(57)【要約】      （修正有）【課題】高い費用効率で、材料を無駄にせずに製造可能な半導体層を提供する。【解決手段】第１の窒化物化合物半導体層１と、第２の窒化物化合物半導体層２と、第１のおよび第２の窒化物化合物半導体層の間に配置された中間層１０と、を含む半導体積層体であって、中間層および第２の窒化物化合物半導体層は、第１の窒化物化合物半導体層を起点に、半導体積層体の成長方向に連続的に配置され、かつ、互いに連続して直接隣接し、中間層の少なくとも一部の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なり、第２の窒化物化合物半導体層の少なくとも一部は、中間層に格子整合している、半導体積層体。【選択図】図３ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物化合物半導体層（１）と、第２の窒化物化合物半導体層（２）と、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の間に配置された中間層（１０）と、を含む半導体積層体（１００）であって、
−  前記中間層（１０）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）を起点に、前記半導体積層体（１００）の成長方向（Ｚ）に連続的に配置され、かつ、互いに連続して直接隣接し、
−  前記中間層（１０）の少なくとも一部の格子定数は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）の格子定数と異なり、
−  前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の少なくとも一部は、前記中間層（１０）に格子整合し、
前記中間層（１０）は、マイクロクラック（１１）を含み、
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）は、平面視における前記中間層（１０）の前記マイクロクラック（１１）と重なるキャビティ（３０）を有する、
半導体積層体（１００）。
【請求項２】
第１の窒化物化合物半導体層（１）と、第２の窒化物化合物半導体層（２）と、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の間に配置された中間層（１０）と、を含む半導体積層体（１００）であって、
−  前記中間層（１０）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）を起点に、前記半導体積層体（１００）の成長方向（Ｚ）に連続的に配置され、かつ、互いに連続して直接隣接し、
−  前記中間層（１０）の少なくとも一部の格子定数は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）の格子定数と異なり、
−  前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の少なくとも一部は、前記中間層（１０）に格子整合し、
前記中間層（１０）のアルミニウム含有量は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）のアルミニウム含有量よりも大きい、
半導体積層体（１００）。
【請求項３】
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）は、ＡｌｎＩｎｍＧａ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含むかまたはＡｌｎＩｎｍＧａ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）からなる窒化物化合物半導体材料を含み、
前記第２の窒化物化合物半導体層（２）は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含むかまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮからなるさらなる窒化物化合物半導体材料を含み、
前記中間層（１０）は、ＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）を含むかまたはＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）からなる窒化物化合物半導体材料を含む、
請求項１に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項４】
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）の前記窒化物化合物半導体材料および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の前記さらなる窒化物化合物半導体材料は、同一である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項５】
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）、前記中間層（１０）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）は、互いに連続して直接隣接する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項６】
前記中間層（１０）のアルミニウム含有量は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）のアルミニウム含有量よりも大きい、
請求項１に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項７】
前記中間層（１０）のアルミニウム含有量は、前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の前記成長方向において増加し、
前記アルミニウム含有量は、前記中間層（１０）内で１０％〜９５％の間であり、
前記中間層（１０）の層厚さは、少なくとも５ｎｍ〜最大で１００ｎｍの間である、
請求項２〜６のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項８】
前記中間層（１０）の格子定数は、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）および前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の格子定数よりも小さい、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項９】
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）は、マスキング層（２０）を含む、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項１０】
前記中間層（１０）の層厚さは、少なくとも５ｎｍ〜最大で１００ｎｍの間である、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項１１】
前記第２の窒化物化合物半導体層（２）は、成長後、圧縮歪を有する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項１２】
前記中間層（１０）は、マイクロクラック（１１）を含み、
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）は、平面視における前記中間層（１０）の前記マイクロクラック（１１）と重なるキャビティ（３０）を有する、
請求項２に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項１３】
前記半導体積層体（１００）は、電磁放射の受取りおよび／または生成に適し、また、前記第２の窒化物化合物半導体層（２）の前記中間層（１０）とは反対側の面上に配設された活性層（４）を含む、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体積層体（１００）。
【請求項１４】
前記第１の窒化物化合物半導体層（１）の前記キャビティ（３０）には、前記第１の窒化物化合物半導体層（１）が存在せず、また、前記活性層（４）において発生した電磁放射は、前記電磁放射が前記キャビティ（３０）の界面（３１）に出入射する際に屈折するように、前記キャビティ（３０）を通過する、
請求項１３に記載の半導体積層体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体積層体を特定する。半導体積層体は、エレクトロニクス半導体積層体、特に、オプトエレクトロニクス半導体積層体であり得る。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、半導体積層体の製造方法に関する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Physica Status Solidi c, No. 6, 1583-1606 (2003)/DOI 10.1002/pssc.200303122
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
達成しようとする目的の１つは、高い費用効率で、材料を無駄にせずに製造可能な半導体積層体を特定することである。
【０００５】
本半導体積層体の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、第１の窒化物化合物半導体層と、第２の窒化物化合物半導体層と、当該第１のおよび第２の窒化物化合物半導体層の間に配置された中間層とを含む。本明細書において、「窒化物化合物半導体層」および／または「中間層」は、半導体層であって、少なくともその一部が窒化物化合物半導体材料を含むかまたは窒化物化合物半導体材料からなる半導体層を意味するものと理解されたい。
【０００６】
「窒化物化合物半導体材料」は、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含むかまたはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）からなる半導体材料を意味するものと理解されたい。この場合、この材料は、必ずしも上記化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、この材料は、例えば、１種以上のドーパントおよび追加の構成元素を含むことができる。しかしながら、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）の一部分を微量のさらなる物質によって置換しかつ／または補うことができるとしても、簡潔にするために、上記化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）のみを含む。
【０００７】
第１の窒化物化合物半導体層および第２の窒化物化合物半導体層は、少なくとも一部において、互いに直接隣接しておらず、中間層によって互いに離間されている。すなわち、第１の窒化物化合物半導体層および第２の窒化物化合物半導体層は、それぞれ、特に、中間層と対向する面で中間層に直接隣接している。さらに、中間層にマイクロクラックを形成し、中間層のマイクロクラックを介して、第２の窒化物化合物半導体層を、少なくとも部分的に第１の窒化物化合物半導体層の少なくとも一部に接続することが考えられる。
【０００８】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層および第２の窒化物化合物半導体層は、第１の窒化物化合物半導体層を起点に、半導体積層体の成長方向に連続的に配置され、かつ、互いに連続して直接隣接する。本明細書において、「成長方向」は、半導体積層体の成長方向を意味するものと理解されたい。
【０００９】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層の少なくとも一部の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なる。本明細書において、「格子定数」はまた、平均格子定数を意味するものと理解することもできる。
【００１０】
すなわち、中間層の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数に一致しない。中間層は、最初に、製造公差の範囲内で第１の窒化物化合物半導体層上に成長する。中間層は、成長中に特にマイクロクラックの形成を伴って緩和（relax）し、また、中間層の少なくとも一部は、中間層の特定の格子定数を有する。かかる特定の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なる。換言すれば、中間層は、第１の窒化物化合物半導体層の所定の格子定数の影響を最大限受けずに成長する。第１の窒化物化合物半導体層上の中間層の格子不整合成長は、特に中間層の成長工程中の工程パラメータによって、制御、影響、かつ／または、決定されることができる。
【００１１】
本明細書において、「成長」は、特に、化学蒸着（ＣＶＤ）、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等の物理蒸着によるエピタキシャル成長を意味するものと理解されたい。さらに、液相エピタキシ（ＬＰＥ）またはハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）も考えられる。成膜法、コーティング法、および／または成長法が半導体積層体の成長のために使用可能である。特に、ＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）、ＨＦＣＶＤ（熱フィラメントＣＶＤ）、ＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）、およびＡＰＣＶＤ（常圧ＣＶＤ）等の有利な別法を適宜含む化学蒸着（ＣＶＤ）が特に用いられる。本明細書において、「化学蒸着（ＣＶＤ）」または「物理蒸着」は、それぞれ、半導体積層体の成長のための基本原理として理解されるべきであり、したがって、これらの用語は、上記基本原理に基づくさらなる別法を含む。
【００１２】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第２の窒化物化合物半導体層は、少なくとも一部において、中間層と格子整合する。かかる文脈おいて、「格子整合」は、中間層の特定の格子定数の、第２の窒化物化合物半導体層の特定の格子定数に対する偏差が横方向の少なくとも一部において１％以下であることを意味するものと理解されたい。すなわち、第２の窒化物化合物半導体層は、製造公差の範囲内で、中間層の格子定数に基づき成長する。第２の窒化物化合物半導体層の中間層上での格子整合成長は、特に中間層上での成長工程中の工程パラメータによって、制御、影響、かつ／または、これを調整されることができる。
【００１３】
格子不整合成長とは、本明細書に記載の中間層の非擬似格子整合（non-pseudomorphic）成長を意味するものと理解されたい。格子整合成長とは、特に、本明細書に記載の第２の窒化物化合物半導体層の擬似格子整合（pseudomorphic）成長を意味するものと理解されたい。格子定数の横方向の拡大は、擬似格子整合成長中は維持される。格子定数の横方向に対する垂直方向の拡大は、特に、結晶中の原子結合および合力のために変化してもよく、この場合、ポアソン比で上記拡大を表すことができる。
【００１４】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体は、第１の窒化物化合物半導体層と、第２の窒化物化合物半導体層と、当該第１の窒化物化合物半導体層および当該第２の窒化物化合物半導体層の間に配置された中間層とを含み、この場合、中間層および第２の窒化物化合物半導体層は、第１の窒化物化合物半導体層を起点に、半導体積層の成長方向に連続的に配置され、かつ、互いに連続して直接隣接する。中間層の少なくとも一部の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なり、また、第２の窒化物化合物半導体層の少なくとも一部は、中間層と格子整合する。
【００１５】
窒化物化合物半導体材料を含むかまたは窒化物化合物半導体材料からなる窒化物化合物半導体層には、特に、成長中および特にシリコン成長基板等の市販の基板上での冷却中に高い応力がかかる。この応力は、特に、窒化物化合物半導体層にダメージを与え得る。特に、基板の格子の不一致、および、窒化物化合物半導体層の成長中（特に冷却中）の異なる熱膨張係数によって、窒化物化合物半導体層内にマクロクラックが生じる。特に、費用効率の高いシリコン成長基板上で窒化物化合物半導体材料をエピタキシャル成長させ、冷却することは、形成される積層体へのダメージなしには、容易に可能とはならない。一例として、かかるダメージは、マクロクラックとして現れ得る。シリコン成長基板には、サファイア基板等よりもずっと安価であるという利点がある。
【００１６】
本明細書において、「マクロクラック」は、半導体積層体を貫通して延在し、それにより、特に光生成ＬＥＤ構造を破壊するクラックを意味するものと理解されたい。本明細書において、「マイクロクラック」は、層または積層体、例えば、中間層内に形成され得るクラックを意味するものと理解されたい。換言すれば、マイクロクラックとマクロクラックとの主な違いは、本明細書に記載のマイクロクラックは、中間層内に生じ、中間層の周囲の窒化物化合物半導体層には、マイクロクラックが存在しないことである。中間層内に形成されるマイクロクラックは、マクロクラックと比べ、非常に密集して配置されている。
【００１７】
本明細書に記載の半導体積層体の場合、驚くべきことに、第２の窒化物化合物半導体層の成長のために設けられた中間層上に、第２の窒化物化合物半導体層が格子整合状態で成長する間、第２の窒化物化合物半導体層は、圧縮歪を伴って成長することが確認された。半導体積層体の完成後（特に冷却後）、圧縮歪は、生じる引張り歪を相殺する。マクロクラックは、半導体積層体内に生じない。特に、中間層内の検出可能なマイクロクラックは、かかる驚くべき結果の基礎となることができる。このマイクロクラックは、第１の窒化物化合物半導体層上での中間層の格子不整合成長または非擬似格子整合成長に基づく。中間層の格子不整合成長の結果、中間層内に本明細書に記載のマイクロクラックが形成される場合に、成長中、中間層は緩和する。
【００１８】
換言すれば、本明細書に記載の半導体積層体をシリコン成長基板上に非破壊的にエピタキシャル成長させることが可能である。すなわち、特に、本明細書に記載の半導体積層体を用いることによって、シリコン成長基板が使用可能である。この場合、エピタキシャル成長させた本半導体積層体は、サファイアまたは炭化ケイ素上に成長させた半導体積層体と同等である。
【００１９】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層は、窒化物化合物半導体材料を含み、この窒化物化合物半導体材料は、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含むかまたはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）からなり、第２の窒化物化合物半導体層は、さらなる窒化物化合物半導体材料を含み、このさらなる窒化物化合物半導体材料は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含むかまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなり、また、中間層は、窒化物化合物半導体材料を含み、この窒化物化合物半導体材料は、ＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）を含むかまたはＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）からなる。
【００２０】
インデックスｎ，ｍは、特に、インデックスｘ，ｙと異なってもよい。一例として、インデックスｎ，ｍは、それぞれ、インデックスｘ，ｙに対して互いに１０％異なる。アルミニウム含有量は、第１および第２の窒化物化合物半導体層内よりも中間層内において高い。さらに、本明細書に記載の窒化物化合物半導体材料は、例えば、活性層を形成するためにドープされていてもよい。一例として、第２の窒化物化合物半導体層は、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域を有することができ、この場合、活性層は、ｎ型ドープ領域とｐ型ドープ領域との間に形成される。
【００２１】
中間層は、完全に、例えば、ＡｌＮからなることができる。さらに、中間層は、特に、成長方向において「ｒ」が増加するＡｌｒＧａ１−ｒＮ（０＜ｒ≦１）の材料からなることができる。この場合、「ｒ」は、特に、０．１〜０．９５の間の値をとることができる。アルミニウム含有量の増加は、中間層の成長期間の増大に比例してもよく、または、中間層の厚みのアルミニウム含有量がより大きくなってもよい。換言すれば、中間層内のアルミニウム含有量に関して、アルミニウム含有量が成長期間の増大に伴って積層体の成長方向において増加する材料勾配（material gradient）が形成される。この成長パラメータは、中間層の緩和を誘発し、かつ、マイクロクラックが中間層内に形成される。このマイクロクラックは、特に、材料勾配に基づいていてもよい。
【００２２】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第２の窒化物化合物半導体層のシリコンドーピングの濃度は、例えば半導体積層体の成長方向において増加していてもよくかつ／または一定であってもよい。シリコンドーピングの結果として、特に、第２の窒化物化合物半導体層の電流分布を改善することができる。
【００２３】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層の窒化物化合物半導体材料、および、第２の窒化物化合物半導体層のさらなる窒化物化合物半導体材料は、同一である。換言すれば、第１の窒化物化合物半導体層のインデックスｎ，ｍは、第２の窒化物化合物半導体層のインデックスｘ，ｙと同じ値をとる。第１および第２の窒化物化合物半導体層に関して、「同一」は、製造公差の範囲内で同一の化学組成を意味するものと理解されたい。一例として、本明細書に記載の半導体積層体の構成をＧａＮ／ＡｌＮ／ＧａＮとすることができる（構成中のＧａＮは第１の窒化物化合物半導体層、ＡｌＮは中間層、ＧａＮは第２の窒化物化合物半導体層を示す）。
【００２４】
しかしながら、「同一」は、第１および第２の窒化物化合物半導体層の格子定数が、製造公差の範囲内で同一であることを意味しない。製造公差の範囲内で、擬似格子整合状態で成長した第１の窒化物化合物半導体層と非擬似格子整合状態で成長した第２の窒化物化合物半導体層とを原子組成の点で同一とすることができ、この場合、格子定数は異なる。
【００２５】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層は、マイクロクラックを含み、第２の窒化物化合物半導体層は、少なくとも一部のマイクロクラック内に存在する。中間層の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なる。すなわち、中間層は、格子不整合状態または非擬似格子整合状態で第１の窒化物化合物半導体層上に成長する。その結果、マイクロクラックは、層厚さの増加に伴い中間層内に形成され、このマイクロクラックは、中間層を少なくとも部分的に完全に貫通する。さらに、第２の窒化物化合物半導体層は、中間層内に形成されたマイクロクラックを介して、第１の窒化物化合物半導体層と接触していてもよい。
【００２６】
換言すれば、中間層は、少なくとも部分的に個別の中間層ブロック部および／または中間層島部を含み、これらは全体として中間層を表し、また、これらの少なくとも一部は、互いに直接接触していない。すなわち、第１の窒化物化合物半導体層は、中間層のマイクロクラックによって中間層を通過するプロセスガス等と直接接触することができる。
【００２７】
中間層上に格子整合状態で成長した第２の窒化物化合物半導体層は、マイクロクラック内、ならびに、中間層のマイクロクラックによって形成される個別の中間層ブロック部および／または中間層島部上に島部状に成長する。第２の窒化物化合物半導体層の成長期間の増加に伴い、第２の窒化物化合物半導体層の窒化物化合物半導体材料は、融合、結合、および／または、合一し、横方向に均質に形成された第２の窒化物化合物半導体層を形成する。第２の窒化物化合物半導体層の成長は、中間層のクラック内と中間層ブロック部および／または中間層島部上とで同時に開始される。
【００２８】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層のアルミニウム含有量は、第１の窒化物化合物半導体層および第２の窒化物化合物半導体層のアルミニウム含有量よりも大きい。一例として、中間層のアルミニウム含有量は、少なくとも８５％である。１００％のアルミニウム含有量も考え得る。すなわち、窒化物化合物半導体層は、製造公差の範囲内でガリウム元素を含まない。中間層内のアルミニウム含有量が高い結果、緩和状態の中間層の格子定数は、緩和状態の中間層に隣接する窒化物化合物半導体層の格子定数よりも小さい。すなわち、例えば、第１および第２の窒化物化合物半導体層にアルミニウムが存在しない場合、これらの層の格子定数は、緩和状態で、アルミニウムを含有する中間層の格子定数よりも大きい。
【００２９】
本明細書において、「緩和状態」は、本明細書に記載の各層の歪の無い状態を意味するものと理解されたい。
【００３０】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層および第２の窒化物化合物半導体層の格子定数よりも小さい。本明細書に記載の中間層のアルミニウム含有量が非常に高い結果、当該中間層の格子定数は、第１および第２の窒化物化合物半導体層の格子定数と比較して小さい。すなわち、中間層は、第１の窒化物化合物半導体層上での成長中、中間層のより小さい格子定数を維持する。しかしながら、第２の窒化物化合物半導体層の成長中、第２の窒化物化合物半導体層の少なくとも一部は、中間層の格子定数をとり、この格子定数は、第２の窒化物化合物半導体層の材料の通常の格子定数よりも小さい。その結果、第２の窒化物化合物半導体層は、中間層上に、圧縮歪を伴って（in a compressively strained fashion）成長する。
【００３１】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層は、マスキング層を含む。かかる文脈において「含む」は、マスキング層が第１の窒化物化合物半導体層内に形成される（一例として、マスキング層が第１の窒化物化合物半導体層内に一体化されるかもしくは埋設され、かつ／または、第１の窒化物化合物半導体層の２つの連続する層領域の間に成長する）ことを意味するものと理解されたい。
【００３２】
マスキング層は、特に、窒化ケイ素を含むかまたは窒化ケイ素からなる。マスキング層は、第１の窒化物化合物半導体層内の転位密度を低減することができる。さらに、マスキング層は、第１の窒化物化合物半導体層内の欠陥（ミスフィット）を減少させることができる。第１の窒化物化合物半導体層のマスキング層は、本半導体積層体の任意の構成要素であり、マスキング層の存在は、本明細書に記載の、圧縮歪を伴って成長した第２の窒化物化合物半導体層の驚くべき観測結果をもたらさない。
【００３３】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層の層厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍの間である。中間層の層厚さに関して本明細書中で示す範囲は、好ましくは、特に大きな圧縮歪を有する半導体積層体の製造に影響する。
【００３４】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第２の窒化物化合物半導体層には、第２の窒化物化合物半導体層の成長後、圧縮歪が生じる。第２の窒化物化合物半導体層の圧縮歪は、非擬似格子整合状態または格子不整合状態で成長した中間層、および、中間層のマイクロクラックによって誘発される。すなわち、第２の窒化物化合物半導体層の圧縮歪は、中間層上での第２の窒化物化合物半導体層の擬似格子整合成長または格子整合成長に基づく。第２の窒化物化合物半導体層の格子定数は、第２の窒化物化合物半導体層が圧縮歪を伴って成長するように、工程パラメータの結果として、成長時に中間層の格子定数に一致する。
【００３５】
本明細書において、「工程パラメータ」は、半導体層の成長前、成長中、または成長後に調整、変更、および／または制御可能な工程パラメータを意味するものと理解されたい。一例として、圧力、温度、使用される窒化物化合物半導体材料の個々の元素のガス流量、流速、および／または、成長率もしくは成長速度が、特に、本明細書に記載の窒化物化合物半導体層および中間層の格子整合成長または格子不整合成長に影響を及ぼすことができる工程パラメータであり得る。
【００３６】
第１および第２の窒化物化合物半導体層を形成するための成長工程は、トリメチルガリウムと、特に、反応炉中のＮＨ３流量によって決まるＶ／ＩＩＩ比とに基づくＧａＮ成長工程等によって説明可能である。
【００３７】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、中間層の非擬似格子整合成長のために、温度範囲を約８００℃〜約１１００℃に設定する。さらに、圧力を５０ｍｂａｒ〜１５０ｍｂａｒに設定し、また、５０〜５０００、特に好ましくは５０〜５００の範囲内の低Ｖ／ＩＩＩ比を設定する。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）のトリメチルアルミニウム（ＴＮＡｌ）に対する比が、中間層のアルミニウム含有量に関し、本明細書に記載の材料勾配を形成する。キャリアガス中の水素の割合は、中間層内の本明細書に記載のキャビティの所望の大きさに応じて変更することができる。次いで、第２の窒化物化合物半導体層を中間層上に、特に非ドープで成長させ、また、リアクタ動作ポイント（reactor operating point）は、ＧａＮ成長条件等に対応する。
【００３８】
特に、本明細書に記載の半導体層は、中間層に隣接する第２の窒化物化合物半導体層がドープされていない場合、大きな圧縮歪を構築することができる。その結果、半導体積層体の冷却中における、半導体積層体の補償作用を高めることができる。特に、第２の窒化物化合物半導体層の最初の堆積層であって、中間層内に直接成長する最初の堆積層が、非ドープで形成される場合であっても、本明細書に記載の圧縮歪は実現可能である。
【００３９】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層は、おける中間層のマイクロクラックと平面視で重なるキャビティを有する。中間層内に形成されるマイクロクラックは、中間層の少なくとも一部を途切れずに貫通して中間層内に形成される。このように、最初の中間層は、中間層の少なくとも一部の成長中にマイクロクラックの領域においてプロセスガスに直接接触している。中間層の成長中の水素等の対応するプロセスガスを選択するため、第１の窒化物化合物半導体層は、中間層の成長中に少なくとも１種のプロセスガスと反応することができる。一例として、第１の窒化物化合物半導体層は、水素と反応し、キャビティまたは空洞が形成される。
【００４０】
本明細書において、「平面視」は、半導体積層体の最大の横方向の広がりに平行な視野を意味するものと理解されたい。視野方向は、例えば、成長方向と反対方向である。
【００４１】
キャビティは、中間層の成長中および／または成長直後に形成される。第２の窒化物化合物半導体層が連続層を形成する場合、中間層のマイクロクラックは、第２の窒化物化合物半導体層に被覆され、プロセスガスは、マイクロクラックを通過して第１の窒化物化合物半導体層内に進入できない。
【００４２】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体は、電磁放射を受け取りかつ／または生成し、かつ、半導体積層体の成長方向において第２の窒化物化合物半導体層の下流に配設された活性層を含む。半導体積層体の活性層は、第２の窒化物化合物半導体層によって形成可能である。一例として、第２の窒化物化合物半導体層は、ｎ型ドープ領域およびｐ型ドープ領域を有することができ、活性層を、ｎ型ドープ領域とｐ型ドープ領域との間に形成することができる。
【００４３】
以降、用語「電磁放射」は、赤外線から紫外線までの波長範囲内の少なくとも１つの波長またはスペクトル成分を有する電磁放射を意味することができる。特に、この用語は、赤外線の、可視および／または紫外線の電磁放射を意味することができる。
【００４４】
本半導体積層体の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層のキャビティには、第１の窒化物化合物半導体層が存在しておらず、活性層において生成された電磁放射は、電磁放射がキャビティの界面に出入射する際に屈折するように、キャビティを通過する。動作中の半導体積層体の活性領域において生成された電磁放射は、外部に向かって、特に半導体積層体の成長方向の反対方向に、通過することができる。
【００４５】
電磁放射が本明細書に記載の半導体積層体を通過するとき、電磁放射は、キャビティの界面に少なくとも部分的に突き当たる。本明細書において、「キャビティの界面」は、第１の窒化物化合物半導体積層体の空洞の外面と第１の窒化物化合物半導体層の窒化物化合物半導体材料との間に形成される界面を意味するものと理解されたい。電磁放射は、少なくとも部分的に、出入射の際に空洞および／またはキャビティで屈折する。さらに、電磁放射は、少なくとも部分的に、キャビティの凹凸外面で広く拡散可能である。
【００４６】
さらに、本半導体積層体の製造方法を説明する。一例として、この方法によって、本明細書に記載の半導体積層体を製造することができる。すなわち、本明細書に記載した半導体積層体の製造方法のために示された特徴はまた、本明細書に記載の半導体積層体のためにも開示されており、その逆も同様である。
【００４７】
第１の窒化物化合物半導体層、中間層、および第２の窒化物化合物半導体層に関する下記の本方法の順序は、必須のものとして予め定められている。核形成層および／またはマスキング層等の任意の層は、本明細書に記載の半導体積層体の任意の要素である。
【００４８】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、シリコンを含む成長面と成長面の反対側の基板面を有する成長基板を設ける。成長面は、特に、シリコンの［１１１］の結晶方位を有することができる。
【００４９】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、成長基板の成長面上に核形成層を成長させる。核形成層を、例えば、後続の第１の窒化物化合物半導体層の成長と同じ温度で堆積および／または成長させたエピタキシャル層とすることができる。核形成層は、本明細書に記載の半導体積層体の任意の層である。核形成層は、ＡｌＮおよび／またはＡｌＧａＮ等を含むことができる。核形成層は、次いで成膜および／または成長させる第１の窒化物化合物半導体層のための複数の結晶核を供給することができる。
【００５０】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、核形成層の成長基板とは反対側の面上に第１の窒化物化合物半導体層を成長させる。
【００５１】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層の成長基板とは反対側の面上に中間層を成長させる。この場合、中間層の少なくとも一部の格子定数は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なる。すなわち、中間層は、第１の窒化物化合物半導体層の格子定数と異なる格子定数で成長する。中間層の格子不整合成長または非擬似格子整合成長を、適切に選択した成長中の工程パラメータによって制御、調整、かつ／または決定することができる。
【００５２】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、中間層の成長工程中に中間層内にマイクロクラックを形成する。第１の窒化物化合物半導体層上の中間層の成長工程によって制御した非擬似格子整合成長または格子不整合成長の結果、中間層の厚さおよび／またはアルミニウム含有量の増加に伴い中間層内にマイクロクラックが形成される。一例として、中間層内のアルミニウム含有量に関して、材料勾配を形成することができ、この場合、アルミニウム含有量は、第１の窒化物化合物半導体層と反対方向における厚さの増加に伴い増加することができる。本明細書において、「厚さ」は、半導体積層体の成長方向における中間層の垂直の広がりを意味するものと理解されたい。
【００５３】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、第２の窒化物化合物半導体層は、中間層の成長基板とは反対側の少なくとも一部の面上に格子整合状態で成長し、この場合、マイクロクラックの少なくとも一部は、第２の窒化物化合物半導体層によって充填され、また、第２の窒化物化合物半導体層は、中間層上に圧縮歪を伴って成長する。
【００５４】
第２の窒化物化合物半導体層の初期成長時、中間層内に形成されたマイクロクラックは、第２の窒化物化合物半導体層の第２の窒化物化合物半導体層材料によって充填されるか、または、第２の窒化物化合物半導体層がマイクロクラック内に成長する。同時に、第２の窒化物化合物半導体層は、個々の中間層ブロック部および／または形成された中間層島部上に島部上に成長する。
【００５５】
塗布時間および／または成長時間の増加に伴い、第２の窒化物化合物半導体層の島部は、中間層のマイクロクラックからの第２の窒化物化合物半導体層と融合し連続的な、横方向に均質な第２の窒化物化合物半導体層を形成し、また、この第２の窒化物化合物半導体層内に圧縮歪が形成される。
【００５６】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、格子整合した第２の窒化物化合物半導体層の基板とは反対側の面上に、電磁放射の受取りおよび／または生成に適した活性層を成長させる。したがって、本明細書に記載の方法を用いて、動作中に放射を生成することができる半導体積層体が製造される。半導体積層体によって生成された出射波長は、少なくとも部分的に窒化物化合物半導体材料の組成に依存する。
【００５７】
本半導体積層体を製造するための本方法の少なくとも一実施形態によれば、成長基板は、化学的および／または機械的に除去され、また、第１の窒化物化合物半導体層、中間層、および第２の窒化物化合物半導体層の活性層と反対方向における少なくとも一部に側方粗面化部が形成される。基板の化学的除去には、湿式化学ＫＯＨエッチングまたは乾式化学エッチング等を用いることができる。さらに、湿式化学方式と乾式化学方式との組合せが考えられる。機械的除去は、特に研磨によって行なうことができる。さらに、化学的方式と機械的方式との組合せが考えられる。成長基板の除去の結果、特に、第１の窒化物化合物半導体層の任意の核形成層および／またはマスキング層の少なくとも一部が除去される。成長基板の除去後、電磁放射生成のために設けられた半導体積層体は、少なくとも一部において第１の窒化物化合物半導体層を含む。
【００５８】
本半導体積層体を製造するための本方法の少なくとも一実施形態によれば、水素の影響下で中間層を成長させる。この場合、水素は、形成されるマイクロクラックを通して第１の窒化物化合物半導体層と接触し、その結果、化学反応に基づき第１の窒化物化合物半導体層内にキャビティが形成されるように、第１の窒化物化合物半導体層は水素と反応する。マイクロクラックによって、プロセスガス、特に水素ガスは、マイクロクラックを通過して第１の窒化物化合物半導体層内に進入することがき、次いでこのマイクロクラックにより、空洞またはキャビティが形成される。
【００５９】
特に、水素を、プロセスガスとして理解することができ、この水素は、第１の窒化物化合物半導体層上での中間層の格子不整合成長または非擬似格子整合成長を追加的に助長する。水素は、任意のプロセスガスであり、また、特に補助プロセスガスまたはパージガスとして使用されるが、本明細書に記載の半導体積層体の形成にとって必須ではない。むしろ、第１の窒化物化合物半導体層内のキャビティの形成を、中間層内のマイクロクラックの形成の証拠としてみなすことができる。
【００６０】
本半導体積層体を製造するための本方法の少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体の形成後、半導体積層体は冷却され、冷却中に半導体層内にマクロクラックは形成されない。
【００６１】
驚くべきことに、本明細書に記載の方法の結果、第２の窒化物化合物半導体層の、したがって半導体積層体の圧縮歪は、マクロクラックが形成されないように、冷却中に生じる引張り応力を相殺するのに十分である。
【００６２】
第２の窒化物化合物半導体層の圧縮歪は、特に、本明細書に記載の半導体積層体の圧縮歪をもたらす。
【００６３】
本方法の少なくとも一実施形態によれば、第１の窒化物化合物半導体層は、マスキング層を含む。
【００６４】
以下に、本明細書に記載の半導体積層体を、関連する図面と共に例示的実施形態に基づき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本明細書に記載の半導体積層体の概略側面図である。
【図２】本半導体積層体の一部の領域のさらなる概略側面図である。
【図３ａ】本明細書に記載の中間層の異なる成長時間後のさまざまな例示的実施形態を示す図である。
【図３ｂ】本明細書に記載の中間層の異なる成長時間後のさまざまな例示的実施形態を示す図である。
【図３ｃ】本明細書に記載の中間層の異なる成長時間後のさまざまな例示的実施形態を示す図である。
【図４ａ】厚さ１０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層の成長後の平面視における中間層のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による顕微鏡写真である。
【図４ｂ】厚さ５０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層の成長後の図４ａの例示的実施形態を示す顕微鏡写真である。
【図５ａ】さまざまな厚さの中間層上に成長した厚さ２５０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層の、エッジフィルタをかけたノルマルスキー（Normarski）顕微鏡による顕微鏡写真を示す。
【図５ｂ】さまざまな厚さの中間層上に成長した厚さ２５０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層の、エッジフィルタをかけたノルマルスキー（Normarski）顕微鏡による顕微鏡写真を示す。
【図５ｃ】さまざまな厚さの中間層上に成長した厚さ２５０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層の、エッジフィルタをかけたノルマルスキー（Normarski）顕微鏡による顕微鏡写真を示す。
【図６】成長時間の関数としての原位置のウェハ曲率（in-situ wafer curvature）に関する測定結果を伴うグラフである。
【図７】側面視における半導体積層体の模式図およびＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】半導体積層体のＴＥＭ（透過電子顕微鏡）による顕微鏡写真である。
【図９】活性層を有する、成長基板除去後の半導体積層体の模式図および顕微鏡写真である。
【図１０ａ】単一の露光時間後およびその２倍の露光時間後の半導体積層体の放射出射面のＰＬ（フォトルミネセンス）顕微鏡写真である。
【図１０ｂ】単一の露光時間後およびその２倍の露光時間後の半導体積層体の放射出射面のＰＬ（フォトルミネセンス）顕微鏡写真である。
【図１１】成長基板除去後かつ粗面化工程実行後の半導体積層体のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
同一の要素、同種の要素、または同一の働きの要素には、図中において同一の参照符号を付してある。図面および図示された要素の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、より明確にしかつ／またはより深く理解できるように、個々の要素の大きさは、誇張して示され得る。
【００６７】
図１は、成長面６および成長面６とは反対側の基板面７を有する成長基板５；核形成層２１；一体化されたマスキング層２０を有する第１の窒化物化合物半導体層１；中間層１０；および活性層４を有する第２の窒化物化合物半導体層２を含む半導体積層体１００の一つの例示的実施形態を示す。半導体積層体１００の個別の層は、成長方向Ｚに連続的に互いに隣接するように成長基板５の成長面６上にエピタキシャル成長される。成長面６の結晶方位は、例えば、［１１１］である。核形成層２１およびマスキング層２０は、特に、第１の窒化物化合物半導体層１の成長を促進することができる任意の層とみなされたい。
【００６８】
第１の窒化物化合物半導体層１の厚さを、例えば、３０ｎｍ〜２０００ｎｍとすることができる。
【００６９】
第２の窒化物化合物半導体層２の厚さを、３０ｎｍ〜５０００ｎｍとすることができる。
【００７０】
図１に示すように、中間層１０は、第１の窒化物化合物半導体層１および第２の窒化物化合物半導体層２に隣接する。
【００７１】
図２は、第１の窒化物化合物半導体層１と共に後続の中間層１０、および、中間層１０に隣接する第２の窒化物化合物半導体層２を示す。中間層１０は、第１の窒化物化合物半導体層１上に格子不整合状態で成長し、また、中間層１０の厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍである。第２の窒化物化合物半導体層２は、中間層１０上に格子整合状態で成長する。
【００７２】
中間層１０の厚さおよび／またはアルミニウム含有量の増加に伴い、中間層１０は、緩和し、マイクロクラック１１が中間層１０内に形成される（図３ａ〜図３ｃ、図４ａ、図４ｂ、および図８参照）。中間層１０のアルミニウム含有量は、特に、８５％〜１００％であり、したがって、中間層１０の格子定数は、緩和状態で、第１の窒化物化合物半導体層１および第２の窒化物化合物半導体層２の格子定数よりも小さい。図２に示される半導体積層体１００は、窒化物化合物半導体材料を含む。第１の窒化物化合物半導体層１は、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含むかまたはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）からなる窒化物化合物半導体材料を含み、第２の窒化物化合物半導体層２は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含むかまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなるさらなる窒化物化合物半導体材料を含み、中間層１０は、ＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）を含むかまたはＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＋ｓ≦１）からなる窒化物化合物半導体材料を含む。
【００７３】
インデックスｎ，ｍは、特に、インデックスｘ，ｙと異なることができるかまたは同一であることができる。一例として、インデックスｘ，ｙに対するインデックスｎ，ｍは、それぞれ、互いに１０％異なる。
【００７４】
中間層１０内のマイクロクラック１１の結果として、中間層１０は、個別の中間層ブロック部および／または中間層島部を含み、これら中間層ブロック部および／または中間層島部は、少なくとも部分的に互いに直接隣接していない。個別の中間層ブロック部および／または中間層島部は、全体として中間層１０を表す。形成されるマイクロクラック１１は、特に中間層１０の成長工程中の中間層１０の緩和に基づいている。個別の中間層ブロック部および／または中間層島部同士の距離を１μｍ〜５００μｍの間とすることができる。第２の窒化物化合物半導体層２は、中間層１０のマイクロクラック１１内、および、マイクロクラック１１によって形成された中間層ブロック部および／または中間層島部内に成長する。中間層１０上に成長した第２の窒化物化合物半導体層２は、中間層１０に格子整合している。
【００７５】
図３ａ〜図３ｃは、それぞれ、中間層１０を示し、図３ｂに示される中間層１０の厚さは、図３ａに示される中間層１０の厚さよりも大きい。図３ｂの中間層１０がより厚いことは、中間層１０の成長時間がより長いことによるものであり、この成長時間は、具体的に、１．６７倍長い。同じことが同様に図３ｃの中間層１０にも当てはまり、図３ｃの中間層は、図３ａの中間層１０と比較して、図３ａの中間層１０よりも２．６７倍長く成長している。図３ａ〜図３ｃから明らかになるように、成長時間が増加するにつれ、マイクロクラック１１の数が増加する。中間層１０の成長時間に加え、マイクロクラック１１の数の増加はまた、中間層１０のアルミニウム含有量にも依存する。
【００７６】
換言すれば、第１の窒化物化合物半導体層１上に格子不整合状態で成長する中間層１０は、中間層１０の層厚さの増加および／または中間層１０のアルミニウム含有量の増加に伴い、より良好に緩和する。図３ａ〜図３ｃから明らかなように、第２の窒化物化合物半導体層は、中間層１０のマイクロクラック１１内、および、形成される中間層１０の中間層ブロック部および／または中間層島部内に成長する。この場合、驚くべきことに、第２の窒化物化合物半導体層２は、圧縮歪を伴って成長し、また、第２の窒化物化合物半導体層２のこの圧縮歪は、中間層１０内のマイクロクラック１１の数が増加するほど、大きくなる。換言すれば、第２の窒化物化合物半導体層２には、中間層１０に基づいた大きな圧縮歪が生じる。
【００７７】
第２の窒化物化合物半導体層２の成長時間が増加するにつれ、マイクロクラックからの第２の窒化物化合物半導体層２のさらなる窒化物化合物半導体材料と、中間層ブロック部および／または中間層島部上に成長した第２の窒化物化合物半導体層２のさらなる窒化物化合物半導体材料とは、融合して、横方向に均質に形成された第２の窒化物化合物半導体層２を形成する。特に、第２の窒化物化合物半導体層２のさらなる窒化物化合物半導体材料の融合中の、第２の窒化物化合物半導体層２内の欠陥または不整合転位（faulty dislocation）を減少させることができる。
【００７８】
図４ａでは、ＳＥＭ顕微鏡写真が、マイクロクラック１１が形成された中間層１０の平面図を示しており、第２の窒化物化合物半導体層２は、中間層１０上に厚さ１０ｎｍで形成されかつ／または成長されている。第２の窒化物化合物半導体層２は、薄い灰色の領域で表されている。濃い灰色の領域は、中間層１０を示す。
【００７９】
図４ａは、マイクロクラック１１によって形成される中間層ブロック部および／または中間層島部を示しており、第２の窒化物化合物半導体層２がこれら中間層ブロック部および／または中間層島部の上に少なくとも部分的に成長している。図４ａは、第２の窒化物化合物半導体層２が未だ存在しない中間層１０の露出領域をさらに示す。
【００８０】
図４ａは、形成されている中間層ブロック部および／または中間層島部上に成長した島部状の第２の窒化物化合物半導体層２を示す。
【００８１】
図４ｂは、図４ａと比べて、第２の窒化物化合物半導体層２が５０ｎｍの厚さで中間層１０上に形成されている点で異なる、顕微鏡写真を示す。図４ｂでは、マイクロクラック１１内に成長した第２の窒化物化合物半導体層２の領域と、中間層ブロック部および／または中間層島部上に成長した第２の窒化物化合物半導体層２の領域とが融合している。
【００８２】
図５ａ〜図５ｃは、平面視における厚さ２５０ｎｍの第２の窒化物化合物半導体層２の、エッジフィルタをかけたノルマルスキー顕微鏡による顕微鏡写真を示す。図５ａ〜図５ｃの３つの顕微鏡写真は、図３ａ〜図３ｃで示したような中間層の成長時間の点で互いに異なる。すなわち、図５ｂの中間層は、１．６７倍長く成長した。図５ｃに関しては、したがって、図５ａと比較して、中間層１０は、２．６７倍長く成長した。図５ａ〜図５ｃの顕微鏡写真は、中間層の成長時間増加に伴いマイクロクラックの数が増加し、また、中間層１０の表面上の構造が第２の窒化物化合物半導体層２内に反映され得ることを明らかに示している。換言すれば、中間層１０上に格子整合状態で成長した第２の窒化物化合物半導体層２における圧縮歪は、中間層１０内のマイクロクラック１１の数の増加に伴い大きくなる。
【００８３】
特に、図５ａ〜図５ｃの顕微鏡写真に示された観測結果は、図６において、［ｓ］単位の成長時間の関数としての、［１／ｋｍ］単位の原位置のウェハ曲率の測定曲線によって、計測学的に明らかとなる。
【００８４】
図６は、３つの測定曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を示す。３つの測定曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ、中間層１０の成長時間の関数としての原位置のウェハ曲率を示す。成長時間は、Ｘ軸上に表されており、図６に示すＸ軸は、３つの時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に下位区分されている。図６のグラフでは、時間間隔Ｔ１が、第２の窒化物化合物半導体層２を中間層１０上に成長させる前の原位置のウェハ曲率を示す。次いで、本明細書に記載の中間層１０での第２の窒化物化合物半導体層２の成長は、時間間隔Ｔ２中に行なわれる。本明細書に記載の半導体積層体１００の冷却は、第３の時間間隔Ｔ３中に行なわれる。測定曲線Ｌ１は第１の半導体積層体１０１、Ｌ２は第２の半導体積層体１０２、Ｌ３は第３の半導体積層体Ｌ３を示す。
【００８５】
測定曲線は、半導体積層体１０１，１０２，１０３の構造に関し、中間層１０がさまざまな時間の長さで第１の窒化物化合物半導体層１上に成長している点で異なる。すなわち、測定曲線Ｌ２は、第２の半導体積層体１０２に関連し、第２の半導体積層体１０２の中間層は、測定曲線Ｌ１の第１の半導体積層体１０１の場合よりも１．６７倍長く第１の窒化物化合物半導体層１上で成長している。測定曲線Ｌ３は、第３の半導体積層体１０３の測定曲線を示し、測定曲線Ｌ３の中間層１０は、測定曲線Ｌ１の場合よりも２．６７倍長く第１の窒化物化合物半導体層１上で成長している。
【００８６】
測定曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の測定曲線形状から、中間層の成長時間の増大に伴い、第２の窒化物化合物半導体層２の成長中の原位置でのウェハ曲率も大きくなることがわかる。換言すれば、図６のグラフは、中間層１０内のマイクロクラック１１の数が増加する結果、当該中間層１０上に成長する第２の窒化物化合物半導体層２の圧縮歪が大きくなるということを計測学的に明らかにした。
【００８７】
図７は、図１に示す半導体積層体１００の概略側面図を示し、図１の半導体積層体１００とは、半導体積層体１００の対応する顕微鏡写真において、中間層１０内に形成されたマイクロクラックの下の第１の窒化物化合物半導体層内にキャビティ３０が形成されている点で異なる。キャビティ３０は、第２の窒化物化合物半導体層２の成長中、成長チャンバ内での成長中に水素４０等が気体として利用可能でありかつ／または存在する場合、特に、第２の窒化物化合物半導体層２の成長中に形成される。この場合、水素は、中間層１０のマイクロクラック１１を通過し、半導体積層体１００の第１の窒化物化合物半導体層１と化学反応を起こす。第１の窒化物化合物半導体層１内でのキャビティ３０の形成は、特に、第２の窒化物化合物半導体層２の成長中のガスフローの調節および／または制御によって制御可能である。半導体積層体１００の成長または製造の途中に任意で水素ガスを存在させることができるかまたは添加することができるが、これは、中間層１０内にマイクロクラック１１を形成するために必須のものではない。
【００８８】
図８は、側面視における半導体積層体１００のＴＥＭ顕微鏡写真を示す。図８は、マイクロクラック１１の下に形成されたキャビティ３０を示す。この場合、キャビティ３０は、第１の窒化物化合物半導体層１内に形成されている。活性層４において生成可能な電磁放射は、特に、キャビティ３０の界面３１で屈折し得る。キャビティ３０には、第１の窒化物化合物半導体層１の材料が存在しない。すなわち、キャビティ３０は、第１の窒化物化合物半導体層１内に位置する空洞である。電磁放射は、キャビティ３０の界面３１で屈折可能でありかつ／または広く拡散可能である。
【００８９】
図９は、本明細書に記載の半導体積層体１００の模式図を、対応する顕微鏡写真と共に示す。成長基板５は、図１０ではもはや存在しない。特に、成長基板除去のために、化学的方法および機械的方法が使用可能である。一例として、成長基板５は、ＫＯＨで除去可能である。さらに、活性層４が第２の窒化物化合物半導体層２内に形成される。活性層４において生成された電磁放射は、特に、キャビティ３０を通過する際またはキャビティ３０の界面３１で、屈折されかつ／または広く拡散される。
【００９０】
図１０ａおよび図１０ｂは、第１の露出時間およびその２倍の露出時間で記録された半導体積層体１００の放射出射面のフォトルミネセンス顕微鏡写真を示す。明るいピクセルは、キャビティ３０で屈折した電磁放射を示す。第１の窒化物化合物半導体層１内のキャビティ３０は、明らかに、活性層４において生成された電磁放射をより良好に拡散する。
【００９１】
図１１は、成長基板５除去後の半導体積層体１００の構造の顕微鏡写真を示す。図１１では、ＨＦおよびＨＮＯ３等の化学エッチングによって除去されており、また、粗面化処理が行われている。図１１中で特定されるキャビティ３０は、成長基板５除去の際にまたは粗面化処理によって追加的に拡大されている。一例として、キャビティ３０は、化学媒体と反応し、また、キャビティ３０内の界面３１が広いため反応が進み、それにより、キャビティは、より大きな空間的広がりを形成する。
【００９２】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３１０１０００．８号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。
【００９３】
本発明は、例示的な実施形態に基づく記載によって、かかる例示的な実施形態に限定されない。むしろ、新規な特徴すべて、または特徴の任意の組合せすべて、特に請求項に特定された特徴の組合せすべてが、それら自体、請求項または例示的な実施形態に明示的に特定されていないとしても、本発明は、新規な特徴すべて、または特徴の任意の組合せすべて、特に請求項に特定された特徴の組合せすべてを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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