DE2941476A1

DE2941476A1 - Verfahren zum spalten von halbleitermikroplaettchen in einzelstuecke

Info

Publication number: DE2941476A1
Application number: DE19792941476
Authority: DE
Inventors: Stephen J Anderson; David W Collins; Harold A Huggins; Frederick W Scholl; Geoffrey R Woolhouse
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1980-04-24
Also published as: CA1140661A; NL7907625A; IT7926486A0; GB2035684B; FR2438914A1; IL58443A0; IT1123839B; GB2035684A; SE7908485L

Description

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PATENTANWALT-DR. HERMANN OTH. DIEHL-DIPLOM PHYSIKER

D ■ 8 O O O MÜNCHEN 19 - FLÜGGENSTRASSE 17 · TELEFON: 089/177061

12.10.1979 D/B

E 1285-D

Anmelder:

.. c Exxon Research and Engineering Company Florham Park N.J. / USA

Verfahren zum Spalten von Halbleiter-Mikroplättchen

in Einzelstücke

030017/0

Postscheckkonto München Nr.948 54-807 Rejsc'itibank Mürchtn (BLZ /00 3¹JjCJ; Kcr.lo H- i^-3 11343 Tilc-x Sri514S Zeus TeleT-arrimadrcsM Cable AiJtess: Zeuspatent

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PATENTANWALT-DR. HER «ι A im N j.lH. Di EHl · D I PLOMPH YS I K E R D-8000 MÖNCHEN 19 - FLOGGENSTRASSE 17 TELEFON- 089/177061

12.10.1979 D/B E 1285-D

Anmelder:

. Exxon Research and Engineering Company Florhain Park N.J. / USA

Verfahren zum Spalten von Halbleiter-Mikroplättchen

in Einzelstücke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spalten von Halbleiter-Mikroplättchen in Einzelstücke gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Dioden-Lasern bzw. mit einem Verfahren zur Abtrennung von Dioden-Lasern von Mikroplättchen.
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Kohärentes Licht aussendende Dioden mit einer GaAs-(Al,Ga)As Doppel-Heterostruktur, wie sie in "Semiconductor Lasers and Heterojunction LED's" von H. Kressel und J.K. Butler, Academic Press, New York, 1977, beschrieben sind ,bilden bekanntermaßen wirksame Lichtquellen für optische Nachrichtenübertragungssysteme.

Derartige Dioden-Laser enthalten bekanntermaßen Schichten aus GaAs und (Al,Ga)As auf einem n-GaAs Substrat. Die letzte Schicht ist eine Deckschicht aus p-GaAs.

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Metallisierte Streifen, die parallel zu der erwünschten Richtung einer Aussendung von laserkohärenten Wellen verlaufen, sind auf der p-Seite des Mikroplättchens aufgebracht. Goldene Kontaktbereiche, die ausdehnungsmäßig etwas kleiner sind als die erwünschte Größe der Dioden-Laser sind auf die η-Seite des Mikroplättchens aufgebracht. Die Streifen und Kontaktbereiche dienen dem anschließenden Anschluß an eine externe Stromquelle.

Das Mikroplättchen wird anschließend in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen zerschnitten bzw. unterteilt, so daß die einzelnen Dioden entstehen. Zunächst wird das Mikroplättchen senkrecht zu den erwünschten laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen in Stangen von Dioden zerschnitten. Darauffolgend werden die Stangen von Dioden anschließend an eine Passivierung der laserkohärenten Wellen aussendenden Kristallflächen in Einzeldioder. zerschnitten.

Das Zerschneiden der Mikroplättchen in die Stangen erfolgt im allgemeinen durch ein Spalten der Mikroplättchen durch die Substratseite, wobei man ein Instrument wie eine Rasierklinge, ein Messer, ein Skalpell, eine Schneide oder ähnliches verwendet. In Folge dieses Vorgehens läßt sich die Länge der Dioden-Laser lediglich schlecht überwachen. Die Länge der Dioden-Laser variiert daher stark, was dazu führt, daß die Längsmodenverteilung und der Schwellenstrom von einem Dioden-Laser zum nächsten erheblich variieren. Darüber hinaus müssen die kissenförmigen Kontaktschichten aus Gold dünn gehalten werden, um ein annähernd sauberes Abspalten zu ermöglichen. Auch die Substratdicke ist beschränkt, damit ein besseres Abspalten sichergestellt ist. Auf diese Weise wird vielfach die verwendbare Dicke der Mikroplättchen auf etwa 76,2^m bis 127^m (3 bis 5 mils) beschränkt. Derart dünne Mikroplättchen brechen jedoch leicht während ihrer

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Handhabung. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch das mechanische Zerspalten, falls dieses quer zu dem laserkohärente Wellen aussendenden Bereich erfolgt, Streifenbildungen entstehen, welche die Ausbeute der Produkte beeinflussen, da diese entsprechend zu einer Verschlechterung bzw. Drift neigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren in Vorschlag zu bringen, mit Hilfe dessen eine exaktere Unterteilung derartiger Mikroplättchen möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrie ben.

In erfindungsgemäßer Weise wird ein Mikroplättchen, das ein Halbleiter-Substrat enthält, bei dem zumindest ein Bereich einer Oberfläche metallisiert ist, und auf der gegenüberliegenden Oberfläche zumindest ein Bereich eine Vielzahl von aufgebrachten Halbleiter-Schichten trägt, von denen zumindest eine bei Anlegung einer geeigneten Spannung eine kohärente elektromagnetische Strahlung erzeug^ in Stangen von Dioden durch ein Verfahren unterteilt, das folgende Verfahrensschritte enthält:

(a) Ä'tzen des Substrates mit einem anisotropen Ätzmittel zur Erzeugung V-förmiger Rillen in dem Mikroplättchen und (b) mechanische Abspaltung in Stangen von Dioden.

Für eine Unterteilung von dünnen Mikroplättchen, d.h.

solche mit einer Dicke von ungefähr 76,2 um bis 127 um werden die Mikroplättchen vor dem anisotropen Ätzen vorbehandelt, in dem man eine Reihe von freiliegenden Linien auf dem Substrat mittels photolithographischer Verfahren anbringt, um die laserkohärenten Wellen aussendenden Enden der Dioden festzulegen und in dem man durch die freiliegenden metallisierten Teile hindurch ätzt, so daß

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Teile des darunterliegenden Substrats freigelegt werden. Die freigelegten Teile des Mikroplättchens werden anschließend anisotrop bis zu einer Tiefe geätzt, die etwa 25,4 um bis 50,8 μτη kleiner ist als die Gesamtdicke des Mikroplättchens.

Für eine Unterteilung dickerer Mikroplättchen, d.h. solcher, die etwa 152,4 ^m bis 254 um dick sind ( etwa 6 bis 10 mils), werden die Mikroplättchen vor dem anisotropen Ätzen dadurch vorbehandelt, daß man Kanäle von wesentlich parallelen Seitenwandungen mit einer Tiefe von etwa 25,4 ^pm bis 101,6 Jim in die Oberfläche des n-Substrates einbringt. Das Mikroplättchen wird anschließend anisotrop bis zu einer Tiefe geätzt, die ausreicht, um in dem Boden der Kanäle V-förmige Rillen, d.h. Rillen mit einem V-förmigen Querschnitt zu bilden.

Als Folge dieser erfindungsgemäßen Verfahrensführung ergibt sich eine gute Steuerung der Aufspaltung, wobei man wesentlich unbeschädigte Kristallflächen längs der Spaltebenen erhält und eine wesentlich gleichförmige Abgrenzung der Dioden-Laser-Längen. Darüber hinaus wird bei einer Unterteilung der Mikroplättchen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Techniken um mindestens 50 % erhöht.

Die folgenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Fig. 1 a und 1 b zeigen in perspektivischer Darstellung einen Teil eines dünnen Mikroplättchens anschließend an ein Ätzen von V-förmigen Rillen vor Durchführung der endgültigen mechanischen Abspaltung.

Fig. 2 a und 2 b zeigen Mikroskopaufnahmen von laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen zum einen von einem Dioden-Laser, der durch ein Zerspalten gemäß herkömmlichen Verfahren erzeugt wurde und der von dem Zerspalten herrührende streifenförmige Beschädigungen zeigt, zum anderen von einem Dioden-Laser, der durch ein erfindungsgemäßes Unterteilen eines dünnen Mikroplättchens erzeugt wurde, und der wesentlich frei von derartigen Streifenbildungen ist.
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Fig. 3 a und 3 b zeigen in perspektivischer Darstellung einen Teil eines dicken Mikroplättchens nach einer Erzeugung von Kanälen und nach einem Ätzen von V-förmigen Rillen vor einem mechanischen Zerspalten in Stangen von Dioden.

Fig. 4 a und 4 b zeigen einen Teil eines dicken Mikroplättchens im Querschnitt nach der Bildung der Kanäle und der V-förmigen Rillen.

In der folgenden Beschreibung wird generell auf Doppel-Heterostruktur - im folgenden als DH abgekürzt - (Al,Ga) As Dioden-Laser mit einer Streifengeometrie abgestellt. Es versteht sich jedoch, daß andere Ausgestaltungen und Geometrien sowohl von Galliumarsenid-Dioden-Lasern als auch von anderen Halbleiter-Dioden-Laser in vorteilhafter Weise unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt werden können. Spezielle Gestaltungen derartiger Vorrichtungen können so getroffen sein, daß eine kohärente elektromagnetische Strahlung in UV-, sichtbaren oder IR Spektralbereichen erzeugt werden können.

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Die Figuren 1 a, 1 b, 3 a und 3 b zeigen einen Teil eines Mikroplättchens der zum Zwecke der Erläuterung erheblich vergrößert dargestellt ist, aus dem eine Mehrzahl von DH Dioden-Laser gefertigt werden sollen. 5

In den Figuren 1 a und 3 a ist die η-Seite des Mikroplättchens nach unten gekehrt, während in den Figuren 1 b und 3 b die p-Seite des Mikroplättchens nach unten gekehrt ist. Die Mikroplättchen enthalten ein n-GaAs-Substrat 10, wobei an zumindest einem Bereich desselben vier aufeinanderfolgende Schichten 11, 12, 13 und 14 aus n-{Al,Ga)As, P.GaAs, P. (Al,Ga)As und P-GaAs normal gezogen sind. Die Schichten 11 und 12 bilden einen p-n Übergangsbereich 15, wobei die mittleren Bereiche 16 in der Schicht 12 lichtaussendende Bereiche liefern. Die Schichten werden in herkömmlicher Weise übereinander in einem Arbeitsvorgang durch eine epitaxische Abscheidung in flüssiger Phase gebildet, wobei man herkömmliche Diffusionstechniken und ein vier Schmelzen enthaltendes Gerät mit horizontal verschiebbarer Wanne verwendet, v/ie dies allgemein bekannt ist. Metall-Elektroden 17 werden in Form von Streifen, die parallel zur erwünschten Aussendungsrichtung der laserkohärenten Wellen verlaufen, durch herkömmliche photolithographische Verfahren auf die Oberseitenschicht 14 aufgebracht. Sie liefern Mittel für eine externe Kontaktierung. Eine Metallschicht 18 ist auf zumindest einem Bereich des Bodens des Substrates 10 aufgebracht. Kissenförmige Goldbeläge 19, die ausdehnungsmäßig etwas kleiner sind als die Ausdehnung der erwünschten Vorrichtung, werden auf der Schicht 18 gebildet.

Sie schaffen Einrichtungen für eine externe Kontaktierung. Wenn das Mikroplättchen in einzelne Einheiten aufgespalten ist, wie dies durch die strichlierten Linien 20 angedeutet wird, entstehen planare spiegelnde Kristallflächen längs (110) Ebenen. Wenn ein über dem Schwellenwert liegender Strom von einer Batterie 21 durch eine ausgewählte

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Elektrode 17 gesandt wird, erfolgt die Aussendung von Licht L von der Kristallfläche an dem p-n Übergang 16, wobei der p-n ,übergang in einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Richtung des Stromflusses von der Elektrode 17 zur Elektrode 18 verläuft. Dies bedeutet, daß der Hohlraum der Laser-Struktur durch die zv/ei Kristall-Spaltflächen begrenzt ist, und daß das Laser-Licht von den Kristallflächen in einer Richtung ausgesandt wird, die etwa senkrecht zur Richtung des Stromflusses verläuft. Das notwendige Reflexionsvermögen an den den Laser-Hohlraum begrenzenden Kristallflächen wird durch die Diskontinuität des Brechungsindex zwischen dem halbleitenden Material und Luft erzeugt.

Bei der typischen Herstellung von DH (Al,Ga)As Dioden-Lasern enthält das Mikroplättchen ein Substrat 10 aus n-GaAs, das typischerweise etwa 7 6,2 pm bis 127 pm dick ist und eine Ladungsträgerkonzentration aufweist, die

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von ungefähr 1 bis 3 χ 10 cm reicht sowie üblicherweise mit Silicium dotiert ist.

In alternativer Ausgestaltung enthält das Mikroplättchen ein Substrat 10«aus n-GaAs mit einer Dicke von zumindest etwa 152,4 um, vorzugsweise 152,4 um bis 54 pm, das die erwähnte Ladungsträgerkonzentration aufweist.

Die Schichten 11 und 13 aus n-(Al,Ga)As und p-(Al,Ga)As, sind typischerweise ungefähr 0,7 5 bis 2 um dick, wobei beide Schichten einen Wert von χ (Al Ga_1- As) von ungefähr 0,30 bis 0,35 aufweisen. Die Schicht 11 ist typischerweise mit Zinn dotiert, während die Schicht 13 typischerweise mit Germanium dotiert ist. Die aktive Schicht 12 sowohl von p-GaAs oder p-(Al₇Ga)As hat typischerweise eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,3 um und ist undotiert.

Wenn die Schicht 12 eine p-(Al,Ga)As Schicht ist, dann reicht der Wert von y (Al Ga₁ As) von ungefähr 0,05 bis

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yS **

0,10. Die Deckschicht 14 aus p-GaAs hat typischerweise eine Dicke von 0,2 bis 0,5 um. Sie liefert eine Schicht an der ein Ohm'scher Kontakt hergestellt werden kann. Die Ladungsträgerkonzentration der Schicht 14, die von Germanium geliefert wird, beträgt typischerweise ungefähr 1 bis 3 χ 10¹⁹ cm"³. Metallene Ohm'sche Kontake 17 in Streifenform sind auf der Schicht 14 durch herkömmliche photolithographische Techniken aufgebracht, wobei man eine nicht galvanische (eleetroless) Vernickelung in einer Dicke von etwa 0,05 bis 0,07 um aufbringt, auf die galvanisch eine Goldschicht in einer Dicke von 100nm aufgebracht ist. Der Ohm'sche Kontakt 18 wird durch Aufdampfen von beispielsweise einer 3 % Silber/ 97 % Zinn-Legierung auf den Boden des Substrates 10 geoildet, wobei diese Schicht typischerweise eine Dicke von etwa 0,8 bis 0,20 um aufweist. Die Goldbeläge 19 werden galvanisch über eine Photoätzgrund-Maskierung gebildet.Sie haben typischerweise eine Dicke von etwa 2 bis 3 um.

Im Anschluß an die vorstehend beschriebenen Verfahrensführung wird das Mikroplättchen zunächst in Stangen von Dioden gespalten, in dem man das Mikroplättchen durch die Substratseite hindurch spaltet, senkrecht zu den laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen, längs Linien 20, die zwischen den Goldbelägen 19 verlaufen. Die mit den Goldbelägen versehenen Bereiche werden jedoch lokal deformiert und das Zerspalten verläuft unvorhersehbar, was die Folge hat, daß bei Durchführung einer derartigen bekannten mechanischen Aufspaltung,wie beispielsweise mittels eines Messers, einer Rasierklinge oder eines anderen Instrumentes ungleichmäßig lange Stangen von Dioden entstehen. Änderungen in der Länge der Dioden-Laser beeinflussen die Längsmodenverteilung und den Schwellenstrom. Dieses führt jedoch dazu, daß sich diese Werte für verschie-5 dene von unterschiedlichen Stellen des gleichen Mikroplättchens gewonnene Dioden-Laser erheblich unterscheiden.

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Die Stangen-Dioden werden anschließend in eine Fassung gebracht, um einen FiIn aus Al₂O₃ in einer Dicke von etwa 120 nm durch Verdampfung aufzubringen zwecks Passivierung der laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen. Wenn die Dioden-Stangen zu lang sind - zwischen den Linien 20 in Fig. 1 a und Fig. 3 a gemessen - können die Dioden-Etangen nicht in die Fassung eingebracht werden Wenn sie zu kurz sind, lassen sich die laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen aufgrund eines Abschattungseffektes nicht ordnungsgemäß passivieren.

Eine weitere Folge der mechanischen Abspaltung gemäß den herkömmlichen Verfahren beruht darin, daß die Goldauflagen ebenso wie das Substrat dünn gehalten werden müssen, um eine maximale Ausbeute an Dioden-Lasern zu erzielen. Dünne Goldauflagen lassen sich jedoch nur mit Schwierigkeiten verbinden, wenn an ihnen ein Ende einer externen Leitung angeschlossen werden soll, während dünne Substrate die Handhabung der Mikroplättchen schwierig gestalten. Darüber hinaus entstehen bei derartigen mechanischen Abspaltungen vielfach streifenförmige Beschädigungen, welche, wenn wenn sie quer über den aktiven Bereich verlaufen, zu einer erhöhten Verschlechterung der Vorrichtungen führen, was zu einer geringen Vorrichtungs-Ausbeute führt. Derartige streif enförmige Beschädigungen sind in Fig. 2 a gezeigt, welche eine Mikroskopphotographie einer gemäß dem Stand der Technik abgespaltenen Kristallflächen wiedergibt. Gemäß einer Besonderheit der vorliegenden Erfindung werden die Unterschiede in der Länge der Dioden-Laser bei dünnen Mikroplättchen - beispielsweise mit einer Dicke von 76,2 yam bis 127 um - durch die folgende Verfahrensführung minimal gehalten. Hierzu wird zunächst eine Reihe von freiliegenden Linien auf der η-Seite des Mikroplättchens durch her-5 kömmliche photolithographische Verfahren aufgebracht.

Die Linien oder Kanäle legen die metallisierte Kontakt-

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schicht 18 der η-Seite frei. Die freigelegten Bereiche der metallisierten Schicht werden anschließend mit einem Ätzmittel durchgeätzt, das selektiv das Metall ätzt, ohne das Halbleiter-Material zu ätzen. Für eine Kontaktschicht 18 aus 3 % Ag-97% Sn mit einer Dicke von ungefähr 0,18 bis 0,20 um wird der Ätzvorgang zweckmäßigerwexse unter Verwendung von konzentrierter HCl in etwa 10 Minuten durchgeführt. Anschließend v/erden in die freiliegenden Bereiche des Substrates Rillen eingeätzt und zwar mit einem bevorzugten Ätzmittel, das V-förmige Rillen 22 erzeugt. Wenn das Substrat aus Galliumarsenid besteht, enthält ein Beispiel eines derartigen Ätzmittels eine Lösung aus H-SO., H₂O- und H₂O. Die exakten Einzelheiten eines wirkungsvollen Ätzmittels zur Herstellung einer V-förmigen Rille 22, wie sie in den Figuren 1 a und 1 b dargestellt ist, wird in folgender Literaturstelle beschrieben: "Selective Ecching of Gallium Arsenide Crystals in H₃SO₄-^H2°2~^H2° ^Svstems" ^{von s}· lida et al in Band 118, Electrochemical Society Journal, Seiten 768-771 (1971); sie bilden keinen Teil dieser Erfindung. Ein Beispiel von einem Ätzmittel, das eine V-förmige Rille bildet, besteht aus einem Volumenteil H₃SO₄, 8 Volumenteilen H₃O₃ und einem Volumenteil H₃O, wobei das H₃SO₄ als 98 Gew %-ige Lösung und das H₃O₂ als 3o Gew.%-ige Lösung vorliegen. Diese 1-8-1 Lösung ist bei einer Temperatur von 25 C in der Lage eine GaAs-Schicht mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 4 um/min, zu ätzen. Das Ätzmittel liefert in dieser Konzentration einen V-förmigen Kanal in dem GaAs mit Seitenwandungen, die bezüglich der Ebene des Mikroblättchens einen Winkel von 54°44' einschließen, wenn die Durchführung des Ätzvorganges auf der (001)-Oberfläche längs der <011?- Richtung erfolgt, wodurch V-förmige Rillen erzeugt werden. Die Ätzlösung wird abgeschreckt, sobald der Ätzvorgang im erwünschten Maße fortgeschritten ist. Andere Ätzmittel, 5 chemische oder gasförmige, die ebenfalls zu V-förmigen Rillen führen, können ebenfalls verwendet werden. Eine relativ steile Seitenwandung, wie beispielsweise mit einem Winkel von 5O°44', wird gegenüber flacheren Seitenwandungen von beispielsweise weniger als 45 vorgezogen zwecks

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V if

Ersparnis von Substratinaterial auf der geätzten Seite des Mikroplättchens.

Selbsverständlich läßt sich die Geschwindigkeit des Ätz-Vorganges durch eine Erhöhung der Temperatur des Ätzmittels steigern. Das Ätzmittel ist, wie bereits vorstehend beschrieben, selektiv bezüglich der Kristallorientierung des Materials. Die Orientierung des Mikroplättchens sollte daher derart sein, daß anstelle einer Rille mit abgerundetem Boden eine V-förmige Rille erhalten wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Boden der V-förmigen Rille einen exakten Ort für den Beginn des Abspaltvorganges liefert, was wiederum dazu führt, daß man die einzelnen Dioden-Laser mit einer exakten Länge herstellen kann.

Der Ätzvorgang wird bis zu einer Tiefe durchgeführt, die etwa 25,4 ym bis 50,8 pm geringer ist als die Gesamtdicke des Mikroplättchens. Wenn der Ätzvorgang nicht bis zu einer ausreichenden Tiefe durchgeführt wird, gestaltet sich die mechanische Abspaltung schwieriger, da dann keine genaue Festlegung einer Spaltel ene erfolgt und streifenartige Fehlstellen über die laserkohärente wellenaussendenden Kristallflächen eher auftreten, wie dies bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik der Fall war. Wenn umgekehrt zu tief geätzt wird beginnt das Zerspalten jenseits des Substrats und in einem Bereich der epitaktisch abgeschiedenen Schichten, so daß man keine spiegelnde Kristallfläche erhält.

Anschließend an den Ktzvorgang, der wie aus den Fig. 1a und 1b hervorgeht, eine V-förmige Rille 22 erzeugt wird das Mikroplättchen mechanisch gespalten, was durch Abrollen oder durch ändere Maßnahmen geschehen kann, so daß längs der Linien 20 Bruch- bzw. Spaltflächen entstehen. Dieses Abspalten kann von der η-Seite her erfolgen mittels eines Messers, einer Rasierklinge oder eines anderes scharfen Instrumentes. Man erhält auf diesem Wege Dioden-Stangen von einer vorgeschriebenen gleichmäßigen Länge

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mit guten Spaltflächen. In alternativer Ausgestaltung

kann beispielsweise das Mikroplättchen mit seiner p-Seite nach oben gekehrt auf einem flexiblen Klebeband befestigt werden, wonach diese Anordnung über ein Werkzeug mit
kleinem Radius abgerollt wird. Dieses Vorgehen ist in
der Us-PS 3 497 948 beschrieben. Am zweckmäßigsten ist
es, das Abspalten von der p-Seite hier vorzunehmen, indem man mittels eines stumpfen Instruments, beispielsweise
der Kante einer Zange über den V-förmigen Rillen einen

Druck nach unten ausübt. Dieses Verfahren ist schnell und genau. Die Verbindung aus einem Ätzen V-förmige Rillen
in das Substrat bis zu einer bestimmten Tiefe und einer
anschließenden mechanischen Abspaltung führt zu wesentlich streifenfreien Kristallflächen, wie dies in Fig. 2b ge-

zeigt ist.

Obwohl ansich dickere Substrate erwünscht wären betrug die typische Dicke der Substrate 76,2 ^m bis 127 um, aufgrund der beschränkten Möglichkeiten, welche die herkömmlichen

Techniken zum Spalten der Mikroplättchen boten. Derartige dünne Mikroplättchen sind jedoch sehr zerbrechlich. Sie
brechen daher vielfach während ihrer Handhabung. Das erfindungsgemäße Verfahren in seiner im folgenden näher erläuterten Ausgestaltung eignet sich besonders für dickere Mikroplättchen, beispielsweise für solche mit einer Dicke von 152,4 um bis 245yum und für dickere, sobald die Ohm'schen Kontakte in der vorstehend beschriebenen Weise angebracht sind.

Die Herstellung von Dioden-Lasern aus relativ dicken Mikroplättchen, beispielsweise solchen mit einer Dicke von
152,4 um bis 245 um, erfolgt durch folgende Verfahrensfüh rung. Es wird ein Kanal 24 mit wesentlich parallelen Seitenwandungen in die freigelegte Oberfläche des n-Substrates

eingebracht, wie dies im Querschnitt in Fig. 4a gezeigt ist. Die Kanäle sind ungefähr 25,4 yum bis 101,6^Um tief. Wenn
die Kanäle nicht tief genug sind führt der anschließend
beschriebene Ätzvorgang zu einem erheblichen Oberflächen verlust des Substrats. Wenn umgekehrt die

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Kanäle zu tief sind wird bei dem anschließenden Ätzvorgang die V-förmige Rille nicht vollständig ausgebildet, so daß das Abspalten jenseits des Substrats im Bereich der epitaxisch aufgebrachten Schichten einsetzt und damit nicht zu einer spiegelnden Kristallfläche führt.

Die Kanäle werden zweckmäßigerweise unter Verwendung eines Diamant-Kreissägeblattes von einer Dicke von etwa 38,1 ^um bis 50,8 yum hergestellt. Es können auch andere Techniken verwendet werden. Die Verwendung eines Diamant-Kreissägblatts, welches bei dem Halbleiter-Herstellungsverfahren auch für andere Zwecke vielfach eingesetzt wird, liefert jedoch vorteilhafterweise Kanäle mit wesentlich parallelen Seitenwandungen. Aufgrund der größeren Dicke des Mikroplättchens entstehen keine Verschiebungen in dem aktiven Bereich / was normalerweise bei der Verwendung von Diamantsägeblättern an dünneren Mikroplättchen ein Problem ist. Anschließend werden in die Bodenbereiche der Kanäle Rillen eingeätzt und zwar mittels eines anisotropen Ätzmittels, das V-förmige Rillen 22a bildet, wie dies im Querschnitt in Fig. 4b gezeigt ist. Wenn das Substrat Galliumarsenid ist enthält ein derartiges Ätzmittel z.B.eine Lösung aus H₃SO₄, H₃O₂ und H₃O.Die schon erwähnten vorstehenden Ausführungen bezüglich der Herstellung V-förmiger Rillen in dünnen Mikroplättchen gelten ebenfalls für die dicken Mikroplättchen.

Der Ätzvorgang wird bis zu einer Tiefe ausgeführt, die ausreicht, um eine V-förmige Rille zu bilden. Wenn der Ätzvorgang nicht so tief durchgeführt wird, daß eine V-förmige Rille entsteht wird das anschließende Abspalten schwieriger, da die Spaltungsebene nicht genau definiert ist und es treten, ebenfalls wie bei den herkömmlichen Techniken eher streifenförmige Beschädigungen im Bereich der laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen auf. Wenn zu tief geätzt wird setzt das Abspalten jenseits des Substrates ein im Bereich der epitaktisch aufgebrachten Schicht und man erhält keine spiegelnde Kristallfläche.

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V-förmige Rille am Boden des Kanals verläuft im allgemeinen bei einer ordentlichen Ausbildung bis zu einer Tiefe von ungefähr 25,4 um bis 76,2 um unter die Sohle des ursprünglichen Kanals, wobei der Ätzvorgang an dieser Stelle abgebrochen werden kann.

Anschließend an das Ätzen, das wie in den Fig. 3a, 3b und 4b gezeigt, eine V-förmige Rille 22a im Boden des Kanals 24 erzeugt, wird das Mikroplättchen mechanisch mittels Abrollen oder anderer Mittel gespalten, so daß Spaltflächen längs der Linie 20 entstehen, wie es vorstehend im Zusammenhang mit den dünneren Mikroplättchen beschrieben ist.

Nach dem Aufspalten in einzelne Dioden-Stangen und Passivierung der laserkohärente Vvellen aussendenden Kristallflächen werden Einzeldioden gebildet, indem man die Stäbe beispielsweise mittels einer diamantenen Anreißnadel ritzt, was üblicherweise auf der η-Seite erfolgt, längs der Linien 23. Die Mikroplättchen waren dabei zuvor mittels bekannter Techniken mit Teilungsmarken versehen worden, so daß die Lage der Streifen 17 feststeht. Die geritzten Stäbe werden dann mechanisch zerspalten, indem man ein Werkzeug mit kleinem Radius über die Stäbe abrollt, wie dies allgemein üblich ist.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren bewirken, daß man den Abspaltvorgang gut beherrscht,und daß man Dioden-Laser mit gleichförmiger Länge erhält. Man findet entsprechenderweise für von verschiedenen Stellen des Mikroplättchens entnommene Geräte nur geringfügige Änderungen in der Längsmodenverteilung und im Schwellenstrom. Das Aufspalten zu Stücken mit vorbestimmter Länger bewirkt, daß die Passivierung der laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen leichter durchführbar wird und daß man eine verbesserte Ausbeute der Vorrichtungen erhält. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich um zumindest 50 % erhöhte Ausbeuten erzielen. Ein Zerspalten durch eine dünne Schicht aus GaAs (von dem Boden der

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V-förmigen Rillen in Richtung auf die p-Seite) scheint auch die durch das Spalten entstehenden Streifenbildungen auf den läserkohärente wellenaussendenden Kristallflächen zu verringern, wie dies aus einem Vergleich der Fig. 2a und 2b hervorgeht, welche Mikroskopauf nahmen mit 1100-facher Vergrößerung der abgespaltenen Kristallflächen zeigen. Die in Fig. 2a dargestellte Kristallfläche wurde durch ein Abspalten gemäß dem Stand der Technik erzielt, wie es vorstehend beschrieben wurde, die in Fig. 2b gezeigte durch ein Abspalten nach dem erfindungsgeir.äßen Verfahren. Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht,darin, daß die goldenen Kontaktschichten19 dicker gemacht können, ohne daß damit die Qualität der Spaltflächen beeinflußt wird.

Derartige dickere Schichten erlauben eine leichtere Kontaktierung mit einer externen Spannungsquelle. Des weiteren gelingt es ein dickeres Substrat zu verwenden als dies bisher möglich war, wodurch die Handhabung ebenfalls verbessert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren für aickere Mikroplättchen erweist sich als speziell wirksam, wenn Substrate verarbeitet werden sollen, die dicker sind als die bisher verwendbaren, wodurch die Handhabung und die Herstellung von Dioden mit kürzerer (Hohlraum-)Länge erleichtert wird. Derartig kürzere Dioden-Laser , deren Länge in der Größenordnung von ungefähr 152,4um liegt, erlauben eine Herabsetzung des Schwellenstroms unter das bisher übliche Niveau.

Beispiele

Beispiel 1. Dünnes Mikroplättchen

Ein vorbehandeltes Stück aus GaAs-Material (mittlere Dicke von ungefähr 101,6 um + 12,7 um) wurde in zwei Stücke unterteilt. Das eine Stück wurde für ein herkömmliche Abspaltverfahren bereitgehalten, während das zweite Stück für den erfindungsgemäßen Ätzvorgang vorbereitet wurde. Die beiden Stücke wurden anschließend gleichzeitig von der Bedienungsperson gespalten, wobei für beide folgende Verfahren zur Anwendung kam : Pressen mit einer Zange in Richtung der erwünschten Spaltfläche. Der Versuch wurde

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anschließend in der selben Weise von einer weiteren Bedienungsperson wiederholt.

Der Ätz-Spaltvorgang wurde in folgender Weise durchgeführt: Ein Muster von parallelen Streifen mit einer Breite von 10 μτη und einem Abstand von 254 um (von Mitte zu Mitte gerechnet) wurde durch Belichtung eines Photoätzgrunds durch eine geeignete Photoätzgrundmaske gebildet. Die belichteten Teile des Photoätzgrunds wurden anschließend durch Auflösung in einen Entwickler entfernt, so daß Teile der obersten Goldschicht freilagen. Die freigelegten Gold bereiche wurden anschließend in einem KI-Basis-Goldätzmittel in etwa einer Minute bei 50°C entfernt, so daß Teile einer darunterliegenden 3%Ag/97%Sn-Schicht freigelegt wurden. Diese freigelegten Bereiche wurden anschließend unter Verwendung von konzentrierter HCl über ein Zeitdauer von 10 Minuten bei Zimmertemperatur entfernt, so daß Teile des darunter liegenden ü-GaAs-Substrates freilagen. Die freiliegenden Bereiche wurden anschließend mit einem eine V-förmige Rille erzeugenden Ätzmittels geätzt, welches ein Volumenteil H-SO₄, acht Volumenteile H-O₂ und ein Volumenteil H-O enthielt. Dieser Ätzvorgang wurde bei Zimmertemperatur über eine Zeitdauer von 15 Minuten durchgeführt. Die geätzten V-förmigen Rillen wurden mit einer mittleren Tiefe hergestellt, die etwa 38,1 pn geringer war als die Dicke des Mikroplättchens. Die bei dem Zerspalten erhaltenen Ausbeuten wurden dadurch bestimmt, daß man die Anzahl der bei dem Verfahren erhaltenen verwendbaren Stangen in Prozent des gesamten Materials ausdrückte.

Die Dichte der bei dem Spaltvorgang auftretenden Streifen wurde durch einen Normaski Optiktest an 5 mm langen Proben gemessen, welche für die beiden Verfahren repräsentativ waren. Das Ergebnis ist in folgender Tabelle wiedergegeben:

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	Spalten gemäß dem
	Stand der Technik
% Ausbeute für
Person 1	20
% Ausbeute für
Person2	10
Streifen-Dichte
der Spaltflächen
ßnnfb	300

Ä'tz-Spalten gemäß der Erfindung

100
100

Man erkennt, daß die Ausbeuten um einen Faktor von 5 bis 10 verbessert wurden und daß die Streifendichte in der

Spaltfläche um einen Faktor von 50 verringert wurde, wenn die erfindungsgemäße Technik zur Anwendung kam.

Die Fig. 2a und 2b zeigen Mikroskopaufnahmen der Kristallflächen, die nach den beiden Verfahren gespalten wurden mit einer Vergrößerung von 1100. Die verringerte Streifenbildung in der Spaltfläche, welche durch das erfindungsgemäße Ä'tzspaltverfahren erzielt wurde, ist klar ersichtlich.

Beispiel 2.Dickes Mikroplättchen

Vorbereitete Mikroplättchen wurden auf der η-Seite zu einer Dicke von 203,2 um geläppt. Auf der geläppten Seite wurde ein Überzug von 3%Ag/97%Sn in einer Dicke von 190nm aufgebracht. Der Ag-Sn überzug wurde nicht galvanisch vernickelt in einer Dicke von 200nm, worauf ein Goldfilm in einer Dicke 50nm folgte. Eine dünne Chromschicht (70nm) , auf die eine dünne Goldschicht dOOnm) folgte, wurde auf der entgegengegesetzten Seite aufgedampft.

Das Mikroplättchen wurde von der η-Seite bis zu einer Tiefe von 50,8 um eingesägt, wobei ein Diamantsägblatt mit einer Dicke von 38,1 um bis 50,8 ^m verwendet wurde. Nach dem Einsägen wurde die Probe in einem V-förmige Rillen erzeugenden Ätzmittel geätzt, welches ein Volumenteil

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HpSO., acht Volumenteile H-O« und ein Volumenteil H-O enthielt. Der Ätzvorgang wurde über eine Zeitdauer von 10 Minuten bei Zimmertemperatur durchgeführt und bis zu einer Tiefe von 1O9,22 um von der Substratoberfläche (58,41 pn tiefer als der ursprüngliche Kanal). Das Abspalten wurde durch ein Pressen mit einer Zange in Richtung der erwünschten Spaltfläche durchgeführt.

Die Ausbeuten des Spaltvorgangs wurden bestimmt, indem man die Anzahl der bei dem Verfahren erhaltenen brauchbaren Stangen Prozent der Gesamtmaterialmenge ausdrückte. Die Streifendichte in den Spaltflächen wurde durch ein Nomarski-Optiktest an 5 mm -langen Proben, welche repräsentativ für den Spaltvorgang waren, durchgeführt. Es wurde kein Vergleichsversuch unter Verwendung herkömmlicher Techniken mit Mikroplättchen von einer Dicke von etwa 203,2 um durchgeführt, da derartige Mikroplättchen durch Ritzen und mechanisches Spalten nicht konrolliert abgespaltet werden können. Es wurde jedoch ein Vergleich mit Mikroplättchen mit einer Dicke von 101,6 pn durchgeführt, die durch herkömmliche Techniken gespalten wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

Stand gemäß Ätz-Spalten ge-

dem Stand der maß der Erfin-

Technik dung

% Ausbeute 10;20 100

Streifen-Dichte
der Spaltfläche

£mm~¹J 300 8

Man erkennt, daß die Ausbeuten um einen Faktor von 5 bis 10 verbessert wurden und daß die Streifendichte der Spaltfläche um einen Faktor von annähernd 40 verringert wurde, wenn man die erfindungsgemäße Technik anwandte. Der Vergleich würde vermutlich noch deutlicher zu Gunsten des

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erfindungsgemäßen Verfahrens ausfallen, wenn mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik dickere Mikroplättchen gespalten werden könnten.

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Leerseite

Claims

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E 1285-D

Patentansprüche

(i7) Verfahren zum Spalten von Halbleiter-Mikroplättchen in Einzelstücke, wobei die Mikroplättchen ein Substrat enthalten, dessen eine Oberfläche zumindest in einem Bereich metallisiert ist und auf dessen gegenüberliegender Oberfläche in zumindest einem Bereich eine Mehrzahl von Halbleiterschichten aufgebracht ist, von denen zumindest eine bei Anlegung einer geeigneten Spannung eine kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Ätzen des Substrates mit einem anisotropen Ätzmittel zur Bildung V-förmiger Rillen in dem Mikroplättchen;

(b) mechanisches Abspalten in. stangen von Dioden unter Erzeugung wesentlich unbeschädigter Kristallflächen längs der Spaltebene und Erzeugung von Stangen aus Dioden von wesentlich gleicher Länge zwischen den laserkohärente Wellen aussendenden Kristallflächen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa 76,2 >im bis 127 /im dickes Mikroplättchen verwendet wird, und daß die V-förmigen Rillen bis zu einer Tiefe erzeugt werden, die etwa 25,4 ^m bis 50,8 /im. geringer ist als die Dicke der Mikroplättchen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroplättchen vor dem Ätzen wie folgt bearbeitet wird:

(a) Erzeugen einer Reihe von freiliegenden Linie auf dem metallisierten Substrat durch photolithographische Verfahren zwecks Festlegung der laserkohärente Wellen aussendenden Enden der Einzelstücke; und

(b) Ätzen durch den freiliegenden metallisierten Bereich, um Teile des darunterliegenden Substrates freizulegen.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein etwa 152,4 ^im dickes Mikroplattchen. verwendet wird.
i) 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß vor dem Ätzen in dem Mikroplattchen Kanäle mit wesentlich parallelen Seitenwandungen und einer Tiefe von etwa 25,4 /im bis 101,6 /im in dem Substrat erzeugt werden.
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6. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen der V-förmigen Rillen bis

zu einer Tiefe von etwa 25,4 jxm bis 76,2 ^arn unter den Boden der Kanäle erfolgt.
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7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Mikroplättchen ein Substrat aus Galliumarsenid und Schichten aus Galliumarsenid und Aluminium-Galliumarsenid enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel zur Erzeugung der V-förmigen Rillen eine Lösung aus H₂SO., H-O₂ und H₂O enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet , daß das Ätzmittel 1 Volumenteil H₂SO.

8 Volumenteile H₃O₂ und 1 Volumenteil H₃O enthält.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Rillen Seitenwandungen aufweisen mit einem Winkel von zumindest etwa 4 5° zu der Ebene der Mikroplättchen.

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