彭隆瀚臺灣大學：光電工程學研究所涂文勳Tu, Wen-HsunWen-HsunTu2007-11-252018-07-052007-11-252018-07-052006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50765近年來，氮化鎵材料已經引起各界廣泛的注意，尤其是在藍紫外光發光元件上的潛力。由於傳統乾式蝕刻所造成的種種材料上的破壞，我們需要尋找另一種能夠有效的提高元件效率及壽命的新製程方式。本論文討論了濕式電化學蝕刻在氮化鎵材料上的製程應用。光致電化學蝕刻反應在本文中有詳細的特性討論及可能應用的方向。另外，蝕刻的晶格特性也一併的在本文中被探討。分散式布拉格反射鏡雷射二極體亦成功的由濕式蝕刻的方式製作出來。元件的光學特性分析一併再論文中有詳細的描述，並與ICP-RIE製作出的元件做一比較。詳細的理論在論文中亦有提及。最後，可能的應用及發展再為後一章有概略的介紹以及本篇論文的結論。In the last decades, gallium nitride materials have drawn much attention and have great potential for the UV-Blue light emitting devices. Due to the disadvantages such as material damages in dry etch, new fabrication processes are needed to enhance the efficiency and lifetime of light emitting devices. This thesis explores the use of wet chemical etching technique as processing tool for GaN–based semiconductors. The general properties of the photo-electro-chemical (PEC) etching have been inspected and described in detail for application purpose. Crystallographic etching properties were presented and provided a useful route to different kinds of application. The blue laser diode with distributed Bragg reflectors (DBR) was successfully obtained by the PEC method. The fabricated devices were analyzed with optically pumped experiment apparatus , and compared with the same devices fabricated by ICP-RIE . Theoretical investigation of these devices have been proposed and demonstrated in the same thesis. The general conclusions and possible applications in the future were discussed in the last chapter of this work.章節目錄 摘要 IV 第一章 序論 1 1.1簡介 1 1.2半導體雷射基本原理 3 1.3論文概述 8 第二章 氮化鎵光致電化學蝕刻及晶格面蝕刻 9 2.1光致電化學蝕刻法原理 9 2.2 p型氮化鎵光致電化學蝕刻 13 2.3氮化鎵晶格面濕式化學蝕刻 17 2.4 總結 19 第三章 側向分佈式布拉格反射鏡理論及製作 20 3.1側向分佈式布拉格反射鏡理論與模擬 20 3.2元件製作與氮化鎵光致電化學蝕刻 27 3.2.1光致電化學蝕刻要點 27 3.2.2 遮罩材料的影響-金屬和氧化物 31 3.2.3 元件製作製程 32 3.2.4多孔性p型氮化鎵 38 3.3 結論 40 第四章 光學量測結果及分析 41 4.1光學量測實驗架構 41 4.2 DBR結構雷射元件發光頻譜分析 43 4.3 總結 46 第五章 結論與未來展望 47 參考文獻 48 圖表目錄 Fig.1.1雷射共振腔等效示意圖 3 Fig.1.2 (a) DFB雷射 (b) DBR雷射 6 Fig.1.3 (a) NTT公司所製作的氮化鎵DBR結構 (b)DBR元件與Fabry-Perot元件之臨率功率密度比較 7 Fig 2.1 光致電化學反應系統架構 9 Fig 2.2半導體與溶液平衡時能帶彎曲(a) n型 (b) p型 10 Fig 2.3 外加光源照射時，表面分區示意圖 11 Fig 2.4 p型氮化鎵光致電化學蝕刻系統架構 14 Fig 2.5(a)較大線寬蝕刻方式(b)小線寬蝕刻方式 15 Fig 2.6 (a)氮化鎵反應生成物(b)剖面圖(c)泡過HF後的剖面圖 15 Fig 2.7(a)~(e)各種不同線寬的蝕刻結果 16 Fig 2.8 氮化鎵樣品經過熔融KOH浸泡(a)之前(b)之後 17 Fig 2.9 元件蝕刻平面與氮化鎵晶格面需平行 18 Fig 3.1 DBR雷射二極體結構圖 20 Fig 3.2 半導體反射鏡和其反射率對相位移變化的關係圖 22 Fig 3.3 DBR反射率對不同階數(不同半導體/空氣厚度)的模擬結果 26 Fig 3.4(a)~(d) 開放電極方式的蝕刻流程 29 Fig 3.5(a)~(d) 蝕刻結果SEM圖 29 Fig 3.6(a)~(d)封閉電極方式蝕刻 31 Fig 3.7(a) (b)DBR反射鏡部分蝕刻結果 31 Fig 3.8 不同遮罩材料蝕刻結果：(a)(b)Ti/Pt (c)(d)TiO2/Pt 32 Fig 3.9 製程簡圖 33 Fig 3.10 製程流程圖 35 Fig 3.11(a)~(d) LD樣品蝕刻結果 37 Fig 3.12(a)~(f) LED樣品蝕刻結果 37 Fig 3.13(a)(c) RIE蝕刻出的DBR側壁、(b)(d) PEC蝕刻出的DBR側壁 38 Fig 3.14 多孔性p型氮化鎵 39 Fig 4.1微光激發光學量測系統 42 Fig 4.2(a)利用光致電化學蝕刻製作的樣品光譜 44 Fig 4.3利用活性離子蝕刻(RIE)所製作的樣品光譜 441963381 bytesapplication/pdfen-US氮化鎵光致電化學蝕刻雷射布拉格反射鏡GaNPECDBRlaseretchingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50765/1/ntu-95-R93941066-1.pdf