[发明专利]用于制造光电子半导体芯片的方法和光电子半导体芯片

说明书

技术领域

提出一种用于制造光电子半导体芯片的方法以及一种光电子半导体芯片。

发明内容

待实现的目的在于，提出一种用于有效地制造光电子半导体芯片的方法。

根据该方法的至少一个实施形式，所述方法包括在生长衬底上方生成III族氮化物成核层的步骤。借助于溅镀实现成核层的生成。因此，成核层不经由气相外延如金属有机气相外延生成，英文是Metal Organic Chemical Vapor Phase Epitaxy，简称MOVPE。

根据该方法的至少一个实施形式，在成核层上方生长具有有源层的III族氮化物半导体层序列。半导体层序列的有源层设立为在半导体芯片运行时用于产生电磁辐射、尤其是在紫外的或可见的光谱范围中的电磁辐射。特别地，所产生的辐射的波长在430nm和680nm之间，其中包含边界值。有源层优选包括一个或多个pn结或者一个或多个量子阱结构。

半导体材料优选是氮化物化合物半导体材料如Al_nIn_1-n-mGa_mN，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成部分。然而，为了简单性，仅给出半导体层序列的晶格的主要组成部分，即Al、Ga、In以及N，即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。

根据该方法的至少一个实施形式，适用的是：0≤n≤0.3和/或0.35≤m≤0.95和/或0<1-n，m≤0.5。所提及的用于n和m的值域优选适用于半导体层序列的所有子层，其中不包括掺杂物。然而在此可能的是，半导体层序列具有一个或多个中间层，对于所述中间层，不同于所提及的用于n、m的值并且替代其适用的是：0.75≤n≤1或0.80≤n≤1。

根据该方法的至少一个实施形式，所述方法包含提供生长衬底的步骤。生长衬底基于不同于成核层的和/或半导体层序列的材料的材料体系。换言之，生长衬底是所谓的异质衬底。例如，生长衬底是硅衬底、具有r面或c面作为生长面的蓝宝石衬底、锗衬底、砷化镓衬底、钼衬底、碳化硅衬底或由金属合金构成的衬底。特别地，生长衬底的热膨胀系数与待生长的半导体层序列的热膨胀系数相差至多50％或至多20％。

在方法的至少一个实施形式中，所述方法设立为用于制造光电子半导体芯片、尤其是发光二极管。所述方法至少包括下述优选以给出的顺序的步骤，：

-提供生长衬底；

-借助于溅镀在生长衬底上生成III族氮化物成核层；以及

-在成核层上或其上方生长具有有源层的III族氮化物半导体层序列。在此，生长衬底的材料不同于成核层的和/或半导体层序列的材料。

与MOVPE相比，借助于溅镀能够相对成本低地并且以相对高的生长速度生成厚的层。因此，在几分钟之内例如能够沉积例如由AlN构成的直至1μm的厚的层。

此外，能够通过借助于溅镀来生成成核层来缩短和/或简化随后的MOVPE过程。尤其可能的是，弃用附加的成核步骤。成核层优选直接在生长衬底上生成。

此外可能的是，通过溅镀成核层来减少铝在用于生成半导体层序列的MOVPE工艺中的使用。由于MOVPE工艺中高的温度通常将石墨座用作为衬底座。石墨座在MOVPE中能够被薄的、近于白色的含铝的和/或含镓的层涂盖，由此石墨座的热放射特性和加热特性改变。通过借助于溅镀在气相外延反应器外部生成成核层，明显减少了以铝和/或镓来涂盖石墨座并且能够简单地设置用于紧随其后的MOVPE工艺的参数。

根据该方法的至少一个实施形式，在溅镀成核层时添加氧。氧在尤其基于氮化铝的成核层中的重量份额优选为至少0.1％或至少0.2％或至少0.5％。此外，氧在成核层中的重量份额优选为至多10％或至多5％或至多1.5％。也在文献DE 100 34 263 B4中提出将氧引入成核层中，其公开内容通过参引并入本文。

根据该方法的一个实施形式，成核层中的氧份额沿远离生长衬底的方向单调地或严格单调地变小。特别地，在具有在10nm和30nm之间且包含边界值的厚度的薄层中，最高的氧浓度直接位于生长衬底处。沿远离生长衬底的方向，氧含量能够阶梯状地或线性地减少。

根据该方法的至少一个实施形式，生长具有至少10nm或至少30nm或至少50nm的厚度的成核层。替选地或附加地，成核层的厚度为至多1000nm或至多200nm或至多150nm。特别地，成核层的厚度为大约100nm。