DE4427840A1

DE4427840A1 - Verfahren zur Effizienzerhöhung von A¶I¶¶I¶¶I¶B¶V¶ - Halbleiter-Chips

Info

Publication number: DE4427840A1
Application number: DE19944427840
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl Chem Brunne; Wolfgang Dipl Ing Eibner
Original assignee: osa Elektronik GmbH
Current assignee: osa Elektronik GmbH
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1996-02-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzerhöhung von licht- bzw. strahlenaussendenden Halbleiter-Chips.

Es ist allgemein bekannt, die GaAIAs nach gängigen Verfahren zu metallisieren und zu struktu rieren. Danach wird die strukturierte Halbleiterscheibe (Wafer) vereinzelt. Zur Vermeidung me chanischer Beschädigungen wird auf die Halbleiterscheibe ein Sägegraben in Form eines Mesa aufgebracht. Anschließend ist es üblich, an den vereinzelten Chips eine Kantenätzung vorzu nehmen.

Zweck der Erfindung ist es, eine Effizienzerhöhung der gattungsgemäßen Halbleiter-Chips her beizuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Chipgeometrie und die lichtbrechenden Schichten der strukturierten Halbleiterscheibe so zu verändern, daß eine Effizienzerhöhung im Ergebnis der durchgeführten Maßnahmen eintritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Wafer vor dem Vereinzeln die aktive Zone reduziert und gleichzeitig eine Oberflächenvergrößerung in diesen reduzierten Bereichen realisiert wird. Durch den Aufbau der Epitaxieschichten des Wafers, welche relativ dünn gehalten sind, ist es möglich, mindestens einen zweiten Mesa zu erzeugen. Dieser zweite Mesa, der oberhalb des ersten Mesa durch ein Ätzverfahren erzeugt wird, bewirkt günstigere Reflexionsbedingungen für den licht- bzw. strahlungaussendenden Chip.

Eine weitere Modifizierung der Erfindung sieht vor, durch Wahl einer geeigneten Chipgeometrie diesen zweiten Mesa nach dem Vereinzeln in seiner Ausbildung voll zu erhalten und die über den Mesa zusätzlich gewonnene Reflexionsfläche für eine Licht- bzw. Strahlungsauskopplung an die Oberfläche zu nutzen.

Die Erzeugung des zweiten Mesa erfolgt mit einem Ätzverfahren, bei dem durch ein phos phorsäurehaltiges Ätzgemisch ein zweiter Mesagraben erzeugt wird, insbesondere bei

Ga_1-xAl_xAs mit 0,1 < x < 0,7.

Vorzugsweise besteht das Ätzmedium bei diesem Ätzverfahren aus 1-2 Volumenteilen (VT)

H₃PO₄ und 1-5 VT H₂O₂ sowie 0-4 VT H₂O, wobei eine Temperatur von 18 bis 25° C

einzuhalten ist.

Nach einem weiteren Merkmal zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß neben der Erzeu gung eines zweiten Mesa eine tannenbaumförmige Ausbildung der Halbleiteroberfläche an ihren Trennstellen erzeugt wird. Dabei erfolgt durch die tannenbaumförmige Ausbildung eine Vergrö ßerung der Halbleiteroberfläche in diesen Bereichen. Realisiert wird diese Maßnahme durch ein Ätzverfahren, bei dem durch ein ammoniakalisches Ätzgemisch diese speziell ausgebildete - in ihrer Form an einen Tannenbaum erinnernd - Kantenoberfläche des Chips erzeugt wird.

Vorzugsweise wird bei dem Ätzverfahren ein ammoniakalisches Gemisch bestehend aus 1 VT NH₃ aqua und 5-30 VT H₂O₂ bei einer Temperatur von 18 bis 25°C verwendet.

Das Ätzverfahren wird vorzugsweise zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung bei Ga_1-xAl_xAs mit 0,1 < x < 0,7 angewandt.

Es findet zweckmäßigerweise unter einer Bewegung der Chips statt, wobei diese Bewegung zwischen 1 bis 5 min liegt.

Die vorgesehenen Maßnahmen zur Effizienzerhöhung führen im letzteren Beispiel zu einer Verbesserung der Strahlungsauskopplung um insgesamt bis zu 40%.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem zweiten Mesa;

Fig. 2 eine weitere modifizierte Ausführungsform mit einem zweiten Mesa;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer tannenbaumförmig ausgebildeten Geometrie des Chips an seiner Trennstelle.

Der in Fig. 1 in einem Vertikalschnitt dargestellte Chip 1 ist aus mehreren Epitaxieschichten 2 gebildet. An seiner Oberseite weist dieser Chip 1 einen Goldkontakt 3 an seiner Unterseite meh rere Goldkontakte 3 auf. Von der Oberseite des Chips 1 gesehen, befindet sich die aktive Zone 4 desselben nach der ersten Epitaxieschicht 2. Neben dem ersten Mesa 5 wurde zur Erhöhung der Effizienz ein zweiter Mesa 6 erzeugt.

Fig. 2 veranschaulicht eine modifizierte Ausführung, bei der nach dem Vereinzeln dieser erzeugte zweite Mesa 6 in seiner Ausbildung voll erhalten ist und damit eine zusätzlich gewon nene Reflexionsfläche für eine Licht- bzw. Strahlungsauskopplung an die Oberfläche darstellt.

Die Erzeugung eines weiteren dritten Mesa ist zwar grundsätzlich möglich, um damit eine weite re Effizienzerhöhung zu erzielen. In Verbindung mit der Realisierung dieser Maßnahme muß aber Funktionsfähigkeit des Chips zu jeder Zeit gewährleistet werden.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer tannenbaumförmig aus gebildeten Geometrie des Chips an der Trennstelle dargestellt. Mit dieser tannenbaumförmig ausgebildeten Geometrie 7 wird neben dem zweiten Mesa 6 eine Vergrößerung der Halbleiter oberfläche an deren Trennstelle erzeugt.

Beispiel 1

In einem Wafer bestehend aus Ga_0,9Al_0,1As wird nach der Strukturierung der Me tallisierung ein 80 µm breiter und 25 µm tiefer Sägegraben mit einem phosphorsäurehaltigen Ätzgemisch erzeugt. Nach dem Ablösen der Lackhaftmaske wird der Wafer vorderseitig erneut belackt und die Rückseite mit einem Schutzlack versehen. Nun erfolgt die Ätzung zum zweiten Mesa mit einem Gemisch aus 1-4 VT H₃PO₄ :1-4 VT H₂O : 0-4 VT H₂O₂ bei einer Temperatur von 20° C über einen Zeitraum von 8 min.

Nach dem Ablacken und Vereinzeln hat das Chip die Form, wie in Fig. 2 dargestellt. Die durch den zweiten Mesa zusätzlich gewonnene Reflexionsfläche bringt eine Effizienzerhöhung in der Lichtauskopplung des Chips zwischen 10-15%. Dadurch, daß beim Vereinzeln die komplette Sägeprobe erhalten bleibt, wird mehr Strahlung durch die eingeätzte Optik am Chip an die Ober fläche emittiert.

Beispiel 2

In einem Wafer, bestehend aus Ga_0,9Al_0,1As, wird nach der Strukturierung der Metallisierung ein 80 µm breiter und 25 µm tiefer Sägegraben mit einem phosphorsäurehaltigen Ätzgemisch erzeugt. Nach dem Ablösen der Lackhaftmaske wird der Wafer vorderseitig erneut belackt und die Rückseite mit einem Schutzlack versehen. Anschließend erfolgt die Ätzung zum zweiten Mesa mit einem Gemisch aus 1-4 VT H₃PO₄ :1-4 VT H₂O : 0-4 VT H₂O₂ bei einer Temperatur von 20° C über einen Zeitraum von 8 min.

Nach dem Ablacken und Vereinzeln hat das Chip 1 die in Fig. 2 dargestellte Form, in der der zweite Mesa 6 vollständig nach dem Trennvorgang erhalten ist. Die zusätzlich geschaffene Reflexionsfläche bringt eine Verstärkung der Lichtauskopplung von 10-15%, gemessen am Chip 1.

Wird nun dieser Chip 1 nach der letzten Ätzung noch mit einer ammoniakalischen Ätzlösung be stehend aus 25 VT H₂O₂ : 1 VT NH₃ bei einer Temperatur von 20° C über einen Zeitraum von 3 min geätzt, so erhält man die tannenbaumförmig ausgebildete Kantenoberfläche des Chips 1, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Lichtauskopplung bei dieser Ausbildung erhöht sich weiter um bis zu 30%.

Claims

1. Verfahren zur Effizienzerhöhung von A_IIIB_V-Halbleiter-Chips, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wafer vor dem Vereinzeln die aktive Zone reduziert wird und gleichzeitig mit der Redu zierung eine Oberflächenvergrößerung in diesem Bereich der aktiven Zone (4) ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der aktiven Zone (4) dadurch erfolgt, daß mindestens ein zweiter Mesa (6) sich an den ersten Mesa (5) anschlie ßend erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mesa (6) durch ein Ätzverfahren, bei dem ein phosphorsäurehaltiges Ätzgemisch angewendet wird, erzeugt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mesa (6) nach dem Vereinzeln in seiner Ausbildung voll erhalten bleibt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ne ben der Erzeugung eines zweiten Mesa (6) eine tannenbaumförmige Ausbildung (7) der Halbleiteroberfläche an ihrer Trennstelle erzeugt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tannenbaumförmige Ausbildung (7) durch ein ammoniakalisches Ätzgemisch erzeugt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ammoniakalische Ätzgemisch aus 1 VT NH₃ aqua und 5-30 VT H₂O₂ besteht und bei einer Temperatur von 18-25° C angewendet wird.