In this study, we dry etched SiO2-masked (001) β-Ga2O3 substrates in HCl gas flow at a high temperature without plasma excitation. The etching was done selectively in window areas to form holes or trenches with inner sidewalls of (100) and/or {310} facets, which are the smallest surface-energy-density plane and oxygen-close-packed slip planes, respectively. In particular, (100) faceted sidewalls were flat and relatively close to the substrate surface normal. Therefore, this simple dry etching method is promising for fabricating plasma-damage-free trenches and fins used for β-Ga2O3-based power devices.

1.
A. J.
Green
,
J.
Speck
,
G.
Xing
,
P.
Moens
,
F.
Allerstam
,
K.
Gumaelius
,
T.
Neyer
,
A.
Arias-Purdue
,
V.
Mehrotra
,
A.
Kuramata
,
K.
Sasaki
,
S.
Watanabe
,
K.
Koshi
,
J.
Blevins
,
O.
Bierwagen
,
S.
Krishnamoorthy
,
K.
Leedy
,
A. R.
Arehart
,
A. T.
Neal
,
S.
Mou
,
S. A.
Ringel
,
A.
Kumar
,
A.
Sharma
,
K.
Ghosh
,
U.
Singisetti
,
W.
Li
,
K.
Chabak
,
K.
Liddy
,
A.
Islam
,
S.
Rajan
,
S.
Graham
,
S.
Choi
,
Z.
Cheng
, and
M.
Higashiwaki
,
APL Mater.
10
,
029201
(
2022
).
2.
J. L.
Hudgins
,
G. S.
Simin
,
E.
Santi
, and
M. A.
Khan
,
IEEE Trans. Power Electron.
18
,
907
(
2003
).
3.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013504
(
2012
).
4.
N.
Ma
,
N.
Tanen
,
A.
Verma
,
Z.
Guo
,
T.
Luo
,
H.
(Grace) Xing
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
212101
(
2016
).
5.
Z.
Feng
,
A. F. M.
Anhar Uddin Bhuiyan
,
M. R.
Karim
, and
H.
Zhao
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
250601
(
2019
).
6.
Y.
Zhang
,
F.
Alema
,
A.
Mauze
,
O. S.
Koksaldi
,
R.
Miller
,
A.
Osinsky
, and
J. S.
Speck
,
APL Mater.
7
,
022506
(
2019
).
7.
L.
Meng
,
Z.
Feng
,
A. F. M. A. U.
Bhuiyan
, and
H.
Zhao
,
Cryst. Growth Des.
22
,
3896
(
2022
).
8.
Z.
Feng
,
A. F. M. A. U.
Bhuiyan
,
Z.
Xia
,
W.
Moore
,
Z.
Chen
,
J. F.
McGlone
,
D. R.
Daughton
,
A. R.
Arehart
,
S. A.
Ringel
,
S.
Rajan
, and
H.
Zhao
,
Phys. Status Solidi RRL
14
,
2000145
(
2020
).
9.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
Y.
Yoshikawa
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
J. Cryst. Growth
270
,
420
(
2004
).
10.
A.
Kuramata
,
K.
Koshi
,
S.
Watanabe
,
Y.
Yamaoka
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
1202A2
(
2016
).
11.
Z.
Galazka
,
J. Appl. Phys.
131
,
031103
(
2022
).
12.
E.
Ohba
,
T.
Kobayashi
,
T.
Taishi
, and
K.
Hoshikawa
,
J. Cryst. Growth
556
,
125990
(
2021
).
13.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
,
N.
Arai
,
N.
Suzuki
,
S.
Ohira
, and
S.
Fujita
,
Appl. Phys. Express
1
,
011202
(
2008
).
14.
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
,
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Express
5
,
035502
(
2012
).
15.
K.
Konishi
,
K.
Goto
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
103506
(
2017
).
16.
C.-H.
Lin
,
Y.
Yuda
,
M. H.
Wong
,
M.
Sato
,
N.
Takekawa
,
K.
Konishi
,
T.
Watahiki
,
M.
Yamamuka
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1487
(
2019
).
17.
P.
Dong
,
J.
Zhang
,
Q.
Yan
,
Z.
Liu
,
P.
Ma
,
H.
Zhou
, and
Y.
Hao
,
IEEE Electron Device Lett.
43
,
765
(
2022
).
18.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Kamimura
,
M.
Hoi Wong
,
D.
Krishnamurthy
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
123511
(
2013
).
19.
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
212
(
2016
).
20.
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
,
M.
Baldini
,
N.
Moser
,
R.
Gilbert
,
R. C.
Fitch
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
J.
Mccandless
,
A.
Crespo
,
K.
Leedy
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
790
(
2017
).
21.
M. H.
Wong
,
Y.
Nakata
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Express
10
,
041101
(
2017
).
22.
K.
Zeng
,
R.
Soman
,
Z.
Bian
,
S.
Jeong
, and
S.
Chowdhury
,
IEEE Electron Device Lett.
43
,
1527
(
2022
).
23.
T.
Oshima
,
Y.
Kato
,
N.
Kawano
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
S.
Fujita
,
T.
Oishi
, and
M.
Kasu
,
Appl. Phys. Express
10
,
035701
(
2017
).
24.
E.
Ahmadi
,
O. S.
Koksaldi
,
X.
Zheng
,
T.
Mates
,
Y.
Oshima
,
U. K.
Mishra
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Express
10
,
071101
(
2017
).
25.
S.
Krishnamoorthy
,
Z.
Xia
,
C.
Joishi
,
Y.
Zhang
,
J.
McGlone
,
J.
Johnson
,
M.
Brenner
,
A. R.
Arehart
,
J.
Hwang
,
S.
Lodha
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
023502
(
2017
).
26.
C.
Joishi
,
Y.
Zhang
,
Z.
Xia
,
W.
Sun
,
A. R.
Arehart
,
S.
Ringel
,
S.
Lodha
, and
S.
Rajan
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1241
(
2019
).
27.
A.
Vaidya
,
C. N.
Saha
, and
U.
Singisetti
,
IEEE Electron Device Lett.
42
,
1444
(
2021
).
28.
K. D.
Chabak
,
N.
Moser
,
A. J.
Green
,
D. E.
Walker
,
S. E.
Tetlak
,
E.
Heller
,
A.
Crespo
,
R.
Fitch
,
J. P.
McCandless
,
K.
Leedy
,
M.
Baldini
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
X.
Li
, and
G.
Jessen
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
213501
(
2016
).
29.
Y.
Zhang
,
A.
Mauze
,
F.
Alema
,
A.
Osinsky
,
T.
Itoh
, and
J. S.
Speck
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
60
,
014001
(
2021
).
30.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
L. J.
Zhang
,
J.-H.
Shin
,
N.
Tanen
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
, in
75th Annual Device Research Conference
(
IEEE
,
2017
).
31.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
Z.
Zhang
,
N.
Tanen
,
Q. T.
Thieu
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
122103
(
2018
).
32.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
N.
Tanen
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
869
(
2018
).
33.
W.
Li
,
K.
Nomoto
,
Z.
Hu
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
, in
IEEE International Electron Devices Meeting
(
IEEE
,
2019
), pp.
12.4.1
12.4.4
.
34.
K.
Sasaki
,
D.
Wakimoto
,
Q. T.
Thieu
,
Y.
Koishikawa
,
A.
Kuramata
,
M.
Higashiwaki
, and
S.
Yamakoshi
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
783
(
2017
).
35.
W.
Li
,
K.
Nomoto
,
Z.
Hu
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
IEEE Trans. Electron Devices
68
,
2420
(
2021
).
36.
W.
Li
,
K.
Nomoto
,
Z.
Hu
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
107
(
2020
).
37.
F.
Otsuka
,
H.
Miyamoto
,
A.
Takatsuka
,
S.
Kunori
,
K.
Sasaki
, and
A.
Kuramata
,
Appl. Phys. Express
15
,
016501
(
2022
).
38.
R.
Khanna
,
K.
Bevlin
,
D.
Geerpuram
,
J.
Yang
,
F.
Ren
, and
S.
Pearton
,
Gallium Oxide
(
Elsevier
,
2019
), pp.
263
285
.
39.
Y.
Zhang
,
A.
Mauze
,
F.
Alema
,
A.
Osinsky
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Express
12
,
044005
(
2019
).
40.
H.-K.
Lee
,
H.-J.
Yun
,
K.-H.
Shim
,
H.-G.
Park
,
T.-H.
Jang
,
S.-N.
Lee
, and
C.-J.
Choi
,
Appl. Surf. Sci.
506
,
144673
(
2020
).
41.
Z.
Wang
,
X.
Yu
,
H.
Gong
,
T.
Hu
,
Y.
Zhang
,
X.
Ji
,
F.
Ren
,
S.
Gu
,
Y.
Zheng
,
R.
Zhang
,
A. Y.
Kuznetsov
, and
J.
Ye
,
J. Phys. Chem. Lett.
13
,
7094
(
2022
).
42.
B.
Feng
,
T.
He
,
G.
He
,
X.
Zhang
,
Y.
Wu
,
X.
Chen
,
Z.
Li
,
X.
Zhang
,
Z.
Jia
,
G.
Niu
,
Q.
Guo
,
Z.
Zeng
, and
S.
Ding
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
181602
(
2021
).
43.
J.
Yang
,
F.
Ren
,
R.
Khanna
,
K.
Bevlin
,
D.
Geerpuram
,
L.-C.
Tung
,
J.
Lin
,
H.
Jiang
,
J.
Lee
,
E.
Flitsiyan
,
L.
Chernyak
,
S. J.
Pearton
, and
A.
Kuramata
,
J. Vac. Sci. Technol., B
35
,
051201
(
2017
).
44.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
,
N.
Arai
,
Y.
Kobayashi
, and
S.
Fujita
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
48
,
040208
(
2009
).
45.
Y.
Zhang
,
A.
Mauze
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
013501
(
2019
).
46.
M.
Kim
,
H.-C.
Huang
,
J. D.
Kim
,
K. D.
Chabak
,
A. R. K.
Kalapala
,
W.
Zhou
, and
X.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
222104
(
2018
).
47.
H.
Huang
,
M.
Kim
,
X.
Zhan
,
K.
Chabak
,
J. D.
Kim
,
A.
Kvit
,
D.
Liu
,
Z.
Ma
,
J.-M.
Zuo
, and
X.
Li
,
ACS Nano
13
,
8784
(
2019
).
48.
N. K.
Kalarickal
,
A.
Fiedler
,
S.
Dhara
,
H.-L.
Huang
,
A.
Bhuiyan
,
M. W.
Rahman
,
T.
Kim
,
Z.
Xia
,
Z. J.
Eddine
,
A.
Dheenan
,
M.
Brenner
,
H.
Zhao
,
J.
Hwang
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
123503
(
2021
).
49.
Y.
Yamazaki
,
M.
Tomoaki
,
A.
Takeki
, and
A.
Kikuchi
, in
4th International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
,
2022
.
50.
H.-C.
Huang
,
Z.
Ren
,
A. F. M.
Anhar Uddin Bhuiyan
,
Z.
Feng
,
Z.
Yang
,
X.
Luo
,
A. Q.
Huang
,
A.
Green
,
K.
Chabak
,
H.
Zhao
, and
X.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
121
,
052102
(
2022
).
51.
R.
Togashi
,
K.
Nomura
,
C.
Eguchi
,
T.
Fukizawa
,
K.
Goto
,
Q. T.
Thieu
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
B.
Monemar
, and
A.
Koukitu
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
041102
(
2015
).
52.
T.
Oshima
and
Y.
Oshima
,
Appl. Phys. Express
15
,
075503
(
2022
).
53.
Y.
Oshima
,
S.
Yagyu
, and
T.
Shinohe
,
J. Cryst. Growth
576
,
126387
(
2021
).
54.
S.
Geller
,
J. Chem. Phys.
33
,
676
(
1960
).
55.
S.
Mu
,
M.
Wang
,
H.
Peelaers
, and
C. G.
Van de Walle
,
APL Mater.
8
,
091105
(
2020
).
56.
H.
Yamaguchi
,
A.
Kuramata
, and
T.
Masui
,
Superlattices Microstruct.
99
,
99–103
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.