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論文名稱 Title |
非極性氧化鋅磊晶在鎵酸鋰基板之成長機構研究 Growth mechanism of nonpolar ZnO epilayer on (100) LiGaO2 substrates |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
94 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2010-06-14 |
繳交日期 Date of Submission |
2010-06-30 |
關鍵字 Keywords |
氧化鋅、化學氣相沉積、磊晶成長 ZnO, CVD, ZnGa2O4, LGO |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
本研究是利用水平式爐管進行化學氣相沉積,以Zinc 2,4-pentanedionate monohydrate[Zn(C5H7O2)2.H2O]作為鋅的前驅物,磊晶成長非極性的(10-10)ZnO薄膜於(100)LiGaO2基板,並研究其成長機制。 在成長溫度為550℃與600℃,成長時間為7200秒時,薄膜表面以不具特定成長方位的叢狀結構ZnO為主,在相同成長時間下,成長溫度上升至650℃與700℃時,薄膜表面形貌會逐漸以長條狀的(10-10)ZnO為主。X光繞射圖也顯示,在成長時間均為7200秒下,(10-10)ZnO的繞射峰強度會隨著成長溫度上升而增加。 在成長溫度為650℃與700℃,成長時間為1500秒∼10800秒下,在(100)LGO基板磊晶成長(10-10)ZnO薄膜時,由二次電子影像可發現,在650℃下,(10-10)ZnO的成長速率較快,但會觀察到較多不具特定成長方位的六邊形與六角柱結構的(0002)ZnO,而在這兩種成長溫度下,(10-10)ZnO的成長方向均平行[0001]ZnO。X光繞射圖則顯示在650℃與700℃下,(10-10)ZnO的繞射峰強度均會隨著成長時間增加而上升,針對(10-10)ZnO繞射峰所做的rocking curve,其半高寬均隨著成長時間增加而降低(1.1°∼2.2°),顯示(10-10)ZnO的內部缺陷隨著成長時間增加,有逐漸變少的趨勢。分別針對(120)LGO與(2-1-10)ZnO的繞射峰所做的Phi scan得知,LGO與ZnO存在[001]LGO∥[0001]ZnO與[010]LGO∥[11-20]ZnO的晶向關係。從電子顯微鏡試片的選區繞射圖亦得知當(100)LGO∥(10-10)ZnO時,存在[010]LGO∥[11-20]ZnO與[001]LGO∥[0001]ZnO的晶向關係 在(10-10)ZnO成長初期,LGO基板表面均可觀察到尺寸為30nm∼50nm的奈米晶粒,從電子顯微鏡觀察得知,該奈米晶粒為尖晶石結構的ZnGa2O4,由選區繞射圖可發現由ZnGa2O4的(220)、(400)、(311)、(440)、(511)等平面的繞射電子束,會構成具有四重對稱的繞射弧,從繞射弧出現的方位得知,(400)ZnGa2O4與(511)ZnGa2O4應為兩組與(001)LGO具有晶格匹配關係的平面。從橫截面電子顯微鏡試片觀察得知,ZnGa2O4與LGO之間的接觸界面凹凸不平,而大部份(10-10)ZnO在成長初期均與LGO基板有所接觸,所以(10-10)ZnO應從LGO基板成核並側向成長,而ZnGa2O4的形成則是藉著Zn原子擴散到LGO基板產生置換反應,或者是部分LGO基板分解後與ZnO產生反應。 |
Abstract |
none |
目次 Table of Contents |
總目錄 摘要 I 總目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 X 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧與理論基礎 3 2-1化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD) 3 2-1-1化學氣相沉積反應過程 3 2-1-2化學氣相沉積反應熱力學 4 2-1-3化學氣相沉積反應動力學 4 2-1-3-1流量(flow rate)對反應速率的影響 5 2-1-3-2基板溫度對反應速率的影響 6 2-2成核與生長機制 7 2-2-1均質成核(homogeneous nucleation)與生長 7 2-2-2異質成核(heterogeneous nucleation)與生長 7 2-2-2-1層狀成長(Frank-van der Merve mode) 9 2-2-2-2島狀生長 (Volmer- Weber mode ) 9 2-2-2-3混合式生長(Stranski-Krastanov mode) 10 2-3異質磊晶薄膜與基板的晶格匹配 11 2-3-1晶格差異(lattice mismatch) 11 2-3-2γ-LiAlO2基板 13 2-3-3 LiGaO2基板 13 2-4緩衝層(buffer layer) 17 2-4-1應用於GaN的緩衝層 17 2-4-2應用於ZnO的緩衝層 24 第三章 實驗方法 26 3-1 基板準備 26 3-2 磊晶成長 26 3-3氧化鋅磊晶薄分析 27 3-3-1掃描式電子顯微鏡分析 27 3-3-2 X光繞射分析 27 3-3-3微光致螢光(photoluminescence,PL)光譜分析 27 3-3-4穿透式電子顯微鏡( TEM)分析 28 3-3-4-1正面電子顯微鏡試片製作 28 3-3-4-2橫截面電子顯微鏡試片製作 28 3-3-4-3穿透式電子顯微鏡分析 28 第四章 實驗結果 31 4-1 不同成長溫度與前驅物溫度對ZnO磊晶薄膜結構的影響 31 4-1-1 SEM分析 31 4-1-2 X光繞射分析 36 4-2 ZnO磊晶薄膜的成長過程 39 4-2-1 SEM分析 39 4-2-2 背向散射電子繞射分析 49 4-2-3 X光繞射分析 51 4-3 Phi scan分析 55 4-4 PL光譜分析 56 4-5 TEM分析 58 第五章 討論 70 5-1 成長溫度對氧化鋅磊晶薄膜的影響 70 5-2 氧化鋅磊晶薄膜與LGO基板間的晶格匹配關係 71 5-3 非極性氧化鋅磊晶薄膜在(100)LGO基板的成長機制 71 5-4 ZGa2O4的形成機制 73 第六章 結論 76 第七章 參考文獻 78 |
參考文獻 References |
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