JPH02177430A - 化合物半導体の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、化合物半導体の加工方法に関し、特に高精細
で、且つ、清浄な加工ができる加工方法に関する。

（従来の技術） 一般に、ＧａＡｓ、Ａｌ１　ＧａＡｓ、Ｉ　ｎＰ。

ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体は、超
高速電子素子、発光受光素子の材料として広範囲に利用
されている。又、将来のキイ・テクノロジーとして各研
究機関で精力的に研究が進められている、電子素子と光
素子を組合せた光電子集積回路（ＯＥ　Ｉ　Ｃ）の材料
としても、化合物半導体は極めて重要である。この０Ｅ
ＩＣを実現するためには化合物半導体を高精度で加工す
る技術が必要である。化合物半導体を加工する際にも、
当初においては、シリコンの場合と同様に液体を用いた
ウェットエツチングが主流であったが、加工精度、形状
の制御性に難点があった。

従来、上記問題点を解決するために、液体を用いる代わ
りに、反応性ガス（例えばＣ１ｗ　、　　ＣＣｌ２　）
を真空装置内に導入し、プラズマ放電を起こすことによ
ってエツチングを行う所謂反応性イオンエツチング（以
下、ＲＩＥと略称する）を適応することも、例えば応用
物理第５４巻第１１号１１３６（１９８５年）等で考慮
されている。

第５図を参照して、ＲＩＥ装置内に置かれたＧａＡｓ試
料５１上にＣ１２ガス５２を導入してエツチングする場
合について説明する。まず、ＲＩＥ装置内の平行平板電
極５３上にＧａＡｓ試料５１をセットする。このＧａＡ
ｓ試料５１の表面にはホトリソグラフィによってレジス
トマスク５４がｒめ形成されている。次に、ＲＩＥ装置
内を真空にし、ＣＩ□ガスを導入する。このとき、装置
内の気圧は５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度に保持される
。この状態で０．４Ｗ／ｃｊ程度の電力を加えると放電
が生じＧａＡｓ１料５１がレジストマスク５４のパター
ンどうりにエツチングされる。この方法を用いれば、垂
直端面の形成が可能である。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の上記したエツチング方法は、エツ
チングされるべきＧａＡｓ試料５３上に予めマスクパタ
ーンが形成されていなければならないから、エツチング
における、最小加工寸法はマスクプロセスの限界に支配
されており、０．１μｍ以下の加工は容易ではない。

また、反応性ガスをプラズマ状態にしているので、装置
内の真空度は１０−”　−１０−’Ｔｏｒｒ程度で、加
工中あるいは加工後に試料表面が汚染されるといった問
題点がある。

更に、電界によって加速されたイオンによって結晶欠陥
が誘起されるといった問題点もある。

本発明の技術的課題は高精細な加工を可能にし、しかも
高清浄で欠陥を誘起することのない化合物半導体の加工
方法を提供することである。

本発明の他の技術的課題は最小加工寸法がマスクプロセ
スに支配されることのない化合物半導体の加工方法を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、化合物半導体を反応性ガスを用いてエツチン
グする化合物半導体の加工方法において、前記化合物半
導体に電子を照射すると共に、前記反応性ガスとして、
ハロゲン及びハロゲン化合物から選ばれた少なくとも一
種類のガスを前記化合物半導体に与えることを特徴とす
る。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る化合物半導体の加工方
法用いられるエツチング装置を示しており、このエツチ
ング装置は、反応室１１、電子銃１２、及び、ガス導入
ノズル１３とを有している。

反応室１１は到達真空度２Ｘ１０−’°Ｔｏｒｒ以下の
超高真空に排気できる公知の真空ポンプ（図示せず）が
結合されている。また、電子銃１２は電子ビーム１４を
集束させる静電レンズと集束させた電子ビームを走査さ
せるための偏向電極を備えている。そして、ガス導入ノ
ズル１３は試料の表面近くに位置するようにしである。

この実施例では、Ｃ１２ガスを用いてＧａＡｓ試料をエ
ツチングするものとする。

まず、ＧａＡｓ試料１５を予め定められた位置にセット
する。このとき、ガス導入用ノズル１３が試料表面より
約１鰭の高さになるように配置する。尚、試料１５は一
平面内で二次元的に移動できる支持台（図示せず）上に
支持される。この状態で、反応室１１内を超高真空にし
、電子ビーム１４とＣＩ□ガス１６とを同時的にＧａＡ
ｓ試料１５上に照射する。ここで、電子銃１２は静電レ
ンズとして２段集束系のものを用いたので、そのビーム
径を０．１μｍ以下にまで集束させることができる。ま
た、そのときの電子ビームは加速電圧１０ｋＶ、電流密
度数ｎＡを有していた。更に、Ｃ１２ガス１６は、１０
Ｔｏｒｒで導入した。

そして、偏向電極によって電子ビーム１４を走査させる
ことで、電子ビーム１４の照射された部分のみをエツチ
ングすることができ、従って、レジストマスク等を用い
ることなく所望のパターンのエツチングが行える。

このエツチング方法では、化合物半導体であるＧａＡｓ
試料１５の表面上に、Ｃｌ２１６が局部的に吸着し、且
つ、Ｃ１□１６の吸着部分に電子ビーム１４が照射され
ることにより、電子ビーム１４の照射された部分が活性
化されて、エツチングされるものと考えられる。このこ
とは、イオンビームに比べてエネルギーの低い電子ビー
ム１４にょってもＧａＡｓ試料１５のエツチングが可能
であることを示している。

実際に上記方法を用いてエツチングを行なった結果を第
２図、第３図に示す。

第２図は種々の温度に加熱したＧ５Ａｓ試料をＣｓ２ガ
スによりエツチングしたときのエツチングイールド（１
＠電子個に対してエツチングされたＧａＡｓの分子量）
を示している。図に示すように、エツチングイールドは
５０℃で約１、約７５℃で約１５．１００℃で約１００
となっている。

一般に、エツチングイールドは５〜６程度で実用可能と
言われているから、本発明の方法によるエツチングは十
分実用に耐え得るものであることが分る。また、試料の
温度によってエツチング速度を制御できることも分る。

第３図はエツチングを行なった試料をケミカルエツチン
グで、ステップエッチを行い、そのホトルミネッセンス
強度を測定した結果である。ホトルミネッセンス強度は
格子欠陥が存在すると低下するので、エツチング前の試
料のホトルミネッセンス強度と比較することによって格
子欠陥が誘起されたかどうかを知ることができる。この
図ではエツチング前のホトルミネッセンス強度を１とし
た相対値で表わしている。図に示すように従来のＲＩＥ
法（破線で示す）では１０００人の深さにまで欠陥が誘
起されているのに対し、本発明の加工方法（実線で示す
）では全く欠陥が見られない。

以上、ＧａＡｓ試料をＣＩ、ガスでエツチングする場合
について述べたが、ＧａＡｓだけでなく、／ｌＧａＡｓ
、ｌｎＰ、１ｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の他の化合
物半導体についても同様にエツチングすることができる
。また、使用されるガスは他のハロゲンガス又はハロゲ
ン化合物を含むガスを用いても良い。例を上げれば、Ｇ
ａＡｓ試料をＢｒガスを用いてエツチングすることもで
きるし、ＩｎＧａＡｓＰ試料をＣＪ、ガスを用いてエツ
チングすることもできる。また、ＧａＡｓ基板上にＡＩ
　ＧａＡｓ、ＧａＡｓを順次成長させた試料をＣｓ２ガ
スを用いてエツチングすることもできる。

本発明の加工方法（実線で示す）を半導体レーザの端面
形成に用いると、第４図に示すように、従来のＲＩＥ法
（破線で示す）に比べてしきい値電流が低い（従来は２
０ｍＡであるが、本発明によれば１２ｍＡ程度）。つま
り、従来よりも良好な端面が形成されているといえる。

このことから、本発明の加工方法は従来の０ＥＩＣの製
造や、量子細線、孟子箱といった量子効果を利用する素
子の作成に有効であろう。

なお、本発明の加工方法においてもマスクプロセスと組
み合せることが可能である。この場合は、電子ビームの
収束径をマスクパターンの寸法より大きくし、電子ビー
ムを走査させてエツチングを行うこともできる。あるい
は、複数のフィラメントに通電して電子を放出させ、正
電圧を印加したメツシュを通過させて試料に照射するよ
うにして比較的広い面積のエツチングを一括して行うこ
ともできる。

更に、上に述べた実施例では、ガスと電子ビームと食間
時的に化合物半導体表面に照射する場合について述べた
が、ガスと電子ビームとを交互に最大２〜３分程度の時
間間隔をおいて照射しても同様な効果を得ることができ
た。

このように本発明の加工方法をマスクプロセスと組み合
せた場合、その最小加工寸法は従来同様マスクプロセス
の限界に支配されるが、従来に比べ高清浄で低欠陥の加
工ができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、化合物半導体に電子を照射すると共に
、ハロゲン及びハロゲン化合物から選ばれた少なくとも
一種類のガスを与えることで、高精細、高清浄、低欠陥
の化合物半導体の加工ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いられる加工装置の概略
図、第２図は第１図の装置を用いたときの温度に対する
エツチングイールドを示すグラフ、第３図は第１図の装
置を用いたときのステップエッチの深さに対するホトル
ミネッセンス強度を示すグラフ、第４図は本発明の加工
方法を用いて形成した端面を有する半導体レーザの発光
特性を示すグラフ、第５図は従来の反応性イオンエツチ
ング装置の概略図である。 １１・・・反応室、１２・・・電子銃、１３・・・ガス
導入ノズル、１４・・・電子ビーム、１５・・・試料、
１６・・・ガス。 第２図 （’Ｃ） １／、　Ｘ　１０３ 第３図 ステップ エツチングの深さ（Ａ） ￥４図 電流 （ｍＡ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、化合物半導体を反応性ガスを用いてエッチングする
   化合物半導体の加工方法において、前記化合物半導体に
   電子を照射すると共に、前記反応性ガスとして、ハロゲ
   ン及びハロゲン化合物から選ばれた少なくとも一種類の
   ガスを前記化合物半導体に与えることを特徴とする化合
   物半導体の加工方法。