藉由 XRD 的分析，我們去觀察試片受到研磨拋光前後的半高寬變化，
如果做完 FCMP 之後的半高寬能夠和未做研磨拋光之前差異不大，那麼表 示我們對試片表面的晶格破壞已降到最低。
圖 3-11 PL 系統示意圖
24
25
與晶體平行面之法線這三個向量需在同一平面。第二、欲測面的法線平分 入射光與繞射光的夾角。
近年來，薄膜材料的應用更為廣泛，對其性質之要求也日益嚴格，如 何在製造過程中即能精確控制薄膜成長的條件，以保持薄膜性質的穩定與 可靠，成為薄膜製程技術上努力的目標。此外，在界面化學的研究方面，
要瞭解界面上的化學反應機構，亦須探討界面薄層在反應過程中的結構變 化。由於 X 光繞射分析的條件幾乎不受到環境的限制，可以在各種不同的 環境下進行測試工作，因此，結合低掠角 X 光繞射技術，在薄膜製造或是 界面反應過程中即時進行分析測試的方式，乃逐漸受到重視。另一方面，
由於同步輻射技術的發展與應用，使能獲得具有極佳平行性與高強度的 X 光光源，以及其波長的多重選擇性，使得在進行低掠角 X 光繞射測試時，
能更精確地控制光源之入射角，獲得更清晰的繞射訊號，進而提高測量結 圖 3-12 單晶繞射的示意簡圖
26
果的準確性。總之，在薄膜結構的分析方面，低掠角 X 光入射法的應用實 為一簡單有力的分析利器。
27
28
圖 4-1 粗磨下 Sample 1 在 20 分鐘內不同轉速下之移除率
利用 Sample 2 在經過粗磨後，因為中磨之移除率估計遠比出磨來得 低，所以這部分多增加了壓重部分做討論，在固定時間下討論不同轉速同 壓重下的兩種情況，配合膜厚計觀察兩種情況下的厚度變化，進而推估這 兩種狀況下的移除率：
(a) 固定轉速 20rpm 下不同壓重，結果如表4-2 及圖 4-2 所示。
轉速(rpm) 20 20 20 時間(min) 20 20 20
壓重(kg) 0 2 3
平均磨去厚度(um) 0.8 1.1 1.3 Remove rate(um/hr) 2.4 3.3 3.9 表 4-2 中磨 Sample 2 在不同壓重下之變化
29
圖 4-2 20rpm 下 Sample 2 在 10 分鐘內不同壓重下之磨去厚度
(b) 固定轉速 30rpm 下不同壓重，結果如表4-3 及圖 4-3 所示。
轉速(rpm) 30 30 30 時間(min) 20 20 20
壓重(kg) 0 2 3
平均磨去厚度(um) 1.1 2.8 3.3 Remove rate(um/hr) 3.3 8.4 9.9 表 4-3 中磨 Sample 2 在不同壓重下之變化
圖 4-3 30rpm 下 Sample 2 在 10 分鐘內不同壓重下之磨去厚度
30
將(a)(b)成果整合之後比較其移除率，統計中磨對氮化鎵移除之成 效，以做後續步驟之參考。結果如圖 4-4 所示。
圖 4-4 中磨下 Sample 2 在 10 分鐘內不同壓重之移除率
4 44
4- -- -2 22 2 機械研磨之結果與討論 機械研磨之結果與討論 機械研磨之結果與討論 機械研磨之結果與討論
在介紹完整個對氮化鎵表面研磨拋光實驗的流程及參數後，接著將不 同的步驟及實驗參數，及其所得的實驗結果做討論及分析:
4-2-1
各項研磨後表面形貌之影響由於由本實驗室 HVPE 機台所成長的氮化鎵厚膜會出現許多不利於後 續製程成長的狀況例如：有魚鱗紋路、厚度不均、再成長時的邊緣效應及
31
32
形貌及粗糙度，並且拍 PL 去觀察研磨後的狀況。參數如表 4-4 結果如圖 4-5(a)(b)、圖 4-6 所示。由 AFM 得知經過粗磨之後，表面的粗糙度大約 為 41.75nm(10um X 10um)、92.62nm(30um X 30um)，在 PL 圖中可觀察到 經過粗磨之後，Yellow band 跟一般未粗磨之前比較有顯著的變大。
粗磨(6um diamond + copper plate )
轉速(rpm) 20 25 30
時間(min) 5 5 60
壓重(kg) 0 0 0
表 4-4 Sample 3粗磨的時間及參數
圖 4-5 AFM 圖(a) 10X10um 2D 及粗糙度(b) 10X10um 3D 圖(c) 30X30um 3D 圖 (b) (C)
(a)
33
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
0 結果如圖 4-7(a)(b)(c)(d)所示，表面的粗糙度為 11.07nm(10X 10um)、
34
8.8nm(30 X 30um)
粗磨(6um diamond + copper plate ) 中磨(2um diamond + 膠盤 )
轉速(rpm) 20 25 30 20 25 30 30
時間(min) 5 5 60 5 5 30 10
壓重(kg) 0 0 0 0 0 0 0
表 4-5 Sample 4粗磨及中磨的時間及參數
(a)
(b)
35
圖 4-7 AFM 圖(a)10X10um 2D 及粗糙度(b) 30X30um 2D 及粗糙度 (c)10X10um 3D 圖(c)30X30um 3D 圖
我們觀察中磨之後的成果後發現，在 AFM 圖中 30 X 30um 的 RMS 8.8nm 較 10X 10um 的 11.07nm 來的小，推測大概原因來自於利用上列參數的中 磨的對表面的 RMS 結果大約就在這數值附近了，在做較小面積時卻因為剛 好該處較為粗糙所以所得知數值較大，同時我們利用 AFM 觀察刮痕的深度 大約在 10 nm 左右。
經過粗磨跟中磨後，我們接著進行 MP 的最後一個步驟，細拋。利用 150nm 顆粒大小的 SiO2 拋光液加上皮盤，在進行此步驟我們起步依然先採用低 轉速來進行，在維持試片完整度方面會有比較好的效果，一樣在經過一段 時間後，我們將轉速固定在 30rpm 到細拋這個步驟完成，不過值得注意的 是，在細拋這個這個步驟中，我們還需要注意拋光液的流速跟磨盤轉速以 及所壓重量之間的控制，我們曾經因為參數沒控制好而導致試片脫落造成 實驗失敗。
Sample 5 在經過粗磨及中磨的平整化後，接著進行細拋步驟，然後我 們利用原子力顯微鏡去觀察表面形貌及粗糙度，去了解研磨後的狀況。參 數如表 4-6 結果如圖 4-8(a)(b)(c)所示。由 AFM 得知經過粗磨之後，表面 的粗糙度大約為 2.47nm(10X 10um)、5.07nm(30 X 30um)
(C) (d)
36
粗磨 中磨 細拋(150nm SiO2 + 皮盤 ) 轉速(rpm) 20 25 30 時間(min) 70 50 10 30 80 壓重(kg) 0 0 0 0 0
表 4-5 Sample 5粗磨、中磨及細拋的時間及參數
圖 4-8 AFM 圖(a) 10X10um 2D 及粗糙度(b) 10X10um 3D 圖 (c) 30X30um 3D 圖
觀察細拋之後的成果後發現， 10X 10um 的由中磨的 RMS 8.8nm 降到
37
了 2.47nm，經過這些步驟推測粗磨 RMS～50nm 經過中磨之後 RMS～10nm 細拋之後 RMS～3nm，結果如圖 4-9 所示，而利用 AFM 觀察做完細拋後刮痕 的深度大約在 2～3 nm 左右。這結果我們並不滿意，加上觀察其表面形貌，
可以發現刮痕可區分成較深的跟較淺的兩部分，而 RMS 沒辦法往下降，較 深的部分刮痕，推測來自於粗磨及中磨所造成的刮痕沒辦法消除，而較淺 的部份則是在細拋時形成的，所以我們將針對這個部分在下個章節進行討 論與改善。
圖 4-9 粗中拋 RMS 比較圖