壓力調變實驗分析

3.5.1 實驗目的

除了溫度可以改變氮化鎵在 SiO₂ mask 上形成傾斜面的成長方式 外，另一個常用方法即為改變壓力，本實驗使用不同ELOG 條紋方 向<1-100>與<11-20>，固定其五三比為 50，在實驗常用的溫度分別 1000°C 與 1050°C 改變壓力，找出適當的壓力值作為 Facet-Controlled ELOG 的參數使用。

3.5.2 實驗步驟

本實驗使用的基板為表2-4-1 裡 MOCVD 成長 LED 結構的基板，

成長條件參數依序如表3-5-2-1 所示:

Sample 溫度 壓力 五三比 條紋方向 H5512A01 1050°C 100torr 50 <1-100>

H5512C01 1050°C 300torr 50 <1-100>

H5511B01 1000°C 100torr 50 <1-100>

H5512D01 1000°C 300torr 50 <1-100>

H5517B01 1050°C 100torr 50 <11-20>

H5517C01 1050°C 300torr 50 <11-20>

H5517A01 1000°C 100torr 50 <11-20>

H5519A01 1000°C 300torr 50 <11-20>

表 3-5-2-1調變實驗各項參數

由於前一節的實驗指出，此部自組式氫化物氣相磊晶機台在高溫 1100°C 時不易成長，且高溫成長將使機台的清潔溫度需要高過 1100°C，故僅將溫度設定在 1000°C 與 1050°C。

3.5.3 實驗量測

由掃描式電子顯微鏡觀察橫切面形貌，分為三部份量測與討論，

分別為[A] 條紋<1-100>方向，溫度 1050°C，[B] 條紋<1-100>方向，

溫度1000°C，[C] 條紋<11-20>方向，溫度 1000°C&1050°C [A]. 條紋<1-100>方向，溫度 1050°C

圖 3-5-3-1 1050°C 下，調變壓力 100torr 與 300torr， SEM 切面形貌圖

圖 3-5-3-1 橫切面圖發現，在 1050°C 下成長氮化鎵，在低壓狀 態100torr 下有(0001)平台的產生，而在 300torr 下則是形成角錐狀。

在100torr 成長時加強了(0001)面形成的趨勢，所以同時有著(0001)平 面與{11-22}傾斜面，兩個平面同時成長形成梯形狀；但是將壓力升 高至300torr 後，僅有傾斜的{11-22}面產生。由圖 3-5-3-2 可以更清 楚發現這個趨勢，高壓狀態下的縱向成長速率與側向成長速率均高於 低壓狀態，然而從縱向與側向成長速率的比值來做比較，高壓狀態明 顯高過低壓狀態，這實驗結果可以發現100torr 下形成上方有平台的 梯形狀而300torr 下產生角錐狀的氮化鎵傾斜面。

300torr 100torr

1050°C T

P

側向成長與縱向成長速率比較圖 3-5-3-2 發現壓力會影響成長速 率，壓力越高則成長速率越高，同樣的實驗在晶片的前端與中央處均 可發現這樣的趨勢存在。

100 150 200 250 300

70 [B]. 條紋<1-100>方向，溫度 1000°C

圖 3-5-3-3 1000°C 下，調變壓力 100torr 與 300torr， SEM 切面形貌圖

不同於[A] 條紋<1-100>方向，溫度 1050°C 的實驗結果，在溫度 1000°C 下則無發現明顯的趨勢，100torr 與 300torr 皆形成角錐狀。在 相同的生長時間下，壓力300torr 的樣品可以清楚看出氮化鎵已經在

SiO2 mask 的中點處接合，而壓力 100torr 下，氮化鎵僅略微側向成長 覆蓋住小部份的SiO₂ mask，此結果符合上一節壓力越大，成長速率 越高。

[C]. 條紋<11-20>方向，溫度 1000°C&1050°C

圖3-5-3-4 1000°C&1100°C 下，調變壓力 100torr&300torr SEM 切面形貌圖

ELOG 條紋<11-20>方向在壓力調變的狀況與上一節調變溫度有 著相同的效應，在任何的壓力下<11-20>條紋方向氮化鎵皆成長為角 錐狀，而無梯形狀的平台產生，此實驗結果與MOCVD 成長<11-20>

結果相符合[32]。另一個相同的結果為壓力在 300torr 時，側向與縱向 的成長速率均高於壓力100torr 成長，此結果在<1-100>與<11-20>方 向皆有同樣的趨勢。

300torr 100torr

1000°C 1050°C

T

P

3.5.4 結論

將溫度固定在 1050°C 下，在 ELOG 條紋為<1-100>方向，我們 可以發現當壓力處於高壓下，則主導氮化鎵成長<0001>方向的成長速 率高於<11-22>方向，故形成角錐狀的結構。而將壓力降至低壓如 100torr 則可發現側向<11-22>的成長速率高於縱向的<0001>方向，而 產生如圖3-5-3-1 所示的平台。如圖 3-4-4-2 所示，{11-22}斜面為 N-polarity，當壓力設定為高壓狀態時，N-polarity 較為穩定，因而產 生{11-22}斜面；當壓力降至低壓時，N-polaity 變得較為不穩定，

DB(dagling bond)值較低的面成長速率變慢，而 DB 值較大的斜面則 快速成長，使得{11-22}斜面越來越小，而(0001)平台的面積越來越大。

圖3-5-4-1 1050°C & <1-100>條紋方向，隨著壓力變大而呈現角錐狀成長 而溫度固定至 1000°C 下，則完全無 1050°C 下低壓成長形成梯型 平台的趨勢，不論壓力的高低，都由於<0001>方向的成長速率高於側 向而產生角錐狀結構。Facet-Controlled ELOG 的第一階段為使得 Dislocation 能有效轉彎(bending)，此小節得到三個結論： (a)當 1050°C 下成長氮化鎵，使用ELOG <1-100>條紋時，將壓力設定至 300torr，

以利於形成角錐狀結構；(b)在 ELOG <1-100>條紋，1000°C 時，兩種 壓力雖然都能夠成長出角錐狀結構，但由於高壓 300torr 成長的速率 高於低壓下成長，適當的壓力值為300torr；(c) 在 ELOG <11-20>條 紋下任何溫度及壓力也都能產生角錐狀結構，而依舊高壓成長擁有較 高的成長速率，故壓力值選擇300torr。

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