DE102022118351A1 - METHOD FOR MAKING AN EDGE EMISSION SEMICONDUCTOR LASER DIODE - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Herstellen einer Kantenemissionshalbleiterlaserdiode wird bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Kantenemissionshalbleiterkörpers (2), der zum Erzeugen elektromagnetischer Laserstrahlung während einer Operation in einer Kammer (12) konfiguriert ist, wobei der Kantenemissionshalbleiterkörper (2) zwei gegenüberliegende Facetten (4, 4', 4'') aufweist,
- Erhöhen einer Temperatur (T) des Kantenemissionshalbleiterkörpers (2) von einer ersten Temperatur (T1) auf eine zweite Temperatur (T2) während eines ersten Zeitintervalls (Δt1),
- Behandeln des Kantenemissionshalbleiterkörpers (2) mit der zweiten Temperatur (T2) während eines zweiten Zeitintervalls (Δt2),
- Behandeln des Kantenemissionshalbleiterkörpers (2) mit einem Ionenplasma (16) in der Kammer (12) während des ersten Zeitintervalls (Δt1) und des zweiten Zeitintervalls(Δt2).
A method of manufacturing an edge emission semiconductor laser diode is provided, comprising the following steps:
- Providing an edge emission semiconductor body (2) configured to generate electromagnetic laser radiation during an operation in a chamber (12), the edge emission semiconductor body (2) having two opposing facets (4, 4', 4''),
- increasing a temperature (T) of the edge emission semiconductor body (2) from a first temperature (T1) to a second temperature (T2) during a first time interval (Δt1),
- treating the edge emission semiconductor body (2) with the second temperature (T2) during a second time interval (Δt2),
- Treating the edge emission semiconductor body (2) with an ion plasma (16) in the chamber (12) during the first time interval (Δt1) and the second time interval (Δt2).
Description
Ein Verfahren zum Herstellen einer Kantenemissionshalbleiterlaserdiode wird bereitgestellt.A method of manufacturing an edge emission semiconductor laser diode is provided.
Ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Kantenemissionshalbleiterlaserdiode soll bereitgestellt werden. Insbesondere soll ein verbesserter Reinigungsprozess für die Facetten einer Kantenemissionshalbleiterlaserdiode bereitgestellt werden.An improved method for manufacturing an edge emission semiconductor laser diode is to be provided. In particular, an improved cleaning process for the facets of an edge emission semiconductor laser diode is to be provided.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten nach Anspruch 1 gelöst.This problem is solved by a method with the method steps according to
Weitere Entwicklungen und Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.Further developments and embodiments of the method are given in the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Kantenemissionshalbleiterlaserdiode wird ein Kantenemissionshalbleiterkörper in einer Kammer bereitgestellt. Insbesondere weist die Kammer ein abgeschlossenes Volumen auf, in dem ein Vakuum erzeugt werden kann. Der Kantenemissionshalbleiterkörper ist zum Erzeugen elektromagnetischer Laserstrahlung während des Betriebs konfiguriert. Insbesondere umfasst der Kantenemissionshalbleiterkörper eine Halbleiterschichtabfolge mit einem aktiven Gebiet oder besteht daraus, wobei das aktive Gebiet zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung während des Betriebs der Kantenemissionshalbleiterlaserdiode konfiguriert ist. Ferner weist der Kantenemissionshalbleiterkörper zwei gegenüberliegende Facetten auf. Die Facetten sind aus Seitenflächen des Kantenemissionshalbleiterkörpers gebildet. Ferner sind die Facetten auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Kantenemissionshalbleiterkörpers angeordnet. Die Facetten sind senkrecht zu einer Hauptausdehnungsebene des aktiven Gebiets. Über eine Facette wird elektromagnetische Laserstrahlung während des Betriebs durch die Kantenemissionshalbleiterlaserdiode emittiert.According to an embodiment of the method for producing an edge emission semiconductor laser diode, an edge emission semiconductor body is provided in a chamber. In particular, the chamber has a closed volume in which a vacuum can be generated. The edge emission semiconductor body is configured to generate electromagnetic laser radiation during operation. In particular, the edge emission semiconductor body comprises or consists of a semiconductor layer sequence with an active region, the active region being configured to generate electromagnetic radiation during operation of the edge emission semiconductor laser diode. Furthermore, the edge emission semiconductor body has two opposite facets. The facets are formed from side surfaces of the edge emission semiconductor body. Furthermore, the facets are arranged on two opposite side surfaces of the edge emission semiconductor body. The facets are perpendicular to a main plane of extent of the active region. Electromagnetic laser radiation is emitted via a facet during operation by the edge emission semiconductor laser diode.
Die Facetten, die zum Beispiel mit einer stark reflektierenden Beschichtung auf einer Facette und einer Antireflexionsbeschichtung auf der anderen Facette beschichtet sind, bilden einen Resonator für die elektromagnetische Laserstrahlung. Insbesondere wirkt das aktive Gebiet als ein aktives Lasermedium und ist innerhalb des Resonators angeordnet.The facets, coated, for example, with a highly reflective coating on one facet and an anti-reflective coating on the other facet, form a resonator for the electromagnetic laser radiation. In particular, the active region acts as an active laser medium and is arranged within the resonator.
In dem aktiven Gebiet wird während des Betriebs der Kantenemissionshalbleiterlaserdiode eine Besetzungsinversion in Verbindung mit dem Resonator erzeugt. Aufgrund der Besetzungsinversion wird die elektromagnetische Strahlung in dem aktiven Gebiet durch stimulierte Emission erzeugt, was zu der Bildung elektromagnetischer Laserstrahlung führt. Aufgrund der Erzeugung der elektromagnetischen Laserstrahlung durch stimulierte Emission weist die elektromagnetische Laserstrahlung üblicherweise eine längere Kohärenzlänge, ein schmaleres Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad im Vergleich zu elektromagnetischer Strahlung auf, die durch spontane Emission erzeugt wird.A population inversion associated with the resonator is generated in the active region during operation of the edge emission semiconductor laser diode. Due to population inversion, the electromagnetic radiation in the active region is generated by stimulated emission, leading to the formation of electromagnetic laser radiation. Due to the generation of the electromagnetic laser radiation by stimulated emission, the electromagnetic laser radiation usually has a longer coherence length, a narrower emission spectrum and/or a high degree of polarization compared to electromagnetic radiation generated by spontaneous emission.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Temperatur des Kantenemissionshalbleiterkörpers während eines ersten Zeitintervalls von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht. Zum Beispiel wird die Temperatur kontinuierlich von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur erhöht. Insbesondere ist eine Zunahme der Temperatur von der ersten Temperatur zu der zweiten Temperatur konstant.According to a further embodiment of the method, a temperature of the edge emission semiconductor body is increased from a first temperature to a second temperature during a first time interval. For example, the temperature is continuously increased from the first temperature to the second temperature. In particular, an increase in temperature from the first temperature to the second temperature is constant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Kantenemissionshalbleiterkörper während eines zweiten Zeitintervalls mit der zweiten Temperatur behandelt. Insbesondere ist die zweite Temperatur während des zweiten Zeitintervalls so weit wie möglich konstant. Jedoch ist es möglich, dass die zweite Temperatur unabsichtlich aufgrund von Prozessvariationen leicht variiert. Zum Beispiel überschreitet die Variation des zweiten Zeitintervalls nicht 3 %, bevorzugt 1 %. Bevorzugt folgt das zweite Zeitintervall unmittelbar auf das erste Zeitintervall.According to a further embodiment of the method, the edge emission semiconductor body is treated with the second temperature during a second time interval. In particular, the second temperature is constant as much as possible during the second time interval. However, it is possible that the second temperature may inadvertently vary slightly due to process variations. For example, the variation of the second time interval does not exceed 3%, preferably 1%. The second time interval preferably follows immediately after the first time interval.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Ionenplasma in der Kammer vor oder während des ersten Zeitintervalls gezündet. Insbesondere brennt das Ionenplasma kontinuierlich während des gesamten ersten Zeitintervalls und des gesamten zweiten Intervalls. Zum Beispiel umfasst das Ionenplasma Wasserstoffionen oder besteht daraus.According to a further embodiment of the method, an ion plasma is ignited in the chamber before or during the first time interval. In particular, the ion plasma burns continuously throughout the first time interval and the entire second interval. For example, the ion plasma includes or consists of hydrogen ions.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Kantenemissionshalbleiterkörper während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls mit einem Ionenplasma in der Kammer behandelt. Mit anderen Worten wird der Kantenemissionshalbleiterkörper nicht nur dann mit einem Ionenplasma behandelt, wenn die zweite Temperatur durch Erwärmen des Kantenemissionshalbleiterkörpers erzielt wird, sondern auch während einer Erwärmung des Kantenemissionshalbleiterkörpers auf die zweite Temperatur. Zum Beispiel wird der Kantenemissionshalbleiterkörper während des gesamten Erwärmungsschrittes mit einem Ionenplasma behandelt. Auf eine solche Weise kann eine Reinigung der Facetten des Kantenemissionshalbleiterkörpers verbessert werden.According to a further embodiment of the method, the edge emission semiconductor body is treated with an ion plasma in the chamber during the first time interval and the second time interval. In other words, the edge emission semiconductor body is treated with an ion plasma not only when the second temperature is achieved by heating the edge emission semiconductor body, but also during heating of the edge emission semiconductor body to the second temperature. For example, the edge emission semiconductor body is treated with an ion plasma throughout the heating step. In such a way, cleaning of the facets of the edge emission semiconductor body can be improved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eine der Facetten durch das Ionenplasma gereinigt, so dass wenigstens eine gereinigte Facette erzielt wird. Mit anderen Worten findet das Reinigen einer oder beider Facetten während des Brennens des Ionenplasmas statt. Bevorzugt werden beide Facetten während des Brennens des Ionenplasmas gereinigt. Insbesondere werden während des Reinigens der Facetten durch das Ionenplasma Fremdstoffe und Verunreinigungen von einer oder beiden Facetten entfernt. Bevorzugt werden Oxide während einer Reinigung entfernt.According to a further embodiment of the method, at least one of the facets is carried out the ion plasma is cleaned so that at least one cleaned facet is achieved. In other words, cleaning of one or both facets occurs during the firing of the ion plasma. Both facets are preferably cleaned during the firing of the ion plasma. In particular, as the ion plasma cleans the facets, foreign matter and contaminants are removed from one or both facets. Oxides are preferably removed during cleaning.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines Kantenemissionshalbleiterkörpers, der zum Erzeugen elektromagnetischer Laserstrahlung während einer Operation in einer Kammer konfiguriert ist, wobei der Kantenemissionshalbleiterkörper zwei gegenüberliegende Facetten aufweist,
- - Erhöhen einer Temperatur des Kantenemissionshalbleiterkörpers von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur während eines ersten Zeitintervalls,
- - Behandeln des Kantenemissionshalbleiterkörpers mit der zweiten Temperatur während eines zweiten Zeitintervalls,
- - Behandeln des Kantenemissionshalbleiterkörpers mit einem Ionenplasma in der Kammer während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls.
- - providing an edge emission semiconductor body configured to generate electromagnetic laser radiation during surgery in a chamber, the edge emission semiconductor body having two opposing facets,
- - increasing a temperature of the edge emission semiconductor body from a first temperature to a second temperature during a first time interval,
- - treating the edge emission semiconductor body with the second temperature during a second time interval,
- - Treating the edge emission semiconductor body with an ion plasma in the chamber during the first time interval and the second time interval.
Bevorzugt werden die zuvor gegebenen Verfahrensschritte in der gegebenen Reihenfolge ausgeführt.The previously given method steps are preferably carried out in the given order.
Bevorzugt werden mehrere Kantenemissionshalbleiterkörper auf die gleiche Weise behandelt. Mit anderen Worten ist das Verfahren ein Chargenprozess, wobei die gleichen Verfahrensschritte an einigen Kantenemissionshalbleiterkörpern parallel ausgeführt werden. Vorliegend werden die Verfahrensschritte der Einfachheit halber oft für nur einen Kantenemissionshalbleiterkörper im Singular beschrieben.Preferably, several edge emission semiconductor bodies are treated in the same way. In other words, the process is a batch process, with the same process steps being carried out in parallel on several edge emission semiconductor bodies. In the present case, for the sake of simplicity, the method steps are often described for only one edge emission semiconductor body in the singular.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens brennt das Ionenplasma kontinuierlich während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls. Insbesondere trifft das Ionenplasma während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls kontinuierlich auf die Facetten des Kantenemissionshalbleiterkörpers auf.According to a further embodiment of the method, the ion plasma burns continuously during the first time interval and the second time interval. In particular, the ion plasma continuously impinges on the facets of the edge emission semiconductor body during the first time interval and the second time interval.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur des Kantenemissionshalbleiterkörpers während eines dritten Zeitintervalls von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur verringert. Insbesondere folgt das dritte Zeitintervall auf das zweite Zeitintervall, bevorzugt unmittelbar. Insbesondere gibt es kein weiteres Zeitintervall zwischen dem zweiten Zeitintervall und dem dritten Zeitintervall. Zum Beispiel ist eine Temperaturabnahme während des dritten Zeitintervalls konstant. Zum Beispiel nimmt die Temperatur kontinuierlich bis zu der dritten Temperatur herab ab.According to a further embodiment of the method, the temperature of the edge emission semiconductor body is reduced from the second temperature to a third temperature during a third time interval. In particular, the third time interval follows the second time interval, preferably immediately. In particular, there is no further time interval between the second time interval and the third time interval. For example, a decrease in temperature is constant during the third time interval. For example, the temperature decreases continuously down to the third temperature.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Temperaturabnahme während des dritten Zeitintervalls zwischen 2 °C/Min und 40 °C/Min, jeweils eingeschlossen.According to a further embodiment of the method, the temperature decrease during the third time interval is between 2 ° C / min and 40 ° C / min, each included.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Ionenplasma nach dem zweiten Zeitintervall gelöscht, besonders bevorzugt unmittelbar nach dem zweiten Zeitintervall. Insbesondere brennt das Ionenplasma nicht während des dritten Zeitintervalls, wenn die Temperatur des Kantenemissionshalbleiterkörpers bei dieser Ausführungsform des Verfahrens von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur verringert wird. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Kantenemissionshalbleiterkörper während des dritten Zeitintervalls, wenn eine Abkühlung des Kantenemissionshalbleiterkörpers stattfindet, nicht mit dem Ionenplasma behandelt.According to a further embodiment of the method, the ion plasma is deleted after the second time interval, particularly preferably immediately after the second time interval. In particular, the ion plasma does not burn during the third time interval when the temperature of the edge emission semiconductor body is reduced from the second temperature to the third temperature in this embodiment of the method. In this embodiment of the method, the edge emission semiconductor body is not treated with the ion plasma during the third time interval when cooling of the edge emission semiconductor body takes place.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Ionenplasma nach dem dritten Zeitintervall gelöscht wird, besonders bevorzugt unmittelbar danach. Mit anderen Worten brennt das Ionenplasma bei dieser Ausführungsform des Verfahrens während des ersten Zeitintervalls, des zweiten Zeitintervalls und des dritten Zeitintervalls, bevorzugt kontinuierlich.Alternatively, it is also possible for the ion plasma to be deleted after the third time interval, particularly preferably immediately afterwards. In other words, in this embodiment of the method, the ion plasma burns, preferably continuously, during the first time interval, the second time interval and the third time interval.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Passivierungsschicht auf der Facette abgeschieden, insbesondere nach dem zweiten Zeitintervall oder dem dritten Zeitintervall. Mit anderen Worten wird die Passivierungsschicht nach dem Reinigen der Facette mithilfe des Ionenplasmas während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls und optional während des dritten Zeitintervalls abgeschieden.According to a further embodiment of the method, a passivation layer is deposited on the facet, in particular after the second time interval or the third time interval. In other words, after cleaning the facet using the ion plasma, the passivation layer is deposited during the first time interval and the second time interval and optionally during the third time interval.
Zum Beispiel wird die Passivierungsschicht durch epitaktisches Wachstum auf der Facette abgeschieden. Besonders bevorzugt befindet sich die Passivierungsschicht in direktem Kontakt mit der Facette und bedeckt die Facette vollständig. Insbesondere wird die Passivierungsschicht auf beiden Facetten des Kantenemissionshalbleiterkörpers abgeschieden. Zum Beispiel umfasst die Passivierungsschicht ZnSe oder besteht daraus. Zum Beispiel weist die Passivierungsschicht eine Dicke zwischen 10 Nanometer und 100 Nanometer, jeweils eingeschlossen, auf.For example, the passivation layer is deposited on the facet by epitaxial growth. The passivation layer is particularly preferably in direct contact with the facet and completely covers the facet. In particular, the passivation layer is deposited on both facets of the edge emission semiconductor body. For example, the passivation layer includes or consists of ZnSe. For example, the passivation layer has a thickness between 10 nanometers and 100 nanometers, inclusive.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens basiert der Kantenemissionshalbleiterkörper auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial. Zum Beispiel umfasst der Kantenemissionshalbleiterkörper ein oder mehrere Arsenidverbindungshalbleitermaterialien oder besteht daraus. According to a further embodiment of the method, the edge emission semiconductor body is based on an arsenide compound semiconductor material. For example, the edge emission semiconductor body includes or consists of one or more arsenide compound semiconductor materials.
Arsenidverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie etwa die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Insbesondere erzeugt ein aktives Gebiet basierend auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial elektromagnetische Strahlung des Infrarotspektralbereichs.Arsenide compound semiconductor materials are compound semiconductor materials containing arsenic, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy As with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x+y ≤ 1. In particular, an active region is created based on an arsenide compound semiconductor material electromagnetic radiation of the infrared spectral range.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Facette des Kantenemissionshalbleiterkörpers AlGaAs oder besteht aus AlGaAs. Insbesondere umfasst, falls der Kantenemissionshalbleiterkörper auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial basiert, die Facette des Kantenemissionshalbleiterkörpers AlGaAs oder besteht daraus.According to a further embodiment of the method, the facet of the edge emission semiconductor body comprises AlGaAs or consists of AlGaAs. In particular, if the edge emission semiconductor body is based on an arsenide compound semiconductor material, the facet of the edge emission semiconductor body comprises or consists of AlGaAs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Oxidanteil der Facette verringert. Besonders bevorzugt ist die Facette frei von einem Oxid, insbesondere frei von einem Oxid von As, wie etwa As2O3, von einem Oxid von Al und/oder von einem Oxid von Ga. Insbesondere existiert As2O3 an der Facette, falls die Facette AlGaAs umfasst oder daraus besteht. Insbesondere werden Oxide durch Reinigen der Facetten mit dem Ionenplasma während des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls entfernt. Das Entfernen von Oxiden von den Facetten vermeidet Insbesondere ein Verbrennen der Oxide innerhalb der Facetten während des Reinigens. Ferner wird durch das Entfernen der Oxide von den Facetten der Sauerstoffanteil der Facette reduziert, was zu weniger Kristalldefekten in der Nähe des aktiven Gebiets führt.According to a further embodiment of the method, an oxide content of the facet is reduced. Particularly preferably, the facet is free of an oxide, in particular free of an oxide of As, such as As 2 O 3 , of an oxide of Al and/or of an oxide of Ga. In particular, As 2 O 3 exists on the facet if the facet includes or consists of AlGaAs. In particular, oxides are removed by cleaning the facets with the ion plasma during the first time interval and the second time interval. In particular, removing oxides from the facets avoids burning of the oxides within the facets during cleaning. Furthermore, removing the oxides from the facets reduces the oxygen content of the facet, resulting in fewer crystal defects near the active region.
Zum Beispiel werden die Facetten durch Spalten angrenzender Kantenemissionshalbleiterkörper gebildet, die Teil eines Wafers sind. Falls die Facetten Umgebungsluft nach dem Spalten ausgesetzt sind, tritt eine Oxidation der Facetten auf, so dass Oxide, zum Beispiel As2O3 im Fall eines Kantenemissionshalbleiterkörpers basierend auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial, gebildet werden. Bevor weitere Beschichtungen, wie etwa eine Passivierungsschicht und/oder eine stark reflektierende Beschichtung und/oder eine Antireflexionsbeschichtung, abgeschieden werden, muss der Oxidanteil reduziert werden, um Beschichtungen mit hoher Qualität zu erzielen und um eine maximale Passivierung freier Bindungen an der Halbleiteroberfläche sicherzustellen und um verbesserte Grenzflächen zu erzielen. Insbesondere weist die Passivierungsschicht bevorzugt eine Kristallqualität auf, falls ein Oxidanteil vor einer Abscheidung der Passivierungsschicht verringert wird.For example, the facets are formed by cleaving adjacent edge-emitting semiconductor bodies that are part of a wafer. If the facets are exposed to ambient air after cleaving, oxidation of the facets occurs, so that oxides, for example As 2 O 3 in the case of an edge emission semiconductor body based on an arsenide compound semiconductor material, are formed. Before further coatings, such as a passivation layer and/or a highly reflective coating and/or an anti-reflective coating, are deposited, the oxide content must be reduced in order to achieve high quality coatings and to ensure maximum passivation of dangling bonds on the semiconductor surface to achieve improved interfaces. In particular, the passivation layer preferably has a crystal quality if an oxide content is reduced before the passivation layer is deposited.
Das Verfahren basiert auf der Idee, dass zum Reinigen der Facetten mit einem Ionenplasma das Plasma bereits während des Erwärmens des Kantenemissionshalbleiterkörpers auf eine Prozesstemperatur brennt und nicht nur während eines Zeitintervalls mit der Prozesstemperatur. Auf eine solche Weise kann die Reinigung verbessert werden und kann eine Prozesszeit reduziert werden. Insbesondere wird der Oxidanteil der Facetten durch das Verfahren verringert, so dass eine Passivierungsschicht mit verbesserter Qualität auf den Facetten abgeschieden werden kann. Ferner könnte ein hoher Wasserstoffdruck des Ionenplasmas einen Gegendruck erzeugen und könnte das Ausgasen von Material von der Facette vermeiden und dient auch als Schutzgas zum Verhindern einer Oxidation während des ersten und des zweiten Zeitintervalls und optional auch während des dritten Zeitintervalls, falls ein Ionenplasma brennt.The method is based on the idea that to clean the facets with an ion plasma, the plasma burns while the edge emission semiconductor body is being heated to a process temperature and not just during a time interval at the process temperature. In such a way, cleaning can be improved and process time can be reduced. In particular, the oxide content of the facets is reduced by the process, so that a passivation layer with improved quality can be deposited on the facets. Further, a high hydrogen pressure of the ion plasma could create a back pressure and could avoid outgassing of material from the facet and also serves as a shielding gas to prevent oxidation during the first and second time intervals and optionally also during the third time interval if an ion plasma is burning.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beträgt die zweite Temperatur zwischen 250 °C und 500 °C, jeweils eingeschlossen.According to a further embodiment of the method, the second temperature is between 250 ° C and 500 ° C, inclusive.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens überschreitet eine Dauer des zweiten Zeitintervalls nicht 100 Minuten.According to a further embodiment of the method, a duration of the second time interval does not exceed 100 minutes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beträgt eine Temperaturzunahme während des ersten Zeitintervalls zwischen 2 °C/Min und 40 °C/Min, jeweils eingeschlossen.According to a further embodiment of the method, a temperature increase during the first time interval is between 2 ° C / min and 40 ° C / min, each included.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens betragen die erste Temperatur und/oder die dritte Temperatur zwischen 50 °C und 200 °C, jeweils eingeschlossen.According to a further embodiment of the method, the first temperature and/or the third temperature are between 50 ° C and 200 ° C, each included.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Kantenemissionshalbleiterkörper derart in der Kammer angeordnet, dass eine Facette von einer Ionenplasmaquelle abgewandt ist, die das Ionenplasma erzeugt, und die andere Facette der Ionenplasmaquelle während einer Behandlung mit dem Ionenplasma zugewandt ist. Mit dem Verfahren ist es möglich, auf ein Umdrehen des Kantenemissionshalbleiterlaserkörpers derart, dass beide Facetten der Ionenplasmaquelle während der Behandlung mit dem Ionenplasma zur Reinigung zugewandt sind, zu verzichten. According to a further embodiment of the method, the edge emission semiconductor body is arranged in the chamber such that one facet faces away from an ion plasma source that generates the ion plasma, and the other facet faces the ion plasma source during treatment with the ion plasma. With the method, it is possible to dispense with turning the edge emission semiconductor laser body so that both facets face the ion plasma source during treatment with the ion plasma for cleaning.
Dies ist aufgrund der hohen Effizienz der Reinigung möglich, da das Ionenplasma bereits während des Erwärmens des Kantenemissionshalbleiterkörpers auf die zweite Temperatur brennt. Auf eine solche Weise kann eine Prozesszeit reduziert werden.This is possible due to the high efficiency of the cleaning, since the ion plasma is already burning during the heating of the edge emission semiconductor body to the second temperature. On a In this way, process time can be reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Antireflexionsbeschichtung, die eine Antireflexionswirkung für die elektromagnetische Laserstrahlung aufweist, auf der Facette abgeschieden, die der Ionenplasmaquelle während einer Behandlung zugewandt ist. Insbesondere reflektiert die Antireflexionsbeschichtung höchstens 5 % der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Gebiets, bevorzugt höchstens 2 % der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Gebiets, besonders bevorzugt höchstens 0,2 % der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Gebiets oder höchstens 0,1 % der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Gebiets.According to a further embodiment of the method, an anti-reflection coating, which has an anti-reflection effect for the electromagnetic laser radiation, is deposited on the facet facing the ion plasma source during a treatment. In particular, the anti-reflection coating reflects at most 5% of the electromagnetic radiation of the active area, preferably at most 2% of the electromagnetic radiation of the active area, particularly preferably at most 0.2% of the electromagnetic radiation of the active area or at most 0.1% of the electromagnetic radiation of the active area .
Ferner wird eine stark reflektierende Beschichtung, die für die elektromagnetische Laserstrahlung stark reflektierend ist, auf der anderen Facette abgeschieden, die während einer Behandlung von der Ionenplasmaquelle abgewandt ist. Insbesondere reflektiert die stark reflektierende Beschichtung wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, besonders bevorzugt wenigstens 98 % der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Gebiets.Furthermore, a highly reflective coating that is highly reflective of the electromagnetic laser radiation is deposited on the other facet facing away from the ion plasma source during treatment. In particular, the highly reflective coating reflects at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 98% of the electromagnetic radiation of the active area.
Insbesondere ist die durch das Verfahren hergestellte Kantenemissionshalbleiterlaserdiode ein Infrarothochleistungslaser.In particular, the edge emission semiconductor laser diode produced by the method is a high-power infrared laser.
Die Kantenemissionshalbleiterlaserdiode kann zum Beispiel zum Schneiden, Schweißen, Löten, zur Haarentfernung oder zu Verteidigungszwecken verwendet werden.The edge emission semiconductor laser diode can be used, for example, for cutting, welding, soldering, hair removal or defense purposes.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Entwicklungen des Verfahrens resultieren aus den nachfolgend in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterkantenemissionslaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
2 bis8 zeigen schematisch unterschiedliche Stufen des Verfahrens desAusführungsbeispiels aus 1 . -
9 zeigt ein Temperaturprofil und ein Ionenplasmaprofil während des Verfahrens des Ausführungsbeispiels aus1 schematisch. -
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterkantenemissionslaserdiode gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. -
11 zeigt ein Temperaturprofil und ein Ionenplasmaprofil während eines Verfahrens eines weiteren Ausführungsbeispiels schematisch. -
12 zeigt Messungen der optischen Ausgabe in Abhängigkeit von der Betriebszeit einiger Kantenmissionslaserdioden, die mit einem üblichen Verfahren hergestellt wurden. -
13 zeigt Messungen der optischen Ausgabe in Abhängigkeit von der Betriebszeit einiger Kantenmissionslaserdioden, die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt wurden. -
14 zeigt XRD-Spektren von Testproben, die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel gereinigt wurden, bevor sie mit einer ZnSe-Passivierungsschicht bedeckt wurden, sowie ein XRD-Spektrum von Testproben, die mit einem üblichen Verfahren gereinigt wurden, bevor sie mit einer ZnSe-Passivierungsschicht bedeckt wurden. -
15 zeigt Laufzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie(ToF-SIMS: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectometry)-Analysen einer Testprobe, die mit üblichen Verfahren gereinigt wurde, bevor sie mit einer ZnSe-Passivierungsschicht bedeckt wurde, und die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel gereinigt wurde, bevor sie mit einer ZnSe-Passivierungsschicht bedeckt wurde.
-
1 shows a flowchart of a method for producing a semiconductor edge emission laser diode according to an exemplary embodiment. -
2 until8th show schematically different stages of the method of theexemplary embodiment 1 . -
9 shows a temperature profile and an ion plasma profile during the method of theexemplary embodiment 1 schematic. -
10 shows a flowchart of a method for producing a semiconductor edge emission laser diode according to a further exemplary embodiment. -
11 schematically shows a temperature profile and an ion plasma profile during a method of a further exemplary embodiment. -
12 shows measurements of optical output versus operating time of some edge emission laser diodes fabricated using a common method. -
13 shows measurements of optical output versus operating time of some edge emission laser diodes fabricated using a method according to an embodiment. -
14 shows XRD spectra of test samples that were cleaned using a method according to an embodiment before being covered with a ZnSe passivation layer, as well as an XRD spectrum of test samples that were cleaned using a conventional method before being covered with a ZnSe passivation layer were covered. -
15 shows time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) analyzes of a test sample that was cleaned using conventional methods before being covered with a ZnSe passivation layer and which was prepared using a method according to one Embodiment was cleaned before it was covered with a ZnSe passivation layer.
Gleiche oder ähnliche Elemente sowie Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren und die Proportionen der in den Figuren gezeigten Elemente werden nicht als maßstabsgetreu angesehen. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere einzelne Schichten, zur besseren Präsentation und/oder zum besseren Verständnis mit übertriebener Größe gezeigt sein.The same or similar elements and elements with the same function are designated with the same reference numerals in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures are not considered to be to scale. Rather, individual elements, in particular individual layers, can be shown with an exaggerated size for better presentation and/or better understanding.
Während des Verfahrens des Ausführungsbeispiels aus
Seitenflächen 10 der Kantenemissionshalbleiterkörper werden durch die durch das Spalten erzeugte Facetten 4 gebildet. Die Facetten 4 sind senkrecht zu einer Hauptausdehnungsebene des Kantenemissionshalbleiterkörpers 2.Side surfaces 10 of the edge emission semiconductor bodies are formed by the splitting generated
Der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 umfasst einen Resonator 7, der durch die gegenüberliegenden Facetten 4 gebildet wird. Der Resonator 7 weist eine optische Achse 8 parallel zu einer Hauptausdehnungsebene des aktiven Gebiets 6 und ferner senkrecht zu den Facetten 4 des Kantenemissionshalbleiterkörpers 2 auf.The edge
Der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels basiert auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial. Insbesondere umfasst das aktive Gebiet 6 AlGaAs. Nach dem Spalten werden Oxide 11 auf den Facetten 4 durch Oxidation in Reinraumluft gebildet.The edge
In einem nächsten Schritt S2 werden die vereinzelten Kantenemissionshalbleiterkörper 2 zu einer Molekularstrahlepitaxie-Ultrahochvakuumplasmakammer 12 mit einer ersten Temperatur T1 transferiert. Zum Beispiel beträgt die erste Temperatur T1 etwa 150 °C. Die erste Temperatur T1 ist auch eine Transfertemperatur, bei der die Kantenemissionshalbleiterkörper in die Molekularstrahlepitaxie-Ultrahochvakuumplasmakammer 12 transferiert werden können.In a next step S2, the isolated edge
Die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 werden in einer Halterung 13 mit einer ringartigen Geometrie befestigt. Die Halterung 13 befindet sich in physischem und/oder Strahlungskontakt mit einem Heizelement 14, das zum Erwärmen der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 konfiguriert ist. Ferner ist eine Ionenplasmaquelle 15 in der Kammer 12 bereitgestellt. Die Ionenplasmaquelle 15 ist zum Produzieren eines Ionenplasmas 16 während des Betriebs konfiguriert. Derzeit produziert die Ionenplasmaquelle 15 ein Wasserstoffionenplasma. Die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 sind derart in der Kammer 12 angeordnet, dass Facetten 4' der Ionenplasmaquelle 15 zugewandt sind, während die anderen Facetten 4" von der Ionenplasmaquelle 15 abgewandt sind (
In einem nächsten Schritt S3 werden die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 während eines ersten Zeitintervalls Δt1 durch das Heizelement 14 von der ersten Temperatur T1 von etwa 150 °C auf eine zweite Temperatur T2 von etwa 400 °C erwärmt. Während des ersten Zeitintervalls Δt1, wenn die Temperatur der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 von der ersten Temperatur T1 auf die zweite Temperatur T2 erhöht wird, wird die Ionenplasmaquelle 15 gezündet, so dass während des gesamten ersten Zeitintervalls Δt1 und des gesamten zweiten Zeitintervalls Δt2 ein Ionenplasma 16 in der Kammer 12 vorhanden ist. Das Ionenplasma 16 reinigt die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 und insbesondere die Facetten 4.In a next step S3, the edge
In einem nächsten Schritt S4 wird das Ionenplasma 16 innerhalb der Kammer 12 gelöscht und werden die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 in einem weiteren Schritt S5 auf eine dritte Temperatur T3 von etwa 150 °C während eines dritten Zeitintervalls Δt3 abgekühlt. Derzeit ist die dritte Temperatur T3 auch die Transfertemperatur.In a next step S4, the
In einem nächsten Schritt S6 werden die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 zu einer Wendekammer transferiert, in der die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 durch Drehen der ringförmigen Halterung umgedreht und wieder zu der Molekularstrahlepitaxie-Ultrahochvakuumplasmakammer 12 transferiert werden (nicht gezeigt). Aufgrund des Umdrehens der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 in der ringförmigen Halterung 13 sind die Facetten 4", die während der Schritte S3, S4 und S5 von der Ionenplasmaquelle 15 abgewandt sind, nun der Ionenplasmaquelle 15 zugewandt (
Dann werden in Schritt S7 die Schritte S3 bis S5, wie bereits beschrieben, wiederholt.Then in step S7, steps S3 to S5, as already described, are repeated.
Nach dem Abkühlen der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 auf die dritte Temperatur T3 von etwa 150 °C in dem zweiten Schritt S5 werden die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 in Schritt S8 zu einer Wachstumskammer transferiert (nicht gezeigt).After cooling the edge
In einem weiteren Schritt S9 wird eine Passivierungsschicht 17, die ZnSe umfasst oder daraus besteht, auf den Facetten 4 der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 abgeschieden, die in Schritt S12 mit einer Antireflexionsbeschichtung 18 bedeckt werden sollen.In a further step S9, a
Dann werden in Schritt S10 die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 zu der Wendekammer transferiert, in der die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 umgedreht werden, so dass die Facetten 4 zugänglich sind, die in Schritt S13 mit einer stark reflektierenden Beschichtung 19 bedeckt werden sollen.Then, in step S10, the edge
In einem nächsten Schritt S11 wird eine Passivierungsschicht 17, die ZnSe umfasst oder daraus besteht, auf den Facetten 4 aufgewachsen, die in Schritt S13 mit einer stark reflektierenden Beschichtung 19 bedeckt werden sollen. Die ZnSe-Passivierungsschicht 17 wird auf den Facetten 4 durch epitaktisches Wachstum abgeschieden.In a next step S11, a
In einem nächsten Schritt S12 wird eine Antireflexionsbeschichtung 18 auf einer der Facetten 4 in direktem Kontakt mit der Passivierungsschicht 17 abgeschieden.In a next step S12, an
In einem weiteren Schritt S13 wird eine stark reflektierende Beschichtung 19 auf der anderen Facette 4 ebenfalls in direktem Kontakt mit der Passivierungsschicht 17 abgeschieden.In a further step S13, a highly
Während eines ersten Zeitintervalls Δt1 werden die Kantenemissionshalbleiterkörper 2 auf eine zweite Temperatur T2 von etwa 400 °C erwärmt. Mit anderen Worten wird die Temperatur T der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 auf eine zweite Temperatur T2 während des ersten Zeitintervalls Δt1 angehoben, besonders bevorzugt auf eine kontinuierliche Weise. Nach dem Erwärmen der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 auf die zweite Temperatur T2 wird die Temperatur T der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 während eines zweiten Zeitintervalls Δt2 konstant auf der zweiten Temperatur T2 gehalten.During a first time interval Δt1, the edge
Nach dem zweiten Zeitintervall Δt2 folgt ein drittes Zeitintervall Δt3 unmittelbar. Während des dritten Zeitintervalls Δt3 wird die Temperatur T der Kantenemissionshalbleiterkörper 2 auf eine dritte Temperatur T3 verringert. Derzeit ist die dritte Temperatur T3 die Transfertemperatur von etwa 150 °C.After the second time interval Δt2, a third time interval Δt3 follows immediately. During the third time interval Δt3, the temperature T of the edge
Wie in
Während des Verfahrens des Flussdiagramms aus
Ferner umfasst das Verfahren gemäß dem Flussdiagramm aus
Jedoch werden die Schritte S8 bis S13, wie bereits in Verbindung mit dem Flussdiagramm aus
Insbesondere kann mit dem Verfahren gemäß dem Flussdiagramm aus
Zum Beispiel betragen die Temperaturzunahme ΔT während des ersten Zeitintervalls Δt1 und die Temperaturabnahme ΔT während des dritten Zeitintervalls Δt3 etwa 20 °C/Min. Das zweite Zeitintervall T2 weist zum Beispiel eine Dauer von etwa 50 Minuten auf.For example, the temperature increase ΔT during the first time interval Δt1 and the temperature decrease ΔT during the third time interval Δt3 are approximately 20 °C/min. The second time interval T2 has a duration of approximately 50 minutes, for example.
Um die Kantenemissionshalbleiterlaserdioden zum Simulieren einer gesamten Lebensdauer zu belasten, wurden die Kantenemissionshalbleiterlaserdioden unter extremen Überlastungsbedingungen mit einem sehr hohen elektrischen Strom von etwa 29 A bis 30 A angesteuert.To stress the edge emission semiconductor laser diodes to simulate a lifetime, the edge emission semiconductor laser diodes were driven under extreme overload conditions with a very high electrical current of approximately 29 A to 30 A.
Die elektrische Ausgabeleistung P wurde von einigen Kantenemissionshalbleiterlaserdioden in Abhängigkeit von der Zeit t gemessen. Wie aus
Es kann aus
Um Reinigungseigenschaften des vorliegenden Verfahrens zu untersuchen, wurden Messungen an Testproben durchgeführt. Als Testproben wurden Wafer mit einer Oberfläche aus AlGaAs mit einem Aluminiumanteil von 2 % bis 40 % verwendet. Die Oberfläche dieser Testproben wurde mit einer ZnSe-Passivierungsschicht 17 nach dem Reinigen der Oberfläche mit dem hier beschriebenen Verfahren bedeckt.In order to investigate cleaning properties of the present method, measurements were carried out on test samples. Wafers with a surface made of AlGaAs with an aluminum content of 2% to 40% were used as test samples. The surface of these test samples was covered with a
In
Ferner zeigt
Testproben wurden analysiert, wobei die AlGaAs-Oberfläche mit einem üblichen Verfahren vor einer Abscheidung einer ZnSe-Passivierungsschicht 17 gereinigt wurde (linke und mittlere Werte). Während des üblichen Verfahrens brannte das Ionenplasma 16 nur während des zweiten Zeitintervalls Δt2 und nicht während des ersten Zeitintervalls Δt1 und des dritten Zeitintervalls Δt3. Das zweite Zeitintervall Δt2 der linken Werte (Kreise) betrug 25 Minuten und das zweite Zeitintervall Δt2 der mittleren Werte betrug 75 Minuten (Quadrate).Test samples were analyzed with the AlGaAs surface cleaned using a conventional method before deposition of a ZnSe passivation layer 17 (left and middle values). During the usual process, the
Ferner zeigt
Die Erfindung ist nicht auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt. Stattdessen umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, insbesondere jede Kombination von Merkmalen der Ansprüche, selbst wenn das Merkmal oder die Kombination von Merkmalen selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsformen gegeben ist.The invention is not limited to the description of the embodiments. Instead, the invention encompasses any new feature as well as any combination of features, in particular any combination of features of the claims, even if the feature or combination of features itself is not explicitly given in the claims or embodiments.
BezugszeichenReference symbols
- 11
- Waferwafers
- 22
- KantenemissionshalbleiterkörperEdge emission semiconductor body
- 33
- SeparationslinieSeparation line
- 4, 4', 4"4, 4', 4"
- Facettefacet
- 55
- EpitaxiehalbleiterschichtabfolgeEpitaxial semiconductor layer sequence
- 66
- aktives Gebietactive area
- 77
- Resonatorresonator
- 88th
- optische Achseoptical axis
- 99
- elektrische Kontaktschichtelectrical contact layer
- 1010
- Seitenflächeside surface
- 1111
- Oxidoxide
- 1212
- Kammerchamber
- 1313
- Halterungbracket
- 1414
- HeizelementHeating element
- 1515
- IonenplasmaquelleIon plasma source
- 1616
- IonenplasmaIon plasma
- 1717
- Passivierungsschichtpassivation layer
- 1818
- AntireflexionsbeschichtungAnti-reflective coating
- 1919
- stark reflektierende Beschichtunghighly reflective coating
- T1T1
- erste Temperaturfirst temperature
- Δt1Δt1
- erstes Zeitintervallfirst time interval
- T2T2
- zweite Temperatursecond temperature
- Δt2Δt2
- zweites Zeitintervallsecond time interval
- T3T3
- dritte Temperaturthird temperature
- Δt3Δt3
- drittes Zeitintervallthird time interval
- ΔTΔT
- Temperaturzunahme/-abnahmeTemperature increase/decrease
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-
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2023
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified |