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利用雷射剝離法製作非極性氮化鎵基板之研究

實驗設計:

使用雷射剝離法來製作 a-plane GaN 基板,主要是如果沒有使用雷射剝離法,

而是直接成長於 r-sapphire 上,會因為 GaN 與 sapphire 的熱膨脹係數不同,容易 在降溫時破裂。接下來進行實驗的 a-plane GaN,生長條件固定在溫度為 1000oC、

壓力為 100mbar、HCl 流量為 40sccm、五三比為 50、純氫氣、厚度為 100um,大小 約 12mm x 12mm,成長完以及經過雷射剝離法的樣品以常溫 PL、Raman、XRD 量測,

比較樣品的應力大小、品質好壞、翹曲程度等。

實驗結果:

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圖 4-2-1.Laser Lift Off 前後比較之常溫 PL 圖

表 4-2-1. Laser Lift Off 前後之 PL peak 以及 PL 半高寬比較

由常溫 PL 的量測中,可發現 Laser Lift Off 前的 PL intensity 比 Laser Lift Off 後還大許多,主要原因是在雷射剝離系統中,由於腔體是開放式,雖然實驗中 通入大量氮氣,但仍然無法避免阻止空氣中的氧氣與高溫的 a-plane GaN 反應生成 氧化物,這層氧化物可能會阻擋出光,造成 PL intensity 降低許多。從 PL peak 來看,經過 Laser Lift Off 後,有紅移的現象產生,代表原本氮化鎵厚膜在 r-sapphir 的壓應力明顯被釋放。

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表 4-2-2. Laser Lift Off 前後之 Raman peak 比較

圖 4-2-2.Raman Shift 示意圖

Raman 是先把一束雷射光送入 GaN 晶體中,這束雷射光會受到聲子的影響,我 們再收集射出的雷射光,接著把收集到雷射光的能量換算成圖 4-2-2,567cm-1是 stress free 的 GaN E2 peak 值,主要是跟 567 這個值做比較,比 567 大代表 GaN 受到的應力是壓應力,反之則是張應力。從 Raman 量測結果,可發現經過 Laser Lift Off 後,壓應力明顯釋放,釋放約 0.299GPa,結果與常溫 PL 一致。

表 4-2-3. Laser Lift Off 前後之 XRD 比較

因為 a-plane GaN 的成長中,受到生長異向性的影響很大,所以在 XRD 的量測 中,我們分為 c 與 m 這兩個方向來討論。首先,從 m 方向的半高寬中,看到經過 Laser Lift Off 後,差了快一倍,但是由文獻中[18]可知,XRD 的半高寬主要由晶體品質 以及晶體翹曲度這兩個變因貢獻,由於經過 Laser Lift Off 後,品質並不會有太大 的改變,所以我們懷疑造成 m 方向的半高寬變寬是晶體翹曲度所造成。於是我們做

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了以下的實驗驗證。C 方向則是沒有太大的差異,代表 c 方向的翹曲度並無太大的 改變。

圖 4-2-3.使用 XRD 測量翹曲度示意圖 part1

圖 4-2-4. 使用 XRD 測量翹曲度示意圖 part2

表 4-2-4.XRD 之 ω 分量改變量

- 27 - r-sapphire 上,生長條件固定在溫度為 1000oC、壓力為 100mbar、HCl 流量為 40sccm、

五三比為 50、純氫氣、厚度為 76um,大小約 12mm x 12mm,接著進行 Laser Lift Off 將 a-plane GaN 與 r-sapphire 分離,最終得到 a-plane GaN 基板。用此種生長參數 成長出的 a-plane GaN 形貌如圖 4-3-1-1,雖然用上面生長條件所成長出的表面(我 們在這章節稱為正面)形貌很粗糙,但是經過 Laser Lift Off 後,a-plane GaN 與

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