（微电子学与固体电子学专业论文）gaas基hbt器件及工艺研究.pdf

摘要 本文探讨了g a a sh b t 在高速和射频领域的应用前景；介绍了h b t 的基本 原理、基本结构及主要类别；分析了g a a s 基h b t 制作的关键工艺；较好的解 决了i n g a p 发射极的腐蚀问题，制作出w s i + t i a u 型的t 型发射极并获得性能 良好的器件：最后，对h b t 的在无线和光纤通信中的应用作了探讨。 ，“。一一 在实验中有两个主要的工艺难点： 、 1 ，腐蚀是h b t 制作的关键所在。h b t 的基区通常很薄( 约6 0 0 到8 0 0 a ) ， 要找到基区就要腐蚀掉其上约2 0 0 0 3 0 0 0 a 的c a p 层和发射极层，在到达基区 后1 5 0 a 内停止下来，要做到这一点并不容易。因为i n g a p 和g a a s 之间易于做 到选择腐蚀，所以采用i n g a p 作发射极可以有效的解决这一问题。然而在实验中 却发现用常规的腐蚀液难以腐蚀i n g a p 。在经过多次试验后我们最终找到了种 能够腐蚀i n g a p 并得到较好表面的腐蚀液。 2 ，为了制作小尺寸器件并减小器件的寄生参数，自对准工艺是必需的。我 们对几种比较先进的自对准技术进行了讨论，并做了很多实验，最后选定了 w s i + t i a u 型的自对准工艺。我们得到了良好的t 型发射极并利用它制作了自对 一 一 准的h b t 器件一 、 关键词：异质结双极晶体管：白对准，选择腐蚀。 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , t h ea p p l i c a t i o no fh b t i n h i g h s p e e d c i r c u i ta n dr fi ci s d i s c u s s e d ；t h e nt h ef u n d a m e n t ，t h eb a s i cs t r u c t u r ea n dt h em a i nc l a s so fh b t a r e i n t r o d u c e d ；t h ek e yf a b r i c a t i o np r o c e s so fh b ti ss t u d i e d ；t h ed i f f i c u l t i e s i nt h e e t c h i n g o fi n g a pe m i t t e ra r e s o l v e d ；t h e t s h a p e e m i t t e rm e t a la n dt h e g o o d p e r f o r m a n c ed e v i c e sa r ef a b r i c a t e d ；f i n a l l y , t h ea p p l i c a t i o no fh b t i nf i b e r o p t i c a lc o m m u n i c a t i o na n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni sd i s c u s s e d t h e r ea r et w om a i nd i f f i c u l t i e si nt h ee x p e r i m e n t s ： i , e t c h i n gi st h eo n eo f t h ek e yp r o c e s si nt h ef a b r i c a t i o no f h b t g e n e r a l l y ，t h e b a s el a y e ri sv e r yt h i n ( a b o u t6 0 0t o8 0 0 a ) i no r d e rt oa c c e s st h eb a s e ，i ti sn e c e s s a r y t oe t c ht h r o u g ha b o u t2 0 0 0t o3 0 0 0 ac a pa n de m i t t e rl a y e ra n ds t o pe t c h i n gw i t h i n 15 0 aa f t e rr e a c h i n gb a s el a y e r i ti sn o tv e r ye a s y s i n c ei ti se a s yt o g e ts e l e c t i v e e t c h i n g b e t w e e ni n g a pa n dg a a s ，t h ef a b r i c a t i o nw o u l db ec o n t r o l l a b l e ，i ft h e m a t e r i a lo fe m i t t e ri si n g a p h o w e v e gi no u re x p e r i m e n t s ，t h ei n g a pe m i t t e rc a n tb e e t c h e du s i n gu s u a le t c h i n gl i q u o r t h r o u g hh u n d r e d st i m e se x p e r i m e n t s ，w ef i n a l l y f i n das u i t e dl i q u o rf o rt h ee t c h i n go fi n g a pe m i t t e r 2 ，s e l f - a l i g n e df a b r i c a t i o np r o c e s st e c h n o l o g yi sn e c e s s a r yf o rr e a l i z i n gas m a l l h b ta n dt h u sr e d u c i n gp a r a s i t i ce l e m e n t s t h r e ea d v a n c e ds e l f - a l i g n e dt e c h n o l o g i e s a r ed i s c u s s e d ，a n dw eh a v ed o n em a n ye x p e r i m e n t sf o rt h e m a sa ne m p h a s i s ，t h e w s i + t i a ut s h a p e e m i t t e rm e t a lh b ta r ef a b r i c a t e d k e y w o r d s ：h b t , s e l f - a l i g n e d ，s e l e c t i v ee t c h i n g 3 第一章前言 第一节通信技术与g a a sh b t 在信息社会中，通信技术日渐成为人们关注的焦点。随着社会的发展，信息 流日趋庞大，人们对现代通信技术的速度和带宽提出了越来越高的要求。化合物 半导体材料以其特有的优良性质，在超高速微电子学和光电子学中占据了重要的 地位。近年来特别是在超高速，低噪声，新性能，新器件方面，发展极快，大有 取代硅的趋势。g a a s 材料以其相对稳定的性质，成熟的工艺而成为目前化合物 半导体的主流和典型代表。g a a s 有一系列的优良特性，如电子迁移率是s i 的6 倍( 杂质浓度1 o e l 7 c m 3 时) ，电子饱和速度是s i 的两倍( 外加电场：1 0 k v c m ) ， 在高速方面得到了人们极大的关注。1 9 6 6 年，最早的g a a sm e s f e t 问世，1 9 7 4 年h p 公司率先发表了采用g a a sm e s f e t 的逻辑门i c 的报告，1 9 8 0 年出现了 h e m t ，1 9 8 2 年h b t 诞生。经过各国科学家几十年的研究，人们在g a a s 器 件和电路上取得了很大的进展，特别在最近十几年，发展极快，无论在设计制造 和应用方面都走向了实用化。近几年来，由于无线通信的迅猛发展，射频芯片极 其紧俏，g a a s 器件和电路也因之迎来了新的发展机遇，预计这种趋势还将持续 很长一段时间。从1 9 9 8 年到1 9 9 9 年g a a si c 的市场增长了4 0 ，世界主要g a a s 器件制造厂商大都获得了超过5 0 的高速增长，由此可以看出g a a s 器件的前景 还是很乐观的。据权威机构预测，到2 0 0 4 年，g a a si c 市场将从1 9 9 9 年的1 6 亿美元增长到5 0 6 0 亿美元。以下是一个增长曲线图，从中可以看到市场增长 是极快的【2 j 。 锩墨捻：慧j ：麓? 蕊怒然溜裟篙镒三赫 ：。鼍嚣= ：黑! 誊f 黑1 裟! ? z ：2 “一”“一“ 图1 i ig a a s i c 市场预测 第一章前言 第一节通信技术与g a a sh b t 在信息社会中，通信技术日渐成为人们关注的焦点。随着社会的发展，信息 流日趋庞大，人们对现代通信技术的速度和带宽提出了越来越高的要求。化合物 半导体材料以其特有的优良性质，在超高速微电子学和光电子学中占据了重要的 地位。近年来特别是在超高速，低噪声，新性能，新器件方面，发展极快，大有 取代硅的趋势。g a a s 材料以其相对稳定的性质，成熟的工艺而成为目前化合物 半导体的主流和典型代表。g a a s 有一系列的优良特性，如电子迁移率是s i 的6 倍( 杂质浓度1 0 e 1 7 c m 3 时) ，电子饱和速度是s i 的两倍( 外加电场：1 0 k v c m ) ， 在高速方面得到了人们极大的关注。1 9 6 6 年，最早的g a a sm e s f e t 问世，1 9 7 4 年h p 公司率先发表了采用g a a sm e s f e t 的逻辑门i c 的报告，1 9 8 0 年出现了 h e m t ，1 9 8 2 年h b t 诞生。经过各国科学家几十年的研究，人们在g a a s 器 件和电路上取得了很大的进展，特别在最近十几年，发展极快，无论在设计制造 和应用方面都走向了实用化。近几年来，由于无线通信的迅猛发展，射频芯片极 其紧俏，g a a s 器件和电路也因之迎来了新的发展机遇，预计这种趋势还将持续 很长一段时间。从1 9 9 8 年到1 9 9 9 年g a a si c 的市场增长了4 0 ，世界主要g a a s 器件制造厂商大都获得了超过5 0 的高速增长，由此可以看出g a a s 器件的前景 还是很乐观的。据权威机构预测，到2 0 0 4 年，g a a si c 市场将从1 9 9 9 年的1 6 亿美元增长到5 0 6 0 亿美元。以下是一个增长曲线图，从中可以看到市场增长 是极快的f 2 j 。 m a r k e tf q r e c a s tf o rg a a si c s ，一 一 “) l l t 。i 一 一一 3 攒 ，。l7 j “ 番函潮j 1 9 9 9 2 0 0 12 0 0 3 l 沁l “r k r if t 、tl t r i hl 、t 、f - ，i | t 一 f p “l ”、 r t t 一、| l “l d r h “h t t i l l t “ rs 22b i l l i o r lf fn h l f f i t 、h i ，删t | 、”m | ，1 o n d t n h a f a l li l i a , i t a l 、h i t , c h ；f il r t t l ；，t i t f i f “ 图1 1 1g a a s i c 市场预测 作为g a a s 异质结器件的一名新成员，在现代外延技术的推动下，g a a s 基 h b t 在近些年取得了很大的发展，正逐步进入大规模的实用化阶段。g a a s 基 h b t 以其独特的优势成为现代通信的关键领域无线通信和光纤通信技术的 关键器件之一。 无线通信( 主要是手机和无线局域网) 和光纤通信在近一二十年来取得了前 所未有的迅猛发展，这极大的刺激了市场对高频高速器件的需求。以下是上述几 个领域的市场动态，其发展速度是惊人的。 世界手机销售量19 9 9 年为2 4 0 亿部，2 0 0 0 年可达3 2 5 部，2 0 0 4 年将达6 亿部。中国的手机用户1 9 9 9 年为4 3 0 0 万人，预计到年底这一数据将达6 5 0 0 万 人，2 0 0 4 年则将上升到1 5 亿人。 无线局域网( w l a n ) 市场正在迅速膨胀，预计到2 0 0 4 年时，w l a n 市 场将从1 9 9 9 年的7 亿7 千万美元增加到2 2 亿美元，年复合增长率达2 5 ，全球 将有2 0 以上的员工通过w l a n 与公司网络连接【3 】。 通信光纤元件的全球销售额从1 9 7 5 年微不足道的2 5 0 万美元迅速扩展到 2 0 0 0 年的1 5 8 亿美元，年均增长率高达4 2 。这种十分可观的增长不会停步，虽 然速度略为降低，年均增长率为1 6 6 ，待到2 0 2 5 年仍将达到7 3 9 0 亿美元。光 纤元件、电子元件以及其它元件，再加上光通信软件全球光通信设备在2 0 2 5 年 可达到几万亿美元“1 。 另外，工作频率的不断提高也是通信技术发展一个不可抗拒的趋势，这也促 使人们加紧对高速通信电路的研制。 - k 手机目前的工作频率主要集中在8 0 0 9 0 0 m h z 和1 8 0 0 1 9 0 0 m h z 两个频段， 由于1 g h z 左右的频率资源已经比较紧张，预计未来移动通信的主要工作频段将 集中在1 3 g h z ，总体上有提高的趋势。 - k 目前主要的几个w l a n 协议i e e e 8 0 2 1 ，b l u e t o o t h ，h o m er f 都使用 2 5 g h z 的频率，将来有向5 g h z 发展的趋势。 已铺设的光纤通信主干道主要采用2 5 g b s 的调制码率，不久的将来 1 0 g b s 将会取而代之。4 0 g b s 的光纤通信电路也已经研制出来。 第二节高速和射频领域各种器件的比较 目前用于超高速领域的器件主要有s i g eh b t ，s ib j t ，s ic m o s ， s ib i c m o s ，g a a s m e s f e t ，g a a sh e m t 和g a a sh b t 。 1 9 9 9 年的i e e eg a a si c 会议对上述器件进行了如下的比较【5 】( 见表1 1 ) ： ( 此表主要针对移动通信用的器件) h b th b tb j tc m o sm e s f e th b th e m t s i o es i g es is ig a a sg a a sg a a s f e a t u r es i z e 2 5 1 u no 5 9 mo 4 1 a m 0 1 8 u m 0 5 p a n 3 啪0 5 啪 f t g h z 7 45 02 53 02 03 53 0 f m 。【g h z 】 7 56 54 03 54 06 06 0 n f 。i n d b 】0 9 21 1 21 1 21 5 2o 5 21 0 2o 3 2 g h zg h zg h zg h zg h zg h zg h z q i n d 8 1 51 5822 52 52 5 v b r e a k d o w v l 2 533 51 82 02 01 2 表1 1 各种高速器件的比较 从中可以看g a a sh b t 技术可以使用相对较宽的线条( 3 u m ) 制作出高频特 性优良的器件。s i g e h b t 和g a a s h b t 有着相似的原理和性质，它比一般的s i 器件的高频性能要好得多，与g a a s 技术相比它有着和成熟的s i 工艺兼容，比 较容易集成，成本较低等优点，因而引起人们的广泛关注，近年来技术上也取得 了较大的突破，目前市场上已经有成熟的产品。相对s i g eh b t 而言g a a sh b t 有较高的击穿电压，因而更加适合于功率放大器的制作。另外由于在高频领域 g a a s 材料比s i 材料有着一些固有的优势，因而能制作出性能更加优越的器件。 随着工艺的逐步成熟和生产的规模化g a a s 器件的成本也在不断下降。总的来说， h b t 技术具有阈值易控、增益高、驱动能力强等优点且无需亚微米工艺，因而 具有很强的竞争力。 在所有g a a s 微波器件中m e s f e t 是最早出现的，工艺已经很成熟，而且 6 它无需昂贵的外延工艺成本较低，目前它仍作为最基本的微波器件而被广泛使 用。h e m t 器件和m e s f e t 有着相似的结构，只是h e m t 用外延层提供有源区， 利用异质结引入二维电子气，大大提高了电子迁移率，从而使得h e m t 器件比 m e s f e t 的性能要好得多。 表1 2 是1 9 9 9 年g a a s 制造会仪对几种不同器件各项性能的一个综合比较【6 】： g a a sb a s e dt e c h n o l o g ys ib a s e d t e c h n o l o g p a r a m e t e rm e s f e th e m th b ts i h b ts i g i h b t l o wn o i s e l f 9 0 ，后者a e v 6 5 ，a e v 大意味着对基区空穴注入的抑制作用更强。 3 ，i n g a p 和g a a s 的湿法腐蚀具有很好的选择性，提高了工艺可控性和重复 性。 4 ，a 1 g a a s 中所含的a l 易被氧化从而引入更多的复合中心，以i n g a p 为发射极 则没有这一问题。 i n p 基h b t 一般以i n p 作为衬底和集电极，以i n a l a s i n g a a s 为发射极和基极， 这种类型的h b t 与g a a s 基h b t 相比有很多优势。首先i n g a a s 的电子迁移率比 g a a s 高，i n p 的电子峰值漂移速度( 2 6 e 7 c m s ) 要8 1 ：g a a s 的( 1 8 e 7 c m s ) 大，这样i n p 基h b t 从本质上能得到比g a a s 基h b t 更高的频率特性；i n p 的导热性比较好，是 g a a s 的2 3 倍，这样器件的稳定性和可靠性就比较好；另外，i n p 基h b t 的b e 结开启电压比较低，有利于降低器件的功耗l h i 。i n p 基h b t 的问题在于材料生长 困难导致价格昂贵，而且制作工艺也更加的不成熟。 g e s ih b t 衬底相对便宜，能和主流的s i 工艺兼容，有利于和其它功能电路相 集成，但由于工艺上的原因，这种类型的实用化器件最近一两年才出现，要实现 它的潜在优势尚需时f - i 。 g a n 由于禁带宽度大( 3 4 e v ) ，以它为衬底的h b t 具有很高的击穿电压，因而 很适合于制作大功率器件。 第三节关于h b t 的几种特殊结构 随着对h b t 研究的逐步深入，人们提出了多种不同的结构来满足各种不同场 合对于h b t 的特殊要求。下面举几种不同于常规器件的典型的结构来加以讨论。 3 1 d h b t ( d o u b l eh e t e r o _ j u n c t i o nb i p o l a rt r a n s i s t o r ) 所谓d h b t 是指具有两个异质结的h b t 。由于它的e b 结和b c 结都是异质 结，从结构上来讲是对称的，因而给设计带来了很大的自由度；如果集电极采用 宽禁带的材料，则可以提高器件的击穿电压，这样电源电压就可以加得较高，这 些对于功率器件的制作都是非常有利的。另外，采用d h b t 结构还可以降低器件 的v 。傩。d h b t 存在的问题是在b c 结引入了一个势垒失峰，影响了电流的传 输性能。 3 2 c o l l e c t o r - u p h b t b c 结电容c b 。是一个重要的参数。h b t 重要频率特性参数f t 和f 。a x 都与它有 关。 f t - - 1 几e c ，c e c 气e 竹b 竹s c 竹c ( 2 2 ) z c = ( k t q i + r c + r c ) c b 。 ( 2 3 ) 而f 。- - - - - ( f j i r b c b c ) 。佗( 2 4 ) 这样为了提高器件的频率特性就要想办法降低b c 结的电容。对于小尺寸器 件，由于本征部分的面积很小，寄生的部分往往占很大的比例，而且本征部分的 结面积往往受其它方面的限制而不能随意变化。这样，减少b c 结寄生电容就成 为最主要的办法。途径有很多，其中最彻底的一种办法就是采用c u p 结构，在 这种器件中，宽带隙的发射极的位置低于基极和收集极，集电极设置在晶片表面 上。通过将非本征的集电区腐蚀掉，可以最大程度的降低b c 结的寄生结电容。 不过，为了使晶体管具有相当的增益，还需要抑制电子从发射极注入到基极接触 下面的区域中3 1 。 图2 3 1c u p 结构 3 3 衬底转置( t r a n s f e r r e d - s u b s t r a t e ) h b t 与c u p 结构类似的另一种结构是衬底转置的h b t ，器件的制作过程如下： c s u b s t r a t el 腐蚀掉衬底 制作c 极金属 ( a ) 2 3 2t r a n s f e r r e d - s u b s t r a t eh b t 这种结构的主要优点是减小了cb c ，提高了f m a x ：背面沉金，导热性好，提 高了器件的可靠性；发射极可以方便的从背面引线，发射极引线电感可以减少， 布线困难也可减轻。缺点是工艺比较复杂【1 4 】。 1 4 第三章h b t 的制作 要制作h b t 器件，首先要生长外延片。对外延结构的基本要求是，外延层 有适当的均匀性，并能对各层的组分、掺杂浓度、厚度和缺陷密度有很好的控制。 外延结构的设计主要考虑以下问题【1 6 1 。 l ，发射极基极结是缓变结还是突变结。缓变结可以降低导带势垒尖峰，降 低开启电压从而降低功耗。若采用基区缓变，则可引入一个自建电场，可以加速 电子渡越，从而提高截止频率。突变结的一个重要特性是，当器件横向尺寸减少 时，仍能维持电流增益不退化。 2 ，基区掺杂浓度和厚度。基区掺杂浓度越高，基区电阻就越小，这有利于 提高器件的截止频率。另一方面，决定电流增益的一个重要指标是少子寿命，基 区掺杂浓度太高将会使少子寿命降低，从而降低电流增益。基区厚度越小，则载 流子渡越距离变短，但同时基区串联电阻将增大，同时制作时的控制就变得更难 了。 3 ，集电区掺杂浓度和厚度主要考虑是否能达到对击穿电压的要求，对功率 器件可考虑用宽禁带材料做集电极( d h b t ) 。 4 ，为了降低发射极接触电阻，放宽对发射极金属的选择，可采用带有i n g a a s 的c a p 层。这时要注意掌握i n g a a s 层的厚度，并要设计好必要的过渡层，以降 低由于i n g a a s 和g a a s 之间晶格不匹配引起的应力对器件特性的影响。 5 ，若采用自对准技术，发射极( 包括c a p 层) 厚度的设计还要考虑适应所 采用的自对准技术。若想利用发射极的侧向腐蚀来形成自对准，则这一层的厚度 就要比较大。若要制作t 型发射极金属来形成自对准，则发射极层应尽量设计 的薄一些，这样可以减少由于半导体的各向异性腐蚀引起的器件不同侧面e b 结间距的不同。 外延片的生长需要复杂、昂贵的m b e 或m o c v d 设备，一般由专业的厂家 来生长。我们采用了中科院冶金所的g m l1 1 2 型i n g a p g a a s 、g m l 3 4 2 a 1 g a a s g a a s 型及k o p i n 公司的i n g a p g a a s 来做试验。详细结构请看附录1 。 i 第一节h b t 制作的关键工艺 1 1 基本工艺流程 h b t 的基本工艺流程如下： li i5 0 0 0 & ”g a s is zs u b # t r 也t e ( a ) b b 台面腐蚀( b ) c b 台面腐蚀 ll 5 0 0 0 a1 。0 + g a a s s is u b s t r a t e ( c ) 台面隔离腐蚀 一i l 。 5 0 0 0 直了1 ，g a a 古 e 一is u b s t r o t e ( d ) e 、b 、c 金属电极制作 ( e ) 布线 3 1 1h b t 基本工艺流程图 从形式上看，h b t 基本上就是一个台面双极晶体管，在生长了h b t 所需的 外延层结构后，器件的主要目标就是在不同的层( 发射极，基极，集电极) 上制 造电学接触和对器件进行隔离，通俗一点说就是要把它的三个极引出来。问题 看似简单，但由于寻找各层的误差需要控制在1 0 0 a 的量级，而且在频率高达 g h z 甚至几十g h z 的应用中，器件对各种寄生参数的要求都非常严格。另外， 毕竟它是一种新型的器件，工艺还很不成熟，尤其对于新出现的i n g a p g a a s h b t ，研究工作做得还比较少，所以有时会出现一些难以想象的问题。总体上说， 其中比较关键的工艺主要有自对准工艺的设计、各层腐蚀的控制、欧姆接触的制 作以及布线等。 1 2 自对准工艺 要提高双极晶体管频率特性，就要尽量把发射极的线宽做小。另外制作高频 器件的一个重要任务就是要降低器件的寄生参数，而尽量的减少本征部分以外的 器件面积则是其中最重要的环节之一。在上一章曾经讨论过b c 结电容对器件 高频特性的影响很大，因而要尽量减少非本征基区的面积，这样，基极与发射极 之间的自对准就显得尤为重要，下面举一个例子来详细说明这一点。 图( 1 ) w 阿 图( 2 ) 3 1 2 自对准与套刻器件的面积比较 以上以2 u m 线宽和2 u m 套刻间距为例，其中图( 1 ) 是自对准的，而图( 2 ) 是全套 刻的情况，( 为简单起见暂不考虑引线孔问题) 。由图可见自对准工艺的最小尺寸 器件要比套刻工艺的小得多，考虑寄生部分的b - c 结面积，后者是前者的两倍。 由此看来自对准技术的采用将使h b t 的b - c 结电容和基极串联电阻大幅降低，对 提高器件的的高频性能起到至关重要的作用，因而如何选取合适的自对准工艺就 成了h b t 制作的首要任务。自对准工艺的选择不是一个孤立的问题，一个好的自 对准工艺不但要和后续的工艺兼容，而且要简单易行，给制作过程留下比较大的 宽容性，当然对这种宽容性要求的程度和实际的工艺条件是有关系的。形成自对 准的办法有很多种，将在第二节中进行详细讨论。 1 3 关于腐蚀 由于h b t 是一种纵向多层结构的晶体管，拿到外延片的时候，我们只能见 到最表面的一层。这样如何去确定各层的位置，就成了器件制作的重要任务，目 前的常用办法是湿法化学腐蚀。对于g a a s 的腐蚀，腐蚀液最基本的组分是酸( 或 1 7 碱) 和双氧水。其中的双氧水与g a a s 发生氧化还原反应，而酸( 或碱) 则起到 溶解氧化物的作用。下面以h 2 s 0 4 h 2 0 2 体系为例，说明反应的过程。 氧化一还原过程： a h 2 0 2 一h 2 0 + o 】 ( 3 1 ) 2 g a a s + 6 o 一g a 2 0 3 + a s 2 0 3 ( 3 2 ) 氧化物的溶解过程为： g a 2 0 3 + 3 h 2 s 0 4 = = = g a 3 ( s 0 4 ) 2 + 3 h 2 0 a s 2 0 3 + 3 h 2 0 = = = 2 h 3 a s 0 3 腐蚀过程的总方程为 ( 3 3 ) ( 3 4 ) 2 g a a s + 6 h 2 0 2 + 3 h 2 s 0 4 一= g a 3 ( s 0 4 ) 2 + 2 h 3 a s 0 3 + 6 h 2 0 ( 3 5 ) 常用的g a a s 腐蚀液体系有：h 2 s 0 4 h 2 0 2 一h 2 0 体系，n h 3 h 2 0 h 2 0 2 - h 2 0 体 系，h c l h 2 0 2 h 2 0 体系，h 3 p 0 4 h 2 0 2 一h 2 0 体系，其中盐酸系的腐蚀液对i n g a p 没有选择性，且实验证明在腐蚀过程中容易产生气泡，所以不宜采用。在碱性腐 蚀液中，h 2 0 2 易分解，n h 3 h 2 0 又容易挥发，造成腐蚀速率随时间推移下降， 这对于需要精确控制腐蚀时间的薄层腐蚀是不利的。硫酸系腐蚀液对g a a s 腐蚀 特性可通过下图简要说明。 图3 1 3 硫酸系腐蚀液对g a a s 腐蚀 特性简明示意图： 量增加 h 2 0 一 其中a ，b 两个区域是能够得到抛光表面的区域，但是这两个区域是h 2 0 2 或 h 2 s 0 4 含量很高的区域，对于实验操作是不利的。另外，a 区的腐蚀速率比较快 不易精确控制，而含有大量硫酸的溶液在配制过程中会发热，从而造成腐蚀速率 随时间变化。磷酸系腐蚀液则比较稳定，磷酸没有刺激性气味、不容易造成人身 伤害，这对实验操作是有利的。目前实验室里制作h b t 和h e m t 器件最常用的 腐蚀液就是h 3 p 0 4 ：h 2 0 2 ：h 2 0 = 3 ：l ：5 0 ，在室温下它的腐蚀速率大约为 i 8 0 0 1 0 0 0 p d m i n 。这种腐蚀液已经得到广泛应用，我根据实际的经验和对资料的 分析，对采用这种腐蚀液的原因作了一个说明。 i n g a p 的腐蚀通常采用盐酸系的腐蚀液，常用的有h c i ：h 3 p 0 4 ：h 2 0 = 1 ：l ：l ( 室 温) 和h c i ：h 3 p 0 4 = i ：3 ( 4 0 下) ，他们的腐蚀速率在1 0 0 0 m i n 左右。但是， 在我们的实验中出现了一个不太正常的现象，那就足厂仃上述的两种腐蚀液，都不 能将i n g a p 腐蚀掉。我用h c i 、h 3 p 0 4 和h 2 0 配了很多种溶液，甚至使用浓盐 酸都没能将i n g a p 腐蚀掉。这种现象在文献中鲜有报导，我只是在u n i v e r s i t yo f m i c h i g a n 固态电子学实验室的的网站上看到一篇文章中提到过，因材料质量、 晶格位错和组分互溶可能会导致i n o a p 腐蚀的困难，但文章只说他们已经找到了 解决的办法，并没有提到具体的措施【1 8 】。这个问题看似很小，但不能很好的解 决将影响到器件的整个制作过程，若是解决不了，就根本没有办法做出器件。在 实验过程中，我曾花了大量的时间去寻找能够腐蚀掉i n g a p 的溶液，对这种溶液 的要求还包括易于控制腐蚀，以及最后能得到抛光的表面。 由于这一实验过程完全没有先例可循，我只是根据一些基本的观点去不断的 进行实验。主要的依据有：1 ，从g a a s 的腐蚀原理得到启发，h 2 0 ：具有很强的氧 化性，只要能将i n g a p 的各种组分先氧化掉，再用酸溶解掉各种氧化物就不难了； 2 ，c i t ：，c 0 0 1 i 可以作为l i c l 系腐蚀液的缓p i - 剂，以防l ：反应过于激烈。3 ，i n g a a s p 可以用t i c l 一c h ：，c 0 0 1