DE102008045980A1

DE102008045980A1 - Testverfahren zur On-Wafer-Charakterisierung von langwelligen Halbleiterlasern

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Publication number: DE102008045980A1
Application number: DE102008045980A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Fuchs; Wolfgang Dr. Bronner; Klaus Dipl.-Ing.(FH) Schwarz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Charakterisierung der Laseremissionseigenschaften von auf einem Wafer (1) angeordneten, kantenemittierenden Halbleiterlasern vor dem Auseinzeln des prozessierten Wafers samt der Halbleiterlaser in eine Mehrzahl von separierten, kantenemittierenden Einzellaser, bei dem ein mindestens eine aktive Schicht umfassendes Halbleitermaterial auf den Wafer aufgebracht wird und aus diesem, bevorzugt mittels Lithographie und/oder Ätzung, mehrere einzelne, auf dem Wafer angeordnete Halbleiterblöcke (2) für herzustellende kantenemittierende Einzellaser räumlich herausstrukturiert werden, bei mehreren dieser Halbleiterblöcke jeweils auf deren waferabgewandten Oberfläche (3) eine diese Oberfläche zumindest teilweise bedeckende und/oder abdeckende Reflexionsschicht (4) aufgebracht wird, wobei in der Reflexionsschicht (4a) mindestens eines dieser Halbleiterblöcke (2a) eine einen Teilbereich der zugehörigen waferabgewandten Oberfläche (3a) nicht bedeckende und/oder nicht abdeckende Beugungsöffnung (5) hergestellt wird und in mindestens einem der eine Beugungsöffnung aufweisenden Halbleiterblöcke ein Stromfluss erzeugt wird und durch diesen Stromfluss in diesem Halbleiterblock erzeugtes und an der Beugungsöffnung gebeugtes Laserlicht detektiert und ausgewertet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Charakterisierung der Laseremissionseigenschaften von auf einem Wafer angeordneten, kantenemittierenden Halbleiterlasern, das vor dem Auseinzeln des prozessierten Wafers in eine Mehrzahl von einzelnen, separierten kantenemittierenden Einzellasern einsetzbar ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüberhinaus auf einen entsprechend ausgebildeten Wafer, der diesem Testverfahren unterzogen werden kann.
Die Fertigung von kantenemittierenden Halbleiterlasern ist ein aufwendiger und komplexer Komplex. Die Herstellung dieser Laser kann man grob in drei Schritte unterteilen.

1. Epitaxie der aktiven Schicht mit umgebenden Wellenleiterschichten (nachfolgend auch als ein eine aktive Schicht umfassendes Halbleitermaterial bezeichnet) auf dem zugrunde liegenden Wafer (hierbei kann es sich z. B. um einen Halbleiterwafer in Form eines Si-Wafers oder eines GaAs-Wafers handeln) in Abscheideanlagen, wie beispielsweise in einer MBE-Abscheideanlage (vom engl. Molecular Beam Epitaxy) oder in einer MOCVD-Abscheideanlage (vom engl. Metal-Organic Chemical Vapor Deposition),
2. Prozessierung des Wafers mit dem darauf angeordneten, mindestens eine aktive Schicht umfassenden Halbleitermaterial bzw. Halbleitermaterial-Schichtsystem (beispielsweise mittels optischer Lithographie und/oder Ätztechniken) sowie
3. Abdünnen des prozessierten Wafers (der Wafer wird hierbei, in Bezug auf das aufgebrachte Halbleitermaterial gesehen, von der Rückseite her auf eine Restdicke von z. B. 100 μm abgedünnt) und Vereinzeln des prozessierten Wafers in kleinere Laserchips bzw. separierte Einzellaser mit anschließender Montage der Einzellaser auf Wärmesenken inklusive der elektrischen Ankontaktierung.

All diese Schritte finden in der Regel in einem Reinraum statt und sind daher kosten- und zeitaufwendig. Um Kosten für die Prozessierung und Zeit bei der Optimierung von Laserbauelementen zu sparen, ist eine Charakterisierung der Betriebsparameter der Laser zu einem möglichst frühen Zeitpunkt während der Herstellung von hohem wirtschaftlichen Interesse.
Bei vielen Anwendungen von Lasern spielen Betriebsparameter wie Schwellstromdichte (nachfolgend auch als Laserschwelle bezeichnet) und Ausgangsleistung sowie die spektralen Eigenschaften, wie beispielsweise die Emissionswellenlänge eine große Rolle und entscheiden über die Verwertbarkeit der Einzellaser. Diese Betriebsparameter hängen ganz entscheidend von der Qualität der Epitaxie und der Ätztechnik ab, d. h. die Verwertbarkeit ist bereits in einem sehr frühen Stadium der Herstellungskette festgelegt.
Dennoch kann die Verwertbarkeit nach dem bisherigen Stand der Technik erst nach der kompletten Durchführung der oben genannten Fertigungskette (Schritte 1 bis 3) ermittelt werden. Dies gilt insbesondere für eine neue Klasse von Infrarothalbleiterlasern, den sog. unipolaren Quantenkaskadenlasern: Während bei bipolaren Laserbauelementen eine qualitative Bewertung des Lasermaterials bzw. des Wafermaterials mittels Photolumineszenz vor Einspeisung in die kostentreibende Prozessierung möglich ist (Intensität und spektrale Lage der Photolumineszenz der unprozessierten Waferschicht ermöglichen eine eingeschränkte grobe Klassifizierung), führt dies bei den unipolaren Lasern, wie den Quantenkaskadenlasern (aus dem Englischen: Quantum Cascade Lasers, QCL) aus prinzipiellen Gründen nicht zum Erfolg: Der Emissionsprozess wird hier in diesen Laserstrukturen überhaupt erst bei Anlegen eines hohen elektrischen Feldes möglich, die notwendigen hohen Feldstärken in der aktiven Schicht (typischerweise größer als 50 kV/cm) lassen sich im unprozessierten Lasermaterial jedoch nicht erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Testverfahren bzw. ein Verfahren zur Charakterisierung der Laseremissionseigenschaften von kantenemittierenden Halbleiterlasern zur Verfügung zu stellen, welches ermöglicht, die einzelnen Laser möglichst frühzeitig auf ihre charakteristischen Eigenschaften (insbesondere die oben genannten) zu testen, wobei das Testverfahren in jedem Fall vor dem dritten oben genannten Prozessschritt, also dem Abdünnen und Vereinzeln der prozessierten Wafer in die separierten Einzellaser durchführbar sein soll. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus, entsprechend ausgebildete Wafer zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Charakterisierungsverfahren nach Patentanspruch 1 sowie durch einen Wafer nach Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen lassen sich jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäße Verwendungen lassen sich Anspruch 23 entnehmen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben. Dabei können im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Patentansprüche beschrieben wird, die einzelnen in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale auch in anderen Kombinationen verwirklicht werden.
Die wesentliche Idee, auf der die vorliegende Erfindung basiert, ist die Tatsache, dass bei langwelligen Lasern (insbesondere langwelligen QCL) optische Beugungseffekte wesentlich stärker ausgeprägt sind als bei Lasern mit kürzerer Wellenlänge. Insbesondere gilt dies für Laser mit einer Wellenlänge von ≥ 3 μm: Das Ausbreitungsverhalten des elektromagnetischen Feldes innerhalb und außerhalb des Laserresonators wird bei solchen Wellenlängen durch die geometrischen Optik nur unzulänglich beschrieben, Beugungseffekte sind vergleichsweise stark ausgeprägt. Diese Beugungseffekte führen dazu, dass bei entsprechend prozessierten Laserstrukturen gerade auch in kantenemittierenden Lasern (geringe, aber messbare) Intensitäten des Lichts vertikal zur Resonatorachse der Laser struktur (also vertikal zur Waferoberfläche) ausgekoppelt werden können. Grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist es somit, das Laserfeld nicht nur in der Ebene und Ausbreitungsrichtung des Wellenvektors in Resonatorachsrichtung bzw. parallel zur Waferoberfläche, sondern auch senkrecht dazu zu nutzen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dann, um diese Lichtintensitäten nutzen zu können, bereits in einem frühen Stadium der Prozessierung des Wafers ein Resonator mit einer Beugungsstruktur realisiert, so dass dieses Licht genutzt werden kann, um eine On-Wafer-Charakterisierung vor der Auseinzelung zu ermöglichen. Ein Schlüsselpunkt hierbei ist es, dass bereits bei der Prozessierung des mindestens eine aktive Schicht umfassenden Halbleitermaterials auf dem Wafer bei der Bildung der einzelnen „Laserbarren” bzw. Halbleiterblöcke (die dann später die einzelnen zu separierenden, kantenemittierenden Einzellaser ausbilden) aus dem Halbleitermaterial senkrecht zur Waferoberfläche angeordnete, sich gegenüberliegende Resonatorendflächen an den Stirnseiten der einzelnen „Laserbarren” bzw. Halbleiterblöcke herausgearbeitet werden. Dies kann insbesondere durch eine sorgfältig durchgeführte Ätztechnik erreicht werden, wie sie dem Fachmann prinzipiell bekannt ist. Ein wichtiger Punkt bei der vorliegenden Erfindung ist somit sorgfältiges Ätzen mit dem bereits in diesem Verfahrensstadium hinreichend gute Resonatorspiegel an den Stirnseiten der Halbleiterblöcke realisiert werden.
Um nicht wie im bisherigen Stand der Technik zunächst den Wafer zu spalten (also die Auseinzelung vorzunehmen) und dann über geeignete Kopplung z. B. mit Fasern die Lasereigenschaften der einzelnen separierten La ser zu ermitteln, sondern die Laseremission vor der Auseinzelung durch Beugung in die Vertikale außerhalb der Ebene der eigentlichen Laseremission zu nutzen, wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Charakterisierung der Laseremissionseigenschaften von auf dem Wafer angeordneten kantenemittierenden Halbleiterlasern wie folgt ausgebildet: Ein mindestens eine aktive Schicht umfassendes Halbleitermaterial (zur später erfolgenden Ausbildung der Laserresonatoren) wird auf den Wafer aufgebracht. Aus diesem Material wird dann bevorzugt mittels optischer Lithographietechniken und/oder Ätztechniken eine Vielzahl von einzelnen, auf dem Wafer angeordneten Halbleiterblöcken für die später herzustellenden kantenemittierenden Einzellaser räumlich herausstrukturiert. Auf diese Halbleiterblöcke wird dann jeweils auf der waferabgewandten Oberfläche eine diese Oberfläche der Halbleiterblöcke bedeckende und/oder abdeckende Reflexionsschicht (z. B. aus einem hochreflektierenden Metall wie Gold) aufgebracht.
Bei einigen wenigen dieser Halbleiterblöcke (typischerweise trägt ein Wafer mehrere 100 solcher Halbleiterblöcke zur späteren Auseinzelung der separierten Einzellaser, davon werden dann z. B. 1 bis 2% dieser Halbleiterblöcke wie nachfolgend beschrieben modifiziert) wird nun die Reflexionsschicht so aufgebracht, dass sie die waferabgewandte Oberfläche nicht vollständig bedeckt und/oder nicht vollständig abdeckt, sondern eine Beugungsstruktur in Form einer Beugungsöffnung freilässt.
Alternativ dazu kann aber auch ohne Aufbringen einer Reflexionsschicht auf der waferabgewandten Oberfläche mindestens eines Halbleiterblocks eine Beugungsstruktur (z. B. in Form eines Gitters, siehe nachfolgend) angeordnet und diese Oberfläche des Halbleiterblocks abschnittsweise mit einer separaten Kontaktmetallisierung versehen werden, so dass, ähnlich wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, ein Stromfluss zum Induzieren einer Lasertätigkeit des Halbleiterblocks erzeugt werden kann.
Auch wenn die mit einer Beugungsöffnung versehene Schicht vorstehend als Reflexionsschicht bezeichnet wurde, kann es sich bei ihr ganz allgemein um eine auf der waferabgewandten Oberfläche des betreffenden Halbleiterblocks aufzubringende Schicht (z. B. eine elektrische Kontaktschicht) handeln, die geeignet ist, die nachbeschriebenen Beugungseffekte zu realisieren.
Eine solche Beugungsstruktur oder Beugungsöffnung kann, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, in Form eines einfachen Fensters bzw. einer einfachen rechteckigen Öffnung realisiert werden, sie kann jedoch auch in Form einer Gitterstruktur realisiert werden.
Der Unterschied zwischen dem Begriff der Bedeckung und dem Begriff der Abdeckung ist dabei wie folgt definiert: Die Reflexionsschicht kann unmittelbar auf, d. h. angrenzend an die waferabgewandte Oberfläche der Halbleiterblöcke angeordnet werden, in diesem Fall liegt eine Bedeckung der Oberfläche mit der Reflexionsschicht vor. Es kann jedoch auch sein, dass zwischen der Reflexionsschicht und der waferabgewandten Oberfläche der Halbleiterblöcke zumindest bereichsweise noch eine zusätzliche Schicht, insbesondere eine elektrisch isolierende, transparente Zwischenschicht vorgesehen ist (ggf. sind auch mehrere Schichten möglich), oberhalb derer dann, zumindest bereichsweise, die Reflexionsschicht angeordnet ist, so dass sich vom Wafer aus gesehen der folgende Aufbau ergibt: Halbleitermaterial mit aktiver Schicht, Zwischenschicht(en) und Reflexionsschicht. In diesem Falle liegt eine Abdeckung der waferabgewandten Oberfläche der Halbleiterblöcke durch die Reflexionsschicht vor (die Reflexionsschicht muss somit nicht unmittelbar angrenzend an die Oberfläche der Halbleiterblöcke angeordnet sein, so dass im Bereich der Beugungsöffnung bzw. der Öffnung der Reflexionsschicht nicht unmittelbar die Oberfläche der Halbleiterblöcke freigelegt sein muss, sondern eine Freilegung der elektrisch isolierenden, transparenten Zwischenschicht erfolgen kann).
Indem nun erfindungsgemäß in einem (oder mehreren) mindestens eine solche Beugungsöffnung aufweisenden Halbleiterblock ein Stromfluss erzeugt wird (vorzugsweise mit Hilfe einer seitlich versetzt neben dem entsprechenden Halbleiterblock angeordneten, im Wesentlichen identisch zur Reflexionsschicht des Halbleiterblocks ausgebildeten, seitlichen Kontaktmetallisierung, siehe nachfolgend), wird im Halbleiterblock eine Lasertätigkeit induziert und derjenige Lichtanteil des in Kantenemissionsrichtung (also parallel zur Waferoberfläche) emittierenden Halbleiterblocks, der durch die Beugungsöffnung herausgebeugt wird, wird detektiert und ausgewertet. Es wird ausgenutzt, dass die Beugungsöffnung mindestens eine, bevorzugt mehrere Beugungskante(n) aufweist. Dies sind die Randflächen der Fensteröffnung bzw. die Außenflächen der Gitterstege, die in einer bevorzugten Variante senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Wellenvektors des Laserfeldes im Resonator, also senkrecht zur Waferoberfläche angeordnet sind.
Die Detektion des gebeugten Lichtanteils kann beispielsweise mit Hilfe einer Infrarotkamera, besser noch mit Hilfe eines Infrarotmikroskops oder eines Infrarotspektrometers erfolgen: Mittels des Infrarotmikroskops kann die Emissionsintensität des entsprechend zur Lasertätigkeit angeregten Halbleiterblockes bestimmt werden. Ein Vergleich entsprechender Blöcke auf unterschiedlichen Wafern liefert bereits ein wesentliches Charakterisierungsmerkmal bzw. Qualitätsmerkmal der einzelnen Wafer. Durch die Abtastung mit einem Infrarotspektrometer können darüberhinaus die Emissionswellenlänge und die spektrale Zusammensetzung des Laserlichts ermittelt werden. Auch dies sind wichtige Qualitätsparameter der herzustellenden Einzellaser. Wird die Intensität des (wie nachfolgend noch näher beschrieben erzeugten) Stromflusses Schritt für Schritt erhöht, so ist es beispielsweise mit dem Infrarotmikroskop oder mit einer einfachen Infrarotkamera auch möglich, den minimalen Stromwert zu ermitteln, bei dem die Lasertätigkeit einsetzt. Dies ermöglicht die Ermittlung der Laserschwelle bzw. der Schwellstromdichte der Halbleiterblöcke auf dem Wafer. Auch dies ergibt, bei Vergleich verschiedener Wafer, ein wichtiges Charakterisierungsmerkmal der einzelnen prozessierten Wafer.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines ausführlichen Ausführungsbeispiels beschrieben.
Dabei zeigt
1 schematisch den Prozesszustand des Wafers samt mehrerer darauf angeordneter, bereits herausstrukturierter Halbleiterblöcke vor dem Auseinzeln, also zu dem Zeitpunkt, zu dem das durch Stromfluss er zeugte, an der Beugungsöffnung gebeugte Laserlicht detektiert werden kann.
2 zeigt REM-Aufnahmen der mit der Reflexionsschicht versehenen Halbleiterblöcke.
3 zeigt die Beschichtung in 2 im Detail.
4 zeigt einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Labormaßstab.
5 zeigt ein Infrarotbild eines emittierenden Halbleiterblocks.
6 zeigt Leistungs-Stromkennlinien von getesteten Halbleiterblöcken.
1 zeigt in einer dreidimensionalen Übersicht (1a) und in zwei Schnittansichten den Zustand des Wafers zu dem Zeitpunkt des Testverfahrens, bei dem, wie nachfolgend noch näher beschrieben, durch elektrische Kontaktierung ein Stromfluss in denjenigen Test-Halbleiterblöcken des Wafers, die mit einer Beugungsöffnung versehen sind, erzeugt und das dadurch induzierte, an der Beugungsöffnung gebeugte Laserlicht detektiert und ausgewertet werden kann.
Wie 1 in Übersicht zeigt, ist auf einem Halbleiterwafer 1, hier ein Si-Wafer, ein Halbleiterschichtsystem 2, welches aktive Schichten, die zur Laseremission geeignet sind, umfasst, angeordnet. Durch entsprechende optische Lithographie- und Ätzprozesse wurde das Halbleitermaterial des Schichtsystems bereits so strukturiert, dass eine Vielzahl von einzelnen, länglichen, quaderförmigen Halbleiterblöcken 2a, 2b, 2c, ... entstanden ist. Die Halbleiterblöcke sind mit ihren Quaderlängsachsen parallel zueinander und beabstandet voneinander unmittelbar auf dem Wafer 1 angeordnet. Die Länge der Halbleiterblöcke (Ausdehnung in y-Richtung parallel zur Waferebene) beträgt hier 2000 μm, die Breite (Ausdehnung in x-Richtung senkrecht dazu und ebenfalls parallel zur Waferebene) beträgt hier 20 μm und die Höhe (also die Ausdehnung senkrecht zur Waferoberfläche in z-Richtung) 4 μm.
Auf der waferabgewandten Oberfläche 3a, 3b, 3c tragen die einzelnen Halbleiterblöcke jeweils eine (im Mittel ca. 2 μm dicke) hochreflektierende Schicht 4a, 4b, 4c aus Gold. Wie in 1a deutlich zu erkennen ist, ist diese Reflexionsschicht 4 bei einigen der Halbleiterblöcke so ausgebildet, dass sie die waferabgewandte Oberfläche 3 vollständig bedeckt bzw. abdeckt (in 1a ist zwecks besserer Übersicht die elektrisch isolierende transparente Zwischenschicht 8 nicht gezeigt, vgl. 1b und 1c). Einige wenige der Halbleiterblöcke des Wafers (im Bild lediglich der ganz rechts gezeigte Block 2a) sind jedoch als Test-Halbleiterblöcke zur Durchführung der Charakterisierung gemäß der Erfindung ausgebildet: Um dies zu ermöglichen, wurde die Reflexionsschicht 4 dieser Halbleiterblöcke so ausgebildet, dass sie eine Beugungsöffnung 5 aufweist: Diese Beugungsöffnung 5 ist in dem in 1a rechts gezeigten Beispiel als rechteckförmige, hier quadratische Fensteröffnung F ausgebildet, die senkrecht zur Halbleiterblock-Längsachse gesehen (also in x-Richtung gesehen) die Reflexionsschicht 4 vollständig ersetzt. Die Fensteröffnung F hat im gezeigten Fall eine Grundfläche (in der xy-Ebene) von 20 × 20 μm² und ist in Richtung der Halbleiterblock-Längsachse gesehen nahe an einem stirnseitigen Ende des Halbleiterblocks 2a angeordnet. Das Fenster F weist jedoch einen geringfügigen Abstand zu diesem stirnseitigen Ende des Halbleiterblocks 2a auf, so dass auch an diesem Ende noch ein ca. 10 μm × 20 μm großes Reflexionsschichtstück 4a vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fensteröffnung F bzw. Beugungsöffnung 5 hier zwei Beugungskanten B aufweist, die senkrecht zur Halbleiterblock-Längsachse und senkrecht zur Waferoberfläche verlaufend ausgebildet sind. Die Beugungsflächen B sind hier also senkrecht zur Waferoberfläche in der xz-Ebene verlaufend ausgebildet.
Das wie nachfolgend durch elektrische Kontaktierung des Halbleiterblocks 2a in diesem durch stimulierte Laseremission erzeugte Laserlicht der Wellenlänge λ wird an der Beugungsöffnung 5 bzw. dem Fenster F, insbesondere an dessen Beugungskanten B gebeugt und kann dann als gebeugtes Licht λ_b (siehe 1b) durch ein Infrarotmikroskop (vgl. 4) nachgewiesen werden. Damit eine entsprechende Laseremission in Resonatorrichtung (y-Richtung bzw. Längsachsrichtung des Halbleiterblocks 2a) erfolgen kann, muss zum einen der Stromeintrag (vgl. 1c) hoch genug sein, zum anderen müssen in Resonatorrichtung gesehen an den beiden schmalseitigen Stirnseiten des Halbleiterblocks 2a geeignete Begrenzungsflächen 7-1, 7-2 vorliegen: Die beiden als Resonatorflächen verwendeten Begrenzungsflächen 7-1 und 7-2 des Halbleiterblockes 2a wurden hier mittels optischer Lithographie und Ätzung so prozessiert, dass sie in der xz-Ebene verlaufen, also senkrecht zur Waferoberfläche und zur Resonatorrichtung verlaufend angeordnet sind.
1a zeigt links oben (gestrichelter abgetrennter Bereich) eine Variante der vorliegenden Erfindung, bei der die Beugungsöffnung 5 des gezeigten Test-Halbleiterblocks 2a nicht als Rechteck bzw. quadratisches Fenster F, sondern als Gitterabschnitt bzw. Gitterstruktur G ausgebildet ist. Das Gitter G wird hierbei aus der Reflexionsschicht 4a am selben Ort wie das Fenster F herausstrukturiert. Es besteht aus einer Vielzahl einzelner (in 1a links oben sind nur einige davon gezeigt) Gitterstege 9 und Gittergräben 10, die parallel zueinander jeweils abwechselnd angeordnet sind. Die Gittergräben wurden dabei durch Ätzen der Reflexionsschicht 4 bis hin zur darunterliegenden Schicht (hier die in 1 nicht gezeigte, elektrisch isolierende transparente Zwischenschicht 8) hergestellt. Die Gitterstege und die Gittergräben 9, 10 verlaufen hier in der xz-Ebene, also senkrecht zur Resonator-Längsachsrichtung. Das Aspektverhältnis (Verhältnis der Breite eines Gitterstegs zur Breite eines Gittergrabens) beträgt im gezeigten Fall 1, d. h. die Ausdehnung der Gitterstege 9 und der Gittergräben 10 senkrecht zu ihrer Längsachse und parallel zur Waferoberfläche (also in y-Richtung gesehen) ist hierbei identisch.
Die Gitterperiode g (also der Abstand zweier benachbarter Gitterstege oder zweier benachbarter Gittergraben) ist g = λ/2n, wobei λ wie vorbeschrieben das im Halbleiterblock erzeugte Laserlicht ist (also durch den Schichtaufbau der Halbleiterblöcke 2 festgelegt ist).
Die gezeigte Gitterstruktur G hat gegenüber der Fensterstruktur F den Vorteil, dass die Anzahl an Beugungskanten B wesentlich höher ist, so dass eine effizientere Beugung von Teilen des Laserfeldes aus der xy-Ebene heraus erfolgt. Dennoch werden selbst bei der gezeigten Gitterstruktur maximal wenige Promille des Laserfeldes senkrecht zur Waferoberfläche herausgebeugt, so dass auch der Laserblock 2a, 3a, 4a, 5 trotz des vorhandenen Gitters G bzw. Fensters F nach der später erfolgten Auseinzelung (ebenso wie die nicht als Teststrukturen ausgebildeten Laserblöcke 2b bis 4b und 2c bis 4c) in der praktischen Anwendung verwendet werden kann.
1b zeigt einen Schnitt in der yz-Ebene mittig durch den Laserblock 2a bis 4a, 5. Dieser Schnitt zeigt den Aufbau der rechts in 1a gezeigten Teststruktur im Detail: Insbesondere ist zu sehen, dass an den beiden stirnseitigen Enden des Resonators bzw. den beiden schmalseitigen Enden des Halbleiterblocks 2a (Resonatorflächen 7-1 und 7-2) eine elektrisch isolierende, transparente Zwischenschicht 8 angeordnet ist. Diese dient der elektrischen Isolierung der nachfolgend beschriebenen elektrischen Kontakte 4a und 6 und ist an diesen beiden Enden so ausgebildet, dass sie die Resonatorendflächen 7-1, 7-2 vollständig bedeckt, im endseitigen Bereich die waferabgewandte Oberfläche 3a des Halbleiterblocks 2a teilweise bedeckt und die Waferoberfläche 1 seitlich neben den Halbleiterblockenden 7-1, 7-2 bereichsweise bedeckt. An demjenigen stirnseitigen Ende 7-1, an dem die Beugungsöffnung 5 ausgebildet ist, ist die Zwischenschicht 8 dabei so weit zum Zentrum des Halbleiterblocks 2a hin ausgedehnt, dass sie im gesamten Beugungsöffnungsbereich 5 unmittelbar angrenzend an und auf dem Halbleiterblock 2a angeordnet ist. Im vorliegenden Fall bedeckt die Reflexionsschicht 4a die Oberseite 3a des Halbleiterblocks 2a daher lediglich mittig, während sie (aufgrund der zwischen Reflexionsschicht 4a und Oberfläche 3a eingeschobenen Zwischenschicht 8) hin zu den stirnseitigen Enden 7-1 und 7-2 die Oberfläche 3a definitionsgemäß lediglich abdeckt. Im gezeigten Fall verlässt das detektierbare, gebeugte Licht λ_b den Halbleiterblock 2a daher zunächst durch die transparente, isolierende Zwischenschicht 8, bevor es durch die Fensteröffnung F in der Reflexionsschicht nach außen tritt und nachgewiesen werden kann. Das hochreflektierende Schichtmaterial (Goldschicht 4a) hat (abgesehen von seinen Beugungskanten B) im Wesentlichen die Funktion, einen gleichmäßigen Stromeintrag über die gesamte Länge des Halbleiterblockes 2a zu realisieren (vgl. auch nachfolgende Beschreibung). A bezeichnet die Resonatorrichtung bzw. die Ausbreitungsebene des Wellenvektors des Laserfeldes im Laserblock 2a.
1c zeigt einen Schnitt durch den Test-Halbleiterblock (senkrecht zum in 1b gezeigten Schnitt) in xz-Richtung. 1c zeigt, wie erfindungsgemäß ein Stromfluss im Halbleiterblock 2a erzeugt werden kann, der dann die Lasertätigkeit dieses Blocks induziert, so dass aufgrund dieser Lasertätigkeit gebeugtes Licht erzeugt und nachgewiesen werden kann.
Hierzu ist es notwendig, dass neben der als erster elektrischer Kontakt verwendeten Au-Reflexionsschicht 4a ein weiterer, zweiter, von diesem ersten elektrischen Kontakt 4a elektrisch isolierter elektrischer Kontakt 6 realisiert wird. Dieser wird durch eine unmittelbar auf die Oberfläche des Wafers 1 aufgebrachte Metallschicht in Form einer seitlich neben dem Halbleiterblock 2a und beabstandet von diesem angeordneten seitlichen Kontaktmetallisierung 6 realisiert. Die seitliche Kontaktmetallisierung 6 weist hierbei eine (in der xy-Ebene gesehen) nahezu identische Grundfläche auf, wie der Halbleiterblock 2a, wo bei sich insbesondere die Kontaktmetallisierung 6 in Resonatorrichtung bzw. y-Richtung parallel zum Halbleiterblock 2a über dessen gesamte Länge erstreckt. Dies dient dazu, über die gesamte Resonatorlänge einen gleichmäßigen Stromfluss von der seitlichen Kontaktmetallisierung 6 über den darunterliegenden Waferabschnitt 1 hin zum unter dem Halbleiterblock 2a liegenden Waferabschnitt und über den Halbleiterblock 2a bis in die Reflexionsschicht 4a zu erzeugen.
Der Stromeintrag kann hierbei dadurch erzeugt werden, dass die Reflexionsschicht 4a mit einer ersten Elektrode (z. B. Nadelprober) kontaktiert wird und die seitliche Kontaktmetallisierung 6 mit einer zweiten Elektrode (z. B. zweiter Nadelprober). Durch Anschließen einer geeigneten Stromquelle wird dann der beschriebene Stromfluss erzeugt, wobei die Stromstärke sukzessive so erhöht werden kann, dass der zum Induzieren der Lasertätigkeit notwendige Mindeststrom bestimmt werden kann (Bestimmen der Laserschwelle des Lasers).
Wie die Schnittansicht in 1c weiter zeigt, ist die elektrisch isolierende Zwischenschicht 8 auch an den längsseitigen Seitenkanten des Halbleiterblocks 2a (in der yz-Ebene angeordnete Endflächen) so ausgebildet, dass sie die Oberfläche 3a im Bereich dieser Seitenkanten bedeckt und über diese Seitenkanten bis auf die Oberfläche des Wafers 1 heruntergezogen ist. Die Zwischenschicht 8 bedeckt dabei den Bereich zwischen dem Halbleiterblock 2a und der seitlichen Kontaktmetallisierung 6 vollständig. Ebenso bedeckt sie die Waferoberfläche 1 im Seitenbereich neben der gegenüberliegenden Flanke des Halbleiterblockes 2a. Durch die beschriebene Ausbildung der elektrisch isolierenden, transparenten Zwischenschicht 8 ist die Reflexionsschicht 4a elektrisch von der seitlichen Kontaktmetallisierung und vom Wafer 1 vollständig isoliert, so dass der beschriebene Stromfluss sichergestellt ist.
1 zeigt somit die wesentlichen Elemente der Ausprägung des Laserresonators. Das Laserfeld liegt, wie bei Kantenemittern üblich, in der xy-Ebene. Durch geeignete Ätzung dienen die abschließenden Endflächen 7-1, 7-2 als Resonatorspiegel, deren Reflektivität durch die Au-Metallisierung auf nahezu 100% gesteigert werden kann. Bei Verwendung von Au (oder anderen Metallen) als Spiegelschicht muss, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden, die isolierende transparente Zwischenschicht 8 wie vorbeschrieben ausgebildet werden. Diese kann beispielsweise aus Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder Siliziumdioxid ausgebildet sein. Bei Verwendung von Gold als Spiegelmaterial ist auch bei Schwankungen der Qualität des Ätzprozesses zur Herstellung der Seitenflanken 7-1, 7-2 eine sehr hohe Reflektivität nahe bei 100% gewährleistbar.
Wie vorbeschrieben erfolgt die Lichtauskopplung beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht wie bei Kantenemittern üblich entlang der Ebene des Laserfeldes in Richtung der Resonatorachse A, sondern durch die Öffnung 5 in der Metallisierung nach oben vertikal zur Ebene des Wafers. Dies ist insbesondere bei langen Wellenlängen der betrachteten Laserstruktur (Wellenlängen über etwa 3 μm), bei denen vergleichsweise starke Beugungseffekte induzierbar sind, nutzbar. Die Lichtauskopplung durch Beugung kann, wie in 1a links oben gezeigt, durch geeignete Gitterstrukturen weiter gesteigert werden. Wie 1a rechts und 1c zeigt, wurde zum Testen der Laserstruktur On- Wafer neben der üblichen Kontaktmetallisierung 4a eine weitere Metallisierung (seitliche Kontaktmetallisierung 6) realisiert. Im Gegensatz zum späteren Laserbetrieb (nachdem die einzelnen Halbleiterblöcke 2 ausgeeinzelt wurden) des komplett prozessierten und aufgebauten Lasers erfolgt der Stromfluss hier, wie in 1c gezeigt, in der Ebene des Wafers 1. Daher ist es insbesondere vorteilhaft, die seitliche Kontaktmetallisierung 6 auf der gesamten Länge des Testlaserblocks 2a bis 4a, 5 auszubilden. Die Kontaktmetallisierungen 4a und 6 können dann mit üblichen Nadelprobern ankontaktiert werden.
In gezeigtem Beispiel ist das Flächenverhältnis von Fenster- bzw. Gitteröffnung F, G zur Gesamtoberfläche 3a sehr klein. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da die Test-Halbleiterblöcke nach der Auseinzelung nicht unbedingt weiterverwendet werden müssen. Bei hinreichend kleinem Flächenverhältnis ist jedoch auch die Weiterverwendung dieser Teststrukturen als Einzellaser möglich, da durch die gezeigten Strukturen deutlich weniger als 1% der Laserintensität senkrecht zur Resonatorrichtung verloren geht.
2 zeigt REM-Aufnahmen von Halbleiterblöcken bzw. Laserbarren in Aufsicht. Durch die annähernd senkrechten Ätzflanken 7-1, 7-2 bilden die Endflächen bereits ohne den sonst üblichen Spaltvorgang des Wafers die Resonatorspiegel (gerade auch dieser Aspekt ermöglicht, dass das vorliegende Testverfahren On-Wafer, also vor Auseinzelung, Spaltung oder Zersägen des Wafers durchgeführt werden kann). 2a zeigt dabei eine Aufsicht auf das beugungsöffnungsabgewandte Ende der Laserbarrenstruktur, 2b zeigt eine Aufsicht auf dasjenige Ende des Laserblocks 2a bis 4a, 5 an dem das vorbeschriebene Fenster F ausgebil det wurde. Durch die in 2b klar erkennbare, vergleichsweise kleine Fensteröffnung F tritt durch die vorbeschriebenen Beugungseffekte in vertikaler Richtung hinreichend viel Licht aus, das zur Lasercharakterisierung verwendet wird. Die in 2b gezeigte Metallisierung 4' ist eine Weiterführung der Metallisierung 4a, die ebenfalls zur elektrischen Kontaktierung verwendet werden kann.
3 zeigt eine Aufsicht auf die Resonatorfläche 7-1. Diese wurde mit dem Focused-Ion-Beam-Verfahren (FIB) erstellt. Der Ätzprozess führt zur Ausprägung von nahezu vertikalen Ätzflanken, die in Verbindung mit der Au-Metallisierung die Realisierung der hochreflektierenden Spiegel ermöglichen.
4 zeigt eine Möglichkeit, wie das erfindungsgemäß emittierte Licht λ_b erfasst und ausgewertet werden kann: Mit Nadelprobern wurden die beiden Kontakte 4a und 6a der zu testenden Halbleiterstruktur 2a ankontaktiert. Mittels eines angeschlossenen Stromerzeugers (nicht gezeigt) wird dann der in 1c skizzierte Stromfluss erzeugt. Wie links im Bild gezeigt, wird die Infrarotemission des Testlasers 2a mit einer IR-Kamera detektiert. Die Auswertung der dabei nachgewiesenen Emissionsintensität im Kamerabild ermöglicht die Erstellung einer Strom-Spannungskennlinie, die dazu genutzt werden kann, die Laserschwelle und durch Auswerten der Steigung der Leistungs-Stromkennlinie die differentielle Quanteneffizienz zu bestimmen (siehe auch 6).
Wie die Bildmitte zeigt, kann die emittierte Infrarotintensität auch mit Hilfe eines Infrarotmikroskops (das auf die Fensteröffnung F fokussiert ist) bestimmt werden. Alternativ dazu (nicht gezeigt) kann die emittierte Infrarotintensität auch mit Hilfe eines IR-Spektrometers nachgewiesen und in ihre spektralen Anteile zerlegt werden. Auch das IR-Spektrum der getesteten Laserstruktur lässt sich zur Charakterisierung der Eigenschaften der getesteten Laserstruktur verwenden: Insbesondere kann hiermit die Emissionswellenlänge der Laserstruktur genauestens charakterisiert werden.
5 zeigt ein Infrarotbild eines emittierenden Halbleiterblocks. Durch Auslesen der Infrarotintensität im Kamerabild kann eine halbquantitative Laserleistungs-Stromkennlinie ermittelt werden (L = Ort der Laseremission).
6 zeigt, wie erfindungsgemäß die Laserschwelle der Teststruktur eindeutig bestimmt werden kann. 6 zeigt dabei (P0716C) einen wie vorbeschrieben durchgeführten On-Wafer-Test einer Teststruktur auf einem ersten Wafer. Die Figur zeigt darüberhinaus (drei Kurven rechts) drei bei einer weiteren Teststruktur, die jedoch auf einem zweiten Wafer, der konventionell gespalten wurde (also keine Endflächen 7-1, 7-2 wie vorbeschrieben aufweist), angeordnet ist, aufgenommene Laserleistungs-Stromkennlinien, die bei unterschiedlichen Temperaturen erfasst wurden. Wie die Leistungs-Stromkennlinie (links im Bild) des Testlasers auf dem ersten Wafer, die mit dem On-Wafer-Verfahren ermittelt wurde, zeigt, ist die Laserschwelle eines wie vorbeschrieben herausstrukturierten Laserblocks deutlich geringer als bei dem konventionell aufgebauten Vergleichslaser (drei Kurven rechts im Bild). Ursache ist neben der Qualität des Ätzprozesses die höhere Resonatorgüte aufgrund der beiden hochreflektierenden Facetten 7-1 und 7-2. Somit ist mit dem vorliegenden Verfahren auch ein qualifizierter Vergleich mit Laserstrukturen von anderen Waferscheiben möglich. Bei hinreichend empfindlichen Detektoren für das Laserlicht λ_b kann ebenso die spektrale Lage der Laseremission (Laseremissionsmaxima) ermittelt werden (optische Spektroskopie). Die Intensität ist in 6 in beliebigen Einheiten dargestellt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Endfacetten als Resonator ausgebildet, bevor die Waferspaltung bzw. Auseinzelung stattfindet. Das Verfahren hat daher insbesondere den Vorteil, dass es eingesetzt werden kann, bevor das Auseinzeln durchgeführt wird, was wie bereits vorbeschrieben einen wesentlichen wirtschaftlichen Vorteil bietet, da nur die wenigen Teststrukturen auf dem Wafer getestet werden müssen, um über sämtliche Halbleiterblöcke eines Wafers zuverlässige Aussagen hinsichtlich deren Laseremissionscharakteristik zu erhalten. Insbesondere reicht es aus, wenn z. B. lediglich 1% der Halbleiterblöcke auf einem Wafer als Test-Halbleiterblöcke ausgebildet werden. Diesen Test-Halbleiterblöcken wird dann, wie in 1a gezeigt, jeweils eine separate, seitliche Kontaktmetallisierung 6 zugeordnet: Jedem Test-Halbleiterblock 2 wird dabei genau eine seitliche Kontaktmetallisierung 6 in genau definierter relativer Lage zum Halbleiterblock, in genau definiertem Abstand vom Halbleiterblock und in genau definierter Form zugeordnet. Wird diese Zuordnung bei den Teststrukturen unterschiedlicher Wafer jeweils genau gleich ausgestaltet, so kann (sofern auch die Beugungsöffnungen 5 jeweils gleich ausgestaltet und angeordnet werden) sichergestellt werden, dass die Testergebnisse der unterschiedlichen Wafer vergleichbar sind.
Da die Prozessschritte beim Herstellen der einzelnen Halbleiterblöcke eines Wafers gleich sind, können die durch die Teststrukturen für einen Wafer ermittelten Laserparameter für alle Laser eines Wafers als charakteristisch angesehen werden.
Das erfindungsgemäße Testverfahren kann besonders vorteilhaft für unipolare Quantenkaskadenlaser im IR-Bereich eingesetzt werden (ist also besonders vorteilhaft ab Wellenlängen von ca. 3 bis 3,3 μm aufwärts einsetzbar), ist jedoch grundsätzlich nicht auf diesen Einsatzbereich bzw. diese Wellenlängen beschränkt. Insbesondere lässt sich das Testverfahren auch für herzustellende Quantenkaskadenlaser im Terahertzbereich (Wellenlängenbereich von z. B. 100 μm) einsetzen.

Claims

Verfahren zur Charakterisierung der Laseremissionseigenschaften von auf einem Wafer (1) angeordneten, kantenemittierenden Halbleiterlasern vor dem Auseinzeln des prozessierten Wafers samt der Halbleiterlaser in eine Mehrzahl von separierten, kantenemittierenden Einzellasern, bei dem ein mindestens eine aktive Schicht umfassendes Halbleitermaterial auf den Wafer aufgebracht wird und aus diesem, bevorzugt mittels Lithographie und/oder durch Ätzung, mehrere einzelne, auf dem Wafer angeordnete Halbleiterblöcke (2) für herzustellende kantenemittierende Einzellaser räumlich herausstrukturiert werden, bei mindestens einem dieser Halbleiterblöcke auf dessen waferabgewandten Oberfläche (3) eine Beugungsstruktur hergestellt wird, und in mindestens einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke ein Stromfluss erzeugt wird und durch diesen Stromfluss in diesem Halbleiterblock erzeugtes und an der Beugungsstruktur gebeugtes Laserlicht detektiert und ausgewertet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren der Halbleiterblöcke jeweils auf deren waferabgewandten Oberfläche (3) eine diese Oberfläche zumindest teilweise bedeckende und/oder abdeckende Reflexionsschicht (4) aufgebracht wird, wobei in der Reflexionsschicht (4a) mindestens eines dieser Halbleiterblöcke (2a) eine einen Teilbereich der zugehörigen waferabgewandten Oberfläche (3a) nicht bedeckende und/oder nicht abdeckende Beugungsöffnung (5) als Beugungsstruktur hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der die mehreren Halbleiterblöcke tragenden Seite des Wafers eine einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke zugeordnete seitliche Kontaktmetallisierung (6) angeordnet wird, wobei diese seitliche Kontaktmetallisierung (6) entweder in definiertem Abstand seitlich von dem ihr zugeordneten Halbleiterblock oder seitlich von und unmittelbar angrenzend an den ihr zugeordneten Halbleiterblock und bevorzugt auch unmittelbar angrenzend an die den ihr zugeordneten Halbleiterblock tragende Oberfläche des Wafers angeordnet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (4) des der seitlichen Kontaktmetallisierung (6) zugeordneten Halbleiterblocks in Form einer mindestens ein Metall aufweisenden, elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere in Form einer Au-Schicht ausgebil det wird, wobei die seitliche Kontaktmetallisierung so angeordnet wird, dass sie von dieser leitfähigen Schicht des ihr zugeordneten Halbleiterblocks elektrisch isoliert ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss durch elektrische Kontaktierung, insbesondere durch Anlegen von elektrischen Kontakten, insbesondere durch Anlegen von Nadelprobern, der elektrisch leitfähigen Schicht und der seitlichen Kontaktmetallisierung in Richtung von der elektrisch leitfähigen Schicht durch deren Halbleiterblock und durch den darunterliegenden Waferabschnitt hin zu der seitlichen Kontaktmetallisierung, oder in umgekehrter Richtung, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Beugungsstrukturen so ausgebildet wird, dass sie mindestens eine, bevorzugt mehrere Beugungskanten (B), die bevorzugt senkrecht zur Waferoberfläche ausgerichtet ist/sind, aufweist und/oder dass mindestens eine der Beugungsstrukturen so ausgebildet wird, dass sie mindestens eine fensterförmige, bevorzugt rechteckförmige Öffnung (F) aufweist und/oder dass mindestens eine der Beugungsstrukturen zumindest teilweise als Gitterabschnitt (G) eines optischen Beugungsgitters ausgebildet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterabschnitt zumindest bereichsweise mit einer Gitterperiode g von g = λ/2n ausgebildet wird, wobei n der Brechungsindex des Materials der Gitterstege bei der Wellenlänge λ und die Wellenlänge λ eine Wellenlänge des Laserlichts ist, das bei Stromfluss im zugehörigen Halbleiterblock durch diesen erzeugbar ist und/oder dass der Gitterabschnitt so ausgebildet wird, dass er zumindest bereichsweise ein Aspektverhältnis, also ein Verhältnis von Gitterstegbreite zu Gittergrabenbreite, von 1 aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke das Verhältnis V = F_Beug./F_ges. der Fläche F_Beug. des durch die Beugungsstruktur nicht bedeckten und/oder nicht abgedeckten Teilbereichs der zugehörigen waferabgewandten Oberfläche und der Gesamtfläche F_ges. der zugehörigen waferabgewandten Oberfläche kleiner als 0.1, bevorzugt kleiner als 0.05, bevorzugt kleiner als 0.02 ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke die Beugungsstruktur hergestellt wird, indem die waferabgewandte Oberfläche des Halbleiterblocks mit einer Reflexionsschicht (4) bedeckt und/oder abgedeckt wird und anschließend, insbesondere durch Lithographie und/oder durch Ätzung, die Beugungsstruktur in der Reflexionsschicht freigelegt wird oder dass bei mindestens einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke die Beugungsstruktur hergestellt wird, indem die waferabgewandte Oberfläche des Halbleiterblocks lediglich teilweise so mit der Reflexionsschicht bedeckt und/oder abgedeckt wird, dass ein von der Reflexionsschicht freigelassener Oberflächenabschnitt verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim räumlichen Herausstrukturieren mindestens eines der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke, also vor der Stromflusserzeugung in diesem Halbleiterblock, zwei senkrecht zur Waferoberfläche angeordnete, sich gegenüberliegende und als Resonatorflächen dieses Halbleiterblocks verwendbare Begrenzungsflächen (7-1, 7-2) herausgebildet, insbesondere herausgeätzt, werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktive Schicht und das diese umfassende Halbleitermaterial so ausgewählt und ausgebildet werden, dass das beim Stromfluss erzeugte und an der Beugungsstruktur gebeugte Laserlicht eine Wellenlänge λ von größer gleich 3.0 μm, bevorzugt von im Bereich von 3.2 bis 12 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktive Schicht und das diese umfassende Halbleitermaterial so ausgewählt und ausgebildet werden, dass als herzustellende Einzellaser unipolare kantenemittierende Laser, insbesondere unipolare kantenemittierende Quantenkaskadenlaser herstellbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gebeugte Laserlicht mittels einer Kamera, insbesondere einer Infrarotkamera, eines Mikroskops, insbesondere mittels eines Infrarotmikroskops und/oder mittels eines Spektrometers, insbesondere eines Infrarotspektrometers detektiert wird, wobei die Kamera, das Mikroskop und/oder das Spektrometer bevorzugt in Richtung senkrecht zur Waferoberfläche beabstandet zu dieser angeordnet wird/werden und auf die Waferoberfläche ausgerichtet wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionswellenlänge, die Emissionsintensität und/oder die spektrale Zusammensetzung des gebeugten und detektierten Laserlichts bestimmt wird/werden und/oder dass durch sukzessive Erhöhung des erzeugten Stromflusses die Laserschwelle (Schwellstromdichte) und/oder die Ausgangsleistung des die Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblocks bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Halbleiterblöcke nach der Detektion des erzeugten und gebeugten Laserlichts in die Mehrzahl von kantenemittierenden Einzellaser ausgeeinzelt werden, wobei dies bevorzugt durch Zersägen des die Halbleiterblöcke tragenden, prozessierten Wafers geschieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 0.2% bis 10%, bevorzugt 0.5% bis 3%, bevorzugt 1% bis 2% der Gesamtzahl der auf dem Wafer ausgebildeten Halbleiterblöcke mit einer Beugungsstruktur hergestellt wird und/oder dass 1 bis 10, bevorzugt 2 bis 5 der auf dem Wafer ausgebildeten Halbleiterblöcke mit einer Beugungsstruktur hergestellt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren, bevorzugt allen der mit einer Beugungsstruktur versehenen Halbleiterblöcke jeweils wie in Anspruch 2 beschrieben genau eine seitliche, auf dem Wafer angeordnete Kontaktmetallisierung zugeordnet wird, wobei bevorzugt die seitlichen Kontaktmetallisierungen unterschiedlicher Halbleiterblöcke voneinander elektrisch isoliert ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Halbleiterblöcken deren waferabgewandte Oberfläche parallel zur Oberfläche des Wafers ausgebildet wird.
Wafer (1), insbesondere Halbleiterwafer, bei dem aus einem mindestens eine aktive Schicht umfassenden, auf dem Wafer aufgebrachten Halbleitermaterial mehrere einzelne Halbleiterböcke (2) für herzustellende kantenemittierende Einzellaser räumlich herausstrukturiert und beabstandet voneinander auf einer Oberfläche des Wafers angeordnet sind, und bei mindestens einem dieser Halbleiterblöcke auf dessen waferabgewandten Oberfläche (3) eine Beugungsstruktur angeordnet ist.
Wafer nach dem vorhergehenden Waferanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren der Halbleiterblöcke jeweils auf deren waferabgewandten Oberfläche (3) eine diese Oberfläche zumindest teilweise bedeckende und/oder abdeckende Reflexionsschicht (4) aufgebracht ist, wobei in der Reflexionsschicht (4a) mindestens eines dieser Halbleiterblöcke (2a) eine einen Teilbereich der zugehörigen waferabgewandten Oberfläche (3a) nicht bedeckende und/oder nicht abdeckende Beugungsöffnung (5) als Beugungsstruktur ausgebildet ist.
Wafer nach einem der vorhergehenden Waferansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der die mehreren Halbleiterblöcke tragenden Seite des Wafers eine einem der eine Beugungsstruktur aufweisenden Halbleiterblöcke zugeordnete seitliche Kontaktmetallisierung (6) angeordnet ist, wobei diese seitliche Kontaktmetallisierung (6) entweder in definiertem Abstand seitlich von dem ihr zugeordneten Halbleiterblock oder seitlich von und unmittelbar angrenzend an den ihr zugeordneten Halbleiterblock und bevorzugt auch unmittelbar angrenzend an die den ihr zugeordneten Halbleiterblock tragende Oberfläche des Wafers angeordnet ist.
Wafer nach einem der vorhergehenden Waferansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer entsprechend mindestens einer der in einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche beschriebenen Konfigurationen ausgebildet ist.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zum oder eines Wafers nach einem der vorhergehenden Waferansprüche beim In-Wafer-Testen von kantenemittierenden Halbleiterlaserelementen.