华林科纳的晶体湿化学蚀刻
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目前 ， 大多数III族氮化物的加工都是通过干法等离子体蚀刻完成的 。 1 ， 2干法蚀刻有几个缺点 ， 包括产生离子诱导损伤3和难以获得激光器所需的光滑蚀刻侧壁 。 干法蚀刻产生的侧壁的典型均方根(rms)粗糙度约为50纳米 ， 4 ， 5 ， 尽管最近有报道称rms粗糙度低至4–6纳米的表面 。 6光增强电化学(PEC)湿法蚀刻也已被证明适用于氮化镓(GaN)的蚀刻 。 7–10 PEC蚀刻具有设备成本相对较低和表面损伤较低的优势 ， 但尚未发现产生光滑垂直侧壁的方法 。 还报道了GaN的解理面 ， 生长在蓝宝石衬底上的GaN的rms粗糙度在16 nm和11nm之间变化尖晶石衬底上生长的GaN为0.3纳米 。
【华林科纳的晶体湿化学蚀刻】虽然已经发现KOH基溶液可以蚀刻AlN和InAlN ， 但是之前还没有发现能够蚀刻高质量GaN的酸或碱溶液 。 在本文中 ， 我们使用乙二醇而不是水作为KOH和NaOH的溶剂 ， 因此我们可以使用90到180°c的温度 。 这些温度超过了水的沸点 ， 远远高于之前参考文献中使用的温度 。 通过这种方法 ， 我们开发了一种将晶体表面蚀刻为III族氮化物的两步法 。 我们的样品是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在c面蓝宝石上生长的2 μm厚的n型GaN外延层 ， 并且薄膜具有大约800弧秒的x射线衍射摇摆曲线全宽14融KOH和热磷酸(H3PO4)已经预明显显示出在GaN的C平面中的缺陷位置蚀刻凹坑 。 15 ， 16 Kozawa等人报告称 ， 凹坑的刻面对应于GaN的面 。 16我们观察到 ， 通过在160℃以上的H3PO4中、180℃以上的熔融KOH中、135℃以上的溶解在乙二醇中的KOH中进行蚀刻 ， 形成了具有对应于各种GaN晶面的刻面的蚀坑 。和溶解在180℃的乙二醇中的NaOH中 。 所有的六边形蚀刻坑共用一个共同的基底 ， 即方向 ， 但是与c平面相交
晶体蚀刻工艺中的两个蚀刻步骤中的第一个用于建立蚀刻深度 ， 并且它可以通过几种常见的处理方法来执行 。 对于我们的第一步 ， 我们使用了几种不同的处理方法 ， 包括在氯基等离子体中的反应离子蚀刻 ， 在KOH溶液中的PEC蚀刻 ， 以及劈开 。 第二步是通过浸入能够晶体蚀刻GaN的化学物质中来完成的 。 该蚀刻步骤可以产生光滑的结晶表面 ， 并且可以通过改变第一步骤的方向、化学试剂和温度来选择特定的蚀刻平面 。 表1总结了本研究中使用的所有化学物质的蚀刻速率和晶面 。 该表中列出的蚀刻平面是蚀刻过程中出现的平面 。 由于c面不受所有这些化学物质的影响 ， 除了在出现蚀坑的缺陷位置 ， 它也是一个蚀刻面 ， 具有可忽略的小蚀刻速率 。
研究中使用的所有化学物质都不能透过c平面 ， 所以晶体蚀刻步骤不需要蚀刻掩模 ， c平面本身就充当掩模 。 然而 ， 如果使用长蚀刻时间 ， 蚀刻掩模可能是必要的 ， 以防止在缺陷位置出现蚀刻坑 。 为此目的 ， 我们华林科纳已经成功地使用了在900℃退火30秒后的钛掩模总之 ， 提出了一种强有力的各向异性湿法化学蚀刻技术 。 已经证实蚀刻速率高达3 m/min 。 因为蚀刻本质上是结晶学的 ， 所以我们用均方根粗糙度小于FESEM的5 nm分辨率 。 这是所报道的蚀刻GaN侧壁的最小粗糙度 ， 表明这种蚀刻对于高反射率激光器腔面是有用的 。 底切能力对于降低双极晶体管等应用中的电容也很重要 。
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