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摘要

? ? ? 我們展示了在平面藍寶石上使用磷酸、熔融氫氧化鉀、氫氧化鉀和乙二醇中的氫氧化鈉生長的纖鋅巖氮化鎵的良好控制結(jié)晶蝕刻，蝕刻速率高達3.2mm/min。晶體學氮化鎵蝕刻平面為0001%，1010%，1011%，1012%和1013%。用場效應掃描電子顯微鏡觀察垂直的1010%平面看起來非常光滑。活化能為21千卡/摩爾，表明反應速率有限的蝕刻。

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介紹

? ? ? 目前對第三族氮化物的大多數(shù)處理是通過干法等離子體蝕刻完成的，干法蝕刻有幾個缺點，包括產(chǎn)生離子誘導損傷3和難以獲得激光所需的光滑蝕刻側(cè)壁。典型的均方根均方根。干法蝕刻產(chǎn)生的側(cè)壁粗糙度約為50納米，盡管最近有報道稱均方根粗糙度低至4–6納米。光電增強電化學PEC。濕法刻蝕也被證明可以刻蝕氮化鎵GaN。還報道了氮化鎵的解理面，生長在藍寶石襯底11上的氮化鎵的均方根粗糙度在16納米和生長在尖晶石襯底上的氮化鎵的均方根粗糙度在0.3納米之間變化。

? ? ? 在本文中，我們使用乙二醇代替水作為氫氧化鉀和氫氧化鈉的溶劑，因此我們能夠使用90℃至180℃的溫度。這些溫度超過了水的沸點，比以前參考文獻中使用的溫度高得多。通過這樣做，我們開發(fā)了一種兩步工藝，將晶體表面蝕刻成ⅲ族氮化物。

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實驗

? ? ? 熔融的KOH和熱磷酸H3PO4，已經(jīng)顯示出在GaN的c面中的缺陷位置蝕刻凹坑。報道了凹坑的刻面對應于GaN的$ 3032%面。我們觀察到通過在160℃以上的H3PO4中、在180℃以上的熔融KOH中、在135℃以上的溶于乙二醇的KOH中以及在180℃溶于乙二醇的NaOH中蝕刻，形成了具有對應于各種GaN晶面的刻面的蝕刻凹坑。所有六邊形蝕刻坑共享一個公共基底，即112 0方向，但與c平面相交的角度多種多樣。這是因為這些面實際上是由兩個或多個相互競爭的蝕刻平面產(chǎn)生的，這在高分辨率場效應掃描電子顯微鏡中可以看到FESEM圖中的圖像1。使用熱電偶監(jiān)控蝕刻劑溫度，精確到5℃以內(nèi)。H3PO4中的蝕刻坑密度約為2X106 cm -2，含氫氧化物蝕刻劑中的蝕刻坑密度約為6X107 cm-2。

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結(jié)果和討論

? ? ? 晶體蝕刻工藝中的兩個蝕刻步驟中的第一個用于建立蝕刻深度，并且可以通過幾種常見的處理方法來執(zhí)行。在第一步中，我們使用了幾種不同的處理方法，包括氯基等離子體中的反應離子蝕刻、氫氧化鉀溶液中的PEC蝕刻和劈裂。第二步是通過浸入能夠晶體蝕刻氮化鎵的化學物質(zhì)來完成的。該蝕刻步驟可以產(chǎn)生光滑的結(jié)晶表面，并且可以通過改變第一步驟的取向、化學試劑和溫度來選擇特定的蝕刻平面。

? ? ? 圖1和2所示的蝕刻速率。3–5垂直于生長方向測量，即在“水平”c平面上。對于“垂直”平面，例如1010%平面，該平面的實際蝕刻速率等于測量的蝕刻速率。然而，對于非垂直平面，平面的蝕刻速率實際上小于測量的蝕刻速率。例如，垂直于1012%平面的蝕刻速率是圖4所示的蝕刻速率乘以cos（46°)，因為1012%平面與垂直的1010%平面相交成46度角。

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圖1?氮化鎵c面位錯蝕坑的高分辨率場效應掃描電鏡圖像，通過在10%重量氫氧化鉀中蝕刻產(chǎn)生，溶解在乙二醇中，溫度為165℃。

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圖4?磷酸中氮化鎵蝕刻率的阿倫尼烏斯圖

結(jié)論

? ? ? 總之，本文提出了一種強有力的各向異性濕法化學刻蝕技術(shù)。已經(jīng)證明蝕刻速率高達3毫米/分鐘。因為蝕刻本質(zhì)上是結(jié)晶的，我們展示了光滑的垂直側(cè)壁均方根粗糙度小于FESEM的5納米分辨率。這是所報道的蝕刻氮化鎵側(cè)壁的最小粗糙度，表明這種蝕刻對于高反射率激光刻面是有用的。底切能力對于降低雙極晶體管等應用中的電容也很重要。

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