JPH0618189B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相エッチング方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相エッチング方法Info
- Publication number
- JPH0618189B2 JPH0618189B2 JP24796087A JP24796087A JPH0618189B2 JP H0618189 B2 JPH0618189 B2 JP H0618189B2 JP 24796087 A JP24796087 A JP 24796087A JP 24796087 A JP24796087 A JP 24796087A JP H0618189 B2 JPH0618189 B2 JP H0618189B2
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- etching
- vapor phase
- compound semiconductor
- iii
- phase etching
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の非常に精密に制御
された気相エッチング方法に関するものである。
された気相エッチング方法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕 ＧａＡｓ，ＩｎＰ等のようなIII−Ｖ族化合物半導体の
気相エピタキシャル成長結晶は、発光ダイオード，レー
ザダイオードのような光デバイスや、ＦＥＴのようなマ
イクロ波デバイスに広く応用されている。ところで、基
板結晶上に気相成長によりエピタキシャル成長を行う場
合、基板結晶のエッチングを行うのが普通である。この
エッチングには、基板結晶を反応管にセットする前に行
う溶液によるケミカルエッチングと、反応管にセット後
成長直前に行う気相エッチングとがある。前者は主とし
て基板結晶表面に残っている鏡面研磨の際に発生した破
損層を取り除くのが目的であり、後者は主としてケミカ
ルエッチング後から反応管にセットするまでの間に表面
に形成された酸化膜や、ゴミなどの付着した不純物を除
去したり、昇温の間に形成された変成層を除去するのが
目的である。この気相エッチングが十分でないと、表面
上に残った酸化膜や微小ゴミ等が核となり、ヒルロック
等の表面欠陥の非常に多い成長面となる。また、エピタ
キシャル層と基板結晶の界面にディップ層と呼ばれるキ
ャリア濃度の非常に低下した部分が生じたりする。これ
らは何れもデバイス作製上、有害なものである。従っ
て、この気相エッチングは結晶成長上欠かせないプロセ
スである。
気相エピタキシャル成長結晶は、発光ダイオード，レー
ザダイオードのような光デバイスや、ＦＥＴのようなマ
イクロ波デバイスに広く応用されている。ところで、基
板結晶上に気相成長によりエピタキシャル成長を行う場
合、基板結晶のエッチングを行うのが普通である。この
エッチングには、基板結晶を反応管にセットする前に行
う溶液によるケミカルエッチングと、反応管にセット後
成長直前に行う気相エッチングとがある。前者は主とし
て基板結晶表面に残っている鏡面研磨の際に発生した破
損層を取り除くのが目的であり、後者は主としてケミカ
ルエッチング後から反応管にセットするまでの間に表面
に形成された酸化膜や、ゴミなどの付着した不純物を除
去したり、昇温の間に形成された変成層を除去するのが
目的である。この気相エッチングが十分でないと、表面
上に残った酸化膜や微小ゴミ等が核となり、ヒルロック
等の表面欠陥の非常に多い成長面となる。また、エピタ
キシャル層と基板結晶の界面にディップ層と呼ばれるキ
ャリア濃度の非常に低下した部分が生じたりする。これ
らは何れもデバイス作製上、有害なものである。従っ
て、この気相エッチングは結晶成長上欠かせないプロセ
スである。
ところで、最近では、結晶の一部を選択的にエッチング
し、そこに改めて周りの結晶とは電気的，光学的に性質
の異なるエピタキシャル層の成長を行う選択成長が行わ
れている。この場合にはエッチング深さの精密な制御が
要求されることが多い。例えば、ＧａＡｓ、ＦＥＴにお
けるソースとドレイン部の電極形成用コンタクト層の成
長を例にとると、従来の一般的な方法では、選択エッチ
ングにはＳｉＯ２等のマスクを通した溶液によるケミカ
ルエッチングが主として用いられてきた。しかし、この
方法ではデバイスから要求されるエッチング深さの精密
な制御が困難であり、更に、ケミカルエッチング後、空
気中に取り出し基板結晶の反応管へのセットを行うた
め、前述したように、エピタキシャル層と基板結晶の界
面にディップ層と呼ばれるキャリヤ濃度の非常に低下し
た部分が生じたりする。これもコンタクト層にとって非
常に望ましからざる現象であった。
し、そこに改めて周りの結晶とは電気的，光学的に性質
の異なるエピタキシャル層の成長を行う選択成長が行わ
れている。この場合にはエッチング深さの精密な制御が
要求されることが多い。例えば、ＧａＡｓ、ＦＥＴにお
けるソースとドレイン部の電極形成用コンタクト層の成
長を例にとると、従来の一般的な方法では、選択エッチ
ングにはＳｉＯ２等のマスクを通した溶液によるケミカ
ルエッチングが主として用いられてきた。しかし、この
方法ではデバイスから要求されるエッチング深さの精密
な制御が困難であり、更に、ケミカルエッチング後、空
気中に取り出し基板結晶の反応管へのセットを行うた
め、前述したように、エピタキシャル層と基板結晶の界
面にディップ層と呼ばれるキャリヤ濃度の非常に低下し
た部分が生じたりする。これもコンタクト層にとって非
常に望ましからざる現象であった。
従来の気相エッチングを、第２図に示したハイドライド
気相成長法を用いて説明する。ＧａＡｓの成長を例にと
ると、反応管２の上流にＧａソースボート６を置き、そ
の上流からＨ２キャリヤガスとともにＨＣｌガスを供給
する。この結果、ＧａＣｌが生成され下流に運ばれる。
また、Ｇａソースボート６をバイパスするパイプ５から
Ａｓの水素化物であるＡｓＨ３をＨ２キャリヤガスとと
もに供給する。この両者のガスが基板結晶１の領域で混
合しＧａＡｓの成長が起こる。気相エッチングはバイパ
スパイプ５からＨＣｌガスを供給することによって行
い、Ｇａ輸送用のＨＣｌガスとの比を調整することによ
ってそのエッチング速度を制御していた。しかしなが
ら、この従来方法では、基板結晶温度、Ｇａ輸送用のＨ
Ｃｌガス流量、あるいはＡｓＨ３流量等成長条件にエッ
チング速度が大きく影響され、デバイス作製上要求され
る程度を持ってエッチング深さを制御することは不可能
であった。
気相成長法を用いて説明する。ＧａＡｓの成長を例にと
ると、反応管２の上流にＧａソースボート６を置き、そ
の上流からＨ２キャリヤガスとともにＨＣｌガスを供給
する。この結果、ＧａＣｌが生成され下流に運ばれる。
また、Ｇａソースボート６をバイパスするパイプ５から
Ａｓの水素化物であるＡｓＨ３をＨ２キャリヤガスとと
もに供給する。この両者のガスが基板結晶１の領域で混
合しＧａＡｓの成長が起こる。気相エッチングはバイパ
スパイプ５からＨＣｌガスを供給することによって行
い、Ｇａ輸送用のＨＣｌガスとの比を調整することによ
ってそのエッチング速度を制御していた。しかしなが
ら、この従来方法では、基板結晶温度、Ｇａ輸送用のＨ
Ｃｌガス流量、あるいはＡｓＨ３流量等成長条件にエッ
チング速度が大きく影響され、デバイス作製上要求され
る程度を持ってエッチング深さを制御することは不可能
であった。
また、エッチングの深さも上流部が大きく、下流部が小
さいというように不均一性が大きかった。
さいというように不均一性が大きかった。
本発明の目的は、III−Ｖ族化合物半導体の気相エッチ
グにおいて、従来のかかる欠点を除去し、エッチング深
さの精密な制御が可能な気相エッチングの方法を提供し
ようとするものである。
グにおいて、従来のかかる欠点を除去し、エッチング深
さの精密な制御が可能な気相エッチングの方法を提供し
ようとするものである。
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の気相エッチング方
法において、Ｖ族元素の塩化物を結晶表面に吸着させる
第１の工程と、III−Ｖ族化合物半導体のIII族元素の塩
化物として結晶表面からIII族元素を揮発させる第２の
工程とにより、全体としてIII−Ｖ族化合物半導体の結
晶表面から一分子層を取り除き、これら第１の工程と第
２の工程とを繰り返すことによって、エッチングを行う
ことを特徴としている。
法において、Ｖ族元素の塩化物を結晶表面に吸着させる
第１の工程と、III−Ｖ族化合物半導体のIII族元素の塩
化物として結晶表面からIII族元素を揮発させる第２の
工程とにより、全体としてIII−Ｖ族化合物半導体の結
晶表面から一分子層を取り除き、これら第１の工程と第
２の工程とを繰り返すことによって、エッチングを行う
ことを特徴としている。
本発明は２つの工程に分けられる。先ず最初に基板結晶
上にＡＣｌ３，ＰＣｌ３のようなＶ族元素の三塩化物を
吸着させる第１の工程である。例えば、ＧａＡｓとＡｓ
Ｃｌ３の場合、基板結晶温度が比較的高い場合にはＡｓ
Ｃｌ３の供給により基板結晶のエッチングが生じるが、
200℃程度になると、基板結晶上にＡｓＣｌ３を供給し
てもエッチングを生じることはなくＡｓＣｌ３の吸着の
みが起こる。この様にＡｓＣｌ３を吸着したのち、Ａｓ
Ｃｌ３の供給を止め、次にこの基板結晶の温度を何らか
の方法で上昇させ、ＧａＣｌ３として結晶表面からＧａ
を取り去る。これが第２の工程である。Ｇａの結合ボン
ドを切られたＡｓ原子は自分自身で気相中に飛び出すと
考えられる。
上にＡＣｌ３，ＰＣｌ３のようなＶ族元素の三塩化物を
吸着させる第１の工程である。例えば、ＧａＡｓとＡｓ
Ｃｌ３の場合、基板結晶温度が比較的高い場合にはＡｓ
Ｃｌ３の供給により基板結晶のエッチングが生じるが、
200℃程度になると、基板結晶上にＡｓＣｌ３を供給し
てもエッチングを生じることはなくＡｓＣｌ３の吸着の
みが起こる。この様にＡｓＣｌ３を吸着したのち、Ａｓ
Ｃｌ３の供給を止め、次にこの基板結晶の温度を何らか
の方法で上昇させ、ＧａＣｌ３として結晶表面からＧａ
を取り去る。これが第２の工程である。Ｇａの結合ボン
ドを切られたＡｓ原子は自分自身で気相中に飛び出すと
考えられる。
この第１の工程と第２の工程により、基板結晶表面の一
分子層がエッチングされることになる。
分子層がエッチングされることになる。
従って、本発明による気相エッチング方法を用いると、
エッチングの深さは第１の工程と第２の工程の繰り返し
の数のみに依存し、しかも、一分子層の単位で制御でき
るようになる。更に、ＡｓＣｌ３の吸着は一定基板温度
以下なら温度に依存せず基板全面に均一に起こるため
に、エッチング深さは原理的には完全に均一となる。
エッチングの深さは第１の工程と第２の工程の繰り返し
の数のみに依存し、しかも、一分子層の単位で制御でき
るようになる。更に、ＡｓＣｌ３の吸着は一定基板温度
以下なら温度に依存せず基板全面に均一に起こるため
に、エッチング深さは原理的には完全に均一となる。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
本実施例ではＧａＡｓ基板結晶を全面に亘って気相エッ
チングする場合に本発明を適用した例について述べる。
本発明に用いた気相エッチング装置の概略を第１図に示
した。この装置において、反応管２の上流からＨ２キヤ
リヤガスとともにＡｓＣｌ３を供給する。基板結晶１と
しては（100）面方位のＧａＡｓを用いた。反応管２の
温度は抵抗加熱炉（図示せず）により制御し、上流部の
低温領域３を 150℃、下流部の高温領域４を 300℃に保
った。エッチング条件は次の通りである。
チングする場合に本発明を適用した例について述べる。
本発明に用いた気相エッチング装置の概略を第１図に示
した。この装置において、反応管２の上流からＨ２キヤ
リヤガスとともにＡｓＣｌ３を供給する。基板結晶１と
しては（100）面方位のＧａＡｓを用いた。反応管２の
温度は抵抗加熱炉（図示せず）により制御し、上流部の
低温領域３を 150℃、下流部の高温領域４を 300℃に保
った。エッチング条件は次の通りである。
ＡｓＣｌ３分圧 １×10-3atm 水素流量 2,000 cc/min エッチングの手順としては、先ず、基板結晶１を反応管
上流の低温領域３におき、所定温度（150℃）にまで昇
温した。その温度に達したところでＡｓＣｌ３をＨ２キ
ャリヤガスと共に供給し、基板結晶１に10秒間ＡｓＣｌ
３を吸着させた（第１の工程）。次に基板結晶を下流の
高温領域４（300℃）に移動して10秒間放置し（第２の
工程）、その後再び基板結晶１を反応管上流の低温領域
３に移動した。これを１サイクルとして、ここでは300
サイクルのエッチングを行った。この後、基板結晶を取
り出し、エッチング深さの評価を行ったところ、ＧａＡ
ｓは約 850Åの厚さエッチングさていることが分かっ
た。これは、１サイクルに一分子層がエッチングされて
いることを示している。
上流の低温領域３におき、所定温度（150℃）にまで昇
温した。その温度に達したところでＡｓＣｌ３をＨ２キ
ャリヤガスと共に供給し、基板結晶１に10秒間ＡｓＣｌ
３を吸着させた（第１の工程）。次に基板結晶を下流の
高温領域４（300℃）に移動して10秒間放置し（第２の
工程）、その後再び基板結晶１を反応管上流の低温領域
３に移動した。これを１サイクルとして、ここでは300
サイクルのエッチングを行った。この後、基板結晶を取
り出し、エッチング深さの評価を行ったところ、ＧａＡ
ｓは約 850Åの厚さエッチングさていることが分かっ
た。これは、１サイクルに一分子層がエッチングされて
いることを示している。
次に、反応管２の上流部温度を100〜180℃、下流部の温
度を250〜325℃の間で変化させたり、ＡｓＣｌ３分圧を
変化させてエッチング深さの変化を調べたが、１サイル
にほぼ一分子層がエッチングされている結果は変わらな
かった。これらの結果は、エッチングの深さは第１の工
程と、第２の工程の繰り返しの数にのみ依存し、しか
も、一分子層の単位で精密に制御できる本発明の効果を
良く現している。また、エッチングの均一性は、±１％
以下の測定誤差以内の極めて小さいものであった。更
に、エッチング面は、表面欠陥などの特別なモフォロジ
ーがなく、鏡面性に優れたものが得られた。
度を250〜325℃の間で変化させたり、ＡｓＣｌ３分圧を
変化させてエッチング深さの変化を調べたが、１サイル
にほぼ一分子層がエッチングされている結果は変わらな
かった。これらの結果は、エッチングの深さは第１の工
程と、第２の工程の繰り返しの数にのみ依存し、しか
も、一分子層の単位で精密に制御できる本発明の効果を
良く現している。また、エッチングの均一性は、±１％
以下の測定誤差以内の極めて小さいものであった。更
に、エッチング面は、表面欠陥などの特別なモフォロジ
ーがなく、鏡面性に優れたものが得られた。
なお、この実施例はエッチングのみを行うものである
が、これを基本として従来の成長方法を組み合わせるこ
とにより、容易にエッチング−成長の連続プロセスを実
現できることは明らかであろう。
が、これを基本として従来の成長方法を組み合わせるこ
とにより、容易にエッチング−成長の連続プロセスを実
現できることは明らかであろう。
以上述べたように、本発明によるIII−Ｖ族化合物半導
体の気相エッチング方法を用いると、エッチング深さの
一分子層単位で精密な制御および極めて高い均一性の確
保が可能となる。従って、本発明の気相エッチング方法
は、種々のデバイス作製に極めて有用な技術である。
体の気相エッチング方法を用いると、エッチング深さの
一分子層単位で精密な制御および極めて高い均一性の確
保が可能となる。従って、本発明の気相エッチング方法
は、種々のデバイス作製に極めて有用な技術である。
第１図は本発明における実施例を説明するための図で、
ＧａＡｓ基板結晶をエッチングする場合に適用した気相
エッチング装置の概略図、 第２図は従来の気相エッチング方法を説明するための図
である。 １……基板結晶 ２……反応管 ３……低温領域 ４……高温領域 ５……バイパスパイプ ６……Ｇａソースボート
ＧａＡｓ基板結晶をエッチングする場合に適用した気相
エッチング装置の概略図、 第２図は従来の気相エッチング方法を説明するための図
である。 １……基板結晶 ２……反応管 ３……低温領域 ４……高温領域 ５……バイパスパイプ ６……Ｇａソースボート
Claims (1)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体の気相エッチング
方法において、Ｖ族元素の塩化物を結晶表面に吸着させ
る第１の工程と、III−Ｖ族化合物半導体のIII族元素の
塩化物として結晶表面からIII族元素を揮発させる第２
の工程とにより、全体としてIII−Ｖ族化合物半導体の
結晶表面から一分子層を取り除き、これら第１の工程と
第２の工程とを繰り返すことによって、エッチングを行
うことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相エッ
チング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24796087A JPH0618189B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相エッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24796087A JPH0618189B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0191424A JPH0191424A (ja) | 1989-04-11 |
| JPH0618189B2 true JPH0618189B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=17171113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24796087A Expired - Lifetime JPH0618189B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相エッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0618189B2 (ja) |
-
1987
- 1987-10-02 JP JP24796087A patent/JPH0618189B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0191424A (ja) | 1989-04-11 |
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