(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程：
ａ）  シリコン表面（１ａ）を備えた支持体（１）を準備する工程、
ｂ）  前記支持体（１）の前記シリコン表面（１ａ）に、前記支持体（１）の主面に対して垂直に延びる積層方向（Ｈ）に沿って、アルミニウム、酸素及び窒素を含む核生成層（２１）を含む第１の層系（２）を堆積させる工程、
ｃ）  第１の層系（２）の、前記シリコン表面（１ａ）とは反対側の上面（２ａ）に、窒化ガリウムで形成されている３Ｄ−ＧａＮ層（３）を三次元的に成長させる工程、
ｄ）  前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）の、前記シリコン表面（１ａ）とは反対側の外側面（３ａ）に、窒化ガリウムで形成されている２Ｄ−ＧａＮ層（４）を二次元的に成長させる工程
を含み、ここで
−  前記第１の層系（２）、前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）及び前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）を含む積層体（１１）は、シリコンを含むマスク層を含まず、
−  前記第１の層系（２）、前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）及び前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）は、シリコンドーパントを含まず、
−  前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）と前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）とは同じ材料からなり、かつ
−  工程ｃ）において、前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）は、前記積層方向（Ｈ）に沿って延びる多数の多層の島々を有し、かつ第１の層系（２）の前記上面（２ａ）の、前記多数の多層の島々による不完全な被覆が生じる、
半導体素子の緩衝層としての層構造体（１０）の製造方法。
【請求項２】
−  工程ｄ）において、前記多数の多層の島々は、前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）により合体し、ここで前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）は、ところどころで、前記多層の島々の、第１の層系（２）の前記上面（２ａ）に対して傾斜して延びる側面（３１ｂ）に隣接し、それにより、第１の層系（２）の前記上面（２ａ）の完全な被覆が行われる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）における三次元的な成長の場合に、工程ｄ）における二次元的な成長と比べて、次の：
−  反応器温度の低下、
−  反応器圧力の上昇、及び／又は
−  Ｖ／ＩＩＩ比率の低下、
の成長条件の少なくとも１つを変更する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）における第１の層系（２）の堆積は、次の工程：
−  前記支持体（１）の前記シリコン表面（１ａ）に前記核生成層（２１）を成長させる工程、
−  前記核生成層（２１）の、前記シリコン表面（１ａ）とは反対側に、アルミニウム及び窒素を含む緩衝層（２２）を成長させる工程
を含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程ｂ）における第１の層系（２）の堆積は、更に、次の工程：
−  ＡｌxＧａyＮで形成されている勾配層（２３）を、前記緩衝層（２２）の、前記シリコン表面（１ａ）とは反対側に成長させ、ここで、アルミニウム原子の濃度割合ｘを前記積層方向（Ｈ）に沿って低下させ、かつガリウム原子の濃度割合ｙを前記積層方向（Ｈ）に沿って増大させる工程
を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程ｄ）における前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）の成長に引き続き、前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）の、前記シリコン表面（１ａ）とは反対側に第２の層系（５）を成長させ、ここで、第２の層系（５）は、
−  アルミニウム、ガリウム及び窒素を含み、
−  緩和層（５１）及び仮晶層（５２）を含み、ここで
−  前記緩和層（５１）は、前記仮晶層（５２）よりも高いアルミニウム割合を示し、
−  前記緩和層（５１）の成長を、前記仮晶層（５２）の成長の前に実施し、かつ
−  前記仮晶層（５２）は、圧縮応力がかけられている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記層構造体（１０）を前記方法の終わりに冷却し、前記層構造体（１０）の曲率は、積層方向（Ｈ）で見て、冷却（１０）前に凸型である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）及び前記２Ｄ−ＧａＮ層（２）は、冷却の前にそれぞれ圧縮応力がかけられている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記層構造体（１０）内へのシリコンの導入を、前記支持体（１）の前記シリコン表面（１ａ）を除いて、適切に回避する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記核生成層（２１）をＰＶＤ法により堆積させる、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記多層の島々は、少なくともところどころ相互に横方向に結合していない、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
−  シリコン表面（１ａ）を備えた支持体（１）と、
−  積層方向（Ｈ）で見て、前記支持体（１）の前記シリコン表面（１ａ）に配置されていて、
−  アルミニウム及び窒素を含む核生成層（２１）を備えた第１の層系（２）、
−  ＧａＮ層（３，４）
を含む積層体（１１）とを含み、ここで
−  前記積層方向（Ｈ）に沿って、前記積層体（１１）中の転位（６）の密度が低下していて、
−  前記積層体（１１）は、シリコンを含むマスク層を含まず、
−  第１の層系（２）及び前記ＧａＮ層（３，４）は、シリコンドーパントを含まず、
−  前記ＧａＮ層（３，４）は、同じ材料からなる３Ｄ−ＧａＮ層（３）と２Ｄ−ＧａＮ層（４）とを含み、かつ
−  前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）は、前記積層方向（Ｈ）に沿って延びる多数の多層の島々を有し、かつ第１の層系（２）の前記上面（２ａ）の、前記多数の多層の島々による不完全な被覆が生じる、
半導体素子の緩衝層としての層構造体（１０）。
【請求項１３】
転位密度の低下は、前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）と前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）との間の移行領域内で生じる、請求項１２に記載の層構造体（１０）。
【請求項１４】
前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）と前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）との間の移行領域内で、転位線（６）は、ところどころ積層方向（Ｈ）に対して横方向に延びる、請求項１２又は１３に記載の層構造体（１０）。
【請求項１５】
積層方向（Ｈ）で見て第１の層系（２）と前記ＧａＮ層（３，４）との全体の高さの最大１／５の高さに相当する領域内の転位密度は、高くても２×１０9ｃｍ-3の値に低減される、請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【請求項１６】
第１の層系は、ＡｌxＧａyＮで形成されている勾配層（２３）を含み、ここで、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１であり、前記勾配層（２３）中のアルミニウム原子の濃度割合ｘは前記積層方向（Ｈ）に沿って低下し、前記勾配層（２３）中のガリウム原子の濃度割合ｙは前記積層方向（Ｈ）に沿って増加する、請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【請求項１７】
前記積層体（１１）は、積層方向（Ｈ）で見て前記ＧａＮ層に後続する第２の層系（５）を含み、ここで、
−  積層方向（Ｈ）で見て第２の層系（５）の高さは、積層方向（Ｈ）で見て前記積層体（１１）の高さの少なくとも半分であり、
−  第２の層系（５）は、アルミニウム、ガリウム及び窒素を含み、かつ
−  第２の層系（５）は、緩和層（５１）及び仮晶層（５２）を含み、ここで、
−  前記緩和層（５１）は、前記仮晶層（５２）よりも高いアルミニウム割合を示し、
−  前記緩和層（５１）は積層方向（Ｈ）で見て前記仮晶層（５２）の前に配置されていて、かつ
−  前記緩和層（５１）は亀裂を含む、
請求項１２から１６までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【請求項１８】
前記ＧａＮ層（３，４）は、前記３Ｄ−ＧａＮ層（３）の領域内で、前記２Ｄ−ＧａＮ層（４）の領域内よりも高い炭素異種原子のバルク濃度を示す、請求項１２から１７までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【請求項１９】
前記層構造体（１０）は、冷却の前に、積層方向（Ｈ）で見て凸型に湾曲している、請求項１２から１８までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【請求項２０】
前記多層の島々は、少なくともところどころ相互に横方向に結合していない、請求項１２から１９までのいずれか１項に記載の層構造体（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
刊行物の独国特許出願公開１０２００６００８９２９号（DE 10 2006 008 929 A1）、独国特許出願公開１０２００９０４７８８１号（DE 10 2009 047 881 A1）、独国特許出願公開１０２０１００３５４８９号（DE 10 2010 035 489 A1）及び国際公開第２０１１／０３９１８１号（WO 2011/039181 A1）は、それぞれ半導体素子の緩衝層としての層構造体及び／又はこのような層構造体の製造方法を記載している。
【０００２】
解決すべき課題は、できる限り高い結晶質品質を示す、半導体素子の緩衝層としての層構造体の製造方法を提供することにある。別の解決すべき課題は、半導体素子用にできる限り高い結晶質品質を示す層構造体を提供することにある。
【０００３】
これ以降、例えば緩衝層のような層とは、特に積層体と考えることができる。
【０００４】
高い結晶質品質を示す層構造体は、特に、少なくとも層構造体の領域内で、例えば層構造体の空気及び／又は別の層に隣接する成長面で、結晶格子内の例えば転位、空格子点及び／又は欠陥のような結晶欠陥があまり存在しないことにより特徴付けられる。
【０００５】
半導体素子の緩衝層としての層構造体の製造方法が記載されている。この層構造体上に成長させることができる半導体素子は、例えばオプトエレクトロニクス半導体素子であるか又はエレクトロニクス半導体素子であってよい。この半導体素子は、特にガリウム及び／又は窒素を含む。例えば、この半導体素子は、フォトダイオード、発光ダイオード、レーザーダイオード、トランジスタ及び／又は集積回路である。一般に、この半導体素子は、例えばガリウム及び／又は窒素を含む素子であってよい。好ましくは、この半導体素子を層構造体上に成長させる。
【０００６】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、まず支持体を準備する。この支持体は、例えば、後続する方法工程で除去される一時的な支持体であるか、又は製造後に層構造体に残る支持体であってもよい。この支持体は、特に基板であってよい。
【０００７】
この支持体は、１つの主面を有し、この主面内で支持体は横方向に拡がっている。支持体は、主面に対して垂直に、垂直方向に厚みを示す。支持体の厚みは、横方向の支持体の最大の広がりと比べて小さい。支持体の主平面は、支持体のシリコン表面を形成する。主面に対して垂直方向に、層構造体の積層方向が延びる。
【０００８】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、支持体はシリコン表面を備える。この場合、支持体はほぼ完全にシリコンから形成されていてもよい。「ほぼ完全に」とは、これ以降、支持体の材料の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％がシリコンであることを意味することができる。支持体は、更に、特にシリコンからなることができる。これとは別に、支持体は複数の層から構成されていて、この場合、これらの層の１つが支持体の最も外側の層を形成することもできる。この最も外側の層は、シリコンにより形成されていてよい。特に、この最も外側の層は、ほぼ完全にシリコンから形成されているか又はシリコンからなっていてよい。最も外側の層の外側面が、支持体のシリコン表面を形成する。
【０００９】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、支持体のシリコン表面上に第１の層系が堆積される。この第１の層系は、アルミニウム及び窒素を含む核生成層を含む。特に、第１の層系の材料は、シリコン表面の材料の自然な格子定数とは異なる自然な格子定数を示す。特に、シリコン表面の材料の自然な格子定数は、第１の層系の材料の自然な格子定数よりも大きくてよい。材料の「自然な格子定数」は、この場合、使用した材料において、結晶化の際に理想的な条件下で、例えば応力の不在下で生じる格子定数であってよい。
【００１０】
この核生成層は、更にガリウムを含んでいてよい。この核生成層は、つまりＡｌnＧａmＮによって形成されていてよく、この場合、好ましくは０．９５≦ｎ≦１及び０≦ｍ≦０．０５である。換言すると、アルミニウム濃度ｎに対して、ガリウム濃度ｍは低く選択されている。例えば、核生成層中で、アルミニウム原子の５％がガリウム原子に置き換えられていてよい。更に、この核生成層は酸素を含んでいてよく、この場合、好ましくは、核生成層の酸素含有率は、酸素の適切な添加によって調節することができる。この核生成層は、特に製造方法において保護層として利用される、というのもシリコン表面上に、ガリウムを多く含む層を即座に成長させることは、反応室内を取り巻くプロセス条件下で、シリコン表面上での化学反応を引き起こし、かつこのシリコン表面の破壊を引き起こしかねないためである。
【００１１】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、第１の層系の、シリコン表面とは反対側の上面に３Ｄ−ＧａＮ層を成長させる。この３Ｄ−ＧａＮ層は、窒化ガリウムで形成されるか又は窒化ガリウムからなっていてよい。３Ｄ−ＧａＮ層の成長は、特に三次元的に行われる。換言すると、この成長条件は、この成長を、いわゆるフォルマー・ウェーバー（Volmer-Weber）成長モデル又はストランスキー・クラスタノフ（Stranski-Krastanov）成長モデルに従って記述できるように調節されている。
【００１２】
積層方向に沿った成長速度が、横方向に沿った成長速度と比べて高められていてよい。この三次元的な成長によって、第１の層系の上面の不完全な被覆が起こる。換言すると、この上面は、同時にところどころ覆われていてよくかつところどころ覆われずに開放されていてよい。特に、３Ｄ−ＧａＮ層は、それにより多数の多層の島々を示し、これらの島々は積層方向に沿って延びる。これらの多層の島々は、少なくともところどころ相互に横方向に結合していない。換言すると、これらの島々の少なくとも２つの間には、フリースペースが存在することが可能である。更に、大部分の島々の間にはそれぞれフリースペースが存在していることが可能である。「多層」とは、これ以後、これらの島々が、複数の、積み重なって成長したモノレイヤーを含むことを意味する。モノレイヤーとは、これ以後、層の高さが１原子又は１分子だけである、原子又は分子の一貫した層であると解釈される。特に、１つのモノレイヤー中では、同じ原子又は分子は積み重なっていない。この場合、各島々はそれぞれ、複数の、積み重なって成長したモノレイヤーを有し、この場合、それぞれの島々のモノレイヤーは、少なくとも一時的に隣接する島々のモノレイヤーと結合されていないことが可能である。
【００１３】
従って、三次元的な成長の場合に、モノレイヤーについて、閉じた二次元的なモノレイヤーは成長しない。むしろ、まず個々の島々が形成される。これらの個々の島は、三次元的な成長が時間的に長く続く場合に、これらの時間的に早くに成長したモノレイヤー、つまり支持体に対してわずかな距離にあるモノレイヤーで、横方向に一体化することになりかねない。ここに記載されたような、三次元的な成長が時間的に短く続く場合に、３Ｄ−ＧａＮ層の島々は横方向に相互に結合しない。つまり、三次元的な成長は、これらの島々が少なくともところどころ横方向に一体化される前に完了する。三次元的な成長の完了は、例えば、この成長条件を、３Ｄ−ＧａＮ層の後に成長する層の成長条件に変更することにより行うことができる。
【００１４】
特に、三次元的な成長の場合に、３Ｄ−ＧａＮ層の結晶構造がその自然な格子定数を示さず、第１の層系の上面の材料の自然な格子定数を採ることが可能である。「材料の自然な格子定数を採る」とは、これ以降、３Ｄ−ＧａＮ層の時間的に早くに成長したモノレイヤーが、つまり、積層方向で見て第１の層系の上面付近に存在するモノレイヤーが、少なくとも１つの空間方向に沿って、３Ｄ−ＧａＮ層の材料の上述の空間方向に沿った自然な格子定数と、第１の層系の上面の材料の上述の空間方向に沿った自然な格子定数との間の値にある格子定数を示すことを意味していてよい。「上述の空間方向」とは、好ましくは、製造許容差の範囲内で、主面に対して平行方向に延びる１つの空間方向である。自身の自然な格子定数との相違は、この場合、成長条件によって調節することができる。３Ｄ−ＧａＮ層の時間的に後に成長したモノレイヤーは、更に、製造許容差の範囲内で、３Ｄ−ＧａＮ層の材料の自然な格子定数に一致する少なくとも１つの格子定数を示すことができる。
【００１５】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、３Ｄ−ＧａＮ層の、シリコン表面とは反対側の外側面に、２Ｄ−ＧａＮ層を二次元的に成長させる。換言すると、３Ｄ−ＧａＮ層は、２Ｄ−ＧａＮ層の成長によって合体して、３Ｄ−ＧａＮ層と２Ｄ−ＧａＮ層とにより形成される全面的に形成されたＧａＮ層になる。従って、成長条件を二次元的な成長に変更することにより、３Ｄ−ＧａＮ層の合体により平坦な２Ｄ−ＧａＮ層が作製される。この２Ｄ−ＧａＮ層は、例えば窒化ガリウムで形成されている。二次元的な成長とは、これ以後、横方向に沿った成長速度が、積層方向に沿った成長速度よりも速いか又はちょうど同じであることであると解釈される。換言すると、この成長条件は、この成長が、いわゆるフランク・ファン・デル・メルベ（Frank-van-der-Merwe）成長モデルに従って記述することができるように調節される。
【００１６】
二次元的な成長の場合に、まず優先的に３Ｄ−ＧａＮ層の多層の島々の間のフリースペースが充填され、これらの島々の被覆は当初は極めて弱く、つまりわずかな成長速度で行われる。多層の島々の間のフリースペースが充填された後では、３Ｄ−ＧａＮ層の表面と、既に成長した２Ｄ−ＧａＮ層のモノレイヤーとの均一な被覆が行われるので、３Ｄ−ＧａＮ層の多層の島々は、２Ｄ−ＧａＮ層の二次元的な成長によって外側からはもはや自由に到達できず、全ての外側面は２Ｄ−ＧａＮ層によって覆われていてかつ２Ｄ−ＧａＮ層と直接接触する。
【００１７】
半導体素子の緩衝層としての層構造体を製造する方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、この方法は、次の工程：
ａ）  シリコン表面を備える支持体を準備する工程、
ｂ）  支持体のシリコン表面に、支持体の主面に対して垂直に延びる積層方向に沿って、アルミニウム、酸素及び窒素を含む核生成層を含む第１の層系を堆積させる工程、
ｃ）  第１の層系の、シリコン表面とは反対側の上面に、窒化ガリウムで形成されている３Ｄ−ＧａＮ層を三次元的に成長させる工程、
ｄ）  ３Ｄ−ＧａＮ層の、シリコン表面とは反対側の外側面に、窒化ガリウムで形成されている２Ｄ−ＧａＮ層を二次元的に成長させる工程
を含む。
【００１８】
これらの方法工程は、好ましくは記載された順序で実施される。
【００１９】
ここに記載された方法の場合に、時々、３Ｄ−ＧａＮ層の三次元的な成長により２Ｄ−ＧａＮ層の結晶構造中で、第１の層系の層と比較して低減された欠陥密度及び／又は低減された転位密度を示す２Ｄ−ＧａＮ層を後続して二次元的に成長させることが可能となるという着想が追求される。この層構造体は、更に、結晶構造中の先に挙げた欠陥及び／又は第１の層系及び／又は支持体の材料特性を緩衝することができ、それゆえ緩衝層として利用することができる。島々を作製するための三次元的な成長条件の選択が、この場合、マスク層の後の窒化ガリウム含有層の成長の代わりとなる。
【００２０】
これにより、例えば窒化ケイ素で形成されているマスク層は、ここに記載された層構造体の製造方法の場合には必要ない。ここでは、シリコン及び／又は窒化ケイ素を含むこのようなマスク層が、層構造体上に成長させた半導体素子の、マスク層を貫いて生じるｎ側の粗面化の場合に、制御しがたい障害を引き起こすことが確認された。更に、マスク層中に含まれるシリコンが、隣接する窒化ガリウム含有層内へ拡散することがあり及び／又は製造プロセスの間に反応器内にまだ存在するシリコン材料の連行を引き起こすことがある。これが上述の窒化ガリウム含有層の望ましくないドーピングを引き起こすことになりかねない。この窒化ガリウム含有層は、この場合に導電性となりかねない。層構造体の、特に第１の層系のシリコンによるこのようなドーピング、つまり半導体素子の後続する能動領域又は機能領域のための緩衝層のドーピングが、特にエレクトロニクス素子、例えばトランジスタの場合に故障を引き起こすことがある。
【００２１】
この層構造体、特に第１の層系、３Ｄ−ＧａＮ層及び２Ｄ−ＧａＮ層は、つまり、支持体のシリコン表面を除いて、シリコン不含であってよい。「シリコン不含」とは、これ以後、ケイ素原子を意図的に層構造体内へ導入せず、単に製造許容差の範囲内で層構造体中に不純物としてのみ存在することを意味することができる。
【００２２】
更に、ここに記載された方法により、半導体素子の成長のために準備された、層構造体の成長面の結晶構造内の格子欠陥を、マスク層として窒化ケイ素を備え、その他の点で同じ構造の層構造体の成長面と比べて低減させることが可能である。３Ｄ−ＧａＮ層は、ここでは特に、第１の層系の材料中に存在する、例えば欠陥及び転位、特に刃状転位の部分を含む転位のような格子欠陥の伝播を、２Ｄ−ＧａＮ層で防ぐために利用する。従って、この２Ｄ−ＧａＮ層は、３Ｄ−ＧａＮ層よりも特に転位を少なくすることができる。このような層構造体は、特に、半導体素子の機能層の材料が、緩衝層として機能する層構造体中での格子欠陥が低減されることに基づいて、高い結晶質品質を示すことができる半導体素子の機能層の成長を可能にする。
【００２３】
更に、冷却された状態で、わずかな曲率を示しかつ特に低い引張応力を示すか又は好ましくは引張応力を示さない層構造体を準備することができる。好ましくは、この層構造体は、凸型の曲率を示すか、曲率を示さないか、又は極めてわずかな凹型の曲率を示す。「凸型」及び「凹型」の記述は、これ以後、支持体の主面に関して見ることができる。層構造体が積層方向で見て正の曲率を示す場合に、凸型の曲率が存在する。凹型の曲率の場合は、従って積層方向で見て負の曲率が存在する。凹型の曲率の場合には、層構造体は引張応力がかけられていてよく、凸型の曲率の場合には圧縮応力がかけられていてよい。
【００２４】
引張応力は、ここに記載された層構造体の場合には望ましくない、というのも、層構造体のこのような引張応力の際に亀裂が形成されることがあるためである。このような亀裂は、成長させた半導体素子のエレクトロニクス層及びオプトエレクトロニクス層を破壊することがある。これは、半導体素子の故障リスクを高める結果となりかねない。
【００２５】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、工程ｃ）において成長した３Ｄ−ＧａＮ層は、積層方向に沿って延びる、多数の多層の島々を示す。この場合、特に、多数の多層の島々による第１の層系の上面の不完全な被覆が生じてよい。不完全な被覆とは、これ以後、下側の層、つまり積層方向で見て不完全に覆っている層の下位にある層が、ところどころ、上述の層を有していないことを意味する。これらの多層の島々は、この場合、多様なサイズを示していてよい。
【００２６】
多層の島々の側面は、時として、第１の層系の上面に対して傾斜して延びていてよい。例えば、これらの多層の島々は、断面図で見て、様式化された台形の形を示していてよい。換言すると、３Ｄ−ＧａＮ層の成長の完了後に、積層方向で見て第１の層系の上面付近に存在する多層の島々のモノレイヤーは、遠く離れたモノレイヤーよりも、横方向に大きな広がりを示していてよい。この様式化された台形の形状によって、特に、結晶格子中の転位の成長方向を変えることが可能である。例えば、第１の層系中に積層方向に沿って延びる転位は、３Ｄ−ＧａＮ層の島々の１つの中で成長方向が変わり、引き続き積層方向に対して横方向に延びることができる。
【００２７】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、工程ｄ）において、多数の多層の島々は２Ｄ−ＧａＮ層によって合体する。つまり、２Ｄ−ＧａＮ層は、工程ｄ）において多数の多層の島々及び第１の層系の上面を覆う。特に、この２Ｄ−ＧａＮ層は、多層の島々の側面に隣接する。２Ｄ−ＧａＮ層は、高い横方向の成長速度を示すため、２Ｄ−ＧａＮ層はまず、３Ｄ−ＧａＮ層の島々の間の中間スペース内でより早く成長（いわゆる合体）し、引き続き一層ずつ、例えば１つのモノレイヤーずつ成長する。
【００２８】
３Ｄ−ＧａＮ層のフィルター作用及び２Ｄ−ＧａＮ層の横方向の、つまり二次元的な成長により、欠陥密度又は転位密度の明らかな低減が生じる。島々の領域内の転位は、ところどころ、積層方向に対して横方向に、つまり支持体の主面方向の１つの方向に沿って延びるため、これらの転位を３Ｄ−ＧａＮ層及び２Ｄ−ＧａＮ層の間の移行領域で一体化することが可能である。これが転位の消滅を引き起こす。特に、３Ｄ−ＧａＮ層の領域内での転位消滅及びそれと関連する転位密度の低減は、トンネル電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定することができる。３Ｄ−ＧａＮ層は、従って、仕上がった物品に関しても検出することができる。
【００２９】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、工程ｃ）での３Ｄ−ＧａＮ層の三次元的な成長の際に、工程ｄ）での２Ｄ−ＧａＮ層の二次元的な成長と比較して、３つの成長条件のうちの少なくとも１つを次のように変更する：
−  反応器温度の低下、
−  反応器圧力の上昇及び／又は
−  Ｖ／ＩＩＩ比率の低下。
【００３０】
このＶ／ＩＩＩ比率は、この場合、反応室内での、Ｖ族原子、つまり窒素原子の、ＩＩＩ族原子、つまり例えばアルミニウム原子及びガリウム原子の元素に対する比率によって与えられる。
【００３１】
層構造体の層及び特に３Ｄ−ＧａＮ層の成長は、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって行うことができる。これらの層の成長は、更に、反応室中で、調節可能な反応器温度で、反応室中で別のガスとの関連で調節可能な反応器圧力を生じさせる１種以上の前駆体を用いて行われる。前駆体として、例えばアンモニア、トリエチルガリウム、トリメチルガリウム及び／又はトリメチルアルミニウムを使用することができる。
【００３２】
３Ｄ−ＧａＮ層の成長の際に、反応器温度は、好ましくは、２Ｄ−ＧａＮ層の成長の際の反応器温度よりも少なくとも３０℃低く設定される。例えば、反応器温度は、三次元的な成長の場合に１０２０℃であり、二次元的な成長の場合に１０６０℃である。特に、三次元的な成長の場合の反応器温度は、二次元的な成長の場合よりも低いことが可能である。例えば、反応器温度は、三次元的な成長の場合に９８０℃より高く、好ましくは１０００℃より高く、特に好ましくは１０２０℃よりも高い。更に、反応器温度は、二次元的な成長の場合に１０２０℃より高く、好ましくは１０４０℃より高く、特に好ましくは１０６０℃より高くてよい。
【００３３】
三次元的な成長の間の反応器圧力は、二次元的な成長の間の反応器圧力の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍高くてよい。例えば、三次元的な成長の場合の反応器圧力は、６００ｍｂａｒであり、二次元的な成長の場合の反応器圧力は、１００ｍｂａｒ〜２００ｍｂａｒの範囲内にあってよい。特に、高圧下での堆積により、３Ｄ−ＧａＮ層の三次元的なモルホロジーを形成することができる。
【００３４】
Ｖ／ＩＩＩ比率は、三次元的な成長の間に、例えば高くても５００であってよい。これは、反応室内へ供給されるＶ族原子（ここでは：窒素）のＩＩＩ族原子（ここでは：ガリウム）に対する比率が、高くても５００であることを意味する。これに比べて、二次元的な成長の場合のＶ／ＩＩＩ比率は、１０００以上の範囲内にあってよい。
【００３５】
成長条件の変更は、先に説明したように、例えば、３Ｄ−ＧａＮ層が工程ｃ）において三次元的な成長を引き起こす。特に、３Ｄ−ＧａＮ層は、変更された成長条件により及び／又は三次元的な成長により、工程ｄ）において二次元的に成長した２Ｄ−ＧａＮ層と比べて高い粗さを示してよい。工程ｃ）における三次元的な成長の間のＶ／ＩＩＩ比率の低減は、３Ｄ−ＧａＮ層中の炭素異種原子の割合の上昇を引き起こしてもよい。これは、選択された成長条件が、仕上がった物品に関して検出可能であってよいことを意味する。従って、３Ｄ−ＧａＮ層の領域内で層構造体は、２Ｄ−ＧａＮ層の領域内よりも高められた炭素割合を示してよい。
【００３６】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、工程ｂ）における第１の層系の堆積は次の工程を含む：
−  支持体のシリコン表面での核生成層の成長、
−  核生成層のシリコン表面とは反対側での、アルミニウム、酸素及び窒素を含む緩衝層の成長。
【００３７】
記載された工程は、好ましくは記載された順序で実施される。
【００３８】
第１の層系は、従って、核生成層の他に緩衝層を含んでいてよい。しかしながら、アルミニウム、酸素、ガリウム及び／又は窒素を含むことができる他の層も可能である。この場合、緩衝層は、核生成層と同じ材料から形成されていてよい。
【００３９】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、緩衝層のシリコン表面とは反対側に、ＡｌxＧａyＮで形成されている勾配層を成長させる。この勾配層は、同様に第１の層系の一部であってよい。この場合、アルミニウム原子の濃度割合ｘは、積層方向に沿って低下し、ガリウム原子の濃度割合ｙは、積層方向に沿って増加する。「濃度割合」及び「割合」はそれぞれ、これ以後、モル割合及び物質量割合であることができる。
【００４０】
特に、勾配層のアルミニウム割合を積層方向に沿って変化させることが可能である。特に、アルミニウム原子の割合を積層方向に沿って低減してもよい。この措置は、特に、勾配層の自然な格子定数が、主面に対して平行方向に延びる少なくとも１つの空間方向に沿って、シリコン表面に対して距離が離れると共に増大することを引き起こす。この場合、勾配層を含まない第１の層系と比較して、３Ｄ−ＧａＮ層及び２Ｄ−ＧａＮ層の自然な格子定数により良好に適合させることを可能にするために、勾配層の材料の自然な格子定数を連続的に変化させるという着想が追求される。更に、積層方向で見て支持体に対してより離れた距離を示す層内での欠陥の数を、この第１の層系によって減少させることができる。
【００４１】
例えば、時間的に早くに成長させた、つまりはシリコン表面付近にあるモノレイヤー中のアルミニウム及びガリウムの全体の濃度を基準としたアルミニウムの濃度ｘは、９５％であってよい。時間的に後に成長させたモノレイヤー中では、アルミニウム濃度は６０％であってよい。しかしながら、時間的に後に成長させたモノレイヤー中のアルミニウム及びガリウムの全体の濃度を基準としたアルミニウム割合は、０％にまで低下させることも可能である。
【００４２】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、工程ｄ）における２Ｄ−ＧａＮ層の成長に引き続き、２Ｄ−ＧａＮ層のシリコン表面とは反対側に、アルミニウム、ガリウム及び窒素を含む第２の層系を成長させる。第２の層系の、シリコン表面とは反対側の上面は、半導体素子の機能層のための成長面として利用することができる。この第２の層系は緩和層及び仮晶層を含み、この場合、緩和層の成長は、仮晶層の成長の前に行われる。
【００４３】
緩和層とは、これ以後、製造許容差の範囲内で、緩和層を構成する材料の自然な格子定数に一致する格子定数の領域を示す層であることを意味する。残りの領域では、この緩和層は、緩和層の材料の自然な格子定数と、仮晶層の材料の自然な格子定数との間にある格子定数を示してよい。このように部分的に緩和した成長を達成するために、緩和層の成長の間の成長条件を例えば次のように変更する。例えば、緩和層の成長の間に、低い反応器温度（いわゆる冷間成長）及び／又は反応室中での高いアルミニウム割合を調節してよい。更に、この緩和層は、好ましくは、積層方向に沿った緩和層の厚みが臨界膜厚を越えるように成長させる。この臨界膜厚からこの層は緩和されていてよい。
【００４４】
仮晶層は、少なくとも部分的に仮晶の結晶構造を示してよく、つまりこの仮晶層は、少なくとも部分的にその自然な格子定数及び／又は結晶構造を示さない。好ましくは、この仮晶層は成長の際に圧縮応力がかけられている。緩和層は、仮晶層よりも高いアルミニウム割合を示してよい。好ましくは、この緩和層は、積層方向で見て仮晶層よりも前に成長されていて、これらの層は互いに直接隣り合っている。
【００４５】
仮晶の成長の場合に、成長条件は、この仮晶層が、予め成長させた緩和層の材料の自然な格子定数を受け取るように調節される。ＡｌxＧａyＮで示される層の自然な格子定数は、アルミニウム割合ｘが低下すると共に増大するため、緩和層の自然な格子定数は、仮晶層の自然な格子定数よりも小さい。この仮晶層は、緩和層の自然の格子定数を受け取るため、好ましくは仮晶層の圧縮応力を引き起こしてよい。換言すると、まだ冷却されていない層構造体は、遅くとも第２の層系の成長の後に凸型の曲率を示す。仮晶の成長条件は、例えば、シリコンのようなドーパントをわずかに使用することによるか、又は一般にこの方法の工程ｄ）における二次元の成長と同じ成長条件で生じさせてよい。高いＶ／ＩＩＩ比率も、仮晶の成長条件を調節するためには役に立つことがある。
【００４６】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、３Ｄ−ＧａＮ層の多層の島々及び２Ｄ−ＧａＮ層は、層構造体の冷却の前にそれぞれ圧縮応力がかけられている。これは、３Ｄ−ＧａＮ層と２Ｄ−ＧａＮ層とから形成されているＧａＮ層の成長後に既に、成長した層内に圧縮応力が存在しているとを意味する。この圧縮応力は、例えば、窒化アルミニウム含有の第１の層系上でのＧａＮ層の成長にその起源があってよい。ＧａＮ層と第１の層系との異なる自然な格子定数に基づいて、ＧａＮ層の圧縮応力が生じる。この場合、マスク層を含む同等の層構造体に対して本質的な相違が生じる。マスク層の場合には、ＧａＮ層の自然な格子定数は、第１の層系によってほとんど影響を受けない。マスク層が存在しない場合には、自然な格子定数は著しく影響を受け、それにより冷却前に付加的な圧縮応力が生じる。これにより、冷却時の引張応力を回避することができる。
【００４７】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、この層構造体はこの方法の終わりに冷却され、その際、冷却前の層構造体の曲率は凸型である。この曲率の絶対値は、積層方向で見て例えば１．２ｍｍの支持体の高さでかつ積層方向で見て例えば５μｍの積層体の高さの場合に、例えば少なくとも７５ｋｍ-1であってよい。この層構造体の場合に、つまり前の層の圧縮応力に基づいて、少なくとも７５ｋｍ-1の凸型の曲率が形成される。冷却の際に、この凸型の曲率は、凹型の曲率及び／又はわずかに凸型の曲率に変わる。それにより、この層構造体の圧縮応力は除去される。特に、支持体と多様な窒化ガリウム含有層との異なる熱膨張係数は、この場合、層構造体の曲率、つまり圧縮応力の解消を引き起こす。支持体の材料は、この場合、支持体上に成長させた層の材料よりも低い熱膨張係数を示してよく、これにより冷却時に望ましくない引張応力が生じてよい。
【００４８】
方法の少なくとも１つの実施形態の場合に、支持体のシリコン表面を除いて、層構造体中へのシリコンの導入は適切に回避される。特に、層構造体は、シリコン含有マスク層を含まなくてよい。時として、シリコンがドーパントとして窒化ガリウム層内に組み込まれることは回避されるべきである。それにより、層構造体を通した漏れ電流、及びそれによる層構造体の望ましくない横方向電導（Querleitfaehigkeit）を回避することが可能である。
【００４９】
更に、半導体素子の緩衝層としての層構造体が記載される。この層構造体は、好ましくは、ここに記載された方法の一つによって製造可能であり、つまりこの方法について開示された全体の特徴は、層構造体にとっても開示されたものとしかつその逆も当てはまる。
【００５０】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、この層構造体は、シリコン表面を備えた支持体と、積層方向で見てこの支持体のシリコン表面に配置されている積層体を含む。この積層体は、アルミニウム及び窒素を含む核生成層を備えた第１の層系を含む。更に、この積層体は、窒化ガリウムで形成されているか又は窒化ガリウムからなるＧａＮ層を含む。結晶構造内の転位、特に積層体中の刃状転位、らせん転位及び／又は刃状転位の部分を含む転位の密度は、積層方向に沿って低下する。更に、積層体中の結晶欠陥の密度は、積層方向に沿って低下させることが可能である。換言すると、積層体の結晶品質は、積層方向に沿って向上する。
【００５１】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、この積層体は、シリコンを含むマスク層を含んでいない。特に、この積層体は、シリコンドーパントを含んでいない。このことは、シリコン表面を備えた支持体を除いて、製造許容差により引き起こされる意図しないシリコン汚染だけが層構造体中に存在することを意味する。従って、「シリコンを含まない」との概念は、半導体層の成長の際に半導体層中へ持ち込まれることがある製造−不純物の範囲内であると解釈される。
【００５２】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、ＧａＮ層は、３Ｄ−ＧａＮ層と２Ｄ−ＧａＮ層とを含む。転位密度の低減は、この場合、３Ｄ−ＧａＮ層と２Ｄ−ＧａＮ層との間の移行領域で行われる。転位密度の低減は、積層体の積層方向に沿ってＧａＮ層内の小さな領域内で行われる。この転位密度の急激な低減は、３Ｄ−ＧａＮ層から２Ｄ−ＧａＮ層への移行により生じる。
【００５３】
この層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、３Ｄ−ＧａＮ層と２Ｄ−ＧａＮ層との間の移行領域内で延びる転位線は、ところどころで積層方向に対して横方向に延びる。例えば、第１の層系の領域内の転位線は主に積層方向に沿って延びる。３Ｄ−ＧａＮ層の領域内では、上述の転位線は横方向に折れ曲がる。換言すると、この転位は、積層方向に対して次第に傾斜して延びる。これは転位線の一体化及びそれにより転位の消滅を可能にする。この消滅は、例えば、トンネル電子顕微鏡を用いて検出することができる。３Ｄ−ＧａＮ層の領域内で、つまり転位線は少なくともところどころで積層方向に対して横方向に延びる。
【００５４】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、積層方向で見て、第１の層系と、３Ｄ−ＧａＮ層と、２Ｄ−ＧａＮ層とを合わせた高さの最大１／５の高さに相当する領域内の転位密度は、高くても２×１０9ｃｍ-3の値に低下する。この転位密度は、つまり特に積層体の小さな領域内で低下する。例えば、３Ｄ−ＧａＮ層の高さは少なくとも２００ｎｍで、高くても３００ｎｍである。第１の層系の高さは合計で、例えば少なくとも１６００ｎｍで、高くても１８００ｎｍであってよい。
【００５５】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、第１の層系は、ＡｌxＧａyＮを含む勾配層を含み、この場合、勾配層のアルミニウム割合ｘは、積層方向に沿って低下し、かつ勾配層のガリウム割合ｙは、積層方向に沿って増大する。勾配層中のアルミニウム割合は、従って、支持体のシリコン表面に対して距離が離れると共に低下する。
【００５６】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、積層体は、積層方向で見てＧａＮ層に引き続き第２の層系を含む。この場合、積層方向で見た第２の層系の高さは、積層方向で見た積層体の高さの少なくとも半分である。例えば、積層体の高さは少なくとも５μｍで、高くても６μｍであってよく、第２の層系の高さは少なくとも４μｍで、高くても５μｍである。従って、この第２の層系は、層構造体の大部分を形成する。
【００５７】
第２の層系は、アルミニウム、ガリウム及び窒素を含む。この第２の層系は、更にインジウムを含んでいてよい。特に、第２の層系は、緩和層及び仮晶層を備えることができ、この緩和層は、仮晶層よりも多くのアルミニウムを含む。特に、仮晶層は、製造許容差の範囲内で、アルミニウムを含まなくてよい。好ましくは、この緩和層は、積層方向に沿って、仮晶層よりもシリコン表面付近に存在する。従って、この緩和層は積層方向で見て仮晶層の下位にある。
【００５８】
緩和層は、好ましくは亀裂を含む。換言すると、この緩和層は、緩和層が分断されている箇所を含む。主面に沿った緩和層による少なくとも１つの切断面は、従って、簡単にはまとまることはない。この箇所で、例えば仮晶層が緩和層内に侵入してよい。更に、緩和層の亀裂は、層構造体内に中空であることもできる。例えば、この中空は、空気のようなガスで充填されていてよい。この亀裂は、特に層の緩和する成長により引き起こされる。
【００５９】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、ＧａＮ層は、３Ｄ−ＧａＮ層の領域内で、２Ｄ−ＧａＮ層の領域内よりも高い炭素異種原子のバルク濃度を示す。この炭素異種原子の高いバルク濃度は、特に、３Ｄ−ＧａＮ層の特別に選択された成長条件により引き起こされる。よって、３Ｄ−ＧａＮ層の成長のために、極めて低いＶ／ＩＩＩ比率が用いられる。これは、時として、高い炭素割合を層内に持ち込む結果となる。
【００６０】
層構造体の少なくとも１つの実施形態の場合に、この層構造体は、積層方向で見て冷却過程の後に凸型に湾曲している。この曲率は特に極めてわずかであってよい。
【００６１】
次に、ここに記載された方法並びにここに記載された層構造体を、実施例及びそれに属する図面を用いて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ここに記載された方法及びここに記載された層構造体の実施例の図式的な断面図を示す。
【図２】ここに記載された方法及びここに記載された層構造体の実施例の図式的な断面図を示す。
【図３】ここに記載された層構造体の曲率測定及びＸ線回折測定の半値幅を示す。
【００６３】
同じ、同種の又は同じ作用の構成要素は、この図面中で同じ符号を備えている。図中に示された相互の構成要素の図及び縮尺は、原寸通りとは見なされない。むしろ、個々の構成要素は、表示の改善のため及び／又は理解しやすくするために、極端に大きく示されていてよい。
【００６４】
図１Ａの図式的な断面図を用いて、ここに記載された層構造体１０の製造方法の第１の方法工程が詳細に説明されている。この方法の場合に、まずシリコン表面１ａを備えた支持体１が準備される。この支持体を、次の層のための成長基板として用いる。
【００６５】
支持体１のシリコン表面１ａ上に、積層方向Ｈに沿って、核生成層２１、緩衝層２２を含む第１の層系２を成長させる。付加的に、図１Ａには、任意の勾配層２３が示されている。この第１の層系２は、この場合、アルミニウム、酸素、窒素及びガリウムを含んでいてよい。例えば、核生成層２１中のアルミニウム割合は、勾配層２３中のアルミニウム割合よりも高くてよい。特に、第１の層系２の、シリコン表面１ａの付近にある領域内のアルミニウム割合は、積層方向Ｈで見てこのシリコン表面１ａから更に離れている領域内のアルミニウム割合よりも高くてよい。特に、第１の層系２の、シリコン表面１ａの付近にある領域内のアルミニウム割合は、積層方向Ｈで見てこのシリコン表面１ａから更に離れている領域内のアルミニウム割合よりも高くてよい。更に、緩衝層２２は、核生成層２１と同様の材料から形成されていることができる。
【００６６】
第１の層系２の、シリコン表面１ａとは反対側の上面２ａに、今度は３Ｄ−ＧａＮ層３を三次元的に成長させる。３Ｄ−ＧａＮ層３の三次元的な成長により、積層方向Ｈで見て高さを有する島々３１が形成される。この場合、第１の層系２の上面２ａの、多数の多層の島々３１による不完全な被覆が生じる。この場合、わずかな島々３１が部分的に横方向に重なることが可能である。
【００６７】
図１Ｂは、層構造体１０の製造方法の更なる方法工程を示す。３Ｄ−ＧａＮ層３の、シリコン表面１ａとは反対側の外側面３ａに、今度は同様に窒化ガリウムを含む２Ｄ−ＧａＮ層４を二次元的に成長させる。この場合、２Ｄ−ＧａＮ層４は、島々３１の間の領域を充填する。従って、３Ｄ−ＧａＮ層３は、２Ｄ−ＧａＮ層によって合体される。つまり、この２Ｄ−ＧａＮ層４は、まず３Ｄ−ＧａＮ層３の島々３１の間の領域内で優先的に成長する。２Ｄ−ＧａＮ層４が、３Ｄ−ＧａＮ層３の島々３１の高さを越えると、２Ｄ−ＧａＮ層４は、二次元的に一体化される。それにより、まとまったＧａＮ層３，４が形成される。
【００６８】
２Ｄ−ＧａＮ層４の上面４ａに、第２の層系５を成長させる。この第２の層系５は、緩和層５１及び仮晶層５２を含む。この緩和層５１は、この場合、仮晶層５２よりも高いアルミニウム割合を示してよい。しかしながら、図面に示した場合とは異なり、第２の層系５を成長させないことも可能である。
【００６９】
従って、この第２の層系５の成長後に、層構造体１０の積層体１１が作製されている。この積層体１１は、第１の層系２、３Ｄ−ＧａＮ層３、２Ｄ−ＧａＮ層４及び第２の層系５を含む。３Ｄ−ＧａＮ層３と２Ｄ−ＧａＮ層４とは、特に同じ材料からなっていてもよい。従って、成長後に３Ｄ−ＧａＮ層３と２Ｄ−ＧａＮ層４とは一緒になって、ＧａＮ層３，４を形成する。３Ｄ−ＧａＮ層３の領域内で、この積層体１１は高い転位密度及び／又は高い割合の炭素異種原子を示してよい。これが、仕上がった物品に関しても３Ｄ−ＧａＮ層３と２Ｄ−ＧａＮ層４との区別を可能にする。
【００７０】
図２Ａ及び２Ｂによると、ここに記載された層構造体の別の実施例が詳細に説明されている。図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、層構造体１０の３Ｄ−ＧａＮ層３の２つの島３１の拡大図を示す。図２Ａ中では、２Ｄ−ＧａＮ層４′の成長が始まるが、ここでは島々３１の合体はまだ完全には終わっていない。２Ｄ−ＧａＮ層４′は、まず優先的に、多層の島々３１の側面３１ｂを覆う。従って、第１の層系２の上面２ａは、まだ完全には覆われていない。多層の島々３１の上面３１ａは、この図２Ａ中に示された方法段階で、２Ｄ−ＧａＮ層４′により少なくとも部分的に覆われていてよい。
【００７１】
第１の層系２から、転位６が、主に積層方向Ｈに沿って第１の層系２の上面２ａの方向に延びている。３Ｄ−ＧａＮ層３の島々の領域内で、第１の層系２の上面２ａに対して傾斜して転位の成長が行われる。転位６の斜め方向の延びは、例えば３Ｄ−ＧａＮ層内の結晶平面の方位の変化に由来してよい。この転位６の折れ曲がりは、従って、一方で結晶内で優先する成長方向の変化と関連することができる。他方では、この転位６は、転位６が側面３１ｂに対して極端に大きく離れていない場合に、それぞれの島々３１の露出する側面３１ｂの方向に進むことができる。
【００７２】
合体の場合に、予め折れ曲げられたか又は傾斜して延びる２つの転位６が出会う。これは、２つの転位６を３Ｄ−ＧａＮ層３の島々３１の間の中間領域内で、相互に消滅させることを可能にする。転位６のこのような消滅は、仕上がった層構造体１０に関して検出することができる。
【００７３】
図２Ｃの図式的な断面図により、ここに記載された層構造体１０の別の実施例を詳細に説明する。図２Ｃは、ここでは、層構造体１０を冷却する前の層構造体１０を示す。層構造体１０は、冷却前には凸型に湾曲している。図２Ｄは、冷却後の層構造体１０を示す。この場合、層構造体１０は、もはや凸型に湾曲しておらず、ほぼ平坦に延びるか又はわずかに凸型又はわずかに凹型な曲率を示すだけである。層構造体１０の冷却による凸型の曲率の低減は、層構造体１０の複数の層の熱膨張係数が異なることに起因する。特に、支持体１の材料の熱膨張係数は、層構造体１１の材料の熱膨張係数よりも低い。
【００７４】
図３Ａの例示された曲率測定により、層構造体１０のここに記載された製造方法の別の実施例が詳細に説明されている。図３Ａは、第１の測定曲線Ｋ１、第２の測定曲線Ｋ２及び第３の測定曲線Ｋ３を示し、これらはそれぞれ、プロセス時間ｔの関数としての層構造体の曲率Ｋを示す。プロセス時間は、この場合、任意単位（ａ．ｕ．）で示されている。まず、支持体１を約２０００秒間加熱する。引き続き、このプロセスを約２０００秒の時間で開始する。測定曲線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、１００００秒のプロセス時間までプロットしただけである。この時点で、層構造体１０が既に仕上がっている。引き続き、＞１００００秒の時間から、層構造体１０を冷却する。
【００７５】
第１の測定曲線Ｋ１は、ここに記載された方法で製造した層構造体１０の曲率を示し、この場合、核生成層２１はＰＶＤで堆積させた。第２の測定曲線Ｋ２は、同様にここに記載された方法で製造した層構造体１０の曲率を示し、この場合、核生成層２１はＭＯＣＶＤで堆積させた。第３の測定曲線Ｋ３は、３Ｄ−ＧａＮ層３の代わりに窒化ケイ素マスク層を備え、その他の点は構造的に同じ層構造体の曲率を示し、この場合、この層構造体の核生成層２１はＭＯＶＰＥで堆積させた。従って、測定曲線Ｋ２及びＫ３は互いに直接比較することができる。
【００７６】
第３の測定曲線Ｋ３の約２２００秒の時間での高いピークは、測定アーティファクトである。第１の、第２の、第３の開始点Ｋ１１、Ｋ２１、Ｋ３１は、３Ｄ−ＧａＮ層３の堆積又は測定曲線Ｋ３の場合には窒化ケイ素マスク層の堆積を開始するそれぞれの時点を標示する。第１の、第２の、第３の中間点Ｋ１２、Ｋ２２、Ｋ３２は、それぞれ仮晶層５２の堆積を開始する時点を標示する。
【００７７】
この第１の及び第２の測定曲線Ｋ１，Ｋ２は、第２の層系５の成長時に類似の勾配を示す。第１の及び第２の測定曲線Ｋ１，Ｋ２は、更に第３の測定曲線Ｋ３よりも高い勾配を示す。換言すると、第１の及び第２の測定曲線Ｋ１，Ｋ２の曲率は、第３の測定曲線Ｋ３の曲率よりも急速に増大する。この曲率の勾配は、層構造体１０の応力にほぼ相当する。正の勾配は、この場合、圧縮応力の凸型の曲率における曲率の変化と同一視することができる。曲率曲線の勾配が大きくなればそれだけ、第２の層系の場合のその下にある層の自然な格子定数の受け取りについての度合いが大きくなることができる。換言すると、曲率測定における比較的高い勾配は、相応して高い勾配を示すそれぞれの層の下にある層の自然な格子定数の割合を同様により高くすることができる。
【００７８】
従って、ここに記載された本発明による方法により製造された層構造体１０は、冷却前に比較的高い圧縮応力を示す。特に、ＰＶＤ法により堆積させた核生成層２１を含む層構造体１０は、この場合、高い圧縮応力を示す。それにより、冷却による引張応力に対抗することができる。
【００７９】
図３Ｂの半値幅（ＦＷＨＭ）により、ここに記載された層構造体１０の別の実施例が詳細に説明されている。この半値幅は、Ｘ線回折測定から明らかとなる。図３Ｂは、Ｘ線回折により測定した角度分布の第１の半値幅Ｋ２Ａ及び第２の半値幅Ｋ３Ａを示す。この場合、比較的高い結晶品質は、狭い角度分布を引き起こし、それによりわずかな半値幅を引き起こす。特に、層構造体の結晶格子内の欠陥及び転位の数の減少が、Ｘ線の散乱の低減を引き起こし、それによりＸ線回折測定の半値幅の低減を引き起こすことになる。半値幅Ｋ２Ａ，Ｋ３Ａは、それぞれアークセコンドで示されている。
【００８０】
第１の半値幅Ｋ２Ａは、ここに記載された方法を用いて製造した層構造体１０を用いて測定した。第２の半値幅Ｋ３Ａは、窒化ケイ素によるマスク層を備え、その他の点で同じ構造の層構造体を用いて測定した。第１の半値幅Ｋ２Ａは、第２の半値幅Ｋ３Ａよりも低い。従って、ここに記載された層構造体１０は、窒化ケイ素によるマスク層を備え、その他の点で同じ構造の層構造体よりも低い欠陥を示す。
【００８１】
ここに記載された層構造体１０の製造方法及びここに記載された層構造体１０のそれぞれはいくつかの利点を示す。このように、積層体１０は、シリコンを含むマスク層を含まない。特に、エレクトロニクス素子の構築のために、層構造体１１中での、特にＧａＮ層３，４中でのこのようなシリコン層は、半導体素子の層構造体のｎ側での不所望な横方向電導（Querleitfaehigkeit）を引き起こしかねない。更に、これらの層の圧縮応力は、既に極めて早い方法段階で発生する。これは、特に応力値の改善を引き起こし、それにより、層構造体中の、エレクトロニクス層及びオプトエレクトロニクス層を貫通しないが、表面層を破壊する亀裂を回避することができる。
【００８２】
特に、ここに記載された層構造体の結晶質品質は、シリコンを含むマスク層を備え、その他の点では構造が同じ層構造体の結晶質品質と少なくとも同じ程度良好である。
【００８３】
この特許出願は、独国特許出願第１０２０１４１０５３０３．６号（DE 10 2014 105 303.6）の優先権を主張し、この開示内容はこれにより引用によって取り込まれる。
【００８４】
本発明は、この実施例を用いた記載によってこの実施例の範囲に制限されるものではない。むしろ、本発明は、全ての新規の特徴並びにこれらの特徴の全ての組合せを含み、これは、特に、これらの特徴又はその組合せ自体が特許請求の範囲又は実施例に明確には記載されていない場合であっても、特許請求の範囲の特徴の全ての組合せを含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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