Höhere Ausbeute durch Laserritzen beim Herstellen von Spaltfacetten bei GaN-basierten Laserdioden

GaN-basierte Laserdioden erfordern atomar glatte und parallele Spiegelfacetten. Das Spalten ist bei den meisten Halbleitersystemen, wie z.B. GaAs, die dafür bevorzugte Methode, da der Kristall dabei entlang seiner natürlichen Spaltfläche bricht. Nach unserer Erfahrung leiden die gegenwärtig verfügbaren GaN-Substrate unter Kristallfehlern. Sie können zu ungewolltem Brechen des Wafers führen oder eine sich ausbreitende Spaltfläche von ihrer idealen planaren Form ablenken. Die klassische Technik des Diamantritzens und Spaltens führt oft zu einer geringen Ausbeute bei der Wafervereinzelung. Unter Verwendung eines UV-Lasers und einer segmentierten Ritzlinie wurde die Laserbearbeitung aktiver Laserstrukturen auf c-Flächen-GaN untersucht und mit konventioneller Diamantritzung an der Waferkante verglichen.

GaN-Wafer mit prozessierten Breitstreifenlasern wurden zuerst in 7,5 mm breite, parallel zu den Kontaktstreifen verlaufende Segmente zerlegt. Jedes Segment wurde dann in Riegel mit einer Resonatorlänge von 1300 µm gespalten. Das Laserritzen erfolgte mit einem Laser, der bei einer Wellenlänge von 355 nm emittiert und 30-ns-Pulse mit einer Wiederholfrequenz von 20 kHz liefert. Redeponiertes Material entlang der Ritzlinie wurde durch nasschemisches Ätzen von der Waferoberfläche entfernt. Zuerst wurde die Abhängigkeit des Ritzgrabens von der Scangeschwindigkeit und der mittleren Pulsenergie des Ritzlasers untersucht. Während die Tiefe des Ritzgrabens umgekehrt proportional mit der Laserscangeschwindigkeit ansteigt, erhöht sich die Breite des Ritzgrabens mit ansteigender Laserpulsenergie. Unabhängig von der Laserpulsenergie wurden häufig Oberflächenrisse durch den Laserritzprozess generiert, die jedoch durch eine erhöhte Laserscangeschwindigkeit reduziert werden konnten. Wie man in Abb. 1(a) sieht wurde der lasergeritzte Graben segmentiert und zwischen die p-Kontaktstreifen der Laser mit einem Abstand von 70 µm zum p-Kontakt platziert, um so jedwede Schädigung des Kontakts und Oberflächenkontaminationen durch Wiederablagerungen zu minimieren. Abb. 1(b) zeigt ein typisches Querschnittsbild einer gespaltenen Laserfacette nach dem Laserritzen. Die Spaltfläche enthält weniger Terrassen im Vergleich zu der einer diamantgeritzten Probe. Weiterhin konzentrieren sich die meisten der Terrassen unterhalb der Ritzgräben, wie man in Abb. 1(c) und (d) sieht.

Im Vergleich zur Diamantritzung an der Waferkante erhöhte die segmentierte Laserritzung die Ausbeute an korrekt gebrochenen Laserriegeln um mindestens den Faktor zwei. Die Kennlinien der Lichtausgangsleistung und Spannung in Abhängigkeit des Stroms (L-I-V) wurden an Bauelementen auf den Laserriegeln vermessen und sind in Abb. 2 gezeigt. Die Schwellenstromdichte, die Schwellenspannung und die differenzielle Effizienz für die unterschiedlichen Ritzmethoden sind sehr ähnlich, d.h. die Ritzmethode hat offensichtlich keinen Einfluss auf die elektrischen und optischen Betriebseigenschaften der Bauelemente. Das segmentierte Laserritzen ist folglich ein Verfahren, mit dem ausreichend glatte Spiegelfacetten innerhalb definierter Spaltstraßen von Laserdioden auf c-Flächen-GaN-Substraten realisiert werden können – ohne Nachteile bezüglich der Betriebseigenschaften der Bauelemente.