NO324780B1 - Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel - Google Patents

Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel Download PDF

Info

Publication number
NO324780B1
NO324780B1 NO20026261A NO20026261A NO324780B1 NO 324780 B1 NO324780 B1 NO 324780B1 NO 20026261 A NO20026261 A NO 20026261A NO 20026261 A NO20026261 A NO 20026261A NO 324780 B1 NO324780 B1 NO 324780B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
etching
acid
ysby
procedure according
gasb
Prior art date
Application number
NO20026261A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20026261L (no
NO20026261D0 (no
Inventor
Renato Bugge
Bjorn-Ove Fimland
Original Assignee
Leiv Eiriksson Nyfotek As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leiv Eiriksson Nyfotek As filed Critical Leiv Eiriksson Nyfotek As
Priority to NO20026261A priority Critical patent/NO324780B1/no
Publication of NO20026261D0 publication Critical patent/NO20026261D0/no
Priority to EP03768404A priority patent/EP1581668B1/en
Priority to DE60334929T priority patent/DE60334929D1/de
Priority to PCT/NO2003/000429 priority patent/WO2004059038A1/en
Priority to AT03768404T priority patent/ATE487810T1/de
Priority to AU2003291781A priority patent/AU2003291781A1/en
Priority to US10/540,896 priority patent/US20060240670A1/en
Publication of NO20026261L publication Critical patent/NO20026261L/no
Publication of NO324780B1 publication Critical patent/NO324780B1/no
Priority to US12/686,000 priority patent/US20110021032A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604Chemical etching
    • H01L21/30612Etching of AIIIBV compounds
    • H01L21/30617Anisotropic liquid etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604Chemical etching
    • H01L21/30612Etching of AIIIBV compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

Foreliggende oppfinnelse omfatter et vått, surt etsemiddel for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Ali. xz Ga* 1 n,As_ySby med 0<x<l,0<y<l,0<z<logO< x+z < 1, en fremgangsmåte for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Ali -x-z GalnAs_y Sby med 0<x< 1, 0 < y < l,0<z< 1 og 0 < x+z < 1, og en halvlederstniktur fremstilt ved våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Al__GalnAs i _y Sby med 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1 og 0 < x+z < 1.

Description

Oppfinnelsen omhandler en fremgangsmåte for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0<x<1,0<y<1,0<z<1 og0< x+z < 1, samt anvendelse av vått, surt etsemiddel blandet i vann som omfatter organisk syre, hydrogenperoksid og hydrogenfluorsyre.
A. Li, C. Lin and Y. Zheng, "Chemical etching liquid system for preparing gallium antimonide semiconductor device", CN A 1328175 brukte en etseveske sammensatt av vinsyre (C4H606), H202 og HF for å etse GaSb-baserte komponenter.
US 5 798540 beskriver etseløsning bestående av melkesyre eller eddiksyre, hydrogenperoksid og HF. Etseløsningen brukes til å fjerne halvledermaterial ved kjemisk ets, halvledermaterialet kan være AlGaAsSb.
JP 08064774 beskriver ets ved bruk av en fortynnet løsning av hydrogenperoksid, sitronsyre og HF.
P.S. Gladkov et al. "Study of a new chemical etchant for GaSb (100) and (111) substrate preparation for epitaxial growth", pp. 2413-17, Journal of Electrochemical Society, Vol. 142, No. 7 (1995) brukte en etseveske sammensatt av vannholdig vinsyre-løsning, H202 og HF for overflate-preparering av GaSb-materiale. De foreslo at følgende reaksjoner kunne foregå i den ferdige løsningen:
Den komplekse vinsyren løser antimonoksidet, mens flussyren løser galliumoksidet.
Dette er i kontrast til galliumcitrat formasjonen som er observert av G.E. Hawes et al. "Solid and Solution State NMR Spectra and the Structure of the Gallium Citrate Complex (NH4)3[Ga(C6H507)2]-4H20", pp.1005-1011, European Journal of Inorganic Chemistry (2001), der Ga reagerer med citratet.
Fra G.C. Desalvo et al. "Citric acid etching of GaAsi-xSbXl Alo.5Gao.5Sb, and InAs for Heterostructure Device Fabrication", pp. 3526-31, Journal of Electrochemical Society, Vol. 141, No. 12 (1994) er det kjent at man benytter en etseløsning basert på sitronsyre og H202 for mønster-preging av komponenter i Gao.5Alo.5Sb og GaAsi-xSbx materiale. For GaAs ble det rapportert en etserate opp til 0,3 urn/min, mens for både GaSb og Gao.5Alo.5Sb var etseratene under 10Å/min i den samme løsningen (respektivt 9.1 og 0.23Å/min).
Fra H.A. Szymanski et al. "Infrared and Råman studies of arsenic compounds", pp. 297-304, Applied Spectroscopy, Vol. 22, No. 4 (1968) vet vi at arsenoksider er løslige i vann (men ikke nødvendigvis i syrer under bias-betingelser ifølge X. Li et al. "Arsenic Oxide Micro crystals in Anodically Processed GaAs", pp. 1740-1746, Journal of Electrochemical Society, Vol. 147, No. 5 (2000)).
I denne oppfinnelsen ble ingen bias-betingelser benyttet, så vi forventer at arsenoksidet er løselig ved reaksjon med vann alene.
Ifølge Per Kofstad "Uorganisk kjemi. En introduksjon til elementenes kjemi", 467 sider, Tano A.S., Oslo (1987), vil faste As(lll)-oksider reagere med vann i et vått miljø:
Dvs., As203 (eller As406) kan danne As(OH)3 (eller H3ASO3) som så er i løsning uten at HF blandes inn. I en syrlig løsning kan følgende reaksjon skje:
Kofstad rapporterer også at Sb i oksidasjonstilstand +III er lite løselig i vann.
R.D. Twesten et al. "Microstructure and interface properties of laterally oxidized AlxGai.xAs", pp. 55-61, SPIE, Vol. 3003 (1997) fant rester av oksider av (AlxGai-x)203, som tilsvarer Ga203 i tilfellet GaAs, ved oksidering av AlxGai-xAs i våt N2. Dette tyder på at vann ikke kan løse Ga oksidet alene, som også er observet av andre (M. J. Howes and D.V. Morgan, "Etching and Surface Preparation of GaAs for Device Fabrication", pp. 119-160, Gallium Arsenide: Materials, Devices and Circuits, John Wiley & Sons Ltd. 1985). Det tyder også på at vann kan reagere med GaAs for å danne oksidet:
Dannelsen av hydrogen vil gi små gass-bobler hvis reaksjonsraten er høy.
I henhold til H. Hashimoto et al. "Optical and structural characteristics of Al203 films deposited by the reactive ionised duster beam method", pp. 241-244, Journal of Applied Physics, Vol. 63, no. 1, (1998) ble deponerte AI2O3 filmer etset av HF, men med en etserate som var avhengig av deponeringsparameterene til Reactive Ionised Cluser Beam metoden som ble brukt. Ved å variere deponeringsparameterene, kunne brytningsindeksen til filmene endres (ved å endre Al/oksygen forholdet i oksidet). Dette varierte i neste omgang etse-raten til materialene, med høyere etserate for lavere brytningsindeks, noe som indikerer at redusert oksygeninnhold gir redusert etse-rate. M. Ishida et al. "A new etching method for single-crystal AI2O3 film on Si using Si ion implantation", pp. 340-4, Sensors and Actuators A (Physical), Vol. A53, no. 1-3, (1996) observerte at HF etset Al203 med høyere rate hvis Si ble inkorporert inn i materialet.
S. Ootomo et al. rapporterte i "Properties of as-grown, chemically treated and thermally oxidized surfaces of AlGaN/GaN heterostructure", pp. 934-7, Proceedings of International Workshop on Nitride Semiconductors, Nagoya, Japan, (2000) at en blanding av AI2C-3 og Ga2C"3 ble etset av ren HF, men la igjen F-relaterte urenheter.
For oss antyder dette at del-reaksjonen av aluminiumoksid fjerning, vil øke med HF konsentrasjonen i etseløsningen i gjeldende oppfinnelse. Dette betyr at etseraten også er avhengig av Al-konsentrasjonen i materialet som etses.
J.H. Kim et al. "Selective etching of AlGaAs/GaAs structures using the solutions of citric acid/H202 and de-ionized H20/buffered oxide etch", pp. 558-60, Journal of Vacuum Science Technology, Vol. B16 (1998) observerte noe etsing av AlGaAs med sitronsyre/H202. De observerte at etseraten økte med lavere Al-innhold og/eller med redusert sitronsyre/H202 volumforhold. Dette betyr at en økende mengde H202 måtte være tilstede for å redusere Al oksidet ved økende Al innhold. Det er derfor sannsynlig at H202 faktisk reagerer med Al203 og løser dette ved høye konsentrasjoner av H202 og lave konsentrasjoner av Al. I henhold til P. Kofstad (1987), kan H2O2 virke som et reduksjonsmiddel. I eksperimenter med ets av Ali-x-zGaxlnzAs1-ySby, kan Al-innholdet bli over det som kan forventes å løses for høye etserater med kun H2O2 som eneste reduksjonsmiddel. Vi har introdusert HF inn i vår etseløsning som et forsøk på å øke løseligheten av Al oksidet under ets av Ali-x.zGaxlnzAsi.ySby.
I motsetning til ligning (6) foreslått av Twesten et al., gir ikke etseløsningene i gjeldende oppfinnelse merkbar hydrogen dannelse under GaAs ets. Reaksjonen mellom GaAs og vann er derfor mindre viktig for oksidasjonen av GaAs i våre etseløsninger.
Vi foreslår at i vårt tilfelle kan H2O2 reagere med GaAs, som gir dannelse av Ga og As oksider:
Tidligere fortolkninger av etseeksperimenter på GaSb av P.S. Gladkov et al. kan ikke forklare våre funn. I følge resultatene av våre etseeksperimenter, kan Ga oksidet også løses igjennom andre reaksjoner enn ligning (3). Fra ets av GaAs i sitronsyre/ hydrogenperoksid, har vi funnet at en reaksjon for oppløsning av Ga203 kan være:
med sitronsyre for dannelsen av galliumcitrat komplekser.
For de andre organiske syrene i gjeldende oppfinnelse, tyder etsehastighetene på at lignende kjemiske reaksjoner vil skje under ets med de andre organiske syrene.
Formålet med etseløsningene i gjeldende oppfinnelse er å produsere strukturer i GaSb-baserte materialer med forskjellige innhold av Al, Ga, In, Sb og As. Disse strukturene er blant annet benyttet i halvlederlasere. I en slik laser er det nødvendig å fjerne (etse) lag av Ali-x.zGaxlnzAsi-ySby i utpekte områder under prosessering, for å definere en optisk bølgeleder og et elektrisk injeksjonsområde. Generelt, når man produserer mikrostrukturer basert på 11 I-V halvledere, er det nødvendig å kunne etse materialene. Materialene som er etset i gjeldende oppfinnelse, er basert på AlGalnAsSb materialer med forskjellige innhold av Al, Ga, In, Sb og As. Konvensjonelt har disse materialene vært etset med en dyrere tørr-ets teknikk (gass), også referert til som Reactive lon Etch (RIE), siden det har vært vanskelig å finne en god våtets. Det er antatt at vanskelighetene med å etse disse materialene er hovedgrunnen til at teknologien ikke har vært benyttet i stor grad utenfor lab skala.
Meningen med gjeldende oppfinnelse er å benytte en blanding av to eller flere syrer og et oksiderende stoff for å produsere nye, passende etseløsninger for slike våtets-prosesser.
Hovedhensikten med gjeldende oppfinnelse er anvendelse av etseløsninger for en ny og kost-effektiv fremgangsmåte for å etse halvlederstrukturer som er sammensatt av et eller flere lag eller deler av Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby med 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1 og 0<x+z<1. Viktigheten av disse strukturene i et økonomisk perspektiv er høy siden de kan benyttes i et utvalg av halvleder fotoniske enheter som mikrolasere og bølgeledere. AlGalnAsSb-baserte halvlederlasere ser ut til å ha en lovende fremtid siden de viser høy ut-effekt, emisjon ved romtemperatur og emitterer i et spekter av bølgelengder i mid-IR området. Ved å benytte kjemisk våtets for å forme mønster inn i disse strukturene, kan man lage rimeligere lasere siden behovet for dyrt tørrets-utstyr (som RIE) kan elimineres. Slik kostnads-reduksjon i fremstillingen av halvlederlasere kan til slutt gi en bredere anvendelse av disse laserne. Den gjeldende oppfinnelsen viser fordelen ved å benytte organiske syrer med et oksiderende stoff og HF som en etseløsning for AlGalnAsSb-baserte materialer.
Foreliggende oppfinnelse omfatter i et aspekt en fremgangsmåte for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet
Ali.x.zGaxlnzAsy.ySby med 0<x<1,0<y<1,0<z<1 og0<x+z< 1, karakterisert ved at den omfatter at Ah. x. zGaxlnzAsi-ySby-materialet bringes i kontakt med et vått, surt etsemiddel som omfatter a) 12 - 45 w/v% organisk syre;
b) 0,4-5,5 w/v% oksidasjonsmiddel; og
c) 0,4-2,1 w/v% hydrogenfluorsyre.
idet alle vektprosentene er basert på den samlede vekten av blandingen, og
resten utgjøres av et løsemiddel, fortrinnsvis vann.
I det våte sure etsemidlet kan den organiske syren være ublandet eller en blanding, og velges fra sitronsyre, melkesyre, eddiksyre og vinsyre.
Oksidasjonsmidlet kan være hydrogenperoksid (H2O2), natriumhypokloritt (NaOCI), ozon eller et annet oksiddannende kjemikalie.
I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er
Ah-x-zGaxlnzAs^ySby-halvlederoverflaten eller -strukturen utformet (patterned) med et maskeringslag før kontakt med etsemidlet. Maskeringsmaterialet velges fra foto-resister, oksider, nitrider, karbider, diamant-film, halvledere eller metaller.
I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan ett eller flere toppsjikt påføres på Ali.x-zGaxlnzAsi-ySby-halvlederoverflaten eller -strukturen slik at utformingen (patterning) av nevnte halvleder gjennomføres uten noen som helst reaksjon ved grenseflaten mellom overflaten avAh-x-zGaxlnzAsi-ySby halvlederen og et maskeringsmateriale. Toppsjiktet kan være GaSb, InSb, GaAs, InAs, GalnSb, GalnAs, InAsSb, GaAsSb, GalnAsSb eller annet ikke-oksiderende materiale.
Foreliggende fremgangsmåte kan utføres i løpet av to trinn hvor Al 1 .x. zGaxlnzAsi-ySby-halvlederoverflaten eller -strukturen eksponeres for H2O2 og den organiske syren og hydrogenfluorsyren i løpet av to trinn.
I et videre aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse anvendelse av et vått, surt etsemiddel blandet i vann som omfatter:
a) 12 - 45 w/v% organisk syre,
b) 0,4-5,5 w/v% hydrogenperoksid; og
c) 0,4-2,1 w/v% hydrogenfluorsyre.
for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet
Ali-x-zGaxlnzAsi.ySby med 0<x<1,0<y<1,0<z<1 og0< x+z < 1.
Hele eller deler av Al^x-zGaxlnzAsi-ySby-materialet (-materialene) som strukturen består av, er n-dopet med tellur eller annet n-dopingsmiddel, eller p-dopet med beryllium eller annet p-dopingsmiddel.
Det etsede materialet kan være en del av en laser, lysemitterende diode (LED = Light-Emitting-Diode), fotodetektor eller optisk bølgelederstruktur.
Laseren eller den optiske bølgelederstruktur som det etsende materialet er en del av, er en høyde (ridge).
Laseren som det etsende materialet er en del av, kan være en Fabry Perot-laser, Distributed Feedback/Reflector Laser (DFB/DBR) eller Interferometric laser (som f.eks. Y-laser eller lignende).
Det etsede materialet av halvlederen kan være en del av en vertikal-hulrom overflateemitterende laser (VCSEL = Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser).
Det etsede materialet av halvlederen kan videre være en del av en fotonisk krystallstruktur som Photonic Crystal Distributed Feedback Laser eller lignende.
Det etsede materialet i halvlederen kan være en del av en optisk sensor.
Videre er etsemidlet blandet med blandingen i figur 7 og 8 som viser en uniform isotopisk ets over det etsede materialet. Figur 1 viser SEM bilder av etseprofiler og etsedybder nær fotoresistkanten for forskjellige materialer. Figur 2 viser ets av Alo.esGao.isAsSb (gitter justert til GaSb), med lavt innhold av HF. Selektivitet av AlGaAsSb over GaSb dekklaget kan sees (0,3 vol% HF i figur 9). Figur 3 viser etserater for Al0.82lno.o8Ga0.ioAsSb (gitter justert til GaSb) for eddiksyre, melkesyre og sitronsyre baserte etseløsninger som funksjon av H2O2
innhold (se tabell 2).
Figur 4 viser etserater for Alo.85Gao.15Aso.06Sbo.94 med etseløsninger inneholdende sitronsyre og vinsyre som vist i tabell 4. Figur 5 viser sammenligning av etserater for Alo.goGao.ioAsSb og Alo.82lno.o8Gao.ioAsSb (gitter justert til GaSb) med melkesyre baserte etseløsninger (se tabell 5). Figur 6 viser etserater for GaAs og GaSb substrater for sitronsyre og vinsyre baserte etseløsninger som vist i tabell 1. Figur 7 viser etserater fra tabell 3 som viser uniform ets over Al0.82lno.o8Ga0.ioAsSb (gitter tilpasset til GaSb) prøve med justerte konsentrasjoner av H2O2 i etse-løsningen. Figur 8 viser etserater fra tabell 7 som antyder økt etseuniformitet fra melkesyre-løsningen når man tilsetter In til Alo.goGao.ioAsSb (gitter tilpasset til GaSb). Figur 9 viser etse selektivitet for Alo. ssGao.ioAsSb (gitter tilpasset til GaSb) vs.
GaSb dekklaget (se tabell 6). Reduksjon av HF-konsentrasjonen reduserer etseraten for GaSb dekklaget mer enn for Al0.9oGa0.ioAsSb. Figur 10 viser XPS-spektrum fra Alo.goGao.ioAsSb (gitter tilpasset GaSb) etter ets med etseløsning med 0,18 M HF. Figur 11 viser XPS-spektrum fra Alo.goGao.ioAsSb (gitter tilpasset GaSb) etter ets med etseløsning med 0,9 M HF. Figur 12 viser XPS-spektrum fra Alo.goGao.ioAsSb (gitter tilpasset GaSb) etter ets med etseløsning med 0,18 M HF. Al-topp i spektrum viser rester av Al oksid på
det gjenværende GaSb substratet etter ets.
Figur 13 viser XPS-spektrum fra Al0.9oGa0.ioAsSb (gitter tilpasset GaSb) etter ets med etseløsning med 0,9 M HF. Ingen Al-topp fra det gjenværende GaSb substratet kan sees, men noe As og O signal er tilstede (se figur 11).
Eksempler
Løsninger av sitronsyre, vinsyre, melkesyre og eddiksyre med H2O2 og HF ble laget for å etse mønster inn i GaAs, GaSb, AlGaAsSb og AlGalnAsSb. AlGaAsSb og AlGalnAsSb materialene hadde blitt grodd oppå GaSb substrater ved bruk av molekylstråleepitaksi (MBE). Brede striper av fotoresist (PR) filmer ble lagt på prøvene ved bruk av spin-off, kontakt eksponering og fremkalling. Etsing ble så gjort på de forskjellige prøvene i inntil ett minutt (med røring). De resulterende etseratene på AlGaAsSb (-90% Al), AllnGaAsSb (-8% In), GaSb og GaAs er vist i grafisk form i figur 3 til 9 og i numerisk form i tabell 1 til 7. Figur 1 viser noen etseprofiler for forskjellige materialer, som viser isotrop ets av GaSb og AlGaAsSb (figur 1a og 1b, respektivt) og anisotropisk ets av GaAs (figur 1c). Bøyningen av fotoresisten som sees i figur 1d er assosiert med dannelsen av et lite "nebb" av reaksjonsprodukter som har fremkommet mellom fotoresisten og AlGaAsSb materialet under. Vi fant at dannelsen av et slikt nebb kunne begrenses ved å legge på et dekk-lag med materiale som vist i figur 1b (GaSb dekk-lag).
Alo.esGao.isAso.oeSbo.<g>A med 100 ml 2,5 M sitronsyre, 20 ml 9,8 M H2O2 og 1-5 ml 22,6 M HF.
Alo.82lno,o8Ga0,iAsSb (gitter tilpasset GaSb) med 100 ml 2,5 M melkesyre, 1,25-20 ml 9,8 M H202 og 5 ml 22,6 M HF.
'[Endring midten vs. kant]=[Etserate på midten av prøven]/[Etserate på kanten av prøven]-1
Fra tabell 5 ser man at å bytte ut 8% av Al med In, øker alle etserater.
Fra tabell 7 ser man at den resulterende overflaten etter ets viser bedre etseuniformitet for Al0.82lno.o8Ga0.iAsSb enn for Alo.gGa0.iAsSb.
Det ble funnet at etseløsninger med sitronsyre og melkesyre kunne benyttes for svært uniform etsing av AlGalnAsSb (figur 7 og 8) og rimelig god uniform etsing av AlGaAsSb (figur 8). Selektiviteten av AlGaAsSb over GaSb kunne oppnås ved å redusere HF konsentrasjonen i etseløsningen (se figur 2). Disse to resultatene er viktige for å kunne benytte etseløsningene for industrielle applikasjoner.
Fra figur 6 og tabell 1, kan man se at de organiske syre/H202 løsningene uten HF, etset GaAs, men ikke GaSb i en observerbar rate. Dette antyder at det dannede Sb oksidet (Sb203) (se ligning 1, side 1) ikke løses i nevneverdig grad av noen av de organiske syrene, som er i kontrast til de kjemiske ligningene foreslått av P.S.GIadkov et al. (1995). Alle As-oksider er svært løselige i vann (M. J. Howes and D.V. Morgan (1985)), mens Sb-oksider er lite løselige i vann (P. Kofstad
(1987)).
Siden GaSb blir etset av løsningen som inneholder HF, vil den følgende ligning kunne være gyldig:
Siden HF(aq) er en svak syre, er den direkte reaksjonen med H+:
sannsynligvis mindre viktig. Disse ligningene kan sees å forklare en prosess der HF øker løsningen av Sb-oksider inn i etseløsningen.
Siden Sb-oksidet er lite løsbart i vann, kan vi sannsynligvis se bort ifra påvirkning fra slike reaksjoner.
Kompleks-syre etsene av de GaSb baserte halvlederne ga isotrope og jevne overflater (se figur 1a-b) for en rekke ingrediens konsentrasjoner. For lave H2O2 konsentrasjoner i etseløsningen, viste derimot mesteparten av de GaSb-baserte materialene overflate ruhet/ujevnhet og/eller anisotropisk ets (se figur 3 og 5). For alle etseløsninger ble noen variasjoner i etserate observert over prøvene.
Generelt ble det observert for alle prøvene at etseraten på kanten av prøven var forskjellig fra etseraten på midten av prøven. Lokale variasjoner av etserater ble også observert og var sannsynligvis på grunn av diffusjonsbegrensede reaksjoner: Nær PR (fotoresist) kanten var etseraten generelt lavere enn for de åpne områdene langt unna PR. Variasjonene kunne elimineres eller reduseres ved å justere sammensetningen til etseløsningen, som vist i figur 7 og 8, som dermed ga en isotropisk ets med uniform etserate og jevne overflater.
Figur 4 og 6 viser at etseraten på GaSb og AlGaAsSb øker med økende HF-konsentrasjon i den vinsyre- og sitronsyre-baserte løsningene. Den lille reduksjonen i etserate til GaSb (figur 6) for de høyeste konsentrasjoner av HF, indikerer en annen diffusjonsbegrenset reaksjon i våre etseløsninger. Dette kan muligens forklares ved den økende reaksjonsraten for HF-relaterte reaksjoner med økende HF-konsentrasjoner. For høye reaksjonsrater vil muligens ikke reaksjonsproduktene ha tid til å diffundere vekk, noe som gir reduserte etserater. Ved enda høyere HF-konsentrasjoner vil konsentrasjonsgradientene reduseres, noe som bidrar til mindre diffusjon av produktene og derfor en videre reduksjon i etserate.
Våre resultater viser at den organiske syre baserte etseløsningen kan ha en god uniformitet under etsing av AlGaAsSb og AllnGaAsSb materialer, som resulterer i god planaritet og jevne overflater. Resultatene viser også svært uniforme etse-områder i noen etseløsninger (figur 7 og 8). Dette kan indikere at sitronsyre og melkesyre er fordelaktige fremfor eddiksyre og vinsyre for ets av AllnGaAsSb. Vi viste også at økt selektivitet av AlGaAsSb over GaSb dekk-laget kan oppnås ved å justere HF-sammensetningen i etseløsningen (figur 9).
Røntgen fotoelektron spektroskopi (XPS)
For å undersøke overflate-sammensetningen av AlGaAsSb etter ets, ble XPS-eksperimenter utført. Biter av det samme materialet uten PR ble etset og XPS-spektre ble tatt opp fra prøvene. XPS-spektra fra karakteriseringen av etset AlGaAsSb er vist i figur 10-13.
For å utføre disse XPS-undersøkelsene, ble to prøver med et 2 u.m tykt Alo,85Gao,i5Aso,o6Sb0,94 epilag på et GaSb substrat, etset i ett minutt i en etse-løsning med 2,5 M sitronsyre, 9,8 M H202 og HF (100:20:x). En ble etset i én løsning med 0,18 M HF (x=1) og en annen med 0,9 M HF (x=5, se figur 4 eller tabell 4 for etserater). Dette ble antatt å fjerne det 2 |im tykke AlGaAsSb epilaget, slik at bare GaSb, med eventuelle overflateoksider, ble igjen.
XPS-målingene viste rester av Al på/nær overflaten av den prøven som ble etset med etseløsning med lite HF (0,18 M) (se figur 12). Denne prøven viste også oksygen-topper, men veldig lite Ga-signal, noe som indikerer at et Al-holdig oksid ble igjen på overflaten. Dette var ikke tilfelle når man etset med etseløsningen med mer HF (0,9 M). Denne prøven viste ingen Al 2p topp (figur 13), noe som indikerer at det Al-holdige oksidet ble fjernet på/nær overflaten. Det er mulig at den lavt HF-holdige etseløsningen ikke har fjernet alt av epilagmaterialet, sannsynligvis på grunn av lav oppløsningsrate til Al-oksidet som etterlater Al-holdige rester.
Ved å sammenligne figur 4 og 6, kan vi se at etseraten for AlGaAsSb (figur 4) kan øke til over det for GaSb substratet (figur 6) når HF-konsentrasjonen økes i etseløsningen. Dette betyr at etseraten til As- eller Al-oksidene øker med HF-konsentrasjonen til et nivå over det til Ga- og/eller Sb-oksidene. As 3d toppen (figur 10 og 11) var til stede i begge prøvene, som indikerer at der er noen As-holdige rester igjen på begge overflatene. Ved også å ta i betraktning innholdet av 85% Al og 6% As i AlGaAsSb materialet, må Al-oksidet være mye mer løselig enn As-oksidet for etseløsningen med høyt HF-innhold (med 0,9 M HF, dvs. 1,6 Vol% HF). Vi kan derfor konkludere med at reaksjonen med HF er raskere for Al enn for Ga, som vil si at dannelsen Ga-citrat foreslått i ligning (8) og (9) må være viktig i gjeldende oppfinnelse.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Ali.x.zGaxlnzAsi-ySby med 0<x<1,0<y<1,0<z<1 og 0 <x+z < 1, karakterisert ved at den omfatter at A11 _x-zGaxlnzAsi-ySby-materialet bringes i kontakt med et vått, surt etsemiddel som omfatter a) 12 - 45 w/v% organisk syre; b) 0,4-5,5 w/v% oksidasjonsmiddel; og c) 0,4-2,1 w/v% hydrogenfluorsyre, idet alle vektprosentene er basert på den samlede vekten av blandingen, og resten utgjøres av et løsemiddel, fortrinnsvis vann.
2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den organiske syren er ublandet eller en blanding.
3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den organiske syren velges fra sitronsyre, melkesyre, eddiksyre og vinsyre.
4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at oksidasjonsmidlet er hydrogenperoksid (H202).
5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at Ah-x-zGaxlnzAsi-ySby-halvlederoverflaten eller -strukturen eksponeres for H202 og den organiske syren og hydrogenfluorsyren i løpet av to trinn.
6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at ett eller flere toppsjikt påføres på AI, .x.z G axI n2 As t .y S by-halvlederoverflaten eller -strukturen slik at mønsterutformingen av nevnte halvleder gjennomføres uten noen som helst reaksjon ved grenseflaten mellom overflaten av Ali.x.zGaxln2Asi.ySby-halvlederen og et maskeringsmateriale som også påføres på halvlederoverflaten.
7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved at toppsjiktet er GaSb, InSb, GaAs, InAs, GalnSb, GalnAs, InAsSb, GaAsSb, GalnAsSb eller annet ikke-oksiderende materiale, og maskeringsmaterialet velges fra foto-resister, oksider, nitrider, karbider, diamant-film, halvledere eller metaller.
8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at Ali-x-zGaxlnzAsi-ySby er et materiale med 0 < x < 1; 0,8 < y < 1; 0 < z < 0,3 og 0 < x+z < 1.
9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert ved at toppsjiktet er GaSb.
10. Anvendelse av et vått, surt etsemiddel blandet i vann som omfatter a) 12 - 45 w/v% organisk syre, b) 0,4-5,5 w/v% hydrogenperoksid; og c) 0,4-2,1 w/v% hydrogenfluorsyre for våtsyreetsing av intrinsikt, n-dopet eller p-dopet Ali.x.2Gaxln2Asi.ySby med 0<x<1,0<y<1,0<z<1 og0< x+z < 1.
11. Anvendelse i henhold til krav 10, for våtetsing av Ali.x.2Gaxln2Asi-ySby med 0 < x < 1; 0,8 < y < 1; 0 < z < 0,3 og 0 < x+z< 1.
NO20026261A 2002-12-27 2002-12-27 Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel NO324780B1 (no)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20026261A NO324780B1 (no) 2002-12-27 2002-12-27 Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel
EP03768404A EP1581668B1 (en) 2002-12-27 2003-12-19 Etching of algainassb
DE60334929T DE60334929D1 (de) 2002-12-27 2003-12-19 Algainassb-ätzung
PCT/NO2003/000429 WO2004059038A1 (en) 2002-12-27 2003-12-19 Etching of algainassb
AT03768404T ATE487810T1 (de) 2002-12-27 2003-12-19 Algainassb-ätzung
AU2003291781A AU2003291781A1 (en) 2002-12-27 2003-12-19 Etching of algainassb
US10/540,896 US20060240670A1 (en) 2002-12-27 2003-12-19 Etching of algainassb
US12/686,000 US20110021032A1 (en) 2002-12-27 2010-01-12 Etching of AlGaInAsSb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20026261A NO324780B1 (no) 2002-12-27 2002-12-27 Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20026261D0 NO20026261D0 (no) 2002-12-27
NO20026261L NO20026261L (no) 2004-06-28
NO324780B1 true NO324780B1 (no) 2007-12-10

Family

ID=19914338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20026261A NO324780B1 (no) 2002-12-27 2002-12-27 Fremgangsmate for vatsyreetsing av AlGaInAsSb-strukturer og anvendelse av vatt, surt etsemiddel

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20060240670A1 (no)
EP (1) EP1581668B1 (no)
AT (1) ATE487810T1 (no)
AU (1) AU2003291781A1 (no)
DE (1) DE60334929D1 (no)
NO (1) NO324780B1 (no)
WO (1) WO2004059038A1 (no)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004037191B4 (de) * 2004-07-30 2008-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbautelement mit einer Passivierungsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung
US8153019B2 (en) 2007-08-06 2012-04-10 Micron Technology, Inc. Methods for substantially equalizing rates at which material is removed over an area of a structure or film that includes recesses or crevices
EP2329534A1 (en) * 2008-09-25 2011-06-08 California Institute of Technology High operating temperature barrier infrared detector with tailorable cutoff wavelength
JP6121959B2 (ja) 2014-09-11 2017-04-26 株式会社東芝 エッチング方法、物品及び半導体装置の製造方法、並びにエッチング液
JP6294536B2 (ja) * 2016-05-23 2018-03-14 住友化学株式会社 液晶組成物
RU2699347C1 (ru) * 2019-04-17 2019-09-04 Акционерное общество "НПО "Орион" Состав меза-травителя для антимонида индия ориентации (100)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5235993B1 (no) 1971-06-30 1977-09-12
SU784635A1 (ru) 1979-07-20 1982-01-30 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Травитель дл химического полировани антимонидов инди и галли
SU1135382A1 (ru) 1983-02-25 1986-10-15 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Травитель дл прецизионного химического полировани монокристаллов антимонида гали и твердых растворов на его основе
JPH0836079A (ja) * 1994-07-21 1996-02-06 Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd 燃料集合体に用いられるグリッドのロー付け方法及び該方法によりロー付けされた燃料集合体用グリッド
US5577061A (en) * 1994-12-16 1996-11-19 Hughes Aircraft Company Superlattice cladding layers for mid-infrared lasers
US5798540A (en) * 1997-04-29 1998-08-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electronic devices with InAlAsSb/AlSb barrier
US6992319B2 (en) * 2000-07-18 2006-01-31 Epitaxial Technologies Ultra-linear multi-channel field effect transistor
US20020075926A1 (en) * 2000-08-22 2002-06-20 Coldren Larry A. Current leveling layer integrated with aperture for intracavity device
CN1152154C (zh) 2001-05-11 2004-06-02 中国科学院上海冶金研究所 制备锑化镓基半导体器件用的化学腐蚀液

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003291781A1 (en) 2004-07-22
EP1581668B1 (en) 2010-11-10
ATE487810T1 (de) 2010-11-15
WO2004059038A1 (en) 2004-07-15
US20110021032A1 (en) 2011-01-27
NO20026261L (no) 2004-06-28
US20060240670A1 (en) 2006-10-26
EP1581668A1 (en) 2005-10-05
NO20026261D0 (no) 2002-12-27
DE60334929D1 (de) 2010-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DeSalvo et al. Etch rates and selectivities of citric acid/hydrogen peroxide on GaAs, Al0. 3Ga0. 7As, In0. 2Ga0. 8As, In0. 53Ga0. 47As, In0. 52Al0. 48As, and InP
Kim et al. Selective etching of AlGaAs/GaAs structures using the solutions of citric acid/H 2 O 2 and de-ionized H 2 O/buffered oxide etch
DeSalvo et al. Wet chemical digital etching of GaAs at room temperature
KR20210142118A (ko) 이방성 화학 식각을 위한 대면적 계측 및 공정 제어
US20110021032A1 (en) Etching of AlGaInAsSb
Adachi et al. Chemical etching of InGaAsP/InP DH wafer
Li et al. Monolithic integration of GaAs/InGaAs lasers on virtual Ge substrates via aspect-ratio trapping
US5110765A (en) Selective etch for GaAs-containing group III-V compounds
US8685273B2 (en) Etching agent for type II InAs/GaInSb superlattice epitaxial materials
JPH07105382B2 (ja) 気相エツチングを含む半導体デバイスの製作プロセス
US4943540A (en) Method for selectively wet etching aluminum gallium arsenide
Kuźmicz et al. Selective etching of GaAs grown over AlAs etch-stop layer in buffered citric acid/H2O2 solution
JP2002057142A (ja) 化合物半導体装置の製造方法
Wang et al. Wet chemical etching for V‐grooves into InP substrates
Lee et al. Etching processes for fabrication of GaN/InGaN/AlN microdisk laser structures
El‐Zein et al. Native‐oxide‐masked Si impurity‐induced layer disordering of Al x Ga1− x As‐Al y Ga1− y As‐Al z Ga1− z As quantum‐well heterostructures
KR100567346B1 (ko) AlGaAs 에피층 식각액 및 이를 이용한 반도체소자의 제조 방법
US7479461B2 (en) Method of etching silicon anisotropically
US6531414B1 (en) Method of oxidizing strain-compensated superlattice of group III-V semiconductor
Sun et al. Selective wet etching of Al0. 7Ga0. 3As layer in concentrated HCl solution for peeling off GaAs microtips
Edwards et al. Dry etching of anisotropic microstructures for distributed bragg reflectors in AlGaInP/GaAs laser structures
JP3201793B2 (ja) Si基体の加工方法
Tian Fabrication and characterisation of nitride DBRs and nitride membranes by electrochemical etching techniques
Shinoda et al. Highly reliable InGaAsP/InP lasers with defect-free regrowth interfaces formed by newly composed HBr-based solutions
Tian New Applications of III-V Compound Semiconductor Native Oxides for Photonic Devices

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees