金属辅助化学蚀刻技术制造高深宽比的β型氧化镓高功率三维半导体器件结构

英文原题：High Aspect Ratio β-Ga2O3 Fin Arrays with Low-Interface Charge Density by Inverse Metal-Assisted Chemical Etching

作者：Hsien-Chih Huang, Munho Kim, Xun Zhan, Kelson Chabak, Jeong Dong Kim, Alexander Kvit, Dong Liu, Zhenqiang Ma, Jian-Min Zuo, Xiuling Li

通讯作者：Xiuling Li, University of Illinois at Urbana-Champaign

邮箱：xiuling@illinois.edu

β型氧化镓(β-Ga2O3)由于其极大的能隙(~4.8 V bandgap)、高崩溃电压(8MV/cm)和较氮化镓(GaN)更佳的衬底商业可用性，近来被视为未来高功率器件的强力候补。然而至今发表的β型氧化镓组件皆因蚀刻所致的缺陷以及过低的通道深宽比(aspect ratio)，导致其导通电流仍旧小于主流的氮化镓组件。因此研发崭新的β型氧化镓蚀刻技术对高功率组件领域的进一步发展具有重大的意义。

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC)的Xiuling Li教授研究团队致力于复合型半导体纳米材料和器件的研究。在本项研究中，该团队研发出β型氧化镓的金属辅助化学蚀刻技术(Metal-assisted chemical etching, MacEtch)，并成功实现当今最高深宽比的氧化镓纳米结构阵列。使用该技术所生产的纳米结构不但有着较干蚀刻(dry etching)更为平整的蚀刻表面，其与氧化铝介面缺陷密度(interface trap density)更与未蚀刻的表面无异，因而十分适用于高性能器件的制造。该团队及其合作者(UIUC的Jian-min Zuo教授团队)也分析了晶体取向对蚀刻的影响以及蚀刻后表面的肖特基势垒高度(Schottky barrier height)、化学组成与晶体结构。此项工作有利于拓展对β型氧化镓高功率器件的理解与认识并推动该领域的进一步发展。相关工作已发表于国际期刊ACS Nano，并被Phys.org, EurekAlert!,

ScienceDaily, AZOMaterials, I-Connect007等多家媒体进行了报导。迄今为止他们的MacEtch超高深宽比蚀刻专利技术已被证明适用于包括硅，锗，砷化镓、磷化铟等三五族以及氧化物在内的多种半导体 (网页链接).

图1. 金属辅助化学蚀刻(MacEtch)所产生的各式β型氧化镓纳米结构与其相对应的晶体取向分布。

图2. 各式β型氧化镓结构蚀刻表面与铂的肖特基势垒高度。

图3. β型氧化镓蚀刻表面的穿透式电子显微镜图与晶体结构。

图4. 各式β型氧化镓结构与氧化铝的界面电容-电压测量结果与其界面缺陷密度。

ACS Nano 2019, ASAP

Publication Date: June 17, 2019

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