CN114717639B - 基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体加工技术领域，公开了一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，基于光电化学腐蚀工艺在氧化镓晶片内部产生空穴‑电子对，使得空穴‑电子对中的空穴随能带弯曲移动到所述氧化镓晶片表面；并基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度，以及缺陷区域内位错线区域易发生的空穴‑电子对复合导致空穴的不同数量和腐蚀坑区域内位错线的位置分布，在所述氧化镓表面形成选择性腐蚀的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起；使得极大地提高了腐蚀速率，具有高效暴露位错优势，且极大降低了反应危险性、降低了反应成本，具有工业化发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法。
背景技术
作为一种透明的氧化物半导体材料，氧化镓单晶由于其超宽禁带（4.9 eV）受到了世界范围内的广泛关注，4.9 eV的带隙宽度使得氧化镓材料击穿电场强度提高到8 MV/cm，远高于硅(1.1 eV，0.3 MV/cm)、砷化镓(1.4 eV，0.4 MV/cm)、碳化硅(3.3 eV，2.5 MV/cm)和氮化镓(3.4 eV，3.3 MV/cm)等半导体材料；与此同时，氧化镓还具有独特的紫外透过特性以及低的能耗、高热稳定性和化学稳定性等优点，是制造高温高压高功率微电子器件、日盲紫外光电探测器、紫外透明导电电极的优选半导体材料。
为了充分利用氧化镓半导体的种种优势以制备高性能半导体器件，对氧化镓单晶的缺陷识别和研究成为了必不可少的环节。而在半导体领域中，传统腐蚀是揭示和观察晶体中缺陷的位置和分布的有效手段。但是根据反应机理，尽管效仿了蓝宝石晶体的传统腐蚀，采用强酸(HF，H2SO4，H3PO4)或强碱(KOH，NaOH)作为腐蚀剂腐蚀氧化镓，仍存在腐蚀速率低、反应温度高(>100 ºC)、腐蚀时间长等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服传统腐蚀识别位错的方法存在腐蚀速率低、反应温度高、腐蚀时间长等问题，提供了一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，包括以下步骤：
提供氧化镓晶片，基于光电化学腐蚀工艺在所述氧化镓晶片内部产生空穴-电子对，并使得所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面；
基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的不同空穴数量，所述空穴促进所述氧化镓晶片表面进行选择性腐蚀，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起。
作为一种可实施方式，基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的不同空穴数量，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起的步骤具体包括：
由于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域的能级大于所述氧化镓晶片表面的其他单晶区域的能级，导致所述氧化镓晶片表面的缺陷区域内空穴的活跃度大于其他单晶区域内空穴的活跃度，使得当对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀时所述缺陷区域的腐蚀速率大于所述其他单晶区域的腐蚀速率，从而在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑；且由于所述缺陷区域内位错线区域的空穴相较于所述缺陷区域内其他区域的空穴易复合形成空穴电子对，导致所述位错线区域的空穴数量比所述其他区域的空穴数量少，使得当对所述氧化镓晶片表面的缺陷区域进行腐蚀时所述位错线区域的腐蚀速率比所述其他区域的腐蚀速率低，从而在所述腐蚀坑内形成对应位错线区域的凸起。
作为一种可实施方式，所述光电化学腐蚀工艺的具体步骤包括：
提供金属催化剂，将形成有导电材料层的氧化镓晶片和所述金属催化剂置入腐蚀液中，将所述氧化镓晶片作为阳极通过所述导电材料层连接电源正极，将电源负极连接作为阴极的金属催化剂；
采用小于所述氧化镓晶片的禁带宽度对应的吸收光波长临界值的入射光对所述氧化镓晶片的第二表面进行照射，在所述氧化镓晶片内部形成空穴-电子对；
在照射的过程中，通过所述导电材料层向所述氧化镓晶片施加电压，所述空穴-电子对中的电子移动到所述阴极上与所述腐蚀液发生反应，所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片的第二表面对所述氧化镓晶片的第二表面进行腐蚀，同时通过所述腐蚀液与镓离子结合形成溶于腐蚀液的化合物，促进所述氧化镓晶片的腐蚀过程。
作为一种可实施方式，当所述腐蚀液为磷酸腐蚀液时，所述空穴-电子对中的电子
移动到所述阴极上与所述磷酸腐蚀液中的
发生反应的化学公式为：
；
所述腐蚀液对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述磷酸腐蚀液中的
与所述氧化镓晶片表面的Ga2O3发生反应的化学公式为：
， 
；
所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述氧化镓晶片表面的Ga2O3与所述氧化镓晶片表面的空穴
发生反应的正极反应化学公式为
。
作为一种可实施方式，在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的步骤之前还包括以下步骤：
提供氧化镓单晶，基于切磨抛工艺从所述氧化镓单晶上得到单晶片，依次使用丙酮、乙醇、水作为清洗剂，并使用超声辅助3 min，去除所述单晶片表面的杂质与脏污，最后进行干燥，得到氧化镓晶片。
作为一种可实施方式，所述入射光具体为波长小于260 nm的入射光，发射入射光的光源距离所述腐蚀液表面的距离范围为1 cm -20 cm。
作为一种可实施方式，在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的方法为磁控溅射法、电子束蒸发法、原子层沉积法、热蒸发法其中的一种，包含Ti层、Al层、Ni层、Au层、Pt层、Rh层、Ag层其中的至少两种金属层；所述金属催化剂为铂。
作为一种可实施方式，所述腐蚀液为酸性腐蚀液、碱性腐蚀液其中的一种，所述酸性腐蚀液为氢氟酸腐蚀液、硫酸腐蚀液、磷酸腐蚀液其中的一种，所述碱性腐蚀液为氢氧化钾腐蚀液、氢氧化钠腐蚀液其中的一种，其中，所述酸性腐蚀液的质量分数为10-85 wt%，所述碱性腐蚀液的质量分数为5-40 wt%。
作为一种可实施方式，所述氧化镓晶片为n型氧化镓晶片。
作为一种可实施方式，向所述氧化镓晶片施加的电压为恒定电压，且恒定电压范围为1-60 V；腐蚀过程在室温条件下进行，腐蚀时间为10-60 min。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，通过施加电场和光照的外部能量，提高氧化镓晶片内部空穴浓度，空穴在电场的作用下沿能带弯曲方向向氧化镓表面聚集，大幅提高反应效率，缩短反应时间；基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度，以及缺陷区域内位错线附近易发生的空穴-电子对复合导致空穴的不同数量和腐蚀坑区域内位错线的位置分布，得到对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起，具有高效暴露缺陷优势；而且，腐蚀过程在室温下进行，极大降低了反应危险性、降低了反应成本，具有工业化发展前景；相对于传统化学腐蚀，电化学腐蚀效率较高，腐蚀过程参数可控，可重复率高，工艺控制性能好。
附图说明
图1为本发明实施例基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法步骤示意图。
图2为本发明实施例基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法得到的腐蚀后的氧化镓晶片在扫描电镜显微镜下拍摄的效果示意图。
图3为本发明实施例基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法得到的腐蚀后的氧化镓晶片在光学显微镜下拍摄的效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本实施例提供一种技术方案：一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，包括以下步骤：
步骤S100，提供氧化镓晶片，基于光电化学腐蚀工艺在所述氧化镓晶片内部产生空穴-电子对，并使得所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面；
步骤S200，基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的的不同空穴数量，所述空穴促进所述氧化镓晶片表面进行选择性腐蚀，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起。
执行步骤S100，在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的步骤之前还包括以下步骤：
提供氧化镓单晶，基于切磨抛工艺从所述氧化镓单晶上得到单晶片，依次使用丙酮、乙醇、水作为清洗剂，并使用超声辅助3 min，去除所述单晶片表面的杂质与脏污，最后进行干燥，得到氧化镓晶片；其中，基于切磨抛工艺从所述氧化镓单晶上得到的可以为10*10 mm2的单晶片，本实施例不做限定。
所述光电化学腐蚀工艺的具体步骤包括：
提供氧化镓晶片，在所述氧化镓晶片的第一表面形成导电材料层，其中，所述氧化镓晶片上与所述第一表面相对的第二表面用于后续进行腐蚀；
提供金属催化剂，将形成有导电材料层的氧化镓晶片和所述金属催化剂置入腐蚀液中，将所述氧化镓晶片作为阳极通过所述导电材料层连接电源正极，将电源负极连接作为阴极的金属催化剂；
采用小于所述氧化镓晶片的禁带宽度对应的吸收光波长临界值的入射光对所述氧化镓晶片的第二表面进行照射，在所述氧化镓晶片内部形成空穴-电子对；
在照射的过程中，通过所述导电材料层向所述氧化镓晶片施加电压，所述空穴-电子对中的电子移动到所述阴极上与所述腐蚀液发生反应，所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片的第二表面对所述氧化镓晶片的第二表面进行腐蚀，同时通过所述腐蚀液与镓离子结合形成溶于腐蚀液的化合物，促进所述氧化镓晶片的腐蚀过程。
需要注意的是，本实施例是通过光电化学腐蚀工艺在氧化镓晶片表面的缺陷区域形成凹陷的腐蚀坑，以及当存在因发生原子错排而产生的位错线时在所述凹陷的腐蚀坑内形成对应位错线区域的凸起，其中，位错并不等于解理缺陷和表面损伤，而本发明实施例对所述氧化镓晶片表面进行的腐蚀也并不是为了去除解理缺陷和表面损伤而将所述氧化镓晶片表面直接腐蚀掉一层，而是形成了凹陷腐蚀坑和在凹陷的腐蚀坑形成了凸起。而为了实现这一目的，这也使得本发明实施例中需要在所述氧化镓晶片上的第一表面形成导电材料层从而提供导电的作用，其中，需要注意的是，第一表面和受到入射光照射和电压作用从而发生腐蚀的第二表面是相对的表面，即入射光不能照射到导电材料层，因为如果光照照射到导电材料层，就会可能使第一表面发生腐蚀，但这并不是本实施例想要实现的目的。
而是在其他技术方案中例如为了去除氧化镓晶片的解理缺陷和表面损伤，可能会在氧化镓晶片的一侧表面沉积一层均匀的贵金属颗粒，从而促进所述氧化镓晶片上沉积有贵金属颗粒的一侧表面的腐蚀，从而去除氧化镓的解理缺陷和表面损伤，但在这个过程中，像解决这种问题的技术方案还不能施加电压，否则就不能均匀去除，反而会对氧化镓造成损伤。
在本实施例中，所述氧化镓晶片具体为n型氧化镓晶片，采用小于所述氧化镓晶片的禁带宽度对应的吸收光波长临界值的入射光具体为采用波长小于260 nm的入射光；具体的，因为氧化镓禁带宽度大约为4.9 eV，通过公式计算只有小于260 nm的光才可以激发其载流子跃迁，而254 nm为目前常用汞灯波长，较为适用，因此在本实施例中，采用的是254nm波长的汞灯光源；而且因为采用的是254 nm波长光源，所以整个腐蚀过程需要在防紫外线灯箱内部进行，同时，为了保证反应的准确进行，光源应与外加电压同步开启，并在反应结束后同步关闭；另外由于腐蚀液含有强酸、碱，一般可采用聚四氟乙烯材质制作腐蚀池。
在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的方法为磁控溅射法、电子束蒸发法、原子层沉积法、热蒸发法其中的一种，所述导电材料层包含Ti层、Al层、Ni层、Au层、Pt层、Rh层、Ag层其中的至少两种金属层；具体的，所述导电材料层的具体层数根据提供的氧化镓晶片的自身特性决定，例如可以使用Ti层和Au层的Ti/Au金属层作为导电材料层，而在得到金属导电层后，还包括使用快速退火炉进行快速退火实现欧姆接触，其中，退火温度为500-1300 ºC，退火时间为30-600 s；所述金属催化剂为铂。
所述腐蚀液为酸性腐蚀液、碱性腐蚀液其中的一种，所述酸性腐蚀液为氢氟酸腐蚀液、硫酸腐蚀液、磷酸腐蚀液其中的一种，所述碱性腐蚀液为氢氧化钾腐蚀液、氢氧化钠腐蚀液其中的一种，其中，所述酸性腐蚀液的质量分数为10-85 wt%，所述碱性腐蚀液的质量分数为5-40 wt%。
在本实施例中，发射入射光的光源距离所述腐蚀液表面的距离范围为1 cm -20cm；向所述氧化镓晶片施加的电压为恒定电压，且恒定电压范围为1-60 V；腐蚀过程在室温条件下进行，腐蚀时间为10-60 min。
当所述腐蚀液为磷酸腐蚀液时，所述空穴-电子对中的电子
移动到所述阴极上与所述磷酸腐蚀液中的
发生反应的化学公式为：
；
所述腐蚀液对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述磷酸腐蚀液中的
与所述氧化镓晶片表面的Ga2O3发生反应的化学公式为：
， 
；
所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述氧化镓晶片表面的Ga2O3与所述氧化镓晶片表面的空穴
发生反应的正极反应化学公式为
。
执行步骤S200，基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的的不同空穴数量，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起的步骤具体包括：
由于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域的能级大于所述氧化镓晶片表面的其他单晶区域的能级，导致所述氧化镓晶片表面的缺陷区域内空穴的活跃度大于其他单晶区域内空穴的活跃度，使得当对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀时所述缺陷区域的腐蚀速率大于所述其他单晶区域的腐蚀速率，从而在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑；且由于所述缺陷区域内位错线区域的空穴相较于所述缺陷区域内其他区域的空穴易复合形成空穴电子对，导致所述位错线区域的空穴数量比所述其他区域的空穴数量少，使得当对所述氧化镓晶片表面的缺陷区域进行腐蚀时所述位错线区域的腐蚀速率比所述其他区域的腐蚀速率低，从而在所述腐蚀坑内形成对应位错线区域的凸起；其中，需要注意的是，缺陷区域即指对应可能存在缺陷的氧化镓晶片表面区域，位错线区域即指对应可能存在位错线的氧化镓晶片表面区域。
具体的，本发明实施例通过光电化学腐蚀工艺即通过电化学腐蚀过程辅以超带隙光照实现了在温和条件下快速、准确的暴露氧化镓单晶衬底缺陷的目的；本实施例的原理涉及对超宽禁带半导体材料的非传统腐蚀过程的发生原则，与SiC等半导体不同，由于氧化镓禁带宽度过宽，且由于为n型，促进腐蚀的自由载流子为价带中的少子空穴；因此，在黑暗条件下，如使用单一电场作为外加能量促使反应发生，需要远高于常用工业电压（220 V，380 V）的输出电压源，耗费能源的同时具有极大危险性；超带隙光的加入则很好的解决了此问题，根据氧化镓禁带宽度，波长为254 nm的深紫外光可以激发氧化镓内部电子-空穴对；与此同时，外部电场的施加使电子形成有序移动，极大减少了电子-空穴对复合的可能，而空穴则沿金属电极即氧化镓晶片形成的能带弯曲方向向氧化镓晶片表面移动，进一步促进电化学腐蚀反应的发生，氧化镓晶片作为工作电极也就是阳极在表面发生空穴的还原反应，金属催化剂作为阴极则发生电子的氧化反应，而氧化镓晶片的缺陷的存在使其能级与氧化镓晶片的单晶具有差异，导致空穴活跃度不同，产生腐蚀坑，表现出缺陷选择性腐蚀机制；具体为，所述氧化镓晶片的位错区域的空穴的活跃度大于所述氧化镓晶片的其他单晶区域的活跃度，导致所述氧化镓晶片的位错区域的腐蚀速率大于其他区域，使得在所述氧化镓晶片的位错区域形成腐蚀坑。
本实施例利用了氧化镓晶片的缺陷区域的能级与氧化镓晶片的其他单晶区域的能级的差异性，所导致的空穴活跃度不同，得到了腐蚀坑，又由于腐蚀坑的大小为20-50μm，而缺陷点即位错点的大小只有原子级，因此为了更进一步的得到位错点的位置，本实施例根据所述腐蚀坑内的位错线区域的空穴易复合，所导致的所述腐蚀坑内的位错位置点的空穴数量少于所述腐蚀坑内其他位置的空穴数量，使得在所述腐蚀坑内的位错位置点的腐蚀速率又小于所述腐蚀坑内的其他区域的特征，得到了在位错位置点形成的凸起，使得能够精确定位到位错点的位置。
作为第一种具体实施方式，取一个尺寸为10*10 mm2的氧化镓单晶双面抛光片，按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净单晶片表面杂质与脏污，用氮气吹干备用；使用磁控溅射在氧化镓晶片制备50 nm Ti/20 nm Au作为电极，在500 ºC下置于快速退火炉，退火120 s；将上述晶片与电源正极相连，置于150 mL聚四氟乙烯腐蚀池内，加入80 wt%的磷酸作为腐蚀液，使用功率为120 W的汞灯（波长254 nm）作为光源，距离衬底7 cm，外加电压正极与晶片相连，负极与Pt电极相连，设定电压恒定36 V，同时开启光源与电压源进行腐蚀反应，在室温条件下连续腐蚀30 min。反应过程中，空穴向正极聚集，氧化镓晶体发生得空穴（失电子）的氧化反应，得到Ga3+，可以进一步溶于腐蚀液；负极（Pt电极）则相反，H+作为氧化剂，发生得电子的还原反应；由于电子和空穴受到电流方向有序指引，大幅降低了电子空穴的复合程度，极大地提高了腐蚀速率。
腐蚀完成后，将单晶片按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净表面残留，用氮气吹干以备后续观察由缺陷引发的腐蚀坑。如图2所示为得到的腐蚀坑和对应位错线的凸起的扫描电镜照片示意图，观察可以看到，腐蚀过后出现明显的凹陷腐蚀坑痕迹，腐蚀坑中心有线性凸起。其中，由于位错线位置点附近空位易复合导致腐蚀速率下降，缺陷相较于未腐蚀平面呈现凸起形态，认为此腐蚀坑为氧化镓晶体内部缺陷导致。与此同时，从扫描电镜图可以发现，对于缺陷的显示与暴露较为清晰、直观，容易的得到单晶片上的缺陷密度，达到在较短时间内（小于一小时）高效、准确的暴露缺陷位置的目的。
作为第二种具体实施方式，取一个尺寸为10*10 mm2的氧化镓单晶双面抛光片，按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净单晶片表面杂质与脏污，用氮气吹干备用。使用电子束蒸发法在氧化镓晶片制备100 nm Ti/50 nm Al/30 nm Ni/50 nm Au作为电极，在1200 ºC下置于快速退火炉，退火30 s。将上述晶片与正极相连，置于150 mL聚四氟乙烯腐蚀池内，加入15 wt%的氢氧化钾作为腐蚀液，使用功率为120 W的汞灯（波长254 nm）作为光源，距离衬底2 cm，外加电压正极与晶片相连，负极与Pt电极相连，设定电压恒定15 V，同时开启光源与电压源进行腐蚀反应，在室温条件下连续腐蚀10 min。腐蚀完成后，将单晶片按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净表面残留，用氮气吹干以备后续观察由缺陷引发的腐蚀坑，如图3所示为得到的腐蚀坑和对应位错线区域的凸起的光学显微镜照片示意图，对腐蚀后的单晶片进行光学显微镜观察可以看到，使用氢氧化钾作为腐蚀液呈现与磷酸作为腐蚀液出现了不同的腐蚀坑形貌，但根据PEC腐蚀原理，缺陷处仍存在线性凸起形貌，且同时具有直观、易分辨的特性，达到了快速腐蚀氧化镓晶片以识别缺陷的方法及目的。
作为第三种具体实施方式，取一个尺寸为10*10 mm2的氧化镓单晶双面抛光片，按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净单晶片表面杂志与脏污，用氮气吹干备用。使用磁控溅射在氧化镓晶片制备50 nm Ti/20 nm Au/20 nm Pt作为电极，在800 ºC下置于快速退火炉，退火360 s。将上述晶片与正极相连，置于150 mL聚四氟乙烯腐蚀池内，加入50wt%的硫酸作为腐蚀液，使用功率为120 W的汞灯（波长254 nm）作为光源，距离衬底15 cm，外加电压正极与晶片相连，负极与Pt电极相连，设定电压恒定60 V，同时开启光源与电压源进行腐蚀反应，在室温条件下连续腐蚀60 min。腐蚀完成后，将单晶片按顺序置于丙酮、乙醇、水中，分别超声3 min，洗净表面残留后进行观察，同样观察到了由缺陷引发的腐蚀坑以及腐蚀坑内的凸起。
本发明实施例提供的基于光电化学快速腐蚀氧化镓晶片以识别缺陷的方法，通过施加电场和光照的外部能量，提高晶体内部空穴浓度，在电场的作用下沿能带弯曲方向向氧化镓表面聚集，大幅提高反应效率，缩短反应时间，具有高效暴露缺陷优势；而且，腐蚀过程在室温下进行，极大降低了反应危险性、降低了反应成本，具有工业化发展前景；相对于传统化学腐蚀，电化学腐蚀效率较高，腐蚀过程参数可控（电压强度与光照距离），可重复率高，工艺控制性能好。
本发明虽然己以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供氧化镓晶片，基于光电化学腐蚀工艺在所述氧化镓晶片内部产生空穴-电子对，并使得所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面；其中，所述光电化学腐蚀工艺包括：在所述氧化镓晶片的第一表面形成导电材料层，其中，所述氧化镓晶片上与所述第一表面相对的第二表面用于后续进行腐蚀；提供金属催化剂，将形成有导电材料层的氧化镓晶片和所述金属催化剂置入腐蚀液中，将所述氧化镓晶片作为阳极通过所述导电材料层连接电源正极，将电源负极连接作为阴极的金属催化剂；采用小于所述氧化镓晶片的禁带宽度对应的吸收光波长临界值的入射光对所述氧化镓晶片的第二表面进行照射，在所述氧化镓晶片内部形成空穴-电子对；在照射的过程中，通过所述导电材料层向所述氧化镓晶片施加电压，所述空穴-电子对中的电子移动到所述阴极上与所述腐蚀液发生反应，所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片的第二表面对所述氧化镓晶片的第二表面进行腐蚀，同时通过所述腐蚀液与镓离子结合形成溶于腐蚀液的化合物，促进所述氧化镓晶片的腐蚀过程；
基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的不同空穴数量，所述空穴促进所述氧化镓晶片表面进行选择性腐蚀，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起。
2.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，基于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域相较于其他单晶区域的不同空穴活跃度和所述缺陷区域内的位错线区域相较于其他缺陷区域的不同空穴数量，在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑和所述腐蚀坑内对应位错线区域的凸起的步骤具体包括：
由于所述氧化镓晶片表面的缺陷区域的能级大于所述氧化镓晶片表面的其他单晶区域的能级，导致所述氧化镓晶片表面的缺陷区域内空穴的活跃度大于其他单晶区域内空穴的活跃度，使得当对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀时所述缺陷区域的腐蚀速率大于所述其他单晶区域的腐蚀速率，从而在所述氧化镓晶片表面形成对应缺陷区域的腐蚀坑；且由于所述缺陷区域内位错线区域的空穴相较于所述缺陷区域内其他区域的空穴易复合形成空穴电子对，导致所述位错线区域的空穴数量比所述其他区域的空穴数量少，使得当对所述氧化镓晶片表面的缺陷区域进行腐蚀时所述位错线区域的腐蚀速率比所述其他区域的腐蚀速率低，从而在所述腐蚀坑内形成对应位错线区域的凸起。
3.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，当所述腐蚀液为磷酸腐蚀液时，所述空穴-电子对中的电子
移动到所述阴极上与所述磷酸腐蚀液中的
发生反应的化学公式为：
；
所述腐蚀液对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述磷酸腐蚀液中的
与所述氧化镓晶片表面的Ga2O3发生反应的化学公式为：
， 
；
所述空穴-电子对中的空穴移动到所述氧化镓晶片表面对所述氧化镓晶片表面进行腐蚀的过程中所述氧化镓晶片表面的Ga2O3与所述氧化镓晶片表面的空穴
发生反应的正极反应化学公式为
。
4.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的步骤之前还包括以下步骤：
提供氧化镓单晶，基于切磨抛工艺从所述氧化镓单晶上得到单晶片，依次使用丙酮、乙醇、水作为清洗剂，并使用超声辅助3 min，去除所述单晶片表面的杂质与脏污，最后进行干燥，得到氧化镓晶片。
5.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，所述入射光具体为波长小于260 nm的入射光，发射入射光的光源距离所述腐蚀液表面的距离范围为1 cm -20 cm。
6.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，在所述氧化镓晶片表面形成导电材料层的方法为磁控溅射法、电子束蒸发法、原子层沉积法、热蒸发法其中的一种，所述导电材料层包含Ti层、Al层、Ni层、Au层、Pt层、Rh层、Ag层其中的至少两种金属层；所述金属催化剂为铂。
7.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，所述腐蚀液为酸性腐蚀液、碱性腐蚀液其中的一种，所述酸性腐蚀液为氢氟酸腐蚀液、硫酸腐蚀液、磷酸腐蚀液其中的一种，所述碱性腐蚀液为氢氧化钾腐蚀液、氢氧化钠腐蚀液其中的一种，其中，所述酸性腐蚀液的质量分数为10-85 wt%，所述碱性腐蚀液的质量分数为5-40 wt%。
8.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，所述氧化镓晶片为n型氧化镓晶片。
9.根据权利要求1所述的基于光电化学腐蚀工艺定位氧化镓晶片表面缺陷的方法，其特征在于，向所述氧化镓晶片施加的电压为恒定电压，且恒定电压范围为1-60 V；腐蚀过程在室温条件下进行，腐蚀时间为10-60 min。
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