引言

目前，大多數III族氮化物的加工都是通過干法等離子體蝕刻完成的。干法蝕刻有幾個缺點，包括產生離子誘導損傷和難以獲得激光器所需的光滑蝕刻側壁。干法蝕刻產生的側壁典型均方根(rms)粗糙度約為50納米，雖然已經發現KOH基溶液可以蝕刻AlN和InAlN，但是之前還沒有發現能夠蝕刻高質量GaN的酸或堿溶液。在本文中，英思特通過使用乙二醇而不是水作為KOH和NaOH的溶劑，開發了一種將晶體表面蝕刻為III族氮化物的兩步法。

實驗與討論

我們通過在160℃以上的H3PO4、180℃以上的熔融KOH、以及135℃以上溶解在乙二醇中的KOH中進行蝕刻，形成了具有對應于各種GaN晶面的刻面的蝕坑。從各種不同的角度觀察到所有的六邊形蝕刻坑共用一個共同的基底，即^11方向，但是與c平面相交。這是因為這些面實際上是由兩個或多個競爭的蝕刻平面產生的（如圖1所示）。在H3PO4中，蝕坑密度約為2×106cm-2，在含氫氧化物的蝕刻劑中，蝕坑密度約為6×107cm-2。

圖1：GaN的c平面中位錯蝕坑的高分辨率場效應SEM圖像

晶體蝕刻工藝中的兩個蝕刻步驟中的第一個用于建立蝕刻深度，并且它可以通過幾種常見的處理方法來執行。對于我們的第一步，我們使用了幾種不同的處理方法，包括在氯基等離子體中的反應離子蝕刻，在KOH溶液中的PEC蝕刻。第二步是通過浸入能夠晶體蝕刻GaN的化學物質中來完成的。該蝕刻步驟可以產生光滑的結晶表面，并且可以通過改變第一步驟的方向、化學試劑和溫度來選擇特定的蝕刻平面。

圖2所示的蝕刻速率是垂直于生長方向測量的，即在“水平”c平面上。對于“垂直”平面，如{10-10}平面，該平面的實際蝕刻速率等于測得的蝕刻速率。然而，對于非垂直平面，該平面的蝕刻速率實際上小于測量的蝕刻速率。

圖2：KOH和溶解在乙二醇中的30% KOH中GaN蝕刻速率

有趣的是，在相同的溫度下，溶解在乙二醇中的KOH的蝕刻速率高于摩爾數為10的KOH的蝕刻速率。事實上，作為濃度函數的蝕刻速率在乙二醇中KOH的值處達到峰值。我們相信這是由于蝕刻產物在乙二醇中的高溶解度導致的。

結論

由于本研究中使用的所有化學物質都不能透過c平面，所以晶體蝕刻步驟不需要蝕刻掩模，c平面本身就可以充當掩模。然而，如果使用長蝕刻時間，蝕刻掩模可能是必要的，以防止在缺陷位置出現蝕刻坑。因此，我們已經成功地使用了在900℃退火30秒后的鈦掩模。

英思特提出了一種強有力的各向異性濕法化學蝕刻技術。因為蝕刻本質上是結晶學的，實驗發現這種蝕刻對于高反射率激光器腔面是有用的，底切能力對于降低雙極晶體管等應用中的電容也很重要。