电化学刻蚀InP过程中电流密度对刻蚀深度的影响

梁凯华

摘 要：文章通过进行电化学阳极刻蚀InP实验研究了在电化学刻蚀过程中电流密度发生变化时对刻蚀速率的影响并分析了其原因，实验结果表明：在其他电化学参数不变的情况下，刻蚀速率与电流密度呈线性关系。

关键词：电流密度；刻蚀深度；影响

1 概述

近年来，人们发现规则有序的多孔阵列结构具有新的特性，光会在特定的周期性变化材料中被完全禁止传播，并将具有这种特性的光学材料定义为光子晶体，自光子晶体被发现以来，由于其具有特殊的光学性质，并在光通信、激光技术等领域存在潜在的应用而备受关注，如单模发光二极管、高效零阈值的激光器、高效率低損耗的反射镜、高品质因子的光学微腔等[1]。在之前的实验中发现，在适当的参数条件下，利用电化学的方法阳极刻蚀InP可以制备出规则的二维、三维多孔阵列结构，这完全符合光子晶体的特征，并且，InP相对于空气的介电常数比是12.5，易于形成光子带隙结构。然而，制备半导体光子晶体器件，器件的尺寸必须受到严格要求，可是由于在电化学刻蚀过程中材料的去除和沉积都是以离子迁移的形式进行[2]，刻蚀出的多孔阵列结构的深度必然会受到许多客观因素的影响，因此，本章通过实验研究了电化学刻蚀过程中电流密度变化时对刻蚀深度的影响。

2 实验

2.1 实验装置

实验所用的衬底为S掺杂n型InP（100）单面抛光衬底片（由中科院半导体研究所制作），载流子浓度1.73×1018cm-3，直径50.8+/-0.4mm，厚度350+/-25μm。实验所用的电化学工作站购于上海辰华有限公司（型号CHI660D）。电化学系统采用标准的三电极系统，其中，InP作为工作电极，Pt作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，如图1所示。

选择电化学技术为计时电位法，调整电解液温度调整为10℃，在3M NaCl溶液中进行实验，依次改变电流密度为120mA/cm2、180mA/cm2、240mA/cm2、300mA/cm2，刻蚀时间为5min。

2.2 实验结果

通过电化学实验刻蚀所得到的多孔InP结构截面结构如图2所示。

从图2中可以看出当电解液温度为10℃不变时，电流密度为120mA/cm2时刻蚀深度为35.61μm，平均刻蚀速率为118.7nm/s，电流密度为180mA/cm2时刻蚀深度为41.55μm，平均刻蚀速率为138.5nm/s，电流密度为240mA/cm2时刻蚀深度为47.42μm，平均刻蚀速率为158nm/s，电流密度为300mA/cm2时刻蚀深度为58.34μm，平均刻蚀速率为194.46nm/s。

2.3结果分析

从实验结果可以得出，当电解液温度恒定为10℃，电流密度从120增长至180mA/cm2时，刻蚀深度增加了5.94μm，平均刻蚀速率增加了19.8nm/s，电流密度从180增长至240mA/cm2时，刻蚀深度增加了5.87μm，平均刻蚀速率增加了19.5nm/s，电流密度从240增长至300mA/cm2时，刻蚀深度增加了10.92μm，平均刻蚀速率增加了36.46nm/s。这可以明显的看出在其他条件不变的情况下，刻蚀深度及刻蚀速率与电流密度的增加而变大，尽管不同InP样品之间存在一定的误差，但是深度及速率的递增趋势非常明显。

3 结束语

文章通过进行电化学阳极刻蚀InP实验研究了在电化学刻蚀过程中电流密度发生变化时对刻蚀速率的影响，实验结果表明：在其他电化学参数不变的情况下，刻蚀速率与电流密度呈线性关系。

参考文献

[1]倪培根.光子晶体制备技术和应用研究进展[J].物理学报，2010（01）：340-350.

[2]柴向宇.磷化铟三维纳米阵列结构制备及特性研究[D].长春：长春理工大学，2015.