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DE10392313T5 - Auf Galliumnitrid basierende Vorrichtungen und Herstellungsverfahren - Google Patents

Auf Galliumnitrid basierende Vorrichtungen und Herstellungsverfahren Download PDF

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DE10392313T5
DE10392313T5 DE10392313T DE10392313T DE10392313T5 DE 10392313 T5 DE10392313 T5 DE 10392313T5 DE 10392313 T DE10392313 T DE 10392313T DE 10392313 T DE10392313 T DE 10392313T DE 10392313 T5 DE10392313 T5 DE 10392313T5
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nitride
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Milan Pophristic
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Alex D. Ceruzzi
Michel Murphy
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Abstract

Eine Halbleiterstruktur, die folgendes aufweist:
(a) ein Siliziumsubstrat;
(b) eine Aluminiumschicht direkt über einer Oberfläche des Substrats liegend;
(c) eine polykristalline Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter direkt über der Aluminiumschicht liegend;
(d) eine Pufferstruktur einschließlich einer oder mehrerer Supergitter über der Kernbildungsschicht liegend, wobei jedes der Supergitter eine Vielzahl von auf Nitrid basierenden Halbleitern unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist; und
(e) eine operative oder Betriebsstruktur aus einem oder mehreren auf GalliumNitrid basierenden Halbleitern, die über der erwähnten Pufferstruktur liegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Nitridhalbleiterstrukturen und -vorrichtungen und auf Verfahren um diese herzustellen. Nitridhalbleiter wie beispielsweise Galliumnitrid und damit in Beziehung stehende Halbleiter werden allgemein als zweckmäßige Breitband-Gap-Compound-Halbleiter angesehen. Diese Materialien wurden in opto-elektronischen Vorrichtungen verwendet, wie beispielsweise in Licht emittierenden Dioden (LED's), Laserdioden und Fotodioden und diese Materialien wurden auch in nichtoptischen elektronischen Vorrichtung wie beispielsweise Feldeffekttransistoren (FET's) und Feldemittern verwendet. In opto-elektronischen Vorrichtungen gestattet die breite Bandlücke (Bandspalt) des Materials die Emission oder die Absorption von Licht im sichtbaren bis zum ultravioletten Bereich. In elektronischen Vorrichtungen sehen Galliumnitrid und damit verwandte Materialien eine hohe Elektronenmobilität vor und gestatten dass der Betrieb bei sehr hohen Signalfrequenzen möglich ist.
  • Nitridhalbleiter werden typischerweise durch Epitaxialwachstum auf einem Substrat ausgebildet. In einem Epitaxialwachstumsverfahren werden die Bestandteile des Halbleiterfilms oder der Halbleiterschicht die ausgebildet werden soll auf einem kristallinen Substrat abgeschieden, so dass das abgeschiedene Halbleitermaterial eine Kristallstruktur besitzt, die auf der Kristallstruktur des Substrats gemustert ist. Verschiedene Epitaxialwachstumsverfahren verwenden unterschiedliche Techniken, um die Materialien der Oberfläche des Substrats zuzuführen. Beispielsweise beim reaktiven Sputtern wird der Metallbestandteil des Halbleiters wie beispielsweise Gallium, Aluminium oder Indium von einem metallischen Sputtering-Target in der Nähe zum Substrat in einer Atmosphäre die Stickstoff aufweist versetzt oder weggebracht. In einem als metallorganische chemische Dampfabscheidung (MOCVD = metal organic chemical vapour deposition) bekannten Verfahren wird das Substrat einer Atmosphäre ausgesetzt, die organische Verbindungen von Metallen und einem reaktiven, Stickstoff enthaltenden, Gas am üblichsten Ammoniak enthält, während das Substrat sich auf einer erhöhten Temperatur befindet, und zwar typischerweise in der Größenordnung von 700–1100°C. Unter diesen Bedingungen zersetzen sich die Verbindungen und lassen Metallnitridhalbleiter als eine dünne Schicht oder einen dünnen Film aus kristallinem Material auf der Oberfläche zurück. Nach dem Wachstum der Schicht oder des Films werden das Substrat und der aufgewachsene Film bzw. die aufgewachsene Schicht gekühlt und die weitere Verarbeitung erfolgt um die fertig bearbeiteten Vorrichtungen zu bilden.
  • Um einen eine hohe Qualität besitzenden Nitridhalbleiterfilm oder -schicht vorzusehen, und zwar mit relativ wenigen Kristalldefekten soll das für das Kristallwachstum verwendete Substrat idealerweise eine Gitterbeabstandung (Abstand zwischen benachbarten Atomen in dem Kristallgitter) gleich dem des Nitridhalbleiters der aufgewachsen werden soll besitzen. Wenn die Gitterbeabstandung oder der Gitterabstand des Substrats sich von dem des aufgewachsenen Films oder der aufgewachsenen Schicht in substantieller Weise unterscheidet, so wird die aufgewachsene Schicht bzw. der aufgewachsene Film Defekte besitzen, wie beispielsweise Verschiebungen (Dislokationen) in dem Kristallgitter. Auch sollte das Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der gleich oder größer ist als der des aufzuwachsenden Nitridhalbleiters, so dass dann, wenn Substrat und Nitridhalbleiter auf Raumtemperatur nach dem Wachsen abgekühlt werden, das Substrat sich in einem größeren Ausmaß zusammenzieht als die Schicht bzw. der Film, was den Film unter Druck setzt. Wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats wesentlich kleiner ist als der des gewachsenen Films oder der gewachsenen Schicht, so wird die Schicht bzw. der Film die Tendenz besitzen sich mehr als das Substrat zusammenzuziehen, was den Film dann unter Spannung hält, wenn Film und Substrat abgekühlt werden. Dies kann Risse im Film oder der Schicht hervorrufen.
  • Auf Galliumnitrid basierende Halbleiter werden am häufigsten auf kristalline Saphirwafer aufgewachsen. Zufriedenstellende Ergebnisse können auf Saphir erreicht werden, und zwar trotz der relativ großen Gitterfehlanpassung zwischen Saphir und Galliumnitrid. Siliziumcarbid ist in der Theorie ein zweckmäßigeres Material für das Wachsen von hochqualitativem Galliumnitrid, da es eine kleinere Gitterfehlanpassung besitzt. Darüber hinaus besitzt Siliziumcarbid eine höhere thermische Leitfähigkeit als Saphir was bei der Verteilung der Wärme der fertig bearbeiteten Vorrichtung hilft. Jedoch sind hochqualitative kristalline Siliziumcarbidwafer sehr teuer und derzeit nicht in größeren Abmessungen, größer als ungefähr 100 mm (4 Inch) Durchmesser verfügbar.
  • Hochqualitative Siliziumsubstrate sind zu vernünftigen Kosten leicht verfügbar. Jedoch ist die Gitterbeabstandung des Siliziums nicht gut an diejenige des Galliumnitrids angepasst. Darüber hinaus besitzt Silizium einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Galliumnitrid, so dass die Galliumnitridfilme aufgewachsen auf Silizium die Tendenz haben dann zu reißen, wenn der Film oder Substrat auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Darüber hinaus sind die Siliziumnitrate relativ schlechte elektrische Isolatoren. Dort wo der abgeschiedene Nitridhalbleiter in bestimmten elektronischen Vorrichtungen verwendet wird, wie beispielsweise bei FET's, bewirkt das Substrat signifikante elektrische Verluste in der Vorrichtung und begrenzt die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Aus all diesen Gründen wurde Silizium nicht in großem Umfang als ein Substrat für das Aufwachsen von Nitridhalbleitern verwendet.
  • Verschiedene Vorschläge wurden gemacht, um die Gitterfehlausrichtung zu kompensieren und auch die thermische Ausdehnungsfehlanpassung zwischen den Nitridhalbleitern und Silizium zu kompensieren. Beispielsweise sei auf die WO 02/48434 von Nitronics hingewiesen, die die Verwendung einer "compositionally graded transition layer" ausgebildet auf einem Siliziumsubstrat vorschlägt und das Abscheiden eines Galliumnitridmaterials über der "transitionally graded" Schicht. Die Transition- oder Übergangsschicht kann Aluminium-, -Indium-Galliumnitrid, Indium-Gallium-Nitrid oder Aluminium-Gallium-Nitrid enthalten, und zwar mit Anteilen von Aluminium, Indium und Gallium, und zwar in veränderlicher Weise von einer hinteren oder Rückoberfläche benachbart zum Substrat zu einer vorderen oder Frontoberfläche auf die der Halbleiter aufgewachsen werden soll. Die zusammensetzungsmäßig gradierte Schicht kann ein "Supergitter" oder "superlattice" umfassen, d.h. eine kristalline Struktur mit einer periodischen Zusammensetzungsveränderung, wie beispielsweise unterschiedliche Mengen Aluminium, Indium und Gallium.
  • Eine andere Möglichkeit lehrt Feltin et al. "Stress Control In GaN Grown On Silicon (111) By Metal Organic Vapour Phase Epitaxy", Applied Physics Letters, Band 79, Nr. 20, Seiten 3230–3232 (12. November 2001), wobei eine Aluminiumnitridpufferschicht in direktem Kontakt mit dem Siliziumsubstrat verwendet wird. Eine Galliumnitridschicht wird über der Aluminiumnitridpufferschicht abgeschieden, und zwar gefolgt von einem Supergitter einschließlich abwechselnder Schichten von Aluminiumnitrid und Galliumnitrid gefolgt von weiteren Galliumnitridschichten und Supergittern und schließlich gefolgt von einer Schicht aus Galliumnitrid auf der Oberseite der Struktur, die zu wachsende aktive Halbleiterschicht bildet. Gemäss dem Feltin et al Artikel ergibt diese Möglichkeit eine hochqualitative aktive Schicht.
  • Trotz dieser und anderer Bemühungen des Standes der Technik ist es jedoch schwierig hochqualitative auf Galliumnitrid basierende Halbleiter auf Siliziumsubstraten zu wachsen. Darüber hinaus leiden Vorrichtungen wie beispielsweise FET's hergestellt aus auf Galliumnitrid basierenden Halbleitern auf Siliziumsubstraten an Leistungsfähigkeitsproblemen hervorgerufen durch das Siliziumsubstrat selbst.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen, und zwar zur Herstellung einer Halbleiterstruktur einschließlich der folgenden Schritte: Abscheiden einer kleinen Aluminiummenge direkt auf einem Siliziumsubstrat um ein aluminiumgeschütztes Substrat vorzusehen, und sodann Abscheiden einer Nukleations- oder Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter auf dem aluminiumgeschützten Substrat. Am bevorzugtesten wird die Nukleationsschicht aus einem Nitridhalbleiter gebildet, und zwar mit einem Metallgehalt bestehend vorherrschend aus Aluminium und am meisten bevorzugt bestehend aus im wesentlichen reinem Aluminiumnitrid. Das Verfahren gemäss diesem Aspekt der Erfindung weist ferner vorzugsweise den Schritt des Epitaxialwachstums einer Pufferstruktur auf, und zwar einschließlich von einem oder mehreren Supergittern aus Nitridhalbleiter auf der Kernbildungs- bzw. Nukleationsschicht, und sodann epitaxiales Aufwachsen einer Betriebsstruktur bzw. einer operativen Struktur einschließlich eines oder mehrerer auf Galliumnitrid basierende Halbleiter auf der Pufferstruktur.
  • Ein weiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur vor, einschließlich der folgenden Schritte: Abscheiden einer Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter auf einem Siliziumsubstrat und epitaxiales Wachsen einer Pufferstruktur einschließlich einer oder mehrerer Supergitter aus Nitridhalbleitern auf der Kernbildungsschicht derart, dass das erste Supergitter aus Nitridhalbleitern direkt auf die Keim- bzw. Kernbildungsschicht aufgewachsen wird, und zwar ohne eine dazwischen liegende Schicht. Das Verfahren weist hier wiederum den Schritt des epitaxialen Wachsens einer operativen Struktur auf, und zwar einschließlich einer oder mehrerer auf Galliumnitrid basierender Halbleiter auf der Pufferstruktur. Am zweckmäßigsten ist folgendes: der Schritt des Aufwachsens der Pufferstruktur weist das Aufwachsen einer Zwischenschicht aus einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter über dem ersten Supergitter der Pufferstruktur auf und das Aufwachsen eines zweiten Supergitters aus Nitridhalbleitern über der Zwischenschicht. Die am meisten bevorzugten Verfahren gemäss dieser Erfindung kombinieren die beiden der oben genannten Aspekte. Somit wird die Nukleationsschicht dadurch gebildet, dass man als erstes eine gewisse Menge an Aluminium auf dem Substrat abscheidet und sodann den Nitridhalbleiter abscheidet, um die Nukleationsschicht zu bilden, und wobei ferner die Pufferstruktur eine erstes Supergitter, in direktem Kontakt mit der Nukleationsschicht aufweist.
  • Die Verfahren gemäss den oben genannten Aspekten der Erfindung liefern hochqualitative auf Galliumnitrid basierende Halbleiter in der operativen Struktur: Obwohl die Erfindung nicht durch irgendeine Betriebs- oder Operationstheorie beschränkt ist, wird angenommen, dass die Supergitter eine Kompressionsbeanspruchung in die auf Galliumnitrid basierenden Halbleitermaterialien in der Struktur einführen und so die Rissbildung in den auf Galliumnitrid basierenden Halbleiterschichten verhindern. Ferner wird angenommen, dass die Supergitter als "Filter" wirken, welche die Fortpflanzung von kristallinen Defekten begrenzen, wie beispielsweise Defekten die als "threading dislocations" bezeichnet werden, und zwar von den unteren Schichten der Struktur nach oben in die operative Struktur am oberen Ende. Es wird angenommen, dass diese Faktoren zu der hohen Kristallqualität der auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter in der operativen Struktur beitragen. Ferner wird angenommen, dass die Supergitter die Tendenz besitzen die Diffusion des Siliziums in die auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter zu begrenzen. Wie weiter unten diskutiert werden wird, wird dadurch die zufällige unerwünschte Dotierung der Halbleiter in der operativen Struktur mit Silizium aus dem Substrat verhindert. Ferner wird angenommen, dass die Anordnung des ersten Supergitters der Pufferstruktur auf der Nukleationsschicht ohne eine dazwischenliegende Schicht aus Galliumnitrid zwischen der Nukleationsschicht und dem ersten Supergitter weiterhin die Bildung von Kristalldefekten unterdrückt und somit die Kristallqualität verbessert. Es wird zusätzlich angenommen, dass die Vorbehandlung des Substrats mit Aluminium vor der Abscheidung der Nukleationsschicht das Substrat gegenüber Ätzen durch Ammoniak schützt. Unabhängig von dem Betriebsmechanismus können jedoch die bevorzugten Verfahren gemäss diesem Aspekt der Erfindung hochqualitative Nitridhalbleiterschichten oder -filme auf Siliziumsubstraten bilden.
  • Weitere mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehende Aspekte sehen Halbleiterstrukturen vor, die folgendes aufweisen: ein Siliziumsubstrat, eine direkt auf dem Substrat liegende Aluminiumschicht und eine Nukleations- oder Keimbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter direkt über der Aluminiumschicht liegend, und zwar zusammen mit einer Pufferstruktur die ein oder mehr Supergitter (superlattices) umfasst, und zwar über der Keimbildungsschicht liegend, und mit einer Betriebsstruktur einschließlich eines oder mehrerer auf Galliumnitrid basierender Halbleiter über der Pufferstruktur liegend.
  • Halbleiterstrukturen gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen folgendes auf: ein Siliziumsubstrat, eine Kernbildungsschicht aus einem über dem Substrat liegenden Nitridhalbleiter und eine Pufferstruktur die ein erstes direkt über der Kernbildungsschicht liegendes Supergitter aufweist, und zwar zusammen mit einer Betriebsstruktur einschließlich eines oder mehrerer auf Galliumnitrid basierender Halbleiter über der Pufferstruktur liegend. Hier wiederum verwenden die am meisten bevorzugten Strukturen beide Aspekte der Erfindung und weisen somit folgendes auf: ein erstes Supergitter direkt über der Kernbildungsschicht liegend und eine Aluminiumschicht zwischen der Keimbildungsschicht und dem Substrat. Am meisten bevorzugt wird dass die Pufferstruktur das erste Supergitter aufweist, eine Zwischenschicht aus einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter und am bevorzugtesten reines Galliumnitrid über dem ersten Supergitter liegend und ferner mit einem zweiten Supergitter über der Zwischenschicht liegend. Die Supergitter werden zweckmäßigerweise aus Mehrfachschichten aus Halbleiterverbindungen geformt, und zwar gemäss der Formel AlRGa(1-R)N, wobei R von 0 bis 1 einschließlich gewählt ist. Vorzugsweise wird jedes der Supergitter aus zwei unterschiedlichen derartigen Verbindungen gebildet, d.h. zwei Verbindungen mit unterschiedlichen Werten von R.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements vor, und zwar die folgenden Schritte vorsehend: epitaxiales Wachsen einer Nitridhalbleiterstruktur auf einem Siliziumsubstrat, sodann Verbinden eines Träger mit der Nitridhalbleiterstruktur und sodann Entfernen des Siliziumsubstrats von der Nitridhalbleiterstruktur. Am bevorzugtesten weist das Verfahren gemäss diesem Aspekt der Erfindung weiterhin die folgenden Schritte auf: Aufbringen eines sich von Silizium unterscheidenden Basismaterials auf der Nitridhalbleiterstruktur nach Entfernen des Siliziumsubstrats und sodann Entfernen des Trägers, um so die Nitridhalbleiterstruktur auf dem Basismaterial zurückzulassen. Verfahren gemäss diesem Aspekt der Erfindung sehen fertig bearbeitete (finished) Strukturen vor, und zwar ohne die Verwendung des Siliziumwafers als ein Substrat während des Epitaxialwachstums. Das Basismaterial kann im Wesentlichen ein hochqualitativer Isolator sein, der in bequemer Weise auf der Nitridhalbleiterstruktur aufgebracht werden kann. Lediglich beispielsweise sei erwähnt, dass das Basismaterial Aluminiumnitrid oder diamantartiger Kohlenstoff abgeschieden auf der freiliegenden Oberfläche der Nitridhalbleiterstruktur nach Entfernen des Substrats sein kann. Ein verwandter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht folgendes vor: ein Halbleiterelement einschließlich einer Nitridhalbleiterstruktur mit einer oder mehreren epitaxial gewachsenen Schicht bzw. Schichten und eine Basis die die Nitridhalbleiterstruktur trägt, wobei die Basis eine Struktur ist, die sich von einem Substrat unterscheidet, welches beim epitaxialen Wachstum der Nitridhalbleiterstruktur verwendet wird. Am bevorzugtesten weist das Element gemäss diesem Aspekt der Erfindung nicht das Substrat auf das beim Epitaxialwachstum der Nitridhalbleiterstruktur verwendet wurde.
  • Diese Aspekte der vorliegenden Erfindung umfassen die Realisierung dass elektrische Leistungsfähigkeitseinschränkungen assoziiert mit einem Siliziumsubstrat ohne weiteres aufgelöst werden können, und zwar durch Entfernen des Substrats nach dem Wachstum und durch Substitution eines unterschiedlichen Basismaterials welches typischerweise für Epitaxialwachstum ungeeignet sein würde.
  • Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Schottky-Diode mit vertikaler Stromleitung ein Siliziumsubstrat auf. Mindestens eine Schicht des Nitridhalbleiters liegt über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats. Mindestens eine erste Metallschicht liegt über der Schicht des Nitridhalbleiters und bildet einen Schottky-Kontakt damit. Mindestens eine weitere Metallschicht liegt über einer weiteren Oberfläche des Siliziumsubstrats und bildet damit einen ohmschen Kontakt.
  • Die Schicht aus Nitridhalbleiter kann GaN oder einen anderen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweisen. Eine weitere Schicht aus Nitridhalbleiter kann zwischen dem Siliziumsubstrat und der ersten Nitridhalbleiterschicht angeordnet sein und die weitere Nitridhalbleiterschicht kann eine höhere Dotierkonzentration besitzen als die erste Nitridhalbleiterschicht. Die weitere Schicht kann GaN oder einen weiteren auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweisen. Die erste Nitridhalbleiterschicht und die erste Metallschicht können über einer gesamten Breite der Nitridhalbleiterschicht liegen. Alternativ liegt die erste Nitridhalbleiterschicht und die erste Metallschicht über einem Teil des Siliziumsubstrats.
  • Eine Schottky-Diode mit vertikaler Stromleitung wird entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ausgebildet. Mindestens eine Nitridhalbleiterschicht wird auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats geformt. Mindestens eine erste Metallschicht wird auf der Nitridhalbleiterschicht abgeschieden, um einen Schottky-Kontakt damit zu bilden. Mindestens eine weitere Metallschicht ist auf einer weiteren Oberfläche des Siliziumsubstrats abgeschieden, um damit einen ohmschen Kontakt zu bilden.
  • Die Nitridhalbleiterschicht kann GaN oder einen anderen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweisen. Eine weitere Schicht aus Nitridhalbleiter kann vor der Ausbildung der ersten Nitridhalbleiterschicht gebildet werden und besitzt eine höhere Dotierkonzentration als die Dotierkonzentration der ersten Nitridhalbleiterschicht. Diese weitere Schicht kann GaN oder einen anderen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweisen. Ein Teil der ersten Nitridhalbleiterschicht kann derart entfernt werden, dass die Nitridhalbleiterschicht eine Mesastruktur bildet.
  • Diese sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele zusammen mit den Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
  • 1 ist ein schematischer vergrößerter Schnitt einer Halbleiterstruktur gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist ein Nomarski-Vergleichsbild, welches einen Teil einer Halbleiterstruktur gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine weitere Struktur nicht gemäss der Erfindung aus Gründen des Vergleichs zeigt.
  • 3 ist ein Prozessflussdiagramm eines Prozesses gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 ist ein weiteres Prozessflussdiagramm eines Prozesses eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 5 ist eine Ansicht ähnlich 1, wobei eine Halbleiterstruktur gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
  • 6 ist ein schematisch vergrößerter Teilschnitt einer Schottky-Diode gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7 ist eine Ansicht ähnlich der der 6, wobei eine Schottky-Diode gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
  • Beste Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung
  • In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Ausdruck "III-V-Halbleiter" auf ein Verbindungshalbleitermaterial gemäss der stoichiometrischen Formel AlaInbGacNdAsePf, wobei (a + b + c) ungefähr 1 und (d + e + f) ebenfalls ungefähr 1 ist. Der Ausdruck "Nitridhalbleiter" oder "auf Nitrid basierender Halbleiter" bezieht sich auf einen III-V-Halbleiter in dem d 0,5 oder größer, am typischsten ungefähr 0,8 oder größer ist. Am bevorzugtesten sind als die Halbleitermaterialien reine Nitridhalbleiter, d.h. Nitridhalbleiter in denen d ungefähr 1,0 ist. Der Ausdruck "auf Galliumnitrid basierender Halbleiter" wird hier verwendet, um auf einen Nitridhalbleiter bezug zu nehmen, der Gallium enthält und am bevorzugtesten Gallium als das hauptsächliche vorhandene Metall vorsieht, d.h. dass folgendes gilt: c ≥ 0,5 und am bevorzugtesten ≥ 0,8. Die Halbleiter können p-Typ oder n-Typ Leitfähigkeit besitzen, die durch konventionelle Dotiermittel erreicht wird oder die sich aus dem inhärenten Leitfähigkeitstyp des speziellen Halbleitermaterials ergibt. Beispielsweise besitzen auf Galliumnitrid basierende Halbleiter Defekte die typischerweise inhärenterweise vom n-Typ sind, selbst wenn keine Dotierung vorliegt. Konventionelle Elektronen donordotierte Mittel wie beispielsweise Si, Ge, S und O können verwendet werden, um den Nitridhalbleitern n-Typ-Leitfähigkeit aufzuprägen wohingegen p-Typ-Nitridhalbleiter konventionelle Elektronen-Akzeptor-Dotiermittel wie beispielsweise Mg und Zn umfassen können.
  • Ein Prozess gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beginnt mit einem dotieren Siliziumsubstrat 10. Das Siliziumsubstrat ist am bevorzugtesten ein im Wesentlichen monokristalliner Siliziumwafer mit einer polierten flachen oberen Oberfläche (Oberseite) 12. Die obere Oberfläche ist zweckmäßigerweise die (1, 1, 1) Kristallebene des Siliziums. In der ersten Stufe des Prozesses wird der Wafer auf einer Temperatur von ungefähr 600–900°C in einer konventionellen chemischen Dampfabscheidungsvorrichtung gebracht und einer Aluminium-organischen Verbindung (Organo-Aluminium-Verbindung) ausgesetzt, und zwar am bevorzugtesten einer ein niedriges Alkyl besitzenden Aluminiumverbindung wie beispielsweise Trimethylaluminium (TMA) in Dampfform, und zwar für einige wenige Sekunden. Die Aluminiumverbindung zerlegt sich und scheidet eine dünne Aluminiumschicht 14 auf der Oberseite 12 des Wafers ab. 1 ist keine maßstäbliche Darstellung. Die Dicke der Aluminiumschicht 14 ist aus Gründen der Klarheit der Darstellung stark übertrieben. In der Praxis besitzt die Aluminiumschicht nur ungefähr 1 bis 10 Monoschichten aus Aluminiumatomen und besitzt eine Dicke von weniger als ungefähr 100 Angström, am bevorzugtesten weniger als ungefähr 50 Angström. Obwohl die Aluminiumschicht als eine diskrete gesonderte Schicht aus Gründen der Klarheit der Darstellung gezeichnet ist, wird angenommen, dass eine gewisse Diffusion des Siliziums in die Aluminiumschicht 14 vom Substrat 10 erfolgt und dass auch eine gewisse Diffusion von Stickstoff in die Aluminiumschicht von den darüber liegenden Schichten erfolgt, was unten diskutiert wird. Somit wird angenommen, dass in dem fertigen Gegenstand oder Artikel die Aluminiumschicht die Form einer dünnen aluminiumreichen Zone an der Oberfläche des Wafers hat. Es wird angenommen, dass die Aluminiumschicht dazu dient dass Siliziumsubstrat gegenüber Ätzen zu schützen, und zwar während der Aussetzung gegenüber Ammoniak in darauffolgenden Prozessschritten oder -stufen und demgemäss wird das mit der Aluminiumschicht versehene Substrat hier als ein "aluminiumgeschütztes" Siliziumsubstrat bezeichnet.
  • Darauffolgend auf die Abscheidung der Aluminiumschicht wird das aluminiumgeschützte Substrat einer Mischung aus einer organo-metallischen Verbindung am bevorzugtesten einer Organo-Aluminium-Verbindung und Ammoniak zusammen mit einem Trägergas ausgesetzt, um so eine dünne Schicht 16 aus einem Nitridhalbleiter am bevorzugtesten AlN abzuscheiden. Das AlN wird bei einer Substrattemperatur in der Größenordnung von 600–900°C abgeschieden, d.h. eine Temperatur die niedrig genug ist, um die Abscheidung des Nitridhalbleiters wie beispielsweise AlN zu fördern, und zwar in einer im Wesentlichen polykristallinen Form, was sich aus der Keimbildung des Nitridhalbleiters an zahllosen Plätzen auf dem Substrat ergibt. Die Kern- bzw. Keimbildungsschicht 16 ist bevorzugterweise ungefähr 20–50 nm dick; hier wiederum ist deren Dicke stark übertrieben wie in 1 aus Gründen der Klarheit gezeigt.
  • Darauffolgend auf die Abscheidung der Kernbildungsschicht 6 wird ein erstes Supergitter 18 direkt auf der Oberseite der Kernbildungsschicht abgeschieden. In dieser Offenbarung wird der Ausdruck "obere" bzw. "oberste" Oberfläche einer gewachsenen Halbleiterstruktur als die Oberfläche verstanden, die am weitesten weg von dem zur Bildung der Struktur verwendeten Substrat liegt, d.h. die Oberfläche, die in 1 nach oben weist. Auch eine Feststellung dass eine Struktur "direkt auf" einer anderen Struktur abgeschieden ist, sollte so verstanden werden, dass damit gemeint ist, dass eine Struktur direkt an die oberste Oberfläche der anderen Struktur anstößt ohne dazwischen liegende Schichten. Im Gegensatz dazu soll eine Feststellung dass eine Struktur "über" einer anderen Struktur vorgesehen ist so verstanden werden, dass dies bedeutet dass die eine Struktur entfernter vom Substrat angeordnet ist als die andere Struktur, wobei aber das Vorhandensein von dazwischen liegenden Schichten nicht ausgeschlossen ist.
  • Das erste Supergitter weist eine Vielzahl von Schichten 20 und 22 von Nitridhalbleitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf. In einem Supergitter besitzen die Schichten Dicken in der Größenordnung von 10 nm oder weniger typischerweise 5 nm oder weniger und am üblichsten 3 nm oder weniger, so dass die Gesamtstruktur mehr in der Natur eines zusammengesetzten oder Composit-Kristall-Gitters ist als ein Satz von diskreten individuellen Schichten. Vorzugsweise wird jede der Schichten 20 und 22 aus einem reinem Nitridhalbleiter gebildet, und zwar ausgewählt aus der folgendes enthaltenden Gruppe: Galliumnitrid, Aluminiumnitrid und Aluminiumgalliumnitrid, d.h. die Gruppe von Halbleitern definiert durch die stoichometrische Formel AlRGa(1-R)N, wobei die Schichten ungleiche Werte von R besitzen. D.h., die Schicht 20 hat die Formel AlXGa(1-X)N, wohingegen die Schicht 22 die Formel AlYa(1-Y)N besitzt, wobei X ≠ Y. Das Supergitter 18 umfasst insgesamt zweckmäßigerweise ungefähr 5 bis 15 Wiederholungen der Schichten 20 und 22 und am bevorzugtesten ungefähr 10 Wiederholungen. Beispielsweise kann die Schicht 20 reines AlN sein, wohingegen die Schicht 22 Al0,5Ga0,5N sein kann. Eine reine AlN-Schicht wird dadurch abgeschieden, dass man das Substrat wie oben diskutiert einer Organo-Aluminium-Verbindung, Ammoniak und Trägergas aussetzt, wohingegen eine AlGaN-Schicht dadurch abgeschieden wird, dass man das Substrat einer ähnlichen Gasmischung aussetzt die auch eine Organo-Gallium-Verbindung umfasst, und zwar zweckmäßigerweise eine Niedrig-Alkyl-Organo-Gallium-Verbindung wie beispielsweise Trimethylgallium. Die Dicken der Aluminiumgalliumnitridschichten 22 und der Aluminiumnitridschichten 20 sind zweckmäßigerweise im Wesentlichen konstant über die gesamte Dicke des Supergitters 18 hinweg. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Die Zusammensetzungen und die Dicken der Schichten können innerhalb des Supergitters variiert werden, um eine zusammensetzungsmäßige Gradierung innerhalb des Supergitters vorzusehen, d.h. derart, dass die Gesamtproportion oder der Gesamtanteil an Gallium und Aluminium innerhalb des Supergitters sich in Aufwärtsrichtung verändert, und zwar weg vom Substrat 10. Auch können die individuellen Schichten des Supergitters etwas Indium in der Metallkomponente enthalten.
  • Darauffolgend auf die Abscheidung des ersten Supergitters 18 wird ein auf Galliumnitrid basierender Halbleiter am bevorzugtesten GaN abgeschieden, und zwar dadurch, dass man das Substrat einer Mischung aussetzt aus einer Gallium-organischen Verbindung (Organo-Gallium-Verbindung), Ammoniak und einem Trägergas, und zwar bei einer Temperatur von ungefähr 950 bis ungefähr 1100°C. Die Schicht 24 hat am bevorzugtesten eine Dicke von ungefähr 200 bis ungefähr 400 nm.
  • Ein zweites Supergitter 26 wird über der Zwischenschicht 24 gebildet oder ausgeformt, und . zwar zweckmäßigerweise direkt auf der Zwischenschicht. Das zweite Supergitter ist im Allgemeinen ähnlich dem ersten Supergitter 18 und umfasst abwechselnde Schichten aus einem aluminiumreichen Nitridhalbleiter wie beispielsweise AlN 28 und einem mit Gallium angereicherten Nitridhalbleiter wie beispielsweise Al0,5Ga0,5N. Allgemeiner gesagt besitzen die Schichten 28 eine stoichometrische Formel ALPGa(1-P)N, und die Schichten 30 besitzen eine stoichometrische Formel AlQGa(1-Q)N, wobei P ≠ Q. Die Dicken und Schichtzusammensetzungen in dem zweiten Supergitter können die gleichen sein oder unterschiedlich sein von den Dicken und Schichtzusammensetzungen in dem ersten Supergitter. Die Periode des zweiten Supergitters 26 kann kleiner sein als die des ersten Supergitters. Das zweite Supergitter kann ein Supergitter sein zusammengesetzt aus ungefähr 5 bis 10 Wiederholungen der Schichten 28 und 30.
  • Das erste Supergitter 18, die Zwischenschicht 24 und das zweite Supergitter 26 bilden in zusammenwirkender Weise eine Pufferstruktur 32. Nach der Abscheidung der Pufferstruktur wird eine operative Struktur oder eine Betriebsstruktur 34 über der Pufferstruktur abgeschieden und zwar am bevorzugtesten direkt auf der obersten Oberfläche des zweiten Supergitters in der Pufferstruktur. Die operative Struktur 34 weist einen oder mehrere auf Galliumnitrid basierende Halbleiter auf und kann ferner auch andere Halbleiter aufweisen. In ihrer einfachsten Form kann die operative Struktur 34 eine einzige relativ dicke Schicht aus einem auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter wie beispielsweise reinem GaN aufweisen. In komplexeren Formen kann die operative Struktur mehrere Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und oder Dotierungen aufweisen, wie beispielsweise verwendet zur Herstellung konventioneller Vorrichtungen wie zum Beispiel optisch elektronischer Vorrichtungen zum Beispiel lichtemittierende Dioden, Laserdioden und dergleichen oder auch elektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise Feldeffekttransistoren und Schottky-Dioden. Die auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter in der operativen Struktur oder dem operativen Bauteil können bei konventionellen Wachstumstemperaturen abgeschieden werden, und zwar unter Verwendung von MOCVD-Techniken. Die sich ergebende Halbleiterstruktur umfasst eine Nitridstruktur 36 die folgendes aufweist: die Kernbildungsschicht 16, die Pufferstruktur 32 und die operative Struktur 34. Die Nitridstruktur besitzt eine oberste Oberfläche 38 entfernt vom Substrat 10 und eine Bodenoberfläche 40 benachbart zum Substrat 10.
  • Die auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter in der operativen Struktur oder Betriebsstruktur haben eine ausgezeichnete Kristallqualität. Nach der Abscheidung kann die Struktur auf Raumtemperatur gekühlt werden und sodann aus dem Reaktor entfernt werden, und zwar ohne Rissbildung der auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter in der operativen Struktur. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine Betriebstheorie eingeschränkt sei, wird angenommen, dass die Kombination der Kompressionsbeanspruchung durch die Supergitter in der operativen Struktur und in der Zwischenschicht 24 dazu dient die Bildung von Defekten oder Schadstellen zu unterbinden und darüber hinaus die Platzierung des ersten Supergitters unterhalb der untersten Galliumnitridschicht (unterhalb Zwischenschicht 24) zur weiteren Einschränkung der Bildung von Kristalldefekten dient. Es sei ferner angenommen, dass die Aluminiumschicht 14 zum Schutze des Siliziumsubstrats gegenüber Ätzen durch Ammoniak, welches verwendet wird um Nitridhalbleiter zu scheiden und somit zur weiteren Beschränkung der Defektbildung im Kristall. Es sei ferner angenommen, dass die Kompressionsbeanspruchung angelegt an die Supergitter und durch die Pufferstruktur insgesamt an die operative oder Betriebsstruktur 34 dazu dient Rissbildung zu verhindern, dann, wenn das Substrat und die Nitridstruktur auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
  • Gemäss den konventionellen Techniken die bei der chemischen Hochqualitätsdampfabscheidung verwendet werden, verarbeitet werden. Wahlweise kann zwischen der Abscheidung von Schichten aus unterschiedlichen Zusammensetzungen wie beispielsweise zwischen der Abscheidung der Aluminiumschicht 14 und Pufferschicht 16 wie sowohl vor und nach der Abscheidung des Supergitters die Kammer gespült werden hinsichtlich Metallen aus der vorhergehenden Schicht, und zwar durch Füllen derselben mit einer Mischung aus Wasserstoff oder Stickstoffträgergas und Ammoniak für eine längere Zeitperiode.
  • Die Qualität der in 1 gezeigten Struktur wird durch die Nomarsky-Bilder der 2 veranschaulicht. Das mit (a) bezeichnete Bild ist ein Nomarsky-Bild einer Struktur die nicht gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist sondern gebildet ist durch Abscheidung von Galliumnitrid direkt auf einer Aluminiumnitridkernbildungsschicht, wohingegen die Struktur die mit (b) in 1 bezeichnet ist eine vergleichbare Struktur zeigt, und zwar mit einer Pufferstruktur wie dies oben bezüglich 1 diskutiert wurde, und zwar zwischen der Kernbildungsschicht und der Galliumnitridschicht.
  • Die Struktur (a) zeigt zahlreiche Linien, welche Kristalldefekte repräsentieren, und zwar in Folge von Oberflächenrissbildung wohingegen die Struktur (b) im Wesentlichen frei von solchen Defekten ist.
  • Die sich aus dem oben unter Bezugnahme auf 1 diskutierten Prozess ergebende Struktur kann weiterbearbeitet werden, und zwar unter Verwendung konventioneller Techniken um individuelle Vorrichtungen zu bilden, und zwar beispielsweise durch Unterteilung der Nitridstruktur 36 und des Siliziumsubstrats 10 zur Bildung individueller Einheiten, deren jede einen Teil der Nitridstruktur und einen entsprechenden Teil des Substrats umfasst, und wobei ferner Kontakte an die sich ergebenden Einheiten angebracht werden und diese verpackt werden.
  • Noch bevorzugter ist es jedoch, das Substrat 10 zu entfernen. In einem Prozess gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (3) wird eine Halbleiterstruktur die ein Siliziumsubstrat 10 und eine Nitridstruktur 36 umfasst, die die gleiche sein kann oder eine unterschiedliche gegenüber der oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 diskutierten Nitridstruktur, in Eingriff mit einem temporären Träger 42, derart gebracht, so dass die Oberseite (obere Oberfläche) 38 der Nitridstruktur an dem Träger anliegt, und dass ferner die Oberseite (obere Oberfläche) 38 der Nitridstruktur mit dem Träger verbunden bzw. verklebt ist vorzugsweise unter Verwendung eines dielektrischen "Klebers" der die Adhäsion zwischen der oberen Nitridschicht und dem Träger fördert. Dieses Dielektrikum kann beispielsweise Benzocylobuten (BCB), Methylsilsesquioxan (MSSQ) oder ein Material sein, wie beispielsweise wie diejenigen die unter den folgenden Handelsnamen verkauft werden: FlareTM, SiLKTM, Parylene-N und PETI 5. Die Oberflächen der Nitridstruktur, des Trägers oder von beiden ist oder wird mit dem Kleber beschichtet und sodann werden die Oberflächen in Kontakt miteinander gebracht, und zwar bei einer relativ niedrigen Temperatur unterhalb 400°C. Wenn die darauffolgenden Verarbeitungsschritte nicht über eine Temperatur von 100°C hinausgehen, können andere Polymere wie beispielsweise HMDS oder Fotoresist-Material verwendet werden. Zusätzlich gilt folgendes: wenn Lösungsmittel, wie beispielsweise Azeton, in ferneren Verarbeitungsschritte nicht verwendet werden, können lösbare Klebemittel wie beispielsweise Wachs oder CristallbondTM verwendet werden.
  • Der Träger 42 ist in 3 als ein Saphirelement veranschaulicht. Der Träger kann aber aus anderen Materialien gebildet sein, die inert gegenüber den anderen Reagenzien sind, die in den Verfahren, die noch folgen werden, verwendet werden und die die Temperaturen überstehen die im Verfahren angewandt werden. Am bevorzugtesten besitzt der Träger auch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der nahe demjenigen der Nitridstruktur liegt, und so die Nitridstruktur nicht verunreinigt. Der Träger ist somit zweckmäßigerweise im Wesentlichen frei von Materialien, die die Tendenz besitzen in die Nitridstruktur zu diffundieren.
  • Auf den Trägerverklebe- oder -verbindungsschritt folgt folgendes: das Substrat 10 wird beispielsweise durch Ätzen von der Nitridstruktur 36 entfernt, und zwar vorzugsweise unter Verwendung eines Ätzmittels wie beispielsweise Kaliumhydroxidlösung wie beispielsweise 20 Gew.-% KOH in wässriger Lösung bei 70°C, wobei dieses Ätzmittel das Siliziumsubstrat attackiert aber nicht merklich an der Nitridstruktur anhaftet. In diesem Prozess wirkt die Nitridstruktur als ein "Ätz-Stopp"; der Ätzvorgang setzt sich so lange fort, bis die Nitridstruktur erreicht ist. Ein zusätzlicher Ätzstopp kann an oder benachbart zur Nitridstruktur vorgesehen sein. Beispielsweise stoppt eine Schicht aus SiO2 in effektiver Weise den Ätzvorgang durch KOH. Darauffolgend auf die Entfernung des Substrats wird die untere Seite (Bodenseite) 40 der Nitridstruktur freigelegt. Eine Basis 40 wird auf die Unterseite 40 aufgebracht, und zwar beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung oder durch Sprühen (Sputtering} eines Basismaterials auf die Unterseite. Das Basismaterial ist in zweckmäßiger Weise ein Material mit guten elektrischen Isolationseigenschaften und das Material ist beispielsweise Aluminiumnitrid oder ein kohlenstoffhaltiges diamantartiges Material. Das Basismaterial 44 besitzt zweckmäßigerweise auch eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit. Das Basismaterial 44 kann auf die freigelegte Unterseite der Nitridstruktur aufgewachsen werden selbst dann, wenn eine beträchtliche Kristallgitterfehlausrichtung zwischen der Nitridstruktur und dem Basismaterial vorhanden ist. Das Basismaterial braucht nicht als eine monokristalline defektfreie Struktur ausgebildet werden, und zwar vorausgesetzt dass das polykristalline oder defekt belastete Basismaterial die gewünschten Isoliereigenschaften beibehält. Lediglich beispielhaft sein erwähnt, dass Aluminiumnitrid oder Kohlenstoff durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden werden können.
  • Darauffolgend auf die Abscheidung der Basis 44 wird ein Band oder ein anderes temporäres Handhabungselement 46 auf die freigelegte Oberfläche der Basis 44 aufgebracht werden und der Träger 42 wird entfernt was die Nitridstruktur 36 auf der Basis 44 zurücklässt und zwar körperlich oder physikalisch getragen durch die Basis und durch das Band oder ein anderes temporäres Handhabungselement 46 und ferner unter Zurücklassung der Nitridstruktur mit ihrer Unterseite 40 auf die Basis 44 hinweisend. Die sich ergebende Struktur ist frei von dem Siliziumsubstrat während des Epitaxialwachstums der Nitridstruktur. Die sich ergebende Struktur kann konventionellen Halbleiterverarbeitungstechniken ausgesetzt werden, wie beispielsweise der Unterteilung, der Anbringung von Kontakten und der Unterbringung auf einer Verpackung, um eine oder mehrere denkbare Vorrichtungen zu bilden. Gemäss einer weiteren Variante kann der Schritt der Abscheidung des Basismaterials weggelassen werden.
  • In einem Verfahren gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung (4) wird eine Nitridstruktur auf einem Siliziumwachstumssubstrat 110 einer Nachwachstumsverarbeitung ausgesetzt, wie beispielsweise der Aufbringung von Kontakten, der Unterteilung und des Ätzens, um so eine Vielzahl von halbfertigen Galliumnitridvorrichtungen 136 auf dem Siliziumwachstumssubstrat 110 zu bilden, wobei jede derartige Vorrichtung eine Galliumnitridstruktur aufweist. Die halbfertigen Vorrichtungen werden Verfahrensschritten ähnlich denjenigen ausgesetzt, die oben unter Bezugnahme auf 3 diskutiert wurden, und zwar einschließlich der Aufbringung eines temporären Trägers 142 über den Oberflächen der Galliumnitridstrukturen liegend, und der Entfernung des Substrats um die Unterseiten der (Bodenoberflächen) 140 dieser Strukturen freizulegen. Darauffolgend auf die Entfernung des Substrats wird wiederum Grund- bzw. Basismaterial zur Bildung einer Basis 144 auf jeder Galliumnitridstruktur 140 aufgebracht. Darauffolgend auf die Aufbringung der Basen kann ein temporäres Handhabungselement wie beispielsweise ein Band 146 angebracht werden, und die Vorrichtungen können Bearbeitungen wie beispielsweise der Leiterverbindung und der Anbringung auf einem Verpackungselement 48 unterworfen werden.
  • Die gemäss den Verfahren, die oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4 diskutiert wurden, hergestellten Vorrichtungen können überlegene elektrische Eigenschaften zeigen, da das Siliziumsubstrat welches beim Epitaxialwachstum der Nitridstruktur verwendet wurde in der fertigen Vorrichtung nicht vorhanden ist. Obwohl relativ teuere Materialien wie beispielsweise Saphirwafer als temporäre Träger verwendet werden, können diese "recycelt" bzw. wiederverwendet werden und bilden keinen Teil der fertigen Vorrichtung.
  • Es können zahlreiche Variationen oder Kombinationen der Merkmale eingesetzt werden, wie sie oben beschrieben wurden, ohne den Rahmen der Erfindung die durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen. Beispielsweise können die Aluminiumschicht und das aluminiumgeschützte Siliziumsubstrat was oben diskutiert wurde beim Wachstum von anderen Nitridstrukturen und anderen III-V-Halbleiterstrukturen verwendet werden. Auch können die in den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendeten III-V-Halbleiter variiert bzw. verändert werden, und zwar durch die Hinzufügung von anderen Elementen der Gruppe V wie beispielsweise As und P. Die in der Nitridstruktur inkorporierte Pufferstruktur kann mehr als zwei Supergitter enthalten. Umgekehrt kann die Zwischenschicht und das zweite Supergitter weggelassen werden. In einer derartigen Variante, die in 5 gezeigt ist, ist das zweite Supergitter weggelassen und ist durch eine weitere polykristalline Kernbildungsschicht ersetzt, wie beispielsweise eine Schicht aus AlN abgeschieden bei einer niedrigen Temperatur. Diese Struktur umfasst ein Substrat 210 und eine Aluminiumschicht 214 identisch zu entsprechenden Strukturen die oben diskutiert wurden, und zwar unter Bezugnahme auf 1. Die Kernbildungsschicht 214 besteht aus 30 nm dicken AlN. Die Pufferstruktur 232 weist ein Supergitter 218 auf mit zehn Wiederholungen einer Basiseinheit, wobei jede Einheit eine Schicht 22 aus AlN 2 nm dick und eine Schicht 222 aus Al0,3Ga0,7N umfasst, und zwar ebenfalls 2 nm dick. Die Struktur 232 weist ferner eine Zwischenschicht 224 aus GaN 0,4 μm dick auf und eine Kernbildungsschicht 226 aus 13 nm dickem polykristallinem AlN. Die Betriebsstruktur 235 weist eine Schicht 235 aus GaN 0,6 μm dick auf und ferner eine obere Schicht 237 aus Al0,3Ga0,7N, und zwar von 23 nm Dicke. Die Schichten 237 und 235 liefern in zusammenarbeitender Weise ein zweidimensionales Elektronengas und tragen zum Betrieb der Vorrichtung als Hochelektronen-Mobilitätstransistor bei.
  • 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Nitridhalbleiter-Schottky-Diode 300 ausgebildet gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schottky-Diode 300 weist ein dotiertes Siliziumsubstrat 302 auf, auf welchem eine Pufferstruktur 304 ausgebildet ist, die die Pufferstruktur 32 gemäss 1 sein kann oder aber die Pufferstruktur 232 gemäss 5. Die Pufferstruktur besitzt typischerweise eine Dicke von zwischen 0,1 bis 10 Mikronen. Eine hochdotierte n-Typ Nitridhalbleiterschicht 306 wie beispielsweise eine Schicht aus GaN oder einem anderen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter, wird oben auf der Pufferstruktur 302 ausgebildet und besitzt eine Dotierkonzentration von zwischen 1018 bis 1019 cm–3 mit einer Dicke von zwischen 0,1 bis 10 Mikron. Eine untere dotierte n-Typ Nitridhalbleiterschicht 308 ist oben auf der hochdotierten Nitridhalbleiterschicht ausgebildet oder ausgeformt und kann auch aus GaN oder einem anderen auf Galliumnitrid basierten Halbleiter bestehen. Die Konzentration der Dotiermittel in der unteren dotierten Schicht liegt zwischen 1015 bis 1016 cm–3 und die Schicht besitzt eine Dicke von zwischen 0,1 bis 10 Mikron. Alternativ kann die höher dotierte Schicht 306 weggelassen werden und die untere dotierte Schicht 308 wird direkt auf der Pufferstruktur 304 ausgebildet.
  • Eine Schottky-Kontaktschicht 310 wird auf der unteren dotierten Schicht 308 abgeschieden und überdeckt vorzugsweise die vollständige Breite der unteren dotierten Schicht. Eine dicke Metallschicht 312 wird oben auf der Schottky-Kontaktschicht 310 angeordnet.
  • Am Boden der Vorrichtung wird eine dünne ohmsche Metallkontaktschicht 316 ausgebildet, und zwar auf der Rückseite des Siliziumsubstrats 302 und ein weiterer Metallstapel 310 wird oben auf der ohmschen Metallschicht 316 abgeschieden. Eine optionale Passivierungsschicht 314 kann oben auf dem ganzen oder einem Teil der Schottky-Kontaktmetallschicht 310 und der dicken Metallschicht 312 ausgebildet sein.
  • Die Struktur der Schottky-Diode 300 sieht einen Vorwärts- oder Durchlassrichtungsvertikalstromleitungspfad vor, und zwar von Schottky-Kontaktmetall und durch die niedrigdotierte Schicht 308, die hochdotierte Schicht 306, 304 und das Siliziumsubstrat 302 zu der ohmschen Metallschicht 316. und dem metallischen Stapel 318. Zusätzlich gilt folgendes: die Breite der Schottky-Kontaktmetallschicht 310 und des Metallstapels 312 sehen einen vertikalen Leitungspfad vor, der die volle Breite der Schottky-Diodenstruktur ausnutzt.
  • Vorteilhafterweise minimiert der Widerstandswert der Vorrichtung bei Vorspannung in Durchlassrichtung den vertikalen Leitungspfad, wobei aber eine hohe Durchbruchsspannung bei Rückwärtsvorspannung aufrecht erhalten bleibt. Die Vorwärtsschaltspannung der Vorrichtung liegt typischerweise zwischen 0,5 V und 1,5 V, wohingegen die Durchbruchsspannung größer als minus 100 V ist. Zusätzlich der Ein-Widerstand der Vorrichtung kleiner als 10 bis 20 Milliohm-cm2, wohingegen bekannte Vorrichtungen in der Industrie typischerweise Widerstandswerte besitzen, die größer sind als dieser Wert.
  • Der vertikale Leitungspfad der Schottky-Diode ist besonders nützlich beim Erreichen eines niedrigen Ein-Widerstands in einer auf Galliumnitrid basierende Diode obwohl GaN und andere auf Nitrid basierende Halbleiter die typischerweise verwendet werden relativ hohe Widerstandswerte besitzen. Bekannte auf GaN basierende Halbleitervorrichtungen aufgewachsen auf einem isolierenden Substrat wie beispielsweise Saphir verwenden typischerweise die laterale oder seitliche Leitung in den auf Nitrid basierenden Schichten, um den Vorwärts- oder Durchlassstrom zu führen. Der Vorwärtsstrom muss über einen relativ langen Pfad laufen und auch entlang relativ dünner Schichten von einen hohen Widerstandswert besitzendem Material die kleine Querschnittsflächen in der Richtung quer zur Richtung des Stromflusses besitzen. In einer derartigen lateralen Leitungsstruktur wird die Pfadlänge bestimmt durch die Horizontalabmessungen der Form (beispielsweise 1 mm oder mehr) und die Querschnittsfläche wird bestimmt durch die Dicke der GaN-Schichten (einige wenige Mikron). Im Gegensatz dazu gilt für die vertikale Leitungsstruktur der 6 folgendes: die Pfadlänge zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Schottky-Kontakt besitzt eine minimale Länge, und zwar gleich der Dicke der GaN-Schichten (einige wenige Mikron), und besitzt ferner eine beträchtliche Querschnittsfläche, entsprechend dem Oberflächengebiet der Formstruktur, wodurch der Widerstandswert der Vorrichtung beträchtlich vermindert wird.
  • Darüber hinaus wird die Reduktion des Ein-Widerstands infolge der vertikalen Leitungsstruktur erreicht unter Verwendung des relativ billigen hochleitfähigen Siliziumsubstrats. Durch die Verwendung der oben diskutierten bevorzugten Interfacialstrukturen kann dieser niedrige Ein-Widerstandswert erreicht werden während eine hohe Kristallqualität in den auf Nitrid basierenden Halbleitern aufrechterhalten wird. Zusätzlich können die Dotierpegel in auf Nitrid basierenden Halbleitern relativ niedrig sein, was in dem Aufrechterhalten einer hohen Durchbruchsspannung hilft, ohne dabei einen exzessiven Ein-Widerstand erreichen.
  • 7 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vertikalleitungs-Schottky-Diode 400 ausgebildet entsprechend der Erfindung, und zwar mit einer Mesastruktur. Eine Pufferstruktur 404 wird auf der Oberseite (obere Oberfläche) eines Halbleitersubstrats 402 ausgebildet, und zwar entsprechend eines der oben beschriebenen Verfahren, und ferner mit einer Struktur entsprechend einer der oben beschriebenen Strukturen. Eine hochdotierte n-Typ Nitridhalbleiterschicht 406 wird oben auf der Pufferstruktur 404 angeordnet und besitzt eine Zusammensetzung, Dotierkonzentration und Dicke ähnlich der entsprechenden Region oder Zone der in 6 gezeigten Vorrichtung. Eine untere dotierte n-Typ Nitridhalbleiterschicht 408 wird oben auf der hochdotierten Schicht 406 gebildet, und besitzt in gleicher Weise eine Zusammensetzung, Dotierkonzentration und Dicke ähnlich bzw. gleich der entsprechenden Zone gemäss 6. Die Breite der unteren dotierten Schicht 408 ist kleiner als die Breite der höher dotierten Schicht. Zusätzlich sind die Schottky-Metallschicht 410 und der obere dicke Metallstapel 412 ähnlich in ihrer Struktur und Dicke in entsprechenden Schichten die in 6 gezeigt sind, besitzen aber eine Breite ähnlich der unteren dotierten Schicht 408. Eine Anschlussstruktur (die nicht gezeigt ist) kann ausgebildet werden, um jedweden Kanteneffekten entgegen zu wirken die sich aus dem Schottky-Kontaktmetall ergeben. Eine Passivierungsschicht kann ebenfalls vorgesehen sein. Eine ohmsche Kontaktmetallschicht 416 und ein Metallstapel 418 werden auf der Rückseite des Siliziumsubstrats gebildet.
  • Wenn diese und andere Variationen und Kombinationen verwendet werden sollte die voranstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden, und zwar in veranschaulichender Weise und nicht in einschränkender Weise nachdem die Erfindung durch die Ansprüche definiert ist.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist in der elektronischen Vorrichtungsherstellungsindustrie anwendbar und in der Halbleitermaterialherstellungsindustrie.
  • Zusammenfassung
  • Auf Galliumnitrid basierende Vorrichtungen und Herstellungsverfahren dafür ein Nitridhalbleiter wird auf ein Siliziumsubstrat aufgewachsen und zwar durch Abscheiden von wenigen Monoschichten aus Aluminium, um das Siliziumsubstrat gegenüber Ammoniak, welches während des Wachstumsprozesses verwendet wird zu schützen, wobei so dann eine Keimbildungsschicht aus Aluminiumnitrid gebildet wird und eine Pufferstruktur einschließlich mehrfacher Supergitter aus AlRGa(1-R)N Halbleitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und mit einer Zwischenschicht aus GaN oder einem anderen an Ga-reichen Nitridhalbleiter. Die sich ergebende Struktur besitzt eine überlegene Kristallqualität. Das beim Epitaxialwachstum verwendete Siliziumsubstrat kann vor der Vollendung der Vorrichtung entfernt werden, um so in den Vorrichtungen überlegene elektrische Eigenschaften zu erreichen wie beispielsweise eine hohe elektronenmobilitätbesitzende Transistoren.

Claims (91)

  1. Eine Halbleiterstruktur, die folgendes aufweist: (a) ein Siliziumsubstrat; (b) eine Aluminiumschicht direkt über einer Oberfläche des Substrats liegend; (c) eine polykristalline Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter direkt über der Aluminiumschicht liegend; (d) eine Pufferstruktur einschließlich einer oder mehrerer Supergitter über der Kernbildungsschicht liegend, wobei jedes der Supergitter eine Vielzahl von auf Nitrid basierenden Halbleitern unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist; und (e) eine operative oder Betriebsstruktur aus einem oder mehreren auf GalliumNitrid basierenden Halbleitern, die über der erwähnten Pufferstruktur liegen.
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei die Pufferstruktur folgendes aufweist: ein erstes Supergitter, eine Zwischenschicht aus einem auf Nitrid basierenden Halbleiter über dem ersten Supergitter liegend und ein zweites Supergitter über der Zwischenschicht liegend.
  3. Struktur nach Anspruch 2, wobei jedes der erwähnten ersten und zweiten Supergitter im wesentlichen aus Halbleitern besteht gemäß der Formel AlrGa(1-r)N, wobei r ≤ 0 ≤ 1.
  4. Struktur nach Anspruch 3, wobei jedes der ersten und zweiten Supergitter aus nur zwei Halbleitern mit unterschiedlichen r-Werten besteht.
  5. Struktur nach Anspruch 4, wobei die Halbleiter eingeschlossen in dem ersten Supergitter die gleichen sind wie die Halbleiter eingeschlossen in dem zweiten Supergitter.
  6. Struktur nach Anspruch 3, wobei das erwähnte erste Supergitter direkt über der Kernbildungsschicht liegt.
  7. Struktur nach Anspruch 6, wobei die Kernbildungsschicht im wesentlichen aus AluminiumNitrid besteht.
  8. Struktur nach Anspruch 1, wobei die Pufferstruktur ein erstes direkt über der Kernbildungsschicht liegendes Supergitter aufweist.
  9. Struktur nach Anspruch 6, wobei die Kernbildungsschicht im wesentlichen aus AluminiumNitrid besteht.
  10. Struktur nach Anspruch 1, wobei die Betriebsstruktur eine erste Schicht aus Nitridhalbleiter aufweist; wobei die Struktur ferner folgendes aufweist: mindestens eine Metallschicht über der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter liegend und einen Schottkykontakt damit bildend.
  11. Struktur nach Anspruch 10, wobei die erwähnte erste Schicht aus Nitridhalbleiter einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  12. Struktur nach Anspruch 10, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter GaN umfasst.
  13. Struktur nach Anspruch 10, wobei ferner mindestens eine weitere Metallschicht über einer zweiten Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats liegend vorgesehen ist, und zwar einen Ohmschen Kontakt damit bildend.
  14. Struktur nach Anspruch 10, wobei die Betriebsstruktur eine weitere Schicht aus Nitridhalbleiter aufweist, und zwar angeordnet zwischen der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter und der Pufferstruktur; wobei ferner die weitere Schicht aus Nitridhalbleiter eine höhere Dotierkonzentration besitzt aus die der erwähnten ersten Schicht aus Nitridhalbleiter.
  15. Struktur nach Anspruch 14, wobei die erwähnte weitere Schicht aus Nitridhalbleiter einen auf KaliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  16. Struktur nach Anspruch 14, wobei die weitere Schicht aus Nitridhalbleiter GaN aufweist.
  17. Struktur nach Anspruch 10, wobei die erste Nitridhalbleiterschicht über einer gesamten Breite der Pufferstruktur liegt und die erwähnte erste Metallschicht über einer gesamten Breite der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter liegt.
  18. Struktur nach Anspruch 10, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter über dem Teil der erwähnten Pufferstruktur liegt und wobei die erwähnte erste Metallschicht über der gesamten Breite der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter liegt.
  19. Eine Halbleiterstruktur, die folgendes aufweist: (a) ein Siliziumsubstrat; (b) eine polykristalline Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter über eine Oberfläche des Substrats liegend; (c) eine Pufferstruktur einschließlich eines ersten Supergitters direkt über der Kernbildungsschicht liegend, wobei das erste Supergitter eine Vielzahl von auf Nitrid basierenden Halbleitern unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist. und (e) eine Betriebsstruktur aus einem oder mehreren auf GalliumNitrid basierenden Halbleitern über der Pufferstruktur liegend.
  20. Struktur nach Anspruch 19 , wobei die Kernbildungsschicht im wesentlichen aus AluminiumNitrid besteht und wobei ferner das erwähnte erste Supergitter im wesentlichen aus Halbleitern gemäß der Formel AlrGa(1-r)N besteht, wobei r ≤ 0 ≤ 1 ist.
  21. Struktur nach Anspruch 19, wobei die Pufferstruktur eine Zwischenschicht aus einem auf Nitrid basierenden Halbleiter aufweist, und zwar über dem ersten Supergitter liegend und wobei ferner ein zweites Supergitter vorgesehen ist, welches eine Vielzahl von auf Nitrid basierenden Halbleitern über der Zwischenschicht liegend aufweist.
  22. Struktur nach Anspruch 21, wobei jedes der ersten und zweiten Supergitter im wesentlichen aus Halbleitern gemäß der Formel AlrGa(1-r)N besteht, wobei r ≤ 0 ≤ 1 ist.
  23. Struktur nach Anspruch 22, wobei jedes der ersten und zweiten Supergitter aus nur zwei Halbleitern besteht, die unterschiedliche Werte von r besitzen.
  24. Struktur nach Anspruch 23, wobei die Halbleiter in dem ersten Supergitter die gleichen sind wie die Halbleiter, die im zweiten Supergitter eingeschlossen sind.
  25. Struktur nach Anspruch 19, wobei die erwähnte operative Struktur eine erste Schicht aus Nitridhalbleiter aufweist; wobei die Struktur ferner mindestens eine erste Metallschicht über der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter aufweisend aufweist und einen Schottkykontakt damit bildet.
  26. Struktur nach Anspruch 25, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  27. Struktur nach Anspruch 25, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter GaN aufweist.
  28. Struktur nach Anspruch 25, wobei ferner mindestens eine weitere Metallschicht vorgesehen ist, und zwar über einer weiteren Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats liegend und einen Ohmschen Kontakt damit bildend.
  29. Struktur nach Anspruch 25, wobei die Betriebsstruktur eine weitere Schicht aus Nitridhalbleiter aufweist, und zwar angeordnet zwischen der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter und der Pufferstruktur; wobei die weitere Schicht aus Nitridhalbleiter eine höhere Dotierkonzentration besitzt als die erste Schicht aus Nitridhalbleiter.
  30. Struktur nach Anspruch 29, wobei die erwähnte weitere Schicht aus Nitridhalbleiter einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  31. Struktur nach Anspruch 29, wobei die weitere Schicht aus Nitridhalbleiter GaN aufweist.
  32. Struktur nach Anspruch 25, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter über einer gesamten Breite der Pufferstruktur liegt, und wobei die erwähnte erste Metallschicht über einer gesamten Breite der erwähnten ersten Schicht aus Nitridhalbleiter liegt.
  33. Struktur nach Anspruch 25, wobei die erste Schicht aus Nitridhalbleiter über einem Teil der Pufferstruktur liegt, und wobei die erwähnte erste Metallschicht über der gesamten Breite der ersten Schicht aus Nitridhalbleiter liegt.
  34. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: (a) Abscheiden von Aluminium direkt auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats, um ein aluminiumgeschütztes Substrat vorzusehen; sodann (b) Abscheiden einer Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter auf dem aluminiumgeschützten Substrat; sodann (c) epitaxiales Wachsen einer Pufferstruktur einschließlich eines oder mehrerer Supergitter aus Nitridhalbleitern auf der erwähnten Kernbildungsschicht; und sodann (d) epitaxiales Wachsen einer Betriebsstruktur einschließlich eines oder mehrerer auf GalliumNitrid basierender Halbleiter auf der erwähnten Pufferstruktur.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Abscheidens der Kernbildungsschicht auf dem Nitridhalbleiter die Verwendung von NH3 als ein Reaktionsmittel umfasst, und zwar in Kontakt mit dem erwähnten aluminiumgeschützten Substrat.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Schritt des Abscheidens der Kernbildungsschicht die metallorganische chemische Dampfabscheidung umfasst.
  37. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Wachsens der erwähnten Pufferstruktur folgendes umfasst: Wachsen eines ersten Supergitters aus Nitridhalbleitern direkt auf der Kernbildungsschicht.
  38. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des epitaxialen Wachsens der erwähnten operativen Struktur das Wachsen einer ersten Nitridhalbleiterschicht umfasst; wobei das Verfahren ferner folgendes vorsieht: Abscheiden von mindestens einer ersten Metallschicht auf der erwähnten ersten Schicht aus Nitridhalbleiter, um einen Schottkykontakt damit zu bilden.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die erwähnte erste Schicht des Nitridhalbleiters einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter umfasst oder aufweist.
  40. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die erwähnte erste Schicht aus Nitridhalbleiter GaN aufweist oder umfasst. 41, Verfahren nach Anspruch 38, wobei ferner das Abscheiden von mindestens einer weiteren Metallschicht auf einer anderen oder weiteren Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats erfolgt, um einen Ohmschen Kontakt damit zu bilden.
  41. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der erwähnte Schritt des epitaxialen Wachsens der erwähnten Betriebsstruktur folgendes umfasst: Wachsen einer weiteren Nitridhalbleiterschicht auf der Pufferstruktur, und zwar vor dem Wachsen der ersten Nitridhalbleiterschicht derart, dass die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht eine höhere Dotierkonzentration besitzt als die erste Nitridhalbleiterschicht.
  42. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht GaN aufweist.
  44. Verfahren nach Anspruch 38, wobei folgendes vorgesehen ist: Entfernen eines Teils der ersten Nitridhalbleiterschicht derart, dass die erste Nitridhalbleiterschicht eine Mesastruktur bildet.
  45. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: (a) Abscheiden einer Kernbildungsschicht aus einem Nitridhalbleiter auf einem Siliziumsubstrat; sodann (b) epitaxiales Wachsen einer Pufferstruktur einschließlich eines oder mehrerer Supergitter aus Nitridhalbleitern auf der erwähnten Kernbildungsschicht, wobei der Schritt des Wachsens der Pufferstruktur folgendes einschließt: Wachsen eines ersten Supergitters aus Nitridhalbleitern direkt auf der erwähnten Kernbildungsschicht; und sodann (c) epitaxiales Wachsen einer operativen oder Betriebsstruktur einschließlich eines oder mehrerer auf Galliumnitrid basierender Halbleitern auf der Pufferstruktur.
  46. Verfahren nach Anspruch 46, wobei der Schritt des Wachsens der Pufferstruktur folgendes umfasst bzw. aufweist: Wachsen einer Zwischenschicht aus GalliumNitridhalbleiter über dem erwähnten ersten Supergitter und Wachsen eines zweiten Supergitters aus Nitridhalbleitern über der erwähnten Zwischenschicht.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei der Schritt des epitaxialen Wachsens der Betriebsstruktur das Wachsen einer ersten Schicht aus Nitridhalbleiter aufweist, wobei das Verfahren ferner folgendes vorsieht: Abscheiden von mindestens einer ersten Metallschicht auf der erwähnten ersten Nitridhalbleiterschicht, um einen Schottkykontakt damit zu bilden.
  48. Verfahren nach Anspruch 48, wobei die erwähnte erste Nitridhalbleiterschicht einen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  49. Verfahren nach Anspruch 48, wobei die erwähnte erste Nitridhalbleiterschicht GaN aufweist.
  50. Verfahren nach Anspruch 48, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Abscheiden von mindestens einer weiteren Metallschicht auf einer weiteren Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats zur Bildung eines Ohmschen Kontaktes damit.
  51. Verfahren nach Anspruch 48, wobei der Schritt des epitaxialen Wachsens der Betriebsstruktur folgendes aufweist: Wachsen einer weiteren Schicht aus Nitridhalbleiter auf der erwähnten Pufferstruktur, und zwar vor dem Wachsen der ersten Nitridhalbleiterschicht derart, dass die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht eine höhere Dotierkonzentration besitzt als die erwähnte erste HalbleiterNitridschicht.
  52. Verfahren nach Anspruch 51, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht einen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  53. Verfahren nach Anspruch 51, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht GaN aufweist.
  54. Verfahren nach Anspruch 48, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Entfernen eines Teils der erwähnten ersten Nitridhalbleiterschicht derart, dass die erwähnte erste Nitridhalbleiterschicht eine Mesastruktur bildet.
  55. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: (a) epitaxiales Wachsen einer Nitridhalbleiterstruktur auf einem Siliziumsubstrat; sodann (b) Verbinden eines Trägers mit der Nitridhalbleiterstruktur; sodann (c) Entfernen des erwähnten Siliziumsubstrats aus der erwähnten Nitridhalbleiterstruktur.
  56. Verfahren nach Anspruch 56, wobei ferner der Schritt des Aufbringens eines Basismaterials, welches sich von Silizium unterscheidet, auf der Nitridhalbleiterstruktur erfolgt, und zwar nach dem Entfernen des Siliziumsubstrats.
  57. Verfahren, nach Anspruch 57, wobei ferner der Schritt des Entfernens des erwähnten Trägers nach dem Aufbringen des erwähnten Basismaterials vorgesehen ist.
  58. Verfahren nach Anspruch 58, wobei ferner der Schritt der Behandlung der erwähnten Nitridhalbleiterstruktur vorgesehen ist, und zwar bevor der Schritt des Verbindens oder Verklebens des Trägers erfolgt, um eine oder mehrere Vorrichtungen in der erwähnten Struktur zu bilden.
  59. Verfahren nach Anspruch 58, wobei ferner der Schritt des Behandelns der Nitridhalbleiterstruktur vorgesehen ist, um eine oder mehrere Vorrichtungen in der Struktur zu bilden, und zwar nach dem Schritt des Entfernens des Trägers.
  60. Verfahren nach Anspruch 58, wobei der Schritt des Aufbringens eines Basismaterials das Abschalten des Basismaterials auf der Nitridhalbleiterstruktur umfasst, um eine Schicht oder einen Film aus dem Basismaterial auf einer Bodenoberfläche oder Unterseite der Nitridhalbleiterstruktur zu bilden, und zwar entfernt von dem Träger.
  61. Verfahren nach Anspruch 61, wobei der Schritt des Abscheidens des Basismaterials folgendes umfasst: Abscheiden eines Basismaterials ausgewählt aus der aus AluminiumNitrid und Diamant bestehenden Gruppe.
  62. Ein Halbleiterelement mit einer Nitridhalbleiterstruktur mit einer oder mehreren epitaxial gewachsenen Schichten und einer Basis, die die Nitridhalbleiterstruktur trägt, wobei die Basis eine Struktur ist, die sich von einem Substrat unterscheidet, welches in dem Epitaxialwachstum der Nitridhalbleiterstruktur verwendet wurde, wobei das Element nicht das Substrat umfasst, welches beim Epitaxialwachstum der Nitridhalbleiterstruktur verwendet wird.
  63. Ein Halbleiterelement nach Anspruch 63, wobei die Basis aus einem Material gebildet ist, welches aus der aus Nitridhalbleitern und Diamant bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  64. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur auf einem Siliziumsubstrat, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: (a) Abscheiden einer Aluminiumschicht weniger als ungefähr 10 Atommonoschichten dick auf der oberen Oberfläche (Oberseite) des Substrats, um ein aluminiumgeschütztes Substrat zu bilden; und sodann (b) Abscheiden von mindestens einem Nitridhalbleiter auf dem aluminiumgeschützten Substrat.
  65. Verfahren nach Anspruch 65, wobei der Schritt des Abscheidens eines Nitridhalbleiters umfasst, dass das aluminiumgeschützte Substrat einer Atmosphäre ausgesetzt wird, die eine oder mehrere organometallische Verbindungen und Ammoniak aufweist.
  66. Eine Halbleiterstruktur hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 65.
  67. Eine Vertikalstromleitungs-Schottkydiode, die folgendes aufweist: ein Siliziumsubstrat; mindestens eine Schicht aus Nitridhalbleiter über einer Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats liegend; mindestens eine erste Metallschicht über der erwähnten Nitridhalbleiterschicht liegend und einen Schottkykontakt damit bildend; und mindestens eine weitere Metallschicht über einer weiteren Oberfläche des Siliziumsubstrats liegend und einen Ohmschen Kontakt damit bildend.
  68. Eine Struktur nach Anspruch 68, wobei die erwähnte mindestens eine Nitridhalbleiterschicht einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  69. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei die mindestens eine diese Metallhalbleiterschicht GaN aufweist.
  70. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei ferner eine Pufferstruktur vorgesehen ist, und zwar angeordnet zwischen dem erwähnten Siliziumsubstrat und der Nitridhalbleiterschicht.
  71. Eine Schottkydiode nach Anspruch 71, wobei die Pufferstruktur mindestens ein Supergitter aufweist, und zwar angeordnet zwischen dem Siliziumsubstrat und der erwähnten Nitridhalbleiterschicht, die eine Vielzahl von Nitridhalbleitern unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist.
  72. Eine Schottkydiode nach Anspruch 71, wobei die Pufferstruktur ein erstes Supergitter aufweist, ferner eine Zwischenschicht aus Nitridhalbleiter über dem erwähnten ersten Supergitter liegend und ferner ein zweites Supergitter über der erwähnten Zwischenschicht liegend.
  73. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei ferner eine Aluminiumschicht vorgesehen ist, die direkt über dem Siliziumsubstrat liegt.
  74. Eine Schottkydiode nach Anspruch 74, wobei ferner eine polykristalline Kernbildungsschicht vorgesehen ist, die einen Nitridhalbleiter aufweist, der direkt über der Aluminiumschicht liegt.
  75. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: eine weitere Nitridhalbleiterschicht angeordnet zwischen dem Siliziumsubstrat und der ersten Nitridhalbleiterschicht; wobei die weitere Nitridhalbleiterschicht eine höhere Dotierkonzentration besitzt als diejenige der ersten Nitridhalbleiterschicht.
  76. Eine Schottkydiode nach Anspruch 76, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht einen auf Galliumnitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  77. Eine Schottkydiode nach Anspruch 76, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht GaN aufweist.
  78. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei die Nitridhalbleiterschicht über einer gesamten Breite des erwähnten Siliziumsubstrats liegt und wobei ferner die erwähnte erste Metallschicht eine gesamte Breite der ersten Nitridhalbleiterschicht überdeckt.
  79. Eine Schottkydiode nach Anspruch 68, wobei die erwähnte Nitridhalbleiterschicht über einem Teil des Siliziumsubstrats liegt und wobei ferner die erste Metallschicht über einer gesamten Breite der Nitridhalbleiterschicht liegt.
  80. Ein Verfahren zur Herstellung einer Vertikalstromleitungs-Schottkydiode, wobei folgendes vorgesehen ist: Ausbilden von mindestens einer Nitridhalbleiterschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats; Abscheiden von mindestens einer ersten Metallschicht auf der erwähnten Nitridhalbleiterschicht, um einen Schottkykontakt damit zu bilden; und Abscheiden von mindestens einer weiteren Metallschicht auf einer weiteren Oberfläche des Siliziumsubstrats zur Bildung eines Ohmschen Kontaktes damit.
  81. Ein Verfahren nach Anspruch 81, wobei die erwähnte eine Nitridhalbleiterschicht einen GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  82. Ein Verfahren nach Anspruch 81, wobei die erwähnte eine Nitridhalbleiterschicht GaN aufweist.
  83. Ein Verfahren nach Anspruch 81, wobei folgendes vorgesehen ist: Ausbilden einer Pufferstruktur auf der erwähnten Oberfläche des erwähnten Siliziumsubstrats vor der Ausbildung der Nitridhalbleiterschicht.
  84. Ein Verfahren nach Anspruch 84, wobei der Schritt des Ausbildens der Pufferstruktur folgendes aufweist: Wachsen von mindestens einem Supergitter, das eine Vielzahl von Nitridhalbleitern unterschiedlicher Zusammensetzungen aufweist.
  85. Ein Verfahren nach Anspruch 84, wobei der Schritt des Ausbildens der Pufferstruktur folgendes aufweist: Wachsen eines ersten Supergitters, Wachsen einer Zwischenschicht aus Nitridhalbleiter das erste Supergitter überdeckend und Wachsen eines zweiten Supergitters die Zwischenschicht überdeckend.
  86. Ein Verfahren nach Anspruch 81, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Abscheiden einer Aluminiumschicht direkt auf dem Siliziumsubstrat.
  87. Ein Verfahren nach Anspruch 87, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Ausbilden einer polykristallinen Kernbildungsschicht, die einen Nitridhalbleiter aufweist, und zwar direkt auf der erwähnten Aluminiumschicht.
  88. Ein Verfahren nach Anspruch 81, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Ausbilden einer weiteren Nitridhalbleiterschicht vor dem Ausbilden der ersten Nitridhalbleiterschicht; wobei ferner die Nitridhalbleiterschicht eine höhere Dotierkonzentration besitzt als diejenige der erwähnten ersten Nitridhalbleiterschicht.
  89. Ein Verfahren nach Anspruch 89, wobei die erwähnte weitere Nitridhalbleiterschicht einen auf GalliumNitrid basierenden Halbleiter aufweist.
  90. Ein Verfahren nach Anspruch 89, wobei die erwähnte weitere Schicht aus Nitridhalbleiter GaN aufweist.
  91. Verfahren nach Anspruch 81, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Entfernen eines Teils der erwähnten GalliumNitridschicht derart, dass die GalliumNitridschicht eine Mesastruktur bildet.
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