Die Erfindung betrifft eine Halbleiterscheibe zur Ausbildung von GaN- Halbleiterbauelementen.

Derartige Halbleiterscheiben weisen vor allem ein Siliziumsubstrat mit einem aufliegenden Pufferschichtsystem auf, wobei die oberste Schicht des Pufferschichtsystems eine GaN-Schicht umfasst. Auf der GaN-Schicht werden mittels Aufwachsen und Strukturieren von weiteren Schichten GaN- Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungstransistoren oder LEDs, hergestellt.

Ziel hierbei ist es, das epitaktische Wachstum insbesondere der GaN-Schicht bzw. der GaN-Teilschichten möglichst versetzungsfrei und einkristallin auszubilden. Anders ausgedrückt, die Zahl der Defekte, z.B. die Anzahl der fadenförmigen Versetzungen möglichst zu verringern und eine defektfreie einkristalline GaN-Schicht abzuscheiden, um eine möglichst hohe Ausbeute bei der Herstellung der GaN umfassenden oder aus GaN bestehenden Halbleiterbauelemente zu erreichen.

Die Herstellung der Schichten des Pufferschichtsystems einschließlich der GaN-Schicht erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Gas- Phasenepitaxieverfahren, genannt MOVPE. Hierbei werden die jeweiligen Halbleiterschichten mittels einer Abscheidung aus der Gasphase erzeugt.

Zur Herstellung der GaN-Schicht aus der Gasphase werden organische Trägergase wie z. B Trimethylgallium ((CH3)3Ga) und Ammoniak (NH3) unter Zugabe von Wasserstoff als Trägergas beim Wachstum von Galliumnitrid verwendet, wobei die Reaktion sich mittel der Reaktionsformel beschreiben lässt. Durch die Anwesenheit großer Mengen Kohlenstoff und Wasserstoff werden auch unabsichtlich und unvermeidlich geringe Mengen von Wasserstoff und Kohlenstoff mit in den Halbleiterkristall d.h. in die GaN-

BESTÄTIGUNGSKOPIE Schicht eingebaut.

Während Wasserstoff sich durch Tempern in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum entfernen lässt, um z.B. nicht die für die p-Typ-Leitung notwendigen Akzeptoren zu passivieren, führt der durch das Verfahren bedingte unvermeidliche und unbeabsichtigte Einbau von Kohlenstoff zu einer p- Dotierung bzw. zu einer Erhöhung der Rest-Leitfähigkeit.

Trotz aufwendiger Verfahren sämtliche Verunreinigungen zu vermeiden, die sich aus der Benutzung von zur Herstellung der GaN-Schicht nötigen Vorrichtungen und Ausgangsstoffe wie z.B. Metallorganika ergeben, finden sich unabsichtliche und unvermeidliche Verunreinigungen wie z.B. Sauerstoff in der GaN-Schicht.

Verfahren zur Herstellung von GaN-Schichten sind aus der DE 10 2006 008 929 Al, der EP 2 767 620 Al, der DE 102 56 911 Al, der US 2006/0281284 Al und der US 2013/0087762 Al bekannt.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.

Die Aufgabe wird durch eine Halbleiterscheibe zur Ausbildung von GaN- Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Entsprechend dem Gegenstand der Erfindung wird eine Halbleiterscheibe zur Ausbildung von GaN-Halbleiterbauelementen bereitgestellt, wobei die Halbleiterscheibe einen Durchmesser von wenigstens 100 mm aufweist. Es versteht sich, dass die Halbleiterscheibe insbesondere auch 150 mm oder 200 mm oder 300 mm oder 450 mm Durchmesser aufweisen kann.

Des Weiteren weist die Halbleiterscheibe ein Substrat, mit einer Oberseite und einer Unterseite auf, wobei das Substrat an der Oberseite aus Silizium besteht. Außerdem ist eine Übergangsschicht stoffschlüssig mit der Oberseite des Substrats verbunden. Auf der Übergangsschicht ist stoffschlüssig eine ausgebildete erste GaN-Schicht angeordnet.

Die erste GaN-Schicht umfasst eine erste GaN-Teilschicht und eine zweite GaN-Teilschicht, wobei die zweite GaN-Teilschicht auf der ersten GaN- Teilschicht ausgebildet ist.

Die zweite GaN-Teilschicht weist im Mittel eine geringere Anzahl von fadenförmigen Versetzungen auf als die erste GaN-Teilschicht.

Ferner weist die erste GaN-Teilschicht eine erste Schichtdicke und die zweite GaN-Teilschicht eine zweite Schichtdicke auf, wobei die zweite Schichtdicke größer als die erste Schichtdicke oder gleich ist.

Es versteht sich, dass die Halbleiterscheibe ein Substrat umfasst, wobei das Substrat eine einzige Schicht umfasst oder aus einer einzigen Schicht besteht oder in einer anderen Ausführungsform umfasst oder besteht das Substrat aus einer Mehrzahl von stapelförmig angeordneten Schichten.

Es sei angemerkt, dass bei dem Substrat an der Oberseite eine einkristalline Siliziumschicht ausgebildet ist. In einer Ausführungsform besteht ausschließlich die Oberseite aus einer einkristallinen Schicht. In einer Weiterbildung umfasst die Dicke der obersten einkristallinen Schicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 100 pm. Vorzugsweise umfasst oder besteht die gesamte Oberfläche aus einer einkristallinen Schicht.

In einer Ausführungsform besteht das gesamte Substrat aus Silizium, d.h. aus einer einzigen einkristallinen Siliziumschicht.

Vorzugsweise ist die Kristallorientierung der einkristallinen Schicht entweder <100> oder <111>. Es versteht sich, dass die einkristalline Schicht jedoch auch andere Kristallrichtungen aufweisen kann, insbesondere eine <110> oder <011> oder <001> Richtung. Es sei angemerkt, dass mit dem Begriff „im Mittel" eine Gesamtzahl von fadenförmigen Versetzungen bezogen auf die gesamte Fläche der ersten oder auf die gesamte Fläche der zweiten GaN-Teilschicht verstanden wird. Mit der vorgenannten Definition gilt, dass die so ermittelte Flächendichte an fadenförmigen Versetzungen der zweiten GaN-Teilschicht geringer ist als die Größe der Flächendichte an fadenförmigen Versetzungen der ersten GaN- Teilschicht.

Anders ausgedrückt, sofern die Anzahl von fadenförmigen Versetzungen auf kleinen ausgewählten Flächen der zweiten GaN-Teilschicht mit kleinen ausgewählten Flächen der ersten GaN-Teilschicht verglichen wird, ist es möglich, dass die Anzahl der fadenförmigen Versetzungen auf der zweiten GaN- Teilschicht gleich groß oder sogar größer ist als die Anzahl von fadenförmigen Versetzungen auf der ersten GaN-Teilschicht.

Auch sei angemerkt, dass mit der Formulierung GaN-Schicht oder GaN- Teilschicht eine Schicht verstanden wird, die wenigstens die Elemente Ga und N umfasst. Des Weiteren ist anzumerken, dass bei allen Schichten immer unabsichtliche und unvermeidliche Verunreinigungen und absichtlich eingebrachte Dotierstoffe mitumfasst sind.

In einer Weiterbildung weist die GaN-Schicht oder GaN-Teilschicht zusätzlich zu den Elementen Ga und N auch andere Elemente wie beispielsweise In und / oder AI und / oder weitere Elemente der III bzw. der V Hauptgruppe auf.

In einer anderen Weiterbildung liegt der Anteil der anderen Elemente der III Hauptgruppe und / oder die Anzahl der Elemente bezogen auf die V. Hauptgruppe unter 10%, vorzugsweise unter 5%, höchst vorzugsweise unterhalb von 1%.

In einer anderen Weiterbildung besteht die GaN-Schicht oder die jeweilige GaN-Teilschicht ausschließlich aus den Elementen Ga und N, wobei jedoch unabsichtliche und unvermeidliche Verunreinigungen und absichtlich eingebrachte Dotierstoffe trotzdem mitumfasst sind. Es sei angemerkt, dass die vorgenannten Schichten umfassend wenigstens die Übergangsschicht und die erste GaN-Schicht Teil einer Halbleiterpufferschichtfolge sind. Zweck der Halbleiterpufferschichtfolge ist wie eingangs bereits erwähnt, eine möglichst defektfreie GaN-Schicht bereitzustellen, um GaN-Halbleiterbauelemente herstellen zu können.

Ein Vorteil des Aufbaus einer GaN-Schicht aus mehreren, d.h. wenigstens zwei GaN-Teilschichten ist es, dass sich die Qualität der obersten GaN- Teilschicht im Vergleich mit einer GaN-Schicht umfassend oder bestehend aus einer einzigen GaN-Teilschicht verbessert.

Ein Grund für die Verbesserung der Schichtqualität der GaN-Schicht ist unter anderem eine Reduktion der Anzahl der fadenförmigen Versetzungen.

Ein anderer Vorteil ist, dass sich in der zweiten GaN-Teilschicht im Vergleich zu der ersten GaN-Teilschicht die Fläche der Mehrzahl der Kristallite vergrößert. Hierdurch wird insbesondere die Anzahl der fadenförmigen Versetzungen reduziert. Die betrachte Fläche der Kristallite ist jeweils parallel zu der jeweiligen Schichtfläche ausgebildet und wird nachfolgend auch als laterale Fläche bezeichnet.

Anders ausgedrückt, die mittlere Größe der Kristallite in der zweiten GaN- Teilschicht ist im Vergleich zur mittleren Größe der Kristallite der ersten GaN- Teilschicht erhöht. Mit der „mittleren Größe der Kristallite" wird hierbei das arithmetische Mittel d.h. die Gesamtsumme der lateralen Flächen dividiert durch die Anzahl der Kristallite verstanden.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Unterschiede zwischen den beiden GaN-Teilschichten durch eine Änderung in den Wachstumsbedingungen erzeugen lassen. Zwischen den beiden GaN-Teilschichten, d. h. an der Stelle an der sich eine Grenzfläche zwischen den beiden GaN-Teilschichten ausbildet, wird wenigstens ein Abscheideparameter an der MOVPE Anlage geändert. Es versteht sich hierbei, dass die Änderung des geänderten Abscheideparameters größer ist, als die durch die Anlagebedingungen bedingte Unge- nauigkeit des jeweiligen Abscheideparameters.

In einer Weiterbildung beträgt die Größe der Parameteränderung oder die untere Grenze für die Parameteränderung mindestens das 2-fache oder mindestens das 10-fache der oder mindestens das 50-fache der durch das Regelsystem an der MOVPE für den Parameter vorgegebenen Ungenauigkeit. Es versteht sich, dass bei mehreren geänderten Abscheideparametern die vorgenannten Aussagen für jeden der geänderten Abscheideparameter gelten.

In einer Weiterbildung weisen die erste GaN-Teilschicht und die zweite GaN- Teilschicht die gleiche Stöchiometrie auf.

In einer anderen Weiterbildung ist der Unterschied in der Stöchiometrie zwischen den beiden GaN-Teilschichten bezogen auf die Elemente der III- Hauptgruppe kleiner als 2% und der Unterschied in der Stöchiometrie bezogen auf die Elemente der V-Hauptgruppe kleiner als 2%.

In einer Ausführungsform ist der Unterschied in der Krümmung der Halbleiterscheibe beim Abscheiden der ersten GaN-Teilschicht und der zweiten GaN-Teilschicht kleiner als 5 km ¹ ist. Anders ausgedrückt, beide Schichten, die erste GaN-Teilschicht als auch die zweite GaN-Teilschicht, üben den gleichen oder näherungsweise den gleichen Stress auf die Unterlage aus.

In einer Weiterbildung ist die erste GaN-Teilschicht bei der Abscheidung und / oder unmittelbar nach der Abscheidung nahezu oder vollständig stressfrei, d.h. weder kompressiv noch tensil verspannt.

In einer Weiterbildung ist die zweite GaN-Teilschicht bei der Abscheidung und / oder unmittelbar nach der Abscheidung nahezu oder vollständig stressfrei, d.h. weder kompressiv noch tensil verspannt.

In einer Weiterbildung ist die Größe der Scheibenkrümmung in einer ersten Näherung unabhängig von dem Durchmesser der Halbleiterscheibe. In einer Ausführungsform weist die erste GaN-Teilschicht eine erste Gitterkonstante und die zweite GaN-Teilschicht eine zweite Gitterkonstante auf. Vorzugsweise ist die erste Gitterkonstante gleich groß wie die zweite Gitterkonstante ist. In einer anderen Weiterbildung ist der Unterschied zwischen den beiden Gitterkonstanten kleiner als 1% oder kleiner als 0,5% oder kleiner als 0,3%.

In einer anderen Ausführungsform ist die zweite GaN-Teilschicht stoffschlüssig auf der ersten GaN-Teilschicht ausgebildet.

In einer Weiterbildung ist zwischen der ersten GaN-Teilschicht und der zweiten GaN-Teilschicht eine Verbindungsschicht ausgebildet. Vorzugsweise ist die Gitterkonstante der Verbindungsschicht gleich groß wie die Gitterkonstante der ersten GaN-Teilschicht und / oder gleich groß wie die Gitterkonstante der zweiten GaN-Teilschicht oder in einer anderen Alternative ist die Gitterkonstante der Verbindungsschicht unterschiedlich zu der Gitterkonstante der ersten GaN-Teilschicht und / oder zu der Gitterkonstante der zweiten GaN- Teilschicht.

In einer Ausführungsform liegt die Dicke der Verbindungschicht in einem Bereich zwischen 0,5 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 30 nm.

In einer anderen Weiterbildung ist der Unterschied der Gitterkonstante zwischen der Verbindungsschicht und der ersten und / oder der zweiten GaN- Teilschicht jeweils oder insgesamt kleiner als 1% oder kleiner als 0,5% oder kleiner als 0,3%.

In einer Ausführungsform liegt das Verhältnis der Summe der fadenförmigen Versetzungen von der zweiten GaN-Teilschicht zu der Summe der fadenförmigen Versetzungen der ersten GaN-Teilschicht zwischen 2 und 1000 oder zwischen 5 und 40. Hierbei bestimmt sich die Summe aus der gesamten Zahl der fadenförmigen Versetzungen der gesamten Schicht. Vorzugsweise wird die Summe der fadenförmigen Versetzungen an der Oberfläche der jeweiligen GaN-Teilschicht bestimmt. In einer anderen Ausführungsform liegt der Unterschied in der Summe der fadenförmigen Versetzungen an der Grenzfläche der zweiten GaN-Teilschicht zu der ersten GaN-Teilschicht zwischen 2 und 1000 oder zwischen 5 und 40 liegt. Hierbei umfasst die Grenzfläche die Unterseite der zweiten GaN- Teilschicht und die Oberseite der ersten GaN-Teilschicht.

In einer Weiterbildung liegt die Oberflächendichte der fadenförmigen Versetzungen in der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 2*10 ⁹ cm' ² und l*10 ¹⁰ cm' ² und die Oberflächendichte der fadenförmigen Versetzungen in der zweiten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen l*10 ⁷ cm' ² und l*10 ⁹ cm' ² .

In einer Weiterbildung ist die Oberflächendichte der fadenförmigen Versetzungen an der Unterseite in der ersten GaN-Teilschicht größer als 5*1O ¹⁰ cm' ² . Des Weiteren liegt die Oberflächendichte der fadenförmigen Versetzungen an der Oberseite der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 2*10 ⁹ cm' ² und l*10 ¹⁰ cm' ² und die Oberflächendichte der fadenförmigen Versetzungen an der Oberseite der zweiten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen l*10 ⁷ cm' ² und l*10 ⁹ cm' ² .

In einer anderen Weiterbildung weist die erste GaN-Teilschicht im Unterschied zu der zweiten GaN-Teilschicht eine größere Gesamtzahl fadenförmigen Versetzungen mit einem schrägen Verlauf auf. Es sei angemerkt, dass der Begriff „schräger Verlauf' den Verlauf der fadenförmigen Versetzungen innerhalb der jeweiligen GaN-Teilschicht abweichend von einer senkrechten Richtung d.h. abweichend von der Richtung der Normalen auf der Oberseite der jeweiligen GaN-Teilschicht bezeichnet.

Es versteht sich hierbei, dass der Verlauf der fadenförmigen Versetzungen innerhalb der jeweiligen GaN-Teilschicht sowohl senkrechte oder in einer ersten Näherung senkrechte verlaufende Abschnitte aufweist und der Verlauf erst mit zunehmender Länge der Verlauf der fadenförmigen Versetzung einen schrägen Verlauf annimmt. Hierbei ist es wünschenswert, dass der schräge Verlauf der fadenförmigen Versetzungen möglichst horizontal d.h. parallel zu der Oberseite der jeweiligen GaN-Teilschicht verläuft.

In einer Ausführungsform weisen von den fadenförmigen Versetzungen in der ersten GaN-Teilschicht wenigstens 50 % oder wenigstens 80 % einen schrägen Verlauf auf. In einer Weiterbildung ist der Versetzungswinkel größer als 10° oder 30° oder 50°.

In einer Weiterbildung ist in der ersten GaN-Teilschicht der Stufenwinkel bei den schräg verlaufenden fadenförmigen Versetzungen größer als 50° oder größer als 30°.

In einer anderen Ausführungsform liegt das Verhältnis der Dicke der zweiten GaN-Teilschicht zu der Dicke der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 1 und 100 oder in einem Bereich zwischen 1 und 10 oder in einem Bereich zwischen 1 und 3.

In einer anderen Weiterbildung liegt die Dicke der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 50 nm und 300 nm und / oder die Dicke der zweiten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 300 nm und 5000 nm.

In einer anderen Ausführungsform weist die erste GaN-Schicht eine Gesamtschichtdicke von mindestens 0,35 pm und eine Dicke von maximal 5 pm auf.

Wie eingangs angemerkt, werden bei der Gasphasenabscheidung zur Herstellung der GaN-Schicht aufgrund der Vorrichtungen und Ausgangsstoffe, die für die Herstellung der GaN-Schicht mittels MOVPE benötigt werden, bei dem Wachstum der GaN-Schicht unvermeidlich Kohlenstoff und Sauerstoff eingebaut. Die Art des Einbaus wird auch als unabsichtlicher Einbau bezeichnet. Hierbei sei angemerkt, dass MOVPE ein mögliches und übliches Verfahren für die Herstellung der GaN-Schichten ist. Insbesondre lassen sich GaN- Schichten auch mit Verfahren wie MBE oder LPE oder HVPE herstellen.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich mittels der Änderung der Wachstumsbedingungen von der Abscheidung der ersten GaN-Teilschicht zu der zweiten GaN-Teilschicht die Höhe des unabsichtlichen Einbaus von Kohlen- Stoff und Sauerstoff ändert.

In einer Ausführungsform weist sowohl die erste GaN-Teilschicht als auch die zweite GaN-Teilschicht eine unabsichtlich und unvermeidlich, d.h. wie oben ausgeführt, zwangsweise durch den Abscheideprozess erzeugte Kohlenstoffkonzentration auf. Die Kohlenstoffkonzentration ist hierbei in der ersten GaN- Teilschicht größer als in der zweiten GaN-Teilschicht.

Anders ausgedrückt, wenigstens ein Abscheideprozessparameter bei der Herstellung der ersten GaN-Teilschicht unterscheidet sich von einem der Abscheideprozessparameter für die Herstellung der zweiten GaN-Teilschicht, wobei in Folge die zweite GaN-Teilschicht eine höhere unabsichtliche und unvermeidbare Kohlenkonzentration als die erste GaN-Teilschicht aufweist.

In einer Weiterbildung liegt an der Grenzfläche das Verhältnis der unabsichtlichen und unvermeidlichen Kohlenstoffkonzentration zwischen der zweiten GaN-Teilschicht zu der von der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 2 und 1000 oder in einem Bereich zwischen 4 und 200 oder in einem Bereich zwischen 10 und 100.

In einer anderen Weiterbildung ist in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Kohlenstoffkonzentration in Richtung zu der zweiten GaN-Teilschicht konstant oder nimmt ab.

In einer Ausführungsform ist in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Kohlenstoffkonzentration entlang der Strecke von der Grenzfläche zwischen der Übergangsschicht und der ersten GaN-Teilschicht bis zu der Grenzfläche zwischen der ersten GaN-Teilschicht und der zweiten GaN-Teilschicht konstant oder nimmt ab.

In einer Ausführungsform liegt in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich zwischen l*10 ¹⁷ cm’ ³ und 5*10 ¹⁸ cm’ ³ und in der zweiten GaN-Teilschicht liegt die unabsichtliche und unvermeidliche Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich von 5*10 ¹⁵ cm' ³ und 5*10 ¹⁶ cm' ³ . In einer Ausführungsform weist sowohl die erste GaN-Teilschicht als auch die zweite GaN-Teilschicht eine unabsichtlich und unvermeidlich, d.h. wie oben ausgeführt, zwangsweise durch den Abscheideprozess erzeugte Sauerstoffkonzentration auf. Die Sauerstoffkonzentration ist hierbei in der ersten GaN- Teilschicht größer als in der zweiten GaN-Teilschicht.

Anders ausgedrückt, wenigstens ein Abscheideprozessparameter bei der Herstellung der ersten GaN-Teilschicht unterscheidet sich von einem der Abscheideprozessparameter für die Herstellung der zweiten GaN-Teilschicht, wobei in Folge die zweite GaN-Teilschicht eine höhere unabsichtliche und unvermeidbare Sauerstoffkonzentration als die erste GaN-Teilschicht aufweist.

In einer Weiterbildung liegt an der Grenzschicht das Verhältnis unabsichtlichen und unvermeidlichen Sauerstoffkonzentration zwischen der zweiten GaN-Teilschicht zu der ersten GaN-Teilschicht in einem Bereich zwischen 2 und 5000 oder in einem Bereich zwischen 4 und 200 oder in einem Bereich zwischen 10 und 100.

In einer anderen Weiterbildung ist in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Sauerstoffkonzentration in Richtung zu der zweiten GaN-Teilschicht konstant oder nimmt ab.

In einer Ausführungsform ist in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Sauerstoffkonzentration entlang der Strecke von der Grenzfläche zwischen der Übergangsschicht und der ersten GaN-Teilschicht bis zu der Grenzfläche zwischen der ersten GaN-Teilschicht und der zweiten GaN-Teilschicht konstant oder nimmt ab.

In einer Weiterbildung liegt in der ersten GaN-Teilschicht die unabsichtliche und unvermeidliche Sauerstoffkonzentration in einem Bereich zwischen 2*10 ¹⁷ cm’ ³ und 5*10 ¹⁸ cm’ ³ und in der zweiten GaN-Teilschicht liegt die unabsichtliche und unvermeidliche Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von l*10 ¹⁵ cm’ ³ und l*10 ¹⁷ cm’ ³ . In einer Ausführungsform ist die Dichte der fadenförmigen Versetzungen in der ersten GaN-Teilschicht wenigstens 2-fach und maximal 1000-fach so groß als die Dichte der fadenförmigen Versetzungen in der zweiten GaN- Teilschicht.

In einer anderen Ausführungsform sind auf der Oberseite der Siliziumschicht des Substrats mehrere stoffschlüssig mit der Oberseite stoffschlüssig ausgebildete und Sauerstoff aufweisende Flecken ausgebildet. Hierdurch sind die Oxidflecken auf der Oberseite der Siliziumschicht und unterhalb der Übergangsschicht ausgebildet.

In einer Weiterbildung bedecken die Sauerstoff aufweisenden Flecken mindestens 0,005% und höchstens 35% der Oberseite des Substrats. Alternativ bedecken die Sauerstoff aufweisenden Flecken mindestens 5% und höchstens 50% der Oberseite des Substrats.

Es versteht sich, dass die Schichten jeweils ganzflächig ausgebildet sind. Hierbei wird mit dem Begriff „ganzflächig" vorliegend die gesamte Fläche der Halbleiterscheibe bezeichnet. Des Weiteren sei angemerkt, dass die Flecken vorwiegend aus Siliziumoxid bestehen, d.h. aus Oxid bestehen oder wenigstens Oxid umfassen. Anders ausgedrückt, die Oxidflecken verbleiben und werden von den nachfolgenden Schichten überdeckt. Keinesfalls bilden jedoch die Oxidflecken eine zusammenhängende Schicht an der Oberseite der Siliziumschicht aus.

Ein Vorteil ist, dass sich überraschenderweise mit den Flecken die Qualität der Halbleiterpufferschichtfolge, d. h. der GaN-Schichten an der jeweiligen Oberseite, verbessern lässt. Insbesondere lässt sich die Koaleszenz beim Wachstum der Halbleiterpufferschichtfolge verbessern.

In einer Weiterbildung bedecken die Sauerstoff aufweisenden Flecken vorzugsweise minimal 0,2% bis maximal 20% oder minimal 0,01% bis maximal 30% oder minimal 0,1% bis maximal 25% der Oberseite des Substrats und sind stoffschlüssig mit der Oberseite des Substrats verbunden. In einer anderen Weiterbildung weisen die Sauerstoff aufweisenden Flecken jeweils eine Ausdehnung von mindestens 10 nm oder von mindestens 50 nm oder mindestens 100 nm auf. Dabei können die Flecken verschiedenste Formen aufweisen.

In einer Weiterbildung weisen die Sauerstoff aufweisende Flecken jeweils eine Ausdehnung von maximal 5 m oder maximal 1 pm oder maximal 0,5 pm auf.

In einer Weiterbildung weisen die Sauerstoff aufweisenden Flecken eine Dicke in einem Bereich zwischen einer Monolage und 4 nm auf, wobei die Dicke der Monolage etwa bei 0,4 nm liegt.

In einer Ausführungsform umfassen oder bestehen die Sauerstoff aufweisenden Flecken aus einem Siliziumdioxid und/oder aus einem Siliziummonoxid, zusammenfassend nachfolgend als Siliziumoxid bezeichnet.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Siliziumoxid als natürlich gewachsenes Oxid ausgebildet. Natürliches Oxid, d.h. Siliziumoxid, wächst in einer sauerstoffaufweisenden Umgebung auf.

Es sei jedoch angemerkt, dass sich die Bildung des natürlichen Oxids in einer feuchten Umgebung beschleunigt. Hierbei liegt die Dichte von natürlichem Oxid unterhalb der Dichte eines thermisch gewachsenen Oxids. Unter natürlich gewachsenem Oxid wird vorliegend ein Siliziumoxid verstanden, das vorzugsweise bei Raumtemperatur, jedoch höchst vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb von 100°C oder unterhalb von 200°C ausgebildet wird. Die Dicke von dem natürlichen Oxid ist zwischen einer Monolage, d.h. etwa 0,4 nm und 4 nm. In einer Weiterbildung beträgt die Dicke des natürlichen Oxids zischen 1 nm und 2 nm.

Unter einem thermisch gewachsenen Oxid wird vorliegend ein Siliziumoxid verstanden das vorzugswiese bei einer Temperatur oberhalb 500°C gewachsen wird. Vorzugsweise ist die Dichte des thermischen Oxids mehr als 30% höher als die des natürlichen Oxids.

In einer anderen Ausführungsform umfassen die Sauerstoff aufweisenden Flecken Siliziumoxid und Oxynitrid oder bestehen aus Siliziumoxid oder bestehen aus Oxynitrid.

In einer Weiterbildung sind die Sauerstoff aufweisenden Flecken auf der Oberseite nahezu gleichverteilt. Unter dem Begriff „gleichverteilt" wird vorliegend verstanden, dass die Flecken sich auf der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe gleichmäßig verteilt befinden. Wobei in einer Ausführungsform die Anzahl der Flecken auf einem Bereich der Scheibe der wenigstens 20% der Gesamtfläche umfasst nicht mehr als 50% von der Anzahl der Flecken in einem zweiten gleich großen Bereich auf der Halbleiterscheibe abweicht.

In einer Weiterbildung weist die Halbleiterpufferschichtfolge eine Dicke von wenigstens 1 pm oder von wenigstens 4 pm und höchstens eine Dicke von 30 pm auf. In einer Ausführungsform weist die Halbleiterpufferschichtfolge an der Oberseite eine Dicke zwischen 0,5 pm und 10 pm oder zwischen 1,0 pm und 5 pm auf.

In einer anderen Ausführungsform umfasst oder besteht die Übergangsschicht aus einer Schichtfolge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten.

In einer Weiterbildung weist die Übergangsschicht eine aus AIN bestehende und die Oberseite des Substrats vollständig oder teilweise überdeckende Nukleationsschicht auf. Die Nukleationsschicht umfasst eine Schichtdicke von mindestens 5 nm und höchstens 50 nm. Es versteht sich, dass bei einer Anwesenheit von Oxidflecken auf der Oberseite des Substrats die Nukleationsschicht wenigstens teilweise die Oxidflecken überdeckt.

In einer anderen Weiterbildung weist die Nukleationsschicht eine Vielzahl von Löchern auf. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Fläche der Löcher an der Oberseite der Nukleationsschicht, d.h. die gesamte Lochfläche, zwischen 1% und 30% der gesamten Fläche der Nukleationsschicht.

Hierbei berechnet sich der Anteil der gesamten Lochfläche aus der Gesamtfläche der Löcher auf der gesamten Schichtfläche dividiert durch die gesamte Fläche der Nukleationsschicht. Sofern die Übergangsschicht an einer Oberseite ausschließlich aus der Oberseite der Nukleationsschicht besteht, versteht es sich, dass die Übergangsschicht die Verteilung und die Anzahl der Löcher der Nukleationsschicht aufweist.

In einer Weiterbildung sind die Löcher in erster Näherung auf der gesamten Oberfläche der Nukleationsschicht gleich verteilt.

In einer anderen Weiterbildung liegt die Löcherfläche bezogen auf die gesamte Oberfläche der Nukleationsschicht in einem Bereich zwischen 5% und 20%.

In einer Ausführungsform ist auf der Nukleationsschicht eine (AI)GaN umfassende oder aus (AI)GaN bestehende und die Nukleationsschicht zumindest teilweise überdeckende Maskierschicht ausgebildet.

In einer Weiterbildung weist die Maskierschicht eine Oberfläche und ein Aluminium-Gehalt zwischen 0% und 10% bezogen auf alle enthaltenen Elemente der III. Hauptgruppe des Periodensystems auf. Die Dicke der Maskierschicht weist eine Schichtdicke von mindestens 100 nm oder mindestens 300 nm und maximal 900 nm auf. In einer anderen Weiterbildung weist die Maskierschicht eine Dicke zwischen 400 nm und 600 nm auf.

In einer Weiterbildung ist auf der Maskierschicht die erste GaN-Schicht ausgebildet. Vorzugsweise ist die erste GaN-Schicht unmittelbar auf der Oberfläche der Maskierschicht ausgebildet.

In einer Ausführungsform ist auf der ersten GaN-Schicht eine Abfolge aus einer Zwischenschicht und einer zweiten GaN umfassenden Schicht ausgebildet ist. Es versteht sich, dass die zweite GaN-Schicht eine erste GaN-Teilschicht umfasst oder aus einer ersten GaN-Teilschicht besteht. In einer Weiterbildung umfasst die zweite GaN-Schicht eine erste GaN- Teilschicht und eine zweite GaN-Teilschicht oder die zweite GaN-Schicht besteht aus einer ersten GaN-Teilschicht und einer zweiten GaN-Teilschicht.

In einer Ausführungsform sind auf der ersten GaN-Schicht mehrere Abfolgen ausgebildet. Hierbei sind auf der ersten GaN-Schicht zumindest eine Abfolge und höchstens 10 Abfolgen ausgebildet.

In einer Ausführungsform weist die Abfolge eine Dicke zwischen 0,5 pm und 10 pm oder zwischen 1,0 pm und 5 pm auf. In einer Weiterbildung weist die Abfolge eine Dicke von wenigstens 1 pm oder von wenigstens 4 pm und höchstens eine Dicke von 30 pm auf.

In einer Weiterbildung umfasst die Zwischenschicht AI. In einer anderen Weiterbildung umfasst die Zwischenschicht AIGaN oder besteht aus AIGaN.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die

Figur 1 einen Querschnitt einer Hableiterscheibe mit einer GaN- Schicht, wobei die GaN-Schicht in eine erste GaN- Teilschicht und eine zweite GaN-Teilschicht unterteilt ist,

Figur 2 ein Verlauf der Gitterkontstante der Halbleiterscheibe, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der Fig.l,

Figur 3 einen Querschnitt auf einer Halbleiterscheibe mit einer weiteren Ausführungsform der Schichtanordnung, Figur 4 einen Querschnitt auf einer Halbleiterscheibe mit einer detaillierten Ansicht auf die Unterschiede bei den fadenförmigen Versetzungen zwischen der ersten GaN-Teilschicht und der zweiten GaN-Teilschicht.

Die nachfolgend oberhalb des Substrats darstellten Schichtanordnungen sind Teil einer Halbleiterpufferschichtfolge, wobei oberhalb der Halbleiterpufferschichtfolge eine sogenannte aktive Schicht zur Herstellung von GaN- Halbleiterbauelementen ausgebildet ist, die im Allgemeinen nicht als Teil der Halbleiterpufferschichtfolge anzusehen ist.

Die Abbildung der Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hableiterscheibe besteht aus einem Substrat 10, vorzugsweise aus einem Siliziumsubstrat, mit einer Oberseite OS und einer Unterseite US. Das Substrat 10 besteht wenigstens an der Oberseite aus monokristallinem Silizium und weist einen Durchmesser von wenigstens 100 mm auf.

An der Oberseite OS des Substrats 10 ist eine Übergangsschicht UES mit einer Oberseite OF ausgebildet, wobei die Übergangsschicht UES stoffschlüssig mit dem Substrat 10 verbunden ist. Auf der Oberseite OF der Übergangsschicht UES ist stoffschlüssig eine erste GaN-Schicht GS angeordnet.

Die erste GaN-Schicht GS umfasst oder besteht aus einer ersten GaN- Teilschicht GN1 mit einer Dicke Dl und einer zweiten GaN-Teilschicht GN2 mit einer Dicke D2, wobei die Dicke der ersten GaN-Teilschicht GN1 kleiner oder gleich der Dicke D2 der zweiten GaN-Teilschicht ausgebildet ist. Zwischen der ersten GaN-Teilschicht GN1 und der zweiten GaN-Teilschicht GN2 ist eine Grenzfläche GRZ ausgebildet.

Oberhalb der ersten GaN-Schicht ist eine Zwischenschicht ZW ausgebildet. Vorliegend ist die Zwischenschicht ZW stoffschlüssig mit der Oberseite der ersten GaN-Schicht GS verbunden. An der Oberseite der Zwischenschicht ZW ist eine weitere GaN-Schicht GAU ausgebildet. Die Zwischenschicht ZW und die weitere GaN-Schicht bilden zusammen eine Abfolge AF.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind mehrere Abfolgen AF aufeinander angeordnet. Es versteht sich, dass bei jeder der Abfolgen AF die weitere GaN-Schicht GAU eine erste GaN-Teilschicht und oder eine zweite GaN-Teilschicht umfasst oder besteht.

Die Abbildung der Figur 2 zeigt Verlauf der Gitterkontstante der Halbleiterscheibe, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der Fig. 1. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der Figur 1 erläutert.

Die erste GaN-Teilschicht GN1 weist eine erste Gitterkonstante Gl auf. Die zweite GaN-Teilschicht GN2 weist eine zweite Gitterkonstante G2 auf. Im vorliegenden Fall sind die erste Gitterkonstante GN1 und die zweite Gitterkonstante GN2 nahezu gleich oder genau gleich groß.

Eine als optionale Abfolge aus der Zwischenschicht ZW und der weiteren GaN-Schicht ist gestrichelt dargestellt, wobei die Gitterkonstante vorliegend gleich bleibt.

Die Abbildung der Figur 3 zeigt einen Querschnitt auf einer Halbleiterscheibe mit einer weiteren Ausführungsform der Schichtanordnung. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung den vorangegangenen Abbildungen erläutert.

Auf der Oberseite OS des Siliziumsubstrats 10 sich gestrichelt, d.h. optional, Sauerstoff aufweisenden Flecken OXF dargestellt. Es sei angemerkt, dass die nachfolgend als Oxidflecken bezeichnetet Flecken OXF an der Oberseite OS möglichst gleichmäßig verteilt sind, jedoch weisen die Flecken OXF nicht dargestellte unregelmäßige Umrisse und Größen auf und bedecken mindestens 0,005% und maximal 50% der Oberseite OS des Substrats 10. Die optionalen Flecken OXF sind als Teil der Übergangsschicht UES dargestellt. Die Übergangsschicht UES umfasst eine Nukleationsschicht NUS und eine auf der Nukleationsschicht NUS ausgebildete Maskierschicht MASK auf. Die Maskierschicht MASK bildet die Oberseite OF der Übergangsschicht UES aus.

An der Grenzfläche GRZ zwischen der ersten GaN-Teilschicht GN1 und der zweiten GaN-Teilschicht GN2 ist optional eine dünne Verbindungsschicht VS angeordnet.

Die Verbindungsschicht VS weist die gleiche Gitterkonstante wie die unterliegende erste GaN-Teilschicht GN1 auf.

Die Abbildung der Figur 4 zeigt einen Querschnitt auf einer Halbleiterscheibe mit einer detaillierten Ansicht auf die erste GaN-Schicht GS mit Unterschieden bei fadenförmigen Versetzungen FV zwischen der ersten GaN-Teilschicht GN1 und der zweiten GaN-Teilschicht GN2.

Die zweite GaN-Teilschicht GN2 weist im Mittel eine geringere Anzahl von fadenförmigen Versetzungen FV auf als die erste GaN-Teilschicht GN1. Auch weisen die fadenförmigen Versetzungen FV in der ersten GaN-Teilschicht GN1 meist einen schrägeren Verlauf auf als die fadenförmigen Versetzungen FV in der zweiten GaN-Teilschicht GN2. Anders ausgedrückt die erste GaN- Teilschicht weist eine geringere Qualität als die zweite GaN-Teilschicht GN2 auf.

Auch sind die Anzahl der fadenförmigen Versetzungen FV in der zweiten GaN-Teilschicht GN2 geringen als in der ersten GaN-Teilschicht GN1. Hierdurch ist auch die Größe der Kristallite in der zweiten GaN-Teilschicht GN2 wesentlich größer als in der ersten GaN-Teilschicht GN1.