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? ? ? 本文探討了紫外輻照對(duì)生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的非有意摻雜n型氮化鎵(GaN)層的濕法化學(xué)刻蝕的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)氮化鎵的蝕刻發(fā)生在pH值分別為2-1和11-15的磷酸水溶液和氫氧化鉀溶液中。在稀釋的磷酸和氫氧化鉀溶液中，氮化鎵上可以觀察到氧化鎵的形成。這歸因于兩步反應(yīng)過(guò)程并且在此過(guò)程中，紫外線照射可以增強(qiáng)氮化鎵的氧化溶解。
? ? ? 實(shí)驗(yàn)中，我們使用深紫外紫外光照射來(lái)研究不同酸堿度電解質(zhì)中的濕法蝕刻過(guò)程。因此，我們能夠首次在PEC蝕刻工藝中解決氧化物生長(zhǎng)和氮化鎵溶解的問(wèn)題。我們將快速蝕刻速度歸因于深紫外光增強(qiáng)的氮化鎵氧化溶解和電解質(zhì)中氧化還原水平的有效載流子注入。
? ? ? 對(duì)于深紫外光下氮化鎵的等離子體化學(xué)蝕刻，實(shí)驗(yàn)使用了253.7納米汞柱線源。為了避免加熱問(wèn)題，照明強(qiáng)度保持在10毫瓦/平方厘米。利用短光路來(lái)避免電解質(zhì)中的紫外線誘導(dǎo)吸收，電解液通過(guò)將85%的磷酸(H3PO4)或氫氧化鉀顆粒溶解在去離子水或乙醇中來(lái)制備。使用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的Jenco 6071TH酸度計(jì)測(cè)量電解質(zhì)的pH值，范圍為2 1至15。
? ? ? 圖1顯示了在pH53的H3PO4電解液中1小時(shí)PEC處理的氮化鎵的掃描電鏡照片。沿氮化鎵生長(zhǎng)方向可以清楚地看到針狀微晶的生長(zhǎng)。這些微晶在可見(jiàn)光下是透明的，可以單獨(dú)溶解在2 M氫氧化鉀溶液中等等結(jié)果。
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圖1 氮化鎵樣品的掃描電鏡顯微照片
? ? ? 結(jié)合上述信息，我們考慮了氮化鎵的PEC蝕刻的兩步反應(yīng)模型。當(dāng)用253.7nm汞柱線光源照射時(shí)，首先通過(guò)與自由水分子的反應(yīng)，在氮化鎵上形成氧化鎵的氧化物層。在此過(guò)程中，GaN/電解質(zhì)界面上的UV激發(fā)的熱載流子有多余的能量來(lái)進(jìn)入水中的h1/h2和一氧化二氫/O2氧化還原水平，并增強(qiáng)氧化過(guò)程。氧化層隨后溶解在適當(dāng)pH濃度的堿或酸中。
? ? ? 最后顯示在圖4中的是PEC蝕刻GaN樣品的SEM顯微照片，側(cè)壁中顯示的垂直條紋是由于在蝕刻過(guò)程中轉(zhuǎn)移到氮化鎵中的鉑掩模上的條紋。它們通常在蝕刻工藝中觀察到，但是可以通過(guò)優(yōu)化金屬剝離工藝來(lái)改善。
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圖4 PEC蝕刻氮化鎵樣品的掃描電鏡照片
? ? ? 綜上所述，我們探討了利用不同pH值的氫氧化鉀和磷酸電解質(zhì)和253.7nmHg線源對(duì)氮化鎵的兩性PEC蝕刻并提出了一個(gè)結(jié)合氧化溶解機(jī)制的兩步反應(yīng)模型來(lái)解釋氮化鎵在室溫下的uv增強(qiáng)的濕式化學(xué)蝕刻。
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