DE19741442A1 - Semiconductor especially radiation emitting chips are produced from a wafer - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterköpers, insbesondere eines kantenemittierenden Laser-Halbleiterkörpers, der an mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen planparallel zueinander liegende Laserspiegelflächen aufweist, bei dem eine Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat abgeschieden wird.Method for producing a semiconductor body, in particular of an edge-emitting laser semiconductor body which at least two opposite side surfaces plane-parallel laser mirror surfaces has, in which a semiconductor layer structure on a Substrate is deposited.
Derartige Verfahren sind bekannt. Zur Herstellung von Lumineszenzdiodenchips wird zum Beispiel auf einem Halbleitersubstratwafer eine elektrolumineszierende Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen. Dieser sogenannte Epi-Wafer wird nachfolgend, nachdem er mit den erforderlichen Kontaktmetallisierungen zur elektrischen Kontaktierung der Lumineszenzdiodenchips versehen ist, mittels Sägen zu Lumineszenzdiodenchips zerteilt. Ähnliche Verfahren werden bei Transistor-, IC-Chips usw. verwendet.Such methods are known. For production of Luminescent diode chips are, for example, on a Semiconductor substrate wafer an electroluminescent Semiconductor layer sequence grew epitaxially. This so-called epi-wafer is subsequently after it with the required contact metallizations for electrical Contacting of the luminescence diode chips is provided, cut into luminescent diode chips by sawing. Similar Methods are used with transistor, IC chips, etc.
Einige Halbleitermaterialien, wie z. B. SiC, können jedoch aufgrund ihrer großen Härte nur mit großem technischen Aufwand gesägt werden.Some semiconductor materials, such as. B. SiC, however due to their great hardness only with great technical Effort to be sawn.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von kantenemittierenden Laserdioden wird zur Realisierung der Laserspiegel beispielsweise ein die Laserdiodenstrukturen aufweisender Epi-Halbleiterwafer entsprechend den kristallographichen Richtungen des Substrats gespalten.In a known method for producing edge emitting laser diodes is used to implement the Laser mirror, for example, the laser diode structures having epi semiconductor wafer according to the cleaved crystallographic directions of the substrate.
Die Herstellung von aus Halbleitermaterialien unterschiedlichster Art bestehenden Halbleiterkörpern auf verschiedensten Substratkristallen erlaubt immer weniger die Nutzung kristallographischer Richtungen des Substrates zur Herstellung von Laserspiegeln durch einfaches Spalten. Aufwendige Techniken, wie Naß- oder Trockenätzverfahren werden daher notwendig, um Laserspiegel exakt planparallel und mit geringer Rauhigkeit zu realisieren. Verschiedene Halbleitermaterialsysteme, wie beispielsweise Ga(In,Al)N haben sogar die Eigenschaft, gegen übliche naßchemische Ätzen resistent zu sein. In diesen Fällen ist man völlig auf technisch aufwendige und damit teure Trockenätzverfahren angewiesen.The manufacture of semiconductor materials different types of existing semiconductor bodies The most varied substrate crystals allow less and less Use of crystallographic directions of the substrate Manufacture of laser mirrors by simple splitting. Elaborate techniques such as wet or dry etching are therefore necessary to make laser mirrors exactly plane-parallel and to be realized with low roughness. Various Semiconductor material systems, such as Ga (In, Al) N even have the property against conventional wet chemical etching to be resistant. In these cases you are completely up technically complex and therefore expensive dry etching processes reliant.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, auf einfache Weise einen Halbleiterkörper mit genau definierten Seitenflächen herzustellen. Es soll insbesondere ein einfaches Verfahren zum Herstellen von Laserspiegeln eines kantenemittierenden Laser-Halb leiterkörpers, insbesondere bestehend aus verschiedenen Halbleiterschichten aus dem Materialsystem Ga(In,Al)N, angegeben werden.The object of the present invention is a to provide an improved method of the type mentioned at the beginning, which enables a semiconductor body in a simple manner with precisely defined side surfaces. It should in particular a simple process for making Laser mirroring of an edge emitting laser half conductor body, in particular consisting of various Semiconductor layers from the material system Ga (In, Al) N, can be specified.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.This task is accomplished by a process with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous further developments of the Procedures are the subject of subclaims 2 to 6.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß auf eine Hauptfläche das Substrat oder auf eine bereits auf dem Substrat aufgebrachte Halbleiterschicht (z. B. eine Epitaxieschicht) zunächst eine gut ätzbare Schicht (= Maskenschicht), bevorzugt eine dielektrische Schicht aus SiO2 oder SixN1-x, aufgebracht wird, daß die gut ätzbare Schicht nachfolgend mittels naß oder trockenchemischer Ätzverfahren mit wenigstens einem Fenster oder einem Graben versehen wird, in dem die Hauptfläche des Substrats bzw. die Oberfläche der Halbleiterschicht freigelegt ist, daß danach in dem Fenster die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise mittels selektiver Epitaxie auf das Substrat bzw. auf die Halbleiterschicht aufgebracht wird und daß nach diesem Schritt die gut ätzbare Schicht durch selektives Ätzen wieder entfernt wird. According to the invention it is provided that on a main surface the substrate or on a semiconductor layer already applied to the substrate (e.g. an epitaxial layer) is first an easily etchable layer (= mask layer), preferably a dielectric layer made of SiO 2 or Si x N 1- x , is applied that the easily etchable layer is subsequently provided by means of wet or dry chemical etching processes with at least one window or a trench in which the main surface of the substrate or the surface of the semiconductor layer is exposed, and that the semiconductor layer sequence is then in the window, for example by means of selective epitaxy is applied to the substrate or to the semiconductor layer and that after this step the easily etchable layer is removed again by selective etching.
Denkbar ist auch, daß je nach Erfordernis, vor dem Aufbringen oder Ausbilden der Maskenschicht (4) auf die Hauptfläche des Substrat (3) mindestens eine Halbleiterschicht (6) aufgebracht wird.It is also conceivable that, depending on the requirement, at least one semiconductor layer ( 6 ) is applied to the main surface of the substrate ( 3 ) before the mask layer ( 4 ) is applied or formed.
Bevorzugt wird für die Maskenschicht SiO2 oder SixN1-x verwendet wird. Zur Strukturierung dieser Materialien können vorteilhafterweise herkömmliche in der Halbleitertechnik verwendete naßchemische oder trockenchemische Ätzverfahren verwendet werden.SiO 2 or Si x N 1-x is preferably used for the mask layer. Conventional wet chemical or dry chemical etching methods used in semiconductor technology can advantageously be used to structure these materials.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren bei Halbleiterkörpern eingesetzt, bei denen das Substrat aus SiC oder aus Saphir besteht und bei denen die Halbleiterschichtenfolge mindestens eine Halbleiterschicht aus dem Materialsystem Ga(In,Al)N aufweist.The method is particularly preferred for semiconductor bodies used in which the substrate made of SiC or sapphire exists and in which the semiconductor layer sequence at least a semiconductor layer made of the Ga (In, Al) N material system having.
Vorzugsweise sind dies blaues oder grünes Licht aussendende Laserdioden, bei denen als Halbleiterschichtenfolge eine kantenemittierende Laser-Halbleiterstruktur vorgesehen ist, die an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen planparallel zueinander liegende Laserspiegelflächen aufweist. Die Laserspiegel werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen des Fensters bzw. des Grabens in der Maskenschicht definiert.These are preferably blue or green light emitting Laser diodes in which a semiconductor layer sequence edge-emitting laser semiconductor structure is provided, the two on opposite sides plane-parallel laser mirror surfaces having. The laser mirrors are used in the invention Moving through two opposite side surfaces of the window or trench defined in the mask layer.
Bei einem besonders bevorzugten Verfahren wird das Fenster mittels eines ersten bzgl. des Substrats und der Maskenschicht im Wesentlichen selektiven Ätzschrittes (Substrat wird im Wesentlichen nicht geätzt) ausgebildet und die Maskenschicht mittels eines zweiten bzgl. der Halbleiterschichtenfolge und der Maskenschicht im Wesentlichen selektiven Ätzschrittes (Halbleiterschichtenfolge wird im Wesentlichen nicht geätzt) entfernt. In a particularly preferred method, the window by means of a first with respect to the substrate and the Mask layer essentially selective etching step (Substrate is essentially not etched) and the mask layer by means of a second Semiconductor layer sequence and the mask layer in the Essentially selective etching step (Semiconductor layer sequence is essentially not etched) away.
Der wesentliche Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei der Herstellung eines kantenemittierenden Laser- Halbleiterkörpers die Definition der Laserspiegel bereits vor einer epitaktischen Abscheidung stattfindet. Hierzu wird beispielsweise eine gut ätzbare dielektrische Schicht auf das Substrat oder auf eine bereits auf dem Substrat befindliche Epitaxieschicht aufgebracht. Diese Schicht weist vorzugsweise mindestens eine Dicke auf, die dem lichtführenden Bereich des vorgesehenen Laser-Halb leiterkörpers entspricht und vertikal im Bereich der Lichtentstehung im vorgesehenen Laser-Halbleiterkörper angesiedelt ist. Mit Hilfe von naß- oder trockenchemischen Ätzverfahren werden die Laserspiegel und, soweit möglich, alle anderen notwendigen Begrenzungen der Halbleiterschichtenfolge in diese Schicht geätzt, wobei auf möglichst scharfe Ätzkanten und glatte Ätzflanken zu achten ist.The essential point of the method according to the invention is that in the manufacture of a edge-emitting laser semiconductor body the definition the laser mirror before an epitaxial deposition takes place. For this purpose, for example, a well-etchable dielectric layer on the substrate or on an already epitaxial layer applied to the substrate. This layer preferably has at least one thickness, the light guiding area of the intended laser half corresponds to the body and vertically in the area of Light generation in the intended laser semiconductor body is located. With the help of wet or dry chemical The laser mirror and, if possible, all other necessary limitations of the Semiconductor layer sequence etched into this layer, being on as sharp as possible etching edges and smooth etching flanks is.
Die spätere Halbleiterschichtenfolge wird bei diesem Prozeß bereits in ihren geometrischen Verhältnissen definiert. In den entstehenden Ätzfenstern oder Ätzgräben wird das Substratmaterial freigelegt, das einer anschließenden Epitaxie als Substratfläche dient. Durch selektive Epitaxie, die Halbleitermaterialien der Halbleiterschichtfolge lassen sich nur auf der Substratoberfläche abscheiden, wird dann die Laserstruktur, insbesondere der lichtführende sowie der aktive Bereich des Laser-Halbleiterkörpers, in den geätzten Gräben abgeschieden.The later semiconductor layer sequence is used in this process already defined in their geometric relationships. In the resulting etching windows or etching trenches Uncovered substrate material, that of a subsequent one Epitaxy serves as the substrate surface. Through selective epitaxy, leave the semiconductor materials of the semiconductor layer sequence then only deposit on the substrate surface Laser structure, especially the light guiding and the active area of the laser semiconductor body, in the etched Trenches separated.
Nach Abschluß der Epitaxie wird die gut ätzbare Schicht durch Ätzen mit geeigneten Chemikalien naß- oder trockenchemisch entfernt.After the epitaxy is complete, the easily etchable layer is through Etch with suitable chemicals, wet or dry chemical away.
Die dadurch erzeugte Struktur besitzt nun bereits die geometrischen Umrisse des Laser-Halbleiterkörpers sowie sehr gut definierte Laserspiegel. The structure created in this way now already has the geometric outlines of the laser semiconductor body as well well defined laser mirrors.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung von Halbleiterkörpern auf der Basis von GaN eingesetzt, da dieses Material chemisch extrem stabil ist und sich aus diesem Grund nur mit hohem Aufwand strukturieren läßt.The process according to the invention is preferred for production of semiconductor bodies based on GaN, because this material is extremely stable chemically and is made of can be structured for this reason only with great effort.
Alle Probleme, die beim Brechen oder Ätzen von GaN-Epi taxiewafer auftreten, werden mit diesem Verfahren umgangen.Any problems with breaking or etching GaN-Epi Taxiewafer occur using this procedure bypassed.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Fig. 1A bis 1C näher erläutert. Die Fig. 1A bis 1C zeigen schematisch den Verfahrensablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines kantenemittierenden Laser-Halb leiterkörpers.The method according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with FIGS. 1A to 1C. Figs. 1A to 1C schematically show the process sequence according to the embodiment for the preparation of an edge emitting laser semiconductor body.
Zunächst wird auf eine Hauptfläche 5 eines Substrats 3, auf dem bereits eine Halbleiterschicht 6 (in den Figuren gestrichelt angedeutet) aufgebracht sein kann, ganzflächig eine Maskenschicht 4 aufgebracht. Das Substrat 3 besteht beispielsweise aus SiC oder Saphir und die Maskenschicht 4 aus SiO2 oder SixN1-x. Die Halbleiterschicht 6 ist ggf. beispielsweise eine AlxGa1-xN-Epitaxieschicht (0 ≦ x ≦ 1) und dient z. B. als Bufferschicht.First, a mask layer 4 is applied over the entire surface of a main surface 5 of a substrate 3 , on which a semiconductor layer 6 (indicated by dashed lines in the figures) can already be applied. The substrate 3 consists, for example, of SiC or sapphire and the mask layer 4 of SiO 2 or Si x N 1-x . The semiconductor layer 6 is, for example, an Al x Ga 1-x N epitaxial layer (0 ≦ x ≦ 1) and serves z. B. as a buffer layer.
Nachfolgend wird beispielsweise mittels Naß- oder Trockenätzen in der Maskenschicht 4 mindesten ein Fenster 10 oder mindestens ein Graben 9 ausgebildet, so daß im Fenster 10 bzw. Graben die Hauptfläche 5 des Substrats 3 freigelegt ist. Ätzmittel zum Ätzen von SiO2 oder SixN1-x sind in der Halbleitertechnik bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.At least one window 10 or at least one trench 9 is subsequently formed in the mask layer 4 , for example by means of wet or dry etching, so that the main surface 5 of the substrate 3 is exposed in the window 10 or trench. Etching agents for etching SiO 2 or Si x N 1-x are known in semiconductor technology and are therefore not explained in more detail here.
Beim nächsten Schritt wird auf die freigelegte Hauptfläche 5 des Substrats 3 eine Halbleiterschichtenfolge 2, z. B. eine kantenemittierende Laserstruktur auf der Basis von Ga(In,Al)N, mittels selektiver Epitaxie aufgebracht. Die kantenemittierende Laserstruktur weist an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen planparallel zueinander liegende Laserspiegelflächen 8 auf, die durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 7 des Fensters 10 bzw. des Grabens 9 definiert werden. Selektive Epitaxie bedeutet, daß das Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge nur auf der Substratoberfläche und nicht auf der Maskenschicht abgeschieden wird.In the next step, a semiconductor layer sequence 2 , for example, is applied to the exposed main surface 5 of the substrate 3 . B. an edge-emitting laser structure based on Ga (In, Al) N, applied by means of selective epitaxy. The edge-emitting laser structure has laser mirror surfaces 8 which are plane-parallel to one another and which are defined by two opposite side surfaces 7 of the window 10 or of the trench 9 on two opposite side surfaces. Selective epitaxy means that the semiconductor material of the semiconductor layer sequence is deposited only on the substrate surface and not on the mask layer.
Abschließend wird die Maskenschicht 4 beispielsweise mittels naß- oder trockenchemischer Ätzung vom Substrat 3 entfernt, so daß die Halbleiterschichtenfolge 2 als Laser-Halb leiterkörper 1 freistehend auf dem Substrat 3 verbleibt.Finally, the mask layer 4 is removed from the substrate 3 , for example by means of wet or dry chemical etching, so that the semiconductor layer sequence 2 remains free-standing on the substrate 3 as a laser semiconductor body 1 .
Das Fenster 10 wird mittels eines ersten bzgl. des Substrats 3 und der Maskenschicht 4 im Wesentlichen selektiven Ätzschrittes ausgebildet und die Maskenschicht 4 wird mittels eines zweiten bzgl. der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Maskenschicht 4 im Wesentlichen selektiven Ätzschrittes entfernt.The window 10 is formed by means of a first etching step which is essentially selective with respect to the substrate 3 and the mask layer 4 , and the mask layer 4 is removed by means of a second etching step which is essentially selective with respect to the semiconductor layer sequence 2 and the mask layer 4 .
Die Beschreibung der Erfindung anhand dieses Ausführungsbeispieles ist natürlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf dieses Beispiel zu verstehen. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich auch für die Herstellung anderer Halbleiterbauelemente als kantenemittierende Laserdioden eingesetzt werden, bevorzugt natürlich für solche, die aus schwer ätzbaren Materialien bestehen.The description of the invention based on this The embodiment is of course not a limitation the invention to understand this example. Rather can the method according to the invention also for Manufacture of semiconductor devices other than edge emitting laser diodes are used, preferred of course for those made of materials that are difficult to etch consist.
Claims (6)
- a) Herstellen des Substrats (3),
- b) Aufbringen oder Ausbilden einer Maskenschicht (4) an einer Hauptfläche (5) des Substrats (3),
- c) Ausbilden von mindestens einem Fenster (10) oder mindestens einem Graben (9) in der Maskenschicht (4), derart, daß im Fenster (10) bzw. Graben die Hauptfläche (5) des Substrats (3) freigelegt ist,
- d) Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf die freigelegte Hauptfläche (5) des Substrats und
- e) Entfernen der Maskenschicht (4) vom Substrat (3).
- a) producing the substrate ( 3 ),
- b) applying or forming a mask layer ( 4 ) on a main surface ( 5 ) of the substrate ( 3 ),
- c) forming at least one window ( 10 ) or at least one trench ( 9 ) in the mask layer ( 4 ) such that the main surface ( 5 ) of the substrate ( 3 ) is exposed in the window ( 10 ) or trench,
- d) applying the semiconductor layer sequence ( 2 ) to the exposed main surface ( 5 ) of the substrate and
- e) removing the mask layer ( 4 ) from the substrate ( 3 ).
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