This paper describes an investigation into using an excimer laser to induce the formation of native oxide film on GaN surfaces. It was revealed that laser-induced oxidation reaction of GaN occurred at 250 mJ/cm2 which was much lower than the threshold fluence for decomposition or damage (above 600 mJ/cm2) of GaN. The laser induced oxidation rate could reach 750 nm/h which was much higher than that with conventional thermal oxidation method (about 20 nm/h). It was postulated that laser photon excitation of electron-hole pairs was the main mechanism responsible for enhancing the oxidation reaction of GaN. Using glancing-angle Xray diffraction, the induced oxide was determined to be monoclinic β-Ga2O3. The morphology of the laserinduced oxide surface was smooth and uniform. The process has potential applications in the fabrication of GaN-based electronic and optoelectronic devices.

1.
Nakamura
,
S.
,
Senoh
,
M.
,
Nagahara
,
S.
,
Iwasa
,
N.
,
Yamada
,
T.
,
Matsuahita
,
T.
,
Kiyoku
,
H.
&
Sugimoto
,
Y.
(
1996
),
Jpn. J. Appl. Phys.
35
,
L74
.
2.
Nakamura
,
S.
,
Senoh
,
M.
,
Nagahara
,
S.
,
Iwasa
,
N.
,
Yamada
,
T.
,
Matsuahita
,
T.
,
Kiyoku
,
H.
,
Sugimoto
,
Y.
,
Kozaki
,
T.
,
Umemeoto
,
H.
,
Sano
,
M.
&
Chocho
,
K.
(
1998
),
Appl. Phys. Lett.
72
,
2014
.
3.
Ren
,
F.
,
Hong
,
M.
,
Chu
,
S. N. G.
,
Marcus
,
M. A.
,
Schurman
,
M. J.
,
Baca
,
A.
,
Pearton
,
S. J.
&
Abernathy
,
C. R.
(
1998
),
Appl. Phys. Lett.
73
,
3893
.
4.
Wolter
,
S. D.
,
Luther
,
B. P.
,
Waltemyer
,
D. L.
,
C.
,
Onneby
,
S.
Mohney
, E. &
Molnar
,
R. J.
(
1997
),
Appl. Phys. Lett.
70
,
2156
.
5.
Readinger
,
E. D.
,
Wolter
,
S. D.
,
Waltemyer
,
D. L.
,
DeLucca
,
J. M.
,
Mohney
,
S. E.
,
Prentitzer
,
B. I.
,
Giannuzzi
,
L. A.
&
Molnar
,
R. J.
(
1999
),
J. Electron. Mater.
28
,
257
.
6.
Vartuli
,
C. B.
,
Pearton
,
S. J.
,
Abernathy
,
C. R.
,
MacKenzie
,
J. D.
,
Lambers
,
E. S.
&
Zolper
,
J. C.
(
1996
).
J. Vac. Sci. Technol. B
14
,
3523
.
7.
Peng
,
L. H.
,
Chuang
,
C. W.
,
Ho
,
J. K.
,
Huang
,
C. N.
&
Chen
,
C. Y.
(
1998
),
Appl. Phys. Lett.
72
,
939
.
8.
Peng
,
L. H.
,
Liao
,
C. H.
,
Hsu
,
Y. C.
,
Jong
,
C. S.
,
Huang
,
C. N.
,
Ho
,
J. K.
,
Chiu
,
C. C.
&
Chen
,
C. Y.
(
2000
),
Appl. Phys. Lett.
76
,
511
.
9.
Rotter
,
T.
,
Mistele
,
D.
,
Stemmer
,
J.
,
Fedler
,
F.
,
Aderhold
,
J.
,
Graul
,
J.
,
Schwegler
,
V.
,
Kirchner
,
C.
,
Kamp
,
M.
&
Heuken
,
M.
(
2000
),
Appl. Phys. Lett.
76
,
3923
.
10.
Fogarassy
,
E.
,
White
,
C. W.
,
Slaoui
,
A.
,
Fuchs
,
C.
,
Siffert
,
P.
&
Pennycook
,
S. J.
(
1988
),
Appl. Phys. Lett.
53
,
1720
.
11.
Vega
,
F.
,
Afonso
,
C. N.
,
Ortega
,
C.
&
Siejka
,
J.
(
1993
),
J. Appl. Phys.
74
,
963
.
12.
Petro
,
W. G.
,
Hino
,
I.
,
Eglash
,
S.
,
Lindau
,
I.
,
Su
,
C. Y.
&
Spicer
,
W. E.
(
1982
),
J. Vac. Sci. Technol.
21
,
405
.
13.
Fukuda
,
M.
&
Takahei
,
K.
(
1985
),
J. Appl. Phys.
57
,
129
.
14.
Fathipour
,
M.
,
Boyer
,
P. K.
,
Collins
,
G. J.
&
Wilmsen
,
C. W.
(
1985
),
J. Appl. Phys.
57
,
637
.
15.
Akane
,
T.
,
Sugioka
,
K.
,
Ogino
,
H.
,
Takai
,
H.
&
Midorikawa
,
K.
(
1999
),
Appl. Surf. Sci.
148
,
133
.
16.
Chu
,
C. F.
,
Lee
,
C. K.
,
Yu
,
C. C.
,
Wang
,
Y. K.
,
Tasi
,
J. Y.
,
Yang
,
C. R.
&
Wang
,
S. C.
(
2001
),
Mater. Sci. Eng. B
82
,
42
.
17.
Fu
,
D. J.
,
Kang
,
T. W.
,
Yuldashev
,
Sh. U.
,
Kim
,
N. H.
,
Park
,
S. H.
,
Yun
,
J. S.
&
Chung
,
K. S.
(
2001
),
Appl. Phys. Lett.
78
,
1309
.
18.
Amano
,
H.
,
Kito
,
M.
,
Hiramatsu
,
K.
&
Akasaki
,
I.
(
1989
),
Jpn. J. Appl. Phys.
28
,
L2112
.
19.
Wolter
,
S. D.
,
Mohney
,
S. E.
,
Venugopalan
,
H.
,
Wickenden
,
A. E.
&
Koleske
,
D. D.
(
1998
),
J. Electrochem. Soc.
145
,
629
.
20.
Roy
,
R.
,
Hill
,
V. G.
&
Osborn
,
E. F.
(
1952
),
J. Am. Chem. Soc.
74
,
719
.
21.
Rhee
,
S. J.
,
Kim
,
S.
,
Sterner
,
C. W.
,
White
,
J. O.
&
Bishop
,
S. G.
(
2001
),
J. Appl. Phys.
90
,
2760
.
22.
Wong
,
W. S.
,
Wengrow
,
A. B.
,
Cho
,
Y.
,
Salleo
,
A.
,
Quitoriano
,
N. J.
,
Cheung
,
N. W.
&
Sands
,
T.
(
1999
),
J. Electron. Mater.
28
,
1409
.
23.
Bertness
,
K. A.
,
Petro
,
W. G.
,
Silberman
,
J. A.
,
Friedman
,
D. J.
&
Spicer
,
W. E.
(
1985
),
J. Vac. Sci. Technol. A
3
,
1464
.
24.
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.