WO2016062477A2 - Verfahren zur strukturierung einer schichtenfolge und halbleiterlaser-vorrichtung - Google Patents

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plasma etching
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a semiconductor laser device A semiconductor laser device
  • the document DE 19640420 Al describes a method for producing a semiconductor laser device and a semiconductor laser device.
  • Another object to be achieved is to provide an improved semiconductor laser device.
  • the method comprises a method step in which the layer sequence
  • the layer sequence comprises at least a first layer and at least one second layer, which differ from one another with respect to their material composition.
  • the first and the second layer are stacked in a stacking direction of the layer sequence
  • the first layer completely covers the second layer at its top.
  • the first layer and the second layer may, for example, each be layers that have a
  • semiconductor materials of the two layers differ from each other at least in their composition.
  • Both layers are produced epitaxially.
  • the two layers may, for example, be selected from the following material classes: semiconductor material,
  • Plastic material such as paint, metal,
  • dielectric materials such as semiconductor oxides, semiconductor nitrides, metal oxides, metal nitrides.
  • Material class can be selected or the first and the second layer are made of different material classes
  • the method comprises a method step in which a mask is applied to the cover surface of the first layer facing away from the second layer. That is, the first layer is an outer layer of the layer sequence, which limits the layer sequence on its upper side to the outside.
  • a mask which has at least one opening in which the top surface of the first layer is exposed, is applied to the top surface of the first layer facing away from the second layer.
  • the mask may be, for example, an etching mask.
  • the material for the mask may be selected from at least one of the following material classes: semiconductor material, synthetic material such as lacquer, metals such as chromium, titanium or aluminum, dielectric materials such as silicon oxide, in particular S1O2,
  • Silicon nitride in particular SiN, oxide such as Al 2 O 3, ZnO, ITO.
  • the mask serves in particular as an etching mask for a later dry etching process. It is possible that the material will be removed less strongly in subsequent etching steps as the material of the first layer, which is covered by the mask. In other words, the mask points then, for subsequent etching processes, a lower etch rate than the first layer.
  • the method comprises a method step in which the first layer is partially removed in a region of the layer sequence which is uncovered by the mask, a partial exposure of the second layer taking place. This process step takes place
  • a plasma etching process such as a Chemical Dry Etching (CDE) process or a Reactive Ion Etching (RIE) process.
  • CDE Chemical Dry Etching
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the first layer is at least partially removed and in places an opening is created in the first layer, which is the first
  • the first layer completely penetrates, so that at the bottom surface of the opening, the second layer is exposed in places.
  • the first layer is not completely removed, but remains at least partially present.
  • a thickness of the first layer is achieved by the partial ablation during the
  • Plasma etching reduced. That is, in the first plasma etching process, the first layer is partially removed and with the same
  • the method comprises a method step in which a second plasma etching method, which differs from the first one
  • Plasma etching differs, at least partial removal of the exposed second layers takes place. It is possible that the second layer, for example, in the region of the opening of the first layer, partially or completely removed. At the second
  • Plasma etching processes are again, for example, a Chemical Dry Etching (CDE) process or a Reactive Ion Etching (RIE) process.
  • CDE Chemical Dry Etching
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the first layer is removed more strongly by the first plasma etching method with decreasing distance in a lateral direction to the mask.
  • the lateral directions are those directions which run parallel to the top surface of the first layer in the context of the manufacturing tolerance, ie which are perpendicular to the stacking direction of the layer sequence
  • Layer sequence is generated, which extends completely through the first layer to the second layer. In other areas, the first layer sequence can then only experience a reduction in its thickness without them there
  • the first layer is removed at a smaller etch rate in the second plasma etching method than the second layer.
  • the etching rate in the second plasma etching method, with which the first layer is etched is small compared to FIG
  • Etch rate of the second layer in the second plasma etching process it is possible for the second layer to be etched only in the region of the opening of the layer sequence, where the first layer is completely penetrated by the first plasma etching method. In this way, the
  • the trench in the vicinity of the mask thus serves as a germ for a further etching of the second layer of the layer sequence.
  • Layer sequence can be generated, which extends completely through the first layer and at least partially through or into the second layer.
  • the ditch is located in
  • the layer sequence can thus have a defined opening at the edge of the mask, which extends through the first layer into the second layer or even through the second layer.
  • the layer sequence comprising a first layer and a second layer which differ from one another with regard to their material composition
  • the first layer is more strongly removed by the first plasma etching process with decreasing distance in a lateral direction to the mask
  • the first layer is removed in the second plasma etching with a smaller etching rate than the second
  • At least one trench in the layer sequence is generated, which extends completely through the first layer and at least partially through the second layer.
  • etching masks which are produced by photolithography.
  • the remaining photoresist then serves as a mask for the etching process and protects the parts of the underlying material from erosion.
  • a limitation of this procedure is the optical
  • Shadow mask can be imaged in the paint, or the accuracy with which the illuminating light beam can write the desired pattern in the photoresist.
  • this method is limited by the Abbe's criterion for the wavelength used. In the typical wavelength used in the UV range, in particular a wavelength between 300 nm and 400 nm, this is
  • the resolution is additionally limited by the technical limits of the exposure system, which hardly allows the imaging with accuracies of below 1 pm.
  • the method described here is now based on a new, combined plasma etching process in which the trench can be produced which is not bound to the resolution limit of the photolithography of the etching mask.
  • the mask may in this case be formed, for example, with material from at least one of the abovementioned material classes.
  • Plasma etching process may occur in the vicinity of steep flanks, a normally undesirable effect, which is always avoided in conventional methods. Surprisingly, however, it has been shown that by the
  • suitable selection of the etching parameters and the geometry of the mask of the trenches can be generated selectively and controlled in terms of its depth and lateral extent.
  • the actually unwanted ⁇ tzgraben Struktur is specifically exploited.
  • the first plasma etching process the first plasma etching process
  • the first layer in the vicinity of the mask, that is to say, for example, on the vertical side surface of the mask, which is perpendicular to the lateral directions, the first layer can be removed locally up to the second layer.
  • the width and the depth of the trench can be adjusted, for example, via the gas composition, the process pressure, the temperature and / or the RF power during the first plasma etching process.
  • the thickness and the composition of the first layer and / or the thickness and the composition of the mask may alternatively or additionally be used to adjust the dimensions of the trench produced.
  • the second plasma etching process which has a significantly greater etching rate in the second layer than in the first layer
  • the previously generated trench in the first layer is etched to the desired depth.
  • the etch depth can be about the selectivity of the second
  • Plasma etching process to another third layer, over time or via an end point detection, which detects the transition from the second to the third layer controlled. Due to the etching selectivity between the first and the second layer is during the second
  • Layer in the region in which the mask is not present has a slightly smaller thickness than in the area where the mask was present during the first plasma etching and the second plasma etching.
  • Procedure is removed. That is, the first layer need not be one necessary for the process
  • the first layer and the second layer are removed at substantially the same etching rates in the first plasma etching process.
  • the first plasma etching process is carried out such that between the first layer and the second layer, the etching process has the smallest possible, in particular no selectivity. It has been shown that in this way an opening in the first layer in the immediate vicinity of the mask can be generated in a particularly efficient manner, which can be used as the starting point for a well-defined trench during the second
  • Plasma etching is completed, serves.
  • a plurality of trenches in the layer sequence can be produced with the method.
  • the mask may be along a line on the
  • Plasma etching performed evenly on the entire layer sequence, so arise trenches, for example, on all side surfaces of the mask, the transverse or perpendicular to the lateral directions, that is, for example, to the top surface of the first layer run.
  • the at least one trench laterally adjoins the mask directly. That is, there is no material of the first layer between the trench and the mask, but the first layer is complete in the area adjacent to the mask
  • the shape of the adjacent side surface of the trench can be specified.
  • the trench can then follow a curved or a straight course of the mask accordingly.
  • the mask it is possible for the mask to have a multiplicity of
  • the trenches have a smaller extent in the direction perpendicular to the side surface of the mask than the extent of the opening in the mask in the same direction.
  • a lateral extent of the at least one trench perpendicular or transverse to a side face of the mask facing the trench is small compared to a lateral extent of an opening in the mask.
  • the width of the trench produced is independent of the width of the mask opening, so that the limitations imposed by, for example, the
  • the lateral extent of the at least one trench is less than 800 nm, in particular less than 100 nm
  • lateral recesses are achievable to at least 25 nm.
  • the sizes for the achievable lateral dimensions are far below the
  • the layer sequence comprises a third layer, which is arranged on the side of the second layer facing away from the first layer, wherein the second layer and the third layer are themselves
  • the material composition of the first layer and the third layer differ with regard to their material composition. It is further possible for the material composition of the first layer and the third layer to differ from one another or for these two layers to have the same material composition.
  • Materials for the first, for the second and for the third layer can be selected from the material classes mentioned above.
  • the third layer may determine the depth of the trench. So it is possible that the trench depth, so the etch depth, on the selectivity of the second
  • Plasma etching is determined.
  • the second plasma etching method may have the same or similar selectivity as the first layer with respect to the third layer.
  • the etching process thus stops at the third layer.
  • the etching depth is controlled via an end point detection which detects the transition between the second and the third layer.
  • layers described are layer sequences comprising two or more sublayers.
  • Sub-layers may then be grouped together to the layers, with the selectivity of those described herein
  • Plasma etching process with respect to the sub-layers is chosen so that sub-layers with the same or similar
  • the at least one trench extends directly on or into or through the third layer.
  • the trench may extend through the third layer if the trench depth is determined by the etching time, ie the time at which the second plasma etching process is carried out. In the case of particularly large etching times, the trench can then also extend through the third layer.
  • further layers may be present, through which or into which the trench may at least partially extend.
  • the layer sequence is formed with semiconductor material. That is, in at least one layer of the layer sequence,
  • the second layer it is a semiconductor layer. Furthermore, it is possible for all the layers of the layer sequence to be formed with a semiconductor material.
  • the mask may cover a ridge waveguide and on
  • one of the trenches is produced in such a way that the trenches laterally delimit the ridge waveguide.
  • the trenches can then be
  • the ridge waveguide is bounded on both sides by the trenches.
  • a method described here is particularly suitable for the production of semiconductor lasers with a ridge waveguide.
  • these may be semiconductor lasers with ridge waveguides which have a so-called tripod structure.
  • the ridge waveguide in addition to the ridge waveguide further step structures, in particular of the material of
  • Example with its p-side down the semiconductor laser in the region of the ridge waveguide can lie flat on a heat sink and the ridge waveguide is mechanically supported by the two adjacent structures.
  • the Mounting with the p-side down, so in such a way that the p-side of the semiconductor laser can be in direct contact with a heat sink, is advantageous to those in the
  • Web waveguides absorb part of the mechanical stress during assembly and thus protect the ridge waveguide against excessive mechanical stress.
  • another mask may be facing away from the second layer
  • Cover surface of the first layer can be applied.
  • the further mask can be applied after a detachment of the mask become. Furthermore, it is possible that the mask on the
  • Top surface of the first layer remains and the additional mask is applied in addition to the mask.
  • the position of the further mask is chosen, for example, such that the position of the further mask at most in places coincides with the position of the mask. It is possible that the positions of the mask and the other mask
  • Plasma etching process performed again. That is, the plasma etching method, that for the first layer and for the second layer, for example, about the same
  • Has selectivity is performed again for the further mask.
  • the first plasma etching process is applied several times to the layer sequence and thus the first layer is interrupted several times through openings and only subsequently is the second plasma etching process, with which the openings are then etched to the trenches in the desired depth. This allows many trenches below the photolithography resolution limit to be in one and the same
  • the mask is removed before the application of the further mask. This is particularly advantageous when the too
  • a grid of trenches can be created, along later the layer sequence, for example through the second
  • Plasma etching can be separated into individual chips. That is, the method can also be used for the so-called "plasma dicing", in which the layer sequence of the described plasma etching of narrow
  • Trenches is divided into individual chips.
  • the trenches for the separation can be significantly narrower than was previously the case and the number of components that can be generated from the layer sequence, thus increases advantageous.
  • a method described here can therefore be carried out particularly economically.
  • narrow rings, rectangular frames or any other closed, narrow and arbitrarily deep structures can be etched on circular or rectangular structures of the mask, depending on the choice of the course of the mask.
  • the methods described here are characterized in that structures can be produced whose structure size is below the
  • semiconductor laser devices for example, semiconductor laser devices or other semiconductor chips.
  • the semiconductor laser device can be used with one here
  • Semiconductor laser sequence a layer sequence that with a
  • the layer sequence comprises, for example, at least a first layer and a second layer, which are arranged one above the other.
  • the semiconductor laser device comprises at least two trenches in the layer sequence which laterally delimit a ridge waveguide. That is, the trenches extend, for example, along a longitudinal direction on a top surface of the semiconductor layer sequence and define one
  • each of the trenches is at its
  • Layer sequence limited which measured from the lowest point of the trench has a maximum height which is smaller than the height of the ridge waveguide. The maximum height of the
  • Layer sequence may be, for example, at least 50% of the maximum height of the ridge waveguide.
  • the maximum height of the layer sequence is between 90% and at most 99% of the height of the ridge waveguide. That is, the
  • Semiconductor laser device comprises a so-called
  • Tripod structure in which the ridge waveguide through
  • Heat sink in the region of the ridge waveguide has a slightly lowered area, so that the ridge waveguide and the areas on the side facing away from the ridge waveguide side of the trenches in each case in contact with the heat sink on this rest.
  • Such a semiconductor laser device can be produced on the basis of the method described here with a reduced number of photolithographic steps and is therefore particularly cost-effective.
  • the latter comprises a layer sequence that is formed with a semiconductor material and two trenches in the layer sequence that laterally delimit a ridge waveguide. Each of the trenches is at his
  • Steg waveguide side facing away from a region of the layer sequence limited measured at the lowest point of the trench has a maximum height which corresponds to at least 90% and at most 99% of the height of the ridge waveguide.
  • Figures 1, 2, 3A, 3B, 3C show schematic
  • Process step is first a layer sequence 10th provided.
  • the layer sequence 10 comprises at least a first layer 1 and at least a second layer 2.
  • the first layer 1 is arranged on an upper side of the second layer 2 and covers it completely.
  • the cover surface 1a facing away from the second layer 1a of the first layer 1 is covered in places by a mask 20 such that the mask 20 covers part of the cover surface 1a and leaves it free to another part of the cover surface.
  • the mask 20 can, for example, with paint, a metal such as chromium, titanium or aluminum, a dielectric such
  • Silicon dioxide or silicon nitride an oxide such as
  • Semiconductor material may be formed.
  • the first layer 1 is, for example, an epitaxially deposited semiconductor material, a lacquer, a metal, a dielectric or an oxide.
  • the materials for the second layer may be the same
  • Plasma etching is performed. The first
  • Plasma etching method has the same for the first layer and the second layer within the manufacturing tolerance
  • the trench 4 is deeper, the smaller the distance d to the side surface 20b of the mask. That is, with increasing distance from the Side surface 20b of the mask 20, the first layer is etched less strongly. Far from the mask 20, the first layer is removed evenly and has no trench 4. The part of the first layer 1 covered by the mask 20 has no erosion, so that it is slightly elevated compared to the remaining first layer 1.
  • a second plasma etching process takes place in which the etching rate for the second layer is large in comparison to the etching rate for the first layer.
  • Trenching in a direction perpendicular to the side surface 20b of the mask 20 is small against the opening in the mask 20 and has, for example, a size of at most 800 nm, in particular of at most 100 nm, for example 50 nm or 30 nm, measured for example in the region of the transition from the first layer 1 to the second layer 2.
  • the depth of the trench may be determined by the time at which the second etching process is used: the longer the second etching process is used, the deeper it is
  • the layer sequence 10 comprises a third layer 3, which faces away from the first layer
  • Material composition as the first layer 1 and therefore has an etching rate that is small against the etching rate at which the second layer is removed during the second plasma etching. This is done at the third
  • Layer 3 an etch stop after the second layer.
  • a further example for determining the depth of the trench 4 is described. Also present in this embodiment is a third layer 3 having a material composition different from layer 2, but the same
  • Web waveguide structure 30 generates. This is at the
  • the mask 20 is arranged, which extends for example along a straight line and which serves to define the ridge waveguide 30.
  • the ridge waveguide 30 has a height HS which is higher than the height HA of the regions A.
  • the height HA is between at least 0.9 and at most 0.99 of the height HS ,
  • the trench width can range from, for example, at least 40 nm to the size of the
  • Openings of the mask layer can be set freely by the process parameters.
  • the method described here is suitable, for example, and in particular for producing laser structures with ridge waveguides and tripod structures.
  • the mask 20 is used to etch deep trenches 4 adjacent to the ridge waveguide 30, thus producing a tripod structure, although the etch mask covers only the ridge waveguide. That is, for the preparation of the areas A on the web waveguide 30 side facing away from the trenches 4 no further mask is necessary. In a subsequent passivation of the tripod structure and the lifting of the mask 20 can only so the ridge waveguide 30 may be connected to a p-type contact while the remainder of the structure is isolated from the p-type contact.
  • Figures 5A and 5B is based
  • masks 20 are first applied to the top surface la of the layer sequence 10, which in the present example in FIG. 5A extend parallel to one another from the left side to the right side.
  • a removal of the masks 20 and further masks 50 are in the direction perpendicular to
  • Top surface la the layer sequence 10 applied.
  • a second application of the first plasma etching process is carried out, in which trenches 4 are generated which are perpendicular to the trenches produced in the first application of the method and in which also the second layer 2 is exposed.
  • Optically active structures may, for example, be so-called air gaps, ie air pockets, which in the present case are formed by the trenches 4. This will be here
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, it includes The invention relates to any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features i the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Strukturierung einer Schichtenfolge sowie eine Halbleiterlaser-Vorrichtung angegeben. Bei dem Verfahren erfolgt die Erzeugung zumindest eines Grabens (4) in der Schichtenfolge (10) durch zwei Plasmaätzverfahren. Die Halbleiterlaser-Vorrichtung umfasst eine Schichtenfolge (10), die mit einem Halbleitermaterial gebildet ist, und zwei Gräben (4) in der Schichtenfolge (10), die einen Stegwellenleiter (30) seitlich begrenzen, wobei jeder der Gräben (4) an seiner dem Stegwellenleiter (30) abgewandten Seite von einem Bereich (A) der Schichtenfolge (10) begrenzt ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Strukturierung einer Schichtenfolge und
Halbleiterlaser-Vorrichtung
Es werden ein Verfahren zur Strukturierung einer
Schichtenfolge sowie eine Halbleiterlaser-Vorrichtung
angegeben . Die Druckschrift DE 19640420 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaser-Vorrichtung sowie eine Halbleiterlaser-Vorrichtung .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
anzugeben, das besonders kostengünstig durchgeführt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Halbleiterlaser-Vorrichtung anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Strukturierung einer Schichtenfolge umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem die Schichtenfolge
bereitgestellt wird, wobei die Schichtenfolge zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht umfasst, die sich hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung voneinander unterscheiden. Die erste und die zweite Schicht sind dabei in einer Stapelrichtung der Schichtenfolge übereinander
angeordnet. Beispielsweise bedeckt die erste Schicht die zweite Schicht an deren Oberseite vollständig. Bei der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann es sich beispielsweise jeweils um Schichten handeln, die mit einem
Halbleitermaterial gebildet sind, wobei sich die
Halbleitermaterialien der beiden Schichten zumindest in ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheiden. Beispielsweise sind beide Schichten dabei epitaktisch hergestellt. Allgemein können die beiden Schichten beispielsweise aus folgenden Materialklassen ausgewählt sein: Halbleitermaterial,
Kunststoffmaterial wie beispielsweise Lack, Metall,
dielektrische Materialien wie beispielsweise Halbleiteroxide, Halbleiternitride, Metalloxide, Metallnitride. Dabei können die erste und die zweite Schicht aus der gleichen
Materialklasse ausgewählt sein oder die erste und die zweite Schicht sind aus unterschiedlichen Materialklassen
ausgewählt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine Maske auf die der zweiten Schicht abgewandte Deckfläche der ersten Schicht aufgebracht wird. Das heißt, bei der ersten Schicht handelt es sich um eine äußere Schicht der Schichtenfolge, welche die Schichtenfolge an ihrer Oberseite nach außen hin begrenzt. Eine Maske, die zumindest eine Öffnung aufweist, in der die Deckfläche der ersten Schicht freiliegt, wird auf die der zweiten Schicht abgewandte Deckfläche der ersten Schicht aufgebracht. Bei der Maske kann es sich beispielsweise um eine Ätzmaske handeln. Das Material für die Maske kann aus zumindest einer der folgenden Materialklassen ausgewählt sein: Halbleitermaterial, KunstStoffmaterial wie zum Beispiel Lack, Metalle wie Chrom, Titan oder Aluminium, dielektrische Materialien wie Siliziumoxid, insbesondere S1O2,
Siliziumnitrid insbesondere SiN, Oxid wie AI2O3, ZnO, ITO.
Dabei dient die Maske insbesondere als Ätzmaske für ein späteres Trockenätzverfahren. Dabei ist es möglich, dass das Material wird bei nachfolgenden Ätzschritten weniger stark abgetragen wird wie das Material der ersten Schicht, welche von der Maske bedeckt ist. Mit anderen Worten weist die Maske dann für nachfolgende Ätzverfahren eine geringere Ätzrate auf als die erste Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem die erste Schicht teilweise in einem von der Maske unbedeckten Bereich der Schichtenfolge abgetragen wird, wobei ein teilweises Freilegen der zweiten Schicht erfolgt. Dieser Verfahrensschritt erfolgt
insbesondere durch ein Plasmaätzverfahren wie beispielsweise ein Chemical Dry Etching (CDE) -Verfahren oder ein Reactive Ion Etching (RIE) -Verfahren .
Bei diesem ersten Plasmaätzverfahren wird die erste Schicht zumindest teilweise abgetragen und stellenweise wird eine Öffnung in der ersten Schicht erzeugt, welche die erste
Schicht vollständig durchdringt, so dass an der Bodenfläche der Öffnung die zweite Schicht stellenweise freiliegt. Die erste Schicht wird jedoch nicht vollständig abgetragen, sondern sie bleibt zumindest in Teilen vorhanden.
Beispielsweise wird bis auf die Stelle der Öffnung der ersten Schicht oder der Öffnungen der ersten Schicht eine Dicke der ersten Schicht durch das teilweise Abtragen während des
Plasmaätzverfahrens reduziert. Das heißt, bei dem ersten Plasmaätzverfahren wird die erste Schicht teilweise Abgetragen und mit dem gleichen
Plasmaätzverfahren - und nicht etwa in einem weiteren
Ätzschritt - kann die zweite Schicht freigelegt werden. Dabei ist es möglich, dass auch Material der zweiten Schicht in einem geringen Umfang und stellenweise während des ersten Plasmaätzverfahrens abgetragen oder entfernt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem durch ein zweites Plasmaätzverfahren, das sich vom ersten
Plasmaätzverfahren unterscheidet, ein zumindest teilweises Abtragen der freigelegten zweiten Schichten erfolgt . Dabei ist es möglich, dass die zweite Schicht, beispielsweise im Bereich der Öffnung der ersten Schicht, teilweise oder vollständig abgetragen wird. Bei dem zweiten
Plasmaätzverfahren handelt es sich wiederum zum Beispiel um ein Chemical Dry Etching (CDE) -Verfahren oder ein Reactive Ion Etching (RIE) -Verfahren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Schicht durch das erste Plasmaätzverfahren mit kleiner werdendem Abstand in einer lateralen Richtung zur Maske stärker abgetragen. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die im Rahmen der Herstellungstoleranz zur Deckfläche der ersten Schicht parallel verlaufen, die also zur Stapelrichtung der Schichtenfolge senkrecht
verlaufen. Mit anderen Worten werden Bereiche der ersten
Schicht im ersten Plasmaätzverfahren stärker geätzt und damit stärker abgetragen, je näher sie in lateraler Richtung zur Maske liegen. Am stärksten erfolgt der Abtrag direkt an der Seitenfläche der Maske. Auf diese Weise ist es möglich, dass an der Seitenfläche der Maske zumindest ein Graben in der
Schichtenfolge erzeugt wird, der sich vollständig durch die erste Schicht zur zweiten Schicht hin erstreckt. In anderen Bereichen kann die erste Schichtenfolge dann lediglich eine Reduzierung ihrer Dicke erfahren, ohne dass sie dort
vollständig abgetragen wird. Das heißt, in anderen Bereichen bedeckt die erste Schicht die zweite Schicht und die zweite Schicht ist nicht freigelegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Schicht bei dem zweiten Plasmaätzverfahren mit einer kleineren Ätzrate abgetragen als die zweite Schicht.
Insbesondere ist die Ätzrate beim zweiten Plasmaätzverfahren, mit der die erste Schicht geätzt wird, klein gegen die
Ätzrate der zweiten Schicht beim zweiten Plasmaätzverfahren. Auf diese Weise ist es möglich, dass die zweite Schicht nur im Bereich der Öffnung der Schichtenfolge, dort wo die erste Schicht durch das erste Plasmaätzverfahren vollständig durchdrungen ist, geätzt wird. Auf diese Weise wird der
Graben in der Nähe der Maske durch die zweite Schicht
hindurch weiter vertieft. Der Graben in der Nähe der Maske dient also als Keim für eine weitergehende Ätzung der zweiten Schicht der Schichtenfolge.
Insgesamt kann auf diese Weise ein Graben in der
Schichtenfolge erzeugt werden, der sich vollständig durch die erste Schicht und zumindest teilweise durch oder in die zweite Schicht erstreckt. Der Graben befindet sich in
unmittelbarer Nähe der Maske. Die Schichtenfolge kann damit am Rand der Maske eine definierte Öffnung aufweisen, die sich durch die erste Schicht in die zweite Schicht oder sogar durch die zweite Schicht hindurch erstreckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur
Strukturierung einer Schichtenfolge umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen der Schichtenfolge, umfassend eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die sich hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung voneinander unterscheiden,
- Aufbringen einer Maske auf die der zweiten Schicht
abgewandte Deckfläche der ersten Schicht, - teilweises Abtragen der ersten Schicht in einem von der Maske unbedeckten Bereich der Schichtenfolge und teilweises Freilegen der zweiten Schicht durch ein erstes
Plasmaätzverfahren,
- zumindest teilweises Abtragen der freigelegten zweiten Schicht durch ein zweites Plasmaätzverfahren, wobei
- die erste Schicht durch das erste Plasmaätzverfahren mit kleiner werdendem Abstand in einer lateralen Richtung zur Maske stärker abgetragen wird,
- die erste Schicht bei dem zweiten Plasmaätzverfahren mit einer kleineren Ätzrate abgetragen wird als die zweite
Schicht ,
- zumindest ein Graben in der Schichtenfolge erzeugt wird, der sich vollständig durch die erste Schicht und zumindest teilweise durch die zweite Schicht erstreckt.
Dabei ist es insbesondere möglich, dass das hier beschriebene Verfahren in der hier beschriebenen Reihenfolge durchgeführt wird, wobei zwischen den genannten Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte vorhanden sein können.
Beim hier beschriebenen Verfahren hat sich überraschend gezeigt, dass damit sehr schmale Ätzgräben erzeugt werden können, die unterhalb von typischen Auflosungsgrenzen der Fotolithografie liegen.
Für die Herstellung von Ätzgräben kann man auf Ätzmasken zurückgreifen, die per Fotolithografie hergestellt werden. Hierbei wird beispielsweise ein Fotolack mit einer
Schattenmaske oder einem abtastenden Lichtstrahl belichtet und anschließend chemisch entwickelt, wodurch die Strukturen der Schattenmaske in den Fotolack übertragen werden oder ein Rastermuster des belichtenden Lichtstrahls im Fotolack abgebildet wird. Der verbleibende Fotolack dient anschließend als Maske für den Ätzprozess und schützt die Teile des darunterliegenden Materials vor Ätzabtrag. Eine Limitierung dieses Verfahrens stellt die optische
Auflösung dar, das heißt, die Genauigkeit, mit der die
Schattenmaske im Lack abgebildet werden kann, beziehungsweise die Genauigkeit, mit der der belichtende Lichtstrahl das gewünschte Muster im Fotolack schreiben kann. Im Grenzfall ist dieses Verfahren durch das Abbe' sehe Beugungskriterium für die verwendete Wellenlänge begrenzt. Bei der typischen verwendeten Wellenlänge im UV-Bereich, insbesondere einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 400 nm, liegt diese
Auflösungsgrenze theoretisch in diesem Größenbereich.
Tatsächlich ist die Auflösung zusätzlich von den technischen Grenzen der Belichtungsanlage limitiert, was die Abbildung mit Genauigkeiten von unterhalb 1 pm kaum erlaubt.
Dem hier beschriebenen Verfahren liegt nun ein neuer, kombinierter Plasmaät zprozess zugrunde, bei dem der Graben hergestellt werden kann, der nicht an die Auflösungsgrenze der Fotolithografie der Ätzmaske gebunden ist. Mit den hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, an den Seitenflächen der Maske, die beispielsweise durch steile Flanken der Maske gebildet sind, schmale und tiefe Gräben trockenchemisch zu ätzen, welche hinsichtlich ihrer Tiefe und ihrer Breite in einem weiten Bereich einstellbar sind und nicht von der Breite der Öffnung in der Maske abhängen. Die Maske kann hierbei beispielsweise mit Material aus zumindest einer der oben genannten Materialklassen gebildet sein.
Grundlage des hier beschriebenen Verfahrens ist die gezielte Ausnutzung und Kontrolle der Ätzgrabenbildung (englisch: Trenching) während des ersten Plasmaätzverfahrens und das anschließende zweite Plasmaätzverfahren welches die zweite Schicht mit einer höheren Ätzrate abträgt als die erste
Schicht, das heißt eine Selektivität aufweist. Dabei ist zu beachten, dass die Ätzgrabenbildung, welche bei einem
Plasmaätzverfahren in der Umgebung von steilen Flanken entstehen kann, ein normalerweise unerwünschter Effekt ist, welcher bei herkömmlichen Verfahren stets vermieden wird. Überraschend hat sich jedoch gezeigt, dass durch die
geeignete Wahl der Ätzparameter und die Geometrie der Maske der Graben gezielt erzeugt und hinsichtlich seiner Tiefe und lateralen Ausdehnung gesteuert werden kann.
Das heißt, bei den hier beschriebenen Verfahren wird die eigentlich unerwünschte Ätzgrabenbildung gezielt ausgenutzt. So wird beispielsweise im ersten Plasmaätzverfahren das
Verfahren derart gewählt, dass keine Selektivität oder nahezu keine Selektivität zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht auftritt. Auf diese Weise kann in der Nähe der Maske, also beispielsweise an der vertikalen, zu den lateralen Richtungen senkrechten, Seitenfläche der Maske die erste Schicht lokal bis in die zweite Schicht abgetragen werden. Die Breite und die Tiefe des Grabens lässt sich dabei beispielsweise über die Gaszusammensetzung, den Prozessdruck, die Temperatur und/oder die RF-Leistung während des ersten Plasmaätzverfahrens einstellen. Auch über die Dicke und die Zusammensetzung der ersten Schicht und/oder die Dicke und die Zusammensetzung der Maske kann alternativ oder zusätzlich eine Einstellung der Abmessungen des erzeugten Grabens erfolgen.
Im zweiten Plasmaätzverfahren welches eine deutlich größere Ätzrate in der zweiten Schicht als in der ersten Schicht aufweist, wird anschließend der zuvor erzeugte Graben in der ersten Schicht auf die gewünschte Tiefe geätzt. Die Ätztiefe kann dabei über die Selektivität des zweiten
Plasmaätzverfahrens auf eine weitere dritte Schicht, über die Zeit oder über eine Endpunkterkennung, welche den Übergang von der zweiten in die dritte Schicht detektiert, gesteuert werden. Aufgrund der Ätzselektivität zwischen der ersten und der zweiten Schicht wird während des zweiten
Plasmaätzverfahrens die erste Schicht nur wenig oder gar nicht abgetragen. Damit ist es möglich, dass die erste
Schicht in dem Bereich, in dem die Maske nicht vorhanden ist, eine etwas kleinere Dicke aufweist als im Bereich, wo die Maske während des ersten Plasmaätzverfahrens und des zweiten Plasmaätzverfahrens vorhanden war. Dies und die
charakteristische Form der Ränder des erzeugten Grabens ermöglicht einen eindeutigen Nachweis des hier beschriebenen Verfahrens am fertigen Produkt.
Ferner ist es beim hier beschriebenen Verfahren vorteilhaft möglich, dass die erste Schicht nach dem Abschluss des
Verfahrens abgetragen wird. Das heißt, bei der ersten Schicht muss es sich nicht um eine für das Verfahren notwendige
Schicht handeln, sondern sie kann lediglich zur Erzeugung des Grabens dienen und nach Abschluss des Verfahrens wieder entfernt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Schicht und die zweite Schicht beim ersten Plasmaätzverfahren im Wesentlichen mit den gleichen Ätzraten abgetragen. Mit anderen Worten wird das erste Plasmaätzverfahren derart ausgeführt, dass zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht das Ätzverfahren eine möglichst kleine, insbesondere keine Selektivität aufweist. Es hat sich dabei gezeigt, dass auf diese Weise besonders effizient eine Öffnung in der ersten Schicht in unmittelbarer Nähe der Maske erzeugt werden kann, die als Ausgangspunkt für einen wohldefinierten Graben, der während des zweiten
Plasmaätzverfahrens fertiggestellt wird, dient.
Dabei können mit dem Verfahren insbesondere auch mehrere Gräben in der Schichtenfolge erzeugt werden. So kann sich die Maske beispielsweise entlang einer Linie auf der
Schichtenfolge erstrecken. Werden die beschriebenen
Plasmaätzverfahren gleichmäßig auf die gesamte Schichtenfolge ausgeführt, so entstehen Gräben beispielsweise an sämtlichen Seitenflächen der Maske, die quer oder senkrecht zu den lateralen Richtungen, das heißt beispielsweise zur Deckfläche der ersten Schicht, verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens grenzt der zumindest eine Graben seitlich unmittelbar an die Maske. Das heißt, zwischen dem Graben und der Maske befindet sich kein Material der ersten Schicht, sondern die erste Schicht ist im Bereich, der an die Maske grenzt, vollständig
abgetragen. Über die Formgebung der Seitenflächen der Maske, die quer oder senkrecht zu den lateralen Richtungen
verlaufen, kann dann die Form der angrenzenden Seitenfläche des Grabens vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Graben dann einem gekrümmten oder einem geraden Verlauf der Maske entsprechend folgen.
Ferner ist es möglich, dass die Maske eine Vielzahl von
Öffnungen umfasst, und Gräben in jeder Öffnung in
unmittelbarer Nähe zur Maske ausgebildet werden. Die Gräben weisen dabei in der Richtung senkrecht zur Seitenfläche der Maske eine geringere Erstreckung auf als die Erstreckung der Öffnung in der Maske in der gleichen Richtung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist eine laterale Ausdehnung des zumindest einen Grabens senkrecht oder quer zu einer dem Graben zugewandten Seitenfläche der Maske klein gegen eine laterale Ausdehnung einer Öffnung in der Maske. Mit anderen Worten ist die Breite des erzeugten Grabens unabhängig von der Breite der Maskenöffnung, so dass die Beschränkungen, die zum Beispiel durch die
Auflösungsgrenze der Fotolithografie gegeben sind, die Breite des Grabens nicht beeinflussen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die laterale Ausdehnung des zumindest einen Grabens kleiner als 800 nm, insbesondere kleiner als 100 nm. Mit dem
beschriebenen Verfahren sind laterale Ausnehmungen bis wenigstens 25 nm erreichbar. Damit liegen die Größen für die erzielbaren lateralen Ausdehnungen weit unterhalb der
Auslösungsgrenze von bekannten Fotolithografieverfahren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Schichtenfolge eine dritte Schicht, die an der der ersten Schicht abgewandten Seite der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht und die dritte Schicht sich
hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung voneinander unterscheiden. Dabei ist es weiter möglich, dass sich die Materialzusammensetzung der ersten Schicht und der dritten Schicht voneinander unterscheiden oder diese beiden Schichten die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen. Die
Materialien für die erste, für die zweite und für die dritte Schicht können dabei aus den oben genannten Materialklassen ausgewählt werden. Die dritte Schicht kann beispielsweise die Tiefe des Grabens bestimmen. So ist es möglich, dass die Grabentiefe, also die Ätztiefe, über die Selektivität des zweiten
Plasmaätzverfahrens bestimmt ist. Beispielsweise kann das zweite Plasmaätzverfahren hinsichtlich der dritten Schicht eine gleiche oder ähnliche Selektivität wie hinsichtlich der ersten Schicht aufweisen. Der Ätzprozess stoppt damit an der dritten Schicht. Ferner ist es möglich, dass die Ätztiefe über eine Endpunkterkennung, welche den Übergang zwischen der zweiten und der dritten Schicht detektiert, gesteuert wird.
Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass die hier
beschriebenen Schichten wiederum Schichtenfolgen sind, welche zwei oder mehrere Unterschichten umfassen. Diese
Unterschichten können dann zu den Schichten zusammengefasst sein, wobei die Selektivität der hier beschriebenen
Plasmaätzverfahren hinsichtlich der Unterschichten so gewählt ist, dass Unterschichten mit gleicher oder ähnlicher
Selektivität des Plasmaätzverfahrens zu einer Schicht
zusammengefasst sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
erstreckt sich der zumindest eine Graben unmittelbar an oder in oder durch die dritte Schicht. Der Graben kann sich insbesondere durch die dritte Schicht erstrecken, wenn die Grabentiefe durch die Ätzzeit, das heißt die Zeit, mit der das zweite Plasmaätzverfahren durchgeführt wird, bestimmt ist. Bei besonders großen Ätzzeiten kann sich der Graben dann auch durch die dritte Schicht hindurch erstrecken. An der der zweiten Schicht abgewandten Seite der dritten Schicht können weitere Schichten vorhanden sein, durch die oder in die sich der Graben zumindest teilweise erstrecken kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Schichtenfolge mit Halbleitermaterial gebildet. Das heißt, bei zumindest einer Schicht der Schichtenfolge,
beispielsweise der zweiten Schicht, handelt es sich um eine Halbleiterschicht. Ferner ist es möglich, dass dann sämtliche Schichten der Schichtenfolge mit einem Halbleitermaterial gebildet sind. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens kann die Maske einen Stegwellenleiter abdecken und an
gegenüberliegenden Seiten der Maske wird jeweils einer der Gräben erzeugt derart, dass die Gräben den Stegwellenleiter seitlich begrenzen. Die Gräben können sich dann
beispielsweise entlang der Maske, die den Stegwellenleiter abdeckt, erstrecken, so dass der Stegwellenleiter beidseitig von den Gräben begrenzt ist.
Dabei hat sich gezeigt, dass ein hier beschriebenes Verfahren insbesondere zur Herstellung von Halbleiterlasern mit einem Stegwellenleiter geeignet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um Halbleiterlaser mit Stegwellenleiter handeln, die eine sogenannte Dreibeinstruktur aufweisen. Bei einer solchen Dreibeinstruktur werden neben dem Stegwellenleiter weitere Stufenstrukturen, insbesondere aus dem Material der
Schichtenfolge, erzeugt, die allerdings elektrisch vom
Kontakt, mit dem der Stegwellenleiter kontaktiert ist - beispielsweise vom p-Kontakt - isoliert sind und damit nicht im Betrieb stromdurchflossen werden.
Der Vorteil einer solchen Struktur besteht unter anderem darin, dass bei einer Montage des Halbleiterlasers zum
Beispiel mit seiner p-Seite nach unten der Halbleiterlaser im Bereich des Stegwellenleiters flach auf einer Wärmesenke aufliegen kann und der Stegwellenleiter von den beiden nebenliegenden Strukturen mechanisch gestützt wird. Die Montage mit der p-Seite nach unten, also in der Weise, dass die p-Seite des Halbleiterlasers in direktem Kontakt mit einer Wärmesenke stehen kann, ist vorteilhaft um die im
Betrieb entstehende Verlustleistung effektiv in die
Wärmesenke abzuführen. Die beiden Strukturen neben dem
Stegwellenleiter nehmen dabei einen Teil der mechanischen Belastung bei der Montage auf und schützen auf diese Weise den Stegwellenleiter vor zu starker mechanischer Belastung. Außerdem ergeben sich Vorteile für die Abfuhr der
Verlustwärme, die während des Betriebs entsteht und eine einfachere horizontale Ausrichtung bei der Montage.
Bisher besteht ein Nachteil bei der Herstellung von
Halbleiterlasern mit einer Dreibeinstruktur im zusätzlichen Aufwand für die Herstellung der weiteren Strukturen, was bisher einen zusätzlichen Fotolithografieschritt erforderlich gemacht hat. Dieser war nötig, um die beiden Strukturen beidseits des Stegwellenleiters vom Kontakt, mit dem der Stegwellenleiter angeschlossen wird, zu isolieren
beziehungsweise um eine flächig vorhandene Passivierung des Stegwellenleiters zu öffnen und die Kontaktierung zu
ermöglichen. Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist ein solcher zusätzlicher Fotolithografieschritt nicht länger notwendig, was dazu führt, dass Halbleiterlaser-Vorrichtungen besonders kostengünstig hergestellt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden nach dem Durchführen des ersten Plasmaätzverfahrens und vor dem Durchführen des zweiten Plasmaätzverfahrens weitere
Verfahrensschritte durchgeführt. Zunächst kann dabei eine weitere Maske auf die der zweiten Schicht abgewandte
Deckfläche der ersten Schicht aufgebracht werden. Die weitere Maske kann dabei nach einem Ablösen der Maske aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, dass die Maske auf der
Deckfläche der ersten Schicht verbleibt und die weitere Maske zusätzlich zur Maske aufgebracht wird. Die Position der weiteren Maske wird dabei beispielsweise derart gewählt, dass sich die Position der weiteren Maske höchstens stellenweise mit der Position der Maske deckt. Dabei ist es möglich, dass sich die Positionen der Maske und der weiteren Maske
überhaupt nicht überschneiden oder sich die Positionen der beiden Masken stellenweise überschneiden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das erste
Plasmaätzverfahren nochmals durchgeführt. Das heißt, das Plasmaätzverfahren, das für die erste Schicht und für die zweite Schicht beispielsweise in etwa die gleiche
Selektivität aufweist, wird für die weitere Maske nochmals durchgeführt .
Mit anderen Worten wird das erste Plasmaätzverfahren mehrmals auf die Schichtenfolge angewendet und damit wird die erste Schicht mehrmals durch Öffnungen unterbrochen und erst nachfolgend erfolgt das zweite Plasmaätzverfahren, mit dem die Öffnungen dann zu den Gräben in der gewünschten Tiefe geätzt werden. Damit lassen sich viele Gräben unterhalb der Fotolithografie-Auflösungsgrenze in ein und dieselbe
Schichtenfolge strukturieren. Dabei können die derart
erzeugten besonders schmalen Gräben nahe beieinander liegen oder sich überschneiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maske vor dem Aufbringen der weiteren Maske entfernt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die zu
erzeugenden Gräben überschneiden sollen. Mit den Masken kann beispielsweise ein Gitter von Gräben erzeugt werden, entlang derer die Schichtenfolge später, etwa durch das zweite
Plasmaätzverfahren, zu einzelnen Chips vereinzelt werden kann. Das heißt, das Verfahren kann auch für das sogenannte „Plasmadicing" Verwendung finden, bei dem die Schichtenfolge durch die beschriebenen Plasmaätzverfahren von schmalen
Gräben in einzelne Chips zerteilt wird. Dabei können die Gräben für die Vereinzelung deutlich schmäler ausfallen als dies bisher der Fall war und die Anzahl der Bauteile, die aus der Schichtenfolge erzeugt werden kann, erhöht sich damit vorteilhaft. Ein hier beschriebenes Verfahren kann daher auch besonders wirtschaftlich durchgeführt werden.
Mit einem hier beschriebenen Verfahren können, je nach Wahl des Verlaufs der Maske, an kreisförmigen oder rechteckigen Strukturen der Maske schmale Ringe, rechteckige Rahmen oder beliebige andere geschlossene, schmale und beliebig tiefe Strukturen geätzt werden. Die hier beschriebenen Verfahren zeichnen sich dabei dadurch aus, dass Strukturen erzeugt werden können, deren Strukturgröße unterhalb der
Auflösungsgrenze der Fotolithografie liegt. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, beispielsweise bei der
Herstellung von Dreibeinstrukturen von Halbleiterlaser- Vorrichtungen, Fotolithografieschritte einzusparen. Aus der Möglichkeit zur Herstellung deutlich schmälerer Gräben, als das bisher der Fall war, ergibt sich eine deutlich bessere Flächennutzung der Schichtenfolge und dadurch eine
Möglichkeit zur Kostensenkung bei der Herstellung
beispielsweise von Halbleiterlaser-Vorrichtungen oder anderen Halbleiterchips .
Es wird weiter eine Halbleiterlaser-Vorrichtung angegeben. Die Halbleiterlaser-Vorrichtung kann mit einem hier
beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarte Merkmale sind auch für die Halbleiterlaser-Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterlaserfolge eine Schichtenfolge, die mit einem
Halbleitermaterial gebildet ist. Die Schichtenfolge umfasst beispielsweise zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die übereinander angeordnet sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterlaser- Vorrichtung umfasst die Halbleiterlaser-Vorrichtung zumindest zwei Gräben in der Schichtenfolge, die einen Stegwellenleiter seitlich begrenzen. Das heißt, die Gräben erstrecken sich beispielsweise längs einer Längsrichtung auf einer Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge und begrenzen einen
Stegwellenleiter beidseitig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterlaser- Vorrichtung ist jeder der Gräben an seiner dem
Stegwellenleiter abgewandten Seite von einem Bereich der
Schichtenfolge begrenzt, der gemessen vom tiefsten Punkt des Grabens eine maximale Höhe aufweist, die kleiner ist als die Höhe des Stegwellenleiters. Die maximale Höhe der
Schichtenfolge kann zum Beispiel wenigstens 50% der maximalen Höhe des Stegwellenleiters sein. Zum Beispiel beträgt die maximale Höhe der Schichtenfolge zwischen 90 % und höchstens 99 % der Höhe des Stegwellenleiters. Das heißt, die
Halbleiterlaser-Vorrichtung umfasst eine sogenannte
Dreibeinstruktur, bei der der Stegwellenleiter durch
Strukturen in der Schichtenfolge, die Bereiche an der dem
Stegwellenleiter abgewandten Seite jedes der Gräben, begrenzt ist. Bedingt durch ein hier beschriebenes
Herstellungsverfahren, bei dem die erste Schicht in ihren nicht von der Maske bedeckten Bereiche während des ersten Plasmaätzverfahrens und gegebenenfalls auch während des zweiten Plasmaätzverfahrens geringfügig gedünnt wird, sind die Bereiche der dem Stegwellenleiter abgewandten Seite der Gräben etwas dünner ausgebildet als die Schichtenfolge im
Bereich des Stegwellenleiters, dort wo die Schichtenfolge von der Maske bedeckt war. Dieser Unterschied in der Höhe kann insbesondere bei der Montage mit dem Stegwellenleiter auf einer Wärmesenke zur Justage genutzt werden, in dem die
Wärmesenke im Bereich des Stegwellenleiters einen leicht abgesenkten Bereich aufweist, so dass der Stegwellenleiter und die Bereiche an der dem Stegwellenleiter abgewandten Seite der Gräben jeweils in Kontakt mit der Wärmesenke auf dieser aufliegen.
Eine solche Halbleiterlaser-Vorrichtung ist aufgrund des hier beschriebenen Verfahrens mit einer verringerten Anzahl von Fotolithografieschritten herstellbar und damit besonders kostengünstig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiter- Laservorrichtung umfasst diese eine Schichtenfolge, die mit einem Halbleitermaterial gebildet ist sowie zwei Gräben in der Schichtenfolge, die einen Stegwellenleiter seitlich begrenzen. Dabei ist jeder der Gräben an seiner dem
Stegwellenleiter abgewandten Seite von einem Bereich der Schichtenfolge begrenzt, der gemessen am tiefsten Punkt des Grabens eine maximale Höhe aufweist, die zwischen wenigstens 90 % und höchstens 99 % der Höhe des Stegwellenleiters entspricht.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie die hier beschriebene Halbleiterlaser-Vorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
In Verbindung mit den Figuren 1, 2, 3A, 3B und 3C ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert.
Anhand der Figuren 4A und 4B ist ein zweites
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert.
Anhand der Figuren 5A und 5B ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert.
In Verbindung mit der Figur 6 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figuren 1, 2, 3A, 3B, 3C zeigen schematische
Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens
Beim in Verbindung mit der Figur 1 gezeigten
Verfahrensschritt wird zunächst eine Schichtenfolge 10 bereitgestellt. Die Schichtenfolge 10 umfasst zumindest eine erste Schicht 1 und zumindest eine zweite Schicht 2. Die erste Schicht 1 ist an einer Oberseite der zweiten Schicht 2 angeordnet und überdeckt diese vollständig. Die der zweiten Schicht abgewandte Deckfläche la der ersten Schicht 1 ist stellenweise von einer Maske 20 bedeckt, derart dass die Maske 20 einen Teil der Deckfläche la bedeckt und an einen anderen Teil der Deckfläche freilässt. Die Maske 20 kann dabei beispielsweise mit Lack, einem Metall wie Chrom, Titan oder Aluminium, einem Dielektrikum wie
Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, einem Oxid wie
Aluminiumoxid, Zinnoxid oder Indiumzinnoxid oder einem
Halbleitermaterial gebildet sein.
Bei der ersten Schicht 1 handelt es sich beispielsweise um epitaktisch abgeschiedenes Halbleitermaterial, einen Lack, ein Metall, ein Dielektrikum oder ein Oxid. Die Materialien für die zweite Schicht können aus den gleichen
Materialklassen ausgewählt sein.
In Verbindung mit der Figur 2 ist ein weiterer
Verfahrensschritt erläutert, bei dem ein erstes
Plasmaätzverfahren durchgeführt wird. Das erste
Plasmaätzverfahren weist für die erste Schicht und die zweite Schicht im Rahmen der Herstellungstoleranz die gleichen
Ätzraten auf. Aufgrund des Effekts der Ätzgrabenbildung bildet sich an der Seitenfläche 20b der Maske 20 eine Öffnung aus, die im Verlauf des Verfahrens zu einem Graben 4 führt, welcher die erste Schicht vollständig durchdringt und zur zweiten Schicht 2 reicht. Der Graben 4 ist dabei umso tiefer, je kleiner der Abstand d zu der Seitenfläche 20b der Maske ist. Das heißt, mit größer werdendem Abstand von der Seitenfläche 20b der Maske 20 wird die erste Schicht weniger stark geätzt. Weit entfernt von der Maske 20 wird die erste Schicht gleichmäßig abgetragen und weist keinen Graben 4 auf. Der von der Maske 20 bedeckte Teil der ersten Schicht 1 weist keinen Abtrag auf, so dass dieser gegenüber der verbleibenden ersten Schicht 1 leicht überhöht ist.
Im nächsten Verfahrensschritt, dargestellt in den Figuren 3A, 3B und 3C, erfolgt ein zweites Plasmaätzverfahren, bei dem die Ätzrate für die zweite Schicht groß ist im Vergleich zur Ätzrate für die erste Schicht. Auf diese Weise wird der
Graben 4 in die zweite Schicht hinein vertieft und es bildet sich ein regelmäßig ausgebildeter Graben aus, der
stellenweise zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen kann. Die maximale laterale Ausdehnung L des
Grabens in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche 20b der Maske 20 ist dabei klein gegen die Öffnung in der Maske 20 und weist beispielsweise eine Größe von höchstens 800 nm, insbesondere von höchstens 100 nm, beispielsweise von 50 nm oder 30 nm auf, gemessen jeweils zum Beispiel im Bereich des Übergangs von der ersten Schicht 1 zur zweiten Schicht 2.
Die Tiefe des Grabens kann, wie in Verbindung mit der Figur 3A dargestellt, durch die Zeit bestimmt sein, mit der das zweite Ätzverfahren Anwendung findet: Je länger das zweite Ätzverfahren Anwendung findet, desto tiefer ist der
ausgebildete Graben.
In Verbindung mit der Figur 3B ist eine alternative
Möglichkeit zur Einstellung der Tiefe des Grabens
beschrieben. Dort umfasst die Schichtenfolge 10 eine dritte Schicht 3, die an der der ersten Schicht abgewandten
Unterseite der zweiten Schicht angeordnet ist. Bei der dritten Schicht 3 handelt es sich in diesem
Ausführungsbeispiel um eine Schicht, die die gleiche
Materialzusammensetzung wie die erste Schicht 1 aufweist und daher eine Ätzrate, die klein ist gegen die Ätzrate, mit der die zweite Schicht während des zweiten Plasmaätzverfahrens abgetragen wird. Auf diese Weise erfolgt an der dritten
Schicht 3 ein Ätzstopp, nachdem die zweite Schicht 2
vollständig durchdrungen ist. In Verbindung mit der Figur 3C ist ein weiteres Beispiel zur Festlegung der Tiefe des Grabens 4 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eine dritte Schicht 3 vorhanden, die eine Materialzusammensetzung aufweist, die von der Schicht 2 verschieden ist, aber die die gleiche
Materialzusammensetzung wie die erste Schicht oder eine andere Materialzusammensetzung aufweisen kann. Hier erfolgt der Stopp des Ätzverfahrens durch eine Endpunkterkennung beim Übergang von der zweiten Schicht 2 auf die dritte Schicht 3. In Verbindung mit den Figuren 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens anhand von schematischen Schnittdarstellungen näher
erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine Halbleiterlaser-Vorrichtung mit einer
Stegwellenleiterstruktur 30 erzeugt. Dazu ist an der
Deckfläche la der ersten Schicht 1 die Maske 20 angeordnet, die sich beispielsweise entlang einer geraden Linie erstreckt und die zur Definition des Stegwellenleiters 30 dient.
Beidseitig der Maske 20 werden Gräben 4 mit einem in
Verbindung mit den Figuren 1 bis 3C beschriebenen Verfahren erzeugt. Das heißt, aufgrund der kontrollierten
Ätzgrabenbildung in unmittelbarer Nähe der Maske 20, an deren steil abfallenden Seitenflächen 20b, werden die Gräben 4 definiert, die im fertiggestellten Bauteil zur Wellenführung der Laserstrahlung dienen.
An der dem Stegwellenleiter 30 abgewandten Seite der
Schichtenfolge 10 der Gräben 4 sind dann Bereiche A
vorhanden, die gegenüber dem Bereich der
Halbleiterschichtenfolge 10 im Bereich des Stegwellenleiters 30 geringfügig stärker abgetragen sind. Von dem tiefsten Punkt der Bodenfläche des Grabens 4 aus gemessen weist der Stegwellenleiter 30 daher eine Höhe HS auf, die höher ist als die Höhe HA der Bereiche A. Beispielsweise beträgt die Höhe HA zwischen wenigstens 0,9 und höchstens 0,99 der Höhe HS.
Auf diese Weise ist eine Halbleiterlaser-Vorrichtung mit einer Dreibeinstruktur angegeben. Dabei kann auf eine
zusätzliche Fototechnik verzichtet werden und die laterale Ausdehnung L der Gräben senkrecht zur Seitenfläche 20b der Maske 20 ist nicht an die Auflösung einer Fototechnik
gebunden, sondern die Grabenbreite kann in einem Bereich von beispielsweise wenigstens 40 nm bis hin zur Größe der
Öffnungen der Maskenschicht durch die Prozessparameter frei eingestellt werden.
Das hier beschriebene Verfahren eignet sich beispielsweise und insbesondere dafür, Laserstrukturen mit Stegwellenleitern und Dreibeinstrukturen herzustellen. Die Maske 20 wird verwendet, um neben dem Stegwellenleiter 30 tiefe Gräben 4 zu ätzen und auf diese Weise eine Dreibeinstruktur zu erzeugen, obwohl die Ätzmaske ausschließlich den Stegwellenleiter bedeckt. Das heißt, zur Herstellung der Bereiche A an der dem Stegwellenleiter 30 abgewandten Seite der Gräben 4 ist keine weitere Maske notwendig. Bei einem anschließenden Passivieren der Dreibeinstruktur und dem Abheben der Maske 20 kann so nur der Stegwellenleiter 30 an einem p-Kontakt angeschlossen werden, während die übrige Struktur vom p-Kontakt isoliert ist . In Verbindung mit den Figuren 5A und 5B ist anhand
schematischer Draufsichten ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert . Bei diesem Verfahren werden zunächst Masken 20 auf die Deckfläche la der Schichtenfolge 10 aufgebracht, die sich vorliegend im Beispiel der Figur 5A parallel zueinander angeordnet von der linken Seite zur rechten Seite erstrecken. Es erfolgt eine erste Anwendung des ersten Plasmaätzverfahrens zur Ausbildung von Gräben 4, in denen die zweite Schicht 2 freigelegt ist. Anschließend erfolgt ein Entfernen der Masken 20 und weitere Masken 50 werden in Richtung senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der ersten Masken 20 auf die
Deckfläche la der Schichtenfolge 10 aufgebracht. Es erfolgt eine zweite Anwendung des ersten Plasmaätzverfahrens, in der Gräben 4 erzeugt werden, die zu den bei der ersten Anwendung des Verfahrens erzeugten Gräben senkrecht verlaufen und in denen ebenfalls die zweite Schicht 2 freigelegt ist.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, Figur 5B, erfolgt eine Anwendung des zweiten Plasmaätzverfahrens, bei der die dritte Schicht 3, die an der der ersten Schicht 1 abgewandten
Unterseite der zweiten Schicht 2 angeordnet ist, freigelegt wird. Es ergeben sich kreuzende Gräben mit einer Breite unterhalb der Fotolithografieauflösung. Entlang dieser Gräben kann beispielsweise eine Vereinzelung in Halbleiterchips erfolgen, bei der aufgrund der geringen Breite der Gräben möglichst wenig, zum Beispiel epitaktisch hergestelltes Halbleitermaterial, durch den Vereinzelungsprozess abgetragen wird .
In Verbindung mit der Figur 6 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die zweite Ätzung, also das zweite Plasmaätzverfahren, nur sehr kurz durchgeführt. Dieses Verfahren kann dann
durchgeführt werden, wenn die Ätztiefe in die zweite Schicht 2 nur einige wenige Nanometer betragen soll, um zum Beispiel Strompfade zu unterbrechen oder optisch aktive Strukturen zu erzeugen. Optisch aktive Strukturen können beispielsweise sogenannte Airgaps, also Lufteinschlüsse sein, die vorliegend durch die Gräben 4 gebildet sind. Dazu wird das hier
beschriebene Verfahren direkt am Stegwellenleiter 30
durchgeführt, um neben dem Stegwellenleiter 30 schmale Gräben 4 zu erzeugen, die im nachfolgenden Passivierungsschritt nicht zuwachsen, sondern überwachsen werden. Durch den hohen Brechungsindexsprung zwischen Luft und dem umgebenden
Material ergibt sich die Möglichkeit, die Laseremission durch die derart hergestellte Halbleiterlaser-Vorrichtung im Nah- und im Fernfeld zu optimieren. Alternativ ist es möglich, dass die derart erzeugten Strukturen durch die Passivierung 40 überformt werden und die Steuerung der Nah- und
Fernfeldoptimierung über den Brechungsindex der Passivierung erfolgt .
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE
102014115253.0 beansprucht, die hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 erste Schicht la Deckfläche
2 zweite Schicht
3 dritte Schicht
4 Graben
10 Schichtenfolge
20 Maske
20b Seitenfläche
30 Stegwellenleiter
40 Passivierung
50 weitere Maske
D Abstand
L laterale Ausdehnung
HA Höhe
HS Höhe
A Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Strukturierung einer Schichtenfolge (10) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen der Schichtenfolge (10), umfassend eine erste Schicht (1) und eine zweite Schicht (2), die sich
hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung voneinander unterscheiden,
- Aufbringen einer Maske (20) auf die der zweiten Schicht (2) abgewandte Deckfläche (la) der ersten Schicht (1),
- teilweises Abtragen der ersten Schicht (1) in einem von der Maske (20) unbedeckten Bereich der Schichtenfolge (10) und teilweises Freilegen der zweiten Schicht (2) durch ein erstes Plasmaätzverfahren,
- zumindest teilweises Abtragen der freigelegten zweiten Schicht (2) durch ein zweites Plasmaätzverfahren, wobei
- die erste Schicht (1) durch das erste Plasmaätzverfahren mit kleiner werdendem Abstand (D) in einer lateralen Richtung zur Maske (20) stärker abgetragen wird,
- die erste Schicht (1) bei dem zweiten Plasmaätzverfahren mit einer kleineren Ätzrate abgetragen wird als die zweite Schicht (2),
- zumindest ein Graben (4) in der Schichtenfolge (10) erzeugt wird, der sich vollständig durch die erste Schicht (1) und zumindest teilweise durch die zweite Schicht (2) erstreckt.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die erste Schicht (1) und die zweite Schicht (2) bei dem ersten Plasmaätzverfahren im Wesentlichen mit den
gleichen Ätzraten abgetragen werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Graben (4) seitlich unmittelbar an die Maske (20) grenzt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei eine laterale Ausdehnung (L) des zumindest einen
Grabens (4) senkrecht oder quer zu einer dem Graben
zugewandten Seitenfläche (20b) des der Maske (20) klein ist gegen eine laterale Ausdehnung einer Öffnung in der Maske (20) .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die laterale Ausdehnung (L) des zumindest einen Grabens (4) kleiner als 800 nm, insbesondere kleiner als 100 nm ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Schichtenfolge (10) eine dritte Schicht (3) umfasst, die an der der ersten Schicht (1) abgewandten Seite der zweiten Schicht (2) angeordnet ist, wobei die zweite Schicht (2) und die dritte Schicht (3) sich hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung voneinander unterscheiden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei sich der zumindest eine Graben (4) unmittelbar an oder in oder durch die dritte Schicht (3) erstreckt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei
- die Schichtenfolge (10) mit Halbleitermaterial gebildet ist ,
- die Maske (20) einen Stegwellenleiter (30) abdeckt, und
- an gegenüberliegenden Seiten der Maske (20) jeweils einer der Gräben (4) erzeugt wird, derart, dass die Gräben (4) den Stegwellenleiter (30) seitlich begrenzen.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Durchführen des ersten Plasmaätzverfahrens und vor dem Durchführen des zweiten Plasmaätzverfahrens
- eine weitere Maske (50) auf die der zweiten Schicht (2) abgewandte Deckfläche (la) der ersten Schicht (1) aufgebracht wird, wobei sich die Position der weiteren Maske (50)
höchstens stellenweise mit der Position der Maske (20) deckt,
- das erste Plasmaätzverfahren nochmals durchgeführt wird.
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Maske (20) vor dem Aufbringen der weiteren Maske (50) entfernt wird.
11. Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei sich die Positionen der Maske (20) und der weiteren Maske (50) stellenweise überschneiden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
wobei jeder der Gräben (4) an seiner dem Stegwellenleiter (30) abgewandten Seite von einem Bereich (A) der
Schichtenfolge (10) begrenzt ist, der gemessen vom tiefsten Punkt des Grabens eine maximale Höhe (HA) aufweist, die zwischen wenigstens 90 % und höchstens 99% einer maximalen Höhe (HS) des Stegwellenleiters (30) entspricht.
13. Halbleiterlaser-Vorrichtung mit
- einer Schichtenfolge (10), die mit einem Halbleitermaterial gebildet ist,
- zwei Gräben (4) in der Schichtenfolge (10), die einen
Stegwellenleiter (30) seitlich begrenzen, wobei
- jeder der Gräben (4) an seiner dem Stegwellenleiter (30) abgewandten Seite von einem Bereich (A) der Schichtenfolge (10) begrenzt ist, der gemessen vom tiefsten Punkt des Grabens eine maximale Höhe (HA) aufweist, die zwischen wenigstens 90 % und höchstens 99% einer maximalen Höhe (HS) des Stegwellenleiters (30) entspricht.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029905A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 河南仕佳光子科技股份有限公司 一种整片制作边发射光器件的排版结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19640420A1 (de) 1996-09-30 1998-04-02 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V-Verbindungshalbleiter-Schichtstrukturen und Halbleiterlaservorrichtung

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6054453A (ja) * 1983-09-05 1985-03-28 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
JP2804502B2 (ja) * 1989-03-30 1998-09-30 沖電気工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法
JPH0837338A (ja) * 1994-07-21 1996-02-06 Nec Corp ２重チャネル型プレーナ埋込み構造半導体レーザ及び その製造方法
US5667630A (en) * 1995-04-28 1997-09-16 Vanguard International Semiconductor Corporation Low charge-up reactive ion metal etch process
US5624529A (en) * 1995-05-10 1997-04-29 Sandia Corporation Dry etching method for compound semiconductors
JP3587426B2 (ja) * 1996-09-25 2004-11-10 シャープ株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
US5807789A (en) * 1997-03-20 1998-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing, Co., Ltd. Method for forming a shallow trench with tapered profile and round corners for the application of shallow trench isolation (STI)
US5935876A (en) * 1997-06-10 1999-08-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Via structure using a composite dielectric layer
JP2000208871A (ja) * 1999-01-19 2000-07-28 Oki Electric Ind Co Ltd 導波路型光素子，導波路型光素子の製造方法，光モジュ―ル，及び光モジュ―ルの製造方法
JP2000252062A (ja) * 1999-03-04 2000-09-14 Pioneer Electronic Corp 発光ディスプレイパネルの製造方法
IES20000820A2 (en) * 2000-10-11 2002-05-29 Nat Univ Ireland A single frequency laser
JP4128365B2 (ja) * 2002-02-07 2008-07-30 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びエッチング装置
US7473377B2 (en) * 2002-06-27 2009-01-06 Tokyo Electron Limited Plasma processing method
US6797610B1 (en) * 2002-12-11 2004-09-28 International Business Machines Corporation Sublithographic patterning using microtrenching
JP4028476B2 (ja) * 2003-11-28 2007-12-26 Ｔｄｋ株式会社 薄膜磁気ヘッドの製造方法
US7148120B2 (en) * 2004-09-23 2006-12-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of forming improved rounded corners in STI features
US7695897B2 (en) * 2006-05-08 2010-04-13 International Business Machines Corporation Structures and methods for low-k or ultra low-k interlayer dielectric pattern transfer
JP2008042131A (ja) * 2006-08-10 2008-02-21 Opnext Japan Inc 半導体光素子およびその製造方法
JP2009212386A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子の製造方法
JP5735216B2 (ja) * 2009-02-27 2015-06-17 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2011077339A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Sony Corp 半導体レーザ
JP2012184144A (ja) * 2011-03-07 2012-09-27 Tokuyama Corp 窒化ガリウム結晶積層基板及びその製造方法
JP5729138B2 (ja) * 2011-05-30 2015-06-03 住友電気工業株式会社 光半導体デバイスの製造方法
JP2013012680A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Renesas Electronics Corp 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
CN103875059B (zh) * 2011-09-01 2016-09-07 杭州海存信息技术有限公司 三维印录存储器
DE102011054954A1 (de) 2011-10-31 2013-05-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und optoelektronischer Halbleiterlaser
US8859322B2 (en) 2012-03-19 2014-10-14 Rec Solar Pte. Ltd. Cell and module processing of semiconductor wafers for back-contacted solar photovoltaic module
US8986553B2 (en) * 2012-07-19 2015-03-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing optical semiconductor device
DE102012107001A1 (de) 2012-07-31 2014-02-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
DE102012107921A1 (de) * 2012-08-28 2014-03-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102012112531A1 (de) * 2012-12-18 2014-06-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Laserelementen und Halbleiter-Laserelement
DE102013105035A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102013114226B4 (de) 2013-12-17 2019-03-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaserdiode, Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode und Halbleiterlaserdiodenanordnung
US9299611B2 (en) * 2014-01-29 2016-03-29 Applied Materials, Inc. Method of wafer dicing using hybrid laser scribing and plasma etch approach with mask plasma treatment for improved mask etch resistance
DE102015102374A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19640420A1 (de) 1996-09-30 1998-04-02 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V-Verbindungshalbleiter-Schichtstrukturen und Halbleiterlaservorrichtung

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