(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面、および第２の表面を有し、前記第１の表面の一部分が、複数の切れ込みを形成するための切り込みプロセス、及び反応性イオンエッチングプロセスにより形成されたモスアイ形態を有し、前記第１の表面が実質的に滑らかな領域をさらに備える、導電性基板であって、ＳｉＣ、ＧａＮ、又はＧａＰを含む基板と、
前記第２の表面上の、第１と第２の正負逆のドープ層間に活性層を含む光放出領域と、
前記第１の表面の実質的に滑らかな領域上の、前記第１または第２のドープ層のうちの一方と接触する第１の接点と、
前記第１または第２のドープ層のうちの他方と接触する第２の接点と、
前記モスアイ形態を有する前記第１の表面の前記一部分と前記第１の接点とに接触する電流スプレッディング構造と、
を備えることを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
前記第１の接点は、前記滑らかな領域上に存在することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記電流スプレッディング構造は、
前記第１の接点と接触する、前記第１の表面上の少なくとも１つの導電性要素を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記電流スプレッディング構造は、
前記第１の表面上の前記の実質的に滑らかな領域と、
前記滑らかな領域上の、前記第１の接点と接触する導電性要素と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記電流スプレッディング構造は、前記第１の表面の少なくとも一部分上の透明な導電性層を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する方法であって、
ＳｉＣ、ＧａＮ、又はＧａＰを含む基板の第１の表面上に、第１と第２の正負逆のドープ層間の活性層を含む光放出領域を成長させること、
前記基板の第２の表面の少なくとも一部分中に、複数の切れ込みを形成するための切り込みプロセス、及び反応性イオンエッチングプロセスによりモスアイ形態を生成すること、
前記基板の前記第２の表面上に前記第１または第２のドープ層のうちの一方と接触して第１の接点を形成すること、
前記第１または第２のドープ層のうちの他方と接触して第２の接点を形成すること、および
前記モスアイ形態を有する前記第２の表面の前記一部分と前記第１の接点とに接触する電流スプレッディング構造を形成すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記モスアイ形態は、
表面形態を有する前記第２の表面上に層を形成すること、および
前記層と下にある第２の表面とをエッチングして前記モスアイ形態を生成する
ことにより生成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記層は、
前記第２の表面上に実質的に一様な材料層を堆積させること、および
前記一様な層中に前記表面形態を形成すること
により形成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記表面形態は、ある温度で前記表面形態を形成するのに十分な期間の間、前記一様な層をアニールすることにより、前記一様な層中に形成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記表面形態は、
前記一様な層上にマスク層を堆積させること、および
前記マスクを用いて前記材料層をエッチングして、前記表面形態を形成すること
により前記一様な層中に形成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面形態は、
前記一様な層上にナノ粒子を堆積させること、および
前記粒子と下にある層をエッチングして、前記表面形態を形成すること
により前記一様な層中に形成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記層は、前記第２の表面上にナノ粒子の層を堆積させることにより形成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板はＳｉＣ基板である、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記基板はＳｉＣ基板である、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年７月２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８５，３２６号の恩典を主張するものである。
【０００２】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、より詳細には、ＬＥＤからの光の抽出を向上するための新しい表面形態と、かかる表面を有するＬＥＤを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、電気エネルギーを光に変換する重要な部類のソリッドステートデバイスであり、一般に２層の正負逆のドープ層間に挟まれた半導体材料の活性層を備える。バイアスがこれらのドープ層を跨いで印加されたとき、正孔と電子が活性層中に注入され、活性層で正孔と電子が再結合し光を生成する。光は、ＬＥＤの活性層から、またすべての表面から全方向に放出される。
【０００４】
近年、高い破壊電界、広いバンドギャップ（室温でＧａＮについては３．３６ｅＶ）、大きな伝導帯オフセット、高い飽和電子ドリフト速度を含む材料特性の独特の組合せのために、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系から形成されたＬＥＤに大きな関心が集まっている。これらのドープ層および活性層は、一般にシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）など異なる材料から作製することができる基板上に形成される。ＳｉＣウェハは、結晶格子の整合性がＩＩＩ族窒化物にずっと近いのでしばしば好ましく、より高い品質のＩＩＩ族窒化膜が得られる。ＳｉＣはまた、非常に高い熱伝導度を有し、その結果、ＳｉＣ上のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力パワーは、（サファイアまたはＳｉ上に形成された一部のデバイスと同様に）ウェハの熱抵抗によって制限されない。また、半絶縁性ＳｉＣウェハが使用可能であることにより、商用デバイスを可能にするデバイス分離のための能力と寄生キャパシタンス低減が実現される。ＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダラム市のＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．社から入手可能であり、ＳｉＣ基板を作製するための方法は、科学文献ならびに特許文献に記載されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
ＬＥＤからの光の効率的な抽出は、高効率ＬＥＤの製造における主要な関心事である。単一の出力結合（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）表面を有する従来のＬＥＤでは、外部量子効率は、基板を通過するＬＥＤの放出領域からの光の全反射（ＴＩＲ）によって制限される。ＴＩＲは、ＬＥＤの半導体と周囲の環境との間の屈折率の大きな差によって引き起こされる可能性がある。ＳｉＣ基板を有するＬＥＤは、エポキシ（約１．５）など、周囲の材料の屈折率に比べて高いＳｉＣの屈折率（約２．７）のために、光抽出効率が比較的低い。この差により、活性域からの光線が、ＳｉＣ基板からエポキシへと伝わり、最終的にＬＥＤパッケージから脱出することができる脱出コーン（ｅｓｃａｐｅ  ｃｏｎｅ）が小さくなる。
【０００６】
ＴＩＲを低減させ、光抽出全体を改善するために異なる手法が開発されており、より普及している手法の１つが表面テキスチャー化である。表面テキスチャー化は、脱出コーンを見出す複数の機会をフォトンに与える、変化のある表面を提供することにより、光の脱出可能性を増大させる。脱出コーンを見出さない光は、引き続きＴＩＲを受け、脱出コーンを見出すまで様々な角度で、テキスチャー化表面で反射する。表面テキスチャー化の利点は、いくつかの文献において論じられている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４を参照）。
【０００７】
Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許（例えば、特許文献４）は、第１のスプレッディング層（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と第２のスプレッディング層との間に形成された電気的に相互接続されたマイクロＬＥＤのアレイを含むＬＥＤ構造を開示している。これらのスプレッダ（ｓｐｒｅａｄｅｒ）の間にバイアスが印加されたとき、これらのマイクロＬＥＤは、光を放出する。各マイクロＬＥＤからの光は、短い距離だけ伝搬した後で表面に到達し、それによってＴＩＲを低減させる。
【０００８】
やはりＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許（例えば、特許文献５）は、アレイの形に形成された内部光学素子および外部光学素子の使用を介してＬＥＤ中の光抽出を向上するための構造を開示している。これらの光学素子は、半球や角錐など多数の異なる形状を有し、ＬＥＤの様々な層の表面上に、またはこれらの層の内部に配置することができる。これらの素子は、光が屈折する、または散乱する表面を提供する。
【０００９】
【特許文献１】米国再発行特許第３４，８６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９４６，５４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２００，０２２号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４１０，９４２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，６５７，２３６号明細書
【特許文献６】米国特許第４，８６５，６８５号明細書
【特許文献７】米国特許第４，９８１，５５１号明細書
【非特許文献１】Windisch et al.，"Impact of Texture-Enhanced Transmission on High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes," Appl.Phys.Lett.，Vol.79，No.15，Oct.2001，Pgs.2316-2317
【非特許文献２】Schnitzer et al.，"30% External Quantum Efficiency From Surface Textured，Thin Film Light Emitting Diodes," Appl.Phys.Lett.，Vol 64，No.16，Oct.1993，Pgs.2174-2176
【非特許文献３】Windisch et al.，"Light Extraction Mechanisms in High-Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes," IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics，Vol.8，No.2，March/April 2002，Pgs.248-255
【非特許文献４】Streubel et al.，"High Brightness AlGaNInP Light Emitting Diodes," IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics，Vol.8，No.March/April 2002
【非特許文献５】Kasugai et al.，"Moth-Eye Light Emitting Diodes," Mater.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.831，2005 Material Research Society
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
簡潔に、また一般的に言えば、本発明は、光抽出を向上する表面の作製を可能にするプロセスによって形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）、および、かかる表面を有するＬＥＤを製造する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
いくつかの態様の１つにおいては、本発明は光放出表面を有する基板を含むＬＥＤを製造する方法に関する。本方法は、表面の形態を変化させるのに十分な期間の間、光放出表面の少なくとも一部分に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを適用することを含む。
【００１２】
他の態様においては、本発明は、光を吸収する損傷材料層を伴う少なくとも１つの切込み表面（ｃｕｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する光放出表面を有する基板を含むＬＥＤを製造する方法に関する。本方法は、切込み表面に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを適用して、損傷材料層の少なくとも一部分を除去することを含む。
【００１３】
他の態様においては、本発明は、基板の第１の側の表面上に光放出領域を成長させることを含むプロセスにより形成されたＬＥＤに関する。光放出領域は、ｐ形材料層と、ｎ形材料層と、そのｐ形層とそのｎ形層の間の活性層とを含む。本プロセスはまた、表面の形態を変化させるのに十分な期間の間、基板の第１の側の表面と反対側の第２の側の表面の少なくとも一部分に対してＲＩＥプロセスを適用することも含む。
【００１４】
さらに他の態様においては、本発明は、基板の第１の側の表面上に光放出領域を成長させることを含むプロセスによって形成されたＬＥＤに関する。光放出領域は、ｐ形材料層と、ｎ形材料層と、そのｐ形層とそのｎ形層との間の活性層とを含む。本プロセスはまた、基板の第１の側の表面と反対側の第２の側の表面に刻み目を生成して、光を吸収する損傷材料層を有する少なくとも１つの切込み表面を形成することも含む。本プロセスは、表面損傷の少なくとも一部分を除去するのに十分な期間の間、切込み表面の少なくとも一部分にＲＩＥプロセスを適用することをさらに含む。
【００１５】
他の態様においては、本発明は、くぼみのあるテキスチャーを備えるＲＩＥエッチングされた表面を有する光放出表面を有する基板を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。ＬＥＤは、基板の表面上の光放出領域も含む。光放出領域は、第１と第２の正負逆のドープ層間の活性層を含む。
【００１６】
さらに他の態様においては、本発明は、第１の表面と第２の表面とを有する導電性基板を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。第１の表面の一部分は、モスアイ形態（ｍｏｔｈ−ｅｙｅ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を有する。ＬＥＤは、第２の表面上に光放出領域も含む。光放出領域は、第１と第２の正負逆のドープ層間の活性層を含む。ＬＥＤは、第１のドープ層または第２のドープ層のうちの一方と接触する、第１の表面上の第１の接点と、第１のドープ層または第２のドープ層のうちの他方と接触する第２の接点とをさらに含む。
【００１７】
さらに他の態様においては、本発明は、基板の第１の表面上に光放出領域を成長させることを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する方法を含む。光放出領域は、第１と第２の正負逆のドープ層間の活性層を含む。本方法はまた、基板の第２の表面の少なくとも一部分にモスアイ形態を生成すること、第１のドープ層または第２のドープ層のうちの一方と接触する、基板の第２の表面上に第１の接点を形成すること、および第１のドープ層または第２のドープ層のうちの他方と接触する第２の接点を形成することを含む。
【００１８】
他の態様においては、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造する他の方法に関する。本方法は、基板の第１の表面上に光放出領域を成長させることを含む。光放出領域は、第１と第２の正負逆のドープ層間の活性層を含む。本方法はまた、基板の第２の表面上に層を形成することも含む。この層は、基板とほぼ同じ屈折率と、モスアイ表面形態とを有する。本方法は、第１のドープ層または第２のドープ層のうちの一方と接触してその層上に第１の接点を形成すること、および第１のドープ層または第２のドープ層のうちの他方と接触して第２の接点を形成することをさらに含む。
【００１９】
本発明のこれらおよび他の態様および利点は、以降の詳細な説明と、本発明の特徴を例として示す添付図面から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、ＬＥＤ基板の裏面に特定のタイプの表面形態を追加することにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）について光抽出を改善する。その表面形態は、ＬＥＤ製造プロセス内の１つまたは複数の追加ステップを介して基板中に作製される。
【００２１】
一実施形態においては、ＳｉＣ基板の裏面形態は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを、より詳細には誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）プロセスを使用して、修正される。このプロセスは、顕微鏡スケールの、くぼみのあるテキスチャーによって特徴づけられる１つまたは複数の表面区域を生成する。くぼみのある表面は、普通ならＬＥＤ中にトラップされるはずの光が、全反射（ＴＩＲ）によって、基板から脱出して、光放出に寄与することができるようにする、変化のある表面を実現する。表面の変化は、ＴＩＲ光が臨界角内で基板表面に到達し放出されることになる可能性を増大させる。表面を介して基板を脱出しない光については、表面の変化により、その光が異なる角度で反射され、次の通過で脱出することになる可能性が増大される。結果として生じる散乱表面形態により、光抽出が改善され、従来のデバイスに比べてパッケージ後のＬＥＤダイから出る光が増す。
【００２２】
他の実施形態においては、角錐や、角錐台などエッチングされた特徴（ｅｔｃｈｅｄ  ｆｅａｔｕｒｅ）が、ＲＩＥプロセスに先立って、基板表面内に作製される。これらのエッチングされた特徴は、角度付きのこ歯（ａｎｇｌｅｄ  ｓａｗ  ｂｌａｄｅ）を使用して、ＳｉＣ内に微細な小平面またはベベルを切り込むこと（ｃｕｔｔｉｎｇ）により作製される。光学的モデリングの結果ではそうなるはずであるにもかかわらず、ベベルカット（ｂｅｖｅｌ  ｃｕｔ）は、それら自体では光出力を改善しない。これは、ＳｉＣ基板を切り込むプロセスが、切込み表面に、光を吸収する損傷材料層を残すと思われるからである。この場合には、ＲＩＥプロセスで、切込み表面における損傷材料層を除去し、１つまたは複数の基板表面区域上にくぼみのある表面を生成する。くぼみのある散乱表面形態と基板を切り込むことにより残された損傷材料の除去との組合せは、従来デバイスに対して光出力を改善する。
【００２３】
本発明の他の実施形態においては、角錐、角錐台、円錐、六角錐などが、ＲＩＥプロセスとＧａＰエッチングなどの湿式化学プロセスとを含むＳｉＣエッチングプロセスとの組合せで、知られているマスキング技法を使用して、基板表面内に作製される。これらのエッチングされた特徴は、高さ、表面積共により小さくし、切込み技法を使用して作製されるエッチングされた特徴を有する表面より高い密度のエッチングされた特徴を有する基板表面を生成することができる。他の実施形態においては、エッチングされた特徴がＳｉＣ中に作製された後に、また従来の側壁カットが作製された後に、ＲＩＥプロセスが、基板の裏面に適用される。
【００２４】
次に図面を、とりわけ図１を参照すると、本発明によるＬＥＤパッケージ１０の一実施形態が示されており、この実施形態は、基板を通過するＬＥＤ光の光抽出を改善するように修正された裏面１６を有する基板１４を備えるＬＥＤ１２を含む。基板１４は、多数の材料から作製することができ、また多くの異なる厚みとすることができ、適切な基板は、１２５〜５００ミクロンの厚みの範囲をもつ４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であるが、３Ｃポリタイプ、６Ｈポリタイプ、１５Ｒポリタイプを含めて他の炭化ケイ素ポリタイプを使用することもできる。炭化ケイ素は、サファイアよりもＩＩＩ族窒化物にずっと近い結晶格子の整合を有しており、より高品質のＩＩＩ族窒化膜をもたらす。炭化ケイ素はまた、非常に高い熱伝導度を有し、その結果、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力パワーは、（サファイア上に形成された一部のデバイスの場合と同様に）基板の熱放散によって制限されない。炭化ケイ素基板が使用可能であることにより、商用デバイスを可能にするデバイス分離のための能力と寄生キャパシタンス低減が実現される。
【００２５】
ＬＥＤ１２は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）など知られているプロセスを使用して基板１４上に形成された標準放出領域１８を備える。従来のＬＥＤの動作の詳細については知られており、簡単にしか論じない。ＬＥＤの放出領域１８は、２層の正負逆のドープ層間に挟まれた活性層を含んでいてもよく、これらの層は、標準的な厚みを有し、活性層は、バイアスが正負逆のドープ層間を跨いで印加されたとき、光を全方向に放出する。
【００２６】
放出領域の諸層は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系など異なる材料系から製造することができる。ＩＩＩ族窒化物は、窒素と、周期律表のＩＩＩ族中の元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物を意味する。この用語はまた、ＡｌＧａＮやＡｌＩｎＧａＮなどの三元化合物および第三化合物を意味する。好ましい実施形態においては、ドープ層を形成する材料は、ＧａＮであり、活性層を形成する材料は、ＩＮＧａＮである。代替実施形態においては、ドープ層の材料は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰであってもよい。
【００２７】
ＬＥＤ１２は、パッケージ１０内でフリップチップの向きで配列され、基板１４の上部がＬＥＤの主要放出表面である。側面など基板１４の他の表面もまた、光を放出するが、上部表面が、一般に主要放出表面である。ＬＥＤ１２は、第１および第２の金属層上、またはサブマウント２２の一部分であるはんだバンプ２０ａ、２０ｂ上にフリップチップ技術で載置される。第１の接点２４は、第１の金属層２０ａと、放出領域１８中の正負逆のドープ層のうちの一方との間で結合され、第２の接点２６は、第２の金属層２０ｂと、放出領域の他方のドープ層との間で結合される。バイアスは、第１の金属層２０ａと第２の金属層２０ｂとを介して接点２４、２６に印加され、次いでそのバイアスは、接点２４、２６を介して放出領域中の正負逆のドープ層に伝えられ、活性層に光を放出させる。
【００２８】
電荷を伝えるのに十分に導電性である基板を有する他のＬＥＤ実施形態においては、基板接点２８を使用して、正負逆のドープ層のうちの一方にバイアスを印加することができる。他方のドープ層は、金属層２０ａ、２０ｂとＬＥＤとの間に配列された接点２４、２６のうちの一方に接触される。バイアスは、接点２８と、金属層２０ａ、２０ｂのうちの一方を介してＬＥＤに印加され、そのバイアスは、これらの金属層のうちの他方から基板接点に対して、金属層から基板接点に走る導電性ワイヤ（図示せず）を介して伝えることができる。
【００２９】
金属層２０ａ、２０ｂの上部表面は、放出領域から金属層に向かって放出された光が反射して戻され、ＬＥＤパッケージ１０の放出全体に寄与するように、反射性とすることもできる。ＬＥＤ１２とその接点は、透明な保護材料３０中に入れることができ、保護材料は、典型的にはＬＥＤ１２と金属層２０ａ、２０ｂの上部表面を覆う透明なエポキシである。
【００３０】
代わりに、ＬＥＤ１２は、一般に放出領域の正負逆のドープ層の上の接点間にバイアスを印加するための導電性経路（図示せず）を有する「金属カップ（ｍｅｔａｌ  ｃｕｐ）」の水平なベース上に取り付けることもできる。金属カップの上部表面はまた、放出領域から光を反射するように反射性にし、その結果、その光がＬＥＤパッケージの光放出に寄与するようにすることもできる。
【００３１】
基板１４は、ＬＥＤ１２のフリップチップ構成において、ＬＥＤの上部の主要な放出表面となる修正された裏面１６を備える。修正された表面１６は、ＬＥＤ１２の光放出を向上する。従来のＬＥＤの効率は、活性層によって生成されるすべての光を放出することができないことにより制限される。フリップチップ構成されたＬＥＤが光を放出するときに、光は、多数の異なる角度で主要放出基板表面に到達する。典型的な基板半導体材料は、周囲空気、またはカプセル化用のエポキシに比べて高い屈折率を有する。高い屈折率を有する領域から、（表面の法線方向に対して）ある臨界角内にある低い屈折率を有する領域へと移動する光は、低い屈折率領域へと交差することになる。その臨界角を超えて表面に到達する光は、交差しないことになり、全反射（ＴＩＲ）を受けることになる。ＬＥＤの場合には、ＴＩＲ光は、吸収されるまでＬＥＤ内で反射され続ける可能性がある。この現象のために、従来のＬＥＤによって生成される光の多くは、放出されず、その効率を低下させる。
【００３２】
修正された表面１６は、普通なら全反射（ＴＩＲ）によってＬＥＤ中にトラップされてしまうはずの光が、基板から脱出して光放出に寄与することができるようにする、変化のある表面を実現することにより、ＬＥＤ１２の光抽出を改善する。修正された表面内の変化は、ＴＩＲ光が臨界角内で基板表面に到達し放出されることになる可能性を増大させる。修正された表面を介して基板を脱出しない光については、修正された表面の変化により、その光が異なる角度で反射され、次の通過で脱出することになる可能性が増大される。
【００３３】
修正された表面の特性と修正された表面を作製するプロセスについての詳細は、様々な例示的なプロセスランの状況の中で、以下に提供される。しかし、これらのプロセスランについて説明する前に、修正された基板表面を有するＬＥＤの追加の実施形態について説明する。
【００３４】
多数の異なるタイプのＬＥＤでは、本発明による修正された表面を利用して、光抽出を増大させることができる。図２は、半導体放出領域４６が一方の表面上に形成された基板４４を有するＬＥＤ４２を含む、本発明によるＬＥＤパッケージ４０の他の実施形態を示す。放出領域４６は、図１の放出領域１８と類似している。ＬＥＤ４２は、放出領域４６中の正負逆のドープ層に接触するために接点５０、５２を有する第１および第２の金属層４８ａ、４８ｂ上に載置される。金属層４８ａ、４８ｂに印加されるバイアスは、接点５０、５２を介して正負逆のドープ層に印加することができる。ＬＥＤ４２は、基板の裏面が、ＬＥＤ４２の主要放出表面になるように、フリップチップ実装される。ＬＥＤ４２は、保護用の透明なエポキシ５４中に入れることもできる。
【００３５】
ＬＥＤの放出表面５６（基板４４の表面）は、平坦ではなく、その代わりに複数のエッチングされた特徴５７を有しており、これらの特徴は、図２の構成においては、角錐台である。角錐台５７は、角度付きのこ歯を使用して格子パターンの形の複数のベベルカット５８を切り込むことにより、形成することができる。角錐台５７のサイズと形状は、のこ歯により基板４４の表面内に切り込まれる深さを調整することにより、変化させることができる。他の構成においては、カットの深さは、角錐を形成するように設定することができる。切り込むプロセスは、光を吸収する損傷材料の上にある層を有する実質的に滑らかな切込み表面５９をもたらすことが知られている。
【００３６】
エッチングされた特徴５７を形成した後で、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが、切込み表面５９と非切込み表面６０とを含めて、放出表面５６に対して適用される。最終的に、非切込み表面６０に対応する非常に多数のくぼみのある表面区域と、切込み表面５９に対応する滑らかな損傷のない表面とを有する放出表面５６が得られる。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、非切込み表面６０などの初めから粗い表面の表面形態をくぼみのある表面へと変化させ、損傷材料層を除去し、切込み表面５９などの初めから滑らかな表面を不変のままにすることが観察されている。
【００３７】
エッチングされた特徴は、エッチングプロセスと組み合わせて、知られているマスキング技法を使用して形成することもできる。例えば、ＳｉＣ基板４４では、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスを使用することもでき、あるいは代わりにＧａＰエッチングなどの湿式化学エッチングプロセスを使用することもできる。エッチングされた特徴５７が生成され、マスキングが除去された後に、エッチングプロセス、例えばＩＣＰ−ＲＩＥを基板に適用して、マスキングによって覆われた表面のこれらの区域にくぼみのある表面区域を生成することができる。
【００３８】
マスキング／エッチング技法を使用したエッチングされた特徴の生成は、以降の理由のためにベベル切り込み技法よりも有利であると考えることができる。すなわち、第１に、これらにより、角錐および角錐台だけでなく、円錐および六角錐も含めて、より広範な様々なエッチングされた特徴幾何形状の形成が可能になるからである。第２に、これらにより、エッチングされた特徴のより高密度なアレイの形成が可能になるからである。第３に、これらは、損傷材料の層を形成することなく、これらのエッチングされた特徴を生成するからである。
【００３９】
エッチングされた特徴５７は、さらなる変化を表面に与えて、ＴＩＲ光がＬＥＤから脱出できるようにすることにより、光抽出を向上する。これらのくぼみのある表面区域と組み合わされたエッチングされた特徴５７は、図１に示されるような平坦なくぼみのある基板表面に比べて、より高い程度の光抽出を実現する。
【００４０】
図３は、基板７４と放出領域７６とを備えるフリップチップ実装されたＬＥＤ７２も有する、本発明によるＬＥＤパッケージ７０の他の実施形態を示している。ＬＥＤ７２は、放出領域７６にバイアスを印加するために接点８０、８２を用いて金属層７８ａ、７８ｂに実装される。ＬＥＤ７２はまた、保護用の透明なエポキシ８４中に入れられる。
【００４１】
ＬＥＤ７２の放出表面８６は、図２に関して説明されたエッチングされた特徴と同様にして複数のベベルカット９０によって形成された複数のエッチングされた特徴８８を含む。さらに、ＬＥＤ７２は、角度付きのこ歯を使用して作製された周部の周りで側壁カット９２を含む。側壁カット９２は、２つの基板表面、すなわち垂直側壁表面９４と角度付き側壁表面９６とを含む。側壁表面９４，９６は、ベベル切込み表面９８と同様にそれらの表面に関連する損傷材料層を有する。
【００４２】
エッチングされた特徴８０および側壁カット９４の作製に続いて、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが、ベベル切込み表面９８、角度付き側壁表面９６および非切込み表面１００を含めて基板表面８６に適用される。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスの適用は、非切込み表面１００に垂直であるので、そのプロセスは、垂直側壁表面９４に影響を及ぼさない。最終的に、非切込み表面１００に対応する非常に多くのくぼみのある表面区域と、ベベル切込み表面９８に対応する滑らかな損傷のない表面と、角度付き側壁表面９６を有する放出表面８６が得られる。
【００４３】
代替構成においては、ＧａＰエッチングなどの湿式化学エッチングを放出表面８６に適用することもできる。ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングとは異なり、ＧａＰエッチングは、垂直側壁９４に影響を及ぼし、垂直側壁に関連する損傷材料層を除去する。しかし、このエッチングは、非切込み表面１００にはくぼみのある表面を生成しない。
【００４４】
エッチングされた特徴８０と側壁カット９２は、ＴＩＲ光がＬＥＤから脱出できるように表面にさらなる変化をもたらすことにより、光抽出を向上する。エッチングされた特徴８０と、側壁カット９２と、くぼみのある表面区域は、図１および２に示されるような平坦なくぼみのある基板表面に比べて、より大きな度合いの光抽出を実現する。
【００４５】
本発明によれば、前述のＬＥＤの実施形態は、エッチングプロセス、とりわけＩＣＰ−ＲＩＥプロセスを含む方法を使用して製造される。例示的なＬＥＤは、以降のように製造された。すなわち、一般には、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが、標準の裏面仕上げを有する露出した４Ｈ  ＳｉＣウェハおよび６Ｈ  ＳｉＣウェハに適用された。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、エッチング剤としてＳＦ6を必要とし、ＳｉＣエッチングについて標準の処理条件を使用した。ウェハは、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセス中にサファイアキャリアウェハ上に表を下にして配置された。ＧａＰエッチングなどの湿式化学作用エッチングを含めて、他の処理条件または化学作用も可能とすることができ、また本発明は、本明細書中に説明されている特定の条件および化学作用だけには決して限定されるものではない。
【００４６】
基板に適用されたとき、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、基板材料を除去する。単位時間当たりの平均速度で材料を除去することに加えて、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングは、特定の諸表面に顕微鏡スケールのくぼみのあるテキスチャーを形成させる。より詳細には、ウェハを作製するために基板材料コアをワイヤカット（ｗｉｒｅ  ｃｕｔ）することに由来する表面など、初めから粗面の基板表面は、図４に示されるように、エッチングされたときくぼみのある表面を形成することになり、一方、ソーカット（ｓａｗ  ｃｕｔ）してベベルを形成することに由来する表面など、初めから滑らかな表面は、図５に示されるようにエッチングされたとき滑らかなままとなることが観察されている。初めの粗面の表面からくぼみのある表面への表面形態における変化は、図６、７、８に示される。図６は、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングの前のＳｉＣウェハの２０μｍ×２０μｍスケールの画像である。図７は、約５分間のＩＣＰ−ＲＩＥエッチング後のＳｉＣウェハの１００μｍ×１００μｍスケールの画像である。図８は、約３０分間のＩＣＰ−ＲＩＥエッチング後のＳｉＣウェハの２０μｍ×２０μｍスケールの画像である。
【００４７】
図９は、エッチング時間の増加に伴うＳｉＣ表面形態の進展を示す。この図から、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスによって生成されるくぼみがエッチング時間の増加と共に増大することは、明らかである。したがって、エッチング時間を調整して所望のくぼみのサイズを得ることにより、表面形態を制御することが可能である。エッチングプロセスにより除去されるＳｉＣの厚みは、時間の関数として変化する。図１０は、除去されたＳｉＣ材料 対 エッチング時間のグラフである。エッチングに続いて、ウェハは、総積分散乱（ＴＩＳ）ツールを使用して特徴が調べられる。ＴＩＳ信号は、どれだけ有効に表面粗さがウェハ中において内部で光を散乱するかを測定し、ＬＥＤ光抽出の代用になる。図に示されるＴＩＳデータは、１５から６０分のエッチング時間を示唆し、この時間は現在のプロセス条件について任意選択である。
【００４８】
ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングによって生成されたくぼみのある表面テキスチャーは、いくつかの点で有利である。第１にくぼみのある形態は、他の周知の粗面化プロセス（例えば、機械研磨）からもたらされる他の表面形態に比べてより一貫性があり、より規則的であり、これは、観察される光抽出向上に寄与する可能性がある。第２に、エッチングプロセスは、より制御可能であり、他の粗面化プロセス（例えば、機械研磨）よりも損傷表面または部分表面の層を残す可能性は少ない。
【００４９】
第３に、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングプロセスは、これらのくぼみのある特徴を生成するためにフォトリソグラフィまたはマスキング、あるいは他のパターン形成を必要としない。このエッチングプロセスは、一様な露出されたＳｉＣ表面に適用され、くぼみのある特徴は、自然発生的に形成される（しかし、以前に示したように、くぼみのある表面の形成は、特定の開始表面、すなわち粗面 対 平滑面に依存する）。したがって、そのエッチングプロセスは、ＬＥＤ製造フローに組み込むのに比較的簡単で安価である。第４に、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングプロセスは、エピ成長前を含めてＬＥＤ製造プロセス中におけるいくつかのポイントで挿入することができる点で柔軟である。
【００５０】
例示的なプロセスラン
ＩＣＰ−ＲＩＥを伴うＬＥＤ
一連のプロセスランにおいて、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、最終的なウェハレベルプロセスステップとして、９００μｍ×９００μｍのＬＥＤに適用された。標準的なＬＥＤウェハは、ｎ接点が（裏面がベアのままである）ウェハのエピ側にあるような横方向の接点幾何形状を有する以外は、ノースカロライナ州、ダラム市のＣｒｅｅ  Ｉｎｃ．によって製造されるＸＢ９００タイプのＬＥＤと同様に製造された。それ以外すべてが等しければ、横方向幾何形状のデバイスは、従来の垂直幾何形状のＸＢ９００デバイスと比べてランプ内で同様に機能することがこれまでに示されている。処理した後で、横方向幾何形状のＬＥＤは、側壁小平面を含めて、通常のように単一化され、次いでＰｂＳｎはんだバンプを用いてＳｉサブマウントにフリップチップ実装され、次いで通常の方法でランプの形に作製される。
【００５１】
１つのプロセスラン（ＲＩＥ＃１）においては、１２０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが、４Ｈウェハに適用された。これらのＩＣＰ−ＲＩＥサンプルでは、匹敵するエピ材料から作製された従来のＸＢ９００デバイスについての従来の平均に比べて２３％明るいランプが得られた。エッチングプロセスは、全面ウェハ（ｆｕｌｌ  ｗａｆｅｒ）を使用することを必要としており、したがって対照サンプル（エッチングなし、同じウェハ）は、直接の比較のために使用可能ではなかった。
【００５２】
他のプロセスラン（ＲＩＥ＃３）においては、１２０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが、適用された。１枚の４Ｈウェハと１枚の６Ｈウェハの場合、これらのＩＣＰ−ＲＩＥサンプルでは、匹敵するエピ材料から作製された従来のＸＢ９００デバイスについての従来の平均に比べてそれぞれ５％と９％明るいランプが得られた。エッチングプロセスは、全面ウェハを使用することを必要としており、したがって対照サンプル（エッチングなし、同じウェハ）は、直接の比較のために使用可能ではなかった。
【００５３】
ベベルとＩＣＰ−ＲＩＥを伴うＬＥＤ
第２の一連のプロセスランにおいては、エッチングされた特徴は、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスに先立ってＬＥＤウェハの裏面内で作製されたベベルカットを使用して、基板表面に追加された。これらのベベルカットは、カットの深さが約１００μｍから約１５０μｍになるように設定された角度付きのこ歯を使用して、作製された。上記のプロセスランにおける場合と同様に、これらのＬＥＤは、横方向接点幾何形状を有する点以外はＸＢ９００と同様であった。図１２〜１８は、ベベルカットの一部の実施例を示している。図１２および１６においては、ベベルカットは、ＬＥＤの周部に対して対角線上に配置され、一方、図１３〜１５、１７、１８においては、これらのカットは、直角に配置されている。図１２、１３、１４、１６においては、カットの深さは、作製されたエッチングされた特徴が、角錐台となるようになっていた。図１５および１７において、カットの深さは、作製されたエッチングされた特徴が角錐となるように増大された。図１８においては、のこ歯の形状と、カットの深さは、作製されたエッチングされた特徴が正方形の垂直な突起部を有する、角錐台となるようになっていた。
【００５４】
プロセスラン中に使用されるカット幾何形状と異なるカット幾何形状が、可能であり、より優れていると判明するかもしれない。例えば、周知のマスキング技法をＩＣＰ−ＲＩＥエッチングプロセスまたは、湿式化学エッチングなど、他の周知のエッチングプロセスと組み合わせて使用して、円錐状または六角形の角錐表面の特徴となる表面カットを形成することができる。異なるエッチングされた特徴幾何形状を実現することに加えて、これらの技法は、単位面積当たり、より多くのエッチングされた特徴の形成を可能にする。これは、前述のベベルカットする技法において使用されるのこ歯のサイズによって課せられる制限の点でそうである。浅い表面カットを有する密度の高いエッチングされた特徴によって特徴づけられる基板表面は、横方向接点幾何形状とは異なる垂直接点幾何形状を有するＬＥＤを生成するように基板上で電気接点を配置することを可能にするのに十分な表面積を提供することができる点で、有利である。エッチング切込み（ｅｔｃｈｅｄ  ｃｕｔｔｉｎｇ）を使用したときに可能な浅い切込み表面はまた、ソーカットすることによってもたらされる基板に対して全体的に厚い基板となる。厚みを増大することは、基板の電流スプレッディング、例えばＬＥＤの光出力を増大させる電気抵抗のより低い基板を提供する。
【００５５】
特定のプロセスランに関しては、１つのラン（ＲＩＥ＃６）において、対角線のベベルカットが６Ｈウェハに適用され、その後、３０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが行なわれた。これらのカットは、約１００μｍの深さであった。ベベル＋ＩＣＰ−ＲＩＥによるサンプルでは、ＩＣＰ−ＲＩＥだけのサンプルに比べて２２％明るいランプが得られた。１方向だけに対角線カットを有するサンプルでは、約半分の改善であった。
【００５６】
他のプロセスラン（ＲＩＥ＃７）においては、対角線のベベルカットが、３枚の４Ｈウェハに適用され、それに６０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが続いた。これらのカットは、約１００μｍの深さであった。ウェハ＃１および＃２の場合、ベベル＋ＩＣＰ−ＲＩＥのサンプルとＩＣＰ−ＲＩＥだけのサンプルは、同等の明度のランプとなった。ウェハ＃３の場合、ベベル＋ＩＣＰ−ＲＩＥのサンプルでは、ＩＣＰ−ＲＩＥだけのサンプルよりも１０％明るいランプが得られた。エッチングは、その時点で全面ウェハを必要とし、したがって対照サンプル（エッチングなし、ベベルなし）は、直接に使用可能ではなかった。しかし、これらのベベルとＩＣＰ−ＲＩＥ表面は、その後にウェハ＃３から研磨され、すなわち除去され、ランプは、ベベル＋ＩＣＰ−ＲＩＥ＋研磨のサンプルから作製され、同様に研磨された標準のＬＥＤウェハと比較された。これにより、本発明者等は、ベベル＋ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスにより標準のＬＥＤと比べて約２５％明るいランプが得られることを推論することができた。
【００５７】
さらに他のプロセスラン（ＲＩＥ＃９）においては、四つ切りウェハが、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスのために使用された。約１００μｍの深さの対角線のベベルがＳｉＣに対して適用されてから、（ａ）３０分間および（ｂ）６０分間エッチングされた。４Ｈウェハの場合、ベベル＋３０分のＩＣＰ−ＲＩＥと、ベベル＋６０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスでは、対照サンプル（エッチングなし、ベベルなし）に比べてそれぞれ１０％と１４％さらに明るいランプが得られた。６Ｈウェハの場合、ベベル＋３０分のＩＣＰ−ＲＩＥと、ベベル＋６０分のＩＣＰ−ＲＩＥプロセスでは、対照サンプルに比べてそれぞれ１４％と２２％さらに明るいランプが得られた。
【００５８】
前述のプロセスランの組においては、追加のプロセスステップは、基板の裏面全体にわたって小平面が刻まれたソーカット（「ベベル」）の適用と、それに続く、くぼみのある表面テキスチャーを有する区域を生成し、ソーカットに関連する表面損傷を除去するＩＣＰ−ＲＩＥプロセスとを含んでいた。これらのプロセスステップは、様々な理由のために有利である。第１に、チップの周部だけに角度付き側壁を付与する既存の小平面を刻む技術に比べて、これらのベベルは、チップの裏面上により大きな面積の角度付き小平面を生成するからである。これによって、この小平面を刻む技術は、増大するチップサイズと共にスケールすることができるようになる。
【００５９】
第２に、これらのベベル自体は、より良好な光抽出をあまり確実にもたらさないこと（また物事をさらに悪化させることさえあり得ること）が示されている。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスにより、切り込むプロセスに起因する損傷表面層を除去することによって、ベベルの理論的な光抽出の利点を実現することができるようになる。
【００６０】
第３に、これらのベベルに関連する表面損傷を除去するための代替方法−ＳｉＣの湿式エッチング−に比べて、ＩＣＰ−ＲＩＥにより設けられるくぼみのある表面テキスチャーは、これらのベベルの脱出コーンにＴＩＲ光を散乱する助けとなる。ウェハの前面の方がエッチング剤から保護することが簡単であるという意味において、製造するのがより容易となり得る。
【００６１】
ＡＴＯＮ、ベベルおよびＩＣＰ−ＲＩＥを伴うＬＥＤ
第３の一連のプロセスランにおいては、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、ベベルカットおよび従来の側壁（ＡＴＯＮ）カットが横方向幾何形状のＸＢ９００ウェハに対して行われた後で適用された。ＬＥＤウェハは、深い側壁カット部での早期破壊を防止するために、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセス中にサファイアキャリアウェハに接合された。その他の点では、そのプロセスは、前述のプロセスと同様であった。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスが最後に行われるので、実質的にすべてのソー（ｓａｗ）損傷は除去される。
【００６２】
１つのプロセスラン（ＲＩＥ＃１０）においては、ベベル＋ＡＴＯＮ＋ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスを伴う４Ｈウェハと６Ｈウェハでは、それぞれ対照サンプル（同じウェハ、ＡＴＯＮのみ）に比べて２１％と２２％さらに明るいランプが得られた。
【００６３】
本発明は、そのある種の好ましい構成に関して詳細に説明してきたが、他のバージョンも可能である。例えば、横方向接点幾何形状のＬＥＤの代わりに、前述のプロセスは、垂直接点幾何形状のＬＥＤに適用することもできる。垂直接点幾何形状のＬＥＤにおいては、ＩＣＰ−ＲＩＥプロセス中にｎ接点金属領域を保護するための注意を払う必要があるはずである。
【００６４】
湿式化学作用を含めて他のエッチング剤の化学作用を使用することもできる。例えば、ＧａＰエッチングは、表面損傷の除去のためのＩＣＰ−ＲＩＥに対する代替方法として使用することができる。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．によって製造されるＥＺ−ＸＴ  ＬＥＤなどの極薄ＬＥＤにおいて使用される基板を含めて様々な厚みの基板に対して適用することができる。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、チップスケールパッケージＬＥＤを含めて将来の「薄いチップ」のＬＥＤに対して適用することもでき、この場合には、散乱性の高い表面粗さが望ましい。
【００６５】
本発明は、すべてのフリップチップＬＥＤ製品中で使用することができるが、特に大面積のＬＥＤで使用することができる。横方向接点幾何形状のデバイスを用いて実施することが最も簡単であるが、垂直幾何形状のデバイスにも同様に適用可能である。すべてのＡＴＯＮ切込み表面、あるいは別の方法で切り込まれた表面に対してＩＣＰ−ＲＩＥプロセスを適用し、ソー損傷を除去することができる。ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスは、他のタイプのＬＥＤ基板（サファイア、ＧａＰなど）についても適用可能とすることができる。
【００６６】
本発明は、表面損傷を除去する手段を提供することにより、ＳｉＣに現在適用されている機械的処理プロセス（すなわち、ソーのグリットサイズ、ワイヤソー（ｗｉｒｅ  ｓａｗ）の速度、ダイシングソー（ｄｉｃｉｎｇ  ｓａｗ）の速度）におけるより大きな柔軟性を可能にすることができる。
【００６７】
図１９は、基板の表面のうちの一方の上に形成された半導体放出領域１１４を有する導電性基板１１２を含む、本発明によるＬＥＤ１１０の他の実施形態を示す。放出領域１１４は、図１における放出領域１８と類似している。ＬＥＤ１１０は、放出領域１１４中の正負逆のドープ層と接触する第１および第２の接点１１６、１１８を含む。バイアスが正負逆のドープ層に接点１１６、１１８を介して印加されたとき、光が放出される。放出領域１１４と反対側の基板表面１２０が、ＬＥＤの主要放出表面となるように、ＬＥＤ１１０は、フリップチップ実装することができる。
【００６８】
主要放出表面１２０の一部分１２２は、幾何形状要素の集まりを含む表面形態を含む。要素の「プロファイル」または形状、例えば円錐、角錐、半球と、要素の「深さ」ならびに要素の「周期性」、すなわち隣接する要素の同様の特徴の間、例えばピーク間の間隔とを含む属性を使用して、特定の表面形態を特徴づけることができる。以下で説明するように、一構成においては、放出表面１２０のこれらの変形された一部分１２２は、基板１１２中に全体、且つ、直接に、また好ましくはマスクを使用せずに形成される。他の構成においては、変形された一部分１２２は、少なくとも部分的に基板内に形成される。他の構成においては、変形された一部分１２２は、基板１１２の放出表面１２０の上部の上の他の材料層中に形成される。
【００６９】
第１の接点１１６の下の一部分など、主要放出表面１２０の他の一部分１２４は、実質的に滑らかである。滑らかな表面は、接点１１６と基板１１２との直接接触する大きな表面積をもたらし、それによって、接点から基板への電流の効率的な移動が可能になる。
【００７０】
図２０を参照すると、好ましい実施形態においては、主要放出表面１２０は、追加の滑らかな表面区域１２６を含む。導電性要素１２８がこれらの表面区域１２６上に形成され、第１の接点１１６に電気的に接続される。これらの追加の導電性要素１２８は、基板１１２の表面区域全体にわたってより効率的な電流分布をもたらす電流スプレッディング構造を形成する。これらの滑らかな一部分１２４、１２６は、変形された一部分１２２を作製する前に基板の上部表面１２０をマスクすることによって形成される。
【００７１】
図２１を参照すると、代替構成において、より効率的な電流スプレッディングが、主要放出表面１２０上に配置された電流スプレッディング層１３０によって提供される。一構成においては、電流スプレッディング層１３０は、主要放出表面１２０上に堆積された透明導電性材料の層である。透明導電性材料は、約２ｎｍと２０ｎｍとの間の厚みを有するＰｄ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属、約１００ｎｍの厚みを有するインジウムスズ酸化物などの透明導電性酸化物、または半導体材料であってもよい。
【００７２】
半導体材料構成では、その材料は、主要放出表面１２０上に堆積された高濃度にドープされた（ｈｅａｖｉｌｙ  ｄｏｐｅｄ）半導体材料の追加層であってもよい。この場合には、「高濃度にドープ」は、基板１１２よりも高濃度にドープされることを意味する。このような半導体材料は、例えばＳｉＣ、ＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮを含んでいてもよい。この材料は、一般に基板１１２と同じまたは類似した屈折率を有し、また基板と同じｎ形またはｐ形のドーピングを有する。したがって、基板１１２がｎ形ＳｉＣから形成される場合、追加材料１３０の層は、ｎ形のＳｉＣまたはＡｌＩｎＧａＮであってもよく、基板がｎ形ＧａＮから形成される場合には、追加材料はｎ形ＧａＮとなるはずである。半導体材料層の厚みは、ドーピング濃度に依存する。例えば、ドーピング濃度が１20ｃｍ-3よりも高濃度である場合、約１００ｎｍの厚みで十分なはずである。
【００７３】
図２２を参照すると、他の構成においては、電流スプレッディング層１３０は、基板１１２それ自体の一部分である。この実施形態においては、基板１１２の上部表面領域１３２は、その電気伝導度を増大させるために、さらにドーピングを受ける。基板１１２の高濃度にドープされた上部表面領域１３２は、追加の材料層を必要とせずに電流スプレッディングを実現する。この場合に、「高濃度にドープ」は、基板１１２の上部表面領域１３２が基板の残りの部分よりも高濃度にドープされることを意味する。基板のこのより高濃度にドープされた領域１３２の厚みは、ドーピング濃度に依存する。例えば、ドーピング濃度が１20ｃｍ-3よりも高濃度である場合、約１００ｎｍの厚みで十分なはずである。
【００７４】
図１９に戻ると、主要放出表面１２０の変形された一部分１２２は、それぞれが当技術分野において周知の技法を使用したいくつかのプロセスのうちのどれを使用しても形成することができる。一方法においては、変形された一部分１２２は、マスクを使用せずに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングプロセスを使用して、基板１１２の主要放出表面１２０を直接にエッチングすることにより形成される。このプロセスは、図２３に示されるような表面形態を基板表面に持たせることが知られている。かかる形態は、「モスアイ」表面と称されている（例えば、非特許文献５参照）。
【００７５】
図２４を参照すると、他の実施形態において、変形された一部分１２２（図１９）は、放出表面１２０を材料または粒子の薄い不連続層１３４でコーティングすることにより形成される。本明細書中で使用される「不連続層」は、層の断面を顕微鏡レベルで非一様な厚みにする上部表面要素１３６を有する、１つまたは複数の部分層から形成することができる層を意味する。一実施形態においては、層１３４中の要素の密度とこれらの要素のサイズは、層の上部表面が、ＲＩＥエッチングを用いて実現されるモスアイ表面と同様の周期性、プロファイルおよび深さをもつ形態を有するように選択される。不連続層１３４の表面形態１３８は、その場合には不連続層を部分的または完全に除去することによって、基板１１２に少なくとも部分的に転写される。この場合に使用される「転写」は、不連続層１３４の部分的または完全な除去の後に、基板１１２の表面が、除去または部分的な除去のプロセスに先立って不連続層が有していたのと実質的に同じ表面形態を有することを意味する。
【００７６】
不連続層１３４は、ドライエッチングプロセスを使用して除去されることが好ましい。コストを節約する対策として、ドライエッチングプロセスは、好ましくはＲＩＥプロセスではなく、例えば、三フッ化窒素、窒素酸化物、三フッ化アンモニウム、酸素、六フッ化イオウ、四フッ化炭素、これらの混合物などのフッ素含有ガスを用いたエッチングを含むことができる。炭化ケイ素をドライエッチングするための例示的な技法については、全体が参照により本明細書に組み込まれている特許文献中に記載されている（例えば、特許文献６および特許文献７参照）。この実施形態においては、不連続層１３４は、基板１１２とほぼ同じ速度でエッチングされる１つまたは複数の材料から作られる。このようなエッチング速度は、不連続層１３４の表面形態１３８が基板１１２に少なくとも部分的に転写されるようにする。
【００７７】
他の実施形態においては、不連続層１３４の表面形態１３８は、基板１１２についての所望の表面形態と一致しなくてもよい。例えば、不連続層１３４の表面上の要素１３６の深さは、所望の深さよりも深くてもよい。この場合に、不連続層１３４は、基板１１２に対してさらに速い速度でエッチングされる１つまたは複数の材料から作られていてもよい。最終的に、不連続層１３４の要素１３６よりも浅い深さをもつ要素を有する表面形態を伴う基板１１２が得られる。不連続層１３４の表面形態の特性と、基板１１２に対する不連続層のエッチング速度は、基板表面形態の形状の制御を可能にする。それぞれの適切な選択を介して、所望の基板表面形態を得ることができる。
【００７８】
一構成においては、不連続層１３４は、その層を不連続にする条件下で金属、例えば金またはアルミニウムの薄層を堆積させることによって形成される。例えば、金属は、金属を拡散し、層の表面から突出するアイランドを形成するのに十分な高い温度にさらすことができる。温度が高くなるほど、またさらす時間が長くなるほど、アイランドが少なくなり、大きくなる。したがって、これらのアイランドのサイズ、形状、密度を、温度およびさらす時間によって制御し、所望の表面形態を作製することができる。
【００７９】
他の構成においては、不連続層１３４は、最初に金属の一様な層を堆積させ、次いで１）一様な層上に不連続的なマスク層を堆積させ、次いで金属の層をエッチングして所望の表面形態を形成し、または２）エアロゾルまたは他のガス相の化学反応を使用して一様な層上にナノ粒子を堆積させ、次いでエッチングして下にある一様な層上に所望の表面形態を形成することにより、一様な層を非一様にすることにより形成される。
【００８０】
他の実施形態においては、非一様な層１３４は、ナノ粒子から形成することもできる。これらの粒子は、例えば粒子の層の所望の厚みと液体の特性によって回転速度を決定したスピナを使用して基板表面１２０上に一様に堆積される液体中で懸濁させることができる。液体層が堆積された後に、高温または室温で液体を蒸発させて、液体を除去し、粒子だけを残すことができる。他の実施形態においては、粒子の層を基板表面１２０上に直接に噴霧することもできる。粒子は、金やアルミニウムなどの金属、アルミナ、炭化ケイ素、シリカ、窒化ホウ素などのセラミックス、グラファイトやバッキーボールなどの炭素、あるいは有機材料から形成することもできる。
【００８１】
ドライエッチングを使用したプロセスにおいては、損傷材料層は、放出表面１２０の変形された一部分１２２上にそのまま残っていてもよい。これらの場合には、損傷層を形成する材料は、ＫＯＨプロセスなどの知られている化学エッチングプロセスを使用して変形された一部分１２２をエッチングすることにより、または水素や塩化水素などのガスを流すことにより除去することができる。代わりに、損傷層を形成する材料の有害な影響は、アニールプロセスによって実質的に低減させることもできる。この場合に、アニールプロセスは、２つの機能を果たす。すなわち、アニールプロセスは、基板中のドーパントを活性化し、またアニールプロセスは、損傷層の影響を低減させる。
【００８２】
他の実施形態においては、変形された一部分１２２は、周知のグリット研磨プロセスを使用して作製される。これらのプロセスにおいては、グリット粒子、例えばダイヤモンド粒子は、光放出表面１２０を薄く削ってその表面形態を概して滑らかな表面から粗面に変化させる。グリット中の粒子の密度、粒子のサイズ、および粒子と表面１２０との間の研磨力は、得られる表面形態が、前述のＲＩＥエッチングプロセスを用いて達成されるモスアイ表面に類似した周期性、プロファイル、深さを有するように選択される。
【００８３】
図２５を参照すると、他の構成においては、変形された一部分１２２は、基板１１２の放出表面１２０の上部に堆積された材料１３２の層中に形成される。この材料は、基板と実質的に同じ屈折率を有することが好ましい。例えば、ＳｉＣ基板１１２上に堆積された材料１４０は、ＳｉＣまたはＡｌＩｎＧａＮであってもよいが、ＧａＮ基板中に堆積された材料は、ＧａＮであってもよい。材料１４０はまた、基板１１２と同じｎ形ドーピングまたはｐ形ドーピングを有する。その材料は、ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥ、スパッタリングなど、周知の、より低温の技法を使用して堆積させることができる。所望の表面形態は、温度など成長条件の制御を介して得ることができる。例えば、中間の堆積温度は、滑らかな表面をおそらくもたらすであろう高すぎる、または低すぎる堆積温度とは対照的に、所望の表面形態を生成する可能性がより高くなる。表面形態の形成は、堆積される広いバンドギャップの半導体のタイプにも依存する。ＧａＮでは、Ｖ／ＩＩＩ族の比率は、形態にかなり影響を与えることになる。また、Ｎ極性のＧａＮは、典型的なＭＯＣＶＤ成長条件の下で、一般に小平面が多く刻まれて成長する。
【００８４】
他の実施形態においては、基板１１２の材料の粒子または同様な屈折率を有する材料が、基板の上部表面１２０上に堆積される。次いで、粒子は接着またはアニールを用いて表面１２０に対して機械的に固定される。粒子のサイズ、形状、密度は、得られる表面形態１２２が、前述のＲＩＥエッチングプロセスを用いて達成されるモスアイ表面と類似した周期性、プロファイル、深さを有するように選択される。
【００８５】
本発明の特定の形態について、例示し説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく様々な変更を行うことができることが、前述のことから明らかになろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外には、限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】修正された表面形態を有する放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図２】エッチングされた特徴を有する放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図３】エッチングされた特徴と側壁カットとを有する放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図４】ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスからもたらされる、くぼみのある表面形態を有する非切込み表面の画像を示す図である。
【図５】ＩＣＰ−ＲＩＥプロセスに続くベベル切込み表面の底部の画像を示す図である。
【図６】修正される前の基板表面の２０μｍ×２０μｍのスケールのレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）を示す図である。
【図７】第１の期間の間、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチングの後の基板表面の１００μｍ×１００μｍのスケールのレンディング（ｒｅｎｄｉｎｇ）を示す図である。
【図８】図７の存続時間より長い第２の期間の間、のＩＣＰ−ＲＩＥエッチングの後の基板表面の２０μｍ×２０μｍのスケールのレンディングを示す図である。
【図９】表面形態の進展を示す光学顕微鏡画像を示す図である。
【図１０】エッチング時間の関数として除去された平均の基板の厚みを示す、いくつかのウェハについてのデータのグラフを示す図である。
【図１１】エッチング時間の関数として４Ｈ−ＳｉＣウェハからの全体の積分された散乱信号のグラフを示す図である。
【図１２】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１３】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１４】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１５】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１６】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１７】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１８】様々なベベルカットのうちの一実施例の写真を示す図である。
【図１９】モスアイ表面形態を有する放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図２０】図１５のＬＥＤの上面図である。
【図２１】透明な導電性材料の上にある層を伴うモスアイ放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図２２】基板の電流スプレッディング領域に形成されたモスアイ放出表面を含むＬＥＤの断面図である。
【図２３】モスアイ表面の断面画像を示す図である。
【図２４】その上部表面上に形成された不連続層を有するＬＥＤ基板の断面図である。
【図２５】基板上に追加のモスアイ表面をもつ層を含むＬＥＤの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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