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AIN作為一種穩(wěn)定的半導(dǎo)體表面鈍化劑和薄膜表面聲波器件引起了人們的關(guān)注，其高熔點(diǎn)和導(dǎo)熱系數(shù)、寬帶隙和優(yōu)異的機(jī)械性能、對其他各種應(yīng)用都有吸引力。與氮化鎵和InN合金化時(shí)，形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，操作譜較寬，作為光學(xué)發(fā)射器和探測器，以及具有高溫電子學(xué)的潛力，特別是，藍(lán)/綠色發(fā)光二極管和紫外探測器的高質(zhì)量單晶在氧化鋁和其他底物上外延生長的進(jìn)展，藍(lán)/綠色發(fā)光二極管和紫外探測器的最新進(jìn)展成為可能。
對AIN和相關(guān)合金應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵要求是開發(fā)用于器件結(jié)構(gòu)圖案化的受控濕和干蝕刻技術(shù)，各種不同的蝕刻溶液已被用于非晶或多晶AIN，但迄今為止沒有一種被證明適用于單晶材料，對于等離子體輔助化學(xué)氣相沉積AIN在Si或III-V襯底上，膨脹或反應(yīng)性蒸發(fā)的薄膜也在沸騰的HF/H2o、14-16HNO3/HF17或稀釋的NaOH18溶液中被蝕刻，由于缺乏可靠的單晶材料濕蝕刻溶液，氮化物材料的等離子體蝕刻方法備受關(guān)注，在之前已經(jīng)證明了在ch4/h2-、氯氣-或br2基的等離子體化學(xué)中，AIN的光滑各向異性干蝕刻。
三甲胺丙烷和氮通量從電子回旋共振~ECR！等離子體源~脈波波MPOR610，以2.45GHz和200W正向功率作為生長化學(xué)品，在砷化鎵上生長的AIN是多晶的，而在氧化鋁上生長的AIN是缺陷單晶，研究了兩種不同的單晶樣品：第一個(gè)有一個(gè)雙晶x射線衍射峰寬~的半最大寬度，400弧秒，而第二個(gè)的值大約是一半。我們注意到，在AIN樣品的光刻圖案過程中，暴露于AZ400K顯影劑產(chǎn)生大量蝕刻，顯影劑中蝕刻AIN的活性成分為氫氧化鉀，系統(tǒng)研究了AZ400K中AIN的濕性蝕刻特性，確定了蝕刻速率的限速步驟和蝕刻速率對材料質(zhì)量的依賴關(guān)系。
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圖1
圖1顯示了這三種植物的蝕刻率的阿倫尼烏斯圖不同的樣本。蝕刻以相同的活化能值被熱激活，在所有情況下，此外，該速率對攪拌不敏感，并依賴于蝕刻劑的濃度，這些是反應(yīng)限制蝕刻的特征。
其中R為溫度T下的蝕刻速率，Ea為蝕刻反應(yīng)的活化能，k為玻爾茲曼常數(shù)，R0為常數(shù)，可以認(rèn)為是(OH)2離子與AIN表面反應(yīng)的嘗試頻率。我們假設(shè)r0強(qiáng)烈依賴于材料質(zhì)量，因?yàn)榻Y(jié)晶度較差的AIN將有更多的弱鍵或缺陷鍵，這更容易受到顯影劑溶液的攻擊。因此，在我們的AIN中，絕對蝕刻速率取由外延層的晶體質(zhì)量控制，但蝕刻具有相同的活化能。
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圖2
圖2顯示了多晶AIN在純AZ400K溶液和5：1H2O：AZ400K溶液中蝕刻深度的時(shí)間依賴性，在這兩種情況下都有線性依賴性，蝕刻速率依賴于蝕刻劑濃度，這也是速率控制的特征，而不是擴(kuò)散控制的蝕刻反應(yīng)的特征，如果蝕刻是后者，則預(yù)計(jì)蝕刻深度和活化能在1-6千卡范圍內(nèi)依賴。
為了證明這種濕蝕刻在器件應(yīng)用中的適用性，即它提供控制速率和非晶體蝕刻，GaN/InGaN層在結(jié)構(gòu)的頂部清晰可見，其次是AIN，在結(jié)構(gòu)底部可見的第三個(gè)區(qū)域是由于氧化鋁襯底的過度進(jìn)入，干式蝕刻是非選擇性的和高度各向異性的，蝕刻對氮化鎵和氧化鋁都是完全選擇性的，而且沒有晶體取向依賴性。這種由濕蝕刻形成的受控下切材料在制造許多不同的器件結(jié)構(gòu)中是必要的，包括異質(zhì)結(jié)雙極晶體管中的發(fā)射器-臺面的形成。
綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體光刻技術(shù)中常用的一種溶液可以用于以可控的速率蝕刻單晶AIN，AZ400K光刻膠開發(fā)者提供選擇性蝕刻AIN超過氮化鎵~和InN，以及氧化鋁和砷化鎵等襯底材料。這一發(fā)現(xiàn)在制造基于鋁的器件結(jié)構(gòu)中應(yīng)該被證明是有用的。