DE3837874A1 - Verfahren zur herstellung von gitterstrukturen mit um eine halbe gitterperiode gegeneinander versetzten abschnitten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gitterstrukturen mit um eine halbe gitterperiode gegeneinander versetzten abschnittenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von Gitterstrukturen, die mindestens zwei Bereiche
aufweisen, in denen das Gitter zwar die gleiche Periode hat,
die aber gegeneinander um eine halbe Gitterperiode versetzt
sind. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Gitterstruk
turen in Halbleiterbauelementen, wie z.B. Halbleiterlaser mit
verteilter Rückkopplung (DFB-Laser). DFB-Laser zeichnen sich
durch geringe Linienbreite, thermisch stabiles Betriebsverhal
ten und longitudinale Einmodigkeit auch bei hoher
Modulationsfrequenz aus. Sie eignen sich daher besonders als
Sender in optischen Nachrichtenübertragungsstrecken großer
Reichweite. Bei idealen DFB-Lasern, bei denen die Rückkopplung
ausschließlich durch die vom DFB-Gitter erzeugte periodische
Variation des Realteils des effektiven Brechungsindexes
bewirkt wird, besitzen jedoch zwei Moden, die symmetrisch zur
Bragg-Wellenlänge liegen, die gleiche Schwellenverstärkung.
Dadurch ist ein einmodiger Betrieb eigentlich unmöglich und in
der Praxis nur für eine begrenzte Anzahl von Lasern erreichbar,
bei denen die Symmetrie des Modenspektrums durch zufällig
auftretende Phasenverschiebungen gebrochen wird. Eine
wesentlich größere Ausbeute an dynamisch einmodigen Lasern wird
erreicht, wenn in die Beugungsgitter erster Ordnung dieser
Laser die Phasenverschiebung kontrolliert eingebaut wird, wobei
der geeignete Wert der Verschiebung ein Viertel der
Lichtwellenlänge in der Halbleiterstruktur ist.
Verschiedene Herstellungsmethoden des Phasensprungs um eine
Viertel-Wellenlänge im Gitter wurden bereits erprobt, z.B.
mittels Elektronenstrahllithographie (K. Sekartedjo et al.,
Electron. Letters 20 (1984), pp. 80 bis 81) oder mittels
holographischer Lithographie. Bei der holographischen Be
lichtung sind u.a. die Phasenverschiebung im Strahlengang
(S. Tsuji et al.: "Quarter Lamda Shifted DFB Lasers by Phase
Image Projection Method", 10th IEEE Intern. Semicon. Laser
Conf. ′86, 58.) als auch die Positiv-negativ-Fotolackmethode
(K. Utaka et al.: "λ/4-Shifted InGaAsP/InP DFB Lasers by Si
multaneous Holographic Exposure of Positiv and Negative Photo
resists", Electron. Lett. 20, 1008 (1984)) bekannt. Bei der
Herstellung des Phasensprunges um eine Viertel-Wellenlänge
mittels Positiv-negativ-Fotolacktechniken werden Negativ-Foto
lackstreifen ganzflächig mit einem positiven Lack überdeckt.
Durch alternatives Belichten der gegeneinander versetzt
auszubildenden Abschnitte des Gitters und unter Ausnutzung der
unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Lacke gegenüber dem
Licht wird der Sprung in dem Gitterabstand zur Ausbildung des
Phasensprunges erreicht. Die ersten Versuche mit dieser Methode
zeigten Probleme wegen des Durchmischens der einzelnen Lacke
untereinander. Dieses Mischen kann verhindert werden durch die
Einführung einer durchsichtigen Zwischenschicht aus SiN x ,
welche mittels Elektron-Zyklotron-Resonanz (ECR)-CVD
aufgebracht wurde (K. Utaka et al.: "λ/4-Shifted InGaAsP/InP
DFB Lasers", IEEE J. of Quantum Electronics, Vol. QE-22, 7,
1042 (1986)). Ein weiteres Problem dieser Positiv-negativ-Lack
methode ist jedoch die gleichzeitige holographische Belichtung
beider Lacke, da diese Lacke verschiedene Lichtsensitivitäten
aufweisen. Eine alternative Herstellungsmöglichkeit besteht in
dem versetzten Schreiben der Maske mit einem gesteuerten
Elektronenstrahl. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die lange
Bearbeitungszeit wegen der geringen möglichen
Schreibgeschwindigkeit. Die Einführung phasenschiebender
optischer Elemente in den Strahlengang beim holographischen
Belichten einer einfachen Fotolackschicht ermöglicht keine
genaue örtliche Festlegung des Phasensprungs auf dem
belichteten Wafer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung von Gitterstrukturen mit um eine halbe Gitter
periode gegeneinander versetzten Abschnitten auf der Ober
fläche von Bauelementen, insbesondere Halbleiterbauelementen
wie z.B. DFB-Lasern anzugeben; dieses Verfahren soll tech
nisch einfach durchzuführen sein und enge Herstellungs
toleranzen garantieren.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst.
Es folgt eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der Fig. 1 bis 6.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gitterherstellung mit
Phasensprung wird die an sich bekannte Methode der selektiven
Epitaxie auf einer teilweise maskierten Halbleiteroberfläche
genutzt. Ausgangspunkt des Verfahrens ist eine periodische
Gittermaske 1, die z.B. mittels holographischer Fotolithogra
phie auf der Gitterschicht 2, die für die Ausbildung des Git
ters vorgesehen ist, erzeugt wird. Diese Gittermaske 1 kann
z.B. aus Titan bestehen.
Fig. 1 zeigt die Gitterschicht 2 mit der darauf aufgebrachten
Gittermaske 1 im Querschnitt.
Mit Hilfe eines Epitaxieverfahrens (z.B. MOVPE, VPE, Massen
transport) wird auf die mit der Gittermaske 1 versehene
Oberfläche der Gitterschicht 2 eine Füllschicht 3 bevorzugt aus
Halbleitermaterial aufgebracht. Die Zusammensetzung dieser
Füllschicht 3 wird so gewählt, daß sich diese Füllschicht 3
relativ zur Gitterschicht 2 selektiv ätzen läßt. Aufgrund der
gegenüber der Gitterschicht 2 verschiedenen Materialeigenschaf
ten dieser Füllschicht 3 (Titan bzw. Halbleitermaterial) wächst
diese Füllschicht 3 nur auf dem Material der Gitterschicht 2
und nicht auf der Gittermaske 1 auf und füllt so die Zwischen
räume zwischen den Streifen der Gittermaske 1.
Die Gitterschicht 2 mit den darauf aufgebrachten einander
abwechselnden Streifen der Gittermaske 1 und der Füllschicht 3
sind im Querschnitt in der Fig. 2 dargestellt.
In einem nächsten Schritt wird eine erste Fotolackschicht 4
aufgebracht. Diese erste Fotolackschicht 4 wird so
strukturiert, daß von zwei aneinander angrenzenden jeweils um
eine halbe Gitterperiode gegeneinander versetzten Abschnitten
der herzustellenden Gitterstruktur jeweils der eine von der
ersten Fotolackschicht 4 bedeckt wird und der andere jeweils
frei bleibt. Die Begrenzungen der einzelnen Anteile dieser
ersten Fotolackschicht 4 verlaufen also an den Grenzen der um
eine halbe Gitterperiode gegeneinander versetzten Abschnitten
der herzustellenden Gitterstruktur.
In Fig. 3 ist die Gitterschicht 2 mit der aufgebrachten
Gittermaske 1 und der Füllschicht 3 sowie der ersten Fotolack
schicht 4 im Querschnitt gezeigt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird in den nicht von
der ersten Fotolackschicht 4 bedeckten Bereichen der Oberfläche
der Gitterschicht 2 der dort vorhandene Anteil der Gittermaske
1 durch selektives Ätzen entfernt, wobei die betreffenden
Streifen der Füllschicht 3 nicht entfernt werden.
Das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in Fig. 4
dargestellt.
Im Anschluß daran wird die erste Fotolackschicht 4 entfernt und
eine zweite Fotolackschicht 5, die die von der ersten
Fotolackschicht 4 freigelassenen Bereiche abdeckt, aufgebracht.
Durch einen weiteren selektiven Ätzschritt wird in den
Bereichen, die von dieser zweiten Fotolackschicht 5
freigelassen werden, die Streifen der Füllschicht 3 entfernt.
Es ergibt sich, wie in Fig. 5 dargestellt, die fertige
Gitterstruktur aus dem Rest der Gittermaske 1 und dem Rest der
Füllschicht 3. In Fig. 5 ist noch die zweite Fotolackschicht 5
mit eingezeichnet.
Die jeweiligen Anteile der Gittermaske 1 und der Füllschicht 3,
die übriggeblieben sind, bilden die um eine halbe Gitterperiode
gegeneinander versetzten Abschnitte des auszubildenden Gitters.
Nachfolgend wird die zweite Fotolackschicht 5 entfernt und die
Gitterstruktur in das Halbleitermaterial der Gitterschicht 2
hineingeätzt.
Fig. 6 zeigt das fertige Gitter in der Gitterschicht 2 mit den
darauf befindlichen Resten der Gittermaske 1 und der
Füllschicht 3 im Querschnitt.
Gegebenenfalls können die Reste der Gittermaske 1 und der
Füllschicht 3 von der Gitterschicht 2 entfernt werden und die
mit der Gitterstruktur versehene Gitterschicht 2 mit weiteren
Schichten überwachsen werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Gitterstrukturen mit um eine
halbe Gitterperiode gegeneinander versetzten Abschnitten,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Schritt auf einer für die Gitterstruktur vorgesehenen Gitterschicht (2) eine Gittermaske (1) aufgebracht wird,
daß in einem zweiten Schritt mittels Epitaxie auf die freien Anteile der Oberfläche der Gitterschicht (2) eine Füllschicht (3) aufgebracht wird,
daß diese Füllschicht (3) eine Zusammensetzung hat, die von der Zusammensetzung der Gitterschicht (2) derart verschieden ist,
daß bezüglich der Gitterschicht (2) und der Füllschicht (3) selektives Ätzen möglich ist,
daß in einem dritten Schritt ein Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3), dessen Grenzen mit Grenzen von um eine halbe Gitterperiode gegeneinander versetzten Abschnitten der herzustellenden Gitterstruktur zusammenfallen, mit einer ersten Fotolackschicht (4) abgedeckt wird,
daß in einem vierten Schritt der in dem von der ersten Foto lackschicht (4) freigelassenen Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) befindliche Anteil der Gittermaske (1) ent fernt wird,
daß in einem fünften Schritt die erste Fotolackschicht (4) ent fernt wird,
daß in einem sechsten Schritt der zu dem Bereich, der von der ersten Fotolackschicht (4) bedeckt worden war, komplementäre Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) mit einer zweiten Fotolackschicht (5) abgedeckt wird,
daß in einem siebenten Schritt der in dem von der zweiten Foto lackschicht (5) freigelassenen Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) befindliche Anteil der Füllschicht (3) ent fernt wird,
daß in einem achten Schritt die zweite Fotolackschicht (5) ent fernt wird und
daß in einem neunten Schritt unter Verwendung der übriggeblie benen Anteile der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) als Maske die Gitterstruktur durch Ätzen in die Gitterschicht (2) übertragen wird.
daß in einem ersten Schritt auf einer für die Gitterstruktur vorgesehenen Gitterschicht (2) eine Gittermaske (1) aufgebracht wird,
daß in einem zweiten Schritt mittels Epitaxie auf die freien Anteile der Oberfläche der Gitterschicht (2) eine Füllschicht (3) aufgebracht wird,
daß diese Füllschicht (3) eine Zusammensetzung hat, die von der Zusammensetzung der Gitterschicht (2) derart verschieden ist,
daß bezüglich der Gitterschicht (2) und der Füllschicht (3) selektives Ätzen möglich ist,
daß in einem dritten Schritt ein Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3), dessen Grenzen mit Grenzen von um eine halbe Gitterperiode gegeneinander versetzten Abschnitten der herzustellenden Gitterstruktur zusammenfallen, mit einer ersten Fotolackschicht (4) abgedeckt wird,
daß in einem vierten Schritt der in dem von der ersten Foto lackschicht (4) freigelassenen Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) befindliche Anteil der Gittermaske (1) ent fernt wird,
daß in einem fünften Schritt die erste Fotolackschicht (4) ent fernt wird,
daß in einem sechsten Schritt der zu dem Bereich, der von der ersten Fotolackschicht (4) bedeckt worden war, komplementäre Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) mit einer zweiten Fotolackschicht (5) abgedeckt wird,
daß in einem siebenten Schritt der in dem von der zweiten Foto lackschicht (5) freigelassenen Bereich der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) befindliche Anteil der Füllschicht (3) ent fernt wird,
daß in einem achten Schritt die zweite Fotolackschicht (5) ent fernt wird und
daß in einem neunten Schritt unter Verwendung der übriggeblie benen Anteile der Gittermaske (1) und der Füllschicht (3) als Maske die Gitterstruktur durch Ätzen in die Gitterschicht (2) übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gittermaske (1) Titan ist und daß die Gitterschicht (2)
und die Füllschicht (3) Halbleitermaterial sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Country Status (1)
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