DE10132231A1 - Verfahren zur in-situ Herstellung von DFB-Lasern - Google Patents

Verfahren zur in-situ Herstellung von DFB-Lasern

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem Halbleitermaterial, wobei mindestens ein Ätzschritt (3) in situ in einer Epitaxie-Anlage durchgeführt wird und als Ätzmittel Tertiärbutylchlorid verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ätzschritt (3) mindestens eine Gitterstruktur eines DFB-Lasers erzeugt. Damit wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung von DFB-Laser geschaffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ Herstellung von DFB-Lasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • DFB-Laser (DFB: distributed feedback) weisen sehr feine Gitterstrukturen auf, die zur Reflexion der Laserstrahlung in dem Schichtenstapel des DFB-Laser dienen. Dabei kommt es für ein gutes Reflexionsverhalten insbesondere auf die Gleichmäßigkeit (Periodenstruktur: ca. 100 nm) der Gitterstruktur an. Da DFB-Laser in der Literatur hinreichend beschrieben sind (z. B. Paul, Optoelektronische Halbleiterbauelemente, 1992), wird im folgenden auf eine Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus des DFB-Lasers verzichtet.
  • Es ist bekannt, diese feine Gitterstruktur des DFB-Lasers durch einen Photolithographieschritt mit anschließender naßchemischer Ätzung herzustellen. Dazu wird holographisch eine Interferenz-Struktur in einer Photolackschicht erzeugt. Nach der Entwicklung und Fixierung dient die Photolackschicht als Ätzmaske für die anschließende naßchemische Ätzung.
  • Hierbei besteht das Problem, dass die Ätzlösung in der Regel nur für wenige Minuten stabil ist, da Reaktionen mit der Umgebungsluft stattfinden. Auch tragen Lack-Rückstände auf der Oberfläche der Probe und Verunreinigungen der Laborluft dazu bei, die Qualität Schichtenherstellung zu verschlechtern.
  • Aus der Veröffentlichung von Kondow, Shi, Tu "Chemical Beam Etching of GaAs using a novel precursor of Tertiarybutylchloride (TBCl)" in Jpn. J. Appl. Phys., Vol 38, (1999) pp L617-619 ist es bekannt, ein GaAs-Substrat mit gasförmigen Tertiärbutylchlorid (TBCl) zu ätzen. Wie Autoren allerdings angeben, ist diese Methode nicht für eine Ätzung tiefer Schichten in GaAs-Substraten geeignet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Herstellung von DFB-Laser anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es hat sich gezeigt, dass mindestens ein Ätzschritt mit TBCl sehr gut geeignet ist, mindestens eine Gitterstruktur eines DFB-Lasers zu erzeugen. Trotz der relativ großen Dicke der Gitterstruktur-Schicht, lassen sich die feinen Strukturen gut mit TBCl in der Epitaxie-Anlage in-situ ätzen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei mindestens einem Ätzschritt die geätzte Schichtdicke der Gitterstruktur dicker als 10 nm, insbesondere dicker als 80 nm ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nach mindestens einem Ätzschritt mindestens eine in-situ Aufwachsung einer Schicht in der Epitaxie-Anlage erfolgt. Durch die in-situ Ätzung muß die Probe nicht aus der Epitaxie-Anlage bewegt werden, was Kontamination verhindert und eine Zeiteinsparung bringt.
  • Vorteilhaft ist es, wenn vor mindestens einem Ätzschritt mindestens eine Maskenschicht aus SiO2 aufgewachst wird. Auch ist es vorteilhaft vor mindestens einem Ätzschritt mindestens eine Maskenschicht lithographisch oder durch Sputtern aufgebracht wird.
  • Für derart aufgebrachte Masken ist es vorteilhaft, dass in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens eine Maskenschicht ex-situ entfernt wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor mindestens einem Ätzschritt mindestens eine Maskenschicht aus einem III-V Halbleitermaterial aufgewachst wird. Ein solches Halbleitermaterial kann durch TBCl in-situ entfernt werden. Dabei ist vorteilhaft, wenn als Maskenmaterial GaxIn1-yAsyP1-y oder AlGaInAs verwendet wird. Durch die Einstellung der Zusammensetzung (z. B. dem Gallium-Anteil x) kann vorteilhafterweise die Ätzrate des Maskenmaterials festgelegt werden, was ein gesteuertes Wegätzen des Maskenmaterials ermöglicht.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ätzrate gerade so gewählt wird, daß die Maske mit dem Ende des Ätzschrittes von der Probe entfernt ist.
  • Wenn mindestens eine Maskenschicht aus III-V Halbleitermaterial während des in-situ Ätzschittes entfernt wird eine erhebliche Zeitersparnis erreicht. Die Maske wird während des Ätzens definiert aufgelöst werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen mittels Epitaxie und Maskierung sind grundsätzlich bekannt, so daß in Fig. 1 nur die wesentlichen Schritte zur Erläuterung der Erfindung dargestellt sind. Dabei dient ein Wafer als Substrat. Das Substrat mit dem Schichtenaufbau des Halbleiterbauelements wird als Probe bezeichnet. Die Maske wird dabei über dem Schichtensystem des DFB-Lasers angeordnet.
  • In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird in an sich bekannter Weise die Grundstruktur der DFB-Laserdiode epitaktisch hergestellt.
  • Bei einem anschließenden zweiten Verfahrensschritt 2 wird ein Maskenmaterial aufgebracht. Dies geschieht im vorliegenden Fall durch einen lithographischen Schritt. Allerdings ist alternativ auch ein Aufsputtern von SiO2 möglich. Eine weitere Alternative ist die Verwendung von einkristallinem III-V Halbleitermaterial als Maskenmaterial (z. B. GaxIn1-yAsyP1-y oder AlGaInAs).
  • Anschließend folgt der dritter Verfahrensschritt, der Ätzschritt 3 für die Herstellung der Gitterstruktur des DFB- Lasers. Erfindungsgemäß wird dazu Tertiärbutylchlorid (TBCl) verwendet. TBCl ((CH3)3CCL) weist unter Normbedingungen einen Schmelzpunkt von -29°C und einen Siedepunkt von 51°C auf und ist beiden den Bedingungen in der Epitaxie-Anlage gasförmig. Der Ätzschritt 3 wird erfindungsgemäß in-situ in der Epitaxie-Anlage vorgenommen, so daß die Probe während des Ätzschrittes 3 nicht aus der Anlage bewegt werden muß; es findet somit kein Luftkontakt statt und es werden Einsparungen in der Prozesszeit erreicht. Die in-situ Ätzung wird dadurch ermöglicht, daß TBCl im Vergleich zu anderen Ätzmedien weniger aggressiv ist.
  • Durch den Ätzschritt 3 wird die sehr feine Gitterstruktur erzeugt, die der Reflexion des in der aktiven Zone der DFB- Laserdiode erzeugten Lichts dient. Die Schichtdicke der Gitterstruktur beträgt ca. 80 nm. Mit dem Ätzschritt 3 mittels TBCl läßt sich insbesondere auch die flächige Gitterstruktur des DFB-Lasers herstellen.
  • Anschließend werden in einem vierten Verfahrensschritt 4 weitere Schichten über die Gitterstruktur des DFB-Lasers in der Epitaxie-Anlage aufgewachsen. Somit wird die Gitterstruktur des DFB-Lasers mit weiteren Schichten abgedeckt und vor äußeren Einflüssen geschützt.
  • Ein einem fünften Verfahrensschritt 5 wird dann die aufgebrachte Maske entfernt. Dies kann durch einen Ätzvorgang ex-situ geschehen. Besonders vorteilhaft geschieht die Maskenentfernung in-situ wenn das Maskenmaterial aus einem III-V Halbleitermaterial besteht. Dieses Maskenmaterial wird beim Ätzen mit TBCl noch in der Epitaxie-Anlage weggeätzt. Damit wird eine Kontamination während der Maskenentfernung vermieden.
  • In einem sechsten Verfahrensschritt 6 findet dann die Endüberwachung in der Epitaxie-Anlage statt.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Bezugszeichenliste 1 Erster Verfahrensschritt: Aufbau von Laserdioden-Grundstruktur
    2 Zweiter Verfahrensschritt: Aufbringen Maskenmaterial
    3 Dritter Verfahrensschritt: Ätzschritt für Gitterstruktur mit TBCl
    4 Vierter Verfahrensschritt: Überwachsen der Gitterstruktur
    5 Fünfter Verfahrensschritt: Entfernen der Maske (ex-situ oder in-situ)
    6 Sechster Verfahrensschritt: Endüberwachsen in der Epitaxie-Anlage

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem Halbleitermaterial, wobei mindestens ein Ätzschritt in-situ in einer Epitaxie-Anlage durchgeführt wird und als Ätzmittel Tertiärbutylchlorid verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ätzschritt (3) mindestens eine Gitterstruktur eines DFB-Lasers erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Ätzschritt (3) die geätzte Schichtdicke der Gitterstruktur dicker als lOnm, insbesondere dicker als 80 nm ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach mindestens einem Ätzschritt (3) mindestens eine in-situ Aufwachsung (4) einer Schicht in der Epitaxie-Anlage erfolgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor mindestens einem Ätzschritt (3) mindestens eine Maskenschicht aus SiO2 aufgewachst (2) wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor mindestens einem Ätzschritt mindestens eine Maskenschicht lithographisch oder durch Sputtern aufgebracht (2) wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt (5) mindestens eine Maskenschicht ex-situ entfernt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor mindestens einem Ätzschritt (3) mindestens eine Maskenschicht aus einem III-V Halbleitermaterial aufgewachst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Maskenmaterial GaxIn1-yAsyP1-y oder AlGaInAs ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzrate beim Ätzschritt (3) in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Maskenmaterials, insbesondere des Gallium-Anteils gewählt wird, so daß die Maske während des Ätzens aufgelöst wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzrate gerade so gewählt wird, daß die Maske mit dem Ende des Ätzschrittes (3) von der Probe entfernt ist.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Maskenschicht aus III-V Halbleitermaterial während des insitu Ätzschittes (3) entfernt wird.
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