JPS63262483A - リン化インジウム部分の表面のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリン化インジウムＩｎＰ部分の表面のエツチン
グに関する。

１１へ１１ このようなエツチングは種々の分野で使用され得るが、
目下のところそれが効果的に適用されているのは、リン
化インジウムをベースにした半導体部品を製造する場合
の所定の型のエツチングに限られている。

更に特定すると本発明は、１．３マイクロメートル又は
それ以上の波長で使用するための光電子部品を製造する
ことに適用できる。このような部品はテレコミュニケー
ションにおいて使用されており、この分野では、単結晶
リン化インジウムＩｎＰのウェーハ、から製造されるよ
り複雑化した部品が必要とされる傾向にある。それらの
製造には上記材料に複数のエツチング操作をする必゛要
がある。

それらの各操作では、事前にマスクによって部分的に保
護してある面をエツチングするためのエツチング処理を
実施する。このエツチングでは、マスクによって保護さ
れる不変領域とエツチングによって侵食される領域との
間のマスクの縁部近傍に満遍なく中間側面が生じる。こ
の側面の断面は選択したエツチング方法及び当該縁部の
方位に依存する。高所の不変領域は、その「型」が前記
断面によって規定され得るｒメサ（ａ＋ｅｓａ）１を構
成する。

断面の所望の型によって、幾つかの公知のエツチング方
法を使用することができる。目下のところ、工業的に最
も広く使用されているエツチング方法は、臭素−メタノ
ール溶液をベースにしたウェット方法（ｗｅｔ　ｍｅｔ
ｈｏｄ）であって、そのエツチングされるべき上面が（
００１）平面上に方位づけられてあるウェーハ２００　
（第１図参照）を使用する。保護マスクが（１１０）方
向に並べたテープである場合は、所謂ｒ倒立１型のメサ
２０２を得る。　（ＩＩＩ）平面はエツチングされない
が（但し記号Ｉは頭にバーを有する数字１を表す）、（
１１０）方向に並べたマスクを用いたエツチングでは所
謂ｒ標準ｊ型のメサ２０４を生じる。エツチング断面は
いかなる方位の結晶平面であるかに非常に影響を受は易
く、得られるメサの側面はほぼ平面であるが、メサの上
面に対して第一の場合には鋭角及び第二の場合には鈍角
を作る。

ウェットエツチングを実施する場合に、例えば希塩酸と
いった他のエツチング溶液を使用してもよい、しかしこ
れは工業化には困難であって、実験用の方法である。

エツチングされるべきウェーハに関係して分極化される
塩素ガスから成るプラズマを使用する反応性イオンエツ
チング（ＲＩＥ）によってＩｎＰをドライエツチング（
ｄｒｙ　ｅｔｃｈｉｎｇ）することもできる、この方法
では結晶平面に全く影響されないエツチング断面を生じ
る（メサは垂直側面を有する）。

これらの公知の方法は、時には所望の断面が得られない
という欠点があって、これは特に、長さ方向に延伸する
第一ストリップメサを作製してそれが倒立型であって、
次いで同じ長さ方向に延伸する第ニストリップメサを標
準型に作製しようとする場合である。このことが発生す
るのは、第二メサの側面が有効な不動態化層を受容しよ
うとする時である。

このような層は、倒立メサの側面上に堆積することによ
っては得られない、それを垂直側面上に得ることは非常
に困難である。

本発明の目的は、所定の場合に、通常のエツチング方法
では提供することができない所望のメサ断面を得られる
ようにすることである。

本発明の別の目的は、単結晶半導体ウェーハ上のその方
位が他の理由によって与えられるストリップ形のメサの
側面上に有効な不動態化ができるようにすることである
。

本発明の更に別の目的は、単結晶部分のエツチングされ
た表面上に高い抵抗性の表面層が得られるようにするこ
とである。

また更に別の本発明の目的は、それ程危険ではなく、安
価であり且つ取扱いが容易である物質を使用すエツチン
グを可能とすることである。

ｌｉへ１１ 上記目的を達成するために、本発明は、リン化インジウ
ム部分の表面をエツチングする方法であって、電極を備
えたエツチング包囲体に前記部分を挿入する操作と、前
記包囲体中に気体エツチング混合物を入れる操作と、前
記電極間に高周波交流電圧を与えて前記エツチング混合
物からプラズマを形成する操作とから成り、前記プラズ
マの成分の作用に前記部分を当てるための手段を備えて
おり、前記気体エツチング混合物がアンモニアＮＨ。

及び希釈気体を含有しており、また前記プラズマの成分
の作用に前記部分を当てるための手段が、少なくとも実
質的にはエツチングされるべき前記表面に接触して前記
プラズマを形成するように前記電極を設置してある方法
を提供する。

好適には前記方法は更に、エツチング残留物を除去する
ために酸を使用する清浄操作を包含する。

前記エツチング混合物中の前記希釈気体に対するアンモ
ニアの容量濃度比は０．０１〜１０であって、前記部分
は５０〜３００℃のエツチング温度まで加熱され、エツ
チングされるべき前記表面上に前記プラズマを形成する
ために前記電極によって与えられる単位面積当たりの出
力密度は０．０３〜０．４５Ｈ／ｃ１１２、前記エツチ
ング包囲体中の気体圧力は約１．３ｘ１０−３〜６７Ｐ
ａである。

前記希釈気体が前記エツチング混合物の容量の大部分を
占めるのは好ましく、また、前記濃度比は０．２〜０．
７、前記希釈気体は窒素、前記エツチング温度が１５０
〜３００℃、前記出力が０．０３〜０．１８１１Ｉ／ｃ
１１２、前記気体圧力は約２７〜６７Ｐａであるのが好
ましい。

更に特定の場合には、本発明の方法はリン化インジウム
単結晶つェーへ面をエツチングすることによってメサを
作製することに適用される。前記部分を構成するウェー
ハ及び前記メサは、その結品格子の（００１）平面上に
方位づけしてある面を有する単結晶ウェーハを調製する
操作と、前記プラズマに抵抗し且つエツチングされるべ
き前記表面を構成するために暴露される前記面の一部を
残すように、前記面上に少なくとも一つのマスク方向に
沿った縁部を有する保護マスクを形成する操作と、前記
マスク方向に依存する断面を有する対応側面を備えた前
記マスク縁部を追随する縁部を有するメサを形成するた
めに前記プラズマによって前記表面をエツチングする操
作とによって形成される。

この場合メサの所望の型に従って、前記側面には丸みが
あって、前記縁部から最初は前記面に対してほぼ直角で
あり、次いで次第に傾斜し、優先平面を持たずに外側に
広がるメサを形成するための前記マスク方向が前記結晶
格子の（１１Ｇ）の方向である配置、又は、前記側面が
、前記縁部から内側に向いた切込みの傾斜の第一部分と
、それに続いて外側に傾斜する第二部分とを有するメサ
を形成するための前記マスクの方向が（１１０）方向で
あってメサの側面の第二部分がそれぞれ（ＩＩＩ）及び
（１１１）の面に沿って方位づけられる配置のいずれが
を選択する。

側面の第二部分が第一部分よりも長いメサの製造は、前
記濃度比を０．２７、前記エツチング温度を２５０℃、
周波数５〜３０ＭＨｚでの前記出力密度を０．０４４Ｗ
／ｃｍ２、前記気体圧力を５７Ｐａにして、前記表面を
約８分間以上前記プラズマによってエツチングすること
によって為される。

添付の図面を参照し、具体例によって本発明の実施方法
を説明する。

説明してある本発明の実施方法は、本発明では好適であ
るとして上記した配置を包含する。しかし、明示してあ
る部品は同じ機能を果たす池の部品によって置き換える
ことも可能である。

此１」ｕＫ困− Ｎ１１．プラズマによるエツチングは、結晶平面に影響
を受は易いエツチング断面を得るのに適したドライエツ
チングである。

ＮＨ３プラズマエツチングは、ストリップ形保護マスク
が（１１０）方向に並んである場合に優先的な平面を持
たずに、その上面２１０（第２図）が（００１）平面に
沿って方位されるリン化インジウム単結晶つェーへをエ
ツチングするのに使用することができる。

これは、メサ２１２の縁部２１４から走向する前記丸み
を有する側面を生起する。保護マスクが（１１０）の方
向に並んである場合には、上記特定条件で、１マイクロ
メートルに渡る（１１１）平面及び、側面の残りめ部分
に渡る（１１１）平面を追走する側面を有するメサ２１
６が得られる。

本発明の方法を利用して製造する埋込みへテロ構造レー
ザーを説明する。

このレーザーの機能は、テレコミュニケーション光フア
イバー中に射出するために、伝送されるべき情報を運搬
する信号によって変調される赤外線を放出することであ
る。信号はレーザーの二つの電極間に与えられる。当然
のことレーザーはくベース材料である）単結晶リン化イ
ンジウムウェーハ中に構成される。

第３図に示すように、その背面２がら上表面４に渡り上
記ウェーハ全体に広がるレーザーは、チタニウム、プラ
チナ及び金合金の外側層６と金、ゲルマニウム及びニッ
ケルの合金がら成る内側層８とによって構成してある裏
側電極と、Ｎ形導電（５，５ｘ１０”　ｃ＋ｅ−’ドー
ピング）を有する型のリン化インジウムでできた基板１
０と、エツチングされながった領域が厚さ４マイクロメ
ートルであるＮ型リン化インジウム（４ｘ１０”ｃｍ−
’Ｓｎドーピング）の緩衝層１２とを備えている。

中央領域１４ではレーザーは次の諸層を含有する。

活性層１６は、その中で正電荷及び負電荷のキャリアが
前記光を生じるために再結合する非ドーブのガリウム及
びインジウムのし化物とリン化物とによって構成してあ
る。光は、この層の比較的高い屈折率と周囲の材料の屈
折率との差によってそこに閉込められ、且つシート平面
に平行であってへき開によって形成してある二つの端部
鏡（不図示）を通して一部漏出する。この層の種々の成
分の比率は、結晶の連続性、波長の所望の値（例えば１
．３マイクロメートル）及び適当な屈折率を保証するた
めに通常の方法で選択されるが、この層の厚さは０．２
マイクロメートル及びその幅が１〜２マイクロメートル
である。

Ｐ型リン化インジウム（２ｘ１０１７ｃｍ＋−３Ｚｎド
ーピング）の閉込め層１８は、厚さ２〜４マイクロメー
トルを有し、この層の側面は上向きに広がって、その上
面の幅が５〜１０マイクロメートルである内部倒立メサ
を構成しており、この内部メサは、後記の埋込み層の間
に埋込まれる。

ガリウムとインジウムのし化物及びリン化物によって構
成してある高Ｐ−ドープ接触層２０（３ｘ１０目〜７ｘ
１０’　”ｃｔａ−’Ｚｎドーピング）は、単結晶ウェ
ーハであって、基板１０から前記接触層を含むところま
で延伸する。

内部表側電極層２２は、金−亜鉛合金によって構成して
あって、閉込め層及び接触層を越え横方向に少しはみ出
して広がる。

前記上表面側電極２４を構成する外側金属層は、チタニ
ウム、プラチナ、及び金の合金で作製してあり且つそれ
が省略される領域２６のような縁部領域を除いてウェー
ハの表面全体に広がる。

中央領域の両側の２８といった二つの埋込み領域では、
レーザーは、Ｍ部層１２がら始まって次の諸層を有して
いる。

内側埋込み層３０は、Ｐ型リン化インジウムによって構
成してあって、厚さ１．５〜２マイクロメートルを有す
る。

Ｎ型リン化インジウムの外側埋込み層３２は、厚さ２．
５〜３．５マイクロメートルを有し、単結晶ウェーハは
前記層のところまでであり、且つ内側埋込み層と共に遮
断接合部３４を形成し、これらのａ部層と埋込み層との
間の界面は中央領域近傍では湾曲している。

不動態化層３６は、例えばＳｉ３Ｎ４といったシリコン
と窒素の化合物によって構成してあって厚さ０．２マイ
クロメートルを有し、この化合物は電気。

絶縁性であって、リン化インジウムに非常に近い熱膨張
係数を有しており、従って該層を堆積した後でも界面で
外観が不整合となるのを回避する。

シリカ保護層３８は、不動態化層及び保護層であってウ
ェーハの表面全体に広がる。

その他に前記表側電極２４とを備えている。

番号４０で示してある外部メサは、二つの埋込み領域２
８と共に全体として中央領域１４を包含し、例えば幅５
０マイクロメートルである。

前記メサの両側の二つの側部領域４２には、この場合は
厚味を小さくしてある［ＷＩｆｆ！Ｊ１２がら始まって
、レーザーは、前記不動態化層３６と、前記保護層３８
と、２６といった縁部領域を除いて前記表側電極３４と
を備えている。

更に、レーザーはこれら二つの側部領域の少なくとも一
方に、金でできており、例えば表側電極２４に超音波的
に及び圧縮溶接してある接続導線４４を備えている。

レーザーは例えば幅３００マイクロメートルとすること
ができる。

裏側電極６．８及び接続導線４４は、変調可能り。

Ｃ１電圧供給（不図示）の負端子及び正端子に接続して
ある。

鏡を構成する端面（不図示）は、優先的なへき開結晶平
面に沿って当初ウェーハを分割することによる標準の方
法で得られる。

更に・正確に言えば、リン化インジウム結晶格子に関し
て、水平面の表側面は（００１）平面であり、且つ端面
の横方向垂直面は（１１０）平面である。前記横方向垂
直面に直角である長さ方向は（１１０）方向である。

このように構成されたレーザーは、１秒間に数ギガビッ
トでデータを伝送するために直接に変調することもでき
る。

このレーザーは、金属及び絶縁体を堆積して、公知の方
法で分割することによって当初単結晶つ工−ハから得る
ことができる。ウェーハ自体を下記のように得ることも
でき、そこでは上記完結したレーザーの小型層及び同じ
構成部品を有する大型層を示すために同じ名称及び番号
を使用し、そこから小型レーザーがエツチング及び分割
によって得られることが分かる。

（００１）に方位した単結晶基板１０から出発して、通
常の方法で基板１０上にエピタキシャル堆積を実施し、
各々がウェーハの領域全体に広がる緩衝層１２、活性層
１６、閉込め層１８及び接触Ｊ１２０を形成する。

次いで前記内部メサを形成するために、２．５容量％臭
素を含有する臭素−メタノール溶液を使用してこれらの
層をエツチングする。このエツチングには、（１１Ｇ）
方向に沿って方位してあるストリップの形態の標準型の
保護マスクを使用する。その結果、この方向は前記長さ
方向を構成する。方位が選択されて、このように形成さ
れたメサは倒立メサである。

公知の表面処理操作の後には、前記二つの埋込み層３０
及び３２を、その厚さの部分を通して予めエツチングし
てあるＭＩＩ層上にエピタキシャル方式で堆積する。

次いでエツチングによって前記外部メサを作製するため
に、前と同じ長さ方向に方位づけられてある同型の保護
マスクを使用する。臭素−メタノール溶液を使用する通
常のエツチング方法を用いた場合は、前のように倒立メ
サが得られるであろう、不動態化材料はメサの切込みの
側面上にはうまく堆積しないので、通常の方法によって
適当な不動態化を施すことはできない８本発明では、長
さ方向に延伸する保護マスクを作製した後で、本発明の
エツチング方法を次の用に使用する。

エツチングは、例えばＰｌａｓｍａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙＣｏｒｐｏｒａＬｉｏｎ製のＰＤ８０型の囲いのよ
うな、頭文字ＥＰＣＶＤ（Ｅｎｃｈａｎｃｅｄ　Ｐｌａ
ｓｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）で公知の通常の堆積方法を実施するために一
般的に使用される容器中で実施される。この容器を第４
図に示す、この容器は、包囲体１００と、電極を構成し
且つ扱われるべきウェーハを支持する底部高温平板１０
２と、電極を構成し且つダクト１１０及び１１２から気
体を挿入させる上部平板１０４と、Ａｌｃａｔｅｌ　Ｃ
ＩＴ製のＡｌｃａｔｅｌ　２０６３型の一次ポンプを包
含するポンプ系１０６と、１３．５６ＭＨｚで作動する
高周波電気発信器１０８と、ウェーハの挿入・除去及び
冷却のための手段（不図示）を備えている。

プラズマエツチングでは、エツチングされるべきサンプ
ルは加熱されて、ＮＩｌ、／Ｎ２混合気体によって実施
される。エツチング速度に影響する四つのパラメータは
、ＮＨ，の濃度、サンプルの温度、発信器によって発信
される出力密度及び操作圧力（包囲体中の気体圧力）で
ある。

適当な操作範囲はおおよそ、気体濃度については容量比
ＮＨ３／Ｎ、は０．０１〜１０、好適には０．２〜０．
７であるべきであり、サンプル温度は５０〜３００℃、
好適には１５０〜３００℃であるべきであり、出力密度
は０．０３〜０．４５Ｍ／ｃｍ”、好適には０．０３−
０．１８Ｗ／ｃｍ’であるべきであり、圧力は１．３Ｘ
１０−３〜６７Ｐａ、好適には２７〜６７Ｐａであるべ
きである。場合によっては、インジウムがエツチング後
に表面上に残ることがある。清浄な表面をえるためには
硫酸を用いてサンプルを洗浄してもよい。

例えば、もし比ＮＯ，／８２が０．２７、温度が２５０
℃、出力密度が０．０４４Ｗ／ｃｍ”、及び圧力が５７
Ｐａであるならば、該方法では１１分３０秒間に６，２
マイクロメートルの深さまでリン化インジウム中に侵食
する。

（００１）に方位づけられた基板上の横方向（１１０）
に沿ってストリップ形保護マスクが配向される場合には
、この方法では優先的な平面に沿ってエツチングするで
あろう、この場合、マスクを（１１０）方向に方位し且
つ上記の０値を与えるならば、その側面が最初は倒立メ
サのように（ＩＩＩ）平面に沿って方位づけされるが、
それはたった１マイクロメートルであって、それから側
面は側面の残りの部分に対して（ＩＩＩ）平面に沿って
方位づけられるメサが得られるであろう、換言すれば、
得られたメサは所望の標準メサに、特に遮断接合部３４
で活動的である最も重要な領域で非常に類似している。

第３図では、側面の最初のわずかな部分である倒立斜面
を参照番号５Ｇで示してあり、第二の大部分である標準
傾斜の部分を参照番号５２で示す。

またこの方法は、次のような特徴を有する。

エツチングの後に、即ち結晶配列が破壊された後に高い
表面抵抗性が得られる。この特徴は、この場合のように
、それに続いて非結晶材料で、特にこの場合に使用する
シリコン及び窒素化合物によって前記表面を不動態化す
ることが所望である場合に好都合である。

エツチングはインジウム及びガリウムのリン化物とヒ化
物、Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐについて選択ができ、即ちこ
の材料はリン化インジウムよりも更にゆっくりエツチン
グされる。これは、上記レーザーよりも半導体部品を製
造するために好都合であるかもしれない、使用する気体
は取扱いが容易で且つ強い毒性がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のメタノール・臭素エツチング法でその上
に種々のメサがエッチされた既述のリン化インジウム単
結晶ウェーハの斜視図、第２図は本発明によるエツチン
グ法で同一単結晶ウェーハ上に複数のメサを形成した斜
視図、第３図は本発明によるヘテロ構造埋込みレーザー
の断面図、第４図は拳法を実施するための装置の断面図
である。 ２・・・背面、４・・・上表面、６・・・裏側電極外側
層、８・・・裏側電極内側層、１０・・・基板、１２・
・・ｌｌｌｌｆ層、１４・・・中央領域、１６・・・活
性層、１８・・・閉込め層、２０・・・接触層、２２・
・・内側表側電極層、２４・・・表側電極、２６・・・
端部領域、２８・・・埋込み層、３０・・・内側埋込み
層、３４・・・遮断接合部、３６・・・不動態化層、３
８・・・保護層、４２・・・側部領域、４４・・・接続
導線、１００・・・包囲体、１０２・・・底部高温平板
、１０４・・・上部平板、１０６・・・ポンプ系、１０
８・・・高周波電気発信器、１１０，１１２・・・ダク
ト。 代理人弁理士　船　　山　　　武 ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）リン化インジウム部分の表面をエッチングする方
   法であって、電極を備えたエッチング包囲体に前記部分
   を挿入する操作と、前記包囲体中に気体エッチング混合
   物を入れる操作と、前記電極間に高周波交流電圧を与え
   て前記エッチング混合物からプラズマを形成する操作と
   から成り、前記プラズマの成分の作用に前記部分を当て
   るための手段を備えており、前記気体エッチング混合物
   がアンモニアＮＨ＿３及び希釈気体を含有しており、ま
   た前記プラズマの成分の作用に前記部分を当てる手段が
   少なくとも実質的にはエッチングされるべき前記表面に
   接触して前記プラズマを形成するように前記電極を設置
   してある方法。
2. （２）エッチング残留物を取除くために酸を使用する清
   浄操作を更に包含する請求項１に記載の方法。
3. （３）前記希釈気体が前記エッチング混合物の容量にお
   いて大部分である請求項１に記載の方法。
4. （４）前記エッチング混合物中の前記希釈気体に対する
   アンモニアの容量濃度比が０．０１〜１０であり、前記
   部分が５０〜３００℃のエッチング温度まで加熱され、
   エッチングされるべき前記表面上に前記プラズマを形成
   するために前記電極によって与えられる単位面積当たり
   の出力密度が０．０３〜０．４５Ｗ／ｃｍ＾２であり、
   前記エッチング包囲体中の気体圧力が約１．３ｘ１０＾
   −＾３〜６７Ｐａである請求項１に記載の方法。
5. （５）前記濃度比が０．２〜０．７、前記希釈気体が窒
   素、前記エッチング温度が１５０〜３００℃、前記出力
   密度が０．０３〜０．１８Ｗ／ｃｍ＾２、及び前記気体
   圧力が約２７〜６７Ｐａである請求項１に記載の方法。
6. （６）リン化インジウム単結晶ウェーハ面をエッチング
   することによってメサを作製することに適用され、前記
   部分を構成する前記ウェーハ及び前記メサが、その結晶
   格子の（００１）平面上に方位づけられてある面を有す
   る単結晶ウェーハを調製する操作と、前記プラズマに抵
   抗し且つエッチングされるべき前記表面を構成するため
   に暴露される前記面の一部を残すように、前記面上に少
   なくとも一つのマスク方向に沿った縁部を有する保護マ
   スクを形成する操作と、前記マスク方向に依存する断面
   を有する対応側面を備えた前記マスク縁部に追随する縁
   部を有するメサを形成するために前記プラズマによって
   前記表面をエッチングする操作とによって形成される請
   求項４に記載の方法。
7. （７）前記側面が丸み有しており、前記縁部から最初は
   前記面にほぼ直角であり、次いで次第に傾斜し、優先平
   面を持たずに外側に広がって、前記マスク方向が前記結
   晶格子の（１１０）方向である請求項６に記載の方法。
8. （８）メサの形成において前記側面が、前記縁部から内
   側に向いた切込み傾斜である第一部分と、それに続いて
   外側に傾斜する第二部分とを有しており、前記マスク方
   向が（１１０）方向に並んであって、メサの側面の前記
   第一及び第二部分がそれぞれ（１１１）及び（１１１）
   平面に沿って方位づけられる請求項６に記載の方法。
9. （９）側面の第二部分が第一部分よりも長いメサの形成
   において、前記濃度比が０．２７、前記エッチング温度
   が２５０℃、５〜３０ＭＨｚの周波数で前記出力密度が
   ０．０４４Ｗ／ｃｍ＾２、前記気体圧力が５７Ｐａであ
   つて、前記表面を約８分間以上前記プラズマによつてエ
   ッチングする請求項８に記載の方法。