(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に選択的形状の光学要素のアレイを形成する。【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
2008091880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項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、
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。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ、光検出器、光電池などを含むが、これらに限定されるものではない光学デバイスの作製に関する。特に、本発明は、このようなデバイス内で共通する部分要素の作製に関する。
【背景】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、典型的に、基板上にｐ−ｎダイオードを成長させることによって構成される。ダイオードは、基板上にｎドープ材料層を成長させ、ｎドープ層上に発光領域を成長させ、次いで、ｎドープ材料の上部にｐドープ材料層を成長させることによって構築される。次いで、ｐドープ層の上面に電極が堆積され、ｎドープ層にコンタクトが作られる。基板、またはｐドープ材料の上面、または上部電極のいずれかを介して、光が抽出されてもよい。上部電極を介して光が除去されるならば、電極は、インジウムスズ酸化物または薄い金膜などの透明材料から構築される。
【０００３】
ＬＥＤの効率は、２つの効率、すなわち、電極に印加される出力が光に変換される効率と、光がデバイスから取り出される効率との積である。基板上に作製された通常のＬＥＤの場合、結合効率が低いため、ダイオードに発生した光の大部分が失われる。ほとんどの半導体の屈折率は、空気やエポキシカプセル材料のものより非常に高い。したがって、ダイオードの表面に小さなテーパ角度で衝突する光のみが、全内反射により表面から逃れる。残りの光のほとんどは、ダイオード層内に反射されて戻り、基板表面とダイオードの上面とによって囲まれた導波路に捕捉される。この捕捉された光の多くは、最終的に、デバイス内に吸収される。したがって、半導体ダイオードの効率は、理想値より低い。
【０００４】
ＬＥＤの抽出効率を高めるために提案された１つの方法では、デバイスに発生する光が、臨界角またはそれよりも小さい角度で表面に当たることによって、全内反射を防ぐようにＬＥＤを巨視的に形作る必要がある。チップが半球や角錐台のような形状であれば、この問題を解消できる。チップをこのように形作ることは、非常に手間がかかり、かつコストもかかる。
【０００５】
米国特許第６，８１２，１６１号において、第２の従来技術の方法が開示されており、この内容全体は、本願明細書に参照により援用されたものとする。同特許において、ＧａＡｓ系ＬＥＤの抽出効率を高める方法では、表面の平面性を破壊するようにエッチングすることで、表面を打つ光が出る非常にさまざまな非平坦な面を与えることによって、ＬＥＤの上面の粗面化を利用する。
【０００６】
表面を粗面化するための従来の方法では、ＬＥＤの上面のランダムエッチングを伴う。例えば、不規則なエッチパターンが、ＬＥＤの表面上に粒子を堆積し、次いで、ランダムエッチマスクを規定するために粒子を使用することによって発生しうる。従来技術のこれらの方法では、粗面化された表面を作製するために、２つのプロセス、すなわち、粒子の直径を選択的エッチングによって縮小する第１のプロセスと、粒子をマスクとして使用したドライエッチングによって表面構造を作製する第２のプロセスとを使用した。従来の方法によって作られた結果的に得られる表面構造の側壁は、表面構造を作るための選択されたエッチングプロセスが、単にマスクとして働く粒子をエッチングしないため、ほぼ垂直面である。これらの円筒状の構造（図３に示す）は、抽出効率をなお制限してしまうこともある。
【０００７】
ＬＥＤの内部量子効率は、成長技術の開発によりほぼ１００％である。しかしながら、通常のＬＥＤの光抽出効率は、半導体と空気との間の界面での全内反射により非常に低い。典型的に、通常のＧａＡｓ系ＬＥＤでは、活性層に発生したわずか〜２％の光しか抽出できない。この問題は、表面の粗面化または表面テクスチャ処理によって部分的に解決されてきた。しかしながら、表面テクスチャ処理の低コストおよび高処理能力技術が望まれる。米国特許第６，８１２，１６１号には、球形粒子をマスクとして使用することによって、ランダムに配設された柱状構造をもつＬＥＤを作製する方法が開示されている。さらに、ＬＥＤに形成されたほとんどの表面テクスチャは、図３に示すような単純なポスト状の構造またはホールアレイ（ランダムまたは規則的）である。このような単純な構造は、ＬＥＤの材料系、放射波長、層構造、および表面構造に強く依存する光抽出効率のさらなる増大を制限してしまう。
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様において、本発明によって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、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、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、を備える方法が提供される。
【０００９】
本発明により、複雑な表面構造の作製方法が提供される。このような構造の断面プロファイルは、光抽出効率をさらに高めるための要求に見合うように容易に変更可能である。
【００１０】
一実施形態において、本発明は、円錐状または円錐台状の表面構造を作製してもよい。第１に、ＬＥＤウェハの選択された表面上に配置された単分子層化された球形粒子の直径は、選択的エッチングによって所定の値に縮小される。第２に、表面構造は、粒子を初期マスクとして使用することによるドライエッチングによって作製される。この実施形態において、エッチャントは、半導体材料だけでなく、粒子もエッチングするように選択されてもよく、これにより、粒子がエッチングされるまでにエッチングが停止されれば、円錐状の表面構造が形成され、粒子がエッチングされる前にエッチングが停止されれば、円錐台状の表面構造が形成される。円錐状構造の表面に垂直な角度は、異なるエッチャント、粒子材料、およびエッチング手段によって制御されてもよく、それにより、デバイスの上層と粒子との間のエッチング速度の比が異なる。粒子のエッチング速度が、デバイスの上層のものより大きければ、４５°未満の円錐様状構造の角度が得られる。小さければ、４５°より大きな円錐様状構造の角度が得られうる。
【００１１】
場合によっては、例えば、マイクロまたはナノレンズアレイなどの異なる断面プロファイルを有する表面構造が、光の抽出効率を最適化するために望ましい場合もある。好ましい実施形態において、本発明は、ドライエッチングのマルチサイクルを使用することにより、このような構造を作製する方法を含んでもよい。断面プロファイルは、必要に応じて、エッチング持続時間、またはエッチャントも制御することによって変更されてもよい。異なる断面プロファイルを有する構造により、構造パラメータの選択肢がさらに増えることもありうる。したがって、光抽出効率を高めるために、放射波長、層材料、および層構造に従ったあるデバイスに最適な表面構造を得ることが可能でありうる。
【００１２】
第２の態様において、本発明により、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、光学層が上部に配置された基板を設けるステップと、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含み、前記エッチングサイクルが、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、を含む方法により形成されるアレイが提供される。
【００１３】
第３の態様において、本発明により、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、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、粒子の大きさをさらに縮小し、光学要素を形作るために、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、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、光学層のエリア上にマスクを形成して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、光学層をエッチングするステップとを備える方法が提供される
【００１４】
本発明の可能な配列を示す添付の図面を参照しながら本発明についてさらに記載することが好都合である。本発明の他の配列も可能であり、結果的に、添付の図面の詳細は、本発明の前述の記載の一般性に優先するものと理解されるべきではない。
【好ましい実施形態の説明】
【００１５】
［実施形態１］
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。
【００１６】
これらの実験では、ＰＳ球を堆積する（１０）ための単純な方法を使用する。ウェハの表面上に、コロイド懸濁液を数滴垂らし、ウェハを約４０°傾けることによって所望の領域まで広がる。重力効果により、ＰＳ球を含有する懸濁液の均一の膜が表面上に形成される。溶媒が蒸発すると、ＰＳ球４５は、側面毛管効果により、六方稠密コロイド結晶の単分子層４０に自己組織化する。
【００１７】
次いで、ウェハは、ナノ構造をエッチングするために、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバ内に装填される。２０ｓｃｃｍＯ２フロー、２００ＷのＲＩＥ出力、８ミリトールのチャンバ圧力の条件の酸素ＲＩＥを使用して、ＰＳ球４５をエッチングしてその直径を縮小する（１５）のに対して、２０ｓｃｃｍのＢＣｌ３、５ｓｃｃｍのＣｌ２、２００ＷのＲＩＥ出力、５００ＷのＩＣＰ出力、８ミリトールのチャンバ圧力の条件でＢＣｌ３およびＣｌ２を混合したＩＣＰを使用して、上層３５のＧａＰ材料およびＰＳ球をエッチングする（２０）。
【００１８】
ＰＳ球４５の直径を縮小するためのＯ２ＲＩＥのエッチング速度は、一定ではないが、半導体のものより非常に大きい。したがって、Ｏ２ＲＩＥエッチング（１５）は、ＰＳ球の直径を縮小するだけである。しかしながら、選択されたエッチャントがＢＣｌ３とＣｌ２とを混合させたＩＣＰ条件でのエッチング速度は、ＧａＰ材料に対しておよそ６．１８ｎｍ／ｓであり（垂直方向）、一方で、ＰＳ球に対して平均でおよそ２．７８ｎｍ／ｓである（直径の縮小）。実際、ＰＳ球は、ＩＣＰエッチング（２０）中にＬＥＤウェハ３０のｐ型ＧａＰ層３５をエッチングするための取り替え可能なマスクとして働くことで、図４の略図に示すように、円錐様状または円錐台様状の表面構造形成物６０が得られる。
【００１９】
例えば、図６（ａ）は、１２０秒のエッチング持続時間のＲＩＥおよび９０秒のＩＣＰを使用して作製された円錐台様状の表面構造を示すＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図を示す。さらに、図６（ｂ）は、１３０秒のエッチング持続時間のＲＩＥおよび１３０秒のＩＣＰを使用して作製された円錐様状の表面構造を示すＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図である。
【００２０】
［実施形態２］
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。
【００２１】
以下の実験において、エッチング条件は、エッチング持続時間を除き、すべてのエッチングに対して実施形態１に記載したものと同じに保たれる。ＬＥＤウェハおよびＬＥＤウェハ３０上の単分子層化されたＰＳ球４０を層化することはまた、実施形態１に記載したものにも類似している。ＲＩＥおよびＩＣＰのエッチング持続時間のみが、ＬＥＤウェハ３０の上層３５上のエッチングされた構造の断面プロファイルを制御するために変更される。
【００２２】
マルチエッチングサイクルによって作製された表面構造を示すＳＥＭイメージの図７（ａ）の平面図および図７（ｂ）の斜視図に、実施形態２のいくつかの例が示されている。第１のサイクルにおいて、ＲＩＥおよびＩＣＰのエッチング持続時間は、それぞれ、６０秒および６０秒である。第２のサイクルでは、それぞれ、６０秒および３０秒である。第３のサイクルでは、それぞれ、３０秒および３０秒である。
【００２３】
マルチエッチングサイクルによって作製された表面構造を示すＳＥＭイメージの図８（ａ）の平面図および図８（ｂ）の斜視図に、さらなる例が見られる。第１のサイクルにおいて、ＲＩＥおよびＩＣＰのエッチング持続時間は、それぞれ、６０秒および３０秒である。第２のサイクルでは、それぞれ、３０秒および３０秒である。第３のサイクルでは、それぞれ、３０秒および２０秒である。第４のサイクルでは、それぞれ、３０秒および２０秒である。第５のサイクルでは、それぞれ、３０秒および２０秒である。
【００２４】
マルチエッチングサイクルによって作製された表面構造を示すＳＥＭイメージの図９（ａ）の平面図および図９（ｂ）の斜視図に、さらなる例が見られる。第１のサイクルにおいて、ＲＩＥおよびＩＣＰのエッチング持続時間は、それぞれ、６０秒および９０秒である。第２のサイクルでは、それぞれ、６０秒および２０秒である。第３のサイクルでは、それぞれ、３０秒および１０秒である。
【００２５】
トルエンによって残りのＰＳ球を除去した後、光学特性に及ぼす表面構造の影響についても調べた。図１１は、（四角形）がない場合と、図６（ａ）（円形）に示すような１サイクルエッチングプロセスおよび図７（三角形）に示すようなマルチサイクルエッチングプロセスによって作製された表面構造の場合の、ウェハの光輝度（ＰＬ）の強度の比較を示す。本発明により作製された表面構造により、ＰＬ強度の著しい増大が観察される。
【００２６】
図６（ａ）に示すように、本発明を使用して形成された表面構造を有するＬＥＤが作製される。Ｔｉ（１０ｎｍ）、Ｐｄ（２０ｎｍ）、およびＡｕ（５００ｎｍ）のｐ型コンタクトが、電子ビーム蒸着後にリフトオフプロセスによって形成され、４０秒間、４３０℃でアニールされる。ＡｕＧｅ（８０ｎｍ）、Ｎｉ（１０ｎｍ）、およびＡｕ（２００ｎｍ）のｎ型コンタクトが、ウェハの背面側に形成された後、３０秒間、４００℃でアニールされる。また、比較のために、表面構造がない領域に、同じ電極が形成される。ＬＥＤの上方、約２．５ｃｍの位置に配置された電力計を使用して、ウェハレベルでＬＥＤが測定される。図１２は、図６（ａ）に示すような表面構造がある場合と、表面構造がない場合のＬＥＤの光出力の平均結果を示す。２０ｍＡの注入電流で、４０％を超える光出力の向上が得られた。
【００２７】
［実施形態３］
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。
【００２８】
次いで、ウェハ上に単分子層化されたＰＳ球を並べた後、表面ナノ構造を生じるために、ＩＣＰチャンバ内に装填される。２０ｓｃｃｍｎＯ２フロー、２００ＷのＲＩＥ出力、８ミリトールのチャンバ圧力の条件の酸素ＲＩＥを使用して、ＰＳ球をエッチングしてその直径を縮小するのに対して、２０ｓｃｃｍのＢＣｌ３、１０ｓｃｃｍのＣｌ２、２００ＷのＲＩＥ出力、５００ＷのＩＣＰ出力、８ミリトールのチャンバ圧力の条件でＢＣｌ３およびＣｌ２を混合したＩＣＰを使用して、ｐ−ＧａＮ材料およびＰＳ球をエッチングする。この場合、ｐ−ＧａＮおよびＰＳ球の平均エッチング速度はほぼ同じであり、約１．７ｎｍ／ｓである。
【００２９】
ＳＥＭイメージの斜視図である図６（ｃ）に、ＧａＮ系ウェハの上層に作られる表面構造を示す。この実施形態において、ＲＩＥには６０秒間、ＩＣＰには１５０秒間のエッチング持続時間が使用される。約４５°である表面に対して垂直な側壁角度を有する円錐様状の表面構造が明確に観察される。図１１から分かるように、表面構造の場合、３倍を超えるＰＬ強度の向上が得られる。
【００３０】
次いで、デバイスを比較すると、上記デバイスに電極が取り付けられてもよい。異なる種類の光学層が、本発明の範囲内の異なる実施形態を表すが、特に、有益であると見なされる光学層が２種類ある。結果的に、上記電極の取り付けは、どの種類の光学層を用いるかによる。
【００３１】
第１の種類において、光学層は、エンドデバイスのコンポーネントであってもよい。この場合、光学層は、デバイスの他の層の上部に引き続き同時に成長される。これは、高ドープされた半導体層を含み、電極のような電流チャネルとしても働き、電極下で発生する光が出ないため、電極エリアからの電流を広げる電流波及層としても働く。この場合、デバイス上の他の場所に光を発生させる必要があり、作られた光学要素の小さなエリア上に、電極が直接形成される。
【００３２】
第２の種類において、光学層は、全デバイス構造を成長させた後に配置されてもよい。この場合、光学層は、例えば、別の方法によってウェハ上にＳｉＯ２膜を堆積させるとき、伝導性のものでなくてもよい。この場合、デバイスの高ドープされた半導体の層上に電極を形成するために、窓が開口されてもよい。言い換えれば、デバイスの伝導性のある半導体層を露出するために、光学要素の一部（小さなエリア）が除去される必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態により、ＬＥＤ上に表面構造を作製する手順を示したフローチャートである。
【図２】（ａ）はＬＥＤの上面に配設された稠密球形粒子の単分子層を示す断面略図であり、（ｂ）は表面上に配設された稠密球形粒子の単分子層の平面図を示す略図である。
【図３】従来技術によって作製された構造を示す断面略図である。
【図４】本発明の一実施形態により作製された構造を示す断面略図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明のさらなる実施形態により作製された構造を示す断面略図である。
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態によるＧａＡｓ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図であり、（ｂ）は本発明の別の実施形態によるＧａＡｓ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図であり、（ｃ）は本発明のさらなる実施形態によるＧａＮ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図である。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態によるＧａＡｓ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態によるＧａＡｓ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態によるＧａＡｓ系ＬＥＤウェハ上に作られた表面構造のＳＥＭイメージの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の表面構造のＳＥＭイメージをほぼ側面から見た図である。
【図１０】（四角形）がない場合、図６（ａ）（円形）の表面構造がある場合、および図７（ａ）（三角形）の表面構造がある場合ＧａＡｓ系ＬＥＤウェハのＰＬを比較したグラフである。
【図１１】（四角形）がない場合、図６（ｃ）（円形）の表面構造がある場合のＧａＮ系ＬＥＤウェハのＰＬを比較したグラフである。
【図１２】図６（ａ）（円形）に示すような表面構造がある場合、および表面構図（四角形）がない場合の赤色ＬＥＤの光出力を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
３０…ＬＥＤウェハ、３５…ｐ型上層、４０…単分子層、４５…ＰＳ球。
【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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【外国語明細書】
2008091880000001.pdf