We report the isotropic plasma atomic layer etching (ALE) of aluminum nitride using sequential exposures of SF6 plasma and trimethylaluminum [Al(CH3)3]. ALE was observed at temperatures greater than 200  °C, with a maximum etch rate of 1.9 Å/cycle observed at 300  °C as measured using ex situ ellipsometry. After ALE, the etched surface was found to contain a lower concentration of oxygen compared to the original surface and exhibited a 35% decrease in surface roughness. These findings have relevance for applications of AlN in nonlinear photonics and wide bandgap semiconductor devices.

1.
C.
Xiong
,
W. H.
Pernice
,
X.
Sun
,
C.
Schuck
,
K. Y.
Fong
, and
H. X.
Tang
,
New J. Phys.
14
,
095014
(
2012
).
2.
T.-J.
Lu
et al.,
Opt. Express
26
,
11147
(
2018
).
4.
P. T.
Lin
,
H.
Jung
,
L. C.
Kimerling
,
A.
Agarwal
, and
H. X.
Tang
,
Laser Photonics Rev.
8
,
L23
(
2014
).
5.
Y.
Taniyasu
,
M.
Kasu
, and
T.
Makimoto
,
Nature
441
,
325
(
2006
).
7.
H.-S.
Jang
et al., preprint arXiv:2208.01377 (2022).
9.
W. H. P.
Pernice
,
C.
Xiong
,
C.
Schuck
, and
H.
Tang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
091105
(
2012
).
10.
Y.
Sun
,
W.
Shin
,
D. A.
Laleyan
,
P.
Wang
,
A.
Pandey
,
X.
Liu
,
Y.
Wu
,
M.
Soltani
, and
Z.
Mi
,
Opt. Lett.
44
,
5679
(
2019
).
11.
X.
Liu
,
Z.
Gong
,
A. W.
Bruch
,
J. B.
Surya
,
J.
Lu
, and
H. X.
Tang
,
Nat. Commun.
12
,
1
(
2021
).
12.
W. H. P.
Pernice
,
C.
Xiong
,
C.
Schuck
, and
H.
Tang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
223501
(
2012
).
13.
D. D.
Hickstein
et al.,
Phys. Rev. Appl.
8
,
014025
(
2017
).
14.
H.
Oikawa
et al.,
Thin Solid Films
574
,
110
(
2015
).
15.
C.-M.
Zetterling
,
M.
Östling
,
C. I.
Harris
,
N.
Nordell
,
K.
Wongchotigul
, and
M. G.
Spencer
, Materials Science Forum, Stockholm, Sweden, 31 August–5 September (Trans Tech Publications, Inc., Stafa-Zurich, Switzerland, 1998), Vol. 264, pp. 877–880.
17.
T.
Adam
,
J.
Kolodzey
,
C.
Swann
,
M.
Tsao
, and
J.
Rabolt
,
Appl. Surf. Sci.
175
,
428
(
2001
).
18.
H.-W.
Zan
,
K.-H.
Yen
,
C.-H.
Chen
,
P.-K.
Liu
,
K.-H.
Ku
, and
J.
Hwang
,
Electrochem. Solid-State Lett.
10
,
H8
(
2006
).
19.
M.
De Souza
,
S.
Jejurikar
, and
K.
Adhi
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
093509
(
2008
).
20.
C.
Besleaga
,
G.
Stan
,
I.
Pintilie
,
P.
Barquinha
,
E.
Fortunato
, and
R.
Martins
,
Appl. Surf. Sci.
379
,
270
(
2016
).
21.
D.
Buttari
et al.,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4779
(
2003
).
23.
I.
Krasnokutska
,
J.-L. J.
Tambasco
,
X.
Li
, and
A.
Peruzzo
,
Opt. Express
26
,
897
(
2018
).
24.
K. J.
Kanarik
,
T.
Lill
,
E. A.
Hudson
,
S.
Sriraman
,
S.
Tan
,
J.
Marks
,
V.
Vahedi
, and
R. A.
Gottscho
,
J. Vac. Sci. Technol. A
33
,
020802
(
2015
).
26.
X.
Sang
,
Y.
Xia
,
P.
Sautet
, and
J. P.
Chang
,
J. Vac. Sci. Technol. A
38
,
043005
(
2020
).
27.
H. C.
Knoops
,
T.
Faraz
,
K.
Arts
, and
W. M.
Kessels
,
J. Vac. Sci. Technol. A
37
,
030902
(
2019
).
28.
M. N.
Yoder
, “Atomic layer etching,” Technical Report, Department of the Navy, Washington, DC, 1988.
29.
H.
Sakaue
,
S.
Iseda
,
K.
Asami
,
J.
Yamamoto
,
M.
Hirose
, and
Y.
Horiike
,
Jpn. J. Appl. Phys.
29
,
2648
(
1990
).
30.
Y.
Horiike
,
T.
Tanaka
,
M.
Nakano
,
S.
Iseda
,
H.
Sakaue
,
A.
Nagata
,
H.
Shindo
,
S.
Miyazaki
, and
M.
Hirose
,
J. Vac. Sci. Technol. A
8
,
1844
(
1990
).
31.
Y.
Lee
,
C.
Huffman
, and
S. M.
George
,
Chem. Mater.
28
,
7657
(
2016
).
32.
J. W.
DuMont
and
S. M.
George
,
J. Chem. Phys.
146
,
052819
(
2017
).
33.
J.
Hennessy
,
C. S.
Moore
,
K.
Balasubramanian
,
A. D.
Jewell
,
K.
France
, and
S.
Nikzad
,
J. Vac. Sci. Technol. A
35
,
041512
(
2017
).
34.
D. R.
Zywotko
,
J.
Faguet
, and
S. M.
George
,
J. Vac. Sci. Technol. A
36
,
061508
(
2018
).
35.
A. M.
Cano
,
A. E.
Marquardt
,
J. W.
DuMont
, and
S. M.
George
,
J. Phys. Chem. C
123
,
10346
(
2019
).
36.
N. J.
Chittock
,
M. F.
Vos
,
T.
Faraz
,
W. M.
Kessels
,
H. C.
Knoops
, and
A. J.
Mackus
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
162107
(
2020
).
37.
R.
Rahman
,
E. C.
Mattson
,
J. P.
Klesko
,
A.
Dangerfield
,
S.
Rivillon-Amy
,
D. C.
Smith
,
D.
Hausmann
, and
Y. J.
Chabal
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
31784
(
2018
).
38.
J. W.
DuMont
,
A. E.
Marquardt
,
A. M.
Cano
, and
S. M.
George
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
10296
(
2017
).
39.
W.
Lu
,
Y.
Lee
,
J. C.
Gertsch
,
J. A.
Murdzek
,
A. S.
Cavanagh
,
L.
Kong
,
J. A.
Del Alamo
, and
S. M.
George
,
Nano Lett.
19
,
5159
(
2019
).
40.
A.
Fischer
,
A.
Routzahn
,
S. M.
George
, and
T.
Lill
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
030801
(
2021
).
41.
C.
Fang
,
Y.
Cao
,
D.
Wu
, and
A.
Li
,
Prog. Nat. Sci.: Mater. Int.
28
,
667
(
2018
).
42.
Y.
Lee
,
J. W.
DuMont
, and
S. M.
George
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
,
N5013
(
2015
).
43.
K. J.
Kanarik
et al.,
J. Vac. Sci. Technol. A
35
,
05C302
(
2017
).
44.
T.
Ohba
,
W.
Yang
,
S.
Tan
,
K. J.
Kanarik
, and
K.
Nojiri
,
Jpn. J. Appl. Phys.
56
,
06HB06
(
2017
).
45.
N. R.
Johnson
,
H.
Sun
,
K.
Sharma
, and
S. M.
George
,
J. Vac. Sci. Technol. A
34
,
050603
(
2016
).
46.
A. M.
Cano
,
A.
Lii-Rosales
, and
S. M.
George
,
J. Phys. Chem. C
126
,
6990
(
2022
).
47.
J. W.
Clancey
,
A. S.
Cavanagh
,
J. E.
Smith
,
S.
Sharma
, and
S. M.
George
,
J. Phys. Chem. C
124
,
287
(
2019
).
48.
L.
Rosenberger
,
R.
Baird
,
E.
McCullen
,
G.
Auner
, and
G.
Shreve
,
Surf. Interface Anal.
40
,
1254
(
2008
).
49.
P.
Motamedi
and
K.
Cadien
,
Appl. Surf. Sci.
315
,
104
(
2014
).
50.
M.
Watanabe
,
Y.
Mori
,
T.
Ishikawa
,
H.
Sakai
,
T.
Iida
,
K.
Akiyama
,
S.
Narita
,
K.
Sawabe
, and
K.
Shobatake
,
J. Vac. Sci. Technol. A
23
,
1647
(
2005
).
51.
J.
Hennessy
,
A. D.
Jewell
,
K.
Balasubramanian
, and
S.
Nikzad
,
J. Vac. Sci. Technol. A
34
,
01A120
(
2016
).
52.
J. C.
Moreno-López
,
G.
Ruano
,
J.
Ferrón
,
P.
Ayala
, and
M. C.
Passeggi
, Jr.
,
Phys. Status Solidi B
255
,
1800389
(
2018
).
53.
A.
Fischer
,
R.
Janek
,
J.
Boniface
,
T.
Lill
,
K.
Kanarik
,
Y.
Pan
,
V.
Vahedi
, and
R. A.
Gottscho
,
Proc. SPIE
10149
,
101490H
(
2017
).
54.
J. M.
Elson
and
J. M.
Bennett
,
Appl. Opt.
34
,
201
(
1995
).
55.
T. J.
Myers
,
J. A.
Throckmorton
,
R. A.
Borrelli
,
M.
O’Sullivan
,
T.
Hatwar
, and
S. M.
George
,
Appl. Surf. Sci.
569
,
150878
(
2021
).
56.
P.
Dash
et al.,
Appl. Surf. Sci.
256
,
558
(
2009
).
57.
Y.
Gong
,
S. T.
Misture
,
P.
Gao
, and
N. P.
Mellott
,
J. Phys. Chem. C
120
,
22358
(
2016
).
58.
J.
Van Hemmen
,
S.
Heil
,
J.
Klootwijk
,
F.
Roozeboom
,
C.
Hodson
,
M.
Van de Sanden
, and
W.
Kessels
,
J. Electrochem. Soc.
154
,
G165
(
2007
).
59.
J. A.
Murdzek
,
A.
Rajashekhar
,
R. S.
Makala
, and
S. M.
George
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
042602
(
2021
).
You do not currently have access to this content.