一种氮化镓半导体材料及其化学刻蚀方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓半导体材料及其化学刻蚀方法，包括以下步骤：（1）、将氮化镓材料进行ICP

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓半导体材料及其化学刻蚀方法


[0001]本专利技术涉及氮化镓材料生长技术，尤其是涉及一种氮化镓半导体材料化学刻蚀方法。

技术介绍

[0002]氮化镓（GaN）作为宽禁带半导体材料的典型代表，它的能隙宽 （≥ 3.4 eV），饱和电子漂移速率高、击穿电压大、介电常数小、导热性能好，具有第一代和第二代半导体材料所不具有的优势，从而成为飞速发展的研究前沿。其中氮化镓材料由于具有化学性质更稳定、 耐高温、耐腐蚀的特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。另外，由于氮化镓是直接带半导体，其在光电子领域也有着广泛的应用，例如发光二极管和半导体激光器。
[0003]对于氮化镓材料的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。由于氮化镓的化学性质比较稳定，这使得一般的湿法刻蚀溶液不能很好的应用于氮化镓材料的工业加工。这导致在早期氮化镓基器件的工业化制备主要依靠物理干法刻蚀技术，但是干法刻蚀技术设备成本比较高，需要使用有毒气体，而且使用高能量刻蚀不可避免地使加工面产生损伤，影响器件的最终性能。为了降低成本，减少操作复杂性，业界倾向于使用改进的湿法刻蚀方法进行氮化镓材料的刻蚀工艺。
[0004]氮化镓的化学稳定性也给湿法刻蚀带来了具体的挑战，寻找足够安全、廉价又环保的刻蚀剂至关重要。
[0005]如中国专利技术专利授权公告号CN104716198B公开了薄膜晶体管及其制造方法、显示装置，其中，所述刻蚀液(即这两种材料发生电池反应的电解液)为碱性溶液，例如氢氧化钠溶液，或者氢氧化钾溶液，或者四甲基氢氧化铵溶液。
[0006]中国专利技术专利公开号CN115036220A公开了氮化镓电子器件及其制备方法，所述湿法腐蚀方式所采用的腐蚀液包括四甲基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的任意一种或两种以上的组合。
[0007]对于氮化镓功率器件的制备过程中，得到光滑的非极性的侧壁是很重要的，使用干法ICP
‑
RIE刻蚀得到的侧壁不够竖直，不能完全沿着m面的方向。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是现有的氮化镓器件侧壁不够竖直，为此提供一种氮化镓半导体材料化学刻蚀方法。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种氮化镓半导体材料化学刻蚀方法，包括以下步骤：（1）、将氮化镓材料进行ICP
‑
RIE刻蚀；（2）、在2wt%
‑
30wt%的四甲基氢氧化铵溶液中加入0.01wt%的聚乙二醇辛基苯基醚，配成刻蚀液；（3）、将经过ICP
‑
RIE刻蚀的氮化镓材料放入刻蚀液中加热至30℃
‑
100℃进行化学刻蚀，加热时间是30min；（4）、在进行化学刻蚀的同时采用紫外光以30mW/cm2光强照射氮化镓材料和刻蚀液，增加刻蚀速度；（5）、取出氮化镓材料，用纯水
冲洗并甩干。
[0010]上述方案的改进是在步骤（1）前用清洗液对氮化镓材料进行表面清洗。
[0011]上述方案中所述清洗液是去离子水、酒精、异丙醇、丙酮、浓硫酸+双氧水+水、氨水+双氧水+水、盐酸+水、盐酸+双氧水+水、氢氟酸、氢氟酸+氟化铵、柠檬水+双氧水+水、硝酸中的任意一种。
[0012]上述方案中所述刻蚀液还包括5wt%
‑
30wt%的异丙醇。
[0013]上述方案中所述刻蚀液还包括十二烷基硫酸钠。
[0014]氮化镓材料，由上述方案制备而成。
[0015]本专利技术的有益效果是利用四甲基氢氧化铵对于氮化镓衬底的N面、a面和m面刻蚀速度不同，刻蚀后的表面呈现六面金字塔状结构。这样的形貌有利于外延过程中对红外光的均匀吸收，提高衬底的温度均匀性；将ICP
‑
RIE刻蚀和四甲基氢氧化铵化学刻蚀结合，可以得到与m面完成重合的侧壁。
附图说明
[0016]图1 是本专利技术的氮化镓衬底N面刻蚀后的SEM照片；图2是本专利技术氮化镓衬底N面刻蚀后的光学显微镜照片；图3是使用ICP
‑
RIE刻蚀后的氮化镓SEM照片；图4是使用本专利技术的方法得到的氮化镓SEM照片。
具体实施方式
[0017]下面结合附图 ，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0018]一种氮化镓半导体材料化学刻蚀液，包括：2%至30% 重量比的四甲基氢氧化铵（Tetramethylammonium hydroxide，TMAH），溶剂为水，刻蚀液的pH值为碱性。优选的，刻蚀液中还可以加入5%至30%重量比的异丙醇（IPA），以及少量的离子型或者非离子型表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠（SDS），聚乙二醇辛基苯及醚（Triton X
‑
100）等，聚乙二醇辛基苯及醚（Triton X
‑
100）的含量和十二烷基硫酸钠（SDS）的含量大致相当。
[0019]本专利技术还公开氮化镓材料刻蚀的加工方法，包括如下步骤：（1）、将所需要刻蚀的氮化镓材料进行清洗，去除表面的污染物，以免影响刻蚀的均匀性。清洗液可以根据表面污染的情况进行选择，例如去离子水，酒精，异丙醇，丙酮，浓硫酸+双氧水+水，氨水+双氧水+水，盐酸+水，盐酸+双氧水+水，氢氟酸，氢氟酸+氟化铵，柠檬水+双氧水+水，硝酸等其中的任意一种或几种。（2）、将清洗后的氮化镓材料浸入到上述的化学刻蚀液中，对整个化学刻蚀液进行加热，加热温度30℃至100℃，根据所需要的刻蚀速度进行选择加热温度。（3）、根据需要，可以选择利用光电化学（photoelectrochemical, PEC）刻蚀，即在刻蚀的同时采用紫外光照射刻蚀样品和刻蚀液，增加刻蚀速度。
[0020]采用四甲基氢氧化铵溶液对氮化镓材料进行刻蚀，主要是利用了四甲基氢氧化铵溶液对于氮化镓材料不同晶面刻蚀速度的各向异性。即对于不同的晶面刻蚀速度不同。
[0021]实例一：氮化镓材料在做为蓝绿光激光器的衬底的应用中，需要将氮化镓衬底的背面（N面）进行湿法刻蚀，以去除在加工工程中形成表面损伤层，并有利于控制外延过程中温度的均匀性。
[0022]制备及使用方法：（1）、对待加工的样品的表面进行清洗，去除表面的污染物，以免影响刻蚀的均匀性。根据待加工样品的表面清洁情况，清洗液采用前述清洗液中的一种或者数种。
[0023]（2）、配制化学刻蚀液：在25wt%的四甲基氢氧化铵溶液中加入10wt%的IPA，以及0.01wt%的Triton X
‑
100。
[0024]（3）、将清洗后的氮化镓材料浸入到上述的化学刻蚀液中，将化学刻蚀液加热至80℃，保持60min。
[0025]（4）、在刻蚀的同时采用紫外光以30mW/cm2光强照射刻蚀样品和刻蚀液，增加刻蚀速度。
[0026]（5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓半导体材料化学刻蚀方法，其特征是：包括以下步骤：（1）、将氮化镓材料进行ICP
‑
RIE刻蚀；（2）、在2wt%
‑
30wt%的四甲基氢氧化铵溶液中加入0.01wt%的聚乙二醇辛基苯基醚，配成刻蚀液；（3）、将经过ICP
‑
RIE刻蚀的氮化镓材料放入刻蚀液中加热至30℃
‑
100℃进行化学刻蚀，加热时间是30min；（4）、在进行化学刻蚀的同时采用紫外光以30mW/cm2光强照射氮化镓材料和刻蚀液，增加刻蚀速度；（5）、取出氮化镓材料，用纯水冲洗并甩干。2.如权利要求1所述的一种氮化镓半导体材料化学刻蚀方法，其特征是：在步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德昂，
申请(专利权)人：镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：