摘要

氮化鎵作為一種寬帶隙半導(dǎo)體，已被用于制造發(fā)光二極管和激光二極管等光電器件。最近已經(jīng)開發(fā)了幾種用于氮化鎵基材料的不同干蝕刻技術(shù)。電感耦合等離子體刻蝕因其優(yōu)越的等離子體均勻性和強(qiáng)可控性而備受關(guān)注。本研究采用電感耦合等離子體刻蝕法對(duì)氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕氣體為氯氣，添加氣體為三氯化硼。研究了刻蝕氣體流量、電感耦合等離子體功率、射頻功率和室壓等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)刻蝕性能的影響，包括刻蝕速率、選擇性、刻蝕表面形貌和側(cè)壁。使用深度輪廓儀測(cè)量蝕刻深度，并用于計(jì)算蝕刻速率。用掃描電子顯微鏡觀察蝕刻剖面。

結(jié)果和討論

圖1顯示了在1000瓦的電感耦合等離子體功率、100瓦的射頻功率和7托的室壓下，樣品的蝕刻速率和對(duì)二氧化硅的蝕刻選擇性。從圖1可以看出，蝕刻速率隨著三氯化硼的增加而降低，蝕刻選擇性也隨著氣體混合物中三氯化硼百分比的增加而降低。在純Cl2氣體中獲得的最高蝕刻速率約為262納米/分鐘。當(dāng)在純Cl2氣體中加入三氯化硼時(shí)，蝕刻選擇性迅速降低，在100% Cl2中，選擇性高達(dá)約66左右。

圖1 在1000WICP功率、100W射頻功率和7mtorr腔室壓力下，缺口速率和選擇性作為氯氣/三氯化硼氣體比的函數(shù)

圖2顯示了在ICP功率1000W、20%BCl3/80%Cl2和射頻功率100W時(shí)，腔室壓力對(duì)蝕刻速率和選擇性的影響。蝕刻速率隨著壓力的增加而增大，達(dá)到最大值，然后隨著腔室壓力的進(jìn)一步增加而減小。在10mtorr的腔室壓力下獲得的最高蝕刻速率約為253nm/min。蝕刻選擇性隨腔室壓力的增加而單調(diào)增加。
?

圖2 在20%三氯化硼、1000WICP功率和100W射頻功率下，切口率和選擇性作為腔室壓力的函數(shù)

一些蝕刻剖面圖如圖3所示。可以看出，不同的蝕刻參數(shù)影響了側(cè)壁的形態(tài)。氣體混合物中三氯化硼%的增加降低了蝕刻的各向異性。ICP功率對(duì)蝕刻各向異性的影響并不明顯。更高的射頻功率可以導(dǎo)致更垂直的側(cè)壁。

圖3 具有不同蝕刻參數(shù)的一些蝕刻輪廓的掃描電鏡照片
?

結(jié)論

綜上所述，以氯氣為基氣體，三氯化硼為添加劑氣體，對(duì)gan基LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行ICP蝕刻。研究了蝕刻氣體比、ICP功率、射頻功率和腔室壓力等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)Gan基LED結(jié)構(gòu)蝕刻性能的影響。ICP功率為1000W時(shí)，蝕刻速率為717nm/min20%BCI3/80%CI2，射頻功率500W，腔室壓力7mtorr。本文還對(duì)不同蝕刻參數(shù)下的蝕刻側(cè)壁形態(tài)進(jìn)行了研究。可以看出，氣體組合對(duì)蝕刻各向異性的影響很大。

　　審核編輯：湯梓紅