CN103531458A - 一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法，属于半导体光电子器件工艺技术领域。该领域已知技术很难同时兼顾纵宽比与被腐蚀面的粗糙度。本发明是一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法。其最终结果可以得到纵宽比较大并且腐蚀表面粗糙度较低的刻蚀效果，从而有利于后续工艺的进行并且提高器件的整体性能。该方法首先使用H3PO4、H2O2、H2O溶液进行台面一次刻蚀，利用这种腐蚀液刻蚀纵宽比大的特点得到侧向腐蚀较小的台面，然后使用H3PO4、kmnO4、H2O腐蚀液对被腐蚀表面进行二次修饰，进一步降低腐蚀表面的粗糙度。该方法适用于GaAs材料或含有GaAs半导体材料的刻蚀。
Description
领域技术
本发明涉及半导体激光器器件工艺领域，具体的说是一种利用两步法对GaAs材料进行湿法刻蚀的工艺。
背景技术
刻蚀是半导体光电子器件制备过程中一项重要工艺，其目的是通过物理或化学的方法从半导体材料晶片表面选择性地去除材料以形成所需台面或图形。刻蚀工艺分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种。干法刻蚀的图形精度和各向异性度都较高，且各项参数的可控性较好，但易造成材料的刻蚀损伤，且干法刻蚀设备昂贵；湿法刻蚀具有良好的可重复性，有操作简单、刻蚀速率快、无毒或低毒、良好的可重复性等优点，但可控性和图形精度等性能需通过选择合适成分和配比的腐蚀液进行调整。
对于用于GaAs湿法刻蚀的腐蚀液，目前国内外一般采用的刻蚀液有磷酸系，硫酸系，氢氟酸系等。磷酸系腐蚀液刻蚀纵宽比大，可以得到侧向腐蚀较小的台面，H3PO4、H2O2、H2O配制成的腐蚀液被广泛的应用。一般腐蚀液都是使用双氧水作为氧化剂，但是双氧水有一些由其本身物理性质所决定的缺陷，它易于分解，会在刻蚀过程中在半导体表面产生气泡从而影响刻蚀的均匀性，降低刻蚀表面平整度。针对于这个缺点我们发明了一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法来提高被刻蚀表面的平整度。采用该方法制备的激光器器件光输出功率和特征温度大幅度提高，阈值电流密度也明显降低。
为了表征表面的平整程度，需要引入表面粗糙度这一概念。表面粗糙度是用来表征由材料表面原子层上存在的各类缺陷而引起的微观几何形状误差，通常表现为肉眼难以区别的间距极小的微尖峰与微凹坑。现在表面粗糙度的评定方法除有特别要求外都以轮廓算术平均偏差Ra为主。表面粗糙度越小，表面越光滑。目前量化表面粗糙度最常用的是轮廓算术平均偏差Ra，轮廓偏距是指在测量区域内轮廓上的点到基准线处的距离。轮廓算术平均偏差可以近似的表示为：
其中，Y为轮廓偏距。
发明内容
本发明是一种利用两步法对GaAs材料进行湿法刻蚀的方法。
本发明是这样实现的。步骤一：采用H3PO4、H2O2、H2O配制成的腐蚀液进行台面刻蚀，所利用的是其刻蚀结果纵宽比大的特点从而得到好的各项异性的刻蚀台面。步骤二：采用酸、高锰酸钾、去离子水配制成的溶液进行刻蚀修饰。所利用的是其在刻蚀过程中不会产生气泡并且其可以对不平整的刻蚀表面进行修复的特性，从而可以进一步降低被刻蚀部分的表面粗糙度。
本发明所使用的原料简单易于购买，刻蚀操作简单，重复性好。可以得到良好的各向异性并且表面粗糙度低的结果，从而提高激光器器件的整体性能。
附图说明
图1为两步法刻蚀流程图。
图2为有图形衬底刻蚀后金相显微镜照片，放大倍率为2000倍。
图3为有图形衬底刻蚀后台阶仪扫描图像。
图4为无图形衬底未刻蚀时台阶仪扫描图像。
图5为无图形衬底第一步刻蚀后的台阶仪扫描图像。
图6为无图形衬底第二步刻蚀后的台阶仪扫描图像。
图7为无图形衬底刻蚀后金相显微镜照片，放大倍率为2000倍。
具体实施方式
实例一：提供一种利用两步法对GaAs材料进行湿法刻蚀的工艺。
1、配制磷酸腐蚀液。取磷酸、双氧水、去离子水其体积比1:1:10。配置好以后，在避光环境中静置七天，得到磷酸腐蚀液。
2、配制高锰酸钾腐蚀液。取去离子水每100毫升加入高锰酸钾1克，并超声使其充分溶解，超声时间为30分钟，静置七天后取上层溶液。把得到的溶液再次进行超声静置，超声时间为30分钟，静置时间为七天。取上层高锰酸钾溶液与磷酸以体积比为10:1的比例混合，超声使其形成溶液。
3、取GaAs衬底。在GaAs衬底上旋涂光刻胶，胶膜厚度为约1.40μm。在紫外光刻机下进行曝光等操作后进行显影、烘干。得到有光刻胶图案的晶片。
4、取上述晶片在磷酸腐蚀液中刻蚀，刻蚀时间为800秒。立即取出置于高锰酸钾腐蚀液中刻蚀时间为20秒。刻蚀完成以后立即使用去离子水冲洗，直至表面残留的腐蚀液完全洗净。
5、使用丙酮、乙醇去离子水洗去光刻胶得到刻蚀好的晶片。如图2为放大倍率为2000倍时的金相显微镜照片。图3为台阶仪测量图像，可以看出其有较大的纵宽比。两步法刻蚀后总刻蚀深度为
实例二：提供一种使用两步法对没有进行光刻的晶片进行刻蚀的方法。
1、配制磷酸腐蚀液。取磷酸、双氧水、去离子水其体积比是3:3:10。配置好以后，在避光环境中静置七天，得到磷酸腐蚀液。
2、配制高锰酸钾腐蚀液。取去离子水每200毫升加入高锰酸钾1克，并超声使其充分溶解，超声时间为30分钟，静置七天后取上层溶液。把得到的溶液再次进行超声静置，超声时间为30分钟，静置时间为七天。取上层高锰酸钾溶液与磷酸以体积比为10:1的比例混合，超声使其形成溶液。
3、取边长大约为一厘米的正方形GaAs衬底在台阶仪下测量，测得表面粗糙度。测量时取衬底片的四个角与中心的点共五个点进行测量，测量后取平均值。表面粗糙度测得的结果为
（分别是左上角、左下角、右上角、右下角、中心处的粗糙度的值）取得平均值为
图4为粗糙度与平均值最接近的中心处台阶仪扫 描结果图。
4、取上述晶片在磷酸刻腐蚀液中刻蚀，刻蚀时间为120秒。完成以后使用去离子水冲洗，直至表面残留的腐蚀液完全洗净。再次测量表面粗糙度，测得的结果为
（分别是左上角、左下角、右上角、右下角、中心处的粗糙度的值）取得平均值为
图5为粗糙度与平均值最接近的右下角处台阶仪扫描结果图。
5、取出上一步得到的衬底片，置于配制好的高锰酸钾腐蚀液中刻蚀，刻蚀时间为60秒。完成以后使用去离子水冲洗，直至表面残留的腐蚀液完全洗净。再次测量表面粗糙度，测得的结果为
（分别是左上角、左下角、右上角、右下角、中心处的粗糙度的值）取得平均值为
粗糙度有所降低。图6为粗糙度与平均值最接近的右上角处台阶仪扫描结果图。使用金相显微镜在放大倍率为2000倍时拍得照片（图7）。
Claims (5)
1.一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法。该方法包括采用H3PO4、H2O2、H2O配制成的腐蚀液进行台面刻蚀，然后采用酸、高锰酸钾、去离子水配制成的溶液对刻蚀面进行二次刻蚀修饰。
2.根据权利要求1所述的一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法。其特征在于：采用的H3PO4、H2O2、H2O腐蚀液，H3PO4所占体积为1/20～3/10，H2O2所占体积为1/20～3/10。
3.根据权利要求1所述的一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法。其特征在于：采用的酸、高锰酸钾、去离子水溶液中的酸是指不与高锰酸钾反应的酸，包括强酸与弱酸。如磷酸等。
4.根据权利要求1所述的一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法，其特征在于：采用的酸、高锰酸钾、去离子水溶液，高锰酸钾的浓度为2克/100毫升溶剂～0.1克/100毫升溶剂。
5.根据权利要求1所述的一种利用两步法对GaAs基材料进行湿法刻蚀的方法，其特征在于：使用H3PO4、H2O2、H2O腐蚀液腐蚀时间1S—1800S，使用酸、高锰酸钾、去离子水腐蚀溶液刻蚀时间1S—600S，整个湿法刻蚀过程，溶液温度控制在0℃～30℃。
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