宽带隙氧化锌和氧化镓的干法刻蚀研究

摘要

宽带隙ZnO和Ga2O3材料是近年来的研究热点，ZnO带隙为3.37eV;在紫外区透明性好，激子束缚能高达60meV。这些优点使它在短波长光电器件、透明导电薄膜、低阈值激光器方面具有很大的应用潜力。而Ga2O3带隙为4.2～4.9eV，紫外透明波段更低，击穿场强高，使其在短波长光电器件、透明导电薄膜、功率器件方面也有很大的发展潜力。刻蚀技术作为光电器件制备的工艺，在光电器件的结构制备、图形化处理、电极制备等工艺流程中属于关键核心工艺，所以研究其刻蚀技术对研发宽带隙ZnO和Ga2O3的器件应用具有重要意义。
　　在工业生产中，干法刻蚀逐渐取代湿法刻蚀，成为主流刻蚀工艺，其中感应耦合等离子体刻蚀(ICP)以其操作简单、可控性好、速率快、精细度高等优点，得到广泛应用。目前，对于ZnO的湿法刻蚀研究较多，而干法刻蚀研究很少，且主要集中于Cl基气体的干法刻蚀速率的研究，对于刻蚀后薄膜表面形貌和光学特性的影响报导极少。对于Ga2O3的湿法刻蚀研究很少，而对于它的干法刻蚀未见报导。
　　本论文我们采用SF6/Ar对ZnO和Ga2O3分别进行了ICP干法刻蚀，并研究了刻蚀对薄膜的结晶特性和光学特性的影响，主要工作有:
　　1.系统分析了干法刻蚀工艺中ICP源功率、射频RF功率、腔室气压对ZnO薄膜刻蚀速率的影响。
　　2.通过原子力显微镜观测，研究了源功率，射频功率对ZnO表面粗糙度的影响;通过光致发光谱的表征，研究了源功率，射频功率，腔室气压对ZnO薄膜发光特性的影响。
　　3.系统分析了干法刻蚀工艺中源功率，射频功率，腔室气压，气体流量比对Ga2O3薄膜刻蚀速率的影响。
　　4.通过X射线衍射仪，研究了改变SF6/Ar气体流量比对刻蚀后薄膜结晶质量，晶粒尺寸的影响;通过原子力显微镜观测，研究了刻蚀对薄膜表面粗糙度的影响;利用透射吸收谱，研究了刻蚀对薄膜光学特性，光学带隙的影响;