專利名稱：物體表面打毛的方法和光電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物體表面打毛的方法，其中打毛是通過腐蝕來實(shí)現(xiàn)的。
表面打毛尤其有利于在發(fā)光二極管(LED)中使用。其原因是從構(gòu)成發(fā)光二極管基礎(chǔ)的半導(dǎo)體基體的光輸出。在這里一般存在高的折射率躍變，其中典型地半導(dǎo)體材料的折射率n＝1.5。而包圍半導(dǎo)體基體的樹脂的折射率n＝1.5。由此得出從半導(dǎo)體基體輸出的輻射的高的折射率躍變。這樣就對(duì)樹脂包封產(chǎn)生一個(gè)較小的大約為26°的全反射角。這個(gè)全反射角導(dǎo)致在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的光只有很少一部分可以輸出。在一般用簡(jiǎn)單的立方體制作的發(fā)光二極管中，有一部分輻射不能在大約26°寬的輸出錐形中發(fā)射而被半導(dǎo)體晶體捕獲，這是因?yàn)樗鼘?duì)于表面法線的角度也由于多次反射而不可能改變的緣故。所以光線輻射由于特別是在接觸區(qū)、有源區(qū)或也在基底內(nèi)或早或晚地被吸收而有所損失。
半導(dǎo)體表面的打毛有利于使在輸出錐面以外傳播的輻射散射到這個(gè)錐面中。這特別對(duì)有源區(qū)下面帶有透明基底或有效反射器的發(fā)光二極管芯片、尤其是對(duì)薄膜發(fā)光二極管有利。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管來說也是適用的。
從文獻(xiàn)US3,739,217中已知通過表面打毛可改善光線從鎵-亞磷酸鹽晶體的輸出。
R.Windisch等人的“40％Efficient Thin-Film Surface-TexturedLight-Emitting Diodes by Optimization of Natural Lithography(通過自然光刻的最佳化改善薄膜表面結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管40％效率)”-該文獻(xiàn)在IEEE Transactions on Electron Devices(電機(jī)工程師協(xié)會(huì)涉及電子裝置的學(xué)報(bào))第47卷，2000年7號(hào)刊，1492～1498頁(yè)-提出對(duì)鋁-鎵-砷化物基的半導(dǎo)體進(jìn)行打毛來改善從半導(dǎo)體的光線輸出。這里使用了下述打毛方法在半導(dǎo)體基體的表面上放置聚苯乙烯小球，這些小球例如可在水表面上制備成一個(gè)單層，然后通過浸入轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基體的表面。待水干后，這些小球附著在該基體的表面上。隨后該表面進(jìn)行干腐蝕(trockenaetzen)，從而在小球的位置處保留立柱，并通過干腐蝕法過程使立柱之間的空間從半導(dǎo)體基體腐蝕掉。
這種已知的用于對(duì)基體表面打毛的方法的缺點(diǎn)是，不適用于由鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽或鋁-鎵-銦-氮化物材料制成的半導(dǎo)體。其原因在于，所用的干腐蝕法對(duì)聚苯乙烯小球的選擇性太小。這就是說，與小球比較，半導(dǎo)體腐蝕很慢，所以作為腐蝕掩模用的小球在半導(dǎo)體基體的表面中只腐蝕很小的結(jié)構(gòu)深度時(shí)就已經(jīng)提前開始腐蝕過程而消失，因而不可能達(dá)到其值為0.25至5的所需腐蝕深度與結(jié)構(gòu)寬度比例。為了有效改善光線從半導(dǎo)體基體的輸出，這個(gè)比例是必須的。
本發(fā)明的目的是提出一種物體表面的打毛方法，該方法適用于許多不同的材料。
這個(gè)目的是通過按權(quán)利要求1所述的一種方法來實(shí)現(xiàn)的。該方法的諸多有利方案可從各項(xiàng)從屬權(quán)利要求中得知。
本發(fā)明利用這樣的基本觀點(diǎn)來緩和所用腐蝕方法的選擇性問題，即除了用聚苯乙烯小球進(jìn)行掩蔽外，還使用一個(gè)輔助掩模。該輔助掩模用這樣的材料制成，即它既不同于要被腐蝕物體的材料，又有別于小球的材料。利用這種附加的腐蝕掩?？砂迅g過程分成兩個(gè)步驟其中在一個(gè)第一步驟中把表面上設(shè)置小球的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到輔助掩模上；在一個(gè)第二步驟中則是把輔助掩模的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到要被腐蝕的物體的表面上。
除了小球外，還有另一種材料參與作為掩模，因而提供了材料組合的大得多的選擇性，其中這里就可在掩模材料和要被腐蝕的材料之間的有關(guān)增加的選擇性方面實(shí)現(xiàn)所述過程的最佳化。例如有的腐蝕方法對(duì)小球和要被腐蝕的物體的特定的材料組合不適合，但這種腐蝕方法可能用來進(jìn)行根據(jù)目前的兩個(gè)步驟的腐蝕方法的第一腐蝕步驟。此外，現(xiàn)在可用一種不必對(duì)位于表面上的小球需要有選擇的方法來腐蝕要打毛的物體。確切地說，一方面只需第二種腐蝕方法對(duì)輔助掩模的材料和另一方面對(duì)要被腐蝕的物體具有高的選擇性即可。
本發(fā)明提供的一種物體的表面打毛方法，該方法包括下列步驟在一個(gè)第一步驟中，對(duì)物體的表面涂覆一層掩模層；在下一步驟中，在該掩模層上設(shè)置預(yù)成型的掩模體；在再下一步驟中腐蝕穿透掩模層，亦即腐蝕穿透未被掩模體覆蓋的位置；
在再下一步驟中在其表面的沒有掩模層的部位處腐蝕物體。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，腐蝕過程通過加入另一個(gè)腐蝕掩模而可分成兩個(gè)步驟，其中就不再需要一種相對(duì)于預(yù)成型的掩模體很有選擇性地來腐蝕所述物體的腐蝕方法。確切地說，可通過掩模體和掩模層的材料改變就可獲得很廣泛的領(lǐng)域的合適的腐蝕方法，亦即很廣泛的領(lǐng)域的腐蝕方法可供所述腐蝕過程選用。
在該方法的一種實(shí)施方案中，該物體含有鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽(AlGaInP)。這種半導(dǎo)體材料有利于在紅色或藍(lán)色光譜范圍內(nèi)發(fā)射的發(fā)光二極管使用。這種半導(dǎo)體材料可有選擇地淀積到碳化硅或砷化鎵基底上。
在該方法的另一種有利實(shí)施方案中，該物體含有鋁-鎵-銦-氮化物(AlGaInN)。這種材料也特別適用于在紅色或藍(lán)色光譜范圍內(nèi)的發(fā)光二極管。
在該方法的一種實(shí)施方案中，涂覆一層用一種電介質(zhì)制成的掩模層。例如可用SixNy、如Si3N4、SiON、SiO2、Al2O3以及其它類似材料作為電介質(zhì)。亦即最好用這類電介質(zhì)作掩膜層。但還有適合作掩模層的其它材料。關(guān)鍵性的只是在于，掩模層的材料用一種腐蝕過程可對(duì)掩模體有選擇地進(jìn)行腐蝕，而所述物體則可用另一種與之不同的腐蝕過程對(duì)掩模層有選擇地進(jìn)行腐蝕。
在一種實(shí)施方案中，預(yù)成型的掩膜體可使用由聚苯乙烯制成的小球。這種材料以其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和用簡(jiǎn)單而廉價(jià)的方法大批量制作聚苯乙烯小球的可能性而特別適用于這里所述方法的掩模體。
這種掩模體既可作為單層按隨機(jī)排列的形式又可按規(guī)則排列的形式設(shè)置在掩模層的表面。
在該方法的一種有利的實(shí)施方案中，所述腐蝕步驟借助于一種干腐蝕法進(jìn)行。例如可用反應(yīng)的離子腐蝕(RIE＝ReactiveIonEtching)、離子束腐蝕(IBE＝IonBeamEtching)以及化學(xué)支持的離子束腐蝕(CAIBE＝ChemicalAssistedIonBeamEtching)等方法。
作為干腐蝕法例如也可使用一種感應(yīng)耦合等離子腐蝕法(ICP＝InductiveCoupledPlasma)。
干腐蝕法對(duì)本發(fā)明方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即不需要使用液體，這就增加了掩模體的局部穩(wěn)定性，因?yàn)椴豢赡墚a(chǎn)生液體流動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選方案中，該方法是這樣實(shí)施的保留物體表面中的結(jié)構(gòu)，使其寬度b與腐蝕深度t的比例為0.1＜t/b＜10，該方法最好這樣實(shí)施，即0.25＜t/b＜5。
為了改善光學(xué)的半導(dǎo)體晶體表面的散射、為了改善從該晶體中光線的向外輸出，上述的深度-寬度比是特別有利的。
上述的腐蝕深度-寬度比可通過適當(dāng)選擇腐蝕過程以及掩模體的尺寸和材料來實(shí)現(xiàn)。
在這里所述的方法的一種變型中，緊挨著在掩模層腐蝕穿透以后去掉掩模體。而在另一種變型中，掩模體則保留在掩模層的表面上，以便在第二腐蝕過程中作為附加的腐蝕掩模使用。在所述腐蝕過程結(jié)束后，掩模層可以去掉，但也可保留在物體的表面上。
該方法最好這樣實(shí)施，使物體中的腐蝕深度介于50和100納米之間。這個(gè)腐蝕深度可通過在掩模層和要被腐蝕的物體之間用一種適當(dāng)?shù)倪x擇性進(jìn)行一個(gè)腐蝕過程來實(shí)現(xiàn)的。此外，為了達(dá)到所希望的腐蝕深度，也必須適當(dāng)選擇腐蝕持續(xù)時(shí)間。
對(duì)在這里所述的方法來說，掩模層最好涂覆成10和100納米之間的厚度。其中，掩模層的最小厚度是必須的，因?yàn)榉駝t就不能可靠地作為物體的掩模使用。但為了使對(duì)于腐蝕穿透掩模層所需的持續(xù)時(shí)間保持在一定限度內(nèi)，又不應(yīng)超過規(guī)定的最大厚度。
為了實(shí)現(xiàn)腐蝕深度和結(jié)構(gòu)寬度的上述比例，在掩模層上的掩模體的橫向尺寸最好在150和300納米之間。
這里所述的方法最好在第一腐蝕步驟使用這樣一個(gè)過程，該過程對(duì)掩模體和要被打毛的物體具有不良的選擇性。甚至可以考慮使用這樣一個(gè)過程，該過程對(duì)掩模體的腐蝕比對(duì)要被打毛的物體嚴(yán)重，但只有在該腐蝕過程對(duì)掩模層又具有一個(gè)適當(dāng)?shù)倪x擇性時(shí)才出現(xiàn)這種情況。
腐蝕穿透掩模層例如可用一種反應(yīng)的離子腐蝕用的設(shè)備來完成。
在這種情況下，最好使用一個(gè)氟化過程，其中使用一種由CHF3和氬的混合氣體。這里一般用一臺(tái)帶有一個(gè)平行板反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)離子腐蝕設(shè)備。
第二腐蝕步驟例如可用一臺(tái)感應(yīng)耦合等離子腐蝕設(shè)備來完成，其中使用一種由CH4和H2的混合氣體作為腐蝕氣體。
此外，本發(fā)明還提供了一種具有一個(gè)半導(dǎo)體基體的光電元件。該半導(dǎo)體基體含有鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽或鋁-鎵-銦-氮化物。此外，該基體表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，其中結(jié)構(gòu)寬度與相當(dāng)于腐蝕深度的結(jié)構(gòu)深度之比為0.25＜t/b＜5。此外，提出同一種半導(dǎo)體元件，其中然而半導(dǎo)體基體不用鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽，而用鋁-鎵-銦-氮化物。這種光電元件、例如發(fā)光二極管第一次可用上述方法制作。所述由背景技術(shù)已知的方法不適合用來形成這里所述的t與b之比。
這里“結(jié)構(gòu)”的概念是指半導(dǎo)體基體腐蝕后從其表面的凸起部分。這里的結(jié)構(gòu)寬度例如可以是前述文獻(xiàn)中所述的立柱或尖頂?shù)膶挾?，見R.Windisch等人的“40％Efficient Thin-Film Surface-TexturedLight-Emitting Diodes by Optimization of Natural Lithography(通過自然光刻的最佳化改善薄膜表面結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管40％效率)”-該文獻(xiàn)在IEEE Transactions on Electron Devices(電機(jī)工程師協(xié)會(huì)涉及電子裝置的學(xué)報(bào))第47卷，2000年7號(hào)刊，1492～1498頁(yè)。
下面結(jié)合一個(gè)實(shí)施例及其附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明

圖1表示一種要被腐蝕的物體，在該物體上涂敷一層掩模層和掩膜體；圖2表示在第一腐蝕步驟后的圖1中的物體；圖3表示第二腐蝕步驟后的圖2中的物體；圖4表示去除掩模層后的圖3中的物體。
應(yīng)當(dāng)指出，全部圖1至4都是橫剖面示意圖；還應(yīng)當(dāng)指出，凡是相同的元件或至少具有相同或類似功能的元件都用相同的附圖標(biāo)記表示。
圖1表示一種物體1，該物體例如可以是一種半導(dǎo)體基體。在物體1的表面涂覆一層掩模層2。掩模層2最好具有一個(gè)介于10和100納米之間的厚度d。
在掩模層2上設(shè)置有掩模體3，這些掩模體在這里所研究的特殊情況中一方面形成一單層，另一方面具有小球形狀。在這里小球的橫向尺寸A在150和300納米之間。但也可用別的形狀和別的合適材料的掩模體。
圖2表示在第一腐蝕步驟后的圖1外觀結(jié)構(gòu)。掩模層2在沒有被掩模體3覆蓋的部位處被腐蝕穿透，相應(yīng)地產(chǎn)生一層有通孔的掩模層2，其中在掩模層2的表面上仍布置著掩模體3。但掩模體3由于通常不可避免的腐蝕而比圖1中所示的掩模體在體積上略有減小。其原因是，腐蝕掩模層2所用的幾乎全部腐蝕方法都總是在很小程上腐蝕掉部分掩模體3。
然后去掉掩模層2表面上的掩模體3。但這個(gè)步驟不是強(qiáng)制性的，確切地說，掩模體3也可保留在掩模層2的表面上。
圖3表示已經(jīng)進(jìn)行第二個(gè)腐蝕步驟后的圖1的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這就是說，物體1的表面已具有結(jié)構(gòu)4。在結(jié)構(gòu)4的表面上還有掩模層2的殘余物。
圖4表示去除掩模層2后的根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)4在其寬度b與腐蝕深度t的比例方面滿足下列條件0.25＜t/b＜5結(jié)構(gòu)4例如可以是圓柱形的小臺(tái)的形式。
結(jié)構(gòu)4可規(guī)則地沿一個(gè)在前面區(qū)域通過掩模體3的結(jié)構(gòu)所界定的網(wǎng)柵進(jìn)行定位，但結(jié)構(gòu)4也可隨機(jī)分布在物體1的表面上。
權(quán)利要求
1.用于將一個(gè)物體(1)表面打毛的方法，該方法包括下列步驟a)在表面上涂覆一層掩模層(2)；b)在掩模層(2)上放置預(yù)成型的掩模體(3)；c)在未被掩模體(3)覆蓋的部位處腐蝕穿透掩模層(2)；d)在物體(1)表面的沒有掩模層(2)的部位處腐蝕該物體。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物體(1)含有鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物體(1)含有鋁-鎵-銦-氮化物。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掩模層(2)用一種電介質(zhì)制成。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中可用由聚苯乙烯制成的小球作為預(yù)成型的掩模體(3)。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中用一種干腐蝕法實(shí)施所述腐蝕步驟。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中該方法是這樣實(shí)施的在物體(1)的表面上保留結(jié)構(gòu)(4)，其寬度(b)與腐蝕深度(t)之比滿足0.1＜t/b＜10。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中該方法是這樣實(shí)施的在物體(1)的表面上保留結(jié)構(gòu)(4)，其寬度(b)與腐蝕深度(t)之比滿足0.25＜t/b＜5。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中緊接著在步驟c)之后從掩模層(2)去除掩模體(3)的殘余部分。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中物體(1)內(nèi)的腐蝕深度(t)介于50和100納米之間。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中掩模層(2)涂覆的厚度(d)介于10和100納米之間。
12.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中在掩模層(2)上的掩模體(3)具有一個(gè)介于150和300納米之間的橫向尺寸(A)。
13.按權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一腐蝕步驟是借助一個(gè)過程步驟來完成的，該過程步驟對(duì)掩模體(3)的腐蝕比對(duì)物體(1)的腐蝕嚴(yán)重。
14.按權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中腐蝕穿透掩模層(2)是用一臺(tái)反應(yīng)的離子腐蝕用的設(shè)備來完成的。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其中使用CHF3和Ar的混合物作為腐蝕氣體。
16.按權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中物體(1)的腐蝕是用一臺(tái)適合感應(yīng)耦合的等離子的設(shè)備來完成的。
17.按權(quán)利要求16的方法，其中使用CH4和H2的混合物作為腐蝕氣體。
18.具有一種半導(dǎo)體基體的光電元件，該半導(dǎo)體基體含有鋁-鎵-銦-亞磷酸鹽，且其表面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化，其中結(jié)構(gòu)(4)的寬度(b)與結(jié)構(gòu)(4)的深度(t)之比滿足0.25＜t/b＜5。
19.具有一種半導(dǎo)體基體的光電元件，該半導(dǎo)體基體含有鋁-鎵-銦-氮化物，且其表面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化，其中結(jié)構(gòu)(4)的寬度(b)與結(jié)構(gòu)(4)的深度(t)之比滿足0.25＜t/b＜5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物體(1)表面打毛的方法，該方法包括下列步驟在表面上涂覆一層掩模層(2)；在掩模層(2)上放置預(yù)成型的掩模體(3)；在未被掩模體(3)覆蓋的部件處腐蝕穿透掩模層(2)；在物體(1)表面的沒有掩模層(2)的部位處腐蝕該物體。此外，本發(fā)明涉及一種光電元件。通過將掩模層(2)用作附加的輔助掩模就可使用比聚苯乙烯小球具有低選擇性的方法來進(jìn)行腐蝕。
文檔編號(hào)G03F7/00GK1732575SQ200380108068
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者R·溫迪施, R·維爾特, H·楚爾 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司