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? ? ? 本文探討了紫外輻照對生長在藍(lán)寶石襯底上的非有意摻雜n型氮化鎵(GaN)層的濕法化學(xué)刻蝕的影響。實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)氮化鎵的蝕刻發(fā)生在pH值分別為2-1和11-15的磷酸水溶液和氫氧化鉀溶液中。在稀釋的磷酸和氫氧化鉀溶液中，氮化鎵上可以觀察到氧化鎵的形成。這歸因于兩步反應(yīng)過程并且在此過程中，紫外線照射可以增強氮化鎵的氧化溶解。

? ? ? 實驗中，我們使用深紫外紫外光照射來研究不同酸堿度電解質(zhì)中的濕法蝕刻過程。因此，我們能夠首次在PEC蝕刻工藝中解決氧化物生長和氮化鎵溶解的問題。我們將快速蝕刻速度歸因于深紫外光增強的氮化鎵氧化溶解和電解質(zhì)中氧化還原水平的有效載流子注入。

? ? ? 對于深紫外光下氮化鎵的等離子體化學(xué)蝕刻，實驗使用了253.7納米汞柱線源。為了避免加熱問題，照明強度保持在10毫瓦/平方厘米。利用短光路來避免電解質(zhì)中的紫外線誘導(dǎo)吸收，電解液通過將85%的磷酸(H3PO4)或氫氧化鉀顆粒溶解在去離子水或乙醇中來制備。使用經(jīng)過校準(zhǔn)的Jenco 6071TH酸度計測量電解質(zhì)的pH值，范圍為2 1至15。

? ? ? 圖1顯示了在pH53的H3PO4電解液中1小時PEC處理的氮化鎵的掃描電鏡照片。沿氮化鎵生長方向可以清楚地看到針狀微晶的生長。這些微晶在可見光下是透明的，可以單獨溶解在2 M氫氧化鉀溶液中等等結(jié)果。

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圖1 氮化鎵樣品的掃描電鏡顯微照片

? ? ? 結(jié)合上述信息，我們考慮了氮化鎵的PEC蝕刻的兩步反應(yīng)模型。當(dāng)用253.7nm汞柱線光源照射時，首先通過與自由水分子的反應(yīng)，在氮化鎵上形成氧化鎵的氧化物層。在此過程中，GaN/電解質(zhì)界面上的UV激發(fā)的熱載流子有多余的能量來進入水中的h1/h2和一氧化二氫/O2氧化還原水平，并增強氧化過程。氧化層隨后溶解在適當(dāng)pH濃度的堿或酸中。

? ? ? 最后顯示在圖4中的是PEC蝕刻GaN樣品的SEM顯微照片，側(cè)壁中顯示的垂直條紋是由于在蝕刻過程中轉(zhuǎn)移到氮化鎵中的鉑掩模上的條紋。它們通常在蝕刻工藝中觀察到，但是可以通過優(yōu)化金屬剝離工藝來改善。

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圖4 PEC蝕刻氮化鎵樣品的掃描電鏡照片

? ? ? 綜上所述，我們探討了利用不同pH值的氫氧化鉀和磷酸電解質(zhì)和253.7nmHg線源對氮化鎵的兩性PEC蝕刻并提出了一個結(jié)合氧化溶解機制的兩步反應(yīng)模型來解釋氮化鎵在室溫下的uv增強的濕式化學(xué)蝕刻。

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