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摘要：本文研究白光干涉仪在光电化学深沟槽刻蚀后的氮化镓（GaN）衬底 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配 GaN 材料与深沟槽结构的技术优势，通过实际案例验证测量精度，为光电化学刻蚀工艺的质量控制与 GaN 基器件性能优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；光电化学刻蚀；氮化镓衬底；深沟槽；3D 轮廓测量

一、引言

光电化学刻蚀技术凭借高选择性、低损伤特性，成为氮化镓（GaN）衬底制备深沟槽结构的核心工艺，广泛应用于光电子器件、高频晶体管等领域。刻蚀后的深沟槽（深度 5-20μm，深宽比 5:1 至 20:1）3D 轮廓参数（如沟槽深度均匀性、侧壁垂直度、底部平整度）直接影响器件的光提取效率与电学性能。GaN 材料具有宽禁带、强光电特性，且深沟槽易因刻蚀液浓度梯度产生侧壁倾斜、底部腐蚀不均等缺陷，传统测量方法难以兼顾深结构探测与材料特性适配。白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及深结构检测能力，成为该场景下 3D 轮廓测量的理想工具。

二、测量原理与方法

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。测量时，宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光投射至光电化学刻蚀后的 GaN 衬底表面，沟槽底部、侧壁及台面的反射光与参考光在探测器处产生干涉条纹。通过高精度纵向扫描系统（扫描步长 0.05nm）调节光程差，结合 GaN 材料光学特性校正算法（消除光致发光对干涉信号的干扰），可有效提取深沟槽内的微弱反射信号，精确计算沟槽深度（深度 = 台面高度 – 底部高度）；对于侧壁轮廓，采用多角度照明与相位拼接技术，消除沟槽遮蔽导致的信号缺失，实现侧壁倾斜角（测量误差＜0.3°）、表面粗糙度（Ra 分辨率 0.1nm）等参数的量化，完整重建深沟槽的 3D 轮廓。

三、技术优势

3.1 GaN 材料适配性

针对 GaN 的强光电特性与表面反光特征，白光干涉仪通过优化光源带宽（450-650nm）与探测波段过滤，抑制光致发光产生的背景噪声，同时调节偏振态减少镜面反射干扰，在粗糙刻蚀表面仍能保持纵向测量精度 ±3nm，解决传统光学测量因材料发光导致的信号失真问题。

3.2 深沟槽结构探测能力

光电化学刻蚀的 GaN 深沟槽深宽比高，白光干涉仪通过长焦深物镜（工作距离＞10mm）与红外辅助光源（905nm）增强底部信号采集，探测深度可达 30μm。即使在宽度 1μm、深度 20μm 的沟槽中，仍能清晰分辨底部腐蚀坑（直径＞0.5μm）与侧壁阶梯状缺陷，较扫描电镜（SEM）的无损检测深度提升 5 倍以上。

3.3 刻蚀均匀性评估能力

支持 1mm×1mm 单次扫描范围，结合快速拼接算法，可在 8 分钟内完成 2 英寸 GaN 衬底的全域沟槽阵列测量，量化不同区域的深度偏差（精度 ±0.1μm）与侧壁角度一致性（偏差＜0.5°），为光电化学刻蚀的溶液浓度分布、光照均匀性优化提供全域数据支撑，测量效率较原子力显微镜（AFM）提升 10 倍。

四、应用实例

某光电子企业对光电化学刻蚀的 GaN 衬底深沟槽（设计深度 10μm、宽度 2μm）进行检测，采用白光干涉仪配置 20× 物镜与 GaN 专用测量模式。结果显示：实际沟槽深度 9.8±0.2μm，侧壁倾斜角 89.1°，局部区域因光照强度不均出现深度 1.2μm 的偏差及侧壁 Ra=5nm 的粗糙带。基于测量数据调整刻蚀池搅拌速率与光源分布后，沟槽深度一致性提升至 99.5%，侧壁粗糙度降至 Ra=1.2nm，器件的光提取效率提高 18%。

五、结语

白光干涉仪在光电化学深沟槽刻蚀的 GaN 衬底 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其对 GaN 材料的适配性、深沟槽结构的探测能力及全域均匀性评估特性，为光电化学刻蚀工艺的参数优化与质量管控提供了可靠技术支撑，助力提升 GaN 基器件的制造精度与性能稳定性。

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（以上数据为新启航实测结果）

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