摘要

氮化鎵作為一種寬帶隙半導體，已被用于制造發光二極管和激光二極管等光電器件。最近已經開發了幾種用于氮化鎵基材料的不同干蝕刻技術。電感耦合等離子體刻蝕因其優越的等離子體均勻性和強可控性而備受關注。本研究采用電感耦合等離子體刻蝕法對氮化鎵基發光二極管結構進行干法刻蝕，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鍵工藝參數對氮化鎵基發光二極管結構刻蝕性能的影響，包括刻蝕速率、選擇性、刻蝕表面形貌和側壁。使用深度輪廓儀測量蝕刻深度，并用于計算蝕刻速率。用掃描電子顯微鏡觀察蝕刻剖面。

結果和討論

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。當在純Cl2氣體中加入三氯化硼時，蝕刻選擇性迅速降低，在100% Cl2中，選擇性高達約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

圖2顯示了在ICP功率1000W、20%BCl3/80%Cl2和射頻功率100W時，腔室壓力對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，達到最大值，然后隨著腔室壓力的進一步增加而減小。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增加。
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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

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

圖3 具有不同蝕刻參數的一些蝕刻輪廓的掃描電鏡照片
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結論

綜上所述，以氯氣為基氣體，三氯化硼為添加劑氣體，對gan基LED結構進行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鍵工藝參數對Gan基LED結構蝕刻性能的影響。ICP功率為1000W時，蝕刻速率為717nm/min20%BCI3/80%CI2，射頻功率500W，腔室壓力7mtorr。本文還對不同蝕刻參數下的蝕刻側壁形態進行了研究。可以看出，氣體組合對蝕刻各向異性的影響很大。

　　審核編輯：湯梓紅