近幾年來光電產業蓬勃的發展，使得各式各樣光電元件的需求日 益增加，包括發光二極體(light emitting diode, LED)、雷射二極體(laser diode, LD)等都是目前國內外各個研究團隊積極發展的項目。自從日 亞化學公司(Nichia Corp.)成功發展出量產化的氮化物發光二極體，頓 時發光二極體成為下一個世代照明設備的熱門候選人，由於發光二極 體相對於現今普遍使用的鎢絲燈與水銀燈管等照明設備，具有高耐震 性、壽命長、同時耗電量低、發熱度較小等優點，因此在未來發光二 極體極有可能會普遍使用於日常生活中的照明用途上。此外，為了因 應人們對高畫質影片與龐大資料量儲存的需求，高密度儲存光碟技術 也逐漸開始被受到重視，2005 年日本 Sony 公司正式發表了藍光光碟 技術，而短波長的雷射二極體在此技術上扮演著關鍵的角色，因此為
了製造出高效率的發光二極體與雷射二極體元件，必須要有成熟而且 穩定的技術成長出高發光效率並具有平坦表面的高品質薄膜磊晶薄 膜。目前製作發光二極體與雷射二極體的材料均以Ⅲ-Ⅴ族半導體為 主，不過近年來氧化物半導體也廣泛地被應用光、電、磁等應用層面 上，其中以氧化鋅材料最受矚目。氧化鋅是一個 wurtzite 結構具有直 接能隙的氧化物半導體材料，在室溫下具有寬的能隙(3.3 eV)以及高 的激子結合能(exciton binding energy，約為 60 meV)，因為具有上述 優良的光學特性，非常適合作為短波長發光材料及紫外光雷射[1, 2]。氧化鋅本身為 n 型半導體，如果氧化鋅摻雜不同的元素，會有不 同性質產生，例如：氧化鋅摻雜鋁會具有很高的導電性、摻雜鋰會具 有鐵磁的性質、摻雜錳會具有磁性等等。因此氧化鋅摻雜不同的元素 會具有不同的獨特性質，氧化鋅是一個同時擁有光、電、磁於一身的 半導體材料，其中氧化鋅摻雜鋁(ZnO:Al)與鎵(ZnO:Ga)具有很高的導 電性，電阻係數可達~1.5 x 10-4 Ω cm[3, 4]，而且在可見光範圍有著很 高的穿透率，因此逐漸被很多人視為取代ITO 最有潛力的透明導電氧 化物，其原因如下：氧化鋅原料充足、成本比 ITO 便宜、氧化鋅不具 有毒性、氧化鋅在高溫環境的穩定性比ITO 高、氧化鋅的蝕刻來源容 易掌握。此外，氧化鋅的能隙大小也可以輕易的藉由摻雜其他元素來 調整，摻雜Cd 可將能隙由 3.3 eV 降到 2.9 eV，而摻雜 Mg 可將能隙
從3.3 eV 升高至 4.1 eV [5, 6]。利用氧化鋅能隙可調整的特性，在製 作以氧化鋅為主的超晶格(super-lattice)結構時，在能隙的調整上可以 有更多的變化性。
近年來使用氧化鋅實際做出的光電元件有全透明 TFT、UV LED、藍光 LED，日本東京工業大學的研究團隊以脈衝雷射沉積法 (pulsed-lase deposition, PLD)技術在 YSZ(yttria-stabilized zirconia)基板 上製作出 InGaO
3(ZnO)
5全透明TFT (圖[1-1]) [7]、在塑膠基板上製作 之可撓式全透明TFT (圖[1-2]) [8]，日本東北工業大學則以雷射分子 束磊晶(laser molecular beam epitaxy, L-MBE)在 ScMgAlO
4基板做為基 板，製作出氧化鋅p-i-n 同質接面之藍光 LED (圖[1-3]) [9]。在本實驗 中將使用 MOCVD 與 PLD 方法開發高品質氧化鋅薄膜製程，並期望 未來能繼續製作完整光電元件，MOCVD 不但相容於工業界現有製程 設備，且可大面積量產，不需真空環境即可進行反應，是一成本相對 低廉但極有效之製程。而 PLD 是一種利於成長高品質氧化物薄膜的 鍍膜技術，然而在以往無法沉積大面積而且均勻的薄膜是 PLD 一項 最大的缺點，不過近年來已有廠商開發出可以沉積2 吋面積而且均勻 薄膜的PLD 機台，因此在未來或許 PLD 鍍膜技術也可以使用於量產 化。
圖 1-1 日本東工大材料系-細野秀雄教授所製以 YSZ(111)為基板所製 作之幾乎全透明 InGaO3(ZnO)5 – TFT [7]
圖 1-2 日本東工大材料系-細野秀雄教授所製作之幾乎全透明可撓式 InGaO
3(ZnO)
5 – TFT [8]
圖 1-3 日本東北大學所製造之以 ScAlMgO4為基板之氧化鋅 p-i-n 同 質接面 LED。(a)氧化鋅 p-i-n 同質接面二極體之橫切圖，半透 明金(5nm)鎳(5nm)為與 p 型 ZnO 的接觸點，(b)(c)元件通電後在 明亮與在黑暗中的放大圖，(d)電流電壓特性圖。[9]
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