DE102008010511B4

DE102008010511B4 - Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008010511B4
Application number: DE102008010511.2A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Brüninghoff; Dr. Avramescu Adrian Stefan; Dr. Eichler Christoph; Alfred Lell; Dr. Lutgen Stephan
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: DE102008010511A1

Abstract

Optoelektronischer Halbleiterkörper, umfassend- ein Substrat (11), das eine erste Hauptfläche (12) mit einem ersten Bereich (13) und einem zweiten Bereich (14), der zu dem ersten Bereich (13) benachbart ist, umfasst,- eine Halbleiterschichtenfolge (15), die auf der ersten Hauptfläche (12) angeordnet ist und eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht (16) aufweist, und- ein Strukturelement (17), das auf der ersten Hauptfläche (12) im zweiten Bereich (14) angeordnet ist, das als Ausnehmung (20) ausgebildet ist und das derart ausgebildet ist, dass die Halbleiterschichtenfolge (15) im zweiten Bereich (14) eine gestörte Zone (19) aufweist, wobei- die Halbleiterschichtenfolge (15) in der gestörten Zone (19) eine Ausnehmung aufweist, welche die Halbleiterschichtenfolge (15) vollständig durchtrennt,- die Ausnehmung (20) vollständig mit einem Material gefüllt ist, das bündig mit der ersten Hauptfläche (12) des Substrats (11) abschließt, und- die Halbleiterschichtenfolge (15) aufgrund der Eigenschaften des Materials in der Ausnehmung (20) nicht auf dem Material aufwächst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers.
Optoelektronische Halbleiterkörper weisen üblicherweise eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Schicht auf. Eine derartige Halbleiterschichtenfolge wird üblicherweise mittels Epitaxie auf einem Substrat abgeschieden. Dabei können mechanische Verspannungen zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Substrat auftreten. Derartige Verspannungen können zu Verbiegungen des Substrats oder zu Rissen in der Halbleiterschichtenfolge führen. Dies kann vor allem bei der Abscheidung von nicht-gitterangepassten Verbindungshalbleitern wie beispielsweise Aluminiumgalliumnitrid oder Indiumgalliumnitrid auf Galliumnitrid auftreten. Verspannungen können beispielsweise durch mehrere Gräben, die in das Substrat geätzt sind und parallel zueinander auf einer ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet sind, zumindest in der Richtung senkrecht zu den Gräben reduziert werden.
Die Druckschriften US 2007/02 17 460 A1 , US 2004/02 19 702 A1 , DE 103 27 612 A1 , US 2007/00 87 460 A1 , US 2003/00 31 219 A1 , US 2002/00 70 383 A1 beschreiben Halbleiterkörper.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten optoelektronischen Halbleiterkörper und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der optoelektronische Halbleiterkörper umfasst ein Substrat, eine Halbleiterschichtenfolge und ein Strukturelement. Das Substrat weist eine erste Hauptfläche auf. Die erste Hauptfläche umfasst einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zum ersten Bereich benachbart ist. Die Halbleiterschichtenfolge ist auf der ersten Hauptfläche angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht. Das Strukturelement ist auf der ersten Hauptfläche im zweiten Bereich angeordnet. Das Strukturelement ist als Ausnehmung ausgebildet. Das Strukturelement ist derart ausgebildet, dass die Halbleiterschichtenfolge im zweiten Bereich eine gestörte Zone aufweist.
Mittels des Strukturelementes wird somit eine gestörte Zone der Halbleiterschichtenfolge im zweiten Bereich erzeugt. Das Strukturelement kann als Ausnehmung, die sich von der ersten Hauptfläche in das Substrat erstreckt, realisiert sein. Die Ausnehmung kann zumindest teilweise mit dem Material gefüllt sein. Die Ausnehmung kann vorzugsweise bis zu einer Höhe von 1 µm mit dem Material gefüllt sein. Alternativ ist die Ausnehmung mit einer Schicht ausgekleidet, die das Material enthält. Dabei kann die Schicht eine Schichtdicke bis zu 1 µm aufweisen. Durch das Strukturelement wird die erste Hauptfläche des Substrats vor dem Abscheideverfahren der Halbleiterschichtenfolge im zweiten Bereich derart verändert, dass die Halbleiterschichtenfolge nach dem Aufwachsen im zweiten Bereich die gestörte Zone umfasst.
Mittels der gestörten Zone kann eine Verspannung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Substrat reduziert werden. Eine daraus resultierende geringere Verbiegung des Substrates kann zu einer homogenen Schichtdickenverteilung und damit auch einer homogenen Wellenlängeverteilung der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten elektromagnetischen Strahlung führen. Die weniger verspannten Substrate führen auch in der Fototechnik zu einer Verbesserung der Genauigkeit der Erzeugung von Strukturen, da bei planaren unverspannten Substraten die in den Masken vorhandenen Strukturen besser abgebildet werden können.
Die gestörte Zone ist durch eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Eine derartige Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass auf dem Strukturelement die Halbleiterschichtenfolge während des Abscheideverfahrens der Halbleiterschichtenfolge nicht anwächst.
In einer anderen, nicht beanspruchten Ausführungsform wird die Halbleiterschichtenfolge auch auf dem Strukturelement abgeschieden. Jedoch weist die Halbleiterschichtenfolge auf dem Strukturelement eine gestörte Zone auf, in der die Halbleiterschichtenfolge eine Kristallorientierung aufweist, die von einer Kristallorientierung im ersten Bereich abweicht oder die Halbleiterschichtenfolge amorph oder polykristallin ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform ist das Substrat im ersten Bereich zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge geeignet. Hingegen ist das Strukturelement nicht zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge geeignet. Das Strukturelement kann eine amorphe oder polykristalline Oberfläche aufweisen.
In einer Ausführungsform weicht das Material in der Ausnehmung von einem Material der Halbleiterschichtenfolge ab. Das Material kann aus der Gruppe, umfassend Oxide, Nitride und Metalle, sein.
In einer Ausführungsform bildet die Halbleiterschichtenfolge einen Laser oder eine Leuchtdiode aus. Der Laser beziehungsweise die Leuchtdiode können vorzugsweise im ersten Bereich angeordnet sein. Der optoelektronische Halbleiterkörper kann als Bauelement, das einen einzigen Laser oder eine einzige Leuchtdiode aufweist, und damit als Chip oder Die bezeichnet werden kann, ausgebildet sein. Alternativ kann der optoelektronische Halbleiterkörper ein Wafer sein. Der Wafer kann mehrere erste Bereichen und damit mehrere Laser oder Leuchtdioden umfassen. Dabei kann der optoelektronische Halbleiterkörper mehrere zweite Bereiche aufweisen.
Das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge kann auf einem III-V-Verbindungshalbleiter oder einem II-VI-Verbindungshalbleiter oder Zinkoxid, ZnO basieren. Der II-VI-Verbindungshalbleiter kann ein Sulfid oder ein Selenid sein.
Der III-V Verbindungshalbleiter kann auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter, einem Phosphid-Verbindungshalbleiter, einem Antimonid-Verbindungshalbleiter oder einem Arsenid-Verbindungshalbleiter basieren. Der III-V-Verbindungshalbleiter kann beispielsweise ein Nitrid wie etwa GaN, InN oder AlN, ein Phosphid wie etwa GaP oder InP oder ein Arsenid wie etwa GaAs oder InAs sein.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters Al, Ga, In, N, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist, vorzugsweise mit n ≠ 0 und/oder m ≠ 0. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters Al, Ga, In, P, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf Antimonid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon vorzugsweise Al_nIn_mGa_1-n-mSb umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters Al, In, Ga, Sb, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon vorzugsweise Al_nIn_mGa_1-n-mAs umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters Al, In, Ga, As, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf II-VI Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat und/oder die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon vorzugsweise Zn_nCd_1-nS_mSe_1-m umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1 und 0 ≤ m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters Zn, Cd, S, Se, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Ein Laser kann eine Laserrippe aufweisen. Ein Laser mit Laserrippe ist aus dem Dokument EP 1453160 A1 bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
Die verringerte Verspannung kann die Homogenität bei einer Dickenbearbeitung des Substrats, insbesondere einem Dünnen des Substrats vor dem Brechen, erhöhen. Dadurch wird das Erzielen einer hohen Qualität beim Brechen etwa eines Laserbarrens und damit einer hohen Qualität der Facetten erleichtert. Dabei können verbesserte optoelektronische Parameter wie auch eine verbesserte Ausbeute erreicht werden. Insbesondere können verbesserte Parameter eines Lasers, wie beispielsweise eine niedrigere und konstant über dem Substrat verteilte Schwellstromdichte und eine höhere und homogen verteilte maximale Ausgangsleistung erreicht werden. Durch ein verspannungsfreies Wachstum ist es erleichtert, dicke Mantelschichten abscheiden zu können und damit störende Substratmoden zu unterdrücken sowie die Abstrahlcharakteristik zu verbessern.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers ein Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Hauptfläche.
Ein Strukturelement wird in einem zweiten Bereich auf der ersten Hauptfläche hergestellt, wobei der zweite Bereich zu einem ersten Bereich auf der ersten Hauptfläche benachbart ist. Das Herstellen des Strukturelementes erfolgt derart, dass das Strukturelement als eine Ausnehmung ausgebildet ist. Anschließend erfolgt ein epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf der ersten Hauptfläche. Dabei weist die Halbleiterschichtenfolge ein zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht auf.
Bevorzugt ist das Strukturelement derart ausgebildet, dass die Halbleiterschichtenfolge im zweiten Bereich eine gestörte Zone aufweist. Dies erleichtert eine homogene Verspannungsreduktion und somit eine Verbesserung der Qualität und Lebensdauer der Bauteile. Der zweite Bereich mit dem Strukturelement kann an die Form des auf dem Halbleiterkörper im ersten Bereich vorgesehenen Bauelementes, insbesondere einem Laser oder einer Leuchtdiode, angepasst werden. In einem nicht beanspruchten Beispiel ist die Ausnehmung ungefüllt. Nach dem Ätzen der Ausnehmung wird die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen.
In einer alternativen Ausführungsform wird nach dem Ätzen der Ausnehmung eine Schicht abgeschieden. Nach einem Strukturieren der Schicht wird die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen. Die Ausnehmung kann zumindest teilweise mit einem Material der Schicht gefüllt sein. Sie kann vorzugsweise mit einer Dicke von maximal 1 µm mit dem Material gefüllt sein. Alternativ ist die Ausnehmung mit dem Material gefüllt.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktionsbeziehungsweise wirkungsgleiche Schichten, Bereiche und Strukturen tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schichten, Bereiche oder Strukturen in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen:

1A bis 1B Beispiele eines optoelektronischen Halbleiterkörpers im Querschnitt,
1C eine beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterkörpers im Querschnitt nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
1D bis 1E Beispiele eines optoelektronischen Halbleiterkörpers im Querschnitt,
2A bis 21 beispielhafte Ausführungsformen eines Strukturelementes in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
3A bis 3GD weitere beispielhafte Ausführungsformen eines Strukturelementes in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
4A bis 4H beispielhafte Ausführungsformen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
5A bis 5E beispielhafte Ausführungsformen eines Wafers eines optoelektronischen Halbleiterkörpers in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
6A bis 6E beispielhafte Ausführungsformen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers mit einer Verkippung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
7A bis 7C ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers,
8A bis 8D ein weiteres beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
9A und 9B einen optoelektronischen Halbleiterkörper mit einer Verbiegung.

1A zeigt ein Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers im Querschnitt nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Der optoelektronische Halbleiterkörper 10 umfasst ein Substrat 11 mit einer ersten Hauptfläche 12. Die erste Hauptfläche 12 weist einen ersten Bereich 13 und einen zweiten Bereich 14 auf, die zueinander benachbart sind. Im ersten Bereich 13 ist eine Halbleiterschichtenfolge 15 auf der ersten Hauptfläche 12 angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 15 weist eine aktive Schicht 16 auf, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist. Im zweiten Bereich 14 ist auf der ersten Hauptfläche 12 ein Strukturelement 17 angeordnet. Das Strukturelement 17 ist als Erhöhung 18 ausgebildet. Die Erhöhung 18 weist ein Material auf, das auf der ersten Hauptfläche 12 des Substrates 11 angeordnet ist. Im zweiten Bereich 14 weist die Halbleiterschichtenfolge 15 eine gestörte Zone 19 auf. Die gestörte Zone 19 ist als Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge 15 ausgebildet. Die Erhöhung weist eine Breite B und eine Höhe H auf.
Bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 wird das Strukturelement 17 auf dem Substrat 11 hergestellt. Beim anschließenden epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 15 wächst die Halbleiterschichtenfolge 15 nicht oder nur geringfügig oder nur teilweise auf der Erhöhung 18 auf.
Eine mechanische Spannung, die zwischen der Halbleiterschichtenfolge 15 und dem Substrat 11 im ersten Bereich 13 auftreten kann, wird im zweiten Bereich 14 verringert. Die mechanische Spannung kann durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien der Halbleiterschichtenfolge 15 und dem Substrat 11 und durch den Unterschied zwischen einer Temperatur bei dem Abscheiden der Halbleiterschichtenfolge 15 und einer Temperatur bei der Lagerung und dem Betrieb des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 hervorgerufen werden. Insbesondere kann die mechanische Spannung durch unterschiedliche Gitterkonstanten in dem Substrat 11 und den Materialien der Halbleiterschichtenfolge 15 verursacht werden.
1B zeigt ein weiteres Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers, die eine alternative Ausführung zu dem in 1A gezeigten optoelektronischen Halbleiterkörper ist. Gemäß 1B weist der optoelektronische Halbleiterkörper 10 das Strukturelement 17 in Form einer Erhöhung 18 im zweiten Bereich 14 auf. Auf der Erhöhung 18 ist die Halbleiterschichtenfolge 15 angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 15 weist auf der Erhöhung 18 eine gestörte Zone 19 auf. In der gestörten Zone 19 ist die Halbleiterschichtenfolge 15 amorph ausgebildet. Aufgrund der amorphen Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge 15 im zweiten Bereich 14 ist die Verspannung reduziert.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge 15 in der gestörten Zone 19 polykristallin ausgebildet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge 15 in der gestörten Zone 19 monokristallin ausgebildet und weist eine Kristallorientierung auf, die von einer Kristallorientierung der Halbleiterschichtenfolge 15 im ersten Bereich 13 verschieden ist.
1C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers. Gemäß 1C ist das Strukturelement 17 als Ausnehmung 20 im Substrat 11 realisiert. Die Ausnehmung 20 ist mit einem Material gefüllt. Aufgrund der Eigenschaften des Materials in der Ausnehmung 20 wächst die Halbleiterschichtenfolge 15 nicht auf dem Material der Ausnehmung 20 auf. Somit ist die gestörte Zone 19 als Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge 15 ausgebildet. Die Ausnehmung 20 weist eine Tiefe T und die Breite B auf. Mit Ausnehmung 20 ist die Ausnehmung im Substrat 11 bezeichnet.
1D zeigt ein weiteres Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers. Gemäß 1D ist das Strukturelement 17 als Ausnehmung 20 realisiert. Die Ausnehmung 20 ist teilweise mit einem Material gefüllt. Sie ist derart mit einem Material gefüllt, dass eine Höhe des Materials in der Ausnehmung 20 bis zu 1 µm beträgt. Das Material zum zumindest teilweise Füllen weicht von den Materialien der Halbleiterschichtenfolge 15 ab. In der gestörten Zone 19 weist die Halbleiterschichtenfolge 15 eine Ausnehmung auf.
In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsformen ist die Halbleiterschichtenfolge 15 auch im Bereich der gestörten Zone 19 auf dem Material der Ausnehmung 20 abgeschieden. Die Halbleiterschichtenfolge 15 kann im Bereich der gestörten Zone 19, wie bei 1B erläutert, amorph oder polykristallin ausgebildet sein. Alternativ kann sie monokristallin ausgebildet sein und eine Kristallorientierung aufweisen, die von einer Kristallorientierung der Halbleiterschichtenfolge 15 im ersten Bereich 13 abweicht.
1E zeigt ein weiteres Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterkörpers. Gemäß 1E ist das Strukturelement 17 als Ausnehmung 20 realisiert. Die Ausnehmung 20 ist nicht gefüllt. In der gestörten Zone 19 weist die Halbleiterschichtenfolge 15 eine Ausnehmung auf. Die Ausnehmung 20 weist die Breite B und die Tiefe T auf.
In alternativen, nicht gezeigten Beispielen ist die Halbleiterschichtenfolge 15 auch im Bereich der gestörten Zone 19 in der Ausnehmung 20 abgeschieden. Die Halbleiterschichtenfolge 15 kann im Bereich der gestörten Zone 19, wie bei 1B erläutert, amorph oder polykristallin ausgebildet sein. Alternativ kann sie monokristallin ausgebildet sein und eine Kristallorientierung aufweisen, die von einer Kristallorientierung der Halbleiterschichtenfolge 15 im ersten Bereich 13 abweicht. Die Ausnehmung 20 ist somit teilweise oder vollständig mit Materialien der Halbleiterschichtenfolge 15 gefüllt. In der gestörten Zone 19 ist vorzugsweise weder ein Laser noch eine Leuchtdiode angeordnet.
2A bis 21 zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Strukturelementes in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gemäß 2A ist der zweite Bereich 14 kreisförmig ausgebildet und umfasst das Strukturelement 17. Das Strukturelement 17 kann gemäß einer der in den 1A bis 1E dargestellten Ausführungsformen des Strukturelements 17 realisiert sein. In der in 2A dargestellten Aufsicht ist das Strukturelement 17 als Kreisfläche realisiert. Das Strukturelement 17 weist einen Umriss 21 in Form eines Kreises auf. Gemäß 2B ist das Strukturelement 17 ringförmig realisiert. Das Strukturelement 17 weist somit einen inneren Bereich 22 auf, der von der Erhöhung 18 beziehungsweise von der Ausnehmung 20 umschlossen ist. Das Strukturelement 17 weist einen weiteren Umriss 23 in Form eines Kreises auf. In den weiteren 2C bis 2I ist aus Gründen der Übersichtlichkeit die Angabe des ersten und des zweiten Bereichs 13, 14 weggelassen.
Gemäß 2C ist das Strukturelement 17 als Dreiecksfläche realisiert und weist den Umriss 21 in Form eines Dreieckes auf. In der in 2D dargestellten Ausführungsform ist das Strukturelement 17 als streifenförmiges Linienelement entlang den Kanten eines Dreiecks realisiert. Der Umriss 21 und der weitere Umriss 23 sind somit dreieckförmig.
Gemäß der in 2E gezeigten Ausführungsform ist das Strukturelement 17 als Quadratfläche ausgebildet und weist den Umriss 21 in Form eines Quadrates auf. Gemäß 2F ist das Strukturelement 17 als streifenförmiges Linienelement, das entlang den Kanten eines Quadrats angeordnet ist, ausgebildet. Der innere Bereich 22 ist ebenfalls quadratisch. Somit weist das Strukturelement 17 den Umriss 21 und den weiteren Umriss 23 auf, die als Kanten zweier Quadrate ausgebildet sind.
Gemäß der in 2G dargestellten Ausführungsform ist das Strukturelement 17 als Sechseckfläche ausgebildet und weist den Umriss 21 in Form eines Sechseckes auf. Gemäß 2H ist das Strukturelement 17 als streifenförmiges Linienelement, das entlang den Kanten eines Sechsecks angeordnet ist, realisiert. Das Strukturelement 17 weist somit den inneren Bereich 22 auf. Es umfasst den Umriss 21 und den weiteren Umriss 23, die jeweils als Kante eines Sechseckes ausgebildet sind.
Gemäß 2I ist das Strukturelement 17 als streifenförmiges Linienelement, das entlang eines Geradenabschnittes angeordnet ist, ausgebildet. Das Strukturelement 17 hat somit die Form eines Rechteckes. Es weist den Umriss 21 in Form eines Rechteckes auf. Das Strukturelement 17 weist eine Strukturhauptrichtung 80 auf, die parallel zum Geradenabschnitt ist.
In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsformen ist das Strukturelement 17 als Vieleckfläche mit mindestens vier Ecken realisiert. Es weist den Umriss 21 mit der Form eines Vieleckes mit mindestens vier Ecken auf. Die in 2A bis 2I gezeigten Ausführungsformen können auch kombiniert werden. Beispielsweise kann in das Strukturelement gemäß 2F anstelle des quadratischen inneren Bereichs 22 der in 2B gezeigte kreisförmige innere Bereich 22 eingesetzt sein.
In den in 2A, 2C, 2E, 2G und 2I gezeigten Ausführungsformen ist das Strukturelement 17 als Vollkörper und in den in 2B, 2D, 2F und 2H gezeigten Ausführungsformen als Hohlkörper realisiert. Bei den Strukturelementen gemäß 2B, 2D, 2F und 2H ist auch ein Abbau der Verspannung nach innen möglich. Ein Durchmesser des Strukturelementes 17 gemäß 2A und 2B sowie eine Kantenlänge eines der Strukturelemente 17 gemäß 2C bis 2H sowie die Länge der kürzeren Kante des Rechtecks gemäß 2I kann einen Wert aus einem Intervall zwischen 0,1 µm und 500 µm aufweisen.
3A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Strukturelements in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das Strukturelement 17 umfasst drei streifenförmige Linienelemente 27, 28, 29, die sternförmig angeordnet sind. Die Linienelemente 27, 28, 29 sind als Rechtecke ausgebildet. Das Substrat 11 weist an der ersten Hauptfläche 12 mehrere kristallografische Richtungen, auch als Kristallachsen bezeichnet, auf. Beispielsweise weist es drei kristallografische Richtungen 24, 25, 26 auf. Jeweils eines der Linienelemente 27, 28, 29 ist parallel zu einer der kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 ausgerichtet. Der Umriss 21 ist in einem ersten Abschnitt parallel zu der ersten Kristallachse 24, in einem zweiten Abschnitt parallel zu der zweiten Kristallachse 25 und in einem dritten Abschnitt parallel zur dritten Kristallachse 26.
Das Strukturelement 17 weist somit die erste Strukturhauptrichtung 80 auf, die parallel zu der ersten Kristallachse 24 ausgerichtet ist. Das Strukturelement 17 hat eine zweite Strukturhauptrichtung 81, welche parallel zu der zweiten Kristallachse 25 ist. Eine dritte Strukturhauptrichtung 82 des Strukturelementes 17 ist parallel zur dritten Kristallachse 26. Aufgrund der Ausrichtung des Strukturelements 17 entlang der kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 des Substrats 11 kann die Verspannung des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 reduziert werden.
3B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Strukturelements 17 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das in 3B gezeigte Strukturelement 17 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 3A. Das Strukturelement 17 ist wie in 3A aufgebaut, jedoch sind die Hauptrichtungen der drei Linienelemente 27, 28, 29 um einen Winkel α gegenüber den kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 gedreht. Der Umriss 21 bildet somit in einem ersten Linienabschnitt einen Winkel α zu der ersten kristallografischen Richtung 24. Weiter bildet der Umriss 21 in einem zweiten Linienabschnitt den Winkel α zu der zweiten kristallografischen Richtung 25 und in einem dritten Abschnitt den Winkel α zu der dritten kristallografischen Richtung 26. Die Strukturhauptrichtungen 80, 81, 82 des Strukturelementes 17 sind gegenüber den drei Kristallachsen 24, 25, 26 um den Winkel α gedreht und sind somit nicht parallel zu den drei Kristallachsen 24, 25, 26. Der Winkel α ist ungleich 0 Winkelgrad. Aufgrund der Verdrehung um den Winkel α zu den kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 kann nicht nur die Verspannung, sondern auch die Bildung von Rissen verringert werden.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann der Drehwinkel einer Strukturhauptrichtung zur nächstgelegenen Kristallachse unterschiedlich zu dem Drehwinkel einer weiteren Strukturhauptrichtung zur nächstgelegenen Kristallachse sein.
3C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Strukturelements 17, die eine Weiterbildung der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen ist. Das Strukturelement 17 umfasst vier streifenförmige Linienelemente oder Rechtecke 27, 28, 29, 30, die zu einem Stern angeordnet sind. Ein erstes Rechteck 27 ist parallel zu der ersten kristallografischen Richtung 24 angeordnet. Ein zweites und ein drittes Rechteck 28, 29 erstrecken sich ausgehend von dem Mittelpunkt des Sterns parallel zu der zweiten und der dritten kristallografischen Richtung 25, 26. Hingegen bildet das vierte Rechteck 30 einen Winkel β zu der dritten kristallografischen Richtung 26. Der Winkel β ist ungleich 0 Winkelgrad. Somit sind mehrere Linienelemente 27, 28, 29 parallel zu den drei kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 und ein weiteres Linienelement 30 nicht parallel zu den kristallografischen Richtungen 24, 25, 26 angeordnet. Das Strukturelement 17 kann somit mindestens eine Strukturhauptrichtung 80, 81, 82 aufweisen, die parallel zu mindestens einer Kristallachse 24, 25, 26 ist. Weiter kann das Strukturelement 17 mindestens eine zusätzliche Strukturhauptrichtung 83 aufweisen, die um einen Winkel β zur nächstliegenden Kristallachse gedreht ist.
3D zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Strukturelements 17. Gemäß 3D umfasst das Strukturelement eine Anzahl von Linienelementen, die sternförmig angeordnet sind. Die Linienelemente sind Rechtecke. Die Anzahl der Linienelemente beträgt in der Ausführungsform gemäß 3D sechs.
3E bis 3G zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines Strukturelements 17. Gemäß 3E umfasst das Strukturelement 17 das erste, das zweite und das dritte streifenförmige Linienelement 27, 28, 29. Das zweite und das dritte Linienelement 28, 29 weisen einen kleineren Wert für die Breite B und einen kleineren Wert für die Länge verglichen mit dem ersten Linienelement 27 auf. Das zweite und das dritte Linienelement 28, 29 schneiden sich in einem Schnittpunkt 31. Der Schnittpunkt 31 kann auf dem ersten Linienelement 27 liegen.
Gemäß 3F umfasst das Strukturelement 17 fünf Linienelemente 27, 28, 29, 30, 32, die als Rechtecke ausgebildet sind. Das erste, das zweite und das dritte Linienelement 27, 28, 29 sind wie in 3E dargestellt angeordnet. Das vierte Linienelement 30 ist parallel zum zweiten Linienelement 28 angeordnet und schneidet ebenfalls das erste Linienelement 27. Das fünfte Linienelement 32 ist parallel zum dritten Linienelement 29 angeordnet und schneidet ebenfalls das erste Linienelement 27.
Gemäß 3G umfasst das Strukturelement 17 ebenfalls fünf Linienelemente 27, 28, 29, 30, 32. Das erste, das zweite und das dritte Linienelement 27, 28, 29 sind wie in 3E und 3F gezeigt angeordnet. Das vierte Linienelement 30 ist parallel zum dritten Linienelement 29 angeordnet und bildet zusammen mit dem ersten und dem zweiten Linienelement 27, 28 ein Dreieck. Entsprechend ist das fünfte Linienelement 32 parallel zum zweiten Linienelement 28 angeordnet. Das fünfte Linienelement 32 bildet zusammen mit dem ersten und dem dritten Linienelement 27, 29 ebenfalls ein Dreieck.
4A bis 4H zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es ist jeweils ein Ausschnitt aus einem als Wafer ausgebildeten Halbleiterkörpers 10 gezeigt. Der Ausschnitt umfasst vier aktive Bauelemente, wie beispielsweise Laser 49 oder Leuchtdioden 33.
Gemäß 4A umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper vier erste Bereiche 13, 13', 13'', 13''', in denen jeweils eine Leuchtdiode 33, 33', 33'', 33''' angeordnet ist. Die vier Leuchtdioden weisen jeweils eine Anschlussfläche 34, 34', 34'', 34''', englisch bond pad, auf. Der optoelektronische Halbleiterkörper 10 umfasst weiter den zweiten Bereich 14 und das Strukturelement 17. Das Strukturelement 17 umfasst mehrere streifenförmige ausgebildete Linienelemente, die in Form eines Gitters angeordnet sind. Mehrere Linienelemente sind parallel zur x-Achse und weitere Linienelemente parallel zur y-Achse ausgerichtet. Das Strukturelement 17 weist somit die erste und die zweite Strukturhauptrichtung 80, 81 auf. Die beiden Strukturhauptrichtungen 80, 81 sind orthogonal zueinander angeordnet. Die erste Strukturhauptrichtung 80 ist parallel zur ersten Kristallachse 24. Die zweite Strukturhauptrichtung 81 weist einen Winkel zur nächstgelegenen Kristallachse 26 auf. Der Winkel ist von 0 verschieden. Entsprechend umfasst der zweite Bereich 14 ebenfalls in Form eines Gitters angeordnete streifenförmige Linienelemente. Der zweite Bereich 14 umschließt die vier ersten Bereiche 13, 13', 13'', 13'''. Somit lassen sich Verspannungen sowohl in X- wie auch in Y-Richtung reduzieren. In einer Ausführungsform wächst die Halbleiterschichtenfolge 15 somit nur in den nicht vom Strukturelement 17 bedeckten Bereichen auf. Somit wird ein partielles Anwachsen der Halbleiterschichtenfolge 15 bei der Epitaxie erreicht. Dadurch lässt sich die Verspannung verringern und die Anzahl der defektfreien Bereiche erhöhen.
Gemäß 4B umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper 10 zwei streifenförmige erste Bereiche 13, 13' sowie zwei streifenförmige zweite Bereiche 14, 14'. Der zweite Bereich 14 ist somit benachbart zu zwei ersten Bereichen 13, 13'. Entsprechend ist der erste Bereich 13' benachbart zu zwei zweiten Bereichen 14, 14'. Der zweite Bereich 14 umfasst zwei Strukturelemente 17, 17''. Entsprechend weist der zweite Bereich 14' zwei Strukturelemente 17', 17''' auf. Die Strukturelemente 17 bis 17''' sind als Rechtecke ausgebildet. In den ersten Bereichen 13, 13' ist jeweils eine Laserrippe eines Streifenlasers 35, 35' angeordnet. Auf der Laserrippe 35, englisch ridge, 35 sind zwei Anschlussflächen 36, 36'' angeordnet. Die Anschlussflächen 36, 36'' sind ebenfalls als Rechtecke ausgebildet und überlappen die Laserrippe 35 und ein Teil des Strukturelementes 17 beziehungsweise des Strukturelementes 17''. Der optoelektronische Halbleiterkörper 10 gemäß 4B umfasst somit vier Laser 49, 49', 49'', 49'''. Die vier Laser können durch Säge- oder Brechverfahren vereinzelt werden. Die vier Laser 49, 49', 49'', 49''' sind rippenförmig ausgebildet.
In 4C ist eine Weiterentwicklung des in 4B gezeigten optoelektronischen Halbleiterkörpers gezeigt. Gemäß 4C umfassen die zweiten Bereiche 14, 14' eine Vielzahl von Strukturelementen 17, 17' in Form von Dreiecken. Die Dreiecke sind regelmäßig angeordnet. Die zu jeweils einem Laser 49 bis 49''' zuordenbare Strukturelemente 17 sind 25 Dreiecke. Die dreieckförmigen Strukturelemente 17 sind in Reihen angeordnet. Dabei wechseln Strukturelemente 17, die mit ihrer Spitze in die Y-Richtung zeigen, mit Strukturelementen 17, deren Spitze in die -Y-Richtung zeigt, ab. Die Strukturelemente 17 sind derart angeordnet, dass ein Zwischenraum 37 zwischen den Strukturelementen 17, 17' gebildet wird. Der Zwischenraum 37 weist eine erste Hauptrichtung 38 auf. Die erste Hauptrichtung 38 erstreckt sich parallel zur X-Achse. Die erste Hauptrichtung 38 ist parallel zu der kristallografischen Richtung 25 angeordnet. Darüber hinaus weist der Zwischenraum 37 eine zweite Hauptrichtung 39 auf, die parallel zu der kristallografischen Richtung 26 ist. Weiter weist der Zwischenraum 37 eine dritte Hauptrichtung 40 auf, die parallel zu der kristallografischen Richtung 24 ist. Die Ausbildung des Zwischenraums 37 zwischen den Strukturelementen 17 mit mehreren Hauptrichtungen 38, 39, 40 kann einen isotropen Verspannungsabbau erleichtern. Beispielsweise ist dies bei Galliumnitrid als Substrat möglich. Mit der Vielzahl von kleinen Öffnungen der Halbleiterschichtenfolge 15 aufgrund der Vielzahl von Strukturelementen 17 kann ein hoher Verspannungsabbau erreicht werden.
In der in 4D gezeigten Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper 10 als Rechtecke ausgebildete erste Bereiche 13, 13', 13'' und als Rechteck ausgebildete zweite Bereiche 14, 14', 14''. Die ersten und die zweiten Bereiche sind derart angeordnet, dass jeder der ersten Bereiche 13, 13', 13'' ausschließlich zweite Bereiche 14, 14', 14'' als Nachbarbereiche aufweist. Ebenso weist jeder der zweiten Bereiche 14, 14', 14'' ausschließlich erste Bereiche 13, 13', 13'' als Nachbarbereiche auf. Die zweiten Bereiche 14, 14', 14'' weisen jeweils mehrere Strukturelemente 17 auf. In der in 4D gezeigten Ausführungsform weisen sie jeweils zwei Strukturelemente 17, 17' auf. Auf den ersten Bereichen 13, 13', 13'' ist jeweils eine Laserrippe 35, 35', 35'' angeordnet. Die Laserrippen 35, 35', 35'' erstrecken sich auch in die zweiten Bereiche 14, 14', 14'' und enden dort jeweils an einem Strukturelement 17', 17'', 17''''. Die Laserrippen 35, 35', 35'' sind somit versetzt auf der Oberfläche 12 des Substrats 11 angeordnet, sodass eine hohe Reduzierung der Verspannung erreicht werden kann. Die Laserrippen 35, 35', 35'' sind somit nicht durchgängig über den gesamten Halbleiterkörper 10.
Gemäß 4E umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper 10 drei zweite Bereiche 14, 14', 14'', zwischen denen zwei erste Bereiche 13, 13' angeordnet sind. Die ersten und die zweiten Bereiche 13, 13', 14, 14', 14'' sowie die Strukturelemente 17, 17', 17'' weisen eine Hauptrichtung in Richtung der Y-Achse auf. Das Strukturelement 17' umfasst ein streifenförmiges Linienelement, das in Y-Richtung ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst das Strukturelement 17' drei weitere streifenförmige Linienelemente, die das erste Linienelement überkreuzen und in X-Richtung ausgerichtet sind. Das Strukturelement 17 hat somit die erste und die zweite Strukturhauptrichtung 80, 81. Ausschließlich die erste Strukturhauptrichtung 80 ist parallel zu einer Kristallachse. Der erste Bereich 13 ist ebenfalls als Linienelement ausgebildet und weist Bereiche mit einer ersten Breite und Bereiche mit einer zweiten Breite des Linienelements auf. Auf dem ersten Bereich 13 ist eine Laserrippe 35 angeordnet. Die Laserrippe 35 ist in Y-Richtung durchgehend ausgebildet. Die Strukturelemente 17, 17', 17'' weisen einen großen Abstand zu den Laserrippen 35, 35' auf. Dadurch wird das Erzielen einer hohen Qualität beim Brechen des Halbleiterkörpers erleichtert.
In den in 4F bis 4H gezeigten Ausführungsformen des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 wechseln streifenförmige erste Bereiche 13, 13' mit streifenförmig ausgebildeten zweiten Bereichen 14, 14' ab. Auf den ersten Bereichen 13, 13' ist jeweils eine Laserrippe 35, 35' angeordnet. Die zweiten Bereiche 14, 14' aus 4F weisen Strukturelemente 17 auf, die sternförmig angeordnete Linienelemente entsprechend den in 3A bis 3C erläuterten Strukturelementen umfassen. Die zweiten Bereiche 14, 14' gemäß 4G weisen Strukturelemente auf, die gemäß den in 3E dargestellten Strukturelementen ausgebildet sind. Die zweiten Bereiche 14, 14' gemäß 4H weisen Strukturelemente auf, die entsprechend den in 3G gezeigten Strukturelementen realisiert sind. In alternativen nicht gezeigten Ausführungsformen können die zweiten Bereiche 14, 14' Strukturelemente 17 gemäß den 2A bis 2I sowie 3D und 3F aufweisen. Der Halbleiterkörper 10 kann auch mehrere Strukturelemente 17, die sich hinsichtlich ihrer Form unterscheiden, aufweisen.
5A bis 5E zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines als Wafer ausgebildeten optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 in Aufsicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gemäß 5A umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper 10 mehrere streifenförmig ausgebildete erste Bereiche 13, zwischen denen streifenförmig ausgebildete zweite Bereiche 14 angeordnet sind. Die Streifen der ersten Bereiche 13 und die Streifen der zweiten Bereiche 14 verlaufen parallel zueinander. Der Abstand von zwei benachbarten zweiten Bereichen 14 ist jeweils näherungsweise gleich. Die zweiten Bereiche können Strukturelemente 17 gemäß den 2A bis 2I und 3A bis 3G aufweisen.
Gemäß 5B sind die ersten und die zweiten Bereiche 13, 14 als streifenförmige Linienelemente ausgebildet, die sich in Y-Richtung erstrecken. Dabei ist jedoch ein Abstand zweier zweiten Bereiche 14, 14' zueinander in der Mitte des Wafers größer als in der Nähe des Rands des Wafers. Eines der jeweiligen streifenförmigen Linienelemente der ersten Bereiche 13 weist eine konstante Breite auf. Jedoch kann die Breite verschiedener Linienelemente der ersten Bereiche 13 unterschiedlich sein. Die Breite der ersten Bereiche 13 ist in der Mitte des Wafers größer als am rechten beziehungsweise linken Rand des Wafers.
Gemäß 5C ist der Wafer in vier Quadranten 50, 51, 52, 53 aufgeteilt. Im ersten und im dritten Quadranten 50, 52 sind die ersten Bereiche 13, 13'' und die zweiten Bereiche 14, 14'' als streifenförmige Linienelemente mit einer Ausrichtung parallel zur Y-Achse ausgebildet. Im zweiten und im vierten Quadranten 51, 53 sind die streifenförmig ausgebildeten Linienelemente der ersten und der zweiten Bereiche 13', 13''', 14', 14''' parallel zur X-Achse ausgerichtet.
Gemäß 5D umfasst der Halbleiterkörper 10 mehrere zweite Bereiche 14, 14', 14'', die als auf verschiedenen Kreisen angeordnete ringförmige Linienelemente ausgebildet sind. Die verschiedenen Kreise haben einen gemeinsamen Mittelpunkt 54. Somit weist der optoelektronische Halbleiterkörper 10 einen ersten Bereich 13 in Form eines Kreises sowie weitere erste Bereiche 13', 13'' in Form von auf Kreisen angeordneten ringförmigen Linienelementen auf. Die ersten Bereiche 13', 13'' mit Ausnahme des ersten Bereichs 13 sind somit wie auch die zweiten Bereiche 14, 14', 14'' als Kreisringe ausgebildet.
Gemäß 5E umfassen die zweiten Bereiche 14 eine Kombination der in 5A gezeigten sowie der in 5D gezeigten zweiten Bereiche. Der zweite Bereich 14 umfasst somit Kreisringe wie auch parallel angeordnete, streifenförmige Linienelemente.
Bei den in 5A bis 5E gezeigten Ausführungsformen können die zweiten Bereiche 14 eine Vielzahl der in den schon erläuterten Figuren gezeigten Strukturelemente 17 aufweisen. Insbesondere können die zweiten Bereiche 14 Strukturelemente 17 umfassen, die sich zu einer Gerade oder einem Kreis zusammensetzen. Alternativ kann das Strukturelement 17 auch als lang gestrecktes Rechteck, das sich von einer Stelle der Kante des Wafers bis zu einer weiteren Stelle der Kante des Wafers erstreckt, realisiert sein. Ein als Rechteck ausgebildetes Strukturelement 17 kann wie in 5A gezeigt eine erste Hauptrichtung 80 aufweisen, welche parallel zur ersten Kristallrichtung 24 ist.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann die erste Hauptrichtung 80 einen Winkel zur ersten Kristallrichtung 24 und weitere Winkel zu den weiteren Kristallrichtungen 25, 26 aufweisen. Die Winkel sind von 0 verschieden.
Mittels der in verschiedenen Ausführungsformen gezeigten Strukturelemente 17 wird somit die Verspannung des Substrates 11 vor dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge 15 reduziert und die Epitaxie von Halbleiterschichten und die Prozessierung im Schichtprozess sowie in der Dickenbearbeitung erleichtert.
6A bis 6E beschreiben beispielhafte Ausführungsformen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers nach dem vorgeschlagenen Prinzip, bei dem das Substrat 11 eine Verkippung aufweist. 6A zeigt einen Querschnitt durch den optoelektronischen Halbleiterkörper 10 vor der Herstellung der Strukturelemente 17 und vor dem Abscheiden einer Halbleiterschichtenfolge 15. Die erste Hauptfläche 12 des Substrats 11 ist entsprechend der Kristallorientierung des Substrats 11 ausgebildet. Das Substrat 11 ist jedoch gegenüber der Kristallorientierung um einen Winkel γ gekippt. Somit ist die erste Hauptfläche 12 in dem in 6A gezeigten Querschnitt stufenförmig ausgebildet. Eine Ebene 12', die von den Spitzen der ersten Hauptfläche 12 aufgespannt wird, weist somit den Winkel γ zu der ersten Hauptfläche 12 auf. Der Winkel γ kann einen Wert aus einem Intervall zwischen 0,1 Winkelgrad und 10 Winkelgrad aufweisen. Bevorzugt kann der Winkel γ aus einem Intervall zwischen 0,1 Winkelgrad und 1 Winkelgrad sein. Eine Verkippung wird auch als Kristall-Off-Orientierung bezeichnet. Mittels der Verkippung kann das Erzielen einer sehr guten Kristallqualität erleichtert sein. Die Halbleiterschichtenfolge 15 wächst somit gemäß einem Step-Flow-Wachstumsmodus auf. Die Strukturelemente 17 in den zweiten Bereichen 14 können diesen Wachstumsmodus unterbrechen.
6B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterkörpers mit Verkippung in Aufsicht. Ein Pfeil markiert die Richtung 70 der Verkippung. In dieser Richtung ist der Kippwinkel γ feststellbar. In einer Richtung senkrecht zum Pfeil ist keine Verkippung detektierbar. Gemäß 6B ist die Richtung 70 der Verkippung parallel zu den ersten und den zweiten Bereichen 13, 14. Insbesondere ist die Kipprichtung 70 parallel zur Hauptrichtung der Laserrippe 35. Die ersten und zweiten Bereiche 13, 14 sind wie in 4C dargestellt ausgebildet. Es können jedoch auch die in den anderen bereits erläuterten Figuren ausgebildeten ersten und zweiten Bereiche auf einem Substrat, das eine Verkippung aufweist, hergestellt werden. Da die Richtung 70 der Verkippung parallel zu einer Hauptrichtung des zweiten Bereichs 14 ist, wird die gestörte Zone 19 vor allem auf den Strukturelementen 17 erzeugt. Ein Abstand einer Laserrippe 35 von den Strukturelementen 17 kann somit klein gewählt werden. Somit kann ein hoher Wert für den Flächenanteil des zweiten Bereichs 14 bezogen auf die Gesamtfläche des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 gewählt werden, so dass das Erzielen einer geringen Verspannung des Wafers erleichtert ist. Eine Breite BB des ersten Bereichs 13, nämlich die Ausdehnung senkrecht zu der Laserrippe 35, kann somit einen Wert kleiner 500 µm aufweisen. Bevorzugt kann der Wert der Breite BB kleiner 50 µm sein.
6C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers, bei dem die ersten Bereiche 13 als Rechtecke realisiert sind, um die herum jeweils ein streifenförmiges Strukturelement 17 angeordnet ist. Benachbarte erste Bereiche 13 werden somit von zwei Strukturelementen 17 getrennt. Die Richtung 70 der Verkippung ist parallel zur X-Achse. Die Strukturelemente 17 erzeugen gestörte Zonen 19, die gegenüber den sie verursachenden Abschnitten der Strukturelemente 17 in Richtung der Verkippung 70 verschoben sind. Der erste Bereich 13 ist somit zwischen der gestörten Zone 19 und den Strukturelementen 17 angeordnet und weist eine hohe Kristallqualität auf. Laser beziehungsweise Leuchtdioden können im ersten Bereich 13 angeordnet sein.
Gemäß 6D ist die Richtung 70 der Verkippung orthogonal zu den streifenförmig ausgebildeten ersten und zweiten Bereichen 13, 14. Somit ist die Richtung 70 orthogonal zu der Hauptrichtung der Laserrippe 35. Ebenfalls ist die Richtung 70 orthogonal zum linienförmigen Strukturelement 17. Dadurch kann eine gestörte Zone 19 erzeugt werden, die sich von dem Strukturelement 17 weg in die Richtung 70 der Verkippung erstreckt. Die Laserrippe 35 ist mit ausreichendem Abstand zum gestörten Bereich 19 angeordnet. Dies erleichtert das Erzielen einer hohen Kristallqualität im Bereich der Laserrippe 35. Laserfacetten können senkrecht zur Lichtausbreitung im Resonator erzeugt werden. Dies ermöglicht eine bessere Qualität der Facetten beziehungsweise des Resonators.
Gemäß 6E ist die Richtung 70 der Verkippung in einem Winkel ε zu den streifenförmig ausgebildeten ersten und zweiten Bereichen 13, 14 angeordnet. Somit bildet die Richtung 70 den Winkel ε auch gegenüber der Laserrippe 35 und dem Strukturelement 17. Der Winkel ε ist aus einem Intervall zwischen 1 und 89 Winkelgrad. Bevorzugt ist der Winkel ε aus einem Intervall zwischen 30 und 60 Winkelgrad. Der gestörte Bereich 19 erstreckt sich ausgehend von dem Strukturelement 17 in die Richtung 70 der Verkippung. Verglichen mit der Anordnung gemäß 6D weist der gestörte Bereich 19 eine kleinere Fläche auf. Die Strukturelemente 17 erleichtern das Erzielen einer guten Kristallqualität im Bereich der Laserrippe 35 und guter Laserfacetten auch bei dieser Ausrichtung der Richtung 70 der Verkippung zur Laserrippe 35.
Der Licht emittierende Bereich des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 ist vorzugsweise im ersten Bereich 13 angeordnet, sodass eine möglichst defektfreie erste Hauptfläche 12 das Herstellen eines möglichst defektfreien aktiven Bauelements ermöglicht. Das Erzielen einer möglichst hohen Reduktion der Verspannung wird durch eine Wahl der Geometrie der aktiven Bauelemente, wie Laser 49 oder Leuchtdioden 33, einer Wahl der geeigneten Geometrie der Strukturelemente 17 und einer Orientierung der Strukturhauptrichtungen 80, 81, 82, 83 der Strukturelemente 17 und der aktiven Bauelemente hinsichtlich der Kristallachsen 24, 25, 26 des Substrates 11 sowie gegebenenfalls hinsichtlich einer Richtung 70 der Verkippung des Substrats 11 erleichtert. Ein kristallangepasstes Design des optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 kann somit zu verbesserten Laser- oder Leuchtdioden-Parametern führen.
7A bis 7C zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers 10 mit einem Strukturelement 17. In den 7A bis 7C ist jeweils ein Querschnitt durch den optoelektronischen Halbleiterkörper 10 gezeigt. Gemäß 7A umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper 10 das Substrat 11 mit der ersten Hauptfläche 12. Auf der ersten Hauptfläche 12 wird eine Schicht 70 abgeschieden. Die Schicht 70 enthält ein Metall. Alternativ kann die Schicht 70 ein Oxid oder ein Nitrid enthalten.
Auf die Schicht 70 wird eine Maskenschicht aufgetragen. Beispielsweise kann die Maskenschicht ein mittels einer Lackschleuder aufgebrachter Fotolack sein. In einer Lithografieeinrichtung wird die lichtempfindliche Maskenschicht belichtet und anschließend die Maskenschicht entwickelt. Nach dem Entwickeln weist der optoelektronische Halbleiterkörper 10 eine strukturierte Maske 71 gemäß 7B auf. Mittels eines Ätzprozesses werden die von der Maske 71 nicht geschützten Bereiche der Schicht 70 entfernt. Anschließend wird die Maskenschicht 71 entfernt. Mittels des anhand der 7A bis 7C erläuterten Verfahrens wird somit das Strukturelement 17 in Form einer Erhöhung 18 realisiert. Das Strukturelement 17 weist den Umriss 21 entsprechend der Vorgabe durch die Maske 71 auf. In weiteren nicht gezeigten Schritten wird die Halbleiterschichtenfolge 15 auf dem Halbleiterkörper 10 abgeschieden. Als Material für die Schicht 70 und damit für die Erhöhung 18 wird ein Material gewählt, das die gestörte Zone 19 über der Erhöhung 18 verursachen kann. Die Erhöhung 18 kann die Höhe H mit einem Wert aus einem Intervall zwischen 0,1 nm und 5 µm aufweisen. Bevorzugt hat die Höhe H einen Wert aus einem Intervall zwischen 0,1 nm bis 500 nm. Die Breite B des Strukturelements 17 kann einen Wert aus einem Bereich zwischen 0,1 µm bis 500 µm aufweisen. Eine Höhe der Halbleiterschichtenfolge 15 kann einen größeren Wert als die Höhe H der Erhöhung 18 aufweisen. Das Verfahren erfordert nur einen geringfügigen Aufwand.
8A bis 8D zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers mit einem Strukturelement nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es ist jeweils ein Querschnitt durch den optoelektronischen Halbleiterkörper 10 gezeigt. Auf die erste Hauptfläche 12 des Substrats 11 wird eine Maskenschicht 72, welche beispielsweise als Fotolack ausgebildet ist, aufgebracht. Mittels eines Lithografie- und eines Entwicklungsschrittes wird die Maskenschicht 72 strukturiert, sodass sie entsprechend 8A eine Ausnehmung in einem Bereich aufweist, in dem das Strukturelement 17 hergestellt werden soll. Weiter wird durch Ätzen des Substrates 11 die in 8B gezeigte Ausnehmung 20 im Substrat 11 hergestellt. Die Ausnehmung 20 weist die Breite B und die Tiefe T auf. Anschließend wird eine Schicht 73 auf dem Halbleiterkörper 10 abgeschieden. Die Schicht 73 enthält ein Metall. Alternativ kann die Schicht 73 ein Oxid oder ein Nitrid enthalten. In 8C ist schematisch die Bedeckung der Maskenschicht 72 und der Ausnehmung 20 mit der Schicht 73 gezeigt. Mittels eines Abhebeprozesses, englisch lift-off process, werden die Maskenschicht 72 und die darüber liegende Bereiche der Schicht 73 entfernt. Entsprechend 8D ist die Ausnehmung 20 mit dem Material der Schicht 73 gefüllt. In weiteren, nicht gezeigten Prozessschritten werden die Halbleiterschichtenfolge 15 und die Anschlussfläche abgeschieden und strukturiert.
Die Tiefe T der Ausnehmung 20 bezogen auf die erste Hauptfläche 12 des Substrats 11 kann einen Wert aus einem Bereich zwischen 100 nm und 100 µm aufweisen. Besonders bevorzugt hat die Tiefe T einen Wert aus einem Intervall zwischen 100 nm und 10 µm. Die Breite B der Ausnehmung 20 kann bevorzugt einen Wert aus einem Bereich zwischen 0,1 µm und 500 µm aufweisen. Eine Ausnehmung 20 kann ein Aspektverhältnis aus einem Bereich zwischen 0,5 und 1 aufweisen. Bevorzugt ist das Aspektverhältnis aus einem Intervall zwischen 0,9 und 1. Als Aspektverhältnis ist das Verhältnis der Breite B zu der Tiefe T der Ausnehmung 20 definiert. Durch das zumindest teilweise Auffüllen der Ausnehmung 20 wird eine bessere Planarität des Halbleiterkörpers 10 erzielt. Dies erleichtert die Durchführung nachfolgender Schritte zur Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge und der Metallschicht für eine Erzeugung der Anschlussfläche. Die Planarität ist bereits verbessert, wenn ein Drittel der Querschnittsfläche der Ausnehmung 20 mit dem Material der Schicht 73 gefüllt ist.
Als Ätzmasken können Lackmasken, englisch photo resist, Hartmasken, insbesondere aus einem Nitrid oder Oxid, sowie Metallmasken verwendet werden. Die Masken können derart ausgebildet sein, dass sie in der Aufsicht abgerundete Ecken aufweisen. Somit werden Verspannungserhöhungen an spitzen Ecken vermieden. Alternativ weisen die Masken in der Aufsicht spitze Ecken auf, die jedoch aufgrund der Prozessführung zu abgerundeten Ecken des Strukturelements 17 führen. Dies kann beispielsweise durch Wahl geeigneter Parameter bei der Belichtung und Entwicklung der Fotolackschicht oder beim Ätzen der zu strukturierenden Schicht erzielt werden. Als Ätzverfahren können nasschemische oder trockenchemische Ätzverfahren eingesetzt werden.
In einem alternativen, nicht gezeigten Herstellungsprozess kann die Schichtdicke der Schicht 73 so dünn gewählt sein, dass die Ausnehmung 20 nur teilweise mit dem Material der Schicht 73 gefüllt ist. Die Ausnehmung 20 kann mit dem Material der Schicht 73 ausgekleidet sein. Bei einem anderen Herstellungsprozess kann die Dicke der Schicht 73 so hoch gewählt sein, dass sie im Bereich des Strukturelements 17 als Erhöhung ausgebildet ist.
In einem anderen, nicht gezeigten Verfahren kann, nach dem der in 8B gezeigte Querschnitt hergestellt ist, die Maskenschicht 72 entfernt werden und die Schicht 73 abgeschieden werden. Anschließend kann ein zweiter Maskenfilm aufgebracht werden, der strukturiert und entwickelt wird und als Ätzmaske zur Strukturierung der Schicht 73 dient. Mit einem derartigen Verfahren kann beispielsweise der in 1D gezeigte Querschnitt hergestellt werden.
In einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform wird nach dem Herstellen der in 8B gezeigten Ausnehmung 20 die Maskenschicht 72 entfernt und die Halbleiterschichtenfolge 15 abgeschieden. Aufgrund der Ausnehmung 20 erfolgt das epitaktische Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 15 derart verändert, dass die Halbleiterschichtenfolge 15 die gestörte Zone 19 im Bereich der Ausnehmung 20 aufweist.
9A zeigt einen herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterkörper 10 auf einem Träger 90 in einer nicht gezeigten Epitaxieanlage. Aufgrund der Durchbiegung des Halbleiterkörpers 10, englisch bow, liegt der Halbleiterkörper 10 nicht gleichmäßig auf dem Träger 90 auf. Somit entsteht ein inhomogenes Temperaturprofil über dem Wafer des Halbleiterkörpers 10. Der Halbleiterkörper 10 weist in der Mitte eine Temperatur T0 auf, die höher als eine Temperatur T1 am Rand ist. 9B zeigt eine Aufsicht auf den Halbleiterkörper 10. Das inhomogene Temperaturprofil beim Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 15 kann beispielsweise zu ungleichmäßig dicken Schichten und somit zu Inhomogenitäten in der Wellenlänge λ des Licht emittierenden Bauelements, wie des Lasers oder der Leuchtdiode, führen. Beispielsweise kann eine Wellenlänge λ1 in der Wafermitte kleiner als eine Wellenlänge λ2 am Rand des Wafers sein. Bei dem Halbleiterkörper 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist eine derartige Verbiegung reduziert.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterkörper, umfassend - ein Substrat (11), das eine erste Hauptfläche (12) mit einem ersten Bereich (13) und einem zweiten Bereich (14), der zu dem ersten Bereich (13) benachbart ist, umfasst, - eine Halbleiterschichtenfolge (15), die auf der ersten Hauptfläche (12) angeordnet ist und eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Schicht (16) aufweist, und - ein Strukturelement (17), das auf der ersten Hauptfläche (12) im zweiten Bereich (14) angeordnet ist, das als Ausnehmung (20) ausgebildet ist und das derart ausgebildet ist, dass die Halbleiterschichtenfolge (15) im zweiten Bereich (14) eine gestörte Zone (19) aufweist, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (15) in der gestörten Zone (19) eine Ausnehmung aufweist, welche die Halbleiterschichtenfolge (15) vollständig durchtrennt, - die Ausnehmung (20) vollständig mit einem Material gefüllt ist, das bündig mit der ersten Hauptfläche (12) des Substrats (11) abschließt, und - die Halbleiterschichtenfolge (15) aufgrund der Eigenschaften des Materials in der Ausnehmung (20) nicht auf dem Material aufwächst.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1, bei dem das Material zum Füllen der Ausnehmung (20) von den Materialien der Halbleiterschichtenfolge (15) abweicht.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Material zum Füllen der Ausnehmung (20) ein Material aus einer Gruppe, umfassend ein Oxid, ein Nitrid und ein Metall, enthält.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ausnehmung (20) eine Tiefe T senkrecht zu der ersten Hauptfläche (12) mit einem Wert aus einem Intervall zwischen 100 nm und 100 µm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ausnehmung (20) ein Aspektverhältnis, das ein Verhältnis einer Breite B der Ausnehmung (20) zu einer Tiefe T der Ausnehmung (20) ist, aus einem Bereich zwischen 0,5 und 1 aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Strukturelement (17) einen Umriss (21) aufweist, der als Kreis oder Dreieck oder Rechteck oder Vieleck in der Ebene der ersten Hauptfläche (12) ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 6, bei dem das Strukturelement (17) einen weiteren Umriss (23) aufweist, der als Kreis oder Dreieck oder Rechteck oder Vieleck in der Ebene der ersten Hauptfläche (12) ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Strukturelement (17) mehrere streifenförmige Linienelemente (27, 28, 29) umfasst, die sternförmig angeordnet sind und einen Umriss (21) aufweisen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem zumindest abschnittsweise der Umriss (21) des Strukturelementes (17) parallel zu einer der Kristallrichtungen (24, 25, 26) des Substrates (11) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest das Strukturelement (17) ein erstes streifenförmiges Linienelement (27) mit einer ersten Strukturhauptrichtung (80) und mindestens ein weiteres streifenförmiges Linienelement (28, 29) mit mindestens einer weiteren Strukturhauptrichtung (81, 82) umfasst, wobei das erste und das mindestens eine weitere streifenförmige Linienelement (27, 28, 29) einen Schnittpunkt aufweisen und mindestens die erste Strukturhauptrichtung (80) parallel zu einer der Kristallrichtungen (24, 25, 26) des Substrates (11) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend mindestens ein weiteres Strukturelement (17'), das auf der ersten Hauptfläche (12) im zweiten Bereich (14) angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum (37) zwischen dem Strukturelement (17) und dem mindestens einen weiteren Strukturelement (17) eine erste Hauptrichtung (38) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 11, bei dem die erste Hauptrichtung (38) parallel zu einer der Kristallrichtungen (24, 25, 26) des Substrates (11) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem mehrere Strukturelemente (17, 17') auf der ersten Hauptfläche (12) im zweiten Bereich (14) angeordnet sind und sich die Strukturelemente (17, 17') zu einer Gerade oder einem Kreis zusammensetzen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der erste Bereich (13) einen Laser (49) oder eine Leuchtdiode (33) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 14, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (15) im ersten Bereich (13) als Laserrippe (35) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers, umfassend: - Bereitstellen eines Substrats (11) mit einer ersten Hauptfläche (12), - Herstellen eines Strukturelementes (17) in einem zweiten Bereich (14) auf der ersten Hauptfläche (12), der zu einem ersten Bereich (13) auf der ersten Hauptfläche (12) benachbart ist, derart, dass das Strukturelement (17) als Ausnehmung (20) ausgebildet ist, - Epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (15), die eine zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung geeignete aktive Schicht (16) aufweist, auf der ersten Hauptfläche (12), wobei ein Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Strukturelement (17) derart ausgebildet ist, dass die Halbleiterschichtenfolge (15) im zweiten Bereich (14) eine gestörte Zone (19) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Herstellen des Strukturelementes (17) umfasst, dass die Ausnehmung (20) in das Substrat (11) an der ersten Hauptfläche (12) im zweiten Bereich (14) geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Herstellen des Strukturelementes (17) umfasst, dass nach dem Ätzen der Ausnehmung (20) eine Schicht (73) auf der ersten Hauptfläche (12) abgeschieden und derart strukturiert wird, dass die Ausnehmung (20) vollständig mit einem Material der Schicht (73) gefüllt ist.