层状结构的制作方法

一种层状结构，特别是但不限于光电发射器或光电探测器设备。

背景技术：

1、层状的半导体结构通常由在堆叠中外延生长的多个层形成。每个层可以是与先前的层不同的材料或组成，这引入小的晶格失配并因此引入应变。该应变在层堆叠上方累积或增加，并可能导致结构的弯曲和/或翘曲。这种弯曲和/或翘曲可能为后续层生长呈现不均匀的表面；可能导致后续层以变化的厚度生长；由于材料沉积和热传递不均匀，可能导致后续层中的不均匀的性质；并且可能增加器件制作处理的复杂性和成本。

技术实现思路

1、本发明试图解决这些缺点中的一些或全部。

2、本发明提供一种层状结构，包括：具有第一变形的基板；形成器件并具有第二变形的一个或多个器件层；相对于基板是赝晶的变形控制层，该变形控制层具有第三变形；其中，变形控制层被选择以使得第一变形、第二变形和第三变形之和与目标变形水平相匹配。

3、变形控制层被选择以平衡变形以便匹配目标变形水平是有利的，因为基板中的弯曲或翘曲可以被抵消和/或期望的变形水平可以被引入到层状结构中。可以期望的是，层状结构具有小的、受控的、凸形或凹形的变形水平，以便适应生长温度和操作温度之间的变形中的差异，或者以便优化器件制作处理。例如，可以提高制造产量和/或可靠性。

4、变形控制层可以用于校正生长温度下的基板的晶片弯曲和/或翘曲。有利地，在其上生长的层更均匀。变形控制层和/或层堆叠可能在其冷却至室温和/或操作温度时变形。有利地，变形中的改变是可预测的并且因此可以被设计到层结构中。

5、变形控制层可以位于基板和一个或多个器件层之间。有利地，变形控制层可以在生长或沉积附加层之前抵消或补偿由基板的弯曲和/或翘曲表现的一些或全部变形。附加地或可替代地，变形控制层可以抵消或补偿贯穿层结构的厚度累积的变形。附加地或可替代地，变形控制层可以施加变形，随着层结构的生长或构建，该变形被后续层抵消或补偿。

6、基板可以包括锗(ge)、硅锗(sige)或硅锗锡(segisn)。基板可以包括硅上锗(si)、硅上锗硅或硅上硅锗锡。第一变形可以在基板的顶表面处测量，该顶表面是其他层生长的表面。有利地，基于ge的基板在机械上比先前使用的砷化镓(gaas)基板强，因此可以更薄，由于每个块体晶体锭可以形成更多的晶片，因此更便宜。有利地，当被实现为vcsel时，基于ge的基板还具有更接近后续层的晶格常数的晶格常数。

7、变形控制层可以包括包含磷化铟镓(ingap)、磷化铝铟(alinp)、砷化镓铟(inas)、砷化镓锑(gaassb)、砷酸镓(gaas)、砷化铝镓(algaas)和砷化铝镓锑化物(algaassb)的组中的任何一个。有利地，可以将第三变形设计为大于或小于第一基板变形和第二器件层变形之和，使得获得目标变形水平。有利地，第三变形可以通过改变所选择的材料的组成来改变，使得对于具有不同变形的不同层状结构的生长，处理输入可以是相同的，并且对于每次生长，仅比例被改变。

8、变形控制层可以包括单层。有利地，变形控制层可以不显著地增加总的层状结构的高度。结合由变形控制层实现的更薄的基板，层状结构的高度相对于现有技术的层堆叠可以被减小。

9、变形控制层可以包括多个层。第三变形可以是多个层中的每一层的单独的变形之和。有利地，每一层可引入小的变形，但该组层的总变形可能大于单层可实现的变形。可以存在具有不同组成的两个或更多个相邻的层。有利地，所得的第三变形可以等于具有最小层高度的优选值。

10、可替代地，多个层可以生长或定位在层状结构内的离散位置处。因此，一个或多个其他层可以位于任何两个变形控制层之间。有利地，每个变形控制层可以被定制以补偿在其下方或上方的层中出现的变形，或以施加额外的变形。一个或多个变形控制层可以位于器件层之间。在vcsel或谐振腔发光二极管(rc led)中，一个或多个变形控制层可以位于下反射镜对与有源层之间和/或有源层与上反射镜或反射镜对之间。可替代地，一个或多个变形控制层可以位于反射镜堆叠内、反射镜对之间。有利地，设计参数窗口可以被增加，使得例如波长可以变化。

11、该变形控制层或每个变形控制层可以包括渐变的组成。它可以在其靠近基板的下表面具有第一组成，并且在其远离表面的上表面具有第二组成。渐变可以是线性的、二次的、受高阶多项式函数、对数支配或受任何其他函数支配。可替代地，渐变可以是阶梯式的或以其他方式表示从第一组成到第二组成的非平滑过渡。有利地，渐变的组成减少了层之间的突变应变界面的可能性，该突变应变界面可能作为弛豫的成核点并因此创建位错。

12、目标变形水平可以是非零的。有利地，变形控制层可用于引入限定的变形水平以满足诸如客户要求之类的要求。目标变形水平可以是一个范围。有利地，该范围可以表示处理容许限制。

13、变形控制层的晶格参数可以大于基板的晶格参数，导致净压缩应变并因此产生凸变形。有利地，这可以用于补偿或抵消层结构中的其他地方的拉伸应变。

14、可替代地，变形控制层的晶格参数可以小于基板的晶格参数，导致净拉伸应变并因此产生凹变形。有利地，这可用于补偿或抵消层结构中的其他地方的压缩应变。

15、器件层可以包括具有相反作用变形的多个子层，这些变形的和为第二变形。因此，第二变形是来自多个子层的所得的变形。器件层可以形成vcsel或rc led。多个子层可以包括反射镜对和有源层。在反射镜对中，反射镜对中的一个表现出压缩变形，而另一个表现出拉伸变形。反射镜堆叠的总变形是子层的变形之和。

16、在层堆叠的所描述的层之间可以存在一个或多个附加层。例如，可以在基板和变形控制层之间存在一个或多个层；可以变形控制层与一个或多个器件层之间存在一个或多个层；或者可以在基板和一个或多个器件层之间存在一个或多个层。在所描述的层上方(远离基板)可以存在附加层，诸如接触层、形成第二设备的层、保护层和/或缓冲层。

17、本发明还提供了一种包括如所描述的层状结构的光电发射器；包括如所描述的层状结构的光电探测器；或包括如所描述的层状结构的组合的光电发射器和光电探测器。有利地，发射或探测到的光的性能通过层状结构中受控的、已知的变形水平被改善。因此输出功率增加。有利地，因为应变改变带隙，所以发射的波长也可以通过变形控制层来控制。此外，提高了器件的产量和可靠性。

18、本发明还提供了一种制作层状结构的方法，包括以下步骤：在基板上生长赝晶的变形控制层，该变形控制层具有第三变形并且该基板具有第一变形；在变形控制层上生长一个或多个器件层以形成器件，这些层具有合计的第二变形；其中，变形控制层被选择以使得第一变形、第二变形和第三变形之和与目标变形水平相匹配。

19、有利地，该方法导致具有受控的、已知的变形的层状结构。有利地，变形可以是压缩的、拉伸的或零。有利地，基板可以比现有技术的层状结构薄，因为它只需要支撑其他层而不需要抵消或补偿在这些层中的引起的变形。

20、本发明还提供了一种制作层状结构的方法，包括以下步骤：在基板上生长一个或多个器件层，该基板具有第一变形并且这些层具有合计的第二变形；在器件层上生长赝晶的变形控制层，该变形控制层具有第三变形；其中，变形控制层被选择以使得第一变形、第二变形和第三变形之和与目标变形水平相匹配。

21、有利地，该方法导致具有受控的、已知的变形的层状结构。有利地，变形可以是压缩的、拉伸的或零。有利地，基板可以比现有技术的层状结构薄，因为它只需要支撑其他层而不需要抵消或补偿在这些层中的引起的变形。

22、还可以存在在变形控制层上生长一个或多个更多的器件层以形成器件的步骤。有利地，变形控制层可以在层状结构内的任何地方并实现这些优点。

23、一个或多个器件层可以在第二处理、反应器、工具或机器中外延地或以其他方式沉积、接合或溅射。例如，一方可以在基板上制造变形控制层和可选的一个或多个附加的器件层，然后第二方可以在不同的处理和/或不同的机器中沉积、接合、溅射或以其他方式施加一个或多个附加层。

24、变形控制层和/或器件层可以外延地生长。有利地，变形控制层可以被引入该方法中，而不需要部分形成的层状结构被移出到外延工具之外。有利地，引入缺陷的机制被最小化。