電化學刻蝕InP過程中電流密度對刻蝕深度的影響

梁凱華

摘 要：文章通過進行電化學陽極刻蝕InP實驗研究了在電化學刻蝕過程中電流密度發生變化時對刻蝕速率的影響并分析了其原因，實驗結果表明：在其他電化學參數不變的情況下，刻蝕速率與電流密度呈線性關系。

關鍵詞：電流密度；刻蝕深度；影響

1 概述

近年來，人們發現規則有序的多孔陣列結構具有新的特性，光會在特定的周期性變化材料中被完全禁止傳播，并將具有這種特性的光學材料定義為光子晶體，自光子晶體被發現以來，由于其具有特殊的光學性質，并在光通信、激光技術等領域存在潛在的應用而備受關注，如單模發光二極管、高效零閾值的激光器、高效率低損耗的反射鏡、高品質因子的光學微腔等[1]。在之前的實驗中發現，在適當的參數條件下，利用電化學的方法陽極刻蝕InP可以制備出規則的二維、三維多孔陣列結構，這完全符合光子晶體的特征，并且，InP相對于空氣的介電常數比是12.5，易于形成光子帶隙結構。然而，制備半導體光子晶體器件，器件的尺寸必須受到嚴格要求，可是由于在電化學刻蝕過程中材料的去除和沉積都是以離子遷移的形式進行[2]，刻蝕出的多孔陣列結構的深度必然會受到許多客觀因素的影響，因此，本章通過實驗研究了電化學刻蝕過程中電流密度變化時對刻蝕深度的影響。

2 實驗

2.1 實驗裝置

實驗所用的襯底為S摻雜n型InP（100）單面拋光襯底片（由中科院半導體研究所制作），載流子濃度1.73×1018cm-3，直徑50.8+/-0.4mm，厚度350+/-25μm。實驗所用的電化學工作站購于上海辰華有限公司（型號CHI660D）。電化學系統采用標準的三電極系統，其中，InP作為工作電極，Pt作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，如圖1所示。

選擇電化學技術為計時電位法，調整電解液溫度調整為10℃，在3M NaCl溶液中進行實驗，依次改變電流密度為120mA/cm2、180mA/cm2、240mA/cm2、300mA/cm2，刻蝕時間為5min。

2.2 實驗結果

通過電化學實驗刻蝕所得到的多孔InP結構截面結構如圖2所示。

從圖2中可以看出當電解液溫度為10℃不變時，電流密度為120mA/cm2時刻蝕深度為35.61μm，平均刻蝕速率為118.7nm/s，電流密度為180mA/cm2時刻蝕深度為41.55μm，平均刻蝕速率為138.5nm/s，電流密度為240mA/cm2時刻蝕深度為47.42μm，平均刻蝕速率為158nm/s，電流密度為300mA/cm2時刻蝕深度為58.34μm，平均刻蝕速率為194.46nm/s。

2.3結果分析

從實驗結果可以得出，當電解液溫度恒定為10℃，電流密度從120增長至180mA/cm2時，刻蝕深度增加了5.94μm，平均刻蝕速率增加了19.8nm/s，電流密度從180增長至240mA/cm2時，刻蝕深度增加了5.87μm，平均刻蝕速率增加了19.5nm/s，電流密度從240增長至300mA/cm2時，刻蝕深度增加了10.92μm，平均刻蝕速率增加了36.46nm/s。這可以明顯的看出在其他條件不變的情況下，刻蝕深度及刻蝕速率與電流密度的增加而變大，盡管不同InP樣品之間存在一定的誤差，但是深度及速率的遞增趨勢非常明顯。

3 結束語

文章通過進行電化學陽極刻蝕InP實驗研究了在電化學刻蝕過程中電流密度發生變化時對刻蝕速率的影響，實驗結果表明：在其他電化學參數不變的情況下，刻蝕速率與電流密度呈線性關系。

參考文獻

[1]倪培根.光子晶體制備技術和應用研究進展[J].物理學報，2010（01）：340-350.

[2]柴向宇.磷化銦三維納米陣列結構制備及特性研究[D].長春：長春理工大學，2015.