AlGaAs/GaAs 半导体中光波导的垂直集成

摘要：许多 III-V 器件需要暴露埋层以形成金属接触或形成台面结构与同一晶片上的相邻器件进行电隔离，因此蚀刻将始终是关键的制造步骤。湿蚀刻是最容易实施的，因为它们只需要简单的台式玻璃器皿（如果涉及 HF，则需要塑料器皿）。在为任何应用选择特定蚀刻工艺时要考虑的关键问题是速率、均匀性、选择性、关键尺寸控制、特征轮廓和表面损伤，这些都会降低电子特性，从而降低器件性能。

   湿蚀刻最有利的特性是它们几乎不会造成表面电子损伤。对于许多应用来说，最不希望的湿蚀刻特性是不可避免地倾向于底切蚀刻掩模。无论是垂直和横向蚀刻速率（各向同性蚀刻）还是取决于半导体的特定暴露晶面的蚀刻速率（晶体蚀刻），都可以观察到这一点。由于湿蚀刻速率对温度、溶液搅拌和掩模的晶体排列的频繁依赖性，关键尺寸的精确控制变得更加困难。

  GaAs 和其他半导体的表面清洁涉及两个不同的方面。首先是去除污染物，例如有机化合物和金属离子。第二个是去除原生氧化物以暴露裸露的半导体以进行后续处理，例如金属接触沉积。天然氧化物的存在不利于 AlxGa1-xAs 器件的制造，因为与 AlxGa1-xAs 外延层相比，它受到的蚀刻工艺非常不同。

   当表面没有被有机物严重污染时，在丙酮中煮沸 10 分钟、在甲醇中煮沸 5 分钟和去离子水冲洗就足够了。使用超声波的超声处理也可用作提高清洁效率的替代方法。在本论文中，必要时将丙酮、IPA 和去离子水结合加热和超声处理来去除常规有机污染物。

   对于去除金属离子污染物，使用可与多种金属离子形成络合物的化学品进行冲洗非常有效。氢氧化铵溶液是一个很好的选择。NH4OH 是通过将 NH3 溶解在水中形成的：NH3+H2O ↔ NH4OH。铵离子与溶液中的氨 (NH3) 处于平衡状态，并且已知氨会与许多过渡金属形成可溶性金属络合物 M(NH3)y+x。这是非常可取的，因为过渡金属会降低电子特性。

   NH 的两个额外优势4OH 溶液具有去除 GaAs 天然氧化物的能力和皂化能力。AlxGa1-xAs 暴露在空气中会氧化。它的氧化速率随着 AlxGa1-xAs 中铝含量的增加而增加。手工处理威化饼可能会接触到脂肪。皂化是用 OH- 水解脂肪（脂肪酸酯）以形成甘油和脂肪酸盐（肥皂）的过程，这两种物质都高度可溶。在本论文中，将一份 30% NH4OH 与十份去离子水混合以清洁金属离子污染物、天然氧化物和脂肪。根据样品的表面条件使用加热和超声处理。