氧化鋅是極有潛力之光電半導體材料，因此如何將其量產化之製 作成光電元件，除了需要高品質磊晶薄膜與p-type 磊晶薄膜之外，與 現今成熟的 Si 半導體製程技術整合在一起，將磊晶氧化鋅薄膜與 Si IC 結合在一起，成為一個功能性的光電元件，是一個值得深入研究 的課題。在以上的討論中，不管以任何的鍍膜技術(MBE、MOCVD、
PLD 或者是 RF sputtering)一般無法直接在 Si 單晶基板上成長高品質 氧化鋅磊晶薄膜，其原因在於在成長氧化鋅的過程中，很容易會在氧 化鋅與 Si 的界面上形成一層非晶質的 SiOx或者是 silicate 和 silicide 化合物[34]，導致無法在 Si 上成長出品質良好的氧化鋅薄膜。為了因 應此種情況，大部分的文獻都是先在Si 基板上成長一層緩衝層(buffer layer)然後再接續成長氧化鋅薄膜，一方面可以避免界面層的影響，
另一方面可以藉由緩衝層減低因晶格差異所存在strain 的影響。一般 使 用 的 緩 衝 層 可 分 為 同 質 緩 衝 層(homo-buffer) 與 異 質 緩 衝 層 (hetero-buffer)，所謂同質緩衝層就是使用本身氧化鋅的緩衝層，通常 此氧化鋅緩衝層為低溫成長的氧化鋅薄膜(low temperature buffer，
LT-buffer)，而異質緩衝層就是使用其他種類化合物、金屬薄膜當作緩 衝層。選擇合適的緩衝層主要的考量在於緩衝層與氧化鋅的晶格差異 大小、緩衝層是否具有很好的化學熱穩定性、緩衝層與氧化鋅在高溫
狀態是否會互相反應等等考慮的因素。接下來就簡單介紹一般文獻在 Si 基板上最常使用的緩衝層材料與實際成效：
(1) 氧化鋅緩衝層：Yan [35]等人先在 Si 基板上成長一層低溫(300 ℃) 氧化鋅的緩衝層，此低溫氧化鋅緩衝層對於後續成長的氧化鋅在 結晶品質與發光性質有顯著的改善。Ogata [36]等人也是在 Si 基板 上先成長低溫氧化鋅緩衝層，然後將緩衝層在 800 ℃進行退火改 善氧化鋅緩衝層的品質，此作法對於後續成長的氧化鋅薄膜在晶 體品質與發光性質方面有明顯的改善。對於使用氧化鋅本身的緩 衝層有著無晶格差異與完全無互相反應的問題，因此很多的文獻 都是使用氧化鋅緩衝層來克服在 Si 上成長氧化鋅的問題，不過大 多的氧化鋅緩衝層都在低溫成長，因為是低溫成長，所以緩衝層 表面大多為平整，但是晶體品質略嫌不足，因此低溫緩衝層會先 經過熱處理之後再接續成長主要的氧化鋅層。
(2) 金屬材料緩衝層：一般使用金屬薄膜材料當作緩衝層，大多選擇 與氧化鋅晶體結構相近、而且熱穩定佳不易與氧化鋅產生化合反 應以及能夠防止 Si 基板事先氧化的問題之金屬薄膜，因此大部分 的文獻使用 Zn [37]、Ti [38]以及 Ru [39]等等金屬材料當作緩衝 層。這些的金屬材料都具有與氧化鋅相同的Hexagonal 結構，而且 與氧化鋅也不會產生反應，文獻都指出經過這些金屬薄膜當作緩
衝層之後，對於氧化鋅薄膜的品質有著很大的改進，而且經過分 析這些金屬薄膜對於抑制 Si 基板氧化的問題有很好的成效，所以 金屬緩衝層也是一個能夠克服問題的方法。
(3) 氧化物緩衝層：在氧化物緩衝層選擇方面，MgO 與 γ-Al2O3為主 要使用的緩衝層材料。Fujita [40]等人使用 MgO 當作緩衝層明顯改 善氧化鋅在 Si 基板上成長的品質而 PL 發光性質亦有改善的效 果。此外Kumar [41]等人使用 γ-Al2O3材料當作緩衝層，選擇的原 因為γ-Al2O3是 hausmannite 結構(a0 = 7.95 Å，c0 = 7.79 Å)，磊晶的 γ-Al2O3(111)薄膜與 Si(111)晶格差異只有 2.4 ％ [42]，因此 γ-Al2O3
很容易在 Si 基板上成長磊晶薄膜。而使用 γ-Al2O3當作緩衝層的 確對後續成長的氧化鋅薄膜有著明顯的助益。
(4) 其他化合物緩衝層：另外最常使用的緩衝層材料為 ZnS 與 GaN，
ZnS、GaN 與氧化鋅屬於相同的 HCP 晶體結構，因此在結構上很 適合作為緩衝層。由於Yoo [43]等人曾經發表在 Si 基板上成長出 磊晶的ZnS 薄膜，因此 Onuma [44]等人利用此結果使用 ZnS 當作 氧化鋅成長在 Si 的緩衝層，其結果顯示(0002)面的 rocking curve 半高寬值由沒有緩衝層的 0.190降低至有 ZnS 緩衝層的 0.160，而 且由 PL 光譜顯示在加入 ZnS 緩衝層之後氧化鋅薄膜中的缺陷減 少，這代表 ZnS 緩衝層的加入對於氧化鋅品質有很顯著的增進。
此外Nahhas [45]等人使用 GaN 做為緩衝層，在本章第三節有提及 GaN 與氧化鋅具有相同的晶體結構、相近的晶格常數與熱膨脹係 數，因此氧化鋅很容易在GaN 上成長出磊晶薄膜，不過由於在 Si 基板上成長GaN 的技術尚未成熟，因此較少的文獻報導使用 GaN 材料當作氧化鋅成長在Si 基板上的緩衝層材料。
由以上的討論可以得知直接在 Si 基板上成長氧化鋅薄膜，還有 很多技術上的問題需要克服，因此使用緩衝層不失一個簡單而快速的 解決方法，適當的緩衝層材料的選擇是一個重要的關鍵。在本實驗中 我們選擇 Y2O3材料當作緩衝層，其優點為 Y2O3與 Si 具有相同立方 晶的晶體結構，而且兩者有著很小的晶格差異(約為 2.4 ％)，同時 Y2O3具有很高的化學熱穩定性。由於如此低的晶格差異，因此 Y2O3
很容易在 Si 基板上成長出磊晶薄膜[46, 47]，在本實驗中我們選擇 Y2O3作為緩衝層，觀察氧化鋅在 Y2O3上成長的情況。另外我們也使 用 YSZ 單晶基板來成長高品質的 Y2O3薄膜，關於 Y2O3的簡介詳細 敘述於第三章。在前驅物的選擇方面，DEZn 室溫為液態，其反應性 過強，在操作上亦有可能發生工安意外，因此本實驗選用固態前驅物 Zn(acac)
2，其在室溫環境呈白色粉末，較DEZn 為安定，且其價格相 對亦比 DEZn 便宜許多。考慮 ALD 製作高平坦度薄膜的優勢，亦將 其納入實驗範圍，期望在較 MOCVD 更低溫的條件下製作出高品質
氧化鋅磊晶薄膜。