光电子半导体本体和用于制造光电子半导体本体的方法与流程

光电子半导体本体和用于制造光电子半导体本体的方法本申请是申请号为201280029480.3、申请日为2012年5月15日的同名称发明的分案申请。技术领域本发明涉及光电子半导体本体和用于制造光电子半导体本体的方法。

背景技术：
光电子半导体本体通常具有带有适于产生电磁辐射的有源层的外延层序列。外延生长的半导体层的整体被称为外延层序列。这种外延层序列可以借助外延来淀积在衬底上。在此，在外延层序列和衬底之间可能出现机械张力。这种张力可能导致半导体本体的弯曲和/或导致外延层序列中的裂缝。这可能在非晶格适配的化合物半导体的外延淀积情况下出现。例如，化合物半导体如氮化铝镓（AlGaN）或者氮化铟镓（InGaN）可以被淀积在由氮化镓制成的衬底上。

技术实现要素：
本发明的任务是说明一种光电子半导体本体，其中在衬底和外延层序列之间的张力和/或在外延层序列中的裂缝形成被减少。该任务通过按照独立权利要求1的光电子半导体本体并且通过按照独立权利要求18的用于制造光电子半导体本体的方法来解决。光电子半导体本体和光电子器件以及用于制造光电子半导体本体的方法的改进方案和有利的扩展方案在从属权利要求中被说明。示例性实施方式光电子半导体本体的各种实施方式具有张紧层，该张紧层在第一外延步骤中被施加在衬底上。张紧层具有至少一个垂直形成在张紧层中的凹部。在第二外延步骤中，在张紧层上施加另外的层，该另外的层将所述至少一个凹部填充并且至少局部地覆盖该张紧层。该装置保证了，在衬底和外延层序列之间的张力和/或在外延层序列中的裂缝形成被减少。所述张力以如下方式出现，即衬底和张紧层的“自然”晶格常数彼此不同。在本文献中，“自然”意味着，晶格常数的值是分别在被隔离的系统上被确定的。换句话说，晶格常数的值适于在未张紧状态中的层，也就是适于没有相互接触的层。下面，“晶格常数”的概念总是意味着“自然的晶格常数”。此外，晶格常数的概念目前表示平行于外延层的生长表面的晶格常数的值。直接相继地外延生长的层的晶格常数的偏差越大，通常在这些层之间的张力越大。此外，衬底和张紧层可以具有彼此不同的热膨胀系数。这也可以对在张紧层和衬底之间的张力做贡献。在优选的实施方式中，另外的层的晶格常数（aw）与衬底的晶格常数（as）的偏差小于张紧层的晶格常数（av）与衬底的晶格常数（as）的偏差。针对晶格常数的上述条件可以被如下地示出：并且并且按照上述条件，张紧层和所述另外的层利用衬底拉伸地被张紧。该另外的层的晶格结构比张紧层的晶格结构更好地适配于衬底的晶格结构。这是特别有利的，因为由此由衬底、带有一个或多个凹部的张紧层和填充该一个或多个凹部的另外的层组成的系统的张力小于由衬底和无凹部的张紧层组成的系统的已知张力。如果张紧层是边缘发射的半导体激光器的外罩层并且该另外的层是边缘发射的半导体激光器的波导体层，那么由于所希望的全反射，张紧层的折射率必须尽可能地小。这通过尽可能高的铝含量来实现。铝含量越高。张紧层的晶格常数（av）越小并且在张紧层和衬底之间的张力越大。在一种代替的优选的实施方式中，张紧层拉伸地被张紧，另外的层压缩地被张紧。换句话说，组合相反的张力。这通过下面的在晶格常数之间的关系来实现：并且另外的层的晶格常数（aw）大于衬底的晶格常数（as），同时张紧层的晶格常数（av）小于衬底的晶格常数（as）。这是特别有利的，因为由此可以减少由衬底、带有一个或多个凹部的张紧层和另外的层组成的系统的张力。在一种代替的优选的实施方式中，张紧层压缩地被张紧，另外的层拉伸地被张紧。换句话说，组合相反的张力。这通过下面的在晶格常数之间的关系来实现：并且另外的层的晶格常数（aw）小于衬底的晶格常数（as），同时张紧层的晶格常数（av）大于衬底的晶格常数（as）。这是特别有利的，因为由此可以减少由衬底、带有一个或多个凹部的张紧层和另外的层组成的系统的张力。在衬底上的张紧层的所谓的假晶生长的特殊情况下，张紧层和衬底的平行于衬底和张紧层的界面的晶格常数大致相同。但是，张紧层和衬底的垂直于衬底和张紧层的界面的晶格常数不同。在优选的实施方式中，张紧层在凹部中被薄化。换句话说，张紧层被结构化。这是有利的，因为由此可以减少在衬底和张紧层之间的张力。张紧层可以在凹部处被放松。所述凹部垂直于衬底延伸。在一种优选的实施方式中，张紧层可以在凹部完全中断。这与张紧层在凹部中仅仅被薄化相比更多地减少了在张紧层中的张力。在优选的实施方式中，凹部可以垂直于衬底地横穿整个张紧层、和衬底的一部分。在优选的实施方式中，另外的层可以完全覆盖张紧层。这是有利的，因为由此构成平坦的表面，在该表面上可以生长另外的外延层。在优选的实施方式中，张紧层的厚度在0.5μm和5μm之间，优选在1μm和3μm之间。该与已知装置相比大的厚度是有利的，因为由此外延层序列的光学特性与衬底去耦合。如果例如取边缘发射的半导体激光器的外罩层作为张紧层，则可以通过大的厚度来抑制干扰性衬底模式并且改善辐射特性。干扰性衬底模式可能在透明衬底中出现。该衬底在此针对在有源区中产生的电磁辐射不是吸收性的。例如具有GaN的衬底对于在蓝色光谱范围中的电磁辐射是透明的。在波导体和外罩层中引导的蓝光的一部分可以进入具有GaN的衬底中。该光分量针对激光发射被失去。但是首先辐射特性受到干扰。在一种优选的实施方式中，光电子半导体本体具有第一类型的至少一个凹部和/或第二类型的至少一个凹部。在一种优选的实施方式中，所述第一类型的至少一个凹部具有5μm至100μm的宽度。该凹部仅仅用于减少在张紧层中的机械应力。5μm或者更多的宽度是有利的，因为由此在凹部处向张紧层给出了足够的空间来放松而不会形成裂缝。光电子半导体本体可以具有第一类型的多个凹部。尤其是，光电子半导体本体可以仅仅具有第一类型的凹部。在一种优选的实施方式中，所述第二类型的至少一个凹部具有0.1μm至5μm的宽度。这是特别有利的，因为通过第二类型的凹部可以进行至布置在张紧层之后的层中的电流注入。通过将宽度限定到最大5μm保证了，传播到器件中的电磁波不被第二类型的凹部干扰。此外，还通过第二类型的凹部减少在张紧层中的张力。光电子半导体本体可以具有第二类型的多个凹部。尤其是，光电子半导体本体可以仅仅具有第二类型的凹部。在优选的实施方式中，衬底可以具有GaN。张紧层可以是由（0≤x≤0.1并且0≤y≤1）制成的外罩层。铟含量x可以处于0%至10%原子百分比之间。因此当在后面出于简化起见谈及AlGaN外罩层时，也包括铟含量没有消失的情况。铝含量可以在0.1%至100%、优选在4%至30%原子百分比之间变化。外罩层的铝含量越高，外罩层的折射率越小。外罩层的折射率越小，越多光可以在外罩层至布置在其上的波导的界面上以越高的折射率被全反射。但是，导电性随着铝含量上升而下降。当应当经由AlGaN外罩层对后面的外延层通电时，在AlGaN外罩层中的铝含量的上限处于大约30%原子百分比。AlGaN外罩层可以具有n导电性。AlGaN外罩层为此被用硅、氧气或锗掺杂。AlGaN外罩层中的张力和衬底的弯曲随着AlGaN外罩层的厚度的上升并且随着在AlGaN外罩层中的铝含量的上升而上升。代替地，衬底可以具有硅或蓝宝石，其晶格常数与GaN的晶格常数强烈不同。为了在衬底上生长AlGaN外罩层，可以首先将薄的GaN层作为晶种层施加到该衬底上。这被称为准衬底或设计的衬底。在一种优选的实施方式中，在AlGaN外罩层和具有GaN的衬底之间可以施加中间层，尤其是由（0≤x≤0.5）制成的中间层。该中间层可以被压缩地张紧。拉伸地张紧的AlGaN外罩层和压缩地张紧的InGaN中间层的结合减小了衬底的弯曲和在AlGaN外罩层中形成裂缝的风险。中间层可以是导电的。中间层可以同时是压缩地张紧并且导电的。当衬底是不良导电体或者根本就是非导电体如蓝宝石时，导电的中间层的布置是特别有利的。在一种优选的实施方式中，该另外的层是具有第一导电性、尤其是n导电性的波导体。在生长方向上，跟随着有源区、具有第二导电性尤其是具有p导电性的波导体层、和具有第二导电性尤其是具有p导电性的外罩层。上述的外延层可以构成边缘发射的激光二极管。有源区可以是pn结、双异质结构、多量子阱结构（MQW）或者单量子阱结构（SQW）。量子阱结构意味着：量子阱（3维）、量子线（2维）和量子点（1维）。在一种优选的实施方式中，衬底可以具有GaN，张紧层可以是由具有组分（0≤x≤0.2）和（0≤y≤1）的、交替的InGaN层和AlGaN层构成的布拉格镜。布拉格镜可以是n导电的。有源区可以跟随n导电的布拉格镜，p导电的布拉格镜可以跟随该有源区。这些层的总体形成垂直发射的激光器（VCSEL）。在一种优选的实施方式中，在第二外延步骤中生长的另外的层可以具有第一导电性尤其是n导电性。例如在边缘发射的半导体激光器中，另外的层可以具有n导电的波导体的功能。波导体层通过如下方式被定义，即其折射率大于外罩层的折射率。n波导体的组分可以具有（0≤x≤0.1并且0≤y≤0.3）。由制成的n波导体可以通过其垂直于生长表面的延伸而具有一致的铟含量（x）和一致的铝含量（y）。代替地，通过垂直于生长表面的延伸可以发生铟含量（x）和铝含量（y）的改变。在一种优选的实施方式中，可以从上面描述的光电子半导体本体中分割出光电子器件。在一种优选的实施方式中，张紧的AlGaN外罩层可以在侧向上由导电的、尤其是n导电的层来过生长。这是有利的，以便向接着张紧层的另外的层供给电流。在基于GaN的器件的情况下，在非常厚的张紧层、尤其是厚于1μm的张紧层中，和/或在具有高铝含量尤其是高于30%原子百分比的张紧层中，这是特别重要的。这样构造的张紧层仅再具有非常小的导电性。张紧层利用n导电性层的侧向的过生长于是是强制需要的。各种实施方式具有用于制造光电子半导体本体的方法。首先提供衬底。在该衬底上外延生长张紧层。张紧层被结构化以便在张紧层中产生至少一个垂直的凹部。紧接着该结构化，外延生长另外的层。该另外的层填充所述至少一个凹部并且至少局部地覆盖张紧层。从光电子半导体本体中例如可以通过激光锯割分割出光电子器件。在一种优选的实施方式中，在生长由（0≤x≤0.1并且0≤y≤1）制成的张紧层之前将尤其是由（0≤x≤0.5）制成的中间层外延生长到具有GaN的衬底上。InGaN中间层可以是压缩地张紧和/或导电的。压缩的张紧是有利的，因为由此在张紧的AlGaN外罩层中的拉伸的张力至少部分地被补偿。附图说明本发明解决方案的各种实施例在后面借助附图进一步被阐述。相同的、同类的或作用相同的要素在图中被设置有相同的参考标记。这些图和在图中所示的要素的相互之间的大小关系不被看作是按比例的。相反，为了可以更好地示出并且为了更好地理解，各个要素被放大地或者缩小地示出。图1a以剖视图示出了具有弯曲的已知光电子半导体本体；图1b以俯视图示出了图1a的已知光电子半导体本体；图1c以俯视图示出了在图1b的已知光电子半导体本体的外延层中的裂缝；图2a以3维视图示出了已知光电子半导体本体的局部；图2b示意性示出了在衬底和张紧层之间的晶格结构的错误适配；图2c以3维视图示出了在结构化之后光电子半导体本体的局部；图3示出了用于制造光电子半导体本体的流程图；图3a、3a.1，3a.2，3a.3，3b，3c和3d示出了光电子半导体本体的制造方法的中间产品的剖视图的局部；图4a，4b，4c和4d以剖视图示出了半导体本体的局部；图5a，5b和5c以剖视图示出了具有中间层的半导体本体的局部；图6a，6b和6c以剖视图示出了具有缓冲层的半导体本体的局部；图7a，7b和7c以剖视图示出了具有缓冲层和中间层的半导体本体的局部；图8a，8b和8c以剖视图示出了具有准衬底和晶种层的半导体本体的局部；图9以俯视图示出了在张紧层结构化之后的半导体本体；图10a和10b以剖视图示出了在施加另外的层之后半导体本体的局部；图11示出了光电子器件，尤其是折射率引导（indexgefuehrten）的GaN激光边缘发射器；图12示出了光电子器件，尤其是增益引导（gewinngefuehrten）的GaN激光边缘发射器；图13a示出了光电子器件，尤其是带有过生长AlGaN外罩层的折射率引导的GaN激光边缘发射器；图13b示出了光电子器件，尤其是带有过生长AlGaN外罩层的折射率引导的GaN激光边缘发射器；图14a以俯视图示出了在张紧层结构化之后的半导体本体；图14b以剖视图示出了图14a中的半导体本体；图15以剖视图示出了带有另外的层的、图14b中的半导体本体的局部；图16以剖视图示出了光电子器件，尤其是VCSEL-GaN激光器。具体实施方式图1a以剖视图示出了具有弯曲的已知光电子半导体本体100。在衬底102上，生长了张紧层104。在衬底102和张紧层104之间的张力是弯曲的原因。半导体本体100布置在未示出的外延层中的载体400上。基于半导体本体100的弯曲，半导体本体100没有完全置于载体400上。因此在半导体本体100的平行于载体400的延伸上形成不均匀的温度分布。半导体本体100在中点具有温度T0，其高于在边缘的温度T1。图1b以俯视图示出了已知的光电子半导体本体100。半导体本体具有圆盘形状。半导体本体是完成处理的，也即全部外延层生长到衬底102上。外延层的整体设置有参考标记500。在外延层500的生长时不均匀的温度分布可能导致不均匀厚的层并且因此导致从半导体本体中分割成的、发射光的光电子器件的波长λ中的不均匀性。例如，来自光电子半导体本体100的中央的光电子器件的波长λ0小于来自光电子半导体本体100的边缘的光电子器件的波长λ1。图1c以俯视图示出了已知的光电子半导体本体100。半导体本体是完成处理的，也即生长了全部外延层。外延层的整体设置有参考标记500。由于大的张力，可能在外延层500中形成裂缝502。裂缝502优选平行于外延层500的晶体轴延伸。裂缝502可能使得光电子半导体本体100不可使用。图2a示出了已知的半导体本体100。作为衬底102示出了GaN衬底132。张紧层104以由（0≤x≤0.1并且0≤y≤1）制成的外罩层134的形式生长。外罩层134具有小于衬底132的原子间距。因此，外罩层134在生长时拉伸地被张紧。这导致外罩层134关于衬底132偏移运动。这种偏移运动在图2a中通过两个箭头示出。偏移运动可能在外罩层134中或在跟随外罩层134的外延层中导致裂缝。图2b示意性示出了在GaN衬底132和张紧外罩层134之间的晶格结构的错误适配。GaN衬底132在平行于GaN衬底132和外罩层134的界面的方向上具有大于在外罩层134中的原子间距。由此尤其在GaN衬底132和外罩层134的界面上导致张力。外罩层134拉伸地被张紧。图2c以3维视图示出了按照所建议原理的光电子半导体本体100的局部。光电子半导体本体100是结构化的。在所示结构化中，在外罩层134中产生第一类型的凹部106。在凹部106处...