(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金のマイクロマスクを用いてエッチングすることにより窒化ガリウム層の表面を粗面化する工程であって、
前記窒化ガリウム層の上に、前記窒化ガリウム層に連通する第１孔を有するメッシュ構造の酸化インジウム錫層（ＩＴＯ層）を形成し、
前記ＩＴＯ層を覆い、前記第１孔の底において前記窒化ガリウム層を覆う酸化シリコン層を形成し、
前記窒化ガリウム層上、および、前記ＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層の上に前記金のマイクロマスクを形成し、
前記金のマイクロマスクを用いて、前記酸化シリコン層を貫通し前記窒化ガリウム層中に至るエッチングを行い、
前記金のマイクロマスクを用いて、前記ＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層をエッチングし、その内部に前記ＩＴＯ層を露出させた複数の第２孔を形成する工程と、
前記金のマイクロマスクを除去する工程と、
前記複数の第２孔を介して前記ＩＴＯに電気的に接続された金属電極を形成する工程と、
を備えた粗面化方法。
【請求項２】
前記金のマイクロマスクは、前記酸化シリコン層上に配置された複数の金部を有し、
前記複数の金部のそれぞれは、前記酸化シリコン層の上面の領域を覆い、
前記領域の面積は、１平方マイクロメートルよりも小さい請求項１記載の粗面化方法。
【請求項３】
前記領域は、丸みを帯びた外周を有する請求項２記載の粗面化方法。
【請求項４】
前記複数の金部のそれぞれは、丸みを帯びた滑らかな形状を有する請求項２記載の粗面化方法。
【請求項５】
前記複数の金部のそれぞれは、熱的に分離された請求項２記載の窒化ガリウム表面の粗面化方法。
【請求項６】
前記金のマイクロマスクは、硫酸を用いることなく前記酸化シリコン層から除去される請求項１〜５のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項７】
前記金のマイクロマスクは、ヨウ化物を含むエッチング液を用いて前記酸化シリコン層から除去される請求項１〜６のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項８】
前記複数の第２孔のそれぞれは、１０平方マイクロメートルよりも大きく、５００平方マイクロメートルよりも小さい断面積を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項９】
前記窒化ガリウム層は、その周りにメサ側壁を有し、
前記金のマイクロマスクを用いて前記メサ側壁をエッチングし、粗面化する請求項１〜８のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項１０】
半導体層の上にＩＴＯ層を形成する工程と、
前記半導体層に連通する第１孔を前記ＩＴＯ層に形成する工程と、
前記ＩＴＯ層を覆い、前記第１孔の底を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記ＩＴＯ層上の前記絶縁層、および、前記第１孔の底の前記絶縁層の上に金層を形成する工程と、
前記金層を複数の金部に熱的に分離する工程と、
前記複数の金部をマスクとして、前記絶縁層を貫通して前記半導体層に至るエッチングを行い、前記ＩＴＯ層上の前記絶縁層をエッチングし、前記ＩＴＯ層を露出させた複数の第２孔を形成する工程と、
前記複数の金部を除去する工程と、
前記複数の第２孔を介して前記ＩＴＯ層に電気的に接続された金属電極を形成する工程と、
を備えた粗面化方法。
【請求項１１】
前記絶縁層は、酸化シリコンを含み、
前記金層の厚さは、２００オングストローム未満である請求項１０記載の粗面化方法。
【請求項１２】
前記複数の金部は、硫酸を用いることなく除去される請求項１０または１１のいずれかに記載の粗面化方法。
【請求項１３】
前記複数の金部は、ヨウ化物を含むエッチング液を用いて除去される請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項１４】
前記複数の金部のそれぞれは、前記絶縁層の上面の領域を覆い、
前記領域の面積は、１平方マイクロメートルよりも小さい請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項１５】
前記半導体層は、その周囲に側壁を有し、
前記絶縁層は、前記側壁上にも形成され、
前記複数の金部は、前記側壁上の前記絶縁層上にも形成され、
前記複数の金部をマスクとして、前記側壁上の前記絶縁膜をエッチングする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項１６】
前記半導体層は、第１窒化ガリウム層と、前記第１窒化ガリウム層上に選択的に配置された活性層と、前記活性層の上に配置された第２窒化ガリウム層と、を含み、
前記ＩＴＯ層は、前記第２窒化ガリウム層上に形成され、
前記絶縁膜は、前記第１窒化ガリウム層、前記第２窒化ガリウム層および前記ＩＴＯ層の上に形成され、
前記複数の金部は、前記第１窒化ガリウム層上の前記絶縁膜、前記ＩＴＯ層上の前記絶縁膜、および、前記第１孔の底において前記第２窒化ガリウム層上に設けられた前記絶縁膜の上に形成され、
前記複数の金部をマスクとして、前記第１窒化ガリウム層上の前記絶縁層を貫通し前記第１窒化ガリウム層中に至るエッチングと、前記第２窒化ガリウム層上の前記絶縁層を貫通し前記第２窒化ガリウム層中に至るエッチングと、前記ＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層に複数の第２孔を形成し、その内部に前記ＩＴＯ層を露出させるエッチングと、を行う請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の粗面化方法。
【請求項１７】
ｎ型窒化ガリウム層と、前記ｎ型窒化ガリウム層の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型窒化ガリウム層と、を含む半導体材料を選択的にエッチングし、前記ｎ型窒化ガリウム層を露出させる工程と、
前記ｐ型窒化ガリウム層上に、前記ｐ型窒化ガリウム層に連通する第１孔を有するメッシュ構造のＩＴＯ層を形成する工程と、
前記ｎ型窒化ガリウム層、前記ｐ型窒化ガリウム層および前記ＩＴＯ層を覆う酸化シリコン層を形成する工程と、
前記ｎ型窒化ガリウム層上の前記酸化シリコン層、前記ＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層、および、前記第１孔の底において前記ｐ型窒化ガリウム層上に設けられた前記酸化シリコン層の上に金のマイクロマスクを形成する工程と、
前記金のマイクロマスクを用いて、前記ｎ型窒化ガリウム層上の前記酸化シリコン層を貫通し前記ｎ型窒化ガリウム層中に至るエッチングと、前記ｐ型窒化ガリウム層上の前記酸化シリコン層を貫通し前記ｐ型窒化ガリウム層中に至るエッチングと、前記ＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層に複数の第２孔を形成し、その内部に前記ＩＴＯ層を露出させるエッチングと、を行う工程と、
前記金のマイクロマスクを除去する工程と、
前記複数の第２孔を介して前記ＩＴＯに電気的に接続された金属電極を形成する工程と、
を備えた粗面化方法。
【請求項１８】
ｎ型窒化ガリウム層と、前記ｎ型窒化ガリウム層の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型窒化ガリウム層と、を含む半導体材料を選択的にエッチングし、前記ｎ型窒化ガリウム層を露出させる工程と、
前記ｎ型窒化ガリウム層上に第１のＩＴＯ層を形成する工程と、
前記ｐ型窒化ガリウム層上に、前記ｐ型窒化ガリウム層に連通する第１孔を有するメッシュ構造の第２のＩＴＯ層を形成する工程と、
前記第１のＩＴＯ層、前記第２のＩＴＯ層、および、前記第１孔の底の前記ｐ型窒化ガリウム層を覆う酸化シリコン層を形成する工程と、
前記第１のＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層、前記第２のＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層、および、前記第１孔の底において前記ｐ型窒化ガリウム層上に設けられた前記酸化シリコン層の上に前記金のマイクロマスクを形成する工程と、
前記金のマイクロマスクを用いて、前記ｐ型窒化ガリウム層上の前記酸化シリコン層を貫通し前記ｐ型窒化ガリウム層中に至るエッチングと、前記第１のＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層を選択的に除去し、前記第１のＩＴＯ層を露出させるエッチングと、前記第２のＩＴＯ層上の前記酸化シリコン層に複数の第２孔を形成し、その内部に前記第２のＩＴＯ層を露出させるエッチングと、を行う工程と、
前記金のマイクロマスクを除去する工程と、
前記複数の第２孔を介して前記第２のＩＴＯに電気的に接続された金属電極を形成する工程と、
を備えた粗面化方法。
【請求項１９】
ｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型半導体層と、を含む半導体材料を選択的にエッチングし、前記ｎ型半導体層を露出させる工程と、
前記ｎ型半導体層上に第１のＩＴＯ層を形成する工程と、
前記ｐ型半導体層上に、前記ｐ型半導体層に連通する第１孔を有するメッシュ構造の第２のＩＴＯ層を形成する工程と、
前記第１のＩＴＯ層、前記第２のＩＴＯ層、および、前記第１孔の底の前記ｐ型半導体層を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記第１のＩＴＯ層上の前記絶縁層、前記第２のＩＴＯ層上の前記絶縁層、および、前記第１孔の底において前記ｐ型半導体層上に設けられた前記絶縁層の上に複数の金部を形成する工程と、
前記複数の金部をマスクとして、前記ｐ型半導体層上の前記絶縁層を貫通し前記ｐ型半導体層中に至るエッチングと、前記第１のＩＴＯ層上の前記絶縁層を選択的に除去し、前記第１のＩＴＯ層を露出させるエッチングと、前記第２のＩＴＯ層上の前記絶縁層に複数の第２孔を形成し、その内部に前記第２のＩＴＯ層を露出させるエッチングと、を行う工程と、
前記複数の金部を除去する工程と、
前記複数の第２孔を介して前記第２のＩＴＯに電気的に接続された金属電極を形成する工程と、
を備えた粗面化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全体として、光抽出を促進するための、発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の表面粗化、並びに関連する方法及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ装置によって生成される光のうち、その装置から抜け出る光のみが、照明目的のために使用可能である。装置から抜け出る光の量を増大させるために、かつそれに対応して、装置内へと反射して戻り、吸収される光の量を減少させるために、ＬＥＤ装置の特定の表面を粗化することができる。例えば、商用の横方向接触型ＬＥＤ装置内では、ＬＥＤ装置の頂部上のｐ形窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）層は、その上面が粗くなるように成長させることがある。この粗化により、ＬＥＤ装置の活性層内部で生成される、より多くの光が、ｐ−ＧａＮ層の上面を通過して、装置から抜け出ることになる。ＬＥＤ装置から抜け出る光の量を増大させる、他の方法もまた存在する。例えば、ＬＥＤ装置のエピタキシャル窒化ガリウム層を、基板上に成長させる。この基板は、平滑な上面を有するのではなく、エピタキシャル層を上に成長させる上面を、粗化することができる。ＬＥＤ装置の底部での、得られる基板とエピとの界面の粗度が、光抽出を促進する。光抽出を増大させるこれらの方法は、極めて良好に機能するが、それらの方法はまた、特定の状況では特定の欠点も有する。例えば、ｐ−ＧａＮ層が粗くなるように成長されるＬＥＤは、望ましくなく高い順方向電圧を呈する場合があり、高電圧条件下で、信頼性の問題が生じる恐れがある。粗化されたサファイア基板上にエピタキシャル層を成長させるＬＥＤに関連する製造コストは、機械加工で粗化されたウェーハを入手する費用のために、望ましくなく高いものとなる恐れがある。
【発明の概要】
【０００３】
二酸化珪素層の上面上のマイクロマスクとして、金を使用し、二酸化珪素を貫通して下方にエッチングして、窒化ガリウム層内へとエッチングすることにより、その窒化ガリウム層を粗化する。具体的一実施例では、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層を、形成中のＬＥＤ装置のｐ−ＧａＮ層上に堆積させる。このＩＴＯ層内に穴が形成されることにより、そのＩＴＯ層は、ＩＴＯメッシュ層を形成する。各穴は、ＩＴＯ層を貫通して延在し、下層のｐ−ＧａＮ層の上面の円形区域を露出させる。次いで、その構造の上に、二酸化珪素の層を形成することにより、二酸化珪素が、このＩＴＯメッシュ内の穴の底部の円形区域を覆う。次いで、二酸化珪素の層上に、金の層を堆積させる。熱処理工程により、この金層からの金が、小さい部分へと熱的に分離して球状化し、複数個の小さい金の形状部（gold features）を形成する結果となる。これらの小さい金の形状部は、穴の底部の円形区域の全域を含めた、二酸化珪素層の全域にわたって、実質的に均一に分散される。これらの金の形状部は、全体として、金マイクロマスクと称される。
【０００４】
次に、この金マイクロマスクをエッチングマスクとして使用して、エッチング工程を実行する。金の形状部によって覆われない、穴の底部の区域がエッチングされる。エッチングにより、これらの区域内の二酸化珪素が除去される。エッチングは、下層のｐ−ＧａＮ層の表面内へと進行する。この方式でｐ−ＧａＮ層の上面内へとエッチングされる個々のピットは、約０．４マイクロメートルのピッチ、及び約１００ナノメートルの平均深さを有し得る。ｐ−ＧａＮ表面内に、これらのピットがエッチングされる結果が、そのｐ−ＧａＮ表面の粗化である。この粗化は、光がＬＥＤ装置から抜け出ることを容易にするために実行される。
【０００５】
エッチング工程の後に、金マイクロマスクの金を除去する。これらの小さいマイクロマスク形状部が、銀で作製された場合には必要となるであろう、強力な洗浄溶剤を使用するのではなく、比較的穏やかな洗浄溶剤及び穏やかな洗浄プロセスが使用される。表面粗下工程を実行した後に、ＬＥＤ製作プロセスの残りのプロセスを実施する。この方式で、ＬＥＤのｐ−ＧａＮ層の上にＩＴＯメッシュ構造が形成され、その穴の底部では、ｐ−ＧａＮの上面が粗化されている。
【０００６】
粗化プロセスは、ＩＴＯメッシュ内の穴の、円形の底部を粗化することに関連して説明されるが、この粗化プロセスは、全般的に有用なものであり、ＬＥＤの他の表面を粗化するために使用することもできる。別の具体的実施例では、ＬＥＤ装置のメサの側壁の上に、金マイクロマスクを延在させる。次いで、このマイクロマスクを使用して、側壁を粗化する。
【０００７】
更なる詳細並びに実施形態及び技術は、以下の「発明を実施するための形態」で、説明される。この「発明の概要」は、本発明を規定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付図面は、同様の符号が同様の構成要素を示し、本発明の実施形態を例示する。
【０００９】
【図１】一新規態様による、横方向ＬＥＤ装置の見下ろし図である。
【００１０】
【図２】図１の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１１】
【図３】図２のＩＴＯメッシュ層の一部分の、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。
【００１２】
【図４】図１のＬＥＤ装置のメサ側壁の、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。
【００１３】
【図５】図１のＬＥＤ装置のＮトレンチの一部分の、見下ろし走査型電子顕微鏡写真である。
【００１４】
【図６】図１のＬＥＤ装置のＩＴＯメッシュ内の穴のうちの１つの、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。
【００１５】
【図７】個片化の前の、単一素子ウェーハの４つのＬＥＤ装置の、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。
【００１６】
【図８】図１のＬＥＤ装置のＮトレンチを形成する工程の図である。
【００１７】
【図９】図１のＬＥＤ装置の製造での、ＩＴＯの層を堆積させる工程の図である。
【００１８】
【図１０】ＩＴＯ層を、穴を有するＩＴＯメッシュ層へと形成する工程の図である。
【００１９】
【図１１】図１０のＩＴＯメッシュの上に、二酸化珪素の層を堆積させる工程の図である。
【００２０】
【図１２】図１１の二酸化珪素層の上に、金の層を堆積させる工程の図である。
【００２１】
【図１３】図１２の金層から金を球状化して、小さい金の形状部を形成する工程の図である。
【００２２】
【図１４】金マイクロマスクをエッチングマスクとして使用して、ｐ−ＧａＮ層内へとエッチングする工程の図である。
【００２３】
【図１５】金マイクロマスクを除去する工程の図である。
【００２４】
【図１６】ＲＩＥチャンバの内側及び素子ウェーハから、金の残渣を洗浄する工程の図である。
【００２５】
【図１７】ＬＥＤ構造のＩＴＯとｐ−ＧａＮとの接触領域をアニールする工程の図である。
【００２６】
【図１８】図１７の構造に金属電極を追加する工程の図である。
【００２７】
【図１９】図１８のＬＥＤ装置構造の上に、保護層を堆積させる工程の図である。
【００２８】
【図２０】粗化されたｐ−ＧａＮ表面の輪郭を示す図である。
【００２９】
【図２１】粗化されたｐ−ＧａＮ表面の３次元透視図である。
【００３０】
【図２２】図８〜１９の製造方法での工程を記載する表である。
【００３１】
【図２３】第１の新規態様による方法のフローチャート図である。
【００３２】
【図２４】第２の新規態様による方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態が詳細に言及され、その例が添付の図面で図示される。以下の説明及び特許請求の範囲では、第１層が、第２層の「上に」配置されているとして言及される場合には、その第１層は、第２層上に直接存在し得るか、又は介在層が、第１層と第２層との間に存在し得ることを理解されたい。「上」、「下」、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」、「上向き」、「下向き」、「垂直に」、及び「横方向に」などの用語は、本明細書では、説明されている青色ＬＥＤ装置の種々の構成部品間の、相対配向を説明するために使用されるものであり、説明されている青色ＬＥＤ装置の全体は、実際には、３次元空間内で、任意の方式で配向することができる点を理解されたい。
【００３４】
図１は、横型ＬＥＤ装置１の見下ろし図である。横型ＬＥＤ装置はまた、横方向接触型ＬＥＤ装置とも称される場合があり、垂直型又は垂直接触型ＬＥＤ装置と区別される。横型ＬＥＤ装置１は、Ｐ電極２及びＮ電極３を有する。これらの電極は、金属で作製される。Ｎ電極３は、ＬＥＤ装置のエピタキシャル積層体内にエッチングされた、トレンチ４の底部内に配置される。このトレンチ４は、「Ｎトレンチ」と称される。トレンチ４は、「メサ」と称されるものを形成する。これらのメサは、メサ側壁を有する。その一方で、Ｐ電極２は、トレンチ内には配置されない。電極２及び電極３への電気的コンタクトは、ボンドパッド５〜８に作製される。矩形部分９を、図１の底部に拡大図で示す。Ｎトレンチの底部及びボンドパッドを除く、ＬＥＤ装置の上面の殆どの部分を覆う、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のメッシュ層の領域が示される。そのようなＩＴＯのメッシュ層の各領域は、多数の円形穴を有する。ＬＥＤ装置構造の頂部上のＰ電極２は、下層のＩＴＯメッシュ層の領域と電気的に接触することにより、このＬＥＤ装置の上面の殆どが、ｐ形電極によって覆われているものとして考えることができる。
【００３５】
図２は、図１の図の切断線Ａ−Ａに沿った、簡略化された断面図である。バッファ層２０が、サファイア基板１０上に配置される。
バッファ層２０の上にｎ形窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）層１１が配置され、ｎ−ＧａＮ層１１の上に、活性層１２が配置され、活性層１２の上に、ｐ−ＧａＮ層１３が配置される。この多層エピタキシャル構造の他の介在層は、図２の簡略図では示されない。参照番号１４は、断面で図示されたＩＴＯメッシュ層を特定する。これらのＩＴＯメッシュ層１４の図示部分は、ＩＴＯの個別の分離部分ではなく、ＩＴＯメッシュ層の１つの領域の断面図である。参照番号１５は、Ｎトレンチ４によって形成されたメサの側壁を特定する。参照番号１６は、二酸化珪素の絶縁層の諸部分を特定する。金属Ｎ電極３は、この図の右側の、Ｎトレンチ４の底部に配置され、その一方で、金属Ｐ電極２は、図の左側で、二酸化珪素層の上面上に配置される。Ｐ形電極は、二酸化珪素層１６を貫通して延在する多くの小さい穴を通じて、その電極の下のＩＴＯメッシュ層１４に電気的に接触する。Ｐ電極２の金属は、二酸化珪素内の、これらの穴内へと下方に延在して、ＩＴＯ層の上面と接触する。同様に、図の右側のＮ形電極３は、二酸化珪素層内の多くの穴を通じて、下層のｎ−ＧａＮ層１１に電気的に接触する。保護層１７が、図２の断面図の構造全体を覆う。
保護層１７は、図２の断面図に示される構造の全部分を覆うが、ボンドパッド５〜７の上の保護層１７内には、開口部が存在する（図１を参照）。
【００３６】
図３は、ＩＴＯメッシュ層１４の一部分の、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。ＩＴＯメッシュ層１４は、多数の穴を形成する。これらの穴は、種々の直径のものである。参照番号１８は、これらの穴のうちの１つを特定する。これらの穴の底部の粗化された円形表面は、ｐ−ＧａＮ層１３の上面の粗化部分である。
【００３７】
図４は、図１のＬＥＤ装置の一部分のメサ側壁縁部の、透視法による走査型電子顕微鏡写真である。ＩＴＯメッシュ層１４は、側壁１５の縁部まで延在するのではなく、メサの周縁部に沿って延在する、ｐ−ＧａＮの露出したストリップ１９が存在する。このｐ−ＧａＮのストリップ部分１９は、メサの側壁１５、Ｎトレンチ４のｎ−ＧａＮ底部と同様に粗化される。
【００３８】
図５は、メタライゼーションの前の、図１のＬＥＤ装置の一部分の、見下ろし走査型電子顕微鏡写真である。参照番号１５は、メサの側壁を特定する。参照番号４は、Ｎトレンチを特定する。この実施例では、Ｎトレンチ４の底部全体が粗化されるが、別の実施例では、Ｎトレンチ４の、金属Ｎ電極３が上に配置されることになる部分は、粗化されない。
【００３９】
図６は、穴１８の透視法による走査型電子顕微鏡写真である。穴１８の底部は、粗面を有する。周辺リング２１は、ＩＴＯ層内に穴をエッチングする先行工程での、ＩＴＯの不完全なエッチングによるアーチファクトであると考えられる。穴１８の底部周囲の周辺区域内に、一部のＩＴＯが残される結果として、粗化を形成する後続のエッチングは、残留ＩＴＯが存在しない穴１８の底部で実施されるエッチングと比較して、この周辺リング区域内では、異なる方式で実施される。
【００４０】
図７は、単一素子ウェーハの、４つのＬＥＤ装置１、２２、２３、及びＬＥＤ装置２４の透視法による走査型電子顕微鏡写真である。この写真は、金属電極が形成される前に、かつ素子ウェーハを個別のＬＥＤ装置へとダイシングする前に撮影されている。参照番号１７は、保護層を特定する。この保護層は、正方形のＬＥＤ装置の縁部まで完全には延在しない。
【００４１】
図８〜１９は、一新規態様によるＬＥＤ装置の製造方法を記載する簡略図である。図８は、Ｎトレンチ４を形成する工程を示す。Ｎトレンチ４は、ＢＣＬ３／ＣＬ２の雰囲気下での、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）／反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の、ドライエッチングによって形成することができる。半導体材料は、ｎ−ＧａＮ層１１に到達するまでエッチングされる。Ｎトレンチ４は、深さ約１．５マイクロメートルとすることができる。
【００４２】
図９は、ＩＴＯの層２５を堆積させる工程の図である。一実施例では、ＩＴＯは、電子ビーム（Ｅビーム）物理蒸着を使用して堆積される、厚さ約１０００オングストロームの層である。
【００４３】
図１０は、図９のＩＴＯ層２５をパターン形成することにより、ＩＴＯメッシュ層１４を形成する工程の図である。図示の実施例では、メサの側壁から、並びにＮトレンチ４の底面から、全てのＩＴＯが除去される。円形穴（図３の穴１８を参照）が、メサの上面上のＩＴＯ層２５内に形成されることにより、ＩＴＯメッシュ層１４が形成される。一実施例では、メッシュＩＴＯ層１４は、フォトレジストの層を堆積及びパターン形成して、５０℃で４分間、ＴＥ−１００ウェットエッチングを実行し、次いで、標準的なフォトレジスト剥離溶剤を使用して、そのフォトレジストマスクを剥離除去することによって、形成される。これらの穴は、図３に示すように、種々のサイズのものとなるようにパターン形成される。各穴は、５００平方マイクロメートル未満であり、かつ１０平方マイクロメートル超である、断面積を有する。これらの穴は、例えば、約８マイクロメートル〜約１６マイクロメートルの範囲の直径を有する。
【００４４】
図１１は、メッシュＩＴＯ層１４を含めた素子ウェーハ全体の上に、二酸化珪素層１６を堆積させる、後続の工程の図である。一実施例では、約１５０オングストロームの厚さまで、二酸化珪素をＥビーム堆積させる。別の実施例では、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を使用して、二酸化珪素を堆積させる。
【００４５】
図１２は、二酸化珪素層１６上に金層２６が配置されるように、素子ウェーハ全体の上に金層２６を堆積させる、後続の工程の図である。一実施例では、約１００オングストロームの厚さまで、金をＥビーム堆積させる。先行工程の二酸化珪素が、Ｅビーム堆積される場合には、この金層２６を堆積させる次工程は、有利には、同じＥビーム走行で実施することができる。
【００４６】
図１３は、金を熱的に分離させて、球状化させることにより、複数個の小さい金の形状部を形成する、後続の工程の図である。参照番号２７は、それらの金の形状部のうちの一部を特定する。これらの金の形状部は、二酸化珪素の表面の上に、実質的に均一な方式で拡散する。一実施例では、各金の形状部は、二酸化珪素層２６の上面の対応区域を覆い、この対応区域は、１平方マイクロメートル未満である。金の形状部は、溶解されて、その後に凝固する際、表面張力によって一体に保持されるため、得られる金の形状部のそれぞれは、水金の微小液滴の形状を表面上に有する、丸みを帯びた滑らかな外側表面を有する。一実施例では、図１２の金層２６を、酸素の非存在下で５分間、Ｎ２ガス中で３００℃の温度に晒すことによって、その金層を、複数個の金の形状部へと球状化させる。急速熱アニール（ＲＴＡ）装置、又は従来の火炉を使用して、この熱処理工程を実行する。二酸化珪素層１６の上面全域にわたって均一に拡散する、得られる複数個の小さい金の形状部は、金マイクロマスクと称される。
【００４７】
図１４は、金マイクロマスクをエッチングマスクとして使用して、二酸化珪素層１６を完全に貫通して、ｐ−ＧａＮ層１３の上面内へとエッチングする、後続の工程の図である。一実施例では、このエッチングは、ＢＣｌ３／Ｃｌ２の雰囲気下で実行される、ＩＣＰ／ＲＩＥドライエッチングである。得られる粗化ｐ−ＧａＮ表面のピッチ（エッチングピット１つ当りの、ｐ−ＧａＮ表面全域にわたる平均距離）は、約０．４マイクロメートルである。得られるエッチングピット２８は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定する場合、深さが約１００ナノメートルＲＭＳ、又はピークとトラフとの間の最大値が１５０ナノメートルである。マイクロマスクの下にＩＴＯが配置される場所での、金マイクロマスクによって覆われる区域内では、エッチングは、そのマイクロマスクによって覆われていない区域内で、二酸化珪素層を貫通して食刻するが、そのエッチングは、下層のＩＴＯ層内には、短い距離で食刻するのみである。
【００４８】
図１５は、金マイクロマスクを除去する、後続の工程の図である。典型的には、銀を除去するために必要とされるであろうタイプの、強力なエッチング液を使用するのではなく、本明細書で説明されるプロセスで使用されるエッチング液は、比較的穏やかなヨウ化物系エッチング液である。一実施例では、この穏やかなエッチング液は、Ｔｒａｎｓｅｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｉｎｃ．（１０  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ａｖｅ．，Ｄａｎｖｅｒｓ，ＭＡ  ０１９２３）より入手可能な、金エッチング液ＧＥ−８１４８である。エッチングは、素子ウェーハの表面から、実質的に全ての金を除供するために、２０秒未満の間実施される。
【００４９】
図１６は、図１５のエッチングを実行するために使用される、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置２９の内壁から、金の残渣を洗浄除去する工程の図である。ＲＩＥ装置２９は、チャンバ３０、及びチャンバ内部のプラッター３１を含む。参照番号３２は、先行のエッチング工程の後に、チャンバ壁部上に残存する金の残渣を特定する。参照番号３２はまた、先行のエッチング工程の後に、プラッター上に残存する金の残渣も特定する。この金の残渣３２は、図１６の工程で除去される。一実施例では、金の残渣３２は、２つの工程のプロセスで除去される。第１の工程は、ＳＦ６／Ｏ２雰囲気下での、プラズマ洗浄工程である。この工程は、プラッターから金を洗浄除去する。第２の工程は、イソプロピルアルコールなどの穏やかな溶剤で、壁部を手作業で拭くことによって、定期的にチャンバの壁部を洗浄することを伴う。
【００５０】
代替的一実施形態では、ＩＴＯ層２５のストリップが、Ｎトレンチの底部に配置されて残される。このＩＴＯのストリップは、後にＮ電極の金属が形成される場所の直下の、Ｎトレンチの区域内のｎ−ＧａＮの粗化を防止するための、エッチングマスクとして役立つ。そのような防護的な量のＩＴＯを使用して、Ｎトレンチ内の粗化を防止した場合には、Ｎトレンチ内の、そのＩＴＯ層のマスキング部分は除去される。Ｎトレンチ内のＩＴＯストリップの除去は、フォトレジストの層を堆積させ、その層が、Ｎトレンチの底部以外の素子ウェーハの全てを防護するように、そのフォトレジストの層をパターン形成することを伴う。次いで、Ｎトレンチ内の、露出したＩＴＯストリップを除去するために、ＴＥ−１００ウェットエッチングを、５０℃で１５分間実行する。最終エッチングを実行して、フォトレジストマスクを除去する。
【００５１】
図１７は、ＩＴＯとｐ−ＧａＮとの界面をアニールすることにより、良好なオーミック接触を作り出す、後続の工程の図である。一実施例では、このアニールは、空気雰囲気下（２０％のＯ２、８０％のＮ２）で、３００℃で５分間の、第１アニール、及び窒素雰囲気下で、５５０℃で５分間の、第２アニールを伴う。
【００５２】
図１８は、電極２及び電極３の金属を追加する、後続の工程の図である。これらの電極を形成するために、従来の方式で、金属を堆積させ、次いで、パターン形成して選択的にエッチングする。
【００５３】
図１９は、保護層１７を追加する、後続の工程の図である。高速の堆積速度、及び低い温度で（例えば、６００ｍＴの圧力、及び毎分１５７オングストロームの速度で）、保護膜を堆積させるのではなく、保護層１７は、低速の堆積速度、及び高い温度で（例えば、１０００ｍＴの圧力、及び毎分３３オングストロームの速度で）堆積させる。この方式で保護層１７を堆積させることにより、標準的な方式で保護層１７を堆積させた場合よりも、粗化されたｐ−ＧａＮ表面の、良好な共形の被覆がもたらされる。
【００５４】
図２０は、粗化されたｐ−ＧａＮ表面の一部分の全域にわたる、測定トポロジーを示す図である。このデータは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して取得された。
【００５５】
図２１は、粗化されたｐ−ＧａＮ表面の３次元図である。
【００５６】
図２２は、図１のＬＥＤ装置１を形成する方法での工程を記載する表である。左の縦列内で特定される各工程に関して、関連するプロセス条件及び詳細が、中央縦列内の対応する横列内に記載される。
【００５７】
従来技術の方法では、銀の層を別の層上に堆積させ、次いで、熱的に分離させることにより、銀のマイクロマスクを形成する。次いで、そのマイクロマスクを、エッチング工程でのマスクとして使用し、半導体表面を粗化する。銀は、幾つかの望ましくない品質を有し、そのうちの１つは、エレクトロマイグレーションが発生する傾向である。別の１つは、洗浄中のＬＥＤに損傷を与えることなく、完全に銀の残渣を除去することが、困難な場合があることである。したがって、ＬＥＤ装置の製造の際に、銀マイクロマスクを商業的に使用する場合には、素子ウェーハから銀を除去するために、恐らくは、硫酸などの強力な溶剤を使用しなければならないであろう。銀の残渣が完全に除去されない場合には、一部のＬＥＤ装置は、実験的な少量操作で作製することができるが、この銀のプロセスを、商業的な大量設定で使用する場合には、低い製造歩留まり、及び他の問題点が生じる恐れがある。更には、銀マイクロマスクの除去の結果として、塩化銀が生成される可能性が高い。また、ＲＩＥチャンバの内側上の残渣として堆積する、そのようなあらゆる塩化銀を除去するようにも、注意を払わなければならない。有利な一態様では、図８〜１９に関連して上述された方法は、銀マイクロマスクを伴わず、それゆえ、銀汚染及び洗浄の問題点を伴うものではない。金は、銀が呈するエレクトロマイグレーションの問題点を呈することはない。更には、銀と比較して、金は比較的容易に、かつ強力な溶剤に頼る必要もなく、洗浄することができる。更には、金は、銀のような方式でＬＥＤの製造に悪影響を及ぼすことがないため、ＲＩＥチャンバ及び素子ウェーハは、それほど完全に金を洗浄除去する必要がない。
【００５８】
図２３は、第１の新規態様による、方法１００のフローチャート図である。第１工程（工程１０１）では、平滑な上面を有するように、窒化ガリウムの層を成長させる。一実施例では、この窒化ガリウム層は、ＬＥＤ装置の頂部上のｐ−ＧａＮ層であり、ＬＥＤのエピタキシャル層は、平滑で比較的安価なサファイアウェーハ上に形成される。第２工程（工程１０２）では、マイクロマスクとして金を使用して、ＩＴＯメッシュ層によって覆われていない区域内の、窒化ガリウム層内へと下方にエッチングして粗化することにより、そのＩＴＯメッシュによって覆われていない区域内の窒化ガリウム層を粗化する。一実施例では、窒化ガリウム層の平滑な上面の上に、ＩＴＯの層を形成し、このＩＴＯ層内に穴を形成することにより、穴を有するＩＴＯメッシュ層へと、そのＩＴＯ層を作り上げる。次いで、二酸化珪素の層を堆積させる。この二酸化珪素は、ＩＴＯメッシュの穴の底部で、窒化ガリウムの表面を覆う。次いで、二酸化珪素層上に金の層を堆積させ、この金を熱処理することにより、金は、実質的に均一にサイズ決めされて離間配置される、複数個の金の形状部を形成する。これらの金の形状部は、ＩＴＯメッシュの穴の底部で、二酸化珪素層上に配置されるため、次いで、後続のエッチング工程でのマイクロマスクとして使用される。金の形状部によって保護されない、二酸化珪素の区域が、エッチング除去される。ＩＴＯメッシュ内の穴の底部では、エッチングは、窒化ガリウムの表面内へと下方に継続することにより、それらの穴の底部の区域内の窒化ガリウム層を粗化する。有利な一態様では、このマイクロマスクは、銀を含まない。別の有利な態様では、マイクロマスクを除去する場合、装置から金属残渣を洗浄除去する際に、硫酸などの強力な洗浄剤は使用されない。
【００５９】
従来技術の一方法では、粗い上面を有するように、ｐ−ＧａＮ層を成長させる。それゆえ、その従来技術の方法では、窒化ガリウムの上面を粗化するためのマイクロマスクは必要とされない。しかしながら、粗化された窒化ガリウムを成長させることは、方法１００で実行されるような、窒化ガリウムの平滑な上面を粗化することに比べて、様々な不利点を有する。第１に、粗化された窒化ガリウムを成長させる場合、ピットの深さを制御することは、より困難である。深さが過度に浅い場合には、散乱によって達成される光出力効率は、低下することになる。ピットの深さが過度に深い場合には、それらのピットの底部が活性層に到達して、短絡を生じさせる恐れがある。ＬＥＤ装置が、試験の際に短絡を生じない場合であっても、過度に深いピットは、得られるＬＥＤ装置に対して、静電気放電（ＥＳＤ）の問題を、ＥＳＤイベント中に提起する恐れがある。方法１００では、エッチングの時間を調節することによって、ピットの深さを容易に制御することができる。
【００６０】
第２に、粗化された上面を有して窒化ガリウムを成長させる場合、その粗化表面の上に堆積されるＩＴＯは、窒化ガリウム層に対して、より不良な電気的接続を形成する。方法１００では、ＩＴＯは、窒化ガリウムの平滑な上面の上に堆積され、ＩＴＯの下の窒化ガリウムの表面が粗化されることを防止するための、マスクとしての役割を果たす。更には、方法１００の一実施形態では、ＩＴＯのパッチが、マスクとして使用され、Ｎ電極の下の区域内で、窒化ガリウムの上面が粗化されることを防止する。方法１００により、ｐ−ＧａＮ層１３とＩＴＯメッシュ１４との間に、良好な電気的接続を形成することが可能となり、そのＬＥＤ装置は、より低い順方向電圧（Ｖｆ）を有することが可能となる。
【００６１】
図２４は、第２の新規態様による、方法２００のフローチャート図である。二酸化珪素層の上面上のマイクロマスクとして金を使用して（工程２０１）、ＬＥＤのメサ側壁内へと下方にエッチングして粗化する。図２４の方法２００は、図２３の方法１００と同様であるが、ただし、粗化されている表面は、ＬＥＤ内のメサの側壁である。
【００６２】
特定の具体的実施形態が、教示目的のために上述されているが、本特許文書の教示は、一般的な適用性を有するものであり、上述の具体的実施形態に限定されるものではない。したがって、説明される実施形態の様々な特徴の、様々な修正、応用、及び組み合わせは、特許請求の範囲に記載されるような、本発明の範囲から逸脱することなく、実践することができる。
【図２】
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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２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１】
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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２１】
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