TW201220361A - Epitaxial substrate, semiconductor light-emitting device using such epitaxial substrate and fabrication thereof - Google Patents

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Hung-Chi Chien
Kun-Lin Yang
Wen-Ching Hsu
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Sino American Silicon Prod Inc
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Description

201220361 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種磊晶基板(epitaxial substrate)、使用該 磊晶基板之半導體發光元件及其製造方法，並且特別地，本 發明是關於一種具有異質奈米級柱體(hetero-nanorod)之磊晶 基板、使用該磊晶基板之半導體發光元件及其製造方法。 【先前技術】
化合物半導體材料，例如，氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵 (AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)等III-V族化合物，以及碲化 镉(CdTe)、氧化鋅(ZnO)及硫化鋅(ZnS)等II-VI族化合物，已 被廣泛地檢視適合做為微電子元件的基板材料，包括但不限 於電晶體管、場發射器以及光電元件，等。 以氮化鎵為基礎的微電子元件為例，其在製造上一個主 要問題在於製造的氮化鎵半導體層須具有低的缺陷密度 (defect density) ’以確保微電子元件的效能。據了解，缺陷密 度的貢獻者之-是氮化鎵層與其上生長的基板之間的晶格不 匹配(lattice mismatch)。因此，雖然氮化鎵層已經可以在藍寶 石基板(sapphire substrate)上生長，已為眾所周知的， 形成在碳⑽基板上錢化魄制上生 有密了度:二別,是/透差排 ί想=目V:足的進步’持續降低缺陷密度仍是研究 201220361 體層藉由橫向磊晶方式形成於具圖案化表面之藍寶石基板 上’能控制差排橫向延伸，以降低穿透差排的密度。 然而，製造具有圖案化表面的磊晶基板之先前技術皆須 利用黃光微影製程(photolithography process)。顯見地，製造 具有圖案化表面的磊晶基板之先前技術其製造成本高、生產 速度慢。 【發明内容】 、因此，本發明之一範疇在於提供一種磊晶基板及其製造 方法。特別地，根據本發明之磊晶基板並不具有圖案化表 面，但其也具有協助化合物半導體材料橫向磊晶的功效，以 成長具良好品質的磊晶層。並且，根據本發明之製造方法具 有製造成本低、生產快速的優點。 本發明之另一範疇在於提供一種使用根據本發明之磊晶 基板的半導體發光元件及其製造方法，藉此，根據本發明之 半導體發光元件具有優異的光電效能。 曰根據本發明之一較佳具體實施例之磊晶基板，其包含一 晶體基板(crystalline substrate)。該晶體基板係由一第一材料所 =成並且具有-晶體表面。制地，多個奈級柱體係散亂 地排列於該晶體基板之該晶體表面上。該多個奈級柱體係 由一第二材料的氧化物所形成，並且該第二材料不同於該第 一材料。 .，據本發明之一較佳具體實施例之製造一磊晶基板之方 ί，：首絲、製備由—晶體基板。該晶體基板係由一第-材 成並且具有一晶體表面。接著，根據本發明之方法 係於该晶體基板之該晶體表面上，沉積由4二材料所形成 201220361 之一多晶材料層(ploy-crystalline material layer)。特別地，該 第二材料不同於該第一材料。接著，根據本發明之方法係藉 由一濕式蝕刻製程’蝕刻該多晶材料層之晶界(grain boundary)，進而獲得該第二材料之多個奈米級柱體。最後， 根據本發明之方法係進行一氧化程序，致使由該第二材料形 成的多個奈米級柱體轉變為由該第二材料的氧化物形成的多 個奈米級柱體，以獲得該磊晶基板。 於實際應用中，形成該晶體基板之第一材料可以是藍寶 石(sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、 φ 氧化鋅(ZnO)、矽(Si)、ScAlMg04、SrCu202、YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)、銘酸链（Lithium Aluminum Oxide, LiA102)、鎵酸鐘(Lithium Gallium Oxide, LiGa02)、>5夕酸鐘 (Lithium Silicon Oxide，Li2Si03)、鍺酸鋰(Lithium Germanium Oxide, LiGe03)、紹酸納(Sodium Aluminum Oxide, NaAl〇2)、 鎵酸納（Sodium Gallium Oxide, NaGa〇2)、錯酸鈉(Sodium Germanium Oxide, Na2Ge03)、矽酸鈉(Sodium Silicon Oxide，
Na2Si〇3)、鱗酸經(Lithium Phosphor Oxide, υ3Ρ04)、石申酸鐘 (Lithium Arsenic Oxide, Li3As04)、鈒酸鋰(Lithium Vanadium Oxide, L13VO4) ' Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium 鲁 Oxide)、Li2ZnGe〇4(Lithium Zinc Germanium Oxide)、 Li2CdGe〇4(Lithium Cadmium Germanium Oxide)、 Li2MgSi〇4(Lithium Magnesium Silicon Oxide)、 Li2ZnSi〇4(Lithium Zinc Silicon Oxide) ' Li2CdSi04(Lithium Cadmium Silicon Oxide)、Na2MgGe04(Sodium Magnesium Germanium Oxide) ' Na2ZnGe〇4(Sodium Zinc Germanium Oxide)、Na2ZnSi〇4(Sodium Zinc Silicon Oxide),或其他商用 供蠢晶用之材料。 於實際應用中，形成該多晶材料層之第二材料可以是鍺 201220361 (Ge)、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘 (CdTe)、硫化鎘(CdS)、硒化辞(ZnSe)、砷化銦(InAs)、磷化銦 (InP)、石夕(Si)或金屬/石夕化物(metal/silicide)，當中金屬可以是 鋁(A1)、鎳(Ni)、鐵(Fe)等’矽化物可以是矽化鋁(SiAl)、矽化 鋅(SiZn)、矽化鎳(SiNi)等。 於一具體實施例中’該磊晶基板之表面其平均表面粗糙 度Ra值範圍從O.lnm至l〇〇nm。 於一具體實施例中’該磊晶基板之表面其平均峰谷高度 Rz值範圍從9 nm至999 nm。 於一具體實施例中，該多晶材料層可以藉由一低壓化學 氣相沉積製程（low pressure chemical vapor deposition， LPCVD)、一電漿輔助化學氣相沉積製程__ enhanced chemkal vapor deposition，PECVD)、一濺鍍製程(sputtering)或 一熱蒸鍍製程(thermal deposition)沉積於該晶體基板之該晶體 表面上。 於一具體實施例中，該多晶材料層具有範圍從2〇⑽至 2000 nm之厚度。 根據本發明之一較佳具體實施例之半導體發光元件，其 包含一晶體基板、多個奈米級柱體以及由多層半導體材料層 所構成之一發光結構。該晶體基板係由一第一材料所形成^ ，且具有-晶體表面。該多個奈来級柱體係由—第二材料的 ，化=所形成’並且餘地排册該晶縣板之該晶體表面 材料不同於該m該發光結構係 形成於该晶體表面及該多個奈米級柱體上。該多層 Ϊ層層半導雜制係—化合辨導體材料蟲晶 層。該多個奈米級柱體有助於該化合物料體材料的蟲晶程 201220361 序。 根據本發明之-較佳具體實施例之製造一半導體 所先係製備由—晶體基板。該晶體基板係^一 之方法係於該晶體基板之該晶體表面上，沉積由 所形成之-多晶材料層^特別地，該第二材料不同 ’一 刻a多曰曰材枓層之晶界，進而獲得該第二材料之多個 ^體。接著’根據本發明之方法係進行—氧化程序，致;吏由 該第二材料形成的多個奈米級柱體轉變為由該第二材料 化，形成的多個奈米級柱體。最後，根據本發明之方法J 成夕層半導體材料層於該晶體表面及鮮個奈純柱體上广 以構成-發統構。該錢半導體材料層之__最底層半 材料層係-化合物半導體材料蟲晶層。該多個奈米級柱 助於該化合物半導體材料的蟲晶程序。 與先則技術不同處，根據本發明之磊晶基板其上具有 質奈米級柱體，且為賴案化的表面，並且有助於化合物半 導體材料在其上成長品質良好縣晶層。並且，根據本發明 之蟲晶基㈣製造方法具有製造成本低、生產快速的優點。 根據本發明之半導·光元件也具有優異的光電效能。 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及 附圖式得到進一步的瞭解。 【實施方式】 請參閱圖一，圖一係以截面視圖示意地繪示根據本發明 之一杈佳具體實施例之一磊晶基板丨。該磊晶基板丨可以供 一化合物半導體材料磊晶之用，例如，氮化鎵、氮化鋁鎵、 201220361 鼠化銘錮鎵等m_v族化合物，或碲絲、氧倾 π·νι族化合物。 m化鲜寺 ，圖一所示，根據本發明之磊晶基板1包含一晶體基板 10。該晶體基板10具有一晶體表面102。 特別地，多個奈米級柱體126係散亂地排列於該晶體基 板丨〇之該晶體表面102上。該多個奈米級柱體126係由一第 二材料的氧化物所形成，並且該第二材料不同於該第一材 料二須注意的是，根據本發明之磊晶基板丨之表面為奈米尺 度尚低不平且非圖案化的表面。並且，由該第二材料之氧化 物所形成的多個奈米級柱體126晶格常數已非固定，可視為 非晶材質(amorphous) 〇 於實際應用中，形成該晶體基板10之第一材料可以是藍 寶石（sapphire)、碳化矽（SiC)、氮化鎵（GaN)、砷化鎵 (GaAs)、氧化鋅（ZnO)、矽（Si)、ScAlMg04、SrCu202、 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)、I呂酸鐘(Lithium Aluminum Oxide，LiAl〇2)、鎵酸鐘(Lithium Gallium Oxide，LiGa〇2)、石夕 酸裡（Lithium Silicon Oxide，Li2Si03)、鍺酸鐘（Lithium Germanium Oxide, LiGe03)、銘酸納(Sodium Aluminum Oxide， NaA102)、鎵酸納(Sodium Gallium Oxide，NaGa〇2)、緒酸納 (Sodium Germanium Oxide，Na2Ge〇3)、石夕酸納(Sodium Silicon Oxide, Na2Si〇3)、峨酸裡(Lithium Phosphor Oxide, Li3P〇4)、石申 酸裡（Lithium Arsenic Oxide，Li3As04)、飢酸链（Lithium Vanadium Oxide, Li3V04) ' Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium Oxide) ' Li2ZnGe〇4(Lithium Zinc Germanium Oxide) ' Li2CdGe04(Lithium Cadmium Germanium Oxide) ' Li2MgSi04(Lithium Magnesium Silicon Oxide) 、
Li2ZnSi〇4(Lithium Zinc Silicon Oxide)、Li2CdSi04(Lithium 201220361
Cadmium Silicon Oxide) ' Na2MgGe04(Sodium Magnesium Germanium Oxide) ' Na2ZnGe04(Sodium Zinc Germanium Oxide)、Na2ZnSi〇4(Sodium Zinc Silicon Oxide)，或其他商用 供遙晶用之材料。
於實際應用中，形成該第二材料可以是鍺(Ge)、氧化鋅 (ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化録 (CdS)、硒化鋅(ZnSe)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、矽(Si)或 金屬/矽化物(metal/silicide)，當中金屬可以是鋁(A1)、錄 (Ni)、鐵(Fe)等，矽化物可以是矽化鋁(siAl)、矽化辞(SiZn)、 矽化鎳(SiNi)等。 於一具體實施例中，根據本發明之磊晶基板丨之表面其 平均表面粗縫度Ra值範圍從〇.1 njn至ioojjjjj。 於一具體實施例中，根據本發明之磊晶基板丨之表面其 平均峰谷高度Rz值範圍從9 nm至999 nm。 一=參閱圖二A至圖二C以及圖一，該等圖式係以戴面視 圖不意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之製造如圖一 所不之蟲晶基板1的方法。 如圖二A所示，首先，根據本發明之方法係製備一晶體 基板10。該晶體基板10係由ϋ料所形成，並且 一晶體表面102。 =著’根據本發明之方法係於該晶體基板⑴之該晶體 面102上，沉積由-第二材料所形成之 j
122。特別地，該第二材料不同於 =J 及第二材料的成份，已詳述於上文中，在^;關於述第材枓 201220361 該多晶^料^2^39^^2法濕式_製程，钱刻 米級柱體‘。4曰曰曰’進而獲得該第二材料之多個奈 圖二C。 "〜轉層12經_後的截面示意圖請見 笛據本發明之方法係進行一氧化程序，致使由談 奈米級柱體124轉變為由該第二材料： 下，即、隹4所示的結構置於氧氣爐氛並在1100°C 級柱體進而讓由該第二材料形成的多該奈米 柱體126。轉皮為由该第二材料的氧化物形成的多個奈米級 須注意的是，根據本發明之磊晶基板丨 度高低不平且翻案㈣表面。 之表面為不未尺 ,於-具體實施例中，該多晶材料層12可以藉由一低壓化 學氣相沉積製程（low pressure chemical vap〇r dep〇siti〇n， LPCVD)、一電_助化學氣相沉積製程(plasma enhanced chermcal vapor deposition，PECVD)、一濺鍍製程(sputtering)或 一熱蒸鍍製程(thermal deposition)沉積於該晶體基板1〇之該晶 體表面102上。 實務上，根據本發明之蠢晶基板1之表面之Ra值及RZ 值的控制’可以藉由控制該多晶材料層12之厚度盥晶粒尺寸 以及蝕刻條件來達成。 〜 於一具體實施例中，該多晶材料層12具有範圍從20nm 至2000nm之厚度。 於一案例中，以藍寶石為基板，可做為蝕刻該多晶材料 層12之晶界122的触刻液的種類及其成份列舉於圖三。圖三 201220361 列出fecco、Sird、Wright以及Seiter四種触刻液。此外，由 於圖二中所列舉的蝕刻液並不會對藍寶石基板等侵蝕因 此，該等蝕刻液可以蝕刻該多晶材料層12之晶界122至藍寶 石基板10的晶體表面1〇2露出。 、巧先前技術不同之處，根據本發明之磊晶基板丨之表面 為奈米尺度高低不平且非贿化的表面。更制献，根據 發明之^晶基板1的表面具有異質奈米級柱體。須強調的 疋，與先刖技術之具有圖案化表面的蠢晶基板相同地，根據 ^發明之遙晶基板1 —樣具有協助化合物半導财料橫向蟲 晶的功效。 請參閱圖四，圖四係以截面視圖示意地繪示根據本發明 之一較佳具體實施例之半導體發光元件2，其包含一晶體基 板10、多個奈米級柱體126以及由多層半導體材料層20所 構成之-發光結構。該晶體基板1G係由—第—材料所形成， 並且具有—晶體表面1G2。該多個奈米級柱體126係由一第 二材料的氧化物所形成，並且散亂地排列於該晶體基板1〇之 ，晶體表面102上。特別地，該第二材料不同於該第一材 料。關於第一材料及第二材料的成份，已詳述於上 此不再贅述。 ^ 該發光結構係形成機晶體表面1G2及該多個奈米 體126上:圖四所繪示之多層半導體材料層2〇各層之材料可 係以一發光二極體為範例。該多層半導體材料層2〇之一 f導體材料層202係-化合物半導體材料蠢晶層。該多個 不米級柱體126有助於該化合物半導體材料的紹程序，也 =說’鮮個奈紐柱體⑶有祕該化合物半導體材料 藉由橫向磊晶方式形成於該晶體基板1〇之晶體表面1〇2上， 能控制差排橫向延伸，以降低穿透差排的密度。 201220361 102 〇 請再參閱圖一、圖二A至圖二C以及圖四，根據本發明 之一較佳具體實施例之製造如圖四所示之半導體發光元件2 之方法’其首先係製備由一晶體基板1〇，如圖二A所示。兮 晶體基板10係由一第一材料所形成，並且具有一晶^表面 接著，根據本發明之方法係於該晶體基板1〇之該晶體 面102上，沉積由一第二材料所形成之一多晶材料^ 如 圖二B所示。同樣示於圖二B，該多晶材料層12具有晶界 122。特別地，該第二材料不同於該第一材料。 八, 接著’根據本發明之方法係藉由—濕絲刻製程， 該多晶材料層12之晶界122，進而獲得該第二材料之多個太 米級柱體124。該多晶材料層12經触刻後的截面示意圖請^ 圖二C。 接著’根據本發明之方法係進行一氧化程序，致使由該 第二材料軸的夠奈米級柱體124觀為由該第二材料^ 化物形成的多個奈米級柱體126，即獲得如圖—所示曰 基板上1。最後，根據本發明之方法絲成多層半導體材料= 20於該晶體表面102及該多個奈米級柱體126上，以 ^ 發光結構，即完成如圖四所示之半導體發光元件2。 特別地，該多層半導體材料層2〇 最 層泌係-化合物半導體材料遙晶層。^多底彳^^^ 126有助於該化合物料體材料的蠢晶程序。以，及柱體 某板前技術不同之處’根據本發明之磊晶 ，板製^方法細d微影製程，也無導 巧;r具有製造咖 ...占更特别的疋，根據本發明之蠢晶基板的表面具有異質奈 12 201220361 f級柱體。利用根據本發明之磊晶基板製造的半導體發光元 件也具有優異的光電效能。 、十，太=以i較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描 二决斜徵與精神’而並非以上述所揭露的較佳具體實 、7甚久括+發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能 ΐίίϊΞ變i具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範 櫨卜、:：勺此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根 的轉，以致使其涵蓋所有可能的改 201220361 【圖式簡單說明】 圖一係示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之蟲 晶基板。 圖二A至圖二C係示意地繪示根據本發明之一較佳具體 實施例之製造如圖一所示之磊晶基板的方法。 ' 圖三係列舉可做為蝕刻圖二B中多晶材料層之晶界的餘 刻液之種類及其成份。 圖四係示意地繪示根據本發明之一較佳具體實施例之丰 導體發光元件。 【主要元件符號說明】 1:蠢晶基板 10:晶體基板 102 :晶體基板的晶體表面 12 :多晶材料層 122 :多晶材料之晶界 2 :半導體發光元件 124 .第二材料形成的奈米級柱體 126 .第二材料的氧化物形成的奈米級柱體 20 .多層半|^體材料層 202 :最底層半導體材料層

Claims (1)

  1. 201220361 七、申請專利範圍·· 1、 種製造一蠢晶基板之方法，包含下列步驟： 1備一晶體基板，該晶體基板係由一第一材料所形成並且 具有一晶體表面； 於該晶體基板之該晶體表面上，沉積由一第二材料所形成 之一多晶材料層，該第二材料不同於該第一材料； 藉由一濕式蝕刻製程，蝕刻該多晶材料層之晶界進而獲得 該第二材料之多個奈米級柱體；以及 • 進行一氧化程序，致使由該第二材料形成的多個奈米級柱 體轉變為由該第二材料的氧化物形成的多個奈米級柱 體，以獲得該磊晶基板。 2、 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一材料係選自 由藍寶石（sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵 (GaAs)、氧化鋅(ZnO)、矽（Si)、ScAlMg04、SrCu202、 YSZ(Yttria_Stabilized Zirconia)、铭酸鐘(Lithium Aluminum Oxide，LiA102)、鎵酸裡(Lithium Gallium Oxide, LiGa02)、石夕 酸鐘（Lithium Silicon Oxide，Li2Si〇3)、錯酸鐘（Lithium 鲁 Germanium Oxide, LiGe03)、銘酸納(Sodium Aluminum Oxide， NaA102)、鎵酸鈉(Sodium Gallium Oxide, NaGa〇2)、錯酸鈉 (Sodium Germanium Oxide, Na2Ge03)、石夕酸納（Sodium Silicon Oxide，Na2Si03)、填酸链(Lithium Phosphor Oxide， Li3P04)、碑酸链(Lithium Arsenic Oxide, Li3As〇4)、飢酸經 (Lithium Vanadium Oxide, Li3V04) ' Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium Oxide) ' Li2ZnGe04(Lithium Zinc Germanium Oxide) ' Li2CdGe04(Lithium Cadmium Germanium Oxide)、Li2MgSi〇4(Lithium Magnesium Silicon Oxide)、 Li2ZnSi04(Lithium Zinc Silicon Oxide) ' Li2CdSi04(Lithiuin 15 201220361 Cadmium Silicon Oxide)、Na2MgGe04(Sodium Magnesium Germanium Oxide) ' Na2ZnGe04(Sodium Zinc Germanium Oxide)以及Na2ZnSi〇4(Sodium Zinc Silicon Oxide)所組成之一 群組中之其一，該第二材料層係選自由矽(Si)、鍺(Ge)、氧 化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、 硫化鎘(CdS)、石西化鋅(ZnSe)、石申化銦(InAs)、磷化銦(InP)以 及金屬/石夕化物(metal/silicide)所組成之一群組中之其一。 3、 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該磊晶基板之表面 其平均表面粗糙度Ra值範圍從0.1 nm至100 nm，該磊晶基板 之表面其平均峰谷高度Rz值範圍從9nm至999nm。 4、 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多晶材料層係藉 由選自由一低壓化學氣相沉積製程、一電漿辅助化學氣相沉 積製程、一濺鍍製程以及一熱蒸鍍製程沉積於該晶體基板之 該晶體表面上，並且該多晶材料層具有範圍從2〇nm至 2000nm之厚度。 5、 一種蟲晶基板，包含： 一晶體基板，該晶體基板係由一第一材料所形成並且具有 一晶體表面；以及 多個奈米級柱體，該多個奈米級柱體係由一第二材料的氧 化物所形成並且散亂地排列於該晶體基板之該晶體表面 上’該第二材料不同於該第一材料。 6、 如申請專利範圍第5項所述之磊晶基板，其中該第一材料係 選自由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷 化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、矽(Si)、ScAlMg04、SrCu202、 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)、紹酸链(Lithium Aluminum Oxide，LiA102)、鎵酸經(Lithium Gallium Oxide, LiGa〇2)、石夕 201220361 酸裡（Lithium Silicon Oxide, Li2Si〇3)、錄酸链（Lithium Germanium Oxide, LiGe03)、紹酸鈉(Sodium Aluminum Oxide, NaAl〇2)、鎵酸鈉(Sodium Gallium Oxide，NaGa〇2)、緒酸納 (Sodium Germanium Oxide, Na2Ge〇3)、珍酸鈉（Sodium Silicon Oxide，Na2Si03)、構酸裡(Lithium Phosphor Oxide， Li3P〇4)、神酸链(Lithium Arsenic Oxide, Li3As〇4)、Ιϋ 酸裡 (Lithium Vanadium Oxide, Li3V04) ' Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium Oxide) ' Li2ZnGe04(Lithium Zinc Germanium Oxide)' Li2CdGe04(Lithium Cadmium Germanium Oxide) ' Li2MgSi04(Lithium Magnesium Silicon Oxide) ' • Li2ZnSi04(Lithium Zinc Silicon Oxide) ' Li2CdSi04(Lithium Cadmium Silicon Oxide)、Na2MgGe04(Sodium Magnesium Germanium Oxide) ' Na2ZnGe04(Sodium Zinc Germanium Oxide)以及Na2ZnSi04(Sodium Zinc Silicon Oxide)所組成之一 群組中之其一，該第二材料層係選自由矽(Si)、鍺(Ge)、氧 化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、 硫化锅(CdS)、砸化鋅(ZnSe)、神化銦(InAs)、麟化銦(InP)以 及金屬/石夕化物(metal/silicide)所組成之一群組中之其一。 7、 如申請專利範圍第5項所述之磊晶基板，其中該磊晶基板之 表面其平均表面粗糖度Ra值範圍從0.1 nm至100 nm，該蠢晶 基板之表面其平均峰谷高度Rz值範圍從9nm至999nm。 8、 一種半導體發光元件，包含： 曰曰體基板，該晶體基板係由一第一材料所形成並且具有 一晶體表面； 多個奈米級柱體，該多個奈米級柱體係由一第二材料的氧 化物所形成並且散亂地排列於該晶體基板之該晶體表面 上，該第一材料不同於該第一材料；以及 17 201220361 由多層半導體材料層所構成之一發光結構，該發光結構係 形成於該晶體表面及該多個奈米級柱體上，其中該多層 半導體材料層之一最底層半導體材料層係一化合物半導 體材料磊晶層，該多個奈米級柱體有助於該化合物半導 體材料的磊晶程序。 9、 如申請專利範圍第7項所述之半導體發光元件，其中該第一 材料係選自由藍寶石（sapphire)、碳化矽（SiC)、氮化鎵 (GaN)、砷化鎵（GaAs)、氧化鋅（ZnO)、矽（Si)、 ScAlMg04、SrCu202、YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)、鋁酸 經（Lithium Aluminum Oxide，LiA102)、鎵酸鐘（Lithium Gallium Oxide，LiGa02)、矽酸鋰（Lithium Silicon Oxide， Li2Si03)、鍺酸链(Lithium Germanium Oxide, LiGe03)、銘酸 納（Sodium Aluminum Oxide, NaA102)、鎵酸納（Sodium Gallium Oxide, NaGa〇2)、錯酸納(Sodium Germanium Oxide, Na2Ge03)、石夕酸鈉(Sodium Silicon Oxide, Na2Si03)、罐酸經 (Lithium Phosphor Oxide，Li3P04)、砷酸鋰(Lithium Arsenic Oxide，Li3As04)、鈒酸裡(Lithium Vanadium Oxide，Li3VO4)、 Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium Oxide)、 Li2ZnGe04(Lithium Zinc Germanium Oxide) 、 Li2CdGe04(Lithium Cadmium Germanium Oxide)、 Li2MgSi04(Lithium Magnesium Silicon Oxide)、 Li2ZnSi04(Lithium Zinc Silicon Oxide)、Li2CdSi04(Lithium Cadmium Silicon Oxide)、Na2MgGe〇4(Sodium Magnesium Germanium Oxide) ' Na2ZnGe04(Sodium Zinc Germanium Oxide)以及Na2ZnSi〇4(Sodium Zinc Silicon Oxide)所組成之一 群組中之其一，該第二材料層係選自由矽(Si)、鍺(Ge)、氧 化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、 硫化鎘(CdS)、硒化鋅(ZnSe)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)以 及金屬/石夕化物(metal/silicide)所組成之一群組中之其一。 201220361 10、一種製造一半導體發光元件之方法，包含下列步驟：
    製備一晶體基板，該晶體基板係由一第一材料所形成並且 具有一晶體表面，其中該第一材料係選自由藍寶石 (sapphire)、碳化石夕（SiC)、氮化鎵（GaN)、神化鎵 (GaAs)、氧化鋅(ZnO)、石夕(Si)、ScAlMg04、SrCu202、 YSZ(Υttria- Stabilized Zirconia)、銘酸鐘（Lithium Aluminum Oxide, LiAl〇2)、鎵酸裡(Lithium Gallium Oxide, LiGa〇2)、石夕酸裡（Lithium Silicon Oxide, Li2Si〇3)、錯酸鐘(Lithium Germanium Oxide, LiGe03)、 铭酸鈉（Sodium Aluminum Oxide，NaAl〇2)、鎵酸鈉 (Sodium Gallium Oxide, NaGa〇2)、錯酸納（Sodium Germanium Oxide, Na2Ge03)、石夕酸納(Sodium Silicon Oxide, Na2Si03)、墙酸裡（Lithium Phosphor Oxide, Li3P〇4)、珅酸鐘(Lithium Arsenic Oxide，Li3As〇4)、飢酸 鍾(Lithium Vanadium Oxide, Li3V04)、 Li2MgGe04(Lithium Magnesium Germanium Oxide)、 Li2ZnGe〇4(Lithium Zinc Germanium Oxide) 、 Li2CdGe04(Lithium Cadmium Germanium Oxide)、 Li2MgSi04(Lithium Magnesium Silicon Oxide)、 Li2ZnSi04(Lithium Zinc Silicon Oxide) 、 Li2CdSi04(Lithium Cadmium Silicon Oxide)、 Na2MgGe04(Sodium Magnesium Germanium Oxide)、 Na2ZnGe04(Sodium Zinc Germanium Oxide)以及 Na2ZnSi04(Sodium Zinc Silicon Oxide)所組成之一群組中 之其一； 於該晶體基板之該晶體表面上，沉積由一第二材料所形成 之一多晶材料層，該第二材料不同於該第一材料，其中 該第二材料層係選自由矽(Si)、鍺(Ge)、氧化鋅(ZnO)、 硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘 19 201220361 (CdS)、碼化鋅(ZnSe)、砷化銦(inAs)、磷化銦(InP)以及 金屬/石夕化物(metal/silicide)所組成之一群組中之其一； 藉由一濕式餘刻製程，蝕刻該多晶材料層之晶界進而獲得 該第二材料之多個奈米級柱體； 進行一氧化程序，致使由該第二材料形成的多個奈米級柱 體轉變為該第二材料的氧化物形成的多個奈米級柱體； 以及 形成多層半導體材料層於該晶體表面及該多個奈米級柱體 上，以構成一發光結構，其中該多層半導體材料層之一 最底層半導體材料層係一化合物半導體材料磊晶層，該 多個奈米級柱體有助於該化合物半導體材料的^晶^ 序。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012107001A1 (de) 2012-07-31 2014-02-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
JP6319598B2 (ja) * 2016-02-23 2018-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板およびその製造方法
US10350725B2 (en) * 2016-02-23 2019-07-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. RAMO4 substrate and manufacturing method thereof
JP6319599B2 (ja) * 2016-02-23 2018-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板およびその製造方法
US11370076B2 (en) 2016-02-23 2022-06-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. RAMO4 substrate and manufacturing method thereof
JP6319597B2 (ja) * 2016-02-23 2018-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板およびその製造方法
CN109449267B (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 广东工业大学 一种紫外发光二极管及其制作方法
JP7236655B2 (ja) * 2019-06-28 2023-03-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板、その製造方法、及びｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法。
US11342484B2 (en) 2020-05-11 2022-05-24 Silanna UV Technologies Pte Ltd Metal oxide semiconductor-based light emitting device
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JP7829033B2 (ja) 2021-11-10 2026-03-12 シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッド 酸化マグネシウムゲルマニウムを含む超ワイドバンドギャップ半導体デバイス
EP4430674A4 (en) 2021-11-10 2025-10-01 Silanna UV Technologies Pte Ltd EPITAXIAL OXIDE MATERIALS, STRUCTURES AND DEVICES
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050112048A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Loucas Tsakalakos Elongated nano-structures and related devices
CN101990713B (zh) * 2008-02-03 2012-12-05 尼坦能源公司 薄膜光伏器件和有关的制造方法
US20100051903A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Seo-Yong Cho Method of aligning nanorods and related compositions

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