EP1390970A1 - Masking technique for producing semiconductor components, in particular a buried heterostructure (bh) laser diode - Google Patents

Masking technique for producing semiconductor components, in particular a buried heterostructure (bh) laser diode

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EP1390970A1
EP1390970A1 EP01969202A EP01969202A EP1390970A1 EP 1390970 A1 EP1390970 A1 EP 1390970A1 EP 01969202 A EP01969202 A EP 01969202A EP 01969202 A EP01969202 A EP 01969202A EP 1390970 A1 EP1390970 A1 EP 1390970A1
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EP
European Patent Office
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mask
etching step
etching
semiconductor
laser diode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01969202A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Borchert
Horst Baumeister
Roland Gessner
Eberhard Veuhoff
Gundolf Wenger
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Filing date
Publication date
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    • Y10S438/936—Graded energy gap

Definitions

  • masking steps are usually used to structure the surface of a sample.
  • the surface of the sample is partially covered with a mask, for example made of Si0 2 as an amorphous material.
  • a mask for example made of Si0 2 as an amorphous material.
  • the sample material in the area not covered by the mask is removed by an etching step (dry or wet chemical).
  • Sample is understood here to mean any material that is structured in the course of the production of semiconductor components.
  • BH Buried Heterostructure
  • dry etching processes e.g. reactive
  • Ion etching and / or wet chemical processes can be used.
  • the disadvantage here is that the sample for removing the Si0 2 mask from the surface or for structuring the active layer of the BH laser diode from the epitaxial or etching system (eg dry etching system) must be taken, so that the sample contains air contaminants and atmospheric oxygen is exposed.
  • the contamination is particularly negative for structures that contain aluminum, since it has a high binding affinity for oxygen. Since such structures are particularly important for semiconductor laser production, contamination has a particularly negative effect in ex situ processes.
  • the present invention has for its object to provide a method with which the removal of the mask from the semiconductor material and a further application of layers is possible in a simple manner in the manufacture of semiconductor components.
  • the etching rate in an etching step is selected depending on the composition and / or nature of the mask material, the mask is at least partially dissolved during the etching step.
  • Masking and further processing of the sample can thus be carried out in situ in the epitaxy system.
  • a type of self-dissolving mask can thus be created, in which the etching rate is advantageously chosen such that the mask is removed from the sample at the end of the etching step or the layer underneath is etched.
  • III-V semiconductor material in particular a single-crystalline III-V semiconductor material
  • at least one mask material is Ga x In ⁇ - y ASyP ⁇ -y, AlGalnAs or InGaAlP. These materials can be removed from the sample in a particularly controlled manner by etching.
  • etching step is carried out in which tertiary butyl chloride (TBCl) is used as the etchant.
  • TBCl tertiary butyl chloride
  • Process used hydrogen halide e.g. HCl
  • Stainless steel parts such as Parts of the epitaxy system, valves or pipes not attacked.
  • the etching rate of this etchant can also be controlled in a particularly simple manner. In this way, a “self-dissolving mask” can be created which can be removed from the sample in situ. The mask can at least partially be dissolved during the etching, which means a considerable saving in process time.
  • the etching step is advantageously carried out in the same device in which the structure was previously applied in and / or on the sample.
  • At least one epitaxial layer in particular a protective layer, is advantageously applied to the surface.
  • the in-situ overgrowth prevents contamination and saves valuable process time.
  • the doping type of the growth layers is advantageously complementary to the doping type of a substrate for the semiconductor component. Furthermore, it is advantageous if the band gap to at least one overgrowth layer is larger than the band gap of the active layer of the semiconductor component.
  • at least one full-area etching of a web for a BH laser diode is carried out in the epitaxial system during the etching step. This enables an essential manufacturing step to be carried out in situ.
  • the resulting semiconductor structure can advantageously be used in a semiconductor component, in particular a BH laser.
  • an etching step with TBC1 is used in particular to produce the web structure, and a subsequent epitaxial step is carried out for overgrowing.
  • the etching step and the overgrowth step are carried out in situ in the same epitaxy system (without the sample leaving the epitaxy system), so that particularly efficient, low-contamination and efficient production is achieved.
  • Step for generating a basic structure Step for generating a basic structure.
  • 3a shows a schematic view of a first manufacturing step for a BH laser diode
  • Fig. 3b is a schematic view of a second Manufacturing step for a BH laser diode
  • Fig. 3c is a schematic view of a third
  • FIG. 1 A wafer serves as the substrate.
  • the substrate with the layer structure of the semiconductor component is referred to as a sample.
  • the mask is placed over the layer system.
  • a basic component structure is applied epitaxially to a wafer.
  • the mask material is also applied epitaxially.
  • this is Ga x In ⁇ _ y As y P ⁇ - y .
  • AlGalnAs can also be used as III-V semiconductor material.
  • the mask material is a pure substance (e.g. Si), e.g. the crystal structure or other material properties are specifically selected so that the controlled dissolution effect results in-situ.
  • Epitaxy is generally understood here to mean the deposition of layers on substrates, it being possible in principle for the layers to be amorphous, polycrystalline or single-crystal. Thus, basically every deposition process (chemical or physical) is meant here.
  • the surface of the sample and the mask is structured ex-situ in a manner known per se, for example by lithography.
  • the etching step a structure is etched on and / or in the sample in the epitaxy system.
  • Tertiary butyl chloride (2-chloro-2-methylpropane; TBCl) is used as the etching gas.
  • TBC1 is chemically less aggressive than the commonly used etching gases, such as hydrogen chloride based.
  • the choice of etching gas may also depend on the one used
  • the etching rate of TBCl with the mask material Ga x Inx-yASyPi-y depends on the composition of the mask material, that is to say on x and y. This is described in more detail in FIG. 2.
  • the composition of the mask material is chosen such that, after the end of the etching step 3, the mask material is just removed from the sample.
  • the mask material can be removed to a predeterminable amount or it can be etched into the underlying layer.
  • a fourth method step 4 further layers are overgrown, in particular epitaxial protective layers. This is particularly advantageous for aluminum-containing sample materials, since they are particularly sensitive to contamination.
  • the semiconductor structure produced can be used, for example, in a semiconductor laser.
  • 2 shows graphically measured values in which the dependence of the etching rate (in nm / hr) is plotted on the ordinate.
  • the gallium fraction x in the mask material Ga x In ⁇ -yAs y P ⁇ -y (in%) is plotted on the abscissa.
  • the measured values were reached at a temperature of 580 ° C and a flow of TBCl-8,2xl0 "5 mol / min (without PH 3).
  • the Wasserstoffehrström was 16 1 / min.
  • the etching rate can be set such that a mask of a predetermined thickness is completely removed from the sample after the etching has been completed. If the etching rate is specified, the thickness of the mask material can be determined accordingly in order to achieve the same goal.
  • FIGS. 3a to 3c The method according to the invention is further explained in FIGS. 3a to 3c on the basis of the production of a BH laser diode.
  • the first structuring is shown in FIG. 3a as the first manufacturing step.
  • FIG. 3b shows the etching step 3 with TBCl, while
  • FIG. 3c shows the epitaxial overgrowth over the entire area.
  • the BH laser diode is built up on an n-doped InP substrate 10.
  • An active layer 20 is arranged above it, which is covered by a p-doped InGaAsP (2) layer 30.
  • P-doped InGaAsP (I) serves as mask 40.
  • the bridge of the BH laser is formed because the p-InGaAsP (2) - Layer 30 and the active layer 20 is etched down to the substrate 10.
  • the mask 40 is somewhat reduced in its thickness by the etching with TBCl. As described above, in alternative embodiments, the thickness of the mask 40 can also be set such that the mask 40 has completely disappeared after the etching with TBCl.
  • the BH laser structure is also provided with a p-doped cladding layer 50 and with a contact layer 60 in situ.
  • the material systems (In) GaAlAs / GaAs, InGaAlP / GaAs or InGaAlP / InP can be used.
  • a reversal of the doping of the layers is also conceivable, i.e. an n-doped InP substrate 10 is used.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the method and the device according to the invention even in the case of fundamentally different types.
  • First step waxing the basic structure and the mask material 2
  • Second step structuring the mask (e.g. lithography)

Abstract

The invention relates to a masking technique for producing a structure for semiconductor components, in particular BH laser diodes, according to which mask material is applied to a sample in a masking step. The technique is characterised in that the etching rate during an etching step (3) is selected in accordance with the composition and/or the nature of the mask material, so that the mask (40) is at least partially dissolved during the etching step (3). This enables the mask to be removed from the semiconductor material and additional layers to be applied in-situ in a simple manner during the production of semiconductor components.

Description

Beschreibungdescription
Maskentechnik zur Produktion von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere einer BH-LaserdiodeMask technology for the production of semiconductor components, in particular a BH laser diode
Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen werden in der Regel Maskierungsschritte zur Strukturierung der Oberfläche einer Probe verwendet . Dabei wird die Oberfläche der Probe teilweise mit einer Maske, z.B. aus Si02 als amorphem Material, abgedeckt. Anschließend wird das Probenmaterial im nicht von der Maske abgedeckten Bereich durch einen Ätzschritt (trocken- oder naßchemisch) entfernt.In the production of semiconductor components, masking steps are usually used to structure the surface of a sample. The surface of the sample is partially covered with a mask, for example made of Si0 2 as an amorphous material. Then the sample material in the area not covered by the mask is removed by an etching step (dry or wet chemical).
Unter Probe wird hier jedes Material verstanden, das im Rahmen der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen strukturiert wird.Sample is understood here to mean any material that is structured in the course of the production of semiconductor components.
So weist z.B. eine BH-Laserdiode (BH: Buried Heterostructure) eine strukturierte aktive Schicht auf, wobei für die Strukturierung Trockenätzverfahren (z.B. reaktivesFor example, a BH laser diode (BH: Buried Heterostructure) on a structured active layer, with dry etching processes (e.g. reactive
Ionenätzen) und / oder naßchemische Verfahren verwendet werden .Ion etching) and / or wet chemical processes can be used.
Nachteilig ist dabei, dass die Probe zur Entfernung der Si02- Maske von der Oberfläche oder zur Strukturierung der aktiven Schicht der BH-Laserdiode aus der Epitaxie- bzw. Ätzanlage (z.B. Trockenätzanlage) genommen werden muß, so dass die Probe Luftverunreinigungen und dem Luftsauerstoff ausgesetzt wird. Die Kontaminierung ist besonders bei Strukturen negativ, die Aluminium enthalten, da dieser eine hohe Bindungsaffinität zu Sauerstoff aufweist. Da solche Strukturen gerade für die Halbleiter-Laser Herstellung von großer Bedeutung sind, wirkt sich die Kontaminierung bei ex- situ Verfahren besonders negativ aus.The disadvantage here is that the sample for removing the Si0 2 mask from the surface or for structuring the active layer of the BH laser diode from the epitaxial or etching system (eg dry etching system) must be taken, so that the sample contains air contaminants and atmospheric oxygen is exposed. The contamination is particularly negative for structures that contain aluminum, since it has a high binding affinity for oxygen. Since such structures are particularly important for semiconductor laser production, contamination has a particularly negative effect in ex situ processes.
Auch ist es z . B . bei Trockenätzverfahren für die BH- Laserdioden-Herstellung notwendig, einen aufwendige naßchemische Behandlung nachzuschalten, um die ex-situ geschädigten Bereiche des Halbleitermaterials zu beseitigen. Bei einem InGaAsP/InP System werden in der Regel dafür bromhaltige Ätzlösungen verwendet, die die Langzeitstabilität der BH-Laserdioden beeinträchtigen können.It is also z. B. necessary for dry etching processes for BH laser diode production, a complex Subsequent wet chemical treatment to remove the ex-situ damaged areas of the semiconductor material. In an InGaAsP / InP system, bromine-based etching solutions are generally used for this, which can impair the long-term stability of the BH laser diodes.
Auch lässt es sich bei dem bei der BH-Laserdiodenherstellung verwendeten selektiven Epitaxie-Verfahren nicht verhindern, dass Maskenmaterial wie Si02 oder SiN in die Epitaxie-Anlage eingebracht wird. Bei den hohen Temperaturen besteht die Gefahr, dass dieses Maskenmaterial den Wafer zusätzlich kontaminiert .Nor can it be prevented in the selective epitaxy process used in the production of BH laser diodes that mask material such as SiO 2 or SiN is introduced into the epitaxy system. At the high temperatures, there is a risk that this mask material will additionally contaminate the wafer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen das Entfernen der Maske vom Halbleitermaterial und ein weiteres Aufbringen von Schichten in einfacher Weise in-situ möglich ist.The present invention has for its object to provide a method with which the removal of the mask from the semiconductor material and a further application of layers is possible in a simple manner in the manufacture of semiconductor components.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1.
Wenn die Ätzrate bei einem Ätzschritt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und / oder Beschaffenheit des Maskenmaterials gewählt wird, wird die Maske während des Ätzschrittes zumindest teilweise aufgelöst. Damit kann eine Maskierung und Weiterbearbeitung der Probe in-situ in der Epitaxie- Anlage vorgenommen werden. Damit kann eine Art selbstauflösende Maske geschaffen werden, bei der vorteilhafterweise die Ätzrate gerade so gewählt wird, dass die Maske mit dem Ende des Ätzschrittes von der Probe entfernt ist oder die darunterliegende Schicht geätzt wird.If the etching rate in an etching step is selected depending on the composition and / or nature of the mask material, the mask is at least partially dissolved during the etching step. Masking and further processing of the sample can thus be carried out in situ in the epitaxy system. A type of self-dissolving mask can thus be created, in which the etching rate is advantageously chosen such that the mask is removed from the sample at the end of the etching step or the layer underneath is etched.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein III-V- Halbleitermaterial, insbesondere ein einkristallines III-V- Halbleitermaterial verwendet wird. Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens ein Maskenmaterial GaxInι-yASyPι-y , AlGalnAs oder InGaAlP ist. Diese Materialien lassen sich in besonders kontrollierter Weise durch Ätzen von der Probe entfernen.It is particularly advantageous if a III-V semiconductor material, in particular a single-crystalline III-V semiconductor material, is used. It is also advantageous if at least one mask material is Ga x Inι- y ASyPι-y, AlGalnAs or InGaAlP. These materials can be removed from the sample in a particularly controlled manner by etching.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach Erzeugen einer Struktur auf und / oder in der Maske, insbesondere durch Lithographie, ein Ätzschritt erfolgt, bei dem als Ätzmittel Tertiärbutylchlorid (TBCl) verwendet wird. Dieses Ätzmittel ist deutlich milder als die üblicherweise bei in-situIt is particularly advantageous if, after a structure has been produced on and / or in the mask, in particular by lithography, an etching step is carried out in which tertiary butyl chloride (TBCl) is used as the etchant. This etchant is significantly milder than that usually used in-situ
Verfahren verwendeten Halogenwasserstoffe (z.B. HCl) . So werden Edelstahlteile, wie z.B. Teile der Epitaxie-Anlage, Ventile oder Rohre nicht angegriffen. Auch läßt sich die Ätzrate dieses Ätzmittels in besonders einfacher Weise steuern. Damit kann eine „selbstauflösende Maske" geschaffen werden, die in-situ von der Probe entfernbar ist. Die Maske kann beim Ätzen zumindest teilweise mit aufgelöst werden, was eine erhebliche Einsparung an Prozesszeit bedeutet.Process used hydrogen halide (e.g. HCl). Stainless steel parts such as Parts of the epitaxy system, valves or pipes not attacked. The etching rate of this etchant can also be controlled in a particularly simple manner. In this way, a “self-dissolving mask” can be created which can be removed from the sample in situ. The mask can at least partially be dissolved during the etching, which means a considerable saving in process time.
Mit Vorteil wird der Ätzschritt in der gleichen Vorrichtung durchgeführt, in der zuvor die Struktur in und / oder auf der Probe aufgebracht wurde .The etching step is advantageously carried out in the same device in which the structure was previously applied in and / or on the sample.
Mit Vorteil wird nach dem Ätzschritt in-situ mindestens eine epitaktische Schicht insbesondere eine Schutzschicht auf die Oberfläche aufgebracht. Durch die in-situ Überwachsung Wird eine Kontamination vermieden und wertvolle Prozesszeit eingespart .After the etching step, at least one epitaxial layer, in particular a protective layer, is advantageously applied to the surface. The in-situ overgrowth prevents contamination and saves valuable process time.
Mit Vorteil ist der Dotierungstyp der Uberwachsungsschichten komplementär zum Dotierungstyp eines Substrates für das Halbleiter-Bauelementes. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Bandlücke zu mindestens einer Überwachsungsschicht größer ist als die Bandlücke der aktiven Schicht des Halbleiter- Bauelementes. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Ätzschrittes in-situ mindestens eine ganzflächige Ätzung eines Steges für eine BH-Laserdiode in der Epitaxie-Anlage vorgenommen. Damit kann ein wesentlicher Herstellungsschritt in-situ vorgenommen werden.The doping type of the growth layers is advantageously complementary to the doping type of a substrate for the semiconductor component. Furthermore, it is advantageous if the band gap to at least one overgrowth layer is larger than the band gap of the active layer of the semiconductor component. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, at least one full-area etching of a web for a BH laser diode is carried out in the epitaxial system during the etching step. This enables an essential manufacturing step to be carried out in situ.
Vorteilhafterweise ist nach Abschluß des Verfahrens die entstandene Halbleiterstruktur in einem Halbleiterbauelement, insbesondere einem BH-Laser einsetzbar.After the method has ended, the resulting semiconductor structure can advantageously be used in a semiconductor component, in particular a BH laser.
Bei einer besonders effizienten Herstellung einer BH- Laserdiode dient ein Ätzschritt mit TBC1 insbesondere zur Erzeugung der Stegstruktur, und ein anschließender Epitaxie- Schritt zum Überwachsen durchgeführt wird. Der Ätzschritt und der Uberwachsungsschritt werden in-situ in der selben Epitaxie-Anlage vorgenommen (ohne dass die Probe die Epitaxie-Anlage verlässt) , so dass eine besonders effiziente kontaminationsarme und effiziente Herstellung vorliegt.In the case of a particularly efficient production of a BH laser diode, an etching step with TBC1 is used in particular to produce the web structure, and a subsequent epitaxial step is carried out for overgrowing. The etching step and the overgrowth step are carried out in situ in the same epitaxy system (without the sample leaving the epitaxy system), so that particularly efficient, low-contamination and efficient production is achieved.
Vorteilhafterweise kann vor dem Ätzschritt ein Epitaxie-Advantageously, an epitaxial
Schritt zur Erzeugung einer Grundstruktur vorgesehen sein.Step for generating a basic structure.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert . Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figure of the drawings using an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ,-1 shows a sequence of an embodiment of the method according to the invention,
Fig. 2 eine graphische Darstellung von Meßwerten betreffend die Abhängigkeit der Ätzrate von der Zusammensetzung des Maskenmaterials;2 shows a graphical representation of measured values relating to the dependence of the etching rate on the composition of the mask material;
Fig. 3a eine schematische Ansicht eines ersten Herstellungsschrittes für eine BH-Laserdiode;3a shows a schematic view of a first manufacturing step for a BH laser diode;
Fig. 3b eine schematische Ansicht eines zweiten Herstellungsschrittes für eine BH-Laserdiode;Fig. 3b is a schematic view of a second Manufacturing step for a BH laser diode;
Fig. 3c eine schematische Ansicht eines drittenFig. 3c is a schematic view of a third
Herstellungsschrittes für eine BH-Laserdiode.Manufacturing step for a BH laser diode.
Die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen mittels Epitaxie und Maskierung sind grundsätzlich bekannt, so dass in Fig. 1 nur die wesentlichen Schritte zur Erläuterung der Erfindung dargestellt sind. Dabei dient ein Wafer als Substrat. Das Substrat mit dem Schichtenaufbau des Halbleiterbauelements wird als Probe bezeichnet. Die Maske wird dabei über dem Schichtensystem angeordnet.The production of semiconductor components by means of epitaxy and masking is known in principle, so that only the essential steps for explaining the invention are shown in FIG. 1. A wafer serves as the substrate. The substrate with the layer structure of the semiconductor component is referred to as a sample. The mask is placed over the layer system.
Im ersten Verfahrensschritt 1 wird eine Bauelement- Grundstruktur auf einem Wafer epitaktisch aufgebracht. Dabei wird auch das Maskenmaterial epitaktisch aufgebracht.In the first method step 1, a basic component structure is applied epitaxially to a wafer. The mask material is also applied epitaxially.
Erfindungsgemäß ist dies hier GaxInι_yAsyPι-y. Alternativ kann auch AlGalnAs als III-V Halbleitermaterial verwendet werden.According to the invention, this is Ga x Inι_ y As y Pι- y . Alternatively, AlGalnAs can also be used as III-V semiconductor material.
Allerdings ist es grundsätzlich auch möglich, andere Maskenmaterialien, wie z.B. Si oder Si02 zu verwenden, die erfindungsgemäß in-situ zumindest teilweise aufgelöst werden.However, in principle it is also possible to use other mask materials, such as Si or SiO 2 , which are at least partially dissolved in situ according to the invention.
Ist das Maskenmaterial ein Reinstoff (z.B. Si) , so kann z.B. die Kristallstruktur oder eine andere Materialeigenschaften gezielt so gewählt werden, dass sich der kontrollierte Auflösungseffekt in-situ ergibt.If the mask material is a pure substance (e.g. Si), e.g. the crystal structure or other material properties are specifically selected so that the controlled dissolution effect results in-situ.
Unter Epitaxie wird hier allgemein das Abscheiden (Deposition) von Schichten auf Substraten verstanden, wobei die Schichten grundsätzlich amorph, polykristallin oder einkristallin sein können. Somit soll hier auch grundsätzliche jedes Depositionsverfahren (chemisch oder physikalisch) gemeint sein.Epitaxy is generally understood here to mean the deposition of layers on substrates, it being possible in principle for the layers to be amorphous, polycrystalline or single-crystal. Thus, basically every deposition process (chemical or physical) is meant here.
Im zweiten Verfahrensschritt 2 wird die Oberfläche der Probe und der Maske in an sich bekannter Weise, z.B. durch Lithographie ex-situ strukturiert. Im dritten Verfahrensschritt 3, dem Ätzschritt, wird in der Epitaxie-Anlage eine Struktur auf und / oder in der Probe geätzt. Dabei wird Tertiärbutylchlorid (2-Chlor-2- methylpropan; TBCl) als Ätzgas verwendet. TBC1 ist chemisch weniger aggressiv als die üblicherweise verwendeten Ätzgase, wie z.B. Chlorwasserstoff basieren. Allerdings hängt die Wahl des Ätzgases u.U. auch von dem verwendetenIn the second method step 2, the surface of the sample and the mask is structured ex-situ in a manner known per se, for example by lithography. In the third method step 3, the etching step, a structure is etched on and / or in the sample in the epitaxy system. Tertiary butyl chloride (2-chloro-2-methylpropane; TBCl) is used as the etching gas. TBC1 is chemically less aggressive than the commonly used etching gases, such as hydrogen chloride based. However, the choice of etching gas may also depend on the one used
Maskierungsmaterial ab, so dass bei einem anderem Material, z.B. Si, doch Chlorwasserstoff verwendet wird.Masking material so that with another material, e.g. Si, but hydrogen chloride is used.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Ätzrate von TBCl bei dem Maskenmaterial GaxInx-yASyPi-y von der Zusammensetzung des Maskenmaterials, also von x und y abhängt. Dies wird in Fig. 2 näher beschrieben.It has surprisingly been found that the etching rate of TBCl with the mask material Ga x Inx-yASyPi-y depends on the composition of the mask material, that is to say on x and y. This is described in more detail in FIG. 2.
Im vorliegenden Fall wird die Zusammensetzung des Maskenmaterials gerade so gewählt, dass nach dem Ende des Ätzschrittes 3 das Maskenmaterial gerade von der Probe entfernt ist. Alternativ kann das Maskenmaterial bis auf eine vorbestimmbare Menge entfernt werden oder es kann bis in die darunterliegende Schicht geätzt werden.In the present case, the composition of the mask material is chosen such that, after the end of the etching step 3, the mask material is just removed from the sample. Alternatively, the mask material can be removed to a predeterminable amount or it can be etched into the underlying layer.
Da diese Ätzung in-situ in der Epitaxie-Anlage erfolgt, wird eine Kontaminierung der Oberfläche vermieden und wertvolle Prozesszeit eingespart.Since this etching takes place in-situ in the epitaxy system, contamination of the surface is avoided and valuable process time is saved.
Anschließend werden in einem vierten Verfahrensschritt 4 weitere Schichten übergewachsen, insbesondere epitaktische Schutzschichten. Dies ist besonders bei aluminiumhaltigen Probenmaterialien von Vorteil, da diese besonders kontaminationsempfindlich sind.Then, in a fourth method step, 4 further layers are overgrown, in particular epitaxial protective layers. This is particularly advantageous for aluminum-containing sample materials, since they are particularly sensitive to contamination.
Mach der Beendigung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erzeugte Halbleiterstruktur z.B. in einem Halbleiter-Laser verwendet werden. In Fig. 2 sind Meßwerte graphisch dargestellt, in denen die Abhängigkeit der Ätzrate (in nm/hr) auf der Ordinate aufgetragen ist. Der Gallium-Anteil x im Maskenmaterial GaxInι-yAsyPι-y (in %) ist auf der Abszisse aufgetragen. Die Meßwerte wurden bei einer Temperatur von 580 °C und einem TBCl-Fluß von 8,2xl0"5 mol /min (ohne PH3) erreicht. Der Wasserstoffträgergasström betrug 16 1/min.After the method according to the invention has ended, the semiconductor structure produced can be used, for example, in a semiconductor laser. 2 shows graphically measured values in which the dependence of the etching rate (in nm / hr) is plotted on the ordinate. The gallium fraction x in the mask material Ga x Inι-yAs y Pι-y (in%) is plotted on the abscissa. The measured values were reached at a temperature of 580 ° C and a flow of TBCl-8,2xl0 "5 mol / min (without PH 3). The Wasserstoffträgergasström was 16 1 / min.
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, dass bei niedrigem Gallium-Anteil eine hohe Ätzrate erreicht wird. Bei einem Gallium-Anteil von 10% ist die Ätzrate auf etwa die Hälfte gefallen. Eine Erhöhung auf 15 % halbiert diesen Wert nochmals. Somit hängt die Ätzrate in etwa linear vom Gallium-Anteil ab.It can be seen from FIG. 2 that a high etching rate is achieved with a low gallium content. With a gallium content of 10%, the etching rate has dropped to about half. An increase to 15% halves this value again. The etching rate therefore depends approximately linearly on the gallium content.
Durch eine solche funktionale Abhängigkeit kann die Ätzrate so eingestellt werden, dass eine Maske vorgegebener Dicke nach Abschluß des Ätzens von der Probe gänzlich entfernt ist. Sollte die Ätzrate vorgegeben sein, so kann die Dicke des Maskenmaterials entsprechend bestimmt werden, um das gleiche Ziel zu erreichen.With such a functional dependency, the etching rate can be set such that a mask of a predetermined thickness is completely removed from the sample after the etching has been completed. If the etching rate is specified, the thickness of the mask material can be determined accordingly in order to achieve the same goal.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den Fig. 3a bis 3c anhand der Herstellung einer BH-Laserdiode weiter erläutert . In Fig. 3a wird als erster Herstellungsschritt die erste Strukturierung dargestellt. Fig. 3b zeigt den Ätzschritt 3 mit TBCl, während Fig. 3c die ganzflächige epitaktische Überwachsung zeigt .The method according to the invention is further explained in FIGS. 3a to 3c on the basis of the production of a BH laser diode. The first structuring is shown in FIG. 3a as the first manufacturing step. FIG. 3b shows the etching step 3 with TBCl, while FIG. 3c shows the epitaxial overgrowth over the entire area.
Die BH-Laserdiode wird auf einem n-dotierten InP Substrat 10 aufgebaut. Darüber ist eine aktive Schicht 20 angeordnet, die von einer p-dotierten InGaAsP(2) Schicht 30 abgedeckt wird. Als Maske 40 dient p-dotiertes InGaAsP(l).The BH laser diode is built up on an n-doped InP substrate 10. An active layer 20 is arranged above it, which is covered by a p-doped InGaAsP (2) layer 30. P-doped InGaAsP (I) serves as mask 40.
Im zweiten Herstellungsschritt (Fig. 3b) wird in-situ mit gasförmigen TBCl geätzt. Dies wird durch die senkrechtenIn the second manufacturing step (FIG. 3b), gaseous TBCl is etched in situ. This is due to the vertical
Pfeile symbolisiert. Dabei wird der Steg des BH-Lasers gebildet, da im nicht-maskierten Bereich die p-InGaAsP (2) - Schicht 30 und die aktive Schicht 20 bis auf das Substrat 10 herunter geätzt wird. Die Maske 40 wird durch die Ätzung mit TBCl etwas in Ihrer Dicke reduziert. Wie oben beschrieben, kann in alternativen Ausfuhrungsformen die Dicke der Maske 40 auch so eingestellt werden, dass die Maske 40 nach dem Ätzen mit TBCl gänzlich verschwunden ist.Arrows symbolized. The bridge of the BH laser is formed because the p-InGaAsP (2) - Layer 30 and the active layer 20 is etched down to the substrate 10. The mask 40 is somewhat reduced in its thickness by the etching with TBCl. As described above, in alternative embodiments, the thickness of the mask 40 can also be set such that the mask 40 has completely disappeared after the etching with TBCl.
Anschließend wird im dritten Herstellungsschritt (Fig. 3c) ebenfalls in-situ die BH-Laserstruktur mit einer p-dotierten Mantelschicht 50 und mit einer KontaktSchicht 60 versehen.Subsequently, in the third production step (FIG. 3c), the BH laser structure is also provided with a p-doped cladding layer 50 and with a contact layer 60 in situ.
Alternativ können auch die Materialsysteme (In) GaAlAs/GaAs, InGaAlP/GaAs oder InGaAlP/InP verwendet werden. Auch ist alternativ eine Umkehrung der Dotierung der Schichten denkbar, d.h. es wird ein n-dotiertes InP Substrat 10 verwendet.Alternatively, the material systems (In) GaAlAs / GaAs, InGaAlP / GaAs or InGaAlP / InP can be used. Alternatively, a reversal of the doping of the layers is also conceivable, i.e. an n-doped InP substrate 10 is used.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the method and the device according to the invention even in the case of fundamentally different types.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Erste Verfahrensschritt : Wachsen der Grundstruktur und des Maskenmaterials 2 Zweiter Verfahrensschritt: Strukturierung der Maske (z.B Lithographie)1 First step: waxing the basic structure and the mask material 2 Second step: structuring the mask (e.g. lithography)
3 Dritter Verfahrensschritt : Ätzschritt3 Third process step: etching step
4 Vierter Verfahrensschritt: Überwachsen4 Fourth step: overgrowth
10 Substrat (n-dotiertes InP)10 substrate (n-doped InP)
20 aktive Schicht20 active shift
30 p-dotierte InGaAsP(2) Schicht30 p-doped InGaAsP (2) layer
40 Maskenschicht (p-dotiertes InGaAsP(l)) 50 Mantelschicht (p-dotiertes InP) 60 Deckschicht (p-dotiertes InGaAs(P)) 40 mask layer (p-doped InGaAsP (l)) 50 cladding layer (p-doped InP) 60 cover layer (p-doped InGaAs (P))

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Struktur für1. Method of making a structure for
Halbleiterbauelemente, insbesondere BH-Laserdioden, bei dem in einem Maskierungsschritt Maskenmaterial auf eine Probe aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzrate bei einem Ätzschritt (3) in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und / oder Beschaffenheit des Maskenmaterials gewählt wird, so dass die Maske (40) während des Ätzschrittes (3) zumindest teilweise aufgelöst wird.Semiconductor components, in particular BH laser diodes, in which mask material is applied to a sample in a masking step, characterized in that the etching rate in an etching step (3) is selected as a function of the composition and / or nature of the mask material, so that the mask ( 40) is at least partially dissolved during the etching step (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzrate gerade so gewählt wird, dass die Maske (40) mit dem Ende des Ätzschrittes (3) von der Probe entfernt ist oder in die darunterliegende Schicht geätzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the etching rate is selected such that the mask (40) is removed from the sample at the end of the etching step (3) or is etched into the layer below.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Maskenmaterial ein III-V Halbleitermaterial, insbesondere ein einkristallines III-V Halbleitermaterial ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one mask material is a III-V semiconductor material, in particular a single-crystalline III-V semiconductor material.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Maskenmaterial GaxInι.-yAsyPι-y, AlGalnAs oder InGaAlP ist.4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one mask material is Ga x Inι.- y As y Pι- y , AlGalnAs or InGaAlP.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Erzeugen einer Struktur auf und / oder in der Maske (40) , insbesondere durch Lithographie, ein Ätzschritt (3) erfolgt, bei dem als Ätzmittel Tertiärbutylchlorid verwendet wird. 5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that after generating a structure on and / or in the mask (40), in particular by lithography, an etching step (3) takes place, in which tertiary butyl chloride is used as the etchant.
6. Verfahren nach mindestens einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzschritt (3) in der gleichen Vorrichtung durchgeführt wird, in der zuvor die Struktur (10, 20, 30, 40) in und / oder auf der Probe aufgebracht wurde.6. The method according to at least one of the above claims, characterized in that the etching step (3) is carried out in the same device in which the structure (10, 20, 30, 40) was previously applied in and / or on the sample.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzschritt (3) in-situ mindestens eine epitaktische Schicht (50, 60), insbesondere eine Schutzschicht auf die Oberfläche aufgebracht wird.7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that after the etching step (3) at least one epitaxial layer (50, 60), in particular a protective layer, is applied to the surface.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierungstyp der Uberwachsungsschichten komplementär zum Dotierungstyp eines Substrates (10) für das Halbleiter-Bauelementes ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the doping type of the growth layers is complementary to the doping type of a substrate (10) for the semiconductor component.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandlücke zu mindestens einer Uberwachsungsschicht größer ist als die Bandlücke der aktiven Schicht (20) des Halbleiter-Bauelementes.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the band gap to at least one overgrowth layer is larger than the band gap of the active layer (20) of the semiconductor component.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ätzschrittes (3) in-situ mindestens eine ganzflächige Ätzung eines Steges für eine BH-Laserdiode in der Epitaxie-Anlage vorgenommen wird.10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that during the etching step (3) at least one full-area etching of a web for a BH laser diode is carried out in the epitaxial system during the etching step (3).
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch .gekennzeichnet, dass nach Abschluß des Verfahrens die entstandene Halbleiterstruktur in einem Halbleiterbauelement, insbesondere einer BH-Laserdiode einsetzbar ist .11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that, after completion of the method, the resulting semiconductor structure can be used in a semiconductor component, in particular a BH laser diode.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden12. The method according to at least one of the preceding
Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung einer BH-Laserdiode ein Ätzschritt (3) , insbesondere zur Erzeugung der Stegstruktur, und ein anschließender Epitaxie-Schritt zum Überwachsen durchgeführt wird, wobei beide Schritte in-situ in der selben Epitaxie- Anlage vorgenommen werden.Claims, characterized in that an etching step (3) for producing a BH laser diode, in particular for producing the web structure, and a subsequent epitaxy step for overgrowing is carried out, both steps being carried out in situ in the same epitaxy system.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ätzschritt (3) eine Grundstuktur mit einem Epitaxie-Schritt erzeugt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that a basic structure with an epitaxial step is generated before the etching step (3).
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