JP2982453B2 - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体のガスエッチング方法 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体のガスエッチング方法Info
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- JP2982453B2 JP2982453B2 JP3338652A JP33865291A JP2982453B2 JP 2982453 B2 JP2982453 B2 JP 2982453B2 JP 3338652 A JP3338652 A JP 3338652A JP 33865291 A JP33865291 A JP 33865291A JP 2982453 B2 JP2982453 B2 JP 2982453B2
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- iii
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体の多層構造の選択ガスエッチングに関するものであ
る。
導体の多層構造の選択ガスエッチングに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】デバイス構造の複雑化に伴って結晶基板
の一部を局所的にエッチングにより取り除き、その個所
に再び別な成長層を成長させたり、あるいは、金属等を
蒸着することが行われている。このためには、従来結晶
表面にＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等をマスクとしてリソグラ
フィー技術を用いて取り除きその窓を通してＧａＡｓ系
では硫酸系あるいは水酸化ナトリウム系エッチング液に
よって結晶の一部を取り除く事が行われている。ところ
でその上に、再びエピタキシャル層の成長を行う場合、
エッチングした表面に薄い酸化層が残る。この酸化層は
キャリアのシンクとなり高抵抗となったり、非発光領域
となったりして、デバイス製作上大きな障害となる場合
が多かった。この現象を避けるために例えばエピタキシ
ャル層をハイドライド気相成長法を用いて行なう場合、
成長の直前に成長装置の中に塩化水素（ＨＣｌ）を加え
ることによってｉｎ−ｓｉｔｕのガスエッチングを行な
う方法がある。このエッチングの直後にガス雰囲気を切
り替えて成長を行なえば、前記のようなエッチング液、
あるいはエッチング後の大気中にさらすことによる酸化
膜の形成を無くすことができ、良好な界面を有する再成
長層が得られる。
の一部を局所的にエッチングにより取り除き、その個所
に再び別な成長層を成長させたり、あるいは、金属等を
蒸着することが行われている。このためには、従来結晶
表面にＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等をマスクとしてリソグラ
フィー技術を用いて取り除きその窓を通してＧａＡｓ系
では硫酸系あるいは水酸化ナトリウム系エッチング液に
よって結晶の一部を取り除く事が行われている。ところ
でその上に、再びエピタキシャル層の成長を行う場合、
エッチングした表面に薄い酸化層が残る。この酸化層は
キャリアのシンクとなり高抵抗となったり、非発光領域
となったりして、デバイス製作上大きな障害となる場合
が多かった。この現象を避けるために例えばエピタキシ
ャル層をハイドライド気相成長法を用いて行なう場合、
成長の直前に成長装置の中に塩化水素（ＨＣｌ）を加え
ることによってｉｎ−ｓｉｔｕのガスエッチングを行な
う方法がある。このエッチングの直後にガス雰囲気を切
り替えて成長を行なえば、前記のようなエッチング液、
あるいはエッチング後の大気中にさらすことによる酸化
膜の形成を無くすことができ、良好な界面を有する再成
長層が得られる。
【０００３】ところで、この従来のｉｎ−ｓｉｔｕのガ
スエッチングは、例えば、第３８回応用物理関係連合講
演会，１９９１年春，Ｎｏ．３，３１ａ−Ｋ−６に報告
されている。報告では表面の＜０１１＞方向にＳｉＯ2
をマスクに窓を形成したＧａＡｓ基板のｉｎ−ｓｉｔｕ
のガスエッチングによってできたエッチング溝の形状、
特に側壁面の平坦化方法について報告されている。しか
し、２種類以上の異なる半導体結晶からなる多層構造基
板のｉｎ−ｓｉｔｕのガスエッチングについては何ら示
されていない。すなわち、２種類の結晶のエッチング速
度の違いから、エッチング溝の形状がどのようになるか
分かっていない。また、エッチング後その場所の表面が
平坦で鏡面性の良い面が得られるかも分かっていない。
スエッチングは、例えば、第３８回応用物理関係連合講
演会，１９９１年春，Ｎｏ．３，３１ａ−Ｋ−６に報告
されている。報告では表面の＜０１１＞方向にＳｉＯ2
をマスクに窓を形成したＧａＡｓ基板のｉｎ−ｓｉｔｕ
のガスエッチングによってできたエッチング溝の形状、
特に側壁面の平坦化方法について報告されている。しか
し、２種類以上の異なる半導体結晶からなる多層構造基
板のｉｎ−ｓｉｔｕのガスエッチングについては何ら示
されていない。すなわち、２種類の結晶のエッチング速
度の違いから、エッチング溝の形状がどのようになるか
分かっていない。また、エッチング後その場所の表面が
平坦で鏡面性の良い面が得られるかも分かっていない。
【０００４】本発明は、上記の従来の欠点を取り除き、
気相成長装置を用いて、ＳｉＯ2 等のマスクの開口部を
通して２種類以上の異なる半導体から形成された多層構
造を持つ基板のガスエッチングを行なう場合、特にデバ
イス構造の関連などから重要な部分のマスク下にできる
側壁面を平坦にエッチングし、そのエッチング面上の表
面状態が平坦でかつ鏡面性の良い再成長層が得ることが
できるような選択ガスエッチング方法を提供しようとす
るものである。
気相成長装置を用いて、ＳｉＯ2 等のマスクの開口部を
通して２種類以上の異なる半導体から形成された多層構
造を持つ基板のガスエッチングを行なう場合、特にデバ
イス構造の関連などから重要な部分のマスク下にできる
側壁面を平坦にエッチングし、そのエッチング面上の表
面状態が平坦でかつ鏡面性の良い再成長層が得ることが
できるような選択ガスエッチング方法を提供しようとす
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層が２種類以上形成された（１００）多層
構造基板を選択的にガスエッチングする方法において、
前記基板表面に基板の＜０１１＞方向に沿った開口部を
有するマスク材を形成する工程と、ＩＩＩ族およびＶ族
原料ガスを基板上に供給すると同時に塩化水素を導入し
前記基板表面の開口部におけるエッチング速度を１分間
当たり０．３μｍ以下とし、前記開口部にエッチング溝
を形成する工程とを備えていることが得られる。
化合物半導体層が２種類以上形成された（１００）多層
構造基板を選択的にガスエッチングする方法において、
前記基板表面に基板の＜０１１＞方向に沿った開口部を
有するマスク材を形成する工程と、ＩＩＩ族およびＶ族
原料ガスを基板上に供給すると同時に塩化水素を導入し
前記基板表面の開口部におけるエッチング速度を１分間
当たり０．３μｍ以下とし、前記開口部にエッチング溝
を形成する工程とを備えていることが得られる。
【０００６】
【作用】図１のようなＧａＡｓ（１００）基板結晶１上
にＩｎＧａＰ層２とＧａＡｓ層３が交互に堆積された構
造を例に説明する。
にＩｎＧａＰ層２とＧａＡｓ層３が交互に堆積された構
造を例に説明する。
【０００７】この基板結晶１の表面上にＳｉＯ2 膜４を
堆積し、リソグラフィ技術により＜０１１＞方向に長方
形の窓（開口部）５をあけたものを用意し、ハイドライ
ド法気相成長装置を用いて、ガスエッチング実験をおこ
なった。この方法では、ＩＩＩ族およびＶ族原料ガスと
同時に塩化水素を供給することによってｉｎ−ｓｉｔｕ
エッチングができ、その量によってエッチング速度を制
御できる。上記の基板の＜−１００＞方向のエッチング
速度が１分間当たり０．６μｍおよび０．３μｍのと
き、それぞれ図２（ａ）、（ｂ）のようなエッチング溝
が形成された。すなわち、１分間当たり０．６μｍのエ
ッチング速度の条件では、（ａ）図のように、ＧａＡｓ
層１１とＩｎＧａＰ層１２の積層構造部分と、ＧａＡｓ
基板１３によって出来る側壁面１４の形状が異なる。ま
た、ＧａＡｓ層１１とＩｎＧａＰ層１２の側壁部分に凸
凹が出来ることがわかった。それに比べ１分間当たり
０．３μｍ前後およびそれ以下のエッチング速度では、
（ｂ）図のように側壁面１５は平坦で鏡面性の良い表面
となった。この結果を用いたのが本発明である。
堆積し、リソグラフィ技術により＜０１１＞方向に長方
形の窓（開口部）５をあけたものを用意し、ハイドライ
ド法気相成長装置を用いて、ガスエッチング実験をおこ
なった。この方法では、ＩＩＩ族およびＶ族原料ガスと
同時に塩化水素を供給することによってｉｎ−ｓｉｔｕ
エッチングができ、その量によってエッチング速度を制
御できる。上記の基板の＜−１００＞方向のエッチング
速度が１分間当たり０．６μｍおよび０．３μｍのと
き、それぞれ図２（ａ）、（ｂ）のようなエッチング溝
が形成された。すなわち、１分間当たり０．６μｍのエ
ッチング速度の条件では、（ａ）図のように、ＧａＡｓ
層１１とＩｎＧａＰ層１２の積層構造部分と、ＧａＡｓ
基板１３によって出来る側壁面１４の形状が異なる。ま
た、ＧａＡｓ層１１とＩｎＧａＰ層１２の側壁部分に凸
凹が出来ることがわかった。それに比べ１分間当たり
０．３μｍ前後およびそれ以下のエッチング速度では、
（ｂ）図のように側壁面１５は平坦で鏡面性の良い表面
となった。この結果を用いたのが本発明である。
【０００８】
【実施例】実施例１ 本実施例は、Ｇａ−ＨＣｌ−ＡｓＨ3 −Ｈ2 系のハイド
ライド気相成長法により、本発明によるガスエッチング
方法と再成長を用いて作製した半導体立体構造について
のものである。
ライド気相成長法により、本発明によるガスエッチング
方法と再成長を用いて作製した半導体立体構造について
のものである。
【０００９】図３に示したのは本発明を示すために用い
たハイドライド気相成長装置の概略図である。Ｇａの原
料は、反応管１１内にガリウム（Ｇａ）ソース１２を置
き、導入管２３より塩化水素（ＨＣｌ）を水素（Ｈ2 ）
キャリアガスとともに導入し、Ｇａと反応させＧａＣｌ
として基板上に供給する。ヒ素（Ａｓ）の原料は、導入
管２４からはＡｓＨ3 をＨ2 キャリアガスとともに導入
して基板ホルダー２５にセットされた基板結晶１６上に
供給する。これと同時に導入管２４にＨＣｌを供給して
ガスエッチングを行なう。
たハイドライド気相成長装置の概略図である。Ｇａの原
料は、反応管１１内にガリウム（Ｇａ）ソース１２を置
き、導入管２３より塩化水素（ＨＣｌ）を水素（Ｈ2 ）
キャリアガスとともに導入し、Ｇａと反応させＧａＣｌ
として基板上に供給する。ヒ素（Ａｓ）の原料は、導入
管２４からはＡｓＨ3 をＨ2 キャリアガスとともに導入
して基板ホルダー２５にセットされた基板結晶１６上に
供給する。これと同時に導入管２４にＨＣｌを供給して
ガスエッチングを行なう。
【００１０】図４に、本構造を作るための基板構造の概
略図を示した。シリコン（Ｓｉ）を〜４×１０1 8 個／
ｃｍ3 ドープされた（１００）ＧａＡｓ基板３１にＩｎ
ＧａＰ層３２が０．１μｍ、Ｓｉを〜６×１０1 8 個／
ｃｍ3 ドープＧａＡｓ層３３が１μｍの厚さで形成され
ている。さらに、ＳｉＯ2 マスク３４に＜０１１＞方向
に開口部３５が形成されている。
略図を示した。シリコン（Ｓｉ）を〜４×１０1 8 個／
ｃｍ3 ドープされた（１００）ＧａＡｓ基板３１にＩｎ
ＧａＰ層３２が０．１μｍ、Ｓｉを〜６×１０1 8 個／
ｃｍ3 ドープＧａＡｓ層３３が１μｍの厚さで形成され
ている。さらに、ＳｉＯ2 マスク３４に＜０１１＞方向
に開口部３５が形成されている。
【００１１】図３のハイドライド気相成長装置の基板ホ
ルダー２５に図４に示した基板結晶２６をセットする。
ＡｓＨ3 を供給しながら昇温し、所定の温度になった時
に導入管２３および２４より、それぞれＨＣｌを供給し
て開口部のガスエッチングを行った。エッチング条件
は、導入管２３に供給するＨＣｌを１ｃｃ／分、導入管
２４に供給するＨＣｌを１．５ｃｃ／分とし、全Ｈ2 キ
ャリアガス流量を１５００ｃｃ／分とした。基板２６の
温度は７００℃で、３０分間ガスエッチングを行なっ
た。このときの＜−１００＞方向のエッチング速度は、
１分当たり０．３μｍであった。
ルダー２５に図４に示した基板結晶２６をセットする。
ＡｓＨ3 を供給しながら昇温し、所定の温度になった時
に導入管２３および２４より、それぞれＨＣｌを供給し
て開口部のガスエッチングを行った。エッチング条件
は、導入管２３に供給するＨＣｌを１ｃｃ／分、導入管
２４に供給するＨＣｌを１．５ｃｃ／分とし、全Ｈ2 キ
ャリアガス流量を１５００ｃｃ／分とした。基板２６の
温度は７００℃で、３０分間ガスエッチングを行なっ
た。このときの＜−１００＞方向のエッチング速度は、
１分当たり０．３μｍであった。
【００１２】図４の形状にガスエッチング行なった後、
図３の導入管１４からのＨＣｌの供給を停止することに
より、開口部に連続してＧａＡｓの成長を行なった。図
５に、成長後基板表面のＳｉＯ2 マスクを除去して＜０
１−１＞方向にへき開した断面を示す。破線は成長層４
４とＧａＡｓ基板４１、ＩｎＧａＰ層４２、およびＧａ
Ａｓ層４３との境界面を示す。領域４１および領域４３
と成長層４４の界面には段差が見られず平坦で鏡面性の
良い成長膜が得られた。このような構造はＦＥＴや電子
を閉じ込める量子構造などに適用できる。
図３の導入管１４からのＨＣｌの供給を停止することに
より、開口部に連続してＧａＡｓの成長を行なった。図
５に、成長後基板表面のＳｉＯ2 マスクを除去して＜０
１−１＞方向にへき開した断面を示す。破線は成長層４
４とＧａＡｓ基板４１、ＩｎＧａＰ層４２、およびＧａ
Ａｓ層４３との境界面を示す。領域４１および領域４３
と成長層４４の界面には段差が見られず平坦で鏡面性の
良い成長膜が得られた。このような構造はＦＥＴや電子
を閉じ込める量子構造などに適用できる。
【００１３】なお、ここでは例としてＧａＡｓとＩｎＧ
ａＰを用いて説明したが、開口部のエッチング速度を１
分当たり０．３μｍ以下と遅くすることで、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
選択ガスエッチングにも応用できた。
ａＰを用いて説明したが、開口部のエッチング速度を１
分当たり０．３μｍ以下と遅くすることで、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
選択ガスエッチングにも応用できた。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による方法を
用いるとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の２種類以上の半導
体層を持つ多層構造基板の選択ガスエッチングにおい
て、平坦でかつ鏡面性の良いエッチングが可能になる。
また、ガスエッチングと成長が連続して行なえるため
に、界面に酸化層等の変成層ができない。
用いるとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の２種類以上の半導
体層を持つ多層構造基板の選択ガスエッチングにおい
て、平坦でかつ鏡面性の良いエッチングが可能になる。
また、ガスエッチングと成長が連続して行なえるため
に、界面に酸化層等の変成層ができない。
【図１】ＧａＡｓとＩｎＧａＰの多層構造を持つＧａＡ
ｓ基板上のＳｉＯ2 等のマスクに施した開口パターンを
示す図。
ｓ基板上のＳｉＯ2 等のマスクに施した開口パターンを
示す図。
【図２】ガスエッチングを行なった後のエッチングパタ
ーンの断面図。
ーンの断面図。
【図３】本発明で選択ガスエッチング、選択成長を行な
ったハイドライド法気相成長による反応管の概略図。
ったハイドライド法気相成長による反応管の概略図。
【図４】立体構造を作るための基板構造の概略図。
【図５】選択ガスエッチング後、連続して選択成長を行
なったＧａＡｓ基板の断面図である。
なったＧａＡｓ基板の断面図である。
１、１３、２６、３１、４１ （１００）ＧａＡｓ基板
結晶 ２、１２、３２、４２ ＩｎＧａＰ層 ３、１１、３３ ＧａＡｓ層 ４、３４ ＳｉＯ2 マスク ５、３５ 長辺が＜０１−１＞方向の開口部 １４ エッチング速度が１分間当たり０．３μｍのとき
出来る側壁面の形状 １５ エッチング速度が１分間当たり０．６μｍのとき
出来る側壁面の形状 ２１ ガスエッチングまたは成長を行なった反応管 ２２ Ｇａソース ２３、２４ 導入管 ２５ 基板ホルダー
結晶 ２、１２、３２、４２ ＩｎＧａＰ層 ３、１１、３３ ＧａＡｓ層 ４、３４ ＳｉＯ2 マスク ５、３５ 長辺が＜０１−１＞方向の開口部 １４ エッチング速度が１分間当たり０．３μｍのとき
出来る側壁面の形状 １５ エッチング速度が１分間当たり０．６μｍのとき
出来る側壁面の形状 ２１ ガスエッチングまたは成長を行なった反応管 ２２ Ｇａソース ２３、２４ 導入管 ２５ 基板ホルダー
Claims (1)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が２種類以
上形成された（１００）多層構造基板を選択的にガスエ
ッチングする方法において、前記基板表面に基板の＜０
１１＞方向に沿った開口部を有するマスク材を形成する
工程と、ＩＩＩ族およびＶ族原料ガスを基板上に供給す
ると同時に塩化水素を導入し前記基板表面の開口部にお
けるエッチング速度を１分間当たり０．３μｍ以下と
し、前記開口部にエッチング溝を形成する工程とを備え
ていること特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のガス
エッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338652A JP2982453B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体のガスエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338652A JP2982453B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体のガスエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234968A JPH05234968A (ja) | 1993-09-10 |
| JP2982453B2 true JP2982453B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=18320192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3338652A Expired - Lifetime JP2982453B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体のガスエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2982453B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4833456B2 (ja) * | 2001-08-28 | 2011-12-07 | 古河電気工業株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
| CN111725054A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 一种外延层续长方法 |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3338652A patent/JP2982453B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05234968A (ja) | 1993-09-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990824 |