寬帶隙半導(dǎo)體具有許多特性，使其對(duì)高功率、高溫器件應(yīng)用具有吸引力。在本文中，我們回顧了三種重要材料的濕法蝕刻，即 ZnO、GaN 和 SiC。雖然 ZnO 在包括 HNO3/HCl 和 HF/HNO3 在內(nèi)的許多酸性溶液中以及在非酸性乙酰丙酮中很容易蝕刻，但 III 族氮化物和 SiC 很難濕蝕刻，通常使用干蝕刻。已經(jīng)研究了用于 GaN 和 SiC 的各種蝕刻劑，包括無(wú)機(jī)酸和堿水溶液以及熔鹽。濕法蝕刻對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)有多種應(yīng)用，包括缺陷裝飾、極性和多型（對(duì)于 SiC）通過(guò)產(chǎn)生特征凹坑或小丘進(jìn)行識(shí)別，以及在光滑表面上制造器件。在某些情況下，電化學(xué)蝕刻在室溫下對(duì) GaN 和 SiC 是成功的。此外，光輔助濕蝕刻產(chǎn)生類(lèi)似的速率，與晶體極性無(wú)關(guān)。

寬帶隙半導(dǎo)體 GaN、SiC 和 ZnO 對(duì)許多新興應(yīng)用具有吸引力。例如，AlGaN/GaN 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 和單片微波集成電路 (MMIC) 的開(kāi)發(fā)有望實(shí)現(xiàn)高頻操作。此外，GaN用于紫外波長(zhǎng)的光電器件。它具有高擊穿場(chǎng)，是 Si 或 GaAs 的 50 倍以上，因此可用于高功率電子應(yīng)用。GaN 的寬帶隙使其可用于藍(lán)色/紫外發(fā)光二極管 (LED) 和激光二極管 (LD)，并且由于其低本征載流子濃度使其能夠在非常高的溫度下工作。高電子遷移率和飽和速度使其可用于高速電子設(shè)備。此外，AlGaN/GaN 等異質(zhì)結(jié)構(gòu)允許制造高速器件，例如 HEMT。ZnO 是一種具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的直接寬帶隙材料，可用于氣體傳感器、透明電極、液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、壓電換能器、光電材料器件、藍(lán)光、UV LED 和激光二極管。ZnO 對(duì)藍(lán)光/紫外 LED 和薄膜晶體管 (TFT) 具有濃厚的興趣。與 GaN 相比，ZnO 具有在廉價(jià)玻璃上相對(duì)較低的生長(zhǎng)溫度和比 GaN (25meV) 高得多的激發(fā)結(jié)合能 (~ 60meV) 的優(yōu)勢(shì)。這意味著 ZnO 在室溫下具有更穩(wěn)定的激子態(tài)，因?yàn)闊崮芗s為 26meV。由于室溫下的熱量或激子之間的散射，ZnO 半導(dǎo)體中的激子不會(huì)分解成自由電子或空穴。此外，還提供商業(yè) ZnO 基板。與 GaN 相比，ZnO 系統(tǒng)還具有更簡(jiǎn)單的加工工藝，GaN 無(wú)法在安全溫度下在常規(guī)酸混合物中進(jìn)行濕蝕刻。由于其寬帶隙（6H 為 3.08 eV，4H 為 3.28 eV）、高擊穿電場(chǎng)和高電子飽和速度。所有化合物半導(dǎo)體器件和電路占據(jù)微電子市場(chǎng)的總百分比約為 5%，但它們確實(shí)填補(bǔ)了 Si 無(wú)法獲得的重要利基。

處理化合物半導(dǎo)體時(shí)存在許多挑戰(zhàn)，包括與 III 族和 II 族元素相比，V 族和 VI 族元素的蒸氣壓相對(duì)較高，以及難以形成高度可靠的歐姆和整流觸點(diǎn)。有必要為 GaN（即 InGaN/GaN/AlGaN）和 ZnO（即 ZnMgO/ZnO/ZnCdO）的異質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的不同材料開(kāi)發(fā)高選擇性和非選擇性蝕刻工藝。許多努力致力于實(shí)現(xiàn)晶格匹配的組合物，以避免引入會(huì)降低隨后制造的器件的電傳輸和光學(xué)質(zhì)量的穿透位錯(cuò)。在某種程度上，InGaN/AlGaN 系統(tǒng)代表了一個(gè)例外，因?yàn)楦吡炼劝l(fā)光二極管 (LED) 和激光二極管已經(jīng)得到證明。對(duì)于 LED 而言，由此產(chǎn)生的可靠性足以滿足商業(yè)應(yīng)用的需求，但異質(zhì)外延材料中的高位錯(cuò)密度限制了激光二極管的壽命，其中很多較高的電流密度會(huì)導(dǎo)致金屬遷移，從而使 pn 結(jié)短路。在準(zhǔn) GaN 襯底上生長(zhǎng)的材料中，這種機(jī)制不存在 ，并且激光二極管具有更長(zhǎng)的壽命。

在以下部分中，我們將回顧一些常見(jiàn)寬帶隙半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的濕法蝕刻方法。

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通常，III-V 族材料的濕蝕刻涉及使用氧化劑氧化表面，然后溶解可溶性反應(yīng)產(chǎn)物。蝕刻在性質(zhì)上趨于基本各向同性，如示意圖所示進(jìn)行圖 1。這說(shuō)明了從層 2 選擇性蝕刻層 1，以及層 1 上掩模的底切。在 III-V 化合物的情況下，主要包含一種或其他元素的結(jié)晶方向的不同蝕刻速率可能導(dǎo)致到一定程度的各向異性和不同的側(cè)壁形狀。

蝕刻速率可能受到活性蝕刻劑物質(zhì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體表面的限制，或者受可溶性產(chǎn)物的擴(kuò)散限制。 ?在這種情況下，蝕刻被稱(chēng)為擴(kuò)散限制，其特征包括平方根蝕刻深度依賴(lài)于蝕刻時(shí)間、活化能 以及蝕刻速率對(duì)溶液攪拌的強(qiáng)烈依賴(lài)。由于難以獲得可重復(fù)的速率，因此這種蝕刻模式對(duì)于器件制造來(lái)說(shuō)是不可取的。

另一個(gè)限速步驟可能是表面的化學(xué)反應(yīng)。在這種情況下，蝕刻深度與時(shí)間呈線性關(guān)系，活化能速率與溶液攪拌無(wú)關(guān)。這是器件制造的首選蝕刻模式，因?yàn)橹恍枰刂茰囟群腿芤撼煞帧?/p>

由于濕法蝕刻在本質(zhì)上往往是各向同性的，掩模的底切使其不適合?。?lt;2 m）特征的圖案轉(zhuǎn)移。與干蝕刻相比，還有許多其他缺點(diǎn)，包括由于可能暴露在化學(xué)品和煙霧中而增加的安全隱患，以及蝕刻過(guò)程中形成的氣泡會(huì)導(dǎo)致局部未蝕刻區(qū)域。

由于其硬度 (H=9+)，碳化硅是金屬、金屬部件和半導(dǎo)體晶片使用最廣泛的研磨和拋光磨料之一。然而，這種特性使其難以在典型的酸或堿溶液中蝕刻。在其單晶形式下，碳化硅在室溫下不受單一酸的侵蝕。事實(shí)上，蝕刻 SiC 的唯一技術(shù)是使用熔鹽通量、熱氣體、電化學(xué)工藝或等離子蝕刻。表 1 列出了熔鹽溶液和成功蝕刻 SiC 所需的溫度。這些高溫腐蝕性混合物的缺點(diǎn)包括需要昂貴的 Pt 燒杯和樣品架（可以承受熔融鹽溶液）以及無(wú)法蝕刻掩膜樣品，因?yàn)楹苌儆醒谀つ軌蛉菁{這些混合物。

光電化學(xué)蝕刻可以成功地用于 SiC 。半導(dǎo)體在酸或堿溶液中的溶解速率可以通過(guò)用帶隙以上的光照射而改變。光增強(qiáng)蝕刻的機(jī)制產(chǎn)生，隨后半導(dǎo)體氧化解離為其組成元素（消耗光產(chǎn)生的空穴的反應(yīng)）以及溶液中的氧化劑通過(guò)與光生電子。通常，在這些條件下，n 型材料很容易被蝕刻，而 p 型材料不是由于將光生空穴限制在半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面的要求（即，p 表面耗盡了空穴，因?yàn)閹澢?。這允許從下面的 p-SiC 層 選擇性去除 n-SiC。在無(wú)光照條件下，如果樣品正確偏置，通?？梢垣@得反向選擇性，因?yàn)?n-SiC 需要光生載流子以進(jìn)行蝕刻。使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 在無(wú)光照條件下，如果樣品正確偏置，通常可以獲得反向選擇性，因?yàn)?n-SiC 需要光生載流子以進(jìn)行蝕刻。使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。

由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 在無(wú)光照條件下，如果樣品正確偏置，通?？梢垣@得反向選擇性，因?yàn)?n-SiC 需要光生載流子以進(jìn)行蝕刻。使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 因?yàn)?n-SiC 需要光生載流子以進(jìn)行蝕刻。使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 因?yàn)?n-SiC 需要光生載流子以進(jìn)行蝕刻。使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù) 使用 Hg 燈可以實(shí)現(xiàn)大面積蝕刻，并且由于金屬掩模（通常為 Ti）的陰影效應(yīng)允許載流子僅在未掩模區(qū)域中產(chǎn)生，因此可以獲得一定程度的各向異性。該技術(shù)的一些缺點(diǎn)包括相當(dāng)粗糙的表面形態(tài)（由于晶體缺陷周?chē)鷧^(qū)域的溶解速率增加）、無(wú)法圖案化非常小的尺寸特征以及蝕刻速率的均勻性差。由于這些原因，現(xiàn)在大多數(shù)注意力都集中在 SiC 的干法刻蝕方法上，大多數(shù)已為該材料系統(tǒng)中的高功率、高溫電子設(shè)備而開(kāi)發(fā)。

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