InAs-GaSb 超晶格红外探测器台面的 ICP 刻蚀研究
文章编号:１００１-９７３１(２０１４)０１-０１１２２-０３
InAs/GaSb超晶格红外探测器台面的ICP刻蚀研究?
郭一杰,郝瑞亭,赵前润,满石清
(云南师范大学物理与电子信息学院,昆明６５０５００)
摘一要:一采用分子束外延方法在GaSb衬底上生长InAs/GaSb超晶格红外薄膜材料,为获得台面结构,采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术和Cl２/Ar刻蚀气体,分别研究了不同刻蚀时间二不同气体比例及不同功率对GaSb二InAs及InAs/GaSb超晶格刻蚀速率和刻蚀形貌的影响.结果表明,由于刻蚀产物InCl x的低挥发性阻挡了Cl２的刻蚀,InAs的刻蚀速率低于GaSb;Cl２比例在２０％~４０％时,刻蚀表面粗糙度最小,明显低于湿法腐蚀造成的表面损伤,有助于形成良好的欧姆接触和减小器件的表面漏电流.
关键词:一InAs/GaSb;超晶格;ICP刻蚀;刻蚀速率;
表面形貌
中图分类号:一TN３６２;TN３５０．２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１４．０１．０２７
１一引一言
近几年,InAs/GasbⅡ型超晶格作为一种新型红外材料受到人们广泛关注.通过改变量子阱宽度和势垒高度可以对带隙宽度进行人工剪裁,调整截止波长在很宽的光谱范围(３~３０μm)内,容易实现双色或双波段探测[１-２].同时,相比H g CdTe和Ⅰ型量子阱材料,错开型带隙的能带结构可以使轻二重空穴带分离,有效抑制俄歇复合和隧穿电流,提高工作温度和量子效率.因此,InAs/GaSb超晶格也被认为是制造第三代红外探测器的理想材料,越来越受到人们的关注[３-４].焦平面的核心技术之一是台面列阵芯片技术,多色探测器的制备要求将材料进行高密度二低损伤深台面隔离,对探测器的性能有重要的影响.湿法腐蚀可以获得清晰的台面结构[５],但受化学溶液变质的问题而稳定性差,以及化学腐蚀选择性大,可能形成腐蚀面锯齿状和腐蚀坑等问题,给后续的工艺增大了难度,并直接影响器件的性能.与湿法腐蚀相比,干法刻蚀具有控制精度高二大面积刻蚀均匀性好二良好的各向异性和较好的材料选择性等优点.干法刻蚀技术主要有反应离子刻蚀(RIE)二电子回旋共振(ECR)和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等.ICP采用两个独立的RF 源,一个用来控制等离子体的密度;另一个是控制等离子体能量,所以ICP刻蚀有效改善了传统RIE技术存在的刻蚀速率与刻蚀损伤的矛盾.广泛应用于Si[６]二SiC[７]二ZnO[８]等材料的刻蚀.目前,对制备超晶格探测器相关的InAs二GaSb及超晶格材料的ICP刻蚀研究的报道相对较少.本文以Cl２/Ar为刻蚀气体,分别研究了不同刻蚀时间二不同气体比例及不同RF功率对GaSb二InAs及超晶格刻蚀速率和刻蚀形貌的影响,分析了刻蚀速率改变的原因,与湿法腐蚀的结果进行了对比.并在刻蚀前后进行IV测试,对欧姆接触进行评价.
２一样品制备
实验材料采用GaSb(００１)和InAs(００１)体材料及在GaSb衬底上外延生长的InAs(８ML)/GaSb(８ML)中波红外超晶格材料[９].超晶格在VG８０H型MBE系统中生长完成,总厚度约１μm.
要获得陡直的刻蚀剖面,掩膜的选择比要尽量大.掩膜的刻蚀选择比是指InAs/GaSb的刻蚀速率与掩膜刻蚀速率之比.Cl２对光刻胶的刻蚀速率比较快,选择比只有０．７,而SiO２薄膜的选择比可以达到２０.先将实验样片采用标准清洗工艺进行清洗,然后采用CVD方法生长SiO２掩膜层,采用光刻腐蚀在芯片上将需要刻蚀掉的区域显露出来,最后切分成适当大小的实验片进行ICP刻蚀实验.分别对GaSb二InAs体材料和InAs/GaSb超晶格刻蚀并进行比较研究.３一结果与讨论
３．１一GaSb和InAs体材料的刻蚀
图１为对不同刻蚀时间段的刻蚀速率的统计.刻蚀开始阶段两种材料的速率都是最慢,一段时间后刻蚀速率基本稳定.GaSb刻蚀速率在１．３μm/min左右,而InAs刻蚀速率在０．５μm/min左右.InAs刻蚀速率明显低于GaSb,原因是由于刻蚀产物InCl x的低挥发性(挥发温度为５６０?)阻挡了Cl２的刻蚀.
一一图２(a)为不同Cl２/Ar气体比例时的刻蚀速率统计.可以看出,对GaSb材料而言,随Cl２比例的不断加大,刻蚀速率是线性增大,由２０％Cl２比例时的０．７８μm/min迅速上升至８０％Cl２比例时的４．１４μm/min.说明Cl２比例对GaSb材料刻蚀速率影响非常大.其原因应该是随Cl２比例的增加,反应
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０２０１４年第１期(４５)卷
?基金项目:国家自然科学基金资助项目(６１２７４１３７,６１１７６１２７);云南省自然科学基金资助项目(２０１１FZ０７８)
收到初稿日期:２０１３-０５-０３收到修改稿日期:２０１３-０９-１５通讯作者:郝瑞亭
作者简介:郭一杰一(１９７９－),男,河南安阳人,讲师,主要从事红外探测器方面研究.