DE112021002008T5

DE112021002008T5 - Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements

Info

Publication number: DE112021002008T5
Application number: DE112021002008.0T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Sugiyama; Yuji Kaneko; Yasufumi Takagi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2023-01-26
Also published as: JP7411483B2; JP2021163921A; US20230143711A1; WO2021200582A1

Abstract

Vorgesehen ist ein Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements, das folgende Schritte aufweist: einen Schritt zum Ausbilden einer Halbleiterschicht auf einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleiterwafers; einen Schritt zum Entfernen eines Teils der Halbleiterschicht durch Ätzen, so dass jeder einer Vielzahl an Abschnitten der Halbleiterschicht einen Kammabschnitt hat; einen Schritt zum Ausbilden einer Isolierschicht, so dass zumindest ein Teil einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Kammabschnitts ausgehend von dem Halbleiterwafer freigelegt ist; einen Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten und zum Einbinden des Kammabschnitts in jede der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten; einen Schritt zum Glätten einer Fläche durch Polieren auf einer gegenüberliegenden Seite von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten ausgehend von dem Halbleiterwafer, in einem Zustand, in dem ein Schutzelement in einem Bereich zwischen jedem Paar der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten angeordnet ist; einen Schritt zum Ausbilden einer Elektrodenschicht auf einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterwafers, und einen Schritt zum Spalten des Halbleiterwafers und der Halbleiterschicht in einem Zustand, in dem das Schutzelement entfernt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist ein Quantenkaskadenlaserelement bekannt, welches ein Halbleitersubstrat, einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Halbleiterschichtstoff; eine erste Elektrode, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterschichtstoffs ausgehend von dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats ausgehend von dem Halbleiterschichtstoff ausgebildet ist, wobei der Halbleiterschichtstoff, der eine aktive Schicht aufweist, einen Kammabschnitt / Scheitelabschnitt / Kantenabschnitt hat und der Kammabschnitt in die erste Elektrode (beispielsweise wie in WO 2018 / 083896 A ) eingebunden ist. In solch einem Quantenkaskadenlaserelement kann eine ausreichende Wärmeableitung sichergestellt werden, da der Kammabschnitt in die erste Elektrode eingebunden ist. Zudem kann ein Schritt zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements, im Vergleich dazu, wenn eine eingebettete Wachstumsschicht auf beiden Seiten des Kammabschnitts ausgebildet ist, vereinfacht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn das zuvor beschriebene Quantenkaskadenlaserelement an einem Stützabschnitt, wie bspw. einem Untergestell, montiert ist, kann die erste Elektrode oder die zweite Elektrode mit einem Elektrodenkissen des Stützabschnitts unter Verwendung eines Verbindungselements, wie zum Beispiel einem Lötmittelelement, verbunden werden. Wenn die erste Elektrode mit dem Elektrodenkissen des Stützabschnitts verbunden ist, falls eine Fläche der ersten Elektrode, in welche der Kammabschnitt eingebunden ist, nicht geglättet ist, wird ein Stützzustand des Quantenkaskadenlaserelements auf dem Stützabschnitt instabil. Wenn andererseits die zweite Elektrode mit dem Elektrodenkissen des Stützabschnitts verbunden ist, falls die Fläche der ersten Elektrode, in welche der Kammabschnitt eingebunden ist, nicht geglättet ist, wenn Drahtbonden bei der ersten Elektrode ausgeführt wird, ist der Freiheitsgrad der Position des Drahtbonden beschränkt.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements bereitzustellen, bei dem das Quantenkaskadenlaserelement, in dem eine Fläche einer ersten Elektrode, in die ein Kammabschnitt eingebunden ist, geglättet ist, bei einer hohen Ertragsquote effizient gefertigt werden kann.
Problemlösung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements bereitgestellt, das aufweist: ein Halbleitersubstrat, einen Halbleiterschichtstoff, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, um eine aktive Schicht mit einer Quantenkaskadenstruktur aufzuweisen, eine erste Elektrode, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterschichtstoffs ausgehend von dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats ausgehend von dem Halbleiterschichtstoff ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen ersten Schritt zum Vorbereiten eines Halbleiterwafers, der eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder das Halbleitersubstrat wird, und der eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, und zum Ausbilden einer Halbleiterschicht, die eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff auf der ersten Hauptoberfläche wird; einen zweiten Schritt, der nach dem ersten Schritt stattfindet, zum Entfernen eines Teils der Halbleiterschicht durch Ätzen, so dass jeder der Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff wird, einen Kammabschnitt hat; einen dritten Schritt, der nach dem zweiten Schritt stattfindet, zum Ausbilden einer Isolierschicht auf dem Halbleiterwafer und auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht ausgehend von der zweiten Hauptoberfläche, so dass zumindest ein Teil einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Kammabschnitts ausgehend von dem Halbleiterwafer freigelegt ist; einen vierten Schritt, der nach dem dritten Schritt stattfindet, zum Ausbilden einer Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten, von denen jede die erste Elektrode auf der Vielzahl an Abschnitten wird, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff wird, und zum Einbinden des Kammabschnitts in jede der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten; einen fünften Schritt, der nach dem vierten Schritt stattfindet, zum Glätten durch Polieren einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten ausgehend von dem Halbleiterwafer in einem Zustand, in dem ein Schutzelement in einen Bereich zwischen jedem Paar der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten angeordnet ist; einen sechsten Schritt zum Ausbilden einer Elektrodenschicht, die eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder die zweite Elektrode auf der zweiten Hauptoberfläche wird; und einen siebten Schritt, der nach dem fünften Schritt und nach dem sechsten Schritt stattfindet, zum Spalten des Halbleiterwafers und der Halbleiterschicht entlang einer Linie, die eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder das Quantenkaskadenlaserelement in einem Zustand wird, in dem das Schutzelement entfernt ist, voneinander trennt.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements, nachdem der Kammabschnitt in jede der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten eingebunden wurde, von denen jede die erste Elektrode wird, ist die Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten in einem Zustand durch Polieren geglättet, in dem das Schutzelement in dem Bereich zwischen jedem Paar der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten angeordnet ist. Dementsprechend kann eine Fläche der ersten Elektrode, in die der Kammabschnitt eingebunden ist, effizient geglättet werden. Zudem ist ein Bereich zum Spalten des Halbleiterwafers und der Halbleiterschicht durch das Schutzelement geschützt, wenn die Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch Polieren geglättet wird. Dementsprechend können der Halbleiterwafer und die Halbleiterschicht exakt aufgeteilt werden, da verhindert wird, dass ein Kratzer oder dergleichen in dem Bereich auftritt. Wie zuvor beschrieben, kann gemäß dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements das Quantenkaskadenlaserelement, bei dem die Fläche der ersten Elektrode, in die der Kammabschnitt eingebunden ist, geglättet wird, effizient bei einer hohen Ertragsquote gefertigt werden.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem vierten Schritt ein Maskenelement auf der Halbleiterschicht entlang der Linie ausgebildet werden und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten kann durch eine Vielzahl an Öffnungen in dem Maskenelement ausgebildet werden. Gemäß diesem Aspekt kann die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten effizient in Bereichen ausgebildet werden, wobei der Bereich zum Spalten des Halbleiterwafers und der Halbleiterschicht ausgenommen ist.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem fünften Schritt das Maskenelement als das Schutzelement verwendet werden. Gemäß diesem Aspekt kann die Ausbildung der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten und das Polieren der Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten effizienter ausgeführt werden.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem vierten Schritt eine (Vielzahl von) Metallgrundlagenschicht(en), von denen jede die erste Elektrode wird, ausgebildet werden, um zumindest den Teil der Fläche des Kammabschnitts zu bedecken und um die Isolierschicht zu bedecken, und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten kann auf der Metallgrundlagenschicht ausgebildet werden. Gemäß diesem Aspekt kann die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten zuverlässiger ausgebildet werden.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem fünften Schritt, nachdem die Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch das Polieren geglättet ist, das Schutzelement entfernt werden und ein Abschnitt der Metallgrundlagenschicht kann entlang der Linie durch Ätzen entfernt werden. Gemäß diesem Aspekt können der Halbleiterwafer und der Halbleiterschicht genauer aufgeteilt werden.
In dem Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem vierten Schritt die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch Beschichten mit Au ausgebildet werden; und in dem fünften Schritt kann die Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet werden. Gemäß diesem Aspekt kann die erste Elektrode, für die die Benetzbarkeit eines Verbindungselements, wie zum Beispiel eines Lötmittelelements, sichergestellt ist, erhalten werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, das Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements bereitzustellen, bei dem das Quantenkaskadenlaserelement, in dem die Fläche der ersten Elektrode, in die der Kammabschnitt eingebunden ist, geglättet wird, effizient bei einer hohen Ertragsquote gefertigt werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Schnittdarstellung eines Quantenkaskadenlaserelements einer Ausführungsform.
2 ist eine Schnittdarstellung des Quantenkaskadenlaserelementes entlang Linie II-II gemäß 1 gezogen.
3 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
4 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
5 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
6 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
7 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
8 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements gemäß 1 zeigt.
9 ist eine Schnittdarstellung einer Quantenkaskadenlaservorrichtung, die das Quantenkaskadenlaserelement gemäß 1 aufweist.
10 ist eine Schnittdarstellung der Quantenkaskadenlaservorrichtung, die das Quantenkaskadenlaserelement, gemäß 1 aufweist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Im Übrigen sind in den Zeichnungen die gleichen oder äquivalenten Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen sprachlich bezeichnet und eine doppelte Beschreibung entfällt.
[Konfiguration eines Quantenkaskadenlaserelements]
Wie in 1 und 2 gezeigt, hat ein Quantenkaskadenlaserelement 1 ein Halbleitersubstrat 2, ein Halbleiterschichtstoff 3, eine Isolierfolie 4, eine erste Elektrode 5 und eine zweite Elektrode 6. Das Halbleitersubstrat 2 ist beispielsweise ein S-dotiertes InP-Einkristallsubstrat mit einer rechteckigen Plattenform. In einem Beispiel ist eine Länge des Halbleitersubstrates 2 etwa 2 mm, eine Breite des Halbleitersubstrates 2 ist etwa 500 µm und eine Dicke des Halbleitersubstrates 2 ist etwa ein hundert und einige Dutzend µm. In der nachfolgenden Beschreibung ist eine Breitenrichtung des Halbleitersubstrates 2 als eine X-Achsenrichtung bezeichnet, eine Längenrichtung des Halbleitersubstrates 2 ist als eine Y-Achsenrichtung bezeichnet und eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrates 2 ist als eine Z-Achsenrichtung bezeichnet.
Der Halbleiterschichtstoff 3 ist auf einer Fläche 2a des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet. Der Halbleiterschichtstoff 3 hat eine aktive Schicht 31 mit einer Quantenkaskadenstruktur. Der Halbleiterschichtstoff 3 ist konfiguriert, Laserlicht mit einer vorbestimmten Zentralwellenlänge zu oszillieren (beispielsweise eine Zentralwellenlänge von jedem Wert zwischen 4 und 11 µm, die eine Wellenlänge in einem Mittelinfrarotbereich ist). In der vorliegenden Ausführungsform ist der Halbleiterschichtstoff 3 mittels Stapeln einer unteren Verkleidungsschicht 32, einer unteren Führungsschicht (nicht dargestellt), der aktiven Schicht 31, einer oberen Führungsschicht (nicht dargestellt), einer oberen Verkleidungsschicht 33 und einer Kontaktschicht (nicht dargestellt), in dieser Reihenfolge ausgehend von einer Seite des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet. Die obere Führungsschicht hat eine Beugungsgitterstruktur, die als eine verteilte Rückkopplungsstruktur fungiert (DFB).
Die aktive Schicht 31 ist beispielsweise eine Schicht mit einer Mehrfach-Quantentopfstruktur von InGaAs / InAlAs. Sowohl die untere Verkleidungsschicht 32 als auch die obere Verkleidungsschicht 33 ist beispielsweise eine Si-dotierte InP Schicht. Sowohl die untere Führungsschicht als auch die obere Führungsschicht ist beispielsweise eine Si-dotierte InGaAs Schicht. Die Kontaktschicht ist beispielsweise eine Si-dotierte InGaAs Schicht.
Der Halbleiterschichtstoff 3 hat einen sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckenden Kammabschnitt 30. Der Kammabschnitt 30 ist aus einem Abschnitt auf einer gegenüberliegenden Seite der unteren Verkleidungsschicht 32 ausgehend von dem Halbleitersubstrat 2, der unteren Führungsschicht, der aktiven Schicht 31, der oberen Führungsschicht, der oberen Verkleidungsschicht 33 und der Kontaktschicht ausgebildet. Eine Breite des Kammabschnitts 30 in der X-Achsenrichtung ist kleiner als eine Breite des Halbleitersubstrats 2 in der X-Achsenrichtung. Eine Länge des Kammabschnitts 30 in der Y-Achsenrichtung ist gleich einer Länge des Halbleitersubstrats 2 in der Y-Achsenrichtung. In einem Beispiel ist die Länge des Kammabschnitts 30 etwa 2 mm, die Breite des Kammabschnitts 30 ist etwa einige bis zehn µm und einige (weitere) µm und eine Dicke des Kammabschnitts 30 ist etwa einige µm. Der Kammabschnitt 30 befindet sich in der Mitte des Halbleitersubstrats 2 in der X-Achsenrichtung. Jede Schicht, die den Halbleiterschichtstoff 3 ausbildet, liegt in der X-Achsenrichtung nicht auf beiden Seiten des Kammabschnitts 30 vor.
Der Halbleiterschichtstoff 3 hat eine erste Stirnfläche 3a und eine zweite Stirnfläche 3b, die einander in einer Lichtwellenleiterrichtung A des Kammabschnitts 30 zugewandt sind. Die Lichtwellenleiterrichtung A ist eine zu der Y-Achsenrichtung parallele Richtung, die eine verlängerte Richtung des Kammabschnitts 30 ist. Die erste Stirnfläche 3a und die zweite Stirnfläche 3b fungieren als lichtemittierende Stirnflächen. Die erste Stirnfläche 3a und die zweite Stirnfläche 3b befinden sich in der Y-Achsenrichtung auf den gleichen Ebenen wie die der beiden jeweiligen Seitenflächen des Halbleitersubstrats 2.
Die Isolierschicht 4 ist auf Seitenflächen 30b des Kammabschnitts 30 und auf einer Fläche 32a der unteren Verkleidungsschicht 32 ausgebildet, so dass eine Fläche 30a auf einer gegenüberliegenden Seite des Kammabschnitts 30 von dem Halbleitersubstrat 2 freigelegt ist. Die Seitenflächen 30b des Kammabschnitts 30 sind beide in der X-Achsenrichtung einander zugewandte Seitenflächen des Kammabschnitts 30. Die Fläche 32a der unteren Verkleidungsschicht 32 ist eine Fläche eines Abschnitts auf einer gegenüberliegenden Seite der unteren Verkleidungsschicht 32 ausgehend von dem Halbleitersubstrat 2, wobei der Abschnitt nicht den Kammabschnitt 30 ausbildet. Die Isolierschicht 4 ist beispielsweise eine SiN-Folie oder eine SiO₂-Folie.
Die erste Elektrode 5 ist auf einer Fläche 3c auf einer von dem Halbleitersubstrat 2 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterschichtstoffs 3 ausgebildet. Die Fläche 3c des Halbleiterschichtstoffs 3 ist eine Fläche, die von der Fläche 30a des Kammabschnitts 30, den Seitenflächen 30b des Kammabschnitts 30 und der Fläche 32a der unteren Verkleidungsschicht 32 ausgebildet ist. Bei Betrachtung in der Z-Achsenrichtung befindet sich eine Außenkante der ersten Elektrode 5 innerhalb von den Außenkanten des Halbleitersubstrats 2 und des Halbleiterschichtstoffs 3. Die erste Elektrode 5 ist in Kontakt mit der Fläche 30a des Kammabschnitts 30 auf der Fläche 30a des Kammabschnitts 30 und ist in Kontakt mit der Isolierschicht 4 auf den Seitenflächen 30b des Kantenabschnitts 30 und auf der Fläche 32a der unteren Verkleidungsschicht 32. Dementsprechend ist die erste Elektrode 5 durch die Kontaktschicht elektrisch mit der oberen Verkleidungsschicht 33 verbunden.
Die erste Elektrode 5 hat eine Metallgrundlagenschicht 51 und eine Metallbeschichtungsschicht 52. Die Metallgrundlagenschicht 51 ist ausgebildet, um sich entlang der Fläche 3c des Halbleiterschichtstoff 3 zu erstrecken. Die Metallgrundlagenschicht 51 ist beispielsweise eine Ti/Au Schicht. Die Metallbeschichtungsschicht 52 ist so auf der Metallgrundlagenschicht 51 ausgebildet, dass der Kammabschnitt 30 in die Metallbeschichtungsschicht 52 eingebunden ist. Die Metallbeschichtungsschicht 52 ist beispielsweise eine Au-Beschichtungsschicht. Eine Fläche 52a auf einer gegenüberliegenden Seite der Metallbeschichtungsschicht 52 ausgehend von dem Halbleitersubstrat 2 ist eine ebene Fläche lotrecht zu der Z-Achsenrichtung. In einem Beispiel ist die Fläche 52a der Metallbeschichtungsschicht 52 eine polierte Fläche, die durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet ist, und Polierflecken sind auf der Fläche 52a der Metallbeschichtungsschicht 52 ausgebildet. Im Übrigen bedeutet der Fakt, dass der Kammabschnitt 30 in die Metallbeschichtungsschicht 52 eingebunden ist, dass der Kammabschnitt 30 mit der Metallbeschichtungsschicht 52 in einem Zustand bedeckt ist, in dem eine Dicke der Abschnitte der Metallbeschichtungsschicht 52 (Dicke der Abschnitte in der Z-Achsenrichtung) größer ist als die Dicke des Kammabschnitts 30 in der Z-Achsenrichtung, wobei sich die Abschnitte in der X-Achsenrichtung auf beiden Seiten des Kammabschnitts 30 befinden.
Die zweite Elektrode 6 ist auf einer Fläche 2b auf einer von dem Halbleiterschichtstoff 3 gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet. Die zweite Elektrode 6 ist beispielsweise eine AuGe/Au-Folie, eine AuGe/Ni/Au-Folie oder eine Au-Folie. Die zweite Elektrode 6 ist durch das Halbleitersubstrat 2elektrisch mit der unteren Verkleidungsschicht 32 verbunden.
Wenn in dem Quantenkaskadenlaserelement 1, das wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, eine Vorspannung an die aktive Schicht 31 durch die erste Elektrode 5 und durch die zweite Elektrode 6 angelegt wird, wird Licht von der aktiven Schicht 31 emittiert und Licht mit einer vorbestimmten Zentralwellenlänge des Lichts wird in der verteilten Rückkopplungsstruktur oszilliert. Dementsprechend wird das Laserlicht mit der vorbestimmten Zentralwellenlänge von jeder der ersten Stirnfläche 3a und der zweiten Stirnfläche 3b emittiert. Wenn im Übrigen eine Niedrigreflexionsfolie auf einer Stirnfläche der ersten Stirnfläche 3a und der zweiten Stirnfläche 3b ausgebildet ist, wird das Laserlicht mit der vorbestimmten Zentralwellenlänge auch von der anderen Stirnfläche der ersten Stirnfläche 3a und der zweiten Stirnfläche 3b emittiert, aber das Laserlicht mit der vorbestimmten Zentralwellenlänge wird mit einer hohen Ausgabe / Leistung von der einen Stirnfläche, auf der die Niedrigreflexionsfolie ausgebildet ist, emittiert. Außerdem kann eine Hochreflexionsfolie auf einer Stirnfläche der ersten Stirnfläche 3a und der zweiten Stirnfläche ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Laserlicht mit der vorbestimmten Zentralwellenlänge von der anderen Stirnfläche der ersten Stirnfläche 3a und der zweiten Stirnfläche 3b emittiert.
[Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements]
Ein Verfahren zur Fertigung des zuvor beschriebenen Quantenkaskadenlaserelements 1 wird in Bezug auf 3 bis 8 beschrieben. Im Übrigen zeigen 3 bis 8 nur zwei angrenzende Abschnitte einer Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder das Quantenkaskadenlaserelement 1 wird.
Zuerst wird, wie in 3(a) gezeigt, ein Halbleiterwafer 200 mit einer ersten Hauptoberfläche 200a und einer zweiten Hauptoberfläche 200b vorbereitet und eine Halbleiterschicht 300 wird auf der ersten Hauptoberfläche 200a des Halbleiterwafer 200 ausgebildet (erster Schritt). Der Halbleiterwafer 200 hat eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder das Halbleitersubstrat 2 wird. Der Halbleiterwafer 200 ist beispielsweise ein S-dotierter InP Einzelkristall (100) Wafer. Die Halbleiterschicht 300 hat eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff 3 wird. Die Halbleiterschicht 300 ist beispielsweise durch epitaxisches Wachsen jeder Schicht (und zwar einer Schicht, die jede aus der unteren Verkleidungsschicht 32, der unteren Führungsschicht, der aktiven Schicht 31, der oberen Führungsschicht, der oberen Verkleidungsschicht 33 und der Kontaktschicht wird), unter Verwendung von MO-CVD, ausgebildet.
Nach dem ersten Schritt wird, wie in 3(b) gezeigt, ein Teil der Halbleiterschicht 300 durch Ätzen entfernt, so dass ein Abschnitt der Halbleiterschicht 300, welcher der Halbleiterschichtstoff 3 wird, den Kammabschnitt 30 hat (zweiter Schritt). Dementsprechend ist eine Vielzahl der Kammabschnitte 30 auf der Halbleiterschicht 300 ausgebildet. Ein Beispiel für das Ätzen zum Entfernen eines Teils der Halbleiterschicht 300 ist Trockenätzen.
Nach dem zweiten Schritt wird, wie in 4(a) gezeigt, eine Isolierschicht 400 auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht 300 ausgehend von der zweiten Hauptoberfläche 200b ausgebildet, so dass die Fläche 30a von jedem der Kammabschnitte 30 freigelegt ist (dritter Schritt). Die Isolierschicht 400 hat eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder die Isolierfolie 4 wird. Wenn im Übrigen eine Fläche des Halbleiterwafers 200 teilweise zu einer Seite der Halbleiterschicht 300 in dem zweiten Schritt freigelegt wird, wird die Isolierschicht 400 auf dem Halbleiterwafer 200 und auf der Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht 300 ausgehend von der zweiten Hauptoberfläche 200b ausgebildet.
Nach dem dritten Schritt ist, wie in 4(b) gezeigt, eine Metallgrundlagenschicht 510 ausgebildet, um die Fläche 30a von jedem der Kammabschnitte 30 zu bedecken und um die Isolierschicht 400 zu bedecken (vierter Schritt). Die Metallgrundlagenschicht 510 hat eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder die Metallgrundlagenschicht 51 wird. Die Metallgrundlagenschicht 510 wird beispielsweise durch Ti-Bespritzen und Au-Bespritzen in dieser Reihenfolge ausgebildet.
Anschließend ist, wie in 5(a) gezeigt, ein Maskenelement M auf der Halbleiterschicht 300 entlang einer Linie L ausgebildet (vierter Schritt). Die Linie L ist eine Linie, die eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jede das Quantenkaskadenlaserelement 1 wird, voneinander abtrennt. Und zwar ist die Linie L eine geplante Teilungslinie des Halbleiterwafers 200 und der Halbleiterschicht 300. Das Maskenelement M ist auf der Halbleiterschicht 300 beispielsweise durch Aufbringen von Abdeckmittel ausgebildet, wobei die Metallgrundlagenschicht 510 dazwischen angeordnet ist. Eine Breite des Maskenelements M, die sich entlang der Linie L streckt, ist beispielsweise etwa 100 µm.
Anschließend sind, wie in 5(b) gezeigt, eine Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 auf der Metallgrundlagenschicht 510 durch eine Vielzahl an Öffnungen Ma ausgebildet, die das Maskenelement M aufweist, und der Kammabschnitt 30 ist in jede der Metallbeschichtungsschichten 520 eingebunden (vierter Schritt). Jede der Metallbeschichtungsschichten 520 ist ein Abschnitt, der zur Metallbeschichtungsschicht 52 wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 durch Beschichten mit Au ausgebildet. Zu dieser Zeit hat ein Abschnitt von jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 eine hervorstehende Form; der Abschnitt entspricht dem eingebundenen Kammabschnitt 30.
Wie zuvor beschrieben, sind in dem vierten Schritt die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 an den Abschnitten, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff 3 wird, ausgebildet und der Kammabschnitt 30 ist in jede der Metallbeschichtungsschichten 520 eingebunden. Im Übrigen ist sowohl in 5 (a) als auch in 5 (b) eine rechte Zeichnung eine Schnittdarstellung, die entlang Linie r-r in einer linken Zeichnung genommen ist (dasselbe gilt für die später beschriebenen 6(a) und 6(b)), gezeigt.
Nach dem vierten Schritt wird, wie in 6(a) gezeigt, eine Fläche 520a auf einer gegenüberliegenden Seite von jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 ausgehend von dem Halbleiterwafer 200 durch Polieren in einem Zustand geglättet, in dem das Maskenelement M in einem Bereich zwischen jedem Paar der Metallbeschichtungsschichten 520 (Bereich zwischen den aneinander angrenzenden Metallbeschichtungsschichten 520) angeordnet wird (fünfter Schritt). In der vorliegenden Ausführungsform sind die Flächen 520a der Metallbeschichtungsschichten 520 zusammen durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet, während das Maskenelement M als ein Schutzelement verwendet wird. Anschließend wird, wie in 6(b) gezeigt, das Maskenelement M entfernt und, wie in 7(a) gezeigt, wird ein Abschnitt der Metallgrundlagenschicht 510 entlang der Linie L durch Ätzen entfernt (fünfter Schritt).
Nach dem fünften Schritt ist, wie in 7(b) gezeigt, der Halbleiterwafer 200 durch Polieren der zweiten Hauptoberfläche 200b des Halbleiterwafers 200 verdünnt / dünner gemacht. Anschließend wird, wie in 8(a) gezeigt, eine Elektrodenschicht 600 auf der zweiten Hauptoberfläche 200b des Halbleiterwafers 200 ausgebildet (sechster Schritt). Die Elektrodenschicht 600 hat eine Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder die zweite Elektrode 6 wird. Die Elektrodenschicht 600 wird beispielsweise einer Legierungswärmebehandlung in einem Zustand ausgesetzt, in dem die Elektrodenschicht 600 auf der zweiten Hauptoberfläche 200b des Halbleiterwafers 200 ausgebildet wird. Im Übrigen ist der sechste Schritt nicht beschränkt darauf, nach dem fünften Schritt ausgeführt zu werden, und kann zu einem anderen Zeitpunkt ausgeführt werden. Wenn allerdings der Halbleiterwafer 200 in dem sechsten Schritt verdünnt wird, ist es notwendig, den verdünnten Halbleiterwafer 200 zu einem Stützsubstrat, unter Verwendung von Wachs anzuheften, aber da eine wärmefeste Temperatur von üblichem Wachs niedriger als eine Ausbildungstemperatur der Isolierschicht 400 in dem dritten Schritt ist, ist es wünschenswert, dass der sechste Schritt nach dem dritten Schritt ausgeführt wird. In einem Beispiel kann der sechste Schritt zwischen dem dritten Schritt und dem vierten Schritt ausgeführt werden oder er kann zwischen dem vierten Schritt und dem fünften Schritt ausgeführt werden.
Nach dem fünften Schritt und dem sechsten Schritt, wie in 8(b) gezeigt, werden der Halbleiterwafer 200 und die Halbleiterschicht 300 entlang der Linie L in einem Zustand aufgeteilt / gespalten, in dem das Maskenelement M entfernt wird (und zwar in einem Zustand eines Bereichs zum Spalten des Halbleiterwafers 200 und die Halbleiterschicht 300 (Straßenbereich) wird freigelegt) (siebter Schritt). Eine Breite des Straßenbereichs ist beispielsweise etwa 100 µm. Dementsprechend wird eine Vielzahl von Quantenkaskadenlaserelementen 1 erzielt.
[Konfiguration der Quantenkaskadenlaservorrichtung]
Eine Quantenkaskadenlaservorrichtung 10A, die das zuvor beschriebene Quantenkaskadenlaserelement 1 hat, wird in Bezug auf 9 beschrieben. Wie in 9 gezeigt, hat die Quantenkaskadenlaservorrichtung 10A das Quantenkaskadenlaserelement 1, einen Stützabschnitt 11, ein Verbindungselement 12 und eine CW-Antriebseinheit (Antriebseinheit) 13.
Der Stützabschnitt 11 hat einen Körperabschnitt 111 und ein Elektrodenkissen 112. Der Stützabschnitt 11 ist beispielsweise ein Untergestell, in dem der Körperabschnitt 111 aus AIN hergestellt ist. Der Stützabschnitt 11 stützt das Quantenkaskadenlaserelement 1 in einem Zustand, in dem sich der Halbleiterschichtstoff 3 auf einer Seite des Stützabschnitts 11 in Bezug auf das Halbleitersubstrat 2 (ein epi-Seite-unten-Zustand) befindet.
Das Verbindungselement 12 verbindet das Elektrodenkissen 112 des Stützabschnitts 11 und die erste Elektrode 5 des Quantenkaskadenlaserelements 1 in dem epi-Seite-unten-Zustand. Das Verbindungselement 12 ist beispielsweise ein Lötmittelelement, wie zum Beispiel ein AuSn Element. Eine Dicke eines Abschnitts des Verbindungselements 12, das zwischen dem Elektrodenkissen 112 und der ersten Elektrode 5 angeordnet ist, beträgt beispielsweise etwa einige µm.
Die CW-Antriebseinheit 13 treibt das Quantenkaskadenlaserelement 1 an, so dass das Quantenkaskadenlaserelement 1 durchgängig Laserlicht oszilliert. Die CW-Antriebseinheit 13 ist sowohl mit dem Elektrodenkissen 112 des Stützabschnitts 11 als auch der zweiten Elektrode 6 des Quantenkaskadenlaserelements 1 elektrisch verbunden. Um die CW-Antriebseinheit 13 sowohl mit dem Elektrodenkissen 112 als auch mit der zweiten Elektrode 6 elektrisch zu verbinden, wird Drahtbonden sowohl für das Elektrodenkissen 112 als auch für die zweite Elektrode 6 verwendet.
Eine Quantenkaskadenlaservorrichtung 10B, die das zuvor beschriebene Quantenkaskadenlaserelement 1 aufweist, wird in Bezug auf 10 beschrieben. Wie in 10 gezeigt, hat die Quantenkaskadenlaservorrichtung 10B das Quantenkaskadenlaserelement 1, den Stützabschnitt 11, das Verbindungselement 12 und eine Impulsantriebseinheit (Antriebseinheit) 14.
Der Stützabschnitt 11 hat den Körperabschnitt 111 und das Elektrodenkissen 112. Der Stützabschnitt 11 ist beispielsweise ein Untergestell, in dem der Körperabschnitt 111 aus AIN hergestellt wird. Der Stützabschnitt 11 stützt das Quantenkaskadenlaserelement 1 in einem Zustand, in dem sich das Halbleitersubstrat 2 auf der Seite des Stützabschnitts 11 in Bezug auf den Halbleiterschichtstoff 3 befindet (ein epi-Seite-oben-Zustand).
Das Verbindungselement 12 verbindet das Elektrodenkissen 112 des Stützabschnitts 11 und die zweite Elektrode 6 des Quantenkaskadenlaserelements 1 in dem epi-Seite-oben-Zustand. Das Verbindungselement 12 ist beispielsweise ein Lötmittelelement, wie zum Beispiel ein AuSn Element. Eine Dicke eines Abschnitts des Verbindungselements 12, das zwischen dem Elektrodenkissen 112 und der zweiten Elektrode 6 angeordnet ist, beträgt beispielsweise etwa einige µm.
Die Impulsantriebseinheit 14 treibt das Quantenkaskadenlaserelement 1 an, so dass das Quantenkaskadenlaserelement 1 Laserlicht auf eine gepulste Art und Weise oszilliert. Eine Impulsbreite des Laserlichts ist beispielsweise 50 bis 500 ns und eine Wiederholfrequenz des Laserlichts ist beispielsweise 1 bis 500 kHz. Die Impulsantriebseinheit 14 sowohl mit dem Elektrodenkissen 112 des Stützabschnitts 11 als auch mit der ersten Elektrode 5 des Quantenkaskadenlaserelementes 1 elektrisch verbunden. Um die Impulsantriebseinheit 14 mit sowohl dem Elektrodenkissen 112 als auch der ersten Elektroden 5 elektrisch zu verbinden, wird Drahtbonden sowohl für das Elektrodenkissen 112 als auch für die erste Elektrode 5 ausgeführt
In den Quantenkaskadenlaservorrichtungen 10A und 10B, die wie zuvor beschrieben konfiguriert sind, ist ein Kühlkörper (nicht dargestellt) auf der Seite des Stützabschnitts 11 bereitgestellt. Aus diesem Grund ist in einer Konfiguration, bei der das Quantenkaskadenlaserelement 1 auf dem Stützabschnitt 11 in dem epi-Seite-unten-Zustand (die epi-Seite-unten-Konfiguration ist in 9 gezeigt) befestigt ist, eine Wärmeableitung des Halbleiterschichtstoffs 3 im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der das Quantenkaskadenlaserelement 1 auf dem Stützabschnitt 11 in dem epi-Seite-oben-Zustand (die epi-Seite-oben-Konfiguration ist in 10 gezeigt) befestigt ist, einfach sichergestellt. Wenn daher das Quantenkaskadenlaserelement 1 dazu angetrieben wird, durchgängig Laserlicht zu oszillieren, ist die epi-Seite-unten-Konfiguration effektiv. Besonders, wenn der Halbleiterschichtstoff 3 konfiguriert ist, Laserlicht mit einer relativ kurzen Zentralwellenlänge (beispielsweise einer Zentralwellenlänge von jedem Wert zwischen 4 und 6 µm in einem Bereich von 4 bis 11 µm) in dem Mittelinfrarotbereich zu oszillieren, und das Quantenkaskadenlaserelement 1 angetrieben wird, durchgängig das Laserlicht zu oszillieren, ist die epi-Seite-unten-Konfiguration effektiv. Allerdings ist, abhängig von Bedingungen oder dergleichen, das Quantenkaskadenlaserelement 1 bei der epi-Seite unten-Konfiguration nicht darauf beschränkt, durchgängig Laserlicht zu oszillieren, und das Quantenkaskadenlaserelement 1 ist bei der epi-Seite-oben-Konfiguration nicht darauf beschränkt, Laserlicht auf eine gepulste Art und Weise zu oszillieren.
Im Übrigen ist bei der epi-Seite-unten-Konfiguration, die in 9 gezeigt ist, ein Stützzustand des Quantenkaskadenlaserelements 1 auf dem Stützabschnitt 11 stabil, da die Fläche 52a der Metallbeschichtungsschicht 52 der ersten Elektrode 5 geglättet ist. Da andererseits bei der epi-Seite-oben Konfiguration, die in 10 gezeigt ist, die Fläche 52a der Metallbeschichtungsschicht 52 der ersten Elektrode 5 geglättet ist, wenn Drahtbonden für die erste Elektrode 5 ausgeführt wird, ist der Freiheitsgrad für die Position des Drahtbondens beschränkt. Wie zuvor beschrieben, gibt es bei dem Quantenkaskadenlaserelement 1 eine Konfiguration, bei der die Fläche 52a der Metallbeschichtungsschicht 52 der ersten Elektrode 5 extrem effektiv ist, und zwar unabhängig davon, ob die epi-Seite-unten-Konfiguration angenommen ist oder die epi-Seite-oben-Konfiguration angenommen ist.
[Vorgänge und Effekte]
Nachdem bei dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 der Kammabschnitt 30 in jede der Metallbeschichtungsschichten 520 eingebunden wurde, wird die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren in einem Zustand geglättet, in dem das Maskenelement M in dem Bereich zwischen jedem Paar Metallbeschichtungsschichten 520 angeordnet ist. Dementsprechend kann eine Fläche der ersten Elektrode 5, in die der Kammabschnitt 30 eingebunden ist, effizient geglättet werden. Wenn zudem die Flächen 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren geglättet ist, ist der Bereich zum Spalten des Halbleiterwafers 200 und der Halbleiterschicht 300 durch das Maskenelement M geschützt. Da dementsprechend verhindert werden kann, dass ein Kratzer oder dergleichen in dem Bereich auftritt, können der Halbleiterwafer 200 und die Halbleiterschicht 300 exakt aufgeteilt / gespalten werden. Wie zuvor beschrieben, kann gemäß dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 das Quantenkaskadenlaserelement 1, in dem die Fläche der ersten Elektrode 5, in die der Kammabschnitt 30 eingebunden ist, geglättet ist, effizient bei einer hohen Ertragsquote gefertigt werden.
Im Übrigen besteht normalerweise eine Sorge darüber, dass eine Last auf die aktive Schicht 31 ausgeübt wird, und das Glätten einer Fläche der Elektrodenschicht, die durch Polieren auf dem Kammabschnitt 30 ausgebildet ist, soll vermieden werden. Nachdem bei dem Verfahren zur Fertigung des zuvor beschriebenen Quantenkaskadenlaserelements 1 der Kammabschnitt 30 in jede Metallbeschichtungsschicht 520 eingebunden wurde, wird die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren in einem Zustand geglättet, in dem das Maskenelement M in dem Bereich zwischen jedem Paar Metallbeschichtungsschichten 520 angeordnet ist, so dass die auf die aktive Schicht 31 ausgeübte Last reduziert wird.
In dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 ist das Maskenelement M auf der Halbleiterschicht 300 entlang der Linie L ausgebildet und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 wird durch die Vielzahl an Öffnungen Ma in dem Maskenelement M ausgebildet. Dementsprechend kann die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 effizient in den Bereichen ausgebildet werden, wobei der Bereich zum Spalten des Halbleiterwafers 200 und der Halbleiterschicht 300 ausgenommen ist.
In dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 wird das Maskenelement M als eine Maske benutzt, wenn die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520, die als ein Schutzelement benutzt werden, ausgebildet werden, wenn die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren geglättet wird. Dementsprechend kann die Ausbildung der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 und das Polieren der Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 effizienter ausgeführt werden.
In dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 ist die Metallgrundlagenschicht 510 dazu ausgebildet, die Fläche 30a von jedem Kammabschnitt 30 zu bedecken und die Isolierschicht 400 zu bedecken, und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 ist auf der Metallgrundlagenschicht 510 ausgebildet. Dementsprechend kann die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 zuverlässiger ausgebildet werden.
Nachdem bei dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren geglättet wurde, wird das Maskenelement M entfernt und der Abschnitt der Metallgrundlagenschicht 510 wird entlang der Linie L durch Ätzen entfernt. Dementsprechend können der Halbleiterwafer 200 und die Halbleiterschicht 300 genauer aufgeteilt werden.
In dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 wird die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 durch Beschichten mit Au ausgebildet und die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 wird durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet. Dementsprechend kann die erste Elektrode 5, für welche die Benetzbarkeit des Verbindungselements 12, wie zum Beispiel ein Lötmittelelement, sichergestellt ist, erhalten werden.
Wenn im Übrigen die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 durch Beschichten mit Cu ausgebildet wird, ist ein Verfahren zur Glättung der Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch chemisch-mechanisches Polieren anzuwenden. Allerdings ist es zur Sicherung der Benetzbarkeit des Verbindungselements 12, welches zum Beispiel ein Lötmittelelement ist, notwendig, eine Au-Schicht auf der Fläche 520a jeder Metallbeschichtungsschicht 520 auszubilden, so dass der Schritt zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 kompliziert ist. Wenn andererseits die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten 520 durch Beschichten mit Au ausgebildet wird, ist es notwendig, Bedingungen fürs Glätten der Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch chemisch-mechanisches Polieren einzustellen, aber wenn die Bedingungen eingestellt sind, ist der Schritt zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelementes 1 vereinfacht.
[Modifikationsbeispiele]
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann eine bekannte Quantenkaskadenstruktur für die aktive Schicht 31 verwendet werden. Außerdem kann eine bekannte Stapelstruktur für den Halbleiterschichtstoff 3 verwendet werden. In einem Beispiel darf die obere Führungsschicht in dem Halbleiterschichtstoff 3 keine Beugungsgitterstruktur haben, die als eine verteilte Rückkopplungsstruktur fungiert.
Außerdem kann die Isolierfolie 4 so ausgebildet werden, dass zumindest ein Teil der Fläche 30a des Kammabschnitts 30 freigelegt ist. Und zwar kann in dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 die Isolierschicht 400 so ausgebildet werden, dass zumindest ein Teil der Fläche 30a des Kammabschnitts 30 freigelegt ist. Wenn allerdings in dem Quantenkaskadenlaserelement 1 die Isolierfolie 4 so ausgebildet ist, dass die Gesamtheit der Fläche 30a des Kammabschnitts 30 freigelegt ist, ist ein Kontaktbereich zwischen der ersten Elektrode 5 und dem Kammabschnitt 30 erhöht, so dass ein breiter Stromeinspeiseabschnitt in dem Kammabschnitt 30 sichergestellt werden kann und eine hocheffiziente Lichtausgabeeigenschaft erzielt werden kann.
Außerdem kann bei Betrachtung in Z-Achsenrichtung eine Außenkante der Metallgrundlagenschicht 51 der ersten Elektrode 5 mit den Außenkanten des Halbleitersubstrats 2 und des Halbleiterschichtstoffs 3 übereinstimmen. Das heißt, in dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 kann der Abschnitt der Metallgrundlagenschicht 510 durch Ätzen entlang der Linie L entfernt werden. Selbst in diesem Fall können der Halbleiterwafer 200 und die Halbleiterschicht 300 exakt aufgeteilt werden. Wenn im Übrigen die Außenkante der Metallgrundlagenschicht 51 der ersten Elektrode 5 bei Betrachtung in der Z-Achsenrichtung mit der ersten Stirnfläche 3a und/oder der zweiten Stirnfläche 3b übereinstimmt, kann eine Wärmeableitung auf der ersten Stirnfläche 3a und auf der zweiten Stirnfläche 3b sichergestellt werden.
Wenn in dem Verfahren zur Fertigung des Quantenkaskadenlaserelements 1 die Fläche 520a jeder der Metallbeschichtungsschichten 520 durch Polieren geglättet ist, kann ein Schutzelement separat von dem Maskenelement M in dem Bereich zwischen jedem Paar Metallbeschichtungsschichten 520 angeordnet werden.
Verschiedene Materialien und Formen können bei jeder Konfiguration in der zuvor beschriebenen Ausführungsform verwendet werden, ohne auf die zuvor beschriebenen Materialien und Formen beschränkt zu sein. Außerdem kann jede Konfiguration einer zuvor beschriebenen Ausführungsform oder gemäß den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen beliebig auf jede Konfiguration in einer anderen Ausführungsform oder in einem anderen Modifikationsbeispiel angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Quantenkaskadenlaserelement,
2: Halbleitersubstrat,
2b: Fläche,
3: Halbleiterschichtstoff,
3c: Fläche,
5: erste Elektrode,
6: zweite Elektrode,
30: Kammabschnitt,
30a: Fläche,
31: aktive Schicht,
51: Metallgrundlagenschicht,
52: Metallbeschichtungsschicht,
200: Halbleiterwafer,
200a: erste Hauptoberfläche,
200b: zweite Hauptoberfläche,
300: Halbleiterschicht,
400: Isolierschicht,
510: Metallgrundlagenschicht,
520: Metallbeschichtungsschicht,
520a: Fläche,
600: Elektrodenschicht,
L: Linie,
M: Maskenelement,
Ma: Öffnung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018083896 A [0002]

Claims

Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements, das ein Halbleitersubstrat, einen Halbleiterschichtstoff, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, um eine aktive Schicht mit einer Quantenkaskadenstruktur aufzuweisen, eine erste Elektrode, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterschichtstoffs ausgehend von dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode aufweist, die auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats ausgehend von dem Halbleiterschichtstoff ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen ersten Schritt zur Vorbereitung eines Halbleiterwafers, der eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder das Halbleitersubstrat wird, und der eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, und zum Ausbilden einer Halbleiterschicht, die eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff auf der ersten Hauptoberfläche wird, einen zweiten Schritt, der nach dem ersten Schritt stattfindet, zum Entfernen eines Teils der Halbleiterschicht durch Ätzen, so dass jeder der Vielzahl an Abschnitten, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff wird, einen Kammabschnitt aufweist, einen dritten Schritt, der nach dem zweiten Schritt stattfindet, zum Ausbilden einer Isolierschicht auf dem Halbleiterwafer und auf einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht ausgehend von der zweiten Hauptoberfläche, so dass zumindest ein Teil einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite des Kammabschnitts ausgehend von dem Halbleiterwafer freigelegt ist, einen vierten Schritt, der nach dem dritten Schritt stattfindet, zum Ausbilden einer Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten, von denen jede die erste Elektrode auf der Vielzahl an Abschnitten wird, von denen jeder der Halbleiterschichtstoff wird, und zum Einbinden des Kammabschnitts in jede aus der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten, einen fünften Schritt, der nach dem vierten Schritt stattfindet, zum Glätten einer Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten ausgehend von dem Halbleiterwafer durch Polieren in einem Zustand, in dem ein Schutzelement in einem Bereich zwischen jedem Paar aus der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten angeordnet ist, einen sechsten Schritt zum Ausbilden einer Elektrodenschicht, die eine Vielzahl an Abschnitten aufweist, von denen jeder die zweite Elektrode auf der zweiten Hauptoberfläche wird, und einen siebten Schritt, der nach dem fünften Schritt und dem sechsten Schritt stattfindet, zum Spalten des Halbleiterwafers und der Halbleiterschicht entlang einer Linie, die eine Vielzahl von Abschnitten voneinander trennt, von denen jeder das Quantenkaskadenlaserelement, in einem Zustand wird, in dem das Schutzelement entfernt ist.
Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements gemäß Anspruch 1, wobei in dem vierten Schritt ein Maskenelement auf der Halbleiterschicht entlang der Linie ausgebildet wird, und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch eine Vielzahl an Öffnungen, die in dem Maskenelement enthalten sind, ausgebildet wird.
Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements gemäß Anspruch 2, wobei in dem fünften Schritt das Maskenelement als das Schutzelement verwendet wird.
Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem vierten Schritt eine Metallgrundlagenschicht, von denen jede die erste Elektrode wird, ausgebildet wird, um zumindest den Teil der Fläche des Kammabschnitts zu bedecken und um die Isolierschicht zu bedecken, und die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten auf der Metallgrundlagenschicht ausgebildet werden.
Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements gemäß Anspruch 4, wobei in dem fünften Schritt, nachdem die Fläche von jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch das Polieren geglättet wurde, das Schutzelement entfernt wird und ein Abschnitt der Metallgrundlagenschicht entlang der Linie durch Ätzen entfernt wird.
Verfahren zur Fertigung eines Quantenkaskadenlaserelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem vierten Schritt die Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch Beschichten mit Au ausgebildet werden, und in dem fünften Schritt die Fläche jeder der Vielzahl an Metallbeschichtungsschichten durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet ist.