DE10104193A1

DE10104193A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit Siliziumclustern und/oder -nanokristallen und eine Halbleiterstruktur dieser Art

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Publication number: DE10104193A1
Application number: DE10104193A
Authority: DE
Inventors: Margit Zacharias
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-01
Also published as: WO2002061815A1; US20040106285A1; US7220609B2; WO2002061815A9

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit Siliziumclustern und/oder -nanokristallen, die in verteilter Form in einer Matrix aus einer Siliziumverbindung vorliegen. Das Verfahren umfaßt die Schritte Abscheiden einer Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm, speziell zwischen 1 nm und 10 nm und insbesondere zwischen 1 nm und 7 nm auf einem Träger und die thermische Behandlung bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um eine Phasenseparation durchzuführen, um die Siliziumcluster oder -nanokristalle in einer Matrix einer thermisch stabilen Siliziumverbindung zu erhalten. Die Ansprüche decken außerdem Halbleiterstrukturen mit solchen verteilten Siliziumclustern oder -nanokristallen ab. Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von hochdichten Feldern von Siliziumclustern oder Nanokristallen mit einer engen Größenverteilung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruk tur mit Siliziumclustern und/oder -nanokristallen, die in verteilter Form und einer Matrix aus einer Siliziumverbindung vorliegen, und eine Halb leiterstruktur dieser Art.

Es ist bekannt, daß in SiO₂ eingebettete Siliziumcluster oder -nanokristal le eine starke Lumineszenz im sichtbaren Bereich aufweisen.

Derzeit besteht großes Interesse in der Gestaltung von Halbleiterstruktu ren auf Siliziumbasis, die Licht zu emitieren vermögen und die sich für eine Integration in optoelektronischen Schaltungen in Chip-Gestalt, bei spielsweise in Form von Lasern und Hochgeschwindigkeits-Telekommu nikationsbauelementen, und für einen Einsatz in Speichern eignen.

Die Ausgabe von Nature vom 23. November 2000, Volume 408, beinhaltet auf den Seiten 411 und 412 einen allgemeinen Artikel von Leigh Canham, der einen allgemeinen Überblick über das Konzept der Lichtgewinnung aus Silizium mit besonderem Hinweis auf Siliziumnanokristalle gibt. Die selbe Ausgabe von Nature enthält außerdem auf den Seiten 440 bis 444 einen Aufsatz von L. Pavesi und Kollegen mit dem Titel "Optischer Gewinn in Siliziumnanokristallen".

Eine allgemeine Diskussion der Physik der Kristallisation von amorphen Übergittern im Limit ultradünner Schichten mit Oxid-Grenzflächen wird in einem Aufsatz von M. Zacharias und P. Streitenberger in Physical Review B, Volume 62, Nr. 12 vom 15. September 2000 auf den Seiten 8391 bis 8396 gegeben.

An dieser Stelle sollte erklärt werden, daß Siliziumnanokristalle Silizium kristalle mit Dimensionen im Nanometer-Bereich sind. Die Nanokristalle enthalten relativ wenige Siliziumatome und weisen Eigenschaften auf, die sich von solchen größerer Siliziumkristalle unterscheiden. Anhäufungen von Siliziumatomen ohne Kristallisation werden manchmal auch als Clu ster bezeichnet.

Bis heute gibt es zwei Hauptvorschläge für die Erzeugung solcher Silizi umcluster oder Nanokristalle. Der erste Vorschlag ist beispielsweise in dem Aufsatz von L. Pavesi et al. beschrieben, beschrieben in der genann ten Ausgabe von Nature. Dieser Aufsatz beschreibt, wie Siliziumionen durch negative Ionenimplantationsmethoden in ultrareine Quarzsubstrate oder in thermisch gewachsene Siliziumdioxidschichten auf Silizium substraten implantiert worden sind, gefolgt von thermischem Ausheilen bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei 1100°C für eine Stunde. Diese Wärmebehandlung ermöglicht den implantierten Siliziumatomen sich in nerhalb des Substrates zu bewegen und während des thermischen Aus heilens bei hohen Temperaturen Siliziumcluster oder Nanokristalle zu bil den. In dem zitierten Aufsatz von Pavesi et al. steht, daß die in der Siliziumdioxid-Matrix eingebetteten Siliziumnanokristalle einen Durchmesser in der Größenordnung von 3 nm bei einer Konzentration von 2 × 10¹⁹ cm^-3 aufweisen.

Obwohl Ionenimplantation zur Herstellung von Siliziumnanokristallen eingesetzt werden kann, hat sie den signifikanten Nachteil, daß großflä chige Ionenimplantation mit einer hohen Siliziumionen-Dosis üblicherwei se nicht in Siliziumelektronik-Produktionssystemen eingesetzt wird und daher die Notwendigkeit der Verwendung von Ionenimplantation eine we sentliche Erschwerung des Herstellungsprozesses bedeutet.

Ein zweiter Vorschlag zur Herstellung von Siliziumnanokristallen ist in US-A-6,060,743 zu finden. Dieses US-Patent beschreibt eine Vielfalt von Halbleiterstrukturen, die im Grunde alle die Abscheidung einer dünnen amorphen Siliziumschicht auf einem Siliziumdioxidfilm beinhalten. Die amorphe Siliziumschicht ist beispielsweise nur 1 nm dick. Die dünne Sili ziumschicht wird bei einer relativ kleinen Temperatur abgeschieden und wird anschließend bis zu etwa 800°C erhitzt, ohne der Atmosphäre ausge setzt zu werden (um Oxidation zu vermeiden). Das Erhitzen verursachte ein Agglomerationsphänomen in der flachen amorphen Siliziumschicht, die auf der Siliziumoxidschicht gebildet wurde. Als Resultat wird die amorphe Siliziumschicht in unabhängige Kristalle mit einem Durchmesser von maximal etwa 10 nm und einer Höhe von etwa 5 nm mit einer Dichte der Siliziumnanokristalle von 3,5 × 10¹¹ cm^-3 umgewandelt. Die Silizi umnanokristalle werden auf der Siliziumdioxidschicht des Silizium substrates gebildet. Danach wird eine weitere Siliziumdioxidschicht über dem Substrat und den Nanokristallen abgeschieden.

Diese Methode hat den Nachteil, daß nur eine relative kleine Dichte von Nanokristallen erreicht werden kann und daß die Methode wegen des ver wendeten Prozesses vernünftig nur auf die Herstellung weniger "Lagen" von Nanokristallen ausgeweitet werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist, ein Verfahren zur Her stellung von Siliziumclustern und/oder -nanokristallen zu schaffen, wel ches die Schaffung einer Halbleiterstruktur mit einer hohen Dichte von Clustern und/oder Nanokristallen ermöglicht, wobei die Cluster und/oder Nanokristalle eine enge Größenverteilung aufweisen, d. h. eine gut defi nierte mittlere Größe und mittleren Abstand, wobei das Verfahren mit be stehender Siliziumtechnologie voll kompatibel ist und kostengünstig in großem Maßstab und auf kompletten Siliziumwafern ausgeführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art geschaffen, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

a) Abscheiden einer Schicht einer thermisch nicht stabilen Silizium verbindung mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm, besonders zwischen 1 nm und 10 nm und insbesondere zwi schen 2 nm und 7 nm auf einem Träger und
b) eine thermische Behandlung bei einer Temperatur, die zur Durch führung einer Phasenseparation ausreichend ist, um in einer Matrix aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung Siliziumcluster oder -nanokristalle zu erhalten.

Das Verfahren wird am besten anhand eines Beispiels erklärt. Zunächst ist es nötig, ein geeignetes Trägersubstrat zur Verfügung zu haben, wel ches ein Siliziumwafer mit einer Siliziumdioxidschicht auf einer seiner Oberflächen oder ein Quarzwafer, d. h. ein Wafer aus Siliziumdioxid, oder ein beliebiger anderer thermisch stabiler Träger sein kann, der in der Lage ist, die relativ hohen Temperaturen auszuhalten, die für die thermische Behandlung notwendig sind und die typischerweise in dem Bereich zwi schen 800 und 1100°C liegen. Ein weiteres Beispiel für einen solchen Trä ger ist Saphir. Eine Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Silizium verbindung, beispielsweise in Form von SiO_x mit 0 < x < 2, wird dann als amorphe Schicht auf den Träger abgeschieden, wobei die Dicke der amor phen Schicht so gesteuert wird, daß sie im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm liegt, wobei eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 nm bis 10 nm bevorzugt wird, und der Bereich zwischen 1 nm und 7 nm am besten für die Realisation der Erfindung geeignet ist.

Diese Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung wird einer thermischen Behandlung ausgesetzt, beispielsweise indem es bis zu einer Temperatur oberhalb der Kristallisationstemperatur der Schicht der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung erhitzt wird, oder indem die Schicht einem sogenannten schnellen thermischen Ausheilen unterzogen wird, bei dem sie schnell bis zu einer Temperatur um die Kristallisations temperatur oder sogar darunter erhitzt wird und dann schnell wieder ab gekühlt wird, beispielsweise unter Verwendung des AST 10 RTP Systems der Sterg Gruppe. Beide Techniken können zur Erzeugung der Phasense paration in der Schicht aus der abgeschiedenen thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung verwendet werden. Das soll heißen, daß sich die Sau erstoffatome und die Siliziumatome in der Schicht zu Clustern und Nanokristallen aus reinem Silizium und zu einer Matrix aus stöchiometrischem Siliziumdioxid SiO₂ umordnen. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht de finiert die Höhe der sich bildenden Nanokristalle, d. h. sie definiert eine obere Grenze für die Höhe der Siliziumnanokristalle und begrenzt außer dem die lateralen Dimensionen der Nanokristalle. Der Anteil x des ther misch nicht stabilen SiO_x bestimmt die Durchmesser oder Dimensionen der Siliziumnanokristalle und Cluster in einer zur Schichtebene parallelen Richtung und den mittleren Abstand zwischen benachbarten Siliziumclu stern oder Nanokristallen. Somit wird die abgeschiedene Schicht aus der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung durch die thermische Be handlung zu in einer Siliziumdioxid-Matrix verteilten Siliziumclustern oder Nanokristallen umgeordnet. Der Prozeß kann leicht gesteuert wer den, so daß eine hohe Dichte von Siliziumclustern oder Nanokristallen mit einer engen Größenverteilung erreicht werden, wobei diese Cluster oder Nanokristalle durch relativ gut definierte Mengen an thermisch stabilem Siliziumdioxid von benachbarten Clustern oder Nanokristallen beabstan det sind.

Da die thermisch nicht stabile Schicht auf beispielsweise Siliziumdioxid abschieden wird, weisen die Siliziumnanokristalle keinerlei Tendenz zum Wachstum auf einer reinen Silizium-Oberfläche auf, was sonst die Bildung von diskreten Siliziumclustern oder Nanokristallen mit einheitlicher Größe verhindern würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Träger zumindest an der Grenzfläche zu der abgeschiedenen Schicht mit einer Schicht aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung oder zumindest aus einer Verbindung einer Seltenen Erde versehen. Die thermisch stabile Verbindung kann beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrit und die Verbindung einer Seltenen Erde könnte beispielsweise Erbiumoxid sein. Es hat sich herausgestellt, daß die Anwesenheit von Elementen der Selte nen Erden nahe bei oder neben den Siliziumclustern oder Kristallen die leuchtende Emission der Elemente der Seltenen Erden verstärkt und ins besondere zu einer verstärkten Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,54 µm (für Erbium) führt, was eine bevorzugte Wellenlänge für optoelektroni sche Anwendungen ist.

Obwohl es denkbar ist, daß eine einzige dünne Schicht, die verteilte Silizi umcluster und/oder -nanokristalle enthält, auf einem Träger für einige Anwendungen ausreichend sein mag, wird es als vorteilhaft erachtet, zur Erzeugung der Cluster und Nanokristalle vor der thermischen Behandlung eine weitere Schicht aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung oder aus zumindest einer Verbindung einer Seltenen Erde auf die Schicht aus der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung abzuscheiden. Dies führt zu einem hochdichten Feld von Siliziumclustern oder Nanokristallen in einer einzigen Ebene mit einer Dichte von typischerweise 1 × 10¹³ cm².

Insbesondere ist es möglich, eine abwechselnde Folge von abgeschiedenen Schichten aus thermisch nicht stabilen und thermisch stabilen Silizium verbindungen mit der Möglichkeit weiterer Zwischenschichten vorzusehen. Bei Verwendung der Erfindung kann zunächst die gesamte Schichtstruk tur gebildet und erst dann der thermischen Behandlung ausgesetzt wer den, die nötig ist, um die thermisch nicht stabile Siliziumverbindung in Siliziumcluster und/oder -nanokristalle in einer Siliziumdioxid-Matrix umzuwandeln.

Auf diese Weise kann eine dreidimensionale Anordnung von Siliziumclu stern oder Mikrokristallen mit einer Dichte von beispielsweise 2 × 10¹⁹cm^-3 in jeder relevanten Schicht erreicht werden.

In einer solchen alternierenden Folge von abgeschiedenen Schichten soll ten alle Schichten aus der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung dieselbe Dicke im o. g. Bereich aufweisen, um sicherzustellen, daß die Sili ziumcluster und/oder Nanokristalle in der richtigen Größe erzeugt wer den. Die Trennschichten aus der thermisch stabilen Siliziumverbindung können jedoch deutlich dicker sein.

Es ist auch möglich, die abwechselnden Schichten aus der thermisch sta bilen Siliziumverbindung mit einer Größe in einem Nanometerbereich zu realisieren, so daß die alternierende Folge als Übergitter ausgeführt wird.

Die alternierende Schichtsequenz kann in zumindest einem räumlich be grenzten Bereich einer Struktur, beispielsweise einer photonischen oder optischen Struktur, gebildet werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, dann das Material, das den räumlich be grenzten Bereich umgibt, durch beispielsweise Ätzen zu entfernen, um ei ne freistehende Schichtsequenz zu bilden, die zur Einbindung in eine op toelektronische Schaltung an der freien oberen Oberfläche kontaktiert werden kann, wobei der andere Kontakt an die freistehende Schichtse quenz beispielsweise am Träger oder am Substrat realisiert wird.

In solchen Schichtsequenzen können beispielsweise durch Implantation oder während des Schichtwachstums eine oder mehrere der Siliziumverbindungsschichten mit zumindest einem Element oder einer Verbindung aus der Gruppe der Seltenen Erdelemente dotiert werden.

Die mittlere Größe und der mittlere Abstand der Cluster oder der Nano kristalle kann durch die Stöchiometrie der thermisch nicht stabilen Ver bindung, d. h. durch den für x gewählten Wert, eingestellt werden. Außer dem können die mittlere Größe und der mittlere Abstand der Cluster oder der Nanokristalle durch die für die thermische Behandlung charakteristi sche Temperatur und auch durch die verwendeten Umgebungsbedingun gen eingestellt werden, beispielsweise die Gase, die in der Behandlungs kammer eingesetzt werden, die zum Beispiel Formiergas, Sauerstoff oder Argon sein können. Alternativ können in der thermischen Behandlungs kammer auch Vakuumbedingungen eingesetzt werden, die ebenfalls die durchschnittliche Größe und den durchschnittlichen Abstand der Cluster und/oder Nanokristalle beeinflussen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen von Halbleiterstrukturen, die mittels dieses Verfah rens gebildet werden, ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Während die Ansprüche 18 bis 30 solche Halbleiterstrukturen betreffen, in denen die Schichten aus thermisch nicht stabilen Halbleiterverbindun gen zu in einer Siliziumdioxid-Matrix verteilten Siliziumclustern und/oder -nanokristallen umgewandelt worden sind, betreffen die Ansprüche 31 bis 35 die Halbleiterstruktur vor der thermischen Behandlung, in der die Sili ziumcluster oder Nanokristalle erzeugt werden, da solche Halbleiter strukturen Zwischenprodukte bilden können, die genauso eigenständig behandelt werden können wie Halbleiterwafer als Zwischenprodukte für die nachfolgende Herstellung von elektronischen Bauelementen und Schaltungen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungs formen und die Zeichnungen genauer erklärt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Illustration der Bildung von Siliziumclustern oder Nanokristallen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die ein einlagiges Feld von auf einem Träger gebildeten Siliziumclustern oder Nanokristallen zeigt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, ähnlich wie in Fig. 2, die je doch eine alternative Trägerart zeigt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich wie in Fig. 3, die je doch ein einlagiges Feld von Siliziumclustern oder Nanokri stallen zeigt, die durch eine Deckschicht aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung bedeckt sind,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, die eine Weiterentwicklung des Konzepts aus Fig. 4 zur Herstellung mehrlagiger Felder von Siliziumclustern oder Nanokristallen zeigt,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, die eine Modifikation des Mehrschichtsystems aus Fig. 5 zur Bildung einer Übergitterstruktur zeigt, in der Siliziumcluster und Nanokristalle in ab wechselnden Schichten eingebaut sind,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Wafers mit einem Feld von Aussparungen,

Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht auf die Ebene VIII-VIII in Fig. 7 bei vergrößertem Maßstab, die Übergitterstrukturen ähnlich denen in Fig. 6 zeigt, die in jeder der Aussparungen des Wafers in Fig. 7 gebildet sind,

Fig. 9 eine schematische Darstellung, die die Übergitterstruktur in Fig. 7 zeigt, die in eine sogenannte MOS-Struktur eingebaut ist, und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines bekannten lichtemittie renden Halbleiterbauelementes, welches zur Verwendung ei ner erfindungsgemäßen Übergitterstruktur im optisch aktiven Bereich angepaßt wurde.

In Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer einzelnen Schicht 10 einer Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung ge zeigt, hier in Form von SiO_x, wobei der Wert x als ein nicht stöchiometri scher Wert größer als 0 aber kleiner als 2 gewählt ist. Die Schicht 10 kann eine Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm haben, bevor zugt ist sie aber 2 bis 3 nm dick. Die Schicht 10 kann durch jeden der be kannten Schichtabscheideprozesse abgeschieden werden, wie beispiels weise in einer Gasphasenabscheidung, Tiefdruckgasphasenabscheidung, Verdampfung von SiO_x in sauerstoffhaltigen Atmosphären, Sputtern, re aktives Sputtern, gepulste Laserabscheidung und Molekularstrahlepitaxie.

Obwohl die thermisch nicht stabile Siliziumverbindung in allen vorliegen den Beispielen SiO_x ist, ist auch die Verwendung anderer thermischer, nicht stabiler Siliziumverbindungen gut vorstellbar, wobei eine Möglichkeit ein Siliziumnitrit wäre, welches dann in Form von SiN_x abgeschieden wür de.

Ist die Schicht 10 abgeschieden, wird sie danach einer thermischen Be handlung unterzogen, wobei dies in einer Phasenseparation des amorphen SiO_x in Siliziumcluster oder -nanokristalle 11 resultiert, die durch eine SiO₂-Matrix 13 getrennt werden, wie es schematisch in der unteren Vari ante der Schicht 10 in Fig. 1 gezeigt ist, wobei der vertikal nach unten ge richtete Pfeil die Wärmebehandlung repräsentiert. Diese Wärmebehand lung kann entweder eine Wärmebehandlung über eine geeignete Zeitdauer bei einer Temperatur bei oder oberhalb der Kristallisationstemperatur Tc sein, beispielsweise eine Wärmebehandlung bei 1100°C für 60 Minuten. Es sollte bemerkt werden, daß Tc kein tatsächlich fester Wert ist, sondern bei dünnen Schichten von der genauen Schichtstruktur der verwendeten Schicht abhängt, da die Kristallisationstemperatur stark von Spannungs erwägungen abhängt und diese durch die Schichtgröße beeinflußt sind. Somit kann die Kristallisiationstemperatur abhängig von der betroffenen genauen Schichtstruktur über eine weiten Bereich variieren, angefangen von der Kristallisationstemperatur von amorphem Bulkmaterial von 700°C bis hin zu Temperaturen von 1100°C oder mehr.

Es sollte außerdem erwähnt werden, daß die Maximalhöhe der Silizium cluster oder Nanokristalle durch die Schichtdicke begrenzt ist. Es ist je doch möglich, daß sich, wie in Fig. 1 bei 11 gezeigt, Siliziumcluster oder Nanokristalle bilden, die kleiner als die Schichtdicke sind. Die Stöchiome trie, d. h. der Wert x in SiO_x kann diese Tendenz beeinflussen. Wenn x re lativ hoch ist, ist auch die Tendenz zur Bildung kleinerer Cluster oder Kri stalle wie 11' größer.

Eine Alternative zur thermischen Behandlung bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur für eine feste Zeitdauer besteht darin, die Schicht oder Schichtstruktur einem schnellen thermischen Ausheilen auszuset zen, so daß die betreffende Schicht oder Schichtstruktur ein oder mehr mals schnell bis zu einer Spitzentemperatur erhitzt und schnell wieder abgekühlt wird, wobei die Spitzentemperatur in der Regel im oben ge nannten Bereich (700°C bis 1100°C) oder sogar signifikant niedriger, un ter der Kristallisiationstemperatur Tc der Struktur liegt.

Unabhängig von der verwendeten thermischen Behandlung bestimmt die Dicke der Schicht 10 sowohl die Höhe als auch die lateralen Dimensionen der Nanokristalle, wobei sie außerdem die Größenverteilung der Cluster oder Nanokristalle derart steuert, daß die Größenverteilung sehr eng ist. Die erzeugten Siliziumcluster oder Nanokristalle sind daher gut definiert und sind durch ein hochqualitatives Oxid getrennt, welches sogar bis zu zwei Monolagen dick sein kann. Im Allgemeinen wird der Abstand zwi schen den Oberflächen benachbarter Cluster und Siliziumnanokristalle so gewählt, daß er im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm liegt.

Auf diese Weise weist die Schicht 10 ein dichtes in einer Ebene gelegenes Feld von Siliziumclustern oder -nanokristallen mit einer engen Größen verteilung auf. Dies begünstigt eine sehr intensive definierte Leuchtemis sion aus der Schicht, wenn sie mit Energie aus einer äußeren Quelle, ent weder in Form von optischem Pumpen oder durch Ladungsträgerinjektion, versehen wird.

In einer brauchbaren Ausführungsform muß die Schicht in Fig. 1 wie in Fig. 2 gezeigt auf einem Träger 12 gebildet werden. In Fig. 2 ist der Träger 12 aus Quarz gebildet und die Schicht 10 liegt entsprechend der unteren Darstellung in Fig. 1 in thermisch behandelter Form vor. Diese Schicht wird hier als nc Si in SiO₂ bezeichnet (nc = Nanokristall). Quarz besteht chemisch aus SiO₂, was eine chemisch und thermisch stabile Siliziumver bindung ist. Daher besteht keine Gefahr, daß die Siliziumnanokristalle mit der Oberfläche des Trägers verschmelzen. Stattdessen verbleiben sie in diskreter Form in der Schicht 10. Anstelle einer Verwendung von Quarz für den Träger 12 kann dieser auch ein Substrat aus einem anderen thermisch stabilen Material sein, wie beispielsweise einem Saphirwafer. Alternativ kann der Träger 12, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Siliziumsubstrat 14 mit einer aufgewachsenen SiO₂-Schicht 16 aufweisen, beispielsweise einer thermisch gewachsenen Siliziumdioxidschicht, die man erhält, in dem das Siliziumsubstrat in einer sauerstoffhaltigen Umgebung einer ho hen Temperatur ausgesetzt wird. Die Schicht 10 wird dann auf der SiO₂- Schicht abgeschieden und die resultierende Halbleiterstruktur zur Erzeu gung der Siliziumnanokristalle in SiO₂ in dieser 3 nm dicken Schicht 10 thermisch behandelt. Es sei bemerkt, daß die direkt unter der Schicht 10 gelegene SiO₂-Schicht 16 außerdem bedeutet, daß die Nanokristalle in der Schicht durch das SiO₂ von dem Siliziumsubstrat getrennt sind.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kann die Halbleiterstruktur in Fig. 3 durch die Ab scheidung einer weiteren SiO₂-Schicht 18 weiterentwickelt werden. Die Schicht 18 ist bevorzugt SiO₂. Sie könnte jedoch beispielsweise ebenso Si₃N₄ sein, wobei dies genauso für die Schicht 16 gilt.

Die Erfindung ist jedoch besonders einfach zu realisieren, wenn die Schichten 16 und 18 SiO₂ sind und die Schicht 10 als SiO_x abgeschieden ist. Wenn dies der Fall ist, ist es möglich, die Schichtzusammensetzung allein durch die Variation des Sauerstoffdrucks in der Abscheidekammer zu steuern. Ist der Sauerstoffdruck relativ hoch eingestellt, so ist eine aus reichende Anzahl von Sauerstoffatomen zur Abscheidung eines thermisch stabilen SiO₂ vorhanden. Ist andererseits der Sauerstoffdruck erniedrigt, so wird eine SiO_x-Schicht abgeschieden, da nicht genügend Sauerstoff atome zur Bildung von SiO₂ zur Verfügung stehen. Somit kann ein Sand wich-System, wie die Schichten 16, 10 und 18 in Fig. 4, einfach durch die Variation des Sauerstoffdrucks in der Abscheidevorrichtung abgeschieden werden.

Dies gilt auch für die Fig. 5 gezeigte Mehrfachschichtstruktur. Die in Fig. 5 gezeigte Struktur unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten Struktur nur durch die Tatsache, daß die Schichten 10 und die Schichten 18 in abwechselnder Reihenfolge vorkommen, wobei die SiO₂ oder Si₃N₄- Schichten 18 wesentlich dicker als die entsprechenden Schichten in Fig. 4 sind. Jede einzelne Schicht 10 wird als 3 nm dicke Schicht mit Silizi umnanokristallen in SiO₂ realisiert, weshalb in der erzeugten Halbleiter struktur ein wohlgeordnetes Feld von Siliziumclustern oder Nanokristallen vorkommt. Obwohl die Ausführungsform in Fig. 5 nur zwei Schichten 10 zeigt, kann die Struktur je nach Wunsch mit viel mehr Schichten 10 und 18 wiederholt werden. Dies gilt auch für die in Fig. 6 gezeigte Struktur, bei der in abwechselnder Reihenfolge 25 alternierende Schichten 10 und 18 auf einem Träger 12 abgeschieden sind, der hier als Quarzträger gezeigt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schichten 10 wieder in Form einer 3 nm dicken Schicht mit in einer SiO₂-Matrix ver teilten Siliziumnanokristallen realisiert. Die Schichten 18 sind bevorzugt aus SiO₂ gebildet.

Es ist jedoch nicht wesentlich, daß der Träger 12 ein Quarzsubstrat ist. Er könnte beispielsweise auch ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat sein. In diesem Fall sollte eine SiO₂-Schicht 16 unterhalb der untersten Schicht 10 der Übergitterstruktur auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden werden. Zur Erzeugung der Übergitterstruktur sollten die Schichten 18 relativ dünn, im Nanometerbereich, d. h. dünner als die schematisch in Fig. 5 gezeigten Schichten, gehalten werden. Die Übergitterstruktur hat den Vorteil, daß die einzelnen Schichten 10 der Struktur relativ nahe bei einander angeordnet sind, so daß eine hohe Dichte von Siliziumclustern oder -nanokristallen erreicht wird und die Kristalle tatsächlich in wohlge ordneten Schichten 10 angeordnet sind. Die Übergitterstruktur kann wie der durch die Variation des Sauerstoffdrucks in dem Abscheidesystem hergestellt werden.

Fig. 7 und 8 zeigen ein interessantes Konzept zur Herstellung einer wie in Fig. 6 gezeigten Supergitterstruktur in einer photonischen, optischen oder elektronischen Struktur.

Fig. 7 zeigt schematisch einen Chip oder Wafer mit einem Träger 12 aus Quarz, auf dem zunächst eine relativ dicke Schicht 20 aus Siliziumdioxid gewachsen wurde. Die Siliziumdioxidschicht wird dann so geätzt, daß sich mehrere Ausnehmungen oder räumlich begrenzte Bereiche 22 bilden, die in Fig. 7 als runde Löcher gezeigt sind, die aber ebenso quadratische Lö cher oder Bereiche mit anderer Gestalt, beispielsweise kanalförmige Aus nehmungen sein können. Die Übergitterstruktur wird dann in den räum lich begrenzten Bereichen 22 auf das Quarzsubstrat abgeschieden, was in einer fertigen Struktur resultiert, wie sie schematisch in Fig. 8 gezeigt ist. Wieder haben die in Fig. 8 verwendeten Bezugszeichen die gleiche Be deutung wie in den früheren Zeichnungen. D. h. die Schichten 10 bestehen in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer 3 nm dicken Schicht von nanokristallinem Silizium in SiO₂ und die Schichten 18 aus SiO₂- Schichten. Statt Quarz als Träger zu verwenden, ist es auch möglich, ei nen Saphirträger oder ein Siliziumsubstrat zu verwenden, wobei in diesem Fall zur Herstellung des Trägers zunächst eine Siliziumdioxidschicht auf das Siliziumsubstrat gewachsen wird, so daß die Unterschicht einer jeden Übergitterstruktur nun keine Schicht 10 sondern eine der Schicht 16 in Fig. 4 entsprechende SiO₂-Schicht ist.

Alternativ kann man anstelle eines Quarzträgers und anstelle einer SiO₂- Schicht 20 einen Bulk-Siliziumwafer verwenden, in dem durch beispiels weise Ätzen Löcher oder Kanäle oder Ausnehmungen erzeugt werden.

Eine Struktur wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, kann für ein optisch gepumptes Siliziumbauelement verwendet werden, das Lumineszenz bei einer Wel lenlänge zeigt, die bestimmt wird durch die Größe der Nanokristalle in der Siliziumdioxid-Matrix und/oder durch die Siliziumnanokristall/SiO₂- Grenzflächenzustände und/oder durch Zustände, die durch ein Element der Seltenen Erden oder eine Verbindung, die als Dotierstoff in der Struktur verwendet wird, bestimmt werden. Es ist nämlich möglich, in al len hier beschriebenen Strukturen zumindest ein Element der Seltenen Erden oder zumindest eine Verbindung mit einem Element der Seltenen Erden als Dotierstoff zu verwenden. Beispielsweise kann der Dotierstoff Erbium oder Erbiumoxid aufweisen, was zu einer Lumineszenz bei einer Wellenlänge von 1,54 µm führt. Zur Erzeugung dieser Lumineszenz ist es nötig, die Struktur entweder optisch oder elektronisch zu pumpen. Im op tischen Fall würde dies mit Strahlung geschehen, beispielsweise Breit bandstrahlung, bei einer höheren Frequenz (kleinerer Wellenlänge) als sie durch die Siliziumnanokristalle erzeugt wird, und die strahlende Trans mission mit einer Wellenlänge von 1,54 µm stimuliert.

Die Dotierung kann unterschiedliche Formen annehmen. Beispielsweise kann die Dotierung kleine Mengen eines über das Schichtsystem verteilten Dotiermaterials aufweisen. Alternativ können dünne Schichten eines Do tierstoffs neben den Schichten 10 abgeschieden werden, so daß ein Do tierstoff in der Nähe der Nanokristalle vorhanden ist. Außerdem kann eine Volumendotierung in den Schichten 10 verwendet werden, so daß sich wieder Dotierstoffe in großer Nähe zu den Siliziumnanokristallen befinden.

Die Struktur in Fig. 8 kann auch weiterentwickelt werden. Eine Möglich keit wäre dabei, die Struktur in Fig. 8 mit einer Maske zu versehen, wel che die Übergitterstrukturen bedeckt, gleichzeitig aber das SiO₂-Material in der Schicht 20, welches die Übergitterstrukturen umgibt, frei läßt. So bald die Maske aufgebracht ist, könnten die SiO₂-Bereiche selektiv wegge ätzt werden, so daß freistehende Übergittersäulen auf dem Substrat stehenbleiben. Es ist dann denkbar, daß Kontakte oben auf den freistehen den Übergittersäulen und an dem Substrat 12 angebracht werden (sofern dieses als leitendes Silizium, beispielsweise n-Typ-Silizium ausgebildet ist), so daß es möglich ist, der Übergitterstruktur Ladungsträger zuzufüh ren und Lumineszenz durch eine elektrische Methode zu erzeugen.

Eine auf diese Weise gebildete Struktur könnte hinterher in einzelne Bau elemente aufgeteilt werden, wobei jedes eine freistehende Übergittersäule aufweisen würde. Die Säulen könnten allerdings auch als längliche Strei fen oder Stege ausgebildet sein.

Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit zum Einbau einer Übergitterstruktur, die ähnlich der in Fig. 6 gezeigten ist, in eine sogenannte MOS-Struktur. Hier ist der Träger 12 als ein hochdotiertes Siliziumsubstrat ausgebildet (kristallines n-Typ-Siliziumsubstrat), auf das die Übergitterstruktur ge wachsen wird, mit einer Schicht 16 aus SiO₂ an der Grenzfläche zwischen dem Träger 12 und der untersten Schicht 10 der Übergitterstruktur. Die Schichten 12, 16, 10 und 18 sind wieder entsprechend der Beschreibung zu verstehen, die bereits für die Schichten gegeben worden ist, die mit den selben Bezugszeichen versehen sind. Nach dem Hochtemperatur-Aushei len wird oben auf die Übergitterstruktur eine lichttransmittierende Kon taktschicht abgeschieden, beispielsweise aus ITO (Indiumzinoxid (InSnO)) oder aus einer transparenten metallischen Schicht wie beispielsweise Gold. Anschlußdrähte wie 24 und 26 können dann an die Kontaktschich ten auf dem Substrat und auf der Oberschicht 23 angebracht werden.

Obwohl die Obersicht der in Fig. 9 gezeigten Übergitterstruktur mit den Bezugszeichen 18 versehen ist, kann die Oberschicht unter der Kontaktschicht auch eine Schicht 10 sein. Weiterhin ist die Periodenanzahl der in Fig. 9 gezeigten Übergitterschicht rein beispielhaft gewählt. Wie in anderen Ausführungsformen, die Übergitterstrukturen beinhalten, kann die Anzahl der tatsächlich vorkommenden Schichten beliebig variiert werden.

Fig. 10 schließlich zeigt eine schematische Darstellung eines lichtemittie renden Bauelementes in einer grundsätzlich bekannten Anordnung, die in diesem Fall aber für die Verwendung einer erfindungsgemäßen Übergitter struktur angepaßt wurde.

Genauer gesagt zeigt die Darstellung in Fig. 10 eine Struktur mit den fol genden Schichten, beginnend mit der untersten. 28 ist eine Kontakt schicht, die auf der Unterseite eines n-Typ-Siliziumträgers 12 angebracht ist, auf dem eine Übergitterstruktur, hier als SL (10, 18) bezeichnet, abge schieden ist, wobei zwischen der n-Si-Schicht und der Übergitterstruktur 10, 18 wieder eine Zwischenschicht 16 aus SiO₂ vorgesehen ist. Die Über gitterstruktur wird dann von einer Schicht 30 aus p-Typ-Silizium gefolgt, die sich im zentralen Bereich nach oben erstreckt, um so einen Steg oder Streifen 32 aus dem gleichen Material zu bilden. Ein Isolator 34, bei spielsweise SiO₂, wird dann auf jeder Seite des Steges 32 über die Schicht 30 aus p-Typ-Silizium abgeschieden. Die Struktur wird dann mit einer oberen Kontaktschicht 36 bedeckt. Durch das Anlegen eines Potentialun terschiedes zwischen den Schichten 28 und 36 ist es dann möglich, der Übergitterstruktur 10, 18 Ladungsträger zuzuführen und dort Lumines zenz zu erzeugen, so daß Licht, wie durch die Pfeile 38 angedeutet, die Übergitterstruktur in einen Bereich unterhalb des Steges 32 verlassen kann.

Wird SiO_x als die thermisch nicht stabile Siliziumverbindung und SiO₂ als die thermisch stabile Siliziumverbindung bei der Herstellung verwandt, so können die Dicke der SiO_x und SiO₂-Schichten, ihre Anzahl, die Zusam mensetzung der SiO_x-Schichten (x zwischen 0 und 2) und der Prozeß der thermischen Behandlung (Prozeßdauer, Temperatur, Temperaturprofil und die während der thermischen Behandlung verwendeten Gase oder das während der thermischen Behandlung verwendete Vakuum) variiert wer den, um zu steuern:

- Die Größe der erzeugten Siliziumcluster oder -nanokristalle,
- die Größenverteilung der Teilchen,
- die Dichte der Cluster oder Nanokristalle in jeder Schicht, die Clu ster und Nanokristalle enthält,
- und die Dicke der Oxidbarrieren zwischen den Siliziumclustern oder Nanokristallen.

Von Strukturen, wie sie hier beschrieben sind, ist ein optischer Gewinn zu erwarten. Sie sind für eine Verwendung in lichtemittierenden Anwendun gen geeignet. Darüber hinaus können die beschriebenen Halbleiterstruk turen in photonischen oder elektronischen Strukturen integriert werden und insbesondere mit anderen elektronischen Schaltungen auf Chips in tegriert werden.

Die Strukturen können entweder während der Abscheidung oder später durch Ionenimplantation mit optisch aktiven Atomen, insbesondere mit Elementen der Seltenen Erden, dotiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit Siliziumclu stern und/oder -nanokristallen, die in verteilter Form in einer Ma trix aus einer Siliziumverbindung vorliegen, gekennzeichnet durch die Schritte

a) Abscheiden einer Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung mit einer Schichtdicke im Bereich zwi schen 0,5 nm und 20 nm, besonders zwischen 1 nm und 10 nm, und insbesondere zwischen 1 nm und 7 nm auf einem Träger und
b) thermische Behandlung bei einer Temperatur, die ausrei chend ist, um eine Phasenseparation durchzuführen, um die Siliziumcluster oder -nanokristalle in einer Matrix aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung ein Erhitzen der abgeschiedenen Schicht oder der Halbleiterstruktur bis zu einer Temperatur bei oder über der Kristallisationstemperatur (Tc) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung schnelles thermisches Ausheilen aufweist, d. h. ein ein- oder mehrmaliges schnelles Erhitzen mit nachfolgendem Abkühlen nach jeder Heißphase.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger mit, zumindest an der Grenzfläche zu der abgeschie denen Schicht, einer Schicht aus einer thermisch stabilen Silizium verbindung oder aus einer Verbindung zumindest einer Seltenen Erde versehen wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht aus einer thermisch stabilen Siliziumver bindung oder aus einer Verbindung zumindest einer Seltenen Erde auf die Schicht aus der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in abwechselnder Reihenfolge abgeschiedene Schichten aus thermisch nicht stabilen und thermisch stabilen Siliziumverbindun gen, optional mit weiteren Zwischenschichten, hergestellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Reihenfolge als ein Übergitter ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtsequenz in zumindest einem räumlich begrenzten Bereich einer Struktur, beispielsweise einer photonischen oder opti schen Struktur, gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der den Bereich umgebenden Struktur hinterher durch beispielsweise ätzen entfernt wird, um eine freistehende Schichtsequenz zu erzeugen.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterstruktur insbesondere in der Nähe der Cluster oder Nanokristalle zumindest ein Element oder eine Verbindung aus der Gruppe der Elemente der Seltenen Erden, beispielsweise Erbium oder Erbiumoxid, aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Siliziumverbindungsschichten beispielsweise durch Implantation oder während der Erzeugung einer der Schichten zumindest mit einem Element oder einer Verbindung aus der Gruppe der Elemente der Seltenen Erden dotiert ist.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe und der mittlere Abstand zwischen den Clu stern oder den Nanokristallen durch die Stöchiometrie der ther misch nicht stabilen Verbindung eingestellt werden, d. h. durch ei nen x-Wert mit 0 < x < 2, sofern die thermisch nicht stabile Verbin dung SiO_x ist.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe und der mittlere Abstand zwischen den Clu stern oder den Nanokristallen durch die für die thermische Be handlung charakteristische Temperatur und auch durch die ver wendeten Umgebungsbedingungen, beispielsweise die verwendeten Gase, zum Beispiel Formiergas/Stickstoff/Argon, oder die Vakuum bedinungen, eingestellt werden.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Struktur in eine elektronische Struktur integriert ist, die geeignet ist, den Clustern oder Nanokristallen Ladungsträger zuzuführen oder in die Cluster oder Nanokristalle Ladungsträger zu injizieren.

15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Schicht oder Schichten auf den Träger mit einer der Methoden aus der Gruppe durchgeführt wird, die umfaßt: Gasphasenabscheidung, Tiefdruck-Gasphasenabscheidung, Ver dampfung von SiO_x-Pulvern in sauerstoffhaltigen Atmosphären, Sputtern, reaktives Sputtern, gepulste Laserabscheidung und Mo lecularstrahlepitaxie.

16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß SiO_x mit 0 < x < 2 als die thermisch nicht stabile Siliziumver bindung gewählt wird.

17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß SiO₂ oder Si₃N₄ als die thermisch stabile Siliziumverbindung gewählt wird.

18. Halbleiterstruktur mit Siliziumclustern und/oder -nanokristallen, die in verteilter Form in einer Matrix einer Siliziumverbindung vor liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumcluster und/oder -nanokristalle eine Höhe im Be reich zwischen 0,5 nm und 20 nm, speziell zwischen 1 nm und 10 nm und insbesondere zwischen 1 nm und 7 nm und laterale Di mensionen im gleichen Bereich aufweisen und durch ein Matrix material aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung voneinander getrennt sind, wobei der mittlere Abstand (Oberfläche zu Ober fläche) zwischen benachbarten Clustern und/oder Nanokristallen im Bereich zwischen 0,5 nm und 100 nm liegt, und daß die Matrix aus der thermisch stabilen Siliziumverbindung, die die Siliziumcluster und/oder -nanokristalle aufweist, auf einem Träger vorgesehen ist und eine Dicke im Bereich von 0,5 nm bis 20 nm aufweist, wobei die Cluster oder Nanokristalle im wesentlichen koplanar sind.

19. Halbleiterstruktur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger zumindest an der Grenzfläche zu der abgeschiedenen Schicht eine thermisch stabile Siliziumverbindung oder eine Verbin dung zumindest einer Seltenen Erde aufweist.

20. Halbleiterstruktur nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Substrat aus Quarz oder einem anderen ther misch stabilen Isolationsmaterial aufweist, welches eine thermische Behandlung bei Temperaturen in der Größenordnung von 700°C oder höher aushält.

21. Halbleiterstruktur nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Siliziumsubstrat oder ein Saphirsubstrat auf weist, wobei sich die thermisch stabile Siliziumverbindung oder die Verbindung zumindest einer Seltenen Erde an der Grenzfläche zu der Schicht befindet, welche die Siliziumcluster und/oder -nano kristalle enthält.

22. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht aus einer thermisch stabilen Siliziumver bindung oder einer Verbindung zumindest einer Seltenen Erde auf der dem Träger abgewandten Seite der Schicht vorliegt, die die Sili ziumcluster und/oder -nanokristalle enthält.

23. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es eine abwechselnde Reihe von abgeschiedenen Schichten ei ner thermisch stabilen Siliziumverbindung und Schichten gibt, die eine Matrix aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung auf weisen, in der Siliziumcluster und/oder -nanokristalle in verteilter Form vorliegen.

24. Halbleiterstruktur nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Reihe weitere Zwischenschichten aufweist.

25. Halbleiterstruktur nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Reihe als Übergitterstruktur ausgeführt ist.

26. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Reihe in zumindest einem räumlich begrenz ten Bereich einer Struktur, beispielsweise einer photonischen oder einer optischen Struktur, gebildet ist.

27. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Reihe als eine freistehende Schichtsequenz auf dem Träger vorliegt.

28. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Element oder eine Verbindung aus der Grup pe der Elemente der Seltenen Erden, beispielsweise Erbium oder Erbiumoxid, aufweist.

29. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element oder die Verbindung der Seltenen Erden in den Schichten aus thermisch stabiler Siliziumverbindung und/oder in den Schichten aus thermisch stabiler Siliziumverbindung vorliegt, die in verteilter Form die Siliziumcluster und/oder -nanokristalle aufweisen.

30. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Versorgung der Cluster oder Nanokristalle mit La dungsträgern oder zur Injektion von Ladungsträgern in die Cluster oder Nanokristalle in eine elektronische Struktur integriert ist.

31. Halbleiterstruktur mit zumindest einer Schicht aus einer thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm auf einem Träger, welcher Temperatu ren von mindestens 700°C aushält, wobei zumindest eine Grenzflä che zwischen dem Träger und der thermisch nicht stabilen Silizium verbindungsschicht eine thermisch stabile Siliziumverbindung oder eine Verbindung zumindest einer Seltenen Erde aufweist.

32. Halbleiterstruktur nach Anspruch 31, wobei mehrere Schichten aus der thermisch nicht stabilen Siliziumverbindung auf dem Träger vorgesehen und entsprechend durch Schichten aus einer thermisch stabilen Siliziumverbindung voneinander getrennt sind.

33. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei die Matrix ein Siliziumdioxid aufweist.

34. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schicht oder Schichten aus thermisch stabiler Siliziumverbindung, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrit aufweisen.

35. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die thermisch nicht stabile Siliziumverbindung SiO_x mit 0 < x < 2 auf weist.