При поглощении света в приповерхностной области полупроводника возникают неравновесные свободные носители тока: электроны и дырки. Если скорость лимитирующей стадии процесса травления зависит от концентрации неосновных носителей тока, то при освещении скорость травления увеличивается.
При растворении полупроводника без внешнего источника тока на поверхности происходят два сопряженных процесса: катодный — восстановление окислителя и анодный — окисление полупроводника. Как и в случае электрохимического растворения с внешним источником тока, скорость анодной стадии процесса самопроизвольного растворения (коррозии) полупроводника «-типа зависит от концентрации дырок. Если эта стадия имеет наименьшую скорость по сравнению с другими стадиями процесса саморастворения, то при освещении скорость растворения возрастает.
Для полупроводников р-типа увеличение скорости самопроизвольного растворения при освещении должно наблюдаться в случае, если лимитирующей стадией является процесс восстановления окислителей, идущий с участием электронов зоны проводимости, концентрация которых увеличивается при освещении. При смешанном катодно-анодном контроле процесса растворения освещение будет увеличивать скорость саморастворения полупроводника независимо от тина проводимости.
Скорость саморастворения Ое и 51 в смеси НЫОз—НР увеличивается при освещении в 1,5—2 раза. Скорость травления плоскости {111}А 1пР в НС1 : НзР04 (1 : 1) при освещении увеличивается на порядок [128]. При фототравлении ОаА3 в Н2504: Н2О2: НгО (3:1:1) скорость растворения зависит от интенсивности света.
При травлении однородно легированного равномерно освещенного полупроводника анодный и катодный процесс не локализованы на поверхности и при освещении увеличивается скорость травления всего образца.
При локальном освещении между темным и освещенным участками возникает разность потенциалов и происходит локализация катодного и анодного процессов. Так, на образцах л-типа ОаА3 освещенные области имеют более отрицательный потенциал, чем неосвещенные [ 132]. На освещенной области локализуется анодный процесс, она будет растворяться или окисляться. Катодный процесс (восстановление окислителя) происходит на темных участках образца. На образцах р-типа освещенные области имеют более положительный потенциал, чем темные. Поэтому на р-ОаА3 растворяются темные области, а восстановление окислителя происходит на освещенной области образца.
Так, при локальном освещении пластин ОаА3 в щелочном растворе КАи(СЫ)2 золото осаждается на неосвещенных участках образцов л-типа и на освещенных участках образцов р-тнпа. В растворе ацетата калия освещенные участки л-ОаА3 и неосвещенные участки р-ОаА3 покрываются окисной пленкой.
В сернокислотном травителе при высокой интенсивности света на пластинах л-ОаА3 в освещенной области вытравливается лунка, а на р-ОаА3 освещенная область остается в виде выступа. Наблюдаемое явление зависит от концентрации носителей тока. Высота ступеньки между темной и освещенной областью после 10 мин травления в среднем равна 2,3 мкм при л = 9-1017 см-3 и 5 мкм при л = 2-1017 см-3. Контур травления соответствовал области освещения, ограниченной диафрагмой. Если использовать вместо диафрагмы фотошаблон, можно получить желаемый рисунок травления.
Подобная локализация процесса растворения полупроводника и восстановления окислителя наблюдается и при равномерном освещении образца, если последний имеет области с разным типом проводимости или разной концентрацией носителей тока. На этом основаны химические методы выявления р—л-переходов, границ в эпитаксиальных структурах и периодической неоднородности в распределении примесей (полос роста).
Метод фотохимического травления применяется в настоящее время для изготовления рельефных решеток на полупроводниковых волноводных структурах, используемых в гетеро-лазерах и других элементах интегральной оптики. Этот метод позволяет получать дифракционные решетки с большими пространственными частотами — более 5000 лин./мм.1На поверхность полупроводника, находящегося в травителе, двухлучевая интерференционная картина от лазерного источника света. При травлении на поверхности полупроводника образуется рельеф, близкий по форме к синусоидальному. Для ОаА5 используют травитель состава К25208—Н2504—Н20 [130].
Фотохимическое травление используют для уменьшения бокового подтравливания меза-структур. Например, травление плоскости {100} 1пР проводят в 40%-ном растворе хлорного железа при освещении. Контактные площадки, покрытые золотом, являются катодом локального гальванического элемента. Они же защищают от света нижележащий слои 1пР. При высоте мезы, равной 18 мкм, боковое подтравливание составляло менее 5 мкм [131].
Увеличение скорости травления при освещении может быть связано не только со световой генерацией носителей тока, но и с фотохимическими реакциями в травителе. Так, концентрированная НЬЮз фото-химически разлагается с образованием Ы02, концентрация которой влияет на скорость травления 51 в системе Н1ЧОз—НР. При этом приращение скорости при освещении на 17—25% происходит за счет фотохимического разложения НЫОз, основной же рост скорости травления на свету обусловлен генерацией носителей тока.