卒業研究報告

ウェハーボンディングによる分離接合型 InGaAs/SiAPD の作製とそ
の特性
指導教員

神戸

宏

報告者

加瀬川

亮

平成 13 年 3 月 2 日

高知工科大学 電子・光システム工学科

目

次

序

論 ________________________________________________ 4

1.1.

光検出器の役割 _________________________________________ 4

1.2.

光ファイバ _____________________________________________ 5

1.3.

半導体光検出素子________________________________________ 6

1.4.

光源__________________________________________________ 6

1.5.

背景と目的 _____________________________________________ 7

1.

2.

アバランシフォトダイオード _________________________________ 8

2.1.

フォトダイオード________________________________________ 8

2.2.

アバランシフォトダイオード________________________________ 92.3.

イオン化率 ____________________________________________ 11

3.

分離接合型 InGaAs/Si の構造と設計___________________________ 13

構造と特徴 __________________________________________________ 13
3.2.

基板材料 _____________________________________________ 13

3.3.

ブレークダウン電圧 _____________________________________ 15

4.

分離接合型 InGaAs/Si APD の作製 ____________________________ 17

4.1.

はじめに _____________________________________________ 17

4.2.

ウェハーボンディングとは ________________________________ 17

4.3.

ボンディングプロセス____________________________________ 18

4.5.

分離接合型 InGaAs/SiAPD 製作プロセス _______________________ 19

5.

エッチング ______________________________________________ 26

5.1.

活性化について ________________________________________ 26

5.2.

エッチャントとエッチングレート ___________________________ 26

5.3.

Si のメサエッチング_____________________________________ 29

5.4.

ドライエッチングによる接着_______________________________ 31

6.

ボンディング ____________________________________________ 33

2

6.1.

ボンディングの荷重依存性 ________________________________ 33

6.2.

ボンディングの時間依存性、温度依存性_______________________ 33

6.3.

ボンディング接合界面____________________________________ 34

7.

作製した素子とその特性 ___________________________________ 35

7.1.

はじめに _____________________________________________ 35

7.2.

特性測定回路と構成および、ランプの特性 _____________________ 35

7.3.

電流−電圧特性 ________________________________________ 37

7.4.

再現性について ________________________________________ 38

7.5.

Ｓｉメサエッチングの効果 ________________________________ 40

7.6.

まとめ _______________________________________________ 41

8.

結論 ___________________________________________________ 42

付録 ________________________________________________________ 43
謝辞 ________________________________________________________ 45

3

1.序

論

1.1. 光検出器の役割
光伝送方式は図に示すように、光源、変調器、光伝送媒質、光検出器から構成される。
光通信システムにおける光検出器は、伝送された光信号をそれに対応する電気信号に変換する働きを持つ。光検出器の設計では、伝送する波長帯に適切な光検出素子を選択する。光ファイバーによる通信ではファイバーの特性を考慮しシステムの性能を十分に発揮させるよう設計する。
受

光
変

光
変

信

調

信

源
器

換
端

端

器

光 伝 送 媒 質

送信号

図 1 光伝送方式の構成

光検出器は光ファイバーや光源のもつ性能に応じて伝送された光信号をできるだけ忠
実に電気信号に変換する能力を持っていなければならない。光検出器には①

高感度であること（光源の波長に対応していること）②

広帯域であること（あるいは高速で応答すること）③

付加雑音の小さいこと④

外部条件に対し特性が変化しないことなどが要求される。
このような光検出器として、半導体の光検出器である、PIN フォトダイオードやアバラ
ンシフォトダイオードが用いられている。

4

信号

1.2. 光ファイバ
伝送損失のもっとも小さな光ファイバーは、石英ガラス(SiO2)を母材としたものである。
コアーには屈折率を高めるために Ge または P が、GeO 2 または P2O5 の形で添加される。
図に示すように、GeO2 −SiO2 では 1.3μm と 1.55μm でもっとも損失が少ないことが報告されている。

図 2 光ファイバー伝送損失 1

損失の最も少ない波長で通信することが光ファイバー通信システムにおいて適してい5

ることは明らかである。図２の場合伝送損失がもっとも小さいのは 1.55μm でありその波長に合わせた、受光素子を作ることが要求される。

1.3. 半導体光検出素子

電子1.3.1. 半導体での光の吸収とキャリアの

-

発生

光

電子

イオン化した不純物

光+光

半導体における光の吸収は 2 種類の過程-がある。1 つは、価電子帯から電子伝導帯+に励起し電子と正孔を発生するものであ正孔る。他の過程は不純物準位を介した正孔

不純物準位

不純物準位

+

正孔

または電子の発生である。

図３にキャリヤの発生過程を示した。前

図 3 光吸収による自由キャリヤ励起過程

者の過程は図のようにバンドギャップ以上の光子エネルギーを持つ光が入射すると半導体中で自由キャリアが発生する。
自由キャリヤが生成されるには、光（フォトン）のもつエネルギーは禁制帯幅 Eg 以
上でなければならない。または、不純物準位から価電子帯、不純物準位から伝導帯幅なければならない。これらを E と書くとすると。光（フォトン）のエネルギーは hν（h：プランク定数, ν：光の周波数）であるから

hν ≥ Ec( 1-1 )

1. 24
E

( 1-2 )

または光の波長λを用いてλ≥という条件を満たす必要がある。ここでλ（μm）,E(eV)である。すなわち、エネルギ
ーE で決まる波長より短い光を吸収することになる。このため光ファイバ通信においては、InGaAs,InGaAsP 等Ⅲ-Ⅴ族３元混晶半導体受光素子が用いられる。なお一部 Geによる受光素子も用いられている。

1.4. 光源 2
石英ファイバでは、波長 1.3μm や 1.55μm で最低の伝送損失特性を示し、この波長帯で使える半導体レーザー材料を示す。
GaxIn1-xAs(0.87μm~1.7μm)

GaAs1-xSbx(0.4μm~1.4μm)

GaxIn1-xAsyP1-y(0.92μm~1.7μm)

括弧の中は成分を変化させたときのバンド間エネルギーに対応する波長を示している。
（必ずしも発光可能とは限らない）

6

1.5. 背景と目的
石英光ファイバ通信においては、損失や分散が小さくなる波長帯が使われている。1.3
μm および、1.55μm のこの波長帯における光検出器として、InP をなだれ増倍層とし InGaAs を光吸収層としたヘテロ接合を有する分離接合型(SAM 型)APD が知られている。SAM 型 APD はこの波長帯で優れた特性を持つことが報告され、以後この APDが実用化され光通信に広く使われている。しかし、なだれ増倍層として InP は理想的ではなく、雑音特性と応答速度の点で Si を用いることが望ましい。ただし Si では長波
長帯では感度がないが、Si におけるイオン化率比が 0.02 と InP の 0.3 にくらべて小さ
くなだれ増倍における過剰な雑音の発生は知られている半導体中でもっとも小さく、また な だ れ 増 倍 に お け る 時 間 遅 れ が も っ と も 短 く な る た め で あ る 。 したがって
Si/InGaAs ヘテロ接合を用いることが考えられたが、Si 上に InGaAs をエピタキシャ
ル成長することは困難である。このため、Si と InGaAs のウェハーボンディングの手法の確立が望まれる。
本研究では、InGaAs/Si のウェハーボンディングの確立、ヘテロ界面の結晶学的評価、静特性からウェハーボンディングを用いた分離接合型 Si/InGaAs APD それぞれの特性を評価する。

M.Horiguchi and H.Osanai, “Spectral losses of low-OH-content oticalfiber,”Electronics Lett., Vol.12, No.12, pp310-312, 1976
1

2

末松、伊賀

光ファイバ通信入門 （改定３版ん） オーム社 1989

7

2.アバランシフォトダイオード
2.1. フォトダイオード
フォトダイオードの基本構造は pn接合である。pn 接合用電流−電圧特性を図４に示す。これに光を入射しキャリヤを発生すると、光電流が流れる。これを利用したものがフォトダイオードであり。逆方向電圧を印可して使用する。逆方向電圧を印可
すると空乏層が伸びるが、図５のよ
うに、空乏層端から拡散長以内の領域で発生した少数キャリヤーが光電流になる。 空乏層を厚くしてそのな
かでほとんどの光を吸収するようにすれば、発生した電子とホールはほとんどすべて空乏層内の電界で分

図 4 受光素子の電流−電圧特性

離・ドリフトされて光電流になる。
これがフォトダイオードの原理である。

図 5 フォトダイオードの原理

8

2.2. アバランシフォトダイオード
フォトダイオードでは、入射光子数より多い電子―ホール対を得ることはできない。ブレークダウン電圧近傍にバイアスすると、空乏層内において、高電界で加速されてイオン化を起こして電子−ホール対を発生する。光電流は増副作用を受ける。この増倍作用をアバ
ランシ増倍（avalanche multiplication）と呼ぶ。このため光電流よりはるかに大きな光電流が得られる。また、アバランシ領域では電圧が通常のフォトダイオードの逆バイアスより高くなるから、同じ受光素子を用いた場合には、空乏層幅は十分広がって接合容量は小さくなり、高速応答が得られる。量子効率の向上と雑音の低減のために光吸収領域とアバ
ランシ領域を分離する構造がとられることがおおい。
アバランシフォトダイオードにおける増倍の原理は、衝突イオン化によるキャリヤーの増倍作用にある。この増倍機構を支配するのは電子と正孔のイオン化率比である。

半導体の pn 接合に逆方向電圧を印可すると比較的低い電圧では逆方向飽和電流が流れるが、さらに高い逆方向電圧を加えると、逆方向電流はある電圧で急激に増加するこの現状はなだれ降伏（アバランシブレークダウン）（avalanche breakdown）と呼ばれ、この時の電圧をなだれ降伏電圧とよび、以下 Vb と表すことにする。なだれ降伏は空乏層内にある自由キャリヤによる衝突電離(impact ionization)の繰り返しに起因している。すなわち、接合で形成される 105V/cm 以上の区暴走電界により加速された自由キ
ャリヤが価電子帯にある束縛電子に衝突し運動エネルギーを与え、束縛電子を伝導帯へ励起する。これは新しい自由電子とホールを作ることを意味する。これらの電子・ホー
ルの数は急激に増加することになる。この過程を模式的に図示すると図６のようになる。

9

図 6 衝突電離によるキャリヤの増倍過程①では空乏層内の電界でホールは加速され格子と衝突して、自らはエネルギーを失うとともに、②で電子−ホール対を発生させる。発生した電子とホールはそれぞれ反対方向にドリフトして、③でまたイオン化を起こす。このような過程を繰り返してなだれ増倍がおき電流が流れる。
この値は図４に示した。低電圧での電流 Ip0 に対するある電圧 V での増倍された光電流
Ip との比 M= Ip /Ip0 を増倍率と呼ぶ。増倍率 M を表す式として次のミラーの式が知られ
ている。3

V 
1
= 1 − 

M
V
 B

n

( 2-1 )

ここで VB は降伏電圧であり、n は半導体の種類、素子の構造、光の波長などで決まる定数である。

10

2.3. イオン化率 4
衝突電離においては、イオン化率(ionization coefficient)という重要なパラメータが定義される。すなわち、1 個の電子が単位距離進行したときに生成する電子−ホール対の数がホールのイオン化率βである。ホールに対しても同様に、1 個の電子が単位距離進
行したときに発生する電子−ホール対の数がホールのイオン化率αである。イオン化率
α,βは[cm-1]で表され、電界強度 E の増加とともに指数関数的に大きくなる。図３はSi,InP,InGaAs のイオン化率である。(Si 5,InP6,InGaAs7)

1.E+05

1.E+05
イオン化率 α β

1.E+04β1.E+03
2

2.2

2.4

2.6

2.8

β

1.E+04α1.E+0331.5

電界強度の逆数 (1/E) 10 -6cm/V
Si

1.6

1.7

1/E (10 cm/V)
InP

α
1.E+04β1.E+03
4

4.2

1.8
-6

1.E+05

イオン化率 α β

イオン化率 α β

α

4.4

4.6

4.8

1/E (10-6cm/V)
InGaAs

図 7 半導体結晶のイオン化率

11

5

1.9

2

通常イオン化率は次の形で近似される89−b / E

α = Aeβ = Ae−b / E( 2-2)

ここで A,b は定数である。本研究でもこの近似式を用いることにする。一般にαとβの値は異なる。アバランシフォトダイオードの雑音の低減にはαとβの相違の著しいこと

k=

β
α

( 2-3)

が望ましい。αとβの比はイオン化率比といわれ、結晶材料固有の雑音を示すパラメータになっている。
ここで重要なのは、Si と InP のイオン化率比の違いである。Si のイオン化率比が電界強度の逆数 1/E=3 でおよそ 0.06 なのに比べて、InP はおよそ 2.57 と Si にくらべて大きい。イオン化率比は通常小さいほうが雑音が少ない。これは、α>βおよびβ>αの場合、空乏層のアバランシ領域に入った電子がイオン化を繰り返してアバランシ領域端に至るがホールはイオン化をほとんどすることなく、アバランシ領域を通過する。このため、注入電子がアバランシ領域を通過する際の増倍キャリヤーのみが発生するので増倍雑音が小さい。ここからも Si の優れた特性が増倍層に適していることは明らかである。
図 3-2 に InGaAs のイオン化率も示した。InGaAs のイオン化率比はおよそ 1.8 で InPよりも小さい。 またグラフのαとβを見ると、αの値がβよりも大きい場合増倍は電子を中心に行われる。その反対にβがαよりも大きい場合増倍はホールを中心に行われる.
S.L. Miller : Avalanche breakdown in germanium. Phys. Rev., 16 (1973),pp1189-1203.
米津 宏雄
光通信素子工学 1995
5 S.M Sze and G. Gibbons, “Avalanche breakdown boltage of abrupt and linerlygraded
p-n junctions in Ge, Si, GaAs, and GaP, “Appl. Phys. Lett.,8,111(1966)
6 C.A . Armiento, S.H. Groves, and C.E Hurwitz,”Ionization coefficients of electrons
and holes in InP, ” Appl. Phys. Lett., 35, 333 (1979)
7 T.P Pearsall, “Ga0.47In 0.53As: a ternary semiconductor for photodetector
applications,”IEEE. J.Quantum Electron., QE-16,709 (1980)
8 S.M Sze, “Physics of Semiconductor Devices,” whley-Interscience, NewYork(1969)
9 J.L. Moll, “Physics of Semiconductors.” McGraw-Hill, Inc. , NewYork (1964)
3
4

12

3.分離接合型 InGaAs/Si の構造と設計
3.1. 構造と特徴
図８に本研究で提案する分離接合型 InGaAs/SiAPD の構造を示す。これは、InGaAs 層で 1.6μm 以下の光を吸収し励起したキ
ャリヤがヘテロ接合を乗り越えて、p-Si に注入され増倍を受ける。
受光面積の限定および、エッジブ
レークダウンを防ぐために、メサ構造になっている。
光の吸収と増倍層を分離した、分離接合型であり、Si n+-ｐ接合から伸びる空乏層は動作状態で、空乏 層 が InGaAa 層 ま で 延 び
InGaAs 層で発生したキャリヤー

図 8 InGaAs/Si APD の層構造

は電界を受け、増倍層となる Siに注入される。増倍層となる Si と光を吸収する InGaAs 層は、ウェハーボンディングを用いて接合する。ウェハーボンディングは、別々に用意した二つの基板を接触させ熱処理を施すことによって接合する。

3.2. 基板材料
本研究で使用した基板は、光吸収層はZn ドープの p+InP450μm の基板上に１μm のｐ-InGaAs をおよそ１μm 成
長させ、その上に Zn ドープ pInP をお
よそ 0.5μm 成長させた。Si 基板は Sbをドープした n+Si 基板に B をドープ
したｐ+Si をおよそ１μm エピタキシ
ャル成長した。
（基板は NTT-AT に発注）pInGaAs 層は、InP と格子整合をとるために、InP の組成を 0.53 とした。
図９では InGaAs 層を含む基板で、上
図 9 基板材料の設計
13層 部 に p+InP が あ る が 、 図 ８ で は
pInGaAs 層と pSi 層の間に p+InP 層がない。本研究で実際に作製した素子ではp+InP 層がある。このp+InP 層は InGaAs
エピ層表面の酸化を防ぐこと、およびウェハーボンディングの実績があるため導入した。ウェハーボンディングの手法が確立された段階では、直接接合 InGaAsと Si のボンディングをすることが望ましい。InP バランシフォトダイオードの特性は、光電流の発生領域である空乏層の状態よって大きく支配される。電気回路的には容量（キャパシタンス）の役割
をし、応答速度を支配する。
空乏層内の電界強度は走行するキャリヤーの速度を定め、ブレークダウン電圧を定める。図１０は、分離接合型
InGaAs/SiAPD の不純物分布
空間電荷密度
電界強度分布静電電位の模式を表した。
それぞれの不純物密度は、
n+Si

→1019

p Si

→1016

pInP

→1019

pInGaAs→nondope
p+InP →1018とした。
pInGaAs は nondope だが、エピタキシャ
ル成長時に上下の不純物 Zn が熱拡散しInGaAs が p 側にシフトするという予測から、pInGaAs とした。空間電荷分布を②に示した。真空の誘電率ε0、半導体の図 10 InGaAs/SiAPD の空間電位と静電電位
14( 3-3-1)

比誘電率εr としてポアソン方程式は次式となる。

d 2ψ
qNa
=−
2
dx
ε rε 0
さらに③ではポアソン方程式を積分し、電界強度③を求めた。Va,Vb,Vc はそれぞれの逆方向電圧を変化させたときの電圧を表している。図では Va≧Vb≧Vc となる。前にものべたが、印可電圧を Vc 以上に空乏層を InGaAs 層にまで伸ばすことによって、
InGaAs 層で発生したキャリヤが増倍層となる Si に InP 層を乗り越えて、注入される。

3.3. ブレークダウン電圧
これは不純物濃度 N に対するブレークダウン電圧である。

不純物濃度に対するブレークダウン電圧

ブレークダウン電圧（V)

1000

100

10

1
1.0E+15

1.0E+16
不純物濃度 （cm-3)

1.0E+17

図 11 不純物濃度に対するブレークダウン電圧

図は不純物濃度とブレークダウン電圧の実験式10
3
2

−

3

 Eg   N  4
V = 60   16 
 1 .1   10 15

( 3-3)

から算出した。 不純物濃度が大きくなるとブレークダウン電圧は減少する。Eg はバンドギャップ。N は不純物濃度（m-3）V はブレークダウン電圧である。
（３−３）式から、N=1016 のときブレークダウン電圧は、３１．６V である。このとき、図 8 の構造では、InGaAs 層を拡散によって、不純物濃度が N=1016（cm-3）となっているとすると、InGaAs 層の電位差は InGaAs 層の厚さｘ＝1μm として定積分す
ると。

ψ =q

N 1.0×10∫ dx
ε 0ε r 0−6(3-4)となり電位差は 0.0073V である。
S.M. Sze and G.Gibon, “Avalanche breakdown boltages of abrupt and linearly graded
p-n junctions in Ge, Si, GaAs and GaP,”Appl. Phys. Lett., Vol.8 No.5
10

16

4.分離接合型 InGaAs/Si APD の作製
4.1. はじめに分離接合型 InGaAs/Si APD では、Si の上に InGaAs をエピタキシャル成長することは、
格子整合の面から困難である。そこで、素子をウェハーボンディングという手法を用いて作製することにした。
InGaAs/Si APD 素子の作製には次の 3 つのウェハーボンディングの技術の確立事項を経て、作製に製作に成功している。
①

Si 同士での接着（手順、活性化、温度、圧力、時間決め）②

InP と Si で良好なヘテロ界面がえられることを確認③Si と InGaAs を接合。分離接合型 Si/InGaAs を実現した。

末章ではまずウェハーボンディングについて述べた後、具体的な作製工程について記述する。

4.2. ウェハーボンディングとはウェハーボンディングとは、2 つの基板のそれ
ぞれの面を処理することによって活性化をおこない、それぞれ鏡面同士を接触させ、熱処理を行うことによって、接着する。界面は、結晶学的に連続な結晶構造が得られ電子輸送が界面を通して行うことができる。接触する鏡面はそれぞれ、pInP と pSi で面方位は（100）面とした。

図 12 ウェハーボンディング模式図4.2.1. ウェハーボンディングプロセス
ウェハーボンディングのプロセスは①

基板洗浄（フォトリソグラフィー）②

活性化 （表面のエッチング、酸化膜の除去、表面の親水性化）

③

接触

④

窒素ブロー

⑤

アニール

の手順で行う。それぞれのプロセスの詳細については次節で説明する。

17

4.3. ボンディングプロセス
図は Si/Si のボンディングプロセスを表した図である。11
表面が親水性であるときのボンディングプ
ロセスは、活性化によって基板表面 Si では
SO4 の働きによって表面は OH 基で覆われ、よって表面が親水性になる。これを接触させると図のようになり表面の OH 基によってファンデルワールス力で密着する。その後、アニールを施すことによって結晶 Si−Si の結合ができる。一方弗化水素に浸けられて表面が疎水性になった場合、表面は OH 基よりもさらに結合力の強い F に H が結合しているため表面は疎水性となる。H はさらにアニールを施されると F の結合力のほうが強く

図 13 ウェハーボンディングプロセス

H と置換し、Si と F の結合ができる。さらに熱を加えると Si と Si の結合ができる。

この F から Si への過程で結合がうまくいかないことが多い感触があり、疎水性の場合はデータにはなっていないが結合確率が落ちるのではないだろうか。

4.4. フォトリソグラフィー
本研究における、フォトリソグラフィーのプロセスとその条件は、１基板の超音波洗浄…アセトン 5 分→エタノール 5 分
２ふっ酸による表面の活性化と自然酸化膜除去。ふっ酸による表面処理は、Au を蒸着した
後表面から Au が剥離するのを抑えるために行う。詳しくは後の活性化とエッチングで述べる。
３レジスト塗布…スピンコータにより初速 300rpm 本速 5000rpm or 6000rpm 終速
7000rpm３プリベーク 恒温曹で 110℃7 分
４露光 10s
５現像 10s６リンス 純水によってリンスする。
７ポストベーク 120 ℃5 分
本研究では、上の条件でレジストパターンを基板上に作製した。パターンは直径 1mm の円形パターンである。

18

4.5. 分離接合型 InGaAs/SiAPD 製作プロセス
分離接合型Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ

ＡＰＤの製作プロセスは次のとおりである。
1 基板洗浄超音波洗浄をアセトン 5 分
純水 5 分で行い十分に基板表面の汚れを落とす。
２活性化 …ボンディングを行う前に表面の活性化を行う。ウェハーボンディングでは重要な項目で、それぞれの基板、ここでは InP Si を親水性にすることと、それぞれの鏡面についている自然酸化膜の除去が目的である。
活性化におけるエッチャントやエッチングレー
ト、表面状態等の詳しい説明は後で述べる。
Si は HF(弗化水素酸)10%に 2 分浸け、鏡面の自然酸化膜を除去する。ｐnSi の裏面（鏡面の裏面）にエピタキシャル成長時に付けたと思われる SiO2 保護膜があるがこの時点では保護膜は除去しない。残った保護膜はボンディングの時点で保護の役目もはたす。
次 に 自 然 酸 化 膜 を 除 去 し た Si を
H 2 SO4:H 2O:H 2O 2＝3:1:1＝15ml:5ml:5ml の溶液に１分浸け、おなじく 10 秒リンスした。この工程は Si 表面を親水性にする。HF で Si をエ ッ チ ン グ し た 後 鏡 面 は 疎 水 性 で
H 2SO4:H 2O:H 2O2 に浸けることによって表面が親水性に変化する。
表面を親水性にすることによって表面に OH
基が付きボンディングの確率が高くなる。親水性とボンディングの関係は後で述べる。図１１では Si を HF で処理を行った後、硫酸系エッチ
図 14 基板の洗浄と活性化
19ャントに浸ける前に純粋でリンスする工程が抜けているが、実際には HF で処理を行った後は純水でリンスを行はなければならない。HF に浸けた後、リンスをせずにH 2SO4:H 2O:H 2O2 溶液に浸けると H 2SO4:H 2O:H 2O2 溶液の水面や Si 表面に白い汚れが付き、ボンディングの妨げになる。この白い汚れは H 2SO4:H 2O:H 2O2 溶液と HF の反応物と思われる。
InP は H 2 SO 4 :H 2 O:H 2 O 2 ＝3:1:1 の溶液に 2 分浸ける。
それぞれ浸けた後はビーカーに入れた純水でリンスした。おそらく、リンスは流水してリンスするほうが更によい。リンスは 10 秒ほど行った。
活性化には他に、ドライエッチングを用いる方法も試したが、ボンディングすることはなかった。詳しいことは活性化の詳しい説明で述べる。
3 接触 …洗浄した基板Ａと基板 B を純水中で鏡面同士を接触させる。
このときピンセッ

トで基板表面を傷つけないようにすることとと、そのピンセットに汚れがついていないことに注意する。ここで基板Ａは、p+InP/pInGaAs/pInP で、基板 B は pSi/n+Si である。
4 窒素ブロー …接触させた後、ビーカーから大気中に取り出し、p+InP/pInGaAs/pInPと p-nSi の(110)面が平行になるように目測で確認して接触させ、二つの基板をピンセットで押さえながら、窒素ブローで表面の水分をすべて吹き飛ばす。吹き飛ばした後は、
ファンデルワールス力で密着しピンセットで押したぐらいでは基板Ａと基板Ｂが取れることはない。窒素ブローを行う際、両基板の表面が親水性であるとファンデルワール
ス力が強く、両基板のへき開面<110>方位が平行になり易い。なぜかはわからない。窒素ブローを行った後、ボンディングジグにセットしジグによって挟む。ジグについては装置の説明の章で述べる。

11

Q.-Y.Tong U.Gosele “Semiconductor Wafer Bonding”

20

5 アニール…表面を窒素ブローして密着した後自然酸化をなるべくしな
いように、また汚れが付着しないよ
う注意してアニールチャンバーにセットし真空にする。アニールは、
a 水素流量30ccm/sb チャンバー圧力
60Pa
c アニール温度
400℃〜600℃（InGaAs/Si 試料 No.1~8 は 500℃）
d アニール時間
30 分〜6 時間（InGaAs/Si 試料 No.1~7 は 30 分。
500℃での１分間の温度変化率が０
図 15 アニール・ボンディングから研磨までの時間）
e おもり重量なしまたは、650g のおもり
（InGaAs/Si 試料 No.1~4 はおもりなし）
上記 a,b,c,d,e の条件で行った。アニール時間は温度を上げる時間も含め
ると 1 時間 30 分で、加熱用ヒータに流した電圧、電流は 6.9V,11A~9.5Aである。装置については後の章で述べる。

図 15 アニールから研磨まで熱を加えることによって、密着したウェハーは結晶学的に結晶が連続したものになると予測される。ボンディングの荷重、時間、温度の依存性、ボンディングのメカニズムについては後で述べる。
アニールをした後は、フィラメントの電圧を 0 にしてゆっくりと常温になるまで冷ます。

6 ボンディングの成功 …アニールをした後、ピンセットで押して p+InP/pInGaAs/pInPと p-nSi がずれないことを確認する。ずれなければ本研究ではボンディングは成功した

21

ものと定義する。ただしこの後工程すなわち、純水や溶液、研磨、その他の理由で接合がはがれる場合もあった。
7 研磨 …表面を研磨し p+InP と n+Si を薄くする。研磨はボンディングした際の酸化膜の除去、Si 裏面についた保護膜の除去、拡散による応答速度低下を防ぐため、吸収による光の減衰を抑えるために行う。研磨の際に接合が壊れることが多い。
ボンディングした試料を図１５のようにジグにワックスで取り付ける。
ホットプレートでジグを 100℃まで熱し、ワックスをその上で適量溶かす。100℃以上に温度を上げて溶かすとアセトンでのワックス剥離がしにくくなる。溶かしたワ
ックスにより試料を十分に覆い接合部分に余分な力がかからないように注意する。
研磨はまず、カーボン系研磨剤で粗削りした。

図 1 6 研磨ジグへの固定方法

p+InP、n+Si とも 200μm ほど削った。研磨した残りが 200μm を超えると Si や InP
は研磨の荷重に耐え切れなくなり砕ける。特に InP は柔らかくすぐに砕ける。
研磨を終えたら、ワックスをろ紙等で吸い込みながらジグからはずす。ワックスが多量に試料に残っていると剥離する時間が長くなり、接合がはがれる危険性が高くなる。
ワックスの剥離はアセトンにワックスが目視でなくなるまで浸ける。その後１分ほど純水の流水でリンスする。
鏡面研磨…本研究では鏡面研磨は行わなかったが、素子のプロセスでは重要な項目であるので述べておく。 p+InP 側の研磨は鏡面になるまで研磨すべきである。p+InP 側で
は
１粗削り
２研磨
３鏡面研磨
４鏡面エッチングのプロセスをおこなう。鏡面研磨は鏡面研磨剤を用いて研磨し、HCl を含む塩酸系エッチャントで鏡面エッチングを施してさらに鏡面にする。これは分離接合型 Si/InGaAs
APD の光の入射面は p+InP 側にあって、入射する光が表面で散乱によって減衰するのを抑えるためである。

22

８p+InP 側電極付け…p+InP 側電極
付けは、①

レジスト付け②

電極 Au の蒸着

③

リフトオフ

の順に行う。p 型基板の電極には通常 Al や Au を使用する。
本研究では、p 型電極の作製は行わず、銀ペーストで電極とした。

図 17 電極づけプロセス図

図 17 レジストからリフトオフまで

23

９メサエッチング…本研究でエッチングによる光吸収層のエッチン
グは行わなかった。よって、エッチ
ングプロセスの提案のみ行う。
まずレジストパターンを p+InP 上に作製。InP を塩酸系エッチャント
でエッチング。InGaAs を硫酸系エ
ッチャントでエッチングし、ｐInP
をエッチングする。Si を硝酸系エッチャントでエッチングしメサは完成する。
実際に行った素子作製プロセスは
図 に 示 す よ う に お よ そp+InP/InGaAs/pInP 縦 5mm 横
5mm を縦 10mm 横 10mm の pnSiとボンディングさせ、ボンディング
した試料 InGaAs を含む層をマス
ク

に

し

て

HNO 3:CH3COOH:HF=15ml:5ml:
3ml によって pnSi を１μm 以上エッチングした。エッチングレートについては後で述べる。

図 18 メサエッチングプロセス
図 19 本研究のエッチングプロセス24

１０ n+Si 側電極付け
ｎ側には通常 Au を蒸着する。本研
究では図によって作製した素子のn+Si 側に Au のみ蒸着した。蒸着する前に、前処理として HF に 2 分ほど浸けた。

図 20 素子完成予想図

Au の蒸着条件は
プラズマ要素 Ar の流量

30ccm

プラズマ出力300W/h

圧力

8Pa

時間

1分

で蒸着した。
電極 Au の厚さは 1μm 程度である。
以上のプロセスを行い、分離接合型 InGaAs/Si APD は完成する。

25

5.エッチング
5.1. 活性化について
エッチングを行うことによって基板表面の性質、状 態をかえることを活性化といい。素子作製プロセス工程のいくつかの段階で、表面の活性化を行いずれも活性化により以下の理由で予想される良好な結果を得ている。
活性化を行う工程とその理由は①

ウェハーボンディングを行う前
理由：表面状態を変化させる②

エッチングのためのレジストを塗布する前
理由：エッチングの際にレジストが剥離するのを防ぐ③

Au を蒸着する前
理由：Au をエッチングする際に Au が剥離するのを防ぐそれぞれに活性化を行う。

5.2. エッチャントとエッチングレート
InP,Si を接着する際、表面上にできた自然酸化膜を除去するための前処理を行う。Siについてはそのエッチングレートを測定した。Si の自然酸化膜を除去するだけでなく、エッチング後の、基板表面の状態がボンディングに大きく影響する。したがって、基板によってエッチャントを変える

5.2.1.エッチャント
表１に、それぞれの基板におけるエッチャントとその組成について示した。
材料
エッチング組成①
HF:HNO 3:CH3COOH=2:15:10②
H 2O2:NH 4F=10,3.7g
Si③
HF:HNO 3:CH3COOH=3:5:3④
ｾﾐｺｸﾘｰﾝ
HF
SiO2
ｾﾐｺｸﾘｰﾝ
H 2SO4:H 2O2:H 2O=3:1:1
InP
HCl
H 2SO4:H 2O2:H 2O=3:1:1
InGaAsHCl
表 1 各種材料用エッチャントとその組成

26

5.2.1.1.

SiO 2 エッチング

Si の自然酸化膜 SiO2 は通常 HF 弗化水素酸で除去することができる。その反応式は、SiO2+HF→H 2SiFで与えられる。反応速度は水あるいは NH 4F との混合によって調整される。ボンディ
ングの活性化（前処理）として自然酸化膜を除去する際は 10%の溶液で、保護膜の除去、レジスト塗布、Au 蒸着時の Si 自然酸化膜の除去の際には 46%の溶液を使用した。

5.2.1.2.

Si エッチング

Si のエッチング液の代表例は、HNO 3 と HF の溶液である HNO 3 は酸化剤としての NO 2を生成し、Si を酸化して SiO2 を形成する。形成された SiO2 は HF によって水溶性のH 2SiF に変化する。反応式は、
Si+HNO 3+6HF→H 2SiF+HNO 2+H 2O+H 2で表され、反応速度は水や酢酸を導入することにより減速できる。

5.2.1.3.

InP エッチング

InP を H 2SO4:H 2O2:H 2O＝3:1:1 でエッチングし表面を活性化させると、InP の P 抜けがある。InP の P 抜けが発生すると結晶欠陥となり素子にダメージが加わることは明らかである。500℃3 時間でボンディングを施した InP/Si の FIB 像である。図 20 は InPと Si のボンディング界面を FIB で拡大した図である。InP には裏面から見ても大きなP 抜けは見られない。

図 21 I n P と Si の接合面 F I B 拡大図

27

5.2.2. Si エッチングレート
Si を室温（25℃）で弗化水素酸：硝酸：酢酸＝２：１５：５でエッチングした場合のエッチングレートは約８０nm/s である。
Si（１００）面と（１１０）面、両面のエッチングレートはほぼ同じと考えられる。

28

5.3. Si のメサエッチング
5.3.1.問題点
Si を HNO 3:CH 3COOH:HF 組成液でエッチングする場合や HNO 3:H 2O:HF 組成液でエッチングする場合は基板表面が白く濁った。レジストパターンが形成された Si では
HNO 3:CH3COOH:HF 組成液に浸されたとき、20 秒ほどでレジストが剥離した後、基板表面が白く濁った。これをやけど跡と名づけた。HNO 3:H 2O:HF 組成液でエッチングする場合においても、Si 表面に黒ずみがみられた。

5.3.2.やけど跡の解決法
Si をエッチングするとき弗化水素酸に浸けることで、表面の自然酸化膜が除去される。
その後、HNO 3:CH 3COOH:HF 組成液でエッチングを施すと、前処理によって自然酸化膜がない Si はエッチングが成功する。しかし、前処理を行っていない Si は上記のようなやけど跡が残る。また、レジストパターンの形成された Si ではエッジの部分のみ Siがエッチングされる。
200μm
５μｍ

図 22 前処理ありの Si エッチング

5.3.3.検証
Si エッチングのそれぞれの工程においてどの段階でやけど跡がみられるのか検証した。
5.3.3.1.

基板と酢酸アセトン 5 分 純水 5 分で超音波洗浄し、前処理を施さないものと、前処理として弗化
水素１分浸けた基板を、酢酸に浸けその後の状態や、表面性質を調べた。、やけど跡に関係しているか検証した。

29

5.3.3.1.1. 結果
表面性質
表面状態

HF による前処理あり
疎水性
鏡面

前処理なし
親水性
鏡面

表 2 前処理と酢酸に浸けた Si との関係図

前処理を行わないで酢酸に 1 分浸けたものは鏡面であった。表面性質は親水性。
前処理を行ったものにおいても鏡面。酢酸に 1 分浸けたものは鏡面であった。表面性質は疎水性
5.3.3.1.2. 考察
前処理を行わなくても、行っても表面が白く濁らないため、表面の白く濁る原因がエッ
チング組成要素である酢酸の影響の可能性は低い。ただ表面が親水性であるときは、部
分的に親水性である場合に親水性の部分と疎水性の部分でエッチング速度が変わる可能性が考えられ、Si を HNO 3:CH 3COOH:HF 組成液でエッチング後に表面が粗くなると推測される。
5.3.3.2. レジストと酸およびエッチャント
5.3.3.2.1. 実験
次にアセトン 5 分 純水 5 分 超音波した Si にレジストパターンを形成し、エッチャン
トが前処理をレジスト及び基板にそれぞれのが与える影響について調べた。

レジストパターン
レジスト溶解までの時間

基板のやけど跡(CH3COOH)酢酸

HNO 3(硝酸)HF:CH3COOH:HNO3＝
2:15:5

×
20 秒
あり

○
−
なし

×
2分
あり

表 3 エッチャントがレジストに与える影響

5.3.3.2.2. 結果
酢酸（９９％）に入れると。20 秒ほどでレジスト液は溶け、HF：CH3COOH：HNO 3＝２：１５：５で見られた、やけどの跡も見られた。硝酸に 12 分ほどつけてみたが、レジストに変化はみられなかった。NH3:HF:H2O＝15:2:5 の溶液に浸した場合
1 分 30 秒あたりでレジストが解け始め、2 分ではレジストはすべて消えた。表面には茶色い斑点が現れ、表面はでこぼこしている。
5.3.3.2.3. 考察
レジストパターンを用いて Si のエッチングを行う場合、前処理がないと酢酸系エッチ
ャントを用いるときレジストが剥離してしまう。

30

5.3.3.3.

HNO 3 :CH 3 COOH:HF 組成液と Si 基板

HNO 3:CH3COOH:HF 組成液がレジストパターンを形成した Si 基板に与える影響を検証した。
5.3.3.3.1. 実験
あらかじめアセトン(5 分)→純水 5 分で洗浄した Si 基板を弗化水素（４６％）での前処理を行ったものにレジストパターンを形成したものと前処理を行わずにレジストパターンを形成したものを HNO 3:CH 3COOH:HF=15:5:2 でエッチングし Si 表面の状態とやけど跡の有無を調査した。
5.3.3.3.2. 結果
表面状態
やけど跡

前処理あり
ほぼ鏡面
なし

前処理なし
白いにごりが見られるあり

表 4 前処理による Si 基板の HNO 3 :CH 3 COOH:HF 組成液の影響

前処理を行ったほうは泡の跡と見られるでこぼこが表面に現れたが表面はほぼ鏡面でやけど跡もなかった。前処理も行わないほうは、かすかにやけど跡が現われた。

5.3.4.これまでの検証結果からの考察
弗化水素による前処理を行うことによって疎水性となり時間に対してより均一に表面がエッチングされるのではないか。またやけど跡の原因は、Si 上に酸化膜がついているとその酸化膜が除去された部分が時間的にむらになって、表面を粗くするのではないか。さらに、表面の性質によって、エッチングレートが変わり表面を粗くすると思われる。

5.4. ドライエッチングによる接着
本研究の活性化かていでは、当初ドライエッチングによるボンディングは活性化過程においてのエッチングをドライエッチングで行い、表面の酸化膜を除去、ま たは水素化することによって、結合をねらった。ドライエッチングによってボンディングする利点は。
エッチングからボンディングまで大気にさらされることがなく酸化膜がつきにくいこと。エッチングからボンディングまでの間の時間が短く活性化の効果が大きいと思われることである。

5.4.1.Si/Si ドライエッチングによるボンディング
5.4.1.1. 試料作成プロセス
アセトン・DI でそれぞれ超音波洗浄を 5 分した後、In で鏡面をエッチングするよ
うにジグに固定。ECR により酸化膜を除去と同時に表面の活性化させ、接着し、31

最後に熱処理を施す。

5.4.1.2.

結果

表１の条件において実験を行なった。

1
2
3
4
5
6
7
8

エッチングソース ・量Ar 30ccm
Ar 30ccm
Ar 30ccm① Ar 30ccm H10ccm② Ar 20ccm H10ccm① Ar 30ccm② H 30ccm
H 30ccm
H 30ccm
H 30ccm

ｴｯﾁﾝｸﾞ時間
15min
10min
20min
20min
10min
20min
20min
20min
20min
30min

アニール温度
500℃
600℃
600℃
600℃

アニール時間
20min
3h
3h
2h

600℃

3h

600℃
500℃
600℃

3h
2h
30min

表 5 ドライエッチングによる活性化 条件

２、３は表面をエッチングするだけでボンディング
５は水素とアルゴンで Si 表面をエッチングしながら水素化しボンディングをねらった。
６では水素だけでエッチング、表面の水素化を行いボンディングをねらった
いずれもまったくボンディングされることはなかった。
ドライエッチングの問題点
１活性化が不十分であること
２In でのジグ固定の際に鏡面がピンセットによって傷つけられやすいこと。
３(110)面方向どうしを平行にすることが困難であること。
以上のことが問題点である。
２３は解決は容易であるが、ドライエッチングによってボンディングに成功すること自体は疑問である。

32

6.ボンディング
6.1. ボンディングの荷重依存性
ボンディングの成功確率はアニール時の荷重によっても大きく変わる
表は Si/InGaAs の荷重によるボンディング確率の違いです.
活性化は Si は HF に 2 分 H 2SO4:H 2O2:H 2O=3:1:1 に 1 分浸け、p;InP/pInGaAs/pInP（以下 InGaAs）は H 2SO4:H 2O2:H 2O＝3:1:1 に 2 分浸けた。
Si/InGaAs
表 6

荷重あり
80%

荷重なし
8%

荷重によるボンディングの確率

荷重をかけることによってボンディングの確率が大幅に高くなる。

6.2. ボンディングの時間依存性、温度依存性
時間、温度による依存性によるボンディングの成功確率は測定していない。

33

6.3. ボンディング接合界面
図は Si/InP の SEM によるへきかい面の拡大図である。

図 23 界面の SEM 画像

Si と InP が滑らかに結晶がつながっていることを期待したが、（１１０）面が平行ではなく横にずれている。接合する際に結晶面を精密に平行にすることが必要である。またこのことから、結晶の方向がずれていてもボンディングが可能であることがいえた。

34

7.作製した素子とその特性
7.1. はじめにSi と InGaAs がボンディングに成功した素子は全部で９個でそれぞれ No.1~No.9 とした。しかしその多くは研磨や水に浸けるだけではがれてしまった。表はそれぞれのボン
ディングした素子がどこではがれたかを示した。
No.1
No.2
No.3
No.4
はがれたﾌﾟﾛｾｽ 研磨中 研磨中 研磨中 純水中

No.5
○

No.6
No.7
No.8
No９
純水中 純水中 純水中 純水中

表 7 できた素子数とはがれたプロセス

このうち No.4~No.９は荷重を重くしてボンディングを施したものである。

7.2. 特性測定回路と構成および、ランプの特性それぞれに電流―電圧特性を測定した。測定はボンディングを行った後、エッチングを施したものである。ただし、No.9 だけは、メサエッチングを施していない結果である。
測定図 回路図は図のように作製した回路を使って測定した。なお、測定回路における抵抗値の誤差はグラフでは補正してある。

図 24 電流−電圧測定回路図

光電流の特性測定の、測定装置構成図を次に示した。
白 色 ラ ン プ は ORIELCORPORATION MODEL66184 分 光 器 は NIKON G250
MONOCHROMATOR、ロックインアンプは hp f610B TWO-PHASE LOCK IN AMPで測定した。

35

チョッパ

白色

分光器

ランプ

試料
光検出

ロックイン AMP

図 25

光電流測定構成図

lamp
12

output (mV)

10
8
6
4
2
0
700

900

1100
1300
wavelength (nm)1500

図 26 使用したランプと分光器の特性上に白色ランプと分光器の特性を次に示した。ディテクターは GePD を使用した。1400
μm より長い波長は、２次光の影響で正確な値ではない。1100 付近がもっとも強度が強い。またランプ長波長帯での特性測定を行うため、短波長をフィルターで減衰してある。測定は図２３の測定構成で行い、図２４は波長に対するロックインアンプの出力で
ある。

36

測定回路

フィルタ

7.3. 電流−電圧特性
図に No.5 の InGaAs/Si Ｉ−Ｖ特性を示す。

順方向（μA)

InGaAs/Si No.5 I-V特性

逆方向(μA)
光電流（波長1μm）

1000

電流 (μA)

100

10

1

0.1

0.01
0

2

4

6

8

電圧 (V)
図 27 InGaAs/Si の電流−電圧測定結果

3710順方向と逆方向を比べると、整流特性が認められる。順電流が流れていないのは電極を
銀ペーストで測定しているために、抵抗の制限を受けているからである。表面を洗浄しn+Si に Au(Zn)、p+InP 側に Au 電極を形成することによって改善されだろう。逆方向については、リーク電流が大きいために６Ｖでは約 100μA も電流が流れてしまっていると思われる。本研究では、素子の作製法として、InP/InGaAs 層をマスクとしてＳｉにメサエッチングを施している。しかしこの方法では、接合面の面積が大きく特に大気中にさらされる面積が合計約 2cm と非常に長いため、リーク電流が大きく素子の逆方向電流を増加させていると考えられる。光電流の測定は、雑音を減らすためロックイン
アンプを用いた。図の出力はロックインアンプの出力を I-V 特性にのレンジにあわせて表示した。実際の電流とは異なることに注意してほしい。150W 出力の白色ランプを分光器にかけ１μm の光をＩｎＰ側から入射して測定した。素子から出力された光電流は
ＯＰアンプで増幅した後、ロックインアンプに入力した。図のグラフでは、入射光に対して、光電流が検出されたことが確認できる。ここから、1μm の光を受けたＳｉでキャリヤが発生し電流に寄与したことがわかり、ボンディングによる結晶学的結合から電子輸送が行われたという結果が得られた。

7.4. 再現性について
まったく同じ条件で作製しても、図のように特性がばらつく。図は No.9 と No.6 を比べた。

No.9 InGaAs/Si IV
1000

電流（μA)

100
10

順方向
逆方向

1
0.1
0.01
0

5
電圧(V)

10

図 28 No.9 InGaAs/Si 電流−電圧特性38No.6 InGaAs/Si IV
1000

電流(μA）

100
10

順方向
1

逆方向

0.1
0.01
0

5

10

電圧(V)
図 29 No.6 InGaAs/Si 電流−電圧特性

図はほとんど整流特性がない。これはリーク電流が大きいために起こることも考えられるが、その他にボンディングによる接着が関係しているのではないか、ボンディングが結晶学的に電子輸送ができない場合表面リークや放電による特性が表れ、整流特性がな
いと思われる。他にも、どこかでショートをしていたり電極がショットキーである可能性もある。いずれにしろ、2 つのグラフを比較してもわかるように No.9 は No.6 と比べて、電圧に対して電流が少ない。これらのことより、同じ条件で作製した素子は実際には再現性はほとんどないものであるといえる。

39

7.5. Ｓｉメサエッチングの効果
図はＳｉメサエッチングを施して特性を測定したものと、メサエッチング行っていない
ものを同じ素子 No.1 で比べてみた。
エッチングなし No.1 InGaAs/Si I-V
1000

電流（μA)

100

順方向
10

逆方向
光電流（波長 １μm）

1

0

0.5

1

1.5
電圧(V)

2

2.5

3

図 30 エッチングなし No.1 InGaAs/Si 電流−電圧特性

エッチングあり No.1 InGaAs/Si I-V
1000

電流μA)

100
10
1
順方向
逆方向
光電流 波長１μm

0.1
0.01
0

0.5

1

1.5

2

2.5

電圧(V)
図 31 エッチングあり No.1 InGaAs/Si 電流−電圧特性40Si メサエッチングを施すことによって、リーク電流が抑えられ整流特性が現われた。
メサエッチングを行うと１Ｖで 10μＡ以上の電流が流れていたものが 1μＡ以下に抑えられた。このことからＳｉメサエッチングによって、１０μＡ以上のリーク電流が抑えられることがいえる。

7.6. まとめ
再現性はないが作製した素子の中の 1 つの特性を測定した結果、明確な整流特性を得る
ことができた。また光電流も認められた。これはウェハーボンディングによる素子作製でも、良好な界面が得られたことがいえる。逆方向電流のリークを抑えるために、Ｓｉ
メサエッチングを施しその効果があることも I-V 特性から認められた。

41

8.結論
１．

光ファイバー通信用 1.55μm 帯の受光素子として分離接合型 InGaAs/SiAPDについて説明した。
２．

分離接合型 InGaAs/SiAPD の構造と、その設計について述べブレークダウン

電圧は３１V であり、InGaAs と Si をボンディングした APD 構造では、空乏層がInGaAs までのび、光を検出できることを述べた。
３．

分離接合型 InGaAs/Si 作製プロセスでは、
ウェハーボンディングという手法を用い、その手法によって、５１回のボンディングのうち９個の分離接合型
InGaAs/Si 素子の作製に成功した。また、ウェハーボンディングから素子特性そく
ていまでの素子作製プロセスを確立した。
４．

リーク電流を抑えるため、p+InP/InGaAs/p+InP 基板をマスクにして Si をメ

サエッチングする手法によって、逆方向リーク電流を抑えることに成功した。
５．

メサエッチングでは、レジストによる Si のメサエッチングを試みた。そのなかで、前処理を施すことによって、良好なメサエッチングを施す手法を確立した。
弗化水素酸：硝酸：酢酸＝２：１５：５でエッチングレート約 80nm/s を測定した。
６．

上記以外に Si,InP の表面処理条件と、その後のエッチングや蒸着などの処理における表面状態との関連をしらべ表面処理がその後の工程に重要な要因であることをあきらかにし、プロセスの改善をした。
７．

作製した素子の電流−電圧特性を測定。再現性はみとめられないが、ボンディ

ングによる素子作製によって界面を評価した結果、良好な界面が得られたことを示
した。

42

付録
使用装置図
ボンディング装置図を次に示す。装置は加熱ステージとおもりで試料ホルダーをはさむ仕組みになってる。おもりは可動式になっており、スティックを使って移動する。図にはないが右側に ECR 装置がありドライエッチングを終えた試料をスティックを使って試料ホルダーにのせる。

43

試料ホルダー
図に試料ホルダーについて示した。

試料

試料

図のように試料を In で固定し、ドライエッチングを行う。ドライエッチングを行ったあと
スティックを使って閉じ、加熱ホルダーにセットする。

44

謝辞
在学中すべての期間また、本研究において懇切丁寧に御指導御鞭撻を頂いた、高知工科大学電子・光システム工学科神戸宏教授に深く感謝いたします。

実験に協力いただいた、西岡伸博氏、前田裕子氏、大西健一氏に感謝いたします。助言を頂いた高知工科大学 電子・光システム工学科 河東田 隆助教授、西田 謙助手に感謝します。住友卓氏に感謝いたします。森沢桐彦氏に感謝いたします。

45