《炬丰科技-半导体工艺》ICP刻蚀氮化镓基LED结构的研究
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：ICP刻蚀氮化镓基LED结构的研究
编号：JFKJ-21-826
作者：炬丰科技
摘要
氮化镓作为一种宽带隙半导体常被用作制造发光二极管和激光二极管等光电器件已被广泛应用于该领域研究中。近期已开发出多种适用于氮化镓基材料的干法刻蚀技术其中电感耦合等离子体刻蚀因其优异的等离子体均匀性和高度可控性而广受关注。本研究通过电感耦合等离子体刻蚀法对氮化镓基发光二极管结构进行了干法处理实验其气体源为氯气伴随三氯化硼辅助气体在此过程中重点考察了关键工艺参数包括刻蚀气体流量电感耦合等离子体功率射频功率以及室压等因素对制备效果的影响具体表现为表征了材料性能如切割速率选择性表面形貌以及侧壁质量等方面的变化过程并利用深度轮廓仪系统对其生长速度进行了定量分析同时结合扫描电子显微镜观察结果进一步验证了这一工艺路线的有效性
介绍
氮化镓作为一种宽带隙半导体，在制造发光二极管和激光二极管等光电器件方面已有广泛的应用。在光电子器件的制造过程中，进行图案化需要使用蚀刻技术。因为氮化镓具有化学惰性和高热稳定性，在无辅助湿法工艺的情况下难以实现有效的制程工艺需求。最近已开发出多种不同的GaN基材料干法刻蚀技术，并非仅限于单一工艺路线。这些包括反应离子刻蚀（RIE）、电子回旋共振（ECR）刻蚀以及电感耦合等离子体（ICP）刻蚀等多种方法。其中ICP工艺因其卓越的等离子体均匀性和高度可控性而备受关注。
针对本研究项目中
实验
本研究中采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备氮化镓基多量子阱发光二极管晶片。该结构由不同材料层组成：首先是一层未掺杂的氮化镓层厚度为1.5μm；随后是n-型氮化镓层厚度达3μm；接着是一个含有源层的InGaN-GaN多量子阱；之后是pAlGaN层厚度为30 μm；最后是一层p-型氮化镓表面禁运层厚度为约
结果和讨论
通过查看图1可以看出，在设置为1000瓦电感耦合等离子体功率、射频功率为100瓦以及室压为7托的情况下，该样品表现出良好的蚀刻速率和对二氧化硅的选择性。通过查看图1可以看出，在不同三氯化硼浓度条件下进行比较分析时发现：随着三氯化硼含量的增长……在纯Cl2环境下获得的最佳值约为262纳米/分钟。当向纯Cl2环境中引入三氯化硼时……选择性显著下降至约66%左右。
图2展示了ICP功率对蚀刻速率及选择性施加的影响。在该过程中，气体比例为BCl3占20%，Cl2占80%，射频功率维持7 mtorr不变。当将ICP功率调节至30至5 kV时（即从3 kV到5 kV），观察到腐蚀速度呈现上升趋势；但超过这一范围后，则出现速度下降现象。其初步增长与离子密度呈正相关（即随着I+浓度的增长）。然而，在进一步提高I+浓度后（即超过一定阈值），腐蚀速度反而出现了下降趋势；这可能归因于离子动能下降所致；同时实验还表明，在较高I+浓度下（即更高电场强度区域），材料的选择性显著下降
图4记录了当ICP功率设置为1 1 kWe时的不同气体比例如BCL3/Cl2分别为20%/80%以及射频功率设定在1 1 kWe的情况下所对应的等离子体参数变化情况
一些蚀刻剖面图如图5所示。结果显示不同。气体混合物中三氯化硼含量（%）的提高减弱了该工艺参数下的各向异性特征。通过实验发现，在相同条件下，
更高射频功率可使
侧壁呈现更为垂直状态。
