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引言

半导体材料的光电化学在微电子技术的发展中发挥了重要作用。特别是集成电路技术中使用的许多工艺都是基于电化学原理。原位照明允许有效控制半导体与液体接触时的电化学反应，在这种情况下指的是光电化学蚀刻。

实验

众所周知，在氢氧化钾溶液中对n-GaN进行PEC蚀刻可以去除高质量的材料，并留下代表螺纹位错的晶须或纳米线。

图1显示从PEC蚀刻的氮化镓尾声层拍摄的SEM图像显示了纳米线在左下角前的分布，在右上角后它们被机械断裂，sbd显示了纳米线堆之间的缺陷。PEC刻蚀氮化镓层的形貌，在蚀刻表面上观察到直径约为50纳米的纳米线堆[参见图1中图像的左下方区域1(a)]。实际上，GaN晶须的形成及其沿表面的分布在很大程度上受电解液组成、紫外激发功率密度和搅拌条件的影响。

根据先前的研究，通过PEC蚀刻形成的位错是由氮化镓中的穿透位错的负电荷引起的，因此不能参与蚀刻过程。另一种解释是，位错代表电位降低的区域，光生空穴被排斥并被限制在周围区域，刺激它们的溶解。除了位错之外，生长样品表面的缺陷被证明是耐光电化学侵蚀的。这种缺陷在PEC蚀刻过程中仍然存在，看起来像被纳米叠层包围的桥电线，见图1(b)。

我们的实验证明了对PEC的高抗性，对氮化镓层机械处理产生的任何表面缺陷进行蚀刻。特别是两个木针被用来沿着氮化镓表面乱涂乱画，其中一个的末端显示出三重分裂。令人惊讶的是，针在样品表面留下的缺陷轨迹被证明是增强了对PEC蚀刻的抵抗力[图2(a)]。我们还使用金刚石微刻录机在氮化镓外延层表面绘制相交的直线。不出所料，绘制的路径抗PEC溶解，而样品的其他区域显示明显的蚀刻[图2(b)]。

图2

图2 在通过木针在原始表面上产生缺陷轨迹之后，从光电化学蚀刻的氮化镓外延层获得的扫描电镜图像(a)或使用钻石显微镜(b)。表面缺陷保护氮化镓免于PEC溶解的能力可以用于氮化镓微结构的目的。众所周知，固态材料中的表面缺陷可以通过聚焦离子束以高空间分辨率产生。为了证明使用表面缺陷作为光刻掩模的可能性，GaN的选定区域用2-keV-Ar+离子辐照各层。

图3在用氩离子束处理选定区域之后 从经受PEC蚀刻的氮化镓层获得的扫描电镜图像由于少数载流子的横向差异，在掩模下发生部分蚀刻，掩模是受损区域。为了将SEM图像中的底切可视化为中间结构的明亮外围区域，参见图3(a)。即使在强烈搅拌条件下长时间蚀刻后，也可以观察到底切的痕迹，见图3(b)。注意，图3(b)中所示的中间结构的侧面是被源于固有位错的条纹覆盖到氮化镓外延层。我们相信，氮化镓外延层晶体质量的进一步提高将使人们能够使用所考虑的方法来制造高质量的氮化镓中间结构。

因此，穿透位错和含有人工引入的主体缺陷的氮化镓外延层区域都具有显著的抗等离子体化学腐蚀特性。这种能力似乎是由纯边缘和混合字符穿透位错固有的负电荷以及氮化镓中最重要的点缺陷(如镓空位)引起的。

GaN的反应离子刻蚀增加了表面能带弯曲，这种效应归因于深受主的形成。人们可以假设，通过机械手段或使用离子束处理产生的深层受体捕获电子，并因此形成负电荷屏蔽，保护材料免受PEC溶解。结果表明，表面电荷可以作为氮化镓PEC加工的有效光刻掩膜。

      总之，通过机械方法或使用氩离子束在氮化镓表面产生的主缺陷导致形成一层捕获的负表面电荷，屏蔽材料免受光电化学腐蚀。表面电荷可以被设计和用作光刻掩模，用于成本有效地制造氮化镓中间结构。