索引術(shù)語(yǔ):氮化鎵，蝕刻

摘要

本文介紹了我們?nèi)A林科納的一種利用氫氧化鉀溶液和大面積汞燈照明對(duì)氮化鎵進(jìn)行光增強(qiáng)濕法化學(xué)刻蝕的工藝。討論了n+氮化鎵、非有意摻雜氮化鎵和p-氮化鎵樣品的結(jié)果。

介紹

光電化學(xué)蝕刻是一種技術(shù)，其中材料中電子和空穴的光生增強(qiáng)了材料的化學(xué)蝕刻。本文已經(jīng)對(duì)各種半導(dǎo)體材料進(jìn)行了濕法PEC蝕刻研究，結(jié)果表明，濕法PEC蝕刻可以產(chǎn)生高蝕刻速率、良好的各向異性，以及不同摻雜和帶隙材料之間的高選擇性 。明斯基等人。 最近已經(jīng)證明了在He-Cd激光器(λ = 325nm)的照射下使用KOH和HCl溶液對(duì)GaN進(jìn)行PEC蝕刻的可行性。他們展示了非有意摻雜(NID)氮化鎵(n = 2–4×1017)的高蝕刻速率，使用退火(900℃)鈦觸點(diǎn)形成電觸點(diǎn)和蝕刻掩模。在這封信中，我們報(bào)告了使用汞燈曝光和未退火的沉積鈦金屬接觸在大面積上進(jìn)行的n+、NID和p型摻雜的氮化鎵樣品的PEC蝕刻。

實(shí)驗(yàn)

氮化鎵樣品安裝在電化學(xué)電池中，類似于前面描述的 。使用鍍金鎳墊圈將樣品夾在聚四氟乙烯底座上。連接到墊圈的鉑絲用作系統(tǒng)陰極。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，在樣品和鉑陰極之間沒(méi)有施加偏壓。將細(xì)胞置于室溫下充滿0.04毫摩爾氫氧化鉀溶液的培養(yǎng)皿中。曝光是在卡爾·蘇斯·MJB-3型掩模對(duì)準(zhǔn)器中進(jìn)行的，使用的是未經(jīng)過(guò)濾的汞燈源。分別在320、365和405納米的波長(zhǎng)下測(cè)量到6.4、7.4和13.2毫瓦/平方厘米的強(qiáng)度。24小時(shí)后，在Tencor階梯輪廓儀的10納米分辨率范圍內(nèi)，每個(gè)樣品的“暗”蝕刻速率可以忽略不計(jì)。此外，對(duì)于沒(méi)有施加金屬接觸的氮化鎵樣品，6h后沒(méi)有觀察到明顯的蝕刻。明斯基等人。描述了使用高溫退火在鈦焊盤和下面的氮化鎵之間獲得良好的電接觸 。這項(xiàng)工作中使用的沉積鈦觸點(diǎn)沒(méi)有退火，表現(xiàn)出溫和的整流特性 。然而，金屬半導(dǎo)體界面代表用于將電子傳導(dǎo)到陰極的正向偏置結(jié)，并且支持足夠的電流以發(fā)生明顯的蝕刻。

結(jié)果和討論

圖1和圖2示出了60°之后n+和NID GaN的蝕刻輪廓分別蝕刻90分鐘。對(duì)于這些圖像，使用氫氟酸去除鈦蝕刻掩模。1.2和1.5米的蝕刻深度對(duì)應(yīng)于n+氮化鎵的20納米/分鐘和NID氮化鎵材料的17納米/分鐘的蝕刻速率。圖1所示的n+氮化鎵樣品。 被過(guò)蝕刻5小時(shí)，直到到達(dá)襯底。觀察到蝕刻工藝提供了高的各向異性，同時(shí)蝕刻掩模的底切最小。這些圖像中觀察到的表面粗糙度可能反映了材料中存在的高濃度缺陷。

值得注意的是，對(duì)于p型樣品沒(méi)有觀察到明顯的蝕刻。先前對(duì)GaAs PEC蝕刻的研究表明，蝕刻速率取決于光生空穴對(duì)半導(dǎo)體表面的限制。明斯基等人。已經(jīng)提出GaN的蝕刻機(jī)制可能類似于GaAs提出的機(jī)制，其中光生空穴參與Ga和As的氧化分解。p-GaN觀察到的可忽略的蝕刻速率與先前報(bào)道的p-GaAs結(jié)果一致，其中“表面帶彎曲”阻止了積累

空穴在半導(dǎo)體表面的移動(dòng)抑制了氧化反應(yīng)的發(fā)生。

這些結(jié)果表明，PEC蝕刻工藝對(duì)于氮化鎵層的摻雜劑選擇性蝕刻非常有用。已經(jīng)進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)，其中p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的垂直截面在浸入溶液中時(shí)暴露于紫外線輻射。如上所述，通過(guò)p型層上的鎳接觸墊與樣品進(jìn)行電連接。發(fā)生掩埋n型層的選擇性蝕刻，產(chǎn)生頂部p型層的深底切。沒(méi)有觀察到p型材料的蝕刻。通過(guò)使用p型摻雜或更寬帶隙材料的蝕刻停止層，選擇性PEC蝕刻可能是實(shí)現(xiàn)平滑蝕刻表面的有效技術(shù)。此外，產(chǎn)生底切輪廓的能力對(duì)于器件制造是有用的，使用干法蝕刻技術(shù)不容易實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

本文使用氫氧化鉀溶液和寬面積汞燈照明對(duì)氮化鎵層進(jìn)行光增強(qiáng)濕蝕刻，n+和NID氮化鎵層的蝕刻率為17-20nm/分鐘，而p-GaN沒(méi)有觀察到蝕刻。樣品被未退火的鈦金屬所掩蓋，而鈦金屬很容易用高頻蝕刻法去除。摻雜劑選擇性蝕刻的初步實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成功，并表明該工藝可能作為一種低損傷蝕刻技術(shù)對(duì)氮化鎵器件的制造具有有用的應(yīng)用價(jià)值。

?　　審核編輯：鄢孟繁