Lichtunterstütztes Nassätzen von Nitridhalbleiter GaN

Gruppennitrid-Halbleiter erhalten immer mehr Aufmerksamkeit. Da ihre Energielücken und ihre ternären Legierungssysteme den größten Teil des sichtbaren Lichtbands bis zum ultravioletten Band abdecken, werden sie in optoelektronischen Geräten verwendet, insbesondere bei blauem Licht und ultraviolettem Licht. Licht emittierende und Detektorvorrichtungen mit kurzer Wellenlänge sowie mikroelektronische Hochtemperaturvorrichtungen haben attraktive Anwendungen. Die Gerätevorbereitung ist untrennbar mit dem Strukturieren und Ätzen verbunden, und Nassätzen ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden. Im Allgemeinen hat es die Vorteile eines einfachen Prozesses, eines geringen Schadens und einer hohen Korrosionsrate. Aufgrund der hervorragenden chemischen Stabilität von GaN ist es jedoch schwierig, herkömmliche chemische Ätzverfahren bei Raumtemperatur anzuwenden, was die Entwicklung von GaN-basierten Halbleiterbauelementen erschwert. Siehe den Bericht über erfolgreiches GaN-Ätzen mit dem gemeinsamen NassMethode bei Raumtemperatur [1~5]. Lichtunterstütztes Nassätzen besteht darin, die in die Ätzlösung eingetauchte Probe mit einem Energiestrahl zu bestrahlen, der größer als die Bandlücke des Halbleiters ist, um das photoelektrochemische Ätzen des Materials zu realisieren. Es ist eine Ergänzung zum nasschemischen Ätzverfahren. Khare[6] ua berichteten über die Ergebnisse der Verwendung von laserunterstütztem Nassätzen von GaAs. Kürzlich haben mehrere Forschungsgruppen vorgeschlagen, laserunterstützte oder verbesserte GaN-Ätzverfahren einzusetzen [7, 8]. Zum Beispiel verwendeten Minsky[7] et al He2Cd-Laserbestrahlung zum Nassätzen von GaN, aber die erzielten Ergebnisse waren nicht ideal, das Ätzen war nicht gleichmäßig, was mit dem Laserstrahlmodus zusammenhängt, und der Fleckdurchmesser war zu klein . Es ist schwierig, die Anforderungen der Entwicklung verschiedener GaN-Geräte zu erfüllen. Kelly[8] lasergeätztes GaN, konnte aber nur eine Gitterstruktur bilden. Seit dDa die Quecksilberlampe starke UV-Strahlen mit einer Photonenenergie emittieren kann, die größer als die Bandlücke von GaN ist, schlugen wir die Annahme eines GaN-Nassätzens durch Minenstrahlung von der Quecksilberlampe vor. Diese Veröffentlichung berichtet über den Erfolg des lichtunterstützten Nassätzens von GaN bei Raumtemperatur unter Verwendung einer gewöhnlichen Quecksilberlampe als Lichtquelle und die vorläufigen Ergebnisse der Korrosionsgesetzuntersuchung.

Experiment und Ergebnisse
Das Experiment verwendete eine kugelförmige Quecksilberlampe GCQ 200 mit 200 W und hoher Helligkeit, die durch eine Quarzlinse um eine strahlende Lichtquelle fokussiert wurde . In dem Experiment wurden 1:10 HCl-Lösung bzw. 10 % NaOH-Lösung verwendet. Indium wird verwendet, um einen guten ohmschen Kontakt auf der Oberfläche der GaN-Probe zu bilden, was der Schlüssel zum Erreichen des idealen Korrosionseffekts ist. Die Probe wird in die Korrosionslösung eingetaucht. Aus der Probe wurde ein Faden und eine Mikroa gezogenmmmeter wurde mit einer in Korrosionslösung eingetauchten Graphitelektrode in Reihe geschaltet, um den Kurzschluss-Photostrom der Korrosionsreaktion unter Licht zu überwachen Film auf Saphirsubstrat durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD)-Technologie. Ein unabsichtlich dotiertes GaN (Trägerkonzentration beträgt 10¹&sup7; cm³) und das andere ist Si-dotiertes GaN (Trägerkonzentration beträgt 10¹&sup8; cm³). Die während des Ätzens auf die Probe eingestrahlte optische Leistungsdichte wird mit einem UV-Leistungsdichtemessgerät (UV IN T EN S I

T Y M ET ER2M OD EL 1000) Bestimmung. Die Korrosionstiefe der Probe wird mit dem D EKTA K II Surface Profiler Measurement gemessen. Experimente zeigen, dass die Korrosion von GaN erfolgreich erreicht werden kann, indem eine 1:10 HCl-Lösung und 10%ige NaOH-Ätzlösung verwendet und verwendet werdenmit einer Quecksilberlampe, aber unter den gleichen Bedingungen, unter Verwendung von NaOH bestrahlen. Die Korrosionsrate kann bis zum 30-fachen einer HCl-Korrosionslösung betragen. In diesem Artikel wird NaOH als Korrosionslösung verwendet, um das Gesetz der Nasskorrosion von mit einer Quecksilberlampe bestrahltem GaN zu untersuchen. Einschließlich Korrosionstiefe und -zeit, Korrosionsrate und Probenträgerkonzentration und die Beziehung zwischen der Bestrahlungsleistungsdichte und der Kurzschlussfotostromänderung während des Ätzprozesses usw.
1. Die Beziehung zwischen Ätztiefe und Zeit hält die optische Leistungsdichte der Bestrahlung bei 400 mW cm&supmin;². Wählen Sie eine andere Photokorrosionszeit, das Zeitintervall beträgt 2 Minuten, und zeichnen Sie die Beziehungskurve zwischen Korrosionstiefe und Korrosionszeit. Wie in Abbildung 1 gezeigt, zeigt sich, dass die Korrosionstiefe und -zeit eine gute lineare Beziehung haben und die Korrosion gleichmäßig ist.
2. Die Beziehung zwischen Korrosionsrate und Probenkonzentration unter den gleichen Bedingungen hatf die GaN-Probe mit hoher Ladungsträgerkonzentration hat eine höhere Korrosionsrate.
3. Die Beziehung zwischen Korrosionsrate und optischer Leistungsdichte Mit einigen Quarzlinsen kann die Bestrahlungsleistungsdichte der Quecksilberlampenlichtquelle eingestellt werden, und die Bestrahlungslichtleistungsdichte kann in einem weiten Bereich wie 313 mW μcm2 eingestellt werden 900 mW Die Korrosionsrate unter der Leistungsdichte ist in Abbildung 2 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Korrosionsrate im Wesentlichen linear mit der Leistungsdichte des eingestrahlten Lichts ist. Die durchgezogene Linie im Bild ist eine lineare Anpassungslinie. Die Erhöhung der Leistungsdichte kann bis zu 600nm ?min betragen. Die Korrosionsrate von .
Experimente haben gezeigt, dass in einer dunklen Umgebung, dh wenn kein Licht auf die Probe fällt, nach 8 Stunden Korrosion kein Korrosionsphänomen beobachtet wurde; bei Tageslicht und He2Ne-Laserbestrahlung unter gleichen BedingungenDaten wurden nach 1 Stunde Korrosion keine Anzeichen von Korrosion beobachtet. Dies zeigt, dass in unserem Versuch das ultraviolette Licht der Quecksilberlampe und ihre gewisse Leuchtkraft die notwendigen Bedingungen und entscheidenden Faktoren für Korrosion sind. Überprüfen und justieren Sie die Korrosionsrate, indem Sie Lichtleistung in einem weiten Bereich verwenden.
4. KorrosionskurzschlussFotostrom
Bei gleicher Leuchtdichte ist der Fotostrom proportional zur Lichtfläche. Darüber hinaus haben wir für beide Proben festgestellt, dass sich der Kurzschluss-Photostrom bei einer gewissen Dünnheit der Probe regelmäßig mit der Korrosionszeit ändert, wie in Abb. 3. Die festen Punkte in der Abbildung stellen die experimentellen Daten dar, und die durchgezogene Linie ist die angepasste Kurve. Die Ergebnisse zeigen, dass der Photostrom während des Korrosionsprozesses mit der Zeit exponentiell abnimmt. Wenn die GaN-Korrosionsreaktion der Epitaxialschicht abgeschlossen ist, neigt der Strom dazu, es zu sehenund dass der Photostrom eine intuitive Basis für die Überwachung des Korrosionsprozesses ist.

Diskussion
Der lichtunterstützte Nassätzprozess ist im Wesentlichen ein elektrochemischer Prozess unter Licht. Nachdem der Halbleiter GaN vom n-Typ in die Ätzlösung eingetaucht ist, werden kleine, wenn Photonen mit einer Energie größer als die verbotene Bandbreite die Halbleiteroberfläche bestrahlen, photoerzeugte Elektron-Loch-Paare angeregt. Da die Richtung des selbstaufbauenden elektrischen Feldes in der Raumladungszone der GaN-Oberfläche zur Lösung gerichtet ist, behindert es die Wechselwirkung zwischen den photogenerierten Elektronen und der Lösung. Die durch Licht erzeugten Löcher reichern sich auf der GaN-Oberfläche an und werden während der Oxidation und Auflösung der GaN-Oberfläche verbraucht. Wenn also die Probe während der Beleuchtung durch ohmschen Kontakt mit einem Draht mit der Graphitelektrode der Lösung verbunden wird, entsteht ein Photostrom mitKurzschluss entsteht. Führen Sie die angesammelten Elektronen zur Oberfläche der Graphitelektrode und setzen Sie die Reduktionsreaktion mit der Lösung fort, um den kontinuierlichen Fortschritt der Korrosionsreaktion zu fördern. Die photogenerierten Elektron-2-Loch-Paare werden durch das einfallende Licht angeregt, das größer als die Bandlücke des Halbleiters ist, d. h. nur größer als die Bandlücke des Halbleiters. Das Korrosionsphänomen kann nur auftreten, wenn es Licht ausgesetzt wird. Gleichzeitig hängt die Zahl der photogeneren Elektron-Loch-Paare von der optischen Leistungsdichte des einfallenden Lichts ab. Für eine gegebene optische Leistungsdichte ist die Erzeugungsrate von Elektron-Loch-Paaren auf der GaN-Oberfläche gleich. Dies bestimmt, dass die Korrosionsrate gleichmäßig ist. Wenn die optische Leistungsdichte zunimmt, steigt auch die Elektron-Loch-Paar-Erzeugungsrate, was unvermeidlich die Korrosionsrate beschleunigt. Diese sind durch Experimente beingerichtet.

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