关于氮化镓的深紫外增强湿法化学蚀刻的研究报告

本文探讨了紫外辐照对生长在蓝宝石衬底上的非有意掺杂n型氮化镓(GaN)层的湿法化学刻蚀的影响。实验过程中，我们发现氮化镓的蚀刻发生在pH值分别为2-1和11-15的磷酸水溶液和氢氧化钾溶液中。在稀释的磷酸和氢氧化钾溶液中，氮化镓上可以观察到氧化镓的形成。这归因于两步反应过程并且在此过程中，紫外线照射可以增强氮化镓的氧化溶解。

实验中，我们使用深紫外紫外光照射来研究不同酸碱度电解质中的湿法蚀刻过程。因此，我们能够首次在PEC蚀刻工艺中解决氧化物生长和氮化镓溶解的问题。我们将快速蚀刻速度归因于深紫外光增强的氮化镓氧化溶解和电解质中氧化还原水平的有效载流子注入。

对于深紫外光下氮化镓的等离子体化学蚀刻，实验使用了253.7纳米汞柱线源。为了避免加热问题，照明强度保持在10毫瓦/平方厘米。利用短光路来避免电解质中的紫外线诱导吸收，电解液通过将85%的磷酸(H3PO4)或氢氧化钾颗粒溶解在去离子水或乙醇中来制备。使用经过校准的Jenco 6071TH酸度计测量电解质的pH值，范围为2 1至15。

图1显示了在pH53的H3PO4电解液中1小时PEC处理的氮化镓的扫描电镜照片。沿氮化镓生长方向可以清楚地看到针状微晶的生长。这些微晶在可见光下是透明的，可以单独溶解在2 M氢氧化钾溶液中等等结果。

结合上述信息，我们考虑了氮化镓的PEC蚀刻的两步反应模型。当用253.7nm汞柱线光源照射时，首先通过与自由水分子的反应，在氮化镓上形成氧化镓的氧化物层。在此过程中，GaN/电解质界面上的UV激发的热载流子有多余的能量来进入水中的h1/h2和一氧化二氢/O2氧化还原水平，并增强氧化过程。氧化层随后溶解在适当pH浓度的碱或酸中。

最后显示在图4中的是PEC蚀刻GaN样品的SEM显微照片，侧壁中显示的垂直条纹是由于在蚀刻过程中转移到氮化镓中的铂掩模上的条纹。它们通常在蚀刻工艺中观察到，但是可以通过优化金属剥离工艺来改善。

综上所述，我们探讨了利用不同pH值的氢氧化钾和磷酸电解质和253.7nmHg线源对氮化镓的两性PEC蚀刻并提出了一个结合氧化溶解机制的两步反应模型来解释氮化镓在室温下的uv增强的湿式化学蚀刻。

审核编辑：符乾江