DE3731312C2 - Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden - Google Patents
Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten LaserdiodenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vereinzeln von monoli
thisch hergestellten Laserdioden durch Grabenätzung, bei dem
die Spiegelflächen der Laserdioden unter Verwendung einer Mas
kierung in der gewünschten Struktur aus einer Halbleitersub
stratscheibe herausgeätzt werden, die durch einen Epitaxiepro
zeß mit einer für den Laserbetrieb geeigneten Schichtenfolge
versehen worden ist.
Zur effizienten Herstellung von Halbleiterbauelementen gehört
die Fertigstellung einer großen Anzahl von Chips auf einer Halb
leitersubstratscheibe (Wafer). Im Falle der Laserdioden-Licht
wellenleiter(LWL)-Bauelemente bedeutet das, daß sämtliche Tech
nologieschritte auf dem Wafer vorgenommen werden sollten, ein
schließlich der komplexen Prozedur zur Herstellung der Laser
spiegel. Seit einiger Zeit können die Laserspiegel nun tatsäch
lich auch auf dem Wafer hergestellt werden. Dies geschieht
durch sogenannte physikalische oder physikalisch-chemische
Trockenätzprozesse. Diese Herstellungsweise ist unter dem Ober
begriff "monolithische Lasertechnologie" bekannt.
Zur Herstellung der Laserspiegel wird die zu schützende Halb
leiteroberfläche mit einem Fotolack der gewünschten geometri
schen Struktur bedeckt. Durch den Trockenätzprozeß erhält man
dann die gewünschte Spiegelstruktur auf dem Wafer. Mit dem
Trockenätzprozeß ätzt man einen Graben der Breite d und der
Tiefe h in den Halbleiter (Fig.). Die Grabenwände stellen zum
Teil die Laserspiegel dar. Die Spiegelhöhe muß der Mindestan
forderung genügen, daß das Licht ungehindert aus der Laserdiode
austreten kann. Die Grabenbreite d zwischen den Spiegeln benach
barter Dioden kann variieren.
In diesem Stadium des Herstellungsprozesses liegen beispielswei
se die fertigen p-Kontakte der Halbleiterlaserdioden auf dem
Wafer vor. Im Prozeß fehlt noch der Schritt zur Vereinzelung zu
Laserdioden und die relativ einfache Herstellung der in diesem
Falle n-Kontakte für die Dioden.
Dabei treten die folgenden Probleme bei der Vereinzelung zu La
serchips auf, wenn man die herkömmlichen Vereinzelungsmethoden
benutzt:
Versucht man die Vereinzelung vorzunehmen, indem man den Wafer mit einem Diamanten z. B. von der p-Seite her ritzt, so erzeugt man Beschädigungen (Damage) auf den Laserdiodenspiegeln, wenn der Abstand d klein ist (d ≈ 10 µm).
Versucht man die Vereinzelung vorzunehmen, indem man den Wafer mit einem Diamanten z. B. von der p-Seite her ritzt, so erzeugt man Beschädigungen (Damage) auf den Laserdiodenspiegeln, wenn der Abstand d klein ist (d ≈ 10 µm).
Ritzt man den Wafer von der Rückseite bei kleinem d, so hat man
infolge von Justierungenauigkeiten und Bruchversetzungen eine
schlechte Ausbeute, da die fertigen Laserspiegel von den Laser
dioden abgetrennt werden.
Die gleichen Probleme treten auf, wenn man den Wafer nur an
ritzt und dann spaltet. Die Ausbeute wäre in beiden Fällen be
scheiden. Der aus der Laserdiode austretende Lichtkegel, der
eine Strahlaufweitung von ca. 60° hat, wäre für diese Fälle
kaum durch eine überstehende Bruchkante gestört.
Die andere übliche Möglichkeit besteht darin, daß man den
Spiegelgraben sehr weit (d < 50 µm) macht, so daß das Ritzen und
Brechen sowohl von der p- als auch von der n-Seite her vollkom
men unproblematisch ist. Allerdings wäre dann der aus der Laser
diode austretende Lichtkegel so nachhaltig durch Reflexionen an
der Bruchkante gestört, daß die Laserdiode letztendlich für
eine Verwendung als LWL-Bauelement nicht in Frage käme, da das
Licht nicht in definierter Weise in eine Glasfaser eingekoppelt
werden könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Ver
fahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden
durch Grabenätzung aufzuzeigen, bei dem die geschilderten Nach
teile nicht auftreten, das insbesondere durch Vermeiden von
fern feldverzerrenden Bruchkanten eine fernfeldsichernde Graben
ätzung ermöglicht, und das zugleich mit geringem Arbeitsaufwand
und großer Ausbeute verbunden ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nach einer zusätzli
chen Maskierung der zu schützenden Halbleiterteile naßchemisch
oder auch trockenätztechnisch Gräben in die Spiegelzwischen
räume geätzt. Für diesen Zweck werden materialspezifische Ätz
mittel, wie vorzugsweise eine 3 : 1 : 1-Ätze (3H₂SO₄ : 1H₂O₂ : 1H₂O)
als Naßätzmittel oder ein Chlorplasma als Trockenätzmittel
eingesetzt.
Der fertige Graben sorgt beim Brechen je nach Waferdicke bzw.
Trenngrabentiefe entweder direkt, oder im Zusammenhang mit
einem Zusatzschritt, wie z. B. einem Anritzschritt, einem Gra
benätzprozeß oder einem Sägeschritt, für eine saubere Bruch
führung. Wichtig und von besonderem Vorteil bei dieser Verein
zelungstechnologie ist, daß eine fernfeldverzerrende Bruchkante
weg fällt. Soll der Vereinzelungsgraben ohne einen Zusatzschritt
zur korrekten Vereinzelung führen, so sollte die Waferdicke D
kleiner oder gleich der zweifachen Spiegelgrabenbreite d sein.
Zum Beispiel: D = 80 µm, d 40 µm. Die Tiefe t des Vereinzelungs
grabens ist nicht so kritisch, sie sollte zweckmäßig mindestens
ein Viertel der Waferdicke D betragen, was unschwer zu errei
chen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine Technologie vor,
die zugleich mit geringem Arbeitsaufwand und großer Ausbeute
verbunden ist.
Anhand eines in der Figur der Zeichnung dargestellten bevorzug
ten Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren
weiter erläutert.
Die Figur zeigt eine n-leitende Halbleitersubstratscheibe
(Wafer) 1 rein schematisch im Schnitt. Die sich oberhalb der
n-Seite anschließende p-Seite des Wafers 1 ist mit dem Buchsta
ben p angedeutet. Aus der Oberfläche des eine Dicke D aufwei
senden Wafers 1 sind in der eingangs geschilderten Weise durch
Grabenätzung die Spiegelflächen 2 der Laserdioden 6 unter Ver
wendung einer Maskierung in der gewünschten Struktur herausge
ätzt. Die durch einen Trockenätzprozeß herausgeätzten Gräben
bzw. Spiegelzwischenräume 3 weisen eine Breite d und eine Tie
fe h auf. Nach dem Herausätzen der Spiegelstruktur 2 aus der
Halbleitersubstratscheibe (Wafer) 1 werden die zu schützenden
Halbleiterteile wiederum mit einer Maskierung, z. B. einer Foto
lackschicht versehen. Danach werden naßchemisch oder trockenätz
technisch Gräben (Vereinzelungsgräben) 4 in die Spiegelzwischen
räume 2 zwischen die Laserdioden 6 mit einer Tiefe t geätzt. Die
Gräben 4 bilden vorzugsweise dann die Vereinzelungsgräben, wenn
die Dicke D des Wafers 1 gleich der zweifachen Breite d der Spie
gelgräben bzw. Spiegelzwischenräume 3 ist. Der fertige Graben 4
sorgt, wie schon erläutert, beim Brechen je nach Dicke D des
Wafers 1 bzw. Tiefe t des (Trenn-)Grabens 4 an den Bruchstellen
5 direkt, oder in Verbindung mit einem zusätzlichen Schritt,
z. B. durch Anritzen von der p- oder der n-Seite, einem Graben
ätzprozeß oder Sägen von der n-Seite her, für eine saubere
Bruchführung.
Claims (5)
1. Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laser
dioden durch Grabenätzung, bei dem die Spiegelflächen der Laser
dioden unter Verwendung einer Maskierung in der gewünschten
Struktur aus einer Halbleitersubstratscheibe herausgeätzt werden,
die durch einen Epitaxieprozeß mit einer für den Laserbetrieb
geeigneten Schichtenfolge versehen worden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Herausätzen der Spie
gelstruktur (2) aus der Halbleitersubstratscheibe (1) die zu
schützenden Halbleiterteile mit einer weiteren Maskierung ver
sehen werden, daß danach naßchemisch oder trockenätztechnisch
Gräben (4) in die Spiegelzwischenräume (3) zwischen die Laser
dioden (6) geätzt werden, und daß anschließend die Laserdioden
(6) durch Brechen direkt oder nach einem Zusatzschritt, wie An
ritzen, Grabenätzen oder Sägen, vereinzelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Naßätzmittel eine 3 : 1 : 1-Ätze der Zu
sammensetzung 3H₂SO₄ : 1H₂O₂ : 1H₂O verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Trockenätzmittel ein Chlorplasma
verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke D der Halbleiter
substratscheibe (1) kleiner oder gleich der zweifachen Spiegel
grabenbreite d ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tiefe t der Vereinzelungs
gräben (4) mindestens ein Viertel der Dicke D der Halbleitersub
stratscheibe (1) beträgt.
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