引言

目前，大多數(shù)III族氮化物的加工都是通過(guò)干法等離子體蝕刻完成的。干法蝕刻有幾個(gè)缺點(diǎn)，包括產(chǎn)生離子誘導(dǎo)損傷和難以獲得激光器所需的光滑蝕刻側(cè)壁。干法蝕刻產(chǎn)生的側(cè)壁典型均方根(rms)粗糙度約為50納米，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)KOH基溶液可以蝕刻AlN和InAlN，但是之前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能夠蝕刻高質(zhì)量GaN的酸或堿溶液。在本文中，英思特通過(guò)使用乙二醇而不是水作為KOH和NaOH的溶劑，開(kāi)發(fā)了一種將晶體表面蝕刻為III族氮化物的兩步法。

實(shí)驗(yàn)與討論

我們通過(guò)在160℃以上的H3PO4、180℃以上的熔融KOH、以及135℃以上溶解在乙二醇中的KOH中進(jìn)行蝕刻，形成了具有對(duì)應(yīng)于各種GaN晶面的刻面的蝕坑。從各種不同的角度觀察到所有的六邊形蝕刻坑共用一個(gè)共同的基底，即^11方向，但是與c平面相交。這是因?yàn)檫@些面實(shí)際上是由兩個(gè)或多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的蝕刻平面產(chǎn)生的（如圖1所示）。在H3PO4中，蝕坑密度約為2×106cm-2，在含氫氧化物的蝕刻劑中，蝕坑密度約為6×107cm-2。

圖1：GaN的c平面中位錯(cuò)蝕坑的高分辨率場(chǎng)效應(yīng)SEM圖像

晶體蝕刻工藝中的兩個(gè)蝕刻步驟中的第一個(gè)用于建立蝕刻深度，并且它可以通過(guò)幾種常見(jiàn)的處理方法來(lái)執(zhí)行。對(duì)于我們的第一步，我們使用了幾種不同的處理方法，包括在氯基等離子體中的反應(yīng)離子蝕刻，在KOH溶液中的PEC蝕刻。第二步是通過(guò)浸入能夠晶體蝕刻GaN的化學(xué)物質(zhì)中來(lái)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(guò)改變第一步驟的方向、化學(xué)試劑和溫度來(lái)選擇特定的蝕刻平面。

圖2所示的蝕刻速率是垂直于生長(zhǎng)方向測(cè)量的，即在“水平”c平面上。對(duì)于“垂直”平面，如{10-10}平面，該平面的實(shí)際蝕刻速率等于測(cè)得的蝕刻速率。然而，對(duì)于非垂直平面，該平面的蝕刻速率實(shí)際上小于測(cè)量的蝕刻速率。

圖2：KOH和溶解在乙二醇中的30% KOH中GaN蝕刻速率

有趣的是，在相同的溫度下，溶解在乙二醇中的KOH的蝕刻速率高于摩爾數(shù)為10的KOH的蝕刻速率。事實(shí)上，作為濃度函數(shù)的蝕刻速率在乙二醇中KOH的值處達(dá)到峰值。我們相信這是由于蝕刻產(chǎn)物在乙二醇中的高溶解度導(dǎo)致的。

結(jié)論

由于本研究中使用的所有化學(xué)物質(zhì)都不能透過(guò)c平面，所以晶體蝕刻步驟不需要蝕刻掩模，c平面本身就可以充當(dāng)掩模。然而，如果使用長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，蝕刻掩模可能是必要的，以防止在缺陷位置出現(xiàn)蝕刻坑。因此，我們已經(jīng)成功地使用了在900℃退火30秒后的鈦掩模。

英思特提出了一種強(qiáng)有力的各向異性濕法化學(xué)蝕刻技術(shù)。因?yàn)槲g刻本質(zhì)上是結(jié)晶學(xué)的，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種蝕刻對(duì)于高反射率激光器腔面是有用的，底切能力對(duì)于降低雙極晶體管等應(yīng)用中的電容也很重要。

審核編輯：湯梓紅