JPH0779098B2 - 化合物半導体のドライエツチング方法 - Google Patents

化合物半導体のドライエツチング方法

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JPH0779098B2
JPH0779098B2 JP61154727A JP15472786A JPH0779098B2 JP H0779098 B2 JPH0779098 B2 JP H0779098B2 JP 61154727 A JP61154727 A JP 61154727A JP 15472786 A JP15472786 A JP 15472786A JP H0779098 B2 JPH0779098 B2 JP H0779098B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、化合物半導体のドライエッチング方法に関す
るものであり、特に、Inを含む化合物半導体を高精度に
効率良く加工するドライエッチング方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来、GaAsやInPに代表されるIII−V族の化合物半導体
のドライエッチングには、Cl系のガスが用いられてき
た。Cl系ガスは、同じIII−V族化合物半導体であるGaA
sのドライエッチングにおいては、非常に高精度で効率
の良いエッチングが可能であり、ガス圧とイオンの加速
電圧を制御することによって、第4図に示すように、マ
スク1に対して材料2のエッチングが内部まで進行する
等方性エッチング(a)及び完全に垂直な異方性エッチ
ング(b)も可能である。異方性エッチングの適用例と
して非常に平坦で垂直加工が要求されるレーザ共振器の
端面加工があるが、GaAsでは、Cl系ガスで特性の良いエ
ッチミラーレーザが実現されている(例えばASAKWA,K.a
nd SUGATA,S.J.Vac.Sci&Technol B 1985.3 P402)。
このように、GaAs系材料に対して、Cl系ガスを用いたド
ライエッチは、(1)低温で、(2)高速に、(3)な
めらかな端面と底面を、(4)形状を制御して、(5)
ダメージなく形成するというドライエッチングの要求条
件をほぼ満足している。ここで「低温」という要求は、
エッチングされる材料上に素子構成上必要な電極がつい
ている場合、その電極金属の拡散が素子特性を劣化させ
る恐れがあるためである。また、エッチング速度は素子
の製作効率に、面の平坦さや形状は上記のレーザ共振器
などの特性に直接関与している。また、高いエネルギー
を有するイオンを用いたドライエッチングのダメージは
材料によらず素子特性上望ましくない欠陥を発生する
(例えば、N.Yabumoto,他.J.J.Appl.Phys,20,893(198
1),K.Kurosawa他.Droc.of the 2nd Symp.on Dry Proce
ss,43(1980))。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一方、InPでは、Cl系ガスを用いても室温ではGaAsのよ
うに速いエッチ速度は得られず、形状も第5図に示すよ
うにマスク1に対して材料2が外側に傾くような形状し
か得られない。これは、InPの構成元素のひとつであるI
nとCl系ガスの反応によって形成されるInCl3の昇華温度
(440℃,化学便覧 基礎編 日本化学会 丸善)がGaC
l3の沸点(201℃CRCハンドブックChemistry and Phys.6
5th ed CRC Press)より高く、室温での蒸気圧が低いた
め、エッチングが化学反応ではなく機械的ミリングによ
ってなされているためと考えられている。
そこでInPの温度を上げて高速エッチングした例が報告
されている。しかし、(1)温度が250℃と高いにもか
かわらず、高速エッチするとエッチング面が荒れたり、
垂直エッチが難しい(L.A.Coldren and J.A.Rentschle
r,J.Vac.Sci.Technol,19P225(1981)、(2)300℃で
0.6μ/分の高速エッチをしたが形状は制御できない
(R.H.Burton他.Appl.Phys.Lett 37P441(1980)、
(3)高速エッチ〜1μ/分と垂直エッチを非常に大き
なパワーのレーザ加熱によって実現した(試料上への光
パワー密度58W/cm2)が、この場合には、ArとClの混合
ガスを用いて、塩素との反応で生じた塩化物をArの機械
的作用で飛ばしていたので、高速性が得られる反面、Ar
に大なるエネルギーを与えるため、大きなイオン加速電
圧を加える必要があった。このため、加工面が荒れてし
まう(用いられている0.6W/cm2の電力密度は通常2KV/cm
の加速電圧に対応する、文部省科学研究費補助金 特定
研究「混晶エレクトロニクス」昭和60年度P461H.Yamada
他)など、前記のドライエッチングに対して望ましい条
件のうち、高速エッチングと低試料温度、低ダメージ、
平坦な加工面とを同時には実現できないという欠点が存
在した。
さらにInを含む化合物であるInPと、Inを含まないGaAs
あるいはInの割合が少ないIn0.25Ga0.75As0.44P0.56
元混晶を同時にエッチングしなければならない場合にお
いては、InとGaの組成比にほぼ比例してInが多いほどエ
ッチ速度が遅くなり、InPとGaAsでは1桁近くエッチ速
度に差が出てしまう。そこで、例えば、第6図に示すよ
うに、InP基板31上にIn0.25Ga0.75As0.44P0.56の4元混
晶層32をエピタキシャル成長させ、さらに、その上にIn
P層33を成長させたダブルヘテロ構造を有する半導体レ
ーザのミラー端面34をドライエッチングで形成する場合
には、Inの割合の少ないIn0.25Ga0.75As0.44P0.5632の
エッチ速度がInP基板31、InP層33より速いために、エッ
チ面が32の部分だけ引込んで素子特性が非常に悪くなる
という欠点が存在した。
〔発明の目的〕
本発明は、InP系化合物半導体材料において、高速エッ
チングと低試料温度、形状制御、低ダメージ、平坦な加
工面をすべて同時に満足でき、かつ、GaAsとInPのドラ
イエッチ速度差を解決するドライエッチング方法を提供
することにある。
〔発明の構成〕
本発明は、上記目的を達成するため、少なくともGaを含
む化合物半導体と、少なくともInを含む化合物半導体の
両方を同時にエッチングする化合物半導体のドライエッ
チング方法において、エッチングガスが少なくともBBr3
を含むガスであることを特徴とする。
また、前記ドライエッチングガスにO2を添加する態様は
有効である。
〔実施例〕
第1図は本発明に用いた平行平板型反応性イオンエッチ
ング装置を説明する図であって、41は真空槽、42は合成
石英窓、43は赤外線ランプ、44はガス導入用マスフロー
コントローラ、45は高周波カソード、46は高周波電源、
47は排気系である。
第2図は本発明のエッチング深さとエッチング形状を評
価するための図であって、51はエッチング深さd、52は
エッチング角度α、53はエッチング面を表わしている。
(実施例1) 第1図は本発明の実施に使用する反応性エッチング装置
の概略図で、高周波カソード45上にInPとGaAs結晶を置
き、マスク材料としてTiO2、ガス圧力1Pa、基板温度室
温、高周波パワー密度0.16W/cm2の条件下(イオン加速
電圧約700V)で、エッチングガスとしてBBr3とCl2をそ
れぞれ用いて10分間エッチングした。その結果、(InP,
Cl2)の組合せではd=0.4μm α=70°、(InP,BB
r3)ではd=0.7μm α=75°、(GaAs,Cl2)ではd
=3μm α=90°、(GaAs,BBr3)ではd=0.8μm
α=85°が得られた。この条件ではいずれの場合もエッ
チング面53は平坦であった。エッチング深さは、反応生
成物であるInCl3,InBr3,GaCl3,GaBr3の沸点あるいは昇
華温度(順に440℃,370℃,201℃,278℃)に対応してお
り、ほぼこれらの反応生成物の室温での蒸気圧によって
決っているものと考えられる。角度αはエッチングにお
けるミリング的要素と化学反応的要素のつり合いによっ
て決ると考えられるが、室温で1Paの条件ではエッチン
グ速度が速く、化学的要素が大きいほど90°に近づいて
いるものと考えられる。このようにBBr3を用いることに
より、InPにおいてCl2を用いた場合より、速いエッチン
グ速度と、大きなαが得られた。
(実施例2) 第1図の43の赤外線ランプで、42の石英窓を通して45上
に置かれた試料を約5W/cm2の光強度で加熱し、実施例1
と同じ条件でエッチングした。その結果(InP,Cl2)の
組合せではd=1.5μm α80°を得たがエッチング面
が非常に荒れてしまった。(InP,BBr3)の組合せではd
=3.5μm α=90°、(GaAs,Cl2)ではd=15μmで
あったがエッチングが等方的にマスク内部に大きく入
り、(GaAs,BBr3)ではd=3.7μm α=90°が得られ
た。後の3例の場合には、エッチ面はなめらかであっ
た。
このように、5W/cm2の小さい加熱量(推定温度約150
℃)のもとでもBBr3を用いることによりCl2の倍以上の
高速エッチと、90°の端面形状なめらかなエッチング面
が得られる効果があった。さらにGaAsとInPのエッチン
グ速度がCl2では約1桁違うのに対して、BBr3ではほと
んど同じになる効果があった。
(実施例3) 本発明の一実施例を示す。実施例2と同一の条件の放
電、温度条件の下で、BBr3に30%のO2を添加してGaAsと
InPをエッチングした。その結果、InPではd=6.0μ
m、GaAsではd=5.0μmとInPのエッチング速度が、O2
を添加することにより約2倍になった。GaAsのエッチ速
度はInPほどO2添加によって速くならないため、Cl系の
場合と比較してInPのエッチ速度とGaAsのエッチ速度を
逆転する効果があった。これは、Cl2にO2を添加した時
には見られない現象であるので、以下のように考えられ
る。即ち、BBr3にO2を添加すると、BとOが結合する結
果、プラズマ中において、フリーなラジカルであるBrが
より増加するため、InPもGaAsもともにエッチング速度
が増加するが、酸素を添加することにより生成するIn酸
化物、Ga酸化物、P酸化物、As酸化物の各酸化物のBrに
対するエッチ速度の差によってInPの方が、GaAsよりも
エッチング速度が見かけ上速くなったものと考えられ
る。
次に、前記実施例におけるマスクについて説明する。前
記実施例2の放電条件の下で、エッチングガスとしてBB
r3を用いマスク材料としてTi,TiO2,Si,SiO,SiO2とInPと
のエッチ速度比を測定し、選択比dInP/dTi=8,dInP/d
TiO2=58,dInP/dSi=16,dInP/dSiO=22,dInP/dSiO2
=35を得た。これらの材料をマスクとしてInPと十分な
選択比が得られた。上記の例において選択比は10程度ま
たはそれ以上が望ましい。このようにBr系エッチングガ
スであるBBr3に対して十分な選択比を有するマスク材料
があることを確認したが、前記実施例は、本発明を限定
するものではない。
(実施例4) 第3図に示すように、InP基板61上にIn0.25Ga0.75As
0.44P0.56の組成を有するレーザ活性層62、さらにその
上にInP層63を成長させたダブルヘテロ構造を有する半
導体レーザ素子にSiO2マスク64を用いて実施例2と同じ
放電条件でBBr3を反応ガスとして、レーザ端面65のエッ
チングを行なった。その結果、In0.25Ga0.75As0.44P
0.56層62はInP基板61、InP層63と平坦な完全になめらか
な端面65が形成できた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、InPをBr系ガスであるBBr3でドラ
イエッチすることにより、Cl系ガスを用いる場合と比較
して、 (1)同じ温度、同じ加速電圧下で2倍の高速エッチン
グ、90°の端面エッチが可能な形状制御ならびに平坦な
エッチング面が得られる。
(2)InPとGaAsのエッチング速度が等しくなり、O2
添加すると、逆にGaAsの方が遅くなる。
(3)Si,Ti,SiO,SiO2,TiO2のマスクとしてのInPに対す
る選択比が大きくとれるなどの利点がある。
これらの利点は、Inの反応生成物であるInBr3の蒸気圧
がInCl3より高いことに起因しているため、InPに限ら
ず、Inを含む化合物半導体にはすべて適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施に使用する反応性エッチング装
置の概略図である。 第2図は、本発明による結果を評価するパラメータを示
す図である。 第3図は、本発明の一実施例を説明する図を示す。 第4図(a),(b)は、従来技術を説明する図であっ
て、(a)は等方性エッチング、(b)は異方性エッチ
ングの場合を示す。 第5図は、従来技術を説明する図であって、プラズマ中
でミリングされた試料の断面を示す。 第6図は、InPとInGaAsPよりなるダブルヘテロ構造の半
導体レーザの従来のドライエッチング端面を示す。 1…エッチングパターンを決めるマスク 2…エッチングされた端面 31…InP基板 32…InGaAsP層 33…InP層 41…真空槽 42…合成石英窓 43…赤外線ランプ 44…導入ガスの流量を制御するマスフローコントローラ 45…試料を置いてエッチングする高周波カソード 46…高周波電源 47…排気系 51…エッチング深さd 52…エッチング角度α 53…エッチング面 61…InP基板 62…レーザ活性層(In0.25Ga0.75As0.44P0.56) 63…InP層 64…SiO2マスク 65…レーザ端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−53731(JP,A) 特開 昭58−63137(JP,A) 特開 昭61−115364(JP,A) 特開 昭59−23877(JP,A) 実開 昭59−90930(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともGaを含む化合物半導体と、少な
    くともInを含む化合物半導体の両方を同時にエッチング
    する化合物半導体のドライエッチング方法において、エ
    ッチングガスが少なくともBBr3を含むガスであることを
    特徴とする化合物半導体のドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】前記ドライエッチングガスにO2を添加する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の化合物半
    導体のドライエッチング方法。
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JPS5923877A (ja) * 1982-07-29 1984-02-07 Agency Of Ind Science & Technol ドライエツチング方法
JPS5990930A (ja) * 1982-11-17 1984-05-25 Toshiba Corp ドライエツチング方法及び装置
JPS6153731A (ja) * 1984-08-24 1986-03-17 Anritsu Corp 紫外線によるエツチング方法及び装置
JPS61115364A (ja) * 1984-11-10 1986-06-02 Agency Of Ind Science & Technol 半導体レ−ザの製造方法

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