TWI395259B - 成長於金屬層上之複合半導體基板、其製造方法及利用該複合半導體基板形成之複合半導體元件 - Google Patents

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Description

成長於金屬層上之複合半導體基板、其製造方法及利用該複合半導體基板形成之複合半導體元件
本發明係有關於一種用在製造發光元件之複合半導體基板，以及一種用於製造該複合半導體基板之方法；並且尤其係有關於一種用於製造複合半導體基板之方法(其可以輕易地且低成本地製造具有一複合半導體層成長於金屬層上之基板)，以及關於藉此製造之一種複合半導體基板與一種複合半導體元件。
作為典型複合半導體之氮化鎵(GaN)係已知是適用於應用至藍光發光元件或高溫電子元件的材料。近來，由於藍光發光元件的需求遽增，GaN基板的需求因而漸增。然而，高品質的GaN基板是難以製造，並且因此需要大量製造成本與時間。例如，廣泛地被用在製造高品質GaN基板之磊晶橫向再成長(Epitaxial Lateral Overgrowth, ELO)方法係使用條狀的SiO2 罩幕，來減少由基板及GaN結晶之間晶格常數與熱膨脹係數之差異造成的應力。亦即，ELO方法係成長一GaN膜於基板上、將成長有GaN膜的基板自反應器取出、在一沉積設備中將基板充電以形成一SiO2 膜於GaN膜上、將沉積有SiO2 膜的基板自沉積設備取出、使用光微影技術形成一SiO2 罩幕圖案、以及在反應器中再次地將基板充電以形成一GaN層(更多細節請參閱韓國專利案第455277號)。然而，如同前述，ELO方法係不利地 使用了一複雜製程、需要更多製程時間、以及再現性與良率有問題。
同時，改善發光效率或減少利用前述複合半導體所製造之發光元件的功率消耗也是一個重要問題。亦即，由發光元件之發光層(active layer)產生的光係朝向發光元件的一表面放射且朝向一基板放射，因此光會被基板吸收，因而減少了發光效率。為了解決此問題，已經利用一圖案化基板以减少被基板的穿透或吸收，嘗試將從發光層產生且朝向基板放射的光分散地反射，藉此增加朝向發光元件之表面的發光效率。然而，此嘗試具有必須製造圖案化基板之複雜製程與耗時的缺失。
另外，美國專利第6,239,005號建議形成一磊晶鉑層於一藍寶石基板表面上且利用金屬有機氣相磊晶來成長一GaN層於其上的技術。亦即，此技術是使用鉑層作為一反射鏡與一下部電極，以改善發光效率與降低電阻。然而，成長一GaN層於金屬層上實質上是困難的，並且因而此美國專利使用一昂貴的製程，其中該製程係定義一電絕緣基板的特定晶格面(其具有單一晶格結構)以作為欲被成長之層之表面、以特定晶格方位之方向來磊晶地成長一鉑層於該特定面上、以及磊晶地成長一GaN層於其上。
就此而論，實際上需要昂貴與複雜的製程(例如光微影技術)來製造結晶缺陷少之高品質複合半導體基板，並且需要昂貴的製程來改善發光效率且减少功率消耗。此外，先不論高成本，再現性與良率之問題仍未解決。
所以，本發明係設計用以解決前述習知技術的問題，以及所以本發明之一目的在於提供一種高品質與效率之複合半導體基板及其簡單且低成本之製造方法。
為了達到前述目的，本發明使用多個球體，取代了複雜且昂貴的微影技術或磊晶地成長一複合半導體層於一磊晶成長金屬層上的技術。
根據本發明，一種用以製造一複合半導體基板之方法，其包含：(a)製備複數個球體；(b)塗覆該複數個球體於一基板上；(c)沉積一金屬層於被塗覆有該些球體之該基板上，該金屬層之厚度小於該些球體之尺寸；(d)從沉積有該金屬層之該基板移除該複數個球體；(e)從該基板之一表面成長一複合半導體層，其中該表面係藉由移除該複數個球體而暴露出；(f)以橫向方向成長該複合半導體層，以在該金屬層上形成一連續的複合半導體層；以及(g)成長該複合半導體層至一目標厚度。
在此，該些球體可以包括氧化矽(SiO2 )球體、藍寶石(Al2 O3 )球體、氧化鈦(TiO2 )球體、氧化鋯(ZrO2 )球體、Y2 O3 -ZrO2 球體、氧化銅(CuO、Cu2 O)球體、氧化鉭(Ta2 O5 )球體、PZT(Pb(Zr, Ti)O3 )球體、Nb2 O5 球體、FeSO4 球體、Fe3 O4 球體、Fe2 O3 球體、Na2 SO4球體、GeO2 球體、或CdS球體，並且就尺寸與製造容易性而言，使用氧化矽球體較佳的。
此外，該些球體可以藉由簡單的方法(例如沈浸塗覆方法或旋轉塗覆方法)被塗覆在基板上，並且透過超音波清洗方法或化學蝕刻方法簡單地被移除。
此外，該金屬層可以是由Pt、Ti、Cr、Al或Cu製成，且由濺鍍或蒸發方法來沉積。
因此，本發明之製造方法是藉由一簡單且低成本而不需要精密控制的製程來執行。
根據本發明由前述方法製造之複合半導體基板係包括：一基板；一金屬層，其堆疊在該基板上且具有複數個圓形開口，該基板之一表面透過該些圓形開口暴露出；以及一複合半導體層，其從由該些圓形開口暴露出之該基板表面成長而填充該些開口且覆蓋住該金屬層。
另外，根據本發明，一種複合半導體元件可以使用前述複合半導體基板來製造，複合半導體層包含：一第一導電類型複合半導體層；一發光層，其形成在該第一導電類型複合半導體層上；以及一第二導電類型複合半導體層，其形成在該發光層上，並且該複合半導體元件係使用該金屬層作為一第一電極且包含一第二電極，該第二電極形成在該第二導電類型複合半導體層上。
所以，本發明之複合半導體元件可以使用金屬層作為一反射膜及一電極，以改善發光效率且減少功率消耗。
在下文，將參照附圖來詳細地敘述本發明之較佳實施 例。在敘述之前，應當瞭解的是，說明書與隨附申請專利範圍所使用的術語不應被解讀成受限於一般與字典意義，而應按照發明人被允許合適地定義該些術語最佳解釋之原則根據對應於本發明技術態樣的意義與觀念來解讀。在下述說明顯示有一層位在另一層上的情況中，這可以被解讀成此層直接地位在此另一層上或一第三層被插置在其間。
第1-6圖係繪示根據本發明一較佳實施例用以製造一複合半導體基板與利用其製造一複合半導體元件的方法。第1(a)圖與第2-6圖為截面圖，而第1(b)圖為平面圖(第2圖以後係省略平面圖)。在圖中，每一層之厚度或尺寸係被誇張化，以為了說明之方便性且清楚性。圖中相同的元件符號代表相同的元件。
參照第1圖，首先，多個球體12被製備且被塗覆在一基板10上。球體12可以藉由使用各種材料以製造或透過購買來製備，例如球體12可以是氧化矽(SiO2 )球體、藍寶石(Al2 O3 )球體、氧化鈦(TiO2 )球體、氧化鋯(ZrO2 )球體、Y2 O3 -ZrO2 球體、氧化銅(CuO、Cu2 O)球體、氧化鉭(Ta2 O5 )球體、PZT (Pb(Zr, Ti)O3 )球體、Nb2 O5 球體、FeSO4 球體、Fe3 O4 球體、Fe2 O3 球體、Na2 SO4 球體、GeO2 球體、或CdS球體。可以根據複合半導體元件作為最終產品的類型與尺寸來選擇從數奈米(nm)至數十微米(μm)之球體12尺寸(直徑)。近來，考慮作為發光元件之GaN基板之GaN層的厚度係典型地為數微米，較佳是使用尺寸例如約10nm至約2μm之球體。此外，為了塗覆球體12於基板10 上且接著移除之製程方便性，較佳是使用氧化矽(SiO2 )球。
在敘述以氧化矽(SiO2 )球為例來製造球體12之製造方法時，TEOS (tetraethyl orthosilicate)先溶解在無水乙醇中，以製備第一溶液。並且，將溶解有氨之乙醇、去離子水與乙醇混合，以製備第二溶液。氨係作為製造球體的催化劑。然後，將第一溶液與第二溶液混合，且接著將其在預定溫度下攪拌預定時間，以形成球體。球體藉由離心分離技術從含有球體的溶液被分離出來且被乙醇清洗，並且經清洗的球體被分散在一乙醇溶液中以獲得類似漿液的分散有球體之溶液。可以根據製造條件(即反應時間、溫度或反應材料量)將球體形成為各種尺寸。同時，在西元2005年3月9日申請為韓國申請案號為10-2005-0019605且西元2006年9月19日公開為韓國公開案號為10-2006-0098977之韓國專利申請案中(其在此被併入本文作為參考)，申請人建議了一種在被塗覆有球體的基板上成長一複合半導體層。此申請案詳細地教示了一種製造氧化矽的方法。
分散有球體之溶液係使用滴落浸濕或旋轉塗覆方法被塗覆在基板10上。此時，球體12在基板10上的密度可以透過適當地控制塗覆時間與頻率來控制。如第1圖所示，球體12較佳地不被塗覆成太緻密，而是被塗覆成適度地暴露出基板10的程度。一金屬層20(第2圖及之後圖)形成在基板10表面之暴露的球體間上，金屬層20較佳地是被形成為連續層形狀以當金屬層20作為複合半導體元件之 一電極時電阻是小的。再者，必須將金屬層20面積固定成金屬層20可以將從一下述發光層60(第6圖)產生且朝向基板10放射之光反射的程度，以增加光朝向元件之一表面(第6圖之上表面)放射的量。同時，若球體12被塗覆成太稀疏，則需要大量時間來從開口30(第3圖)成長一複合半導體層50(第5圖及之後圖)，其中該些開口30是藉由移除球體12來形成。因此，球體12的塗覆密度是考量發光元件之發光效率以及複合半導體層之成長速度來適當地控制。
基板10可以由藍寶石(Al2 O3 )、GaAs、尖晶石(spinel)、InP、SiC、或Si製成，然而每一材料具有下述優點與缺點，並且因此根據應用範圍或希望的品質被適當地選擇。換句話說，藍寶石基板在高溫下具有高穩定性，但是由於其小尺寸因而其難以製造大尺寸基板。碳化矽(SiC)基板具有與氮化鎵(GaN)相同的結晶結構、在高溫下的高穩定性、以及類似氮化鎵(GaN)的晶格常數與熱膨脹係數，但是其具有高成本的缺點。矽基板與氮化鎵(GaN)之間具有約17%之晶格常數差異以及約35%之熱膨脹係數差異，但是其可以被用來製造12英吋或更大之大尺寸基板，藉此減少製造成本且顯著地擴張由其製造的元件的應用範圍。
參照第2圖，金屬層20被沉積在塗覆有球體12的基板10上。不需要藉由精密製程條件的磊晶成長製程來形成此金屬層20，並且因此在考量產能時，金屬層20可以由濺鍍方法或蒸發方法來沉積。金屬層20可以避免從發光層 60放射的光被基板10吸收且損失，以及作為一反射膜以將光朝向發光元件之一表面反射，並且金屬層20係作為發光元件的一電極。所以，使用具有良好反射性及低電阻的材料(例如Pt、Ti、Cr、Al、或Cu)是較佳的。此外，金屬層20可以至少具有光無法穿透但會反射的厚度，並且其厚度小於球體12的直徑以使得球體12可以在一後續步驟中被移除。
之後，球體12被移除以形成複數個實質圓形的開口30，而且可以在此步驟之前執行熱處理。亦即，在球體12被移除之前，在氨或氮氛圍下於低於金屬層20之金屬熔點的溫度執行熱處理。透過此熱處理，金屬層20會被重流以被平坦化，藉此更增加光反射性。另外，熱處理可以避免金屬層20之氧化，並且使金屬層20作為一中間層，尤其是當成長一氮化物基底複合半導體層50時。
在金屬層20沉積在該些球體12間之後，或在金屬層20執行熱處理之後，該些球體12被移除。被塗覆在基板10上之球體12與基板10之間的黏附力量並不很大，因此球體12可以藉由相當簡單的方法(例如超音波清洗方法)來移除。在因為金屬層20是相當厚而球體12無法僅由超音波清洗方法來移除的情況中，球體12可以透過化學蝕刻方法來移除。例如，在球體12是由氧化矽製成的情況中，整個基板10可以被浸入氫氟酸溶液，且接著球體12可以藉由濕蝕刻方法來移除。然後，如第3圖所示，藉由移除球體12來形成的區域係界定了實質圓形的開口30，基板 10透過該些開口30被暴露出，並且具有複數個開口30之金屬層20被保留在基板10上。
接續地，參照第4圖，具有藉由移除球體12所形成之複數個開口30之基板10係在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備中被充電，以成長一緩衝層42。在敘述使用MOCVD方法來形成緩衝層42的製程中，於維持反應器於適當壓力與溫度之時，反應前驅物係在預定流速經由個別管線被注入反應器，並且接著發生化學反應，以形成具有目標厚度之緩衝層42。
緩衝層42是為了降低基板10與欲在後續製程形成之複合半導體層44及50間的結晶形態差異，以及因而將結晶形態缺陷密度减到最小。所以，緩衝層42較佳地係使用具有類似複合半導體層44及50之結晶特性的化學穩定材料。亦即，較佳地係使用等於或類似於欲在後續形成之複合半導體層44及50之結晶結構、晶格常數與熱膨脹係數的材料，來形成緩衝層42。較佳地，緩衝層42是由具有與相同於欲在後續形成之複合半導體層44及50之結晶結構的材料來製成，並且其與欲在後續形成之複合半導體層44及50之間具有至少20%或更小的晶格常數差異。
更詳細地說，複合半導體層44及50是如下所述由氮化物基底複合半導體所製成，緩衝層42是由GaN膜、AlN膜、AlGaN膜或其組合所製成。在此情況中，反應前驅物可以使用三甲基鋁(trimethylaluminum, TMAl)、三甲基鎵(trimethylgallium, TMGa)、三乙基鎵(triethylgallium, TEGa)或GaCl3 ，並且氮化物源可以使用氨(NH3 )、氮或三級丁基胺(N(C4 H9 )H2 )。在GaN低溫度緩衝層之情況中，緩衝層42在400℃至800℃的溫度範圍被成長為具有10nm至40nm的厚度。在AlN或AlGaN緩衝層之情況中，緩衝層42在400℃至1200℃的溫度範圍被成長為具有10nm至200nm的厚度。可以根據所使用的基板、成長設備(MOCVD設備)或成長條件來選擇性地使用緩衝層42。
如前所述在成長緩衝層42時，在由開口30暴露出的基板10上會比在金屬層20的表面上更快速地成長緩衝層42緩衝層42。因此，如第4圖所示，緩衝層42是選擇性地被成長在基板10上的開口30中。
同時，雖然此示範性實施例係顯示在金屬層20被沉積且球體12被移除之後緩衝層42被成長於開口30中，形成緩衝層42的順序可以改變。換言之，在球體12被塗覆於基板10上之前，緩衝層42可以被形成在基板10之整個表面且接著球體可以被塗覆於其上。此外，雖然此示範性實施例係顯示單層之緩衝層42，可以形成多層不同材料之緩衝層。
然後，複合半導體層44被成長於具有緩衝層42的基板12上。複合半導體層44可以是能夠放射紫外線區、可見光區或紅外線區之III-V族複合半導體層或II-VI族複合半導體層。在氮化物基底複合半導體作為複合半導體層44之情況中，複合半導體層44可以是由例如GaN、AlN、InN及其組合(例如Ga1-x Al1-y In1-z N, 0x, y, z1)製成。氮化鎵 (GaN)為一直接過渡形式的寬能隙(bandgap)半導體、具有304eV能隙、且是被熟知適於用在藍光發光元件或高溫電子元件的材料。當沉積複合半導體層44時，在個別地或依序地注入銦(In)或鋁(Al)的同時係執行薄膜沉積製程以成長InN膜、AlN膜、InGaN膜、AlGaN膜或InGaAlN膜，藉此控制介於1.9eV與6.2eV之間的元件能隙。已知GaN膜具有3.4eV之能隙，AlN膜具有6.2eV之能隙，並且InN膜具有0.7eV之能隙。AlN具有6.2eV之能隙且因而放射紫外線區的光，Alx Ga1-x N(0<x<1)具有比GaN更小的能隙但放射紫外線區的光，GaN具有比Alx Ga1-x N(0<x<1)更小之3.4eV之能隙且因而放射可見光區的光，Inx Ga1-x N(0<x<1)具有比GaN更小的能隙且放射可見光區的光，以及InN具有比Inx Ga1-x N(0<x<1)更小之0.7eV之能隙且因而放射紅外線區的光。
較佳用來成長複合半導體層44的製程可以使用例如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy, MBE)方法或氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)方法。
在敘述使用有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法來形成複合半導體層44的製程，基板是先在一反應器中被充電，並且每一反應前驅物利用載氣被注入反應器。接續地，此些反應前驅物在預定溫度範圍與預定壓力範圍發生化學反應，以成長複合半導體層44。在複合半導體層44為氮化物基底薄膜的情況中，此些反應前驅物可以使用三甲基 鋁(trimethylaluminum, TMAl)、三甲基鎵(trimethylgallium, TMGa)、三乙基鎵(triethylgallium, TEGa)或GaCl3 ，並且氮化物源可以使用氨(NH3 )、氮或三級丁基胺(N(C4 H9 )H2 )。適當的反應器溫度是900℃至1150℃，並且適當的反應器壓力是10-5 mmHg至2000 mmHg。
透過MOCVD方法來形成氮化鎵(GaN)的製程的反應方程式係如下。
[反應方程式1] Ga(CH3 )3 +NH3 →(CH3 )3 ․NH3
三甲基鎵(trimetbylgallium, TMGa)與氨(NH3 )係被流入以製造(CH3 )3 ․NH3 。
(CH3 )3 ․NH3 在基板上被熱分解以形成GaN膜，且GaN膜是由下述反應來形成。
[反應方程式2] (CH3 )3 ․NH3 →GaN+nCH4 +1/2(3-n)H2
複合半導體層44是以群組狀(cluster)或島狀(island)成長於緩衝層42上且被基板(緩衝層)吸收，並且類似緩衝層42，在緩衝層42之頂部上會比在金屬層20之表面上更快速地成長複合半導體層44，及接著複合半導體層44會填充開口30且成長於金屬層20上方。在此些開口30之間的間隔是窄的情況中，成長於金屬層20上方之複合半導體層44是透過複合半導體層44由相鄰開口30成長以形成一連續層來連接。如前所述由相鄰開口30成長之複合半導體層44係在橫向方向上持續地成長以形成一連續的複合半 導體層，並且此連續的複合半導體層係持續地成長至希望的厚度，藉此獲得填滿開口30且以連續層形狀形成在金屬層20上之複合半導體層50，如第5圖所示。在此時，複合半導體層50之厚度可以依據需要的品質標準或規格標準來適當地控制。
複合半導體層50可以根據欲被製造的複合半導體元件而使用此示範性實施例複合半導體基板以具有不同組態。例如，複合半導體層50可以具有單層的相同材料的組態，或多層的不同材料的組態。此外，當沉積複合半導體層50時，根據使用目的，在注入任何選自由Si、Ge、Mg、Zn、O、Se、Mn、Ti、Ni與Fe所構成群組之各種材料之同時係執行沉積製程，藉以製造含有不同材料的複合半導體層50。這些材料按照使用者需要選擇性地被添加，以改變複合半導體層50的電性、光學或磁性性質。此些材料可以透過一同位(in-situ)摻雜方法、一異位(ex-situ)摻雜方法、或一離子植入方法來添加。同位摻雜方法係在成長複合半導體層時添加欲被加入的材料，異位摻雜方法係在成長複合半導體層之後藉由熱處理或電漿處理注入材料至複合半導體層。離子植入方法係將欲被加入的材料的離子加速，使得此些材料的離子與複合半導體層碰撞且因而注入複合半導體層內。
同時，在複合半導體層44根據此示範性實施例被形成之後，一厚複合半導體層可以藉由氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)方法以複合半導體 層44為底來沉積，亦即使用以複合半導體層44為底作為基板。HVPE方法為一種蓊蒸氣成長方法，且將氣體流動至基板上，以透過氣體反應來成長結晶。當厚複合半導體層是藉由HVPE方法來形成時，作為基板之複合半導體層44會被切割掉或除了厚複合半導體層之部分會藉由研磨或磨蝕來移除，並且因此僅選擇在基板上成長之均勻且高品質的複合半導體層作為使用。
在敘述使用HVPE方法來形成另一複合半導體層的製程(例如GaN厚膜)於複合半導體層44上時，一內含Ga金屬之容器係設置在反應器中，並且被裝設在容器周圍的加熱器加熱以製備Ga溶液。所獲得之Ga溶液與HCl反應，以製備GaCl氣體。
反應方程式如下所示。
[反應方程式3] Ga(l)+HCl(g)→GaCl(g)+1/2H2 (g)
GaCl氣體與氨(NH3 )反應以形成GaN層，並且GaN層是由下述反應來形成。
[反應方程式4] GaCl(g)+NH3 →GaN+HCl(g)+H2
在此時，未反應的氣體藉由下述反應被消耗。
[反應方程式5] HCl(g)+NH3 →NH4 Cl(g)
HVPE方法允許以100μm/hr成長速率來成長此厚膜，藉此獲得高生產性。
此示範性實施例引用一實例而以如前述獲得之複合半導體基板來製造發光元件。換句話說，如第6圖所示，一發光層60與一第二複合半導體層62被形成在具有第一複合半導體層50的基板10(第5圖)上。在此，第一複合半導體層50是一第一導電類型(例如n型)的複合半導體層且由例如GaN層製成，並且第二複合半導體層62是一第二導電類型(例如p型)的複合半導體層且由例如GaN層製成。此外，發光層60是由InGaN製成，並且可以具有一量子井結構或一多量子井結構。
接著，第二複合半導體層62、發光層60與第一複合半導體層50會被圖案化以暴露出一部分之金屬層20，以及一欲作為電極(電極墊)之導電材料被沉積於其上且會被圖案化以形成一第一電極64與一第二電極66。包含電極(電極墊)之導電材料可以是被廣泛地用作為發光元件之電極的金屬或其合金，例如Ni或Au。
在如前所述獲得之發光元件中，金屬層20是如前述在一平面上以連續層形狀來形成，並且因此金屬層20會電連接至第一電極(電極墊)64，使得金屬層20作為第一導電類型複合半導體層50側之電極，藉此相較於傳統發光元件可以顯著地降低電阻，因而減少功率消耗。而且，金屬層20會將從發光層60產生且朝向基板10放射之光朝向發光元件的表面側(地按複合半導體層62側)反射，以減少被基板吸收且損失的光量，藉此顯著地改善發光元件的發光效率。
應當瞭解的是，在指出本發明之較佳實施例時，詳細 說明與特定實施例僅用來說明，因為本發明之精神與範圍內的各種變化與變更對於熟習此技藝之人士在參照詳細說明會變得明顯。
產業利用性
根據本發明之複合半導體基板及其製造方法，基板暴露出的開口是利用球體形成在由典型沉積方法所沉積之金屬層中。所以，相較於使用傳統微影技術之磊晶橫向再成長(Epitaxial Lateral Overgrowth, ELO)方法，或成長磊晶金屬層及成長一複合半導體層於其上之方法，本發明能夠以輕易控制、低成本及高再現性與生產性來製造一種高品質複合半導體基板。
再者，根據本發明，金屬層可以作為複合半導體元件之一電極以降低電阻，藉此減少功率消耗，並且金屬層也可以作為一反射膜以增加發光元件之發光效率。
10‧‧‧基板
12‧‧‧球體
20‧‧‧金屬層
30‧‧‧開口
42‧‧‧緩衝層
44‧‧‧複合半導體層
50‧‧‧複合半導體層
60‧‧‧發光層
62‧‧‧第二複合半導體層
64‧‧‧第一電極
66‧‧‧第二電極
第1-6圖係繪示根據本發明一較佳實施例用以製造一複合半導體基板與一複合半導體元件的方法。
10‧‧‧基板
20‧‧‧金屬層
42‧‧‧緩衝層
50‧‧‧複合半導體層
60‧‧‧發光層
62‧‧‧第二複合半導體層
64‧‧‧第一電極
66‧‧‧第二電極

Claims (11)

  1. 一種用以製造一複合半導體基板之方法，其包含：(a)製備複數個球體；(b)塗覆該複數個球體於一基板上，而不會形成一預定圖案；(c)沉積一金屬層於被塗覆有該些球體之該基板上，該金屬層之厚度小於該些球體之尺寸，其中該金屬層被沉積在暴露於該些球體之間的該基板之表面上；(d)從沉積有該金屬層之該基板移除該複數個球體；(e)從該基板之一表面成長一複合半導體層，其中該表面係藉由移除該複數個球體而暴露出；(f)以橫向方向成長該複合半導體層，以在該金屬層上形成一連續的複合半導體層；以及(g)成長該複合半導體層至一目標厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些球體之直徑為10 nm至2 μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些球體包括氧化矽(SiO2 )球體、藍寶石(Al2 O3 )球體、氧化鈦(TiO2 )球體、氧化鋯(ZrO2 )球體、Y2 O3 -ZrO2 球體、氧化銅(CuO、Cu2 O)球體、氧化鉭(Ta2 O5 )球體、PZT(Pb(Zr,Ti)O3 )球體、Nb2 O5 球體、FeSO4 球體、Fe3 O4 球體、 Fe2 O3 球體、Na2 SO4 球體、GeO2 球體、或CdS球體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層是由Pt、Ti、Cr、Al或Cu製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層是由濺鍍或蒸發來沉積。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：在步驟(b)之前或在步驟(d)與步驟(e)之間，形成一緩衝層於該基板與該複合半導體層之間，用以釋放該基板與該複合半導體層之間的結晶形態差異，以將該複合半導體層之結晶形態缺陷密度減到最小。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該緩衝層被形成為具有10 nm至200 nm之厚度，並且是由GaN膜、AlN膜、AlGaN膜或其組合膜製成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：在步驟(c)之後，在氨或氮氛圍下於低於該金屬層之金屬熔點溫度熱處理該金屬層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該複合半導體層是由GaN膜、AlN膜、AlGaN膜或其組合膜製成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該複合半導體層額外地包含至少一種選自由Si、Ge、Mg、Zn、O、Se、Mn、Ti、Ni與Fe所構成群組之材料。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板是由藍寶石(Al2 O3 )、GaAs、尖晶石(spinel)、InP、SiC或Si製成。
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