(57)【要約】  本発明は、超微細凹凸構造が適用された半導体層に光が反射されずに外部に放出されることに従って、光抽出効率が向上した発光ダイオード素子を提供する。  本発明は 基板、Ｎ型半導体層、光を発生させる活性層、Ｐ型半導体層を具備する発光ダイオード素子において、前記活性層及び前記Ｐ型半導体層をエッチングして少なくとも前記Ｎ型半導体層の一部を露出させた第１露出面と、前記第１露出面に形成された第１オーミック電極と、前記Ｐ型半導体層上に形成されており、前記Ｐ型半導体層の一部が第２露出面を有するように開口部を具備した第２オーミック電極とを含み、前記第２露出面の少なくとも一部が超微細凹凸構造である。
2007529893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、Ｎ型半導体層、光を発生させる活性層、Ｐ型半導体層を具備する発光ダイオード素子において、
前記活性層及び前記Ｐ型半導体層をエッチングして少なくとも前記Ｎ型半導体層の一部を露出させる第１露出面と、
前記第１露出面に形成された第１オーミック電極と、
前記Ｐ型半導体層上に形成されており、前記Ｐ型半導体層の一部が第２露出面を有するように開口部を具備した第２オーミック電極とを含み、
前記第２露出面の少なくとも一部が超微細凹凸構造であることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記第１オーミック電極の形成面を除いた第１露出面の少なくとも一部が超微細凹凸構造であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
基板、Ｎ型半導体層、光を発生させる活性層、Ｐ型半導体層、透過性電極、ワイヤボンディング用メタルパッドを具備する発光ダイオード素子において、
前記活性層及び前記Ｐ型半導体層をエッチングして少なくとも前記Ｎ型半導体層の一部を露出させた第１露出面と、
前記第１露出面に形成された第１オーミック電極とを具備し、
前記第１オーミック電極の形成面を除いた第１露出面の少なくも一部が超微細凹凸構造であることを特徴とする発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記Ｐ型半導体層はマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記Ｎ型半導体層はシリコン（Ｓｉ）がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記活性層は窒化ガリウム（ＧａＮ）であることを特徴とする請求項１乃至３項のうちのいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記超微細凹凸構造は柱形の凹凸片の集合体であることを特徴とする請求項１乃至３項のうちのいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記柱形の凹凸片は実質的に円錐形、実質的に円柱形、または柱の上端の一部が凹んだ実質的な柱形であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項７】
前記柱形の凹凸片の幅は０．００５〜３μｍであり、高さは０．１〜１μｍ あることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項８】
前記柱形の凹凸片の幅は０．０１〜０．５μｍであり、高さは０．２〜０．７μｍであることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項９】
前記柱形の凹凸片の幅が発光ダイオードのメイン放出波長の０．０１〜２倍であり、高さが発光ダイオードのメイン放出波長の０．５〜１０倍であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１０】
前記柱形の凹凸片の幅が発光ダイオードのメイン放出波長の０．１〜１倍であり、高さが発光ダイオードのメイン放出波長の１〜３倍であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１１】
前記柱形の凹凸片の個数密度が１〜１００００個／μｍ２であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１２】
前記柱形の凹凸片の個数密度が５０〜５００個／ μｍ２であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１３】
前記柱形の凹凸片は金属類または珪素混合物を半導体層に塗布して高温で熱処理した後、乾式または湿式エッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１４】
前記金属類がＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉからなるグループから選択されたいずれか一つまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１５】
前記熱処理温度が９０℃乃至４００℃であることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１６】
前記柱形の凹凸片は金属と半導体基板間の反応によってエッチング時部分的に選択比が変わることによって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード素子に係り、より詳細には、光抽出効率を向上させるため半導体層に超微細凹凸構造を形成させて無反射処理された発光ダイオード素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ；以下、‘ＬＥＤ’という）は電気エネルギーを光に変換させる固体素子の一種であって、一般的に二つの相反されたドーピング半導体層（Ｎ型、Ｐ型）の間に介在された半導体材料の活性層を含む。二つのドーピング半導体層の両端にバイアスが印加されれば、正孔と電子が活性層に注入された後、そこで発光性再結合されて光を発生する。活性領域で発生された光はすべての方向に放出され、そのうちの一部が外部に露出された表面を通じて半導体チップの外に脱出するようになる。
【０００３】
最近、半導体材料が改善されることに従って半導体素子の効率も向上している。新しいＬＥＤは紫外線から緑色までのスペクトルにおいて効率的な照度を許容する窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料で作られている。ＬＥＤが改善されることによって、交通信号機、屋外及び屋内ディスプレイ、自動車ヘッドライト及びテルライト、従来の屋内照明装置など多くの応用分野において従来の発光体を代替すると予想されている。しかし、従来のＬＥＤは活性層で発生される光を全部放出することができなくて、その効率が制限される。
【０００４】
図１は従来のメッシュタイプのオーミック電極を具備した発光ダイオード素子の断面図である。基板１０上にＮ型半導体層２０、活性層３０、Ｐ型半導体層４０を順次に積層した後、メッシュタイプのオーミック電極５０ｂを形成させる。ここで、メッシュタイプとはＰ型半導体層４０の少なくとも一部が露出されるように開口部を有する構造である。もし、Ｐ型半導体４０層に開口部を具備したオーミック電極５０ｂを形成させず、透過性電極（ＴＰ  ｍｅｔａｌ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｅ  ｍｅｔａｌ）を形成するようになれば、ＬＥＤが駆動されて活性層３０で発生した光はその一部がＰ型半導体層４０と透過性電極から反射される。その一部が透過性電極を透過しても活性層３０で発生した光は４００ｎｍ程度の波長の可視光線領域の光であることから、数〜数十ｎｍ程度の薄厚の透過性電極では境界条件（ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）が満足されなくて光損失が発生するようになる。したがって、開口部を有するオーミック電極５０ｂを適用するようになれば、光が前記開口部から直接大気またはエポキシに透過して外部に放出されることから、光損失が減るという長所がある。
【０００５】
前記オーミック電極５０ｂを具備するＬＥＤは上述のような長所を有する一方、次のような問題点がある。典型的な半導体材料の屈折率は約２．２〜３．８であるので、大気（ｎ＝１．０）またはエンキャプシュレーティング（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ）エポキシ（ｎ≒１．５）に比べて高い値を有する。スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によると、屈折率が高い領域から一定の臨界角度より大きい角度（法線方向基準）で屈折率が低い領域領域に進行する光は外部に透過されず、内部に１００％反射、すなわち、内部全反射（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＴＩＲ）するようになる。したがって、活性層３０から出た光の一部はＰ型半導体層４０が大気またはエポキシと接触する面で透過されず、内部に全反射し、この光は吸収されるまでＬＥＤ内で続いて反射されるか、放出表面ではない表面の外に脱出できる。したがって、メッシュタイプのオーミック電極を具備した発光ダイオード素子でも光抽出効率（ｌｉｇｈｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ    ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が低下する問題点が生じる。
【非特許文献１】“Ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｍｅｄｉａ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ａｔ  ａ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｓｃａｌｅ”、Ｐ６２〜７１、“Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ”、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するために考案されたものであり、超微細凹凸構造が適用された半導体層から光が反射されず、外部に放出されることによって光抽出効率が向上した発光ダイオード素子を適用することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記技術的課題を解決するために本発明の一形態によると、発光ダイオード素子は基板、Ｎ型半導体層、光を発生させる活性層、及びＰ型半導体層を具備する発光ダイオード素子において、前記活性層及び前記Ｐ型半導体層をエッチングして少なくとも前記Ｎ型半導体層の一部を露出させた第１露出面と、前記第１露出面に形成された第１オーミック電極と、前記Ｐ型半導体層上に形成されており、前記Ｐ型半導体層の一部が第２露出面を有するように開口部を具備した第２オーミック電極とを含み、前記第２露出面の少なくとも一部が超微細凹凸構造である。
【０００８】
望ましくは、前記第１オーミック電極の形成面を除いた第１露出面の少なくとも一部が超微細凹凸構造である。
【０００９】
前記技術的課題を解決するために本発明の他の形態によると、発光ダイオード素子は、基板、Ｎ型半導体層、光を発生させる活性層、Ｐ型半導体層、透過性電極、及びワイヤボンディング用メタルパッドを具備する発光ダイオード素子において、前記活性層及び前記Ｐ型半導体層をエッチングして少なくとも前記Ｎ型半導体層の一部を露出させた第１露出面と、前記第１露出面に形成された第１オーミック電極とを具備し、前記第１オーミック電極の形成面を除いた第１露出面の少なくも一部が超微細凹凸構造である。
【００１０】
本発明において、前記Ｐ型半導体層はマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記Ｎ型半導体層はシリコン（Ｓｉ）がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記活性層は窒化ガリウム（ＧａＮ）でありうる。
【００１１】
本発明において、前記超微細凹凸構造は柱形の凹凸片の集合体であることが望ましい。
【００１２】
本発明において、前記柱形の凹凸片は実質的に円錐形、実質的に円柱形、または柱の上端の一部が凹んだ実質的な柱形でありうる。
【００１３】
本発明において、前記柱形の凹凸片の幅が望ましくは０．００５〜３μｍ、より望ましくは、０．０１〜０．５μｍであり、 前記柱形の凹凸片の高さが望ましくは０．１〜１μｍ、より望ましくは０．２〜０．７μｍである。
【００１４】
本発明において、前記柱形の凹凸片の幅が望ましくは発光ダイオードのメイン放出波長の０．０１〜２倍、より望ましくは０．１〜１倍であり、前記柱形の凹凸片の高さが望ましくは発光ダイオードのメイン放出波長の０．５〜１０倍、より望ましくは１〜３倍である。
【００１５】
本発明において、前記柱形の凹凸片の個数密度が望ましくは１〜１００００個／μｍ２、より望ましくは、５０〜５００個／μｍ２である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一側面によると、活性層で発生した光が超微細凹凸構造層で反射されず、外部に放出されることによって光抽出効率が上がるという効果がある。
本発明の他の側面によると、開口部を具備したメッシュ形状のオーミックコンタクトを採用することによって電流の供給が円滑になるため、光発生効率を高めるという効果がある。
本発明のさらに他の側面によると、光抽出及び光発生効率が上がることによって高輝度の発光ダイオード製作が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上述した本発明の目的、構成及び効果は添付の図面を参照して望ましい実施形態により具体化されるであろう。かつ図面を参照して本発明に係る無反射高効率発光ダイオード素子が具体化されるであろう。次の説明において、本発明の完全な理解を実現するために、図面とともに説明が追加されるであろう。しかし、当業者には図面の詳細な説明なしに本発明が実行されることができるであろう。もし、本発明の要旨をあいまいにすれば、周知の技術の重要構成または要素は省略されるであろう。これは本発明の説明をあいまいにする可能性を遮断するためのである。
【００１８】
図２は本発明の一実施形態に係る発光ダイオード素子の概略的な斜視図であり、図３は図２をＳ１方向に切断した断面図である。
【００１９】
図２及び図３を参照すれば、本発明の一実施形態を実現するために、まず、所定の基板１０上にエピタキシャル工程を適用してＮ型半導体層２０、活性層３０、Ｐ型半導体層４０を形成させる。基板１０は光透過性であるサファイア基板が使用されることができる。Ｎ型半導体層２０はシリコンＳｉがドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ；ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）で形成し、Ｐ型半導体層４０はマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成するが、本発明はここに限定されない。活性層３０は窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）が主に使用されており、光の種類に応じてアルミニウム（Ａｌ）とインジウム（Ｉｎ）の量を調節することができる。
【００２０】
次に、Ｎ型半導体層２０を露出させるために活性層３０とＰ型半導体層４０の一部をフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を適用してエッチングする。これに従って、Ｎ型半導体層２０に第１露出面Ａ１が形成される。望ましくは、活性層３０と前記Ｐ型半導体層４０のエッジをエッチングしてＮ型半導体層２０の外縁に第１露出面Ａ１が形成されるようにする。そして、前記Ｎ型半導体層２０上の一部分に第１オーミック電極５０ａを形成させるために第１露出面Ａ１の一部分はほぼ長方形の面を有するように活性層３０及びＰ型半導体層４０をエッチングする。
【００２１】
その後、第１オーミック電極５０ａが位置した領域を除いた第１露出面Ａ１及び第２露出面Ａ２に超微細凹凸構造を形成させる。ここで、超微細凹凸構造を形成させる理由は、活性層３０で発生される光子を第１露出面Ａ１と第２露出面Ａ２で反射なしに外部に放出させるためであり、超微細凹凸構造及びその形成方法に対する詳細な説明は図５乃至図９を参照して後述する。前記第２露出面Ａ２は第２オーミック電極５０ｂが形成される領域を除いたＰ型半導体層４０の露出領域として、第２オーミック電極５０ｂの開口部を通じて外部に露出される面を含む。
【００２２】
Ｎ型及びＰ型半導体層に超微細凹凸構造を形成させた後、フォトリソグラフィ工程を通じて第１露出面Ａ１の一部分に第１オーミック電極５０ａを形成し、Ｐ型半導体層４０上に第２オーミック電極５０ｂを形成させる。
【００２３】
上記のように、第１オーミック電極５０ａと第２オーミック電極５０ｂの下面は超微細凹凸構造が形成されていなくて、相変わらず滑らかな表面を維持するようになる。オーミック電極５０ａ、５０ｂの材料としてＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈまたはそれらの混合物で形成できるが、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒのような白色金属を使用すれば前記下面の反射率を高めることができる。
【００２４】
以上、オーミック電極５０ａ、５０ｂを形成する前にオーミック電極５０ａ、５０ｂが形成される部分を除いたＮ型半導体層２０及びＰ型半導体層４０の上面に超微細凹凸構造を形成させる方法に対する説明であった。しかし、まず、オーミック電極５０ａ、５０ｂを形成した後、オーミック電極５０ａ、５０ｂが形成された部分を除いたＮ型半導体層２０及びＰ型半導体層４０の上面に超微細凹凸構造を形成させることができ、この場合、オーミック電極が自ら整列器（ａｌｉｇｎｅｒ）の役割を果たすようになる。
【００２５】
本実施形態によると、活性層３０で生成された光が前記第１オーミック電極５０ａを形成する面を除いた第１露出面Ａ１及び第２露出面Ａ２に形成された超微細凹凸構造により光が再び内部に反射せず外部に放出されることから、発光ダイオードの光抽出効率に寄与する。
【００２６】
図４は本発明の他の実施形態に係る発光ダイオード素子の断面図である。図４に示した発光ダイオード素子を図３に示した発光ダイオード素子と比較すれば、Ｐ型半導体層４０上には超微細凹凸構造が形成されていなく、第２オーミック電極に代えて光透過性電極６０及びワイヤボンディングのためのメタルパッド７０を形成させた形態である。そして、図３に示した素子のようにＮ型半導体層２０のオーミック電極５０ａの形成面の以外の第１露出面Ａ１に超微細凹凸構造が形成されている。
【００２７】
本実施形態によると、Ｐ型半導体層４０に臨界角より大きい角で入射した光は光透過性電極６０から内部に全反射するが、この光のうち内部から再び反射して、Ｎ型半導体層２０に入射した光は第１露出面Ａ１で無反射して外部に放出される。
【００２８】
すなわち、本実施形態の場合も図３に示した実施形態と同様に、第１オーミック電極５０ａの下面は滑らかな形状を有することから、この下面に入射した光は内部に反射して再び外部に放出されて光抽出効率に寄与する。
【００２９】
図５は本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造の個別凹凸片の様々な例を示した図面である。
【００３０】
超微細凹凸構造とは、数Å〜数ｎｍ程度の大きさの柱形の凹凸片の集合体を意味する。個別凹凸片は各々の大きさと形が様々でありうる。個別凹凸片の幅ｗは約０．００５〜３μｍ、望ましくは０．０１〜０．５μｍであり、前記柱形の凹凸片の高さｈは約０．１〜１μｍ、望ましくは、０．２〜０．７μｍである。
【００３１】
ここで、凹凸片の大きさ（幅または高さ）は発光ダイオード素子で発生されるメイン放出波長（λｐ：ｐｅａｋ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）と類似の大きさであり、凹凸片の幅ｗは発光ダイオードのメイン放出波長λｐの約０．０１〜２倍、望ましくは０．１〜１倍であり、凹凸片の高さｈは発光ダイオードのメイン放出波長λｐの約０．５〜１０倍、望ましくは１〜３倍程度になる。
【００３２】
個別凹凸片の形は図５に示したように様々な形態に示し、ほぼ半導体層２０、４０の底面から突出されている柱形である。具体的に、円錐または円周と類似でも良く、上端部分の一部が凹んだ形態でありうる。ここで、凹んだ部分には再び凹凸片の大きさより小さい数個〜数万個の凹凸片の集合が存在することができる。
【００３３】
図６乃至図９は本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造の拡大写真である。図６は高密度の超微細凹凸構造であり、図７は低密度、図８は厚いタイプ、図９は細いタイプの超微細凹凸構造である。
【００３４】
ここで、密度とは、単位面積当たり凹凸片の個数（個／μｍ２）を意味し、高密度とは、凹凸片の幅ｗに比べて個数密度が高くてぎっしりに形成されたことを意味する。凹凸片の個数密度は約１〜１００００個／μｍ２、望ましくは、５０〜５００個／μｍ２である。
【００３５】
ここで、厚いとは凹凸片の幅ｗに比べて高さｈが小さいことを意味する。
【００３６】
上記のような超微細凹凸構造を半導体層２０、４０に形成させる方法は様々であり、金属類（Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｄ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗまたはこれらを組み合わせた金属）をＮ型半導体層２０の第１露出面Ａ１とＰ型半導体層４０に塗布して高温で熱処理することによって金属クラスター（Ｍｅｔａｌ  ｃｌｕｓｔｅｒ）を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程を通じて第１露出面Ａ１のうち第１オーミック電極５０ａが形成された部分及びＰ型半導体層４０のうち第２オーミック電極５０ｂが形成される部分にある金属クラスターを除去した後、残っている金属クラスターを用いて乾式または湿式エッチングして第１オーミック電極５０ａの形成面を除いた第１露出面Ａ１及び第２露出面Ａ２に超微細凹凸構造を形成させることができる。  
【００３７】
また、珪素混合物（ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４）を多孔性（ｐｏｒｏｕｓ）成長などの方法で表面を粗く成長させた後、フォトリソグラフィ方法で第１オーミック電極５０ａが形成される部分を除いた第１露出面Ａ１と第２露出面Ａ２をＩＣＰ、ＲＩＥなどの方法でエッチングする方法もある。
【００３８】
また、珪素混合物（ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４）を成長し、金属類（Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｄ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗまたはこれらを組み合わせた金属）を塗布して高温で熱処理することによって金属クラスター（Ｍｅｔａｌ  ｃｌｕｓｔｅｒ）を形成した後、この金属クラスターを用いてフォトリソグラフィ工程を通じて第１オーミック電極５０ａが形成される部分を除いた第１露出面Ａ１と第２露出面Ａ２を選択的にエッチング（湿式及び乾式）することができる。
【００３９】
上記のような方法で半導体層２０、４０に超微細凹凸構造を形成させる実施形態は次のとおりである。
＜第１実施形態＞高密度、細いタイプ
凹凸片タイプ：細いタイプ（幅（ｗ）：約０．０１〜０．０３μｍ／高さ（ｈ）：約０．５μｍ）
個数密度：約４０〜７０個／μｍ２
金属：Ｎｉ、Ａｕ（２０Å〜５０Å）を使用（またはＩｎ、Ａｕ、Ｎｉ混合物を使用）
熱処理：５５０℃〜６５０℃、６０ｓｅｃ〜１２０ｓｅｃ
乾式エッチング：ＩＣＰ処理３００ｓｅｃ使用
＜第２実施形態＞高密度、厚いタイプ
凹凸片タイプ：厚いタイプ（幅（ｗ）：約０．０８〜０．１５μｍ／高さ（ｈ）：約０．５μｍ）
個数密度：約４０〜７０個／μｍ２
金属：Ｎｉ、Ａｕ（５０Å〜１００Å）を使用（またはＩｎ、Ａｕ、Ｎｉ混合物を使用）
熱処理：５５０℃〜６５０℃、６０ｓｅｃ〜１２０ｓｅｃ
乾式エッチング：ＩＣＰ処理３００ｓｅｃ使用
＜第３実施形態＞低密度、細いタイプ
凹凸片タイプ：細いタイプ（幅（ｗ）：約０．０１〜０．０３μｍ／高さ（ｈ）：約０．５μｍ）
個数密度：約４〜８個／μｍ２
金属：Ｎｉ、Ａｕ（２０Å〜５０Å）を使用（またはＩｎ、Ａｕ、Ｎｉ混合物を使用）
熱処理：５００℃〜６００℃、２０ｓｅｃ〜３０ｓｅｃ
乾式エッチング：ＩＣＰ処理３００ｓｅｃ使用
＜第４実施形態＞高密度、細いタイプ、低い高さ
凹凸片タイプ：細いタイプ（幅（ｗ）：約０．０８〜０．１５μｍ／高さ（ｈ）：約０．３μｍ）
個数密度：約４０〜７０個／μｍ２
金属：Ｎｉ、Ａｕ（５０Å〜１００Å）を使用（またはＩｎ、Ａｕ、Ｎｉ混合物を使用）
熱処理：５５０℃〜６５０℃、６０ｓｅｃ〜１２０ｓｅｃ
乾式エッチング：ＩＣＰ処理３００ｓｅｃ使用
【００４０】
図１０乃至図１１は本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造を概略的に示した図面である。図１０を参照すれば、半導体層２０、４０上に超微細凹凸構造が形成されており、この表面が空気８０と接触されており、半導体層Ｎ２、超微細
凹凸構造層Ｎｇ、空気層Ｎ１で分けることができる。表面はエポキシ樹脂８０と接触されていても良い。
【００４１】
上述したように、超微細凹凸構造を形成する個別凹凸片の大略の幅ｗは約０．００１〜０．５μｍであり、凹凸片の高さｈは約０．２〜０．７μｍであり、これはメイン放出波長（λｐ：ｐｅａｋ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）の０．１〜１倍程度になる。
【００４２】
上記のように、超微細凹凸構造を形成する凹凸片の大きさ（ｗ、ｈ）を活性層で生成される光子の波長と類似の大きさで製作すれば、前記波長を有する光に対しては超微細凹凸構造層Ｎｇの屈折率Ｎｅｆｆは半導体層Ｎ２の屈折ｎ２から空気層Ｎ２の屈折率ｎ１に線形的に変わる。半導体層Ｎ２、超微細凹凸構造層Ｎｇ、空気層Ｎ１は概念的に図１１のように示すことができる。
【００４３】
上記の図面の矢印方向Ｚに沿って屈折率が線形的に変わるから、屈折率の不連続面すなわち、境界面が存在しないようになる。境界面が存在しなくて境界面においての内部全反射（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ＴＩＲ）の現象も発生しないようになる。結果的に超微細凹凸構造層Ｎｇでは反射が発生しなくて前記超微細凹凸構造層Ｎｇは無反射層（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）の役割を果たすようになる。
【００４４】
これと係わって、媒質面に光の波長より小さい構造物がある場合の光特性に対する理論的な説明は“非特許文献１に開示されていることから、具体的な説明は省略する。
【００４５】
上記のような半導体層２０、４０の表面が無反射処理されることによって、活性層で発生した光は前記半導体層２０、４０から全部外部に放出されて光抽出効率が向上する。
【００４６】
図１２は本発明の実施形態による発光ダイオード素子の光出力特性を示したグラフである。本発明の実施形態による発光ダイオード素子の光出力を測定した結果、図１２に示したように従来の発光ダイオードに比べて非常に高い出力が測定された。
【００４７】
上述した様々な実施形態に応じて光出力が様々に示すことができ、超微細凹凸片の高さｈが大きいほど、高密度であるほど無反射効果が多少高く示すことができるが、本発明はここに限定されない。
【００４８】
以上のように、本発明は限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はここに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等の範囲内で様々な修正及び変形が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来のメッシュタイプのオーミック電極を具備した発光ダイオード素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光ダイオード素子の概略的な斜視図である。
【図３】図２をＳ１方向に切断した断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオード素子の断面図である。
【図５】本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造の個別凹凸片の様々な例を示した図面である。
【図６】高密度の超微細凹凸構造を示す拡大図である。
【図７】低密度の超微細凹凸構造を示す拡大図である。
【図８】厚いタイプ超微細凹凸構造を示す拡大図である。
【図９】薄いタイプ超微細凹凸構造を示す拡大図である。
【図１０】本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造を概略的に示した図面である。
【図１１】本発明の実施形態による発光ダイオードに形成された超微細凹凸構造を概略的に示した図面である。
【図１２】本発明の実施形態による発光ダイオード素子の光出力特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  サファイア基板
２０  Ｎ型半導体層
３０  活性層
４０  Ｐ型半導体層
５０ａ  第１オーミック電極５０ｂ  第１オーミック電極
７０  メタルパッド
Ａ１  第１露出面
Ａ２  第２露出面
【図１】
2007529893.tif 000003
【図２】
2007529893.tif 000004
【図３】
2007529893.tif 000005
【図４】
2007529893.tif 000006
【図５】
2007529893.tif 000007
【図６】
2007529893.tif 000008
【図７】
2007529893.tif 000009
【図８】
2007529893.tif 000010
【図９】
2007529893.tif 000011
【図１０】
2007529893.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2007529893.tif 000019
【図６】
2007529893.tif 000020
【図７】
2007529893.tif 000021
【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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【国際調査報告】
2007529893.tif 000027
2007529893.tif 000028