ICP processing of gallium nitride and aluminium gallium nitride for laser structures

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin galliumnitridin ja alumiinigalliumnitridin prosessointia induktiivisesti kytketyllä plasmaetsauksella (ICP) laserrakenteiden valmistamista varten. Työ tehtiin Teknillisen korkeakoulun Optoelektroniikan laboratoriossa. Etsattujen rakenteiden profiilien ja pinnan morfologian tutkimiseen käytettiin elektronimikroskooppia, atomivoimamikroskooppia ja profilometria.

Pientenkin etsauskammion happipitoisuuksien havaittiin aiheuttavan epätasaisen etsatun pinnan A1GaN:a etsattaessa. Tästä johtuen piidioksidimaski ei sovellu alumiinia sisältävien rakenteiden etsaukseen. Nikkelimaskia voidaan käyttää sekä GaN:n että A1GaN:n kanssa.

GaN-seinämien todettiin etsautuvan tasaisesti C12/Ar-plasmalla. Korkealaatuisia A1GaN-rakenteita etsattaessa C12/Ar-plasmaan on lisättävä joko BC13:a tai SiC14:a estämään epätasaisen pinnan syntymistä. Prosessoiduilla A1GaN-näytteillä (alumiinipitoisuus 16 %) BC13:n kaasuvirtauksen osuuden oli oltava vähintään 20 % C12:n ja BC13:n virtausten yhteismäärästä. SiC14:n tapauksessa tarvittava virtausosuus oli vähintään 6,7 %.

Prosessiparametrit lämpötilalle, paineelle, ionienergialle ja plasmatiheydelle määriteltiin suuren etsausnopeuden ja tasaisten etsausprofiilien saavuttamiseksi. Optimoidulla prosessilla valmistettiin optisesti pumpattu 400 nm aallonpituudella toimiva GaN-pohjainen puolijohdelaser.