[发明专利]织构化单晶

说明书

本发明涉及用于在电致发光二极管(LED)制造范围内的金属氮化物外延生长的织构化(texturés)单晶领域。

为了改善LED，特别是基于在单晶基材(如蓝宝石)上沉积的氮化物的LED的性能，一种技术在于进行单晶表面的织构化。这种织构化提供两个优点：提高光提取和降低由于侧向生长技术引起的在基材上沉积的GaN缺陷的密度。这种织构化可以是非周期性的，而且小于5μm，优选在100nm至1μm之间的结构的特征尺寸使LED的性能最优化。可以沉积在基材上的氮化物是：GaN、AIN、InN和这些化合物中至少两种的混合物。

为了实现蓝宝石的织构化，按照现有技术，使用非常昂贵的方法，其通过光刻技术实现树脂掩模，随后用等离子体干蚀刻。

外延侧向生长方法(英语所谓ELOG(epitaxy lateral overgrowth)方法)，例如，在蓝宝石上的氮化镓的外延侧向生长在J.Appl.Phys.37(1998)pp.L839-L841中得到描述。蓝宝石是使用H₃PO₄/H₂SO₄混合物通过偏置化学酸侵蚀在表面上产生孔穴而进行织构化。GaN一般用MOCVD法进行沉积。

CN101295636和JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS 103，014314，2008，教导了一种材料织构化层(用于氮化物外延生长)的制备方法，包括下列步骤：1：在材料下层上沉积薄金属层；2：进行热处理，以便使金属薄层形成织构化金属的掩模；3：实现织构(texture)从金属向材料下层转移的蚀刻；4：用潮湿腐蚀消除剩余的金属掩模。

US2007/0246700教导通过以下步骤系列获得织构蓝宝石：在蓝宝石上沉积二氧化硅层；在二氧化硅上沉积金属；热处理，以便使金属在二氧化硅表面上聚集成小滴；用RIE(反应性离子蚀刻)或等离子体(等离子体蚀刻)进行侵蚀，以便除去形成覆盖有金属的二氧化硅岛的金属小滴之间的二氧化硅，用H₃PO₄/H₂SO₄侵蚀，以便形成在岛状物之间的蓝宝石织构，使用HF侵蚀以除去岛状物。该方法复杂，而且要用RIE或者等离子体进行侵蚀，成本高昂而且难以实现。

现在已找到一种实施特别简单的单晶的织构化方法。该单晶例如可以是蓝宝石或由碳化硅或氮化镓制成。

按照本发明，该获得单晶织构的方法包括：

-在单晶表面上沉积金属触点(plots)；接着

-在该触点上和在触点之间的单晶上沉积保护层；接着

-用侵蚀金属比侵蚀保护层更迅速的第一化合物侵蚀该表面；接着

-用侵蚀单晶比侵蚀保护层更迅速的第二化合物侵蚀该表面；接着

-用侵蚀保护层比侵蚀单晶更迅速的第三化合物侵蚀该表面。

出人意料的是，尽管保护层同时覆盖金属触点和金属触点之间的单晶表面，但发现，用第一化合物的化学侵蚀，溶解了保护层下面的触点，第二化合物侵蚀了在触点存在位置的单晶。触点之间的单晶表面没有被明显侵蚀。我们认为，第一化合物穿过保护层的孔隙(裂缝、孔穴)，其中这种孔隙当保护层处于金属触点上面时在该保护层中比处于金属触点之间(直接在单晶上)的保护层中更容易产生。保护层和金属之间的界面同样比保护层和单晶之间的界面更脆的(更差粘附力、膨胀系数差更大)，这就能够解释在金属触点上面的保护层的最差质量的原因。还有另一种解释，金属触点具有倾斜的甚至接近垂直于其边缘的侧面(flancs)，而保护层则可能薄得多，而且在这些侧上是更多孔的。在触点侧面上的这种脆性可有利于用第一和第二化合物侵蚀这些侧面，其中第一和第二化合物可以穿过至触点位置的保护层下方。对于化学侵蚀，术语“化合物”在其广义上进行使用，而且可以是包括不同物质的组合物。

因而，在用第一化合物侵蚀结束时，金属触点已经消失，并仍然存在的位置之间单晶其余部分，和保护层仍然存在，同时保持与在所述接点位于的位置之间的单晶的粘附性，并在触点存在的位置形成空心并开口的袋(而不是实心的)。该单晶在这些每个袋下面都有孔穴。第二化合物侵蚀在其中触点已消失的位置的单晶。用第三化合物的侵蚀步骤使单晶清除保护层，并释放所希望的织构化表面。

所使用的沉积或者化学侵蚀的每个步骤本身是本领域技术人员已知的。正是它们的特定的安排构成本发明的目的。

所述金属触点尤其可以是由Ag、Al、Au、Cr、Cu、In、Mo、Ni、Pt、Sn、Ti、W制成。为了形成它们，一般在两个步骤中进行：