摘要：

為有效提高砷化鎵（GaAs）基半導(dǎo)體激光芯片巴條諧振腔面解理加工質(zhì)量，開展了一種新型點劃方式的劃片仿真分析及工藝實驗。建立GaAs劃片過程的有限元仿真模型，根據(jù)不同劃片工藝，研究劃片載荷及應(yīng)力分布情況；開展解理工藝驗證實驗，分析解理面形貌特征，對劃片工藝進(jìn)行驗證。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的工藝方法（即由內(nèi)向外點劃片）可有效降低劃片過程材料表面損傷程度，減少脆性斷裂現(xiàn)象，實驗結(jié)果與仿真結(jié)果具有較高的一致性。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器；諧振腔面；砷化鎵解理加工；有限元分析

中圖分類號：TN248.4

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.013

Simulation Analysis and Process Study of Scribing Processes for

GaAs Cleavage Processing

ZHANG Qingzheng1 JIANG Chen1 GAO Rui2 JIANG Jinxin1

1.School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，

Shanghai，200093

2.State Key Laboratory of Ultra-precision Machining Technology，Department of Industrial

and Systems Engineering，The Hong Kong Polytechnic University，Hong Kong，999077

Abstract： In order to effectively improve the quality of GaAs-based semiconductor laser cavity mirrors， a new type of scribing method was proposed and carried out in simulation analysis and processing experiments. A finite element simulation model of the scribing processes of GaAs materials was established to optimize the existing processing methods and to investigate the distribution of scribing loads and stresses under different processes. A cleavage processing validation experiment was carried out to analyze the morphological characteristics of the cleavage surfaces. It is found that the optimized processing method， which involves scribing from the inside out， can effectively reduce the degree of material surface damages in the scribing processes and reduce the brittle fracture phenomenon. The experimental results were in high consistency with the simulation ones.

Key words： semiconductor laser; resonant cavity surface; GaAs cleavage processing; finite element analysis

收稿日期：2023-11-14

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51475310）；機械系統(tǒng)與振動全國重點實驗室開放課題（MSV202315）

0 引言

半導(dǎo)體激光器自20世紀(jì)60年代誕生以來［1］，因其具有壽命長、體積小、光電轉(zhuǎn)化率高和可實現(xiàn)的波長范圍廣等特點［2-4］，被廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療、航天、測距以及雷達(dá)等多個重要領(lǐng)域［5-7］，是目前產(chǎn)量最大的激光器。隨著半導(dǎo)體激光器的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，激光加工對半導(dǎo)體激光器的性能要求日漸提高，現(xiàn)有的加工工藝難以滿足半導(dǎo)體激光器核心部件的制造。諧振腔是激光器的一個重要零部件［8］，諧振腔的表面質(zhì)量會對激光器的光源振蕩產(chǎn)生影響。砷化鎵（GaAs）晶體作為一種各向異性的半導(dǎo)體材料，被用作半導(dǎo)體激光器諧振腔的襯底基片［9-10］?，F(xiàn)階段砷化鎵晶體解理加工過程中產(chǎn)生的微裂紋擴(kuò)展和解理臺階是諧振腔加工的難點［11］，對解理加工的工藝進(jìn)行優(yōu)化可提高半導(dǎo)體激光器的運行可靠性。

為提高半導(dǎo)體激光器諧振腔面的加工質(zhì)量，進(jìn)而提高半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定性和輸出功率，許多學(xué)者對解理加工的劃痕及裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了研究。董康佳等［12］通過廣義胡克定律與壓痕試驗探究了砷化鎵力學(xué)性能的各向異性，發(fā)現(xiàn)［110］晶向是裂紋最容易擴(kuò)展的晶向。SWEET等［13］發(fā)現(xiàn)（110）晶面的表面能較低，是適合裂紋擴(kuò)展的面，容易形成光滑的解理面［14］。WASMER等［15］使用三種不同形狀的金剛石刀頭對砷化鎵進(jìn)行了劃片實驗，研究了劃傷載荷與中位裂紋深度之間的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)在劃片過程中，首先產(chǎn)生中間裂紋，中間裂紋可以控制裂紋的擴(kuò)展，是最有價值的裂紋，然后是橫向裂紋，最后是徑向裂紋［16］。MENG等［17］研究了金剛石刀頭的角度和位置對劃痕質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)邊緣前傾的刀頭模型可減小亞表面的損傷程度。

目前解理加工的劃片過程主要采用通劃方式，但初始解理裂紋在后續(xù)裂片操作中不穩(wěn)定地拓展會造成解理面災(zāi)難性的損傷。為了進(jìn)一步了解機械解理加工的機理，獲得高質(zhì)量的解理面，本文針對現(xiàn)有工藝方法提出了兩種點劃的方式，然后通過ABAQUS有限元仿真分析了不同點劃方式對劃片過程的作用機制，隨后對砷化鎵展開一系列解理實驗，對比由內(nèi)向外點劃和由外向內(nèi)點劃方式下入刀口和出刀口形貌、加工表面損傷寬度以及解理面損傷特征。研究結(jié)果表明，由內(nèi)向外點劃方式優(yōu)于通劃和由外向內(nèi)點劃兩種劃片方式，可以避免入刀口應(yīng)力擴(kuò)散導(dǎo)致的脆性斷裂現(xiàn)象，有效減小劃痕的損傷寬度。

1 解理加工原理

具有各向異性的晶體，在其特定晶向施加載荷可使其沿解理面斷裂［18］，形成光滑的加工面，晶體的這一特性稱為解理。解理加工是利用晶體的解理性質(zhì)進(jìn)行加工的一種方法，主要分為兩個步驟，首先是在劃片機上用金剛石刀頭沿工件特定方向?qū)ぜ砻孢M(jìn)行劃切，這一操作的目的是使工件亞表面產(chǎn)生初始解理裂紋，隨后翻轉(zhuǎn)工件，使用陶瓷刀在其劃痕背面施加垂直沖擊載荷，使初始解理裂紋在沖擊載荷的作用下擴(kuò)展并最終斷裂，形成光滑的解理加工面，解理加工示意圖見圖1。

2 仿真分析

本文利用ABAQUS軟件對通劃、由外向內(nèi)點劃和由內(nèi)向外點劃三種劃片方式進(jìn)行宏觀有限元分析。ABAQUS去除材料的原理為：模型因受力而使得內(nèi)部應(yīng)力增大從而產(chǎn)生變形，當(dāng)變形量過大時單元失效，得到解理劃痕。三種劃片方式刀頭的移動路徑如圖2所示。

仿真時使用四棱錐刀頭，其尖端半徑為1 mm，尖端角度為45°，與工件表面成60°夾角。矩形工件尺寸為0.25 mm×0.15 mm×0.06 mm，為在不影響精度的前提下減小計算量，劃分網(wǎng)格時在主要劃片區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化，細(xì)化部分單元尺寸為1.5 μm，網(wǎng)格類型選取三維六面體網(wǎng)格，如圖3所示。金剛石刀頭相對GaAs材料的硬度較高，所以將有限元仿真中的金剛石刀頭設(shè)置為剛體；GaAs在常溫下硬度的各向異性會消失［19］，在宏觀尺度的仿真中各向異性影響較小。為簡化計算，GaAs材料彈性屬性設(shè)置為各向同性，均為［110］晶向，如表1所示。在工件底面設(shè)置完全固定約束，裝配時通過調(diào)整金剛石刀頭相對工件的位置控制劃片深度，并給金剛石刀頭施加沿圖2箭頭所示劃片方向的速度，使其對晶圓進(jìn)行劃片加工。

3 實驗

劃片距離過長易造成劃片過程的不穩(wěn)定和解理面的損傷，因此為得到高質(zhì)量的解理面，對由內(nèi)向外和由外向內(nèi)兩種點劃方式進(jìn)行實驗分析。圖4a和圖4b所示分別為解理設(shè)備劃片機和裂片機，由之前實驗的結(jié)果［20］可知，劃片速度對損傷寬度影響較小，故劃片速度均取30 mm/s，點劃長度均取0.6 mm。為保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性，各加工條件均進(jìn)行五次實驗。實驗采用10.16 cm（4英寸）、350 μm厚度的砷化鎵晶圓進(jìn)行解理劃片，晶圓的（100）面經(jīng)過了拋光，然后將晶圓切割成為10 mm×15 mm的矩形，通過藍(lán)膜真空吸附固定在解理劃片機的工作臺上，旋轉(zhuǎn)工作臺上的真空吸盤可調(diào)整劃片晶向，劃片機上安裝有與晶圓表面成60°傾斜角的四棱錐型金剛石刀，刀頭夾具可對劃片載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)；裂片采用傾角為60°、頂點曲率半徑為1.5 mm、長度為80 mm的陶瓷刀，夾具內(nèi)置力傳感器，可實時測量下壓過程中Z方向的裂片載荷。

4 結(jié)果與討論

4.1 仿真結(jié)果

4.1.1 載荷分析

在解理加工劃片過程中，金剛石刀頭對工件施加的劃片載荷是一個值得研究的問題，ABAQUS有限元仿真可計算出整個劃片過程的實時載荷，方便通過劃片載荷來對劃片過程進(jìn)行分析。在解理加工的劃片過程中，劃片深度和劃片速度會對初始裂紋產(chǎn)生影響，故對于三種劃片方式，本文分別進(jìn)行了劃片速度和劃片深度的控制變量對比?；诮饫砑庸さ奶攸c，劃片過程要保證直線度，垂直劃片的Y方向載荷為0，故本文僅考慮了X軸和Z軸的劃片載荷，即切向和法向載荷。

首先是通劃方法，即金剛石刀頭沿［110］晶向劃過整個材料表面。圖5所示為不同劃片深度下劃片載荷的控制變量對比，可以看到劃片深度越大，整體載荷越大，但劃片載荷的大小不穩(wěn)定，曲線也無規(guī)律，其中，3 μm劃片深度下的載荷相對其他深度的載荷較為穩(wěn)定。圖6所示為不同劃片速度下劃片載荷的控制變量對比。在劃片深度相同的情況下，不同的劃片速度并未導(dǎo)致總體載荷大小產(chǎn)生較大差距，其中切向載荷在20 N左右波動，法向載荷的波動基本在30～40 N，但劃片載荷仍不穩(wěn)定，且無規(guī)律，所以不同的劃片速度對劃片載荷影響較小，其中，30 mm/s劃片速度下的載荷相對其他速度下載荷較為穩(wěn)定。

由外向內(nèi)點劃時，金剛石刀頭從晶圓邊緣沿［110］晶向向晶圓表面移動，使晶圓表面產(chǎn)生劃痕，但不移動到另一側(cè)邊緣，而是劃過一定距離后停止移動，使刀頭在不接觸晶圓邊緣的情況下離開晶圓表面。圖7所示為由外向內(nèi)點劃時在不同劃片深度下劃片載荷的控制變量對比，圖8所示為由外向內(nèi)點劃不同劃片速度下劃片載荷的控制變量對比，可以看到劃片載荷相較通劃十分穩(wěn)定，沒有突變，并未出現(xiàn)類似通劃過程的不規(guī)律曲線，且劃片載荷隨劃片深度增大而增大，與劃片速度無明顯關(guān)系。

本文提出了一種由內(nèi)向外點劃的方法，即先將金剛石刀頭壓到晶圓表面的定位點上，再向晶圓邊緣劃片的方式。圖9所示為由內(nèi)向外點劃時在不同劃片深度下劃片載荷的控制變量對比，圖10所示為由內(nèi)向外點劃時不同劃片速度下劃片載荷的控制變量對比。從圖9中可以得到，1 μm劃片深度下，金剛石刀頭下壓過程未出現(xiàn)下壓載荷的峰值，除此之外下壓過程中產(chǎn)生的下壓載荷可達(dá)劃片過程中劃片載荷的2～3倍，峰值可達(dá)110 N，更易于使晶圓產(chǎn)生初始損傷，可減少部分應(yīng)力擴(kuò)散，不容易破壞亞表面結(jié)構(gòu)。在下壓過程結(jié)束后，金剛石刀頭開始沿［110］晶向移動，在晶圓表面留下劃痕，移動過程中，劃片載荷的波動比較平穩(wěn)，變化較小，更加穩(wěn)定。

對三種劃片方式進(jìn)行綜合對比分析可以發(fā)現(xiàn)，通劃的劃片載荷相較另外兩種點劃方式不穩(wěn)定，波動大。劃片過程中的載荷是決定劃痕質(zhì)量的一個重要因素，不穩(wěn)定的劃片載荷易導(dǎo)致劃痕出現(xiàn)側(cè)向伸展的裂紋，不利于高質(zhì)量解理面的形成。由內(nèi)向外點劃的方式在下壓過程更容易達(dá)到較大劃片載荷，劃片過程中載荷穩(wěn)定，相比另外兩種金剛石刀頭直接接觸晶圓邊緣的劃片方式可以有效避免崩邊導(dǎo)致?lián)p傷增大的問題。相同劃片參數(shù)下采用由內(nèi)向外的點劃方式更能減小劃痕的損傷寬度。

4.1.2 應(yīng)力分析

晶圓上的應(yīng)力是影響晶圓變形和損傷的原因。由圖1可知，由內(nèi)向外點劃方式的入刀口在晶圓表面，不同于另外兩種劃片方式，對兩種入刀口的應(yīng)力圖進(jìn)行放大和剖面分析可以看到，金剛石刀頭和晶圓接觸時均會產(chǎn)生應(yīng)力集中，最大應(yīng)力基本相同。入刀口在晶圓邊緣時，如圖11a所示，應(yīng)力沿邊緣擴(kuò)散現(xiàn)象明顯，影響范圍大，亞表面受應(yīng)力影響更易受到破壞，實際加工時更易產(chǎn)生大面積的脆性剝離現(xiàn)象，導(dǎo)致劃痕過程中出現(xiàn)更大的損傷，對解理面造成破壞。入刀口在晶圓表面時，如圖11b所示，刀尖與晶圓表面接觸，應(yīng)力集中在接觸點，進(jìn)行劃片操作時不易沿徑向擴(kuò)散，對亞表面的影響也較小，劃片過程中應(yīng)力集中在劃痕上有助于減小損傷寬度，提高劃痕和解理面質(zhì)量。

除劃片載荷和入刀口應(yīng)力對比以外，本文還對由內(nèi)向外劃不同參數(shù)下的應(yīng)力云圖及其剖面圖進(jìn)行了對比分析，主要觀察應(yīng)力沿Y方向和Z方向的分布以及劃片過程對劃痕周圍的影響寬度。圖12a和圖12b分別為20 mm/s和40 mm/s速度下的應(yīng)力云圖，可以看到速度不同時，劃痕周圍的應(yīng)力分布相似，應(yīng)力影響的寬度與深度都相差較小，由此可見，從應(yīng)力方面考慮解理劃片的損傷，速度這一因素對解理劃片的劃痕質(zhì)量和損傷寬度影響較小。

但當(dāng)劃片深度不同時，應(yīng)力云圖中的應(yīng)力影響寬度則相差較大，ABAQUS中單元變形量過大會導(dǎo)致單元失效從而被去除，圖13a和圖13b所示為劃片深度為1 μm和3 μm時的應(yīng)力云圖，在劃片深度為1 μm時，劃片深度過淺未使單元的變形達(dá)到失效的臨界點，最大應(yīng)力較小，劃痕位置的單元未被整體去除，導(dǎo)致了1 μm劃片深度顯示出了較大的影響范圍；劃片深度為3 μm時一部分單元失效，實際加工時產(chǎn)生的劃痕無論深度還是寬度均會增大，損傷寬度相較1 μm的劃片深度增大，故劃片時選擇較小深度可提高劃痕質(zhì)量。

4.2 實驗結(jié)果

4.2.1 劃痕形貌對比分析

在半導(dǎo)體激光器制造過程中，劃痕的損傷寬度會對成品率產(chǎn)生影響［21］，由于砷化鎵晶圓為脆性材料，劃片過程中晶圓的入刀口和出刀口會有應(yīng)力的突變，所以損傷和裂紋主要出現(xiàn)在入刀口和出刀口，下面主要對劃痕的入刀口和出刀口進(jìn)行觀察和分析，中部穩(wěn)定切削區(qū)域產(chǎn)生的損傷和裂紋相對較少。

圖14所示為不同劃片方式下施加不同載荷時的劃痕形貌，其中圖14a和圖14b為由外向內(nèi)劃片方式在0.1 N和0.2 N載荷下的劃痕形貌，圖14c和圖14d為由內(nèi)向外劃片方式在0.1 N和0.2 N載荷下的劃痕形貌?？梢钥吹絼澠聣狠d荷增大時，劃痕寬度會增大，同時因為劃痕深度與下壓載荷正相關(guān)［22］，因此劃痕深度的增大也會導(dǎo)致整體裂紋和損傷寬度增大。由外向內(nèi)劃片方式下，下壓載荷為0.1 N時，由于金剛石刀頭接觸工件的瞬間會產(chǎn)生較大的接觸力，入刀口形貌會出現(xiàn)大面積剝離損傷，而當(dāng)下壓載荷達(dá)到0.2 N時，則會出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響劃痕和解理面的質(zhì)量，這是因為刀頭的下壓載荷增大導(dǎo)致壓入工件過深，材料的去除變成了大面積的脆性斷裂。由內(nèi)向外劃時，0.1 N的下壓載荷未導(dǎo)致剝離損傷，劃片形貌呈現(xiàn)為細(xì)長的劃痕，裂紋也較少，當(dāng)下壓載荷增大到0.2 N時，出刀口也出現(xiàn)了崩邊的現(xiàn)象，但相較由外向內(nèi)點劃方式，面積和拓展都較小，可見下壓載荷和劃片方式都是影響崩邊現(xiàn)象的因素，且相同下壓載荷下，由內(nèi)向外點劃方式更易于通過裂片形成光滑無損傷的解理面。

除此之外，針對不同點劃方式進(jìn)行不同劃片載荷下的最大損傷寬度綜合分析，得到了如圖15所示的各加工條件下的損傷寬度及其平均值?？梢园l(fā)現(xiàn)，相同加工條件下由內(nèi)向外點劃方式得到的劃痕損傷寬度均比由外向內(nèi)劃片方式小，且由外向內(nèi)劃片方式下不同載荷所得的損傷寬度均存在較大的異常值，在0.15 N載荷條件下最大損傷寬度達(dá)到了74 μm，表明該劃片方式穩(wěn)定性相對較差，易出現(xiàn)劃痕損傷過大的情況，不利于解理加工的成本控制。相比之下，在0.10～0.25 N的載荷下，由內(nèi)向外點劃方式得到的最大損傷寬度相比由外向內(nèi)點劃分別下降了64.2%、79.1%、7.1%和15.1%，可知在低載荷下由內(nèi)向外點劃的方式可以更加有效地降低劃片的最大損傷寬度。綜上分析可知，解理加工應(yīng)取由內(nèi)向外劃片的方式，載荷較小時，可以有效減小劃痕的損傷寬度。

4.2.2 解理面形貌對比分析

圖16所示分別為掃描電子顯微鏡（SEM）拍攝的兩種點劃方式的解理面形貌，圖中藍(lán)色部分為未劃片區(qū)域，橙色部分為劃片區(qū)域?？梢钥吹?，劃片區(qū)域由于劃片過程中金剛石刀頭對晶圓表面和亞表面造成的破壞和損傷，

導(dǎo)致了許多解理臺階的出現(xiàn)，相比之下，未劃片區(qū)域的解理臺階很少，也更為平整，故點劃方式的未劃片區(qū)域解理面質(zhì)量更高，也證實了點劃方式優(yōu)于通劃方式。對比圖16a和圖16b可以發(fā)現(xiàn)，由內(nèi)向外點劃方式得到的解理面上，劃片區(qū)域和未劃片區(qū)域解理臺階的數(shù)量相較由外向內(nèi)點劃方式都是更少的。由此可見，采用由內(nèi)向外點劃方式可使解理面的質(zhì)量進(jìn)一步得到提高，也有利于半導(dǎo)體激光器穩(wěn)定工作。

5 結(jié)論

本文針對解理加工劃片過程中劃痕易產(chǎn)生損傷的現(xiàn)狀提出了一種由內(nèi)向外的點劃方式，將ABAQUS有限元仿真與傳統(tǒng)劃片方式進(jìn)行對比，設(shè)置了不同劃片速度和劃片深度，對金剛石刀頭的劃片載荷和晶圓表面及亞表面的應(yīng)力進(jìn)行了全面分析，并基于有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的實驗驗證分析，得到了以下結(jié)論：

（1）本文提出的由內(nèi)向外點劃方式可有效減小劃痕的最大損傷寬度，尤其是在0.10 N和0.15 N的低載荷情況下，最大損傷寬度相較由外向內(nèi)點劃分別減小了64.2%和79.1%。

（2）所有劃片方式下，速度對劃痕質(zhì)量的影響都較小，而下壓載荷對劃痕質(zhì)量的影響較大，劃痕的最大損傷寬度隨載荷的增大而增大，且存在突變。

（3）綜合分析可知，解理加工劃片工序采用由內(nèi)向外的點劃方式，取較小載荷，可有效減小劃痕的最大損傷寬度，提高解理面的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ HALL R N，" FENNER G E，" KINGSLEY J D， et al.Coherent Light Emission from GaAs Junctions［J］.Physical Review Letters，" 1962，" 9（9）：186-191.

［2］ 王明培， 張普， 聶志強，等.高功率半導(dǎo)體激光器低溫特性分析［J］.光子學(xué)報， 2019， 48（9）：14-22.

WANG Mingpei，" ZHANG Pu，" NIE Zhiqiang，" et al. Analysis of Cryogenic Characteristics of High Power Semiconductor Lasers［J］. Acta Photonica Sinica， 2019， 48（9）：14-22.

［3］ 郎興凱， 賈鵬， 秦莉，等.980 nm大功率高階光柵錐形半導(dǎo)體激光器［J］.紅外與毫米波學(xué)報， 2021， 40（6）：721-724.

LANG Xingkai， JIA Peng， QIN Li，" et al. 980 nm High-power Tapered Semiconductor Laser with High Order Gratings［J］. Journal of Infrared and Millimeter Waves， 2021， 40（6）：721-724.

［4］ 張卓. 高功率垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的光束與波長調(diào)控研究［D］. 長春：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所）， 2023.

ZHANG Zhuo. Investigations on Beam and Wavelength Control of High Power Vertical External Cavity Surface Emitting Semiconductor Laser［D］. Changchun ：University of Chinese Academy of Sciences（Changchun Institute of Optics，" Fine Mechanics and Physics" Chinese Academy of Sciences）， 2023.

［5］ 王立軍， 寧永強， 秦莉，等.大功率半導(dǎo)體激光器研究進(jìn)展［J］.發(fā)光學(xué)報， 2015， 36（1）：1-19.

WANG Lijun，" NING Yongqiang，" QIN Li，" et al. Development of High Power Diode Laser［J］. Chinese Journal of Luminescence， 2015， 36（1）：1-19.

［6］ 李建林， 雷廣智， 白楊，等.電光-MoSe2主被動雙調(diào)Q946 nm全固態(tài)激光器［J］.光子學(xué)報， 2018， 47（5）：15-22.

LI Jianlin，" LEI Guangzhi，" BAI Yang，" et al. Active-passive Double Q-switched 946 nm Laser with MgO：LiNbO3 Electro-optic Crystal and MoSe2 Saturable Absorber［J］. Acta Photonica Sinica， 2018， 47（5）：15-22.

［7］ 劉斌. 高功率半導(dǎo)體激光器陣列外腔波長鎖定研究及器件研制［D］. 西安：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所）， 2021.

LIU Bin. Reseach on High-power Wavelength Locking External Cavity Diode Laser Array and Device Development［D］. Xi’an ：University of Chinese Academy of Sciences（Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics，" Chinese Academy of Sciences）， 2021.

［8］ LI B，" LI J，" XU J， et al.Effects of Cracking on the Deformation Anisotropy of GaAs with Different Crystal Orientations during Scratching Using Molecular Dynamics Simulations［J］.Tribology International，" 2023，179：108200.

［9］ 易德福. 砷化鎵襯底化學(xué)機械拋光材料去除機理及拋光特性研究［D］. 北京：北京交通大學(xué)， 2020.

YI Defu. Study on Material Removal Mechanism and Polishing Characteristics of Chemical Mechanical Polishing of GaAs Wafer［D］. Beijing ：Beijing Jiaotong University， 2020.

［10］ 王鑫， 曲軼， 高婷， 等.GaAs基半導(dǎo)體激光器真空解理鈍化工藝研究［J］.半導(dǎo)體光電， 2014， 35（6）：1013-1015.

WANG Xin， "QU Zhi，" GAO Ting，" et al. Study on Vacuum Cleavage Passivation Technology of GaAs Semiconductor Laser［J］. Semiconductor Optoelectronics， 2014， 35（6）：1013-1015.

［11］ 黃傳錦. 易解理脆性氧化鎵晶體超光滑表面加工機理［D］. 南京：南京航空航天大學(xué)， 2023.

HUANG Chuanjin. Ultra-smooth Surface Processing Mechanism of Easily Cleaved Brittle Gallium Oxide Crystal［D］. Nanjing ：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2023.

［12］ 董康佳， 姜晨， 任紹彬， 等.砷化鎵晶體力學(xué)特性的各向異性計算［J］.無機材料學(xué)報， 2021， 36（6）：645-651.

DONG Kangjia，" JIANG Chen，" REN Shaobin，" et al. Anisotropic Calculation of Mechanical Property of GaAs Crystal［J］. Journal of Inorganic Materials， 2021， 36（6）：645-651.

［13］ SWEET C A，" SCHULTE K L，" SIMON J D， et al.Controlled Exfoliation of （100） GaAs-based Devices by Spalling Fracture［J］.Applied Physics Letters，" 2016， 108（1）：011906.

［14］ GAO R，" JIANG C，" DONG K J， et al.Anisotropy Mechanical Behavior of Crystals Based on Gallium Arsenide Cleavage Processing［J］.Ceramics International，" 2021， 47（15）：22138-22146.

［15］ WASMER K，" BALLIF C，" POUVREAU C， et al.Dicing of Gallium-arsenide High Performance Laser Diodes for Industrial Applications：Part I. Scratching Operation［J］.Journal of Materials Processing Tech.，" 2008，" 198（1/3）：114-121.

［16］ "WASMER K，" PARLINSKA-WOJTAN M，" GRACA S， et al.Sequence of Deformation and Cracking Behaviours of Gallium-Arsenide during Nano-scratching［J］.Materials Chemistry amp; Physics，" 2013，" 138（1）：38-48.

［17］ MENG B，" YUAN D，" ZHENG J， et al.Tip-based Nanomanufacturing Process of Single Crystal SiC：Ductile Deformation Mechanism and Process Optimization［J］. Applied Surface Science，" 2020，" 500：144039.1-144039.12.

［18］ 鄭友平. Ti-22Al-25Nb合金板條組織及其準(zhǔn)解理斷裂研究［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)， 2021.

ZHENG Youping. Lamellar Microstructure of Ti-22Al-25Nb Alloy and the Quasi Cleavage Fracture［D］. Xi’an： Northwestern Polytechnical University， 2021.

［19］ ROBERTS S G，" WARREN P D，" HIRSCH P B .Knoop Hardness Anisotropy on {001} Faces of Germanium and Gallium Arsenide［J］.Journal of Materials Research， 1986， 1（1）：162-176.

［20］ GAO R， JIANG C， YE H， et al. Exploring the Potential of the Fabrication of Large-size Mirror Facet for Semiconductor Laser Bar Utilizing Mechanical Cleavage［J］. Ceramics International， 2023，49（13）：21883-21891.

［21］ 姜晨， 高睿， 鄭澤希.GaAs材料解理加工分子動力學(xué)分析及工藝實驗［J］.機械工程學(xué)報， 2023， 59（5）：317-324.

JIANG Chen，" GAO Rui，" ZHENG Zexi. Molecular Dynamics Simulation and Experimental Investigation of Mechanical Cleavage of GaAs［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2023， 59（5）：317-324.

［22］ GAO R，" JIANG C，" LANG X H， et al. Energy Consumption Analysis of Different Scratching Methods in GaAs Mechanical Cleavage Processing［J］.Semiconductor Science and Technology，" 2021， 36（11）：115011.

（編輯 王艷麗）

作者簡介：

張慶正，男，1999年生，碩士研究生。研究方向為解理加工。E-mail：zhangqz1214@163.com。

姜 晨（通信作者），男，1978年生，教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向為超精密加工及檢測技術(shù)。E-mail：jc_bati@163.com。