使用n型GaSb衬底优化干法和湿法蚀刻工艺.docx
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使用n型GaSb衬底优化干法和湿 法蚀刻工艺Samplo>ASamplo>A>> •*. QWk*harr«rs |10 nr) 4 B e)3IMvnAt GaAsSd(
在该波长范围内开发这些器件需要在GaSb衬底上的新型(A1G坦n) (AsSb)材料系统与n-v族如磷化物和碑化物相反，锦化物材料表现出一些不寻常的蚀刻行为, 如由常用显影剂进行的不期望的弱蚀刻，蚀刻速率高达0.6 nm/sec,并且与大 气氧的氧化速率非常快还观察到氢氟酸(HF)蚀刻暴露于等离子体的锌化物， 不同于其他III-V族化合物止匕外，GaSb及其合金在通常用于其他HI-V族化 合物器件加工的湿法和干法蚀刻剂中表现出较差的选择性由于强而快速的氧 化，含铝材料不能用作蚀刻停止层作为标准实践，为了制造包括宽可调激光器的许多光电器件，例如取样光栅分 布布拉格反射器(SG-DBR)和垂直腔外表发射激光器(VCSEL),通常使用蚀刻停 止层，以便以纳米级的高精度控制蚀刻深度以这种方式，可以相对于另一层 选择性地去除期望的材料在宽可调的情况下激光，导致光子IC(EICs),其中 有源和无源区域通过选择性湿法化学蚀刻来定义，多量子阱(MQW)区域从波导层 的顶部被选择性地移除，从而定义低损耗无源波导这通常通过具有蚀刻停止 层的湿法蚀刻来完成，因为湿法蚀刻不会对激光器结构造成内在损伤不仅如 此，还需要良好的湿法蚀刻工艺来产生光滑的外表并蚀刻到正确的深度，以防 止含A1层的暴露，这将使再生长变得困难，因为去除A1203是困难的。
因此， 开发可行的蚀刻工艺以在GaSb基材料中制造PIC兼容的宽可调谐激光器是至关 重要的少数研究仅报告了睇化物材料的湿法蚀刻工艺［10, 13 - 15］然而，这些研究 中提出的蚀刻剂清单并不完整，因为缺乏一些有用的湿法和干法蚀刻剂及其适 用性、蚀刻停止层(InAsSb和GaSb除外)和四元合金蚀刻的信息因此，依靠 这些研究来开发广泛可调谐激光器和pic的稳健工艺是不可能的，需要更系统 和彻底的研究蚀刻结果和讨论3. 1干法刻蚀表1列出了蚀刻参数和相关的蚀刻结果，包括蚀刻速率和蚀刻掩模选择性Fable 1. 1CP Dry Etching Parameter* and the Corresponding Results for Sample-BRF bias (W)1CP(W)Pressure (Pa)Gas flow (seem)Ck n2Etch rate .(nm/sec)Selectivity vs SiCfe759000.220108.78.图3示出了测量的反射率数据对蚀刻测试结构的蚀刻深度随着材料被更多地 蚀刻，反射率数据中的振荡强度逐渐增加；暗示在感兴趣的材料中有较少的光 吸收。
500 nm晶格匹配的A10. 5GaAsO. 04Sb层末端的不连续是由于过渡到GaSb, 轻微的不匹配可能是由于虚部不正确根据拟合，不连续性似乎正好发生在层 间转换处因此，通过肉眼，可以看到激光监控图中各层的终点，并且应该能 够清楚地看到第一个下降，其消光度低于AlGaAsSb下降，并从这一点开始计数Etch depth (nm)图3测量的反射率数据对蚀刻测试结构的蚀刻深度-B .叠加模拟的激光监控 信号以提取四元包层的折射率和消光系数值Sample-A3Q-rvn Al. GaAs$bX而QWMhaowi HOrtn < • f)2k> \endBK. GaAft3b图5a）用于有源/无源定义测试的测试结构的示意图，（b）作为蚀刻深度的函 数的模拟和测量（平滑）反射率数据被叠加；（c）在使用C12/N2等离子体的干法 蚀刻过程中用于终点检测的系统的原始数据；以及（d）蚀刻后测试结构的显微镜 图像，显示了有源/无源区域3. 2湿法化学蚀刻表2列出了许多蚀刻剂以及不同材料的蚀刻速率最常用的湿法蚀刻剂之一是 溶液T使用该蚀刻剂,溶Sb、In使和InGaAsSb被蚀刻成具有光滑的外表和 良好的再现性。
对于含铝层，当铝含量低（铝＜ 30%）时，这种蚀刻剂显示出快的 蚀亥I速率对于溶液-2,我们发现与报告的蚀刻速率相同最重要的是，通过 这种解决方案可以从GaSb中选择性去除InAsSbo#Wet etchantsEtching rate (nin/sec)GaSblnoL4JGa\sSbAlgGaA Sqx»S bInAsoL9jSbA11 ia 9s b1C4H4KNa(VHCI:H2O2 = 50:40: 3.5松650.442aHtO『:H0 =2 :10.010.23■1.53HCIHAFiq = 100: 1 : 10042・100.814Hg : HQ : GHQt :H：O =3:5: 55 :222.5-3 (fairly unselective)5AZ726 MIF developer0.17 (GaSb/InAs superlattice)6Buffered H卜570 (plasma exposed GaSb. AlGaAsSb and 1、’ ,结论探索了与GaSb晶格匹配的四元体的选择性湿法和干法刻蚀工艺给出了有用的 湿法蚀刻剂和干法蚀刻工艺特别是，已经定义了与使用睇化物材料系统在 SW/MW-IR波长范围内建立宽调谐SG-DBR激光器制造程序相关的材料和工艺。
通过采用MQW InGaAsSb/AlGaAsSb/GaSb增益材料和必要的处理步骤，可以在包 含MQW有源区的GaSb材料系统中开发PIC技术，该有源区通过使用蚀刻停止层 的湿法或干法蚀刻或者通过时间控制的蚀刻被选择性地去除，如果通过干法离 子蚀刻完成，那么借助于激光监视器这使得集成平台成为在一个芯片上结合有 源和无源元件的最简单方式事实上，许多其他光电器件的制造可以从本文概 述的蚀刻和加工技术中受益赞微海报。
