引言
在本文中,我们报道了基于晶片尺度纳米多孔(NP)algan的深紫外(DUV)分布布拉格反射器(dbr),在280 nm处反射率为95%,使用通过AlN/蓝宝石模板上生长的外延周期性堆叠n-Al0.62Ga0.38N/u-Al0.62Ga0.38N结构(MOCVD)。在加热的氢氧化钾水溶液中,采用简单的一步选择性湿法蚀刻法制备了dbr。
为了研究氢氧化钾电解液温度对纳米孔形成的影响,计算了蚀刻过程中的电荷消耗量,并用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对dbr的表面和截面形貌进行了表征。随着电解质温度的升高,纳米孔增大,电荷量减少,这表明刻蚀过程是电化学和化学蚀刻的结合。三角形的纳米孔和六边形的凹坑进一步限制了化学蚀刻过程。我们的工作证明了一种简单的湿蚀刻来制造高高效的dbr,这将适用于基于AlGaN的microc DUV器件。(,,设备,江苏科技有限公司)
实验
如图1a所示,外延结构由1.5μm厚的AlN bufer和40对n-Al0.62Ga0.38N/无意的Al0.62Ga0.38N(28nm/30nm)dbr层组成,生长在2-in上。c平面蓝宝石衬底采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)。在生长过程中,以三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和氨(氨)分别作为铝、镓和氮源。硅烷(硅烷)为n型掺杂气体。氢气被用作载气。在这种生长模式下,AlGaN flms的Te表面为iii极性。n-Al0.62Ga0.38N的Te硅掺杂浓度为4×1018cm−2,无意的Al0.62Ga0.38N(u-Al0.62Ga0.38N)约为1×1016cm−2。在电化学蚀刻前,在样品边缘焊接铟形成良好的电接触。将10个AlGaN样品放在1M氢氧化钾水溶液中,以铂(Pt)板为对电极,阳极氧化蚀刻5 min。在蚀刻过程中,用电加热板加热恒温。在蚀刻后,样品用去离子水冲洗,并在n2中干燥。(
图1. (a)结构示意图;在不同电解质温度下的氢氧化钾电解质中制备的(b) Te反射率谱,未蚀刻样品和在65°C下的模拟;在(c) 25°C,(d)45°C,(d)45°C,(e) 65°C和(f) 85°C的横断面扫描电镜图像。
结果与讨论
图1B显示了在不同的电解质温度下,在25 V直流偏置下蚀刻的np-dbr的反射率谱。Te腐蚀样品的回复率在DUV地区低(<30%),并明显下降在257海里对应的吸收边缘Al0.62Ga0.38N。发生ECE,回流峰出现在278海里附近,峰值回复率增加电解液加热从25到65°C,然后减少在85°C.Tus,在65时较高,为95%°C.为了研究电解液温度对回流率的影响,对不同电解液温度下制备的dbr的截面形态进行了表征。如图1c-e所示,纳米孔呈明显的层状分布,集中在n-Al0.62Ga0.38N中。
同时,电子(e−)被转移到Pt电极上,参与还原反应:2h2o+2e−→h2+2OH−。根据法拉第电解定律,电流密度和通过源计的电荷量分别与ECE速率和AlGaN进行氧化还原反应的质量成正比。图3a显示了在25 V下ECE过程中的J-t图。Te电流在23 s蚀刻后下降到0,表明ECE过程发生在frst 23 s内。当温度升高时,由于氧化物在较热的氢氧化钾溶液中溶解速度较快,初始电流密度增加。图3b为ECE过程中的电荷消耗量,这是通过积分J−t图得到的。随着温度的升高,Te电荷的数量降低,说明氧化还原反应的质量降低。(RCA清洗设备,湿法设备制造厂家,晶圆清洗设备)
图3.在25 V和不同温度下的氢氧化钾溶液中蚀刻的DBRs的(a)J-t图
结论
综上所述,通过在热氢氧化钾水溶液中蚀刻40对n-Al0.62Ga0.38N/uAl0.62Ga0.38N flm,成功地制备了一种晶片级的DUV DBR。Te EC扩大了电化学蚀刻形成的纳米孔的尺寸,从而提高了n-AlGaN层的孔隙率,通过优化电解质温度,在280 nm处获得了95%的反射率。采用简单的蚀刻方法可以避免制备晶片级DUV DBR在外延生长过程中由于晶格和热错配而引起的各种问题,这对于基于AlGaN的DUV微腔器件的制备具有重要意义。(