JPH0355438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、−族化合物半導体の非常に精密
に制御された気相エツ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−族化合物半導体
の気相エピタキシヤル成長結晶は、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
りエピタキシヤル成長を行なう場合、基板結晶の
エツチングを行なうのが普通である。このエツチ
ングには、基板結晶を反応管にセツトする前に行
なう溶液によるケミカルエツチングと、反応管に
セツト後成長直前に行なう気相エツチングとがあ
る。前者は主として基板結晶表面に残つている鏡
面研磨の際に発生した破壊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ツチング後か
ら反応管にセツ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。この気相エツチングが十分でない
と、表面上に残つた酸化膜や微小ゴミ等が核とな
り、ヒルロツク等の表面欠陥の非常に多い成長面
となる。また、エピタキシヤル層と基板結晶の界
面にデイツプ層と呼ばれるキヤリア濃度の非常に
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。従つて、この
気相エツ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
ツチングし、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ヤル層の成
長を行なう選択成長が行われている。この場合に
はエツチング深さの精密な制御が要求される事が
多い。例えば、GaAs FETに於けるソースとド
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、選択エツチン
グにはSiO₂等のマスクを通した溶液によるケミ
カルエツ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ツチ
ング深さの精密な制御が困難であり、更に、ケミ
カルエツチング後、空気中に取り出し基板結晶の
反応管へのセツトを行なうため、前述したよう
に、エピタキシヤル層と基板結晶の界面にデイツ
プ層と呼ばれるキヤリア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つて
非常に望ましからざる現象であつた。

従来の気相エツチングを、第４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
成長を例に取ると、反応管１の上流にGaソース
ボート９を置き、その上流からH₂キヤリヤガス
と共に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９をバイパスするパイプ２からAsの水素化物
であるAsH₃をH₂キヤリヤガスと共に供給する。
この両者のガスが基板結晶３の領域で混合し成長
が起こる。気相エツチングはバイパスパイプ２か
らHClガスを供給することによつて行ない、Ga
輸送用のHClガスとの比を調整することによつて
そのエツ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HClガス流量、あるいはAsH₃流量等成長条
件にエツチング速度が大きく影響され、デバイス
作製上要求される精度を持つてエツチング深さを
制御することは不可能であつた。

また、エツ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つ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、−族化合物半導体の気相
エツチングおいて、従来のかかる欠点を除去し、
エツチング深さの精密な制御が可能な気相エツチ
ングの方法を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

本発明によれば、−族化合物半導体の気相
エツチング方法において、ハロゲンないしハロゲ
ン化水素ガスを結晶表面に吸着させる第一の工程
と、−族化合物半導体の族元素のハロゲン
化物として結晶表面から族元素を揮発させる第
二の工程とにより、全体として−族化合物半
導体の結晶表面から一分子層を取り除き、この第
一の工程と第二の工程を繰り返すことによてエツ
チングを行なうことを特徴とする−族化合物
半導体の気相エツチング方法が得られる。

〔作用〕 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Cl₂のようなハロゲンガスないし
HClのようなハロゲン化水素ガスを吸着させる第
一の工程である。例えばGaAsとHClガスの場合、
基板結晶温度が比較的高い場合には、HClガスの
供給によりすぐにエツチングが生じるが、以下の
実施例でも述べるように、400℃程度になると、
基板結晶上にHClガスを供給してもエツチングを
生じることはなくHClの吸着のみが起こる。この
ようにHClが吸着した後、HClガスの供給を止
め、次にこの基板結晶温度を何らかの方法で上昇
させ、GaClとして結晶表面からGaを取り去る。
これが第二の工程である。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。この第一の工程と第二の工程によ
り、基板結晶表面の一分子層がエツチングされる
ことになる。

従つて、本発明による気相エツチング方法を用
いると、エツチングの深さは第一の工程と第二の
工程の繰り返しの数にのみ依存し、しかも、一分
子層の単位で制御できるようになる。更に、HCl
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、エツチング深さは原
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。

〔実施例〕

実施例 １ 本実施例ではGaAs基板結晶を前面に亘つて気
相エツチングする場合に本発明を適用した場合に
ついて述べる。本実施例に用いる気相エツチング
装置の概略を第１図に示した。この装置に於いて
反応管１の上流からH₂キヤリヤガスと共にHCl
ガスを供給する。また、反応管に挿入したバイパ
スパイプ２からAsの水素化物であるAsH₃をH₂
キヤリヤガスと共に供給する。基板結晶３として
は（100）面方位のGaAsを用いた。反応管の温
度は抵抗加熱により制御し上流部は400℃、下流
部は600℃に保つた。ガス流量条件は次の通りで
ある。

HCl ５c.c.／min AsH₃ ５c.c.／min H₂ 2000c.c.／min エツチングの手順としては、先ず、基板結晶３
を反応管上流の低温領域４に置き、所定温度
（400℃）まで昇温した。その温度に達したところ
でHClを供給し、そこで10秒間HClを十分に吸着
させ（第一の工程）、基板結晶３を下流の高温領
域５（600℃）に移動し（第二の工程）、10秒後再
び基板結晶３を反応管上流の低温領域４に移動し
た。これを一サイクルとして、ここでは、300サ
イクル行なつた。この後、基板結晶３を取り出
し、エツチング深さの評価を行なつたところ、
GaAsは約850Åの厚さエツチングされているこ
とがわかつた。これは、一サイクルに一分子層が
エツチングされていることを示している。

次に反応管上流部に温度を200〜400℃、反応管
下流部の温度を600〜750℃の間で変化させたり、
HCl流量を変化させてエツチング深さの変化を調
べたが、一サイクルにほぼ一分子層がエツチング
されている結果は変わらなかつた。これらの結果
は、エツチングの深さは第一の工程と第二の工程
の繰り返しの数にのみ依存し、しかも、一分子層
の単位（約３Å）で精密に制御できる本発明効果
を良く現わしている。また、それぞれにおけるエ
ツチングの均一性は、±１％以下の測定誤差以内
の優秀なものであつた。更に、エツチング面は、
表面欠陥や、特別なモフオロジーがなく鏡面性に
優れたものが得られた。

なお、この実施例はエツチングのみを行なうも
のであるが、これを基本として従来の成長手法を
組み合わせることによつて、容易にエツチング−
成長の連続プロセスを実現出来ることは明らかで
あろう。

実施例 ２ 本実施例ではSiO₂マスクの窓を通してGaAs基
板結晶の一部に気相エツチングし、その場所に再
成長する場合に本発明を適用した場合について述
べる。本実施例に用いる成長装置の概略を第２図
に示した。この成長装置では、上段反応室６には
その上流からH₂キヤリヤガスと共にHClガスを
供給できる。また、上流から基板結晶３に対して
アルゴンレーザ光７を照射出来る。下段反応室８
の上流にはGaソースボート９が置かれ、その上
流からH₂キヤリヤガスと共にHClガスを供給出
来る。また、Gaソースボート９をバイパスする
パイプ２からはAsの水素化物であるAsH₃をH₂
キヤリヤガスと共に供給できる。基板結晶３とし
ては、第３図に示すように半絶縁性GaAs（100）
上にSiO₂マスクを形成し、そこに10μｍ幅の窓１
１を開けたウエフアーを用いた。反応管の温度は
抵抗加熱により制御し、Gaソース部は800℃、基
板結晶は400℃に保つた。ガス流量条件は次の通
りである。

上段反応室 HCl ５c.c.／min H₂ 2000c.c.／min 下段反応室 HCl ５c.c.／min AsH₃ ５c.c.／min H₂ 2000c.c.／min 先ず、エツチングの手順を示す。基板結晶３を
反応管にセツトし、上段反応室６で所定温度
（400℃）まで昇温した。その温度に達したところ
でHClを供給し、10秒間HClを十分に吸着させた
（第一の工程）。次に、HClの供給を止め、基板結
晶３に対してアルゴンレーザビームを照射した
（第二の工程）。これを一サイクルとして、ここで
は700サイクル行なつた。一方、下段反応室８の
Gaソースに対しHClを供給し、バイパスパイプ
２からはAsH₃ガスと１×10¹⁸cm^-3程度ドーピン
グするためのドーパントガスH₂Sを供給した。上
段反応室６でプロセスが終了したところで基板結
晶３を下段反応室８に移動し、GaAsを約2000Å
の厚さに成長させた。成長結晶を調べた結果、窓
１１のGaAs部分に最初エツチングが行なわれ、
その場所に高濃度ドーピング層が再成長している
ことが判明した。ところで、エツチング深さの評
価を行つたところ、GaAsは約2000Åの厚さエツ
チングされていることがわかつた。これは、一サ
イクルにほぼ一分子層がエツチングされているこ
とを示している。エツチング領域におけるエツチ
ング深さの均一性は、±１％以下の測定誤差以内
であつた。また、エツチングを施した所に再成長
したエピタキシヤル層はヒルロツク等の表面欠陥
の非常に少なく、鏡面性に優れたものであつた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明による−族化合
物半導体の気相エツチング方法を用いると、エツ
チング深さの一分子量単位での精密な制御および
極めて高い均一性の確保が可能となる。従つて、
本発明の気相エツチング方法は、種々のデバイス
作製に応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例１説明するための
図で、GaAs基板結晶を前面に亘つて気相エツチ
ングする場合に本発明を適用した場合の気相エツ
チング装置の概略図である。第２図は本発明によ
る実施例２を説明するための図で、SiO₂マスク
の窓を通してGaAs基板結晶の一部を気相エツチ
ングし、その場所に再成長させる成長装置の概略
図である。第３図は実施例２で用いた基板結晶上
のSiO₂パターンを示す図である。第４図は従来
の気相エツチング方法を説明するための図であ
る。 １……反応管、２……バイパスパイプ、３……
基板結晶、４……低温領域、５……高温領域、６
……上段反応室、７……レーザ光、８……下段反
応室、９……Gaソースボート、１０……マスク、
１１……窓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ −族化合物半導体の気相エツチング方法
   において、ハロゲンないしハロゲン化水素ガスを
   結晶表面に吸着させる第一の工程と、−族化
   合物半導体の族元素のハロゲン化物として結晶
   表面から族元素を揮発させる第二の工程とによ
   り、全体として−族化合物半導体の結晶表面
   から一分子層を取り除き、この第一の工程と第二
   の工程を繰り返すことによつてエツチングを行な
   うことを特徴とする−族化合物半導体の気相
   エツチング方法。