(57)【要約】【課題】表面ラフニングによる高い光抽出効率の窒化物ベースの発光ダイオードの提供。【解決手段】ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）および同発光ダイオードを作製する方法であって、ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性面または非極性面のうちの少なくとも１つがテクスチャ加工され、それによって、光抽出を増加させるためにテクスチャ加工された表面を形成する。テクスチャ加工は、プラズマ支援化学エッチング、フォトリソグラフィー、引き続くエッチング、またはナノインプリンティング、引き続くエッチングによって実行され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、Ｈｏｎｇ  Ｚｈｏｎｇ、Ａｎｕｒａｇ  Ｔｙａｇｉ、Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｊ．Ｖａｍｐｏｌａ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって２００７年１１月３０日に出願された、名称が「ＨＩＧＨ  ＬＩＧＨＴ  ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＢＹ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」であり、代理人の整理番号第３０７９４．２５８−ＵＳ−Ｐ１（２００８−２７７−１）である、同時係属中の同一人に譲渡された米国仮特許出願第６０／９９１，６１７号の利益を３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．Ｓｅｃｔｉｏｎ  １１９（ｅ）の下で主張し、仮特許出願は本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、より詳細には、表面ラフニングによる高い光抽出効率の窒化ガリウムベースのＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００３】
（２．関連技術の説明）
（注：本出願は、例えば［ｘ］などの角括弧内の１または１より多い参照番号によって、明細書を通して示されるように、多数の異なる刊行物を参照する。これらの参照番号に従って指示されるこれらの異なる刊行物のリストは、以下の「参考文献」という標題の項に見出され得る。これらの刊行物の各々は、本明細書に参考として援用される）。
【０００４】
窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの広バンドギャップの半導体ＬＥＤは、ほぼ１５年間利用可能になっている。ＬＥＤ開発の進歩は、フルカラーＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ交通信号機、白色ＬＥＤの実現など、ＬＥＤ技術における大きな変化をもたらした。
【０００５】
高い効率の白色ＬＥＤは、蛍光灯に代わる可能性のある代用品として多くの関心を集めた。すなわち、白色ＬＥＤの視感度効率（１３０〜１５０ルーメン／ワット［１］）は、通常の蛍光灯の視感度効率（７５ルーメン／ワット）を既にしのぐ。それにもかかわらず現在市販されているウルツ窒化物ベースのＬＥＤは、多重量子井戸（ＭＱＷ）［０００１］のｃ極成長配向のためのＭＱＷ内の分極関連の電界の存在によって特徴づけられる。ヘテロ界面での自発分極および圧電分極の両方における不連続は量子井戸における内部電界をもたらし、該内部電界は、担体分離（量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ））を引き起こし、量子井戸内の放射性再結合率を減少させる［２（非特許文献１）、３（非特許文献２）、４（非特許文献３）、５（非特許文献４）］。
【０００６】
これらの分極関連の影響を減少させるため、非極性面上、すなわち（１−１００）ｍ面または（１１−２０）ａ面上の成長するＩＩＩ窒化物素子が論証された［６（非特許文献５）−７（非特許文献６）」。それらの影響を減少させ、場合によってはそれらの影響を除去する別のアプローチは、ｃ方向に対して傾いた結晶面すなわち半極性面上にＩＩＩ窒化物素子を成長させることである。（１０−１−１）、（１０−１−３）、（１１−２２）およびその他を含む種々の半極性面上に成長する素子もまた、論証された［８−１０］。これらの面はｃ面ＩＩＩ窒化物材料と比較してヘテロ構造における分極不連続を減少させ、ｃ面から約４５度に配向された半極性面に対して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮへテロ構造において分極不連続はない［５］。最近高品質の独立したＧａＮ基板の出現と共に、非極性ｍ面、半極性（１０−１−１）、および（１１−２２）の独立したＧａＮ基板上における４０７ｎｍから５１３ｎｍの範囲にわたるピーク放射波長を有する高性能な非極性および半極性のＬＥＤが報告されてきた。それらのＬＥＤの性能のハイライトは表１に要約されている［１１−１５］。それらの素子は、量子井戸において分極関連電界の大幅な減少を示し、これによってＬＥＤ内においてより厚い量子井戸を用いることが可能となり、このことは、高電流の下において動作する素子にとって必須であると考えられる。従って、非極性および半極性配向のＧａＮ基板上に成長したＬＥＤは、商業的に有用な固体照明用途に大きな期待が持たれ、高性能独立ＧａＮ基板がより多く入手可能になるにつれ、商業的に利益があがり得る。
【０００７】
【表１】
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ＬＥＤの効率を改善する現在の技術は、内部量子効率を増加させることまたは抽出効率を増加させることという２つの別個のカテゴリーに入る。
【０００８】
結晶質およびエピタクシー層構造によって決定される内部量子効率を増加させることは、かなり困難であり得る。青色ＬＥＤの典型的な内部量子効率値は７０％より高く［１６］、低転位ＧａＮ基板上に成長した紫外（ＵＶ）ＬＥＤは最近、８０％と高い内部量子効率を示した［１７］。特に高品質の独立ＧａＮ基板上に成長する非極性および半極性配向の素子に関して、これらの値を超える改善の余地はほとんどない場合がある。
【０００９】
一方、光抽出効率を改善する多くの余地がある。裸チップの窒化物ＬＥＤに関して、ＧａＮの屈折率（ｎ＝２．５）と空気の屈折率（ｎ＝１）との間のかなり大きな差のために、光逃散円錐の角度はわずか２３度であり、この角度は、４．１８％と低い貧弱な光抽出効率を引き起こす［１８］。逃散円錐外の光は、素子内において繰り返し反射させられ、最終的には活性領域または電極によって吸収される。
【００１０】
表面ラフニング手順は、光の内部損失を実質的に減少させ、素子からの光逃散を促進するために用いられ得る。図１は、ｎ型電極１０と、ｎ型ＩＩＩ窒化物層１１と、ＩＩＩ窒化物活性領域１２と、ｐ型ＩＩＩ窒化物層１３と、金スズ結合１５によってシリコンサブマウント１６に接着されるｐ型電極１４とを備えている表面ラフニングされたＬＥＤの概略断面図である。光増強化学（ＰＥＣ）エッチングは、窒素面（Ｎ面）ＧａＮ表面である、ｎ型層１１の後側１７をラフニングするために用いられる。矢印１８は、ＬＥＤによって放射される光の起こり得る軌道を示す。滑らかな表面またはそれと同一の素子と比較した表面ラフニングされたＬＥＤに対して１３０％増の出力電力が測定された［１９］。
【００１１】
ＰＥＣエッチングによる表面ラフニングは窒化物ベースのＬＥＤからの光抽出を改善するための必要条件であるが、この技術の有効性は概して、特にｃ極［０００１］ＧａＮの窒素面であるラフニングすべき表面の結晶配向および極性に依存する［２１］。その結果、ＰＥＣエッチングは、ａ面（１１−２０）と、非極性ｍ面（１−１００）と、半極性表面のほとんどとを含む他ＧａＮ結晶配向および極性の表面には適用されない場合がある。表面ラフニングの手段の欠如は、非極性および半極性ＬＥＤがより高い抽出効率、従って、より高い全体的な効率を達成することに対する重大な障害となっており、従ってこの問題に対処するために、改良されたラフニング技術が必要とされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６９（２７），ｐｐ．４１８８−２１９０（１９９６）
【非特許文献２】ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．，Ｒｅｓ．３，（１５）（１９９８）
【非特許文献３】Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ｂ，  ２１６（１），ｐｐ．３９１−３９８（１９９９）
【非特許文献４】Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１００，ｐｐ．０２３５２２−０２３５２２−１０（２００６）
【非特許文献５】Ｎａｔｕｒｅ，４０６，ｐｐ．８６５−８６８（２０００）
【非特許文献６】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２，ｐｐ．Ｌ１０３９−１０４０（２００３）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、窒化物ベースのＬＥＤからの光抽出効率を増加させる方法を説明し、該方法は、フォトリソグラフィーと、プラズマ支援化学ドライエッチングとを伴う。光抽出を増加させることによって、それに続く効率の改善が結果的に予測される。本発明の１つの最も重要な利点は、本発明が非極性および半極性の配向に沿って成長するフィルムを含む、窒化物ベースのＬＥＤからの光抽出効率を実質的に増加させることである。さらに、本発明は、フォトニック結晶を用いることなどの他の光抽出増強技術と比較してより直接的である。より重要なことであるが、光増強化学エッチング（この技術も単純な光抽出増強技術である）とは異なり、本発明は、任意の窒化物半導体表面に、その結晶構造に関わらず、適用され得るのでより汎用性がある。
【００１４】
従って、上記の先行技術における制限を克服し、本明細書を読みかつ理解次第、明らかになる他の制限を克服するために、本発明は、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤを作製する方法を説明し、方法は、ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性面または非極性面のうちの少なくとも１つの表面をテクスチャ加工して、テクスチャ加工された表面を形成し、テクスチャ加工するステップは、プラズマ支援化学エッチングによって実行される。テクスチャ加工するステップは、フォトリソグラフィーと、引き続くエッチングとによって実行され得るか、テクスチャ加工された表面は、ナノインプリンティングと、引き続くエッチングとを用いて形成され得る。ＬＥＤの活性領域によって放射される光は、ほとんどテクスチャ加工された表面から抽出される。
【００１５】
テクスチャ加工するステップは、（１）少なくとも１つの側壁を有する少なくとも１つの機構を作ることであって、側壁は、機構内から入射した少なくとも１つの光線を反射し、透過する、ことと、光線が反射されるたびに、側壁に直角の表面に対する光線の入射角は減少するように側壁を傾けることであって、その結果、光線の入射角が臨界角より小さいとき、側壁を通る光線の透過は増加し、光線の入射角が少なくとも該臨界角に等しいとき、光線は側壁によって反射させられる、こととをさらに包含し得る。
【００１６】
本発明は、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤから光を放射する方法であって、ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性面または非極性面のうちの少なくとも１つのテクスチャ加工される表面から光を放射することを包含し、テクスチャ加工することは、プラズマ支援化学エッチングによって実行される、方法をさらに開示する。
【００１７】
本発明は、ｎ型ＩＩＩ窒化物と、ｐ型ＩＩＩ窒化物と、光を放射するＩＩＩ窒化物活性層であって、ｎ型ＩＩＩ窒化物とｐ型ＩＩＩ窒化物との間に形成される、ＩＩＩ窒化物活性層と、ｎ型ＩＩＩ窒化物上にあり、外部媒体との界面を形成するＩＩＩ窒化物光抽出表面であって、ＩＩＩ窒化物光抽出表面は、界面において外部媒体空気の中に光を透過し、界面において光を反射する少なくとも１つの傾斜した側壁を有する機構を有する、ＩＩＩ窒化物光抽出表面とを備え、（１）機構内部で、引き続く反射を受けた後で、反射した光は、界面に対して入射角が増加し、結果として、外部媒体に透過される機会が増加し、（２）ｎ型ＩＩＩ窒化物、ｐ型ＩＩＩ窒化物、およびＩＩＩ窒化物活性層は、半極性層または非極性層である、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤをさらに開示する。外部媒体は、ＩＩＩ窒化物より小さい屈折率を有する媒体、例えば、空気または真空である。
【００１８】
本願明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製する方法であって、
該ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性面または非極性面のうちの少なくとも１つの表面をテクスチャ加工して、テクスチャ加工された表面を形成することを包含し、該テクスチャ加工するステップは、プラズマ支援化学エッチングによって実行される、方法。
（項目２）
上記テクスチャ加工するステップは、フォトリソグラフィーと、引き続く上記エッチングとによって実行される、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記テクスチャ加工された表面は、ナノインプリンティングと、引き続く上記エッチングとを用いて形成される、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記ＬＥＤの活性領域によって放射される光は、上記テクスチャ加工された表面から抽出される、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記テクスチャ加工するステップは、
（１）少なくとも１つの側壁を有する少なくとも１つの機構を作ることであって、該側壁は、該機構内から入射した少なくとも１つの光線を反射し、透過する、ことと、
（２）該光線が反射されるたびに、該側壁に直角の表面に対する該光線の入射角は減少するように該側壁を傾けることであって、その結果、
（ａ）該光線の該入射角が臨界角より小さいとき、該側壁を通る該光線の透過は増加し、
（ｂ）該光線の該入射角が少なくとも該臨界角に等しいとき、該光線は該側壁によって反射させられる、ことと
をさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目６）
ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）から光を放射する方法であって、
該ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性面または非極性面のうちの少なくとも１つのテクスチャ加工される表面から該光を放射することを包含し、該テクスチャ加工することは、プラズマ支援化学エッチングによって実行される、方法。
（項目７）
（ａ）ｎ型ＩＩＩ窒化物と、
（ｂ）ｐ型ＩＩＩ窒化物と、
（ｃ）光を放射するＩＩＩ窒化物活性層であって、該ｎ型ＩＩＩ窒化物とｐ型ＩＩＩ窒化物との間に形成される、ＩＩＩ窒化物活性層と、
（ｄ）該ｎ型ＩＩＩ窒化物上にあり、外部媒体との界面を形成するＩＩＩ窒化物光抽
出表面であって、該ＩＩＩ窒化物光抽出表面は、該界面において外部媒体空 気の中に該
光を透過し、該界面において該光を反射する少なくとも１つの傾斜した側壁を有する機構を有する、ＩＩＩ窒化物光抽出表面と
を備え、
（１）該機構内部で、引き続く反射を受けた後で、該反射した光は、該界面に対して入射角が増加し、結果として、該外部媒体に透過される機会が増加し、
（２）該ｎ型ＩＩＩ窒化物、ｐ型ＩＩＩ窒化物、およびＩＩＩ窒化物活性層は、半極性層または非極性層である、ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）。
（項目８）
上記外部媒体は、ＩＩＩ窒化物より小さい屈折率を有する媒体である、項目７に記載のＬＥＤ。
（項目９）
上記外部媒体は、空気または真空である、項目７に記載のＬＥＤ。
ここで図面を参照すると、図面において、同様の参照番号は、全図面を通して対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、後側が光増強化学エッチングによってラフニングされた（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤの概略的な断面図である。
【図２】図２は、後側が本発明によってラフニングされた、空中に浮かせた形状の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤの概略的な断面図である。
【図３ａ】図３ａは、ラフニング後のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図３ｂ】図３ｂは、ラフニング後のＧａＮ表面の断面のＳＥＭ画像である。
【図４】図４は、円錐機構から光が逃散するプロセスを例示する。
【図５】図５は、ラフニング後のＧａＮ表面の光学顕微鏡画像である。
【図６】図６は、円錐機構の形状を例示する。
【図７】図７は、高い光抽出効率のＬＥＤ構造を製造する方法を例示するフローチャートである。
【図８】図８は、光増強化学エッチングによるラフニング後の半極性（１１−２２）ＧａＮ表面のＳＥＭ画像である。
【図９】図９は、後側が本発明によってラフニングされた、フリップチップ設計の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤの概略的な断面図である。
【図１０】図１０は、後側が本発明によってラフニングされ、ｐ型ＩＩＩ窒化物層が成形された酸化亜鉛または透明な導体と結合された、フリップチップ設計の（Ａｌ，Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤの概略的な断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（発明の詳細な説明）
好ましい実施形態の以下の説明において、説明の一部を形成する添付の図面に参照がなされ、図面において本発明が実施され得る特定の実施形態が例示として示される。他の実施形態が利用され得、本発明の範囲から逸脱することなく構造的な変更がなされ得ることは理解されるべきである。
【００２１】
（技術的説明）
本発明は、窒化物ベースのＬＥＤからの光抽出効率を増加させる技術を説明し、該技術は、フォトリソグラフィーと、プラズマ支援化学ドライエッチングとを伴う。光抽出を増加させることによって、それに続く効率の改善が結果的に予測される。
【００２２】
本発明の一実施形態において、ＬＥＤ成長前面の反対側の独立ＧａＮ基板がラフニングされる。素子が作製された後、ＬＥＤは次いで成形された光学素子内に配置される。
【００２３】
図２は、本発明の好ましい実施形態に従って、空中に浮かせた形状にパッケージングされた表面がラフニングされたＬＥＤの概略図を示す。ＬＥＤは、ｐ型金属電極２０と、半透明ｐ型電極２１と、ｐ型ＩＩＩ窒化物層２２と、ＩＩＩ窒化物活性領域２３と、ｎ型ＩＩＩ窒化物層２４と、両側磨き独立ＧａＮ基板２５であって、該基板において表面ラフニングがプラズマ支援化学エッチングによって実行される、ＧａＮ基板２５と、金属ヘッダ２６と、金属ワイヤ２７（ｐ電極２０に接続する）と、金属ワイヤ２８（ｎ型金属電極２９に接続する）と、ＬＥＤチップがカプセル化されるシリコーン円錐モールド３０とから構成される。矢印３１は、ＬＥＤによって放射される光の起こり得る軌道を示す。
【００２４】
プラズマ支援の化学エッチングは、エッチングマスクが画定された後、ＧａＮ基板２５の後側表面３２において実行される。特定のチャンバ圧力およびプラズマ電力の下で、塩素およびフッ素ベースの気体および他の気体を含むがこれらに限定されない、特定の割合の種々の腐食性気体によって、プラズマ支援化学エッチングは、傾斜した側壁によって特徴づけられる機構を有するマスキングされない領域を画定する。その結果、表面３２は、表面３２のほとんどをタイル状に張る円錐機構の形成によってラフニングされる。適切なエッチング条件と、エッチング時間と、エッチングマスクの材料の使用との組み合わせの結果、隕石クレーターに似ている凹面が各円錐機構の上部に形成され得る。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチャーによって実行される例示的ラフニング手順のエッチング条件は、特定の割合（１０：１〜１５０：１）の塩素ベースの気体とフッ素ベースの気体と、１００ワット〜１０００ワットの範囲の適切なＩＣＰ電力と、１０ワット〜５００ワットの範囲の望ましいバイアス電力と、適切なチャンバ圧力（１〜５０パスカル）とを含む。
【００２５】
図３ａは、（直径２ミクロンおよび中心間の距離８ミクロンの）円形のエッチングマスクを用いる例示的ラフニング手順の３０分間の処理後のＧａＮ表面のＳＥＭ画像であり、図３ｂは、同じ試料の断面のＳＥＭ画像である。図３ａおよび図３ｂは、表面が表面のほとんどをタイル状に張る（傾斜した側壁３４を有する）円錐機構３３の形成によってラフニングされる方法および凹面３５が各円錐機構３３の上部に形成され得る方法を例示する。
【００２６】
円錐機構（または切頭円錐機構）は、光抽出に有益であると考えられる［２０］。図４は、そのような円錐機構４０、３３から逃散する光のプロセスを例示する。機構−空気の境界４２における光線４１は、窒化物半導体−空気の界面（もしくは機構−空気の境界）４２を透過する（破線矢印４３）か、または境界４２によって反射される（実線矢印４４）。半導体−空気の界面（または機構−空気の界面４２）における入射角（９０°−θ）の増加を引き起こす機構４０の内部で、引き続く反射４５を受けた後で、反射された光線４４のほとんどは、ついには機構−空気の界面４２においてほぼ直角の入射で円錐４０から逃散し得る４６。上記において、機構−空気境界４２と半導体−空気の界面とは同等である。光線４１は、例えば活性領域から起こり、機構４０は、典型的には窒化物のｎ型層との界面４７を有する。
【００２７】
図５は、ラフニングされた表面の光学顕微鏡画像である。ラフニング手順の結果として生じた変色した暗い表面は、空気とＧａＮとの境界における光散乱によって生じ得、概してそのような表面は、滑らかで「鏡状の」抽出特性より良い抽出特性を有する［１９］。
【００２８】
図６に示されるように、側壁傾斜角６１と、円錐直径６２および６３と、円錐の高さ６４と、ならびにそれらの円錐機構６０の数密度とを含むラフニングされた機構６０の形状は、適切なエッチングマスクおよび適したエッチング条件の使用によって最適な光抽出のために調整され得る。プラズマ支援化学エッチングは非平衡プロセスであり、従って、このラフニング手順は、任意の窒化物半導体表面に、その結晶の配向および極性にかかわらず、適用され得ることは注意されるべきである。
【００２９】
そのような設計によって、活性領域内において生成される光は、ダイの両側から効果的に逃散することが可能であり、基板の方に伝達する光の抽出効率は、表面ラフニングのために大幅に増加させられ得る。その結果、出力電力に対する改善が予測される。
【００３０】
（プロセスステップ）
図７は、本発明の一実施形態のためのプロセスステップを例示する。
【００３１】
ブロック７０は、例えば金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって両側みがき独立ＧａＮ基板上にエピタキシャル層を成長させ（素子成長）、それによって試料を作るステップを表す。
【００３２】
ブロック７１は、ｐ型ドーパントの活性化（ｐ型活性化）のために試料をアニールするステップを表す。
【００３３】
ブロック７２は、プラズマ支援化学エッチングによる表面ラフニングのステップを表す。
【００３４】
ブロック７３は、溶媒および酸を用いてラフニングされた試料を清潔にする（試料クリーニング）ステップを表す。
【００３５】
ブロック７４は、例えば、ニッケルおよびインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）の半透明電極などの（ｐ型層上に）ｐ型電極を堆積させるステップを表す。
【００３６】
ブロック７５は、例えば、塩素ベースのドライエッチングによってメーサ領域を画定するステップを表す。
【００３７】
ブロック７６は、ｐ型およびｎ型の金属パッドを堆積するステップ例えば、チタン、アルミニウム、ニッケルおよび金のｎ型電極およびｐ型電極の堆積を表す。
【００３８】
ブロック７７は、例えば、空中に浮かせた形状などにＬＥＤをパッケージングするステップを表す。
【００３９】
（起こり得る修正および変形）
ＬＥＤは、極性ｃ面（０００１）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ、非極性ａ面（１１−２０）およびｍ面（１−１００）（Ａｌ，Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ、または半極性（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎから構成され得、ここで半極性は、２つの非ゼロのｈ、ｉ、またはｋミラー指数と非ゼロのｌミラー指数と、を有する｛ｈｉｋｌ｝広範囲の平面をいう。
【００４０】
さらに、独立でバルクなＧａＮ基板の他に、ＬＥＤは、例えば、サファイア、炭化ケイ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、または尖晶石ウェハなどの異質の基板上に成長させられ得、ラフニングプロセスが進められ得るように、レーザリフトオフなどの技術が、基板と窒化物半導体を分離するために用いられ得る。
【００４１】
ラフニングされるべき表面の結晶配向が半極性（１１−２２）配向のＧａＮ表面である場合、表面ラフニングもまた、光増強化学（ＰＥＣ）エッチング手順によって実行され得る。ラフニングされた表面は、図８に示されるように、ｃ極性（０００１）ＧａＮ表面とｍ面［１−１００］ＧａＮ表面とから構成される１または１より多い三角錐によって覆われる。
【００４２】
このラフニング技術は、好ましい実施形態に含まれる構造以外に、様々な高い光抽出効率のＬＥＤ構造に適用され得る。
【００４３】
図９は、本発明の例示的実施形態に従う高い光抽出効率のＬＥＤの概略図である。フリップチップ構造のＬＥＤは、本発明によってラフニング９２された独立ＧａＮ基板９１と、ｎ型ＩＩＩ窒化物９３と、ｎ型電極９４と、ＩＩＩ窒化物活性領域９５と、ｐ型ＩＩＩ窒化物層９６と、ｐ型電極および光反射器９７と、ホストサブマウント９８とを備えている。矢印９９は、ＬＥＤによって放射される光の起こり得る軌道を示す。
【００４４】
図１０は、本発明の例示的実施形態に従う高い光抽出効率のＬＥＤの概略図である。ＬＥＤは、ｎ型ＩＩＩ窒化物層１００１と、ＩＩＩ窒化物活性領域１００２と、ｐ型ＩＩＩ窒化物層１００３と、ｎ型電極１００４と、ホストサブマウント１００５とを備えている。独立ＧａＮ基板１００７の後側１００６は、本発明によってラフニングされる。ｐ型ＩＩＩ窒化物層１００３に隣接するのは、ｐ型電極を有するｎ型酸化亜鉛（ＺｎＯ）の円錐形要素１００８であり、ｐ型電極は、活性層１００２によってｐ型層１００３の方に放射される光１００９ａの光抽出を改善するのを助け得る。矢印１００９ａ、１００９ｂは、ＬＥＤの活性領域１００２から放射される光の起こり得る軌道を示す。
【００４５】
図１１は、ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製する方法を例示するフローチャートである。
【００４６】
ブロック１１００は、ＬＥＤのＩＩＩ窒化物層の半極性または非極性面のうちの少なくとも１つの表面をテクスチャ加工し、テクスチャ加工された表面１００６を形成するステップを表し、テクスチャ加工ステップは、プラズマ支援化学エッチングによって実行される。テクスチャ加工するステップは、フォトリソグラフィーと、引き続くエッチングとによって実行され得る。テクスチャ加工される表面１００６は、ナノインプリンティングと、引き続くエッチングとを用いて形成され得る。ＬＥＤの活性領域によって放射される光は、ほとんどテクスチャ加工された表面１００６から抽出され得る。ブロック１１００のテクスチャ加工するステップは、
（１）少なくとも１つの側壁４２を有する少なくとも１つの機構４０を作るステップであって、側壁４２は、機構４０内から入射した少なくとも１つの光線４１を反射４４し、透過４３、４６する、ステップを表すブロック１１０１と、
（２）光線が反射４４されるたびに、側壁４２に直角ｎの表面に対する光線４４の入射角θは減少するように側壁４２を傾けるステップであって、その結果、（ａ）光線の入射角θが臨界角（θｃ）より小さいとき、側壁４２を通る光線の透過４６は増加し、（ｂ）光線４１、４４の入射角θが少なくともθｃに等しいとき、光線は側壁４２によって少なくとも部分的に反射４４させられる、ステップを表すブロック１１０２とをさらに包含し得る（図４も参照）。θｃは臨界角であって、それを越えると総内部反射が起きθｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎｅｘｔｅｒｎａｌ／ｎｉｎｔｅｒｎａｌ）、ここで、ｎｅｘｔは外部媒体１０１５の屈折率であり、ｎｉｎｔｅｒｎａｌは内部媒体、すなわち機構４０の屈折率である。表面直角ｎは、側壁４２に垂直の想像線である。
【００４７】
ブロック１１０３（図４および図１０も参照）は、図１１の方法を用いて作製される素子を表す。素子は、ｎ型ＩＩＩ窒化物１００１と、ｐ型ＩＩＩ窒化物１００３と、ｎ型ＩＩＩ窒化物１００１とｐ型ＩＩＩ窒化物１００３との間に形成される、光（１００９ａ、１００９ｂ）を放射するＩＩＩ窒化物活性層１００２と、基板１００７上またはｎ型ＩＩＩ窒化物１００１上にあり、外部媒体１０１０との界面を形成するＩＩＩ窒化物光抽出表面１００６であって、ＩＩＩ窒化物光抽出表面１００６は、界面において外部媒体１０１０の中に光１００９ｂを透過し、界面において光を反射する少なくとも１つの傾斜した側壁４２を有する機構４０を有し、（１）機構４０内部で引き続く反射４５を受けた後で、反射した光４４は、界面４２において入射角（９０°−θ）が増加し、結果として、外部媒体１０１０に透過１００９ｂされる機会が増加し、（２）ｎ型ＩＩＩ窒化物１００１、ｐ型ＩＩＩ窒化物１００３、およびＩＩＩ窒化物活性層１００２は、半極性層であるかまたは非極性層である、ＩＩＩ窒化物光抽出表面１００６とを備えている、ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。外部媒体１０１０は、典型的には、例えば空気または真空などのＩＩＩ窒化物より小さい屈折率を有する媒体である。
【００４８】
上記の説明において、ＩＩＩ窒化物は、ＩＩＩ族窒化物もしくは単に窒化物、または（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ、もしくはＡｌ（１−ｘ−ｙ）ＩｎｙＧａｘＮによって表され得、ここで０＜ｘ＜１および０＜ｙ＜１である。
【００４９】
（利点および改善）
本発明の１つの最も重要な利点は、本発明が非極性および半極性の配向に沿って成長するＬＥＤを含む、窒化物ベースのＬＥＤからの光抽出効率を実質的に増加させることである。さらに、本発明は、フォトニック結晶を用いることなどの他の光抽出増強技術と比較してより直接的である。より重要なことであるが、ＰＥＣエッチング（この技術も単純な光抽出増強技術である）とは異なり、本発明は、任意の窒化物半導体表面に、その結晶構造に関わらず、適用され得るのでより汎用性がある。本発明は、高出力で高効率のＬＥＤを可能する。
【００５０】
（参考文献）
以下の参考文献が本明細書において参考として援用される。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
【表３】
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(結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を終える。本発明の１つ以上の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提示された。網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することは意図されない。上記の教示を考慮して、多くの修正および変形が可能である。本発明の範囲はこの詳細な説明によって限定されないで、むしろ本明細書に添付される特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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【外国語明細書】
2015065481000001.pdf