引言

由于其獨特的材料特性，III族氮化物半導體廣泛應用于電力、高頻電子和固態照明等領域。加熱的四甲基氫氧化銨(TMAH)和KOH3處理的取向相關蝕刻已經被用于去除III族氮化物材料中干法蝕刻引起的損傷，并縮小垂直結構。

不幸的是，由于化學蝕刻過程中的微加工，很難對直徑小于50納米的垂直納米結構進行這些處理。因此，在常規蝕刻工藝之后精細控制和收縮垂直納米結構的蝕刻技術仍然是必要的。

在這項工作中，英思特進一步研究了用于銳化GaN垂直的濕化學DE工藝，并將其應用擴展到AlGaN尖端和c平面AlGaN蝕刻中。這種技術可以精細地縮小GaN垂直錐形尖端，而不會降低側壁，這在一些具有密集垂直納米結構陣列的應用中是有益的。

實驗與討論

本研究中研究的濕法數字蝕刻(DE)技術由每個周期四個步驟組成，如圖1所示。GaN或AlGaN表面首先被H2SO4和30% H2O2的混合物氧化，然后在去離子水中漂洗。然后通過稀釋的HCl和另一次去離子水漂洗去除氧化層。

圖1：不同薄膜的外延結構

圖2：垂直尖端收縮實驗(結構A和C)中使用的工藝流程

由于H2O2隨著時間分解，我們為了保持穩定的蝕刻速率，H2SO4和H2O2的混合物會在每三個DE循環后更新。因此，以下實驗結果中擬合的蝕刻速率都是基于3個完整DE循環后的蝕刻深度。

DE首先用于銳化通過等離子體干法蝕刻形成的垂直GaN和AlGaN納米錐，以獲得尖端半徑小于10nm的III族氮化物垂直尖端。工藝流程如圖2所示。尖端寬度從30nm到70nm變化的GaN (A)和AlGaN (C1和C2)的垂直尖端，通過以30-40nm厚的Ni作為硬掩模，基于Cl2/BCl3的電感耦合等離子體反應離子蝕刻(ICP-RIE)形成。

圖3：氮化鎵尖端的傾斜掃描電鏡圖像

在干法蝕刻之后和在通過10分鐘蝕刻去除Ni硬掩模之后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)檢查尖端寬度(如圖3)。在蝕刻之后，在GaN垂直尖端側壁的形態上沒有觀察到明顯的變化。實驗結果表明，基于濕法的DE適用于垂直結構縮放和橫向器件制造。蝕刻速率穩定且可重復，且AlGaN (0001)表面粗糙度在至少18次DE循環后不會降低。

然而，DE在平面蝕刻和垂直蝕刻中表現不同。在尖端收縮實驗中，AlGaN尖端具有高Al比的AlGaN比GaN尖端收縮得更快，而高Al比的AlGaN沿c軸的蝕刻速率比低Al比的AlGaN慢。

結論

英思特在GaN和AlGaN材料上演示了濕化學數字蝕刻，通過等離子體干法刻蝕形成的垂直GaN和AlGaN納米錐可以利用這種技術變得尖銳。我們通過濕法DE技術展示了一種簡單的方法，即在沒有任何真空或等離子體系統的情況下進行納米水平和良好控制的蝕刻。

III族氮化物垂直納米結構可以通過這種技術縮小，并用于改善垂直器件的性能，包括III族氮化物垂直SAGFEAs16。(0001) AlGaN的表面在多次DE循環后沒有退化，這也表明當制造III族氮化物橫向器件時，這種技術對于無等離子體柵極凹陷或相關工藝可能是有益的。與基于等離子體的蝕刻技術相比，使用這種類型的數字蝕刻有望使III族氮化物器件具有更小的蝕刻損傷。

審核編輯：湯梓紅