6.1 總結
本研究探討氧化鋅以及鋁摻雜氧化鋅於 R 面藍寶石基板之成長 行為，藉由雷射蒸鍍系統，在製程溫度 350-850C 皆可成長出磊晶關 係為
( 11 2 0 )
ZnO//( 10 1 2 )
sapphire、[ 0001 ]
ZnO//[ 1 01 1 ]
sapphire的磊晶薄膜。基板溫度於 600C 以下時，氧化鋅之成核平台上的島狀成核為主 而當基板溫度高過 600C 時，其初始成長的表面則呈現由階梯狀的表
面形貌。然而，不論製程溫度高低，當氧化鋅已完全覆蓋表面後，其 磊晶行為皆呈現 3D 島狀成長。對於鋁摻雜氧化鋅方面，無論是成長 於藍寶石基板，或者是階梯狀、條紋狀、甚至平坦的氧化鋅表面，
ZnO:Al 皆傾向以 3D 島狀模式進行成長。
在結構方面，由於纖鋅礦結構 A 面本身較低的對稱性，以及氧 化鋅 A 面與藍寶石 R 面存在著相當程度的晶格匹配異向性，故以 R 面藍寶石為基板所成長出之 A 面氧化鋅，有明顯的結構異向性。
AFM 表面形貌觀測結果顯示，不論是高溫或低溫製程的氧化鋅，
隨著沉積量的增加，最終都會成為 c 方向條紋主導的表面形貌，然而
143
在 ZnO:Al 方面，其表面相對粗糙。
應變方面，沿著
[ 1 1 00 ]
ZnO//[ 1 2 10 ]
sapphire具有著 18.3%的晶格錯配度，TEM 觀察顯示低溫氧化鋅傾向於界面產生布格向量為
[ 1 1 00 ]
ZnO之差排，而高溫氧化鋅則以布格向量為
[ 1 2 10 ]
ZnO的差排為主，由於其 DME 週期 大約為於由 5ZnO:6sapphire或 6ZnO:7sapphire，而[ 1 1 00 ]
ZnO 有著較大的布格向量 以及存在著兩個多餘半平面，故低溫氧化鋅界面上存在的錯配差排有 著較大的平均間距(2.8-3.4nm)，並且一次多餘半平面皆成對出現；而 高溫氧化鋅則為之差排僅為一個多餘半平面，平均間距為1.3-2.2nm。
然而，儘管
[ 1 1 00 ]
ZnO//[ 1 2 10 ]
sapphire方向上的晶格應力可快速釋放，但 是經由 HRXRD 量測，發現較低的沉積溫度仍存在些微的殘留張應變，而高溫製程之氧化鋅於表面異向性出現前，卻觀察到壓應變的存在，
此殘留應變的區別可能與表面形貌以及製程溫度的差異有關。
在 [0001]ZnO方向上，由於晶格匹配度較高，無論是高溫或低溫 沉積的氧化鋅，皆存在著明顯的殘留壓應變。對於高溫氧化鋅來說，
其界面上僅存在非常稀少的錯配差排，且界面接合完美，故高溫氧化 鋅[0001]方向之晶格幾乎呈現被基板完全應變的狀態(fully strained)。
144
然而，由於低溫氧化鋅存在著較多的錯配差排以及較不完美的界面接 合情形，故此方向上的應力有存在著些微的釋放。
在冷卻的過程中，從 RHEED 圖型觀察到 ZnO 薄膜發生明顯的變 化。在較高的降溫速率量測到的 ZnO XRC 變寬，這是因較高的缺陷 密度。然而，若磊晶膜為 ZnO:Al，較高的降溫速度不僅將使 XRC 極 為明顯的非對稱寬化外，更會於表面產生許多垂直 c 方向的條紋，若 以穿透式電子顯微鏡從
[ 1 1 00 ]
ZnO方向進行觀察，可發現 XRCs 的非對稱 寬化是由於 ZnO:Al 從基板往表面逐漸傾斜所造成。除了較高的降溫 速率外，在超高真空的環境降溫亦可能促使此現象在較慢的降溫速率 發生。由於氧化鋅與藍寶石基板在[0001]ZnO方向存在著明顯的熱膨脹 錯配度，推測降溫實驗所觀察到的現象與熱應力有關。6.2 未來展望
從本研究之結果可以確定溫度對非極性 A 面氧化鋅於 R 面藍寶 石基板之成長行為以及晶格錯配補償機制有著相當程度的影響，並且 也確實發現到降溫過程會造成磊晶薄膜表面的重構，並會由於較高的 降溫速率而影響其結晶性。
145
然而，A 面氧化鋅於 R 面藍寶石基板磊晶行為中，是否跟[0001]
方向的錯配補償機制會與疊差以及其所包含的部份錯配差排有關，仍 有待直接證據觀察，製程溫度以及降溫速率對非極性膜之疊差形成的 影響與如何降低其密度，亦有待更進一步的研究。
而在 ZnO:Al 方面，目前僅知較高的降溫速率以及較低的降溫壓 力可能會產生額外缺陷，但是其缺陷結構以及生成機制仍未明朗，有 待進一步釐清。