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WO2003030221A2 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements auf der basis eines nitrid-verbindungshalbleiters - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements auf der basis eines nitrid-verbindungshalbleiters Download PDF

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WO2003030221A2
WO2003030221A2 PCT/DE2002/003667 DE0203667W WO03030221A2 WO 2003030221 A2 WO2003030221 A2 WO 2003030221A2 DE 0203667 W DE0203667 W DE 0203667W WO 03030221 A2 WO03030221 A2 WO 03030221A2
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WO
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semiconductor
mask
metal layer
layer
semiconductor body
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WO2003030221A3 (de
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Volker HÄRLE
Alfred Lell
Andreas Weimar
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2003533322A priority patent/JP2005505133A/ja
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Publication of WO2003030221A3 publication Critical patent/WO2003030221A3/de
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Priority to US10/813,530 priority patent/US20040185599A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor component based on a nitride compound semiconductor according to the preamble of patent claim 1.
  • nitride compound semiconductor is to be understood in particular to mean a nitride compound with elements of the third and / or fifth of the group of the periodic table of the chemical elements.
  • encryption “ 'compounds such as GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, AlN, and InN, represented by the formula Al y In x Ga ⁇ - x - y N, O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l, 0 ⁇ x + y ⁇ l can be summarized.
  • the contact resistance formed between the contact layer and the semiconductor body should be as low as possible, since the power dropping at the contact resistance is converted into heat loss and is not available for functional operation, for example for generating radiation in a radiation-emitting component. In addition, sufficient dissipation of the heat loss must be ensured in order to avoid an excessive temperature increase of the component. Otherwise there is a risk of thermally induced damage to the component.
  • gallium nitride-based components especially in the case of p-doped semiconductor regions in connection with a ner metal layer comparatively high contact resistance. It has also been shown that, in particular in the case of structured semiconductor surfaces, for example in the case of ridge waveguide structures, high contact resistances occur.
  • Such ridge waveguide structures are, for example, from Properties, Processing and Applications of Gallium Nitride and Related Semiconductors, EMIS Datareviews Series No. 23, JH Edgar, S. Strite (ed.), Inspec 1999, pp. 616-622 known.
  • This describes a semiconductor laser which has a semiconductor body with a layer sequence which comprises a plurality of GaN and AlGaN layers and an InGaN multiple quantum well structure. The layer sequence is applied on '•' a SiC substrate.
  • an elongated, cuboid web structure is formed from the semiconductor body, which is provided on the top side with a contact metallization. This web structure forms a waveguide for guiding the radiation field generated in the semiconductor body.
  • a semiconductor body with an unstructured surface is usually first produced, from which subsequently regions which laterally adjoin the web to be formed are removed by means of an etching process.
  • the semiconductor body can then optionally be provided with a passivation layer. Finally, the contact metallization is applied.
  • JP 2000-188440 A describes a GaN semiconductor arrangement which is provided for uside-down mounting and in which a Ni contact layer is first masked and wet-chemically etched and the p-GaN layer through etched openings in the Ni contact layer Structuring is dry etched. This method leads to inclined etching edges of the semiconductor structure.
  • a semiconductor body containing a nitride compound semiconductor on the surface of which a metal layer is applied in a second step.
  • the surface of the semiconductor body is structured, a part of the metal layer and a part of the underlying semiconductor body being removed.
  • Compounds having the formula Al y In x Ga ⁇ _ x - y N, O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l, 0 ⁇ x + y ⁇ l are particularly preferred as nitride compound semiconductors.
  • This method has the advantage that a metal layer, which can later serve as a contact layer or as part of a contact layer, is applied to the semiconductor body before the structuring.
  • the method is particularly preferably used to produce a low-resistance p-contact, a self-adjusting lowermost p-contact layer and preferably at the same time a dielectric applied over the p-contact Etching aid mask is used.
  • a p-connection layer eg connection metallization
  • both the underlying p-contact layer and the p-nitride semiconductor layer are chemically, in particular dry-chemically structured in one (or more) successive process steps.
  • a dielectric auxiliary mask e.g. made of silicon (di) oxide, aluminum oxide and / or titanium oxide
  • a dry-chemical, very etch-resistant layer is created, which has the advantage of masking the advantage of very steep web structures.
  • laser bridge structures the advantage of steep laser bridge structures is combined with ideal waveguiding properties.
  • the p-metal layer and the p-nitride semiconductor layer are structured in one or at least in directly successive etching steps, in particular dry etching steps. This is a self-adjusting process.
  • the entire p-nitride semiconductor structure is advantageously completely metallized.
  • the entire surface of a p-nitride semiconductor structure available for electrical connection is completely metallized with very steep flanks of the p-nitride semiconductor structure.
  • a mask technique is preferably used for the partial removal of the metal layer and the underlying semiconductor body.
  • a suitable mask which may contain, for example, silicon oxide, is applied to the metal layer and adapted to the later removal process.
  • the mask itself is preferably formed by means of a conventional photolithographic method, the regions of the metal layer to be removed not being covered with the mask.
  • the areas of the metal layer not covered by the mask are first removed, so that the semiconductor surface underneath is exposed.
  • etching processes or back sputtering processes are suitable for removing the metal layer.
  • the semiconductor body is subsequently partially removed in regions of the exposed semiconductor surface.
  • An etching process for example reactive ion etching (RIE) or a wet chemical etching process, can also be used for this. Finally the mask is removed.
  • RIE reactive ion etching
  • the mask remains covered areas of the metal layer or the underlying semiconductor body, apart from effects on the ablation flank, essentially unaffected.
  • a passivation layer is applied to the semiconductor surface and optionally to the metal layer.
  • This passivation layer serves as a protective layer for the underlying semiconductor surface.
  • a contact metallization is preferably formed on the metal layer, which can also cover the passivation layer.
  • This contact metallization serves in particular to improve and optimize the connection properties (bonding properties) of the contact layer.
  • the contact metallization recordable, materials in which ⁇ Control metals contain designed to minimize a mechanically stable wire connection with high electrical conductivity.
  • the contact metallization can have laterally larger dimensions than the metal layer, so that the lateral positioning of a wire connection is facilitated.
  • the passivation layer is advantageously used at the same time as electrical insulation between the contact metallization and the semiconductor surface.
  • the passivation layer in such a way that at least parts of the metal layer are not covered with the passivation layer, so that the subsequently applied contact metallization directly borders the metal layer in these uncovered areas and an electrically conductive contact between the metal layer and the contact metallization is formed.
  • a mask technique is preferably also used to apply and form the passivation layer.
  • a continuous passivation layer is applied to the Semiconductor surface and the metal layer applied.
  • the continuous passivation layer is provided with a mask, the passivation layer remaining uncovered in regions in which it borders on the metal layer. These uncovered parts of the passivation layer are subsequently removed, for example by means of an etching process, and the mask is finally removed.
  • the mask itself can in turn be produced photolithographically.
  • the method according to the invention can advantageously be used for the production of ridge waveguide structures.
  • Semiconductor lasers are operated with comparatively high currents and also require an operating temperature which is as constant as possible or adequate cooling with regard to their optical properties, so that a reduction in the contact resistance is particularly advantageous.
  • the contact resistance can also be advantageously reduced in the case of other semiconductor components with a structured surface.
  • FIG. 2 shows a current-voltage characteristic curve of a semiconductor component produced according to the invention in comparison to a component according to the prior art.
  • a semiconductor body 1 is provided on the basis of nitride compound semiconductors, FIG.
  • the semiconductor body can, for example, an active, radiation-generating layer 2, preferably with a quantum well
  • the substrate is considered part of the semiconductor body, the substrate itself not having to be a semiconductor.
  • the active layer 2 can, for example, have a quantum well structure with one or more InGaN layers, to which GaN or AlGaN layers 4a, 4b are arranged on one or both sides as waveguide and / or cladding layers.
  • the semiconductor layers are preferably deposited epitaxially on the substrate.
  • SiC substrates, sapphire substrates and GaN substrates are particularly suitable for this purpose in the case of nitride compound semiconductors.
  • the substrate is made of n-doped SiC or GaN.
  • a laser web is preferably produced with a p-contact surface of the semiconductor layers that is metallized over the entire surface.
  • the semiconductor layer 4b arranged between the active layer 2 and the substrate 5 is n-doped, for example with silicon, and the layer 4b opposite with respect to the active layer 2 is p-doped, for example with magnesium or zinc.
  • a metal layer 7 is deposited on the surface of the semiconductor body 6 facing away from the substrate, FIG. 1b.
  • the metal layer 7 can, for example, be a platinum layer with a thickness between 5 nm and 500 nm, preferably between 40 nm and 120 nm, layer thicknesses of about 100 nm have proven to be advantageous.
  • a dielectric mask 8, for example made of SiO 2 is subsequently formed on the metal layer.
  • a continuous mask layer for example a 500 nm thick SiO 2 layer, is first applied to the metal layer 7, FIG. 1c.
  • the mask can be produced by means of a conventional photolithographic method by applying a photoresist 9, exposing, developing the photoresist, removing the exposed or unexposed areas (depending on whether a positive or negative varnish is used) and removing, for example etching, that does not coexist regions of the mask layer 8, FIG.
  • the semiconductor body 1 is subsequently structured. For this purpose, the parts of the metal layer 7 not covered with the mask 8 are removed (FIG. 1e) and then parts of the semiconductor body underneath are removed (FIG. 1f).
  • the dielectric mask 8 can consist, for example, of aluminum oxide, silicon nitride, titanium oxide, Ta oxide and / or zirconium oxide.
  • the metal layer 7 is, for example, removed or etched off by sputtering. Wet chemical etching processes or RIE processes are suitable for the partial removal of the adjacent semiconductor layer 4b.
  • the metal layer and the semiconductor layer are particularly preferably removed by means of a dry etching method.
  • the photoresist layer is preferably still on the dielectric mask.
  • the semiconductor layer is removed essentially in the direction perpendicular to the layer plane.
  • the mask 8 in the top view is strip-shaped.
  • an elongated, cuboid-like semiconductor structure is formed by means of the removal, which forms the above-mentioned ridge waveguide.
  • a passivation layer 10 for example made of a silicon oxide or a silicon nitride, is applied to the semiconductor body, FIG.
  • a continuous passivation layer is first deposited.
  • the passivation layer is provided with a further mask 11, for example a photoresist mask, parts of the passivation layer 10 not being covered with the mask 11 in regions in which the passivation layer adjoins the metal layer 7 become.
  • the mask 11 can be produced, for example, by means of a photolithographic process.
  • Passivation layer 10 removed, for example etched away, so that the metal layer 7 is at least partially exposed.
  • the mask 11 is then removed.
  • a contact metallization 12 is applied over a large area on the side of the semiconductor body facing away from the substrate, FIG.
  • the contact metallization 12 is in direct contact with the metal layer 7 at least in some areas and also partially covers the surface of the passivation layer 10.
  • the contact metallization 12 forms an electrical connection surface of the component, via which a current can be impressed into the component during operation in connection with the metal layer 7.
  • the large-scale design makes it easier to form an electrical connection.
  • a direct connection to the metal layer 7 would to the same extent, if possible, require a significantly higher lateral positioning accuracy.
  • the selection of materials for the metal layer would be more restricted, since the metal layer should form good electrical and mechanical contact with the semiconductor body on the one hand and on the other hand should have advantageous connection properties (bonding properties) with regard to an electrical connection.
  • the contact metallization 12 can be optimized in particular with regard to an electrical connection to be made later.
  • the contact metallization is preferably applied in several layers (not shown). For example, a titanium layer as an adhesion promoter, a palladium or platinum layer as a diffusion barrier and a gold layer which forms the connection surface can be combined as contact metallization 12.
  • the method shown in FIG. 1 was explained on a single semiconductor body.
  • the method can also be carried out as part of the manufacturing process in the case of semiconductor bodies in the wafer assembly that have not yet been separated.
  • individual steps or sequences of steps of the method in particular the application of the metal layer and the subsequent structuring, can also take place in the wafer composite and the remaining steps can be carried out on individual semiconductor bodies.
  • FIG. 2 shows current-voltage characteristics of a component produced according to the invention in comparison to a component according to the prior art.
  • the characteristic curves were measured on laser diodes based on gallium nitride with a ridge waveguide (ridge width 5 ⁇ m, ridge length 600 ⁇ m).
  • the metal layer according to FIG. 1 was applied to the p-conducting side of the semiconductor body in accordance with the web structuring, in the component according to the prior art, however, after the opening of the passivation layer.
  • Line 13 and the associated measurement points represent the measurement result for the laser diode according to the invention
  • line 14 and the associated measurement points reflect the measurement result for the laser diode according to the prior art.
  • the voltage U assigned to a given current I is significantly lower in the invention than in the component according to the prior art.
  • the component according to the invention thus also has an advantageously reduced resistance U / l, which is essentially determined by the p-side contact resistance.
  • the explanation of the invention on the basis of the exemplary embodiments described is of course not to be understood as a restriction of the invention thereto.
  • the invention is not restricted to nitride compound semiconductors and can also contain components with semiconductor bodies of other semiconductor material systems, which can contain, for example, GaAs, GaP, InP, InAs, AIGaP, AIGaAs, GaAlSb, InGaAs, InGaAsP, InGaAlP, GaAlSbP, ZnSe or ZnCdSe be applied.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid-Verbindungshalbleiters. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Halbleiterkörper (1) bereitgestellt, der mindestens einen Nitrid-Verbindungshalbleiter enthält. Auf die Oberfläche (6) des Halbleiterkörpers (1) wird in einem zweiten Schritt eine Metallschicht (7) aufgebracht. Nachfolgend wird in einem dritten Schritt der Halbleiterkörper (1) strukturiert, wobei ein Teil der Metallschicht (7) und Teile des darunterliegenden Halbleiterkörpers (1) abgetragen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid-Verbindungshalbleiters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid-Verbindungs- halbleiters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Halbleiterbauelemente der genannten Art weisen einen einen Nitrid-Verbindungshalbleiter enthaltenden Halbleiterkörper auf. Unter einem Nitrid-Verbindungshalbleiter ist dabei insbesondere eine Nitridverbindung mit Elementen der dritten und/oder der fünften des Gruppe des Periodensystems der che- mischen Elemente zu verstehen. Dies sind beispielsweise Ver-"' bindungen wie GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, AlN und InN, die durch die Formel AlyInxGaι-x-yN, O≤x≤l , O≤y≤l, 0<x+y<l zusammengefaßt werden können.
Die Herstellung solcher Halbleiterbauelemente erfordert in der Regel auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers die Ausbildung von Kontaktflächen, die üblicherweise als Metall- schichten ausgeführt sind.
Der zwischen der KontaktSchicht und dem Halbleiterkörper ausgebildete Kontaktwiderstand soll dabei möglichst gering sein, da die am Kontaktwiderstand abfallende Leistung in Verlust- wärme umgesetzt wird und nicht zum funktioneilen Betrieb, beispielsweise zur Strahlungserzeugung bei einem strahlungs- emittierenden Bauelement, zur Verfügung steht. Zudem muß für eine ausreichende Abfuhr der Verlustwärme gesorgt werden, um eine zu starke Temperaturerhöhung des Bauelements zu vermeiden. Andernfalls besteht die Gefahr einer thermisch induzierten Beschädigung des Bauelements.
Bei Galliumnitrid-basierenden Bauelementen entstehen vor allem bei p-dotierten Halbleiterbereichen in Verbindung mit ei- ner Metallschicht vergleichsweise hohe Kontaktwiderstände. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß insbesondere bei strukturierten Halbleiteroberflächen, zum Beispiel bei Stegwellenleiterstrukturen, hohe Kontaktwiderstände auftreten.
Derartige Stegwellenleiterstrukturen sind beispielsweise aus Properties, Processing and Applications of Gallium Nitride and Related Semiconductors, EMIS Datareviews Series No . 23, J. H. Edgar, S. Strite (ed.), Inspec 1999, pp. 616-622 be- kannt . Hierin ist ein Halbleiterlaser beschrieben, der einen Halbleiterkörper mit einer Schichtenfolge aufweist, die eine Mehrzahl von GaN- und AlGaN-Schichten sowie eine InGaN-Mehr- fachquantentopfStruktur umfaßt. Die Schichtenfolge ist auf '•' ein SiC-Substrat aufgebracht. Auf der von dem Substrat abge- wandten Seite ist aus dem Halbleiterkörper eine langgestreckte, quaderartige Stegstruktur herausgeformt, die oberseitig mit einer Kontaktmetallisierung versehen ist. Diese Stegstruktur bildet einen Wellenleiter zur Führung des in dem Halbleiterkörper erzeugten Strahlungsfeldes.
Zur Ausbildung einer solchen Stegstruktur wird üblicherweise zunächst ein Halbleiterkörper mit unstrukturierter Oberfläche hergestellt, von dem nachfolgend Bereiche, die an den zu bildenden Steg lateral angrenzen, mittels eines Ätzverfahrens abgetragen werden. Der Halbleiterkörper kann dann gegebenenfalls mit einer Passivierungsschicht versehenen werden. Zum Abschluß wird die Kontaktmetallisierung aufgebracht.
In der US 6,130,446 ist eine geätzte Nitrid-Halbleiterstruk- tur beschrieben, bei der nach dem strukturierenden Ätzen ei- ■ ner p-GaN-Halbleiterschicht auf deren Oberfläche ein p-Kon- takt aufgebracht wird. Der p-Kontakt muß aufgrund von Ju- stage- und Ätztoleranzen, um einen Kurzschluß des pn-Über- gangs, kleiner sein als die Oberfläche die zugeordnete p-GaN- Oberfläche. Dies ist aber nachteilig hinsichtlich eines möglichst geringen Bauteil-Widerstandes. In der JP 2000-188440 A ist eine GaN-Halbleiteranordnung beschrieben, die zur uside-down Montage vorgesehen ist und bei der eine Ni-Kontaktschicht zunächst maskiert und naßchemisch geätzt wird und die p-GaN-Schicht durch geätzte Öffnungen der Ni-Kontaktschicht zur Strukturierung trockengeätzt wird. Dieses Verfahren führt zu geneigten Ätzflanken der Halbleiterstruktur.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid-Verbindungshalbleiters mit einer strukturierten Oberfläche anzugeben, das eine Kontaktschicht mit einem verbesserten, insbesondere geringeren Kontaktwiderstand aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 23.
Es ist vorgesehen, in einem ersten Schritt einen einen Ni- trid-Verbindungshalbleiter enthaltenden Halbleiterkörper bereitzustellen, auf dessen Oberfläche in einem zweiten Schritt eine Metallschicht aufgebracht wird. In einem dritten Schritt wird die Oberfläche des Halbleiterkörpers strukturiert, wobei ein Teil der Metallschicht und ein Teil des darunterliegenden Halbleiterkörpers abgetragen wird. Als Nitrid-Verbindungshalbleiter sind insbesondere Verbindungen mit der Formel AlyInxGaι_x-yN, O≤x≤l, O≤y≤l, 0<x+y<l bevorzugt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bereits vor der Struk- turierung eine Metallschicht auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird, die später als KontaktSchicht oder als Teil einer Kontaktschicht dienen kann.
Das Verfahren wird besonders bevorzugt zur Herstellung eines niederohmigen p-Kontaktes eingesetzt, wobei eine selbstjustierende unterste p-Kontaktschicht und vorzugsweise gleichzeitig eine über dem p-Kontakt aufgebrachte dielektrische Ätzhilfsmaske verwendet wird. Eine p-Anschlußschicht (z.B. Anschlußmetallisierung) wird vor dem Ätzen des Halbleitermaterials aufgebracht und in einem (oder mehreren) aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten sowohl die darunterliegende p- Kontaktschicht als auch die p-Nitridhalbleiterschicht chemisch, insbesondere trockenchemisch strukturiert .
Insbesondere mit Hilfe einer dielektrischen Hilfsmaske (z.B. aus Silizium (di) oxid, Aluminiumoxid und/oder Titanoxid) zwi- sehen einer Photolackschicht und einer Metallschicht entsteht eine trockenchemisch sehr ätzresistente Schicht, die als Maskierung den Vorteil sehr steiler Stegstrukturen mit sich bringt. Bei Laserstegstrukturen ist der Vorteil steiler Laserstegstrukturen mit idealen Wellenleitungs-Eigenschaften vereint.
Bei dem Verfahren wird die p-Metallschicht und die p-Nitridhalbleiterschicht in einem oder zumindest in direkt aufeinanderfolgenden Ätzschritten, insbesonder Trockenätzschritten strukturiert. Dies ist ein selbstjustierenden Prozess. Die gesamte p-Nitridhalbleiterstruktur wird vorteilhafterweise komplett metallisiert.
Mit dem Verfahren wird die gesamte zum elektrischen Anschluß zur Verfügung stehende Oberfläche einer p-Nitridhalbleiterstruktur komplett metallisiert bei gleichzeitig sehr steilen Flanken der p-Nitridhalbleiterstruktur.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, bei einem Lasersteg an dessen p-Kontakt-Anschlußflache (Oberfläche des Laserstegs) nahezu dieselben Stegbreiten zu erreichen wie am wellenführungsbestimmenden Ridgefuß (Unterkante des Laserstegs) . Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere auf GaN und verwandten Materialien eine maximal mögliche Anschlußfläche auf einer p-leitenden Oberfläche angeboten. Es hat sich gezeigt, daß bei der Strukturierung des Halbleiterkörpers Fremdstoffe in den Halbleiterkörper eindringen oder sich auf dessen Oberfläche ansammeln können. Wird nachfolgend auf diese Oberfläche eine Kontaktmetallisierung auf- gebracht, so können elektrische Eigenschaften des so gebildeten Kontakts, insbesondere der Kontaktwiderstand, durch die Fremdstoffe verschlechtert bzw. erhöht werden. Bei der Erfindung wird ein vorteilhaft niedriger Kontaktwiderstand erreicht, da durch die Aufbringung der Metallschicht vor der Strukturierung ein Eindringen von Fremdstoffen in den Metall- Halbleiter-Grenzbereich verhindert oder zumindest reduziert wird.
Zur teilweisen Abtragung der Metallschicht und des darunter- liegenden Halbleiterkörpers wird vorzugsweise eine Maskentechnik herangezogen. Dazu wird auf die Metallschicht eine geeignete, an das spätere Abtragungsverfahren angepaßte Maske aufgebracht, die beispielsweise ein Siliziumoxid enthalten kann. Die Maske selbst wird bevorzugt mittels eines herkömmlichen photolithographischen Verfahrens ausgebildet, wobei die abzutragenden Bereiche der Metallschicht nicht mit der Maske bedeckt werden.
Nachfolgend werden zunächst die nicht von der Maske bedeckten Bereiche der Metallschicht entfernt, so daß die darunterliegende Halbleiteroberfläche freigelegt wird. Zur Entfernung der Metallschicht eignen sich beispielsweise Ätzverfahren oder Rücksputterverfahren.
Nachfolgend wird der Halbleiterkörper teilweise in Bereichen der freigelegten Halbleiteroberfläche abgetragen. Hierfür kann ebenfalls ein Ätzverfahren, zum Beispiel reaktives Ionenätzen (RIE, reaktiv ion etching) oder ein naßchemisches Ätzverfahren, dienen. Abschließend wird die Maske entfernt.
Sowohl bei der Entfernung der Metallschicht als auch bei der Abtragung des Halbleiterkörpers bleiben die von der Maske be- deckten Bereiche der Metallschicht bzw. des darunterliegenden Halbleiterkörpers, abgesehen von Einwirkungen an der Abtragungsflanke, im wesentlichen unbeeinflußt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach der Strukturierung des Halbleiterkörpers auf die Halbleiteroberfläche und gegebenenfalls auf die Metallschicht eine Pas- sivierungsschicht aufgebracht . Diese Passivierungsschicht dient als Schutzschicht für die darunterliegende Halbleiter- Oberfläche.
Bevorzugt wird nachfolgend auf der Metallschicht eine Kon- taktmetallsierung ausgebildet, die auch die Passivierungsschicht bedecken kann. Diese Kontaktmetallisierung dient ins- besondere zur Verbesserung und Optimierung der Anschlußeigenschaften (Bondeigenschaften) der Kontaktschicht. Dazu kann die Kontaktmetallisierung bespielsweise Materialien, in der ■ Regel Metalle, enthalten, die einen mechanisch stabilen Drahtanschluß mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ermögli- chen. Weiterhin kann die Kontaktmetallisierung lateral größere Abmessungen als die Metallschicht aufweisen, so daß die laterale Positionierung eines Drahtanschlusses erleichtert wird. Hierbei wird vorteilhafterweise die Passivierungsschicht zugleich als elektrische Isolation zwischen der Kon- taktmetallisierung und der Halbleiteroberfläche verwendet.
Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, die Passivierungsschicht so auszubilden, daß zumindest Teile der Metall- Schicht nicht mit der Passivierungsschicht bedeckt werden, so daß die nachfolgend aufgebrachte Kontaktmetallisierung in diesen unbedeckten Bereichen unmittelbar an die Metallschicht grenzt und ein elektrisch gut leitender Kontakt zwischen der Metallschicht und der Kontaktmetallisierung ausgebildet wird.
Vorzugsweise wird zur Aufbringung und Formung der Passivierungsschicht ebenfalls eine Maskentechnik angewandt. Hierbei wird zunächst eine durchgehende Passivierungsschicht auf die Halbleiteroberfläche und die Metallschicht aufgetragen. Die durchgehende Passivierungsschicht wird mit einer Maske versehen, wobei die Passivierungsschicht in Bereichen, in denen sie an die Metallschicht grenzt, unbedeckt bleibt. Nachfol- gend werden diese unbedeckten Teile der Passivierungsschicht abgetragen, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens, und abschließend die Maske entfernt. Die Maske selbst kann wiederum photolithographisch hergestellt werden.
Bei Halbleiterlasern auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise zur Herstellung von Stegwellenleiterstrukturen angewandt werden. Halbleiterlaser werden mit vergleichsweise hohen Strömen betrieben und erfordern zudem hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften eine möglichst gleichbleibende Betriebstemperatur bzw. eine ausreichende Kühlung, so daß eine Verringerung des Kontaktwiderstands besonders vorteilhaft ist. Aber auch bei anderen Halbleiterbauelementen mit einer strukturierten Oberfläche kann mittels der Erfindung der Kon- taktwiderstand mit Vorteil gesenkt werden.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen
Figur la bis li eine schematische Ablaufdarstellung eines AusführungsbeiSpiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsver- fahren und
Figur 2 eine Strom-Spannungs-Kennlinie eines erfindungsgemäß hergestellten Halbleiterbauelements im Vergleich zu einem Bauelement nach dem Stand der Technik.
Gleiche oder gleich wirkende Element sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Im ersten Schritt des in Figur 1 dargestellten Herstellungsverfahrens wird ein Halbleiterkörper 1 auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern bereitgestellt, Figur la. Der Halbleiterkörper kann beispielsweise eine aktive, strahlungs- erzeugende Schicht 2, vorzugsweise mit einer Quantentopf-
Struktur 3, sowie weitere Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten 4a, 4b enthalten, die auf ein Substrat 4 aufgebracht sind. Das Substrat wird hierbei als Teil des Halbleiterkörpers betrachtet, wobei das Substrat selbst kein Halbleiter sein muß. Die aktive Schicht 2 kann zum Beispiel eine Quantentopfstruktur mit einer oder mehreren InGaN-Schichten aufweisen, der ein- oder beidseitig GaN- oder AlGaN-Schichten 4a, 4b als Wellenleiter- und/oder Mantelschichten nachgeordnet sind.
Vorzugsweise werden die Halbleiterschichten epitaktisch auf dem Substrat abgeschieden. Hierfür eignen sich bei Nitrid- Verbindungshalbleitern insbesondere SiC-Substrate, Saphirsubstrate und GaN-Substrate . Vorliegend ist das Substrat aus n- dotiertem SiC oder GaN.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise ein Lasersteg mit einer ganzflächig metallisierten p-Kontaktfläche der Halbleiterschichten hergestellt.
Zur Ausbildung eines Strahlungserzeugenden pn-Übergangs ist bei dem Ausführungsbeispiel die zwischen der aktiven Schicht 2 und dem Substrat 5 angeordnete Halbleiterschicht 4b n-do- tiert, beispielsweise mit Silizium, und die bezüglich der ak- tiven Schicht 2 gegenüberliegende Schicht 4b p-dotiert, beispielsweise mit Magnesium oder Zink.
Im nächsten Schritt wird auf der substratabgewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers 6 eine Metallschicht 7 abgeschie- den, Figur Ib. Die Metallschicht 7 kann beispielsweise eine Platinschicht mit einer Dicke zwischen 5 nm und 500 nm, be- vorzugt zwischen 40 nm und 120 nm sein, wobei sich Schichtdicken von etwa 100 nm als vorteilhaft erwiesen haben.
Nachfolgend wird auf der Metallschicht eine dielektrische Maske 8, beispielsweise aus Si02, ausgebildet. Dazu wird zunächst eine durchgehende Maskenschicht, zum Beispiel eine 500 nm dicke Si02-Schicht , auf die Metallschicht 7 aufgebracht, Figur lc . Die Maske kann mittels eines herkömmlichen photolithographischen Verfahrens hergestellt werden durch Auftragen eines Photolacks 9, Belichten, Entwickeln des Photolacks, Entfernen der belichteten oder unbelichteten Bereiche (je nachdem, ob ein Positiv- oder Negativlack verwendet wird) und Abtragen, beispielsweise Abätzen, der nicht mit dem Photolack bedeckten Bereiche der Maskenschicht 8, Figur Id.
Nachfolgend wird der Halbleiterkörper 1 strukturiert. Dazu werden die nicht mit der Maske 8 bedeckten Teile der Metallschicht 7 entfernt (Figur le) und dann Teile des darunterliegenden Halbleiterkörpers abgetragen (Figur lf) .
Die dielektrische Maske 8 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Titanoxid, Ta-Oxid und/oder Zirkonoxid bestehen.
Die Metallschicht 7 wird beipsielsweise durch Rucksputtern entfernt oder abgeätzt. Zur teilweisen Abtragung der angrenzenden Halbleiterschicht 4b eignen sich beispielsweise naßchemische Ätzverfahren oder RIE-Verfahren.
Besonders bevorzugt werden die Metallschicht und die Halbleiterschicht mittels eines Trockenätzverfahrens abgetragen. Hierzu befindet sich vorzugsweise die Photolackschicht noch auf der dielektrischen Maske.
Bei dem gezeigten Auführungsbeispiel wird die Halbleiterschicht im wesentlichen in senkrechter Richtung zur Schichtebene abgetragen. Zur Ausbildung eines Wellenleiterstegs ist die Maske 8 in der Aufsicht (nicht dargestellt) streifenför- mig ausgeführt . Auf der substratabgewandten Seite der Schicht 4b wird so vermittels der Abtragung eine langgestreckte, quaderartige Halbleiterstruktur ausgeformt, die den genannten Stegwellenleiter bildet.
Im nächsten Schritt wird eine Passivierungsschicht 10, beispielsweise aus einem Siliziumoxid oder einem Siliziumnitrid, auf den Halbleiterkörper aufgebracht, Figur lg. Dabei wird zunächst eine durchgehende Passivierungsschicht abgeschieden. Um eine Öffnung in der Passivierungsschicht zu der Metallschicht zu bilden, wird die Passivierungsschicht mit einer weiteren Maske 11, beispielsweise eine Photolackmaske versehen, wobei Teile der Passivierungsschicht 10 in Bereichen, in denen die Passivierungsschicht an die Metallschicht 7 grenzt, nicht mit der Maske 11 bedeckt werden. Die Maske 11 kann beispielsweise, wie bereits beschrieben, mittels eines photolithographischen Verfahrens hergestellt werden.
In den von der Maske 11 unbedeckten Bereichen wird nun die
Passivierungsschicht 10 abgetragen, beispielsweise abgeätzt, so daß die Metallschicht 7 zumindest teilweise freigelegt wird. Danach wird die Maske 11 entfernt.
Zum Abschluß des Verfahrens wird auf der substratabgewandten Seite des Halbleiterkörpers eine Kontaktmetallisierung 12 großflächig aufgebracht, Figur lh. Die Kontaktmetallisierung 12 steht zumindest in Teilbereichen in unmittelbarem Kontakt zu der Metallschicht 7 und bedeckt teilweise auch die Ober- fläche der Passivierungsschicht 10.
Die Kontaktmetallisierung 12 bildet eine elektrische Anschlußfläche des Bauelements, über die in Verbindung mit der Metallschicht 7 im Betrieb ein Strom in das Bauelement einge- prägt werden kann. Durch die großflächige Ausführung wird die Ausbildung eines elektrischen Anschlusses erleichtert . Ein unmittelbarer Anschluß an die Metallschicht 7 würde im Ver- gleich dazu, sofern möglich, eine deutlich höhere laterale Positioniergenauigkeit erfordern. Zudem wäre die Materialauswahl für die Metallschicht stärker eingeschränkt, da die Metallschicht einerseits einen guten elektrischen und mechani- sehen Kontakt mit dem Halbleiterkörper bilden und andererseits vorteilhafte Anschlußeigenschaften (Bondeigenschaften) hinsichtlich eines elektrischen Anschlusses aufweisen soll.
Die Kontaktmetallsierung 12 hingegen kann insbesondere hin- sichtlich eines später anzubringenden elektrischen Anschlusses optimiert werden. Vorzugsweise wird die Kontaktmetallisierung in mehreren Schichten (nicht dargestellt) aufgebracht. Dabei können beispielsweise eine Titanschicht als Haftvermittler, eine Palladium- oder Platinschicht als Diffu- sionssperre und eine Goldschicht, die die Anschlußoberfläche bildet, als Kontaktmetallisierung 12 kombiniert werden.
Das in Figur 1 gezeigte Verfahren wurde der Übersichtlichkeit halber an einem einzelnen Halbleiterkδrper erläutert . Vor- teilhafterweise kann das Verfahren auch im Rahmen des Fertigungsprozesses bei noch nicht vereinzelten Halbleiterkörpern im Waferverbund durchgeführt werden. Weitergehend können auch einzelne Schritte oder Schrittfolgen des Verfahrens, insbesondere die Aufbringung der Metallschicht und die nachfol- gende Strukturierung, im Waferverbund erfolgen und die übrigen Schritte an vereinzelten Halbleiterkδrpern durchgeführt werden .
In Figur 2 sind Strom-Spannungs-Kennlinien eines erfindungs- gemäß hergestellten Bauelements im Vergleich zu einem Bauelement nach dem Stand der Technik dargestellt.
Die Kennlinien wurden an Laserdioden auf Galliumnitrid-Basis mit einem Stegwellenleiter (Stegbreite 5 μm, Steglängen 600 μm) gemessen. Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement wurde die Metallschicht Figur 1 entsprechend vor der Stegstrukturierung auf die p-leitende Seite des Halbleiterkörpers aufgebracht, bei dem Bauelement nach dem Stand der Technik hingegen nach der Öffnung der Passivierungsschicht.
Aufgetragen ist jeweils die an der Laserdiode abfallende Spannung U in Abhängigkeit eines eingeprägten Betriebstroms I . Die Linie 13 und die zugehörigen Meßpunkte geben das Meßergebnis für die erfindungsgemäße Laserdiode, die Linie 14 und die zugehörigen Meßpunkte das Meßergebnis für die Laserdiode nach dem Stand der Technik wieder.
Im gesamten Meßbereich ist die einem gegebenen Strom I zugeordnete Spannung U bei der Erfindung deutlich geringer als bei dem Bauelement nach dem Stand der Technik. Damit weist das erfindungsgemäße Bauelement auch einen vorteilhaft ver- ringerten Widerstand U/l auf, der im wesentlichen durch den p-seitigen Kontaktwiderstand bestimmt ist.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Aus- führungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschrän- kung der Erfindung hierauf zu verstehen. Weitergehend ist die Erfindung nicht auf Nitrid-Verbindungshalbleiter beschränkt und kann auch bei Bauelementen mit Halbleiterkörpern anderer Halbleitermaterialsysteme, die beispielsweise GaAs, GaP, InP, InAs, AIGaP, AIGaAs, GaAlSb, InGaAs, InGaAsP, InGaAlP, GaAlSbP, ZnSe oder ZnCdSe enthalten können, angewandt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines mindestens einen Nitrid- Verbindungshalbleiter enthaltenden Halbleiterbauelements, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte: a) Bereitstellen eines mindestens einen Nitrid-Verbindungs- halbleiter enthaltenden Halbleiterkörpers (1) auf einem Substrat, b) Aufbringen einer Metallschicht (7) auf eine Oberfläche (6) des Halbleiterkδrpers (1) , c) Trockenchemisches Abtragen eines Teils der Metallschicht
(7) und eines Teils des von der abgetragenen Metallschicht (7) zuvor bedeckten Halbleiterkörpers (1) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Nitrid-Verbindungshalbleiter eine Verbindung mit der Formel AlyInxGaι-x-yN, O≤x≤l, O≤y≤l, 0<x+y<l ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Schritt c) die Schritte
- Ausbilden einer Maske (8) auf der Metallschicht (7) , wobei ein Teil der Metallschicht (7) von der Maske (8) nicht be- deckt wird,
- Abtragen des von der Maske (8) nicht bedeckten Teils der Metallschicht (7) , wobei ein Teil der Oberfläche (6) des Halbleiterkörpers (1) freigelegt wird,
- teilweises Abtragen des Halbleiterkörpers (1) in Bereichen der freigelegten Oberfläche und
- Entfernen der Maske (8) umfaßt .
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Maske (8) eine dielektrische Maske ist, die insbesondere mindestens ein Material aus der Gruppe von Materialien beste- hend aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Titanoxid, Ta-Oxid und Zirkonoxid enthält oder aus einem Schichtsystem aus solchen Materialien besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Maske (8) photolithographisch hergestellt wird, wozu insbesondere eine Photolackmaske auf der Maske hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht (7) mittels eines Rücksputterverfahrens oder eines Ätzverfahrens abgetragen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Halbleiterkörper (1) mittels eines Ätzverfahrens abgetragen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verfahren fortgesetzt wird mit dem Schritt d) Aufbringen einer Passivierungsschicht (10) auf die Halbleiteroberfläche (1) , wobei zumindest ein Teil der Metall- schicht (7) nicht von der Passivierungsschicht (10) bedeckt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Schritt d) die Schritte
- Aufbringen einer durchgehenden Passivierungsschicht (10) auf die Halbleiteroberfläche (6) und die Metallschicht (7) ,
- Aufbringen einer Maske (11) auf der durchgehenden Passi- vierungsschicht (10) , wobei zumindest in einem Bereich, in dem die Passivierungsschicht (10) an die Metallschicht (7) grenzt, die Maske (11) die Passivierungsschicht (10) nicht bedeckt , - Entfernen von Teilen der Passivierungsschicht (10) , die nicht mit der Maske (11) bedeckt sind und - Entfernen der Maske (11) umfaßt .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Passivierungsschicht (11) ein Siliziumoxid enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Maske (11) photolithographisch hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verfahren fortgesetzt wird mit dem Schritt e) Aufbringen einer Kontaktmetallisierung (12) .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht (7) Platin oder Palladium enthält
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dicke der Metallschicht (7) zwischen 5 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 40 nm und 120 nm liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Halbleiterkδrper (1) in einem an die Metallschicht (7) grenzenden Bereich p-dotiert ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der p-dotierte Bereich des Halbleiterkörper (1) mit Magnesium oder Zink dotiert ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Halbleiterkörper (1) eine Strahlungserzeugende aktive Schicht (2) umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vermittels des teilweisen Abtragens des Halbleiterkörpers (1) in Schritt c) eine Halbleiterstegstruktur ausgeformt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halbleiterstegstruktur zumindest für Teile der von der aktiven Schicht (2) erzeugten Strahlung einen Wellenleiter bildet.
20. Verfahren nach Anspruch 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Halbleiterbauelement eine Lumineszenzdiode ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lumineszenzdiode eine Lichtemissiondiode oder eine Laserdiode, insbesondere eine Laserdiode mit einem Stegwellenleiter, ist.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat n-leitend ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat n-dotiertes SiC oder n-dotiertes GaN ist.
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