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感应耦合等离子体刻蚀对具有GaN/AlN周期性堆叠结构的APD的I-V曲线的影响

DOI：10.1002/pssa.201900655 期刊：physica status solidi (a) 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 电感耦合等离子体（ICP）广泛应用于III族氮化物材料的干法刻蚀，其中GaN与AlN的刻蚀参数差异显著。本文针对雪崩光电二极管制备中GaN/AlN周期性堆叠结构（PSS）的ICP干法刻蚀工艺参数开展了深入研究与优化，通过调控Cl2/BCl3/Ar等离子体流量比、偏压及ICP刻蚀的GaN对SiNx选择比，实现了优异的表面形貌与近垂直侧壁。研究发现Cl2流量对GaN/AlN材料的刻蚀速率与表面粗糙度影响显著。经工艺优化后，刻蚀表面的均方根粗糙度（RMS）仅为1.46 nm，接近原生长表面。将该优化ICP干法刻蚀工艺应用于GaN/AlN PSS雪崩光电二极管（APD）制备，在-90 V偏压下暗电流从3.6 A/cm2抑制至8.2×10?3 A/cm2。
作者： Xingzhao Wu，Prof. Lai Wang，Prof. Zhibiao Hao，Dr. Yanjun Han，Prof. Changzheng Sun，Prof. Bing Xiong，Dr. Jian Wang，Dr. Hongtao Li，Prof. Yi Luo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为研究并优化用于雪崩光电二极管（APD）制造的氮化镓/氮化铝周期性堆叠结构（PSS）的ICP干法刻蚀工艺参数，重点实现优异的表面形貌和近乎垂直的侧壁，并分析其对APD暗电流的影响。

研究成果

针对GaN/AlN图案化蓝宝石衬底的优化ICP干法刻蚀工艺显著改善了表面形貌和侧壁垂直度，从而使APD的暗电流大幅降低。虽然该改进以较慢的刻蚀速率为代价，但器件性能的提升证明了这一权衡的合理性。该研究成果适用于其他GaN/AlN异质结构半导体器件。

研究不足

该研究承认，降低Cl2气体流量会减缓GaN/AlN图案化蓝宝石衬底（PSS）的刻蚀速率，但这是以获得更光滑表面和更垂直侧壁为代价的。该优化过程针对GaN/AlN PSS特定材料，若未进一步调整可能无法直接适用于其他材料或结构。

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