DE60128134T2 - Gallium nitrid materialen und verfahren zur herstellung von schichten dieser materialen - Google Patents

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Thomas Apex GEHRKE
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleitermaterialien und insbesondere auf Galliumnitridmaterialien und auf Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridmaterialien.
  • Galliumnitridmaterialien enthalten Galliumnitrid (GaN) und seine Legierungen wie etwa Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Aluminiumindiumgalliumnitrid (AllnGaN). Diese Materialien sind Halbleiterverbindungen, die eine verhältnismäßig breite direkte Bandlücke haben, die ermöglicht, dass hochenergetische Elektronenübergänge stattfinden. Diese Elektronenübergänge können dazu führen, dass Galliumnitridmaterialien eine Anzahl attraktiver Eigenschaften aufweisen einschließlich der Fähigkeit, effektiv blaues Licht zu emittieren, der Fähigkeit, Signale mit hoher Frequenz zu senden u. a. Dementsprechend werden Galliumnitridmaterialien in vielen Mikroelektronikanwendungen wie etwa Transistoren, Feldemittern und optoelektronischen Vorrichtungen stark untersucht.
  • In vielen Anwendungen werden Galliumnitridmaterialien auf einem Substrat aufgewachsen. Allerdings können Unterschiede der Eigenschaften zwischen Galliumnitridmaterialien und Substraten in Aufwachsschichten, die für viele Anwendungen geeignet sind, zu Schwierigkeiten führen. Zum Beispiel besitzt Galliumnitrid (GaN) einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten (d. h. eine andere Wärmeausdehnungsrate) als viele Substratmaterialien einschließlich Saphir, Siliciumcarbid und Silicium. Dieser Unterschied der Wärmeausdehnung kann zur Rissbildung einer auf solchen Substraten abgelagerten Galliumnitridschicht führen, wenn die Struktur, z. B. während der Verarbeitung, abgekühlt wird. Die Rissbildungserscheinung kann verhindern, dass Galliumnitridmaterialien für die Verwendung in vielen Anwendungen geeignet sind. Ferner kann die Rissbildung für verhältnismäßig dicke (z. B. > 0,5 Mikrometer) Galliumnitridschichten besonders problematisch sein.
  • Außerdem besitzt Galliumnitrid (GaN) eine andere Gitterkonstante als die meisten Substratmaterialien. Die unterschiedliche Gitterkonstante kann zur Bildung von Defekten in auf den Substraten abgelagerten Galliumnitridmaterial-Schichten führen. Solche Defekte können die Funktion von unter Verwendung der Galliumnitridmaterial-Schichten ausgebildeten Vorrichtungen beeinträchtigen.
  • Zur Behandlung der Rissbildung und der Defektbildung in auf Saphirsubstraten und auf Siliciumcarbidsubstraten abgelagerten Galliumnitridmaterialien sind Techniken des Standes der Technik entwickelt worden. Diese Techniken können z. B. das Ablagern einer oder mehrerer Pufferschichten auf dem Substrat und daraufhin das Ablagern des Galliumnitridmaterials auf der Pufferschicht bzw. auf den Pufferschichten umfassen.
  • Es wird Bezug genommen auf JP-A-11040847, in der eine Halbleitervorrichtung durch ein Verfahren ausgebildet wird, in dem auf einem Siliciumsubstrat nacheinander eine erste Pufferschicht, eine zweite Pufferschicht, eine Pufferschicht und eine Galliumnitrid-Halbleiterschicht abgelagert werden. Um die mechanischen Spannungen wegen der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Siliciumsubstrat und der Galliumnitrid-Halbleiterschicht zu entspannen, wird die Pufferschicht aus einem Galliumnitridhalbleiter ausgebildet, der Indium enthält.
  • Außerdem wird Bezug genommen auf WO-A-9641906, in der ein GaN-Substrat dadurch ausgebildet wird, dass ein Opfersubstrat bereitgestellt wird, das epitaktisch verträglich mit GaN ist, auf der Oberfläche des Substrats eine Schicht aus einem GaN-Einkristall abgelagert wird und das Opfersubstrat entfernt wird, um eine Schicht aus einem GaN-Einkristall zurückzulassen.
  • WO-A-0213245 (Artikel 54(3) EPÜ) beschreibt ein Verfahren zum Steuern der mechanischen Spannung in Galliumnitrid-Dünnschichten, das das Ablagern einer sich ändernden Galliumnitridschicht auf einem Substrat umfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleitermaterial gemäß Anspruch 1 geschaffen, das umfasst: ein Siliciumsubstrat; eine hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die Übergangsschicht eine hintere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, wobei die Übergangsschicht eine Galliumnitrid-Legierung aufweist und die Galliumkonzentration in der Übergangsschicht von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche der Übergangsschicht zunimmt; eine Zwischenschicht, die auf dem Substrat und unter der Übergangsschicht ausgebildet ist, und eine Galliumnitridmaterial-Schicht, die auf der Übergangsschicht ausgebildet ist, wobei die Schicht einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,005 μm/μm2 besitzt. Somit können mechanische Spannungen, die sich aus Differenzen der Wärmeausdehnungsraten zwischen der Galliumarsenid-Materialschicht und dem Siliciumsubstrat ergeben können, verringert werden. Die Verringerung der mechanischen Spannung in der Galliumarsenid-Materialschicht verringert die Tendenz, dass sich Risse bilden, was die Herstellung von Halbleitermaterialien ermöglicht, die Galliumnitridmaterialien mit weniger oder keinen Rissen aufweisen.
  • Die Zusammensetzung der Übergangsschicht über die Dicke der Schicht kann sich kontinuierlich oder diskontinuierlich ändern. Die Übergangsschicht kann eine Legierung aus Galliumnitrid umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht. Die Konzentration von Gallium in der Übergangsschicht kann sich ändern. Die Werte x und/oder y können sich von einem ersten Wert an einer hinteren Oberfläche der Übergangsschicht zu einem zweiten Wert an einer vorderen Oberfläche der Übergangsschicht ändern, wobei sich die hintere Oberfläche näher bei dem Substrat als die vordere Oberfläche befindet. Die Summe aus dem Wert von x und aus dem Wert von y an der hinteren Oberfläche kann größer als 0,4 sein und kann größer als 0,8 sein. Die Übergangsschicht kann an der hinteren Oberfläche der Übergangsschicht, die mit dem Substrat in Kontakt ist, AlxIn(1-x)N enthalten. Die Summe aus dem Wert von x und aus dem Wert von y an der vorderen Oberfläche kann kleiner als 0,3 sein. Die Übergangsschicht kann an einer vorderen Oberfläche der Übergangsschicht, die mit der Galliumnitridmaterial-Schicht in Kontakt ist, GaN aufweisen und ist an der hinteren Oberfläche der Übergangsschicht, die mit dem Substrat in Kontakt ist, frei von Gallium. Die Übergangsschicht kann AlxGa(1-x)N enthalten. Der Wert von x kann in einer von dem Substrat wegweisenden Richtung abnehmen. Der Wert von y bleibt über die Übergangsschicht hinweg konstant.
  • Die Übergangsschicht kann ein Übergitter umfassen. Das Übergitter kann ein Bragg-Reflektor sein. Das Übergitter kann eine Reihe von abwechselnden AlXInyGa(1-x-y)N- und AlaInbGa(1-a-b)N-Schichten enthalten. Die Werte von x, y, a bzw. b können über die jeweiligen Schichten hinweg konstant sein und die Dicke der jeweiligen Schichten kann sich über die Übergangsschicht hinweg ändern.
  • Die Übergangsschicht kann eine Dicke im Bereich von etwa 0,03 bis etwa 20 Mikrometer besitzen. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann GaN enthalten. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann AlxInyGa(1-x-y)N enthalten. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann eine Dicke von mehr als 0,75 Mikrometer besitzen. Das Halbleitermaterial kann eine Halbleitervorrichtung wie etwa eine LED, eine Laserdiode oder einen FET bilden.
  • Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,001 μm/μm2 haben oder im Wesentlichen frei von Rissen sein. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann monokristallin sein. Das Substrat kann eine Dicke von mehr als 250 Mikrometer besitzen. Das Substrat kann strukturiert sein. Das Substrat kann einen Siliciumwafer enthalten.
  • Die Zwischenschicht kann eine konstante Zusammensetzung besitzen. Die Zwischenschicht kann eine Legierung aus Galliumnitrid enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht. Die Zwischenschicht kann eine Dicke zwischen etwa 0,01 Mikrometer und 2,0 Mikrometer haben.
  • Die Übergangsschicht kann eine Galliumnitrid-Legierung enthalten. Die Zusammensetzung der Übergangsschicht kann sich über die gesamte Dicke der Übergangsschicht ändern. Die Zusammensetzung der Übergangsschicht kann sich nur über einen Teil der Dicke der Übergangsschicht ändern. Die Übergangsschicht kann direkt auf der Zwischenschicht ausgebildet sein. Die Summe x + y kann größer als 0,8 sein. Die Zwischenschicht kann Aluminiumnitrid enthalten.
  • Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann eine intrinsische Galliumnitridschicht und eine AlxGa(1-x)N-Schicht, die auf der intrinsischen Galliumnitridschicht ausgebildet ist, enthalten, wobei die AlXGa(1-x)N-Schicht 10–40 Gewichtsprozent Aluminium enthält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren gemäß Anspruch 44 für die Herstellung eines Halbleitermaterials geschaffen, das umfasst: Bilden einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht auf einem Substrat, das eine Siliciumschicht enthält, wobei die Übergangsschicht eine hintere Oberfläche und eine obere Oberfläche umfasst, wobei die Übergangsschicht eine Galliumnitrid-Legierung aufweist und die Galliumkonzentration in der Übergangsschicht von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche der Übergangsschicht zunimmt; und Bilden einer Galliumnitridmaterial-Schicht auf der Übergangsschicht, wobei die Schicht einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,005 μm/μm2 besitzt.
  • Die Zusammensetzung der Übergangsschicht kann sich über die Dicke der Schicht kontinuierlich ändern. Die Zusammensetzung der Übergangsschicht kann sich über die Dicke der Schicht diskontinuierlich ändern. Die Übergangsschicht kann eine Legierung aus Galliumnitrid enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht. Die Konzentration von Gallium in der Übergangsschicht kann sich ändern. Der Wert von x kann in einer von dem Substrat wegweisenden Richtung abnehmen. Die Übergangsschicht kann AlxGa(1-x)N enthalten. Die Übergangsschicht kann ein Übergitter enthalten, das eine Reihe von abwechselnden AlxInyGa(1-x-y)N- und AlaInbGa(1-a-b)N-Schichten enthält. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann GaN enthalten. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann AlxInyGa(1-x-y)N enthalten.
  • Das Verfahren kann ferner das Verarbeiten des Halbleitermaterials, um wenigstens eine Halbleitervorrichtung zu bilden, umfassen. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,001 μm/μm2 besitzen oder kann im Wesentlichen frei von Rissen sein. Die Galliumnitridmaterial-Schicht kann monokristallin sein.
  • Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der:
  • 1 ein Halbleitermaterial veranschaulicht, das eine hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 2A bis 2I beispielhafte Profile der Konzentration eines Elements in Abhängigkeit von der Dicke über die hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht sind.
  • 3A und 3B ein Halbleitermaterial veranschaulichen, das eine Übergitterübergangsschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 4A und 4B beispielhafte Profile der Konzentration eines Elements in Abhängigkeit von der Dicke der Übergangsschichten in den Halbleitermaterialien der 3A bzw. 3B sind.
  • 5 ein strukturiertes Substrat veranschaulicht, das zur Bildung des Halbleitermaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 6 ein Halbleitermaterial, das zwischen dem Substrat und der Übergangsschicht eine Zwischenschicht enthält, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 7 eine LED veranschaulicht, die aus dem Halbleitermaterial gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist.
  • 8 eine Laserdiode veranschaulicht, die aus dem Halbleitermaterial gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist.
  • 9 einen FET veranschaulicht, der aus dem Halbleitermaterial gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist.
  • 10 ein Schliffbild der Oberfläche einer auf einem Siliciumsubstrat mit einer Übergangsschicht wie in Beispiel 1 beschrieben ausgebildeten Galliumnitridschicht ist.
  • 11 ein Schliffbild der Oberfläche einer auf einem Siliciumsubstrat ohne eine Übergangsschicht wie im Vergleichsbeispiel 2 beschrieben ausgebildeten Galliumnitridschicht ist.
  • Die Erfindung schafft Halbleitermaterialien, die eine Galliumnitridmaterial-Schicht enthalten, und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitermaterialien. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Galliumnitridmaterial" auf Galliumnitrid und auf irgendwelche seiner Legierungen wie etwa u. a. auf Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), auf Indiumgalliumnitrid (InyGa(1-y)N), auf Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlxInyGa(1-x-y)N), auf Galliumarsenidphosphoridnitrid (GaAsaPbN(1-a-b)), auf Aluminiumindiumgalliumarsenid-Phosphoridnitrid (AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b)). Wenn sie vorhanden sind, haben Arsen und/oder Phosphor üblicherweise niedrige Konzentrationen (d. h. weniger als 5 Gewichtsprozent).
  • Anhand von 1 ist ein Halbleitermaterial 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Halbleitermaterial 10 enthält eine Übergangsschicht 12, die auf einem Siliciumsubstrat 14 ausgebildet ist, und eine Galliumnitridmaterial-Schicht 16, die auf der Übergangsschicht ausgebildet ist. Wie im Folgenden beschrieben wird, ändert sich die Übergangsschicht 12 hinsichtlich der Zusammensetzung, um innere mechanische Spannungen in der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 zu verringern, die sich aus Differenzen zwischen den Wärmeausdehnungsraten des Substrats 14 und der Galliumnitridmaterial-Schicht ergeben können. Die inneren mechanischen Spannungen können z. B. entstehen, wenn das Halbleitermaterial 10 nach der Ablagerung der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 abgekühlt wird und sich das Substrat 14 schneller als die Galliumnitridmaterial-Schicht zusammenzieht. Im Ergebnis der verringerten internen mechanischen Spannungen kann eine Galliumnitridmaterial-Schicht 16 mit einem niedrigen Rissbildungsgrad ausgebildet werden, was das Halbleitermaterial 10 zur Verwendung in einer Anzahl von Anwendungen einschließlich FETs, LEDs, Laserdioden und dergleichen geeignet macht.
  • Wenn auf eine Schicht in der Weise Bezug genommen wird, dass sie "an" oder "auf" einer weiteren Schicht oder einem weiteren Substrat ist, kann sie selbstverständlich direkt an der Schicht oder dem Substrat sein oder kann außerdem eine Zwischenschicht vorhanden sein. Außerdem kann selbstverständlich dann, wenn auf eine Schicht in der Weise Bezug genommen wird, dass sie "an" oder "auf' einer weiteren Schicht oder einem weiteren Substrat ist, diese die gesamte Schicht oder das gesamte Substrat oder einen Abschnitt der Schicht oder des Substrats bedecken.
  • Wie der Ausdruck "hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Schicht" hier verwendet wird, bezieht er sich auf eine Schicht, die eine Zusammensetzung aufweist, die sich wenigstens über einen Abschnitt der Dicke der Schicht ändert. Somit enthält die Übergangsschicht 12 in der Schicht wenigstens zwei verschiedene Zusammensetzungen in verschiedenen Tiefen. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, kann die Zusammensetzung der Übergangsschicht 12 in einer Anzahl von Arten geändert werden. Es ist allgemein vorteilhaft, die Zusammensetzung der Übergangsschicht 12 in der Weise zu ändern, dass ausreichend Spannungsabbau geschaffen wird, um die Bildung von Rissen in der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Gemäß einer Menge von Ausführungsformen besteht die Übergangsschicht 12 aus einer Legierung aus Galliumnitrid wie etwa AlxInyGa(1-x-y)N, AlxGa(1-x)N und InyGa(1-y)N. Selbstverständlich können aber auch Übergangsschichten mit anderen Zusammensetzungen verwendet werden. In Ausführungsformen, die Legierungen von Galliumnitrid nutzen, wird die Konzentration wenigstens eines der Elemente (z. B. Ga, Al, In) der Legierung üblicherweise wenigstens über einen Abschnitt der Dicke der Übergangsschicht geändert. Wenn die Übergangsschicht 12 eine AlxInyGa(1-x-y)N-Zusammensetzung aufweist, werden x und/oder y geändert. Wenn die Übergangsschicht 12 eine AlxGa(1-x)N-Zusammensetzung aufweist, wird x geändert. Wenn die Übergangsschicht 12 eine InyGa(1-y)N-Zusammensetzung aufweist, wird y geändert.
  • Die Übergangsschicht 12 weist auf der hinteren Oberfläche 18 eine niedrige Galliumkonzentration auf und weist auf der vorderen Oberfläche 20 eine hohe Galliumkonzentration auf. Es ist festgestellt worden, dass solche Übergangsschichten bei der Entlastung innerer mechanischer Spannungen in der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 besonders wirksam sind. Die Verringerung der Galliumkonzentration einer Galliumnitrid-Legierungs-Übergangsschicht kann veranlassen, dass die Wärmeausdehnungsrate der Legierung ähnlicher der Wärmeausdehnungsrate von Silicium wird. Wie im Folgenden beschrieben wird, enthält die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 üblicherweise eine hohe Galliumkonzentration. Somit kann das Erhöhen der Konzentration des Galliums in der Übergangsschicht 12 die Wärmeausdehnungsrate der Legierung ähnlicher der Wärmeausdehnungsrate der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 machen. Da die hintere Oberfläche 18 eine verhältnismäßig ähnliche Wärmeausdehnungsrate wie das Substrat 14 hat, während die vordere Oberfläche 20 eine verhältnismäßig ähnliche Wärmeausdehnungsrate wie die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 hat, wird davon ausgegangen, dass eine wirksame Zugentlastung erzielbar ist.
  • In einigen Fällen ist die Summe (x + y) auf der hinteren Oberfläche 18 höher als 0,4, höher als 0,6, höher als 0,8 oder noch höher. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist auf der hinteren Oberfläche 18 (x + y) = 1, sodass die Übergangsschicht 12 auf der hinteren Oberfläche frei von Gallium ist. In einigen Fällen ist die Summe (x + y) auf der vorderen Oberfläche 20 kleiner als 0,3, kleiner als 0,2 oder sogar noch kleiner. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist auf der vorderen Oberfläche 20 die Summe (x + y) = 0, sodass die Übergangsschicht 12 auf der vorderen Oberfläche eine Zusammensetzung GaN hat. Besonders bevorzugt kann es sein, dass die Übergangsschicht 12 auf der vorderen Oberfläche 20 eine Zusammensetzung GaN hat, wenn die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine Zusammensetzung GaN hat. Wenn die Galliumnitridmaterial-Schicht in anderen Fällen aus einer Legierung aus GaN zusammengesetzt ist, kann es bevorzugt sein, dass die Zusammensetzung der Übergangsschicht 12 auf der vorderen Oberfläche 20 die gleiche wie die Zusammensetzung der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 ist. In einigen Fällen ist die Übergangsschicht 12 auf der hinteren Oberfläche 18 frei von Gallium und besitzt auf der vorderen Oberfläche 20 eine Zusammensetzung GaN.
  • Selbstverständlich wird der Wert von x (d. h. der Galliumkonzentration) in einer von dem Substrat wegweisenden Richtung erhöht.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass die Übergangsschicht 12 AlxGa(1-x)N umfasst. In diesen Fällen ist die Übergangsschicht frei von Indium. In anderen Fällen kann die Übergangsschicht 12 eine kleine Menge Indium, z. B. weniger als 10 Gewichtsprozent, enthalten. Wenn in der Übergangsschicht 12 Indium vorhanden ist (d. h. AlxInyGa(1-x-y)N), kann die Konzentration des Indiums (d. h. y) über die gesamte Übergangsschicht konstant bleiben, während sich die Konzentrationen des Galliums und des Aluminiums ändern.
  • Die Zusammensetzung in der Übergangsschicht 12 kann über ihre Dicke auf eine Anzahl verschiedener Arten geändert werden. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung über die gesamte Dicke oder nur über einen Abschnitt der Dicke kontinuierlich oder diskontinuierlich geändert werden. Wie oben beschrieben wurde, kann die Zusammensetzung durch Verändern der Konzentration eines oder mehrerer der Elemente (d. h. Ga, Al, In) geändert werden. Die 2A bis 2I veranschaulichen beispielhafte Arten, in denen die Zusammensetzung durch Verändern der Konzentration eines der Elemente in Abhängigkeit von der Dicke über die Übergangsschicht 12 geändert werden kann. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen repräsentieren die Profile die Konzentration des Galliums über die Dicke der Übergangsschicht 12, obgleich die Profile in anderen Ausführungsformen selbstverständlich die Konzentration anderer Elemente (d. h. Al oder In) repräsentieren können. Die Konvention in 2A bis 2I ist, dass die Dicke der Übergangsschicht 12 in der Richtung vom Substrat 14 weg zunimmt (d. h. auf der hinteren Oberfläche 18 ist t = 0 und auf der vorderen Oberfläche 20 ist t = 1).
  • 2A zeigt eine stufenweise Veränderung der Konzentration in Abhängigkeit von der Dicke, die mehrere Stufen enthält. 2B zeigt eine stufenweise Veränderung der Konzentration in Abhängigkeit von der Dicke, die zwei Stufen enthält. 2C zeigt eine sägezahnförmige Veränderung der Konzentration in Abhängigkeit von der Dicke. 2D zeigt eine kontinuierliche Veränderung der Konzentration mit einer konstanten Rate in Abhängigkeit von der Dicke. 2E zeigt eine kontinuierliche Veränderung der Konzentration mit einer konstanten Rate, die von einer von Null verschiedenen Konzentration beginnt. 2F und 2G zeigen kontinuierliche Veränderungen der Konzentration in Abhängigkeit von der Dicke mit exponentiellen Raten. 2H zeigt eine diskontinuierliche Veränderung der Konzentration in Abhängigkeit von der Dicke. 2I zeigt eine Veränderung der Konzentration über einen Abschnitt der Dicke der Übergangsschicht.
  • Selbstverständlich sollen die in den 2A bis 2I veranschaulichten Profile nur beispielhaft sein und kann die Zusammensetzung der Übergangsschicht 12 auf andere Arten geändert werden, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
  • Anhand der 3A und 3B kann die Übergangsschicht 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein hinsichtlich der Zusammensetzung sich änderndes Übergitter 22 einer gespannten Übergitterschicht sein. Das Übergitter 22 enthält abwechselnde Schichten 24a, 24b von Halbleiterverbindungen mit verschiedenen Zusammensetzungen. In einigen Fällen wird die Zusammensetzung über jede einzelne Schicht 24a, 24b hinweg gemäß irgendeiner der oben beschriebenen Arten verändert. In anderen Fällen ist die Zusammensetzung der einzelnen Schichten 24a, 24b über die Dicke der einzelnen Schichten, wie in den Konzentrationsprofilen der 4A und 4B gezeigt ist, konstant. Wie in 3B (und 4B) gezeigt ist, wird die Dicke der einzelnen Schichten 24a, 24b über die Übergangsschicht 12 verändert, um eine sich ändernde Zusammensetzung zu erzeugen.
  • Selbstverständlich kann das Übergitter 22 in einigen Ausführungsformen der Erfindung als ein Bragg-Reflektor wirken.
  • In einer bevorzugten Menge von Ausführungsformen umfasst das Übergitter 22 abwechselnde Schichten von Galliumnitrid-Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen. Zum Beispiel besitzt die Schicht 24a eine Zusammensetzung AlxInyGa(1-x-y)N und besitzt die Schicht 24b eine Zusammensetzung AlaInbGa(1-x-y)N, wobei x ≠ a und y ≠ b ist. In Fällen, in denen die Zusammensetzung über jede einzelne Schicht hinweg geändert wird, kann die Konzentration wenigstens eines der Elemente (d. h. Al, In, Ga) der Legierung gemäß einer der oben beschriebenen Arten verändert werden. In Fällen, in denen die Zusammensetzung der einzelnen Schichten 24a, 24b konstant ist (3B), ist die Galliumkonzentration in den einzelnen Schichten 24a, 24b üblicherweise verschieden.
  • Wie oben beschrieben wurde, gibt es an der hinteren Oberfläche 18 eine niedrige Galliumkonzentration und gibt es an der vorderen Oberfläche 20 eine hohe Galliumkonzentration. In Ausführungsformen, die als Übergangsschicht 12 ein Übergitter 22 nutzen, kann das Erhöhen der Galliumkonzentration in einer von der hinteren Oberfläche 18 wegweisenden Richtung dadurch ausgeführt werden, dass die Dicke der einzelnen Schichten verändert wird. Wie in den 3B und 4B gezeigt ist, weist die Schicht 24a eine niedrige Galliumkonzentration auf und weist die Schicht 24b eine hohe Galliumkonzentration auf. Wie gezeigt ist, sind in der Nähe der hinteren Oberfläche 18 die Schichten 24a verhältnismäßig dick und die Schichten 24b verhältnismäßig dünn. In einer von der hinteren Oberfläche 18 wegweisenden Richtung wird die Dicke der Schichten 24a verringert und wird die Dicke der Schichten 24b erhöht. Somit sind in der Nähe der vorderen Oberfläche 20 die Schichten 24a verhältnismäßig dünn und die Schichten 24b verhältnismäßig dick. Diese Struktur schafft auf der hinteren Oberfläche 18 eine niedrige Galliumkonzentration und auf der vorderen Oberfläche 20 eine hohe Galliumkonzentration.
  • Selbstverständlich kann die Übergangsschicht 12 aus einer Kombination einer einzelnen Schicht mit einer sich ändernden Zusammensetzung und aus einem Übergitter ausgebildet sein. In einigen Fällen wird das Übergitter auf der einzelnen hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Schicht ausgebildet. In anderen Fällen wird die einzelne, hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Schicht auf dem Übergitter ausgebildet.
  • Die Übergangsschicht 12 kann je nach der Anwendung eine Vielzahl von Dicken haben. Im Allgemeinen, jedoch nicht immer, besitzt die Übergangsschicht 12 eine Dicke von weniger als etwa 500 Mikrometer. In einigen Fällen sind verhältnismäßig dicke Übergangsschichten, z. B. zwischen etwa 2,0 Mikrometer und etwa 20 Mikrometer, bevorzugt. Wenn dicke Galliumnitridmaterial-Schichten (d. h. mehr als 5 Mikrometer) hergestellt werden, können dicke Übergangsschichten bevorzugt sein. In einigen Fällen können verhältnismäßig dünne Übergangsschichten, z. B. zwischen etwa 0,03 Mikrometer und etwa 2,0 Mikrometer, bevorzugt sein. Wenn als Übergangsschichten Übergitterstrukturen verwendet werden, hängt die Dicke der einzelnen Schichten 24a, 24b von der besonderen Anwendung ab. Üblicherweise kann die Dicke der einzelnen Schichten 24a, 24b zwischen etwa 0,001 Mikrometer und etwa 0,020 Mikrometer liegen. Wie oben beschrieben wurde, kann sich die Dicke der einzelnen Schichten über die Übergangsschicht 12 verändern (3B).
  • Die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 wird aus Galliumnitrid (GaN) oder aus irgendeiner seiner Legierungen einschließlich Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), Indiumgalliumnitrid (InyGa(1-y)N) und Aluminiumindium-Galliumnitrid (AlxInyGa(1-x-y)N), ausgebildet. Im Unterschied zu der Übergangsschicht 12 ist die Zusammensetzung der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 über ihre Dicke allgemein konstant. Somit sind x und/oder y allgemein festgesetzt, wenn Galliumnitridmaterial aus irgendeinem der oben erwähnten Verbundlegierungen ausgebildet wird. Selbstverständlich können z. B. im Ergebnis geringfügiger Ungleichförmigkeiten und Inhomogenitäten während des Aufwachsens kleine Veränderungen der Zusammensetzung der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 auftreten.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen weist die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine hohe Konzentration von Gallium auf und enthält wenig oder keine Mengen Aluminium und/oder Indium. In Ausführungsformen mit hoher Galliumkonzentration kann die Summe (x + y) kleiner als 0,4, kleiner als 0,2, kleiner als 0,1 oder noch kleiner sein. In einigen Fällen ist es bevorzugt, dass die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine Zusammensetzung GaN besitzt (d. h. x + y = 0).
  • Wie oben beschrieben wurde, besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 im Ergebnis der Fähigkeit der Übergangsschicht 12, mechanische Spannung zu entlasten, die sich aus Differenzen der Wärmeausdehnungsraten zwischen dem Siliciumsubstrat und dem Galliumnitridmaterial ergibt, einen niedrigen Rissbildungsgrad. Wie es hier verwendet wird, ist ein "Riss" ein linearer Bruch oder eine Spaltung mit einem Verhältnis der Länge zur Breite von mehr als 5:1, der bis zu der Oberfläche des Galliumnitridmaterials verläuft. Selbstverständlich kann ein Riss durch die gesamte Dicke des Galliumnitridmaterials verlaufen oder nicht verlaufen. Der "Rissbildungsgrad" ist als ein Gesamtmaß aller Risslängen in einem Galliumnitridmaterial pro Flächeneinheit definiert. Der Rissbildungsgrad kann in Einheiten von μm/μm2 ausgedrückt werden. Der Rissbildungsgrad eines Galliumnitridmaterials kann z. B. unter Verwendung optischer Mikroskopietechniken gemessen werden. Um den Rissbildungsgrad zu bestimmen, wird die Länge aller Risse in einer gegebenen Fläche (d. h. 1 mm × 1 mm) miteinander addiert und durch den Gesamtflächeninhalt dividiert. Um einen Messwert zu liefern, der repräsentativ für das gesamte Galliumnitridmaterial ist, kann dieses Verfahren bei Bedarf an einer Anzahl von Orten wiederholt werden. Der Rissbildungsgrad an jedem Ort kann gemittelt werden, um einen Rissbildungsgrad für das Material zu liefern. Die Anzahl der Orte über die Oberfläche hängt von dem Betrag des Flächeninhalts des Galliumnitridmaterials ab. Wenn der Rissbildungsgrad eines Galliumnitridmaterials gemessen wird, werden in einem Gebiet in der Nähe der Kanten des Materials keine Messungen vorgenommen, was als ein Kantenausschluss bekannt ist. Der Nennkantenausschluss beträgt 5 mm von der Kante. Kanteneffekte in diesen Gebieten können zu erhöhten Rissbildungsgraden führen und werden üblicherweise für eine Vorrichtungsbildung nicht verwendet.
  • Vorteilhaft besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 einen niedrigen Rissbildungsgrad. In einigen Fällen besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,005 μm/μm2. In einigen Fällen hat das Galliumnitridmaterial einen sehr niedrigen Rissbildungsgrad von weniger als 0,001 μm/μm2. In bestimmten Fällen kann es bevorzugt sein, dass die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 im Wesentlichen rissfrei ist, wie es durch einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,0001 μm/μm2 definiert ist.
  • Vorzugsweise besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine monokristalline Struktur. In bevorzugten Fällen besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine (hexagonale) Wurtzitstruktur. Vorzugsweise besitzt die gesamte Galliumnitridmaterial-Schicht eine Wurtzitstruktur. Allgemein besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine ausreichend hohe Qualität, um die Bildung von Vorrichtungen darin zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine verhältnismäßig niedrige Menge von Defekten (z. B. weniger als 109 cm–2), die sich z. B. aus der Gitterfehlanpassung zwischen Galliumnitrid und Silicium ergeben.
  • Die Dicke der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 wird teilweise durch die Anforderungen der spezifischen Anwendung vorgeschrieben. In Anwendungen, in denen Galliumnitridmaterial als eine Vorrichtungsschicht verwendet wird, reicht die Dicke aus, um die Bildung der Vorrichtung zu ermöglichen. Im Allgemeinen, jedoch nicht immer, besitzt die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine Dicke von mehr als 0,1 Mikrometer. In anderen Fällen können dickere Galliumnitridmaterial-Schichten wie etwa Dicken größer als 0,5 Mikrometer, größer als 0,75 Mikrometer, größer als 1,0 Mikrometer, größer als 2,0 Mikrometer oder sogar größer als 5,0 Mikrometer erwünscht sein. Wegen der Anwesenheit der Übergangsschicht 12 können sogar dicke Galliumnitridmaterial-Schichten 16 bei niedrigen Rissdichten erreichbar sein. Wegen der Tendenz der Defekte, einander auszulöschen, während sie sich vertikal durch die Schicht fortpflanzen, können die oberen Gebiete der Schicht in verhältnismäßig dicken Galliumnitridschichten niedrige Mengen von Defekten enthalten. Somit kann die Verwendung dicker Galliumnitridschichten in diesen Fällen die Vorrichtungsfunktion verbessern.
  • Das Siliciumsubstrat 14 wird üblicherweise aus hochwertigem Einkristallsilicium ausgebildet, wie es im Gebiet leicht verfügbar ist. Es können Siliciumsubstrate 14 mit verschiedenen kristallographischen Orientierungen verwendet werden. In einigen Fällen sind Silicium-(111)-Substrate bevorzugt. In anderen Fällen sind Silicium-(100)-Substrate bevorzugt. Die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 mit einer Wurtzitstruktur kann unter Verwendung der Übergangsschicht 12 auf Silicium-(111)-Substraten und auf Silicium-(100)-Substraten aufgewachsen werden. Da herkömmliche Techniken allgemein zu Galliumnitridmaterialien mit einem Gemisch aus Zinkblendestrukturen (kubischen Strukturen) und Wurtzitstrukturen führen, wenn sie auf Silicium-(100)-Substraten aufgewachsen werden, ist es besonders überraschend, dass die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 mit einer Wurtzitstruktur auf Silicium-(100)-Substraten aufgewachsen werden kann.
  • Das Siliciumsubstrat kann irgendwelche Dimensionen haben, wie sie im Gebiet verwendet werden. Geeignete Durchmesser enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, 2 Zoll, 4 Zoll, 6 Zoll und 8 Zoll. In einigen Ausführungsformen ist das Siliciumsubstrat 14 verhältnismäßig dick, z. B. mehr als 250 Mikrometer. Dickere Substrate können im Allgemeinen dem Biegen widerstehen, das in dünneren Substraten in einigen Fällen auftreten kann.
  • Wie es hier verwendet wird, bezieht sich das Siliciumsubstrat 14 auf irgendein Substrat, das eine Siliciumschicht enthält. Beispiele geeigneter Siliciumsubstrate enthalten u. a. Substrate, die vollständig aus Silicium zusammengesetzt sind (z. B. Grundmaterial-Siliciumwafer), Silicium-auf-Isolator-Substrate (SOI-Substrate); Silicium-auf-Saphir-Substrat (SOS) und SIMOX-Substrate. Außerdem enthalten geeignete Siliciumsubstrate Substrate, die einen Siliciumwafer besitzen, der mit einem weiteren Material wie etwa Diamant, AlN oder mit anderen polykristallinen Materialien verbunden ist.
  • Anhand von 5 ist das Siliciumsubstrat 14 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung strukturiert. Wie veranschaulicht ist, enthält das strukturierte Substrat 14 mehrere Säulen 24, die dazwischen Gräben 26 definieren. Eine solche Strukturierung kann unter Verwendung von selektivem Ätzen und/oder von selektiver Epitaxie geschaffen werden. Das Ätzen kann unter Verwendung von Standard-Trockenätztechniken oder -Nassätztechniken wie etwa mit einer Maske, die später entfernt werden kann, ausgeführt werden. In einigen Fällen werden zusammen mit den hier beschriebenen Übergangsschichten strukturierte Substrate verwendet, um Galliumnitridmaterial-Schichten mit sehr niedrigen Defektdichten (z. B. weniger als 107 cm–2) aufzuwachsen. Außerdem kann das Siliciumsubstrat 14 vorstrukturiert werden, damit es Maskenbereiche enthält, die selektiv Gebiete des Substrats freilegen, während sie andere Gebiete bedecken. Solche vorstrukturierten Substrate ermöglichen die Epitaxie selektiver Bereiche, die bei der Minimierung der Defektdichten vorteilhaft sein kann.
  • Anhand von 6 enthält das Halbleitermaterial 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen dem Siliciumsubstrat 14 und der Übergangsschicht 12 eine Zwischenschicht 28. Selbstverständlich kann die Zwischenschicht 28 ebenfalls zwischen der Übergangsschicht 12 und der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 positioniert sein. Wenn die Zwischenschicht 28 vorgesehen ist, kann sie die mechanische Spannung in der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 weiter entlasten. Die Zwischenschicht besitzt im Allgemeinen eine Dicke von weniger als etwa 500 Mikrometer und in einigen Fällen zwischen etwa 0,01 Mikrometer und etwa 2,0 Mikrometer. Die Anwesenheit der Zwischenschicht 28 kann eine Verringerung der Dicke der Übergangsschicht 12 zulassen. Die Zusammensetzung der Zwischenschicht ist über ihre gesamte Dicke allgemein konstant.
  • Die Zwischenschicht 28 kann z. B. aus einer GaN-Legierung wie etwa Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa(1-x)N), Indiumgalliumnitrid (InyGa(1-y)N) und Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlxInyGa(1-x-y)N) zusammengesetzt sein. In diesen Fällen kann die Summe (x + y) in der Zwischenschicht größer als 0,4, größer als 0,6, größer als 0,8, größer als 0,9 oder noch größer sein. In einigen bevorzugten Fällen ist die Zwischenschicht frei von Gallium und aus AlxInyN oder AlN zusammengesetzt. GaN-Legierungs-Zwischenschichten mit niedrigen Ga-Konzentrationen können wirksam bei der Entlastung mechanischer Spannungen sein, da sie eine Wärmeausdehnungsrate besitzen, die verhältnismäßig nahe zu der Wärmeausdehnungsrate des Siliciumsubstrats 14 ist.
  • Selbstverständlich kann die Zwischenschicht 28 in Übereinstimmung mit irgendeiner der hier beschriebenen Ausführungsformen einschließlich Ausführungsformen, die ein Übergitter als eine Übergangsschicht verwenden, genutzt werden. In Ausführungsformen, in denen die Übergangsschicht 12 eine einzelne hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Schicht und ein Übergitter enthält, kann die Zwischenschicht zwischen der hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Schicht und dem Übergitter positioniert sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann mehr als eine Zwischenschicht 28 mit anderen Zusammensetzungen bereitgestellt sein.
  • Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden die Übergangsschicht 12 und die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 unter Verwendung eines metallorganischen Verfahrens der Abscheidung aus der Gasphase (MOCVD) aufgewachsen. Selbstverständlich können andere geeignete Techniken, die im Gebiet bekannt sind, einschließlich Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hybridgasphasenepitaxie (HVPE) und dergleichen ebenfalls genutzt werden, um die Übergangsschicht 12 und die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 abzulagern.
  • Der MOCVD-Prozess umfasst allgemein das Einleiten verschiedener Quellgase in eine Umgebung (z. B. ein Prozesssystem) um ein Substrat und das Erzeugen von Bedingungen, die eine Reaktion zwischen den Gasen fördern, um eine Schicht auf der Substratoberfläche zu bilden. Die Reaktion schreitet fort, bis eine Schicht mit der gewünschten Dicke erzielt worden ist. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann die Zusammensetzung der Schicht durch mehrere Faktoren einschließlich der Gaszusammensetzung, der Gaskonzentration und der Reaktionsbedingungen (z. B. Temperatur und Druck) gesteuert werden.
  • Beispiele geeigneter Quellgase für das MOCVD-Aufwachsen der Übergangsschicht enthalten als Aluminiumquelle Trimethylaluminium (TMA) oder Triethylaluminium (TEA); als Indiumquelle Trimethylindium (TMI) oder Triethylindium (TEI); als Galliumquellen Trimethylgallium (TMG) oder Trimethylgallium (TEG); und als Stickstoffquelle Ammoniak (NH3). Das besondere verwendete Quellgas hängt von der gewünschten Zusammensetzung der Übergangsschicht ab. Zum Beispiel werden zur Ablagerung von Dünnschichten mit einer AlxGa(1-x)N-Zusammensetzung eine Aluminiumquelle (z. B. TMA oder TEA), eine Galliumquelle (TMG oder TEG) und eine Stickstoffquelle verwendet.
  • Die Durchflussmengen der Quellgase, die Verhältnisse der Quellgase und die absoluten Konzentrationen der Quellgase können so gesteuert werden, dass Übergangsschichten mit der gewünschten Zusammensetzung erzeugt werden. Typische TMA-Durchflussmengen für das Aufwachsen der AlxGa1-xN-Schichten liegen zwischen etwa 5 μmol/min und etwa 50 μmol/min, wobei in einigen Fällen eine Durchflussmenge von etwa 20 μmol/min bevorzugt ist; typische TMG-Durchflussmengen liegen zwischen etwa 5 μmol/min und 250 μmol/min, wobei eine Durchflussmenge von 115 μmol/min in einigen Fällen bevorzugt ist; und die Ammoniak-Durchflussmenge liegt üblicherweise zwischen etwa 3 slpm bis etwa 10 slpm. Die Reaktionstemperaturen liegen allgemein zwischen etwa 900°C und etwa 1200°C und die Prozessdrücke zwischen etwa 1 Torr und etwa 760 Torr. Selbstverständlich hängen die Prozessbedingungen und insbesondere die Durchflussmenge stark von der Prozesssystemkonfiguration ab. Systeme mit kleinerem Durchsatz erfordern üblicherweise weniger Durchfluss als Systeme mit größerem Durchsatz.
  • Die Prozessparameter werden geeignet eingestellt, um die Zusammensetzungsänderung der Übergangsschicht zu steuern. Die Zusammensetzung kann dadurch geändert werden, dass die Prozessbedingungen so geändert werden, dass das Aufwachsen bestimmter Zusammensetzungen bevorzugt wird. Um z. B. den Einbau von Gallium in die Übergangsschicht zu erhöhen und dadurch die Galliumkonzentration zu erhöhen, können die Durchflussmenge und/oder die Konzentration der Galliumquelle (z. B. TMG oder TEG) erhöht werden. Ähnlich können die Durchflussmenge und/oder die Konzentration der Aluminiumquelle (z. B. TMA oder TEA) erhöht werden, um den Einbau von Aluminium in die Übergangsschicht und dadurch die Aluminiumkonzentration zu erhöhen. Die Art, in der die Durchflussmenge und/oder die Konzentration der Quelle erhöht (oder verringert) wird, steuert die Art, in der die Zusammensetzung geändert wird. In anderen Ausführungsformen werden die Temperatur und/oder der Druck so eingestellt, dass das Aufwachsen einer bestimmten Verbindung bevorzugt wird. Aufwachstemperaturen und -drücke, die den Einbau von Gallium in die Übergangsschicht bevorzugen, unterscheiden sich von den Aufwachstemperaturen und -drücken, die den Einbau von Aluminium in die Übergangsschicht bevorzugten. Somit kann die Zusammensetzung durch geeignete Einstellung der Temperatur und des Drucks geändert werden.
  • Typische Aufwachsraten der Übergangsschicht liegen zwischen etwa 0,01 μm/h und etwa 3,0 μm/h. Die Aufwachsrate hängt von den Prozessparametern sowie von der Zusammensetzung der Schicht ab.
  • Außerdem können die Galliumnitridmaterial-Schicht (und Zwischenschichten, falls vorhanden) unter Verwendung eines MOCVD-Prozesses aufgewachsen werden. Der Prozess kann für die Ablagerung der Übergangsschicht ähnliche Quellgase und Prozessparameter nutzen wie die oben beschriebenen. Die bestimmten Quellgase und Prozessparameter werden auf der Grundlage der gewünschten Zusammensetzung ausgewählt. Allerdings werden die Prozessparameter bei der Ablagerung der Galliumnitridmaterial-Schicht (oder der Zwischenschicht) konstant gehalten, um eine Dünnschicht mit einer konstanten Zusammensetzung zu liefern.
  • Die Halbleitermaterialien der Erfindung können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. In einigen Fällen wird das Halbleitermaterial 10 unter Verwendung bekannter Techniken verarbeitet, um eine Halbleitervorrichtung zu bilden. In der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 können dotierte Gebiete ausgebildet werden und auf der Galliumnitridmaterial-Schicht können zusätzliche Schichten abgelagert werden, um die gewünschte Halbleiterstruktur herzustellen. In einigen Ausführungsformen wird die Galliumnitridmaterial-Schicht 16 unter Verwendung bekannter Techniken dotiert, um eine gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen.
  • Unter Verwendung des Halbleitermaterials 10 kann irgendeine geeignete im Gebiet bekannte Halbleitervorrichtung einschließlich elektronischer und optischer Vorrichtungen hergestellt werden. Beispielhafte Vorrichtungen enthalten u. a. LEDs, Laserdioden, FETs (z. B. HFETs).
  • 7 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte LED 30, die aus dem Halbleitermaterial 10 ausgebildet ist. Die LED 30 enthält die mit Silicium dotierte Galliumnitridmaterial-Schicht 16, die auf einer Übergangsschicht 12 auf dem Siliciumsubstrat 14 ausgebildet ist. In der veranschaulichenden Ausführungsform sind auf der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 nacheinander die folgenden Schichten ausgebildet: eine mit Silicium dotierte AlxGa(1-x)-Schicht 31 (die 0–20 Gew.-% Al enthält), einen einzelnen oder mehrfachen GaN/InGaN-Quantentopf 32, eine mit Magnesium dotierte AlxGa(1-x)N-Schicht 34 (die 10–20 Gew.-% Al enthält) und eine mit Magnesium dotierte GaN-Schicht 36. Die LED 30 enthält auf der mit Magnesium dotierten GaN-Schicht 36 einen p-Metallkontakt 38 und auf der mit Silicium dotierten Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine n-Metallkontakt-Anschlussfläche 39. Die LED 30 kann als eine Vielzahl verschiedener Strukturen vorgesehen sein, einschließlich: einer Doppelheterostruktur (z. B. Al > 0% in der Schicht 31), einer einzelnen Heterostruktur (z. B. Al = 0% in der Schicht 31), einer symmetrischen Struktur oder einer asymmetrischen Struktur. Selbstverständlich kann die LED eine Vielzahl verschiedener Strukturen aufweisen, wie sie dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind.
  • 8 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Laserdiode 40, die aus dem Halbleitermaterial 10 ausgebildet ist. Die Laserdiode 40 enthält eine mit Silicium dotierte Galliumnitridmaterial-Schicht 16, die auf der Übergangsschicht 12 auf dem Siliciumsubstrat 14 ausgebildet ist. In der veranschaulichenden Ausführungsform sind auf der Galliumnitridmaterial-Schicht 16 nacheinander die folgenden Schichten ausgebildet: eine mit Silicium dotierte AlxGa(1-x)N-Schicht 42 (die 5–30 Gew.-% Al enthält), eine mit Silicium dotierte AlxGa(1-x)N-Schicht 44 (die 0–20 Gew.-% Al enthält), einen einzelnen oder mehrfachen GaN/InGaN-Quantentopf 46, eine mit Magnesium dotierte AlxGa(1-x)N-Schicht 48 (die 5–20 Gew.-% Al enthält), eine mit Magnesium dotierte AlxGa(1-x)N-Schicht 50 (die 5–30 Gew.-% Al enthält) und eine mit Magnesium dotierte GaN-Schicht 52. Die Laserdiode 40 enthält auf der mit Magnesium dotierten GaN-Schicht 52 einen p-Metallkontakt 38 und auf der mit Silicium dotierten Galliumnitridmaterial-Schicht 16 eine n-Metallkontakt-Anschlussfläche 39. Selbstverständlich kann die Laserdiode 40 eine Vielzahl verschiedener Strukturen aufweisen, wie sie dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind.
  • 9 veranschaulicht schematisch einen FET 54 (z. B. einen HFET), der aus dem Halbleitermaterial 10 hergestellt ist. Der FET 54 enthält eine intrinsische Galliumnitridmaterial-Schicht 16, die auf der Übergangsschicht 12 auf dem Siliciumsubstrat 14 ausgebildet ist. Der FET 54 enthält eine AlxGa(1-x)N-Schicht 56 (die 10–40 Gew.-% Al enthält). Selbstverständlich kann der FET 54 eine Vielzahl verschiedener Strukturen aufweisen, wie sie dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind.
  • Die Funktion und der Vorteil dieser und weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beispielen umfassender verständlich. Die folgenden Beispiele sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, erläutern aber nicht den vollen Umfang der Erfindung.
  • Beispiel 1: Herstellung einer Galliumnitridschicht unter Verwendung einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirksamkeit einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht bei der Beschränkung der Anzahl der Risse in einem auf einem Siliciumsubstrat aufgewachsenen Galliumnitridmaterial.
  • Es wurde ein MOCVD-Prozess verwendet, um auf einem Siliciumsubstrat nacheinander eine AlN-Zwischenschicht, eine hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde AlxGa1-xN-Übergangsschicht und eine GaN-Schicht aufzuwachsen.
  • In einem MOCVD-System wurde ein Siliciumsubstrat mit einem Durchmesser von 2 Zoll und mit einer Dicke von 250 Mikrometer positioniert. Um die AlN-Zwischenschicht aufzuwachsen, wurde in das MOCVD-System mit einer Durchflussmenge von etwa 50 μmol/min Trimethylaluminiumgas (TMA) eingeleitet und wurde in das System mit einer Durchflussmenge von zwischen etwa 3 und etwa 10 slpm Ammoniakgas (NH3) eingeleitet. In dem System wurden eine Aufwachstemperatur von zwischen etwa 1000–1100°C und ein Aufwachsdruck von 30–200 Torr aufrechterhalten. Nach etwa 60 Minuten war auf dem Siliciumsubstrat eine AlN-Zwischenschicht mit einer Dicke von etwa 0,3 Mikrometer ausgebildet.
  • Nach dem Aufwachsen der Zwischenschicht wurde in das System mit einer Durchflussmenge von etwa 5 μmol/min Trimethylgallium (TMG) eingeleitet, um ein Verhältnis TMA:TMG von etwa 10:1 sicherzustellen. Um die hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht auszubilden, wurde die Durchflussmenge des TMA auf etwa 5 μmol/min verringert, während die Durchflussmenge des TMG auf etwa 115 μmol/min erhöht wurde. Während dieser Zeit wurde das Verhältnis von TMA:TMG von etwa 10:1 auf etwa 1:23 verringert. Nach etwa 30 Minuten war auf der Zwischenschicht eine hinsichtlich der Zusammenset zung sich ändernde Übergangsschicht mit einer Dicke von etwa 0,4 Mikrometer aufgewachsen worden.
  • Zum Aufwachsen der Galliumnitridschicht auf der Übergangsschicht wurde das Einleiten des TMA in das System angehalten und die TMG-Durchflussmenge auf etwa 115 μmol/min eingestellt. Die Durchflussmenge des Ammoniak wurde zwischen etwa 3 und etwa 10 slpm aufrechterhalten. Die Aufwachstemperatur wurde zwischen etwa 1000 und etwa 1050°C und der Aufwachsdruck zwischen etwa 30 und etwa 200 Torr aufrechterhalten. Nach etwa 45 Minuten war auf der hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht eine GaN-Schicht mit einer Dicke von etwa 1,5 Mikrometer aufgewachsen worden. Das Halbleitermaterial wurde im Ofen auf Zimmertemperatur abgekühlt und zur Analyse aus dem MOCVD-System entnommen.
  • Das resultierende Halbleitermaterial enthielt eine auf einem Siliciumsubstrat ausgebildete 0,3-Mikrometer-AlN-Zwischenschicht; eine auf der Zwischenschicht ausgebildete 0,4 Mikrometer dicke sich kontinuierlich ändernde AlxGa1-xN-Übergangsschicht; und eine auf der Übergangsschicht aufgewachsene 1,5-Mikrometer-GaN-Schicht. Die Zusammensetzung der AlxGa1-xN-Übergangsschicht war von x = 0,8 an der Verbindung mit der Zwischenschicht auf x = 0 an der Verbindung mit der GaN-Schicht geändert. Die GaN-Schicht hatte eine monokristalline Struktur.
  • Unter Verwendung einer Lichtmikroskoptechnik wurde der Rissbildungsgrad des Halbleitermaterials gemessen. Das Mikroskop war mit der Kamera ausgestattet, die Schliffbilder von der Oberfläche der GaN-Schicht aufnehmen kann. 10 ist ein Schliffbild, das eine repräsentative Fläche von etwas mehr als 1 mm2 auf der Oberfläche der GaN-Schicht zeigt. In der repräsentativen Fläche sind keine Risse sichtbar. Die Messungen wurden an mehreren weiteren Orten auf der Oberfläche der GaN-Schicht wiederholt, wobei ähnliche Ergebnisse erhalten wurden. Es wurde festgestellt, dass das Galliumnitridmaterial im Wesentlichen rissfrei ist, wie es durch einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,0001 μm/μm2 definiert ist.
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Fähigkeit zum Aufwachsen von Galliumnitridschichten mit einem niedrigen Rissbildungsgrad auf einem Siliciumsubstrat unter Verwendung einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht.
  • Vergleichsbeispiel 2: Herstellung einer Galliumnitridschicht ohne Verwendung einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Erzeugung von Rissen in einem Galliumnitridmaterial, das auf einem Siliciumsubstrat ohne Verwendung einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht aufgewachsen wird.
  • Es wurde ein MOCVD-Prozess verwendet, um auf einem Siliciumsubstrat nacheinander eine AlN-Zwischenschicht und eine GaN-Schicht aufzuwachsen.
  • In demselben MOCVD-System, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde ein Silicium-(111)-Substrat mit einem Durchmesser von 2 Zoll und mit einer Dicke von 250 Mikrometer positioniert. Im Wesentlichen unter Verwendung der gleichen Verarbeitungsbedingungen wie beim Aufwachsen der Zwischenschicht in Beispiel 1 wurde eine AlN-Zwischenschicht ausgebildet. Auf der Zwischenschicht wurde im Wesentlichen unter Verwendung der gleichen Verarbeitungsbedingungen wie beim Aufwachsen der GaN-Schicht in Beispiel 1 eine GaN-Schicht aufgewachsen. Eine hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht wurde nicht aufgewachsen. Das Halbleitermaterial wurde im Ofen auf Zimmertemperatur abgekühlt und zur Analyse aus dem MOCVD-System entnommen.
  • Das sich ergebende Halbleitermaterial enthielt eine auf dem Siliciumsubstrat ausgebildete 0,3-Mikrometer-AlN-Zwischenschicht und eine auf der Zwischenschicht aufgewachsene 1,5-Mikrometer-GaN-Schicht. Die GaN-Schicht hatte eine monokristalline Struktur.
  • Der Rissbildungsgrad der GaN-Schicht wurde unter Verwendung der gleichen Technik gemessen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. 11 ist ein Schliffbild, das eine repräsentative Fläche von etwas mehr als 1 mm2 auf der Oberfläche der GaN-Schicht zeigt. Es wurde die Länge jedes Risses in der Fläche gemessen und aufsummiert, um die Gesamtrisslänge zu bestimmen. Die Gesamtrisslänge wurde durch den Flächeninhalt dividiert, um den Rissbildungsgrad zu bestimmen. Die Messungen wurden an mehreren weiteren Orten auf der Oberfläche wiederholt und gemittelt, wobei sie einen Rissbildungsgrad der GaN-Schicht von etwa 0,007 μm/μm2 lieferten.
  • Dieses Vergleichsbeispiel veranschaulicht die Anwesenheit von Rissen in Galliumnitridschichten, die auf einem Siliciumsubstrat ohne Verwendung einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht aufgewachsen worden sind.
  • Für den Fachmann auf dem Gebiet ist leicht klar, dass alle hier aufgeführten Parameter beispielhaft sein sollen und dass die tatsächlichen Parameter von der spezifischen Anwendung abhängen, für die die Halbleitermaterialien und die Verfahren der Erfindung verwendet werden. Somit werden die vorstehenden Ausführungsformen selbstverständlich lediglich beispielhaft gegeben und kann die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Entsprechungen auf andere Weise als spezifisch beschrieben verwirklicht werden.

Claims (57)

  1. Halbleitermaterial (10), das umfasst: ein Siliciumsubstrat (14); eine hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernde Übergangsschicht (12), die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die Übergangsschicht eine hintere Oberfläche (18) und eine obere Oberfläche (20) aufweist, wobei die Übergangsschicht eine Galliumnitrid-Legierung aufweist und die Galliumkonzentration in der Übergangsschicht von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche der Übergangsschicht zunimmt; eine Zwischenschicht (28), die auf dem Substrat (14) und unter der Übergangsschicht (12) ausgebildet ist; und eine Galliumnitridmaterial-Schicht (16), die auf der Übergangsschicht ausgebildet ist, wobei die Galliumnitridmaterial-Schicht einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,005 μm/μm2 besitzt.
  2. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) über die Dicke der Schicht kontinuierlich ändert.
  3. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) über die Dicke der Schicht diskontinuierlich ändert.
  4. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Übergangsschicht (12) eine Legierung aus Galliumnitrid umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht.
  5. Halbleitermaterial nach Anspruch 4, bei dem sich die Konzentration von Gallium in der Übergangsschicht (12) ändert.
  6. Halbleitermaterial nach Anspruch 4, bei dem sich x und/oder y von einem ersten Wert an einer hinteren Oberfläche (18) der Übergangsschicht (12) zu einem zweiten Wert an einer vorderen Oberfläche (20) der Übergangsschicht ändern, wobei sich die hintere Oberfläche näher bei dem Substrat (14) als die vordere Oberfläche befindet.
  7. Halbleitermaterial nach Anspruch 6, bei dem die Summe aus dem Wert von x und aus dem Wert von y an der hinteren Oberfläche (18) größer als 0,4 ist.
  8. Halbleitermaterial nach Anspruch 6, bei dem die Summe aus dem Wert von x und aus dem Wert von y an der hinteren Oberfläche (18) größer als 0,8 ist.
  9. Halbleitermaterial nach Anspruch 6, bei dem die Übergangsschicht (12) an der hinteren Oberfläche (18) der Übergangsschicht, die mit dem Substrat (14) in Kontakt ist, AlxIn(1-x)N enthält.
  10. Halbleitermaterial nach Anspruch 6, bei dem die Summe aus dem Wert von x und aus dem Wert von y an der vorderen Oberfläche (20) kleiner als 0,3 ist.
  11. Halbleitermaterial nach Anspruch 6, bei dem die Übergangsschicht (12) an einer vorderen Oberfläche (20) der Übergangsschicht, die mit der Galliumnitridmaterial-Schicht (16) in Kontakt ist, GaN aufweist und an der hinteren Oberfläche der Übergangsschicht, die mit dem Substrat (14) in Kontakt ist, frei von Gallium ist.
  12. Halbleitermaterial nach Anspruch 4, bei dem die Übergangsschicht (12) AlxGa(1-x)N enthält.
  13. Halbleitermaterial nach Anspruch 4, bei dem der Wert von x in einer von dem Substrat (14) wegweisenden Richtung abnimmt.
  14. Halbleitermaterial nach Anspruch 4, bei dem der Wert von y über die Übergangsschicht (12) hinweg konstant bleibt.
  15. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Übergangsschicht (12) ein Übergitter (22) umfasst.
  16. Halbleitermaterial nach Anspruch 15, bei dem das Übergitter (22) ein Bragg-Reflektor ist.
  17. Halbleitermaterial nach Anspruch 15, bei dem das Übergitter (22) eine Reihe von abwechselnden AlxInyGa(1-x-y)N- und AlaInbGa(1-a-b)N-Schichten enthält.
  18. Halbleitermaterial nach Anspruch 17, bei dem die Werte von x, y, a bzw. b über die jeweiligen Schichten hinweg konstant sind und die Dicke der jeweiligen Schichten sich über die Übergangsschicht (12) hinweg ändert.
  19. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Übergangsschicht (12) eine Dicke im Bereich von etwa 0,03 bis etwa 20 Mikrometer besitzt.
  20. Halbleitermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (12) GaN enthält.
  21. Halbleitermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (12) AlxInyGa(1-x-y)N enthält.
  22. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) eine Dicke von mehr als 0,75 Mikrometer besitzt.
  23. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Halbleitermaterial eine Halbleitervorrichtung bildet.
  24. Halbleitermaterial nach Anspruch 23, wobei das Halbleitermaterial eine LED (30) bildet.
  25. Halbleitermaterial nach Anspruch 23, wobei das Halbleitermaterial eine Laserdiode (40) bildet.
  26. Halbleitermaterial nach Anspruch 23, wobei das Halbleitermaterial einen FET (54) bildet.
  27. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,001 μm/μm2 hat.
  28. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht im Wesentlichen frei von Rissen ist.
  29. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) monokristallin ist.
  30. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Substrat (14) eine Dicke von mehr als 250 Mikrometer besitzt.
  31. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Substrat (14) strukturiert ist.
  32. Halbleitermaterial nach Anspruch 31, bei dem die Zwischenschicht (28) eine konstante Zusammensetzung besitzt.
  33. Halbleitermaterial nach Anspruch 31, bei dem die Zwischenschicht (28) eine Legierung aus Galliumnitrid enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht.
  34. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Substrat (14) einen Siliciumwafer enthält.
  35. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Übergangsschicht (12) eine Galliumnitrid-Legierung enthält.
  36. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) über die gesamte Dicke der Übergangsschicht ändert.
  37. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) nur über einen Teil der Dicke der Übergangsschicht ändert.
  38. Halbleitermaterial nach Anspruch 31, bei dem die Übergangsschicht (12) direkt auf der Zwischenschicht (28) ausgebildet ist.
  39. Halbleitermaterial nach Anspruch 33, bei dem die Summe x + y größer als 0,8 ist.
  40. Halbleitermaterial nach Anspruch 31, bei dem die Zwischenschicht (28) Aluminiumnitrid enthält.
  41. Halbleitermaterial nach Anspruch 31, bei dem die Zwischenschicht (28) eine Dicke im Bereich von etwa 0,01 bis 2,0 Mikrometer besitzt.
  42. Halbleitermaterial nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) eine Dicke von mehr als 0,5 Mikrometer besitzt.
  43. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) eine intrinsische Galliumnitridschicht und eine AlxGa(1-x)N-Schicht, die auf der intrinsischen Galliumnitridschicht gebildet ist, enthält, wobei die AlxGa(1-x)N-Schicht 10–40 Gew.-% Aluminium enthält.
  44. Verfahren für die Herstellung eines Halbleitermaterials (10), das umfasst: Bilden einer hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändernden Übergangsschicht (12) auf einem Substrat (14), das eine Siliciumschicht enthält, wobei die Übergangsschicht eine hintere Oberfläche (18) und eine obere Oberfläche (20) umfasst, wobei die Übergangsschicht eine Galliumnitrid-Legierung aufweist und die Galliumkonzentration in der Übergangsschicht von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche der Übergangsschicht zunimmt; Bilden einer Zwischenschicht (28) auf dem Substrat (14) und unter der Übergangsschicht (12); und Bilden einer Galliumnitridmaterial-Schicht (16) auf der Übergangsschicht, wobei die Schicht einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,005 μm/μm2 besitzt.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) über die Dicke der Schicht kontinuierlich ändert.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem sich die Zusammensetzung der Übergangsschicht (12) über die Dicke der Schicht diskontinuierlich ändert.
  47. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 46, bei dem die Übergangsschicht (12) eine Legierung aus Galliumnitrid enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlxInyGa(1-x-y)N, InyGa(1-y)N und AlxGa(1-x)N besteht.
  48. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem sich die Konzentration von Gallium in der Übergangsschicht (12) ändert.
  49. Verfahren nach Anspruch 46, bei dem der Wert von x in einer von dem Substrat (14) wegweisenden Richtung abnimmt.
  50. Verfahren nach Anspruch 46, bei dem die Übergangsschicht (12) AlxGa(1-x)N enthält.
  51. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem die Übergangsschicht (12) ein Übergitter (22) enthält, das eine Reihe von abwechselnden AlxInyGa(1-x-y)N- und AlaInbGa(1-a-b)N-Schichten enthält.
  52. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 51, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) GaN enthält.
  53. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 51, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) AlxInyGa(1-x-y)N enthält.
  54. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 53, das ferner das Verarbeiten des Halbleitermaterials (10), um wenigstens eine Halbleitervorrichtung (30, 40, 54) zu bilden, umfasst.
  55. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 54, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) einen Rissbildungsgrad von weniger als 0,001 μm/μm2 besitzt.
  56. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 55, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) im Wesentlichen frei von Rissen ist.
  57. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 56, bei dem die Galliumnitridmaterial-Schicht (16) monokristallin ist.
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