引言

GaN和InGaN基化合物半導體和其他III族氮化物已經成功地用于實現藍-綠光發光二極管和藍光激光二極管。由于它們優異的化學和熱穩定性，在沒有其它輔助的情況下，在GaN和InGaN基材料上的濕法蝕刻是困難的，并且導致低的蝕刻速率和各向同性的蝕刻輪廓。

用于GaN基材料的干法蝕刻技術顯示出各向異性的蝕刻輪廓和快速的蝕刻速率。眾所周知，使用ECR等離子體蝕刻可以獲得比RIE蝕刻更高程度的各向異性輪廓和更快的蝕刻速率，因為ECR的等離子體密度更高。

實驗與討論

我們通過使用厚度為2-3μm的未摻雜GaN和n-GaN樣品、厚度為1μm的p-GaN樣品和InGaN激光器來進行實驗，其結構都是通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在c面藍寶石襯底上生長的。圖1描繪了InGaN激光器結構的示意圖。在制作Ni掩模之后，將GaN樣品放置在與ICP反應室相連的負載鎖定室中進行蝕刻。

圖1：激光器結構示意圖

我們研究了Cl2和Ar氣體流量對未摻雜GaN的刻蝕速率和表面形貌的影響。在蝕刻過程中，Ar流速保持在25sccm，并且可以觀察到，在Cl2為10 sccm時，表面粗糙度具有較低值0.2nm，并且隨著Cl2流速的增加沒有大的變化。似乎蝕刻速率隨著Cl2流速的增加而增加，因為等離子體中Cl自由基的濃度更高。

圖2

在5毫托的室壓、300W的ICP源功率和10sccm Cl2/25sccm Ar的相同氣體混合物下，n-GaN和p-GaN蝕刻速率和rms粗糙度作為偏壓功率的函數如圖2所示。n-GaN和p-GaN的刻蝕速率隨著偏壓功率的增加而單調增加，超過200 W后趨于穩定。

隨著偏壓功率的增加，離子轟擊能量增加，導致蝕刻速率增加。然而，均方根粗糙度相當平滑，約為1nm，并且與高達200 W的偏置功率無關。

在我們的實驗中，坑密度在200 W的偏壓下約為2.4×109 cm2，在350 W時約為3.2×109 cm2，在450 W時約為4×1010cm2。當ICP功率和偏壓功率分別固定在300、100 W時，蝕刻速率隨著室壓從2.5毫托增加到40毫托而增加，并達到約12000/分鐘的較大蝕刻速率。

蝕刻速率的增加表明在低于40毫托的室壓下反應物受限。然而，在超過40毫托的較高室壓下，由于復合導致較低的等離子體密度，蝕刻速率逐漸降低。

結論

英思特使用鎳掩模在Cl2/Ar電感耦合等離子體中對未摻雜的n-GaN、p-GaN和InGaN激光器結構進行干法刻蝕。當Cl2/Ar氣體流速固定在10/25sccm時，對于未摻雜的GaN，在恒定的ICP/偏置功率，300/100W和5毫托室壓下，蝕刻表面粗糙度具有最低值0.2nm。

表面粗糙度取決于偏置功率和室壓，并且對于n-GaN和p-GaN，在50W的偏置功率下，顯示出約1nm的低rms粗糙度值。為了使用高Cl2流速和5毫托的低室壓蝕刻InGaN激光器結構，英思特通過ICP系統獲得InGaN激光器結構的光滑鏡面狀小面。使用這些蝕刻參數，可以獲得可用于制造基于氮化物的激光二極管的鏡面狀小面。

審核編輯：湯梓紅