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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR COMPONENT COMPRISING PERFORMING A PLASMA TREATMENT, AND SEMICONDUCTOR COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/070202
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a semiconductor component, comprising performing (S100) a plasma treatment of an exposed surface of a semiconductor material (100) with halogens and carrying out (S120) a diffusion method with dopants on the exposed surface.

Inventors:
BIEBERSDORF ANDREAS (DE)
ILLEK STEFAN (DE)
KLEMP CHRISTOPH (DE)
PIETZONKA INES (DE)
SUNDGREN PETRUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/076733
Publication Date:
April 09, 2020
Filing Date:
October 02, 2019
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
International Classes:
H01L21/223; H01L21/225; H01L33/02; H01L33/20; H01L33/30; H01L33/32
Foreign References:
DE3437120A11986-04-10
DE102018124576A2018-10-05
Attorney, Agent or Firm:
MÜLLER HOFFMANN & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit :

Durchführen (S100) einer Plasmabehandlung einer frei liegenden Oberfläche eines Halbleitermaterials (100) mit Halo genen, wobei die freiliegende Oberfläche durch die Plasmabe handlung im Wesentlichen nicht geätzt wird; und

Durchführen (S120) eines Diffusionsverfahrens mit Do tierstoffen an der freiliegenden Oberfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dotierstoffe aus der Gasphase diffundiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dotierstoffe aus einem Feststoff diffundiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Dotierstoffe Zink enthalten.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, bei dem die Dotier stoffe durch Zerlegung eines metallorganischen Precursors er zeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der metallorganische Precursor Diethylzink oder Dimethylzink umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Plasmabehandlung mit Fluor durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Plasmabehandlung mit Chlor durchgeführt wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Plasmabehandlung mit Brom durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Halbleitermaterial (100) ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial ist .

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Halbleitermate rial InxGayAli-x-yP enthält, mit 0dx<l, 0dy<l und x+y<l.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Halbleitermaterial Quantentöpfe ausgebildet sind.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Halbleiterbauelement ein optoelektronisches Halblei terbauelement ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fer ner mit Durchführen (S110) einer Sauerstoffplasma-Behandlung nach Durchführen der Plasmabehandlung mit Halogenen und vor Durchführen des Diffusionsverfahrens.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fer ner umfassend:

Ausbilden eines Schichtstapels , der eine erste Halb leiterschicht (113) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (114) von einem zweiten Leitfähig keitstyp sowie eine QuantentopfStruktur (120) zwischen der ersten Halbleiterschicht (113) und der zweiten Halbleiter schicht (114) umfasst;

Ausbilden einer Maske (115), vor dem Durchführen der Plasmabehandlung und des Diffusionsverfahrens (S100, S120), durch die ein erster Teil (131) einer Oberfläche des Schichtstapels bedeckt wird und ein zweiter Teil (132) der Oberfläche des Schichtstapels unbedeckt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Maske während der Plasmabehandlung und während dem Diffusionsverfahren den ersten Teil (131) der Oberfläche des Schichtstapels bedeckt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend:

Strukturieren des Schichtstapels zu einer Mesa (107).

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Mesa nach

Durchführen der Plasmabehandlung und des Diffusionsverfahrens (S100, S120) strukturiert wird, wobei ein zentraler Bereich der Mesa dem ersten Teil (131) der Oberfläche des Schichtsta pels entspricht und ein Mesarand (108) dem zweiten Teil (132) der Oberfläche des Schichtstapels entspricht.

19. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit :

Durchführen (S100) einer Plasmabehandlung einer frei liegenden Oberfläche eines Halbleitermaterials (100) mit Halo genen; und

Durchführen (S120) eines Diffusionsverfahrens mit Do tierstoffen an der freiliegenden Oberfläche.

20. Halbleiterbauelement, das durch das Verfahren nach ei nem der Ansprüche 1 bis 19 herstellbar ist.

21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, wobei das Halb leiterbauelement ein optoelektronisches Halbleiterbauelement ist .

Description:
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HALBLEITERBAUELEMENTS MIT DURCHFÜHRUNG EINER PLASMABEHANDLUNG UND HALBLEITERBAUELEMENT

HINTERGRUND

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 124 576.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden zur Be reitstellung der erforderlichen Funktionalität unter anderem Dotierverfahren durchgeführt. Beispielsweise können derartige Dotierverfahren Diffusionsprozesse, beispielsweise aus der Gasphase, umfassen.

Generell wird versucht, verbesserte Dotierverfahren zur Verfü gung zu stellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauele ments und ein verbessertes Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängi gen Patentansprüchen definiert.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements das Durchführen einer Plasmabe handlung einer freiliegenden Oberfläche eines Halbleitermate rials mit Halogenen, und das Durchführen eines Diffusionsver- fahrens mit Dotierstoffen oder Fremdatomen an der freiliegen den Oberfläche.

Gemäß Ausführungsformen kann die Plasmabehandlung derart durchgeführt werden, dass die freiliegende Oberfläche im We sentlichen nicht geätzt wird.

Beispielsweise können die Dotierstoffe bzw. Fremdatome aus der Gasphase oder aus einem Feststoff diffundiert werden.

Die Dotierstoffe können Zink enthalten. Beispielsweise können die Dotierstoffe durch Zerlegung eines metallorganischen Precursors, beispielsweise Diethylzink oder Dimethylzink er zeugt werden. Die Plasmabehandlung mit Fluor oder Chlor oder Brom durchgeführt werden.

Das Halbleitermaterial kann ein III-V-Verbindungshalbleiter- material sein. Beispielsweise enthält das Halbleitermaterial

In x Ga y Al -c-yP .

In dem Halbleitermaterial können Quantentöpfe ausgebildet sein .

Das Verfahren kann ferner das Durchführen einer Sauerstoff plasma-Behandlung nach Durchführen der Plasmabehandlung mit Halogenen und vor Durchführen des Diffusionsverfahrens umfas sen .

Gemäß Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausbilden eines Schichtstapels , der eine erste Halbleiter schicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halb leiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine QuantentopfStruktur zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht umfasst. Das Verfahren kann durch Ausbilden einer Diffusionsmaske flä chenselektiv durchgeführt werden. Die Diffusionsmaske kann für die Plasmabehandlung und das Diffusionsverfahren verwendet werden .

Zusätzlich kann gemäß Ausführungsformen ein Strukturieren des Schichtstapels zu einer Mesa erfolgen. Dabei kann durch die Maske ein zentraler Bereich der Mesa bedeckt werden und ein Mesarand unbedeckt sein. Die Mesa-Strukturierung kann vor oder nach der Plasmabehandlung und dem Diffusionsschritt erfolgen. Beispielsweise kann die Mesa nach Durchführen der Plasmabe handlung und des Diffusionsverfahrens strukturiert werden. Da bei kann ein zentraler Bereich der Mesa dem ersten Teil der Oberfläche des Schichtstapels entsprechen. Ein Mesarand kann dem zweiten Teil der Oberfläche des Schichtstapels entspre chen. Als Folge ist der zentrale Teil der Mesa in einem Be reich des Halbleiterschichtstapels angeordnet, in dem keine Plasmabehandlung und keine Diffusion stattgefunden haben. Der Bereich des Mesarands hingegen wurde einer Plasmabehandlung und einer Diffusion ausgesetzt.

Weitere Ausführungsformen betreffen ein Halbleiterbauelement, das durch das beschriebene Verfahren herstellbar ist. Das Halbleiterbauelement kann ein optoelektronisches Halbleiter bauelement sein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel- bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.

FIG. 1A und 1B zeigen jeweils ein Werkstück bei der Herstel lung eines Halbleiterbauelements.

FIG. 2 veranschaulicht ein Beispiel einer Vorrichtung, in der das Verfahren gemäß Ausführungsformen durchgeführt werden kann .

FIG. 3 veranschaulicht ein Verfahren gemäß Ausführungsformen.

DETAILBESCHREIBUNG

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.

Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halb leiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basis unterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indi rekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeu gung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterver bindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispiels weise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermateria lien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga203, Diamant, hexago nales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stö chiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein. Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.

Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein.

Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.

Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.

Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.

FIG. 1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Werk stücks 10 bei Durchführung eines Verfahrens gemäß Ausführungs formen. Das Werkstück 10 umfasst ein Halbleitermaterial 100. Das Halbleitermaterial 100 kann beispielsweise ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial sein. Das Halbleitermaterial kann beispielsweise ein Phosphid-Halbleitermaterial enthalten. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial 100 ein Material der Zusammensetzung In x Ga y Ali- x-y P umfassen, wobei x und y je weils Werte zwischen 0 und 1 annehmen können. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das III-V-Verbindungsmaterial auch ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial sein. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial 100 ein Material der Zusammenset zung Al x Gai_ x As umfassen, wobei x Werte zwischen 0 und 1 anneh men kann.

Das Halbleitermaterial 100 kann verschiedene Schichten oder Bereiche aus unterschiedlichen Materialien umfassen.

Gemäß Ausführungsformen können QuantentopfStrukturen 120 in dem Halbleitermaterial 100 angeordnet sein. Die Quantentopf strukturen können ausgebildet sein, indem Schichten geeigneter Bandlücke und Schichtdicke in dem Halbleitermaterial 100 ange ordnet sind. Die QuantentopfStrukturen können beispielsweise eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well), beispielsweise zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Be deutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.

Beispielsweise kann eine Maske 115 über Teilen einer ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitermaterials 100 ausgebildet sein. Die Maske 115 kann beispielsweise einen ersten Teil 131 der Oberfläche des Halbleitermaterials 100 bedecken. Die Maske 115 kann weiterhin einen zweiten Teil 132 der Oberfläche des Halbleitermaterials 100 nicht bedecken, so dass der zweite Teil 132 freiliegt. Die Maske 115 kann beispielsweise eine strukturierte Hartmaskenschicht, beispielsweise aus Silizi umoxid, Siliziumnitrid und anderen geeigneten Materialien sein. Die strukturierte Maske 115 kann aber auch eine struktu rierte oberste Schicht der ersten Halbleiterschicht 113 sein, die mittels einer Fotoresist-Schicht definiert wird.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements ge mäß Ausführungsformen umfasst das Durchführen einer Plasmabe handlung eines freiliegenden Oberflächenbereichs 111 eines Halbleitermaterials 100 mit Halogenen. Der freiliegende Ober flächenbereich wird durch die Plasmabehandlung im Wesentlichen nicht geätzt. Dabei entspricht der freiliegende Oberflächenbe reich 111 dem zweiten Teil 132 der Oberfläche des Halbleiter materials. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen ei nes Diffusionsverfahrens 130 mit Dotierstoffen an der freilie genden Oberfläche.

Das in FIG. 1A gezeigte Werkstück 10 wird einer Plasmabehand lung ausgesetzt, beispielsweise unter Verwendung des in FIG. 2 dargestellten Plasmareaktors. Durch diese Plasmabehandlung wird die freiliegende Oberfläche 111 des Halbleitermaterials 100 modifiziert, so dass sich eine modifizierte Oberfläche 126 ergibt. Beispielsweise wird durch diese Modifizierung oder Konditionierung an der Oberfläche eine nicht-flüchtige Verbin dung 125 erzeugt, die einen katalytischen Effekt auf den nach folgenden Prozess zum Einbringen von Atomen aus der Gasphase oder aus der Feststoffphase bewirkt. Beispielsweise kann sich im Bereich der modifizierten Oberfläche 126 eine Oberflächen belegung mit dem Prozessgas bilden, durch welche der Folgepro zess katalysiert wird. Die Prozessparameter für die Plasmabe handlung werden so gewählt, dass zur hinreichenden Ausbildung der beschriebenen Oberflächenmodifikation eine möglichst ge ringe Abtragsrate des Halbleitermaterials erzielt wird. Die Abtragsrate ist mindestens um einen Faktor 10, beispielsweise um mindestens einen Faktor 100 geringer als für übliche Plas- ma-Ätzprozesse mit Ätzgasen wie beispielsweise BCI 3 , Cl 2 oder SiCl4. Beispielsweise kann die Abtragsrate oder Ätzrate kleiner als 1 nm/sek. sein. Der Begriff „im Wesentlichen nicht ge ätzt" bedeutet, dass die Abtragsrate des Halbleitermaterials mindestens um einen Faktor 10 geringer als für diese üblichen Plasmaätzprozesse ist.

Wie herausgefunden wurde, kann die entsprechende Konditionie rung, d.h. die nicht-flüchtige Verbindung 125 auch über länge re Zeit an der modifizierten Oberfläche 126 beibehalten wer den. Beispielsweise kann diese nicht-flüchtige Verbindung 125 mehrere Monate, beispielsweise ein halbes Jahr lang beibehal ten werden. Die nicht-flüchtige Verbindung 125 bzw. Konditio nierung übersteht auch eine Reinigung in einem Sauerstoffplas ma. Beispielsweise kann die Reinigung in einem Sauerstoffplas ma zur Entfernung der zur Strukturierung verwendeten Fotore sist-Schicht vor Durchführung eines nachfolgenden Diffusions verfahrens durchgeführt werden. Weiterhin weist die nicht flüchtige Verbindung 125 eine ausreichende Stabilität bei er höhten Temperaturen, beispielsweise Temperaturen größer als 500°C oder 520°C, die bei einem Diffusionsprozess auftreten können, auf.

Gemäß allen hier beschriebenen Ausführungsformen kann für die Plasmabehandlung und das Diffusionsverfahren eine identische Maske 115 verwendet werden.

Als Folge der Plasmabehandlung mit Halogenen kann ein Diffusi onsverfahren 130 zum Einbringen von Dotierstoffen stark be schleunigt werden. Weiterhin können unerwünschte Oberflächen effekte unterdrückt werden. Dadurch wird eine verbesserte Ho mogenität der Dotierung erreicht. Beispielsweise wird durch das Ausbilden der nicht-flüchtigen Verbindung 125 die Aktivierungsenergie für den Diffusionspro zess, bei dem die einzudiffundierenden Atome zunächst zersetzt werden und anschließend in das Kristallgitter eindringen, er niedrigt .

Gemäß Ausführungsformen kann das Diffusionsverfahren aus der Gasphase durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Diffu sion von Zink-Atomen durchgeführt werden. Dabei kann ein me tallorganisches Precursormaterial verwendet werden. Beispiels weise kann Diethylzink oder Dimethylzink als gasförmiges Precursormaterial vorgesehen werden. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann das Diffusionsverfahren aus der Festphase durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein geeignetes Mate rial, beispielsweise eine Zinkverbindung, auf der freiliegen den Oberfläche 111 aufgedampft werden. Durch einen nachfolgen den Temperaturbehandlungsschritt werden die Dotierstoffe in das Halbleitermaterial 100 eindiffundiert. Als Ergebnis ergibt sich der dotierte Bereich 105.

FIG. 1B zeigt eine Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Durchführung eines Verfahrens gemäß weiteren Ausführungsfor men. Das Halbleitermaterial 100 umfasst eine erste Halbleiter schicht 113 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, und eine zweite Halbleiterschicht 114 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ. Eine Quantentopf struktur 120 wie vorstehend ausgeführt ist zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 113, 114 angeordnet. Beispielsweise bildet die QuantentopfStruktur 120 eine aktive Zone, in der elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann.

Das Verfahren gemäß Ausführungsformen wie vorstehend beschrie ben wird durchgeführt. Insbesondere wird eine Plasmabehandlung der freiliegenden Oberfläche 111 eines Halbleitermaterials 100 mit Halogenen durchgeführt. Weiterhin wird ein Diffusionsver fahren 130 mit Dotierstoffen an der freiliegenden Oberfläche 111 durchgeführt.

Zusätzlich wird der Halbleiterschichtstapel , der die erste, die zweite Halbleiterschicht sowie die QuantentopfStruktur um fasst, zu einer Mesa 107 strukturiert. Die Mesa-Ätzung kann vor oder nach dem Diffusionsschritt erfolgen.

Beispielsweise kann die Mesaätzung derart durchgeführt werden, dass ein zentraler Bereich der Mesa, das heißt ein Bereich der Mesa, der nicht dem Mesarand 108 entspricht und der beispiels weise von dem Mesarand 108 umschlossen sein kann, im Bereich des ersten Teils 131 der Oberfläche des Schichtstapels vor liegt. Der Mesarand 108 liegt in einem zweiten Teil 132 der Oberfläche des Schichtstapels vor. Entsprechend hat am Mesa rand 108 die Plasmabehandlung mit Halogenen sowie eine Diffu sion von Zink-Atomen oder Fremdatomen stattgefunden oder wird in einem nachfolgenden Schritt stattfinden. Im zentralen Be reich der Mesa hat keine Plasmabehandlung mit Halogenen und keine Diffusion von Zink-Atomen stattgefunden und wird bei ei nem gegebenenfalls nachfolgenden Diffusionsschritt nicht stattfinden .

Findet die Mesaätzung nach Durchführen der Plasmabehandlung statt, so kann beispielsweise die Maske 115 derart platziert und strukturiert werden, dass der erste Teil 131 der Oberflä che des Schichtstapels an der Position eines zentralen Be reichs der später zu strukturierenden Mesa 107 vorliegt. Wei terhin liegt der zweite Teil 132 der Oberfläche an dem Rand 108 der später zu strukturierenden Mesa vor.

Findet die Mesaätzung vor Durchführen der Plasmabehandlung statt, so kann die Maskenschicht 115 derart strukturiert wer- den, dass eine Oberfläche 111 des Halbleitermaterials 100 im Bereich eines Mesarands 108 freiliegend ist. Ein zentraler Be reich der Mesa 107 ist mit der Maskenschicht 115 bedeckt. Als Ergebnis finden in einem Bereich des Mesarands 108 die Plas mabehandlung und das Diffusionsverfahren statt. In einem zent ralen Bereich der Mesa 107 finden keine Plasmabehandlung und kein Diffusionsverfahren statt.

Beispielsweise kann durch Diffusion von Zink-Atomen ein soge nanntes Intermixing von Quantentöpfen bewirkt werden. Dabei verschieben sich die Energieniveaus der Quantentöpfe 120 je weils am Mesarand 108, wodurch ein seitliches Ausdringen von Ladungsträgern an der Mesakante vermieden wird. Als Folge kann eine nichtstrahlende Oberflächenrekombination an den Seiten flanken der Mesa vermieden werden. In einem zentralen Bereich der Mesa findet keine Diffusion statt. Experimentell wurde festgestellt, dass aufgrund der Durchführung der Plasmabehand lung mit Halogenen nach kürzerer Diffusionszeit eine Wellen längenverschiebung der elektromagnetischen Strahlung erreicht werden kann. Die Wellenlängenverschiebung wird durch das soge nannte Intermixing der Quantentöpfe, d.h. die Verschiebung der Energieniveaus innerhalb der Quantentöpfe als Folge der Diffu sion von Zink-Atomen erreicht. Die Diffusionszeit kann dabei auf zum Beispiel weniger als 1/10 des ursprünglichen Werts re duziert werden.

Beispielsweise kann durch das beschriebene Verfahren eine ver besserte rote LED hergestellt werden.

FIG. 2 veranschaulicht einen Plasmareaktor 150 in dem das Ver fahren einer Plasmabehandlung durchgeführt werden kann. Ein Werkstück bzw. Halbleiterwafer 101 wird beispielsweise auf ei ne untere Elektrode 151 innerhalb des Plasmareaktors plat ziert. Eine geeignete Vorspannung kann zwischen der unteren Elektrode 151 und der oberen Elektrode 153 angelegt werden. Die untere und obere Elektrode 151, 153 sind jeweils in einer Vakuumkammer 152 angeordnet. Die Vakuumkammer 152 kann über eine Vakuumpumpe 155 evakuiert werden. Behandlungsgase 156 können über einen Einlass eingeleitet werden. Ein Hochfre quenzgenerator 157 kann entsprechend betrieben werden. Zusätz lich zu dem Behandlungsgas 156 kann noch ein Trägergas, bei spielsweise aus einem inerten Gas zugeführt werden. Weiterhin kann die Temperatur der Wafer bzw. Werkstücke 10 eingestellt werden. Durch eine angelegte Hochfrequenzspannung kann das Gas zwischen den Elektroden zur Glimmentladung gebracht werden. Dabei entsteht ein Plasma mit Ionen, Elektronen und angeregten neutralen Teilchen. Unter geeigneten Prozessbedingungen tref fen die einfallenden Ionen auf die Scheibenoberfläche auf und führen zu einer Modifizierung der Oberfläche. Als Reaktionsgas können beispielsweise Halogene wie Fluor, Chlor oder Brom ver wendet werden.

Nach Durchführung dieses Verfahrens werden, gegebenenfalls nach längerer Wartezeit, Atome aus der Gasphase oder aus der Feststoffphase über Diffusion eingebracht, so dass eine Dotie rung des Halbleitermaterials stattfindet.

Gemäß Ausführungsformen wird vor Durchführen des Diffusions prozesses ein Reinigungsschritt in einem Sauerstoffplasma durchgeführt. Beispielsweise kann die Plasmabehandlung mit Ha logenen in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 200°C, beispielsweise bei einer Temperatur kleiner als 100°C einige Sekunden lang durchgeführt werden.

Beispielsweise können unter Verwendung des beschriebenen Ver fahrens beliebige Halbleiterbauelemente für unterschiedlichste Anwendungsbereiche hergestellt werden. Beispielsweise können optoelektronische Halbleiterbauelemente, die auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial basieren, durch das beschriebene Verfahren hergestellt werden.

FIG. 3 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Das Verfahren umfasst das Durchführen (S100) einer Plasmabe handlung einer freiliegenden Oberfläche eines Halbleitermate rials mit Halogenen und das Durchführen eines Diffusionsver fahrens (S120) mit Dotierstoffen an der freiliegenden Oberflä che. Gemäß Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin ei nen Reinigungsschritt in einem Sauerstoffplasma (S110) umfas sen. Dieser Reinigungsschritt (S110) wird nach Durchführen der Plasmabehandlung (S100) und vor Durchführung des Diffusions verfahrens (S120) durchgeführt.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Werkstück

100 Halbleitermaterial

101 Wafer

105 dotierter Bereich

107 Mesa

108 Mesarand

110 erste Hauptoberfläche des Halbleitermaterials

111 freiliegender Oberflächenbereich

113 erste Halbleiterschicht

114 zweite Halbleiterschicht

115 Maske

120 QuantentopfStruktur

125 nichtflüchtige Verbindung

126 modifizierte Oberfläche

130 Diffusionsverfahren

131 erster Teil der Oberfläche

132 zweiter Teil der Oberfläche

150 Plasmareaktor

151 untere Elektrode

152 Vakuumkammer

153 obere Elektrode

154 Plasma

155 Vakuumpumpe

156 Behandlungsgas

157 Hochfrequenz-Generator