DE69204828T2

DE69204828T2 - Herstellung von Laserdioden mit durch Spaltung erzeugten Stirnflächen auf einem vollständigen Wafer.

Info

Publication number: DE69204828T2
Application number: DE69204828T
Authority: DE
Inventors: Theodor Forster; Christoph Dr Harder; Albertus Oosenbrug; Gary W Rubloff
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: EP0573724A1; US5284792A; EP0573724B1; JPH0637404A; DE69204828D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ganzwaferfertigung (FUWA) von Laserdioden mit durch Spaltung erzeugten Spiegelkristallflächen. Gemäß dem erfinderischen Verfahren, das auf verschiedene Verbindungshalbleiter anwendbar ist, werden mehrere Laserdioden auf dem gleichen Wafer hergestellt, wobei ihre Spiegelkristallflächen durch Ganzwaferspaltung unterätzter Bereiche des Lasers festgelegt werden. Dieses Verfahren erlaubt eine Ganzwaferbehandlung der gespaltenen Kristallflächen und eine Ganzwaferprüfung der Laser vor einer Trennung derselben in einzelne Laserchips.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Halbleiterlaserdioden haben aufgrund ihrer kompakten Größe und aufgrund dessen, daß ihre Technologie mit jener des zugehörigen elektronischen Schaltungsaufbaus kompatibel ist, Anwendungsmöglichkeiten in einer breiten Vielfalt von informationsverarbeitenden Systemen gefunden. Sie werden auf Gebieten wie optischer Speicherung und optischen Drucken in der Datenkommunikation eingesetzt. Am ublichsten werden Materialien aus Verbindungen der III/V-Gruppe verwendet. Insbesondere AlGaAs-Laser haben eine breite Verwendung gefunden.
In der Vergangenheit wurden die Spiegelkristallflächen, welche die Länge des Laserresonators festlegen, durch Spalten der Laserblöcke, d.h. der den aktiven Wellenleiter des Bauelementes enthaltenden Schichtstrukturen, erhalten. Spalten stellt üblicherweise einzelne, häufig gualitativ hochwertige Bauelemente bereit, die jedoch eine weitere Einzelverarbeitung, wie Spiegelpassivierung und Prüfen, erfordern. Aufgrund dieser zusätzlichen Prozeßschritte für jede einzelne Laserdiode sind ihre Herstellungs- und Prüfkosten übermäßig erhöht.
In jüngerer Zeit besteht ein starker Trend zu einer Erhöhung des Integrationsgrades, der die Ersetzung von wenigstens einer gespaltenen Spiegelkristallfläche der Laserdioden durch einen geätzten Spiegel erfordert. Da bei der Erzielung von qualitativ guten geätzten Spiegeln ein beträchtlicher Fortschritt erzielt wurde, scheint diese Technologie sehr vielversprechend zu sein. Sie ermöglicht es, daß Prozesse wie Spiegelbeschichtung und Prüfen auf der Ganzwaferebene mit dem Vorteil reduzierter Handhabungsschritte, erhöhter Ausbeute und verringerter Herstellungs- und Prüfkosten durchgeführt werden. Außerdem erlaubt ein Ätzen der Laserspiegel die monolithische Integration verschiedener weiterer Bauelemente auf dem gleichen Substrat.
In der Veröffentlichung "AlGaAs Lasers with Micro-Cleaved Mirrors Suitable for Monolithic Integration", H. Blauvelt et al., Applied Physics Letters, Bd. 40, Nr. 4, Februar 1989, Seiten 289 bis 290 wurde über eine Technik zur Spaltung der Spiegel von AlGaAs-Lasern berichtet, ohne das Substrat des Lasers zu spalten. Eine derartige mikrogespaltene Laserdiode erlaubt die monolithische Integration weiterer elektronischer Bauelemente auf dem gleichen Substrat. Es ist eine Laserdiode mit mikrogespaltener Kristallfläche beschrieben, die von dem GaAs-Substrat durch eine AlGaAs-Zwischenschicht mit hohem Aluminiumgehalt getrennt ist. Der Wärmewiderstand der Struktur ist aufgrund dieser AlGaAs-Schicht mit hohem Al-Gehalt erhöht, und das Aufwachsen von epitaxialen Schichten auf die Oberseite dieser Schicht wird dadurch schwieriger. Vor einer Spaltung der Kristallfläche werden die epitaxial aufgewachsenen Schichten des Lasers durch selektives Ätzen der AlGaAs-Zwischenschicht unterätzt. Dieser Atzschritt sorgt für eine freitragende Struktur, die gespalten werden kann. Die Position der mikrogespaltenen Kristallfläche ist durch die Kante der Ätzvertiefung unter dem Ausleger festgelegt. Ein Hauptnachteil dieser Technik besteht darin, daß die Länge des Auslegers und damit die Position der zu spaltenden Kristallfläche stark von der Konzentration des Ätzmittels und der Ätzzeit abhängt. Aufgrund dieser Tatsache kann die Länge des Laserresonators, die durch die Position der Kristallflächen bestimmt wird, nicht präzise definiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens für die Ganzwaferfertigung von Laserdioden, das die Vorzüge der Ganzwaferfertigung, wie sie von der Ganzwaferfertigung von Lasern mit geätzten Spiegeln bekannt sind, mit den Vorteilen von gespaltenen Kristallflächen kombiniert.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Laserdioden mit gespaltenen Kristallflächen für monolithische Integration.
Dies wurde durch eine Ganzwaferfertigung von Laserdioden erreicht, wobei die Spiegelkristallflächen gespalten werden, bevor das Lasersubstrat oder ein Trägersubstrat, auf dem der Laser angebracht ist, gespalten wird, wie in Anspruch 1 offenbart. Es werden verschiedene Verfahren angegeben, die unterätzte Strukturen bereitstellen, die entlang eingeritzter Markierungen gespalten werden können. Die Positionen dieser eingeritzten Markierungen definieren präzise die Länge des Laserresonators. Das erfinderische Verfahren erlaubt eine Ganzwaferbehandlung von gespaltenen Kristallflächen und eine Ganzwaferprüfung vor einer Abtrennung der einzelnen Laserchips.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen im Detail beschrieben, die schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, während spezieller die Abmessungen einiger Teile zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind.
FIG. 1 sind schematische Querschnittsansichten von Prozeß schritten gemäß dem ersten Verfahren:
A auf einem Trägersubstrat angebrachter, herkömmlicher Laserwafer;
B halbeingeschnittene Struktur auf der Rückseite;
C Diamanteinritzmarkierungen;
D strukturierte Ätzmaske;
E Grabenätzen;
F Unterätzen des Laserwafers;
G Entfernung der strukturierten Ätzmaske;
H Ganzwafer-Spiegelspaltung (vergrößerte Darstellung);
I Ganzwafer-Spiegelbehandlung;
J Laserchipabtrennung.
FIG. 2 ist eine schematische Draufsicht auf einen Laserchip mit breitem Kontakt, der wie in den Figuren 1A bis 1J dargestellt gefertigt wurde.
FIG. 3 sind schematische Querschnittsansichten von Prozeß schritten gemäß dem zweiten Verfahren:
A herkömmlicher Laserwafer mit halbeingeschnittener Struktur auf der Rückseite;
B Diamanteinritzmarkierungen;
C strukturierte Ätzmaske;
D Grabenätzen;
E vergrößerte Darstellung, die eine optionale Ätzschutzschicht zeigt;
F Unterätzen der oberen Schichten.
FIG. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Laserstruktur mit einer Ätzstopp-Zwischenschicht gemäß dem dritten Verfahren zur Fertigung von Laserdioden mit gespaltenen Kristallflächen
FIG. 5 ist eine detaillierte, vergrößerte Darstellung, die den unterätzten Teil einer Struktur zeigt, die gemäß dem dritten Verfahren gefertigt wurde.
FIG. 6 ist die Draufsicht auf einen Laserwafer mit eingeritzten Markierungen auf seiner Oberseite und einer halbeingeschnittenen Struktur auf seiner Rückseite.
FIG. 7 ist eine Querschnittsansicht einer Laserstruktur mit Dünnfilmstiften, die ein Ganzwaferspalten der überhängenden Teile erlauben.
FIG. 8 sind schematische Querschnittsansichten verschiedener Techniken zum mechanischen Ganzwaferspalten:
A Walzenspalten;
B Blockspalten.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG

Im folgenden sind drei verschiedene Ausführungen des erfinderischen Verfahrens für die Ganzwaferfertigung von Laserdioden mit gespaltenen Kristallflächen beschrieben. Diese verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung basieren auf den folgenden, vereinfachten Schritten, die in Verbindung mit den entsprechenden Figuren detaillierter beschrieben sind.
Beginnend mit einer herkömmlichen Laserstruktur, die üblicherweise aus mehreren Schichten besteht, die oben auf einem Substrat epitaxial aufgewachsen sind, muß die Abmessung der herzustellenden Laserchips dadurch festgelegt werden, daß eine halbeingeschnittene Struktur auf der Rückseite des Substrates oder auf der Rückseite eines Trägersubstrates erzeugt wird, auf dem die Laserstruktur angebracht wird. Das Substrat wird durch die halbeingeschnittene Struktur in rechteckige Gebiete unterteilt, wobei eine Seite derselben länger als die Länge des herzustellenden Laserresonators und die andere Seite wenigstens so lang wie die Breite der herzustellenden Laserdiode ist. Diese halbeingeschnittene Struktur kann dadurch hergestellt werden, daß sie in die Rückseite des Substrates eingeschnitten wird oder daß sie z.B. unter Verwendung einer Diamanteinritzvorrichtung in das Substrat eingeritzt wird.
Als nächstes wird die Länge der Laserresonatoren durch Einritzmarkierungen in die Oberfläche der Laserstruktur festgelegt. Die Laserkristallflächen werden entlang dieser Markierungen gespalten werden. Die eingeritzten Markierungen sind im wesentlichen parallel, wobei der Abstand dazwischen präzise die Länge der Resonatoren festlegt. Die halbeingeschnittene Struktur auf der Rückseite muß bezüglich der eingeritzten Markierungen ausgerichtet werden.
Oben auf der Laserstruktur wird eine strukturierte Ätzmaske derart gebildet, daß rechteckige Teile derselben die zu bildenden Laser bedecken. Ätzfenster in der Maske, die sich zwischen den Kristallflächen benachbarter Laserdioden befinden, erlauben es, dazwischen Gräben zu ätzen. Diese Gräben werden wenigstens durch einen oberen Teil der Laserstruktur hindurch geätzt. Im folgenden Schritt wird dieser obere Teil in einem solchen Maße unterätzt, daß die Kristallflächen des Lasers gespalten werden können, ohne das gesamte Substrat zu spalten. Nach diesem Prozeßschritt wird die Atzmaske entfernt. Als nächstes wird eine Ganzwaferspaltung der Laserkristallflächen durchgeführt. Dies kann mechanisch ausgeführt werden, z.B. dadurch, daß unter Verwendung eines Bündels von Nadeln eine Kraft auf die unterätzten, überhängenden Teile ausgeübt wird. Andere Alternativen sind Spalten durch Ultraschallvibrationen oder unter Verwendung eines Walzenmechanismus oder einer anderen mechanischen Befestigung und Dünnfilmstiften, die sich am äußersten Ende der zu spaltenden überhängenden Teile befinden, wie im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 8 erläutert.
Die Laser, die sich weiterhin auf einem gemeinsamen Substrat befinden und die nun gespaltene Laserkristallflächen aufweisen, können durch Anbringen einer Passivierungsschicht an den Kristallflächen und/oder durch Ganzwaferprüfung derselben weiterverarbeitet werden. Dieser Schritt muß in einer kontaminationsfreien Umgebung ausgeführt werden, um qualitativ hochwertige Laserkristallflächen zu erzielen.
Schließlich werden die Laserdioden durch Spalten des Substrates entlang der halbeingeschnittenen Struktur auf der Rückseite abgetrennt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß der gesamte Wafer durch eine auf dem Fachgebiet bekannte Walzenblockspalteinrichtung geführt wird. Es ist offensichtlich, daß nicht alle diese Schritte in der oben beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden müssen. Es ist empfehlenswert, wenigstens während einiger der Prozeßschritte für eine gut gesteuerte Atmosphäre, vorzugsweise eine kontaminationsfreie Umgebung, zu sorgen. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Systeme von Verbindungshalbleitern, wie GaAs, InP und so weiter, angewendet werden. Verschiedene Arten von Lasern, wie Doppelheterostrukturlaser oder Quantenmuldenlaser mit Stegwellenleiterstruktur oder vergrabener Wellenleiterstruktur mit breitem Kontakt können in der oben erwähnten Weise gefertigt werden.
Im folgenden wird eine erste Ausführung des erfinderischen Verfahrens beschrieben, wobei die Prozeßschritte in den Figuren 1A bis 1J dargestellt sind. In Figur 2 ist eine Draufsicht auf einen Laserchip 21 gezeigt, der aus einer Laserdiode 20 mit breitem Kontakt besteht, die auf einem Teil eines Trägersubstrates angebracht ist, wie sie durch die erste Ausführung des erfinderischen Verfahrens hergestellt wird. Eine Laserstruktur 10, die aus epitaxial aufgewachsenen Schichten aus GaAs besteht, die sich oben auf einem GaAs-Substrat befinden, bilden den Ausgangspunkt für die erste Ausführung der Erfindung. Die Schichten der Struktur 10 sorgen für eine optische und elektrische Begrenzung, wobei der lichtemittierende Bereich der herzustellenden Laser durch eine aktive Schicht definiert ist. Wie in Figur 1A dargestellt, ist diese Laserstruktur 10 oben auf einem Trägersubstrat 11 angebracht. Dieses Trägersubstrat 11 besteht vorzugsweise aus einem Material wie Silicium, Saphir oder Diamant. Das Trägersubstrat 11 muß dafür geeignet sein, als Wärmesenke für die Laser zu dienen, und sollte eine spannungsfreie Anbringung der Laserstruktur 10 sicherstellen. Eine effiziente Kühlung der Laser kann durch Wahl eines Materials mit hoher thernischer Leitfähigkeit garantiert werden, wobei eine spannungsfreie Anbringung dadurch erzielt wird, daß für eine Anpassung der thermischen Ausdehnung zwischen dem Trägersubstrat 11 einerseits und der Laserstruktur 10 andererseits gesorgt wird. Wie in Figur 1B gezeigt, wird eine halbeingeschnittene Struktur 12 an der Rückseite des Trägersubstrates 11 eingeschnitten. Diese halbeingeschnittene Struktur 12 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie das Trägersubstrat 11 in rechteckige Gebiete unterteilt. Die Abmessung (1a X 1g) der Rechtecke, die durch die halbeingeschnittene Struktur 12 definiert ist, ist etwas größer als die Abmessung (1c X 1h) der herzustellenden Laser. Die Tiefe der Einschnitte ist von dem Material des Trägersubstrates 12 und seiner Dicke abhängig. Dieser Schritt kann zu jedem Zeitpunkt ausgeführt oder weggelassen werden, abhängig von der Technik, die verwendet wird, um die Laserchips an Ende des gesamten Prozesses abzutrennen.
Diese Laserstruktur/Trägersubstrat-Sandwichstruktur wird dann dem folgenden Prozeßschritt unterworfen, der für eine präzise Festlegung der Resonatorlänge 1c und der Position der zu spaltenden Laserkristallflächen sorgt. Um dies zu erreichen, werden die Diamanteinritzmarkierungen 13 in die Laserstruktur 10 eingeritzt. Diese eingeritzten Markierungen 13 müssen bezüglich der halbeingeschnittenen Struktur 12 auf der Rückseite der Sandwichstruktur grob justiert sein. Dies kann durch Verwendung eines Infrarotmikroskopes erreicht werden, das es erlaubt, durch die Sandwichstruktur hindurchzusehen, da die meisten Halbleiter für Infrarotlicht durchlässig sind.
Ein typischer Wafer 55 mit eingeritzten Markierungen 51.n (durchgezogene Linien) auf seiner Oberseite und einer halbeingeschnittenen Struktur 53.n (gestrichelte Linien) auf seiner Rückseite ist in Figur 6 dargestellt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist die Länge 1c des Resonators eines Lasers 54 durch den Abstand zwischen zwei parallelen eingeritzten Markierungen 51.1 und 51.2 festgelegt. Der Abstand zwischen Kristallflächen benachbarter Laser ist z.B. durch Markierungen 51.2 und 52.1 bestimmt. Die Länge 1a und die Breite 1h eines Laserchips sind durch die rechtwinkligen Einschnitte 53.1 und 53.2 der halbeingeschnittenen Struktur abgegrenzt. Sowohl die halbeingeschnittene Struktur als auch die eingeritzten Markierungen müssen, wie in Figur 6 gezeigt, ausgerichtet sein.
Als nächstes wird die Oberseite der Sandwichstruktur durch eine strukturierte Ätzmaske 14 bedeckt, z.B. eine photolithographisch gefertigte Resistmaske, wie in Figur 1D gezeigt. Sie besteht aus rechteckigen Teilen, die etwas größer als die Abmessung der herzustellenden Laser sind. Die Länge 1d eines derartigen rechteckigen Teils ist größer als jene des Resonators 1c, So daß die Maske mit den eingeritzten Markierungen 13 überlappt. Die strukturierte Maske 14 ist bezüglich der eingeritzten Markierungen 13 ausgerichtet, um sicherzustellen, daß Ätzfenster 15 genau zwischen den eingeritzten Markierungen 13 angeordnet werden, welche die Position benachbarter Kristallflächen festlegen. Die Breite 1e dieser Ätzfenster 15 ist kleiner als der Abstand 1b zwischen den eingeritzten Markierungen 13, welche die Position der zu spaltenden Kristallflächen festlegen, wie in den Figuren 1C und 1D dargestellt. Nach der Bildung der strukturierten Ätzmaske 14 werden Gräben durch die Laserstruktur 10 hindurchgeätzt. Die Abmessung und Position dieser Gräben ist durch die Ätzfenster 15 bestimmt, wie in Figur 1E gezeigt. RIE-Ätzen wird bevorzugt, um ein anisotropes Ätzen der Laserstruktur 10 sicherzustellen. Das Trägersubstrat 11 wird am Boden der Gräben freigelegt.
Als nächstes wird die Laserstruktur 10 teilweise unterätzt, um für überhängende Teile zu sorgen, die in einem der folgenden Schritte gespalten werden können. Dieses Unterätzen wird unter Verwendung eines Ätzmittels ausgeführt, welches das Trägersubstrat 11 isotrop ätzt. Die Ätzzeit muß so gesteuert werden, daß die Breite 1f der Ätzvertiefungen 16 größer als der Abstand 1b zwischen benachbarten Einritzmarkierungen 13 ist. Ein richtiges Unterätzen der Laserstruktur 10 ist notwendig, um sicherzustellen, daß ein Spalten der Laserkristallflächen entlang der Einritzmarkierungen 13 möglich ist.
In dem folgenden Schritt wird die Ätzmaske 14 entfernt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die gesamte Sandwichstruktur in Aceton gespült wird oder daß eine Resistentfernung in einem Ultraschallbad durchgeführt wird. Wie in der detaillierten Darstellung, Figur 1H, gezeigt, können die überhängenden Enden der Laserstruktur 10 entlang der Einritzmarkierungen 13 mechanisch, z.B. durch Verwenden von Nadeln, wie schematisch angezeigt, gespalten werden. Das Spalten findet entlang der Markierungen 13 statt, wobei die Kristallflächen im wesentlichen parallel zu der gestrichelten Linie 17 liegen. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, werden lediglich kleine Teile der Laserstruktur 10, nicht die gesamten überhängenden Teile, durch Spalten der Kristallflächen entfernt. Nach diesem Ganzwaferspalten ist die Länge 1c der Laserresonatoren durch gegenüberliegende Kristallflächen 18 und 19 eines Lasers 20 bestimmt.
Um eine Oxidation dieser gespaltenen Kristallflächen zu verhindern, kann eine Spiegelpassivierungsschicht angebracht werden. Die gespaltenen Kristallflächen müssen vor einer Beschichtung derselben kontaminationsfrei sein. Zwei verschiedene Verfahren zum Beschichten der Kristallflächen kommen in Betracht: 1) Bereitstellen einer Rotationsbewegung der Sandwichstruktur und Schrägdeposition (siehe Figur 11) der Schicht; oder (2) Schrägdeposition von beiden Seiten, ohne Rotation.
Nach diesem Schritt sind die einzelnen Laserdioden fertig. Da sie sich noch immer oben auf einem einzigen Trägersubstrat 11 befinden, ist es möglich, eine Ganzwaferprüfung der Laser durchzuführen. Schließlich werden die Laserdioden in Laserchips 21 abgetrennt, wie in Figur 1J dargestellt. Dies kann durch mechanisches Spalten des Trägerwafers entlang der halbeingeschnittenen Struktur 12 bewerkstelligt werden. Es sind verschiedene unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zum Spalten von Halbleiterchips bekannt. Drei dieser Verfahren sind offenbart in:
- US-Patent, Patent Nr. 4 044 937, erteilt am 30. August 1977;
- europäische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 0 363 548;
- europäische Patentanmeldung, Veröffentlichungs Nr. 0 457 998.
Die Draufsicht auf einen Laserchip 21, der unter Verwendung des oben beschriebenen Prozesses hergestellt ist, ist in Figur 2 gezeigt. Die Laserdiode 20 besitzt eine Resonatorlänge 1c und eine Breite 1h. Diese Diode 20 ist auf einem Teil des Trägersubstrates 11 angebracht, wobei die Abmessung (1a X 1g) dieses Teils durch die anfänglich in die Rückseite des Trägersubstrates 11 halbeingeschnittene Struktur bestimmt ist, siehe Figur 18. Die Kristallflächen 18 und 19 des Lasers 20 sind durch Passivierungsschichten 22 bedeckt, wie schematisch in Figur 2 angezeigt.
Im folgenden wird eine zweite Ausführung des Verfahrens zur Ganzwaferfertigung von Laserdioden mit gespaltenen Kristallflächen vorgeschlagen. Dieser Prozeß, wie er in den Figuren 3A bis 3F dargestellt ist, ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß er nicht die Verwendung eines Trägersubstrates erfordert. Dieser Prozeß startet mit einer Laserstruktur 30, die mehrere epitaxial aufgewachsene Schichten 31 bis 33 umfaßt, die sich auf einem Substrat 34 befinden. In diesem Fall ist die Schicht 32 eine aktive Schicht, die zwischen einer oberen einhüllenden Schicht 31 und einer unteren einhüllenden Schicht 33 eingebettet ist. Ahnlich wie bei dem ersten Verfahren bestimmt eine halbeingeschnittene Struktur 35 die Abmessung der herzustellenden Laserchips. Diese halbeingeschnittene Struktur 35 wird in die Rückseite des Substrates 34 eingeritzt. In einem nächsten Schritt, der in Figur 3B dargestellt ist, werden parallele Markierungen 36 in die oberste Schicht 31 der Laserstruktur 30 eingeritzt. Mittels dieser Markierungen 36 ist die Position der zu spaltenden Kristallflächen bestimmt, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1G beschrieben.
Wiederum wird eine strukturierte Ätzmaske 37 mit Ätzfenstern 38 oben auf der Laserstruktur 30 aufgebracht. Die Ätzfenster 38 sind bezüglich der Markierungen 36 ausgerichtet, wie in Figur 3C dargelegt.
In dem nachfolgenden Schritt werden Gräben anisotrop durch einen oberen Teil der Laserstruktur 30 hindurch geätzt, so daß ihr Boden 39 in dem Substrat 34 liegt. Vor dem Unterätzen des oberen Teils der Laserstruktur 30 können die Seitenwände der Gräben durch eine Ätzschutzschicht 81 geschützt werden, wie schematisch in Figur 3E dargestellt. Wenn diese optionale Ätzschutzschicht 81 aufgebracht wird, sollte sichergestellt werden, daß der Boden 39 der Gräben unbedeckt bleibt.
Die Unterätzung des oberen Teils, der aus den Schichten 31 bis 33 besteht, ohne die optionale Ätzschutzschicht 81 erfordert die Verwendung eines hoch selektiven Ätzmittels, das hauptsächlich das GaAs-Substrat 34 angreift. Die Unterätzung des oberen Teils mit oder ohne Ätzschutz sorgt für überhängende Teile, die entlang einer gestrichelten Linie 83 und entlang der eingeritzten Markierungen 36 gespalten werden können. Die Breite der Ätzvertiefungen 82 muß größer sein als der Abstand zwischen benachbarten Markierungen 36. Die letzten Schritte dieses Prozesses sind die gleichen wie die Schritte, die in den Figuren 1I und 1J gezeigt sind.
Eine Modifikation der zu unterätzenden Laserstruktur wird im Zusammenhang mit der dritten Ausführung der Erfindung vorgeschlagen. Diese Modifikation reduziert die Beschädigungen, die durch das Ätzmittel während des zweiten Ätzschrittes verursacht werden. Eine herkömmliche Laserstruktur, die epitaxial aufgewachsene Schichten umfaßt, ist durch Aufbringen einer dünnen Ätzstoppschicht 45, vorzugsweise einer Schicht, die eine Basis für ein weiteres epitaxiales Wachstum auf der Oberseite derselben bereitstellt, zu modifizieren. Über typische Ätzstoppschichten wird in "Selective Dry Etching of AlGaAs-GaAs Heterojunction", K. Hikosaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 20, Nr. 11, November 1981, Seiten L847 bis L850 und "An Analytical Study of Etch-Stop Reactions for GaAs on AlGaAs in GCl&sub2;F&sub2; Plasma", K.L. Seaward et al., Journal of Applied Physics, Bd. 61, Nr. 6, März 1987, Seiten 2358 bis 2364 berichtet. Ätzstoppschichten, die keinen nachteiligen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Lasers haben, sind vorzuziehen.
Diese Ätzstoppschicht 45, die oben auf einem Substrat 44 aufgebracht und durch Epitaxieschichten 41 bis 43 bedeckt ist, ist in Figur 4 dargestellt. Diese Laserstruktur 40 wird dann ähnlich wie bei dem in den Figuren 3A bis 3D gezeigten Prozeß verarbeitet. Nach dem Ätzen der Gräben, entsprechend Figur 3D, erstrekken sich die Böden derselben in das Substrat 44 hinein, der obere Teil muß unterätzt werden, wie in Figur 5 dargestellt. Durch Wahl eines geeigneten Ätzmittels wird sichergestellt, daß hauptsächlich das Substrat angegriffen wird. Wenn eine optionale Ätzschutzschicht verwendet wird, wie im Zusammenhang mit Figur 3E beschrieben, ist die Wahl des Ätzmittels, das zum Ätzen der Vertiefung 49 in das Substrat 44 verwendet wird, nicht mehr kritisch, da alle Teile der Struktur 40, die durch das Ätzmittel nicht angegriffen werden sollen, geschützt sind. Lediglich die Böden der Gräben werden durch das Ätzmittel angegriffen. Die Gräben 48 der Laserstruktur 40 werden in einer RIE-Kammer anisotrop geätzt. Die Vertiefungen 49 können zum Beispiel unter Verwendung von HCl oder HCl:H&sub2;O&sub2;:H&sub2;O geätzt werden.
Wie bereits erwähnt, kann die Ganzwaferspaltung auch unter Verwendung von Dünnfilmstiften 60 ausgeführt werden, wie schematisch in Figur 7 gezeigt. Diese Dünnfilmstifte 60 werden oben auf der Laserstruktur 61 mittels üblicher Lithographie- und Depositionstechniken vor dem Aufbringen und Strukturieren der Ätzmaske 63 gebildet. Das Material, das zur Bildung dieser Stifte 60 verwendet wird, sollte hart genug sein, um die Spaltungskraft auf die überhängenden Teile der Laserstruktur 61 zu übertragen. Wie in den Figuren 8A und 8B dargestellt, können die überhängenden Teile durch Anwenden der Spaltungskraft auf diese Stifte 60 unter Verwendung entweder eines Walzenmechanismus 70 oder eines Blockes 71, der auf die Stifte 60 gedrückt wird, gespalten werden. Ein zusätzlicher Vorteil derartiger Stifte besteht darin, daß sie als Markierungen für die Justierung der strukturierten Ätzmaske 63 verwendet werden können. Diese zwei Techniken, ebenso wie die'Nadeltechnik' (siehe Figur 1H), weisen im Vergleich zu Ultraschall-Spaltungstechniken den Vorteil auf, daß alle Kristallflächen in einem Vorgang gespalten werden. Eine Ultraschallspaltung erfordert eine Kontrolle, ob die Vibrationen stark genug waren, um alle Kristallflächen erfolgreich zu spalten. Die Energie und die Frequenz dieser Vibrationen müssen in einem bestimmten Verhältnis zu der Länge der überhängenden Teile stehen, um eine Art Resonanz dieser Überhänge zu erreichen. Die Länge der Überhänge muß über die gesamte Laserstruktur die gleiche sein, um eine Ultraschall-Ganzwaferspaltung zu ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur Ganzwaferfertigung von Halbleiterlaserdioden mit gespaltenen Kristallflächen, das mit einer Laserstruktur (10; 30; 40) beginnt, die mehrere, oben auf einem Substrat (34; 44) ausgebildete Schichten (31 bis 33; 41 bis 43) umfaßt und das die folgenden Schritte umfaßt:

a) Festlegen der Position der zu spaltenden Kristallflächen durch Einritzmarkierungen (13; 36; 51.n, 52.n) in die Oberseite der Schichten, wobei diese eingeritzten Markierungen (13; 36) senkrecht zu der optischen Achse der herzustellenden Laser verlaufen, die eingeritzten Markierungen (13; 36; 51.n, 52.n) parallel verlaufen und ihr Abstand (1c) die Länge der Laserresonatoren und den Abstand (1b) zwischen den Kristallflächen benachbarter Laserdioden festlegt;

b) Bedecken der Oberseite der Schichten (31 bis 33; 41 bis 43) mit einer Ätzmaskenstruktur (14; 37; 46), die jede herzustellende Laserdiode derart bedeckt, daß sie sich über die eingeritzten Markierungen (13; 36) jedes Lasers erstreckt und für Ätzfenster (15; 38) zwischen den eingeritzten Markierungen (51.2 und 52.1) sorgt, welche die Position der Kristallflächen benachbarter Laser definieren;

c) Ätzen von Gräben wenigstens in einen oberen Teil der Laserstruktur (10; 30; 40), wobei die Gestalt und der Ort der Gräben durch die Ätzfenster (15; 38; 48) festgelegt sind;

d) teilweises Unterätzen des oberen Teils zur Bereitstellung überhängender Bereiche während eines zweiten Ätzschrittes derart, daß die Laserkristallflächen durch Spalten der überhängenden Bereiche entlang der eingeritzten Markierungen (13; 36; 51.n, 52.n) festgelegt werden können, ohne die gesamten überhängenden Bereiche zu entfernen und ohne die gesamte Laserstruktur (30; 40) zu spalten;

e) Ultraschallspalten oder mechanisches Spalten der überhängenden Bereiche entlang der eingeritzten Markierungen (13; 36; 51.n, 52.n), wodurch Kristallflächen bereitgestellt werden, die senkrecht zu den Schichten (31 bis 33; 41 bis 43) und zur optischen Achse liegen;

f) Abtrennen der Laserdioden (21) durch Spalten derselben zwischen benachbarten Lasern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserstruktur (10) auf einem Trägersubstrat (11) unter Bildung einer Sandwichstruktur angebracht ist, die entsprechend der oben gegebenen Schritte verarbeitet wird, mit dem Unterschied, daß die Gräben durch die Laserstruktur (10) hindurch geätzt werden, so daß der Trägerwafer (11) am Boden der Gräben freigelegt ist, wobei der überhängende Bereich durch Ätzen des Trägersubstrates (11) anstelle des Substrates der Laserstruktur gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das den folgenden Schritt umfaßt, der vor der Abtrennung der Laserdioden (21) ausgeführt wird:

- Aufbringen einer Passivierungs-, Antireflex- oder Schutzschicht (22) auf den gespaltenen Kristallflächen (18, 19)

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Halbschnittstruktur (12; 35; 53.n) an der Rückseite entweder des Laserstruktursubstrates (34; 44) oder des Trägersubstrates (11) eingeschnitten wird, wobei die Struktur (12; 35) aus senkrechten Einschnitten (53.1, 53.2) besteht, die rechteckige Bereiche definieren, wobei eine Seite (1a) derselben länger als die Länge (1c) des Laserresonators ist, wobei diese Seite parallel zur optischen Achse der Laserdioden liegt und die andere Seite (1g) senkrecht zu den eingeritzten Markierungen (13; 36) verläuft, so daß entweder das Substrat (34; 44) der Laserstruktur (30; 40) oder das Trägersubstrat (11) entlang dieser Einschnitte (53.n) gespalten werden kann, um die einzelnen Laserdioden (21) abzutrennen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schichten (41 bis 43) der Laserstruktur (40) von ihrem Substrat (44) durch eine dünne zwischenliegende Ätzstoppschicht (45) getrennt sind, so daß das zum Unterätzen verwendete Ätzmittel die oberen Schichten (41 bis 43) nicht angreift.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 5, wobei eine Ätzschutzschicht (81) auf den Seitenwänden der Gräben (38; 48) vor dem Unterätzen aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei elektronische Bauelemente monolithisch auf dem Substrat der Laserstruktur integriert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gespaltenen Kristallflächen vor dem Abtrennen der Laserdioden ganzwaferbehandelt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laserdioden vor den Abtrennen derselben ganzwafergeprüft werden.