[發明專利]飛秒激光干法刻蝕加工氮化鎵的方法

有效

• 申請號: 202011489533.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112719607B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 歐艷;付斯倚;李圣;錢錦文;肖逸鋒;吳靚;張明華
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;H01L21/3065
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種飛秒激光輔助干法刻蝕加工氮化鎵的方法，該方法實現氮化鎵材料微結構的制備。首先利用飛秒激光作用在氮化鎵材料表面形成一個燒蝕彈坑，實現氮化鎵材料局部區域改性；隨后在氯氣和三氯化硼混合氣體的氛圍中，采用感應耦合等離子體干法刻蝕的方法對飛秒激光加工后的氮化鎵材料進行物理、化學刻蝕，由于飛秒激光輻照后使得氮化鎵材料性質發生改變，導致感應耦合等離子體干法刻蝕對飛秒激光輻照后形成的改性區與未改性區的刻蝕速率不同，最終在飛秒激光改性區形成微結構。本發明提供了一種加工方式簡單、低成本的方法加工氮化鎵材料。

技術領域

本發明涉及一種飛秒激光干法刻蝕加工氮化鎵的方法，其中利用飛秒激光處理和感應耦合等離子體(ICP)干法刻蝕相結合的方法從而實現氮化鎵材料的加工。屬于飛秒激光應用技術領域。

背景技術

氮化鎵作為代表性第三代半導體材料，其具有禁帶寬、化學穩定性強且能透紫外光等優越的性能，常被應用于深紫外發光二極管(LED)和紫外激光器(LD)等器件的制備。然而，由于氮化鎵具有極為穩定的化學性能，使其在室溫下基本不與酸性溶液和堿性溶液反應；同時，氮化鎵還具有高硬度、高熔點等特點。一直以來對氮化鎵進行微加工都很困難，傳統機械加工或濕法刻蝕等方法都難以對其進行加工。

對于氮化鎵材料的加工，長期以來，都是借助于光刻技術與干法刻蝕技術相結合的方法對氮化鎵材料進行加工，但由于該技術需要對氮化鎵材料進行光刻處理，導致其加工工藝復雜、技術門檻高等問題。而近年來，隨著飛秒激光微納加工技術的發展，有研究提出了使用飛秒激光技術對氮化鎵材料進行加工，然而，其所獲得的結果表面質量難以滿足使用要求。因此，將飛秒激光與干法刻蝕相結合起來，有望解決上述難題。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種飛秒激光和干法刻蝕加工氮化鎵的方法，解決了現有加工方法的工藝復雜、技術門檻高以及加工質量低等問題。通過使用飛秒激光技術對氮化鎵材料表面進行加工，形成激光改性區，隨后利用ICP干法刻蝕對氮化鎵材料激光改性區與未改性區刻蝕速率的不同，以不同的速率去除不同區域的材料，最終實現氮化鎵材料加工工藝簡單、低成本、高質量的加工。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種飛秒激光干法刻蝕加工氮化鎵的方法，包括以下步驟：

步驟一、搭建飛秒激光微加工系統，選用中心波長為800nm，重復頻率為1kHz，脈沖寬度為30fs的飛秒激光。通過一個數值孔徑為0.5的物鏡聚焦到固定在三維平移臺上的氮化鎵樣品表面；

步驟二、調控作用在氮化鎵表面的飛秒激光脈沖數為50-400個，脈沖能量為3-9mW，加工點間隔為20μm；

步驟三、將飛秒激光加工后的氮化鎵樣品分別在丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗5分鐘，去除激光燒蝕產生并散落在樣品表面的顆粒；

步驟四、將清洗好的樣品放置在感應耦合等離子刻蝕系統的刻蝕腔中，在Cl₂和BCl₃的混合氣體的等離子體環境下，通過控制刻蝕參數，實現氮化鎵材料微結構的干法刻蝕加工；

步驟五、將刻蝕后的氮化鎵分別在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗5分鐘，即可得到一塊具有微結構陣列的樣品。

所述的作為靶材的目標材料為鎵極性氮化鎵材料。