[發明專利]織構化單晶

有效

• 申請號: 201110207976.2
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102268740A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: F·利納爾;G·勒康;F-J·弗默施
• 申請（專利權）人: 圣戈班晶體及檢測公司
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C30B29/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃念;林森

本發明涉及用于在電致發光二極管(LED)制造范圍內的金屬氮化物外延生長的織構化(texturés)單晶領域。

為了改善LED，特別是基于在單晶基材(如藍寶石)上沉積的氮化物的LED的性能，一種技術在于進行單晶表面的織構化。這種織構化提供兩個優點：提高光提取和降低由于側向生長技術引起的在基材上沉積的GaN缺陷的密度。這種織構化可以是非周期性的，而且小于5μm，優選在100nm至1μm之間的結構的特征尺寸使LED的性能最優化。可以沉積在基材上的氮化物是：GaN、AIN、InN和這些化合物中至少兩種的混合物。

為了實現藍寶石的織構化，按照現有技術，使用非常昂貴的方法，其通過光刻技術實現樹脂掩模，隨后用等離子體干蝕刻。

外延側向生長方法(英語所謂ELOG(epitaxy?lateral?overgrowth)方法)，例如，在藍寶石上的氮化鎵的外延側向生長在J.Appl.Phys.37(1998)pp.L839-L841中得到描述。藍寶石是使用H₃PO₄/H₂SO₄混合物通過偏置化學酸侵蝕在表面上產生孔穴而進行織構化。GaN一般用MOCVD法進行沉積。

CN101295636和JOURNAL?OFAPPLIED?PHYSICS?103，014314，2008，教導了一種材料織構化層(用于氮化物外延生長)的制備方法，包括下列步驟：1：在材料下層上沉積薄金屬層；2：進行熱處理，以便使金屬薄層形成織構化金屬的掩模；3：實現織構(texture)從金屬向材料下層轉移的蝕刻；4：用潮濕腐蝕消除剩余的金屬掩模。

US2007/0246700教導通過以下步驟系列獲得織構藍寶石：在藍寶石上沉積二氧化硅層；在二氧化硅上沉積金屬；熱處理，以便使金屬在二氧化硅表面上聚集成小滴；用RIE(反應性離子蝕刻)或等離子體(等離子體蝕刻)進行侵蝕，以便除去形成覆蓋有金屬的二氧化硅島的金屬小滴之間的二氧化硅，用H₃PO₄/H₂SO₄侵蝕，以便形成在島狀物之間的藍寶石織構，使用HF侵蝕以除去島狀物。該方法復雜，而且要用RIE或者等離子體進行侵蝕，成本高昂而且難以實現。

現在已找到一種實施特別簡單的單晶的織構化方法。該單晶例如可以是藍寶石或由碳化硅或氮化鎵制成。

按照本發明，該獲得單晶織構的方法包括：

-在單晶表面上沉積金屬觸點(plots)；接著

-在該觸點上和在觸點之間的單晶上沉積保護層；接著

-用侵蝕金屬比侵蝕保護層更迅速的第一化合物侵蝕該表面；接著

-用侵蝕單晶比侵蝕保護層更迅速的第二化合物侵蝕該表面；接著

-用侵蝕保護層比侵蝕單晶更迅速的第三化合物侵蝕該表面。

出人意料的是，盡管保護層同時覆蓋金屬觸點和金屬觸點之間的單晶表面，但發現，用第一化合物的化學侵蝕，溶解了保護層下面的觸點，第二化合物侵蝕了在觸點存在位置的單晶。觸點之間的單晶表面沒有被明顯侵蝕。我們認為，第一化合物穿過保護層的孔隙(裂縫、孔穴)，其中這種孔隙當保護層處于金屬觸點上面時在該保護層中比處于金屬觸點之間(直接在單晶上)的保護層中更容易產生。保護層和金屬之間的界面同樣比保護層和單晶之間的界面更脆的(更差粘附力、膨脹系數差更大)，這就能夠解釋在金屬觸點上面的保護層的最差質量的原因。還有另一種解釋，金屬觸點具有傾斜的甚至接近垂直于其邊緣的側面(flancs)，而保護層則可能薄得多，而且在這些側上是更多孔的。在觸點側面上的這種脆性可有利于用第一和第二化合物侵蝕這些側面，其中第一和第二化合物可以穿過至觸點位置的保護層下方。對于化學侵蝕，術語“化合物”在其廣義上進行使用，而且可以是包括不同物質的組合物。

因而，在用第一化合物侵蝕結束時，金屬觸點已經消失，并仍然存在的位置之間單晶其余部分，和保護層仍然存在，同時保持與在所述接點位于的位置之間的單晶的粘附性，并在觸點存在的位置形成空心并開口的袋(而不是實心的)。該單晶在這些每個袋下面都有孔穴。第二化合物侵蝕在其中觸點已消失的位置的單晶。用第三化合物的侵蝕步驟使單晶清除保護層，并釋放所希望的織構化表面。

所使用的沉積或者化學侵蝕的每個步驟本身是本領域技術人員已知的。正是它們的特定的安排構成本發明的目的。

所述金屬觸點尤其可以是由Ag、Al、Au、Cr、Cu、In、Mo、Ni、Pt、Sn、Ti、W制成。為了形成它們，一般在兩個步驟中進行：