung in der Krümmung), welche bei einem Wafer mit einem großen Durchmesser (z. B. 8 Zoll oder größer) verstärkt ist, signifikant verringert werden. Außerdem kann ein Rückschmelzphänomen, das ein beim Wachstum eines Nitrid-Kristalls mit Siliziumsubstraten chronisch auftretendes Problem darstellt, signifikant verringert werden. Indessen kann ein Bereich einer Wachstumstemperatur auf zumindest 950°C festgelegt werden zum Garantieren des Wachstums eines exzellenten Nitrid-Kristalls.
  • Bei der vorliegenden Offenbarung bezieht sich eine Wachstumstemperatur auf eine Temperatur eines Substrates, die erhalten wird durch direktes Messen der Temperatur eines Substrates oder Wafers, der innerhalb einer Reaktionskammer angeordnet ist. Die Wachstumstemperatur kann verschieden sein von einer in einem anderen Bereich der Wachstumskammer gemessenen Temperatur, obwohl die Wachstumstemperatur tatsächlich der Temperatur des Substrates entspricht. Zum Beispiel selbst, wenn eine Temperatur des Substrates auf etwa 1040°C gesteuert wird, kann eine Temperatur eines Suszeptors (oder einer Hauptscheibe), auf dem das Substrat angeordnet ist, bei einer bestimmten Anlage (z. B. bei einer Anlage von Aixtron derart gemessen werden, dass sie eine Temperatur – z. B. 1150°C – besitzt, die höher ist als die tatsächliche Temperatur des Substrates. Somit kann beim Messen einer Wachstumstemperatur die Tatsache in Betracht zu ziehen sein, dass Temperaturen in Abhängigkeit von Abscheide-Anlage oder einer Messposition variieren können.
  • Der Effekt des Anpassens eines Volumenanteils an Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas kann wie folgt beschrieben werden. Wie von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, kann durch Beschränken einer Menge an geliefertem Wasserstoffgas beim Wachsen eines Nitrid-Kristalls die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Sekundärreaktion verringert werden, die auftritt zwischen dem Wasserstoffgas und einem von NH3 erzeugten Stickstoffradikal, wodurch Wachstum eines exzellenten Kristalls ohne Erzeugen von Leerstellen ausreichend garantiert werden, selbst mit einer Menge an verfügbarem Stickstoff, die bei einer relativ geringen Temperatur sichergestellt ist. Das Beschränken der Lieferung von Wasserstoffgas, wie es neu vorgeschlagen wird, kann verstanden werden als Bewirken eines Effektes des Verringerns einer Wachstumstemperatur, während ein Kristall hoher Qualität beibehalten werden kann.
  • Das Stickstoffquellengas kann Stickstoff (N2) zusammen mit Ammoniak (NH3) enthalten, das direkt verwendet wird als ein Stickstoffquellengas. Zum Beispiel kann Ammoniak (NH3) einen Volumenanteil von näherungsweise 65% oder weniger in dem gesamten Stickstoffquellengas besitzen, und kann das Stickstoffgas einen Volumenanteil von näherungsweise 60% oder weniger besitzen.
  • Das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr von einem Wasserstoffgas, welches von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen wird, kann angewendet werden auf zumindest einen Abschnitt oder die Gesamtheit der Gitterpufferschicht, einen Teil der Pufferschicht und den Gruppe-III-Nitrid-Kristall. Insbesondere kann das Verfahren angewendet werden auf ein GaN-Wachstumsverfahren zum Wachsen von Kristallen hoher Qualität bei einer Temperatur von 1040°C oder weniger.
  • Indessen kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht angewendet werden in einem Fall, bei dem eine entsprechende Schicht von Haus aus bei einer geringeren Temperatur gewachsen wird, oder in einem Fall, bei dem Wasserstoff nicht in dem Stickstoffquellengas bereitgestellt wird. Zum Beispiel wird die AlN-Nukleationsschicht der Pufferschicht bei einer relativ geringen Temperatur gewachsen, und somit kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht darauf angewendet werden. Außerdem, wenn die Gitterpufferschicht bei einer geringen Wachstumstemperatur abgeschieden wird, kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht angewendet werden. Auf diese Art und Weise kann, obwohl die Volumenanteilsbedingung (40% oder weniger) eines Wasserstoffgases teilweise nicht angewendet wird, eine Wachstumstemperatur in der entsprechenden Stufe auf 1040°C gesteuert werden zum Unterdrücken eines Rückschmelzphänomens.
  • Ein Verfahren zum Wachsen eines Nitrid-Einkristalls gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird im Detail mit Bezug auf 2 beschrieben werden.
  • 2 ist eine Ansicht, die schematisch eine metallorganische chemische Gasphasenabscheide(MOCVD)-Anlage als ein Beispiel einer Dünnschichtabscheideanlage darstellt, die verwendet werden kann bei einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • Eine chemische Gasphasenabscheideanlage 100, die in 2 dargestellt ist, kann eine Prozesskammer 120 mit einem inneren Raum einer vorbestimmten Größe, einen Suszeptor 130 (auch ein „Teller” genannt), der drehbar innerhalb der Prozesskammer 120 installiert ist, Heizeinheiten 140, die unterhalb des Suszeptors 130 angeordnet sind, und einen Kammerdeckel 150, der über der Prozesskammer 120 positioniert ist, zum Empfangen eines Quellengases, welches in die Prozesskammer 120 eingeleitet werden soll, enthalten.
  • Der Innenraum der Prozesskammer 120 kann eine hohle Struktur besitzen. Die Prozesskammer 120 kann einen darin vorgesehenen Reaktionsraum 135 enthalten, damit ein auf eine Oberseite des Suszeptors 130 geliefertes Quellengas chemisch reagieren kann. Hierbei kann ein Raum zwischen dem Kammerdeckel 150 und dem Suszeptor 130 als der Reaktionsraum 135 definiert werden. Zum Beispiel kann eine Höhe des Reaktionsraums 135 in einem Bereich von näherungsweise 10 mm bis 20 mm liegen, aber das vorliegende erfinderische Konzept ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Prozesskammer 120 kann aus einem Metall mit exzellenter Abriebbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsfestigkeit ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein solches Material Edelstahl (SUS) sein. Der Kammerdeckel 150 und der Suszeptor 135 können auch aus einem Material ausgebildet sein, das gleich oder ähnlich dem der Prozesskammer 120 ist.
  • Der Suszeptor 130 kann in einem zentralen Abschnitt der Prozesskammer 120 positioniert sein. Eine Mittelachse des Innenraums der Prozesskammer 120 kann im Wesentlichen identisch zu einer Drehwelle 134 des Suszeptors 130 sein. Der Suszeptor 130 kann eine Tasche 132 mit einer Scheibenform besitzen, welche derart vertieft ist, sodass ein Wafer (W), wie z. B. ein Siliziumsubstratwafer, der als ein Abscheideziel dient, darin angeordnet werden kann. Der Suszeptor 130 kann eine Mehrzahl von Taschen 132 besitzen.
  • Die Heizeinheiten 140 können unterhalb des Suszeptors 130 vorgesehen sein zum Bereitstellen von Strahlungswärme an den Suszeptor 130. Solche Strahlungswärme kann den in dem Suszeptor 130 angeordneten Wafer aufheizen. Die Heizeinheiten 140, eine Art von Wärmeübertragungselementen, wenn sie mit Leistung versorgt werden, können in den Taschen 132 entsprechenden Bereichen angeordnet sein. Die Heizeinheiten können ausgewählt werden aus einem elektrischen Heizer, Hochfrequenzinduktion, Infrarotstrahlung und einem Laser.
  • Jede Tasche 132 kann eine konvexe Bodenfläche mit einer vorbestimmten Krümmung besitzen. Obwohl sich der Wafer W, wie z. B. ein Siliziumsubstrat, während eines Wachstumsverfahrens verbiegt, kann die konvexe Bodenfläche jeder Tasche 132 dazu dienen, die Siliziumsubstrate relativ gleichmäßig zu berühren und einen Raum derselben zu erhalten, wodurch Temperaturvariationen bei den Siliziumwafern W basierend auf Positionen davon effektiv verringert werden.
  • Der Kammerdeckel 150 kann einen die Prozesskammer 120 hermetisch abdichtenden Aufbau besitzen, zum Aufrechterhalten von Luftdichtigkeit, und kann in der Lage sein, relativ zu der Prozesskammer 120 geöffnet und geschlossen zu werden.
  • Der Kammerdeckel 150 kann eine Ausströmstruktur vom Shower-Head-Typ besitzen, die oberhalb der Prozesskammer 120 vorgesehen ist zum vertikalen Ausströmen eines Quellengases in Richtung zu dem sich darunter drehenden Suszeptor 130.
  • Die Ausströmstruktur vom Shower-Head-Typ kann eine erste Quellenversorgungseinheit 151 und eine zweite Quellenversorgungseinheit 152 enthalten. Die erste Quellenversorgungseinheit 151 kann eine erste Speicherkammer 155 besitzen, welche ein durch eine erste Einlassleitung 161 eingeleitetes Quellengas G1 aufnimmt. Die zweite Quellenversorgungseinheit 152 kann eine zweite Speicherkammer 158 besitzen, die ein durch eine zweite Einlassleitung 162 eingeführtes zweites Quellengas G2 aufnimmt.
  • Ein erstes Abdeckelement 153 kann zwischen den ersten und zweiten Speicherkammern 155 und 158 angeordnet sein. Das erste Abdeckelement 153 kann eine Mehrzahl von ersten Ausströmröhren 154 besitzen, welche das in die erste Speicherkammer 155 eingeleitete Quellengas G1 ausströmen. Die ersten Ausströmröhren 154 können durch die zweite Speicherkammer 158 durchdringen und können dazu konfiguriert sein, das erste Quellengas G1 vertikal zu dem Suszeptor 130 hin auszuströmen.
  • Außerdem kann ein zweites Abdeckelement 156 zwischen der zweiten Speicherkammer 158 und dem Suszeptor 130 angeordnet sein. Das zweite Abdeckelement 156 kann eine Mehrzahl von zweiten Ausströmröhren 157 besitzen, welche das in die zweite Speicherkammer 158 eingeleitete zweite Reaktionsgas G2 ausströmen. Die zweiten Ausströmröhren 157 können dazu konfiguriert sein, dass zweite Quellengas G2 in Richtung zu dem Suszeptor 132 hin auszuströmen.
  • Während eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterdünnschicht-Abscheideverfahrens kann das erste Quellengas G1 als ein Stickstoffquellengas von einer Stickstoffquelle 165 bereitgestellt werden, und eine Versorgungsleitung für das erste Quellengas G1 wird auch eine „Wasserstoffleitung” genannt. Das Stickstoffquellengas, das durch die Leitung geliefert wird, kann eine Mischung aus N2- und H2-Gasen zusammen mit NH3 sein. Das zweite Quellengas G2 kann von einer Gruppe-III-Metall- und/oder Dotierstoffquelle 166 als eine zusammen mit einem Trägergas transportierte Metallquelle bereitgestellt werden, und eine Versorgungsleitung für das zweite Quellengas G2 wird auch eine „metallorganische (MO) Quellenleitung” genannt. Die durch die Leitung gelieferte Gruppe-III-Metallquelle kann zumindest eines von einem Trimethylaluminium (TMAl), Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa), Trimethylindium (TMIn) sowie bei Bedarf eine Dotierstoffquelle enthalten. Die Dotierstoffquelle kann ein Magnesiumquellengas (Cp2Mg oder (C5H5)2Mg) für einen p-Dotierstoff oder ein Siliziumquellengas (SiH4 oder Si2H6) für einen n-Dotierstoff sein. Ein Trägergas, das die Gruppe-III-Metall- oder Dotierstoffquelle 166 transportiert, kann zumindest eines von Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Neon, Xenon und Kombinationen davon sein. Eine Auswahl einer für das Abscheideverfahren benötigten Quelle und eine Einstellung einer Versorgungsflussrate kann eingestellt werden durch den Quellenversorgungscontroller 170.
  • Bei der Ausströmstruktur vom Shower-Head-Typ kann das erste Quellengas G1 in das Innere der ersten Speicherkammer 155 eingeleitet werden durch eine erste Gaseinlassleitung 161, und das eingeleitete Quellengas G1 kann zu dem Reaktionsraum 135 durch die ersten Ausströmröhren 154 fließen. Außerdem kann das zweite Quellengas G2 in das Innere der zweiten Speicherkammer 158 durch die zweite Gaseinlassleitung 162 eingeleitet werden und kann das eingeleitete zweite reaktive Gas G2 zu dem Reaktionsraum 135 durch die zweiten Ausströmröhren 157 fließen. Dementsprechend können das ersten und das zweite Quellengas G1 und G2 chemisch in dem Reaktionsraum 135 entlang der Oberfläche des Suszeptors reagieren, und eine dünne Schicht, ein Produkt der Reaktion, kann auf einer Oberfläche des Wafer W abgeschieden werden.
  • Nach der Reaktion können restliche erste und zweite Quellengase G1 und G2 von der Mitte der Prozesskammer 120 zu einem äußeren Umfang davon fließen und nach außen durch eine Gasauslassleitung 163, die an einem äußeren Umfang der Prozesskammer 120 vorgesehen ist, abgeleitet werden. Dieses Abführverfahren kann durchgeführt werden durch Verwenden einer Abführpumpe 180. Zusätzlich kann eine Vakuumerzeugungspumpe 190 derart vorgesehen sein, dass sie mit dem Gasauslass 163 verbunden ist, um das Innere der Prozesskammer 130, bei Bedarf (z. B. vor dem Abscheideverfahren) zu evakuieren.
  • Der Kammerdeckel 150 kann ein Dichtungselement, wie z. B. einen O-Ring, zum Aufrechthalten von Luftdichtigkeit beim Zusammenbringen und Schließen gegen die Prozesskammer 120, besitzen. Das erste und das zweite Abdeckelement 153 und 156 können eine insgesamt runde Form besitzen, welche der Form des Kammerdeckels 150 entspricht, und können abnehmbar an dem Kammerdeckel 150 angebracht sein. Das erste und das zweite Abdeckelement 153 und 156 können aus einem Material mit exzellenter Wärmebeständigkeit ausgebildet sein. Zum Beispiel können das erste und das zweite Abdeckelement 153 und 156 aus Quarz oder aus mit Siliziumcarbid (SiC) beschichtetem Graphit ausgebildet sein.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines Nitrid-Kristalls gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen des erfinderischen Konzepts kann realisiert werden durch Verwenden der vorhergehenden MOCVD-Anlage. Das in 1 dargestellte Wachstumsverfahren, nämlich das Verfahren des Bilden der Pufferschicht und des Nitrid-Kristalls auf dem Siliziumsubstrat können auf verschiedene Arten durchgeführt werden. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein spezielles Beispiel des in 1 dargestellten Verfahrens zeigt.
  • Wie in 3 dargestellt, kann ein Verfahrensschritt des Bildens der Pufferschicht auf dem Siliziumsubstrat einen Verfahrensschritt S12 des Bildens einer Nukleationsschicht und einen Verfahrensschritt S14 des Bildens einer Gitterpufferschicht auf der Nukleationsschicht enthalten.
  • Der Verfahrensschritt zum Bilden der Pufferschicht gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann beginnen mit dem Verfahrensschritt S12 des Bildens einer Nukleationsschicht auf dem Siliziumsubstrat.
  • Die Nukleationsschicht kann gebildet werden auf der (111)-Fläche des Siliziumsubstrats. Die Nukleationsschicht kann eine Wachstumsoberfläche mit verbesserter Benetzbarkeit bereitstellen. Zum Beispiel kann die Nukleationsschicht aus AlN gebildet werden. Die Nukleationsschicht kann ein Rückschmelzphänomen verhindern, bei dem Silizium des Substrates und Gallium des Nitrid-Einkristalls miteinander reagieren zum Bilden eines eutektischen Metalls. Bilden der AlN-Nukleationsschicht kann beginnen mit einem Prozess des Einströmens einer Aluminiumquelle wie z. B. Trimethylaluminium. Das Einströmen der Al-Quelle vor dem Entströmen des Stickstoffquellengases kann verhindern, dass das Siliziumsubstrat zuerst Ammoniak ausgesetzt wird, sodass es nitridiert würde. Zum Beispiel kann die Reaktionsschicht eine Dicke in einem Bereich von einigen 10 nm bis einigen 100 nm besitzen.
  • Im Verfahrensschritt S14 kann die Gitterpufferschicht auf der Nukleationsschicht gebildet werden. Die Gitterpufferschicht kann eine an einer Grenzfläche mit einem später zu wachsenden Nitrid-Kristall ausgebildete Versetzungsschleife besitzen, um eine Versetzungsdichte zu verringern. Außerdem kann die Gitterpufferschicht Gitterfehlanpassung und Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit dem später zu wachsenden Nitrid-Einkristall abschwächen, um effektiv Druckspannung beim Wachsen eines Kristalls zu erzeugen und während des Abkühlen erzeugte Zugspannung zu verringern. Die Gitterpufferschicht kann aus einem Aluminium (Al) enthaltenden Nitrid-Kristall ausgebildet sein und kann eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten sein. Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine abgestufte AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y ≤ 1) oder Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N (0 ≤ x1, x2, y1, y2 ≤ 1, x1 ≠ x2 oder y1 ≠ y2, x1 + y1 ≤ 1, x2 + y2 ≤ 1) Übergitterschicht sein, bei der der Gehalt von Bestandteilen, wie z. B. AlGaN oder Al, linear oder stufenweise zunimmt oder abnimmt. Bei einem speziellen Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine Struktur besitzen, bei der AlGaN und AlN abwechselnd gestapelt sind. Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine 3-fach-Schichtstruktur mit AlGaN/AlN/AlGaN sein.
  • Die Gitterpufferschicht kann gewachsen werden innerhalb eines Temperaturbereiches von 700°C bis 1040°C. Da jedoch die Gitterpufferschicht an das Siliziumsubstrat angrenzt, kann sie Rückschmelzen empfindlich beeinflussen. Unter Berücksichtigung davon kann eine Wachstumstemperatur der Gitterpufferschicht geringer gehalten werden.
  • Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht bei einer Temperatur von etwa 1010°C oder weniger gewachsen werden.
  • Verschiedene Beispiele der Pufferschicht wie oben beschrieben, werden im Detail in Bezug auf die 4 bis 7 beschrieben werden.
  • Der Verfahrensschritt S20 des Bildens des Nitrid-Einkristalls kann Verfahrensschritte (S21, S23 und S25) des sequentiellen Bildens einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht, einer Zwischenschicht und einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht auf der Gitterpufferschicht enthalten.
  • Ein Verfahrensschritt S20 des Bildens des Nitrid-Einkristalls kann beginnen mit einem Verfahrensschritt S21 des Bildens der ersten Nitrid-Halbleiterschicht auf der Gitterpufferschicht.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht kann ein Nitrid-Kristall mit einer Gitterkonstante sein, die größer ist als die der Gitterpufferschicht. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht kann AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) enthalten. Zum Beispiel kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht GaN sein.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht kann Druckspannung an einer Grenzfläche davon mit der Gitterpufferschicht aufnehmen. Nach dem Wachstumsverfahren, wenn die erste Nitrid-Halbleiterschicht auf Raumtemperatur abgekühlt ist, kann Zugspannung aufgrund eines Unterschiedes zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrates und der ersten Nitrid-Halbleiterschicht erzeugt werden. Um die Verspannung zu kompensieren, kann eine Zwischenschicht auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht gebildet werden in Verfahrensschritt S23. Die Zwischenschicht kann ein Nitrid-Kristall mit einer Gitterkonstante sein, die geringer ist als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht AlxGa1-xN (0,4 < x < 1) sein.
  • Anschließend kann eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht auf der Zwischenschicht in Verfahrensschritt S25 gebildet. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht kann eine hohe Druckspannung besitzen. Durch Kompensieren von relativ schwacher Druckspannung oder Zugspannung, die an der ersten Nitrid-Halbleiterschicht anliegt, mit Druckspannung der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht können Risse verringert werden. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht kann AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) enthalten, ähnlich der ersten Nitrid-Halbleiterschicht. Zum Beispiel kann die zweite Nitrid-Halbleiterschicht GaN sein. Als die erste und zweite Nitrid-Halbleiterschicht verwendetes GaN kann undotiertes GaN sein.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform kann eine Nitrid-Schichtstruktur mit zumindest einer Nitrid-Halbleiterschicht zusätzlich auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht gebildet werden. Solch eine Nitrid-Halbleiterschicht kann gebildet werden aus AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y ≤ 1) und kann eine undotierte Schicht sein oder kann mit einem n- und/oder p-Dotierstoff dotiert sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht eine Mehrzahl von Schichten sein, die als ein Element zum Durchführen einer bestimmten Funktion vorgesehen sind.
  • Das bei dem zuvor erwähnten Abscheideverfahren verwendete Stickstoffquellengas kann Wasserstoff (H2) zusammen mit NH3 und N2 enthalten. Ein Volumenanteil des Wasserstoffgases in dem Stickstoffquellengas kann etwa 40% oder weniger sein.
  • Ein Stickstoffwachstumsverfahren basierend auf einem Steuern von Wasserstoff derart, dass es einen geringen Volumenanteil besitzt, kann allgemein angewendet werden auf die Gesamtheit des Nitrid-Kristallbildungs-Verfahrensschrittes S20 oder kann angewendet werden auf nur einen Teilprozess.
  • Alternativ kann das Nitrid-Kristallwachstum basierend auf dem geringen Volumenanteil von Wasserstoff auch vorteilhaft angewendet werden auf ein Verfahren eines anderen Verfahrenssschritts zum Wachsen eines Hochtemperatur-Nitrid-Kristalls zum Erhalten eines Kristalls hoher Qualität, abgesehen von dem Nitrid-Kristallbildungs-Verfahrensschrittes S20. Zum Beispiel kann das Nitrid-Kristallwachstum basierend auf dem geringen Volumenanteil an Wasserstoff auch angewendet werden auf Verfahrensschritt S14 zum Bilden der Gitterpufferschicht während des Pufferschichtbildungs-Verfahrensschrittes S10 und/oder dem Verfahrensschritt zum Bilden der zumindest einen Nitrid-Halbleiterschicht auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht.
  • Auf diese Art und Weise kann durch Steuern des Wasserstoffes derart, dass er einen geringen Volumenanteil besitzt, eine Wachstumstemperatur bei jedem Verfahrensschritt verringert werden auf einen vorbestimmten Bereich (z. B. verringert um etwa 20°C bis 30°C unterhalb einer regulären Wachstumstemperatur von 1050°C bis 1080°C), während exzellente Kristallqualität erhalten wird. Zum Beispiel kann ein Nitrid-Kristall hoher Qualität erreicht werden, selbst unter einer Bedingung, bei der eine Nitrid-Kristall-Wachstumstemperatur etwa 1040°C ist.
  • Eine Verringerung der Wachstumstemperatur, die erzielt wird durch Steuern des Wasserstoffes derart, dass er einen geringeren Volumenanteil in dem Wasserstoffquellengas besitzt, kann durch einen Unterschied zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bewirkte Deformation verringern und effektiv Variationen in einer Dünnschichtdicke verbessern, welche bewirkt wird durch aufgrund des Wachstumsverfahrens erzeugte Durchbiegung. Insbesondere kann ein bemerkenswerter Effekt des signifikanten Verringerns des Auftretens eines Rückschmelzdefektes erwartet werden.
  • Die 4 bis 7 sind Querschnittsansichten, die verschiedene Beispiele von Strukturen einer Pufferschicht und einer Verspannungskompensationsschicht darstellen, welche bei einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts anwendbar sind.
  • Wie in 4 dargestellt, können eine Pufferschicht 210, eine Verspannungskompensationsschicht 220 und eine Nitrid-Schichtstruktur 230 sequentiell auf einem Siliziumsubstrat 201 abgeschieden werden.
  • Das Siliziumsubstrat 201 kann ein Substrat einschließen, das teilweise aus einem Siliziummaterial ausgebildet ist, sowie ein Substrat, das nur aus einem Siliziummaterial ausgebildet ist. Zum Beispiel kann auch ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat verwendet werden. Eine obere Oberfläche des Siliziumsubstrates 201 kann eine (111)-Fläche sein.
  • Die Pufferschicht 201 kann eine auf dem Siliziumsubstrat 201 angeordnete Nukleationsschicht 212 und eine auf der Nukleationsschicht 212 angeordnete Gitterpufferschicht 214 enthalten.
  • Die Nukleationsschicht 212 kann AlN sein. Die Nukleationsschicht 212 kann zum Verhindern eines Rückschmelzphänomens vorgesehen sein. Außerdem kann die Nukleationsschicht 212 eine Wachstumsoberfläche bereitstellen, welche eine für Kristallwachstum vorteilhafte erhöhte Benutzbarkeit besitzt. Zum Beispiel kann die Nukleationsschicht 212 eine Größe in einem Bereich von einigen zehn nm bis einigen hundert nm besitzen.
  • Die Gitterpufferschicht 214 kann eine Schraubenversetzung verbiegen zum Verringern von Defekten. Mit zunehmender Dicke der Gitterpufferschicht 214 kann ein Abbau der Druckverspannung in der später zu wachsenden ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 verringert werden und können Defekte verringert werden. Die Gitterpufferschicht 214 kann eine Dicke in einem Bereich von einigen hundert nm bis einigen nm besitzen.
  • Die Gitterpufferschicht 214 kann eine einzige Zusammensetzung besitzen oder kann eine Gradientenschicht sein, die wie in 4 dargestellt aus AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y ≤ 1) ausgebildet ist. Die bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendete Gradientenstruktur kann eine Mehrzahl von Schichten 214-1, 214-2, ..., 214-n enthalten, und die Mehrzahl von Schichten 214-1, 214-2, ..., 214-n können einen Aufbau mit stufenweisem Gradienten besitzen, bei der ein Al-Gehalt sequentiell verringert wird. Bei einem speziellen Beispiel kann die Gitterpufferschicht 214 mit der Gradientenstruktur implementiert werden mit ternärem AlGaN, bei dem der Al-Gehalt eingestellt wird. Bei einem anderen Beispiel kann die Gitterpufferschicht 214 einen Aufbau mit linearem Gradienten anstelle eines Aufbaus mit gestuftem Gradienten besitzen.
  • Die Gitterpufferschicht 214 kann eine Gitterfehlanpassung zwischen der AlN-Nukleationsschicht 212 und der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 212 stufenweise verringern. Insbesondere kann die Gitterpufferschicht 214 während des Kristallwachstums effektiv Druckspannung erzeugen, wobei während des Abkühlen erzeugte Zugspannung verringert wird.
  • Die Verspannungskompensationsschicht 220 kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221, eine Zwischenschicht 222 und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 enthalten, welche sequentiell auf der Gitterpufferschicht 214 angeordnet sind.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 kann ein Nitrid-Kristall mit einer Gitterkonstante sein, die größer ist als die der Gitterpufferschicht 214. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 kann AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) enthalten und kann z. B. aus GaN ausgebildet sein. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 kann Druckspannung an einer Grenzfläche davon mit der Gitterpufferschicht 214 aufnehmen.
  • Eine solche Druckspannung kann abgeschwächt werden mit zunehmender Dicke der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221. Wenn jedoch die Dicke der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 erhöht ist (derart, dass sie gleich oder größer etwa 2 μm ist), wenn die erste Nitridschicht auf Raumtemperatur abgekühlt wird, nachdem sie vollständig gewachsen wurde, ist es schwierig, die aufgrund eines Unterschiedes zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrates 201 und der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 erzeugte Zugspannung zu kontrollieren, und Risse können weiter auftreten.
  • Die Zwischenschicht 222 kann auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 angeordnet sein zum Kompensieren von Zugspannung, welche während des Abkühlvorgangs erzeugt wird. Die Zwischenschicht 222 kann ein Nitrid-Kristall mit einer Gitterkonstante sein, die geringer ist als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht 221 aus AlxGa1-xN (0,4 < x < 1) ausgebildet sein.
  • Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 kann auf der Zwischenschicht 222 angeordnet sein. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 kann Druckspannung besitzen. Die Druckspannung der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223 kann relativ schwache Druckspannung oder Zugspannung, welche auf die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 ausgeübt wird, kompensieren, wobei das Auftreten von Rissen unterdrückt wird. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 kann ähnlich zu der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) enthalten. Zum Beispiel kann die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 aus GaN ausgebildet sein. Zumindest eine von der ersten und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 221 und 223 kann eine undotierte Nitrid-Schicht sein, aber das vorliegende erfinderische Konzept ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Nitrid-Schichtstruktur 230 kann zusätzlich angeordnet sein auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223. Die Nitrid-Schichtstruktur 230 kann zumindest eine aus AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y ≤ 1) ausgebildete Nitrid-Halbleiterschicht enthalten. Die zumindest eine Nitrid-Halbleiterschicht kann eine undotierte Schicht oder eine mit einem n- oder p-Dotierstoff dotierte Nitrid-Schicht sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Schichtstruktur 230 eine Mehrzahl von Nitrid-Halbleiterschichten für eine Vorrichtung (z. B. eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung) zum Durchführen einer bestimmten Funktion sein.
  • Außerdem kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases wie oben beschrieben angewendet werden bei allen Nitrid-Kristallwachstumsverfahren, bei denen Hochtemperaturwachstum erforderlich ist. Zum Beispiel kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases angewendet werden auf all die Verfahren des Wachsens der Verspannungskompensationsschicht mit der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221, der Zwischenschicht 222 und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223 zusammen mit dem Verfahren des Wachsens der Gitterpufferschicht 214 oder kann bei Bedarf nur auf zumindest einer Teilstufe des Wachstumsverfahrens selektiv angewendet werden. Zum Beispiel kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr des Wasserstoffgases vorteilhaft angewendet werden bei dem Einkristall-Wachstumsverfahren, das ein Hochtemperaturwachstumsverfahren erfordert. Außerdem kann das Verfahren des Beschränken der Zufuhr eines Wasserstoffgases angewendet werden auf ein Teilverfahren des Wachstumsverfahrens der Nitrid-Schichtstruktur 230.
  • Bezugnehmend auf 5 werden eine Pufferschicht 210, eine Spannungskompensationsschicht 220 und eine Nitrid-Schichtstruktur 230 sequentiell angeordnet auf einem Silizumsubstrat 201 ähnlich zu denjenigen aus 4.
  • Verglichen mit 4 sind Bestandteile in 5, welche mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, identisch oder ähnlich zu den in 4 dargestellten, und die oben mit Bezug auf 4 beschriebenen Merkmale können mit Beschreibungen der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kombiniert werden, außer es wird anders erwähnt.
  • Ähnlich der in 4 dargestellten Pufferschicht 210 kann die Pufferschicht 210 in 5 eine AlN-Nukleationsschicht 212 und eine Gitterpufferschicht 214' enthalten, und die bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendete Gitterpufferschicht 214' kann einen Aufbau besitzen, der verschieden ist von dem der Gitterpufferschicht 214, welche in 4 dargestellt ist.
  • Die Gitterpufferschicht 214' kann eine Übergitterstruktur besitzen, bei der zwei oder mehr Schichten 214a und 214b mit unterschiedlicher Zusammensetzung alternierend gestapelt sind. Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht 214' eine Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-y2-y2N (0 ≤ x1, x2, y1, y2 ≤ 1, x1 ≠ x2 oder y1 ≠ y2, x1 + y1 ≤ 1, x2 + y2 ≤ 1) Übergitterschicht sein. Die Gitterpufferschicht 214' mit der Übergitterstruktur wie bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann effektiv Verspannung zwischen dem Siliziumsubstrat 201 und der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 abschwächen.
  • Die bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendete Verspannungskompensationsschicht 220 kann weiter eine zweite Zwischenschicht 224 und eine dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 enthalten zusätzlich zu den oben mit Bezug auf 4 beschriebenen ersten und zweiten Nitrid-Halbleiterschichten 221 und 223 sowie der dazwischen angeordneten Zwischenschicht 222.
  • Die zweite Zwischenschicht 224 und die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 können verstanden werden als Schichten, welche eine ähnliche Funktion erfüllen wie die der ersten Zwischenschicht 222 und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223. Nämlich, die zweite Zwischenschicht 224 kann auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223 angeordnet sein, um durch ein Abkühlen erzeugte Zugspannung zu kompensieren. Die zweite Zwischenschicht 224 kann ein Nitrid-Kristall mit einer Gitterkonstante sein, die geringer ist als die der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 224. Zum Beispiel kann die zweite Zwischenschicht 224 aus AlxGa1-xN (0,4 < x < 1) ausgebildet sein, ähnlich der ersten Zwischenschicht 222.
  • Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 kann auf der zweiten Zwischenschicht 224 angeordnet werden. Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 kann Druckspannung besitzen, und eine solche Druckspannung der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 225 kann eine relativ schwache Druckspannung oder Zugspannung kompensieren, welche auf die darunter angeordnete erste und zweite Nitrid-Halbleiterschicht 221 und 223 (insbesondere auf die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 223 ausgeübt werden, wobei Auftreten von Rissen unterdrückt wird.
  • Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 kann ähnlich der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 223 AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) enthalten. Zum Beispiel kann die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 225 aus GaN aus gebildet sein.
  • Bezugnehmend auf 6 werden eine Pufferschicht 210, eine Versparnnungskompensationsschicht 220 und eine Nitrid-Schichtstruktur 230 sequentiell auf einem Siliziumsubstrat 201 angeordnet, ähnlich wie in 4. Jedoch, anders als das in 4 dargestellte Beispiel, enthält die in 6 dargestellte Verspannungskompensationsschicht 220 eine Maskenschicht 226 und eine zusammengewachsene Nitrid-Schicht 227, die auf der Maskenschicht 226 ausgebildet ist.
  • Die Maskenschicht 226 kann auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 angeordnet werden.
  • Die meisten Schraubenversetzungen von der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 können durch die Maskenschicht 226 geblockt werden, und der verbleibende Teil von Schraubenversetzungen kann außerdem gebeugt werden durch die später zu wachsende zusammengewachsene Nitrid-Schicht 227. Als Ergebnis kann die Defektdichte eines später zu wachsenden Nitrid-Kristalls signifikant verbessert werden. Eine Dicke und eine Defektdichte der zusammengewachsenen Nitrid-Schicht 227 kann in Abhängigkeit von Wachstumsbedingungen, z. B. von Variablen wie z. B. Temperatur, Druck und/oder Molverhältnis einer V/III-Quelle variieren.
  • Die Maskenschicht 226 kann aus Siliziumnitrid (SiNx) oder Titannitrid (TiN) gebildet werden. Zum Beispiel kann die SiNx-Maskenschicht 226 gebildet werden durch Verwenden von Silan (SiH4) und Ammoniakgas. Die Maskenschicht 226 bedeckt möglicherweise nicht vollständig die Oberfläche der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221. Somit kann ein freigelegter Bereich der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 221 bestimmt werden gemäß einem Grad, mit dem die Maskenschicht 226 die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 bedeckt, und eine Form des anfänglichen Inselwachstums eines darauf gewachsenen Nitrid-Kristalls kann variieren. Zum Beispiel in einem Fall, bei dem ein freigelegter Bereich der Nitrid-Halbleiterschicht verringert wird durch Vergrößern des SiNx-Maskenbereichs, kann die Dichte der anfänglichen Inseln der auf der Maskenschicht 226 zu wachsenden Nitrid-Schicht 227 verringert werden, während eine Größe der zusammengewachsenen Inseln relativ vergrößert werden kann. Somit kann eine Dicke der zusammengewachsenen Nitrid-Schicht auch vergrößert werden.
  • In dem Fall, in dem die Maskenschicht 226 hinzugefügt wird, kann Verspannung zwischen den Nitrid-Halbleiterschichten entkoppelt werden von der Maskenschicht 226, wobei an die zusammengewachsene Nitrid-Schicht übertragene Druckspannung teilweise blockiert wird. Außerdem kann in einem Fall der zusammengewachsenen Nitrid-Schicht 227 eine relative Zugspannung erzeugt werden während die gewachsenen Inseln zusammenwachsen. Als Ergebnis kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht 221 starke Druckspannung durch die Pufferschicht 210 empfangen, während die zusammengewachsene Nitrid-Schicht 227 auf der Maskenschicht 226 relativ geringe Druckspannung oder Zugspannung empfangen kann aufgrund Entkoppelung und Zusammenwachsen von Inseln. Wenn eine Dicke der Schicht mit relativ geringer Druckspannung einen kritischen Punkt übersteigt, können Risse in der dünnen Schicht beim Abkühlen auftreten, und somit kann die Dicke der zusammengewachsenen Nitrid-Schicht 227 derart ausgebildet werden, dass sie mit Bedingungen übereinstimmt, bei denen die Defektdichte verringert ist, während Risse nicht auftreten.
  • Bezugnehmend auf 7 werden die Pufferschicht 210, die Verspannungskompensationsschicht 220 und die Nitrid-Schichtstruktur 230 sequentiell auf dem Siliziumsubstrat 201 angeordnet.
  • Die Verspannungskompensationsschicht 220, die bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform angewendet wird, kann eine erste und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220a und 220b enthalten, die unter verschiedenen Wachstumsbedingungen gebildet wurden. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann in einem zweidimensionalem (2D)-Modus gewachsen werden, so dass eine Zuwachsrate der Oberflächenrauigkeit der Nitrid-Halbleiterschicht 220a kontrolliert wird, um somit eine Erzeugung von Drehkorngrenzen in einer Grenzfläche zwischen der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b zu verringern.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann unter einer ersten Wachstumsbedingung gebildet werden, bei der ein Verhältnis der Oberflächenrauigkeit davon relativ zu einer Oberflächenrauigkeit der Pufferschicht 210 gleich 3 oder weniger ist, und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b kann auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a unter einer zweiten Wachstumsbedingung gebildet werden. Hierbei kann zumindest eine Temperatur, ein Druck oder ein V/III-Molverhältnis der zweiten Wachstumsbedingung verschieden von denjenigen der ersten Wachstumsbedingung sein, so dass ein 3D-Wachstumsmodus verstärkt sein kann relativ zu der ersten Wachstumsbedingung.
  • Bezüglich der Temperatur, kann eine Wachstumstemperatur der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a geringer eingestellt werden als die der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b. Zum Beispiel kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a bei einer Temperatur im Bereich von 950°C bis 1040°C gewachsen werden, und insbesondere in einem Bereich von 970°C bis 1035°C. Unter der Wachstumstemperaturbedingung kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht 20a eine hohe Kristallinität besitzen und Erzeugung einer Drehkorngrenze kann effektiv verringert werden.
  • Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b kann unter der von der ersten Wachstumsbedingung verschiedenen zweiten Wachstumsbedingung gewachsen werden, so dass der 3D-Wachstumsmodus verstärkt wird. Zum Beispiel kann ein Temperaturbereich der zweiten Wachstumsbedingung höher festgelegt werden als eine Wachstumstemperatur der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b. Wie oben beschrieben kann die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b bei einer Temperatur von 1040°C oder weniger gewachsen werden durch Steuern eines Volumenanteils des Wasserstoffes in dem Stickstoffquellengas derart, dass er 40% oder weniger ist. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann außerdem bei einer Temperatur von weniger als 1040°C gewachsen werden durch Steuern eines Volumenanteils von Wasserstoff unter einer ähnlichen Bedingung.
  • Die erste Wachstumsbedingung der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann außerdem festgelegt werden durch Einstellen eines Drucks oder eines Gruppe-V/III-Quellenmolverhältnisses. Im Allgemeinen können eine Kristallinität und eine Druckspannung erhöht werden, wenn ein Druck verringert wird, und können eine Kristallinität und Druckspannung erhöht werden, wenn das V/III-Verhältnis erhöht wird. Zum Beispiel kann ein Druckbereich der ersten Wachstumsbedingung 20 Torr bis 500 Torr sein. Ein Druckbereich der zweiten Wachstumsbedingung kann 50 Torr bis 300 Torr sein.
  • Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann eine Dicke in einem Bereich von 2 nm bis 1000 nm haben. Eine Zunahme der Dicke der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a kann eine Erzeugung einer Drehkorngrenze in der Grenzfläche zwischen der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b verringern. Jedoch kann die Zunahme bei der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a eine Kristallinität der gesamten dünnen Schicht verschlechtern. Der Grund dafür liegt darin, dass ein Defekt ziemlich erhöht werden kann, da die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a bei einer geringeren Temperatur als die der Nitrid-Schicht gewachsen wird. Somit ist es bevorzugt, dass die Dicke der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a verringert wird, während eine Erzeugung einer Drehkorngrenze verringert wird.
  • Die Verringerung in der Drehkorngrenze kann zu einer Verringerung bei einem Defekt der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b führen, die auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a gestapelt ist. Da nämlich die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a eine Dicke in einem Bereich von 2 nm bis 1000 nm sowie eine Rauigkeit von 3 oder weniger als ein Verhältnis davon relativ zu einer Rauigkeit der Pufferschicht besitzt, kann ein Defekt der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 220b, die darauf gestapelt ist, verringert sein. Da somit die gleiche Kristallinität erhalten wird mit einer geringeren Dicke kann die Dicke der gesamten Struktur verringert werden, und z. B. kann eine Gesamtdicke der Pufferschicht 210 und der Verspannungskompensationsschicht 220 von 6 μm oder weniger erhalten werden, selbst ohne Verwenden einer Maskenschicht. Somit können eine Prozesszeit während des Kristallwachstumsverfahrens und Kosten verringert sein.
  • Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b kann aus AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y < 1) ausgebildet sein. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b kann kontinuierlich und direkt auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a gewachsen werden, ohne zusätzlich eine Schicht mit unterschiedlicher Zusammensetzung dazwischen zu wachsen. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b kann eine Zusammensetzung besitzen, die identisch zu der der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 220a ist. Zum Beispiel können die erste und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220a und 220b GaN sein. Bei einem speziellen Beispiel kann die erste Nitrid-Halbleiterschicht 220a undotiertes GaN sein, und kann die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 220b n-dotiertes GaN sein.
  • Außerdem kann bei der vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform das Verfahren des beschränkten Lieferns von Wasserstoffgas wie oben beschrieben angewendet werden bei allen Nitrid-Kristallwachstumsverfahren, bei denen Hochtemperaturwachstum erforderlich ist. Auf diese Art und Weise kann durch Verringern eines Volumenanteils von Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas ein Nitrid-Kristall mit exzellenter Kristallqualität gewachsen werden, selbst bei einer relativ geringen Wachstumstemperatur. Als Ergebnis kann eine Deformation, welche durch einen Unterschied zwischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrates und des Nitrid-Einkristalls verursacht werden, unterdrückt werden, und können Variationen in einer Dicke der dünnen Schicht, welche durch Erzeugen von Durchbiegung (oder Zunahme der Krümmung) verursacht werden, beträchtlich verringert werden.
  • Insbesondere kann ein Rückschmelzphänomen, eines der bei Siliziumsubstraten chronisch auftretenden Probleme beim Wachsen eines Nitrid-Kristalls darauf, signifikant abgeschwächt werden.
  • Im Folgenden werden verschiedene Effekte des vorliegenden erfinderischen Konzepts im Detail mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden.
  • Experiment 1: Wachstum eines Nitrid-Kristalls
  • Eine Pufferschicht, eine Verspannungskompensationsschicht und eine n-dotierte Nitrid-Halbleiterschicht wurden auf einer (111)-Fläche eines Siliziumsubstrates mit einer MOCVD-Anlage gebildet.
  • Zuerst wurde eine AlN-Nukleationsschicht (etwa 100 nm) auf der (111)-Fläche des Siliziumsubstrates gebildet, und Al0.3Ga0.7N (etwa 410 nm)/AlN (etwa 40 nm)/Al0.3Ga0.7N (etwa 410 nm) wurde als eine Gitterpufferschicht auf der AlN-Nukleationsschicht gebildet. Anschließend wurden eine undotierte GaN-Schicht (etwa 0,6 μm)/Al0.5Ga0.5N-Zwischenschicht (etwa 100 nm)/undotierte GaN-SChicht (etwa 0,6 μm) als eine Verspannungskompensationsschicht gebildet. Anschließend wurde zusätzlich eine n-dotierte GaN-Schicht mit einer Dicke von etwa gleich 3,5 μm gebildet.
  • Bei diesem Experiment wurde eine Nitrid-Schichtstruktur auf dem Siliziumsubstrat durch Verwenden eines MOCVD-Verfahrens unter den gleichen Bedingungen gebildet.
  • Eine Gasmischung aus NH3 + N2 + H2 wurde verwendet als ein Stickstoffquellengas. Jedoch wurden Volumenanteile des Wasserstoffgases variiert mit 35% (verbessertes Beispiel 1), 50% (Vergleichsbeispiel 1), 60% bzw. 80%. Außerdem wurde bei dem verbesserten Beispiel 1 ein Nitrid bei einer Temperatur von Näherungsweise 1030°C, 20°C geringer als eine Wachstumstemperatur (etwa 1050°C) des Vergleichsbeispiels 1, gewachsen.
  • Zuerst wurde eine Oberfläche einer n-dotierten Nitrid-Halbleiterschicht, welche bei dem verbesserten Beispiel 1 erhalten wurde und eine Oberfläche einer n-dotierten Nitrid-Halbleiterschicht, die bei dem Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde, mit einem Atomkraftmikroskop (AFM) abgebildet. Als Ergebnis ist wie in 8A und 8B dargestellt, die Oberfläche der bei dem verbesserten Beispiel 1 erhaltenen Nitrid-Halbleiterschicht ähnlich der bei dem Vergleichsbeispiel 1. Nämlich wurde bei dem verbesserten Beispiel 1 das Volumenverhältnis des Wasserstoffes verringert und die Wachstumstemperatur wurde auch verringert auf etwa 1030°C, 20°C geringer als die bei dem Vergleichsbeispiel 1, aber es wurde bestätigt, dass das verbesserte Beispiel 1 exzellente Kristallinität erhält, trotz der geringen Wachstumstemperatur. Im Allgemeinen kann in einem Fall einer geringen Wachstumstemperatur Stickstoff, der für das Nitrid-Kristallwachstum zu Verfügung steht, nicht ausreichend sichergestellt werden, wodurch von Stickstoffleerstellen an der Oberfläche des Nitrid-Kristalls resultierende Kristalldefekte zunehmen, und dadurch die Kristallqualität signifikant verschlechtern. Jedoch ist bei dem verbesserten Beispiel 1, obwohl der Nitrid-Kristall bei einer relativ geringen Temperatur gewachsen wird, eine Zuführmenge des Wasserstoffgases beschränkt, sodass eine unerwünschte Reaktion zwischen Wasserstoff und zur Verfügung stehendem Stickstoff verringert wird, womit ausreichend zur Verfügung stehender Stickstoff sichergestellt wird, und wodurch eine exzellente Kristallqualität gesichert werden kann.
  • Als nächstes wurden innerhalb jeder der in dem Experiment erhaltenen Nitrid-Schichtstrukturen erzeugte Rückschmelzdefekte analysiert. 9 ist ein Diagramm, das Variationen in Durchschnittsgrößen der Rückschmelzdefekte als eine Funktion der Volumenanteile des Wasserstoffes darstellt.
  • Wie in 9 dargestellt, wurde bestätigt, dass eine Durchschnittsgröße der Rückschmelzdefekte, nämlich der aus eutektischem Silizium-Gallium-Metall bestehenden Defekte, näherungsweise 400 μm, näherungsweise 500 μm bzw. näherungsweise 600 μm waren, was beträchtlich hoch ist, wenn Volumenanteile an Wasserstoff 50%, 60% und 80% waren, während die Größe der Rückschmelzdefekte beträchtlich verringert war auf ein Niveau von etwa 200 μm, wenn der Volumenanteil an Wasserstoff auf etwa 35% und auf etwa 10% gesteuert wurde. Dies ist eine Folge davon, dass die Erzeugung von den Rückschmelzdefekten durch eine Wachstumstemperatur beeinflusst wird.
  • Bezüglich dem verbesserten Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 wurden Prozentsätze von Rückschmelzdefekten mit einem Durchmesser von 400 μm oder mehr unter den gesamten Rückschmelzdefekten berechnet und in dem Diagramm von 10 gezeigt.
  • Wie in dem Diagramm von 10 dargestellt, stellen in dem Fall des Vergleichsbeispiels 1 sehr große Rückschmelzdefekte einen großen Anteil der Defekte von 34,17% der Defekte dar, aber in dem Fall des verbesserten Beispiels 1 wurden Rückschmelzdefekte selten detektiert, wobei nur 0,5% der Defekte sehr groß sind. Auf diese Art und Weise kann das Auftreten von Rückschmelzdefekten signifikant verringert werden durch Verringern der Wachstumstemperatur und durch Verringern des Volumenanteils an Wasserstoffgas in dem Stickstoffquellengas.
  • Da die Wachstumstemperatur verringert werden kann, während die hohe Kristallqualität aufrechterhalten werden kann und auch ein Rückschmelzeffekt verringert werden kann, kann die Erzeugung von Verbiegung (Zunahme der Krümmung) und Unebenheit einer Dünnschichtdicke, die durch Verformung bewirkt wird, verbessert werden. Dies wird im Detail unten beschrieben werden.
  • Das Verfahren des Herstellens eines Nitridkristalls kann allgemein verwendet werden zum Herstellen einer Nitrid-Halbleitervorrichtung durch Verwenden eines Siliziumsubstrates. Insbesondere kann bei dem Verfahren des Herstellens einer Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts, das Auftreten von Defekten (Auftreten von Rissen, unebener Dünnschichtdicke), welches bewirkt wird durch Verformung, verringert werden, da die Wachstumstemperatur verringert wird, während eine hohe Kristallqualität aufrechterhalten wird, und kann weiter ein Wafer mit einem großen Durchmesser (z. B. 8-Inch-Wafer) verwendet werden.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Wachsens eines Nitrid-Einkristalls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
  • Eine Pufferschicht kann auf einem Siliziumsubstrat in Verfahrensschritt S40 gebildet werden.
  • Die Pufferschicht kann gebildet werden auf einer (111)-Fläche des Siliziumsubstrates. Die Pufferschicht kann als eine oder mehrere Schichten konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die Pufferschicht eine AlN-Nukleationsschicht und eine Gitterpufferschicht enthalten, die aus einem Aluminium (Al) enthaltenden Nitrid-Kristall gebildet ist. Die Gitterpufferschicht kann eine Monoschicht oder eine Mehrzahl von Schichten sein. Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine abgestufte AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x, y ≤ 1, x + y ≤ 1) oder Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N (0 ≤ x1, x2, y1, y2 ≤ 1, x1 ≠ x2 oder y1 ≠ y2, x1 + y1 ≤ 1, x2 + y2 ≤ 1) Übergitterschicht sein, in der der Gehalt der Bestandteile, wie z. B. AlGaN oder Al linear oder stufenweise mit der Dicke der Schicht zunimmt oder abnimmt. Bei einem bestimmten Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine Struktur besitzen, bei der AlGaN und AlN abwechselnd gestapelt sind. Zum Beispiel kann die Gitterpufferschicht eine Dreifachschichtstruktur mit AlGaN/AlN/AlGaN sein. Während dieses Verfahrens, wenn die Gitterpufferschicht bei einer hohen Temperatur gewachsen wird, kann ein Volumenanteil des Wasserstoffes in dem Stickstoffquellengas bei etwa 40% oder weniger (z. B. 35% oder weniger) gehalten werden und kann die Wachstumstemperatur verringert (z. B. auf etwa 1040°C oder weniger) werden innerhalb eines Bereiches, in dem eine hohe Kristallqualität aufrecht gehalten wird, um effektiv eine Erzeugung eines Rückschmelzeffektes zu unterdrücken.
  • Anschließend kann eine Verspannungskompensationsschicht auf der Pufferschicht in Verfahrensschritt S50 gebildet werden.
  • Die Verspannungskompensationsschicht kann eine Schicht zum Steuern von Zugspannung während des Abkühlen durch Einstellen von Druckspannung sein, welche während des Wachstumsverfahrens erzeugt wird. Zum Beispiel kann die Verspannungskompensationsschicht auf der Pufferschicht angeordnet werden und kann eine erste Nitrid-Halbleiterschicht mit einer Gitterkonstante, die größer ist als die der Pufferschicht, eine Zwischenschicht, die auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht angeordnet ist und eine Gitterkonstante geringer als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht besitzt, und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht enthalten, die eine Gitterkonstante größer als die der Zwischenschicht besitzt. Die Verspannungskompensationsschicht kann mit verschiedenen Strukturen realisiert werden. Zum Beispiel können verschiedene Stapelstrukturen, die oben mit Bezug auf die 4 bis 7 beschrieben wurden, vorteilhaft angewendet werden.
  • Während dieses Verfahrens kann ein Volumenanteil an Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas auch gehalten werden auf einem Niveau von etwa 40% oder weniger (z. B. 35% oder weniger), damit ein Kristall hoher Qualität gewachsen werden kann bei einer relativ geringen Temperatur (z. B. etwa 1040°C oder weniger). Somit kann ein Rückschmelzphänomen verringert werden und kann Erzeugung von Druckspannung aufgrund thermischer Ausdehnung während des Wachstums unterdrückt werden, wodurch ein Grad der Waferverbiegung beträchtlich abgeschwächt wird.
  • Danach kann eine Nitrid-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht im Verfahrensschritt S60 gebildet werden und kann eine aktive Schicht auf der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps in Verfahrensschritt S70 gebildet werden.
  • Die Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann ein Nitrid-Halbleiter sein, der dargestellt wird durch n-dotiertes AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x <1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1), und hierbei kann ein n-Dotierstoff Silizium (Si) sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps ein n-dotiertes GaN sein. Die aktive Schicht kann eine Multi-Quantentopf(MQW)-Struktur sein, bei der Quantentopfschichten und Quantenbarriereschichten abwechselnd gestapelt sind. Zum Beispiel in einem Fall des Nitrid-Halbleiters kann eine GaN/InGaN-Struktur verwendet werden. Die aktive Schicht kann eine Einfach-Quantentopf(SQW)-Struktur sein.
  • Während des Wachstumsverfahrens in Verfahrensschritt S60 kann insbesondere ein Volumenanteil an Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas verringert werden zum Verringern eines Grads der Waferverbiegung, die bewirkt wird durch Verspannung aufgrund von thermischer Expansion, was die Eigenschaften der aktiven Schicht vorteilhaft beeinflussen kann. Nämlich können ortsabhängige Dickenvariationen in der aktiven Schicht verringert werden durch Verringern einer Krümmung der Oberfläche der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die als eine Wachstumsoberfläche der aktiven Schicht bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann in einem Fall, bei dem ein Grad der Krümmung hoch ist, die aktive Schicht (insbesondere die Quantentopfschicht) eine große Dickenvariation an einem äußeren Umfang und in der Mitte des Wafers besitzen. Dies kann bewirken, dass Wellenlängeneigenschaften entsprechend Waferbereichen variieren. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ein aufgrund von Waferverbiegung verursachtes Problem weitgehend abgeschwächt werden durch Verringern einer Wachstumstemperatur durch Verringern eines Volumenanteils von Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas.
  • Die Nitrid-Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann in Verfahrensschritt S80 auf der aktiven Schicht gebildet werden. Die Nitrid-Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann eine Nitrid-Halbleiterschicht sein, welche dargestellt wird durch p-dotiertes AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1), und hierbei kann ein p-Dotierstoff Magnesium (Mg) sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp p-dotiertes AlGaN/GaN sein.
  • Zusätzlich kann das Siliziumsubtrat in Verfahrensschritt S90 entfernt werden. Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann in dem Fall der lichtemittierenden Vorrichtung das Siliziumsubstrat Licht absorbieren und dadurch die Lichtausbeute verschlechtern. Somit kann zusätzlich ein Verfahren zum Unterdrückens von Lichtabsorption durch das Siliziumsubstrat benötigt werden. Zum Beispiel kann wie bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Siliziumsubstrat entfernt werden. Vor dem Verfahren des Entfernens des Siliziumsubstrates kann zusätzlich ein Verfahren des Bereitstellens eines permanenten Substrates auf einer Oberfläche, welche der Oberfläche gegenüberliegt, auf der das Siliziumsubstrat angeordnet ist, durchgeführt werden (siehe die 21 und 22).
  • Das Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung kann auf vielfältige Weise abgewandelt und realisiert werden. Zum Beispiel nachdem die Verspannungskompensationsschicht gebildet wurde und bevor die aktive Schicht gewachsen wird, kann eine Nitrid-Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. eine n-dotierte Nitrid-Halbleiterschicht) eine V-Grübchen-Struktur besitzen. Ein spezielles Beispiel wird mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben werden.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt und 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung darstellt, welche gemäß dem Herstellungsverfahren aus 12 erhalten wird.
  • Wie in 13 dargestellt, können eine Pufferschicht 210 und eine Verspannungskompensationsschicht 220 sequentiell auf einem Siliziumsubstrat 201 gebildet werden. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können Bestandteile als identisch oder ähnlich zu den oben mit Bezug auf die 4 bis 7 beschriebenen verstanden werden, und die Gegenstände der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform können mit Beschreibungen der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kombiniert werden, außer es wird anders erwähnt.
  • Eine Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps kann auf der Verspannungskompensationsschicht 220 in Verfahrensschritt S61 gewachsen werden.
  • Die Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps kann ein Nitrid-Einkristall mit einer Zusammensetzung von AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) sein. Die Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann n-dotiertes GaN sein. Eine n-Störstellenkonzentration der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann 2 × 1018/cm3 oder größer sein.
  • Als nächstes wird eine Grübchen-Bildungsschicht 232 mit einer Mehrzahl von V-Grübchen auf der Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps in Verfahrensschritt S62 gewachsen.
  • Die Grübchen-Bildungsschicht 232 kann ein Nitrid-Einkristall mit einer Zusammensetzung von AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) sein, dotiert mit einem n-Dotierstoff. Zum Beispiel kann die Grübchen-Bildungsschicht 232 n-dotiertes GaN sein, ähnlich zu der Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps. Die V-Grübchen können eine hexagonale Pyramidenform besitzen. Bei einem speziellen Beispiel kann eine schräge Oberfläche jedes Grübchens V eine (1-101)-Fläche sein. Die V-Grübchen V können gebildet werden durch Wachsen der Grübchen-Bildungsschicht 232 bei einer relativ geringen Temperatur. Zum Beispiel kann die Grübchen-Bildungsschicht 232 gewachsen werden bei einer Temperatur von 950°C oder weniger, vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 800°C bis 900°C. Während der Niedrigtemperatur-Kristallwachstumsphase können V-Grübchen bei einem Verfahren des Auflösen von Zugspannung erzeugt werden. Die V-Grübchen V können erzeugt werden an Positionen, die einer Versetzung der Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps entsprechen.
  • Um die Kristallinität zu erhöhen, kann die Grübchen-Bildungsschicht 232 eine Störstellenkonzentration besitzen, die geringer ist als die der Nitrid-Halbleiterschicht 231 des ersten Leitfähigkeitstyps. Zum Beispiel kann die n-Störstellenkonzentration der Grübchen-Bildungsschicht 232 1 × 1018/cm3 oder weniger sein.
  • Danach kann eine Übergitterschicht 233 auf der Grübchen-Bildungsschicht gebildet werden, so dass die Vertiefungen auf der Grundlage der V-Grübchen V in Verfahrensschritt S63 erhalten werden können.
  • Die Übergitterschicht 233 kann gebildet werden durch abwechselndes Stapeln von ersten und zweiten Nitrid-Schichten 233a und 233b, die verschiedene Zusammensetzungen aufweisen. Die ersten und zweiten Nitrid-Schichten 233a und 233b können gebildet werden aus AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) mit jeweils verschiedenen Zusammensetzungen. Die Übergitterschicht 233 kann dotiert sein mit einem n-Dotierstoff, wie z. B. Silizium (Si), oder kann undotiert sein.
  • Bei einem Beispiel kann die erste Nitrid-Schicht 233a gebildet werden aus InyGa1-yN (0 < y ≤ 1) und kann die zweite Nitrid-Schicht 233b aus GaN gebildet werden. Bei einem weiteren Beispiel kann die erste Nitrid-Schicht gebildet werden aus GaN und kann die zweite Nitrid-Schicht 233b gebildet werden aus AlxGa1-xN (0 < x ≤ 1). Die Übergitterschicht 233 kann drei verschieden Arten einer Nitrid-Schicht enthalten. Zum Beispiel kann die Übergitterschicht gebildet werden durch wiederholtes Stapeln von AlGaN/GaN/InGaN.
  • Bei einem speziellen Beispiel können die ersten und zweiten Nitrid-Schichten 233a' und 233b der Übergitterschicht 233 gebildet werden aus einem Nitrid-Halbleiter mit einer Zusammensetzung, die identisch oder ähnlich zu der der Quantenbarriere 235a und/oder der Quantentopf-Schicht 235b der aktiven Schicht 235 ist. Dicken der ersten und der zweiten Nitrid-Schichten 233a und 233b können in einem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 20 nm liegen. Die erste Nitrid-Schicht 233a kann dünner sein als die zweite Nitrid-Schicht 233b.
  • Anschließend kann die aktive Schicht 235 auf der Übergitterschicht 233 gebildet werden, so dass die Vertiefungen auf der Grundlage der V-Grübchen V erhalten werden könne in Verfahrensschritt S70'.
  • Die aktive Schicht 235 kann eine Einzel-Quantentopfschicht (SQW) oder eine Multi-Quantentopf(MQW)-Struktur sein. In dem Fall der MQW-Struktur kann die aktive Schicht 235 eine Mehrzahl von Quantenbarriereschichten 235a und eine Mehrzahl von Quantentopf-Schichten 235b besitzen. Zum Beispiel kann die aktive Schicht 235 eine InGaN/GaN-Struktur besitzen. Beim Bilden der aktiven Schicht 235 können eine vertikale Wachstumsrate und eine laterale Wachstumsrate derart eingestellt werden, dass die V-Grübchen nicht aufgefüllt werden, um somit die Vertiefungen auf der Grundlage der Mehrzahl von V-Grübchen zu erhalten. Die Wachstumsrate kann eingestellt werden durch eine Wachstumstemperatur, einen Druck sowie eine Flussrate einer Vorstufe. Zum Beispiel kann im Fall des Einstellen einer Wachstumstemperatur ein Tieftemperaturwachstum (950°C oder weniger) wünschenswert sein.
  • Jedoch kann eine leicht erhöhte Temperatur (höher als 950°C) entsprechend einer Zusammensetzung erforderlich sein. Zum Beispiel im Fall des Bildens einer InGaN-Quantentopfschicht und einer GaN-Quantenbarriereschicht wird ein Verfahren durchgeführt in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1050°C, und hierbei kann das Verfahren des Bildens der GaN-Quantenbarriereschicht durchgeführt werden bei einer relativ hohen Temperatur.
  • Danach kann eine Nitrid-Halbleiterschicht 237 des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht 235 gebildet werden (S80'), so dass die Vertiefungen der V-Grübchen V aufgefüllt werden kann.
  • Die Nitrid-Halbleiterschicht 237 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann ein Nitrid-Einkristall mit einer Zusammensetzung von AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) sein, die dotiert ist mit einem p-Dotierstoff. Magnesium (Mg) kann verwendet werden als der p-Dotierstoff. Dieses Verfahren kann durchgeführt werden bei einer relativ hohen Temperatur (1000°C oder höher) zum Auffüllen der V-Grübchen V unter Verwendung der Nitrid-Halbleiterschicht 237 des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht 237 des zweiten Leitfähigkeitstyps so gebildet werden, dass sie eine erste und eine zweite Schicht enthält. Die zweite Schicht kann eine Kontaktschicht, wie z. B. p-dotiertes GaN sein und die erste Schicht kann eine Planarisierungsschicht sein, welche die V-Grübchen auffüllt. Insbesondere kann die erste Schicht aus einer Nitridschicht mit einer großen Bandlücke gebildet werden, um als eine Elektronensperrschicht verwendet zu werden. Bei einem Beispiel kann die Elektronensperrschicht eine p-dotierte AlGaN-Schicht sein. Bei einem weiteren Beispiel kann die erste Schicht eine Übergitterstruktur sein, bei der zwei Schichten mit verschiedenen Zusammensetzungen wiederholt gestapelt werden. Zum Beispiel kann die erste Schicht eine Übergitterstruktur mit p-dotiertem AlGaN/GaN sein.
  • Das Verfahren des Limitierens der Zufuhr eines Wasserstoffgases, das von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen wird, kann auch angewendet werden auf das Wachstumsverfahren der Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. in Schritt S60) sowie auf das der Gitterpufferschicht (z. B. in Schritt S40), einen Teil der Pufferschicht (z. B. in Schritt S40) und die Verspannungskompensationsschicht (z. B. in Schritt S50). Insbesondere kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases vorteilhaft angewendet werden auf die Nitrid-Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps zum Wachsen eines Kristalls hoher Qualität bei einer Wachstumstemperatur von 1040°C oder weniger.
  • Indessen kann in einem Fall, bei dem eine entsprechende Schicht von Haus aus bei einer geringeren Temperatur gewachsen wird, oder in einem Fall, bei dem Wasserstoff nicht in dem Stickstoffquellengas vorgesehen wird, das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht angewendet werden. Zum Beispiel wird, obwohl die Grübchen-Bildungsschicht aus n-dotiertem GaN gebildet wird, die Grübchen-Bildungsschicht bei einer relativ geringen Temperatur (950°C) gewachsen zum Bilden der V-Grübchen, und somit kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht darauf angewendet werden. Außerdem kann das Verfahren des Beschränkens der Zufuhr eines Wasserstoffgases nicht angewendet werden in einem Fall des Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht, die Indium (In) enthält wie die Quantentopfschicht, da ein Wasserstoffgas nicht in dem Stickstoffquellengas enthalten ist. Selbst wenn eine Volumenanteilsbedingung (40%) eines Wasserstoffgases nicht angewendet wird auf bestimmte Verfahrensstufen, so kann eine Wachstumstemperatur in der entsprechenden Stufe gesteuert werden auf 1040°C zum Unterdrücken eines Rückschmelzphänomens.
  • Um die Effekte im Einzelnen zu verifizieren, die durch Verringern eines Volumenanteils an Wasserstoff in dem Stickstoffquellengas erzielt werden bei dem Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wurde Experiment 2 durchgeführt.
  • Experiment 2: Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung
  • Eine Schichtstruktur (mit n-GaN/aktive Schicht/p-AlGaN/p-GaN) für eine lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung wurde gebildet zusammen mit einer Pufferschicht und einer Verspannungskompensationsschicht auf einer (111)-Fläche eines Siliziumsubstrats durch Verwenden einer MOCVD-Anlage.
  • Zuerst wurde eine AlN-Nukleationsschicht (etwa 100 nm) auf der (111)-Fläche des Siliziumsubstrates gebildet, und Al0,3Gao,7N (etwa 410 nm)/AlN (etwa 40 nm)/Al0,3Ga0,7N (etwa 410 nm) wurden gebildet als Gitterpufferschichten auf der AlN-Nukleationsschicht. Anschließend wurde eine undotierte GaN-Schicht (etwa 0,6 μm)/Al0,5Ga0,5N-Zwischenschicht (etwa 100 nm)/undotierte GaN-Schicht (etwa 0,6 μm) als eine Verspannungskompensationsschicht gebildet. Anschließend wurden eine n-GaN-Schicht (etwa 3,5 μm)/aktive Schicht/p-AlGaN/p-GaN zusätzlich gebildet.
  • Bei diesem Experiment wurde eine Nitrid-Schichtstruktur gebildet auf dem Siliziumsubstrat durch Verwenden eines MOCVD-Verfahrens unter den gleichen Bedingungen. Jedoch wurden bei dem verbesserten Beispiel 2 Flussraten von Wasserstoffgas, Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) festgelegt auf 60 l/min, 40 l/min bzw. 85 l/min, und wurden bei Vergleichsbeispiel 2 die Flussraten von Wasserstoffgas, Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) festgelegt auf etwa 150 l/min, 30 l/min bzw. 65 l/min. Bei dem verbesserten Beispiel 2 wurde eine Temperatur zum Wachsen von Nitrid bis zur n-dotierten GaN-Schicht gehalten auf etwa 1030°C, und eine Wachstumstemperatur bei Vergleichsbeispiel 2 wurde gehalten bei etwa 1050°C, was etwas höher ist.
  • Zuerst wurde das Experiment wiederholt durchgeführt in einer Mehrzahl von Durchgängen, welche die bei dem Experiment vorgeschlagenen Bedingungen erfüllen und Erteilungskurven der hergestellten lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtungen wurden wie in den 14A und 14B dargestellt, angeordnet.
  • Die 14A und 14B stellen Ergebnisse von gemessenen Verteilungen der Krümmungen an Grenzflächen zwischen n-dotierten GaN-Schichten und aktiven Schichten der gemäß dem verbesserten Beispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtungen dar.
  • Bezugnehmend auf 14A lagen die gemessenen Krümmungen in einem Bereich von näherungsweise 9 km–1 bis 18 km–1, und ein Unterschied zwischen einem minimalen Messwert und einem maximalen Messwert war etwa 10 km–1 oder weniger. Im Gegensatz dazu traten bezugnehmend auf 14B bei dem Fall des Vergleichsbeispiels 2 gemessene Krümmungen sogar höher als etwa 20 km–1 mit hoher Häufigkeit auf, und es wurde gezeigt, dass ein Unterschied zwischen einem minimalen Messwert und einem maximalen Messwert sehr hoch ist, etwa 35 km–1.
  • 15 ist ein Diagramm, das Verteilungen von Krümmungen an Grenzflächen zwischen n-dotierten GaN-Schichten und aktiven Schichten von einer der gemäß dem verbesserten Beispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen Proben über eine Wachstumszeit darstellt. Wie in 15 gezeigt, ist im Fall des verbesserten Beispiels 2 ein Grad der Änderung der Krümmung beim Wachstum der aktiven Schicht nach dem n-dotierten GaN geringer als die des Vergleichsbeispiels 2.
  • Die Krümmung an der Grenzfläche zwischen den n-dotierten GaN-Schichten und den aktiven Schichten beeinflusste scheinbar selbst Variationen einer Dicke eines Nitrid-Einkristalls. Bezüglich der gleichen gesamten Dünnschichtdicke (etwa 3,5 μm), hat Vergleichsbeispiel 2 eine Dickenvariation von etwa 2%, während das verbesserte Beispiel 2 eine signifikant geringere Dickenvariation von 0,8% besitzt. Dieses Ergebnis zeigt an, dass eine gleichmäßige Dicke der aktiven Schicht garantiert wird über den gesamten Waferbereich, und es kann erwartet werden, dass Streuung von Wellenlängeneigenschaften der lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung, welche auf dem gleichen Wafer hergestellt werden, signifikant verbessert sind.
  • Die 16 bis 22 sind Querschnittansichten, die Prozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nitrid-Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts zeigen.
  • Wie in 16 dargestellt, werden eine Pufferschicht 310 und eine Verspannungskompensationsschicht 320 sequentiell gebildet auf einer (111)-Fläche eines Siliziumsubstrates, und eine lichtemittierende Schichtstruktur für eine lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung wird anschließend gebildet. Die lichtemittierende Schichtstruktur enthält eine Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 333 und eine Nitrid-Halbleiterschicht 334 eines zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Die Pufferschicht 310 und die Verspannungskompensationsschicht 320 können verschiedene Strukturen besitzen, und die in den 4 bis 7 dargestellten Beispiele können als spezielle Beispiele davon bezeichnet werden.
  • Die lichtemittierende Schichtstruktur kann gebildet werden mit einem durchgehenden Verfahren zusammen mit der Pufferschicht 310 und der Verspannungskompensationsschicht 320. Zum Beispiel kann ein Verfahren wie z. B. eine metallorganische, chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), eine Molekularstrahlepitaxie (MBE), eine Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) oder dergleichen verwendet werden. Die Nitrid-Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps kann eine durch n-AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1) wiedergegebener Nitrid-Halbleiter sein und ein n-Fremdatom kann Silizium (Si) sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps n-dotiertes GaN sein. Die aktive Schicht 333 kann eine Multi-Quantentopf(MQW)-Struktur sein, bei der Quantentopfschichten und Quantenbarriereschichten abwechselnd gestapelt sind. Zum Beispiel kann in dem Fall eines Nitrid-Halbleiters eine GaN/InGaN-Struktur verwendet werden. Die aktive Schicht kann eine Einzel-Quantentopf(SQW)-Schicht sein. Die Nitrid-Halbleiterschicht 334 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann ein durch p-AlxInyGa1-x-yN (0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1) wiedergegebener Nitrid-Halbleiter sein und ein p-Fremdatom kann Magnesium (Mg) sein. Zum Beispiel kann die Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps p-AlGaN/GaN sein.
  • Während des Verfahrens des Wachsens der Nitrid-Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps sowie der Pufferschicht 310 und der Verspannungskompensationsschicht 320, kann Wasserstoff mit einem Volumenanteil von 40% oder weniger in dem Stickstoffquellengas geliefert werden zum Verringern einer Wachstumstemperatur (z. B. etwa 1040°C oder weniger) eines Nitrid-Einkristalls. Als Ergebnis kann wie oben bei den experimentellen Ergebnissen beschrieben (14B und 15) eine Krümmung der Grenzfläche der Nitrid-Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps verringert sein und eine gleichmäßige Dicke der gewachsenen aktiven Schicht 333 kann garantiert werden.
  • Wie in 17 dargestellt, werden in der lichtemittierenden Schichtstruktur Löcher H gebildet, die Teilbereiche der Nitrid-Halbleiterschicht 323 des ersten Leitfähigkeitstyps freilegen.
  • Die Löcher H können derart gebildet werden, dass sie durch die Nitrid-Halbleiterschicht 334 des zweiten Leitfähigkeitstyps und die aktive Schicht 333 hindurch gehen. Die während dieses Verfahrens gebildeten Löcher H bilden eine Struktur zum Bilden von Elektroden, die mit der Nitrid-Halbleiterschicht 322 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden sind.
  • Wie in 18 dargestellt, wird eine erste Isolierschicht 335a auf oberen Oberflächen von durch die Löcher H freigelegten Bereichen und auf der Nitrid-Halbleiterschicht 334 des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet, werden Bereiche, in denen Elektroden gebildet werden sollen, freigelegt, und können erste und zweite Elektroden 336a und 337a gebildet werden, um mit den Nitrid-Halbleiterschichten 322 bzw. 334 des ersten bzw. zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden zu sein. Die erste Isolierschicht 335a kann gebildet werden aus einem Isoliermaterial wie z. B. SiO2 oder SiNx. Zweite Verbindungselektroden 337b werden zusätzlich auf den zweiten Elektroden 337a gebildet zum Vervollständigen einer zweiten Elektrodenstruktur 337.
  • Anschließend kann, wie in 19 dargestellt, eine zweite Isolierschicht 335b gebildet werden zum Bedecken der zweiten Elektrodenstruktur 337 und freiliegend lassen der ersten Elektroden 336a. Die zweite Isolierschicht 335b kann erhalten werden durch Abscheiden eines isolierenden Materials auf der gesamten oberen Oberfläche der Vorrichtung und selektives Entfernen des isolierenden Materials, so dass nur die ersten Elektroden 336a freigelegt werden. Die zweite Isolierschicht 335b kann gebildet werden aus einem isolierenden Material wie z. B. SiO2 oder SiNx. Die zweite Isolierschicht 335b kann die zweite Verbindungselektrode 337b und die erste Elektrodenstruktur 336 elektrisch isolieren und zusammen mit der ersten Isolierschicht 335a eine Passivierungsschicht 335 der Vorrichtung bereitstellen.
  • Danach kann, wie in 20 dargestellt, eine mit den ersten Elektroden 336a verbundene Verbindungselektrode 336b auf den oberen Oberflächen der Vorrichtung gebildet werden, wodurch die erste Elektrodenstruktur 336 bereitgestellt wird. Die erste Verbindungselektrode 336b kann mit den ersten Elektroden 336a durch die Löcher H elektrisch verbunden werden. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die erste Elektrodenstruktur 336 in einer Oberfläche entgegengesetzt zu dem Siliziumsubstrat 301 angeordnet sein.
  • Anschließend können, wie in den 21 und 22 dargestellt, ein Verfahren des Bondens eines permanenten Substrates 341 und ein Verfahren des Entfernens des Siliziumsubstrates 301 durchgeführt werden.
  • Wie in 21 dargestellt, kann das permanente Substrat 341 auf der ersten Verbindungselektrode 336b angeordnet sein. Das permanente Substrat 341 kann ein leitfähiges Substrat sein, und in diesem Fall kann das permanente Substrat 341 eine die erste Elektrodenstruktur 336 an eine externe Schaltung anschließende Struktur vorsehen.
  • Das permanente Substrat 341 kann gebondet werden an die lichtemittierende Schichtstruktur mit einem Wafer-Bonding-Verfahren oder durch Verwenden einer Bonding-Metallschicht. Bei einem weiteren Beispiel kann ein leitfähiges permanentes Substrat gebildet werden an einer Oberfläche der lichtemittierenden Schichtstruktur unter Verwendung eines Platierungsverfahrens.
  • Danach kann, wie in 22 dargestellt, das Siliziumsubstrat 301 entfernt werden. Das Verfahren des Entfernens des Siliziumsubstrates 301 kann durchgeführt werden durch ein Substrattrennverfahren unter Verwendung eines Lasers, eines chemischen Ätzverfahrens oder eines mechanischen Schleifverfahrens. Während dieses Verfahrens können die Pufferschicht und die Verspannungskompensationsschicht auch gemeinsam entfernt werden. Wie bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt, kann ein Vertiefungs- und Vorsprungs-Muster P bei Bedarf auf einer resultierenden Oberfläche gebildet werden. Das Vertiefungs- und Vorsprungs-Muster P kann gebildet werden durch Trockenätzen, wie z. B. reaktivem Ionenätzen (RIE) oder Nassätzen während des Verfahrens des Entfernens der Pufferschicht und der Verspannungskompensationsschicht. Zusätzlich kann die lichtemittierende Schichtstruktur unterteilt werden in Vorrichtungseinheiten, und eine zusätzliche Passivierungsschicht 343 kann auf den freiliegenden seitlichen Oberflächen der lichtemittierenden Schichtstruktur gebildet werden. Außerdem kann die zweite Verbindungselektrode 337 teilweise freigelegt werden zum Bilden einer Bonding-Elektrode 335, um somit eine gewünschte lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Nitrid-Halbleitervorrichtung wie oben beschrieben kann weitgehend und vorteilhaft angewendet werden auf Herstellungsverfahren für eine Schottky-Diode, eine Laser-Diode, einen Feldeffekttransistor oder verschiedene Leistungsbauelemente sowie auf das Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Nitrid-Vorrichtung, wie oben mit Bezug auf die 16 bis 22 beschrieben.
  • Wie oben ausgeführt, kann gemäß beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts eine Wachstumstemperatur verringert werden durch Verringern eines Volumenanteils an Wasserstoff in einem Stickstoffquellengas, während die Kristallqualität aufrecht erhalten wird. Somit kann eine Verformung unterdrückt werden, die durch einen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einen Substrat und einem Nitrid-Einkristall verursacht werden. Außerdem können Variationen einer Dünnschichtdicke signifikant verringert werden, die verursacht werden aufgrund des Auftretens von Verbiegung (Zunahme der Krümmung). Insbesondere, da eine dünne Schicht (insbesondere eine aktive Schicht) mit einer gleichmäßigen Dicke in einer lichtemittierenden Nitrid-Halbeitervorrichtung realisiert werden kann, können gewünschte Eigenschaften, wie z. B. eine Emissionswellenlänge, gleichmäßig realisiert werden über die gesamte Fläche. Zusätzlich kann ein Rückschmelzphänomen, eines der Probleme eines Siliziumsubstrates beim Wachsen eines Nitrid-Kristalls, beträchtlich abgeschwächt werden.
  • Während beispielhafte Ausführungsformen oben gezeigt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann einleuchtend sein, dass Abwandlungen und Variationen gemacht werden könnten, ohne von dem Umfang des vorliegenden erfinderischen Konzepts wie es in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2014-0049984 [0001]

Claims (25)

  1. Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, aufweisend: ein Halten eines Silizium enthaltenden Substrates (201; 301) auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C; und ein Wachsen des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, während das Substrat (201; 301) auf der Temperatur gehalten wird, durch gleichzeitiges Bereitstellen eines Metallquellengases (G2) in dem Inneren einer Reaktionskammer (120) mit dem Substrat (201; 301) und eines Stickstoffquellengases (G1) mit einem Volumenanteil von Wasserstoff in einem Bereich von 20% bis 40%.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter aufweisend: ein Bilden einer Pufferschicht (210; 310) auf einer Oberfläche des Silizium enthaltenden Substrates (201; 301); und wobei der Schritt des gleichzeitigen Bereitstellens des Metallquellengases (G2) und des Stickstoffquellengases (G1), während das Substrat (201; 301) auf der Temperatur gehalten wird, durchgeführt wird zum Bilden eines Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf der Pufferschicht (210; 310).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bildens der Pufferschicht (210) aufweist: ein Bilden einer AlN-Nukleationsschicht (212) auf dem Substrat (201); und ein Bilden einer Gitterpufferschicht (214) auf der AlN-Nukleationsschicht (212).
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schritt des Bilden des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls auf der Pufferschicht (210) aufweist: ein Bilden, auf der Gitterpufferschicht (214), einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht (221) mit einer Gitterkonstante, die größer ist als die der Gitterpufferschicht (214); ein Bilden, auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht (221), einer Zwischenschicht (222) mit einem Nitrid-Kristall, der eine Gitterkonstante besitzt, die geringer ist als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht; und ein Bilden, auf der Zwischenschicht (222), einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht (223) mit einer gleichen Zusammensetzung wie die erste Nitrid-Halbleiterschicht (221), und wobei das Substrat (201) gehalten wird auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C und das Stickstoffquellengas (G1) bereitgestellt wird mit dem Volumenanteil an Wasserstoff in dem Bereich von 20% bis 40% während der Schritte des Bildens der ersten Nitrid-Halbleiterschicht (221), der Zwischenschicht (222) und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht (223).
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, weiter aufweisend: ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht (220; 320) auf der Pufferschicht (210; 310) als Teil des Bildens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls; und ein Bilden einer lichtemittierenden Struktur (230) auf der Verspannungskompensationsschicht (220; 320) durch Durchführen der folgenden Schritte: ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht (220; 320); ein Bilden einer aktiven Schicht (235; 333) auf der Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) des ersten Leitfähigkeitstyps; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (237; 334) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht (235; 333), wobei das Substrat (201; 301) gehalten wird auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C und das Stickstoffquellengas (G1) bereitgestellt wird mit dem Volumenanteil von Wasserstoff in dem Bereich von 20% bis 40% während der Schritte des Bildens der Verspannungskompensationsschicht (220; 320) und der Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht (220; 320).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter aufweisend: ein Montieren der lichtemittierenden Struktur auf einem permanenten Substrat (341) durch Bonden der Nitrid-Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps an das permanente Substrat (341); und ein Entfernen des Siliziumsubstrates (301), der Pufferschicht (310) und der Verspannungskompensationsschicht (320) zum Freilegen der Nitrid-Halbleiterschicht (322) des ersten Leitfähigkeitstyps der lichtemittierenden Struktur.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, weiter aufweisend: ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht (220) auf der Pufferschicht (210) als Teil des Bildens des Gruppe-III-Nitrid-Kristalls; und ein Bilden einer lichtemittierenden Struktur auf der Verspannungskompensationsschicht (220) durch Durchführen der folgenden Schritte: ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (231) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht (220); ein Bilden, auf der Nitrid-Halbleiterschicht (231) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Grübchen-Bildungsschicht (232) mit einer Mehrzahl von grübchenförmigen Vertiefungen (V); ein Bilden einer Übergitterschicht (233) auf der Grübchen-Bildungsschicht (232), um so die grübchenförmigen Vertiefungen (V) in der Übergitterschicht (233) zu erhalten; ein Bilden einer aktiven Schicht (235) auf der Übergitterschicht (233), um so die grübchenförmigen Vertiefungen (V) in der aktiven Schicht (235) beizubehalten; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (237) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht (235), um so die grübchenförmigen Vertiefungen (V) in der aktiven Schicht (235) aufzufüllen, wobei das Substrat (201) auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten wird und das Stickstoffquellengas (G1) bereitgestellt wird mit dem Volumenanteil an Wasserstoff in dem Bereich von 20% bis 40% während der Schritte des Bilden der Verspannungskompensationsschicht (220) und der Nitrid-Halbleiterschicht (231) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht (220).
  8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, wobei das Substrat (201) auf einer Temperatur von 1000°C oder höher gehalten wird während des Bildens der Nitrid-Halbleiterschicht (237) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht (235).
  9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Stickstoffquellengas (G1) Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthält, und wobei das Metallquellengas (G2) ein organisches Metallquellengas sowie ein Trägergas enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das organische Metallquellengas zumindest eines von Trimethylaluminium (TMAl), Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa) und Trimethylindium (TMIn) enthält, und das Trägergas zumindest eines von Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Neon, Xenon oder Kombinationen davon enthält.
  11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Volumenanteil an Wasserstoff beim Wachsen des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters in einem Bereich von 20% bis 35% ist, und wobei das Substrat beim Wachsen des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters auf einer Temperatur in einem Bereich von 940°C bis 1035°C gehalten wird.
  12. Verfahren zum Wachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, aufweisend: ein Halten eines Silizium enthaltenden Substrates (201; 301) auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C; und ein Wachsen des Gruppe-III-Nitrid-Halbleiters, während das Substrat (201; 301) auf der Temperatur gehalten wird durch gleichzeitiges Bereitstellen eines Metallquellengases (G2) in ein Inneres einer Reaktionskammer (120) mit dem Substrat (201; 301), sowie eines Stickstoffquellengases (G1) mit Wasserstoff, das mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Wasserstoff bereitgestellt wird mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm zum Aufrechthalten eines Volumenanteils des Wasserstoffes in dem Stickstoffquellengas (G1) in einem Bereich von 20% bis 40%.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiter aufweisend: ein Bilden einer Pufferschicht (210; 310) auf einer Oberfläche des Silizium enthaltenden Substrates (201; 301); ein Bilden einer Verspannungskompensationsschicht (220; 320) auf der Pufferschicht (210; 310); und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der Verspannungskompensationsschicht (220; 320), wobei die Verspannungskompensationsschicht (220; 320) und die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden, während das Substrat (201; 301) auf der Temperatur von 950°C bis 1040°C gehalten werden und während das Stickstoffquellengas (G1) bereitgestellt wird, in dem Wasserstoff vorgesehen ist, mit der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, weiter aufweisend: ein Bilden einer aktiven Schicht (235; 333) auf der Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) des ersten Leitfähigkeitstyps; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (237; 234) eines zweiten Leitfähigskeitstyps auf der aktiven Schicht (235; 333), wobei die Nitrid-Halbleiterschicht (231; 321) des ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht (235; 333) und die Nitrid-Halbleiterschicht (237; 334) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine lichtemittierende Struktur (230) auf der Verspannungskompensationsschicht (220; 320) bilden.
  16. Verfahren zum Bilden eines Nitrid-Kristalls auf einem Substrat, aufweisend: ein Bilden, auf einer Oberfläche eines Silizium enthaltenden Substrates (201; 301), einer Pufferschicht (210; 310) mit einer Nukleationsschicht (212) und einer Gitterpufferschicht (214); und ein Bilden des Nitrid-Kristalls auf der Gitterpufferschicht (214), wobei der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls ein sequentielles Bilden einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht (221), einer Zwischenschicht (222) und einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht (223) auf der Gitterpufferschicht (214) aufweist, wobei der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls ein Bereitstellen eines Stickstoffquellengases (G1) enthält, das Wasserstoff enthält, mit einer Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt, für zumindest einen Abschnitt des Schrittes des Bildens des Nitrid-Kristalls.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Nitrid-Halbleiterschicht (221) eine Gitterkonstante größer als die der Gitterpufferschicht, auf der sie ausgebildet ist, besitzt, und wobei die Zwischenschicht (222) eine Gitterkonstante besitzt, die geringer ist als die der ersten Nitrid-Halbleiterschicht (221).
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Schritt des Bildens des Nitrid-Kristalls das Halten des Substrates (201; 301) auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C enthält, während das Stickstoffquellengas (G1) mit Wasserstoff bei der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellt wird.
  19. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 18, weiter aufweisend: ein Bilden einer lichtemittierenden Struktur (230) auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht (223) durch Durchführen der folgenden Schritte: ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht (223); ein Bilden einer aktiven Schicht (235; 333) auf der Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) des ersten Leitfähigkeitstyps; und ein Bilden einer Nitrid-Halbleiterschicht (237; 334) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der aktiven Schicht (235; 333), wobei das Stickstoffquellengas (G1), das mit der Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm bereitgestellten Wasserstoff enthält, bereitgestellt wird, während der Schritte des Bildens des Nitrid-Kristalls und der Nitrid-Halbleiterschicht (231; 322) des ersten Leitfähigkeitstyps.
  20. Verfahren zum Bilden eines Nitrid-Kristalls auf einem Substrat, aufweisend: ein Halten eines Silizium enthaltenden Substrates (201; 301) auf einer Temperatur von 950°C bis 1040°C; und während das Substrat (201; 301) auf der Temperatur gehalten wird, ein Bilden eines Nitrid-Kristalls mit Rückschmelzdefekten mit einer Durchschnittsgröße von 400 μm oder weniger auf dem Substrat (201; 301).
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Nitrid-Kristall gebildet wird mit nicht mehr als 1% an Rückschmelzdefekten mit einem Durchmesser von 400 μm oder mehr.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Nitrid-Kristall gebildet wird auf dem Substrat (201; 301) durch gleichzeitiges Bereitstellen, in ein Inneres einer Reaktionskammer (120) mit dem Substrat (201; 301), eines Metallquellengases (G2) und eines Stickstoffquellengases (G1), wobei das Stickstoffquellengas (G1) einen Volumenanteil an Wasserstoff in einem Bereich von 20% bis 40% besitzt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Stickstoffquellengas (G1) Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthält, und wobei das Metallquellengas (G2) ein Gruppe-III-Metallquellengas und ein Trägergas enthält.
  24. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Nitrid-Kristall gebildet wird auf dem Substrat (201; 301) durch gleichzeitiges Bereitstellen, in ein Inneres einer Reaktionskammer (120) mit dem Substrat (201; 301), eines Metallquellengases (G2) und eines Stickstoffquellengases (G1), wobei das Stickstoffquellengas (G1) eine Flussrate von 20.000 sccm bis 70.000 sccm besitzt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Stickstoffquellengas (G1) Wasserstoff (H2) und zumindest eines von Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2) enthält, und wobei das Metallquellengas (G2) ein Trägergas und zumindest eines von Trimethylaluminium (TMAl), Trimethylgallium (TMGa), Triethylgallium (TEGa) und Trimethlyindium (TMIn) enthält.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6433248B2 (ja) * 2014-11-07 2018-12-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
KR102608902B1 (ko) * 2016-06-14 2023-12-04 삼성전자주식회사 질화물 반도체 기판 제조방법
CN106025009B (zh) * 2016-07-19 2018-06-26 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及其制备方法
CN106328772B (zh) * 2016-08-29 2018-12-11 扬州中科半导体照明有限公司 一种高质量氮化物外延片的制备方法
KR102320022B1 (ko) * 2017-03-09 2021-11-02 서울바이오시스 주식회사 반도체 발광 소자
CN106876540B (zh) * 2017-03-10 2019-01-25 太原理工大学 一种提高GaN基LED内量子效率的外延生长方法
CN106876545B (zh) * 2017-03-10 2019-02-22 太原理工大学 一种提高GaN基LED内量子效率的外延方法
US10622447B2 (en) * 2017-03-29 2020-04-14 Raytheon Company Group III-nitride structure having successively reduced crystallographic dislocation density regions
EP3451364B1 (de) * 2017-08-28 2020-02-26 Siltronic AG Heteroepitaxialwafer und verfahren zur herstellung eines heteroepitaxialwafers
JP6658790B2 (ja) * 2018-04-19 2020-03-04 大日本印刷株式会社 蒸着マスク、フレーム付き蒸着マスク、蒸着マスク準備体、蒸着マスクの製造方法、有機半導体素子の製造方法、有機ｅｌディスプレイの製造方法、及びパターンの形成方法
TWI703226B (zh) * 2020-01-21 2020-09-01 樂鑫材料科技股份有限公司 銀奈米孿晶薄膜結構及其形成方法
KR20210098725A (ko) * 2020-02-03 2021-08-11 삼성전자주식회사 적외선 검출 소자 및 이를 포함하는 적외선 검출 시스템
US20220344171A1 (en) * 2021-04-26 2022-10-27 Applied Materials, Inc. Localized stress modulation by implant to back of wafer
CN114664642B (zh) * 2022-03-23 2023-07-04 江苏第三代半导体研究院有限公司 基于iii族氮化物同质外延的hemt结构、其制备方法及应用
CN117476825B (zh) * 2023-12-25 2024-04-12 北京中博芯半导体科技有限公司 AlGaN外延结构的生长方法及应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140049984A (ko) 2011-04-25 2014-04-28 도레이 카부시키가이샤 유방암 환자의 트라스투주마브에 대한 치료 감수성 예측용 조성물 및 방법

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5281830A (en) * 1990-10-27 1994-01-25 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound
DE69737086T2 (de) 1996-08-27 2007-05-16 Seiko Epson Corp. Trennverfahren, verfahren zur übertragung eines dünnfilmbauelements, und unter verwendung des übertragungsverfahrens hergestelltes flüssigkristall-anzeigebauelement
USRE38466E1 (en) 1996-11-12 2004-03-16 Seiko Epson Corporation Manufacturing method of active matrix substrate, active matrix substrate and liquid crystal display device
US7208725B2 (en) 1998-11-25 2007-04-24 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Optoelectronic component with encapsulant
JP3906654B2 (ja) 2000-07-18 2007-04-18 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光装置
KR20040029301A (ko) 2001-08-22 2004-04-06 소니 가부시끼 가이샤 질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 제조방법
JP2003218034A (ja) 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
JP3815335B2 (ja) 2002-01-18 2006-08-30 ソニー株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
KR100499129B1 (ko) 2002-09-02 2005-07-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
US7002182B2 (en) 2002-09-06 2006-02-21 Sony Corporation Semiconductor light emitting device integral type semiconductor light emitting unit image display unit and illuminating unit
KR100714639B1 (ko) 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자
KR100506740B1 (ko) 2003-12-23 2005-08-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100664985B1 (ko) 2004-10-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 소자
KR100665222B1 (ko) 2005-07-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 확산재료를 이용한 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
KR100661614B1 (ko) 2005-10-07 2006-12-26 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US8435879B2 (en) * 2005-12-12 2013-05-07 Kyma Technologies, Inc. Method for making group III nitride articles
KR100723247B1 (ko) 2006-01-10 2007-05-29 삼성전기주식회사 칩코팅형 ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법
KR100735325B1 (ko) 2006-04-17 2007-07-04 삼성전기주식회사 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
KR100930171B1 (ko) 2006-12-05 2009-12-07 삼성전기주식회사 백색 발광장치 및 이를 이용한 백색 광원 모듈
KR100855065B1 (ko) 2007-04-24 2008-08-29 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지
KR100982980B1 (ko) 2007-05-15 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 면 광원 장치 및 이를 구비하는 ｌｃｄ 백라이트 유닛
JP4234180B2 (ja) 2007-07-02 2009-03-04 三菱電機株式会社 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法
KR101164026B1 (ko) 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100891761B1 (ko) 2007-10-19 2009-04-07 삼성전기주식회사 반도체 발광소자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 반도체발광소자 패키지
WO2009066464A1 (ja) 2007-11-21 2009-05-28 Mitsubishi Chemical Corporation 窒化物半導体および窒化物半導体の結晶成長方法
KR101332794B1 (ko) 2008-08-05 2013-11-25 삼성전자주식회사 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법
KR20100030470A (ko) 2008-09-10 2010-03-18 삼성전자주식회사 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템
KR101530876B1 (ko) 2008-09-16 2015-06-23 삼성전자 주식회사 발광량이 증가된 발광 소자, 이를 포함하는 발광 장치, 상기 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법
US8008683B2 (en) 2008-10-22 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
JP5491065B2 (ja) * 2009-04-30 2014-05-14 住友電気工業株式会社 ウエハ生産物を作製する方法、及び窒化ガリウム系半導体光素子を作製する方法
WO2011044451A2 (en) 2009-10-09 2011-04-14 Applied Materials, Inc. Multi-gas centrally cooled showerhead design
US20110244663A1 (en) 2010-04-01 2011-10-06 Applied Materials, Inc. Forming a compound-nitride structure that includes a nucleation layer
JP2012054427A (ja) 2010-09-01 2012-03-15 Panasonic Corp 化合物半導体の製造方法
GB2485418B (en) 2010-11-15 2014-10-01 Dandan Zhu Semiconductor materials
KR101761638B1 (ko) * 2011-01-19 2017-07-27 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자
US20120258581A1 (en) 2011-03-09 2012-10-11 Applied Materials, Inc. Mocvd fabrication of group iii-nitride materials using in-situ generated hydrazine or fragments there from
EP2541589B1 (de) 2011-06-30 2013-08-28 Siltronic AG Geschichtetes Halbleitersubstrat und Herstellungsverfahren dafür
GB201112327D0 (en) 2011-07-18 2011-08-31 Epigan Nv Method for growing III-V epitaxial layers
DE102011108080B4 (de) 2011-07-21 2015-08-20 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Gruppe-III-Nitrid-basierte Schichtenfolge, deren Verwendung und Verfahren ihrer Herstellung
US20130026480A1 (en) 2011-07-25 2013-01-31 Bridgelux, Inc. Nucleation of Aluminum Nitride on a Silicon Substrate Using an Ammonia Preflow
US8916906B2 (en) * 2011-07-29 2014-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Boron-containing buffer layer for growing gallium nitride on silicon
US20130082274A1 (en) 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers
US8866149B2 (en) 2012-02-17 2014-10-21 The Regents Of The University Of California Method for the reuse of gallium nitride epitaxial substrates
JP2014072431A (ja) 2012-09-28 2014-04-21 Fujitsu Ltd 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140049984A (ko) 2011-04-25 2014-04-28 도레이 카부시키가이샤 유방암 환자의 트라스투주마브에 대한 치료 감수성 예측용 조성물 및 방법

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