DE102008015253B4

DE102008015253B4 - Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements und Laserbauelement

Info

Publication number: DE102008015253B4
Application number: DE102008015253.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Eichler Christoph
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: DE102008015253A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (15) mit einer Mehrzahl von funktionellen Schichten (2, 3, 4, 5, 6, 7) und einem aktiven Bereich (4), der geeignet ist, in einem elektronischen Betrieb des Laserbauelements eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, B) Großflächiges, nicht stegförmiges, Aufbringen einer elektrischen Kontaktschicht (16) gebildet aus zumindest einer Elektrodenschicht (8) und zumindest einer elektrisch leitenden Verstärkungsschicht (12) auf der zumindest einen Elektrodenschicht (8) auf der Halbleiterschichtenfolge (15), C) Erzeugen einer stegförmig strukturierten Maskenschicht (9) auf einem Teilbereich der elektrischen Kontaktschicht (16), D') Abtragen der elektrischen Kontaktschicht (16) in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht (9) überdeckt sind, D) Zumindest teilweises Abtragen zumindest einer der funktionellen Schichten (7) der Halbleiterschichtenfolge (15) in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht (9) überdeckt sind, zur Herstellung eines Steges (14) umfassend die elektrische Kontaktschicht (16) und die Stegwellenleiterstruktur (13), wobei – die Schritte D' und D nacheinander mittels zwei verschiedener Ätzverfahren durchgeführt werden, und – die elektrische Kontaktschicht (16) dieselbe Breite wie die darunter liegende Stegwellenleiterstruktur (13) aufweist, E) Großflächiges Aufbringen einer Passivierungsschicht (10) über der Halbleiterschichtenfolge (15) und der elektrischen Kontaktschicht (16), wobei die Passivierungsschicht (10) den Steg (14) überdeckt und umschließt, wodurch die Passivierungsschicht (10) über dem Steg (14) eine Erhebung aufweist und die Passivierungsschicht (10) eine größere Höhe als der Steg (14) aufweist, G) Großflächiges Abtragen der Passivierungsschicht (10) zur Freilegung der elektrischen Kontaktschicht (16), so dass die Passivierungsschicht (10) und die elektrische Kontaktschicht (16) eine gemeinsame Oberfläche bilden.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements angegeben.
Die Druckschriften US 2006/0045155 A1 , DE 103 12 214 A1 und DE 102 19 886 B4 beschreiben jeweils ein Laserbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements.
Eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Erfindung betrifft das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform insbesondere die Schritte:

A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von funktionellen Schichten und einem aktiven Bereich, der geeignet ist, in einem elektronischen Betrieb des Laserbauelements eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen,
B) Aufbringen einer elektrischen Kontaktschicht mit zumindest einer Elektrodenschicht auf der Halbleiterschichtenfolge,
C) Erzeugen einer stegförmig strukturierten Maskenschicht auf einem Teilbereich der elektrischen Kontaktschicht,
D) Zumindest teilweises Abtragen zumindest einer der funktionellen Schichten der Halbleiterschichtenfolge in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht überdeckt sind, zur Herstellung der Stegwellenleiterstruktur.

Dass eine Schicht oder ein Element „auf” oder „über” einer anderen Schicht oder einem anderen Element oder auch „zwischen” zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist oder aufgebracht wird, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar im direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist oder aufgebracht wird. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist oder aufgebracht wird. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht angeordnet sein oder aufgebracht werden.
„Zumindest teilweises Abtragen” kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die Dicke einer Schicht, die teilweise abgetragen wird, in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht bedeckt sind, durch das Abtragen reduziert und damit zur Schichtdicke im Bereich, in dem die Schicht von der Maskenschicht überdeckt wird, ausgedünnt wird. Weiterhin kann die Schicht, die zumindest teilweise abgetragen wird, in Bereichen, die nicht durch die Maskenschicht bedeckt sind, gänzlich entfernt wird.
Durch das hier beschriebene Verfahren ist es möglich, die elektrische Kontaktschicht auf der Halbleiterschichtenfolge aufzubringen, bevor die zumindest eine funktionelle Schicht der Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise abgetragen und damit zur Herstellung der Stegwellenleiterstruktur strukturiert wird. Dadurch kann die Oberfläche der funktionellen Schicht der Halbleiterschichtenfolge insbesondere in dem Bereich, in dem die elektrische Kontaktschicht aufgebracht wird, durch die elektrische Kontaktschicht während des Schritts D des zumindest teilweisen Abtragens der zumindest einen funktionellen Schicht der Halbleiterschichtenfolge geschützt werden.
Im Vergleich dazu können bekannte Verfahren, wie etwa in der DE 102 19 886 B4 beschrieben, beispielsweise in Verbindung mit GaN-basieren Halbleiterschichtenfolgen durch trockenchemisches Ätzen der Halbleiterschichtenfolge eine Plasmaschädigung der Halbleiterschichtenfolge zur Folge haben, sodass ein ohmscher Kontakt zwischen der elektrischen Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge nicht mehr oder nur schlecht möglich sein kann.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird hier ein Verfahren beschrieben, das die Herstellung eines guten elektrischen Kontakts zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der elektrischen Kontaktschicht, insbesondere eines ohmschen Kontakts, sowie die Herstellung der Stegwellenleiterstruktur durch eine einfache Prozessierung kombiniert. Insbesondere ist das hier beschriebene Verfahren unabhängig von der Höhe der herzustellenden Stegwellenleiterstruktur durchführbar und ermöglicht weiterhin die Herstellung einer elektrischen Kontaktschicht, die eine dauerhafte und stabile elektrische und mechanische Verbindung zu einem Bondpad bietet.
Durch das hier beschriebene Verfahren können somit Laserbauelemente mit hoher Ausbeute und Zuverlässigkeit kostengünstig herstellbar sein, die beispielsweise auch für hohe Schaltfrequenzen und für optische Datenspeichervorrichtungen mit hohen Datenraten und hoher Lese- beziehungsweise Schreibgeschwindigkeit geeignet sind, eine hohe Strahlqualität aufweisen und beispielsweise auch zur Flip-Chip-Montage geeignet sind.
Insbesondere ist das mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellte Laserbauelement mit der Halbleiterschichtenfolge als kantenemittierende Laserdiode ausgeführt. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolge eine durch eine Seitenfläche gebildete Strahlungsauskoppelfläche aufweist, über die die im aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung abgestrahlt werden kann. Bevorzugt kann die Halbleiterschichtenfolge dabei eine erste und eine zweite Wellenleiterschicht aufweisen, zwischen denen der aktive Bereich angeordnet ist. Um einen Betrieb der Halbleiterschichtenfolge in einer transversalen Grundmode zu ermöglichen, sind funktionale Schichten der Halbleiterschichtenfolge, die auf zumindest einer Seite des aktiven Bereichs angeordnet sind, beispielsweise steg- und/oder trapezförmig strukturiert. Derartige als Stegwellenleiter, Rippenwellenleiter, „Ridge-Struktur”, „Trapezstruktur” oder „tapered structure” bekannte Ausgestaltungen der Halbleiterschichtenfolge werden hier und im Folgenden unter dem Begriff „Stegwellenleiterstruktur” zusammengefasst.
Die Stegwellenleiterstruktur kann sich dabei in einer Richtung über die Halbleiterschichtenfolge erstrecken, durch die die Abstrahlrichtung der Halbleiterschichtenfolge definiert wird.
Die Breite der Stegwellenleiterstruktur und damit der elektrischen Kontaktschicht kann kleiner oder gleich 20 μm, bevorzugt kleiner oder gleich 10 μm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5 μm sein. Weiterhin kann sich die Stegwellenleiterstruktur zumindest in einem Teilbereich in Abstrahlrichtung linear verbreitern, insbesondere mit einem Öffnungswinkel von größer oder gleich 1° und kleiner oder gleich 10° und besonders bevorzugt größer oder gleich 2° und kleiner oder gleich 6°. Eine derartige Ausgestaltung der Stegwellenleiterstruktur ist insbesondere unter dem Begriff „Trapezstruktur” oder „tapered structure” bekannt.
Weiterhin wird hier und im Folgenden als „Steg” die Stegwellenleiterstruktur der Halbleiterschichtenfolge zusammen mit der darüber liegenden elektrischen Kontaktschicht bezeichnet. Die elektrische Kontaktschicht weist dabei insbesondere dieselbe Breite wie die darunter liegende Stegwellenleiterstruktur auf.
Hier und im Folgenden kann „Licht” oder „elektromagnetische Strahlung” gleichermaßen insbesondere elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich aus einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Insbesondere kann das Licht oder die elektromagnetische Strahlung einen ultravioletten bis sichtbaren Wellenlängenbereich mit einer oder mehreren Wellenlängen zwischen etwa 350 nm und etwa 700 nm umfassen. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge im aktiven Bereich im Betrieb des Laserbauelements insbesondere durch stimulierte Emission hervorgerufene kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugen, die durch ein Spektrum in einem Wellenlängenbereich mit einer spektralen Breite von weniger als 50 nm und bevorzugt weniger als 10 nm charakterisiert sein kann. Weiterhin kann die kohärente elektromagnetische Strahlung eine Kohärenzlänge in einer Größenordnung von Metern bis zu einer Größenordnung von hundert Metern oder mehr aufweisen. Der aktive Bereich kann dabei geeignet sein, ein Strahlenbündel kohärenter elektromagnetischer Strahlung abzustrahlen. Das Strahlenbündel kann dabei Strahleigenschaften ähnlich oder gleich einem idealen Gaußschen Strahlenbündel aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von AlGaAs ausgeführt sein. Unter AlGaAs-basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem Al_xGa_1-xAs mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist. Insbesondere kann eine aktiver Bereich, der ein auf AlGaAs basierendes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Weiterhin kann ein derartiges Material zusätzlich oder alternativ zu den genannten Elementen In und/oder P aufweisen.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest einen aktiven Bereich auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge oder der Halbleiterchip auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen oder Halbleiterchips, die zumindest einen aktiven Bereich auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einen grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge oder der Halbleiterchip neben oder anstelle der III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme auch II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Ein II/VI-Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, aufweisen. Insbesondere umfasst ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien: ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO.
Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin ein Substrat aufweisen, auf dem die oben genannten III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsystem abgeschieden sind. Das Substrat kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, InP, GaP, GaN, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge auf einer den funktionellen Schichten zugewandten oder abgewandten Seite des Substrats eine Elektrode aufweisen, die wie die elektronische Kontaktschicht im elektronischen Betrieb des Laserbauelements Ladungsträger in die Halbleiterschichtenfolge und insbesondere in den aktiven Bereich injizieren, die im aktiven Bereich unter Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung rekombinieren können. Die Elektrode kann dabei eine oder mehrere Elektrodenschichten mit Rh, Ag, Au, Sn, Ti, Pt, Pd und/oder Ni aufweisen. Weiterhin kann die Elektrode auch ein elektrisch leitendes Oxid und/oder ein elektrisch leitendes Nitrid aufweisen.
Elektrisch leitende Oxide beziehungsweise Nitride sind elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide beziehungsweise Metallnitride, beispielsweise mit Zink, Zinn, Cadmium, Titan, Indium, Tantal, Platin und Wolfram. Rein beispielhaft sind für elektrisch leitende Oxide beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) zu nennen. Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher leitender Oxide zu der Gruppe der elektrisch leitenden Oxide. Rein beispielhaft sind für elektrisch leitende Nitride Titannitrid, Tantalnitrid, Wolframnitrid und Titanwolframnitrid genannt. Weiterhin kann es möglich sein, dass die elektrisch leitenden Oxide beziehungsweise Nitride nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktive Bereiche in der aktiven Schicht beispielsweise herkömmliche pn-Übergänge, Doppelheterostrukturen, Einfach-Quantentopfstrukturen (SQW-Strukturen) oder Mehrfach-Quantentopfstrukturen (MQW-Strukturen) aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (”confinement”) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht mit den aktiven Bereichen weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p-, n- oder undotierte Confinement-, Mantel- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten und/oder Schutzschichten sowie Kombinationen daraus.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge als so genannter „Distributed Feedback Laser”, kurz DFB-Laser, ausgeführt sein. Derartige DFB-Laser weisen entlang einer Abstrahlrichtung, die durch die Stegwellenleiterstruktur vorgegeben ist, einen periodisch strukturierten aktiven Bereich auf. Ein periodisch strukturierter aktiver Bereich weist periodisch angeordnete Bereiche mit wechselnden Brechungsindices auf, die ein Interferenzgitter beziehungsweise Interferenzfilter bilden können, das zu einer wellenlängenselektiven Reflexion führen kann.
Der Verfahrensschritt A kann somit das epitaktische Aufbringen von funktionellen Schichten auf einem Substrat umfassen. Die derart bereitgestellte Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin nach dem Bereitstellen getempert werden. Das kann bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolge einer Temperatur zwischen etwa 300°C und etwa 1000°C ausgesetzt wird, wodurch eine Ausheilung von Gitterfehlern sowie eine Aktivierung der funktionellen Schichten, insbesondere von Störstellen-dotierten funktionellen Schichten, ermöglicht werden kann.
Die Elektrodenschicht der elektrischen Kontaktschicht kann eines oder mehrere der oben im Zusammenhang mit der Substrat-seitigen Elektrode genannten Materialien aufweisen und insbesondere zumindest eines der Materialien Ni, Pt, Pd, Rh und Au oder Kombinationen oder Legierungen daraus. Weiterhin kann die Elektrodenschicht auch eines oder mehrere elektrisch leitende Oxide und/oder Nitride aufweisen. Dabei kann die Elektrodenschicht auch mehrere Schichten umfassen, etwa eine erste Schicht, die Nickel umfasst oder daraus ist, und eine zweite Schicht, die Gold umfasst oder daraus ist, oder eine erste Schicht, die Palladium umfasst oder daraus ist, und eine zweite Schicht, die Platin umfasst oder daraus ist. Die erste Schicht kann zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Schicht angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein.
Zur Verbesserung des Kontaktwiderstands und der Herstellung eines ohmschen Kontakts zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der elektrischen Kontaktschicht kann die elektrische Kontaktschicht oder zumindest die Elektrodenschicht zusammen mit der Halbleiterschichtenfolge im Schritt B zusätzlich oder alternativ zum Temperschritt im Verfahrensschritt A getempert werden und dabei einer Temperatur von größer oder gleich 300°C und kleiner oder gleich 1000°C ausgesetzt werden. Insbesondere bei einer Elektrodenschicht, die Nickel aufweist, kann ein Temperschritt zu einer signifikanten Reduktion des Kontaktwiderstands zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der elektrischen Kontaktschicht führen.
Im Verfahrensschritt B kann weiterhin auf der zumindest einen Elektrodenschicht zumindest eine elektrisch leitende Verstärkungsschicht aufgebracht werden. Die zumindest eine elektrisch leitende Verstärkungsschicht kann dabei beispielsweise als Diffusionsbarriere für Lot und/oder Gold beim späteren elektrischen Anschluss des Laserbauelements mittels Löten dienen. Durch die Verstärkungsschicht kann es möglich sein, dass kein Lot und/oder Gold von der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der elektrischen Kontaktschicht in die Halbleiterschichtenfolge diffundieren und die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterschichtenfolge oder des elektrischen Kontakts zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der elektrischen Kontaktschicht verschlechtern kann. Die Verstärkungsschicht kann zumindest eines der Materialien Ti, Pt, Au, W und Ni oder Kombinationen, Schichtenfolgen oder Legierungen daraus aufweisen. Weiterhin kann die Verstärkungsschicht auch eines oder mehrere der oben genannten elektrisch leitenden Oxide und/oder Nitride aufweisen. Beispielsweise kann die zumindest eine Verstärkungsschicht TiPtAu als Legierung oder als Schichtenfolge, TiWN oder TiPtN aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Kontaktschicht mehrere Verstärkungsschichten aus den vorab genannten Materialien umfassen.
Das Erzeugen der stegförmig strukturierten Maskenschicht im Verfahrensschritt C kann beispielsweise durch strukturiertes Auftragen mittels einer Schattenmaske erfolgen und/oder durch großflächiges Aufbringen der Maskenschicht und anschließendes strukturiertes Entfernen dieser. Die Maskenschicht kann zumindest eines der Materialien Lack, insbesondere Fotolack, Nickel, ein Oxid und/oder ein Nitrid sowie Kombinationen daraus aufweisen. Das Oxid beziehungsweise das Nitrid kann insbesondere Si, Ti und/oder Al aufweisen.
Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge auf der der elektrischen Kontaktschicht zugewandten Seite des aktiven Bereichs zumindest eine erste Wellenleiterschicht mit einer Schichtdicke umfassen. Im Verfahrensschritt D können die funktionellen Schichten der Halbleiterschichtenfolge in den Bereichen, die nicht von der Maskenschicht überdeckt sind, bis zur ersten Wellenleiterschicht gänzlich und weiterhin die erste Wellenleiterschicht teilweise abgetragen werden, so dass die Dicke der ersten Wellenleiterschicht in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht bedeckt sind, durch das Abtragen reduziert und damit zur Schichtdicke im Bereich, in dem die erste Wellenleiterschicht von der Maskenschicht überdeckt wird, ausgedünnt wird.
Weiterhin kann die elektrische Kontaktschicht im Verfahrensschritt B großflächig auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden. In einem weiteren Verfahrensschritt D' nach dem Verfahrensschritt C kann die elektrische Kontaktschicht in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht überdeckt sind, abgetragen werden. Durch die Schritte D' und D kann somit der Steg umfassend die Stegwellenleiterstruktur der Halbleiterschichtenfolge und die elektrische Kontaktschicht ausgebildet werden.
Die Maskenschicht kann als Lackmaske und/oder als Hartmaske mit zumindest einem der oben genannten Materialien aufgebracht werden und dazu verwendet werden, die zumindest eine funktionelle Schicht im Verfahrensschritt D und/oder die elektrische Kontaktschicht im Verfahrensschritt D' mittels eine nasschemischen und/oder mittels eine trockenchemischen Ätzverfahrens zumindest teilweise abzutragen. Die Schritte D' und D können dabei nacheinander mittels verschiedener Ätzverfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann die elektrische Kontaktschicht im Verfahrensschritt D' durch ein nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren abgetragen werden und danach die zumindest eine funktionelle Schicht der Halbleiterschichtenfolge im Verfahrensschritt D durch ein weiteres trockenchemisches Ätzverfahren. Dadurch kann die Elektrodenschicht beispielsweise leicht unterätzt werden, so dass die elektrische Kontaktschicht nicht als Ätzmaske beim darauf folgenden Verfahrensschritt D dient, wodurch sich im Verfahrensschritt D eine bessere Ätzflanke ergeben kann.
Dadurch, dass in den Verfahrensschritten D' und D dieselbe Maskenschicht als Ätzmaske dient, kann sichergestellt werden, dass die elektrische Kontaktschicht über die gesamte Breite der Stegwellenleiterstruktur auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und damit elektrisch angeschlossen ist, wodurch der elektrische Kontaktwiderstand niedrig gehalten werden kann.
In einem weiteren Verfahrensschritt E kann nach dem Herstellen der Stegwellenleiterstruktur über der Halbleiterschichtenfolge und über der elektrischen Kontaktschicht eine Passivierungsschicht großflächig aufgebracht werden. Die Passivierungsschicht kann insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid mit zumindest einem oder mehreren der Materialien Si, Ti, Hf, Zr, Ta, Zn und Al aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Passivierungsschicht ein Siliziumoxid aufweisen.
Dadurch, dass die Passivierungsschicht großflächig über der Halbleiterschichtenfolge und über der elektrischen Kontaktschicht aufgebracht wird, kann die Passivierungsschicht beispielsweise über der Stegwellenleiterstruktur eine Unebenheit beziehungsweise eine Erhebung aufweisen. Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht auch weitere Unebenheiten beziehungsweise Erhebungen aufweisen. Um eine Planarisierungsschicht mit einer möglichst ebenen und planen Oberfläche über der elektrischen Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge zu erreichen, kann die Planarisierungsschicht mittels eines mechanisch abtragenden Verfahrens in einem weiteren Verfahrensschritt F planarisiert werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zumindest eine Unebenheit beziehungsweise Erhebung über der Stegwellenleiterstruktur durch das mechanisch abtragende Verfahren abgetragen werden kann. Das mechanisch abtragende Verfahren kann beispielsweise Schleifen oder Polieren oder besonders bevorzugt Läppen sein. Während beispielsweise Schleifen ein mechanisches Abtragen von Material mittels Schleifkörpern in einem festen Verbund bezeichnen kann, bezeichnet Läppen ein mechanisches Abtragen mittels Schleifkörpern, die lose und in keinen festen Verbund zueinander sind. Ein derartiges abtragendes Verfahren mittels Läppen ist beispielsweise in der DE 102 19 886 B4 beschrieben. Dabei kann der Druck, mit dem die Schleifkörper auf die Passivierungsschicht gedrückt werden derart eingestellt werden, dass lediglich Unebenheiten und Erhebungen abgetragen werden. Sobald die Planarisierungsschicht eben und plan ausgebildet und damit planarisiert ist, ist der Abtrag durch das Läppen nur noch sehr gering und das mechanisch abtragende Verfahren kann beendet werden.
Alternativ kann als Passivierungsschicht ein flüssiger Lack im Verfahrensschritt E aufgebracht werden, der danach verfestigt werden kann und der nach dem Aufbringen eine im Wesentlichen plane und ebene Oberfläche aufweist. Eine derartige Passivierungsschicht kann somit auch ohne weiteren Planarisierungsschritt als Planarisierungsschicht dienen.
Durch die elektrische Kontaktschicht kann die Höhe des Stegs umfassend die Stegwellenleiterstruktur in der Halbleiterschichtenfolge sowie die elektrische Kontaktschicht darüber durch Wahl der Dicke der Elektrodenschicht und/oder durch Wahl der Dicke der zumindest einen Verstärkungsschicht sofern vorhanden eingestellt werden. Insbesondere kann die Höhe des Stegs somit beispielsweise hinsichtlich des Verfahrensschritts F unabhängig von der Höhe der Stegwellenleiterstruktur in der Halbleiterschichtenfolge optimiert werden, so dass das Planarisieren einer Passivierungsschicht mit einem Oxid oder Nitrid gut reproduzierbar durchgeführt werden kann ohne dass die beispielsweise für ein als Single-Mode-Laser ausgebildetes Laserbauelement kritische Stegwellenleiterstrukturhöhe hinsichtlich des Verfahrensschritts G berücksichtigt werden muss. Insbesondere bei der Verwendung einer Passivierungsschicht, die als flüssiger Lack aufgebracht wird, kann die Höhe Stegs mittels der Verstärkungsschicht unabhängig von der Höhe der Stegwellenleiterstruktur eingestellt werden und hinsichtlich des nachfolgenden großflächigen Abtragens optimiert werden, um eine effiziente Freilegung der elektrischen Kontaktschicht zu ermöglichen.
Die Planarisierungsschicht kann weiterhin mit oder ohne vorhergehenden Planarisierungsschritt gemäß dem Verfahrensschritt F in einem weiteren Verfahrensschritt G großflächig abgetragen werden. Das großflächige Abtragen, das beispielsweise mittels eines nass- oder trockenchemischen Ätzverfahrens durchführbar sein kann, kann insbesondere soweit durchgeführt werden, dass die Passivierungsschicht und die elektrische Kontaktschicht eine gemeinsame Oberfläche bilden. Das kann insbesondere bedeuten, dass durch den Verfahrensschritt G die unter der Passivierungsschicht angeordnete und begrabene elektrische Kontaktschicht freigelegt werden kann. Die gemeinsame Oberfläche kann dabei je nach verwendetem Ätzverfahren und in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien der Passivierungsschicht und der elektrischen Kontaktschicht eben sein oder im Bereich der elektrischen Kontaktschicht im Vergleich zur Passivierungsschicht eine Erhöhung oder eine Vertiefung aufweisen. Beispielsweise bei einem nasschemischen Verfahren kann es möglich sein, dass die Passivierungsschicht mit einer höheren Ätzrate im Vergleich zu einer elektrischen Kontaktschicht, die ein Metall aufweist, geätzt wird, so dass sich im Bereich der elektrischen Kontaktschicht eine Erhöhung der gemeinsamen Oberfläche ausbildet. Im Falle eines trockenchemischen Verfahrens kann sich im Gegenteil dazu eine Vertiefung ausbilden, wenn die Ätzrate, mit der die Passivierungsschicht geätzt wird, niedriger ist als die Ätzrate, mit der eine Metall aufweisende elektrische Kontaktschicht geätzt wird.
Durch die Passivierungsschicht sind die Stegwellenleiterstruktur sowie der Steg des Laserbauelements mechanisch gut geschützt. Weiterhin kann die Passivierungsschicht die Kapazität des Laserbauelements im Vergleich zu einem Laserbauelement mit dünnerer oder keiner Passivierungsschicht reduzieren, wodurch kurze Schaltzeiten und eine hohe Bandbreite des Laserbauelements ermöglicht werden können.
In einem weiteren Verfahrensschritt H kann ein elektrisches Kontaktelement auf der elektrischen Kontaktschicht aufgebracht werden. Insbesondere kann das elektrische Kontaktelement auf der gemeinsamen ebenen Oberfläche auf der elektrischen Kontaktschicht und zumindest teilweise auf der Passivierungsschicht aufgebracht werden. Dadurch, dass das elektrische Kontaktelement auf der elektrischen Kontaktschicht und damit auf der Elektrodenschicht oder der zumindest einen Verstärkungsschicht aufgebracht wird, kann das elektrische Kontaktelement hinsichtlich seines Materials an die elektrische Kontaktschicht derart angepasst werden, dass das elektrische Kontaktelement an der elektrischen Kontaktschicht gut und dauerhaft haftet. Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, dass der ohmsche Kontakt zwischen der elektrischen Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge bereits hergestellt ist und das Material des elektrischen Kontaktelements unabhängig von den Materialien der Halbleiterschichtenfolge gewählt werden kann. Beispielsweise kann das elektrische Kontaktelement zumindest eines der Materialien Ti, Pt und Au oder eine Kombination oder Legierung oder eine Schichtenfolge daraus aufweisen, wodurch ein guter elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Kontaktschicht und dem elektrischen Kontaktelement ermöglicht werden kann. Weiterhin kann das Material des elektrischen Kontaktelements derart gewählt werden, dass das elektrische Kontaktelement eine gute mechanische Haftung zur Passivierungsschicht aufweist, was etwa für ein elektrisches Kontaktelement mit Ti der Fall sein kann. Insbesondere kann das elektrische Kontaktelement als Bondpad zur späteren elektrischen Kontaktierung des Laserbauelements, beispielsweise für eine Kontaktierung über einen Bonddraht oder für eine Flip-Chip-Montage, ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst ein mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestelltes Laserbauelement mit einer Stegwellenleiterstruktur insbesondere

– eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von funktionellen Schichten und einem aktiven Bereich, der geeignet ist, in einem Betrieb des Laserbauelements eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen,
– eine elektrische Kontaktschicht mit zumindest einer Elektrodenschicht auf der Halbleiterschichtenfolge, wobei
– zumindest eine der Mehrzahl der funktionellen Schichten als Stegwellenleiterstruktur ausgebildet ist,
– die Stegwellenleiterstruktur und die elektrische Kontaktschicht als Steg ausgebildet sind,
– der Steg auf zumindest zwei Seiten an eine Passivierungsschicht angrenzt,
– die elektrische Kontaktschicht und die Passivierungsschicht eine gemeinsame Oberfläche bilden und
– ein elektrisches Kontaktelement auf der elektrischen Kontaktschicht und zumindest teilweise auf der Passivierungsschicht auf der gemeinsamen Oberfläche angeordnet ist.

Das Laserbauelement, die Halbleiterschichtenfolge mit den funktionellen Schichten, die elektrische Kontaktschicht und die Passivierungsschicht können dabei jeweils eines oder mehrere der oben genannten Merkmale aufweisen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 2J beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
1A bis 1H schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines Laserbauelements zur Erläuterung der Erfindung und
2A bis 2J schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Im dem Beispiel gemäß der 1A bis 1H ist ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur gezeigt.
Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt A gemäß 1A eine Halbleiterschichtenfolge 15 bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 15 umfasst ein Substrat 1, auf dem eine Mantelschicht 2 als eine erste funktionale Schicht epitaktisch aufgewachsen wird. Auf der Mantelschicht 2 werden weitere funktionale Schichten umfassend einen aktiven Bereich 4 zwischen einer ersten Wellenleiterschicht 5 und einer zweiten Wellenleiterschicht 3 aufgewachsen. Im gezeigten Beispiel ist der aktive Bereich 4 als Mehrfach-Quantentopfstruktur mit Quantenfilmen und Barriereschichten ausgebildet. Auf der ersten Wellenleiterschicht 5 sind weiterhin eine weitere Mantelschicht 6 sowie eine Halbleiterkontaktschicht 7 epitaktisch aufgewachsen. Weiterhin weist die Halbleiterschichtenfolge 15 eine Elektrode auf, die auf der dem aktiven Bereich 4 abgewandten Seite des Substrats 1 aufgebracht sein kann (nicht gezeigt). Alternativ kann auf der dem aktiven Bereich 4 zugewandten Seite des Substrats eine Elektrode aufgebracht sein. Die Elektrode kann alternativ auch nach jedem der im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte aufgebracht werden.
Das Substrat 1 kann dabei ein Aufwachssubstrat sein, auf der die funktionalen Schichten epitaktisch aufgewachsen werden. Alternativ dazu kann die Halbleiterschichtenfolge 15 in Dünnfilm-Technologie herstellbar sein. Das bedeutet, dass die funktionalen Schichten auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und anschließen auf ein Trägersubstrat, das dann das Substrat 1 der Halbleiterschichtenfolge 15 bildet, übertragen wird. Je nach Aufwachstechnik können dabei n-leitenden Schichten oder p-leitenden Schichten der Halbleiterschichtenfolge 15 dem Substrat 1 zugewandt sein.
Insbesondere wird die Halbleiterschichtenfolge 15 im gezeigten Beispiel gebildet durch ein GaN-Substrat 1, auf dem eine Silizium-dotierte AlGaN-Mantelschicht 2 und darüber eine Silizium-dotierte GaN-Wellenleiterschicht als zweite Wellenleiterschicht 3 angeordnet ist. Darüber weist die Halbleiterschichtenfolge 15 als aktiven Bereich 4 eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) mit 1 bis 5 GaInN-Quantenfilmen und GaN-Barriereschichten auf. Auf dem aktiven Bereich sind eine Magnesium-dotierte GaN-Wellenleiterschicht als erste Wellenleiterschicht 5 und eine Magnesium-dotierte AlGaN-Mantelschicht 6 aufgebracht. Weiterhin ist auf der Mantelschicht 6 die Kontaktschicht 7 aus Magnesium-dotiertem GaN aufgebracht. Zusätzlich können zwischen dem Substrat 1 und der zweiten Wellenleiterschicht 3 und/oder zwischen der ersten Wellenleiterschicht 5 und der Halbleiterkontaktschicht 7 und/oder im aktiven Bereich 4 jeweils eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können (nicht gezeigt). Die Halbleiterschichtenfolge 15 ist aufgrund des beschriebenen Materialsystems geeignet, elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen und bevorzugt in einem blauen Wellenlängenbereich zu erzeugen.
Alternativ zu den hier beschriebenen Nitrid-basierten Halbleitermaterialien kann die Halbleiterschichtenfolge 15 beispielsweise auch Phosphid- und Arsenid-basierte Halbleitermaterialien aufweisen.
In einem weiteren Verfahrensschritt B gemäß 1B wird eine elektrische Kontaktschicht 16 gebildet aus einer Elektrodenschicht 8 großflächig auf der Halbleiterschichtenfolge 15 aufgebracht. Die Elektrodenschicht 8 ist geeignet, einen ohmschen Kontakt zur Halbleiterkontaktschicht 7 der Halbleiterschichtenfolge 15 zu bilden. Dazu wird die Halbleiterschichtenfolge 15 mit der Elektrodenschicht 8 nach dem Aufbringen der Elektrodenschicht 8 getempert, also einer Temperatur zwischen 300°C und 1000°C ausgesetzt, um den Kontaktwiderstand zwischen der Halbleiterkontaktschicht 7 und der Elektrodenschicht 8 zu reduzieren. Die Elektrodenschicht 8 weist im gezeigten Beispiel Ni und Au auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrodenschicht 8 auch Pd und/oder Pt aufweisen und beispielsweise auch mehrschichtig ausgebildet sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt C wird gemäß 1C eine stegförmig strukturierte Maskenschicht 9 auf einem Teilbereich der elektrischen Kontaktschicht 16 erzeugt. Die Maskenschicht 9 ist dabei als Hartmaske aus Nickel ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Nitrid oder Oxid mit Si, Ti und/oder Al als Hartmaskenmaterial oder eine Lackmaske aufgebracht werden. Durch die stegförmig strukturierte Maskenschicht 9 wird die Form der im Weiteren herstellbaren Stegwellenleiterstruktur festgelegt. Die Maskenschicht 9 kann dazu beispielsweise stegförmig mit gleich bleibender Breite oder auch zumindest in einem Teilbereich mit einer sich vergrößernden Breite zur Herstellung einer Trapezstruktur ausgeführt sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt D gemäß 1D wird zumindest eine der funktionalen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 15 in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht 9 überdeckt sind, zumindest teilweise abgetragen. Dazu wird mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens, beispielsweise reaktives Ionenätzen oder Plasmaätzen, in einem zusätzlichen Teilschritt D' die elektrische Kontaktschicht 16 in Form der Elektrodenschicht 8 in den Bereichen, die nicht von der Maskenschicht 9 überdeckt sind, abgetragen. Mittels desselben trockenchemischen Ätzverfahrens werden dann im Verfahrensschritt D die Halbleiterkontaktschicht 7, die Mantelschicht 6 in den Bereichen, die nicht von der Maskenschicht überdeckt sind, abgetragen. Dabei wird auch die erste Wellenleiterschicht 5, die eine Schichtdicke aufweist, teilweise abgetragen, so dass die Dicke in den Bereichen, die nicht von der Maskenschicht 9 überdeckt sind, im Vergleich zur Schichtdicke in dem Bereich, der von der Maskenschicht 9 überdeckt ist, reduziert wird. Die Verfahrensschritte D und D' werden somit im gezeigten Beispiel in einem Ätzschritt durchgeführt, wobei ein Steg 14 erzeugt wird, der die elektrische Kontaktschicht 16, die Halbleiterkontaktschicht 7, die Mantelschicht 6 und teilweise die erste Wellenleiterschicht 5 umfasst. Die Halbleiterkontaktschicht 7, die Mantelschicht 6 und teilweise die erste Wellenleiterschicht 5 bilden dabei die Stegwellenleiterstruktur 13.
Dadurch, dass die Maskenschicht 9 als gemeinsame Ätzmaske für die elektrische Kontaktschicht 16 sowie für die Halbleiterschichtenfolge 15 dient, kann auf einfache und wirtschaftliche Weise erreicht werden, dass die elektrische Kontaktschicht 16 nach dem Verfahrensschritten D und D' über die gesamte Breite des Stegs 14 beziehungsweise der Stegwellenleiterstruktur 13 an die Halbleiterkontaktschicht 7 angeschlossen ist, wodurch ein niedriger Kontaktwiderstand erreicht werden kann. Weiterhin wird dadurch, dass die elektrische Kontaktschicht 16 bereits vor dem Ätzschritt gemäß des Verfahrensschritts D auf der Halbleiterkontaktschicht 7 aufgebracht wird, die Halbleiterkontaktschicht 7 durch die elektrische Kontaktschicht 16 vor Ätzschäden, beispielsweise Plasmaschäden, geschützt.
In einem weiteren Verfahrensschritt E gemäß 1E wird über der Halbleiterschichtenfolge 15 und der elektrischen Kontaktschicht 16 eine Passivierungsschicht 10 aus Siliziumoxid großflächig aufgebracht. Das bedeutet, dass die Passivierungsschicht 10 die Stegwellenleiterstruktur 13 beziehungsweise den Steg 14 überdeckt und umschließt, wodurch die Passivierungsschicht 10 über dem Steg 14 eine Erhebung aufweist.
Die Erhebung wird in einem weiteren Verfahrensschritt F gemäß 1F durch ein mechanisch abtragendes Verfahren entfernt.
Besonders geeignet ist dazu einen Läppprozess, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist. Dadurch wird im Verfahrensschritt F die Passivierungsschicht 10 planarisiert, wobei der Läppprozess derart durchgeführt wird, dass, sobald die Passivierungsschicht 10 planarisiert ist, der Materialabtrag nur noch äußerst gering ist. Das bedeutet, dass beispielsweise die Erhebung der Passivierungsschicht 10 über dem Steg 14 effektiv entfernt werden kann und der Verfahrensschritt F nach der Planarisierung der Passivierungsschicht 10 zumindest nahezu selbstbeendend ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt G gemäß der 1G wird durch großflächiges Abtragen durch nass- oder trockenchemisches Ätzen der Passivierungsschicht 10 sowie der Maskenschicht 9 die elektrische Kontaktschicht 16 freigelegt. Dadurch wird eine gemeinsame Oberfläche auf der Passivierungsschicht 10 und der elektrischen Kontaktschicht 16 erreicht, wobei die Stegwellenleiterstruktur 13 und der Steg 14 auf zumindest zwei Seiten von der Passivierungsschicht 10 umgeben und damit auch geschützt ist. Die gemeinsame Oberfläche kann dabei wie im allgemeinen Teil ausgeführt eben sein oder eine Erhöhung oder einer Vertiefung im Bereich der elektrischen Kontaktschicht 16 aufweisen. Im gezeigten Beispiel wird rein beispielhaft angenommen, dass die Ätzraten, mit der die elektrische Kontaktschicht 16 und die Passivierungsschicht 10 geätzt werden, zumindest annähernd gleich sind, so dass eine gemeinsame ebene Oberfläche ausgebildet werden kann.
Auf die gemeinsame Oberfläche der Passivierungsschicht 10 und der elektrischen Kontaktschicht 16 wird in einem weiteren Verfahrensschritt H gemäß der 1H ein elektrisches Kontaktelement 11 aufgebracht. Das Material des elektrischen Kontaktelements 11 kann dabei hinsichtlich einer guten mechanischen Haftung auf der elektrischen Kontaktschicht 16 gewählt werden. Im gezeigten Beispiel weist das elektrische Kontaktelement eine Schichtenfolge mit einer Ti-Schicht, einer Pt-Schicht sowie einer Au-Schicht auf und ist als Bondpad ausgebildet.
Über das elektrische Kontaktelement 11 sowie über die oben beschriebene Elektrode (nicht gezeigt) kann das derart hergestellte Laserbauelement elektrisch kontaktiert werden. Durch die Passivierungsschicht 10 sind die Stegwellenleiterstruktur 13 sowie der Steg 14 mechanisch gut geschützt. Weiterhin reduziert die Passivierungsschicht 10 die Kapazität des Laserbauelements, so dass eine hohe Bandbreite und kurze Schaltzeiten möglich sind.
Im dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2A bis 2J ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur gezeigt.
Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt A gemäß der 2A wie im obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel eine Halbleiterschichtenfolge 15 bereitgestellt, die durch Tempern bei einer Temperatur zwischen 300°C und 1000°C aktiviert wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt B gemäß 2B wird eine Elektrodenschicht 8 wie im obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel großflächig auf der Halbleiterkontaktschicht 7 der Halbleiterschichtenfolge 15 aufgebracht. Weiterhin wird gemäß der 2C im Verfahrensschritt B eine elektrisch leitende Verstärkungsschicht 12 großflächig auf der Elektrodenschicht 8 aufgebracht. Die Verstärkungsschicht 12 weist TiPtAu auf und bildet zusammen mit der Elektrodenschicht 8 die elektrische Kontaktschicht 16.
In einem weiten Verfahrensschritt C gemäß der 2D wird eine stegförmig strukturierte Maskenschicht 9 wie im obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel auf der elektrischen Kontaktschicht 16 aufgebracht, die als gemeinsame Ätzmaske für die elektrische Kontaktschicht 16 und die Halbleiterschichtenfolge 15 in den weiteren Verfahrensschritten dient.
In einem weiteren Verfahrensschritt D' gemäß der 2E wird die elektrische Kontaktschicht 16, also die Verstärkungsschicht 12 und die Elektrodenschicht 8, nasschemisch geätzt und damit in den Bereichen, die nicht von der Maskenschicht 9 bedeckt sind, abgetragen. Alternativ kann der Verfahrensschritt D' auch mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens durchführbar sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt D gemäß der 2F werden die Halbleiterkontaktschicht 7, die Mantelschicht 6 sowie teilweise die erste Wellenleiterschicht 5 mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens abgetragen, so dass die Stegwellenleiterstruktur 13 und der Steg 14 erzeugt werden.
In den folgenden Verfahrensschritten E und F gemäß der 2G und 2H werden wie im obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel die Passivierungsschicht 10 über der Halbleiterschichtenfolge 15 und der elektrischen Kontaktschicht 16 großflächig aufgebracht und mittels eines Läppprozesses planarisiert. Dadurch, dass die elektrische Kontaktschicht 16 neben der Elektrodenschicht 8 auch die Verstärkungsschicht 12 aufweist, kann die Höhe des Stegs 14 unabhängig von der Höhe der Stegwellenleiterstruktur 13 eingestellt werden. Das kann beispielsweise bei einer GaN-basierten Halbleiterschichtenfolge 15 vorteilhaft sein, bei der die Höhe der Stegwellenleiterstruktur 13 lediglich etwa einen halben Mikrometer beträgt. Durch die Verstärkungsschicht 12 kann die Höhe des Stegs 14 auf einige Mikrometer vergrößert werden, wodurch der Verfahrensschritt F besser durchführbar sein kann.
Gemäß der 2I wird wie beim obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel in einem Verfahrensschritt G eine gemeinsame Oberfläche auf der Passivierungsschicht 10 und der elektrischen Kontaktschicht 16 durch großflächiges Abtragen der Passivierungsschicht 10 und der Maskenschicht 9 hergestellt. Dabei wird die Verstärkungsschicht 12 freigelegt, auf der in einem weiteren Verfahrensschritt H gemäß der 2J ein als Bondpad ausgeführte elektrisches Kontaktelement 11 wie im obigen, der Erläuterung dienenden Beispiel aufgebracht wird. Durch die Verstärkungsschicht 12 kann die mechanische Kontaktierung zwischen der elektrischen Kontaktschicht 16 und dem elektrischen Kontaktelement 11 erhöht werden. Dadurch kann eine Selbstablösung des elektrischen Kontaktelements 11 wirksam vermieden werden. Eine solche Selbstablösung kann beispielsweise bei herkömmlichen Laserbauelementen auftreten, bei denen ein Bondpad über der Halbleiterschichtenfolge in Kontakt mit dieser und über einer Passivierungsschicht gleichzeitig aufgebracht wird. Gerade bei GaN-basierten Halbleiterschichtenfolgen kann ein geeignetes Bondpad eine schlechte Haftung auf der Passivierungsschicht aufweisen, wodurch die Selbstablösung bei bekannten Laserbauelementen begünstigt werden kann. Gerade bei einer Flip-Chip-Montage kann dies aber problematisch sein, da dort hohe Anforderungen an die Bondpadhaftung gestellt werden. Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann ein Laserbauelement hergestellt werden, dass einen derartigen Nachteil vermeiden kann.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit einer Stegwellenleiterstruktur, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (15) mit einer Mehrzahl von funktionellen Schichten (2, 3, 4, 5, 6, 7) und einem aktiven Bereich (4), der geeignet ist, in einem elektronischen Betrieb des Laserbauelements eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, B) Großflächiges, nicht stegförmiges, Aufbringen einer elektrischen Kontaktschicht (16) gebildet aus zumindest einer Elektrodenschicht (8) und zumindest einer elektrisch leitenden Verstärkungsschicht (12) auf der zumindest einen Elektrodenschicht (8) auf der Halbleiterschichtenfolge (15), C) Erzeugen einer stegförmig strukturierten Maskenschicht (9) auf einem Teilbereich der elektrischen Kontaktschicht (16), D') Abtragen der elektrischen Kontaktschicht (16) in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht (9) überdeckt sind, D) Zumindest teilweises Abtragen zumindest einer der funktionellen Schichten (7) der Halbleiterschichtenfolge (15) in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht (9) überdeckt sind, zur Herstellung eines Steges (14) umfassend die elektrische Kontaktschicht (16) und die Stegwellenleiterstruktur (13), wobei – die Schritte D' und D nacheinander mittels zwei verschiedener Ätzverfahren durchgeführt werden, und – die elektrische Kontaktschicht (16) dieselbe Breite wie die darunter liegende Stegwellenleiterstruktur (13) aufweist, E) Großflächiges Aufbringen einer Passivierungsschicht (10) über der Halbleiterschichtenfolge (15) und der elektrischen Kontaktschicht (16), wobei die Passivierungsschicht (10) den Steg (14) überdeckt und umschließt, wodurch die Passivierungsschicht (10) über dem Steg (14) eine Erhebung aufweist und die Passivierungsschicht (10) eine größere Höhe als der Steg (14) aufweist, G) Großflächiges Abtragen der Passivierungsschicht (10) zur Freilegung der elektrischen Kontaktschicht (16), so dass die Passivierungsschicht (10) und die elektrische Kontaktschicht (16) eine gemeinsame Oberfläche bilden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – in Schritt A die Halbleiterschichtenfolge (15) nach dem Bereitstellen getempert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Elektrodenschicht (8) zumindest eines der Materialien Ni, Pt, Pd, Rh und Au und/oder ein elektrisch leitendes Oxid und/oder ein elektrisch leitendes Nitrid umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – in Schritt B die Halbleiterschichtenfolge (15) und die elektrische Kontaktschicht (16) getempert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die zumindest eine elektrisch leitende Verstärkungsschicht (12) zumindest eines der Materialien Ti, Pt, Au, W und Ni und/oder ein elektrisch leitendes Oxid und/oder ein elektrisch leitendes Nitrid umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Maskenschicht (9) zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: – Lack, – Nickel, – ein Oxid mit Si, Ti und/oder Al und – ein Nitrid mit Si, Ti und/oder Al.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Halbleiterschichtenfolge (15) auf der der elektrischen Kontaktschicht (16) zugewandten Seite des aktiven Bereichs (4) zumindest eine erste Wellenleiterschicht (5) mit einer Dicke umfasst und – in Schritt D die erste Wellenleiterschicht (5) teilweise abgetragen wird, so dass die Dicke der ersten Wellenleiterschicht (5) in Bereichen, die nicht von der Maskenschicht (9) überdeckt sind, durch das Abtragen reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der Schritt D durch ein nass- und/oder ein trockenchemisches Ätzverfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Passivierungsschicht (10) ein Oxid und/oder ein Nitrid mit zumindest einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus Si, Ti, Hf, Zr und Al aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit dem weiteren Schritt: F) Planarisieren der Passivierungsschicht (10) mittels eines mechanisch abtragenden Verfahrens.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der Schritt G mittels eines nass- und/oder trockenchemischen Ätzverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit dem weiteren Schritt: H) Aufbringen eines elektrischen Kontaktelements (11) auf der gemeinsamen Oberfläche auf der elektrischen Kontaktschicht (16) und zumindest teilweise auf der Passivierungsschicht (10).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – das elektrische Kontaktelement (11) als Bondpad aufgebracht wird.