如何进行GaN干式蚀刻？

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：只有使用沸腾的酸或H3PO4、H2SO4、NaOH、KOH等基本方法才能实现GaN蚀刻。然而，这种强烈的蚀刻各向异性现象被用于工艺的最后一步。干式蚀刻对GaN基器件的制造而言十分关键。与图案类似，蚀刻工艺对表面的影响也要最小化，而n型接触正是沉积于CC和TFFC结构的表面上。过于强烈的蚀刻过程会损坏材料，有时材料会变为非晶态，不可能实现良好的欧姆接触。通常需要在蚀刻率、蚀刻外观和材料劣化程度间进行折中。

在正常情况下，宽带隙氮化物在化学反应中表现出很强的化学惰性。

只有使用沸腾的酸或H₃PO₄、H₂SO₄、NaOH、KOH等基本方法才能实现GaN蚀刻。然而，蚀刻更易于在位错等金属缺陷上出现，使蚀刻后的表面十分粗糙。即使紫外线辅助蚀刻能改变外形，但无法胜任台面工艺或沟槽工艺。

然而，这种强烈的蚀刻各向异性现象被用于工艺的最后一步。为了提高LED，特别是VTF和TFFC结构LED的光提取能力，对器件表面进行粗糙化处理。

干式蚀刻对GaN基器件的制造而言十分关键。干式蚀刻技术的发展过程主要是实现高蚀刻率的过程，用于实现带有各向异性侧面和光滑底面的沟槽和台面，并且与GaN合金的成分（GaN、InGaN、AlGaN）无关。

由于材料较强的化学惰性，以及Ⅲ族氮成分半导体与其他成分半导体相比具有更高的键能，所以GaN干式蚀刻仍是一个较难的工艺步骤。例如，GaN的键能为8.92eV每原子，而GaAs的键能为6.52eV每原子[PEA 99]。自从首次证明了干式蚀刻的可行性[ADE 93]以来，人们研究了各种类型的蚀刻处理室（RIE、ICP、ECR）和蚀刻气体，尤其是基于卤化物的气体（Cl₂、BCl₃、ICl、IBr、BI₃、BBr₃等）与氩或氮等惰性气体的组合。现有工艺可实现各向异性蚀刻和垂直侧壁，蚀刻率约为1μm/min。此结果基于氯与Ⅲ族元素的化学反应并采用高能离子感应轰击。为了获得高分辨率图案和光滑底面，要平衡反应中的化学作用和物理作用。需要对每种类型的蚀刻处理室进行专门的研究。与图案类似，蚀刻工艺对表面的影响也要最小化，而n型接触正是沉积于CC和TFFC结构的表面上。过于强烈的蚀刻过程会损坏材料，有时材料会变为非晶态，不可能实现良好的欧姆接触。通常需要在蚀刻率、蚀刻外观和材料劣化程度间进行折中。

图4-11 来自CEA Léti MINATEC的扫描电子显微镜图像

注：左图是工艺过程中晶片的部分视图；右图是细节图，中间的n型接触和两侧台面顶部的p型接触。

如何进行GaN干式蚀刻？

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