-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines VCSELs zum Emittieren von Licht.
-
Es sind VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) bekannt, die eine Bauhöhe von mehr als 100 Mikrometer aufweisen. Solche VCSEL können hinsichtlich der Verwendung in elektronischen Geräten, die eine geringe Baugröße aufweisen, zu groß sein.
-
Ein einfaches Verringern der Dicke eines Wafers, auf dem ein Stapelabschnitt des VCSELs aufgebracht wird, ist nicht ohne Weiteres in wirtschaftlicher Weise umsetzbar. Der Stapelabschnitt enthält funktionelle Schichten des VCSELs und bildet einen lichtemittierenden Emissionsbereich. Insbesondere führt eine Verringerung der Bauhöhe unter 100 Mikrometer zu einer erhöhten Brüchigkeit der Wafer, sodass ein hoher Ausschuss bei der Herstellung der VCSEL erzeugt wird.
-
Die durch die vorliegende Erfindung gelöste Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, ein VCSEL mit einer Dicke unter 100 Mikrometer bereitzustellen.
-
Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zum Herstellen eines VCSELs vorzusehen, der einen Stapelabschnitt, der zum Erzeugen und Emittieren von Licht vorgesehen ist, und einen Substratabschnitt aufweist, auf dem der Stapelabschnitt angebracht ist, mit den Schritten:
- - Anbringen eines Halbzeugs, welches den Stapelabschnitt und den Substratabschnitt aufweist, mit dem Stapelabschnitt an einem Trägerteil mittels eines lösbaren Befestigungsmittels, sodass der Substratabschnitt vom Trägerteil absteht,
- - Reduzieren der Dicke des Substratabschnitts mittels eines Dünnungsverfahrens, wobei Material von der Rückseitenfläche des Substratabschnitts abgetragen wird, die von dem Trägerteil abgewandt ist.
-
Durch das Anbringen des Halbzeugs an das Trägerteil wird verhindert, dass das Halbzeug durch Fertigungsschritte und Handhabung bricht. Das Halbzeug wird durch das Trägerteil verstärkt, solange das Halbzeug an dem Trägerteil angebracht ist. Das Halbzeug kann einen Wafer umfassen. Auf dem Wafer kann eine Mehrzahl von künftigen VCSELn angebracht sein. Dazu wird ein Stapelabschnitt aufgebracht, der in Fertigungsschritten zu VCSELn strukturiert wird.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen aufgeführt.
-
Vorteilhafterweise wird verfahrensgemäß ein elektrischer Kontakt auf dem Stapelabschnitt angebracht, bevor das Halbzeug an dem Trägerteil angebracht wird. Vorzugsweise kann der VCSEL wenigstens auf der Seite des Stapelabschnitts vollständig fertig prozessiert sein, sodass zum Fertigstellen der VCSEL das sogenannte Dünnen des Substratabschnitts und das Vereinzeln der VCSEL erfolgt.
-
Damit das Vereinzeln effektiv durch einen Ätzschritt erfolgen kann, wird auf der Rückseitenfläche des Substratabschnitts eine Ätzmaske aufgebracht, sodass mittels eines Trennungsschrittes wenigstens ein Seitenabschnitt vom Halbzeug abgetrennt wird, sodass ein einen Emissionsbereich des Lichts aufweisender Hauptkörper des VCSELs an dem Trägerteil angebracht verbleibt. Der Seitenabschnitt ist ein Teil des Halbzeugs, der nicht zum fertigen und vereinzelten VCSEL gehört. Der Seitenabschnitt kann auch ein auf einem Wafer mit einer Mehrzahl von VCSELn zu einem ersten VCSEL benachbarter zweiter VCSEL sein, der durch den Trennungsschritt von dem erstem VCSEL abgetrennt wird.
-
Nach einem Ätzschritt, der den Trennungsschritt darstellt oder den Trennungsschritt vorbereitet, wird die Ätzmaske entfernt. Es kann nach dem Entfernen der Ätzmaske von der Rückseitenfläche ein elektrischer Kontakt auf die Rückseitenfläche angebracht werden.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass vor dem Anbringen des Halbzeugs an dem Trägerteil mindestens eine Ausnehmung in dem Stapelabschnitt erzeugt wird, die senkrecht zur Rückseitenfläche ausgerichtete Seitenwandflächen aufweist, wobei ein seitlicher Kontaktabschnitt eines elektrischen Kontakts an der jeweiligen Seitenwandfläche angebracht wird. Die Ausnehmung erstreckt sich von einer Außenfläche in den Stapelabschnitt hinein. Der elektrische Kontakt kann auf der Außenfläche angebracht sein und sich durchgehend bis zur Seitenwandfläche erstrecken.
-
Besonders bevorzugt ist es, bei einem Durchführen eines Trennungsschritts auf der Rückseitenfläche Gräben zu bilden, die sich bis zu den Ausnehmungen in dem Stapelabschnitt erstrecken, sodass ein Seitenabschnitt des Halbzeugs abgetrennt wird und nach dem Abtrennen des Seitenabschnitts der seitliche Kontaktabschnitt frei zugänglich ist. Entsprechend kann auf diese Weise ein vereinzelter VCSEL hergestellt werden, der seitlich an dem Hauptkörper des VCSELs angeordnete elektrische Kontakte aufweist. Der Trennungsschritt kann mittels einer Ätzmaske unterstützt werden.
-
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Seitenabschnitt des elektrischen Kontakts seitlich an einem Hauptkörper des VCSELs so angebracht wird, dass er von der Seitenwandfläche absteht.
-
Um ein einfaches Ablösen des fertigen VCSELs von dem Trägerteil zu ermöglichen, kann als Befestigungsmittel ein Wachs oder ein Polymerkleber verwendet werden. Dabei kann die Bindungskraft des Befestigungsmittels durch einen Wärmeeintrag, Licht einer bestimmten Wellenlänge und/oder durch ein chemisches Lösungsmittel verringert werden, sodass der VCSEL von dem Trägerteil entfernt werden kann.
-
Weiterhin kann als Trägerteil eine Sägefolie verwendet werden, deren Adhäsion insbesondere mittels UV-Licht deaktivierbar ist. Die Sägefolie kann eine Klebeseite aufweisen. Dabei kann ein sogenanntes Bluetape zum Einsatz kommen.
-
Alternativ oder ergänzend kann das Trägerteil Saphir und/oder Galliumarsenid aufweisen. Hierdurch wird ein Trägerteil mit erhöhter Steifigkeit und gleichzeitig geringer Gefahr einer ungewollten Kontamination bereitgestellt.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beinhaltet, dass als Dünnungsverfahren ein Schleifverfahren, ein Polierverfahren und/oder ein Ätzverfahren verwendet wird. Hierdurch wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Dünnung des Halbzeugs bereitgestellt.
-
Durch das Dünnungsverfahren wird eine Gesamtdicke des VCSELs ≤ 100 Mikrometer erreicht. Hierbei wird der Substratabschnitt in seiner Dicke verringert, sodass der Stapelabschnitt seine ursprüngliche Dicke wenigstens abschnittsweise beibehält.
-
Nach dem Dünnungsschritt kann auf der Rückseite ein elektrischer Kontakt angebracht werden, die die Funktion einer Kathode übernimmt. Dabei kann eine flächige Elektrode aufgebracht werden, die beispielsweise die Robustheit des gedünnten VCSELs erhöht.
-
Durch das vorgeschlagene Verfahren wird ein VCSEL bereitgestellt, der an einer äußeren Seitenwandfläche an einem Hauptkörper des VCSELs ein Seitenabschnitt eines elektrischen Kontakts aufweist.
-
Der Seitenabschnitt ist von außen kontaktierbar. Dabei kann in einfacher Weise ein zum Beispiel durch Anlöten anbringbarer elektrischer Leiter an den VCSEL angeschlossen werden.
-
Alternativ kann anstatt eines einzelnen VCSELs auch ein VCSEL-Array aus mehreren VCSELn bzw. ein eine Mehrzahl an Emissionsbereichen aufweisendes Array mittels des vorgeschlagenen Verfahrens hergestellt werden.
-
Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Richtungsangaben in der folgenden Erläuterung sind gemäß der Leserichtung der Zeichnungen zu verstehen.
-
Es zeigen:
- 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines VCSELs, wobei ein Trennungsschritt zur Vereinzelung der VCSEL lediglich von einer Rückseitenfläche des VCSELs erfolgt, und
- 5 bis 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines VCSELs, wobei eine zweistufige Vereinzelung der VCSEL erfolgt, bei dem eine Ausnehmung in dem Stapelabschnitt ausgeformt wird, bevor ein Trennungsschritt von einer Rückseitenfläche des VCSELs erfolgt.
-
In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele zur Herstellung eines VCSELs 10 dargestellt, das eine gegenüber herkömmlichen VCSELn 10 geringer Gesamtdicke 12 aufweist. Dabei kann das VCSEL 10 eine Gesamtdicke 12 von ≤ 100 Mikrometer aufweisen.
-
Das VCSEL 10 weist einen Stapelabschnitt 14 auf, der zum Erzeugen und Emittieren von Licht 16 vorgesehen ist. Der Stapelabschnitt 14 weist aufeinandergestapelte Schichten aus Halbleitermaterial auf, die wenigstens Braggspiegel und eine zwischen den Braggspiegeln positionierte aktive Schicht bilden. Der Stapelabschnitt 14 ist flächig ausgebildet.
-
Weiter weist der VCSEL 10 einen Substratabschnitt 18 auf, auf dem der Stapelabschnitt 14 angebracht ist. Der Substratabschnitt 14 kann ein Wafer sein. Zum Herstellen des VCSELs 10 wird in einem ersten Schritt ein Dünnungsverfahren ausgeführt, mittels dem die Gesamtdicke 12 des VCSELs 10 verringert wird. Dazu wird der noch nicht fertig prozessierte VCSEL 10, das sogenannte Halbzeug 20, mit dem Stapelabschnitt 14 an einem Trägerteil 22 mittels eines lösbaren Befestigungsmittels 24 angebracht. Der Substratabschnitt 18 steht vom Trägerteil 22 ab, sodass der Stapelabschnitt 14 zwischen dem Substratabschnitt 18 und dem Trägerteil 22 positioniert ist.
-
In einem zweiten Schritt wird die Dicke des Substratabschnitts 18 mittels eines Dünnungsverfahrens reduziert. Die Dicke misst sich parallel zur Stapelrichtung 26, die senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des Stapelabschnitts 14 ausgerichtet ist. Durch das Dünnungsverfahren wird Material von einer Rückseitenfläche 28 des Substratabschnitts 18 abgetragen. Die Rückseitenfläche 28 ist von dem Trägerteil 22 abgewandt und im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Stapelabschnitts 14 ausgerichtet.
-
In den 1 bis 4 ist das erste Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt.
-
Das Halbzeug 20 in 1 weist entsprechend auf dem Substratabschnitt 18 den Stapelabschnitt 14 auf, auf dem elektrische Kontakte 30 angeordnet sind. Dabei ist wenigstens ein elektrischer Kontakt 30 außen auf einer Außenfläche 32 des Stapelabschnitts 14 angebracht. Die Außenfläche 32 ist auf einer entgegengesetzten Seite an dem Halbzeug 20 bzw. an dem fertig hergestellten VCSEL 10 angeordnet wie z.B. an der Rückseitenfläche 28. In dem Stapelabschnitt 14 ist ein Emissionsbereich 34 für das Licht 16 vorhanden. Dabei umfasst der Stapelabschnitt 14 flächige aufeinandergestapelte Braggspiegel, zwischen denen eine aktive Schicht zur Erzeugung des Lichts 16 positioniert ist.
-
Der elektrische Kontakt 30 kann vor dem Befestigen des Halbzeugs 20 an dem Trägerteil 22 auf dem Stapelabschnitt 14 angebracht werden. Dabei wird der Stapelabschnitt 14 vollständig fertig prozessiert. Zum Herstellen des VCSELs 10 aus dem Halbzeug 20 ist es vorzugsweise nicht mehr notwendig, die Außenfläche 32 des Stapelabschnitts 14 zu prozessieren.
-
Vorzugsweise sind die elektrischen Kontakte 30 der Anode und der Kathode des VCSELs auf der Außenfläche 32 angeordnet.
-
In 2 ist das Halbzeug 20 mit der Seite des Stapelabschnitts 14 an dem Trägerteil 22 angebracht, wobei die metallischen elektrischen Kontakte 30 mittels dem Befestigungsmittel 24 an dem Trägerteil 22 angebracht sind.
-
Das Befestigungsmittel 24 kann aus einem ablösbaren Material bestehen, das ein Wachs oder ein Polymerkleber beinhaltet. Dabei kann die Bindungskraft des Befestigungsmittels 24 durch einen Wärmeeintrag, Licht einer bestimmten Wellenlänge und/oder durch ein chemisches Lösungsmittel verringert werden, sodass der VCSEL 10 nach Fertigstellung von dem Trägerteil 22 entfernt werden kann.
-
Als Trägerteil 22 kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel eine Sägefolie verwendet werden, deren Adhäsion insbesondere mittels UV-Licht deaktivierbar ist. Die Sägefolie kann eine Klebeseite aufweisen. Dabei kann ein sogenanntes Bluetape zum Einsatz kommen.
-
Weiter alternativ oder ergänzend kann das Trägerteil 22 Saphir und/oder Galliumarsenid aufweisen.
-
Nach dem Anbringen des Halbzeugs 20 an dem Trägerteil 22 wird der Substratabschnitt 14 mittels des Dünnungsverfahrens in einem Dünnungsschritt bearbeitet, sodass die Dicke des Substratabschnitts 14 verringert wird. Das Dünnungsverfahren kann ein Schleifverfahren, ein Polierverfahren und/oder ein Ätzverfahren sein.
-
In 3 wird auf die Rückseitenfläche 28 des gedünnten Substratabschnitts 14 eine Ätzmaske 36 aufgebracht. Die Ätzmaske 36 ist mit wenigstens einer Öffnung 38 ausgebildet, die derart geformt ist, dass mittels eines Ätzschritts Gräben 40 in den Substratabschnitt 14 geätzt werden, die eine Durchtrennung des Halbzeugs 20 bewirken. Dieser Trennschritt trennt einen Seitenabschnitt 42 des Halbzeugs 20 ab, sodass nur noch ein Hauptkörper 44 des Halbzeugs 20 übrig bleibt, der den VCSEL 10 umfasst. Die Öffnung 38 umreist im Wesentlichen die spätere Form des VCSELs 10. Der Ätzschritt kann mittels Plasmaätzen oder mittels Nassätzen erfolgen. Die Ätzrichtung ist durch die Pfeile in 3 gezeigt.
-
In 4 ist der freigestellte Hauptkörper 44 des VCSELs 10 gezeigt. Nach dem Trennschritt und dem Entfernen des wenigstens eines Seitenabschnitts 42 wird die Ätzmaske 36 von der Rückseitenfläche 28 entfernt.
-
Nach dem Trennschritt und dem Entfernen der Ätzmaske 36 kann der fertige VCSEL 10 von dem Trägerteil 22 entfernt werden. Ebenfalls kann der Seitenabschnitt 42 von dem Trägerteil 22 entfernt werden. Der Seitenabschnitt 42 kann auch ein anderer VCSEL 10 sein.
-
Vor oder nach dem Entfernen von dem Trägerteil 22 kann wenigstens ein elektrischer Kontakt auf der Rückseitenfläche 28 angebracht werden.
-
In 5 ist ein Halbzeug 20 gezeigt, dass mindestens eine Ausnehmung 46 aufweist, die vor dem Anbringen des Halbzeugs 20 an dem Trägerteil 22 in den Stapelabschnitt 14 eingebracht wird.
-
Die Ausnehmung 46 erstreckt sich so in den Stapelabschnitt 14, dass senkrecht zur Rückseitenfläche 28 ausgerichtete Seitenwandflächen 48 in der Ausnehmung 46 ausgebildet werden. Die Ausnehmung 46 erstreckt sich von der Außenfläche 32 in den Stapelabschnitt 14 hinein. Die Ausnehmung 46 kann durch Ätzen erzeugt werden. Dabei erstreckt sich die Ausnehmung 46 bis zur aktiven Schicht. Es kann auch eine zweite Ausnehmung vorgesehen werden, die sich bis zum Substratabschnitt 18 erstreckt.
-
An der jeweiligen Seitenwandfläche 48 wird ein elektrischer Kontakt 30 angebracht. Der elektrische Kontakt 30 kann auf der Außenfläche 32 angebracht sein und sich durchgehend bis zur Seitenwandfläche 48 erstrecken, sodass ein Teil des elektrischen Kontakts 30 die Seitenwandfläche 48 bedeckt. Der seitliche Teil des elektrischen Kontakts 30 stellt einen seitlichen Kontaktabschnitt 50 dar, der elektrisch mit dem restlichen elektrischen Kontakt 30 verbunden ist.
-
Vorzugsweise wird die Seitenwandfläche 48 mit einem elektrischen Kontakt 30 beschichtet, die in Richtung des abzutrennenden Seitenabschnittes 42 gerichtet ist.
-
Gemäß 6 wird das Halbzeug 20 an dem Trägerteil 22 angebracht und gedünnt. Nach dem Dünnungsschritt wird das Halbzeug 20 mit einer Ätzmaske 36 auf der Rückseitenfläche 28 versehen, deren Öffnung 38 mit der Ausnehmung 46 übereinstimmt. Die Öffnung 38 in der Ätzmaske 36, durch die in einem Trennungsschritt ein Graben 40 eingeätzt wird, überlappt in Stapelrichtung 26 die Ausnehmung 46.
-
Der Graben 40 wird bis zu der Ausnehmung 46 ausgebildet. Wenn sich die Ausnehmung 46 und der Graben 40 verbinden, ist der Seitenabschnitt 42 abgetrennt. Nach dem Abtrennen des Seitenabschnitts 42 des Halbezugs 20 ist der seitliche Kontaktabschnitt 50 frei zugänglich.
-
Der schließlich vereinzelter VCSEL 10 weist einen seitlich an dem Hauptkörper 44 des VCSELs 10 angeordneten seitlichen elektrischen Kontaktabschnitt 50 gemäß 7 auf.
-
Es können auch gemäß den Figuren mehrere elektrische Kontakte 30 in dem Stapelabschnitt 14 ausgebildet werden, sodass auch mehrere seitliche Kontaktabschnitte 50 gebildet werden.
