Surface passivation of GaN micropillar structures through KOH wet etch

材料科学 钝化 蚀刻(微加工) 光电子学 反应离子刻蚀 干法蚀刻 氢氧化钾 制作 腐蚀坑密度 缓冲氧化物腐蚀 纳米技术 化学工程 图层(电子) 工程类 病理 医学 替代医学
作者
Matthew Seitz,Jacob Boisvere,Bryan Melanson,Jing Zhang
标识
DOI:10.1117/12.3001063
摘要

Surface properties are important for structures such as micropillars and nanowires, which are critical for emerging devices including μLEDs, nano-lasers, and vertical power transistors due to increased surface to volume ratios. Fabrication of III-Nitride micropillars can be realized through a top-down approach, where structures are defined through lithography and reactive ion etching (RIE). While effective at forming these micropillar structures, RIE etching leaves behind roughened, non-vertical sidewalls. This surface damage increases non-radiative recombination, forms current leakage paths, and can severely degrade device performance. However, damage can be removed through a follow-up wet etch in potassium hydroxide (KOH) solution. KOH acts as a crystallographic etchant, preferentially exposing vertical <1-100> m-planes, producing smooth, vertical sidewalls. Here, we investigate KOH wet etch passivation for 2.5 μm diameter top-down fabricated GaN micropillars utilizing different temperatures and solution concentrations, and the effects of a Ni etch mask present during wet etching. We observed an average etch rate of 11.67 nm/min for micropillars etched in 60% AZ400k solution compared to 9.44 nm/min for micropillars etched in 20% AZ400k solution, both at a temperature of 80°C. At a constant 40% AZ400k concentration, an average etch rate of 14.39 nm/min for micropillars etched at 90°C are observed compared to 9.89 nm/min for micropillars etched at 70°C. Micropillars with a Ni etch mask present during KOH etching have an average etch rate of 9.46 nm/min compared to 12.83 nm/min for those without a Ni mask. The effects of KOH etching work to further optimize the performance of GaN-based micropillar and nanowire devices.

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