JPH05291237A - Formation method of microstructure in compound semiconductor - Google Patents

Formation method of microstructure in compound semiconductor

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JPH05291237A
JPH05291237A JP8853492A JP8853492A JPH05291237A JP H05291237 A JPH05291237 A JP H05291237A JP 8853492 A JP8853492 A JP 8853492A JP 8853492 A JP8853492 A JP 8853492A JP H05291237 A JPH05291237 A JP H05291237A
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JP
Japan
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gaas
layer
etching
oxide film
silicon oxide
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JP8853492A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Wakabayashi
信一 若林
Hitomaro Togo
仁麿 東郷
Takeshi Idota
健 井戸田
Yukio Toyoda
幸雄 豊田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the formation method of an AlxGa1-xAs/GaAs-based microstructure with excellent controllability, uniformity, resistance to damage and workability. CONSTITUTION:The following are crystal-grown continuously on a GaAs substrate 11: a GaAs buffer layer 12; an Al0.3Ga0.7As barrier layer 13; a GaAs quantum well layer 14; an Al0.3Ga0.7As barrier layer 15; and a Ga0.5In0.5P spacer layer 16. Then, a silicon oxide film 17 is deposited; a resist pattern 18 is formed; the silicon oxide film 17 is etched. The Ga0.5In0.5P spacer layer 16 is etched; a pattern by the silicon oxide film is transferred. At this time, the Al0.3Ga0.7As barrier layer 15 is not etched by a hydrochloric acid-based etchant. While the silicon oxide film and the Ga0.5In0.5P spacer layer are used as an etching mask, the Al0.3Ga0.7As barrier layer, the GaAs well layer and the Al0.3Ga0.7As barrier layer are etched sequentially by a dry etching operation. At this time, the silicon oxide film acts sufficiently as a mask because its etch rate at the dry etching operation is small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信、光情報処理、光
計測の分野で用いられる半導体レーザをはじめとする化
合物半導体デバイスにおける化合物半導体の微細構造の
形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine structure of a compound semiconductor in a compound semiconductor device such as a semiconductor laser used in the fields of optical communication, optical information processing and optical measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報処理や光通信、光計測等で用いら
れる光デバイス、電子デバイスや光電子集積回路におい
ては、素子の微細化、高機能化のために、発光素子であ
る半導体レーザの活性層へ量子細線や量子箱構造といっ
た超微細加工を施した構造を導入することにより素子特
性の向上を図ることができる。超微細パターンマスクを
用いて量子井戸構造をエッチングすることで量子細線を
形成する方法のうち、GaAs、AlxGa1ーxAs系の
量子井戸構造を有する化合物半導体のエッチングにおい
ては、ウェットエッチング時のエッチングマスクとして
レジストや酸化膜、窒化膜等の絶縁膜を用いている。
2. Description of the Related Art In optical devices, electronic devices, and optoelectronic integrated circuits used in optical information processing, optical communication, optical measurement, etc., the activity of a semiconductor laser, which is a light emitting element, is required in order to miniaturize and enhance the functionality of the element. It is possible to improve device characteristics by introducing a structure in which ultrafine processing such as a quantum wire or a quantum box structure is introduced into the layer. Among the methods for forming a quantum wire by etching a quantum well structure using an ultrafine pattern mask, in etching a compound semiconductor having a quantum well structure of GaAs or Al x Ga 1 -x As system, a wet etching is performed. An insulating film such as a resist, an oxide film, or a nitride film is used as an etching mask of.

【0003】図4は従来のGaAs系量子細線のエッチ
ングを用いた形成方法のプロセスの概略図を示すもので
あり、以下の工程で量子細線は形成される。
FIG. 4 is a schematic view showing a process of a conventional method for forming a GaAs quantum wire using etching, and the quantum wire is formed by the following steps.

【0004】GaAs基板41にGaAsバッファ層4
2、Al0.3Ga0.7As障壁層43、GaAs量子井戸
層44、Al0.3Ga0.7As障壁層45を順次結晶成長
させた量子井戸構造をもつにウェハーにマスク層となる
シリコン酸化膜46堆積させ、電子ビームリソグラフィ
ー等によるレジストパターン47をストライプパターン
が結晶方位(110)方向になるように形成する
(a)。
GaAs buffer layer 4 on GaAs substrate 41
2. A silicon oxide film 46 serving as a mask layer is deposited on a wafer having a quantum well structure in which an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 43, a GaAs quantum well layer 44, and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 45 are sequentially grown. A resist pattern 47 is formed by electron beam lithography or the like so that the stripe pattern has a crystal orientation (110) direction (a).

【0005】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜4
6をエッチングし、レジストパターン47を転写する
(b)。
Silicon oxide film 4 with a hydrofluoric acid type etchant
6 is etched, and the resist pattern 47 is transferred (b).

【0006】硫酸系のエッチャント(H2SO4:H
22:H2O=1:1:20)をAl0.3Ga0.7As障
壁層、GaAs量子井戸層を順次エッチングしていく。
その時、縦方向のエッチングと同時に横方向のエッチン
グ(オーバーエッチング)が進行し、量子細線が形成さ
れる(c)。
Sulfuric acid type etchant (H 2 SO 4 : H
2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 20) is sequentially etched into the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer and the GaAs quantum well layer.
At that time, the etching in the horizontal direction (overetching) simultaneously with the etching in the vertical direction progresses to form quantum wires (c).

【0007】弗酸系のエッチャントでエッチングマスク
であるシリコン酸化膜を除去する(d)。
The silicon oxide film as an etching mask is removed with a hydrofluoric acid type etchant (d).

【0008】エッチングに選択性がある場合であれば、
連続的に結晶成長させた結晶層をエッチングマスクとし
て用いる方が好ましいが、GaAsとAlxGa1ーxAs
ではエッチング選択性を十分にとることのできるエッチ
ャントがないため、レジストやシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜等の絶縁膜を用いている。
If etching is selective,
It is preferable to use a continuously grown crystal layer as an etching mask, but GaAs and Al x Ga 1-x As are used.
However, since there is no etchant capable of obtaining sufficient etching selectivity, an insulating film such as a resist, a silicon oxide film, or a silicon nitride film is used.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなGaAs系量子細線のウェットエッチングを用い
た形成方法におけるプロセス構成ではエッチングマスク
直下の横方向のエッチング(オーバーエッチング)が進
行するという問題点を有していた。このような方法では
高密度で超微細なマスクパターンを用いても、所望のエ
ッチング深さを得ることが困難であり、高密度な量子細
線の作製が困難となり、特にデバイスの作製時において
不利となる。高密度で均一性の高いエッチングを得るた
めにはアスペクト比の大きいドライエッチングを用いる
方法があるがエッチング時にダメージ層が発生するとい
う問題を有している。また、AlxGa1ーxAsとGaA
sではエッチャントによるエッチング選択性が小さく、
一方を選択的にエッチングするようなエッチング方法は
困難である。
However, in the process configuration of the forming method using wet etching of GaAs quantum wires as described above, there is a problem that lateral etching (overetching) immediately below the etching mask proceeds. I had. With such a method, it is difficult to obtain a desired etching depth even if a high-density and ultra-fine mask pattern is used, and it becomes difficult to manufacture a high-density quantum wire, which is disadvantageous especially when manufacturing a device. Become. In order to obtain high-density and highly uniform etching, there is a method of using dry etching having a large aspect ratio, but it has a problem that a damaged layer is generated during etching. In addition, Al x Ga 1-x As and GaA
In s, the etching selectivity by the etchant is small,
An etching method that selectively etches one is difficult.

【0010】本発明はかかる点に鑑み、AlxGa1ーx
s/GaAs系量子細線等の化合物半導体の微細構造を
低損傷で制御性よく、かつ高密度に形成する方法を提供
することを目的とする。
In view of the above points, the present invention is directed to Al x Ga 1 -x A
An object of the present invention is to provide a method for forming a fine structure of a compound semiconductor such as an s / GaAs-based quantum wire with low damage, good controllability, and high density.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、AlxGa1ーx
As(0≦x≦1)もしくはGaAs系の量子井戸構造
を有する化合物半導体にGaxIn1ーxP(0≦x≦1)
からなるスペーサ層を連続的に結晶成長する工程と、エ
ッチングマスクを介し塩酸系のエッチャントを用いて前
記GaxIn1ーxP(0≦x≦1)スペーサ層をエッチン
グする工程と、ドライエッチングを用いていてAlx
1ーxAs(0≦x≦1)もしくはGaAs系の量子井
戸構造を有する化合物半導体をエッチングする工程と、
それに引き続き塩酸系のエッチャントを用いて前記Ga
xIn1ーxP(0≦x≦1)スペーサ層を全面的に除去す
る工程とを備えたことを特徴とする化合物半導体の微細
構造形成方法である。
The present invention relates to Al x Ga 1-x.
Ga x In 1-x P (0 ≤ x ≤ 1) is added to a compound semiconductor having an As (0 ≤ x ≤ 1) or GaAs quantum well structure.
Crystal growth of a spacer layer made of a material, a step of etching the Ga x In 1-x P (0 ≦ x ≦ 1) spacer layer using a hydrochloric acid-based etchant through an etching mask, and a dry etching Using Al x G
a 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) or a step of etching a compound semiconductor having a GaAs-based quantum well structure,
Subsequently, a Ga-based etchant containing hydrochloric acid is used.
x In 1-x P (0 ≦ x ≦ 1) spacer layer is completely removed, which is a method for forming a fine structure of a compound semiconductor.

【0012】また、GaAsからなる量子井戸層の直上
にGaxIn1ーxP(0≦x≦1)からなるスペーサ層を
連続的に結晶成長させる工程をもつことを特徴とする化
合物半導体の微細構造形成方法である。
A spacer layer made of Ga x In 1 -x P (0 ≦ x ≦ 1) is continuously grown directly on the quantum well layer made of GaAs. This is a fine structure forming method.

【0013】また、ドライエッチングに引き続き硫酸系
エッチャントを用いてAlxGa1ーxAs(0≦x≦1)
もしくはGaAs系の量子井戸構造を有する化合物半導
体をエッチングする工程をもつことを特徴とする請求項
1記載の化合物半導体の微細構造形成方法である。
After dry etching, Al x Ga 1 -x As (0≤x≤1) is obtained by using a sulfuric acid type etchant.
Alternatively, the method for forming a fine structure of a compound semiconductor according to claim 1, further comprising a step of etching a compound semiconductor having a GaAs-based quantum well structure.

【0014】[0014]

【作用】本発明は前記した構成により、AlxGa1ーx
s/GaAs系の微細構造をドライエッチングを用いて
形成する手段として、AlxGa1ーxAs/GaAs系の
量子井戸構造にGaxIn1ーxP(0≦x≦1)からなる
スペーサ層を連続的に結晶成長させ、あらかじめ形成し
た微細パターンを塩酸系のエッチャントを用いてGax
In1ーxPスペーサ層に転写させ、エッチングすべきA
xGa1ーxAs/GaAsを露出させ、ドライエッチン
グ法を用いてAlxGa1ーxAs(0≦x≦1)もしくは
GaAsの量子井戸構造を有する化合物半導体をエッチ
ングする微細加工方法である。GaxIn1ーxPスペーサ
層がエッチングマスクとAlxGa1ーxAs/GaAs量
子井戸構造の間に挿入されており、ドライエッチング時
のAl xGa1ーxAs/GaAsへのダメージを低減させ
るとともに、エッチング終了後、GaxIn1ーxPスペー
サ層のみを塩酸系のエッチャントを用いて選択的に除去
する。低損傷で制御性よく、かつ高密度に量子細線等の
微細構造を形成することができる。さらに、はじめの電
子ビームリソグラフィー等で形成した微細なマスクパタ
ーンを格子状に形成することにより、量子細線だけでな
く、量子箱のような微細パターンの形成も可能となる。
The present invention has the above-mentioned structure and is made of AlxGa1-xA
s / GaAs system fine structure using dry etching
As a means for forming, AlxGa1-xAs / GaAs type
Ga in the quantum well structurexIn1-xConsists of P (0 ≦ x ≦ 1)
The spacer layer is continuously crystallized and pre-formed
The fine pattern is made into Ga by using a hydrochloric acid-based etchant.x
In1-xA to be transferred to the P spacer layer and etched
lxGa1-xExposing As / GaAs and dry etching
Method using AlxGa1-xAs (0 ≦ x ≦ 1) or
Etching compound semiconductor with GaAs quantum well structure
This is a microfabrication method. GaxIn1-xP spacer
Layer is etching mask and AlxGa1-xAs / GaAs amount
It is inserted between the sub-well structures and during dry etching
Al xGa1-xReduces damage to As / GaAs
And after the etching is completed, GaxIn1-xP space
Selectively remove only the sa layer using hydrochloric acid type etchant
To do. Low damage, good controllability, and high density
A fine structure can be formed. In addition, the first
Fine mask pattern formed by sub-beam lithography
By forming the lattice in a lattice shape, it is possible to use only quantum wires.
In addition, it becomes possible to form a fine pattern such as a quantum box.

【0015】もう一つの発明は、AlxGa1ーxAs/G
aAs系の微細構造を形成する手段として、ドライエッ
チングに引き続き硫酸系エッチャントを用いてAlx
1ーxAs(0≦x≦1)もしくはGaAs系の量子井
戸構造を有する化合物半導体のエッチングを行う微細加
工方法である。ドライエッチング時のAlxGa1ーxAs
/GaAsへのダメージ層を除去しダメージの低減を図
るとともにオーバーエッチングを利用して加工寸法の微
細化を図る。低損傷で制御性よく、かつ高密度に量子細
線等の微細構造を形成することができる。
Another invention is Al x Ga 1 -x As / G.
As a means for forming an aAs-based fine structure, Al x G is formed by using a sulfuric acid-based etchant subsequent to dry etching.
This is a microfabrication method for etching a compound semiconductor having a 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) or GaAs quantum well structure. Al x Ga 1-x As during dry etching
The damage layer to / GaAs is removed to reduce the damage and overetching is used to reduce the processing size. A fine structure such as a quantum wire can be formed with low damage, good controllability, and high density.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例における化合物
半導体の微細構造のひとつである量子細線の形成方法の
工程図を示すものである。
FIG. 1 is a process chart of a method for forming a quantum wire which is one of the fine structures of compound semiconductors in the first embodiment of the present invention.

【0017】図1において、11は量子細線構造が形成
されるGaAs基板、12はGaAsバッファ層、13
はAl0.3Ga0.7As障壁層、14はGaAs量子井戸
層、15はAl0.3Ga0.7As障壁層、16はGa0.5
In0.5Pスペーサ層、17は上記結晶構造上に形成さ
れたエッチングマスクとなるシリコン酸化膜、18はシ
リコン酸化膜へパターンを転写するため電子ビームリソ
グラフィーで形成したレジストパターン、19は形成さ
れたGaAs量子細線である。
In FIG. 1, 11 is a GaAs substrate on which a quantum wire structure is formed, 12 is a GaAs buffer layer, 13
Is an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, 14 is a GaAs quantum well layer, 15 is an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and 16 is Ga 0.5
In 0.5 P spacer layer, 17 is a silicon oxide film serving as an etching mask formed on the crystal structure, 18 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon oxide film, and 19 is formed GaAs It is a quantum wire.

【0018】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図に従って説明する。
In the steps of the fine structure forming method of this embodiment having the above-described structure, the forming method will be described below with reference to process drawings.

【0019】GaAs基板11上にGaAsバッファ層
12、Al0.3Ga0.7As障壁層13、GaAs量子井
戸層14、Al0.3Ga0.7As障壁層15、Ga0.5
0.5Pスペーサ層16を連続的に結晶成長させる。G
0.5In0.5P層16の厚さは数10nm程度の厚さは
必要である。次にシリコン酸化膜17を堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン18を形成す
る。ストライプパターンは結晶方位(110)方向にな
るように描画する(a)。
On the GaAs substrate 11, a GaAs buffer layer 12, an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 13, a GaAs quantum well layer 14, an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 15, and a Ga 0.5 I layer.
Crystal growth of the n 0.5 P spacer layer 16 is continuously performed. G
The thickness of the a 0.5 In 0.5 P layer 16 needs to be several tens of nm. Next, a silicon oxide film 17 is deposited and a resist pattern 18 is formed by electron beam lithography. The stripe pattern is drawn so that the crystal orientation is the (110) direction (a).

【0020】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜1
7をエッチングし、レジストパターン18を転写する
(b)。
Silicon oxide film 1 with a hydrofluoric acid type etchant
7 is etched, and the resist pattern 18 is transferred (b).

【0021】塩酸系のエッチャント(HCl:H2O=
2:1)でGa0.5In0.5Pスペーサ層16をエッチン
グし、シリコン酸化膜のパターンを転写する。この時、
Al 0.3Ga0.7As障壁層15は塩酸系のエッチャント
に対してはエッチングされない(c)。
Hydrochloric acid type etchant (HCl: H2O =
2: 1) Ga0.5In0.5Etching the P spacer layer 16
And transfer the pattern of the silicon oxide film. At this time,
Al 0.3Ga0.7As barrier layer 15 is a hydrochloric acid-based etchant
Is not etched (c).

【0022】ドライエッチングによりシリコン酸化膜及
びGa0.5In0.5Pスペーサ層をエッチングマスクとし
て、Al0.3Ga0.7As障壁層、GaAs井戸層、Al
0.3Ga0.7As障壁層を順次エッチングする。この時、
シリコン酸化膜はドライエッチング時のエッチング速度
が小さくマスクとして十分作用する。ウェットエッチン
グを用いた形成方法ではエッチングマスク直下の横方向
のエッチング(オーバーエッチング)が進行し、アスペ
クト比の大きい細線形状の形成が困難であるという問題
点を有していたが、ドライエッチングを用いればマスク
パターンを忠実に反映したGaAs量子細線19が形成
できる。ドライエッチング時のAl0. 3Ga0.7As/G
aAsへのダメージをGa0.5In0.5Pスペーサ層があ
ることにより低減させることができる(d)。
Using a silicon oxide film and a Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer as an etching mask by dry etching, Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, GaAs well layer, Al
The 0.3 Ga 0.7 As barrier layer is sequentially etched. At this time,
The silicon oxide film has a low etching rate during dry etching and sufficiently acts as a mask. The forming method using wet etching has a problem that it is difficult to form a fine line shape having a large aspect ratio because lateral etching (over etching) immediately below the etching mask progresses, but dry etching is used. For example, a GaAs quantum wire 19 that faithfully reflects the mask pattern can be formed. Al 0. during dry etching 3 Ga 0.7 As / G
Damage to aAs can be reduced by the presence of the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer (d).

【0023】エッチングマスクであるシリコン酸化膜と
Al0.3Ga0.7As/GaAs量子井戸構造の間に挿入
されたGa0.5In0.5Pスペーサ層を、塩酸系のエッチ
ャントを用いて選択的に除去する(e)。
The Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer inserted between the silicon oxide film as the etching mask and the Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs quantum well structure is selectively removed using a hydrochloric acid-based etchant (e ).

【0024】この構成においては、Ga0.5In0.5Pス
ペーサ層により、ドライエッチング時のAl0.3Ga0.7
As/GaAsへのダメージを低減させるとともに、エ
ッチング終了後、Ga0.5In0.5Pスペーサ層のみを塩
酸系のエッチャントを用いて選択的に除去することがで
きる。ドライエッチングを用いることで、横方向のエッ
チング(オーバーエッチング)の進行が従来例に示され
るウェットエッチングを用いた場合に比べて小さいた
め、低損傷で制御性よく、かつ高密度に量子細線等の微
細構造を形成することができる。
In this structure, the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer is used to form Al 0.3 Ga 0.7 during dry etching.
The damage to As / GaAs can be reduced, and after the etching is completed, only the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer can be selectively removed by using a hydrochloric acid-based etchant. By using dry etching, since the progress of lateral etching (overetching) is smaller than that when using wet etching shown in the conventional example, low damage, good controllability, and high density of quantum wires etc. A fine structure can be formed.

【0025】なお、実施例においては、電子ビームリソ
グラフィーによるマスクパターンを結晶方位(110)
方向になるように描画したが、異なる方位での描画でも
細線化を図ることは可能である。また、スペーサ層Ga
xIn1ーxPのxをGaAsと格子整合する0.5と設定
しているが、歪超格子の導入によってはxを0から1の
間の任意の値を取り結晶成長させることもできる。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく量子箱のような微細パターンの形成も
可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the mask pattern formed by electron beam lithography is set to the crystal orientation (110).
Although the lines are drawn so that they are oriented in the same direction, it is possible to achieve thin lines by drawing in different directions. In addition, the spacer layer Ga
The x of x In 1-x P is set to 0.5, which is lattice-matched with GaAs. However, by introducing a strained superlattice, x can take any value between 0 and 1 to grow crystals. .. Further, it goes without saying that by forming the mask pattern in a lattice pattern, not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0026】図2は本発明の第2の実施例における化合
物半導体の微細構造のひとつである量子細線の形成方法
の工程図を示すものである。図2において、21は量子
細線構造が形成されるGaAs基板、22はGaAsバ
ッファ層、23はAl0.3Ga0.7As障壁層、24はG
aAs量子井戸層、25はスペーサ層となるGa0.5
0.5P層、26は上記結晶構造上に形成されたシリコ
ン酸化膜、27はシリコン酸化膜へパターンを転写する
ため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパタ
ーン、28は形成された量子細線上に再成長したAl
0.3Ga0.7As障壁層、29は埋め込まれたGaAs量
子細線である。
FIG. 2 is a process chart of a method for forming a quantum wire which is one of the fine structures of compound semiconductors in the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 21 is a GaAs substrate on which a quantum wire structure is formed, 22 is a GaAs buffer layer, 23 is an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and 24 is G.
a As quantum well layer, 25 is Ga 0.5 I which becomes a spacer layer
n 0.5 P layer, 26 is a silicon oxide film formed on the above crystal structure, 27 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer the pattern to the silicon oxide film, and 28 is a regrowth on the formed quantum wire. Done Al
0.3 Ga 0.7 As barrier layer, 29 is an embedded GaAs quantum wire.

【0027】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図に従って説明する。
In the steps of the fine structure forming method of this embodiment having the above-described structure, the forming method will be described below with reference to process drawings.

【0028】GaAs基板21上にGaAsバッファ層
22、Al0.3Ga0.7As障壁層23、GaAs量子井
戸層24、Ga0.5In0.5Pスペーサ層25を連続的に
結晶成長させる。Ga0.5In0.5Pスペーサ層25の厚
さは数10nm程度の厚さは必要である。次にシリコン
酸化膜26を堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジ
ストパターン27を形成する(a)。
A GaAs buffer layer 22, an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 23, a GaAs quantum well layer 24, and a Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 25 are continuously grown on the GaAs substrate 21 by crystal growth. The Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 25 needs to have a thickness of several tens of nm. Next, a silicon oxide film 26 is deposited and a resist pattern 27 is formed by electron beam lithography (a).

【0029】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜2
6をエッチングし、レジストパターン27を転写する
(b)。
Silicon oxide film 2 with a hydrofluoric acid-based etchant
6 is etched to transfer the resist pattern 27 (b).

【0030】塩酸系のエッチャント(HCl:H2O=
2:1)でGa0.5In0.5 Pスペーサ層25をエッチ
ングしシリコン酸化膜のパターンを転写する。この時G
aAs量子井戸層24は塩酸系のエッチャントに対して
はエッチングされない(c)。
Hydrochloric acid type etchant (HCl: H 2 O =
In 2: 1), the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 25 is etched to transfer the pattern of the silicon oxide film. At this time G
The aAs quantum well layer 24 is not etched by a hydrochloric acid-based etchant (c).

【0031】ドライエッチングによりシリコン酸化膜及
びGa0.5In0.5Pスペーサ層をエッチングマスクとし
て、GaAs井戸層をエッチングする。この時、シリコ
ン酸化膜はドライエッチング時のエッチング速度が小さ
くマスクとして十分作用する。ウェットエッチングを用
いた形成方法ではエッチングマスク直下の横方向のエッ
チング(オーバーエッチング)が進行し、アスペクト比
の大きい細線形状の形成が困難であるという問題点を有
していたが、ドライエッチングを用いればマスクパター
ンを忠実に反映した量子細線が形成できる。ドライエッ
チング時のAl 0.3Ga0.7As/GaAsへのダメージ
をGa0.5In0.5Pスペーサ層があることにより低減さ
せることができる(d)。
By dry etching, a silicon oxide film and
And Ga0.5In0.5Using the P spacer layer as an etching mask
Then, the GaAs well layer is etched. At this time, Silico
Oxide film has a low etching rate during dry etching
It works well as a mask. For wet etching
In the forming method used in the above method, the lateral etchant directly below the etching mask is used.
Aspect ratio
The problem is that it is difficult to form a thin line shape with large
However, if dry etching is used, the mask pattern
It is possible to form a quantum wire that faithfully reflects the image. Dry Et
Al during ching 0.3Ga0.7Damage to As / GaAs
Ga0.5In0.5Reduced by having P spacer layer
It can be done (d).

【0032】エッチングマスクであるシリコン酸化膜と
Al0.3Ga0.7As/GaAs量子井戸構造の間に挿入
されたGa0.5In0.5Pスペーサ層を、塩酸系のエッチ
ャントを用いて選択的に除去したのち、塩酸系のエッチ
ャント(HCl:H2O=2:1)でGa0.5In0.5
スペーサ層を除去する(e)。
After the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer inserted between the silicon oxide film as the etching mask and the Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs quantum well structure is selectively removed using a hydrochloric acid-based etchant, Ga 0.5 In 0.5 P with hydrochloric acid type etchant (HCl: H 2 O = 2: 1)
The spacer layer is removed (e).

【0033】細線上にAl0.3Ga0.7As障壁層28を
再成長させGaAs量子細線29が埋め込まれた形状が
完成する(f)。
The Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 28 is regrown on the thin wire to complete the shape in which the GaAs quantum wire 29 is embedded (f).

【0034】この構成においては、GaAs量子井戸層
の直上にスペーサ層であるGa0.5In0.5P層があり、
Al0.3Ga0.7As障壁層を挿入していないためドライ
エッチングによる量子細線を形成する際の線幅の制御性
が改善できる。すなわち、高密度の量子細線を均一性よ
く形成することが可能となる。
In this structure, the Ga 0.5 In 0.5 P layer which is the spacer layer is provided immediately above the GaAs quantum well layer,
Since the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer is not inserted, the controllability of the line width at the time of forming the quantum thin line by dry etching can be improved. That is, it is possible to form the high density quantum wires with good uniformity.

【0035】なお、実施例においては、電子ビームリソ
グラフィーによるマスクパターンを結晶方位(110)
方向になるように描画したが、異なる方位での描画でも
細線化を図ることは可能である。また,ドライエッチン
グによりGaAs井戸層のみをエッチングしているが、
GaAs井戸層、Al0.3Ga0.7As障壁層を順次エッ
チングして行うことも可能である。また、スペーサ層G
xIn1ーxPのxをGaAsと格子整合する0.5と設
定しているが、歪超格子の導入によってはxを0から1
の間の任意の値を取り結晶成長させることもできる。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく量子箱のような微細パターンの形成も
可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the mask pattern formed by electron beam lithography is set to the crystal orientation (110).
Although the lines are drawn so that they are oriented in the same direction, it is possible to achieve thin lines by drawing in different directions. Also, although only the GaAs well layer is etched by dry etching,
It is also possible to sequentially etch the GaAs well layer and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer. In addition, the spacer layer G
The x of a x In 1 -x P is set to 0.5, which is lattice-matched with GaAs, but depending on the introduction of the strained superlattice, x is 0 to 1
It is also possible to grow the crystal by taking any value between. Further, it goes without saying that by forming the mask pattern in a lattice pattern, not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0036】図3は本発明の第3の実施例における化合
物半導体の微細構造のひとつである量子細線の形成方法
の工程図を示すものである。図3において、31は量子
細線構造が形成されるGaAs基板、32はGaAsバ
ッファ層、33はAl0.3Ga0.7As障壁層、34はG
aAs量子井戸層、35はAl0.3Ga0.7As障壁層、
36はスペーサ層となるGa0.5In0.5P層、37は上
記結晶構造上に形成されたエッチングマスクとなるシリ
コン酸化膜、38はシリコン酸化膜へパターンを転写す
るため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパ
ターン、19は形成されたGaAs量子細線である。
FIG. 3 is a process diagram of a method for forming a quantum wire which is one of the fine structures of compound semiconductors in the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, 31 is a GaAs substrate on which a quantum wire structure is formed, 32 is a GaAs buffer layer, 33 is an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and 34 is G.
aAs quantum well layer, 35 is an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer,
36 is a Ga 0.5 In 0.5 P layer to be a spacer layer, 37 is a silicon oxide film serving as an etching mask formed on the crystal structure, 38 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon oxide film. , 19 are formed GaAs quantum wires.

【0037】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図に従って説明する。
In the steps of the fine structure forming method of this embodiment having the above-described structure, the forming method will be described below with reference to process drawings.

【0038】GaAs基板31上にGaAsバッファ層
32、Al0.3Ga0.7As障壁層33、GaAs量子井
戸層34、Al0.3Ga0.7As障壁層35、Ga0.5
0.5Pスペーサ層36を連続的に結晶成長させる。G
0.5In0.5P層36の厚さは数10nm程度の厚さは
必要である。次にシリコン酸化膜37を堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン38を形成す
る。ストライプパターンは結晶方位(110)方向にな
るように描画する(a)。
On the GaAs substrate 31, a GaAs buffer layer 32, an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 33, a GaAs quantum well layer 34, an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 35, and a Ga 0.5 I layer.
Crystal growth of the n 0.5 P spacer layer 36 is continuously performed. G
The thickness of the a 0.5 In 0.5 P layer 36 needs to be several tens of nm. Next, a silicon oxide film 37 is deposited and a resist pattern 38 is formed by electron beam lithography. The stripe pattern is drawn so that the crystal orientation is the (110) direction (a).

【0039】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜3
7をエッチングし、レジストパターン38を転写する
(b)。
Silicon oxide film 3 with a hydrofluoric acid-based etchant
7 is etched, and the resist pattern 38 is transferred (b).

【0040】塩酸系のエッチャント(HCl:H2O=
2:1)でGa0.5In0.5Pスペーサ層36をエッチン
グしシリコン酸化膜のパターンを転写する。この時、A
0. 3Ga0.7As障壁層35は塩酸系のエッチャントに
対してはエッチングされない(c)。
Hydrochloric acid type etchant (HCl: H 2 O =
At 2: 1), the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 36 is etched to transfer the pattern of the silicon oxide film. At this time, A
l 0. 3 Ga 0.7 As barrier layer 35 is not etched for etchant hydrochloric acid (c).

【0041】ドライエッチングによりシリコン酸化膜及
びGa0.5In0.5Pスペーサ層をエッチングマスクとし
て、Al0.3Ga0.7As障壁層、GaAs井戸層、Al
0.3Ga0.7As障壁層を順次エッチングする。この時、
シリコン酸化膜はドライエッチング時のエッチング速度
が小さくマスクとして十分作用する(d)。
By dry etching using the silicon oxide film and the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer as an etching mask, Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, GaAs well layer, Al
The 0.3 Ga 0.7 As barrier layer is sequentially etched. At this time,
The silicon oxide film has a small etching rate during dry etching and sufficiently acts as a mask (d).

【0042】硫酸系エッチャントを用いてAl0.3Ga
0.7As/GaAsの細線をさらにエッチングする。深
さ方向のエッチングと同時に横方向のエッチング(オー
バーエッチング)を進行させさらに細線化を図る。この
時Ga0.5In0.5P層は硫酸系のエッチャントに対して
はエッチングされないのでマスクとして十分作用する
(e)。
Al 0.3 Ga using a sulfuric acid-based etchant
The 0.7 As / GaAs thin line is further etched. At the same time as the etching in the depth direction, the etching in the lateral direction (overetching) is advanced to further reduce the thickness. At this time, since the Ga 0.5 In 0.5 P layer is not etched with respect to the sulfuric acid-based etchant, it sufficiently acts as a mask (e).

【0043】エッチングマスクであるシリコン酸化膜と
Al0.3Ga0.7As/GaAs量子井戸構造の間に挿入
されたGa0.5In0.5Pスペーサ層を塩酸系のエッチャ
ントを用いて選択的に除去する(f)。
The Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer inserted between the silicon oxide film as the etching mask and the Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs quantum well structure is selectively removed by using a hydrochloric acid-based etchant (f). ..

【0044】この構成においては、Ga0.5In0.5Pス
ペーサ層により、ドライエッチング時のAl0.3Ga0.7
As/GaAsへのダメージ層の発生の低減を図れる。
さらに、ドライエッチング終了後、深さ方向のエッチン
グと同時に横方向のエッチング(オーバーエッチング)
を進行させ、発生したダメージ層を除去すると同時に井
戸層の線幅をさらに細くさせて量子細線を形成すること
ができる。オーバーエッチング時のエッチングマスクと
なるGa0.5In0.5Pスペーサ層はあらかじめ連続的に
結晶成長させているため界面での汚染や自然酸化膜の形
成などによる密着性の悪化もないため、細線を形成する
際の線幅の制御性も改善できる。すなわち、低損傷で制
御性よく、かつ高密度に量子細線等の微細構造を形成す
ることができる。
In this structure, due to the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer, Al 0.3 Ga 0.7 during dry etching is used.
It is possible to reduce the occurrence of a damaged layer on As / GaAs.
Furthermore, after the dry etching is completed, the etching in the depth direction and the etching in the lateral direction (overetching) are performed simultaneously.
The quantum thin line can be formed by advancing the process, removing the damaged layer, and simultaneously further reducing the line width of the well layer. Since the Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer, which serves as an etching mask at the time of overetching, is continuously crystallized in advance, there is no contamination at the interface and the adhesion is not deteriorated due to the formation of a natural oxide film. In this case, the controllability of line width can be improved. That is, a fine structure such as a quantum wire can be formed with low damage, good controllability, and high density.

【0045】なお、実施例においては、電子ビームリソ
グラフィーによるマスクパターンを結晶方位(110)
方向になるように描画したが、異なる方位での描画でも
細線化を図ることは可能である。また、スペーサ層Ga
xIn1ーxPの組成比xをGaAsと格子整合する0.5
と設定しているが、歪超格子の導入によってはxを0か
ら1の間の任意の値を取り結晶成長させることもでき
る。また、マスクパターンを格子状に形成することによ
り、量子細線だけでなく量子箱のような微細パターンの
形成も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the mask pattern formed by electron beam lithography is set to the crystal orientation (110).
Although the lines are drawn so that they are oriented in the same direction, it is possible to achieve thin lines by drawing in different directions. In addition, the spacer layer Ga
x In 1-x P composition ratio x is lattice-matched with GaAs 0.5
However, depending on the introduction of the strained superlattice, x can be set to an arbitrary value between 0 and 1 to grow crystals. Further, it goes without saying that by forming the mask pattern in a lattice pattern, not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
GaAs系化合物半導体微細構造を低損傷で制御性よ
く、かつ高密度に形成する方法を提供することができ、
その実用的効果は大きい。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a method for forming a GaAs-based compound semiconductor fine structure with low damage, good controllability, and high density,
Its practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における化合物半導体の
微細構造形成方法の工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view of a method for forming a fine structure of a compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例における化合物半導体の
微細構造形成方法の工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view of a method for forming a fine structure of a compound semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例における化合物半導体の
微細構造形成方法の工程断面図
FIG. 3 is a process sectional view of a method for forming a fine structure of a compound semiconductor in a third embodiment of the present invention.

【図4】従来のGaAs系化合物半導体基板上への微細
構造形成方法のプロセスの工程断面図
FIG. 4 is a process cross-sectional view of a process of a conventional fine structure forming method on a GaAs compound semiconductor substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaAs基板 12 GaAsバッファ層 13 Al0.3Ga0.7As障壁層 14 GaAs量子井戸層 15 Al0.3Ga0.7As障壁層 16 Ga0.5In0.5Pスペーサ層 17 シリコン酸化膜 18 レジストパターン 19 GaAs量子細線 21 GaAs基板 22 GaAsバッファ層 23 Al0.3Ga0.7As障壁層 24 GaAs量子井戸層 25 Ga0.5In0.5Pスペーサ層 26 シリコン酸化膜 27 レジストパターン 28 Al0.3Ga0.7As障壁層 29 GaAs量子細線 31 GaAs基板 32 GaAsバッファ層 33 Al0.3Ga0.7As障壁層 34 GaAs量子井戸層 35 Al0.3Ga0.7As障壁層 36 Ga0.5In0.5Pスペーサ層 37 シリコン酸化膜 38 レジストパターン 39 GaAs量子細線 41 GaAs基板 42 GaAsバッファ層 43 Al0.3Ga0.7As障壁層 44 GaAs量子井戸層 45 Al0.3Ga0.7As障壁層 46 シリコン酸化膜 47 レジストパターン 48 GaAs量子細線11 GaAs Substrate 12 GaAs Buffer Layer 13 Al 0.3 Ga 0.7 As Barrier Layer 14 GaAs Quantum Well Layer 15 Al 0.3 Ga 0.7 As Barrier Layer 16 Ga 0.5 In 0.5 P Spacer Layer 17 Silicon Oxide Film 18 Resist Pattern 19 GaAs Quantum Wire 21 GaAs Substrate 22 GaAs buffer layer 23 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 24 GaAs quantum well layer 25 Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 26 silicon oxide film 27 resist pattern 28 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 29 GaAs quantum wire 31 GaAs substrate 32 GaAs buffer Layer 33 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 34 GaAs quantum well layer 35 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 36 Ga 0.5 In 0.5 P spacer layer 37 Silicon oxide film 38 Resist pattern 39 GaAs quantum wire 41 GaAs Substrate 42 GaAs buffer layer 43 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 44 GaAs quantum well layer 45 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 46 Silicon oxide film 47 Resist pattern 48 GaAs quantum wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 幸雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yukio Toyoda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】AlxGa1ーxAs(0≦x≦1)もしくは
GaAs系の量子井戸構造を有する化合物半導体にGa
xIn1ーxP(0≦x≦1)からなるスペーサ層を連続的
に結晶成長する工程と、エッチングマスクを介し塩酸系
のエッチャントを用いて前記GaxIn1ーxP(0≦x≦
1)スペーサ層をエッチングする工程と、ドライエッチ
ングを用いて前記AlxGa1ーxAs(0≦x≦1)もし
くはGaAs系の量子井戸構造を有する化合物半導体を
エッチングする工程と、それに引き続き塩酸系のエッチ
ャントを用いて前記GaxIn1ーxP(0≦x≦1)スペ
ーサ層を全面除去する工程とを備えたことを特徴とする
化合物半導体の微細構造形成方法。
1. A compound semiconductor having a quantum well structure of Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) or GaAs is Ga.
x In 1-x P (0 ≤ x ≤ 1) is continuously crystal-grown, and the Ga x In 1 -x P (0 ≤ x is obtained by using a hydrochloric acid-based etchant through an etching mask. ≤
1) a step of etching the spacer layer, a step of etching the compound semiconductor having a quantum well structure of Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) or GaAs using dry etching, and subsequently hydrochloric acid And a step of completely removing the Ga x In 1 -x P (0 ≦ x ≦ 1) spacer layer using a system etchant.
【請求項2】GaAsからなる量子井戸層の直上にGa
xIn1ーxP(0≦x≦1)からなるスペーサ層を連続的
に結晶成長させる工程をもつことを特徴とする請求項1
記載の化合物半導体の微細構造形成方法。
2. Ga directly on the quantum well layer made of GaAs.
2. A step of continuously crystal growing a spacer layer made of x In 1 -x P (0 ≦ x ≦ 1).
A method for forming a fine structure of a compound semiconductor according to claim 1.
【請求項3】ドライエッチングに引き続き硫酸系エッチ
ャントを用いてAlxGa1ーxAs(0≦x≦1)もしく
はGaAs系の量子井戸構造を有する化合物半導体をエ
ッチングする工程をもつことを特徴とする請求項1記載
の化合物半導体の微細構造形成方法。
3. A method of etching a compound semiconductor having a quantum well structure of Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x ≦ 1) or GaAs using a sulfuric acid-based etchant after the dry etching. The method for forming a fine structure of a compound semiconductor according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08264807A (en) * 1995-03-24 1996-10-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor resonance tunnel transistor and manufacturing method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264807A (en) * 1995-03-24 1996-10-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor resonance tunnel transistor and manufacturing method thereof

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