氮化镓干法刻蚀研究进展

对比了RIE,ECR,ICP等几种GaN干法刻蚀方法的特点.回顾了GaN干法刻蚀领域的研究进展.以ICP刻蚀GaN和AlGaN材料为例,通过工艺参数的优化,得到了高刻蚀速率和理想的选择比及形貌.在优化后的刻蚀工艺条件下GaN材料刻蚀速率达到340nm/min,侧墙倾斜度大于80°且刻蚀表面均方根粗糙度小于3nm.对引起干法刻蚀损伤的因素进行了讨论,并介绍了几种减小刻蚀损伤的方法.     

HgCdTe探测列阵干法技术的刻蚀形貌研究

首次报道了HgCdTe微台面焦平面探测列阵成形工艺的干法刻蚀技术有关刻蚀形貌的一些研究结果.从HgCdTe外延材料的特点出发,详细分析了其干法刻蚀适用的RIE(reactive ion etching)设备和刻蚀原理.采用高等离子体密度、低腔体工作压力、高均匀性和低刻蚀能量的ICP(inductively coupled plasma)增强型RIE技术,研究了不同的工艺气体配比、腔体工作压力、ICP源功率和RF源功率对HgCdTe材料刻蚀形貌的影响,并初步得到了一种稳定的、刻蚀表面清洁、光滑、图形轮廓良好、均匀性较好和刻蚀速率较高的干法刻蚀工艺.     

GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析

通过分别改变电感耦合等离子体(ICP)刻蚀过程中的ICP功率和DC偏压,对ICP刻蚀GaN材料的工艺条件和损伤情况进行了系统的研究。刻蚀后表面的损伤和形貌通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子能谱(EDS)、荧光光谱(PL)等技术进行表征和分析。实验结果表明,刻蚀速率随ICP功率和DC偏压的增加而增加;刻蚀损伤与DC偏压成正比,而与ICP功率的关系较为复杂。实验中观测到刻蚀后GaN样品的荧光光谱带边发射峰和黄带发射峰的强度均有明显下降,这意味着刻蚀产生的缺陷中存在非辐射复合中心,并且该非辐射复合中心的密度与DC偏压成正比。为了兼顾高刻蚀速率和低刻蚀损伤,建议使用高ICP功率(450 W)和低DC偏压(300 V)进行ICP刻蚀。     

石墨烯上生长GaN纳米线的研究

在常压条件下采用化学气相淀积(CVD)技术在有石墨烯插入层的衬底上生长GaN纳米线,研究了生长温度、石墨烯插入层、催化剂等因素对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱、拉曼(Raman)谱和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构进行表征.结果表明,在1 100℃条件下,同时有石墨烯插层和催化剂的衬底表面能够获得低应力单晶GaN纳米线.石墨烯、催化剂对于获得低应力单晶GaN纳米线有重要的作用.     

p-GaN ICP刻蚀损伤研究

运用Cl2/N2等离子体系统,系统研究了ICP刻蚀中ICP功率、RF功率、反应室压力和Cl2百分比对p型GaN材料的物理表面形貌和欧姆接触特性的影响.原子力显微镜显示,在文中所用的刻蚀条件范围内,刻蚀并没有引起表面形貌较大的变化,刻蚀表面的均方根粗糙度在1.2nm以下.结果还显示,已刻蚀p-GaN材料的电特性与物理表面形貌没有直观联系,刻蚀后欧姆接触特性变差更多地是因为刻蚀中浅施主能级的引入,使表面附近空穴浓度降低所致.     

P-GaN ICP刻蚀损伤研究

运用Cl2/N2等离子体系统,系统研究了ICP刻蚀中ICP功率、RF功率、反应室压力和Cl2百分比对p型GaN材料的物理表面形貌和欧姆接触特性的影响.原子力显微镜显示,在文中所用的刻蚀条件范围内,刻蚀并没有引起表面形貌较大的变化,刻蚀表面的均方根粗糙度在1.2nm以下.结果还显示,已刻蚀p-GaN材料的电特性与物理表面形貌没有直观联系,刻蚀后欧姆接触特性变差更多地是因为刻蚀中浅施主能级的引入,使表面附近空穴浓度降低所致.     

垂直腔面发射激光器中GaAs/AlGaAs的选择性刻蚀技术研究

在氧化物限制型垂直腔面发射激光器制备中,刻蚀GaAs/AlGaAs时因异质型材料常出现选择性内蚀现象,这会直接影响后续的氧化工艺及电极钝化的效果。针对因选择性内蚀而出现的"镂空"现象,对湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺进行详细研究,研究结果表明通过调整刻蚀液体积配比和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀下电极射频功率可有效消除"镂空"现象。湿法刻蚀中,当刻蚀液H_3PO_4-H_2O_2-H_2O各物质体积配比为1\:1\:10时,得到了陡直度较好且光滑的侧壁。ICP干法刻蚀时,通过改变下电极RF功率可调整腔室内的化学刻蚀和物理刻蚀的动态平衡,在下电极射频功率为100 W时,"镂空"现象基本消失,且侧壁陡直度大于80°。     

基于ICP刻蚀GaN选择比的研究

在干法刻蚀GaN时使用AZ-4620作为掩膜层,为了在较快的GaN刻蚀速率下获得良好的GaN/AZ-4620刻蚀选择比,使用电感耦合等离子刻蚀机（ICP）,运用Cl2和BCl3作为刻蚀气体,改变气体总流量、直流自偏压、ICP功率、气体组分等工艺条件,并讨论了这些因素对GaN/AZ-4620刻蚀选择比以及对GaN刻蚀速率的影响。实验结果获得了GaN在刻蚀速率为225nm/min时的GaN/AZ-4620选择比为0.92,可以应用于实际生产。     

Cl_2/BCl_3ICP刻蚀GaN基LED的规律研究

研究了用Cl2/BCl3刻蚀GaN基LED中,工艺参数对GaN刻蚀速率、刻蚀侧壁和GaN与SiO2刻蚀选择比的影响。研究结果表明,刻蚀速率随着ICP功率和压强的增大先增大继而减小,随RF功率的增大单调增大;刻蚀选择比随ICP功率增大单调减小,随压强增大而增大。还研究了刻蚀速率和选择比与气体比例变化的关系。刻蚀SEM图表明,压强和RF功率增大会使刻蚀垂直度增大。     

低损伤ICP刻蚀技术提高GaN LED出光效率

首先分析了在制作GaN基LED时,采用干法刻蚀技术会对材料的表面和量子阱有源区造成损伤,影响了GaN基LED的内量子效率。针对这个问题,研究实验采用感应耦合等离子反应刻蚀(ICP-RIE)技术,分别选择了氯气/三氯化硼(Cl2/BCl3)气体体系和氯气/氩气(Cl2/Ar)气体体系,通过优化射频功率、ICP功率、气体流量以及相应的真空度,得到了良好的刻蚀端面,对于材料造成的损伤较低,得到更好的I-V特性。实验结果表明,采用低损伤的偏压功率刻蚀后制作的LED器件,出光功率提升一倍以上,同时采用Cl2/Ar气体体系,改善了器件的I-V特性,有效提高了LED的出光效率。     

ICP刻蚀GaP研究及对LED性能的影响

深入研究了GaP材料在高密度感应耦合等离子体刻蚀系统中刻蚀选择比和刻蚀速率随刻蚀系统的源功率、射频功率、腔室压强的变化规律,即通过改变其中一个参数而保持其它参数不变来得出变化规律;同时将刻蚀GaP材料应用到红光LED制作,即电流阻挡层和表面粗化这两种工艺中,通过大量试验,得到了刻蚀形貌和最优的刻蚀条件,制作阻挡层的最优条件为:BCl3流量比为3/1,ICP功率为600W,RF功率为100W,腔室压强为1.0×10-2Pa;表面粗化时只用BCl3气体刻蚀,表面粗化后LED的光强提高了30%。     

基于SiCl4/SF6的GaAs/AlAs ICP选择性干法刻蚀

报道了GaAs/AlAs的电感耦合等离子体(ICP)选择性干法刻蚀,刻蚀气体为SiCl4/SF6混合物.研究了在不同SiCl4/SF6气体配比、RF偏压电源功率和气室压力下,GaAs,AlAs的平均刻蚀速率与二者的选择比.合适的SiCl4/SF6气体比例(15/5sccm),低的RF偏压电源功率和高的气室压力将加强AlF3非挥发性生成物的形成,进而提高GaAs/AlAs的选择比.在SiCl4/SF6气体比例为15/5sccm,RF偏压电源功率为10W,主电源功率为500W,气室压力为2Pa时,GaAs/Al-As的选择比达1500以上.采用喇曼光谱仪对不同RF偏压电源功率和气室压力下,GaAs衬底被刻蚀面等离子体损伤进行了测试,表面形貌和被刻蚀侧壁分别采用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)进行观察.     

Low-Dimensional Waveguide Grating Fabrication in GaN with Use of SiCl<Subscript>4</Subscript>/Cl<Subscript>2</Subscript>/Ar-Based Inductively Coupled Plasma Dry Etching

Optimized fabrication of submicron-sized features in gallium nitride (GaN) with the use of inductively coupled plasma (ICP) dry etching, based on SiCl₄/Cl₂/Ar gas mixture, is presented. Dense periodic patterns, i.e., 400-nm-period gratings, were transferred into a gallium nitride waveguide under different etching conditions. ICP power, radiofrequency (RF) power, chamber pressure, and Ar/Cl₂ gas mixing ratio were altered during the experiment. Depths of fabricated grating couplers up to 670 nm were achieved. The most suitable etching conditions are discussed with the assessment based on etching selectivity, scanning electron microscopy (SEM) observation of grating tooth slope, hard-mask erosion process, and etched surface morphology.     

基于电感耦合氧等离子体金刚石膜表面修饰的功率优化

采用电感耦合等离子体（ICP）氧等离子体刻蚀金刚石膜,探寻金刚石膜表面处理的方法。通过分析不同ICP射频源功率和不同偏压源功率下的刻蚀速率,研究了金刚石膜刻蚀的机理作用;通过拉曼光谱进行表征,分析刻蚀前后sp2与sp3的含量。结果表明,在ICP氧等离子体刻蚀的过程中,sp3键部分转化为sp2键;刻蚀后表面粗糙度降低;当...     

两步刻蚀法去除GaN-LED刻蚀中引入的损伤

通过实验方法找出了去损伤刻蚀的最佳工艺参数,并研究了利用ICP两步刻蚀法去除刻蚀损伤的实验过程及结果.从实验结果可以看出,当ICP功率为750W时,刻蚀引入的损伤最小,刻蚀引起的损伤层厚度最大为25nm.去损伤刻蚀法能有效去除损伤,使采用两步刻蚀法的发光二极管的正向导通电压与反向漏电流均下降,发光亮度增大,非辐射复合比例减小,器件的发光效率和可靠性均得到了提高.     

Recovery of Dry Etching–Induced Damage in <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-GaN by Nitrogen Plasma Treatment at Growth Temperature

The n-GaN films grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are etched in an inductively coupled plasma (ICP) reactor chamber. Atomic-force microscopy (AFM) characterization shows an increase of the surface roughness after the etching. Furthermore, Hall measurement and photoluminescence (PL) spectra highlight deterioration of the electrical and optical properties, respectively. Attempts to recover the damage are carried out by nitrogen plasma treatments accompanied by thermal annealing at the growth temperature in a molecular-beam epitaxy (MBE) chamber. Improved electrical and optical properties compared with those of the as-etched GaN, evidenced in both Hall and PL measurements, show a pronounced decrease of the damage introduced by the ICP etching.     

掺镁铌酸锂晶体的ICP刻蚀性能

掺镁铌酸锂晶体(Mg:LiNbO3)是一种相对难刻蚀的晶体,Mg:LiNbO3的干法刻蚀速率和刻蚀形貌控制是铌酸锂光电子器件加工中的关键技术之一。采用牛津仪器公司的Plasmalab System 100以SF6/Ar为刻蚀气体,具体研究Mg:LiNbO3的刻蚀速率随着感应耦合等离子体(ICP)功率、反应离子刻蚀(RIE)功率、气室压强和气体流量配比等刻蚀参数的变化,同时研究发现SF6/(Ar+SF6)气体流量配比还会影响刻蚀表面的粗糙度。实验结果表明:在ICP功率为1000W,RIE功率为150W,标准状态(0℃,1个标准大气压)下气体总流量为52mL/min,压强为0.532Pa,SF6/(Ar+SF6)气体体积分数为0.077的条件下,刻蚀速率可达到152nm/min,刻蚀表面粗糙度为1.37nm,可获得刻蚀深度为2.5μm,侧壁角度为74.8°的表面平整脊形Mg:LiNbO3结构。     

氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的影响

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统,研究了氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触电阻的影响。利用能量色散X射线光谱仪、光致发光谱和原子力显微镜以及电学测试设备对处理前后样品进行表征分析。结果表明,在最佳的氧等离子体处理条件(ICP功率250 W,射频功率60 W,压强0.8 Pa,氧气流量30 cm³/min,时间5 min)下,欧姆接触电阻为0.41Ω·mm,比参照样品接触电阻降低了约69%。分析认为经过氧等离子体处理后,在近表面处产生了一定数量的N空位缺陷,这些N空位表现为浅能级施主掺杂,有利于欧姆接触的形成。通过采用氧等离子体表面处理工艺制备的AlGaN/GaN HEMT,在+2 V的栅极偏压下获得了0.77 A/mm的最大漏极饱和电流。