【国际论文】利用三乙基镓对β-Ga₂O₃进行原位图案化无损蚀刻制备三维结构

        由美国亚利桑那州立大学的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 In situ patterned damage-free etching of three-dimensional structures in β-Ga₂O₃ using triethylgallium（利用三乙基镓对 β-Ga₂O₃ 进行原位图案化无损蚀刻制备三维结构）的文章。

        这项工作报告了在金属有机化学气相沉积（MOCVD）腔室内原位使用三乙基镓（TEGa）对 β-Ga₂O₃ 进行各向异性刻蚀的特性。在足够高的衬底温度下，TEGa 可以利用镓与氧化镓之间的亚氧化反应 [4Ga（s）+ Ga₂O₃（s）→ 3Ga₂O（g）] 作为 β-Ga₂O₃ 的强刻蚀剂。由于 β-Ga₂O₃ 的单斜晶结构，TEGa 对（010）和（001）衬底的刻蚀在侧壁粗糙度和横向刻蚀速率方面都具有高度各向异性的特点。只有沿着能最小化侧壁表面能的晶体取向才能获得平滑的侧壁。利用该技术，还展示了具有平滑侧壁和高纵横比的深亚微米鳍片。此外，还通过在刻蚀表面上制造肖特基二极管来证明 TEGa 刻蚀的无损伤特性，这些二极管的净施主浓度没有变化。

        本文研究了 TEGa 对（001）和（010）取向的 β-Ga₂O₃ 衬底的各向异性刻蚀。在（001）-β-Ga₂O₃ 上沿 [010] 方向，在（010）-β-Ga₂O₃ 上沿 [001] 方向，TEGa 刻蚀会形成平滑的侧壁。平滑侧壁的形成是由于（100）或类似（100）的低表面能侧壁平面的形成。此外，这两个平面内取向还显示出最低的横向刻蚀速率，横向与纵向刻蚀速率比约为 0.1，这使得它们适合用于制造高纵横比的三维结构。通过在刻蚀表面制造的 Ni-SBD 的电学测量也证实了 TEGa 刻蚀的无损伤特性，其净施主浓度（N_D - N_A）未发生变化。这项工作加深了我们对原位 TEGa 刻蚀的理解，并为 β-Ga₂O₃ 中高度规模的垂直和横向三维器件的发展铺平了道路。

图 1 采用三乙基镓的金属有机化学气相沉积（MOCVD）法刻蚀 β-Ga₂O₃ 的示意图。

图2 （a）（001）β-Ga₂O₃ 衬底的辐条轮结构。（b）-（h）不同方向鳍片的侧壁形貌。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0274126