本文以在藍(lán)寶石襯底上外延生長的氮化鎵（GaN）為原材料,通過光電化學(xué)濕法刻蝕、光化學(xué)濕法刻蝕、小球模板法刻蝕以及烘干、旋涂、提拉、蒸鍍、沉積等半導(dǎo)體材料的工藝方法,初步實(shí)現(xiàn)了圖形化可控刻蝕GaN的目的,并利用III-V族半導(dǎo)體的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)光致發(fā)光、光電流響應(yīng)和表面增強(qiáng)拉曼散射等應(yīng)用。研究內(nèi)容包括以下三個方面:1.以300W氙燈為光源,通過光輔助電化學(xué)刻蝕的方法,利用離子液體作為刻蝕液,對GaN進(jìn)行造孔,表面粗糙化的刻蝕。分析了1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽和1-乙基3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽這三種相同陽離子且不同陰離子基團(tuán)的離子液體對GaN刻蝕形貌的影響,并分析了1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽,1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽這三種相同陰離子,不同陽離子基團(tuán)的離子液體對GaN刻蝕形貌的影響。隨后選用1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽作為刻蝕劑進(jìn)行刻蝕電壓和刻蝕時間的優(yōu)化實(shí)驗(yàn),并對晶格結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵進(jìn)行測試分析。2.對GaN表面進(jìn)行可控的圖形化刻蝕。分別采用孔徑為35μm和6.5μm的銅網(wǎng)作為掩膜通過光電化學(xué)... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光電化學(xué)刻蝕氮化鎵實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖 2.1 光電化學(xué)刻蝕氮化鎵實(shí)驗(yàn)裝置示意圖果討論用Hitachi S-4800型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡對刻蝕后的GaN片表面征。圖 2.2 為利用[EMIM][OTF]、[EMIM][NTF2]、[EMIM][CF3OAcaN 片以及平面 GaN 的掃描電子顯微鏡圖。根據(jù) SEM 圖像可以發(fā)現(xiàn)件下不同陰離子的離子液體對 GaN 的刻蝕效果有很大的差別。

所以根據(jù)刻蝕后的形貌可以確定[EMIM][OTF]是光電化學(xué)刻蝕 GaN 中相對理想的離子液體刻蝕劑之一�？涛g機(jī)理示意圖如圖 2.3 所示。在 300W 的氙燈垂直照射和電場的作用下，GaN 中的電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶上，實(shí)現(xiàn)電子與空穴的分離。隨后，空穴從 GaN的內(nèi)部移動到 GaN 與離子液體的界面處，由于離子液體中的陰離子比水溶液中的陰離子靜電吸引能力更強(qiáng)，在固液界面處會與空穴相互作用。因此 Ga 原子與N 原子之間的三鍵斷裂，Ga3+溶解到離子液體中形成化合物。兩個氮原子結(jié)合生成 N2，在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到有大量的氣泡產(chǎn)生可以證明這一點(diǎn)�？偠灾D(zhuǎn)移到 GaN 表面的空穴即是刻蝕的中心。以[EMIM][OTF]為例可以推斷刻蝕的反應(yīng)式：2GaN + 6h++ 6CF3SO3-= 2Ga(CF3SO3)3+ N2↑。圖 2.3 刻蝕機(jī)理示意圖圖 2.4 是[EMIM][OTF]、[EMIM][NTF2]、[EMIM][CF3OAc]三種離子液體結(jié)構(gòu)式，如圖 2.4 所示實(shí)驗(yàn)中選擇的均是 1-乙基-3-甲基咪唑三氟基離子液體

【參考文獻(xiàn)】：
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