Использование лазерной интерферометрии для определения времени окончания плазмохимического травления слоев p-GaN и AlGaN гетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN с двумерным электронным газом

Методом лазерной интерферометрии и сканирующей электронной микроскопии установлены закономерности изменения во времени интенсивности отраженного сигнала, регистрируемого детектором лазерного интерферометра с рабочей частотой 670 нм в процессе реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме в атмосфере Cl2/N2/O2 слоев GaN, p-GaN и AlGaN в гетероструктурах типов AlGaN/GaN и p-GaN/AlGaN/GaN, обусловленные изменениями их показателей преломления и скоростей травления. При реактивном ионном травлении в индуктивносвязанной плазме слоев GaN и p-GaN интенсивности отраженного сигнала изменяются по периодическому закону с периодом изменения толщины порядка 144 нм, а для слоев типа AlGaN – порядка 148 нм, что обусловлено различиями их показателей преломления и скоростей травления. При переходе границы раздела p-GaN/AlGaN и AlGaN/GaN наблюдается скачкообразное изменение интенсивности отраженного сигнала в пределах 2,7–9,5 % в течение 20–40 с, обусловленное изменениями концентрации алюминия, показателей преломления и скорости травления на границах раздела. Изменение периодичности интерферограммы, сопровождающееся скачком интенсивности при переходе фронта травления через границу раздела p-GaN/AlGaN и AlGaN/GaN, позволяет с помощью лазерной интерферометрии в реальном масштабе времени определять время окончания процесса реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме слоев AlGaN и p-GaN в гетероструктурах типов AlGaN/GaN и p-GaN/AlGaN/GaN с двумерным электронным газом. Полученные результаты могут быть использованы для формирования элементов устройств СВЧ и силовой электроники на основе гетероструктур типа AlGaN/GaN.

1. Alex Lidow, Michael de Rooij, Johan Strydom, David Reusch, John Glaser (2020) GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd ed. Hoboken. NJ, John Wiley & Sons, Inc., 384.

2. Rüdiger Quay (2008) Gallium Nitride Electronics. Springer Series in Materials Science. Springer Berlin, Heidelberg, 470. DOI:10.1007/978-3-540-71892-5.

3. Zhou Y., Zhong Y., Gao H., Dai S., He J., Feng M., Zhao Y., Sun Q., Dingsun A., Yang H. (2017) p-GaN Gate Enhancement-Mode HEMT Through a High Tolerance Self-Terminated Etching Process. IEEE J. Electron Devices Soc. 5 (5), 340–346. DOI:10.1109/JEDS.2017.2725320.

4. Yunik A. D., Solovjov Ja. А., Zhyhulin D. V. (2022) Effect of Rapid Thermal Annealing Temperature on the Electrophysical Properties of the Ohmic Contact of Ti/Al/Ni Metallization to the GaN/AlGaN Heterostructure. Doklady BGUIR. 20 (3), 13–19. DOI: 10.35596/1729-7648-2022-20-3-13-19 (in Russian).

5. Han Y., Xue S., Guo W., Luo Y., Hao Z., Sun C. (2003) Highly Selective Dry Etching of GaN over AlGaN Using Inductively Coupled Cl2/N2/O2 Plasmas. Jpn. J. Appl. Phys. (42), L1139–L1141. DOI: 10.1143/JJAP.42.L1139.

6. Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. (2018) Review of Technology for Normally-Off HEMTs with p-GaN Gate. Mater. Sci. Semicond. Process. (78), 96–106. DOI: 10.1016/j.mssp.2017.09.027.

7. Yoshio Nishi, Robert Doering (2007) Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, 2nd ed. CRC Press. 1720.

8. Noh H.-T., Kim D.-I., Han S.-S. (2015) Real Time Endpoint Detection in Plasma Etching Using Real-Time Decision Making Algorithm. China Semiconductor Technology International Conference. DOI: 10.1109/cstic.2015.7153380.

9. Azzam R. M. A., Bashara N. M. (1988) Ellipsometry and Polarized Light, 3rd reprint 1999 ed. North-Holland Personal Library. 558.

10. Brunner D., Angerer H., Bustarret E., Freudenberg F., Höpler R., Dimitrov R., Ambacher O., Stutzmann M. (1997) Optical Constants of Epitaxial AlGaN Films and their Temperature Dependence. Journal of Applied Physics. 82 (10), 5090–5096. DOI: 10.1063/1.366309.