本實驗中是在探討利用CMP研磨與熱退火做氮化鎵表面處理,比較這兩種方法 的損害層去除效果。首先提到的是CMP研磨,經過CMP研磨過的樣品PL強度可以回 升,同時CL cross section與CL plane view量測結果也有看到損害層明顯去除,
意味著CMP研磨是個去除損害層有效的方法,隨著研磨時間越長磨掉的損害層厚 度越多,而增加樣品上的壓力能提升損害層的removal rate,也就是在單位時間 內去除損害層也越多。在CMP研磨實驗中發現,如果研磨時間不夠久時,表面會 有部分刮痕尚未除掉,導致AFM表面RMS roughness值不能降下,最後我們以1cm
×1cm樣品去做長時間10小時CMP研磨,結果發現表面刮痕都完全被去除了且表面 dislocation density(~107/cm2)與未研磨過的氮化鎵厚膜 dislocation density 一樣,這代表在有去除損害層的基板上長出來的 u-GaN 品質相當不錯。對比之下 在未去除損害層的基板上長出來的 u-GaN 表面形貌就非常糟糕,且 XRD 量測上兩
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個方向的半高寬都會變寬,同時 CL 發光強度變弱許多,明顯得長出 u-GaN 品質 相當不好。接著延續探討表面平整度對後續成長 u-GaN 品質有何影響,故在一個 有去除損害層的情況下,來比較在兩個不同 RMS 值(1.48nm 與 5.65nm)的基板有 何差別,由最後量測分析可知兩者 u-GaN 的 AFM 表面 RMS roughness 值也都可以 到 1nm 以下和 XRD 量測結果也顯示兩者晶格品質差不多,除了 CL plane view 量測結果外,我們發現表面 RMS 值較低的基板長出 u-GaN 會有較低的 disloca- tion density 情形出現。
最後我們取得最佳 CMP 研磨製程參數,能有效去除損害層外,而且又能達到 基板表面平坦化。透過 CMP 表面處理過的基板,我們能成功在氮化鎵基板上利用 MOCVD 長出品質良好的 u-GaN,再藉由 AFM、Nomarski、CL、XRD 去分析它。
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