4-4-1 SEM vs.fill factor (stripe mask/HLH-AlN/r-sapphire)
(圖 4-11)調變四種 fill factor 的 SEM plane view & cross-section 該長條型光罩是沿者 c-axis 的方向開設，最主要的動機就是希望能 抑制 c 軸方向的不對稱成長進而達到 m 軸均向成長的結果，之後在均向成 長的情況下來調變五三比使得表面成長可以更為平坦化，此外也具有減少
TD & BSFs 的功用。由開設不同比例(fill factor=windows : mask，windows 的寬度不變而 mask 的寬度沿 m 軸加長)的長條圖形可以看出較小比例的 fill factor(=5:10)其 SEM plane view 的表面情況同樣有非等腰三角的 形狀，且 Ga-face 的表面有梯狀的起伏。當 fill factor 逐漸變大也就是 當 fill factor(=5:25)在較長的 mask 距離下，剛從 windows 冒出來的 grain 往側向生長將因與鄰近 grain 的距離過長而導致高低落差更大。反 觀介於兩者間的情況特別是 fill factor(=5:20),其 mask 距離的寬度與側 向成長速率與鄰近 grain 所需要相接合的距離較為匹配，而有助於在傾向
4-4-2 X-ray (stripe pattern mask)
以下四張圖分別是四種不同 fill factor 條型光罩沿著 4 種不同方向 的ω-scan。其目的是為了瞭解由開設 ELOG 光罩成長的 a-plane GaN 因在
±c 與±m 方向的成長速率的差異，所可能造成結構排列上不完整的結果，
因此造成有缺陷或是 wing tilt 的產生而使得 FWHM 的增加。以下就是每
塊試片經 XRD 的ω-scan 量測結果。其中(+c、+m、-c、-m 的標記，以+c 為例代表 x-ray 由-c 往+c 方向入射，其餘的類推。) 綜合以下四張圖的 異同點可以歸納出以下幾種異同點
(圖 4-12)四種 fill factor 平行 c 與 m 之ω-scan 原始圖
後者則是會有 shoulder 甚至是另一個波峰(wing tilt)產生，然而我們先 跳至(5-4 LT-CL)的討論結果可知對於開設 mask 於 c 方向上的模板，BSFs 在 m 軸方向上產生晶格排列的破壞是最主要 FWHM 增加的可能機制。因此 在 c 方向若沒有產生未接合而有過大的 wing tilt 產生的結果，基本上 m
方向因 BSFs 密度較高的關係造成 FWHM 的提升將比 c 方向來得大。然而 5:15 FWHM 則是 M<C，由 SEM 圖可發現因為 c 方向成長無皆平所導致的 wing tilt 較更大，其效應將超過 m 方向 FWHM 提升的結果。
5:20FWHM 值相較其它開設比例最低，並對照 SEM 縱向成長達 20um 而 側向 c、m 皆有接合，推論該 5:20 比例的成長除了可匹配 in-plane 成長 率不均的因素之外，同時也有相對較低的 BSFs 的效果。
(2.)不同 fill factor sample 沿著 4 種不同方向ω-scan 其 FWHM 的差異 接下來的量測我們將針對 4 塊不同 sample 以 x-ray 由同一方向入射來比 較其 FWHM 大小，此種方式將可以發現不同比例的 fill factor 會大幅影 響晶格的品質。
(圖 4-14)左上:四種 fill factor 的試片其ω-scan(-c Î+c)圖形:
(5:15) > (5:10) > (5:25) > (5:20)
(圖 4-14)左下:四種 fill factor 的試片其ω-scan(+cÎ-c)圖形:
(5:25) > (5:10) > (5:15) > (5:20)
(圖 4-14)右上:四種 fill factor 的試片其ω-scan(-mÎ+m)圖形:
(5:15) > (5:10) > (5:25) > (5:20)
(圖 4-14)右下:四種 fill factor 的試片其ω-scan(+mÎ-m)圖形:
(5:25) > (5:10) > (5:15) > (5:20)
平，使得 FWHM:m < c，也就是 c 方向 wing tilt 產生的結果。
5:25 Îc 方向雖然接合，但表面仍具有明顯鋸齒狀起伏 (3.)in-planeFWHM 兩極化差異比較:
1. 5:10 Îc =0.472 , m = 0.56 Δ1= 0.095
fill factor= windows : mask IIC 論在 P=400mb,T=1100℃,V/III=37.5 的磊晶條件下較 C 方向快四倍，因而
需要四倍長的 mask 作較遠的擴散。
(4.)光罩開設沿著 c 與 m 軸方向其ω-scan 的差異
4-4-3 SEM vs.長寬比 (mosaic pattern/HLH-AlN/r-sapphire)
(圖 4-17)四種交錯方格長寬比的 SEM 對照圖
交錯方格的光罩設計原理已在 3-5 節敘述過，其最主要目的仍是希望
//C //M
Wing tilt 方向 //M //C Tilt angle symmetry C > - C
Mechanism 速率成長相同 速率成長 C > - C
藉由開設 mask 來達到長平的需求。首先我們觀察縱向厚度發現大約都是 35um 厚，而橫向成長覆蓋率理論上當 mask 的密度愈低則越高。對於交錯 方光罩的 windows 密度雖然比例不同但密度在同一塊面積上是一樣的，但 是當有較大比例的 mask 時同樣也對應較大面積的 windows，因而將更有機 會可以搶到 source 而成長，且成長越高表面積越大將越有機會成長，雖 然符合 XRD ω-scan 有嚴重 wing tilt 的結果，但是較高覆蓋率的 sample 卻不一定有較好的表面平整性。
4-4-4 X-ray (mosaic pattern mask)
以下就是每塊試片經 XRD 的ω-scan 量測結果。其中(+c、+m、-c、-m 的標記，以+c 為例代表 x-ray 由-c 往+c 方向入射，其餘的類推。) 綜合 以下(圖 4-18)四張圖將可以重新整理得到三張我們要分析的圖形。
(圖 4-18)四種長寬比 sample 於四個方向之ω-scan 原始圖 (1.)改變 fill factor 對 FWHM 於不同方向ω-scan 量測結果
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
FWHM
phi(x-ray // c-axis = 0o)
A B C D
(圖 4-19)四種長寬比 sample 在四個方向之ω-scan
由上一小節類似的解釋，in-planeFWHM 極化的差異最主要來自於 wing tilt 與 BSFs 在 m 方向所造成的晶格缺陷這兩種最主要的原因。其中我們 發現 5:5.3 比例其所呈現的趨勢與其他相反，c 方向的 wing tilt 相當嚴 重，以至於 FWHM 特別大，然而 m 方向的 FWHM 相對其他 sample 卻極為小，
推測這可能是 BSFs 密度較低的關係。
(2.)不同 fill factor sample 沿著 4 種不同方向ω-scan 其 FWHM 的差異
(圖 4-20)左上:四種 fill factor 的試片其ω-scan (-cÎ+c):
(5:16)>(5:21.2)>(5:5.3)>(5:10.6)
(圖 4-20)左下:四種 fill factor 的試片其ω-scan(+cÎ-c):
(5:10.6)>(5:5.3)>(5:16)>(5:21.2)
(圖 4-20)右上:四種 fill factor 的試片其ω-scan (-mÎ+m):
(5:5.3)>(5:16)>(5:10.6)>(5:21.2)
(圖 4-20)右下:四種 fill factor 的試片其ω-scan(+mÎ-m):
(5:10.6)>(5:16)>(5:5.3)>(5:21.2)
D B C A
度是否有繼續增加的趨勢，得後續量測 CL 鎖頻 mapping 圖才能以得知。
(3.)in-plane FWHM 兩極化差異比較
A. 5:21.2 Î c = 0.56 , m = 0.53 , △A= 0.03 列為(5:5.3) > (5:16) > (5:10.6) > (5:21.2)。這項結果顯示 5:21.2 比例的圖形針對 in-plane 速率成長不均向性有較好的匹配性，也就是說 為了達到同時接合目的而有之後縱向成長接平結果，那必須在總速率成長 較快的方向以較長的 msak 長度來增加其擴散長度以達到較慢接合，而總 速率成長較慢的方向則以較短的 msak 長度降低其擴散長度。所以，m 方向 總成長速率推論在 P=400mb,T=1100℃,V/III=37.5 的磊晶條件下較 C 方向 快約四倍，因而需要四倍長的 mask 作較遠的擴散，此結果與長條型光罩 類似，但成長的品質卻較為差。