(57)【要約】   発光ダイオードの外部発光効率を向上する方法は、発光ダイオードのｎ型層の外面をエッチングして表面テクスチャ加工部を形成する工程を備え、表面テクスチャ加工部は内部反射を低減して光出力を増大する。また、対応する発光ダイオードも開示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードのｎ型層の外面をエッチングして表面テクスチャ加工部を形成する工程を備える、発光ダイオードの外部発光効率を向上する方法であって、
前記表面テクスチャ加工部は内部反射を低減して光出力を増大する方法。
【請求項２】
前記発光ダイオードが、ｐ型層と、前記ｎ型層及び前記ｐ型層の間の活性層とを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記活性層が、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子細線からなる群から選択される少なくとも一つを備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記表面テクスチャ加工部が、化学溶液を用いたウェットエッチングによるものである請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記化学溶液が水酸化カリウム水溶液であり、前記ウェットエッチングが所定の温度の下で所定の期間、行われる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エッチングの間に、前記発光ダイオードのアジテーションが行われる請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記アジテーションが、紫外線照射による請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングが、ドライエッチングによる請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングが、プラズマエッチング、プラズマ衝撃又はレーザ加工からなる群から選択される少なくとも一つである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドライエッチングが、前記ウェットエッチングの前又は後に行われる請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面テクスチャ加工部が、粗面化部、マイクロレンズ、及び粗面化処理されたマイクロレンズ、穴、貫通穴、柱及びビアからなる群から選択される少なくとも一つである請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロレンズが、半球状、実質的に半球状、平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状、円筒状、及び立方体状からなる群から選択される形状を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロレンズが、
（ａ）マイクロレンズ間の間隔が２〜３μｍの範囲内であり、
（ｂ）ピッチが実質的に６μｍであり、及び
（ｃ）半径が実質的に２μｍである請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記マイクロレンズが、実質的にピラミッド状であると共に、実質的に５８°の角度を持つファセットを有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記表面テクスチャ加工部が、前記外面の一部分の上方にある請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記表面テクスチャ加工部が、結合部と前記外面上の電流散逸アレイの外側部との間に形成された光空間内にある請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１オーミックコンタクトが前記ｎ型層の前記外面上に形成されており、第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面上に形成されている請求項２〜１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２オーミックコンタクトが、前記発光ダイオードの発光を増大するために光を反射することができる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２オーミックコンタクトが、複数の金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備える請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属が、銀及びアルミニウムのうち少なくとも何れか一方を含む高反射金属である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記高反射金属が、前記発光ダイオードの光反射を増大するための光反射層に適した請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２オーミックコンタクトが、前記ｐ型層の外面の全体を覆う請求項１７〜２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面の一部を覆い、前記発光ダイオードの光放出を増大するための光反射に適した一以上の反射材料が前記ｐ型層の外面の残部を少なくとも部分的に覆う請求項１７〜２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ｐ型層、前記活性層及び前記ｎ型層が、ＧａＮ関連材料、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２〜２３の何れか一項に記載の方法。
【請求項２５】
発光ダイオードのｎ型層の外面がエッチングによって形成された表面テクスチャ加工部を有し、前記表面テクスチャ加工部が光出力及び前記発光ダイオードの外部発光効率を増大するための内部反射の低減に適した発光ダイオード。
【請求項２６】
ｎ型層の外面と、
前記ｎ型層の外面上に形成されていると共に別材料からなる層と、
を備え、
別材料からなる前記層の最外層は、発光ダイオードの光出力及び外部発光効率の増大を図るべく内部反射の低減のために表面テクスチャ加工されている発光ダイオード。
【請求項２７】
前記発光ダイオードが、
ｐ型材料からなるｐ型層、及び
前記ｎ型層と前記ｐ型層との間の活性層
を有する請求項２５又は２６に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記活性層が、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子細線からなる群から選択される少なくとも一つを備える請求項２７に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
前記表面テクスチャ加工部が、粗面化部、マイクロレンズ、及び粗面化処理されたマイクロレンズ、穴、貫通穴、柱及びビアからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２５〜２８の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項３０】
前記マイクロレンズが、半球状、実質的に半球状、平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状、円筒状、及び立方体状からなる群から選択される形状を有する請求項２９に記載の発光ダイオード。
【請求項３１】
前記マイクロレンズが、
（ａ）マイクロレンズ間の間隔が２〜３μｍの範囲内であり、
（ｂ）ピッチが実質的に６μｍであり、及び
（ｃ）半径が実質的に２μｍである請求項２９又は３０に記載の発光ダイオード。
【請求項３２】
前記マイクロレンズが、実質的にピラミッド状であると共に、実質的に５８°の角度を持つファセットを有する請求項３０に記載の発光ダイオード。
【請求項３３】
前記表面テクスチャ加工部が、前記外面の一部分の上方にある請求項２５〜３２の何れか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記表面テクスチャ加工部が、結合部と前記外面上の電流散逸アレイの外側部との間に形成された光空間内にある請求項３３に記載の発光ダイオード。
【請求項３５】
第１オーミックコンタクトが前記ｎ型層の前記外面上に形成されており、第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面上に形成されている請求項２７〜３４の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項３６】
前記第２オーミックコンタクトが、前記発光ダイオードの発光を増大するために光を反射することができる請求項３５に記載の発光ダイオード。
【請求項３７】
前記第２オーミックコンタクトが、複数の金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備える請求項３５又は３６に記載の発光ダイオード。
【請求項３８】
前記金属が、銀及びアルミニウムのうち少なくとも何れか一方を含む高反射金属である請求項３７に記載の発光ダイオード。
【請求項３９】
前記高反射金属が、前記発光ダイオードの光反射を増大するための光反射層用の金属である請求項３８に記載の発光ダイオード。
【請求項４０】
前記第２オーミックコンタクトが、前記ｐ型層の外面の全体を覆う請求項３５〜３９の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４１】
前記第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面の一部を覆い、前記発光ダイオードの光放出を増大するための光反射に適した一以上の反射材料が前記ｐ型層の外面の残部を少なくとも部分的に覆う請求項３５〜３９の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４２】
前記ｐ型層、前記活性層及び前記ｎ型層が、ＧａＮ関連材料、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２７〜４１の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４３】
前記ｐ型側上に表面テクスチャ加工部を更に備える請求項２５〜４２の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４４】
前記ｐ型側上の前記表面テクスチャ加工部は、前記ｐ型層、前記オーミックコンタクト層及び前記コンタクト層からなる群から選択される少なくも一つの層上にある請求項４３に記載の発光ダイオード。
【請求項４５】
前記ｐ型層、前記オーミックコンタクト層、及び前記コンタクト層からなる群から選択される少なくとも一つの層を表面テクスチャ加工することによる前記ｐ型側上の表面テクスチャ加工部を更に備える請求項１〜２４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードの外部発光効率の改善に関し、特に、排他的ではないが、光出力面上に、マイクロレンズ及び／又は粗面化部を含む表面テクスチャ加工部を有する発光ダイオード、及び発光ダイオードの光出力面上におけるそのような表面テクスチャ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）が集中的に研究され及び発展してきた。高効率及び高パワーのＧａＮベースのＬＥＤは、ディスプレイ、交通信号、モバイル／携帯電話及び類似する装置用のバックライト、及び白色光源のような用途のために関心を引いた。コスト削減及び光出力効率の向上は、そのようなＧａＮベースのＬＥＤを主流の照明装置市場において成功させるための重要な要素である。
【０００３】
一般的に、ＧａＮベースのＬＥＤにおける内部量子効率（ηi）は、結晶質及びエピタキシャル層構造により、１００％より著しく小さい。典型な内部量子効率（ηi）は、約７０％〜８０％に届く。更なる改善の達成が困難であることは証明されている。この外部量子効率（ηｅｘｔ）は、内部量子効率より更に低い。これは、従来のＧａＮベースのＬＥＤの光抽出効率が、空気の屈折率（ｎ＝１）と比べてＧａＮの屈折率（ｎ＝２．５）が高いことに起因して半導体−空気の界面で起きる内部全反射により制限されるからである。活性領域において生成される光に対する臨界角は、約２３°に過ぎない。生成された光の大部分は、反復的に基板内に反射され、結局吸収される。底面及び側壁から放出される光を無視すると、僅かな一部（４％）だけが表面から抽出され得る。
【０００４】
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）により成長された従来のＧａＮベースのＬＥＤは、非導電性のサファイア基板を用いる。サファイア基板上のエピタキシャル層は、相対的に厚くｎ型不純物がドープされたＧａＮ層と、比較的に薄くｐ型不純物がドープされたＧａＮ層との間に挟まれた光生成層（活性領域）からなる。ｎ型のＧａＮ層は、サファイア基板上の複数の層（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、又はＡｌＧａＩｎＮなどのようなＧａＮ関連材料で作られたドープ又はアンドープのｎ型の半導体）の積層体により形成される。一方、ｐ型のＧａＮ層は、サファイア基板から離れた複数の層（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、又はＡｌＧａＩｎＮなどのようなＧａＮ関連材料で作られたドープ又はアンドープのｐ型の半導体）の積層体により形成される。最上のｐ型のＧａＮ表面のエピタキシャル層は、光抽出面として通常用いられるＧａ極性である。サファイア基板の乏しい熱伝導度及び相対的に高い電流密度があいまって、動作中における活性層からの過剰な発熱により、デバイス性能を劣化させる。同時に、相対的に薄いｐ型のＧａＮ層（通常０．５μｍ以下）及びｐ型ＧａＮの高抵抗率は、プラズマダメージに非常に敏感であり、乾式表面テクスチャ加工のために用いることが困難である。更に、Ｇａ極性のＧａＮは、化学的に不活性であり、Ｎ極性のＧａＮよりウェットエッチングが更に困難である。活性領域の他面、すなわち、活性層領域のｎ型のＧａＮ層は、通常ｐ型のＧａＮ層より更に厚く（厚さ２〜５μｍ）、その厚さのため表面テクスチャ加工を行うのに理想的である。しかし、この部分は活性領域の下側及びサファイアの上に存在する。サファイアを除去しないと、表面テクスチャ加工を行うことが不可能である。
【０００５】
この問題を解決するために、サファイアをその上に成長されたＧａＮエピタキシャル層から除去するために、ＧａＮベースのＬＥＤの垂直レーザリフトオフ法及びその他の方法が開発されてきた。フリップチップ又は他のボンディング技術が、良い熱伝導度を有する新基板にＧａＮ層を付着させるために発展してきた。露出されたＬＥＤのＮ極性n型のＧａＮ表面上の様々な表面の粗面化処理技術は、ＩＣＰプラズマエッチング及びウェットエッチングを含め、発展してきた。
【０００６】
ＬＥＤの出力面上のマイクロレンズの形成が提案されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、出力面上のマイクロレンズの形成は、主に活性層がｐ型ＧａＮ層上の光放出面に近く、マイクロレンズ及び粗面化部の形成は活性領域を損傷させ得るので不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の好適な側面によれば、発光ダイオードのｎ型層の外面をエッチングして表面テクスチャ加工部を形成する工程を備え、前記表面テクスチャ加工部は内部反射を低減して光出力を増大し、発光ダイオードの外部発光効率を向上する方法が提供される。
【０００９】
第２の好適な側面によれば、発光ダイオードのｎ型層の外面がエッチングによって形成された表面テクスチャ加工部を有し、前記表面テクスチャ加工部が光出力及び前記発光ダイオードの外部発光効率を増大するための内部反射の低減に適した発光ダイオードが提供される。
【００１０】
第３の好適な側面によれば、ｎ型層の外面と、前記ｎ型層の外面上に形成されていると共に別材料からなる層と、を備え、別材料からなる前記層の最外層は、発光ダイオードの光出力及び外部発光効率の増大を図るべく内部反射を低減するために表面テクスチャ加工されている発光ダイオードが提供される。
【００１１】
すべての側面に対して、前記活性層は、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子細線のうち少なくとも一つを備えるものとすることができる。前記表面テクスチャ加工部は、化学溶液を用いたウェットエッチングによるものとすることができる。前記化学溶液は、上昇された温度の下で所定の期間、水酸化カリウム水溶液とすることができる。前記エッチングの間に、前記発光ダイオードのアジテーションが用いられ得る。前記アジテーションは、紫外線照射によるものとすることができる。追加的に又は代替的に、前記表面テクスチャ加工部は、ドライエッチングによるものとすることができる。前記ドライエッチングは、プラズマエッチング、プラズマ衝撃又はレーザ加工とすることができる。前記ドライエッチングは、前記ウェットエッチングの前又は後に行われ得る。
【００１２】
前記表面テクスチャ加工部は、粗面化部、マイクロレンズ、及び粗面化処理されたマイクロレンズ、穴、貫通穴、柱及びビアのうち、少なくとも一つとすることができる。前記マイクロレンズは、半球状、実質的に半球状、平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状、円筒状、及び立方体状から選択され得る。前記マイクロレンズは、
（ａ）マイクロレンズ間の間隔が２〜３μｍの範囲内であり、
（ｂ）ピッチが実質的に６μｍであり、及び
（ｃ）半径が実質的に２μｍである
ものとすることができる。前記マイクロレンズは、実質的にピラミッド状であると共に、実質的に５８°の角度を持つファセットを有するものとすることができる。前記表面テクスチャ加工部は、前記外面の一部分の上方にあるものとすることができる。前記表面テクスチャ加工部は、結合部と前記外面上の電流散逸アレイの外側部との間に形成された光空間内にあるものとすることができる。
【００１３】
第１オーミックコンタクトは前記ｎ型層の前記外面上に形成されており、第２オーミックコンタクトは前記ｐ型層の外面上に形成されているものとすることができる。前記第２オーミックコンタクトは、前記発光ダイオードの発光を増大するために光を反射し得る。前記第２オーミックコンタクトは、複数の金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備え得る。前記金属は、銀、アルミニウム、又は別の高反射金属であり得る。前記高反射金属は、前記発光ダイオードの光反射を増大するための光反射層用の金属とすることができる。前記第２オーミックコンタクトは、前記ｐ型層の外面の全体を覆うことができる。前記第２オーミックコンタクトは前記ｐ型層の外面の一部を覆い、前記発光ダイオードの光放出を増大するための光反射に適した一以上の反射材料は前記ｐ型層の外面の残部を少なくとも部分的に覆っていてもよい。
【００１４】
前記ｐ型層、前記活性層及び前記ｎ型層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮのようなＧａＮ関連材料の少なくとも一つからなるものとすることができる。
【００１５】
また、前記表面テクスチャ加工部は、前記ｐ型層、前記オーミックコンタクト層及び前記コンタクト層から選択される少なくも一つの層を表面テクスチャ加工することによる前記ｐ型側上のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の好適な実施形態の垂直断面図である。
【図２】図１の一部分の拡大図である。
【図３】図２の右側端部の拡大図である。
【図４】図１の実施形態の頂面図である。
【図５】第１の好適な実施形態に係る発光デバイスの一部分の光学顕微鏡写真である。
【図６】第２の好適な実施形態の走査電子顕微鏡による画像である。
【図７】図６の一部分のより詳細な画像である。
【図８】異なるエッチング時間に対するＬ−Ｉ特性グラフである。
【図９】異なるエッチング時間に対するＩ−Ｖ特性グラフである。
【図１０】第３の好適な実施形態の拡大側面図である。
【図１１】第４の好適な実施形態の拡大側面図である。
【図１２】第５の好適な実施形態の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１〜図４を参照すると、好適な第１実施形態が示されている。第１実施形態に係る発光ダイオード１００は、
導電性金属の第１のコンタクト層１０１、
シード層１０２、反射層１０３、
オーミックコンタクト層１０４、
例えばＧａＮのようなｐ型の材料層１０５、
活性層１０６を形成する複数のエピタキシャル層、及び
ＧａＮのようなｎ型材料の導電層１０７
を有する。何れの層も複数の層の積層体を有するものとすることができる。ｎ型層１０７は相対的に厚く、ｐ型層１０５は相対的に薄い。活性層１０６は、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子ワイヤのうち一以上を有するものとすることができる。
【００１８】
導電層１０７は、活性層１０６において生成された光を伝達するためのものであり、その生成された光は導電層１０７の外部光出力面１０８を通る。その外面１０８は、空気―ＧａＮ界面の外側表面である。ボンディングパッド１０９は外面１０８上に形成されている。更に、電流散逸アレイ１１０も外面１０８上に形成され得る。
【００１９】
その外面は、表面テクスチャ加工されて内部全反射を低減することにより外部発光効率を向上する。表面テクスチャ加工部は、粗面化部、マイクロレンズ、及び粗面化処理されたマイクロレンズ、穴、貫通穴、柱及びビアのうち、一以上によるものとすることができる。表面テクスチャ加工する一つの方法は、外面１０８をエッチングして、外面１０８から複数のマイクロレンズを形成することである。マイクロレンズ１１１は半球状又は半球状に近い形状であることが好ましい。しかし、例えば平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状, 円筒状、及び立方体状及びその他のような何れかの適した形状を有するものとすることができる。
【００２０】
マイクロレンズ１１１は、所定の適当なサイズ及び所定の間隔を有するものとすることができる。例えば、マイクロレンズ１１１及びマイクロレンズ１１１の間の間隔は２μｍ又は３μｍの寸法であることができる。ピッチ（隣接するマイクロレンズ１１１とマイクロレンズ１１１との中心間の間隔）が約６μｍの寸法を有するものとすることができる。各マイクロレンズは約２μｍの寸法の半径を有するものとすることができる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、矢印２１１，２１２、及び２１３は、活性層１０６において生成されて層１０７を通る光を表す。光の大部分はマイクロレンズ１１１を透過し、又は空気−ＧａＮ界面の内面１１４上に入射される。マイクロレンズ１１１とマイクロレンズ１１１との間の内面１１４、又はマイクロレンズ１１１の内面１１３に接触する光ビーム２１１，２１２，２１３の入射角が、角度２１５でその光の臨界角度より小さい場合には、その光は内面１１３及び内面１１４を通過して、その結果ＬＥＤ１００から出力される。角度２１５が臨界角度より大きい場合には、光ビーム２１１，２１２，２１３は内面１１３及び内面１１４により反射される。角度２１５は、ビーム２１４が表面１１３，１１４に入射される地点における接線５１７に直交する直線５１６と入射光ビーム２１４との間の角度である。臨界角度は、光ビーム２１４が内面１１３又は内面１１４それぞれを通過するよりも、内面１１３又は内面１１４によって反射されるときの角度２１５である。臨界角度はｎ型のＧａＮ層１０７の材料及び光２１４の波長に依存する。角度２１５が０°である場合には、光ビーム２１４は内面１１３又は内面１１４に影響されずに通過する。角度２１５が臨界角度と０°との間の角度である場合には、ビーム２１４は内面１１３又は内面１１４を通過することになるが屈折され得る。角度２１５の好適な範囲は、２０°〜３５°である。上記したように、大部分のｎ型ＧａＮ材料又はＬＥＤのためには臨界角度は約２３°であることがより好ましい。
【００２２】
そのため、マイクロレンズ１１１の材料、サイズ、形状及び間隔を制御することで、発光ダイオードからの光出力の方向及び範囲を制御することができる。これは、ＬＥＤ１００が光のフォーカスされたビームを出力できる範囲とすることができる。
【００２３】
図4及び図１１は、外面１０８上の電流散逸アレイ１０９，１１０におけるマイクロレンズ１１１の配列を示す。アレイ１０９，１１０の性質、目的及び構造は“発光装置における電気的な電流分布”という発明の名称で出願されていると共に、シンガポールで同時係属中の出願（出願番号は未だ知られていない）において開示されており、その内容は本明細書の全体において開示されているように本明細書に参考により組み込まれる。
【００２４】
アレイ１０９、１１０は結合部１１５によりボンディングパッド１０９と接続する外側部１１０を備える。結合部１１５と外側部１１０との間にはマイクロレンズ１１１が位置している複数の光スペース４１２，４２２，４２３及び４２４がある。光スペース４１２，４２２，４２３及び４２４はそれぞれ、実質的に同じサイズ及び形状を有するものとすることができ、異なるサイズ及び形状を有するものとすることもできる。光スペース４１２，４２２，４２３及び４２４それぞれにおけるマイクロレンズの数及びそれらの配列の仕方は、同じであってもよく、又は一つの光スペースと隣のスペースで異なっていてもよい。反射層１１６は、アレイ１０９，１１０の下またはアレイ１０９，１１０内に形成され得る。
【００２５】
マイクロレンズは半導体ＬＥＤの部分をエッチングすることで形成され得る。まず、その表面上にフォトレジストをスピンコーティングして、通常のフォトリソグラフィーによりレジスト上にパターンを形成する。これらのフォトレジストパターンは、その後のマイクロレンズ形成のためのエッチングマスクとして機能する。フォトレジストの代わりに、他の材料もエッチングマスクとして用いられ得る。エッチング及び残余フォトレジストの除去を経て、マイクロレンズが形成される。
【００２６】
第２実施形態において、表面テクスチャ加工部は、外面１０８のすべての又は一部分の結晶学的ウェットエッチングによって形成される粗面化部である。これは、所定の期間の間に温度、例えば室温から２００℃で、ｎ型ＧａＮ表面１０８を水酸化カリウム水溶液（aqueous potassium hydroxide）を用いたエッチングにさらすことで得られる。その期間は数秒のように短い時間から数時間まで至り得る。例えば、温度は９０℃であることができ、所定の期間は７分であることができる。水酸化カリウム水溶液は、２モルの水酸化カリウムであることができるが、他の濃度が用いられてもよい。図６は、表面１０８が小さなグレインで荒くなっていることを示す。図７は、ｎ型ＧａＮ表面１０８の表面形態が、密集した六角形のピラミッド構造を持つサブマイクロの寸法で高レベルの荒さを表すことを示す。そのピラミッドのファセットは約５８．４℃で傾斜した面内にある。
【００２７】
エッチングの間に発光ダイオードのアジテーションが用いられてもよい。そのアジテーションは紫外線照射によるものとすることができる。追加的な又は選択的に、表面テクスチャ加工部はドライエッチングによるものとすることができる。そのドライエッチングは、プラズマエッチング、プラズマ衝撃又はレーザ加工であってもよい。ドライエッチングはウェットエッチングの前又は後に行われ得る。
【００２８】
そのような密集したナノメートルサイズの突起を有するピラミッド構造は、ナノレンズとして用いられることができ、ＧａＮベースのＬＥＤの光抽出率を向上する複数ナノサイズのレンズとして用いられ得る。図７に示されるように、大きなピラミッドは壊れており、その壊れたピラミッドの上部の上には、新たな小さなピラミッドの突起が形成される。新たな小さなピラミッドは時間と共に成長する。このような方法で、ｎ型のＧａＮ表面１０８のエッチングが進行する。
【００２９】
図８は、異なるエッチング時間による表面１０８からのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）出力パワーと注入電流（Ｌ−Ｉ）を示す。表面形状以外の他の要素が無視されるように、データはＫＯＨウェットエッチングの前及び後に同じＬＥＤダイスから取得されており、ダイシングする前にウェーハ上で測定された。粗面化処理後に、所定の電流における出力パワーは非常に増大した。ＫＯＨエッチングの７分後に、光出力パワーは２．５〜３倍に増大した。
【００３０】
図９は、ＫＯＨエッチングの前及び後において測定されたＩ−Ｖ特性の比較を示す。ＫＯＨエッチング後、順方向電圧降下（Ｖｆ）の劣化は、主にN金属汚染によるものである。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕＮ金属内部のアルミニウムは、ＫＯＨエッチングの間にゆっくり劣化する。この問題は粗面化処理後にＮ金属を堆積することで解決され得る。逆方向漏洩電流は、エッチング時間の増加と共に低下しない。
【００３１】
図１０はマイクロレンズ１１１の外面１１２上の粗面化部１００１の組合せに係る第３の好適な実施形態を示す。粗面化部１００１は、表面１０８のすべて又は一部分及び／またはマイクロレンズ１１１の全体又は一部を覆うことができる。このように、ｎ型のＧａＮ表面１０８は、処理されていない表面及び／又は粗面化部１００１を有する表面及び／又はマイクロレンズ１１１及び／又は粗面化部１００１を有するマイクロレンズを有するものとすることができる。
【００３２】
図１２に示されるように、別の材料の層１１３０はｎ型層の外面１０８上に形成され得る。これは表面が表面テクスチャ加工される前又は後であることができる。発光ダイオードの光出力及び外部発光効率の増大に向けて内部反射を低減するために、別の材料の最上層１１３１は表面テクスチャ加工される。表面テクスチャ加工部は上述した通りであるとすることができる。
【００３３】
オーミックコンタクト層１０４は、ｐ型層１０５の外面上に形成される。オーミックコンタクト層１０４は発光ダイオードの光放出を向上するために光を反射するものとすることができる。オーミックコンタクト層１０４は金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備えることができる。金属は、銀、アルミニウム又はその他の高反射性金属であるものとすることができる。高反射性金属は、発光ダイオードの光反射を向上するための光反射層であることができる。第２のオーミックコンタクト層１０４はｐ型１０５の外面全体を覆うことができる。代替的に、オーミックコンタクト層１０４はｐ型層１０５の外面の一部分を覆うことができ、ｐ型層１０５の外面の残部は発光ダイオードの光放出を向上するように光を反射するための一以上の反射材料で少なくとも部分的に覆われ得る。
【００３４】
ｐ型層１０５、活性層１０６及びｎ型層１０７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮのようなＧａＮ関連材料の一以上であることができる。
【００３５】
ｎ型層１０７上の表面テクスチャ加工部に加えて、ｐ型側上に表面テクスチャ加工が実行され得る。ｐ型側は、ｐ型層１０５及び／又はコンタクト層１０１及び／又はオーミックコンタクト層１０４であることができる。
【００３６】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明してきたが、デザイン又は構造の詳細な点における変更及び修正は当業者により本発明の範囲内でされ得る。
【図１】
2010500774.tif 000003
【図２】
2010500774.tif 000004
【図３】
2010500774.tif 000005
【図４】
2010500774.tif 000006
【図５】
2010500774.tif 000007
【図６】
2010500774.tif 000008
【図７】
2010500774.tif 000009
【図８】
2010500774.tif 000010
【図９】
2010500774.tif 000011
【図１０】
2010500774.tif 000012
【図１１】
2010500774.tif 000013
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図4及び図１１は、外面１０８上の電流散逸アレイ１０９，１１０におけるマイクロレンズ１１１の配列を示す。アレイ１０９，１１０の性質、目的及び構造は“発光装置における電気的な電流分布”という発明の名称で出願されていると共に、同時係属中のシンガポール特許出願第２００６０６０５０−３号において開示されており、その内容は本明細書の全体において開示されているように本明細書に参考により組み込まれる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードのｎ型層の外面をエッチングして表面テクスチャ加工部を形成する工程を備える、発光ダイオードの外部発光効率を向上する方法であって、
前記表面テクスチャ加工部が、マイクロレンズ及び粗面化処理されたマイクロレンズからなる群から選択される少なくとも一つであると共に、内部反射を低減して光出力を増大するものである方法。
【請求項２】
前記発光ダイオードが、ｐ型層と、前記ｎ型層及び前記ｐ型層の間の活性層とを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記活性層が、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子細線からなる群から選択される少なくとも一つを備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記表面テクスチャ加工部が、化学溶液を用いたウェットエッチングによるものである請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記化学溶液が水酸化カリウム水溶液であり、前記ウェットエッチングが所定の温度の下で所定の期間、行われる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エッチングの間に、前記発光ダイオードのアジテーションが行われる請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記アジテーションが、紫外線照射による請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングが、ドライエッチングによる請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングが、プラズマエッチング、プラズマ衝撃又はレーザ加工からなる群から選択される少なくとも一つである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドライエッチングが、前記ウェットエッチングの前又は後に行われる請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロレンズが、半球状、実質的に半球状、平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状、円筒状、及び立方体状からなる群から選択される形状を有する請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロレンズが、
（ａ）マイクロレンズ間の間隔が２〜３μｍの範囲内であり、
（ｂ）ピッチが実質的に６μｍであり、及び
（ｃ）半径が実質的に２μｍである請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロレンズが、実質的にピラミッド状であると共に、実質的に５８°の角度を持つファセットを有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記表面テクスチャ加工部が、前記外面の一部分の上方にある請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記表面テクスチャ加工部が、結合部と前記外面上の電流散逸アレイの外側部との間に形成された光空間内にある請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１オーミックコンタクトが前記ｎ型層の前記外面上に形成されており、第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面上に形成されている請求項２〜１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２オーミックコンタクトが、前記発光ダイオードの発光を増大するために光を反射することができる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２オーミックコンタクトが、複数の金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備える請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属が、銀及びアルミニウムのうち少なくとも何れか一方を含む高反射金属である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記高反射金属が、前記発光ダイオードの光反射を増大するための光反射層に適した請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２オーミックコンタクトが、前記ｐ型層の外面の全体を覆う請求項１６〜２０の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面の一部を覆い、前記発光ダイオードの光放出を増大するための光反射に適した一以上の反射材料が前記ｐ型層の外面の残部を少なくとも部分的に覆う請求項１６〜２０の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ｐ型層、前記活性層及び前記ｎ型層が、ＧａＮ関連材料、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２〜２２の何れか一項に記載の方法。
【請求項２４】
発光ダイオードのｎ型層の外面がエッチングによって形成された表面テクスチャ加工部を有し、前記表面テクスチャ加工部が、マイクロレンズ及び粗面化処理されたマイクロレンズからなる群から選択される少なくとも一つであると共に、光出力及び前記発光ダイオードの外部発光効率を増大するための内部反射の低減に適した発光ダイオード。
【請求項２５】
前記発光ダイオードが、
ｐ型材料からなるｐ型層、及び
前記ｎ型層と前記ｐ型層との間の活性層
を有する請求項２４に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
前記活性層が、単一量子井戸、多重量子井戸、量子ドット及び量子細線からなる群から選択される少なくとも一つを備える請求項２５に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
前記マイクロレンズが、半球状、実質的に半球状、平らな上面を有する半球状、球のセグメント状、ピラミッド状、円筒状、及び立方体状からなる群から選択される形状を有する請求項２４〜２６の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記マイクロレンズが、
（ａ）マイクロレンズ間の間隔が２〜３μｍの範囲内であり、
（ｂ）ピッチが実質的に６μｍであり、及び
（ｃ）半径が実質的に２μｍである請求項２４〜２７の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
前記マイクロレンズが、実質的にピラミッド状であると共に、実質的に５８°の角度を持つファセットを有する請求項２７に記載の発光ダイオード。
【請求項３０】
前記表面テクスチャ加工部が、前記外面の一部分の上方にある請求項２４〜２９の何れか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記表面テクスチャ加工部が、結合部と前記外面上の電流散逸アレイの外側部との間に形成された光空間内にある請求項３０に記載の発光ダイオード。
【請求項３２】
第１オーミックコンタクトが前記ｎ型層の前記外面上に形成されており、第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面上に形成されている請求項２５〜３１の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項３３】
前記第２オーミックコンタクトが、前記発光ダイオードの発光を増大するために光を反射することができる請求項３２に記載の発光ダイオード。
【請求項３４】
前記第２オーミックコンタクトが、複数の金属及びそれらの合金からなる複数の層の積層体を備える請求項３２又は３３に記載の発光ダイオード。
【請求項３５】
前記金属が、銀及びアルミニウムのうち少なくとも何れか一方を含む高反射金属である請求項３４に記載の発光ダイオード。
【請求項３６】
前記高反射金属が、前記発光ダイオードの光反射を増大するための光反射層用の金属である請求項３５に記載の発光ダイオード。
【請求項３７】
前記第２オーミックコンタクトが、前記ｐ型層の外面の全体を覆う請求項３２〜３６の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項３８】
前記第２オーミックコンタクトが前記ｐ型層の外面の一部を覆い、前記発光ダイオードの光放出を増大するための光反射に適した一以上の反射材料が前記ｐ型層の外面の残部を少なくとも部分的に覆う請求項３２〜３６の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項３９】
前記ｐ型層、前記活性層及び前記ｎ型層が、ＧａＮ関連材料、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２５〜３８の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４０】
前記ｐ型側上に表面テクスチャ加工部を更に備える請求項２４〜３９の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項４１】
前記ｐ型側上の前記表面テクスチャ加工部は、前記ｐ型層、前記オーミックコンタクト層及び前記コンタクト層からなる群から選択される少なくも一つの層上にある請求項４０に記載の発光ダイオード。
【請求項４２】
前記ｐ型層、前記オーミックコンタクト層、及び前記コンタクト層からなる群から選択される少なくとも一つの層を表面テクスチャ加工することによる前記ｐ型側上の表面テクスチャ加工部を更に備える請求項１〜２３の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2010500774.tif 000015
2010500774.tif 000016
2010500774.tif 000017