Synergistic effect of abrasive friction and glycine on improving chemical mechanical polishing performance of single-crystal GaN substrate

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作者
Congming Ke,Shoulin Liu,Yiao Pang,Yongping Wei,Yaping Wu,Qiufa Luo,Yueqin Wu,Jing Lü
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (12): 21357-21366 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.03.247
摘要

With the rapid development of the third-generation semiconductor materials, the chemical mechanical polishing rate and surface quality of single-crystal gallium nitride (GaN) substrates have been a research hot-spot. In this work, the synergistic effect of abrasive friction and glycine (Gly) on improving the chemical mechanical polishing (CMP) performance of single-crystal GaN substrate is proposed and studied systematically. The results indicated that the polishing solutions with Gly have a 2.3-fold improvement in material removal rate (MRR) as well as scratch-free surface than that without Gly. The maximum MRR of the single-crystal GaN substrate is 129.4 nm/h with surface roughness (Ra) of 0.64 nm attained by using the polishing solutions containing only 3 wt% potassium persulfate (K2S2O8). In contrast, when Gly is added as a reaction reagent, which can be activated by abrasive friction, the maximum MRR is increased to 304.2 nm/h with Ra of 0.42 nm. Meanwhile, the epitaxial evaluation indicates that two-dimensional (2D) MoS2 grown on processed single-crystal GaN substrate has superior crystalline quality and optical properties. Finally, the polishing mechanism of the single-crystal GaN substrate using the mixed solutions of K2S2O8 and Gly is discussed. The proposed CMP method has potential applications in the semiconductor and microelectronics industries.

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