JP2008091880A - マイクロおよびナノ構造の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板30上に選択的形状の光学要素のアレイを形成する方法であって、光学層35が上部に配置された基板30を設けるステップと、光学層35上に粒子45の層40を配置するステップと、エッチングサイクルを実行するステップとを備え、前記サイクルが、粒子層内の粒子45の大きさを縮小するように、第1のエッチングプロセスを使用して粒子層をエッチングするステップと、次いで、粒子をさらに縮小することで、光学層のエリア上にマスクを形成して光学層35から別個の光学要素を作るように、第2のエッチングプロセスを使用して、光学層および粒子層を同時にエッチングするステップと、を備える方法。
【選択図】図2
Description
第1の実施形態において、図2に示すように、LEDウェハ30は、基板としてGaAsを使用し、多重量子井戸の活性層、一対のn型およびp型のクラッディング層、およびMOCVDによって成長させたブラッグリフレクタの他に、p型上層35を有する。p型上層の材料は、厚みが約5マイクロメートルのGaPである。LEDウェハから放出される光の波長は、約635ナノメートル(nm)である。図1に示す手順に従うと、ウェハの表面は、表面が親水性になるように、10分間、130℃でオゾンにより処理される(5)。平均径が600nmのポリスチレン(PS)球45の単分子層40が、堆積前に約20%w/wになるように希釈された、ある会社から購入したPS球のコロイド懸濁液から、上層35上に自己組織化される(10)。本発明は、100nm〜10μmの範囲の粒子にも同等に適用されてもよいことに留意されたい。
第2の実施形態において、エッチングされた構造の異なる断面プロファイルを得るために、RIEおよびICPのマルチエッチングサイクル(25)が代わりに使用される(マルチエッチングサイクル)。図5(a)、図5(b)、および図5(c)は、異なるエッチングステップでエッチング持続時間を単に変化させるマルチエッチングサイクルプロセスを使用して、本発明により獲得可能ないくつかの可能な構造70、80、90を示す。
第3の実施形態において、GaN系のLEDウェハが使用され、上層は、p型GaN材料である(〜300nmの厚み)。LEDウェハから放出された光の波長は、約570nmである。PS球を並べるために、ウェハの表面上にPECVDによって、厚みが〜30nmの薄い親水性SiO2膜が堆積される。実施形態1において記載したように、同じ大きさのPS球と、それを単分子層に自己組織化するプロセスがウェハに使用される。
Claims (31)
- 基板上に選択的形状の光学要素のアレイを形成する方法であって、
光学層が上部に配置された基板を設けるステップと、
前記光学層上に粒子層を配置するステップと、
エッチングサイクルを実行するステップと
を備え、
前記エッチングサイクルが、
前記粒子層内の粒子の大きさを縮小するように、第1のエッチングプロセスを使用して前記粒子層をエッチングするステップと、
次いで、粒子をさらに縮小することで、前記光学層のエリア上にマスクを形成して前記光学層から別個の光学要素を作るように、第2のエッチングプロセスを使用して、前記光学層および前記粒子層を同時にエッチングするステップと、
を備える方法。 - 前記第1のエッチングプロセスが、前記第2のエッチングプロセスより高速、前記第2のエッチングプロセスより低速、および前記第2のエッチングプロセスと同じ速度を備える群から選択された速度で前記粒子をエッチングする、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のエッチングプロセス中の前記粒子と前記光学層との間のエッチング速度の比が、3対10の範囲のものである、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のエッチングプロセス中の前記粒子と前記光学層との間のエッチング速度の比が、2対5の範囲のものである、請求項3に記載の方法。
- 各光学要素の選択された形状を形成するように、前記粒子の大きさをさらに縮小し、前記光学要素を形作るために、前記エッチングサイクルを少なくとも1回繰り返すステップをさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記配置ステップの前に、親水性になるように前記光学層の表面を処理するステップをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 基板上に選択的形状の光学要素のアレイを形成する方法であって、
光学層が上部に配置された基板を設けるステップと、
前記光学層上に所定の厚みの犠牲層を堆積させるステップと、
前記犠牲層上に粒子層を配置するステップと、
エッチングサイクルを実行するステップと
を備え、
前記エッチングサイクルが、
前記粒子層内の粒子の大きさを縮小するように、第1のエッチングプロセスを使用して前記粒子層をエッチングするステップと、
粒子をさらに縮小することで、前記犠牲層のエリア上にマスクを形成して前記犠牲層から表面構造を作るように、第2のエッチングプロセスを使用して、前記犠牲層および前記粒子層を同時にエッチングするステップと、
ドライエッチングによって、前記犠牲層からの前記表面構造を前記光学層に転写するステップと、
を備える方法。 - 前記第1のエッチングプロセスが、前記第2のエッチングプロセスより高速、前記第2のエッチングプロセスより低速、および前記第2のエッチングプロセスと同じ速度を備える群から選択された速度で前記粒子をエッチングする、請求項7に記載の方法。
- 前記第2のエッチングプロセス中の前記粒子と前記犠牲層との間のエッチング速度の比が、3対10の範囲のものである、請求項7に記載の方法。
- 前記第2のエッチングプロセス中の前記粒子と前記犠牲層との間のエッチング速度の比が、2対5の範囲のものである、請求項9に記載の方法。
- 前記犠牲層と前記光学層との間のエッチング速度の比が、5対10の範囲のものである、請求項7に記載の方法。
- 前記犠牲層と前記光学層との間のエッチング速度の比が、3対5の範囲のものである、請求項11に記載の方法。
- 前記表面構造の転写ステップの前に、
各表面構造の選択された形状を形成するように、前記粒子の大きさをさらに縮小し、前記表面構造を形作るために、前記エッチングサイクルを少なくとも1回繰り返すステップをさらに備える、請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法。 - 前記配置ステップの前に、親水性になるように前記犠牲層の表面を処理するステップをさらに含む、請求項7〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板が、LEDウェハ、光電池ウェハ、および光検出器ウェハを備える群から選択される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光学層が、2つ以上の層を含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エッチングステップの少なくとも1つが、ドライエッチングを備え、前記ドライエッチングが、RIE、ICP、またはイオンミリングの1つ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子の形状が、球形および楕円形を備える群から選択される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒子が、規則的なパターン、不規則的なパターン、および部分的に規則的なパターンを備える群から選択されたパターンで配置される、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記規則的なパターンが、六方稠密パターンである、請求項19に記載の方法。
- 前記粒子の材料が、重合体、誘電材料、および金属の1つ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記重合体が、ポリスチレンである、請求項21に記載の方法。
- 前記光学要素が、以下のデバイス、すなわち、LED、光検出器、光電池、またはフォトニック結晶デバイスの1つ内にコンポーネントを形成する、請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 各第1のエッチングプロセスが、第1の所定の持続時間中に実行される、請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の所定の持続時間が、各光学要素の選択された形状の関数である、請求項24に記載の方法。
- 前記第1のエッチングプロセスの各サイクルの前記第1の所定の持続時間が、前記第1のエッチングプロセスの他のサイクルの前記第1の所定の持続時間から独立したものである、請求項24または25に記載の方法。
- 各第2のエッチングプロセスが、第2の所定の持続時間中に実行される、請求項1〜26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の所定の持続時間が、各光学要素の選択された形状の関数である、請求項27に記載の方法。
- 前記第2のエッチングプロセスの各サイクルの前記第2の所定の持続時間が、前記第2のエッチングプロセスの他のサイクルの前記第2の所定の持続時間から独立したものである、請求項27または28に記載の方法。
- 基板上の選択的形状の光学要素のアレイであって、前記アレイが、請求項1〜29のいずれか一項に記載の方法により形成される、アレイ。
- 基板上に選択的形状の光学要素のアレイを形成する方法であって、
光学層が上部に配置された基板を設けるステップと、
前記光学層上に粒子層を配置するステップと、
エッチングサイクルを実行するステップと、
各光学要素の選択された形状を形成するように、前記粒子の大きさをさらに縮小し、前記光学要素を形作るために、前記エッチングサイクルを少なくとも1回繰り返すステップと、
を備え、
前記エッチングサイクルが、
前記粒子層内の粒子の大きさを縮小するように、第1のエッチングプロセスを使用して前記粒子層をエッチングするステップと、
次いで、粒子を縮小することで、前記光学層のエリア上にマスクを形成して前記光学層から別個の光学要素を作るように、第2のエッチングプロセスを使用して、前記光学層をエッチングするステップと
を備える方法。
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