(57)【要約】半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体上またはその上方に形成される１つ以上の活性層からの光抽出を改善し、かつその外部効率を向上させるために、半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体の露出表面上で光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行う方法。一実施形態において、光電気化学エッチングは、半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体の露出表面を成形、パターン化、または粗面化するために行われる。一実施形態において、光電気化学エッチングのために、電解質として約０．００１Ｍ〜約１ＭのＫＯＨ濃度を選択し、約２オングストローム／秒〜約８オングストローム／秒の露出表面に対するエッチング率を得ることをさらに含む。
2015532009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を製作する方法であって、
半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体上またはその上方に形成される１つ以上の活性層からの光抽出を改善し、かつその外部効率を向上させるために、前記半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体の露出表面上で光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行うことを含む、方法。
【請求項２】
前記光電気化学エッチングは、前記半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体の露出表面を成形、パターン化、または粗面化するために行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光電気化学エッチングのために、電解質として約０．００１Ｍ〜約１ＭのＫＯＨ濃度を選択し、約２オングストローム／秒〜約８オングストローム／秒の前記露出表面に対するエッチング率を得ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記露出表面に対するエッチング率は、約０．００１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約２オングストローム／秒である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記露出表面に対するエッチング率は、約０．０１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約４オングストローム／秒である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記露出表面に対するエッチング率は、約０．１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約５オングストローム／秒である、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記露出表面に対するエッチング率は、約１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約８オングストローム／秒である、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記光電気化学エッチングのために、電解質として約０．００１Ｍ〜約１ＭのＫＯＨ濃度を選択し、約２０ｎｍ〜約１５０ｎｍの前記露出表面に対する二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度を得ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．００１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約２０ｎｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．０１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約１５０ｎｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約１００ｎｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約１Ｍの前記選択されたＫＯＨ濃度に対して約１２０ｎｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体は、（２０−２−１）半極性ＧａＮ基板上で成長させられた１つ以上のエピタキシャル窒化ガリウム（ＧａＮ）層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法によってエッチングされた、半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体。
【請求項１５】
発光装置であって、
光電気化学（ＰＥＣ）エッチングされた表面である露出表面を有する半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体と、
前記半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体上またはその上方に形成された１つ以上の活性層と
を含み、前記光電気化学エッチングされた表面は、前記活性層からの光抽出を改善し、前記活性層の外部効率を向上させる、装置。
【請求項１６】
前記半極性｛２０−２−１｝ＩＩＩ族窒化物半導体は、（２０−２−１）半極性ＧａＮ基板上で成長させられた１つ以上のエピタキシャル窒化ガリウム（ＧａＮ）層を含む、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、以下の同時係属の共有に係る特許出願の利益を主張する：
米国仮特許出願第６１／６９５，１２４号（２０１２年８月３０日出願、発明者：Ｃｈｕｎｇ−Ｔａ  Ｈｓｕ，Ｃｈｉａ−Ｙｅｎ  Ｈｕａｎｇ，Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，Ｓｈｉｈ−Ｃｈｉｅｈ  Ｈａｕｎｇ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、名称“ＰＥＣ  ＥＴＣＨＩＮＧ  ＯＦ  ｛２０−２−１｝  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＦＯＲ  ＥＸＴＥＲＮＡＬ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ  ＩＮ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，”、代理人事件番号３０７９４．４６６−ＵＳ−Ｐ１（２０１３−０３４−１））；
該出願は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
本願は、以下の同時係属の共有に係る特許出願に関連する：
米国特許出願第１３／２８３，２５９号（２０１１年１０月２７日出願、発明者：Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｓｏｎｏｄａ，Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ，ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＯＮ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ，”、代理人事件番号３０７９４．４０３−ＵＳ−Ｕ１（２０１１−２５８−２），）、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、同時係属の共有に係る米国仮特許出願第６１／４０７，３５７号（２０１０年１０月２７日出願、発明者：Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｓｏｎｏｄａ，Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ，ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＯＮ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ，”、代理人事件番号３０７９４．４０３−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−２５８−１））の利益を主張する；
米国特許出願第１３／４５９，９６３号（２０１２年４月３０日出願、発明者：Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｃｈｉａ−Ｙｅｎ  Ｈｕａｎｇ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＨＩＧＨ  ＩＮＤＩＵＭ  ＵＰＴＡＫＥ  ＡＮＤ  ＨＩＧＨ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＲＡＴＩＯ  ＦＯＲ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ  ＯＮ  Ａ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＰＬＡＮＥ  ＯＦ  Ａ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ，”、代理人事件番号３０７９４．４１１−ＵＳ−Ｕ１（２０１１−５８０−２）、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、同時係属の共有に係る米国仮特許出願第６１／４８０，９６８号（２０１１年４月２９日出願、発明者：Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｃｈｉａ−Ｙｅｎ  Ｈｕａｎｇ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＨＩＧＨ  ＩＮＤＩＵＭ  ＵＰＴＡＫＥＳ  ＡＮＤ  ＨＩＧＨ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＲＡＴＩＯ  ＯＮ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ  ＦＯＲ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ，”、代理人事件番号３０７９４．４１１−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−５８０−１））の利益を主張する；
上記出願の全ては、参照により本明細書に引用される。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、概して、発光ダイオード（ＬＥＤ）用途の外部効率向上のための｛２０−２−１｝半極性ＧａＮの光電気化学（ＰＥＣ）エッチングに関する。
【背景技術】
【０００４】
（注：本願は、明細書の全体を通して示されるように、角括弧内の１つ以上の参照番号、例えば［ｘ］によって、いくつかの異なる刊行物を参照する。これらの参照番号による順序で示されるこれらの異なる刊行物の一覧は、以下の「参考文献」という表題の項に見出すことができる。これらの刊行物のそれぞれは、参照することにより本明細書に組み込まれる。）
既存のＩＩＩ族窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）は、典型的には、｛０００１｝極性、｛１０−１０｝および｛１１−２０｝非極性、または｛１１−２２｝、｛２０−２１｝および｛１０−１−１｝半極性平面上で成長させられる。極性および半極性平面上で成長させられたＬＥＤおよびＬＤは、素子性能を劣化させる、量子井戸内の分極関連電場に悩まされる。｛１０−１０｝および｛１１−２０｝非極性素子は、分極関連影響がないが、｛１０−１０｝非極性素子内への高インジウム濃度の取り込みおよび｛１１−２０｝非極性素子の高品質結晶成長は、達成が困難であることが示されている。
【０００５】
高電力緑色ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤが、｛１１−２２｝および｛２０−２１｝半極性平面上で実証されており、低閾値緑色ＩＩＩ族窒化物系ＬＤもまた、｛２０−２１｝半極性平面上で示されている［１−３］。ＩＩＩ族窒化物の｛２０−２−１｝半極性平面上で成長させられた素子もまた、大きな注目を集めている［４−５］。
【０００６】
具体的には、ｃ−方向におけるｍ−平面からのミスカットから成る半極性平面である、窒化ガリウム（ＧａＮ）の｛２０−２−１｝半極性平面上で成長させられる素子は、従来の半極性平面（すなわち、｛１１−２２｝、｛１０−１−１｝等）と比較して、量子井戸内の分極関連電場が減少されたことによるその高性能の潜在性のため、大きな注目を集めている。さらに、ＧａＮの｛２０−２−１｝半極性平面上で成長させられたＬＥＤは、極性ｃ−平面ＧａＮ  ＬＥＤおよび他の非極性または半極性ＧａＮ素子と比較して、より低い誘発ＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）、注入電流依存性、その出力波長における青方偏移、ならびに振動子強度の増加を提供し、より高い実利等につながるはずである。加えて、｛２０−２−１｝半極性平面に沿って成長させられるＧａＮ  ＬＥＤは、半極性平面がより容易にインジウムを取り込むと考えられるため、長波長においてより優れた性能を示す可能性が高い。最後に、｛２０−２−１｝半極性平面上で成長させられるＧａＮ  ＬＥＤは、注入電流の増加に伴う外部量子効率（ＥＱＥ）の低下を説明する現象である、効率ドループの低下を呈するはずである。
【０００７】
それでもなお、当技術分野において、｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体を使用して、素子の外部効率を向上させる改良された方法の必要性がある。本発明は、この必要性を満たす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の先行技術の限界を克服し、かつ本明細書の熟読および理解に応じて明白となるであろう他の限界を克服するために、本発明は、光抽出を改善し、かつ外部効率を向上させる発光素子の表面粗面化のための｛２０−２−１｝半極性ＧａＮの光電気化学（ＰＥＣ）エッチングの方法を開示する。本発明の使用は、改良された半極性ＧａＮ系ＬＥＤ性能をもたらす。｛２０−２−１｝半極性ＧａＮの表面形態は、同一のエッチング条件下における他の半極性平面と比較して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって走査された、はるかに高い二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度を伴う、有意な粗面化を示した。ＰＥＣエッチングから生じるこの粗面化表面形態は、半極性ＧａＮ  ＬＥＤおよびＬＤの抽出効率を向上させるための経済的かつ高速な技法であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
ここで図面を参照するが、全体を通して、類似参照数字は、対応する部品を表す。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、ＰＥＣエッチングのために使用される装置を図示する。
【図２】図２は、化学エッチングが、光によって照明される領域内のみで行われるように、半導体試料を湿式エッチングする方法を図示する、流れ図である。
【図３】図３は、ＫＯＨ濃度（Ｍ）の関数として、エッチング率（オングストローム／秒）および粗度（ｎｍ）を示す、グラフである。
【図４】図４は、ＳＥＭ画像のそれぞれの左上角に標識されるＫＯＨの種々のモル濃度における３０分間のＰＥＣエッチング後の（２０−２−１）半極性ＧａＮの一連の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図５】図５は、ＡＦＭ画像のそれぞれの左上角に標識されるＫＯＨの種々のモル濃度において、３０分間のＰＥＣエッチング後の（２０−２−１）半極性ＧａＮの一連の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の好ましい実施形態の説明において、本明細書の一部を形成し、かつ本発明が実践され得る具体的実施形態を例証目的で示す添付図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が用いられ、構造的な変更が行われ得ることを理解されたい。
【００１１】
（エッチング装置）
図１は、本発明のＰＥＣエッチングにおいて使用される装置を図示する、概略であり、ＰＥＣエッチングは、ＧａＮおよびその合金を含む、ＩＩＩ族窒化物半導体をエッチングするために使用されることができる光支援湿式エッチングプロセスである。装置は、光源１００と、電気化学セル１０２とから成り、電解質１０６中に浸漬された半導体１０４が、アノードとして作用し、半導体１０４は、それと接触するかまたはその上に直接パターン化された、カソード１０８として作用する金属を有する。光源１００からの光１１０は、半導体１０４中に電子−正孔対を発生させ、電子（−）は、カソード１０８を通して抽出される一方、正孔（＋）は、半導体１０４表面における酸化反応に関与し、半導体１０４表面を電解質１０６中に溶解させる。光源１００からの光１１０に透過性である、カバー１１２が、電気化学セル１０２を密閉するために使用される。
【００１２】
一実施形態では、光源１００は、直径２インチのスポットサイズを伴う、１０００ワット広帯域キセノンランプを備える。ＩＩＩ族窒化物半導体１０４は、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供される（２０−２−１）半極性ＧａＮ基板上に金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって成長させられるエピタキシャル（２０−２−１）半極性ＧａＮ層から成る、ＧａＮ試料である。ＧａＮ試料１０４は、標準的リソグラフィ技法に続いて、カソード１０８およびエッチングマスクの両方として使用するための１００ｎｍのＴｉおよび３００ｎｍのＰｔのＧａＮ試料１０４上への電子ビーム堆積を使用して処理される。追加の（および、随意の）エッチングマスクもまた、ＧａＮ試料１０４上で使用され得る（図示せず）。エッチングされた表面は、エピタキシャルＧａＮ層またはＧａＮ基板のいずれかの｛２０−２−１｝半極性表面を含む。電解質溶液１０６は、高速エッチング率につながるその高化学反応性のために選択されたＫＯＨである。カバー１１２は、９０％光透過率を伴う、サファイアから成り、セル１０２の上部を密閉し、溶液１０６の蒸発を防止する。
【００１３】
（ＰＥＣエッチングプロセス）
図２は、化学エッチングが、光によって照明される領域内でのみ行われるように、図１の装置を使用して、ＩＩＩ族窒化物半導体を湿式エッチングする方法を図示する流れ図である。具体的には、流れ図は、発光素子を製作する方法を図示し、方法は、｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体上またはその上方に形成される素子からの光抽出を改善し、かつその外部効率を向上させるために、｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体の露出表面上に光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行い、露出表面を成形、パターン化、または粗面化することを含む。
【００１４】
一実施形態では、方法は、以下のステップを含む。
【００１５】
ブロック２００は、｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体１０４を提供するステップを表す。
【００１６】
ブロック２０２は、１つ以上のカソード１０８を半導体１０４の露出表面上に堆積するステップを表す。
【００１７】
ブロック２０４は、追加の絶縁かつ不透過性エッチングマスクを半導体１０４の露出表面上に堆積する随意のステップを表す。
【００１８】
ブロック２０６は、半導体１０４が電解質溶液１０６中に浸漬され、カソード１０８を介して、電流源に電気的に連結されるように、半導体１０４をセル１０２内に設置し、次いで、光源１００を使用して、カソード１０８または随意のマスクによって被覆されない半導体１０４の露出表面のそれらの部分を照明することを表す。電流源からの外部バイアスが、カソード１０８と電解質溶液１０６中の基準電極との間に印加され得る。
【００１９】
ブロック２０８は、電解質溶液１０６を使用して、照明された半導体１０４をエッチングし、成形、パターン化、または粗面化表面を形成することを表す。エッチングされる表面は、半導体１０４の｛２０−２−１｝半極性表面を含む。
【００２０】
ブロック２０８は、表面のエッチングが、より多く光駆動され、かつより少なく化学的に駆動されるように、ＰＥＣエッチングを制御するステップを含み得ることに留意されたい。例えば、制御ステップは、ＰＥＣエッチングのために、入射光強度を電解質濃度と釣り合わせることを含み得る。制御ステップは、ＰＥＣエッチングのために、入射光方向によって表面のエッチングされるプロファイルを決定することを含み得、エッチングは、エッチングのための入射光によって照明された領域内でのみ進む。さらに、釣り合わせるステップは、ＰＥＣエッチングのために、入射光強度と電解質濃度との間の釣り合いを選択し、より高速かつより深いエッチングを達成することを含み得る。
【００２１】
エッチングプロセスの最終結果は、２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体１０４であり、半導体１０４は、｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体上またはその上方に形成される発光素子の１つ以上の活性層の光抽出を改善し、かつその外部効率を向上させるために、成形、パターン化、または粗面化された、円錐形特徴をもたらす少なくとも１つの表面を有する。
【００２２】
（実験結果）
｛２０−２−１｝半極性ＩＩＩ族窒化物半導体、すなわち、（２０−２−１）半極性ＧａＮのＰＥＣエッチングに対するモル濃度連続測定において、エッチング率および粗度の両方が、ＫＯＨの種々のモル濃度または濃度を使用して調査された。
【００２３】
図３は、ＫＯＨ濃度（Ｍ）の関数として、エッチング率（オングストローム／秒
【００２４】
【数１】
2015532009.tif 000003
【００２５】
）および二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度（ナノメートル（ｎｍ））を示す、グラフである。溶媒濃度は、３０分間、エッチングされた。
【００２６】
約０．００１Ｍ〜約１ＭのＫＯＨ濃度が、光電気化学エッチングのための電解質として選択され、約２オングストローム／秒〜約８オングストローム／秒の露出表面に対するエッチング率を得た。具体的には、選択は、以下をもたらした。
・露出表面に対するエッチング率は、約０．００１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約２オングストローム／秒である。
・露出表面に対するエッチング率は、約０．０１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約４オングストローム／秒である。
・露出表面に対するエッチング率は、約０．１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約５オングストローム／秒である。
・露出表面に対するエッチング率は、約１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約８オングストローム／秒である。
【００２７】
約０．００１Ｍ〜約１ＭのＫＯＨ濃度が、光電気化学エッチングのための電解質として選択され、露出表面に対して約２０ｎｍ〜約１５０ｎｍの二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度を得た。具体的には、選択は、以下をもたらした。
・露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．００１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約２０ｎｍである。
・露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．０１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約１５０ｎｍである。
・露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約０．１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約１００ｎｍである。
・露出表面に対するＲＭＳ粗度は、約１Ｍの選択されたＫＯＨ濃度に対して約１２０ｎｍである。
【００２８】
図４は、ＳＥＭ画像のそれぞれの左上角に標識されるＫＯＨの種々のモル濃度における３０分間のＰＥＣエッチング後の（２０−２−１）半極性ＧａＮの一連の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【００２９】
図５は、ＡＦＭ画像のそれぞれの左上角に標識されるように、ＫＯＨの種々のモル濃度における３０分間のＰＥＣエッチング後の（２０−２−１）半極性ＧａＮの一連の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像を示す。
【００３０】
（専門用語）
用語「ＩＩＩ窒化物」、「ＩＩＩ族窒化物」、または「窒化物」は、本明細書で使用されるように、化学式ＢｗＡｌｘＧａｙＩｎｚＮを有する、（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ半導体の任意の組成物または物質を指し、ここでは、０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、およびｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。本明細書で使用されるこれらの用語は、単一種Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのそれぞれの窒化物、ならびにそのようなＩＩＩ族金属種の二元、三元、および四元組成物を含むものと広義に解釈されることが意図される。故に、これらの用語として、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＩｎＮの化合物が挙げられるが、それらに限定されない。（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ成分種のうちの２つ以上が存在するとき、化学量論的割合ならびに化学量論外割合（組成物中に存在する（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ成分種のそれぞれを表す相対的モル比に対して）を含む、全ての可能性として考えられる組成物が、本発明の広範囲内で採用されることができる。さらに、本発明の範囲内の組成物および物質はさらに、少量のドーパントおよび／または他の不純物物質および／または他の含有物質を含み得る。
【００３１】
本発明はまた、ＩＩＩ族窒化物の特定の結晶配向、方向、終端、および極性の選択も網羅する。ミラー指数を使用して結晶配向、方向、終端、および極性を識別する場合、中括弧｛  ｝の使用は、丸括弧（  ）の使用によって表される、一式の対称等価平面を示す。角括弧［  ］の使用は、方向を示す一方、角括弧＜  ＞の使用は、一式の対称等価方向を示す。
【００３２】
多くのＩＩＩ族窒化物素子は、結晶の極性配向、すなわち、ｃ−平面｛０００１｝に沿って成長させられるが、これは、強圧電および自発分極の存在による望ましくない量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）をもたらす。ＩＩＩ族窒化物素子内の分極効果を低下させるアプローチの１つは、結晶の非極性または半極性平面上に素子を成長させることである。
【００３３】
用語「非極性」は、ａ−平面として集合的に公知の｛１１−２０｝平面と、ｍ−平面として集合的に公知の｛１０−１０｝平面とを含む。そのような平面は、平面あたり等数のＩＩＩ族および窒素原子を含有し、電荷中性である。後続非極性層は、互に均等であって、したがって、バルク結晶は、成長方向に沿って分極されないであろう。
【００３４】
用語「半極性」は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類されることができない、任意の平面を指すために使用されることができる。結晶学的観点では、半極性平面は、少なくとも２つの非ゼロｈ、ｉ、またはｋミラー指数と非ゼロ１ミラー指数とを有する任意の平面となるであろう。後続半極性層は、互に均等であり、したがって、結晶は、成長方向に沿って、分極を減少させるであろう。
【００３５】
（参考文献）
以下の参考文献は、参照することにより本明細書にその全体が組み込まれる。
［１］Ｓ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｙ．Ｚｈａｏ，Ｃ．Ｃ．Ｐａｎ，Ｒ．Ｂ．Ｃｈｕｎｇ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｊ．Ｓｏｎｏｄａ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ３  １２２１０２（２０１０）．
［２］Ｙ．Ｅｎｙａ，Ｙ．Ｙｏｓｈｉｚｕｍｉ，Ｔ．Ｋｙｏｎｏ，Ｋ．Ａｋｉｔａ，Ｍ．Ｕｅｎｏ，Ｍ．Ａｄａｃｈｉ，Ｔ．Ｓｕｍｉｔｏｍｏ，Ｓ．Ｔｏｋｕｙａｍａ，Ｔ．Ｉｋｅｇａｍｉ，Ｋ．Ｋａｔａｙａｍａ、およびＴ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２  ０８２１０１（２００９）．
［３］Ｙ．Ｙｏｓｈｉｚｕｍｉ，Ｍ．Ａｄａｃｈｉ，Ｙ．Ｅｎｙａ，Ｔ．Ｋｙｏｎｏ，Ｓ．Ｔｏｋｕｙａｍａ，Ｔ．Ｓｕｍｉｔｏｍｏ，Ｋ．Ａｋｉｔａ，Ｔ．Ｉｋｅｇａｍｉ，Ｍ．Ｕｅｎｏ，Ｋ．Ｋａｔａｙａｍａ、およびＴ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２  ０９２１０１（２００９）．
［４］Ｙ．Ｚｈａｏ，Ｓ．Ｔａｎａｋａ，Ｃ．Ｃ．Ｐａｎ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ４  ０８２１０４（２０１１）．
［５］Ｃ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｍ．Ｔ．Ｈａｒｄｙ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９９，２４１１１５（２０１１）．
［６］Ｙ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ，Ｃ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｙ．Ｒ．Ｗｕ，Ｑ．Ｙａｎ，Ｃ．Ｃ．Ｐａｎ，Ｙ．Ｚｈａｏ，Ｓ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｃ．Ｇ．Ｖ．ｄｅ  Ｗａｌｌｅ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ  ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１００，２３１１１０（２０１２）。
【００３６】
（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付ける。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、例証および説明の目的のために提示されている。本発明を包括的または開示される正確な形態に制限することを意図するものではない。多くの修正例および変形例が、上述の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって制限されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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