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第八章
結論
本論文研究使用 Y2O3薄膜當作沉積氧化鋅在 Si 與 YSZ 基板上 之緩衝層， Y2O3 薄膜使用 PLD 法成長，而氧化鋅薄膜分別使用 MOCVD 與 PLD 法成長，另外也使用 ALD 法在 epi-GaN/sapphire 基 板上成長氧化鋅薄膜，以下就分為五個部分來總結本實驗的結論：
1. PLD Y
2O
3薄膜於Si 與 YSZ 基板
(a) 比較在 Si(111)與 Si(100)上成長 Y2O3，在 Si(111)基板上能夠成長 出品質較佳之<111>方向的 Y2O3。
(b) 在 Si 基板成長 Y2O3之氧分壓趨向於高氧分壓，於基板溫度 800
°C、氧分壓 10-1 torr 的條件下成長出品質最佳的 Y2O3。
(c) 在 YSZ(111)基板方面，氧分壓條件也是趨向於高氧分壓情況。於 基板溫度 850 °C、氧分壓 30 mtorr 的條件下成長出品質最佳的 Y2O3，薄膜(222)面 XRD rocking curve FWHM 值為 190 arcsec，薄
膜表面形貌平整、表面粗糙度(rms) 0.33 nm 接近 YSZ 空片之粗糙 度。此Y2O3薄膜特性可以提供良好的緩衝層成長氧化鋅薄膜。
2. MOCVD 氧化鋅於 Y
2O
3/Si 基板
(a) 比較氧化鋅成長在 Y2O3/Si(111)與 Y2O3/Si(100)兩種基板上，經由 XRD 圖譜、PL 發光光譜、TEM 微結構分析得知，於 Y2O3/Si 基板 上可以成長出品質較佳的氧化鋅薄膜，其原因在於在 Si(111)上可 以得到品質較佳的Y2O3緩衝層薄膜。
(b) 經由 500 °C 不同成長時間的比較，可以瞭解氧化鋅薄膜成長於 Y2O3上之成長模式。在成核階段成長模式偏向於 2D 方向成長之 特性，薄膜形貌為扁平狀，隨著成長時間增加，成長階段偏向3D 成長模式，薄膜形貌由扁平狀轉變為柱狀結構，可知為強烈的 c 軸方向成長。
(c) 在 Si 基板上成長 Y2O3，由於 Y2O3與 Si 界面會產生非晶質 SiOx 界面層影響 Y2O3品質，由 TEM 分析可知氧化鋅薄膜之品質深受 Y2O3緩衝層品質好壞所影響，因此改在YSZ 基板上嘗試成長高品 質Y2O3薄膜。
3. PLD 氧化鋅於 Y
2O
3/Si 基板
°C、氧分
壓10-3 torr 的條件下成長出品質較佳的氧化鋅薄膜，氧分壓條件是 趨向於低氧壓的情況，但是在300 °C、10-2 torr 的情形卻能成長出 表面最平整的氧化鋅薄膜，其表面粗糙度(rms)為 0.46 nm。
(b) 嘗試氧化鋅低脈衝次數(175 次～25 次)成長，發現可在脈衝次數 25 次的情況下得到在平整的 Y2O3 表面成長出均勻分佈的島狀氧 化鋅晶粒，其成長密度為2 x 109個/cm-2，尺寸約50 nm 長、高 5 nm 島狀氧化鋅晶粒與 Y2O3 有特定成長方向關係，沿著<110>方向排 列。
4. PLD 氧化鋅於 Y
2O
3/YSZ 基板
(a) 使用兩階段成長氧化鋅可以品質較佳的薄膜，先在 450 °C 成長 LT-nucleated 氧化鋅層，然後在 750 °C 成長主要的 HT-氧化鋅層。
(b) 兩階段成長氧化鋅薄膜，氧化鋅之(0002)面 XRD rocking curve FWHM 為 670 arcsec，表面粗糙度為 0.92 nm，薄膜內部差排密度 約為2 x 109 cm-2，而且差排種類多為刃差排形式。
5. ALD 氧化鋅於 GaN/sapphire 基板
(a) 使用 ALD 法可在成長溫度 300 °C 於 GaN/sapphire 上成長出磊晶 氧化鋅薄膜。
膜內部差排密度約為1.5-2 x 1011 cm-2，差排種類分佈為50 % 為刃 差排、20 % 為螺旋差排、30 % 為混合差排。
(c) 使用 ALD 法在 Ga 極性之 GaN 上成長出 Zn 極性之氧化鋅薄膜，
氧化鋅薄膜之極性並沒有發生反轉(inversion)的現象。
6. MOCVD 與 PLD 法成長之氧化鋅與 Y
2O3界面均為非常平整而且無反應層出現，氧化鋅與Y2O3在成長溫度 1000 °C 以下並不會產生 反應。而且氧化鋅與GaN 界面也是呈現平整、無反應層之界面。
7. 氧化鋅與 Y
2O3之間具有磊晶關係：{0002}ZnO //{222}Y2O3、 {11 2 0
}ZnO //{440}Y2O3、 <01 1 0
>ZnO //<112>Y2O3 與 <2 1 1 0
>ZnO //<110>Y2O3 ; 氧化鋅與 GaN 之間也具有磊晶關係：(0002)ZnO//(0002)GaN and [2