TW201602431A - 氮極半極性氮化鎵層及在藍寶石基板上的裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明描述的是在圖案化的藍寶石基板上形成半極性III族氮化物材料磊晶層的方法和結構。半氮極性GaN可以從藍寶石的傾斜c面晶面生長，並且聚結而在藍寶石基板上形成(2021)GaN的連續層。藍寶石和低溫GaN緩衝層的氮化則用於形成半氮極性GaN。

Description

氮極半極性氮化鎵層及在藍寶石基板上的裝置 相關申請案
本申請案主張2014年4月16日所提申之名稱為「氮極半極性氮化鎵層及在藍寶石基板上的裝置」的美國臨時申請案第61/980,283號的權益。前述申請案的整體揭露內容藉由參考方式併入於本文中。
本技術關於形成半氮極性和半鎵極性III族氮化物層的方法和結構以及關於在藍寶石基板上的裝置。
廣泛認為氮化鎵(GaN)和其他III族氮化物材料是製造整合裝置所想要的材料。這些材料典型而言具有比矽基半導體還寬的能帶間隙，並且可以用於製作發出可見光譜之綠和藍光區域輻射的電光裝置，譬如發光二極體(light-emitting diode，LED)和二極體雷射。而且，因為其寬廣的能帶間隙，所以當用於製造整合電晶體時，III族氮化物材料可以展現更高的崩潰電壓，而使這些材料對於高功率電子器件有吸引力。
像矽一樣，III族氮化物材料可以生長成高純度的結晶材料。但不像矽，III族氮化物材料的生長典型而言要比矽更困難和更昂貴，如此則III族氮化物材料的整塊基板目前在商業上的可行性不如整塊矽基板。結果，研究人員已經發展並且持續發展在矽或其他結晶基板上磊晶生 長積體電路等級之III族氮化物層的方法。一旦生長，則整合裝置可以使用平面的微製造技術而製造於III族氮化物磊晶層中。
本發明描述的是關於在圖案化的藍寶石基板(patterned sapphire substrate，PSS)上形成半氮極性和半鎵極性氮化鎵(GaN)層的方法和結構。藍寶石基板可以圖案化成具有表面格柵結構以曝露c面或傾斜的c面表面，並且GaN可以從這些晶體生長表面來生長。可以在GaN生長之前進行遮罩製程，以避免成核和生長在圖案化之藍寶石基板的其他表面。於某些具體實施例，半鎵極性GaN是從c面表面來生長。於其他具體實施例，在從c面表面來生長半氮極性GaN之前先進行氮化製程。GaN材料的生長可以持續，如此則材料在圖案化的藍寶石基板上聚結並且形成連續的GaN層和半導體製程表面。本技術可以應用於多樣的III族氮化物材料。
根據某些具體實施例，半極性III族氮化物基板包括圖案化的藍寶石基板，其具有在不同定向的多個表面和形成在某些表面上的遮罩層。基板可以進一步包括晶體生長表面，其是多個表面的一部分並且不被遮罩層所覆蓋，以及包括相鄰於晶體生長表面而形成的磊晶氮化鎵。
於某些態樣，圖案化的藍寶石基板具有大約平行於基板之製程表面的(2243)晶面，以及具有大約平行於晶體生長表面的c面晶面。於某些實施例，圖案化的藍寶石基板包括溝槽的陣列，而晶體生長表面形成溝槽的壁。溝槽的間距可以在大約0.25微米和大約10微米之間，並且溝槽的深度在大約50奈米和大約2微米之間。於某些實施例，磊晶氮化鎵聚結在溝槽之上以形成遍佈基板之連續的半導體。
根據某些實施例，半極性III族氮化物基板可以進一步包括在晶體生長表面和磊晶氮化鎵之間的緩衝層。晶體生長表面可以被氮化。於某些態樣，磊晶氮化鎵具有(2021)或(2021)晶面，其平行於藍寶石基板之起初未蝕刻的表面。於某些實施例，磊晶氮化鎵具有半氮極性晶面，其平行於基板的製程表面，並且晶體生長表面可以被氮化。
以上的態樣、實施例和特徵可以採取任何適合的組合而包括於具有半極性氮化鎵磊晶層之基板的具體實施例，並且可以採取任何適合的組合而包括於以下製作具有半極性氮化鎵磊晶層的基板之一或更多個方法具體實施例。
根據某些具體實施例，形成半氮極性III族氮化物基板的方法包括以下動作：在圖案化的藍寶石基板之圖案化表面上形成保形的遮罩層；在部分的遮罩層上沉積光阻劑；蝕刻遮罩層之不被光阻劑所覆蓋的區域以曝露圖案化的藍寶石基板上之晶體生長表面；以及從晶體生長表面來生長半極性氮化鎵。
於某些態樣，形成保形的遮罩層包括藉由氣相沉積製程而沉積材料，並且氣相沉積製程可以包括電漿增進的化學氣相沉積或原子層沉積。於某些實施例，氣相沉積製程包括沉積氧化物或氮化物。
根據某些實施例，沉積光阻劑包括進行遮蔽式蒸鍍。蒸鍍物可以包括金屬。於某些實施例，蒸鍍物包括鉻。於某些態樣，光阻劑不形成在圖案化的藍寶石基板之平行於藍寶石c面晶面的表面上。於某些實施例，蝕刻遮罩層的區域包括進行乾式蝕刻或溼式蝕刻。
根據某些態樣，生長半極性氮化鎵包括從晶體生長表面來磊 晶生長半鎵極性GaN。於某些實施例，形成半極性GaN的方法可以進一步包括在生長半鎵極性GaN之前先在低於大約600℃的溫度下生長氮化鎵緩衝層。半鎵極性GaN可以具有(2021)晶面，其平行於基板的製程表面。
於某些實施例，生長半極性氮化鎵包括從晶體生長表面來磊晶生長半氮極性GaN，並且本方法可以進一步包括氮化晶體生長表面，以及在生長半氮極性GaN之前先在低於大約600℃的溫度下生長氮化鎵緩衝層。於某些觀點，氮化晶體生長表面包括在包括氮氣(N2)和氨氣(NH3)的混合物周遭環境中加熱圖案化的藍寶石基板到大約900℃和大約1000℃之間的溫度。「在(多個)溫度」等詞可以用於指稱在溫度範圍裡的一或更多個溫度。
根據某些實施例，生長氮化鎵緩衝層包括生長氮化鎵緩衝層到大於大約50奈米的厚度。於某些實施例，生長氮化鎵緩衝層可以包括：將基板加熱到大約450℃和大約600℃之間；將生長腔室加壓到大約100毫巴和大約250毫巴之間；以大約1slm和大約4slm之間的速率將NH3流動到生長腔室裡；以大約30sccm和50sccm之間的速率將三甲基鎵(TMGa)流動到生長腔室裡；以及生長氮化鎵緩衝層到大約20奈米和大約100奈米之間的厚度。
從下面配合伴隨圖式的敘述可以更完整理解本教導之前面和其他的態樣、具體實施例、特徵。
100‧‧‧基板
102‧‧‧結晶學定向
105‧‧‧圖案化的藍寶石基板
108‧‧‧頂面
110‧‧‧表面結構
112‧‧‧傾斜的側壁
115‧‧‧晶體生長表面
120‧‧‧III族氮化物半導體
125‧‧‧拋光和平坦化的半導體層
130‧‧‧c面
140‧‧‧遮罩材料
202‧‧‧結晶學定向
210‧‧‧光阻劑
215‧‧‧傾斜側壁
220‧‧‧高溫保形的披覆
225‧‧‧被遮蔽表面
228‧‧‧蒸鍍物
230‧‧‧光阻劑
250‧‧‧III族氮化物晶體的島狀物
252‧‧‧半氮極性GaN晶體
310‧‧‧黑暗帶
D‧‧‧深度
P‧‧‧間隔或間距
熟練人士將了解在此所述的圖只是為了示範而已。要了解於某些情況，具體實施例的多樣態樣可以被誇張或放大顯示以利於理解具體實施例。圖式未必按照比例，反而是強調示範本教導的原理。於圖式，相 同的參考字符一般而言在全篇多樣的圖中是指相同的特徵、功能類似的和/或結構類似的元件。在圖式有關微製造的地方，可以僅顯示一個裝置和/或部分的基板以簡化圖式。實務上，許多裝置或結構可以平行製造而遍佈基板的大面積或整個基板。圖式不打算以任何方式來限制本教導的範圍。
圖1是顯示根據某些具體實施例之包括磊晶生長在圖案化的藍寶石基板上之III族氮化物材料的部分基板的立視圖；圖2A、2B顯示根據某些具體實施例而有關將藍寶石基板圖案化之製程的結構；圖2C~2F顯示根據某些具體實施例而有關將圖案化的藍寶石基板之選擇表面加以遮罩之製程的結構；圖2G顯示根據某些具體實施例而在圖案化的藍寶石基板上形成半極性GaN；圖3A是以平面圖顯示根據某些具體實施例而在圖案化的藍寶石基板上所形成的半鎵極性GaN條紋的掃描式電子顯微照片；圖3B是以立視圖顯示根據某些具體實施例而在圖案化的藍寶石基板上所形成之聚結的半鎵極性GaN的掃描式電子顯微照片；圖3C顯示根據某些具體實施例而從形成在圖案化的藍寶石基板上之半鎵極性GaN條紋所測量的陰極發光；圖4A是以立視圖顯示根據某些具體實施例而在圖案化的藍寶石基板上所形成的半氮極性GaN條紋的掃描式電子顯微照片；圖4B是以立視圖顯示根據某些具體實施例而在圖案化的藍寶石基板上所形成之聚結的半氮極性GaN的掃描式電子顯微照片聚結； 圖4C是形成在圖案化的藍寶石基板上之半氮極性GaN的一區域之穿透式電子顯微照片；圖4D顯示根據某些具體實施例而從形成在圖案化的藍寶石基板上之聚結的半氮極性GaN所測量的陰極發光；圖4E是以平面圖顯示形成在圖案化的藍寶石基板上之部分的半氮極性GaN條紋的掃描式電子顯微照片；圖4F是以平面圖顯示形成在圖案化的藍寶石基板上之部分的半氮極性GaN條紋的掃描式電子顯微照片，該部分的半氮極性GaN條紋已經接受氫氧化鉀蝕刻以確認GaN晶面的氮極性；以及圖5是攝於形成在圖案化的藍寶石基板上之半氮極性GaN(方塊)和半鎵極性GaN(圓圈)的廣泛同軸和離軸繞射的高解析X光搖動曲線測量圖。
當下面的【實施方式】指稱圖式時，可能使用「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「垂直」、「水平」和類似的空間參考。舉例而言，當指稱圖式時，「垂直」可以用於指稱垂直於基板表面的方向，並且「水平」可以用於指稱平行於基板表面的方向。「上部」、「頂部」或「之上」可以用於指稱離開基板的垂直方向，而「下部」、「底部」或「之下」可以用於指稱朝向基板的垂直方向。此種參考是為了教導而使用，並不打算作為對於具體化之裝置的絕對參考。具體化的裝置可以採取任何適合的方式做空間上的定向，其可以不同於圖式所示的定向。
從下面配合圖式所列出的【實施方式】，具體實施例的特徵和優點將變得更明顯。
因為能帶間隙數值為寬，所以III族氮化物材料(例如GaN)是製造綠波長或藍波長發光裝置和製作高功率或高電壓電晶體所想要的材料。本發明人已經認出和體會III族氮化物材料的某些晶體定向可以提供優於其他晶體定向的改善裝置效能。舉例而言，相較於極性或非極性定向，半極性氮化鎵材料可以對於高效率發光二極體是有利的。尤其，具有氮極性定向的半極性氮化鎵的定向(在此稱為半氮極性GaN)由於內部極化場的方向和表面原子組態，而具有對於發光應用的額外好處。
雖然GaN的極性定向(鎵極性和氮極性二者)已經形成在平坦化的藍寶石基板上，但是半氮極性GaN尚未成功的形成在藍寶石基板上。本發明人雖然已經認出和體會圖案化的藍寶石基板(PSS)可以提供適合的模板來在上面形成半氮極性GaN，但是發現直接應用此製程來在PSS上形成氮極性GaN無法產生均勻之積體電路等級的半氮極性GaN。反而有競爭性成核導致異質性結晶學定向，而產生不適合整合裝置製造的基板。
本發明人已經構想和發展出在圖案化的藍寶石基板上形成單晶半氮極性III族氮化物材料(例如GaN)的結構和製程。適合用於積體電路製造的基板範例顯示於圖1。基板100可以包括圖案化的藍寶石基板105，其具有經圖案化而遍佈藍寶石基板的表面之表面結構110的陣列。表面結構110和藍寶石基板105可以包括多個大約平坦的表面，而至少某些表面是由避免晶體從藍寶石生長的遮罩材料140所覆蓋。於某些具體實施例，某些表面可以是稍微彎曲的。該等表面可以定向於不同的方向。某些表面可以不被遮罩材料所覆蓋，並且包括晶體生長表面115。根據某些具體實施例，晶體生長表面可以大約平行(譬如在10毫弧度內)於藍寶石的c面晶面 130，其具有箭號所示的定向。III族氮化物半導體120可以在明確區分的位置而從晶體生長表面115生長，並且可以持續生長，直到半導體120聚結在藍寶石基板上的圖案化特徵之上為止，如圖式所示。於某些具體實施例，可以有至少一薄的緩衝層(未顯示)形成在晶體生長表面115和半導體120之間。III族氮化物半導體可以部分或整個延伸而遍佈藍寶石基板，並且形成基板的「製程表面」(process surface)，其上可以製造整合裝置。
根據某些具體實施例，圖2A~2B顯示有關形成圖案化的藍寶石基板之方法的結構。起初未蝕刻的藍寶石基板105可以切割成使得其(2243)面大約平行於基板的頂部表面108。光阻劑210可以沉積和圖案化在藍寶石基板105的表面上。根據某些具體實施例，光阻劑可以圖案化成周期性格柵，如此則棒狀光阻劑210沿著基板的表面而延伸。光阻劑圖案可以對齊於藍寶石基板的結晶定向，如此則棒狀光阻劑210所延伸的方向大約垂直(譬如在10毫弧度內)於藍寶石基板105的(1100)面。根據某些具體實施例，光阻劑210可以是軟光阻劑(譬如聚合性光阻劑)，或者於某些實施例可以是硬光阻劑(譬如圖案化的無機材料)。於某些情形，光阻劑可加以圖案化而具有傾斜側壁215，如圖式所示。
乾式蝕刻製程(譬如反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)製程)可以用於蝕刻藍寶石基板105，如圖2B所示。蝕刻製程可以是異向性的或半異向性的。根據某些具體實施例，蝕刻製程可以是半選擇性的，亦即它在主要蝕刻基板105的同時還蝕刻某些光阻劑210。於半選擇性蝕刻，隨著藍寶石基板105的蝕刻進行，除了溝槽被蝕刻到基板裡以外，光阻劑210還可以被回蝕。於某些具體實施例，氯基蝕刻劑可以用於蝕刻藍寶石。 於某些實施例，可以包括小量的光阻劑蝕刻劑(譬如用於聚合性光阻劑的O2)而作為蝕刻劑氣體以回蝕某些光阻劑210。可以使用其他的蝕刻劑，此視用於光阻劑的材料而定。於某些實施例，用於藍寶石基板的蝕刻劑可以部分蝕刻光阻劑210。
當溝槽正被蝕刻而部分回蝕光阻劑的結果可以沿著藍寶石基板105中的溝槽產生傾斜的側壁112，如圖2B所示範。側壁相對於藍寶石基板105的未蝕刻表面並不定向於90°，側壁反而可以定向在大約60°和大約80°之間。於某些情形，側壁可以定向在60°和80°之間。於某些具體實施例，側壁可以定向在大約65°和大約75°之間。於某些情形，側壁可以定向在65°和75°之間。蝕刻之藍寶石側壁112的斜率可以藉由調整光阻劑210的蝕刻速率(譬如調整用於光阻劑之蝕刻劑的濃度)和/或調整光阻劑210之側壁215的斜率(譬如調整使光阻劑圖案化的曝露和顯影條件)而控制。
根據某些具體實施例，蝕刻到藍寶石裡之溝槽的間隔或間距P可以在大約0.25微米(μm)和大約10微米之間。於某些情形，間距P可以在0.25微米和10微米之間。於某些具體實施例，溝槽之間的間距可以不是周期性的。根據某些具體實施例，溝槽的蝕刻深度D可以在大約50奈米(nm)和大約2微米之間。於某些情形，蝕刻深度D可以在50奈米和2微米之間。於某些具體實施例，溝槽的寬度可以大約等於或就等於間距P的一半。於其他具體實施例，溝槽的寬度可以大於或小於間距P的一半。在蝕刻溝槽之後，可以使用乾式蝕刻、溶劑或溶解光阻劑210的基板清潔製程而從基板105移除任何剩餘的光阻劑。
在移除光阻劑之後，遮罩層140可以形成在藍寶石基板上之 某些圖案化的表面上。本發明人已經發現包括蒸鍍之氧化物(譬如以電子束蒸鍍製程所沉積的氧化矽)的遮罩層140在將圖案化的藍寶石基板105之不想要有III族氮化物生長的表面加以遮罩是不夠的。在後續高溫(high-temperature，HT)III族氮化物生長條件下所遭遇之無再現性的晶體生長結果則相信是歸因於小於一單位的黏著係數、表面擴散及電子束蒸鍍之氧化矽的再次蒸發。為了克服有關蒸鍍之氧化物遮罩層的問題，本發明人已經發展出形成高溫保形披覆的製程以將藍寶石基板的選擇表面加以遮罩。
根據某些具體實施例，高溫保形的披覆220可以形成在圖案化的藍寶石基板105之表面上，如圖2C所示。根據某些具體實施例，HT保形的披覆可以包括氧化物(譬如氧化矽)或氮化物(譬如氮化矽)，其可以藉由HT保形沉積製程而形成。舉例而言，氧化物可以藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)製程(例如電漿增進的化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD))而沉積。於某些實施例，氧化物或氮化物披覆220可以藉由原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)製程而沉積。根據某些具體實施例，保形披覆的厚度可以在大約10奈米和大約50奈米之間，並且可以覆蓋基板105的所有圖案化表面，如圖式所示。於某些情形，保形披覆的厚度可以在10奈米和50奈米之間。
根據某些具體實施例，可以進行遮蔽式蒸鍍以在部分的氧化物披覆220上形成光阻劑230，如圖2D、2E所示。舉例而言，基板105可以在電子束蒸鍍系統中相對於標靶而傾斜成一角度。於蒸鍍期間，蒸鍍物228可以入射在氧化物披覆220的曝露表面上。披覆的某些「被遮蔽表面」225可以藉由覆蓋表面而隱藏或篩選成免於入射的蒸鍍物228。這些被遮蔽表面 225可以不被蒸鍍物228所披覆。於某些具體實施例，蒸鍍物包括金屬(譬如Cr、Ni、Al、Ti、Au、Ag當中任一者或組合)，雖然其他材料可以用於某些具體實施例。
於某些具體實施例，光微影術可以用於在保形披覆220的選擇表面上形成光阻劑。然而，光微影術會需要幾個製程步驟(譬如光阻劑沉積、曝光、顯影)，並且須要將光罩對齊於基板特徵。
遮蔽式蒸鍍可以用於以一個步驟來在氧化物220的選擇表面上形成硬光阻劑230，而不須將遮罩對齊於基板，這導致如圖2E所示的結構。篩選而免於蒸鍍物的被遮蔽表面225可以具有曝露的氧化物層220，其覆蓋圖案化的藍寶石基板之c面表面，但是不包括金屬或其他保護性光阻劑230做的外層。然後可以進行選擇性異向乾式蝕刻，以從被遮蔽表面225移除氧化物披覆220並且曝露底下的藍寶石。根據某些具體實施例，乾式蝕刻可以包括用於蝕刻氧化物披覆220的氟基蝕刻劑。蝕刻可以曝露圖案化的藍寶石基板之底下的晶體生長表面115，如圖2F所示。於某些具體實施例，溼式蝕刻(譬如緩衝的氧化物蝕刻)可以用於從被遮蔽表面225移除氧化物披覆220。於某些實施例，溼式或乾式蝕刻可以不是選擇性的，並且可以是定時蝕刻。於某些情形，移除披覆220的蝕刻可以在移除披覆之後還部分蝕刻藍寶石。
根據某些具體實施例，光阻劑230可以用乾式或溼式蝕刻製程或基板清潔製程來移除。舉例而言，金屬(譬如Cr)做的硬披覆可以用適合的金屬蝕刻劑來移除。於某些實施例，基板可以在製備時加以清潔以供磊晶生長III族氮化物材料。舉例而言，基板可以在載入金屬有機化學氣相沉 積反應器裡做後續晶體生長之前先在丙酮、甲醇、皮拉那(piranha)溶液中清潔。
本發明人已經發覺和體會到需要在圖案化的藍寶石基板105之曝露的晶體生長表面115小心製備緩衝層以形成積體電路等級品質的半氮極性GaN。測試和精緻了幾種緩衝層製程，包括低溫(low-temperature，LT)氮化鋁(AlN)、高溫AlN、低溫GaN緩衝層製程，以獲得從圖案化的藍寶石基板提供改善生長半氮極性GaN的緩衝層製程。根據第一緩衝層製程，可以從圖案化的藍寶石基板105可靠地生長半鎵極性GaN。根據第二緩衝層製程，可以從圖案化的藍寶石基板105可靠地生長半氮極性GaN。
於第一緩衝層製程，PSS 105可以接受清潔製程，接著是LT GaN緩衝層生長製程，其可以在相同的生長反應器中進行。根據某些具體實施例，低溫緩衝層可以形成在低於大約600℃的溫度。於某些情形，低溫緩衝層可以形成在低於600℃的溫度。清潔製程可以包括在氫(H2)周遭環境中將基板加熱到大約1000℃和大約1200℃之間。於某些情形，清潔製程可以在氫(H2)周遭環境中、1000℃和1200℃之間的溫度來執行。緩衝層然後可以於溫度大約在450℃和大約600℃之間的GaN磊晶生長條件下形成。於某些情形，緩衝層可以於溫度在450℃和600℃之間的GaN磊晶生長條件下形成。根據某些具體實施例，LT GaN緩衝層在大約500℃的溫度下形成。於某些情況，LT GaN緩衝層在500℃的溫度下形成。於某些情形，腔室壓力可以維持在大約100毫巴和大約250毫巴之間。於某些情況，腔室壓力可以維持在100毫巴和250毫巴之間。NH3的流動速率可以在大約1slm和大約4slm之間，並且三甲基鎵(TMGa)的流動速率可以在大約30sccm和 大約50sccm之間。於某些情形，NH3的流動速率可以在1slm和4slm之間，並且三甲基鎵(TMGa)的流動速率可以在30sccm和50sccm之間。根據某些具體實施例，緩衝層可以生長到大約10奈米和大約40奈米之間的厚度。於某些情形，緩衝層可以生長到10奈米和40奈米之間的厚度。
本發明人已經發現加熱到高於900℃的LT GaN緩衝層可以比LT AlN層更容易擴散。於某些具體實施例，LT GaN緩衝層可以從PSS 105的其他氧化物覆蓋表面做遷移和再分布以曝露c面晶體生長表面115。這再分布可以促進GaN在晶體生長表面做選擇性生長。於某些實施例，在形成半鎵極性GaN之前可以使用LT AlN緩衝層。
在根據第一緩衝層製程生長LT GaN緩衝層之後，基板的溫度可以滑升以用於從晶體生長表面來HT生長半鎵極性GaN。根據某些具體實施例，在引入用於GaN生長的反應物之前，LT GaN緩衝層可以在大約900℃和大約1100℃之間的溫度下退火達一段時間。退火時間可以在大約1分鐘和大約10分鐘之間。於某些情形，在900℃和1100℃之間的溫度，退火時間可以在1分鐘和10分鐘之間，半極性GaN的HT生長可以發生在大約900℃和大約1100℃之間的溫度。於某些情形，HT生長可以發生在900℃和1100℃之間的溫度。
根據其他具體實施例，第二緩衝層製程可以用於從晶體生長表面形成半氮極性GaN。於第二緩衝層製程，PSS 105可以做熱清潔，如針對第一緩衝層製程所述。然後可以進行氮化製程以氮化曝露的晶體生長表面115。根據某些具體實施例，氮化製程可以包括在包括氮氣(N2)和氨氣(NH3)的混合物周遭環境中將PSS 105加熱到大約900℃和大約1000℃之間的溫 度。於某些情形，PSS可以在氮化期間加熱到900℃和1000℃之間的溫度。N2的流動速率可以在大約3和大約7slm之間。NH3的流動速率可以在大約1和大約5slm之間。氮化的持續時間可以在大約0.5和大約5分鐘之間。於某些情形，N2的流動速率可以在3和7slm之間，NH3的流動速率可以在1和5slm之間，並且氮化的持續時間可以在0.5和5分鐘之間。因為氮化，所以從在晶體生長表面115的c面藍寶石的生長相較於圖案化的藍寶石基板105之其他表面而言會是最不偏好的。因此，需要遮罩層140(譬如保形的氧化物披覆220)以避免在其他的藍寶石表面有不要的晶體生長。
在氮化之後，PSS可以接受LT GaN緩衝層製程；在此期間，於某些實施例，基板加熱到大約450℃和大約600℃之間。於某些情況，LT GaN緩衝層沉積是在450℃和大約600℃之間的溫度或在500℃的溫度下進行。於某些情形，基板可以加熱到大約500℃，並且腔室壓力可以維持在大約100毫巴和大約250毫巴之間。於某些情況，腔室壓力可以維持在100毫巴和250毫巴之間。NH3的流動速率可以在大約1slm和大約4slm之間。三甲基鎵(TMGa)的流動速率可以在大約30sccm和大約50sccm之間。於某些情形，NH3的流動速率可以在1slm和4slm之間，並且三甲基鎵(TMGa)的流動速率可以在30sccm和50sccm之間。LT GaN緩衝層可以生長到大約20奈米和大約100奈米之間的厚度。於某些情形，LT GaN緩衝層可以生長到20奈米和100奈米之間的厚度。於某些具體實施例，緩衝層可以生長到大於50奈米的厚度。當LT GaN緩衝層是在以下條件所形成時發現了半氮極性GaN的改善生長條件：腔室壓力是大約200毫巴、NH3的流動速率是大約1slm、TMGa的流動速率是大約40sccm、緩衝層生長到大約80奈米 的厚度。
在根據第二緩衝層製程來生長LT GaN緩衝層之後，基板的溫度可以滑升以用於從晶體生長表面來HT生長半氮極性GaN。於某些實施例，LT GaN緩衝層可以在HT生長半氮極性GaN材料之前先退火。本發明人已經發現當LT GaN緩衝層的退火時間相較於生長半鎵極性GaN所用時間而減少高達三倍時，後續生長半氮極性GaN有改善的結果。在退火期間，H2的流動速率可以在大約3slm和大約7slm之間。NH3的流動速率可以在大約1slm和大約5slm之間。於某些情形，H2的流動速率可以在3slm和7slm之間，並且NH3的流動速率可以在1slm和5slm之間。退火的持續時間可以在大約0.5分鐘和大約3分鐘之間。退火溫度可以在大約900℃和大約1100℃之間。於某些情形，退火的持續時間可以在0.5分鐘和3分鐘之間，並且退火溫度可以在900℃和1100℃之間。
相較於生長半鎵極性GaN來看，從LT GaN緩衝來生長半氮極性GaN的困難則歸因於緩衝層退火期間基於緩衝極性所發生的不同相變化，以及歸因於圖案化的藍寶石基板上所發生之選擇性製程。舉例而言，Ga極性GaN的LT GaN緩衝層在退火期間可以經歷熟化再結晶時期(其可以由當場反射度追蹤圖中的似鼻尖峰所指出)。於再結晶期間，GaN可以發生分解和再沉積，這可以有利於基板上之纖鋅礦(Wurtzite)相成核的生長。
相對而言，並且如反射度測量所可見，N極性GaN緩衝層可以不經歷此種相變化，如此則HT GaN生長可以進行，而不會有瞬時振盪所造成的粗糙化恢復時期。對於N極性GaN來說，以掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy，SEM)和原子力顯微鏡(atomic force microscopy， AFM)來檢視緩衝層和起初生長階段則顯示緩衝層有增強的分解。GaN分解的速率限制性製程可以歸因於在基板表面形成了GaH。鎵極性和氮極性之間的分解速率差異可以歸因於晶體結構中的鍵結組態，其中在每個雙層中，金屬離子只有一個對氮原子的背鍵結(back bond)(氮極性的情形)而非三個鍵結(鎵極性的情形)。對於Ga極性GaN緩衝層來說，能夠做到均勻晶體生長的因素是LT GaN緩衝層於退火期間再分布到c藍寶石晶體生長表面上。由於再分布不輕易以氮化的藍寶石表面和N極性LT GaN緩衝層所發生，故可以導致稀疏的成核，並且已經由本發明人觀察到。為了改善N極性情形的後續晶體生長均勻性，可以增加緩衝層的厚度，並且可以減少緩衝層的退火時間。
根據某些具體實施例，緩衝層可以從不同於後續生長材料的材料來形成。舉例而言，緩衝層可以由任何適合的III族氮化物合金所形成，譬如AlN、InN、AlGaN、InGaN、InAlGaN，而後續生長的磊晶層可以包括GaN。於某些實施例，緩衝層可以由GaN所形成，並且後續生長的半極性磊晶層可以包括任何其他適合的III族氮化物合金。其他半極性材料的形成可以須要添加或取代其他的反應物，例如三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)作為鋁的來源，以及三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)作為銦的來源。用於形成GaN磊晶層的反應物可以包括三乙基鎵(TEG)或三甲基鎵(TMGa)。於生長或再生長半極性III族氮化物磊晶層期間，這些氣體的流動速率可以在大約10sccm和大約60sccm之間。於某些情形，於生長或再生長半極性III族氮化物磊晶層期間，這些氣體的流動速率可以在10sccm和60sccm之間。
在形成緩衝層之後，可以進行半極性III族氮化物材料的磊 晶生長。隨著半極性GaN材料的生長從晶體生長表面115所進行，可以首先形成III族氮化物晶體250的島狀物而遍佈圖案化的藍寶石基板105之表面，如圖2G所示。根據某些具體實施例，磊晶生長製程可以包括金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)。於某些具體實施例，可以使用分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)或氣相磊晶(vapor phase epitaxy，VPE)製程。因為圖案化的藍寶石基板105上有傾斜的晶體生長表面115，所以氮化鎵晶體250可以採取結晶平面(半鎵極性GaN為2021，或者半氮極性GaN為2021)來生長，其方向平行於藍寶石基板105之原始平坦的表面。半氮極性GaN晶體250的結晶定向在圖2G中是以軸202所顯示。
磊晶生長可以持續，如此則III族氮化物晶體250聚結以形成連續的半導體層120，如圖1所示。根據某些具體實施例，磊晶層的厚度可以在大約一微米和大約10微米之間。於某些情形，磊晶層的厚度可以在一微米和10微米之間。於某些實施例，半導體120的上製程表面可以具有平行於晶體生長表面115的隆脊，其起源於偏好的結晶生長平面(譬如半氮極性GaN的(1010)和(1011)平面)之交叉。於某些情形，化學機械拋光(chemical-mechanical polishing，CMP)步驟可以用於平坦化半導體層120的上表面。於某些實施例，III族氮化物材料可以從拋光和平坦化的半導體層120再生長。
於某些具體實施例，可以持續磊晶生長以減少在聚結的半導體120之製程表面的缺陷數目。根據某些具體實施例，半極性GaN的基底磊晶層120所可以生長的厚度使得缺陷的密度減少到在製程表面的程度是積體電路裝置所可接受的。舉例而言，在磊晶層120之頂面的缺陷密度可 以在某些具體實施例中小於每平方公分約109個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分約106個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分約104個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分約102個缺陷、在某些具體實施例中更小於每平方公分約10個缺陷。於某些情形，在磊晶層120之頂面的缺陷密度可以在某些具體實施例中小於每平方公分109個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分106個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分104個缺陷、在某些具體實施例中小於每平方公分102個缺陷、在某些具體實施例中更小於每平方公分10個缺陷。
上述生長III族氮化物材料的結構和方法可以用於在藍寶石基板上形成半氮極性或半鎵極性GaN。所得的結構可以使用某些標準技術(例如MOCVD、蝕刻、化學機械拋光……)而大量生產，並且可以縮放到不同的基板尺寸。這些製程可以避免有關嘗試生長整塊GaN晶體和從此種精品來產生晶圓的花費。習用而言，半氮極性GaN僅可以藉由將昂貴的整塊GaN基板加以切片而產生，而在可得性和尺寸上有所限制。上述的結構和方法可以做到在比較不昂貴的藍寶石基板上合成半氮極性GaN平面，該基板在商業上是成熟的並且是廣泛可得的。
雖然上述的結構和方法主要關於形成半鎵極性(2021)GaN和半氮極性(2021)GaN磊晶層，但是該等方法可以用於形成其他的半極性面定向。舉例而言，非極性(1120)、(1010)以及半極性(1011)、(1011)、(1122)、(1122)可以使用具有不同結晶學定向之圖案化的藍寶石基板而生長。藉由使用正確切片的藍寶石基板，則磊晶層中大約任何的GaN定向都可以是可能的。雖然已經描述了半極性GaN的磊晶生長，但是其他III族氮化物材料(譬 如(Al,In,Ga)N)的半極性定向可以根據某些具體實施例來生長。本結構和方法也可以用於形成多樣的半極性III族氮化物合金，譬如AlGaN、InGaN、InAlGaN。於某些實施例，部分或所有的磊晶生長層可加以摻雜以具有n型或p型導電性，如此則積體電路裝置(例如電晶體、二極體、閘流體、LED和雷射二極體)可以製造於磊晶層中。於某些情形，摻雜可以在磊晶生長期間來做，以及/或者在生長之後來為之(譬如使用對磊晶層的離子佈植)。微製造等級的基板可以使用某些標準技術(例如MOCVD、蝕刻、化學機械拋光……)而大量生產，並且基板可以縮放成不同的尺寸(譬如直徑大於2英吋)。上述的製程可以避免有關生長整塊GaN晶體和從此種精品來產生晶圓的花費。上述的結構和方法可以在比較不昂貴的藍寶石基板上做到製造半極性GaN磊晶層，該基板在商業上是成熟的並且是廣泛可得的。
半氮極性GaN平面可以提供解決方案給發光二極體(LED)的挑戰，例如「效率萎縮」(efficiency droop)(LED的效率隨著注入電流增加而滑落)和「綠色隔閡」(green gap)(LED的效率隨著發射波長從藍增加到綠而滑落)。非極性或半極性GaN可以是減少效率萎縮和改善長波長發光二極體效率的有用候選者。以寬的量子井(quantum well，QW)來設計裝置卻不由於量子侷限的斯塔克(Stark)效應而遭受效率劣化的能力則可以由於增加了作用體積而在高載子密度下做到高效率。舉例而言，自從起初在2009年示範了綠光雷射二極體(laser diode，LD)，半極性(2021)定向最近已顯得是用於高效率、長波長的LED和LD的領先候選者。進一步調查半極性定向所已經產生的結果顯示(2021)定向在載子傳輸和效率萎縮方面具有優於(2021)定向的有利性質。如計算所可顯示，(2021)定向之極化場所指的方向相反於其(2021) 對應者。以極化場減少許多而言(大約25%的Ga極性GaN)，這極化場的方向是在相同的大小等級並且相反於內建的接合場，而允許(2021) GaN中所製造之QW的能帶輪廓更靠***坦能帶條件。這可以增加電子重疊、改善輻射效率、改善萎縮特徵。附帶而言，(2021)定向顯示增加了InGaN的均質性、提高銦在較高溫度下的併入而產出較高品質的作用層、改善傳輸性質而能夠提高QW之間載子濃度的均勻性、減少熱萎縮。此種特徵使半氮極性GaN對於整合裝置的製造而言是極為想要的。
<範例>
半鎵極性和半氮極性GaN的磊晶生長遵循上述方法而進行在圖案化的藍寶石基板上。圖3A是掃描式電子顯微照片，其以平面圖顯示根據某些具體實施例而從遮罩和圖案化的藍寶石基板105所生長的半鎵極性GaN晶體250。PSS包括隔開大約6微米的晶體生長表面115，並且藍寶石基板中之溝槽的蝕刻深度D是大約1微米。晶體生長表面的定向是從基板的製程表面大約75°。PSS基板上的其他表面是以PECVD氧化物所遮罩，如上面關於圖2C~2F所述。大約20奈米厚的LT GaN緩衝層形成在基板的晶體生長表面115上而無氮化。緩衝層的生長條件為：大約200毫巴的壓力、大約500℃的溫度、大約1slm的NH3流動以及大約40sccm的TMGa流動速率。接下來，半鎵極性GaN在以下磊晶生長條件下生長：大約1030℃、大約100毫巴、大約40sccm的TMGa以及大約1slm的NH3。
圖3A的顯微照片顯示棒狀GaN晶體250，其從晶體生長表面115生長而具有高均勻性。當蒸鍍製程而非PECVD用於形成遮罩的氧化物時，本發明人觀察到除了晶體生長表面以外，在圖案化的藍寶石基板之 其他表面上也有成核和晶體生長。這導致極不均勻的III族氮化物材料，其不適合積體電路製造。
GaN的生長持續約二小時，如此則晶體250聚結成GaN半導體120的連續層，如圖3B所示。聚結的晶體展現隆脊和次晶面，並且在基板的製程表面包括二個緩慢生長的晶體晶面(1010)和(1011)。從聚結的GaN來測量顯示大約360弧秒線寬度的對稱式X光搖動曲線，並且指出差排密度(dislocation density)範圍在每平方公分大約109個。
也對聚結的GaN做穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope，TEM)測量、陰極發光(cathodoluminescence，CL)測量以及CL光譜圖特徵化。聚結的半鎵極性GaN之CL測量顯示於圖3C。TEM截面影像指出(1010)m面底下的區域由於Ga極性GaN生長而具有高密度的基面堆疊錯誤(basal-plane stacking fault，BSF)。TEM影像也指出(1011)晶面底下的區域具有許多差排。BSF可能是圖3C再生的CL全色圖所可見之黑暗帶310的原因。更高倍放大的CL測量則暗示(1011)區域具有在每平方公分大約108個和每平方公分大約109個之間的差排，其顯得是在條紋的聚結區域而開始。
於第二組的GaN生長，晶體生長表面的氮化(如關於圖2G所述)是在這些表面上形成LT GaN緩衝層之前先進行。氮化提供極性翻轉，如此則可以生長半氮極性GaN。緩衝層是在相同於上述半鎵極性生長的磊晶生長條件下形成。然而，緩衝層厚度增加到約80奈米，並且緩衝層退火條件是：1030℃達2到4分鐘。接下來，使用相同於上面半鎵極性GaN範例所述的磊晶生長條件，半氮極性GaN在高溫下從晶體生長表面115來生長。
圖4A是掃描式電子顯微照片，其以立視圖顯示從圖案化的藍寶石基板105之晶體生長表面所形成的半氮極性GaN晶體252。顯微照片中指出GaN晶體的幾個晶面。晶體持續生長而聚結，如圖4B所示。聚結的結構顯示半氮極性GaN120的連續層延伸在圖案化的藍寶石基板105上。半導體層包括隆脊和次晶面(1010)和(1011)，其結構類似於圖3B所示之半鎵極性GaN的隆脊表面。
圖4C是穿透式電子顯微鏡(TEM)影像，其顯示有關沿著基面方向而在c面生長表面之缺陷的對比。這些缺陷的延伸受限在此區域，並且生長方向上的主要材料顯示有最小的缺陷對比。相較於在相同生長條件下所形成之半鎵極性GaN的類似影像，(1010)m面底下的區域具有低很多的基面堆疊錯誤(BSF)密度，並且(1011)的面底下的區域也顯得具有較低的缺陷密度。然而，靠近聚結邊界，產生了額外的缺陷。在平面的藍寶石基板上所利用的傳統磊晶生長方法下，N極性生長方向所產生的材料典型而言展現堆疊錯誤。這產生的錯誤已經歸因於生長遮罩或模板與N極性生長方向的交互作用。對於在此所示的結果，主要的GaN生長會是在N極性生長方向。然而，如在圖案化的藍寶石基板上所形成之半氮極性GaN層的TEM成像和微結構特徵化所指出，N極性的方向性生長(方向大約垂直於晶體生長表面)本質上不差，並且材料品質可以與生長在藍寶石上的Ga極性GaN層相比擬。對於PSS而言，由於生長的晶體定向上方而遠離基板，故與藍寶石模板之減少的交互作用可以減少或免除發生堆疊錯誤的傾向。沒有從生長介面向上傳播的一些堆疊錯誤和接近聚結晶體的差排，圖4C之TEM影像所示的磊晶生長之半氮極性GaN反而是大大的毫無缺陷對比。
聚結之半氮極性GaN層120的陰極發光顯示於圖4D。CL影像指出主要的錯誤顯示在(1010)型晶面之下，如CL影像中的黑暗區域所示。CL的結果與TEM影像的觀察一致。CL影像不具有半鎵極性GaN中所存在的黑暗帶(見圖3C)。沒有這些黑暗帶則指出大大減少了半氮極性GaN的基面堆疊錯誤。據此，半氮極性GaN(2021)磊晶層可以具有優於根據上述製程所形成之半鎵極性GaN(2021)磊晶層的微結構品質。
進行蝕刻測試以決定磊晶生長的GaN具有半氮極性定向。對於此測試而言，非聚結的GaN晶體在室溫下的5M KOH蝕刻溶液中蝕刻5分鐘。圖4E是SEM影像，其顯示在蝕刻之前的磊晶生長晶體之推定氮極性面。圖4F顯示在蝕刻之後的類似面。SEM看到面向外的面被蝕刻和粗糙化。粗糙化的表面確認N極性GaN(0001)晶面是從圖案化之藍寶石基板的晶體生長表面所生長。
圖5的圖形源自半鎵極性和半氮極性GaN磊晶層的高解析X光繞射搖動曲線分析。測量是以開放的偵測器組態和在寬廣範圍的同軸和離軸繞射來進行。對於半氮極性(2021)和半鎵極性(2021)二個定向而言，搖動曲線寬度可以抵達到低於360弧秒，這指出半導體有良好的微結構品質。
<結論>
「大約」和「約」等詞可以用於意謂在某些具體實施例中之目標尺度的±20%裡、在某些具體實施例中之目標尺度的±10%裡、在某些具體實施例中之目標尺度的±5%裡、更在某些具體實施例中之目標尺度的±2%裡。「大約」和「約」等詞可以包括目標尺度。
如在此所用的選擇性蝕刻包括使基板接受蝕刻劑，其優選蝕刻至少一材料的速率要比第二材料來得快。於某些情形，第二材料可以形成為硬遮罩(譬如無機材料，例如氧化物、氮化物、金屬或類似者)或軟遮罩(譬如光阻或聚合物)。於某些具體實施例，第二材料可以是裝置結構之具有不同於第一材料的材料特徵(譬如摻雜密度、材料組成或晶體結構)的部分。蝕刻可以是乾式蝕刻或溼式蝕刻。
在此所述的科技可以具體為方法，而已經提供其至少一範例。進行成部分方法的動作可以採取任何適合的方式來排序。據此，具體實施例可以建構成以不同於示範的次序來進行動作，其可以包括同時進行某些動作，即使在示範性具體實施例中顯示成依序的動作。附帶而言，方法於某些具體實施例中可以包括多於所示範的動作，並且於其他具體實施例中包括少於所示範的動作。
雖然圖式典型而言顯示小部分的磊晶生長之GaN層，但是將體會大面積或整個基板可以覆蓋了此種磊晶生長層。此外，磊晶層可加以平坦化(譬如藉由化學機械拋光來為之)，並且積體電路裝置(譬如電晶體、二極體、閘流體、發光二極體、雷射二極體、光二極體和類似者)可以使用磊晶生長的材料來製造。於某些具體實施例，積體電路裝置可以用於消費性電子裝置，例如智慧型電話、平板、個人數位助理(PDA)、電腦、電視、感測器、照明器材、顯示器以及特用積體電路。
因此已經描述了本發明的至少一示範性具體實施例，故熟於此技藝者將輕易想到多樣的更動、修改和改進。此種更動、修改和改進打算是在本發明的精神和範圍裡。據此，前面的敘述只是舉例而已並且不打 算是限制性的。本發明僅受限於如下面申請專利範圍及其等同者所界定的。
100‧‧‧基板
105‧‧‧圖案化的藍寶石基板
110‧‧‧表面結構
115‧‧‧晶體生長表面
120‧‧‧III族氮化物半導體
125‧‧‧拋光和平坦化的半導體層
130‧‧‧c面
140‧‧‧遮罩材料

Claims (29)

  1. 一種在基板上形成半極性氮化鎵磊晶層的方法，該方法包括：在圖案化的藍寶石基板之圖案化表面上形成保形的遮罩層；在部分的該遮罩層上沉積光阻劑；蝕刻該遮罩層之不被該光阻劑所覆蓋的區域，以曝露出該圖案化的藍寶石基板上之晶體生長表面；以及從該晶體生長表面來生長半極性氮化鎵。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中形成該保形的遮罩層包括藉由氣相沉積製程而沉積材料。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該氣相沉積製程包括電漿增進的化學氣相沉積或原子層沉積。
  4. 如申請專利範圍第2或3項的方法，其中該氣相沉積製程包括沉積氧化物或氮化物。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中該保形的遮罩層之厚度在大約10奈米和大約50奈米之間。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中沉積光阻劑包括執行遮蔽式蒸鍍以沉積蒸鍍物。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該蒸鍍物包括金屬。
  8. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該蒸鍍物包括鉻。
  9. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該光阻劑不形成在該圖案化的藍寶石基板之平行於該藍寶石的c面晶面的表面上。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中蝕刻該遮罩層的 區域包括進行乾式蝕刻或溼式蝕刻。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中生長半極性氮化鎵包括從該晶體生長表面來磊晶生長半鎵極性GaN。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其進一步包括在生長該半鎵極性GaN之前先在低於大約600℃的溫度下生長氮化鎵緩衝層。
  13. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該半鎵極性GaN具有平行於該基板之製程表面的(2021)晶面。
  14. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中生長半極性氮化鎵包括從該晶體生長表面來磊晶生長半氮極性GaN。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其進一步包括：氮化該晶體生長表面；以及在生長該半氮極性GaN之前，在低於大約600℃的溫度下生長氮化鎵緩衝層。
  16. 如申請專利範圍第14項的方法，其中氮化該晶體生長表面包括在包含氮氣(N2)和氨氣(NH3)的混合物之周遭環境中加熱該圖案化的藍寶石基板到大約900℃和大約1000℃之間的溫度。
  17. 如申請專利範圍第14項的方法，其中生長氮化鎵緩衝層包括生長該氮化鎵緩衝層到大於大約50奈米的厚度。
  18. 如申請專利範圍第14項的方法，其中生長氮化鎵緩衝層包括：將該基板加熱到大約450℃和大約600℃之間；將生長腔室加壓到大約100毫巴和大約250毫巴之間；以大約1slm和大約4slm之間的速率將NH3流動到該生長腔室裡； 以大約30sccm和大約50sccm之間的速率將三甲基鎵(TMGa)流動到該生長腔室裡；以及生長該氮化鎵緩衝層到大約20奈米和大約100奈米之間的厚度。
  19. 如申請專利範圍第14項的方法，其中該半氮極性GaN具有平行於該基板之製程表面的(2021)晶面。
  20. 一種基板，其包括：圖案化的藍寶石基板，其具有在不同定向的多個表面和形成在該等表面之某些者上的遮罩層；晶體生長表面，其為該等多個表面的一部分而不被該遮罩層所覆蓋；以及磊晶氮化鎵，其相鄰於該等晶體生長表面而形成。
  21. 如申請專利範圍第20項的基板，其中該圖案化的藍寶石基板具有大約平行於該基板之製程表面的(2243)晶面和大約平行於該等晶體生長表面的c面晶面。
  22. 如申請專利範圍第20或21項的基板，其中該圖案化的藍寶石基板包括溝槽的陣列，而該等晶體生長表面形成該等溝槽的壁。
  23. 如申請專利範圍第22項的基板，其中該等溝槽的間距在大約0.25微米和大約10微米之間，並且該等溝槽的深度在大約50奈米和大約2微米之間。
  24. 如申請專利範圍第22項的基板，其中該磊晶氮化鎵聚結在該等溝槽之上以形成而遍佈該基板之連續的半導體層。
  25. 如申請專利範圍第20或21項的基板，其進一步包括在該等晶體生 長表面和該磊晶氮化鎵之間的緩衝層。
  26. 如申請專利範圍第20或21項的基板，其中該等晶體生長表面被氮化。
  27. 如申請專利範圍第20或21項的基板，其中該磊晶氮化鎵具有(2021)或(2021)晶面，其平行於該藍寶石基板之起初未蝕刻的表面。
  28. 如申請專利範圍第20或21項的基板，其中該磊晶氮化鎵具有半氮極性晶面，其平行於該基板的製程表面。
  29. 如申請專利範圍第28項的基板，其中該等晶體生長表面被氮化。
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