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DE102017102472A1 - Process for the preparation of a substrate based on nitride compound semiconductor material - Google Patents

Process for the preparation of a substrate based on nitride compound semiconductor material Download PDF

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Publication number
DE102017102472A1
DE102017102472A1 DE102017102472.7A DE102017102472A DE102017102472A1 DE 102017102472 A1 DE102017102472 A1 DE 102017102472A1 DE 102017102472 A DE102017102472 A DE 102017102472A DE 102017102472 A1 DE102017102472 A1 DE 102017102472A1
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DE
Germany
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rod
starting substrate
bars
substrate
compound semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102017102472.7A
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German (de)
Inventor
Adrian Stefan Avramescu
Hans-Jürgen Lugauer
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.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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 Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats (1) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial angegeben, bei dem zumindest ein Stab (3) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial auf einem Ausgangssubstrat (2) ausgebildet wird. Ein Volumenmaterial (5) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial wird ausgehend von dem Stab ausgebildet und das Ausgangssubstrat wird von dem Volumenmaterial getrennt.The invention relates to a method for producing a substrate (1) based on nidrid compound semiconductor material, in which at least one rod (3) based on nidride compound semiconductor material is formed on a starting substrate (2). A bulk material (5) based on nitride compound semiconductor material is formed from the rod and the starting substrate is separated from the bulk material.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.The present application relates to a method for producing a substrate based on nitride compound semiconductor material.

Die Herstellung von Volumenmaterial auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie beispielsweise Galliumnitrid stellt eine große technische Herausforderung dar. Mögliche Herstellungsverfahren sind unter anderem Sublimation, HVPE, Hochdruck- und ammonothermische Verfahren und Natrium-Fluss-Verfahren. Oftmals wird jedoch nur eine vergleichsweise geringe Materialqualität erzielt.Producing nitride compound semiconductor material based bulk materials such as gallium nitride presents a major engineering challenge. Possible manufacturing processes include sublimation, HVPE, high pressure and ammonothermic processes, and sodium flow processes. Often, however, only a comparatively low material quality is achieved.

Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial anzugeben, mit dem auf einfache und zuverlässige Weise eine hohe Kristallqualität erreicht werden kann.An object is to provide a method for producing a substrate based on nitride compound semiconductor material, with which a high crystal quality can be achieved in a simple and reliable manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltung und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a method according to claim 1. Further embodiment and expediencies are the subject of the dependent claims.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial angegeben. Das Substrat eignet sich beispielsweise als Aufwachssubstrat für die Herstellung von elektronischen oder optoelektronischen Halbleiterbauelementen auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, etwa Transistoren oder Lumineszenzdioden.A process for producing a substrate based on nitride compound semiconductor material is disclosed. The substrate is suitable, for example, as a growth substrate for the production of electronic or optoelectronic semiconductor components based on nitride compound semiconductor material, for example transistors or light-emitting diodes.

„Auf der Basis von „Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Material, etwa das Substrat oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlxInyGa1-x-yN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 gilt. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können."On the basis of" nitride compound semiconductor material "in the present context means that the material, such as the substrate or at least a part thereof, a nitride compound semiconductor material, preferably Al x In y Ga 1-xy N comprises or consists of, wherein 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1 holds. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, have one or more dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Ausgangssubstrat bereitgestellt. Das Ausgangssubstrat weist beispielsweise eine Aufwachsfläche auf, die für die Abscheidung von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial geeignet ist. Beispielsweise ist die Aufwachsfläche durch ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet.In accordance with at least one embodiment of the method, a starting substrate is provided. The starting substrate has, for example, a growth surface which is suitable for the deposition of nitride compound semiconductor material. For example, the growth surface is formed by a nitride compound semiconductor material.

Beispielsweise ist das Ausgangssubstrat ein Volumenkörper auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, etwa GaN oder AlN oder ein Mischkristall hieraus. Alternativ kann das Ausgangssubstrat einen Substratkörper und eine auf den Substratkörper angeordnete Aufwachsschicht aufweisen, wobei die Aufwachsschicht die Aufwachsfläche bildet. Das Ausgangssubstrat kann auch ein Verbundsubstrat sein, bei dem die Aufwachsschicht mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer dielektrischen Schicht wie einer Oxid-Schicht, mit dem Substratkörper verbunden ist.For example, the starting substrate is a solid on the basis of nitride compound semiconductor material, such as GaN or AlN or a mixed crystal thereof. Alternatively, the starting substrate may comprise a substrate body and a growth layer disposed on the substrate body, wherein the growth layer forms the growth surface. The starting substrate may also be a composite substrate in which the growth layer is connected to the substrate body by means of a bonding layer, such as a dielectric layer, such as an oxide layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein Stab auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf dem Ausgangssubstrat ausgebildet, insbesondere auf der Aufwachsfläche des Ausgangssubstrats. Die Herstellung des zumindest einen Stabs erfolgt beispielsweise mittels MOVPE. Der zumindest eine Stab, insbesondere eine Haupterstreckungsrichtung des Stabs kann senkrecht zur Aufwachsfläche oder schräg zur Aufwachsfläche verlaufen, beispielsweise wenn die kristallographische Richtung <0001> des Ausgangssubstrat nicht senkrecht zur Aufwachsfläche ausgerichtet ist. Derartige Substrate werden auch als „off-axis“-Substrate bezeichnet. Ein Winkel zwischen der Haupterstreckungsrichtung des Stabs und einer Senkrechten zur Aufwachsfläche beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,0° und einschließlich 1,0°, insbesondere zwischen einschließlich 0,0° und einschließlich 0,3°.In accordance with at least one embodiment of the method, at least one rod based on nitride compound semiconductor material is formed on the starting substrate, in particular on the growth surface of the starting substrate. The preparation of the at least one rod is carried out for example by means of MOVPE. The at least one rod, in particular a main extension direction of the rod, can run perpendicular to the growth surface or obliquely to the growth surface, for example if the crystallographic direction <0001> of the starting substrate is not aligned perpendicular to the growth surface. Such substrates are also referred to as "off-axis" substrates. An angle between the main extension direction of the rod and a perpendicular to the growth surface is, for example, between 0.0 ° inclusive and 1.0 ° inclusive, in particular between 0.0 ° and 0.3 ° inclusive.

Insbesondere kann genau ein Stab auf dem Ausgangssubstrat ausgebildet werden. Alternativ wird eine Mehrzahl von Stäben auf dem Ausgangssubstrat ausgebildet, wobei die Stäbe in lateraler Richtung, also entlang einer Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats, voneinander beabstandet sind.In particular, exactly one rod can be formed on the starting substrate. Alternatively, a plurality of bars are formed on the starting substrate, wherein the bars are spaced apart in the lateral direction, that is along a main extension plane of the starting substrate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Volumenmaterial auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial ausgehend von dem Stab ausgebildet. Insbesondere wird das Volumenmaterial von einem dem Ausgangssubstrat abgewandten Ende des zumindest einen Stabs ausgehend ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass die Stäbe an dem vom Ausgangssubstrat abgewandten Ende eine besonders hohe Kristallqualität aufweisen können und defektfrei oder zumindest defektarm sein können. Die Begriffe „defektfrei“ und „defektarm“ beziehen sich hierbei nicht auf Punktdefekte, sondern auf Versetzungsdefekte wie insbesondere Schraubenversetzungen. Von diesen Enden ausgehend kann ein defektfreies oder zumindest defektarmes Wachstum erfolgen. Beispielsweise weist ein von einem Stab ausgehend ausgebildetes Volumenmaterial zwischen einschließlich 0 und einschließlich 10 Defekte auf.In accordance with at least one embodiment of the method, a volume material based on nitride compound semiconductor material is formed starting from the rod. In particular, the bulk material is formed starting from an end of the at least one rod facing away from the starting substrate. It has been found that the rods can have a particularly high crystal quality at the end remote from the starting substrate and can be defect-free or at least low in defects. The terms "defect-free" and "low-defect" here do not refer to point defects but to dislocation defects such as, in particular, screw dislocations. Starting from these ends, a defect-free or at least low-defect growth can take place. For example, a bulk material formed from a rod has defects between 0 and 10 inclusive.

Das Ausbilden des Volumenmaterials erfolgt beispielsweise mittels HVPE, eines Hochdruck- und ammonothermischen Verfahrens oder eines Natrium-Flussverfahren. Bei Vorhandensein von mehr als einem Stab kann das Volumenmaterial in Form von Einzelbereichen jeweils ausgehend von einem Stab ausgebildet werden, wobei die Einzelbereiche in Draufsicht auf das Ausgangssubstrat das Ausgangssubstrat zwischen benachbarten Stäben überdecken und die Einzelbereiche zu einem zusammenhängenden Volumenmaterial zusammenwachsen. The formation of the bulk material takes place for example by means of HVPE, a high-pressure and ammonothermic process or a sodium flow process. In the presence of more than one rod, the bulk material can be formed in the form of individual areas each starting from a rod, wherein the individual areas in plan view of the starting substrate cover the starting substrate between adjacent bars and the individual areas grow together to form a coherent volume material.

Das Volumenmaterial ist insbesondere an jeder Stelle in vertikaler Richtung von dem Ausgangssubstrat beabstandet. Das Volumenmaterial grenzt also an keiner Stelle unmittelbar an das Ausgangssubstrat an. Beispielsweise befindet sich zwischen dem Volumenmaterial und dem Ausgangssubstrat an Stellen seitlich des zumindest einen Stabs ein Hohlraum, der frei von fester Materie ist.The bulk material is in particular at any point in the vertical direction spaced from the starting substrate. The volume material therefore does not directly adjoin the starting substrate at any point. For example, located between the bulk material and the starting substrate at locations laterally of the at least one rod, a cavity which is free of solid matter.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangssubstrat von dem Volumenmaterial getrennt. Dies kann beispielsweise durch mechanisches oder chemisches Durchtrennen oder Abtrennen des zumindest einen Stabs erfolgen. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass das Ausgangssubstrat an dem Volumenmaterial verbleibt.In accordance with at least one embodiment of the method, the starting substrate is separated from the bulk material. This can be done, for example, by mechanically or chemically severing or separating the at least one rod. In principle, however, it is also conceivable that the starting substrate remains on the bulk material.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Stab ein Aspektverhältnis zwischen einschließlich 3 und einschließlich 1000, insbesondere zwischen einschließlich 50 und einschließlich 200 auf. Es hat sich gezeigt, dass die Kristallqualität des Volumenmaterials durch ein hinreichend großes Aspektverhältnis verbessert werden kann. Das Aspektverhältnis bezeichnet hierbei das Verhältnis zwischen der Höhe, also der vertikalen Ausdehnung des zumindest einen Stabs senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats im Verhältnis zum Durchmesser des zumindest einen Stabs. Der Begriff „Durchmesser“ bezeichnet hierbei die maximale Ausdehnung des Stabs in lateraler Richtung.In accordance with at least one embodiment of the method, the rod has an aspect ratio of between 3 and 1000 inclusive, in particular between 50 and 200 inclusive. It has been shown that the crystal quality of the bulk material can be improved by a sufficiently high aspect ratio. In this case, the aspect ratio denotes the ratio between the height, that is to say the vertical extent of the at least one rod perpendicular to the main extension plane of the starting substrate in relation to the diameter of the at least one rod. The term "diameter" here denotes the maximum extent of the rod in the lateral direction.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der zumindest eine Stab einen Durchmesser zwischen einschließlich 0,5 µm und einschließlich 2 µm auf. Es hat sich herausgestellt, dass Stäbe mit diesem Durchmesser besonders zuverlässig und mit einer hohen Kristallqualität hergestellt werden können und sich für die nachfolgende Abscheidung von Volumenmaterial hierauf besonders eignen.In accordance with at least one embodiment of the method, the at least one rod has a diameter of between 0.5 μm and 2 μm inclusive. It has been found that rods of this diameter can be made to be particularly reliable and of high crystal quality and are particularly suitable for the subsequent deposition of bulk material thereon.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der zumindest eine Stab eine Höhe zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 1 mm, insbesondere zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 1 mm auf.In accordance with at least one embodiment of the method, the at least one bar has a height of between 2 μm and 1 mm inclusive, in particular between 20 μm and 1 mm inclusive.

Durch eine Höhe des zumindest einen Stabs von mindestens 2 µm ist gewährleistet, dass das vom Ausgangssubstrat abgewandte Ende des Stabs defektfrei oder zumindest defektarm ist. By a height of the at least one rod of at least 2 microns ensures that the remote from the starting substrate end of the rod is defect-free or at least low in defects.

Zusätzlich hat sich gezeigt, dass eine große Höhe des zumindest einen Stabs von mehr als 2 µm, beispielsweise von 20 µm oder mehr, eine erhöhte Qualität des Volumenmaterials bewirken kann. Dies wird im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert.In addition, it has been found that a high height of the at least one rod of more than 2 μm, for example of 20 μm or more, can bring about an increased quality of the bulk material. This will be explained in more detail in connection with the embodiments.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist nach dem Ausbilden des Volumenmaterials zumindest ein Stab in sich verdreht. Das heißt, in Draufsicht auf das Ausgangssubstrat ist ein Querschnitt des Stabs an der dem Ausgangssubstrat abgewandten Seite relativ zu einem Querschnitt an der dem Ausgangssubstrat zugewandten Seite verdreht. Diese Verdrehung erfolgt insbesondere beim Zusammenwachsen der Einzelbereiche des Volumenmaterials. Mittels der Verdrehung der Stäbe in sich kann die Entstehung neuer Gitterfehler aufgrund einer relativen Fehlorientierung benachbarter Stäbe beim Zusammenwachsen der Einzelbereiche vermieden oder zumindest verringert werden.In accordance with at least one embodiment of the method, at least one rod is twisted after the formation of the bulk material. That is, in plan view of the starting substrate, a cross section of the rod on the side remote from the starting substrate is rotated relative to a cross section on the side facing the starting substrate. This rotation takes place in particular during the merging of the individual regions of the volume material. By means of the rotation of the rods in the formation of new lattice defects due to a relative misorientation of adjacent bars in the growing together of the individual areas can be avoided or at least reduced.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Stab an einem dem Ausgangssubstrat abgewandten Ende eine Facette auf, die schräg zu einer Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats verläuft. Beispielsweise beträgt ein Winkel zwischen der Facette und der Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats im Fall von GaN einen Winkel von 61,9° für eine (10-11)-Facette, 43,2° für eine (10-12)-Facette oder 32,0° für eine (10-13)-Facette.In accordance with at least one embodiment of the method, the rod has, at an end facing away from the starting substrate, a facet which runs obliquely to a main extension plane of the starting substrate. For example, in the case of GaN, an angle between the facet and the main extension plane of the starting substrate is an angle of 61.9 ° for a (10-11) facet, 43.2 ° for a (10-12) facet, or 32.0 ° for a (10-13) facet.

Es hat sich gezeigt, dass durch ein Wachstum ausgehend von einer derartigen Facette eine besonders hohe Kristallqualität für das Volumenmaterial erzielt werden kann, insbesondere im Vergleich zu einem parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ende des Stabs und im Vergleich zu einem Wachstum ausgehend von einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Seitenfläche des Stabs.It has been found that by growing from such a facet, a particularly high quality of crystal can be achieved for the bulk material, in particular compared to an end of the rod parallel to the main extension plane and compared to growth proceeding from a direction perpendicular to the main plane of extension Side surface of the rod.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Volumenmaterial ausschließlich ausgehend von der Facette ausgebildet. Beispielsweise sind die Herstellungsbedingungen, etwa die Temperatur, beim Ausbilden des Volumenmaterials derart eingestellt, dass ein Kristallwachstum lediglich ausgehend von der Facette erfolgt. Insbesondere erfolgt kein Wachstum an einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Ausgangsmaterials verlaufenden Seitenfläche des zumindest einen Stabs. In accordance with at least one embodiment of the method, the volume material is formed exclusively starting from the facet. For example, the production conditions, such as the temperature, in forming the bulk material are set such that crystal growth occurs only from the facet. In particular, no growth takes place on a side surface of the at least one rod which runs perpendicular to the main extension plane of the starting material.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Mehrzahl von Stäben ausgebildet, wobei beim Ausbilden des Volumenmaterials das von benachbarten Stäben ausgehend ausgebildete Volumenmaterial zusammenstößt. Einzelbereiche des Volumenmaterials, die jeweils ausgehend von einem Stab entstehen, wachsen also zusammen, sodass sich in lateraler Richtung eine geschlossene Fläche des Volumenmaterials ergibt. In Draufsicht auf das Ausgangssubstrat kann das Volumenmaterial das Ausgangssubstrat zumindest zwischen benachbarten Stäben vollständig überdecken.In accordance with at least one embodiment of the method, a plurality of bars are formed, wherein when forming the bulk material, the bulk material formed from adjacent bars collides. Individual regions of the volume material, which respectively originate from a rod, thus grow together so that a closed surface of the volume material results in the lateral direction. In plan view of the starting substrate, the bulk material can completely cover the starting substrate at least between adjacent bars.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Stäbe in einem Mittenabstand von mindestens 1 µm zueinander angeordnet. Beispielsweise beträgt ein Mittenabstand zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 mm. Je größer der Mittenabstand zwischen den Stäben ist, desto größer können die beim Ausbilden des Volumenmaterials von den jeweiligen Stäben ausgehend ausgebildeten Einzelbereiche sein. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Stäbe in vertikaler Richtung umso schneller wachsen, je größer der Mittenabstand zwischen den Stäben ist, da sich mit größerem Mittenabstand insgesamt die Anzahl der auf dem Ausgangssubstrat ausgebildeten Stäbe verringert. Bei gleichem Volumenwachstum des Materials der Stäbe erhöht sich folglich das vertikale Wachstum der einzelnen Stäbe.In accordance with at least one embodiment of the method, the bars are arranged at a center distance of at least 1 μm from each other. For example, a center distance is between 1 μm and 5 mm inclusive. The greater the center distance between the bars, the greater the individual areas formed when forming the bulk material from the respective bars. Furthermore, it has been shown that the larger the center distance between the bars, the faster the bars grow in the vertical direction, since the larger the center distance, the smaller the number of bars formed on the starting substrate. Consequently, with the same volume growth of the material of the bars, the vertical growth of the individual bars increases.

Beispielsweise ist ein Mittenabstand zwischen zwei Stäben mindestens so groß wie ein auf dem ausgebildeten Volumenmaterial herzustellendes Bauelement. Ein derart hergestelltes Bauelement weist also keine Stelle auf, an der Einzelbereiche des Volumenmaterials aneinander stoßen.For example, a center distance between two bars is at least as large as a component to be produced on the formed volume material. A component produced in this way thus has no point at which individual areas of the volume material abut one another.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zumindest eine Stab mit Ga-Polarität ausgebildet. Diese Polarität wird auch als Ga-face bezeichnet. Bei dieser Polarität ist das Gallium und/oder gegebenenfalls ein anderes Gruppe-III-Material jeweils auf der dem Ausgangssubstrat abgewandten Seite angeordnet, während die Stickstoff-Seite dem Ausgangssubstrat zugewandt ist.According to at least one embodiment of the method, the at least one bar is formed with Ga polarity. This polarity is also called Ga-face. In this polarity, the gallium and / or optionally another group III material is respectively arranged on the side facing away from the starting substrate, while the nitrogen side faces the starting substrate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Ausbilden des Volumenmaterials eine Seitenfläche des zumindest einen Stabs stellenweise mit einer Abdeckschicht versehen. Insbesondere kann die Abdeckschicht den gesamten Stab abgesehen von der Facette bedecken. Mittels der Abdeckschicht ist vereinfacht erzielbar, dass das Wachstum des Volumenmaterials ausschließlich ausgehend von der Facette erfolgt.According to at least one embodiment of the method, a side surface of the at least one rod is locally provided with a cover layer prior to forming the bulk material. In particular, the cover layer may cover the entire rod apart from the facet. By means of the cover layer can be achieved in a simplified manner that the growth of the volume material takes place exclusively starting from the facet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Ausbilden des zumindest einen Stabs auf dem Ausgangssubstrat eine Maskierungsschicht mit zumindest einer Öffnung ausgebildet, wobei der Stab in der Öffnung ausgebildet wird. Beispielsweise enthält die Maskierungsschicht ein Oxid, etwa Siliziumoxid. Bei einer Mehrzahl von herzustellenden Stäben ist entsprechend eine Mehrzahl von Öffnungen vorgesehen, wobei die Öffnungen und damit die herzustellenden Stäbe beispielsweise in einem regelmäßigen Gitter, etwa einem regelmäßigen hexagonalen Gitter oder einem Dreiecksgitter angeordnet sein können.According to at least one embodiment of the method, prior to forming the at least one bar on the starting substrate, a masking layer having at least one opening is formed, wherein the bar is formed in the opening. For example, the masking layer contains an oxide, such as silicon oxide. In a plurality of rods to be produced, a plurality of openings is accordingly provided, wherein the openings and thus the rods to be produced can be arranged, for example, in a regular grid, for example a regular hexagonal grid or a triangular grid.

Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further embodiments and expediencies will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.

Es zeigen:

  • die 1A bis 1D ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten;
  • 2A eine perspektivische Darstellung eines Zwischenstadiums gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens;
  • 2B eine Rasterelektronenmikroskopieaufnahme von Stäben;
  • die 2C und 2D Rasterelektronenmiskroskopieaufnahmen eines Stabs an einem einem Ausgangssubstrat abgewandten Ende (2C) und an einem Übergang zum Ausgangssubstrat (2D);
  • 2E eine perspektivische Darstellung eines Zwischenstadiums eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer zugehörigen schematischen Darstellung in Schnittansicht;
  • die 3A und 3B schematische Darstellungen der relativen Orientierungen einzelner Stäbe und daraus resultierender Einzelbereiche zueinander;
  • 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren anhand eines in perspektivischer Darstellung gezeigten Zwischenstadiums und einer zugehörigen schematischen Schnittansicht;
  • die 5 und 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren anhand eines jeweils in perspektivischer Darstellung gezeigten Zwischenstadiums; und
  • 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Substrat in schematischer Draufsicht.
Show it:
  • the 1A to 1D an exemplary embodiment of a method based on intermediate steps respectively shown in a schematic sectional view;
  • 2A a perspective view of an intermediate stage according to an embodiment of the method;
  • 2 B a scanning electron micrograph of rods;
  • the 2C and 2D Scanning electron micrographs of a rod on an end facing away from a starting substrate ( 2C ) and at a transition to the starting substrate ( 2D );
  • 2E a perspective view of an intermediate stage of a method according to an embodiment with an associated schematic representation in sectional view;
  • the 3A and 3B schematic representations of the relative orientations of individual bars and resulting individual areas to each other;
  • 4 an embodiment of a method based on an intermediate stage shown in perspective and an associated schematic sectional view;
  • the 5 and 6 in each case an exemplary embodiment of a method on the basis of an intermediate stage respectively shown in perspective; and
  • 7 an embodiment of a substrate in a schematic plan view.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.

Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.The figures are each schematic representations and therefore not necessarily scale. Rather, comparatively small elements and in particular layer thicknesses may be exaggerated for clarity.

In den 1A bis 1D ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats gezeigt.In the 1A to 1D an embodiment of a method for producing a substrate is shown.

Wie in 1A dargestellt, wird ein Ausgangssubstrat 2 bereitgestellt, das für die nachfolgende epitaktische Abscheidung von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial vorgesehen ist. Eine für die Abscheidung vorgesehene Aufwachsfläche 20 ist durch ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet, beispielsweise AlxInyGa1-x-y, insbesondere mit y = 0, etwa mit x = 1 (also AlN) oder x = 0 (also GaN).As in 1A is shown, becomes a starting substrate 2 provided for the subsequent epitaxial deposition of nitride compound semiconductor material. An intended for the deposition growth surface 20 is formed by a nitride compound semiconductor material, for example Al x In y Ga 1-xy , in particular with y = 0, such as x = 1 (ie AlN) or x = 0 (ie GaN).

Eine Aufwachsschicht 22 bildet die Aufwachsfläche 20. Die Aufwachsschicht ist beispielsweise auf einem Substratkörper 21 epitaktisch abgeschieden. Beispielsweise weist der Substratkörper 21 Saphir oder Siliziumkarbid auf. Das Ausgangssubstrat kann auch als ein Verbundsubstrat ausgebildet sein, bei dem die Aufwachsschicht 22 mittels einer Verbindungsschicht (nicht explizit gezeigt), etwa einer Oxidschicht an dem Substratkörper 21 verbunden ist. In diesem Fall kann der Substratkörper beispielsweise auch ein anderes Halbleitermaterial, etwa Silizium oder Germanium, oder ein Metall aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen.A growth layer 22 forms the growth area 20 , The growth layer is epitaxially deposited, for example, on a substrate body 21. For example, the substrate body 21 Sapphire or silicon carbide on. The starting substrate may also be formed as a composite substrate in which the growth layer 22 by means of a bonding layer (not explicitly shown), such as an oxide layer on the substrate body 21 connected is. In this case, the substrate body, for example, also comprise another semiconductor material, such as silicon or germanium, or a metal or consist of such a material.

Weiterhin kann das Ausgangssubstrat 2 zwei selbst auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, etwa GaN oder AlN basieren.Furthermore, the starting substrate 2 two are themselves based on a nitride compound semiconductor material, such as GaN or AlN.

Auf der Aufwachsfläche 20 ist eine Maskenschicht 4 angeordnet. Die Maskenschicht 4 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 40 auf. Die Öffnungen 40 sind in einem regelmäßigen Gitter, beispielsweise einem regelmäßigen rechteckigen oder hexagonalen Gitter angeordnet. Für die Maskenschicht eignet sich beispielsweise Siliziumoxid oder ein anderes Material, auf dem kein oder zumindest kein signifikantes Wachstum von Halbleitermaterial erfolgt.On the growth surface 20 is a mask layer 4 arranged. The mask layer 4 has a plurality of openings 40 on. The openings 40 are arranged in a regular grid, for example a regular rectangular or hexagonal grid. For the mask layer, for example, silicon oxide or another material is suitable, on which no or at least no significant growth of semiconductor material takes place.

Von der Aufwachsfläche 20 ausgehend erfolgt die Ausbildung einer Mehrzahl von Stäben 3, wobei in jeder Öffnung 40 jeweils genau ein Stab 3 ausgebildet wird (1B). Von der gezeigten Darstellung abweichend kann auch nur genau ein Stab auf dem Ausgangssubstrat 2 ausgebildet werden. Selbstverständlich kann auch eine größere Anzahl von Stäben Anwendung finden.From the growth area 20 proceeding, the formation of a plurality of rods takes place 3 , where in each opening 40 exactly one rod each 3 is trained ( 1B ). Deviating from the illustration shown, only one rod can be used on the starting substrate 2 be formed. Of course, a larger number of rods can be used.

Die Abscheidung der Stäbe erfolgt beispielsweise mittels MOVPE, wobei die Abscheidebedingungen derart gewählt sind, dass ausschließlich ein Wachstum in vertikaler Richtung erfolgt. Das Wachstum von Stäben ist für GaN-Mikrostäbe in dem Artikel von J. Hartmann et al. in Phys. Status Solidi A, Vol. 212, No. 12, 2830 bis 2836 (2015 ) beschrieben. Der gesamte Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift bezüglich des Wachstums derartiger Stäbe wird hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.The separation of the rods is carried out, for example, by means of MOVPE, wherein the deposition conditions are selected such that only growth in the vertical direction takes place. The growth of rods is for GaN micro rods in the article of J. Hartmann et al. in phys. Status Solidi A, Vol. 212, no. 12, 2830 to 2836 (2015 ). The entire disclosure content of this document with respect to the growth of such rods is hereby explicitly incorporated by reference into the present application.

An einem dem Ausgangssubstrat 2 abgewandten Ende weisen die Stäbe 3 jeweils eine Facette 31 auf, die schräg zu einer Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats verläuft. Beispielsweise beträgt im Fall von GaN ein Facettenwinkel 310 61,9° für eine (10-11)-Facette, 43,2° für eine (10-12)-Facette oder 32,0° für eine (10-13)-Facette. Es hat sich gezeigt, dass ein Volumenmaterial ausgehend von einer derartigen Facette besonders effizient abgeschieden werden kann.At one of the starting substrate 2 opposite end have the rods 3 one facet each 31 which extends obliquely to a main extension plane of the starting substrate. For example, in the case of GaN, a facet angle is 310 61.9 ° for a (10-11) facet, 43.2 ° for a (10-12) facet, or 32.0 ° for a (10-13) facet. It has been shown that a bulk material can be deposited particularly efficiently from such a facet.

In 1B verlaufen die Stäbe senkrecht zur Aufwachsfläche 20. Dies ist der Fall, wenn die kristallographische Richtung <0001> des Ausgangssubstrat exakt senkrecht zur Aufwachsfläche ausgerichtet ist. Alternativ kann ein Winkel zwischen einer Haupterstreckungsrichtung der Stäbe und einer Senkrechten zur Aufwachsfläche 20 beispielsweise zwischen einschließlich 0,0° und einschließlich 1,0°, insbesondere zwischen einschließlich 0,0° und einschließlich 0,3° betragen, etwa bei der Verwendung eines off-axis-Substrats als Ausgangssubstrat.In 1B The bars are perpendicular to the growth surface 20. This is the case when the crystallographic direction <0001> of the starting substrate is aligned exactly perpendicular to the growth surface. Alternatively, an angle between a main extension direction of the rods and a perpendicular to the growth surface 20 for example, between 0.0 ° inclusive and 1.0 ° inclusive, especially between 0.0 ° and 0.3 ° inclusive, such as when using an off-axis substrate as the starting substrate.

Von den Stäben 3 ausgehend wird jeweils ein Einzelbereich 55 eines Volumenmaterials 5 ausgebildet.From the bars 3 Each case is based on a single area 55 a volume material 5 educated.

In 1C ist ein Stadium gezeigt, bei dem das Volumenmaterial ausgehend von den Stäben 3 in lateraler Richtung bereits zusammengewachsen ist, sodass sich ein zusammenhängendes Volumenmaterial 5 ergibt. Zwischen benachbarten Einzelbereichen 55 ist jeweils eine Grenzfläche 51, an der die Einzelbereiche aneinander stoßen, zur Veranschaulichung eingezeichnet.In 1C a stage is shown in which the bulk material starting from the rods 3 has already grown together in the lateral direction, so that a coherent volume material 5 results. Between adjacent individual areas 55 is in each case an interface 51, at which the individual areas abut each other, drawn for illustration.

In vertikaler Richtung ist das Volumenmaterial 5 an jeder Stelle von dem Ausgangssubstrat 2 beabstandet. Zwischen dem Volumenmaterial 5 und dem Ausgangssubstrat entsteht also seitlich der Stäbe 3 ein Hohlraum 5, der frei von fester Materie ist. Beispielsweise ist der Hohlraum 5 mit einem Gas gefüllt, etwa mit Luft.In the vertical direction is the volume material 5 at any point from the starting substrate 2 spaced. Between the volume material 5 and the starting substrate thus arises laterally of the rods 3 a cavity 5 which is free of solid matter. For example, the cavity 5 filled with a gas, say with air.

Die Stäbe 3 und das Volumenmaterial 5 basieren jeweils auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf demselben Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Die Abscheidung des Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials erfolgt vorzugsweise mit Gallium-Polarität, sodass die Gallium-Atome jeweils auf der dem Ausgangssubstrat 2 abgewandten Seite der zugehörigen Stickstoff-Atome sind.The bars 3 and the bulk material 5 are each based on a nitride compound semiconductor material, in particular on the same nitride compound semiconductor material. The deposition of the nitride compound semiconductor material is preferably carried out with gallium polarity, so that the gallium atoms in each case on the starting substrate 2 opposite side of the associated nitrogen atoms are.

In vertikaler Richtung ist die Ausdehnung des Volumenmaterials 5 so groß, dass das Volumenmaterial selbsttragend ist. Eine mechanische Stabilisierung des Volumenmaterials 5 durch das Ausgangssubstrat 2 ist also nicht erforderlich. Das Ausgangssubstrat 2 kann daher entfernt werden. Das Entfernen kann beispielsweise durch mechanisches oder chemisches Entfernen der Stäbe 3 erfolgen. In the vertical direction is the expansion of the bulk material 5 so large that the bulk material is self-supporting. A mechanical stabilization of the bulk material 5 through the starting substrate 2 is not required. The starting substrate 2 can therefore be removed. The removal can be accomplished, for example, by mechanically or chemically removing the rods 3 respectively.

In 1D ist das Volumenmaterial 5 in Form eines Substrats 1 nach dem Entfernen des Ausgangssubstrats 2 gezeigt.In 1D is the volume material 5 in the form of a substrate 1 after removal of the starting substrate 2 shown.

Die Abscheidung des Volumenmaterials 5 erfolgt beispielsweise mittels HVPE, eines Hochdruck- und ammonothermischen Verfahrens oder eines Natrium-Fluss-Verfahrens.The deposition of the bulk material 5 for example by means of HVPE, a high pressure and ammonothermic process or a sodium flow process.

Ein HVPE-Verfahren ist beispielsweise in dem Artikel von H. Morkoc in Materials Science and Engineering R 33, 135-207 (2001) beschrieben, dessen gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.An HVPE method is for example in the article of H. Morkoc in Materials Science and Engineering R 33, 135-207 (2001) whose entire disclosure content is hereby explicitly incorporated by reference into the present application.

Ein Hochdruck- und ammonothermisches Verfahren ist beispielsweise in dem Artikel von S. Porowski in Journal of Crystal Growth, Vol. 166, 583-589 (1996) beschrieben, dessen gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.A high pressure and ammonothermic process is for example in the article of S. Porowski in Journal of Crystal Growth, Vol. 166, 583-589 (1996) whose entire disclosure content is hereby explicitly incorporated by reference into the present application.

Ein Natrium-Fluss-Verfahren ist beispielsweise in dem Artikel von M. Aoki et al. in Journal of Crystal Growth, Vol. 242, 70-76 (2002) beschrieben, dessen gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.For example, a sodium flow method is described in the article of M. Aoki et al. in Journal of Crystal Growth, Vol. 242, 70-76 (2002) whose entire disclosure content is hereby explicitly incorporated by reference into the present application.

Ein Stab 3 weist vorzugsweise jeweils ein Aspektverhältnis zwischen einschließlich 3 und einschließlich 1000, insbesondere zwischen einschließlich 50 und einschließlich 200 auf. Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von Stäben mit einem hohen Aspektverhältnis eine besonders hohe Kristallqualität erzielt werden kann. Dies ist anhand der 3A und 3B veranschaulicht. So können benachbarte Stäbe 3 an ihrer dem Ausgangssubstrat zugewandten Seite relativ zueinander eine Verdrehung aufweisen, wie der linke Teil der 3A zeigt. Beim Zusammenwachsen der von diesen Stäben ausgehenden Einzelbereiche 55 des Volumenmaterials könnten dadurch Kristalldefekte entstehen. Diese Verdrehung kann jedoch bei Stäben mit einem hinreichend hohen Aspektverhältnis an dem dem Ausgangssubstrat 2 abgewandten Ende der Stäbe 3 korrigiert werden, wie der rechte Teil der 3A zeigt.A staff 3 preferably each has an aspect ratio of between 3 and 1000 inclusive, in particular between 50 and 200 inclusive. It has been shown that the use of rods with a high aspect ratio, a particularly high crystal quality can be achieved. This is based on the 3A and 3B illustrated. So can neighboring bars 3 have on their side facing the starting substrate relative to each other a rotation, as the left part of 3A shows. When growing together of the individual sectors emanating from these bars 55 of the bulk material could cause crystal defects. However, this torsion may occur with rods having a sufficiently high aspect ratio on the starting substrate 2 opposite end of the bars 3 be corrected, as the right part of 3A shows.

Im rechten Teil der 3B ist mit einer gestrichelten Linie ein fehlorientierter Stab 3 gezeigt, der einen Orientierungswinkel 35 im Vergleich zu benachbarten Stäben 3 aufweisen würde, wenn dieser Winkel nicht korrigiert würde.In the right part of the 3B is a misoriented staff with a dashed line 3 shown an orientation angle 35 compared to neighboring bars 3 would, if this angle would not be corrected.

Im linken Teil der 3B ist eine Höhe L der Stäbe, ein Durchmesser D der Stäbe, ein Mittenabstand P der Stäbe und ein Abstand R = P/2 zwischen den Stäben und einer Grenzfläche 51 zwischen benachbarten Einzelbereichen 55 des Volumenmaterials 5 gezeigt.In the left part of the 3B is a height L of the bars, a diameter D of the bars, a pitch P of the bars and a distance R = P / 2 between the bars and an interface 51 between adjacent individual areas 55 of the bulk material 5 shown.

Für einen korrigierbaren Orientierungswinkel θ, versehen mit Bezugszeichen 35, ergibt sich die Proportionalitätsbeziehung θ ∼ (F * R * L) / r4 = (F * P * AR) / r3, wobei r = D/2 und AR das Aspektverhältnis sind. Der korrigierbare Orientierungswinkel ist also insbesondere proportional zum Aspektverhältnis der Stäbe. Durch ein großes Aspektverhältnis wird also die Korrigierbarkeit von Fehlorientierungen auf Höhe des herzustellenden Volumenmaterials vereinfacht und die Gefahr von neu entstehenden Kristalldefekten an den Grenzflächen 51 zwischen benachbarten Einzelbereichen 55 vermindert. Während der Herstellung des Substrats können also fehlorientierte Stäbe 3 in sich eine Verdrehung erfahren, so dass das dem Ausgangssubstrat abgewandte Ende eines Stabs relativ zum dem Ausgangssubstrat zugewandten Ende verdreht ist.For a correctable orientation angle θ provided with reference numerals 35 , the proportionality relation θ ~ (F * R * L) / r 4 = (F * P * AR) / r 3 , where r = D / 2 and AR are the aspect ratio. The correctable orientation angle is therefore in particular proportional to the aspect ratio of the rods. By means of a high aspect ratio, therefore, the correctability of misorientations at the level of the volume material to be produced is simplified and the risk of newly arising crystal defects at the interfaces 51 between adjacent individual areas 55 reduced. During the production of the substrate, therefore, mis-oriented rods can be used 3 undergo a rotation, so that the end remote from the starting substrate of a rod is rotated relative to the starting substrate facing the end.

Der Durchmesser D der Stäbe 3 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 µm und einschließlich 2 µm. Die Höhe L der Stäbe beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 1 mm, insbesondere zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 1 mm.The diameter D of the bars 3 is, for example, between 0.5 μm inclusive and 2 μm inclusive. The height L of the bars is for example between 2 μm and 1 mm inclusive, in particular between 20 μm and 1 mm inclusive.

Wie 2B zeigt, können die Stäbe mit einem hohen Aspektverhältnis gewachsen werden, beispielsweise in einem hexagonalen Gitter, wobei die Stäbe eine hexagonale Grundform aufweisen. Aus 2C ist ersichtlich, dass an dem dem Ausgangssubstrat abgewandten Ende der Stäbe keine Defekte in Form von Versetzungen auftreten. Lediglich auf der dem Ausgangssubstrat zugewandten Seite sind einzelne Defekte vorhanden, wie 2D zeigt. In 2D ist ferner eine Öffnung in der dunkel erscheinenden Maskenschicht zu erkennen, von der das Wachstum ausgeht. Die insbesondere vom Ausgangssubstrat resultierenden Defekte biegen innerhalb der Stäbe jedoch in laterale Richtungen ab, so dass die Stäbe mit hinreichendem Abstand von dem Ausgangssubstrat defektfrei sind.As 2 B shows, the bars can be grown with a high aspect ratio, for example in a hexagonal grid, wherein the bars have a hexagonal basic shape. Out 2C It can be seen that no defects in the form of dislocations occur at the end of the rods facing away from the starting substrate. Only on the side facing the starting substrate are individual defects present, such as 2D shows. In 2D Furthermore, an opening in the dark-appearing mask layer can be seen, from which the growth proceeds. However, the defects resulting in particular from the starting substrate bend in lateral directions within the rods, so that the rods are free of defects with a sufficient distance from the starting substrate.

In 2E ist das Verfahrensstadium, bei dem das Volumenmaterial 5 ausgehend von den Stäben 3 bereits zusammengewachsen ist, in perspektivischer Darstellung gezeigt. Bei der in 2E gezeigten Ausgestaltung sind benachbarte Stäbe in einem vergleichsweise kleinen Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen benachbarten Stäben kann jedoch auch erhöht werden.In 2E is the process stage where the bulk material 5 starting from the bars 3 already grown together, shown in perspective view. At the in 2E As shown, adjacent bars are at a comparatively small distance from each other arranged. However, the distance between adjacent bars can also be increased.

Dies ist in den 5 und 6 veranschaulicht. Gemäß 5 befinden sich die Stäbe 3 in einem Mittenabstand von beispielsweise 100 µm oder mehr. Insbesondere kann ein Mittenabstand so groß sein, dass ein aus einem Stab 3 hervorgehender Einzelbereich so groß ist, dass ein später aus dem Volumenmaterial herzustellendes Halbleiterbauelement ausschließlich Halbleitermaterial aufweist, das auf einem Einzelbereich abgeschieden ist. Mit anderen Worten verläuft durch das so hergestellte Halbleiterbauelement keine Grenzfläche benachbarter Einzelbereiche. Das Halbleiterbauelement zeichnet sich so durch eine besonders hohe Kristallqualität aus.This is in the 5 and 6 illustrated. According to 5 are the bars 3 at a pitch of, for example, 100 μm or more. In particular, a center distance can be so large that one from a rod 3 single region is so great that a later to be made of the bulk material semiconductor device comprises only semiconductor material which is deposited on a single area. In other words, no boundary surface of adjacent individual regions runs through the semiconductor component thus produced. The semiconductor device is characterized by a particularly high crystal quality.

In 7 ist ein Substrat 1 in Draufsicht gezeigt, wobei die Einzelbereiche 55 jeweils eine hexagonale Grundform aufweisen. Je größer der Abstand zwischen benachbarten Stäben 3 ist, desto größer ist die laterale Ausdehnung der entstehenden Einzelbereiche 55. Beispielsweise beträgt ein Mittenabstand zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 mm. Typischerweise ist das Aspektverhältnis umso größer, je größer der Mittenabstand ist. Insbesondere können die Einzelbereiche so groß sein, dass ein herzustellendes Halbleiterbauelement oder sogar eine Mehrzahl herzustellender Halbleiterbauelemente, etwa in einer matrixförmigen Anordnung, mittels eines Einzelbereichs gebildet wird.In 7 is a substrate 1 shown in plan view, with the individual areas 55 each have a hexagonal basic shape. The greater the distance between adjacent bars 3, the greater the lateral extent of the resulting individual areas 55 , For example, a center distance is between 1 μm and 5 mm inclusive. Typically, the larger the pitch, the larger the aspect ratio. In particular, the individual regions can be so large that a semiconductor component to be produced or even a plurality of semiconductor components to be produced, for example in a matrix-like arrangement, is formed by means of a single region.

Die erzielbare Defektdichte in Defekten pro cm2 hängt insbesondere von dem Mittenabstand der Stäbe und der Anzahl von Defekten pro Einzelbereich auf. Je größer der Mittenabstand ist, desto geringer ist die erzielbare Defektdichte.The achievable defect density in defects per cm 2 depends in particular on the center distance of the bars and the number of defects per single area. The larger the center distance, the lower the achievable defect density.

So beträgt beispielsweise eine Defektdichte bei einer Defektanzahl zwischen einem Defekt und zehn Defekten pro Einzelbereich für einen Mittenabstand von 1 µm etwa zwischen 1,2*108/cm2 und 1,2*109/cm2, für einen Mittenabstand von 10 µm etwa zwischen 1,2*106/cm2 und 1,2*107/cm2, für einen Mittenabstand von 100 µm etwa zwischen 1,2*104/cm2 und 1,2*105/cm2, für einen Mittenabstand von 1 mm etwa zwischen 1,2*102/cm2 und 1,2*103/cm2 und für einen Mittenabstand von 10 mm etwa zwischen 1,2/cm2 und 12/cm2.For example, a defect density with a defect number between a defect and ten defects per single region for a center distance of 1 μm is approximately between 1.2 * 10 8 / cm 2 and 1.2 * 10 9 / cm 2 , for a center distance of 10 μm approximately between 1.2 * 10 6 / cm 2 and 1.2 * 10 7 / cm 2 , for a center distance of 100 μm approximately between 1.2 * 10 4 / cm 2 and 1.2 * 10 5 / cm 2 , for a center distance of 1 mm approximately between 1.2 * 10 2 / cm 2 and 1.2 * 10 3 / cm 2 and for a center distance of 10 mm approximately between 1.2 / cm 2 and 12 / cm 2 .

Im Vergleich zu konventionellen Verfahren sind also extrem niedrige Defektdichten erzielbar.Compared to conventional methods, extremely low defect densities can be achieved.

Im Extremfall kann lediglich ein einzelner Stab 3 vorgesehen sein, wie in 6 dargestellt ist. Das gesamte Volumenmaterial 5 wächst also ausgehend von genau einem Stab. Das Volumenmateiral weist also keine Grenzflächen zwischen aneinander angrenzenden Einzelbereichen auf.In extreme cases, only a single rod 3 be provided as in 6 is shown. The entire volume material 5 So grows from just one rod. The volume mateiral thus has no interfaces between adjacent individual areas.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenem Ausführungsbeispiel.In 4 another embodiment of a method for producing a substrate is shown. This embodiment corresponds essentially to that in connection with 1A to 1D described embodiment.

Im Unterschied hierzu wird auf Seitenflächen 32 der Stäbe 3 eine Abdeckschicht 6 aufgebracht, bevor das Volumenmaterial 5 ausgebildet wird. Mittels der Abdeckschicht 6 ist vereinfacht gewährleistet, dass an den senkrechten Seitenflächen 32 kein oder zumindest ein nur stark verringertes Wachstum in lateraler Richtung erfolgt. Die Abdeckschicht 6 kann insbesondere auch so ausgebildet sein, dass die vertikal verlaufenden Seitenflächen 32 vollständig bedeckt sind und nur die Facetten 31 freiliegen. Davon abweichend kann auch ein an die Facetten 31 angrenzender Teilbereich der senkrecht verlaufenden Seitenflächen 32 frei von der Abdeckschicht 6 sein.In contrast, this is on side surfaces 32 of the bars 3 a cover layer 6 applied before the bulk material 5 is trained. By means of the cover layer 6 Simplified ensures that on the vertical side surfaces 32 no or at least only greatly reduced growth takes place in the lateral direction. The cover layer 6 may in particular also be designed so that the vertically extending side surfaces 32 are completely covered and only the facets 31 exposed. Deviating from this, one can also turn to the facets 31 adjacent part of the vertical side surfaces 32 free from the cover layer 6 be.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann ein Volumenmaterial auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial effizient und mit einer besonders hohen Kristallqualität hergestellt werden. Insbesondere erfolgt die Ausbildung des Volumenmaterials ausgehend von dem defektfreien oder zumindest weitestgehend defektfreien Material des zumindest einen Stabs 3.With the described method, a bulk material based on nitride compound semiconductor material can be produced efficiently and with a particularly high crystal quality. In particular, the formation of the volume material takes place starting from the defect-free or at least largely defect-free material of the at least one rod 3 ,

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Substratsubstratum
22
Ausgangssubstratstarting substrate
2020
Aufwachsflächegrowth surface
2121
Substratkörpersubstrate body
2222
Aufwachsschichtgrowth layer
33
StabRod
3131
Facettefacet
310310
Facettenwinkelfacet angle
3232
Seitenflächeside surface
3535
Orientierungswinkelorientation angle
44
Maskenschichtmask layer
4040
Öffnungopening
55
Volumenmaterialbulk material
51 51
Grenzflächeinterface
5555
EinzelbereichSingle area
66
Abdeckschichtcovering

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • J. Hartmann et al. in Phys. Status Solidi A, Vol. 212, No. 12, 2830 bis 2836 (2015 [0040]J. Hartmann et al. in phys. Status Solidi A, Vol. 212, no. 12, 2830-2836 (2015) [0040]
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Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Substrats (1) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Ausgangssubstrats (2); b) Ausbilden von zumindest einem Stab (3) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial auf dem Ausgangssubstrat; c) Ausbilden eines Volumenmaterials (5) auf der Basis von Nidrid-Verbindungshalbleitermaterial ausgehend von dem Stab; und d) Trennen des Ausgangssubstrats von dem Volumenmaterial.Process for producing a substrate (1) based on nitride compound semiconductor material, comprising the steps: a) providing a starting substrate (2); b) forming at least one rod (3) based on nidride compound semiconductor material on the starting substrate; c) forming a bulk material (5) based on nitride compound semiconductor material from the rod; and d) separating the starting substrate from the bulk material. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stab ein Aspektverhältnis zwischen einschließlich 3 und einschließlich 1000 aufweist.Method according to Claim 1 in which the bar has an aspect ratio of between 3 and 1000 inclusive. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stab ein Aspektverhältnis zwischen einschließlich 50 und einschließlich 200 aufweist.Method according to Claim 1 in which the bar has an aspect ratio of between 50 and 200 inclusive. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Stab einen Durchmesser zwischen einschließlich 0,5 µm und einschließlich 2 µm aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one rod has a diameter of between 0.5 microns inclusive and including 2 microns. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine Stab eine Höhe zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 1 mm aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one rod has a height of between 2 μm and 1 mm inclusive. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine Stab eine Höhe zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 1 mm aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one bar has a height of between 20 μm and 1 mm inclusive. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Stab an einem dem Ausgangssubstrat abgewandten Ende eine Facette (31) aufweist, die schräg zu einer Haupterstreckungsebene des Ausgangssubstrats verläuft.Method according to one of the preceding claims, in which the rod has, at an end remote from the starting substrate, a facet (31) which runs obliquely to a main extension plane of the starting substrate. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Volumenmaterial ausschließlich ausgehend von der Facette ausgebildet wird.Method according to Claim 7 in which the bulk material is formed exclusively from the facet. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in Schritt b) eine Mehrzahl von Stäben ausgebildet wird, in Schritt c) das Volumenmaterial ausgehend von den Stäben ausgebildet wird, und das von benachbarten Stäben ausgehend ausgebildete Volumenmaterial zusammenstößt.Method according to one of the preceding claims, in which in step b) a plurality of bars is formed, in step c) the bulk material is formed from the bars, and collides the volume material formed from adjacent bars. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach Schritt c) zumindest ein Stab in sich verdreht ist.Method according to Claim 9 , wherein after step c) at least one rod is twisted in itself. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Stäbe in einem Mittenabstand von mindestens 1 µm zueinander angeordnet sind.Method according to Claim 9 or 10 in which the bars are arranged at a center distance of at least 1 μm from one another. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Stäbe in einem Mittenabstand von mindestens 100 µm zueinander angeordnet sind.Method according to one of Claims 9 to 11 in which the bars are arranged at a center distance of at least 100 μm from one another. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine Stab mit Ga-Polarität ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one bar is formed with Ga polarity. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem vor Schritt c) eine Seitenfläche (32) des Stabs stellenweise mit einer Abdeckschicht (6) versehen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein before step c) a side surface (32) of the rod is provided in places with a covering layer (6). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem vor Schritt b) auf dem Ausgangssubstrat eine Maskierungsschicht (4) mit zumindest einer Öffnung (40) ausgebildet wird und der Stab in der Öffnung ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein prior to step b) on the starting substrate, a masking layer (4) with at least one opening (40) is formed and the rod is formed in the opening.
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