GaAsのエッチングについて

質問

GaAsを強酸または強アルカリと，過酸化水素の混合溶液でエッチングができるそうなのですが，
GaAsが化合物半導体のため，エッチングに異方性が生じると思います。

例えばアンモニア水と過酸化水素を用いてエッチングした場合，<100>面が優先的にエッチングされる・・・という特徴などがあるのでしょうか？
ご解答の程，よろしくお願い致します。

回答No.2

semikuma · ベストアンサー

GaAsエッチングの具体例はNo.1に詳しく書かれてありますが、質問者は学生さんのようですので、もっと基本的なところを説明しておきます。

先ずGaAsが異方性エッチングされるのは、GaAsが化合物だからではありません。
またどんなエッチャントでも、大なり小なり異方性はあります。
一般には、強い酸を用いると結晶方位によらず速いエッチングが進むので等方的となり、アンモニアのような弱いアルカリでは、エッチングされにくい面が残るので、異方性が強くなります。

GaAsやSiのようなダイヤモンド型(Zinc Blend型)結晶では、(111)面が原子間結合が強くエッチングされにくいので、残り易くなります。
たとえばSiの(100)基板表面のマスクに円形の穴を開けてKOH(水酸化カリウム)水溶液でエッチングすると、逆ピラミッド状のきれいな窪みができます。
マスクがストライプ状のときは、ストライプを[110]方向にきちんと合わせると、きれいなV溝ができます。

GaAsは化合物なので、同じ(111)面でもGaが表面に並ぶ(111)A面と、Asが表面に並ぶ(111)B面とが直交しています。
そして一般には、(111)A面が残り易くなります。
従ってストライプの向きが[110]か[-110]かによって、順メサ(上が狭い台形)か逆メサ(上が広い逆台形)かになります。

尚、面を表すときは丸括弧で(100)面、向きを表すときは角括弧で[110]方向と書きます。
また、ここでは面倒なので区別しませんでしたが、等価な面を表すときは{100}面、等価な向きは<110>方向と書きます。
以後注意しましょう。

お礼

まず勘違いの箇所へのご指摘，ミラー指数などの基本を教えて頂き，ありがとうございます。仰るとおり，勉強不足の学生でございます。
ご回答をありがとうございました。こちらのレベルを察して基本から教えて下さるお心遣いに感謝致します。
頂いた回答は今後勉強していく上で，参考にさせて頂きます。

回答No.1

inara1

<111>面がエッチングされにくい（エッチング速度が遅い）ので、その面が残るようなロファイルになります。表面が<100>面のウェハ上に、長手方向が<110>面方向にあるストライプ状のレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングしたとき、断面プロファイルはきれいな台形状になり、その斜面が<111>面になります。アンモニア水と過酸化水素水（どちらも原液）の体積比は、1:100くらいのものが使われます。

アンモニア水と過酸化水素でGAsをエッチングしたときの断面プロファイルは、ここ（http://www.collectionscanada.gc.ca/obj/s4/f2/dsk2/ftp03/NQ29898.pdf）の25ページ（PDF43ページ）のFigure 2.3 に出ています。ウェハ表面（エッチングした側）が<100>面か<1_00>面かでエッチングプロファイルが異なり、Figure 2.3 (b) の２つの図のように、上が狭い台形か、上が広い逆台形になります。ウェハ表面がどちらの面か判別するには、片面研磨のウェハなら、研磨されていない裏面を光学顕微鏡で見れば分かります。研磨されていない裏面にはなだらかな凹凸があり、その凹凸の１つ１つは楕円形をしていますが、その凹凸の長軸方向が、研磨面のストライプ状のレジストパターンの長手方向とと平行ならば、研磨面のエッチングプロファイルは上が広い逆台形になります。裏面の凹凸の長軸方向が、研磨面のストライプ状のレジストパターンの長手方向と直角ならば、エッチングプロファイルは上が狭い台形になります。

このエッチャント（アンモニア水＋過酸化水素水）は、GaAsの異方性エッチングに使われる他、AlxGa1-xAs (x>0.3)に対するエッチング速度が遅いことを利用した選択エッチングにも使われます。

お礼

ご回答下さり，ありがとうございます。
お恥ずかしながらまだまだ理解しきれていませんが，異方性が生じることやエッチャント特徴，また引用文献まで教えてくださり，感謝致します。
これからじっくり勉強したいと思います。