JPH081902B2 - 化合物半導体の光電気化学的エッチング装置 - Google Patents
化合物半導体の光電気化学的エッチング装置Info
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- JPH081902B2 JPH081902B2 JP4283152A JP28315292A JPH081902B2 JP H081902 B2 JPH081902 B2 JP H081902B2 JP 4283152 A JP4283152 A JP 4283152A JP 28315292 A JP28315292 A JP 28315292A JP H081902 B2 JPH081902 B2 JP H081902B2
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
- C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
- C25F3/02—Etching
- C25F3/12—Etching of semiconducting materials
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Description
学的エッチング装置に関するもので、光ソース(sou
rce)で使用されるレーザー光線の波型周期とエッチ
ング液の中に漬されている化合物半導体材料に印加され
る電圧の波型周期を適切に調整して、高速エッチング及
びエッチング後に半導体表面の均一化等が可能であり、
特に化合物半導体材料を利用したDFB半導体レーザ
ー、ブラッグ反射器(BraggReflector)
半導体レーザーの如き光素子製作時、光電気化学的レー
ザーホログラフィ(Holography)を利用して
回折格子を形成するのに適用可能であり、かつ、化合物
半導体材料の効率的の表面処理方法でも活用されること
のできる化合物半導体の光電気化学的エッチング装置に
関するものである。
光線を利用した光電気化学的エッチング方法は、マスク
を用いず欲する部分だけを選択的にエッチングできる新
しい技術であって、LED(Light Emitti
ng Diode)、長波長環状p−i−n光検波器、
ミリメートル波電子振動子等の光素子製造のためのエッ
チング方法として使用される。このようなエッチング方
法でレーザーホログラフィを利用して、光電気化学的に
化合物半導体表面上に回折格子を形成するときの概要及
び問題点は次の通りである。
ている半導体材料の酸化反応を起させるためのエッチン
グ工程中、継続的に逆(Reverce)電圧を印加す
る。エッチング工程が進行されることによって印加され
た逆電圧によりn−型化合物半導体表面にはホール(H
ole)等が誘導され、レーザー光線の照明により更に
多いホール等の誘導が行われると同時に、レーザー光線
とエッチング液の光化学的反応により半導体材料は陽イ
オン化され、エッチング副産物等がエッチング液の中に
収容されることになる。この場合、大部分のエッチング
副産物等は水酸化物(Hydroxide)状態で材料
表面に存在するとか、表面辺りでエッチング液の陰イオ
ン等と結合して液体状態のエッチング副産物層を形成す
る。エッチング工程中、このような副産物層が一定の厚
さ以上に形成されれば、光導波路(Optical W
aveguide)として作用することになりレーザー
光線照明時、入射されたレーザー光線が副産物層内に吸
収されて発振を起した後に反射されるので、レーザー光
線の輝度(Intensity)を減少させるのみなら
ず欲しない部分がエッチングされる。かつ、副産物層の
屈折率(Refractive Index)はエッチ
ング液の屈折率と異なるのでレーザー光線入射時、入射
角の変化を起しホログラフィを利用した回折格子等の製
作時にスペーシング(spacing)に大きな影響を
与える。又、エッチング工程が完了された後の材料表面
も欲しない部分のエッチングに因り荒くなるので、製作
された回折格子の回折効率も減少させることになる。
継続的に印加される逆電圧の代りに波型信号発生器を利
用し、逆及び順方向(forward)電圧を一定の波
型周期で印加し逆電圧が印加された場合には、前述した
如く酸化反応によりエッチング工程が進行された材料表
面辺りに副産物層が形成され、順方向電圧が印加された
場合には、材料表面に電子等が誘導され還元反応により
副産物層が表面から遠ざかり分散させることにし、か
つ、エッチング工程時に照明されるレーザー光線をビー
ムチョッパ(beam chopper)を利用してパ
ルス発生器のパルス周期とレーザー光線のOn−Off
周期を一致させるならば、更に効率的のエッチング工程
が行い得る。又、波型信号発生器で材料に印加される逆
及び順方向電圧の大きさとパルス周期(かつ、レーザー
ビームチョッパの周期)はエッチングされる化合物半導
体材料と、それによるエッチング液の種類及びレーザー
光線の種類、輝度等により決定されるようにし、上記の
短所が解消できる化合物半導体の光電気化学的エッチン
グ装置を提供するのにその目的がある。
光電気化学的エッチング装置は、レーザー光線発生器
(7)より投射されるレーザー光線を遮断するためのシ
ャッタ(8)と、上記シャッタ(8)を通してレーザー
光線を断絶するレーザービームチョッパ(9)と、上記
シャッタ(8)を通したレーザー光線をOn−Offす
るレーザービームチョッパ(9)と、上記レーザービー
ムチョッパ(9)よりOn−Offされて断続的に入射
されるレーザー光線を反射するための第2高反射鏡(1
1)と、上記第2高反射鏡(11)より入射されるレー
ザー光線を拡張するビーム拡張器(12)と、波型信号
を発生する波型信号発生器(17)と、上記レーザービ
ームチョッパ(9)と上記波型信号発生器(17)間に
連結され、上記レーザービームチョッパ(9)がレーザ
ー光線をOn−Offする周期と、上記波型信号発生器
(17)の波型信号の周期とを一致させるチョッパコン
トローラ(10)と、光ガラスセル(13)及び上記波
型信号発生器(17)間に連結され、波型信号発生器よ
り入力される波型信号により上記光ガラスセル(13)
に逆又は順方向の電圧を供給するためのポテンシオスタ
ット(16)で構成されることを特徴とする化合物半導
体の光電気化学的エッチング装置。
印加する電圧を順方向及び逆方向の電圧に分けて周期的
の波型信号を加えた場合、エッチング工程のとき形成さ
れたエッチング副産物層が順方向電圧印加のとき分散さ
れるので、次のエッチング工程時、レーザー光線が副産
物層により分散されて輝度が減少されるとか、光導波路
の効果による光波振動で欲しない場所にエッチングが生
ずる短所をなくすことができる。このような効果は全て
の表面上に均一のエッチングを行い得るものであり、表
面の粗さを減少させて製作された回折格子の効率を増加
させる。かつ、レーザー光線も材料に印加される電圧の
波型周期と一致させて更に効果的のエッチング工程が行
い得るものである。
に説明することにする。
て、エッチングしようとする化合物半導体材料(1)の
背面に電圧を印加できるようにオーミックコンタクト
(2)を形成した後、銅帯(3)を付着した状態である
が、回折格子が形成される前面だけを除いた残りの部分
をエッチング液より保護するために有機物質(4)をコ
ーティング(coating)する。
1高反射鏡(6)とガラス板(5)が直角に会うように
構成された試料ブロックのガラス板(5)に付着する。
このような試料ブロックで拡大されたレーザー光線が入
射される場合、半導体材料の表面上には二つのパートの
レーザー光線(即ち、第1高反射鏡(6)より反射され
半導体材料に入射するパートと直接入射するパート)が
相互交叉されて回折パターンを形成されることになる。
ック図で、レーザー光線を生成するレーザー光線発生器
(7)で発生されるレーザー光線は、シャッタ(8)、
レーザービームチョッパ(9)を通して第2高反射鏡
(11)で反射されてビーム拡張器(beam exp
ander)(12)に入射される。ビーム拡張器(1
2)で拡張されたレーザー光線は光ガラスセル(13)
に入射される。
(17)は、上記レーザービームチョッパ(9)をコン
トロールするチョッパコントローラ(10)に波型信号
を供給し、かつ、上記光ガラスセル(13)内のガラス
板(5)及び上記光ガラスセル(13)内の白金片(1
4)、及び標準カロメル電極(15)に一定電圧の逆及
び順方向電圧を印加するためのポテンシオスタット(1
6)に波型信号を供給するように構成されるが、このよ
うな装置により化合物半導体がエッチングされる工程は
次の通りである。
信号等をいう。
ッチング液が入っている光ガラスセル(13)内で行わ
れる場合、パターンの明るい部分ではエッチング液とレ
ーザー光線の光化学反応により材料のエッチングが進行
され、暗い部分ではエッチングが進行されないので、回
折パターンが化合物半導体材料(1)表面上にそのまま
伝達されるのである。このような光化学的反応はポテン
シオスタット(16)を使用して一定の電圧を印加すれ
ば、エッチング工程が更に高速に進行される。この場
合、印加電圧は波型信号発生器(17)を使用して一定
の波型周期で逆及び順方向電圧が供給されるようにす
る。かつ、上記波型信号発生器(17)と連結されたチ
ョッパコントローラ(10)とレーザービームチョッパ
(9)を利用して、ポテンシオスタット(16)にて試
片(20)の化合物半導体材料(1)に印加される波型
周期と、レーザー光線のOn−Off周期を一致させて
酸化反応が進行されるとき(逆方向電圧印加時)には、
レーザーがOnとなり還元反応が進行されるとき(順方
向電圧印加時)には、Offとなるようにする。このよ
うな構成は継続的の逆方向電圧の印加とレーザー光線の
照明に因るエッチング副産物層の存在がエッチング工程
に影響を及ぼす従来の技術に比して、還元反応時に即
ち、レーザー光線のOff Timeのときこのような
副産物層をエッチング液の中に分散させるので、次のオ
ンタイム(On Time)のとき新しい表面でエッチ
ング工程が進行され得るのである。この場合、エッチン
グ工程の状態(即ち、回折格子の質)を決定する重要の
要素は、光ソースで使用されるレーザー(7)の波長、
輝度、偏光状態(polarization stat
e)、材料に似合うエッチング液の選択、印加される逆
及び順方向電圧の大きさ及び波型周期である。上記の要
素のうち本発明のキーポイントである印加電圧とレーザ
ー光線の波型周期は、材料に似合うように選択されたエ
ッチング液の中での酸化及び還元反応速度により決定さ
れるが、普通逆及び順方向電圧は0.1〜100mse
c程度であり、印加電圧大きさの決定は光ガラスセル
(13)内で行われた材料(1)の電流−電圧特性曲線
より得られる。
ありながらも良質の酸化膜形成は、全ての製造工程の必
須条件である。このような表面処理時、陽極酸化(An
odic Oxidation)による酸化膜の形成方
法が多く利用される。けれども、陽極酸化により形成さ
れた酸化膜の短所はアイランド成長メカニズム(Isl
and Growth Mechanism)により薄
型酸化膜を得ることが難しい。
めに本発明を適用することができる。図1の如く試片を
製作した後、材料に適合のエッチング液を選択する。エ
ッチング液の選択は以後形成される酸化膜の化学的成分
に大きな影響を及ぼすので、表面処理後の工程を考慮し
て選択する。同じ方法でレーザー光線の波長、輝度、印
加電圧の大きさ及び波型周期等を決定して図3の如き装
置により進行される。このときの表面処理時間は材料に
より異なるので何度も実施した後に決定する。
に印加する電圧を順方向及び逆方向の電圧に分けて周期
的の波型信号を加えた場合、エッチング工程のとき形成
されたエッチング副産物層が順方向電圧印加のとき分散
されるので、次のエッチング工程時、レーザー光線が副
産物層により分散されて輝度が減少されるとか、光導波
路の効果による光波振動で欲しない場所にエッチングが
生ずる短所をなくすことができる。このような効果は全
ての表面上に均一のエッチングを行い得るものであり、
表面の粗さを減少させて製作された回折格子の効率を増
加させる。かつ、レーザー光線も材料に印加される電圧
の波型周期と一致させて更に効果的のエッチング工程が
行い得るものである。
しかも種々の欠点を有さない。
ct) 3……銅帯(copper strip) 4……有機物質 5……ガラス板 6……第1高反射鏡 7……レーザー発生器 8……シャッタ 9……ビームチョッパ(beam chopper) 10……チョッパコントローラ(chopper co
ntroller) 11……第2高反射鏡 12……ビーム拡張器 13……光ガラスセル 14……白金電極 15……標準カロメル電極(standard cal
omel electrode) 16……ポテンシオスタット(potentiosta
t) 17……波型信号発生器
Claims (1)
- 【請求項1】 レーザー光線を発生するレーザー光線発
生器(7)と、 上記レーザー光線発生器(7)より投射されるレーザー
光線を遮断するシャッタ(8)と、 上記シャッタ(8)を通したレーザー光線をOn−Of
fするレーザービームチョッパ(9)と、 上記レーザービームチョッパ(9)よりOn−Offさ
れて断続的に入射されるレーザー光線を反射するための
第2高反射鏡(11)と、 上記第2高反射鏡(11)より入射されるレーザー光線
を拡張するビーム拡張器(12)と、 波型信号を発生する波型信号発生器(17)と、 上記レーザービームチョッパ(9)と上記波型信号発生
器(17)間に連結され、上記レーザービームチョッパ
(9)がレーザー光線をOn−Offする周期と、上記
波型信号発生器(17)の波型信号の周期とを一致させ
るチョッパコントローラ(10)と、 光ガラスセル(13)及び上記波型信号発生器(17)
間に連結され、波型信号発生器より入力される波型信号
により上記光ガラスセル(13)に逆又は順方向の電圧
を供給するためのポテンシオスタット(16)で構成さ
れることを特徴とする化合物半導体の光電気化学的エッ
チング装置。
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