Cl_2/H_2 ICP刻蚀优化及其在1.55μm DFB激光器制作中的应用

采用特别设计的InGaAsP/InP多量子阱结构(MQW),研究了Cl2/H2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀损伤,优化了低损伤ICP刻蚀的关键工艺参数,得到了一种低损伤、形貌良好的Bragg光栅的制作方法。结合优化的InP材料金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延生长工艺,制作出1.55μm分布反馈(DFB)激光器,端面镀膜前其阈值电流和斜率效率分别为15mA和0.3mW/mA,边模抑制比大于45dB。寿命加速老化实验结果显示,该器件40℃的中值寿命超过2×106h,表明了本文ICP光栅刻蚀工艺的可靠性。     

ICP刻蚀优化及在多波长分布反馈式激光器阵列中的应用北大核心CSCD

研究了CH_4/H_2/Cl_2感应耦合等离子体刻蚀技术中的关键工艺参数对刻蚀性能的影响。通过对CH_4/H_2/Cl_2气体流量及流量比的优化,在自行设计的InP/InGaAlAs多量子阱结构的外延片上,实现了一种高速低损耗、形貌良好的Bragg光栅制作方法。基于优化后的工艺参数制作了多周期结构的λ/4相移光栅,实现了单片集成的四波长1.3μm分布反馈式激光器阵列。该激光器阵列中激光器的阈值电流典型值为11mA,外微分效率可达0.40 W/A,且实现了边摸抑制比大于46dB的稳定的单纵模激光输出。研究结果表明优化后的ICP光栅刻蚀工艺具有良好的刻蚀精度和可靠性。     

栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。     

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。     

基于Cl2基气体的InP/InGaAs干法刻蚀研究

对于用Cl2/Ar和Cl2/CH4/H2感应耦合等离子体(ICP)刻蚀InP/InGaAs多层膜进行了研究.发现用Cl2/Ar刻蚀InP/InGaAS时InP侧壁内切,在InP和lnGaAs界面存在侧壁不连续问题.而用Cl2/CH4/H2刻蚀时,两层侧壁是平整连续的,且刻蚀区表面的粗糙度也比较小.分析了两种气体组合的刻蚀机理,对上述实验现象给出了解释.     

高纵横选择比低损伤多晶硅栅的工艺实现

分析了采用微波高密度等离子体刻蚀(HDP)系统刻蚀实现高纵横向刻蚀选择比、低等离子体损伤、精细线条尺寸的MOSFET多晶硅栅的可行性。研究了刻蚀用气体中CH4和SF6等离子体分别在多晶硅栅刻蚀当中的作用及其分别对刻蚀速率、多晶硅栅侧壁形貌的影响原理。提出了实现MOSFET多晶硅栅高速低损伤刻蚀及聚合物清洗相结合的两步刻蚀工艺技术。借助终点检测技术(EPD),通过优化各气体体积流量及合理选择两步刻蚀时间较好实现了较高的纵横向选择比、低刻蚀损伤及精细线条的MOSFET多晶硅栅刻蚀。     

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。     

InGaAs探测器制备的ICP刻蚀方法研究

采用Cl2/BCl3/Ar感应耦合等离子体对InP/In0.55Ga0.45As/InP进行了刻蚀。讨论了不同的气体组分、ICP功率、直流自偏压下对刻蚀速率、表面粗糙度的影响。初步得到了一种稳定、刻蚀表面清洁光滑、图形轮廓良好、均匀性好和刻蚀速率较高的工艺。利用此工艺制作的8元InP/In0.55Ga0.45As/InP(PIN)探测器,峰值探测率为1.04×1012cmHz1/2W-1。     

LED用图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀工艺

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用。采用感应耦合等离子体(ICP)技术对涂覆有光刻胶阵列图案的蓝宝石衬底进行刻蚀。通过研究及优化不同ICP刻蚀工艺参数对刻蚀速率和选择比的影响,分别成功制备出蒙古包形和圆锥形图形化蓝宝石衬底片,并在其表面完成InGaN/GaN多量子阱外延及芯片工艺。借助光致发光和电致发光等手段测试其LED器件的光电学性能。实验结果发现圆锥形的图形化蓝宝石衬底拥有更强的光功率和更窄的半峰宽,说明这种形貌的衬底在GaN外延时有效减少了晶格失配造成的缺陷,提高了晶体质量,从而更有效地增加LED出光效率。     

p-GaN在不同掩膜和刻蚀气体中的ICP刻蚀

p-GaN栅沟槽侧壁与AlGaN表面特性直接影响栅注入(GIT)型AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性及击穿特性.对比研究了两种刻蚀气体(SF6/BCl3和Cl2/N2/O2)及不同的刻蚀掩膜层(SiO2,Si3N4和光刻胶)对AlGaN上p-GaN的选择性刻蚀结果,利用原子力显微镜(AFM)对刻蚀沟槽的表面形貌进行表征,并通过I-V测试其电学性能.结果显示,以Cl2/N2/O2为刻蚀气体,且体积流量为18,10和2 cm3/min时,p-GaN刻蚀速率稳定且与AlGaN的刻蚀选择比较高(约30),并且可使p-GaN刻蚀自动停止在AlGaN界面处.此外,以Si3N4作为刻蚀掩膜,可以获得表面光滑、无微沟槽且侧壁垂直度较好的沟槽结构.采用上述刻蚀工艺制备的GIT结构器件的漏端关态电流相比肖特基栅降低约2个量级,阈值电压约为0.61 V,峰值跨导为36 mS/mm.     

基于BCl3感应耦合等离子体的蓝宝石光滑表面刻蚀

利用Ar/BCl3、Cl2/BCl3和SF6/BCl3感应耦合等离子体(ICP),研究了蓝宝石(Al2O3)材料的干法刻蚀特性.实验表明,优化BCl3含量(80%),可以提高对Al2O3衬底的刻蚀速率;在BCl3刻蚀气体中加入20%的Ar气可以在高刻蚀速率下同时获得优于未刻蚀Al2O3衬底表面的光滑刻蚀表面和较好的刻蚀侧壁,原子力显微镜(AFM)分析得到最优刻蚀平整度为0.039 nm,俄歇电子能谱(AES)分析其归一化Al/O原子比为0.94.     

ICP刻蚀对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响

采用AZ1500光刻胶作为掩模对GaAs和InP进行ICP刻蚀,研究了刻蚀参数对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响。结果表明,光刻胶的碳化变性与等离子体的轰击相关,压强、ICP功率和RF功率的增加以及Cl2比例的减小都会加速光刻胶的碳化变性,Cl2/Ar比Cl2/BCl3更易使光刻胶发生变性。对于GaAs样品刻蚀,刻蚀气体中Cl2含量越高,刻蚀图形侧壁的横向刻蚀越严重。Cl2/BCl3对GaAs的刻蚀速率比Cl2/Ar慢,但刻蚀后样品的表面粗糙度比Cl2/Ar小。刻蚀InP时的刻蚀速率比GaAs样品慢,且存在图形侧壁倾斜现象。该工作有助于推动在器件制备工艺中以光刻胶作为掩模进行ICP刻蚀,从而提高器件制备效率。     

利用CH4/H2/Ar及Cl2高密度等离子体对InSb的高速率刻蚀研究（英文）

利用感应耦合等离子体(ICP)进行了InSb刻蚀研究。为了实现高的刻蚀速率同时保证光滑的刻蚀表面,研究中在CH4/H2/Ar气氛中引入了Cl2。研究发现,对InSb的刻蚀速率随Cl2含量及ICP功率的升高而线性增加。当Cl2含量增加到超过12%或ICP功率大于900 W时,刻蚀表面变得粗糙,而易引起刻蚀损伤的直流偏压随ICP功率的升高而降低。此现象归因于刻蚀副产物InCl3在样品表面的聚集进而妨碍均匀刻蚀反应所致。当样品温度从20℃提高到120℃,刻蚀速率及表面粗糙度无明显变化。通过试验研究,实现了对InSb的高速率、高垂直度刻蚀,刻蚀速率大于500 nm/min,对SiO2掩模刻蚀选择比大于6,刻蚀表面光洁,刻蚀垂直度可达80°。     

InP微透镜的设计与制作北大核心

高速光电探测器采用芯片背面带微透镜的背入射结构,利用微透镜对光的汇聚提高芯片与光纤的耦合效率。软件模拟发现,光敏面直径为30μm的芯片采用背入射结构时,其等效光敏面直径大于50μm,并且透镜拱高为8～15μm时,能更好实现对光的汇聚。对于InP微透镜的制作,首先要制作出透镜形状的光刻胶胶型,然后通过电感耦合等离子体（ICP）刻蚀将光刻胶图形转移到InP衬底上。光刻胶坚膜温度与坚膜时间对光刻胶形成透镜形状有很大影响。通过优化条件,150℃坚膜3 min的光刻胶呈规则透镜形状,并且表面光滑无褶皱。通过调节反应离子刻蚀（RIE）功率和ICP功率找到了合适的InP刻蚀速率,调节Cl2和BCl3的体积流量比改变了InP和光刻胶的刻蚀选择比,从而制作出不同拱高的微透镜。     

Cl2/Ar/BCl3 ICP刻蚀AlGaN的研究

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀在AlGaN基紫外探测器台面制作中起着重要作用.在对比了ICP与RIE,ECR等干法刻蚀技术优缺点的基础上,采用Ni作为掩膜,Cl2/Ar/BCl3作为刻蚀气体,对金属有机化学气相淀积生长的n-Al0.45Ga0.55N进行了ICP刻蚀研究.刻蚀速率随着ICP直流偏压的增加而增加,刻蚀速率随着ICP功率的增加先增加较快后增加缓慢.最后结合刻蚀表面的扫描电镜(SEM)分析和俄歇电子能谱(AES)深度分析对刻蚀结果进行了讨论.分析表明,在满足刻蚀表面形貌的同时,较低的直流偏压下刻蚀速率较慢,但损伤较小,这对于制备高性能的紫外探测器是有利的.     

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.     

ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤

为了研究ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤情况,用气态源分子束外延技术生长了经特殊设计的InAsP/InP应变多量子阱结构.采用感应耦合等离子体对其进行刻蚀.通过测量刻蚀前、后量子阱结构的光致发光谱,确定了刻蚀75nm后样品损伤深度约为40nm,应用Rahman模型计算得到的理论损伤深度为43.5nm,两者符合得比较好.通过分析损伤产生的机理,认为产生损伤的主要原因是离子隧穿.     

ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤

为了研究ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤情况,用气态源分子束外延技术生长了经特殊设计的InAsP/InP应变多量子阱结构.采用感应耦合等离子体对其进行刻蚀.通过测量刻蚀前、后量子阱结构的光致发光谱,确定了刻蚀75nm后样品损伤深度约为40nm,应用Rahman模型计算得到的理论损伤深度为43.5nm,两者符合得比较好.通过分析损伤产生的机理,认为产生损伤的主要原因是离子隧穿.     

ICP刻蚀参数对SOI脊形波导侧壁粗糙度的影响

研究了以C4F8/SF6/O2为刻蚀气体,利用ICP刻蚀技术制作SOI脊形光波导过程中,刻蚀参数与侧壁粗糙度的关系.实验结果表明偏压、气体比例、压强是影响侧壁粗糙度的关键参数,在低偏压、低C4F8/SF6比和较高压强下更容易获得低粗糙度的侧壁.通过优化刻蚀参数,获得了侧壁粗糙度和传输损耗相对较低的SOI脊形波导     

ICP腔室压力对AlGaN表面刻蚀损伤的影响

对高Al组分AlxGa1-xN(x=50％)进行了ICP刻蚀实验研究,在刻蚀深度相同的前提条件下,对比分析了ICP腔室压力与AlGaN表面损伤之间的相互关系,并讨论了低温热退火对ICP刻蚀损伤的修复作用.XPS测试结果表明,与未经刻蚀的AlGaN表面相比,ICP刻蚀之后的AlGaN表面其表面氮空位VN明显增多,且Al2p、Ga3d等峰位均向高结合能方向漂移.分析讨论发现,ICP腔室压力过小或过大均不利于获得低损伤的刻蚀表面,此外,低温热退火(380℃-200s)对表面氮空位有一定的修复作用,但修复效果较为有限.