在本實驗我們成功地使用ALD 法在 epi-GaN/c-sapphire 基板上成 長出磊晶的氧化鋅薄膜，我們分別使用 diethylzinc (DEZn)與 H2O 當 作Zn 與 O 的前驅物來源，成長溫度為 300 °C，pulse 時間為 1.5 s、
purge 時間為 0.5 s。由 θ-2θ XRD 繞射圖譜可知氧化鋅薄膜為成長方 向為c 軸方向；氧化鋅薄膜(0002)與(
10 1 2
)面之 ω-rocking-curve 峰值半 高寬分別為 324 arcsec 與 720 arcsec，這顯示出由於(10 1 2
)面之 ω-rocking-curve 半高寬變寬，在薄膜中的差排種類以刃差排為主；由 (101
3)面的 phi-scan 可知氧化鋅薄膜具有六重對稱的特性。由 AFM 量 測可知，氧化鋅薄膜的表面粗糙度為4.6 nm。以室溫與低溫(20 K)PL 量測氧化鋅薄膜之發光特性，兩者都顯示出很強的UV emission 與很 微弱的 deep-level emission，這表示薄膜具有很好的發光特性與晶體 品質。從TEM 明視野影像量測氧化鋅薄膜厚度為 170 ± 6 nm，其沉 積速率為0.25 ± 0.01 nm/cycle，大約等於氧化鋅單位晶胞 c 軸一半高 度，其成長機制為 ALD 自我侷限成長機制。由擇區繞射圖譜可以知道 ， 氧 化 鋅 與 GaN 的 磊 晶 關 係 為 (0002)ZnO//(0002)GaN and [2
11
0]ZnO//[211
0]GaN。從界面 HRTEM 影像分析可知，氧化鋅與 GaN 的界面非常平整而且沒有任何的界面層產生，這表示在沉積氧化鋅薄 膜過程中在界面沒有產生Ga 的氧化層。由 g =11 2 0
與g= 0003 之 weak
beam 明視野與暗視野影像可以分析得到在氧化鋅薄膜中的總差排 密度為1.5－2 x 1011 cm-2，差排形式為50％為刃差排、20％為螺旋差 排、30％為混合差排。由 CBED 的結果可以得知氧化鋅與 GaN 的極 性為 Zn 極性與 Ga 極性，在界面的附近氧化鋅的極性沒有被反轉仍 然為 Zn 極性。在電性方面，使用 ALD 成長的氧化鋅薄膜電阻係數 為5.29 x 10-2 Ω-cm，使用霍爾效應量測系統得到氧化鋅薄膜載子遷移 率為9.36 cm2/v-s、載子濃度為 1.26 x 1019 cm-3。ALD 與 MOCVD 本質同屬為化學氣相沉積法，不過在薄膜成長 的機制卻是有所不同，在本實驗中分別使用 MOCVD 與 ALD 成長氧 化鋅薄膜，雖然個別使用的緩衝層不相同，不過以下將針對得到的結 果作一些比較與探討。使用ALD 可以在 300 °C 的成長溫度下成長出 磊晶的氧化鋅薄膜，而使用MOCVD 卻要在較高溫度的 500 °C 才能 成長出品質較佳的氧化鋅薄膜，這顯示以 MOCVD 的成長機制，需 要較高的成長溫度提供足夠的能量讓參與的物種進行反應，然而 ALD 成長的機制則是藉由表面的化學吸附反應達到薄膜成長的情
況，因此 ALD 成長的溫度有一個溫度的範圍，而且成長溫度不能太 高，過高的溫度會使 ALD 自我侷限的成長機制被破壞而變成普通的 CVD 成長機制。此外薄膜成長速率兩者也大不相同，以 MOCVD 成 長氧化鋅薄膜，成長速率與成長溫度、前驅物揮發速率、載氣流量等 因素有關，影響成長速率的因素比較複雜而且不好控制。而理想的 ALD 法為固定的成長速率，沉積的薄膜厚度只與反應的循環次數有 關。一般而言，常壓型的 MOCVD 法成長速率較 ALD 法為快速，在 本實驗中以MOCVD 法的平均成長速率約為 220~280 nm/hr，以 ALD 法的成長速率為0.25 ± 0.01 nm/cycle。在成長薄膜的品質方面，以往 ALD 法幾乎都是成長多晶或者是非晶質的結構，由於 ALD 反應溫度 低不利於成長高品質的薄膜，如要成長磊晶薄膜則選用高晶格匹配的 基板較有可能實現。而使用 MOCVD 法因為成長溫度較高，所以比 較容易成長磊晶的薄膜。不過在ALD 實驗中選用 GaN 當作基板，因 此在本實驗中使用ALD 法成長的氧化鋅薄膜品質較使用 MOCVD 法 來的比較好。