賴昆佑

高品質的單晶氮化鋁(AlN)是深紫外發光二極體的關鍵材料。本研究利用有機金屬化學氣象沉積法(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD)在藍寶石基板上成長高品質AlN。在MOCVD的磊晶過程中，我們利用“調整五三比”及“氣流中斷”的方式，優化AlN的成長速度、晶格均勻度、及表面平整度。“五三比”為五族元素(氮)對三族元素(鋁)的莫爾流量(單位: µM/min)比值，可利用氮與鋁的前驅物(NH3與trimethylaluminum, TMAl)流量調整；“氣流中斷”則是以脈衝(pulsed flow)的方式，將NH3與TMAl通入MOCVD反應爐，可透過氣流開關的時間(on/off duration)調控。根據掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM)、原子力顯微鏡(atomic force microscopy, AFM)及X光繞射(x-ray diffraction, XRD)的量測結果，我們發現: 降低五三比，可提升AlN的成長速度；交錯式地中斷NH3與TMAl氣流，則可提升AlN的表面平整度及晶格均勻度。“氣流中斷法”可避免MOCVD的寄生反應，並增加提高鋁原子在基板表面的遷移距離，因而減少差排(dislocations)缺陷的形成。利用優化過的五三比及氣流中斷參數，可以單一磊晶溫度、無需低溫成核層，就能得到高品質的AlN磊晶層。這種磊晶技術能縮短AlN的成長時間、減少前驅物的消耗量，極具應用價值。