メサ形成・メサエッチとは

メサ形成・メサエッチ（Mesa Formation / Mesa Etch）とは、半導体の周囲を除き、素子の領域を台地状に残す加工です。 導電層の周囲を切り離すことで、素子の分離や所定の構造を作ります。出来は深さだけでは判断できません。露出した側壁の損傷と残渣はリークと耐圧に響き、光素子では側壁の角度と底の裾引きが寸法の精度に関わります。

周囲を所定の層まで削り、残した台地が素子になる

メサ形成の流れ

マスクの周囲を所定の層まで削ると、導電層は台地状のメサだけに残って周囲から切り離されます。マスクと残渣を除いたあと、側壁を保護して電気特性を確かめます。

残す領域をマスクで覆い、周囲を所定の層まで加工します。続いてマスクと残渣を除き、必要な表面処理と側壁保護を行ってから電気特性を確認します。メサは形状の名前で、特定の薬液や装置の名前ではありません。トレンチが溝を作るのに対し、メサは残した島状領域を指します。

ドライエッチングを使う方式では、イオンと反応の条件が側壁へ影響します。Oxford InstrumentsはICP-RIEで、VCSEL向けのGaAsとAlGaAsの積層を組成で選ばずに削り、なめらかな側壁を得られるとしています¹。

光素子では、側壁の角度と底の裾が寸法を決める

Oxford Instrumentsは、ICP-RIEによるVCSELのメサ加工でエッチ深さを精密に制御でき、側壁の傾斜角の制御で線幅と開口寸法を管理できるとしています¹。底の裾引き（footing）を極めて小さくすると深さの制御が効き、終端の層を正確に決められるというのが同社の説明で、側壁には残渣も荒れも残らないとしています。同社は信頼性の高いVCSELを量産する要所として、有効なハードマスクの作製と、正確で再現性のあるメサエッチング²を挙げています。

InPリッジの断面（縮尺どおり）

サムコのInPリッジは幅1.8 µmに対して深さ2.5 µmあり、付け根の裾引きを小さく抑えています。SiO2ハードマスクの周囲を350 nm/minで削り下げます。

サムコは、CPOがInPを使った高密度の光集積に支えられているとし、モジュール内の光導波路やレーザーのリッジには、信号の減衰とモードのひずみを防ぐ厳しい形状制御が要るとしています。同社はプロセスガスの化学とプラズマ密度を最適化し、幅1.8 µm、深さ2.5 µmの高アスペクト比リッジを、裾引きを抑えて形成した³と報告しています。SiO2ハードマスクで350 nm/minのエッチ速度を出し、側壁への再付着はほぼないとしています。深さ2.5 µmをこの速度に当てはめると、加工時間は約7分です。

露出した側壁が、分離後のリークと耐圧を左右する

露出した側壁には加工損傷と残渣が生じ、リークや耐圧へ影響します。GaNなどの化合物半導体では、メサの側壁とその後の保護膜も素子性能に関係します。GaNのp-i-nダイオードをICPでメサ型に削った報告では、逆方向のリーク電流がチャンバーの圧力、イオンのエネルギー、プラズマの密度と強く関係しました。プラズマによる損傷は、形が設計どおりでも電気特性に出ます。

そのため管理する項目は、加工深さ、側壁角度、粗さ、損傷、残渣、分離とリークです。側壁の形がそろっていても表面欠陥は残るので、断面、表面分析、リークと耐圧などを合わせ、加工と後処理の影響を分けます。

深く削るほど分離は確保しやすく、側壁と加工負荷が増える

加工深さと分離

導電層の途中で止めると素子は周囲とつながったままで、導電層を抜けるまで削ると切り離せます。深く削った分だけ、損傷と残渣を抱える側壁も長くなります。

深く加工すると分離を確保しやすくなりますが、側壁面積と加工負荷が増えます。必要な分離深さと側壁品質を両立させます。VCSELとInPリッジの加工例でも、Oxford Instrumentsは深さの制御と裾引きの小ささを、サムコは裾引きの小ささを押し出しています。

よくある質問（FAQ）

メサ形成・メサエッチは何をする工程ですか？

半導体の周囲を除き、素子の領域を台地状に残す加工です。導電層の周囲を切り離して素子を分離し、VCSELのメサやInP光素子のリッジのような構造を作ります。

どの段階で行いますか？

マスクを作り、周囲を所定の層まで加工します。そのあとマスクと残渣を除き、必要な表面処理と側壁保護を行って電気特性を確認します。

何を管理しますか？

加工深さ、側壁角度、粗さ、損傷、残渣、分離とリークを管理します。Oxford Instrumentsは、光素子では側壁の傾斜角が線幅と開口寸法に、底の裾引きが深さと終端の層の精度に関わるとしています。

比較・違いを学ぶ

• ドライエッチング── 前後の工程と仕組みを調べる
• GaN ── 前後の工程と仕組みを調べる

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出典

3件を表示

1. 1
   Oxford ICP-RIE・VCSELメサ加工plasma.oxinst.com ・ 2026年10月12日閲覧 ↩ab
2. 2
   Oxford Instruments Plasma Technology：Etch and deposition for the high volume production of reliable VCSEL devicesplasma.oxinst.com ↩
3. 3
   Samco InPメサ加工samco.co.jp ・ 2026年10月12日閲覧 ↩