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? ? ? 光增強(qiáng)電化學(xué)（PEC）濕蝕刻也被證明用于氮化鎵。PEC蝕刻具有設(shè)備成本相對(duì)較低、表面損傷較低的優(yōu)點(diǎn)，但尚未找到一種生產(chǎn)光滑的垂直側(cè)壁的方法。氮化鎵的裂切面也有報(bào)道，在藍(lán)寶石基質(zhì)上生長(zhǎng)的氮化鎵的均方粒根粗糙度在16nm之間，在尖晶石基質(zhì)上生長(zhǎng)的氮化鎵的均方根粒度在11和0.3nm之間。
? ? ? 雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于氫氧化鉀的溶液可以蝕刻氮化鋁和氮化銦錫，但之前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能夠蝕刻高質(zhì)量氮化鎵的酸或堿溶液.在這篇文章中，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。通過(guò)這樣做，我們開(kāi)發(fā)了一種兩步工藝，將晶體表面蝕刻成ⅲ族氮化物。我們的樣品是用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在c面藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的2mm厚的n型GaN外延層。
? ? ? 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，并且可以通過(guò)幾種常見(jiàn)的處理方法來(lái)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(yīng)離子蝕刻、氫氧化鉀溶液中的PEC蝕刻。第二步是通過(guò)浸入能夠晶體蝕刻氮化鎵的化學(xué)物質(zhì)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)改變第一步驟的取向、化學(xué)試劑和溫度來(lái)選擇特定的蝕刻平面。表一總結(jié)了本工作中使用的所有化學(xué)品的蝕刻速率和晶面。該表中列出的蝕刻平面是蝕刻過(guò)程中出現(xiàn)的平面。因?yàn)閏面$0001%對(duì)所有這些化學(xué)物質(zhì)都是不可滲透的，除了在出現(xiàn)腐蝕坑的缺陷位置，它也是一個(gè)腐蝕面，腐蝕速率可以忽略不計(jì)。
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表1 各種化學(xué)物質(zhì)的蝕刻速率和觀察到的蝕刻平面
? ? ? 有趣的是，在相同溫度下，溶解在乙二醇中的氫氧化鉀的蝕刻速率高于熔融氫氧化鉀的蝕刻速率。事實(shí)上，蝕刻速率作為濃度的函數(shù)在乙二醇中40重量% KOH的值處達(dá)到峰值，如圖1所示。我們認(rèn)為這是由于蝕刻產(chǎn)物在乙二醇中的高溶解度。圖2顯示了在劈開(kāi)之后已經(jīng)被晶體蝕刻的氮化鎵外延層的幾個(gè)示例。圖2a和2b顯示在磷酸132°C處蝕刻的樣品。
? ? ? 因?yàn)?/span>c面不受本研究中使用的所有化學(xué)物質(zhì)的影響，所以晶體蝕刻步驟不需要蝕刻掩模，c面本身就充當(dāng)掩模。然而，如果使用長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，蝕刻掩?？赡苁潜匾?，以防止在缺陷位置形成蝕刻坑。為此，我們?cè)?00℃退火30 s后成功地使用了鈦掩模。
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圖1?氮化鎵c面位錯(cuò)蝕坑的高分辨率場(chǎng)效應(yīng)掃描電鏡圖像，通過(guò)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℃
? ? ? 總之，提出了一種強(qiáng)有力的各向異性濕法化學(xué)刻蝕技術(shù)。因?yàn)槲g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(bào)道的蝕刻氮化鎵側(cè)壁的最小粗糙度，表明這種蝕刻對(duì)于高反射率激光刻面是有用的。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。
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