选择性去除掺杂光学薄膜以制备 4H-SiC 中的自旋活性颜色中心

硅碳化物 (SiC) 是一种用于量子信息处理、微机电系统、光子学、功率电子以及恶劣环境传感器的半导体材料。然而，其高温稳定性、高击穿电压、宽带隙和高机械强度伴随着化学惰性，这使得复杂的微加工困难。光电化学刻蚀是一种简单、快速的SiC湿法加工方法，包括利用成熟的SiC同质生长中的掺杂选择性刻蚀层。然而，掺杂选择性光电化学刻蚀通常依赖于高度掺杂材料，这对那些受益于低掺杂以产生稳健的发射器特性和高光学透明度的器件应用（如量子缺陷和光子学）提出了挑战。本文发展了一种新的选择性光电化学刻蚀工艺，其不依赖于高掺杂，而是利用制造的二极管结构的电内耗，允许在n掺杂基片垫片上选择性刻蚀未掺杂的等向物性 ($N_a=1(10)^{14}cm^{-3}$) 器件层。我们对二极管在偏置下的光响应和光电化学刻蚀行为进行表征，并利用这些见解在SiC上悬停大型 ($>100\mu m^2$) 未掺杂薄膜。我们进一步表征了薄膜与量子发射器的兼容性，进行未掺杂和高度掺杂薄膜结构之间的比较自旋光谱，发现使用未掺杂材料可使集体自旋寿命提高超过3倍。本工作使得制造适用于可扩展光子学、力学和量子技术的高纯度悬停薄膜成为可能。