JPH0677205A - 化合物半導体の微細構造形成方法 - Google Patents

化合物半導体の微細構造形成方法

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JPH0677205A
JPH0677205A JP4226876A JP22687692A JPH0677205A JP H0677205 A JPH0677205 A JP H0677205A JP 4226876 A JP4226876 A JP 4226876A JP 22687692 A JP22687692 A JP 22687692A JP H0677205 A JPH0677205 A JP H0677205A
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etching
mask
compound semiconductor
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信一 若林
Hitomaro Togo
仁麿 東郷
Yukio Toyoda
幸雄 豊田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御性，均一性，低損傷，加工性にすぐれた
ＡｌxＧａ1ーxＡｓ／ＧａＡｓ系の微細構造の形成方法を
提供する。 【構成】 ＧａＡｓスペーサ層１６、ＧａxＩｎ1ーxＰ
（０≦ｘ＜１）マスク層１７を連続的に結晶成長する。
塩酸系エッチャントを用いてエッチングマスクを形成す
る。硫酸系エッチャントを用いてＡｌxＧａ1ーxＡｓ１５
／ＧａＡｓ１４系の量子井戸構造をエッチングする。そ
して化合物半導体の微細構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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構造における化合物半導体の微細構
造形成方法に関するものである。
【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，例えば，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
り素子特性の向上が図られる。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，Ｐ元素を含まないＧａＡｓ，ＡｌＧ
ａＡｓ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，リンを
含む結晶を用いている。
【０００３】図２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（ａ）から（ｅ）で量子細線は形成さ
れる。
【０００４】ＧａＡｓ基板２１にＧａＡｓバッファ層２
２，Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層２３，ＧａＡｓ量子井戸
層２４，Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層２５，Ｇａ0.5Ｉｎ
0.5Ｐマスク層２６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２７
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２８をストライプパターンが結晶方位（１１
０）方向になるように形成する（ａ）。
【０００５】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜２
７をエッチングし，レジストパターン２８を転写する
（ｂ）。
【０００６】塩酸系のエッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝
１：１）でマスクとなるＧａ0.5Ｉｎ 0.5Ｐをエッチング
しマスクを形成する（ｃ）。
【０００７】硫酸系のエッチャント（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ
2Ｏ2：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）が進行する（ｄ）。
【０００８】さらにエッチングを進めると，量子井戸層
の線幅がエッチングマスクであるシリコン酸化膜の線幅
よりも細くなりＧａＡｓ量子細線２９が形成される
（ｅ）。
【０００９】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。
【００１０】
【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としてＧａ
ＩｎＰを用いているが，ＡｌxＧａ1ーxＡｓ障壁層とマス
クであるＧａＩｎＰとの間に存在するわずかの酸化膜に
より密着性が良好でないため，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。これでは高密度で超微細な
マスクパターンを用いても，高密度で均一性の高い量子
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。。
【００１１】本発明はかかる点に鑑み，ＡｌxＧａ1ーxＡ
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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は，ＡｌxＧａ1ーx
Ａｓ／ＧａＡｓ系の量子井戸構造にＧａＡｓ，ＧａxＩ
ｎ1ーxＰ（０≦ｘ≦１）からなるスペーサ層，マスク層
を連続的に結晶成長する工程と，塩酸系のエッチャント
を用いて前記ＧａxＩｎ1ーxＰをエッチングしてエッチン
グマスクを形成する工程と，前記ＧａxＩｎ1ーxＰエッチ
ングマスクで硫酸系エッチャントを用いてＡｌxＧａ1ーx
Ａｓ（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。
【００１３】
【作用】本発明は前記した構成により，ＡｌxＧａ1ーxＡ
ｓ／ＧａＡｓ系の量子細線構造を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ＧａＡｓ，ＧａxＩｎ1ーxＰ（０≦ｘ≦１）
からなるスペーサ層，マスク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ニングマスクを塩酸
系のエッチャントを用いてＧａxＩｎ1ーxＰに転写させエ
ッチングマスクを形成し，そのＧａxＩｎ1ーxＰエッチン
グマスクで硫酸系エッチャントを用いてＡｌ xＧａ1ーxＡ
ｓ（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。ＧａＡｓスペーサ層とＧａxＩｎ1ーxＰ（０≦ｘ≦
１）マスク層との密着性は良好であり，エッチング時の
エッチャント濃度，温度，かくはん方法等のエッチング
条件を適合させれば，低損傷で制御性よく，かつ高密度
に量子細線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による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。
【００１４】
【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。
【００１５】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ＧａＡｓ
スペーサ層，１７はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ及びＧａＡｓの
エッチングマスクとなるＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層，１８は上
記結晶構造上に形成されたシリコン酸化膜，１９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，２０は形成され
たＧａＡｓ量子細線である。
【００１６】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（ａ）から（ｅ）に従って説明する。
【００１７】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，ＧａＡｓス
ペーサ層１６，Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７を連続的に結晶
成長させる。ＧａＡｓスペーサ層１６及びＧａ0.5Ｉｎ
0.5Ｐ層１７の厚さは１０ｎｍ程度の厚さがあれば十分
である。次にシリコン酸化膜１８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１９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）。
【００１８】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜１
８をエッチングし，レジストパターン１９を転写する。
レジストを除去する（ｂ）。
【００１９】塩酸系のエッチャント（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝
２：１）でＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７をエッチングしシリ
コン酸化膜のパターンを転写する。なお，この時シリコ
ン酸化膜１８を省き，レジストパターン１９を直接Ｇａ
0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７に転写することも可能であるが，シ
リコン酸化膜１８とＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ１７との密着性に
比べ，レジスト１９とＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ１７との密着性
が劣るためＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７のエッチング時にオ
ーバーエッチングがより大きく進行するためパターンを
忠実に転写することが難しくなる。なお，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）。
【００２０】硫酸系のエッチャント（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ
2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：２０）でＧａＡｓスペーサ層１
６，Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１５，ＧａＡｓ井戸層１
４，Ａｌ 0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１３を順次エッチングす
る。
【００２１】この時Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７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。また，Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１７と
ＧａＡｓスペーサ層１６との密着性は良好なため，ここ
でのオーバーエッチングはほとんど入らず，マスクの幅
を反映した線幅が得られる（ｄ）。
【００２２】硫酸系のエッチャント（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ
2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：２０）でのエッチングを続けて
いくと，縦方向のエッチングが進行し，ＧａＡｓ量子細
線２０が形成される（ｅ）。
【００２３】この構成においては，従来例に示されるＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層とＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐとの密着性
に比べ，密着性が向上し，なおかつ，Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａ
ｓ障壁層１５，ＧａＡｓスペーサ層１６，Ｇａ0.5Ｉｎ
0.5Ｐ層１７を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も悪化も
ない。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スペーサ層のない場合に比べて小
さいため，高密度の量子細線を形成することが可能とな
る。
【００２４】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，マスク層のＧａ
xＩｎ1ーxＰのＧａとＩｎの組成比ｘを０．５としている
が，ｘは０．４５と０．５との間のＧａＡｓに格子整合
を取っている値であればよい。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。
【００２５】
【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。
【図面の簡単な説明】
【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図
【図２】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概略図
【符号の説明】
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 ＧａＡｓスペーサ層 １７ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層 １８ シリコン酸化膜 １９ レジストパターン ２０ 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＡｌxＧａ1ーxＡｓ／ＧａＡｓ（０≦ｘ≦
    １）系の量子井戸構造を有する化合物半導体にＧａＡｓ
    キャップ層とＧａxＩｎ1ーxＰ（０≦ｘ≦１）からなるマ
    スク層を連続的に結晶成長する工程と，塩酸系のエッチ
    ャントを用いて前記ＧａxＩｎ1ーxＰをエッチングしてエ
    ッチングマスクを形成する工程と，前記ＧａxＩｎ1ーxＰ
    エッチングマスクで硫酸系エッチャントを用いてＧａＡ
    ｓキャップ層とＡｌxＧａ1ーxＡｓ／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。
JP4226876A 1992-08-26 1992-08-26 化合物半導体の微細構造形成方法 Pending JPH0677205A (ja)

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