一、摘要 1. 中文摘要
關鍵詞：氮化鎵，晶圓接合，
異質磊晶，藍寶石，側向覆蓋 生長。
本計畫主要的目的在於解決 氮化鎵（GaN）薄膜異質磊晶
（heteroepitaxial）於藍寶石
（sapphire）基材所衍生的許 多問題。期望藉由晶圓接合 (wafer bonding)搭配濕式蝕刻 (wet etching)於側向覆蓋生長 磊晶片(ELOG GaN)上，轉移 氮化鎵磊晶層於它種基板上。
在前一年（第一年）的計畫 中，我們發現由於在ELOG GaN 上之遮罩層(mask)僅剩 300-500 埃（Å），蝕刻液很 難有效的移除晶圓接合後的 遮罩層。在這一年（第二年）
的計畫中，我們先將ELOG
上之遮罩層蝕刻後，在與晶圓 接合，然後再移除藍寶石基
材。此外，長在GaAs 基板的 AlGaInP LED 結構，也被用
來模擬轉移到Cu 基板之效
果。
2. 英文摘要
Keywords：gallium nitride, sapphire, wafer bonding, heteroepitaxial, mask layer, epitaxial lateral overgrowth, epitaxy layer transfer.
This project was designed to solve the heteroepitaxial growth of GaN on the sapphire substrate. By selective wet etching of mask of the epitaxial lateral overgrowth (ELOG) GaN and bonding with other handle wafers, the ELOG GaN layers were transferred to handle wafers.
二 、前言及研究目的
氮 化 鎵 具 有 優 越 的 光 電 特 性，且當其與氮化鋁（AlN）、氮 化銦（InN）等化合物混合生長時 可 使 能 階 由 2.0ev 連 續 改 變 至 6.3ev。幾乎涵蓋了所有可見光的 範圍，造成近年產官學界均投入 大量的資源進行相關的研究。然 而，受限於熱力學需高溫高壓生 長的先天限制，截至目前，大尺 寸品質良好的氮化鎵塊材晶體，
尚很難取得。因此目前商業用途
的氮化鎵材料都是經由氣相沈積
（vapor phase deposition）於非氮 化鎵之氧化鋁基板上。但藍寶石 本身的材料特性也使得氮化鎵材 料的應用發展受到了限制，例如：
1. 藍寶石導熱性質不佳，元件容易 產生Joule heating 的效應，這不僅 使元件效能變差，更使得元件的 壽命與與可靠性減低。
2. 藍寶石本身是不導電的材料，使 得兩電極之結構均必須鍍於元件 作用層之上方。也正因基板不導 電造成此元件之特殊結構，使得
製作氮化鎵發光二極體的過程必 當作current-spreading 與中 間接合介質。經過在無塵室清
洗後，放在Ar 氣氛中，在
400°C 至 600°C 接合 30 分 鐘。
三 、結果與討論
1. ELO GaN 之晶圓接合及分離
在SiOx的遮罩層移去 後，ELO GaN 與 Cu 基板在 500 ~ 600°C 進行接合。冷卻 後，於Sapphire 基板上易有 crack 產生，如圖（一）所示。
其原因可能是在冷卻時，
Sapphire 與 Cu 之熱膨脹係數 之差異(Sapphire=
7.5×10-6/K﹔Cu = 16.8×
10-6/K) 而產生熱應力。施予 適當之剪應力，可將基板分 開。若先以淬火之方式增加薄 膜間的應力，再加上適當之剪 應力，可得到較佳之分離效 果，如圖（二）所示。
最後，為了判斷bonding 對薄膜之特性是否有影響，藉 由 PL 光譜圖發現 bonding 前
後之FWHM 並無改變，但
bonding 後之試片有 blue shift 的現象產生，其原因可能為於 氮化鎵結接合於銅基板，因降 溫時氮化鎵薄膜之熱膨脹係 數分別小於銅與藍寶石基 板，而產生壓縮應力所致。
2. AlGaInP LED 結構轉移到 Cu 基板
我們發現，當溫度低於400℃
時，樣品無法接合，溫度若高
到600℃的話，銅又會滲透
ITO 層，導致 LED 的結構遭 到破壞。在500℃下加熱 30
分鐘，銅尚不會穿透ITO 層，
而樣品又可以順利接合。轉移 後的試片如圖（三）所示。由 於銅具有較高的熱導率及較 低的熱阻抗，因此散熱的效果
較佳。如圖（四）所示，比起 傳統的GaAs 基板的 LED，銅
基板LED 的操作電流可以高
達800 mA，而其發光峰值強 度可高達1230 mcd。該系統 於室溫下連續以20 mA 的電 流操作500 個小時後，其發光
強度衰減的幅度不到5%。詳
見我們在Applied Physics Letters 發表之論文。[1]
三 、未來的方向
（1） 請 合 作 的 單 位 廠 商 提 供 LED 或 LD 結構之 ELO GaN。
（2） Cu 基板之切割。
（3） 不同之導電/導熱基板，以
利試片之切割。
四 、參考文獻
1. Wei Chih Peng and YewChung Sermon Wu, " High-power AlGaInP light-emitting diodes with metal substrates fabricated by wafer bonding," Appl. Phys. Lett.
84(2004) PP1841-1843.
圖一 氮化鎵接合於銅基板上，冷卻後，
Sapphire 基板上有 crack 產生。
(a) GaAs Substrate LED
(b) Cu Substrate LED
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 200 400 600 800 1000
LUMINANCE INTENSITY (mcd)
CURRENT (mA)
圖二 以淬火之方式再施予適當之剪應 力之試片。
圖三 LED 接合在 Cu 基板上之(a)上視圖 (b)剖面圖。
圖四 (a) GaAs Substrate LED 與(c) Cu Substrate LED 之 L-I 曲線
200µm