DE3731312C2 - Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vereinzeln von monoli­ thisch hergestellten Laserdioden durch Grabenätzung, bei dem die Spiegelflächen der Laserdioden unter Verwendung einer Mas­ kierung in der gewünschten Struktur aus einer Halbleitersub­ stratscheibe herausgeätzt werden, die durch einen Epitaxiepro­ zeß mit einer für den Laserbetrieb geeigneten Schichtenfolge versehen worden ist.

Zur effizienten Herstellung von Halbleiterbauelementen gehört die Fertigstellung einer großen Anzahl von Chips auf einer Halb­ leitersubstratscheibe (Wafer). Im Falle der Laserdioden-Licht­ wellenleiter(LWL)-Bauelemente bedeutet das, daß sämtliche Tech­ nologieschritte auf dem Wafer vorgenommen werden sollten, ein­ schließlich der komplexen Prozedur zur Herstellung der Laser­ spiegel. Seit einiger Zeit können die Laserspiegel nun tatsäch­ lich auch auf dem Wafer hergestellt werden. Dies geschieht durch sogenannte physikalische oder physikalisch-chemische Trockenätzprozesse. Diese Herstellungsweise ist unter dem Ober­ begriff "monolithische Lasertechnologie" bekannt.

Zur Herstellung der Laserspiegel wird die zu schützende Halb­ leiteroberfläche mit einem Fotolack der gewünschten geometri­ schen Struktur bedeckt. Durch den Trockenätzprozeß erhält man dann die gewünschte Spiegelstruktur auf dem Wafer. Mit dem Trockenätzprozeß ätzt man einen Graben der Breite d und der Tiefe h in den Halbleiter (Fig.). Die Grabenwände stellen zum Teil die Laserspiegel dar. Die Spiegelhöhe muß der Mindestan­ forderung genügen, daß das Licht ungehindert aus der Laserdiode austreten kann. Die Grabenbreite d zwischen den Spiegeln benach­ barter Dioden kann variieren.

In diesem Stadium des Herstellungsprozesses liegen beispielswei­ se die fertigen p-Kontakte der Halbleiterlaserdioden auf dem Wafer vor. Im Prozeß fehlt noch der Schritt zur Vereinzelung zu Laserdioden und die relativ einfache Herstellung der in diesem Falle n-Kontakte für die Dioden.

Dabei treten die folgenden Probleme bei der Vereinzelung zu La­ serchips auf, wenn man die herkömmlichen Vereinzelungsmethoden benutzt:
Versucht man die Vereinzelung vorzunehmen, indem man den Wafer mit einem Diamanten z. B. von der p-Seite her ritzt, so erzeugt man Beschädigungen (Damage) auf den Laserdiodenspiegeln, wenn der Abstand d klein ist (d ≈ 10 µm).

Ritzt man den Wafer von der Rückseite bei kleinem d, so hat man infolge von Justierungenauigkeiten und Bruchversetzungen eine schlechte Ausbeute, da die fertigen Laserspiegel von den Laser­ dioden abgetrennt werden.

Die gleichen Probleme treten auf, wenn man den Wafer nur an­ ritzt und dann spaltet. Die Ausbeute wäre in beiden Fällen be­ scheiden. Der aus der Laserdiode austretende Lichtkegel, der eine Strahlaufweitung von ca. 60° hat, wäre für diese Fälle kaum durch eine überstehende Bruchkante gestört. Die andere übliche Möglichkeit besteht darin, daß man den Spiegelgraben sehr weit (d < 50 µm) macht, so daß das Ritzen und Brechen sowohl von der p- als auch von der n-Seite her vollkom­ men unproblematisch ist. Allerdings wäre dann der aus der Laser­ diode austretende Lichtkegel so nachhaltig durch Reflexionen an der Bruchkante gestört, daß die Laserdiode letztendlich für eine Verwendung als LWL-Bauelement nicht in Frage käme, da das Licht nicht in definierter Weise in eine Glasfaser eingekoppelt werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Ver­ fahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden durch Grabenätzung aufzuzeigen, bei dem die geschilderten Nach­ teile nicht auftreten, das insbesondere durch Vermeiden von fern feldverzerrenden Bruchkanten eine fernfeldsichernde Graben­ ätzung ermöglicht, und das zugleich mit geringem Arbeitsaufwand und großer Ausbeute verbunden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nach einer zusätzli­ chen Maskierung der zu schützenden Halbleiterteile naßchemisch oder auch trockenätztechnisch Gräben in die Spiegelzwischen­ räume geätzt. Für diesen Zweck werden materialspezifische Ätz­ mittel, wie vorzugsweise eine 3 : 1 : 1-Ätze (3H₂SO₄ : 1H₂O₂ : 1H₂O) als Naßätzmittel oder ein Chlorplasma als Trockenätzmittel eingesetzt.

Der fertige Graben sorgt beim Brechen je nach Waferdicke bzw. Trenngrabentiefe entweder direkt, oder im Zusammenhang mit einem Zusatzschritt, wie z. B. einem Anritzschritt, einem Gra­ benätzprozeß oder einem Sägeschritt, für eine saubere Bruch­ führung. Wichtig und von besonderem Vorteil bei dieser Verein­ zelungstechnologie ist, daß eine fernfeldverzerrende Bruchkante weg fällt. Soll der Vereinzelungsgraben ohne einen Zusatzschritt zur korrekten Vereinzelung führen, so sollte die Waferdicke D kleiner oder gleich der zweifachen Spiegelgrabenbreite d sein. Zum Beispiel: D = 80 µm, d 40 µm. Die Tiefe t des Vereinzelungs­ grabens ist nicht so kritisch, sie sollte zweckmäßig mindestens ein Viertel der Waferdicke D betragen, was unschwer zu errei­ chen ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine Technologie vor, die zugleich mit geringem Arbeitsaufwand und großer Ausbeute verbunden ist.

Anhand eines in der Figur der Zeichnung dargestellten bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert.

Die Figur zeigt eine n-leitende Halbleitersubstratscheibe (Wafer) 1 rein schematisch im Schnitt. Die sich oberhalb der n-Seite anschließende p-Seite des Wafers 1 ist mit dem Buchsta­ ben p angedeutet. Aus der Oberfläche des eine Dicke D aufwei­ senden Wafers 1 sind in der eingangs geschilderten Weise durch Grabenätzung die Spiegelflächen 2 der Laserdioden 6 unter Ver­ wendung einer Maskierung in der gewünschten Struktur herausge­ ätzt. Die durch einen Trockenätzprozeß herausgeätzten Gräben bzw. Spiegelzwischenräume 3 weisen eine Breite d und eine Tie­ fe h auf. Nach dem Herausätzen der Spiegelstruktur 2 aus der Halbleitersubstratscheibe (Wafer) 1 werden die zu schützenden Halbleiterteile wiederum mit einer Maskierung, z. B. einer Foto­ lackschicht versehen. Danach werden naßchemisch oder trockenätz­ technisch Gräben (Vereinzelungsgräben) 4 in die Spiegelzwischen­ räume 2 zwischen die Laserdioden 6 mit einer Tiefe t geätzt. Die Gräben 4 bilden vorzugsweise dann die Vereinzelungsgräben, wenn die Dicke D des Wafers 1 gleich der zweifachen Breite d der Spie­ gelgräben bzw. Spiegelzwischenräume 3 ist. Der fertige Graben 4 sorgt, wie schon erläutert, beim Brechen je nach Dicke D des Wafers 1 bzw. Tiefe t des (Trenn-)Grabens 4 an den Bruchstellen 5 direkt, oder in Verbindung mit einem zusätzlichen Schritt, z. B. durch Anritzen von der p- oder der n-Seite, einem Graben­ ätzprozeß oder Sägen von der n-Seite her, für eine saubere Bruchführung.

Claims (5)

1. Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laser­ dioden durch Grabenätzung, bei dem die Spiegelflächen der Laser­ dioden unter Verwendung einer Maskierung in der gewünschten Struktur aus einer Halbleitersubstratscheibe herausgeätzt werden, die durch einen Epitaxieprozeß mit einer für den Laserbetrieb geeigneten Schichtenfolge versehen worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herausätzen der Spie­ gelstruktur (2) aus der Halbleitersubstratscheibe (1) die zu schützenden Halbleiterteile mit einer weiteren Maskierung ver­ sehen werden, daß danach naßchemisch oder trockenätztechnisch Gräben (4) in die Spiegelzwischenräume (3) zwischen die Laser­ dioden (6) geätzt werden, und daß anschließend die Laserdioden (6) durch Brechen direkt oder nach einem Zusatzschritt, wie An­ ritzen, Grabenätzen oder Sägen, vereinzelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Naßätzmittel eine 3 : 1 : 1-Ätze der Zu­ sammensetzung 3H₂SO₄ : 1H₂O₂ : 1H₂O verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trockenätzmittel ein Chlorplasma verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke D der Halbleiter­ substratscheibe (1) kleiner oder gleich der zweifachen Spiegel­ grabenbreite d ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe t der Vereinzelungs­ gräben (4) mindestens ein Viertel der Dicke D der Halbleitersub­ stratscheibe (1) beträgt.