GaAs基VCSEL器件的ICP刻蚀工艺研究

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砷化镓(GaAs)基材料作为第二代半导体的代表,具有电子迁移率高、能量转换效率高、介电常数小等优点,作为制备光电子器件的材料有着无法替代的优势。垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为新型激光器,大多采用砷化镓基材料制备,其具有阈值电流低、光束方向性好、集成度高等优势,在3D成像、无人驾驶、物联网、数据通讯等领域都有广泛的应用。刻蚀工艺在GaAs基材料制备垂直腔面发射激光器的过程中起着承上启下的作用,对后道工序甚至器件的性能都起到关键的作用,所以GaAs基垂直腔面发射激光器的刻蚀工艺研究,对VCSEL器件的制备具有很大的意义。本文针对GaAs基VCSEL器件的ICP刻蚀工艺进行实验研究。采用ULVAC公司的NE-950EXz刻蚀机对GaAs基材料进行刻蚀,日本电子公司的JSM-7500F扫描电子显微镜对刻蚀图形的微观形貌进行表征,研究了工艺气体和不同设备参数对GaAs基材料刻蚀速率和图形形貌的影响。实验结果表明,Cl2气体流量、ICP源功率、RF偏压功率和腔体压强增加,一方面会使刻蚀速率提高,但影响速率的机制不同,另一方面会对图形形貌产生一定的影响,而BCl3和Ar气体流量增加,会使刻蚀速率降低,其中BCl3气体流量的变化对图形形貌的影响较大。在实验过程中我们发现有副产物吸附在材料表面,通过对其产生机制的研究和表面形貌优化实验,最终得到无生成物,刻蚀均匀性达到2.6%的理想刻蚀表面形貌。通过本文的研究,获得了合适的刻蚀速率和侧壁光滑、图形底部平坦的图形形貌,为GaAs基VCSEL器件的ICP刻蚀工艺积累了相关经验,具有一定的参考价值。
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