201241920 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關於一種半導體發光裝置，及特別是 有關於一種用於在基板上氮化物層再生長的選擇性光輔 助濕式氧化方法。 【先前技術】 [0002] 發光二極體（LED)是一種半導體類的發光源。LED 基本上包括半導體材料摻混有雜質以產生ρ-η接面（p-n junction)，其發光的波長及其顏色取決於形成p-n接面 材料的能隙值（bandgap energy)。在石夕或鍺二極體，因 為沒有非直接能帶隙材料，故透過非輻射轉移 (non-radiative transition)之重新結合的電子與電洞 不會產生光發射。用於LED的材料具有與近紅外光、可 見光或近紫外光對應的直接能帶隙能量。LED —般係以具 有連接至沉積於它表面上的ρ-型層之電極的η-型基板為 基礎。以Ρ-型基板為基礎的LED可適用，但較不普遍。 許多商業LED，特別是GaN/InGaN，也用藍寶石基板。 [0003] 發藍光LED以寬能隙值III-氮化物材料為基礎， 如氮化鎵（GaN)或氮化銦鎵（InGaN)。典型的藍光LED 有一作用區，其由一或多個氣化銦鎵量子井夾在較厚的 氮化鎵層之間，稱為覆層。透過改變在InGaN量子井中 的相對InN-GaN的莫耳分率，光發射可以從紫變到黃。 4 201241920
改變氮化鋁鎵（AlGaN)中的鋁和鎵的莫耳分率可以用作 製造紫外光LED的覆層和量子井層，但是這些還無法達 到InGaN-GaN藍/綠裝置的效率和技術的成熟性。如果量 子井層結構是GaN ’而不是合金式InGaN或AlGaN，該裝 置發射波長為約350-370 nm的近紫外光。由inGaN-GaN 系統製造的綠光LED比利用非氮化物材料系統製得的綠 光LED要亮且更有效率。 [0004] 近些年在LED的外量子效率上有了一些進步。其 中一種已知的方法如下：先在C-plane (0001)面之藍寶 石基板上以二維重複的圖案形成複數個突起，然後在藍 寶石基板以磊晶技術生長出多個的以GaN為基礎的半導 體層。該重複的圖案斜度大於或等於λ/4並且小於或等 於20微米，同時突起側面有一大於或等於9〇度但小於 或等於160度的傾角。因此，根據光繞射的機制，所形 成的LED的外量子效率據了解會由於藍寶石基板上突起 的二維圖案而提高。 [0005] 關於在藍寶石基板上以二維重複的圖案形成多個 犬起有多種方法經報導，但不是每一個方法都沒有缺 點_例如’一種方法係將氧化矽條紋遮罩平行於GaN [11 〇 ]的方向排列，從而在傾斜的半極性沿{lioiiGaN方 向產生光平滑層，但是’從遮罩H(Si〇2)遷移的雜質可以 後的氮化物層生長帶來嚴重的材料污染問題。另一 種方去係將氧切條纹罩平行於[咖]GaN的方向排列，從 201241920 而在傾斜的半極性沿Ui2：2}GaN方向產生光平滑層，但是， 如前述方法所述，從罩區（SiOO遷移的雜質可以對之後的 氮化物層生長帶來嚴重的材料污染問題。 [0006] 在另一方面，在LED結構上可以發現V形凹槽缺 陷，該結構包括鄰近的具有高能隙值和低能隙值的 Al(Ga)N/In(Ga)N層。非想要的螺旋錯位會在V形凹槽的 底部存在。蝕孔密度（EPD)是測量半導體晶片品質的一方 法。蝕刻液，如450°C熔融的Κ0Η，加於半導體晶片的表 面；蝕刻速率隨著產生凹孔（pit)的晶體錯位而提高，如 螺旋錯位。為了抑制螺旋錯位的擴大，一種方法係利用 有校準程序的光刻法，但該方法在操作與設備上需要額 外的時間和費用。另一種方法係需要Si〇2遮蔽及乾式蝕 刻。然而，該等方法導致不希望的雜質移動和晶體原子 結構的破壞。 【發明内容】 [0007] 本發明係有關於一種選擇性光輔助濕式氧化用於 半導體發光二極體（LED)的製造方法以及一種利用選擇 性光輔助氧化來抑制半導體發光二極體（LED)結構中的 螺旋錯位之方法。 [0008] 在一方面，本發明關於一種方法可以包括：在一 基板之第一表面上形成一具有一第一低能隙值的第一 III-氮化物層；在該第一 II卜氣化物層上形成一具有一 6 201241920 第一高能隙值的第二III-氮化物層；藉由光輔助濕式氧 化使該第二III-氮化物層的部分轉變成複數個III-氧化 物條紋；在該第二III-氮化物層的複數個III-氧化物條 紋之間，形成複數個具有一第二低能隙值的III-氮化物 奈米線；以及藉由選擇性光輔助濕式氧化選擇性地使至 少一些該III -氮化物奈米線轉變成ΙΠ-氧化物奈米線。 [0009] 在一個實施例中，前述選擇性光輔助濕式氧化可 以包括用介於前述第一高能隙值和前述第一低能隙值之 間的光子能的選擇性光輔助濕式氧化。 [0010] 在一個實施例中，前述III-氮化物奈米線可以包 括In/GaN奈米線，並且前述II卜氧化物奈米線包括 (In/Ga)2〇3 奈米線。 [0011] 在一個實施例中，前述基板可以包括 C-plane(OOOl)面之藍寶石基板，其中前述第二III-氮化 物層包括GaN層，並且III-氧化物條紋大體上與一 [Ido] 或[ilG〇]GaN方向平行排列。 [0012] 在一個實施例中，前述方法可以進一步包括：在 前述第二III -氮化物層以及前述III-氧化物奈米線上形 成一第三III-氮化物層；及除去前述III -氧化物奈米 線，以在前述第三III-氮化物層形成複數個空氣隙。 [0013] 形成一第三III-氮化物層可以包括藉由金屬有機 化學氣相沉積（M0CVD)方法，利用該第三III-氮化物層的 側向外延生長而形成前述第三III -氮化物層。除去前述 !!； 7 201241920 111-氧化物奈米線可以包括利用酸性蝕刻液或鹼性蝕刻 液溶解前述111 -氧化物奈米線。 [0014] 前述方法進一步包括：用一熱導材料來填充前述 空氣隙，其中該熱導材料可以包括複數個奈米粒、複數 個複合粒子、或前二者之組合。 [0015] 二者擇一或另外地，前述方法可以進一步包括利 用一電導材料填充前述空氣隙，其中該電導材料可以包 括複數個奈米粒、複數個複合粒子、或前二者之組合。 [0016] 在一個實施例中，前述方法可以進一步包括在前 述第三111 -氮化物層上形成複數個111 -氣化物層，以形 成至少一個發光二極體（LED)。 [0017] 在另一方面，一種方法可以包括：在C-plane(OOOl) 面之藍寶石基板上形成一具有一低能隙值的第一 III-氮 化物層；在前述第一 III-氮化物層上形成一具有一高能 隙值的第二III-氮化物層；在前述第二III-氮化物層上 形成發光二極體（LED)結構；及至少部分藉由選擇性光輔 助氧化在前述發光二極體（LED)結構中，形成複數個相互 平行並且和前述第二III-氮化物層相鄰的空氣隙。 [0018] 在一個實施例中，前述至少部分藉由選擇性光輔 助氧化在前述發光二極體（LED)結構中，形成複數個相互 平行並且和前述第二III-氮化物層相鄰的空氣隙可以包 括：藉由光輔助濕式氧化，將前述第二III-氮化物層之 部分表面轉變成複數個III-氧化物條紋；在該第二III- 8 201241920 氮化物層的複數個111 -氧化物條紋之間，形成複數個具 有一第二低能隙值的III-氮化物奈米線；以及藉由選擇 性光輔助氧化選擇性地使至少一些該111 -氮化物奈米線 轉變成III-氧化物奈米線；在前述第二III-氮化物層以 及前述III-氧化物奈米線上形成一第三個III-氮化物 層；及除去前述III-氧化物奈米線，形成複數個空氣隙。 [0019] 在一個實施例中，前述選擇性光辅助濕式氧化可 以包括用位於前述第一高能隙值和前述第一低能隙值之 間的光子能的選擇性光輔助濕式氧化。 [0020] 在一個實施例中，除去前述III-氧化物奈米線可 以包括利用酸性蝕刻液或鹼性蝕刻液溶解前述III-氧化 物奈米線。 [0021] 在一個實施例中，前述方法可以進一步包括：用 一熱導材料來填充前述空氣隙，其中該熱導材料包括複 數個奈米粒、複數個複合粒子、或前二者之組合。二者 擇一或另外地，前述方法可進一步包括用一電導材料來 填充前述空氣隙，其中該電導材料可以包括複數個奈米 粒、複數個複合粒子、或前二者之組合。 [0022] 在一個實施例中，前述方法可以進一步包括：在 前述第二III-氮化物層形成於第一 III-氮化物層上之後 但在發光二極體（LED)結構形成於第二III-氮化物層上 之前，藉由選擇性光辅助氧化，在位於前述第二III-氮 201241920 化物層或第二III-氣化物層和第一 III-氮化物層的組合 體中的V形凹槽，形成一表面鈍化層。 [0023] 在一個實施例中，前述表面鈍化層可以包括一 11卜氧化物層。 [0024] 在一個實施例中，在第二III-氮化物層上發光二 極體（LED)結構的形成可以包括，在前述表面鈍化層和前 述第二III-氮化物層上，藉使用金屬有機化學氣相沉積 (M0CVD)側向外延生長第三III-氮化物層，而形成一第三 111-氣化物層。 [0025] 在一方面，本發明關於一種抑制發光二極體（LED) 結構中螺旋錯位之方法，可以包括：在一基板的一第一 面形成一具有第一低能隙值的第一 III-氮化物層；在前 述第一 III-氮化物層上形成一具有第一高能隙值的第二 III-氮化物層；以及藉由選擇性光辅助氧化，在位於前 述第二III-氮化物層或前述第二III-氮化物層和第一 III-氮化物層的組合體中的V形凹槽，形成一表面鈍化 層。.
[0026] 在一個實施例中，前述方法可以進一步包括：在 前述表面純化層和前述第二III -氮化物層上，藉使用金 屬有機化學氣相沉積（M0CVD)選擇性側向外延生長第三 III-II化物層，而形成一第三III -氮化物層。 【實施方式】 201241920 [0027] 本發明係有關於一種選擇性光輔助濕式氧化用於 LED結構的製造方法及一種抑制LED結構上的螺旋錯位擴 展的方法。 [0028] 在具有低能隙值Eg,u的III-氮化物層放置在具有 高能隙值Eg, m的111 -氮化物層之上或氮化物層放置在具 有高能隙值E^i的III-氮化物層放置在具有低能隙值 Eg,u的III-氮化物層之上的半導體結構中，選擇性光輔 助濕式氧化的光電能為h r，並且Eg, u<h 7〈Eg, Η;，該氧化 使具有Eg, u的111 -氮化物化合物轉變為111 -氧化物化合 物。該技術可用於在111 -氣化物層上形成111 -氧化物奈 米線。在該存在的III -氮化物層和III -氧化物奈米線之 上，可以利用M0CVD來側向生長一新111 - IL化物層。之 後，可以藉使用酸性蝕刻液或鹼性蝕刻液溶解III-氧化 物奈米線來形成空氣隙。這些空氣隙為光繞射提供了晶 格動量，從而有效地提高外量子效率，如同有複數個在 C-p lane (0001)面藍寶石基板表面上重複的二維圖案之 突起模式，在操作時，這些空氣隙同時有助於從LED結 構中散熱。另外，本發明專利優點在於除去源自於罩層 的材料污染源。 [0029] 對於半導體結構，藉使用選擇性光辅助氧化可以 形成表面鈍化層來填充具有低能隙值III-氮化物層的V 形凹槽缺陷底部，從而抑制III-氮化物層的V形凹槽底 部的螺旋錯位擴展。之後，III-氮化物層可以選擇性地 11 201241920 側向外延生長。這一技術避免了因使用照明調整程序而 有相對較高的費用和較長的時間，同時也避免不希望的 雜質移動和對晶體原子結構的破壞。 [0030]請參看圖7-11，本發明的光輔助化學氧化/刻蝕方 法將以運用本發明之一或多種的光輔助化學氧化/蝕刻 之具體實施例說明如下。 光輔助化學氧化（蚀刻） [0031] 光輔助化學（PEC)氧化/蝕刻程序是一種光化學方 法。對於III-氮化物材料，該程序包括紫外線（UV)照射 電化學反應槽，該電化學反應槽是由一個III-氮化物工 作電極，一個l6(Pt)配對電極（counter electrode)以及 一個參照電極浸潰於電解質中而形成的。該反應結果是 在III-氮化物/電解質界面的UV激活的熱載流子有額外 的能量去接觸水中的氧化還原作用的H7H2和OH_/〇2, 從而加強111 -氮化物樣品的氧化分解。 [0032] 圖7顯示一實驗設置。一個或多個樣品被用鉑塾. 圈夾固在鐵氟龍基座上。鉑陰極和電流計被用於監視反 應槽的反應電流。波長為253. 7 nm的汞燈源以強度為約 20mW/cin2的紫外光照射整個樣品表面。UV照射產生電子 電洞對並且加強半導體表面的氧化和還原反應。蝕刻程 序的溶液可以是Κ0Η和H3P〇4等等，氧化的緩衝液可以是 醋酸/醋酸銨（CH3C00H/CH3C00NH4)。據報導，PEC氮化鎵 12 201241920 蝕刻透過氧化分解發生，其中光生電洞幫助氧化和之後 的半導體分解成水性酸或驗溶液。與氮化鎵分解相關的 氧化反應之反應式如下，其中e_/h+分別代表光生電子/ 電洞。 [0033] 陰極：2H2〇 + 2e_ — 20H_ + H2 (1) [0034] 陽極：2GaN + 60H_+ 6h+ — Ga2〇3 + N2 + 3H2〇 (2) [0035] 形成在半導體和電解液的界面上的氧化鎵可以根 據PEC程序的溶液被去除（蝕刻）或保留（氧化）。圖8所 示係含有不同摻雜型態的氮化鎵的表面能帶圖。 [0036] 圖8描述在半導體/電解質界面的η型和p型能 帶彎曲。由於在氮化鎵膜中不同種類的摻質形成向上 (n-GaN)與向下（p-GaN)的能帶彎曲。對於η型-GaN，光 生電洞可以在靠近半導體/電解質界面有效地積聚，從而 辅助氮化鎵的氧化和還原。但是，ρ型-GaN的向下能帶 彎曲使電子積聚在界面附近。電子的積聚加強了氧化鎵 之間鍵合的強度，不僅降低Ga2〇3的溶解速率而且抑制氮 化鎵的進一步氧化。- 氧化鎵之光輔助化學濕式氧化特性 [0037]有一些關於氮化鎵或相關化合物在晶體學方面的 氧化或蝕刻特性的報導，例如方位定向對蝕刻速率，凹 穴和凸丘（pits and hillocks)的形狀及溶解過程的影 13 201241920 響。據發明人所知’目前沒有關於氮化鎵之濕式化學氧 化的方位定向效應的報導。 [0038] 為此目的，發明人藉使用金屬有機化學氣相沉積 法（M0CVD)在藍寶石上生長4微米厚的η型氮化鎵外延生 長層。該基板放置且拋光至大約9〇微米厚度，以容許可 以裂開以便觀察蝕刻剖面。使用標準的光刻法和剝離技 術把一個薄的鈦金屬或約100奈米厚的並平行於[ii2o】CeAr 方向的光阻條放置於樣品上。圖7顯示該電化學反應槽， 其中鈦金屬或光阻條狀開口和每個樣品邊緣接觸作為 PEC的工作電極而pt作為配對電極β pH值為6. 4的醋酸 緩衝液（CHaCOOH/CHaCOONH4)用於調節與氮化鎵之能帶邊 緣相關的氧化還原之費米能階（red〇x Fermi ievei)。圖 9顯示一描述式掃瞄電子顯微照相，該掃瞄電子顯微照相 揭示在PEC氧化2小時以及在35〇0C回火！小時後的裂開 橫斷氧化面。 [0039] 如圖觀察到體積擴展發生在從GaN轉變為（^也的 過程中。並且，出現在氧化物的裂縫顯示了在氧化層裏 的應變釋放。發明人也注意到氧化斷面揭示了各向異性 的反應速率。從氧化面之下的斷面，沿著[ΟΟΟΪ]的氧化速 率比沿著[ll〇〇】Ce.‘v快近10倍。這種各向異性可能由於不同 的氮化鎵晶體表面場和表面能量的差異所造成。在本發 明，氮化鎵表面能帶彎曲造成的沿著[000ϊ】的内場從而加 強PEC氧化過程。這樣内場方向（沿c-軸）使得{ii〇〇}CflAT和 201241920 {lll〇}CaiV的非極性平面的影響被減少以至降低氧化速率 對於重複氧化和去除氧化物可以利用沿著平行於[1120]心 方向的Ti或光阻條狀開σ，鋪設於4微米厚的氮化嫁樣 品表面，並將後者浸潰於醋酸溶液中來作進一步的研 究。該條紋的寬度約有1_2微米，有一夬 ^ 大小相同的氮化 鎵開口。氮化鎵樣品首先被PEC氧化約2小時，再經過 去除氧化物的過程，及隨後經過連續2小時的氧化以達 到深度氧化概況。如圖1Q所示，所得到的剖面圖展現了 介於(1_⑽和⑽並且對基板法線有6〇度傾斜角的 五邊形截面。 [0040]根據PEC氧化的晶體性，對於如雷射垂直面，發 光二極體（LED)和微腔體之製作等的應用所需的不同氧 化斷面可以容易得到。 選擇性光辅助濕式氧化（蝕刻） [0041]選擇性光輔助濕式氧化（蝕刻）過程涉及用光能 (hr，其中Eg,u<h7* <Eg，Hi)觸發光輔助濕式氧化，使具有 Eg，L。能隙值的ΠΙ-氮化物轉變為πΐ-氧化物❶例如，透 過選擇性光輔助濕式氧化，m-氮化物w(In/Ga)N可轉 變為III-氧化物如（In/Gaho”結果，具有低能隙值Eg u 的第一 III-氮化物層轉變為對應的ΠΙ_氧化物層，並且 具有高能隙值的Eg,m的第二III-氮化物層保持原有的組 成。在典型的光輔助濕式氧化（蝕刻）過程中，在半導體 15 201241920 和電解液的界面上形成的III-氧化物可以被除去（蝕刻） 或保留（氧化）係取決於光化學反應的溶液。圖11所示為 選擇性光輔助濕式氧化作用於具有蝕槽的AlGaN/GaN雜 結構的結果。從GaN選擇性的轉變為Ga2〇3並留下AlGaN 是可行的’並且沒有用到任何金屬罩膜。 LED結構製造例示 [0042] 圖1A-1G係根據本發明專利的一個實施例，顯示 LED結構製造過程的示意圖。雖然這些圖沒有按比例繪 製，但是圖1A-1B是同樣地根據一比例繪製，而圖ic-lG 則同樣地根據另一個不同的比例繪製。 [0043] 圖1A描述一基板結構11〇，該基板11〇之上沉積 著一第一 Π卜氮化物層120’和一第二III-氮化物層130 沉積在該第一 111-氮化物層120上。在一個實施例中， 基板110是藍寶石基板。在一個實施例中，基板110是 C-plane (0001)藍寶石基板。在其他實施例中，基板11〇 可以是A-plane (112〇)藍寶石基板，R-plane (1.102)藍寶 石基板，或M-plane (ιϊ〇〇〕藍寶石基板。第一 III-氮化物 層120和第二III-氮化物層130屬於氮化物層，該氮化 物層包括元素週期表中的硼族，如A1 (鋁）、Ga (鎵）、 及In (銦）。在一個實施例中，第一 III-氮化物層120 可包括一 GaN、InN、AlGaN、或InGaN層。在一個實施例 中，第二III-氮化物層130可包括一 GaN、InN、AlGaN、 201241920 或InGaN層。在第一 in —氮化物層ι2〇和第二in-氮化 物層130之間，第一 ΠΙ-氮化物層12〇具有低能隙值 和第二III-氮化物層13〇具有高能隙值Emu ’其中
Eg, Hil>Eg,Ul 0 [0044]圖1B描述複數個in-氧化物條紋i35(l)-135(M) 在第二III-氮化物層130頂面形成。具體而言’該複數 個III-氧化物條紋135(1)-135(M)如上所述，可以藉由 光輔助濕式氧化方法而形成。雖然實施例中’ 111-氧化 物條紋135(1)-135(M)的數目是固定的，但是該數目在 不同的實施例中可以增加或減少。其中Μ是大於1的正 整數。在一個實施例中，當高能隙值的第二III-氮化物 層130包括Al/GaN，該III-氧化物帶135(1)-135(Μ)則 分別包括（Al/Ga)2〇3。該III-氧化物帶135(1)-135(Μ)彼 此相互平行。在一個實施例中，該111-氧化物帶 135(1)-135(Μ)平行於GaN的或[ιϊοο】方向排列。 [0045]圖1C描述複數個低能隙值的III-氮化物奈米線 140(1)-140(N)在 III-氧化物帶 135(M-1)-135(M)之間的 第二III-氮化物層130頂面生長。雖然實施例中，III-氮化物奈米線140(1)-140(N)數目是固定的，但是該III-氮化物奈米線140(1)-140(N)數目在不同的實施例中可 以增加或減少。其中N是大於1的正整數。在一個實施 例中，III-氮化物奈米線140(1)-140(N)包含低能隙值 Eg, U2與Eg, ui可以相同或不同。因為111 -氣化物奈米線 17 201241920 140(1)-140(N)於 ΠΙ-氧化物帶 135(M-1)-135(M)之間生 長，III-氮化物奈米線140(1)-140(N)彼此平行，及平行 於 GaN 的[1120]或[ιϊοο]方向。 [0046] 圖1D描述選擇性光辅助濕式氧化後結果，與上述 類同，選擇性光輔助濕式氧化選擇性地將ΠΙ-氮化物奈 米線140(1)-140(N)轉變為III-氧化物奈米線 145(1)-145(N)。具體而言，帶有光子能hr，其令
Eg，u<hr<Eg.Hi ’的選擇性光輔助濕式氧化能將具有Eg,u 之III-氮化物轉變為III-氧化物。例如，低能隙值的Iu_ 氮化物如In/GaN可以藉選擇性光辅助濕式氧化轉變為 (In/Ga)2〇3〇 [0047] 圖1E描述一第三III-氮化物層15〇在第二氮化物 層130上和在III-氧化物條紋135(M_1)-135(M)上形成 (在圖1E右运端和左遠端未標不）。該第三111 -氮化物層 150可以在第二氮化物層130 —面處被核化；該面沒有被 III-氧化物奈米線145(1)-145(N)和ΠΙ-氧化物條紋 135(M-1)-135(M)所覆蓋。側向外延生長所產生的聚結發 生並且導致形成包括第三III-氮化物層150的一平整表 面。在一個實施例中’第三III-氮化物層150的側向外 延生長可以藉MOCVD方法來完成。因為in-氮化物可以 在C plane (0001)的藍寶石基板上核化但是不能在氧化 物的表面（如III -氧化物層）生長，MOCVD可以運用於第 三111-氮化物層150的侧向外延生長和形成。 201241920 [0048] 圖IF描述在第三πΐ-氮化物層150上組成的包括 一或多個LED的一 LED結構。在一個實施例中，如圖if 所示，複數個ΠΙ-氮化物層，如一第四in —氮化物層 和一第五III-氮化物層170，相繼地放置於第三個ΠΙ-氮化物層150之上。例如，一以GaN為基礎的LED結構， 第三III-氮化物層150可以包括n-GaN，第四III-氣化 物層160可以包括一多個量子井（MQW)發射層，以及第五 III-氮化物層170可以包括p-GaN。在各種的實施中，這 些111 -氮化物層可以包括其他化合物。在其他實施例 中，在第三III-氮化物層150上所放置的in-氮化物層 的數目是可變的。複數個LEDs可以藉切割如圖if的LED 結構而付。 [0049] 圖1G描述在III-氧化物奈米線145(1)_145(1〇被 除去後形成複數個空氣隙180(1)-180(N)的LED結構。在 一個實施例中，考慮到in-氧化物，如In/Ga)2〇3，會溶 解在微酸或微驗性银刻液而ΙΠ-氮化物卻不會，〗11_氧 化物奈米線145(1 )-145(N)可透過把LED結構浸潰在微酸 性触刻液（如HaPO4)或微鹼性蝕刻液（如Κ0Η)而被去除。 [〇〇5〇]空氣隙180(1)-180(N)提供了光繞射的晶格動量 從而有利於提高外部量子效率，如同有複數個在Cplane (0001)面藍寶石基板上重覆的二維凸起模式所達到的效 果。這些空氣隙180(1)-180(N)同時可以幫助led結構在 201241920 操作時散熱。本案所述的技術有利於除去罩層所產生的 材料污染來源。 [0051] 在一個實施例中，空氣隙18〇(1)_18〇(N)被填入熱 導材料，其熱導材料可包括複數個奈米粒子、複數個複 合粒子或它們的組合。另外地或二者擇一地，空氣隙 18〇(1)-180(Ν)可以被填入電導材料，包括複數個奈米粒 子、複數個複合粒子或它們的組合。 抑制螺旋錯位擴展的例示 [0052] 圖2A-2C描述根據本發明專利的一個實施例之抑 制螺紅錯位擴展的方法示意圖。 [0053] 圖2A描述一 LED結構，其包括一基板21〇，放置 在基板210之上的第一 in —氮化物層220和放置在第一 III氮化物層220之上的第二Π卜氮化物層23〇β第一 III-氮化物層220具有一低能隙值Eg，L。並且第二ΙΠ-氮 化物層230具有一高能隙值j；g,μ，其中Eg,Hi>Eg,l。。V形凹 槽240(1)和240(2) —般透過濕式化學蝕刻形成在IU一 氮化物之表面，該濕式化學蝕刻用熱鹼或酸，如KOH或 HaPO4’以顯現蝕孔密度。如圖2A所示，該V形凹槽240(1) 和240(2)位於第二in-氮化物層230或第一 in-氮化物 層220和第二in-氮化物層230的組合體中。螺旋錯位 係位於V形凹槽240(1)和240(2)的底部。 20 201241920 [0054] 圖2B描述表面鈍化層250(1)和250(2)，分別形 成在V形凹槽240(1)和240(2)之中。表面鈍化層250(1) 和250(2)選擇性地充滿各別的v形凹槽240(1)和240(2) 的底部。在一個實施例中，表面鈍化層250(1)和250(2) 包括一 III-氧化物層。例如，當第二III-氮化物層230 和第一 III-氮化物層220包括In/GaN時，表面鈍化層 250(1)和250(2)可以包括（In/Ga)2〇3。在一個實施例中， 該表面鈍化層250(1)和250(2)可以藉選擇性光辅助氧化 而形成。 [0055] 圖2C描述一第三in —氮化物層260藉MOCVD方法 選擇性地讓第三III-氮化物層260側向外延生長，從而 形成在表面鈍化層250(1)、250(2)和第二ΙΠ-氮化物層 230之上。如有必要，可以在第三π卜氮化物層26〇形 成更多的層，如一層270。 [0056] 因此，藉使用表面鈍化層25〇(1)和25〇(2)填充ν 形凹槽240(1)和240(2)，螺旋錯位的擴屐可被抑制。和 現有的技術不同，本發明申請避免了因為照明調整過程 而造成的較高的費用和較長的時間。一些問題，如不良 的雜質遷移及/或對於氧化矽（以⑴）罩或乾蝕刻所造成對 晶原體結構的破壞’也可以避免。這方法可重複用於在 LED結構上的MOCVD再生’從而達到㈣地較低的錯位密 度，例如 107 - 1〇6 cnf2。 21 201241920 例示實施例 [0057] 圖3A-3B為根據本發明專利之實施例照片。 [0058] 圖3A描述藉選擇性光輔氧化被選擇性地轉變為一 III-氧化物層Ga2〇3的沿[論]轴向生長的Iu氮化物_ 奈米線的外部表面。 [0059] 圖3B描述在-低能隙值GaN/藍寶石基板上的複 數個AlGaO條紋和複數個高能隙值A1GaN條紋開口。利 用選擇性光輔氧化可以形成該八1(;3〇條。 例示方法 [0060] 圖4是一流程圖，描述根據本發明之LED結構製 造程序400 » [0061] 在步驟402’程序400在一基板的第一面上形成— 具有一第一低能隙值的第一 III-氮化物層。例如圖1A所 示，第一 III-氮化物層120在基板no的頂面形成。在 步驟404，程序400在第一 III-氮化物層上形成一具有 第一咼能隙值的第二III-IL化物層。例如圖ία所示，第 一 III-氮化物層130在第一 III-氮化物層120上形成。 在步驟406’程序400利用光輔助濕式氧化轉化第二Iu~ 氮化物層部分為複數個ΠΙ-氧化物條紋。例如圖1B所 示’藉光辅助濕式氧化轉化第二ΙΠ-氮化物層130部分 為複數個III-氧化條紋135(1)-135(M)。在步驟408，程 序400在第二in-氮化物層上形成複數個具有第二低能 22 201241920 隙值的III-氮化物奈米線。例如圖1C所示，Ιπ_氮化物 奈米線140(1)-140(Ν)在第二III-氮化物層13〇上形 成。在步驟410，程序400藉選擇性光輔氧化選擇性地轉 化至少一些III-氮化物奈米線為ΙΠ_氧化物奈米線。例 如圖1D所示，藉選擇性光輔氧化，ΠΙ_氮化物奈米線 140(1)-140(Ν)被轉變為III-氧化物奈来線 145(1)-145(Ν)。 [0062] 在一個實施例中，光輔助濕式氧化可以包括使用 一具有光子能超過上述III-氮化物的能隙值的光源，並 使該光源照射在該111 -氮化物的部分表面，該部分表面 沒有被罩材料如光阻材料所部份地覆蓋。濕式氧化程序 之後發生於電解質如CHaCOOH/CHaCOONH4緩衝液之中。在 一個實施例中，光辅助濕式氧化可以在一 π卜氮化物層 結構上進行，該結構包括一第一頂部低能隙值和第一底 部尚能隙值的III-氮化物材料。更具體地說明，選擇性 光輔助濕式氧化程序涉及用光子能（h r ，其中 £(5，1_。<117^11〇使具有^1^能隙值的111_氮化物轉變為 III-氧化物。比如，藉選擇性光輔助濕式氧化可以使生 長在GaN上的III-氮化物如低能隙值的In/(；aN被轉變為 (In/Ga)2〇3〇 [0063] 在一個實施例中，丨丨I氮化物奈米線可以包括 In/GaN奈米線’而III-氧化物奈米線可以包括（in/Ga)2〇3 奈米線。 23 201241920 [0064] 在一個實施例中，基板可以包括C plane (0001) 藍寶石基板，其中第一 ΠΙ-氮化物層包括一 GaN層，III-氧化物條紋大體上和GaN的[1120】或[Uoo】方向平行。 [0065] 在一個實施例中，該方法可以進一步包括：在第 二III-氮化物層和III-氧化物奈米線上形成一第三III-氮化物層；及除去III-氧化物奈米線，以在第三III-氮 化物層中形成複數個空氣隙。例如，如圖1E-1G所示， 第三III-氮化物層150在第二III-氮化物層130和ΙΠ-氧化物奈米線145(1)-145(N)上形成，而空氣隙 180(1)-180(N)藉 III-氧化物奈米線 145(1)-145(N)的溶 解而形成。 [0066] 形成一第三III-氮化物層可以包括利用金屬有機 化學氣相沉積（M0CVD)側向外延生長地形成第三in —氮 化物層。除去III-氧化物奈米線可以包括利用酸性蝕刻 液（如MU)或鹼性蝕刻液（如K〇H)溶解π卜氧化物奈米 線。 [0067] 該方法可以進一步包括用熱導材料填充空氣隙， 該熱導材料可以包括複數個奈米粒子、複數個複合粒子 或它們的組合。另外地或二者擇一地，該方法可以進一 步用電導材料填充空氣隙，該電導材料可以包括複數個 奈米粒子、複數個複合粒子或它們的組合。 [0068] 在一個實施例中，該方法可進一步包括在第三 πι-氮化物層上形成複數個m氮化物層，以形成至少 24 201241920 一個LED。例如，如圖1E和IF所示，III-氮化物層150、 160、170和180形成一具有一個或多個LED的LED結構。 [0069] 圖5為一流程圖，描述根據本發明專利的另一個 實施例之LED結構製造程序500。 [0070] 在步驟502 ’程序500在一 C平面（〇〇〇1)藍寶石 基板的第一表面上形成一具有第一低能隙值的第一ΙΠ_ 氮化物層。在步驟504，程序500在第一 in-氮化物層 上形成一具有第一高能隙值的第二丨丨卜氮化物層。在步 驟506’程序500至少部份藉選擇性光辅助濕式氧化，在 L E D結構裡形成複數個空氣隙。這些空氣隙相互平行並且 和第二ΠΙ-氮化物層相鄰。此外，程序5〇〇的操作可以 參考圖1A-1G。 [0071] 在一個實施例中，至少部分藉選擇性光輔助氧 化，形成複數個相互平行的空氣隙及與具有高能隙值的 第二ΠΙ-氮化物層比鄰，其中可以包括：藉光輔助氧化 轉化第二III-氮化物層的一部分為複數個〇1_氧化物條 紋，在該第二III-氣化物層形成複數個具有第二低能隙 值的III-氮化物奈米線·，藉選擇性光輔助氧化選擇性地 轉化至少一些III-氤化物奈米線為丨丨卜氧化物奈米線； 在該第二ΙΠ-氮化物層及該III —氧化物奈米線之上形成 一第三ΠΙ-氮化物層；及去除該UI_氧化物奈米線，從 而形成複數個空氣隙。 25 201241920 [0072] 在一個實施例中，選擇性光輔助氧化可以包括具 有光子能於該第一高能隙值和第一低能隙值之間的選擇 性光輔助濕式氧化。 [0073] 在一個實施例中，除去該III-氧化物奈米線可以 包括藉使用酸性蝕刻液或鹼性蝕刻液溶解III-氧化物奈 米線。 [0074] 在一個實施例中，該方法可以進一步包括用熱導 材料填充空氣隙，該熱導材料可以包括複數個奈米粒 子、複數個複合粒子或它們的組合。 [0075] 在一個實施例中，該方法可進一步包括在該第二 III-氮化物層形成於第一 III-氮化物層上之後但在LED 結構形成於第二III-氮化物層上之前，藉選擇性光輔助 氧化在位於第二III-氮化物層或第二III-氮化物層和第 一 III -氮化物層的V形凹槽溝裏形成一表面鈍化層。 [0076] 在一個實施例中，該表面鈍化層可以包括一 III-氧化物層。 [0077] 在一個實施例中，在第二III-氮化物層上的LED 結構的形成可以包括，藉使用M0CVD方法，使一 III-氮 化物層側向外延生長生長，從而在該表面鈍化層和第二 III氮化物層上形成一第三III -氮化物層。 [0078] 圖6的流程圖描述根據本發明之一實施例之抑制 LED結構的螺旋錯位的程序600。 26 201241920 [0079] 在步驟602,程序600在一基板之第一面上形成一 具有第一低能隙值的第一 III-氮化物層。在步驟604， 程序600在該第一 III-氮化物層上形成一具有第一高能 隙值的第二III-氮化物層。在步驟606，程序600藉選 擇性光輔助氧化在位於第二III-氮化物層或第二III-氮 化物層和第一 III-氮化物層的V形凹槽裏形成一 ΙΠ-氧 化物的表面鈍化層。可參考圖2A-2B。 [0080] 在一個實施例中，該方法可進一步包括，藉使用 MOCVD方法，使一 111 -氮化物層側向外延生長生長，從 而在該表面鈍化層和第二III-氮化物層上形成一第三 III-氮化物層。可參考圖2C。 [0081] 上述技術係關於藉使用TRIAC二體（非作為電源， 但作為發光控制说號）輸出之控制led發光的技術，雖然 該技術已以特定的結構性特徵及/或方法學作動說明，但 須了解的疋隨賦的申請專利範圍不意欲限制所述的特定 特徵或作動，其係為實施該項技術之例示形式。 [0082] 了解的是所描述之裝置100和裝置2〇〇各是實施 本發明技術的適當實施例，並Μ欲建議對所述各種實 施例之使用或功能的範圍作任何限制。此技術領域中且 有通常知識者對本發明所作的任何改變純為屬於本發 明之範鳴’及因此應涵蓋於本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 27 201241920 [0083] 詳細說明參照隨附的圖式的描述。在圖中，參考 號數的最左邊的數字表明最先出現該參考號數的圖；在 不同的圖但同樣的參考號數表明同樣或類似的項目。 [0084] 圖1A-1G，係根據本發明專利的一個實施例，顯示 LED結構製造的一系列過程示意圖。 [0085] 圖2A-2C，係根據本發明專利的一個實施例，顯示 抑制LED結構上的螺旋錯位擴展的一系列過程示意圖。 [0086] 圖3A-3B係根據本發明專利的一個實施例之照 片，。 [0087] 圖4係根據本發明專利的一個實施例，顯示LED 結構製造方法的流程圖。 [0088] 圖5係根據本發明專利的另一個實施例，顯示LED 結構製造方法的流程圖。 [0089] 圖6係根據本發明專利的一個實施例，顯示抑制 LED結構上的螺旋錯位的方法流程圖。 [0090] 圖7-11係根據本發明專利之一個實施例，顯示有 關於光輔助化學氧化（蝕刻）.方法的示意圖。 【主要元件符號說明】 110 基板 120 第一 III-氮化物層 130 第二III-氮化物層 135(1 )-135(M) III-氧化物條紋 28 201241920 第三III-氮化物層 第四111-氮化物層 第五III-氮化物層 第一 III-氮化物層 第二III-氮化物層 140(1)-140(N) 145(1)-145⑻ 150 160 170 180(1)-180(N) 210 基板 220 230 240(1)和 240(2) III-氮化物奈米線 III-氧化物奈米線 空氣隙 V形凹槽缺陷 250(1)和250(2) 表面鈍化層 260 第三III-氮化物層 29