(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、窒化物の発光装置およびその関連方法を提供することである。【解決手段】  窒化物の発光装置は、基板と、エピタキシャル表面および第一の粗い表面を有する該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、エピタキシャル表面上に形成された窒化物の発光層と、ＬＥＤから放射された光を捕らえる効率を促進するための窒化物の発光層に形成された第二の窒化物の半導体スタックとを含み、エピタキシャル表面から基板までの距離は、粗い表面から基板までの距離以上である。【選択図】  図２
2005117006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
エピタキシャル表面および第一の粗い表面を有し、該エピタキシャル表面から前記基板までの距離は粗い表面から前記基板までの距離以上である、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、
前記エピタキシャル表面上に形成された窒化物の発光層と、
該窒化物の発光層に形成された第二の窒化物の半導体スタックと、を含むことを特徴とする窒化物の発光装置。
【請求項２】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、前記基板上に形成された窒化物のバッファー層と、前記窒化物のバッファー層に形成された第一の窒化物の接触層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の接触エリア上に形成された第一電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４】
前記第一の接触エリアと前記第一電極との間に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５】
前記第一の接触エリアおよび前記第一の窒化物の半導体スタックの粗い表面上に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の窒化物の発光装置。
【請求項６】
前記第一の接触エリアの粗さは前記第一の粗い表面の粗さ未満であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物の発光装置。
【請求項７】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に形成された逆トンネルの接触層をさらに含み、該逆トンネルの接触層および前記第二の窒化物の半導体スタックは相反する型の物質によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項８】
前記逆トンネルの接触層は超格子構造を有することを特徴とする請求項７に記載の窒化物の発光装置。
【請求項９】
前記逆トンネルの接触層上に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１０】
前記第二の窒化物の半導体スタックは、第二の粗い表面および第二の接触エリアを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１１】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の接触エリア上に形成された第二電極をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１２】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第一の粗い表面は、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１３】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第二の粗い表面は、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１４】
前記第一の透明な伝導層は、Ａｌと、Ｔｉと、Ｔｉ／Ａｌと、Ｃｒ／Ａｌと、Ｔｉ／Ａｕと、Ｃｒ／Ａｕと、Ｎｉ／Ａｕと、ＴｉＷと、ＴｉＮと、ＷＳｉと、Ａｕ／Ｇｅと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１５】
前記第一の透明な伝導層は、Ａｌと、Ｔｉと、Ｔｉ／Ａｌと、Ｃｒ／Ａｌと、Ｔｉ／Ａｕと、Ｃｒ／Ａｕと、Ｎｉ／Ａｕと、ＴｉＷと、ＴｉＮと、ＷＳｉと、Ａｕ／Ｇｅと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１６】
前記第二の透明な伝導層は、Ｎｉ／Ａｕと、ＮｉＯ／Ａｕと、ＴＡ／Ａｕと、ＴｉＷＮと、ＴｉＮと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項９に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１７】
前記基板は、サファイアと、ＧａＮと、ＡＩＮと、ＳｉＣと、ＧａＡｓと、ＧａＰと、Ｓｉと、ＺｎＯと、ＭｇＯと、およびガラスから構成される群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１８】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１９】
前記窒化物の発光層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２０】
前記第二の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２１】
前記第一の窒化物の接触層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２２】
前記第一の窒化物の半導体スタックはＮ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックはＰ型であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２３】
前記第一の窒化物の半導体スタックはＰ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックはＮ型であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２４】
基板と、
エピタキシャル表面および第一の粗い表面を有し、該エピタキシャル表面から前記基板までの距離は粗い表面から前記基板までの距離以上である、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、
前記エピタキシャル表面上に形成された窒化物の発光層と、
第二の粗い表面を有し、該窒化物の発光層に形成された第二の窒化物の半導体スタックと、を含むことを特徴とする窒化物の発光装置。
【請求項２５】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、前記基板上に形成された窒化物のバッファー層と、前記窒化物のバッファー層に形成された第一の窒化物の接触層とを含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２６】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の接触エリア上に形成された第一電極をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２７】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗い表面と前記基板との間の距離より長いことを特徴とする請求項２６に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２８】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗い表面と前記基板との間の距離未満であることを特徴とする請求項２６に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２９】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗い表面と前記基板との間の距離と等しいことを特徴とする請求項２６に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３０】
前記第一の接触エリアと前記第一電極との間に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３１】
前記第一の接触エリアおよび前記第一の窒化物の半導体スタックの粗い表面上に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３２】
前記第二の窒化物の半導体スタックは、第二の接触エリアを有することを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３３】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の接触エリア上に形成された第二電極をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３４】
前記第二の接触エリアと前記第二電極との間に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３５】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に形成された逆トンネルの接触層をさらに含み、該逆トンネルの接触層および前記第二の窒化物の半導体スタックは相反する型の物質によって形成されていることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３６】
前記逆トンネルの接触層は超格子構造を有することを特徴とする請求項３５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３７】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３８】
前記第二の透明な伝導層は、第二電極を有することを特徴とする請求項３７に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３９】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第二の粗い表面は、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４０】
前記第一の透明な伝導層は、Ａｌと、Ｔｉと、Ｔｉ／Ａｌと、Ｃｒ／Ａｌと、Ｔｉ／Ａｕと、Ｃｒ／Ａｕと、Ｎｉ／Ａｕと、ＴｉＷと、ＴｉＮと、ＷＳｉと、Ａｕ／Ｇｅと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３０に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４１】
前記第一の透明な伝導層は、Ａｌと、Ｔｉと、Ｔｉ／Ａｌと、Ｃｒ／Ａｌと、Ｔｉ／Ａｕと、Ｃｒ／Ａｕと、Ｎｉ／Ａｕと、ＴｉＷと、ＴｉＮと、ＷＳｉと、Ａｕ／Ｇｅと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４２】
前記第二の透明な伝導層は、Ｎｉ／Ａｕと、ＮｉＯ／Ａｕと、ＴＡ／Ａｕと、ＴｉＷＮと、ＴｉＮと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４３】
前記第二の透明な伝導層は、Ｎｉ／Ａｕと、ＮｉＯ／Ａｕと、ＴＡ／Ａｕと、ＴｉＷＮと、ＴｉＮと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３７に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４４】
前記基板は、サファイアと、ＧａＮと、ＡＩＮと、ＳｉＣと、ＧａＡｓと、ＧａＰと、Ｓｉと、ＺｎＯと、ＭｇＯと、およびガラスから構成される群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４５】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４６】
前記窒化物の発光層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４７】
前記第二の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４８】
前記第一の窒化物の接触層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４９】
前記第一の窒化物の半導体スタックはＮ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックはＰ型であることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５０】
前記第一の窒化物の半導体スタックはＰ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックはＮ型であることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５１】
前記第二の粗い表面は、ドライエッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５２】
前記ドライエッチングプロセスは、スパッタリングエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチングまたは不活性なイオンエッチングプロセスであることを特徴とする請求項５１に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５３】
第二の粗い表面はエピタキシャル表面であることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５４】
窒化物の発光装置を形成するための方法であって、該方法は、
（ａ）基板を形成する段階と、
（ｂ）エピタキシャル表面および第一の粗い表面を有し、該エピタキシャル表面から前記基板までの距離は粗い表面から前記基板までの距離以上である、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックを形成する段階と、
（ｃ）前記エピタキシャル表面上に窒化物の発光層を形成する段階と、
（ｄ）該窒化物の発光層に第二の窒化物の半導体スタックを形成する段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５５】
前記段階（ｂ）は、前記基板上に窒化物のバッファー層を形成することと、前記窒化物のバッファー層上に第一の窒化物の接触層を形成することを含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の接触エリア上に第一電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記第一の接触エリアと前記第一電極との間に第一の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記第一の接触エリアおよび前記第一の窒化物の半導体スタックの粗い表面上に第一の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
前記第一の接触エリアの粗さは前記第一の粗い表面の粗さ未満であることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６０】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に逆トンネルの接触層を形成することをさらに含み、該逆トンネルの接触層および前記第二の窒化物の半導体スタックは相反する型の物質によって形成されていることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６１】
前記逆トンネルの接触層は超格子構造を有することを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記逆トンネルの接触層上に第二の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に第二の粗い表面および第二の接触エリアを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６４】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の接触エリア上に第二電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第一の粗い表面は、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６６】
前記第二の粗い表面は、ドライエッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６７】
前記ドライエッチングプロセスは、スパッタリングエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチングまたは不活性なイオンエッチングプロセスであることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
第二の粗い表面はエピタキシャル表面であることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６９】
前記第一の粗い表面は、ドライエッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項７０】
前記ドライエッチングプロセスは、スパッタリングエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチングまたは不活性なイオンエッチングプロセスであることを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記第一の粗い表面は、湿式エッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項５４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（ＬＥＤ）および関連する方法に関し、より詳細には、窒化物の発光装置およびその関連方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、様々な分野において幅広く使用されている。例えば、発光ダイオードは、光表示装置、信号機、データ記録装置、通信装置、照明装置および医療設備に設置することができる。
【０００３】
ＬＥＤ光は、一つの場所に集光することに代わって、各方向に移動する。しかしながら、ＬＥＤから生じる光は、ＬＥＤから容易に発しない。スネルの法則にしたがって、臨界角θｃ内の角度で発光する光だけは完全に発光され、他の光は反射および吸収される。換言すると、ＬＥＤ光の角度は、完全に放射されるように２θｃの円錐内となるべきである。２θｃよりも大きな角度で放射される光は反射される。ＬＥＤ光が高屈折率を有する物質から低屈折率を有する物質に移動する場合、発光された光の角度は、屈折率の影響によって制限される。したがって、重要な問題は、発光の効率をどのように改善するかということである。
【０００４】
上述した問題を解決するために、光抽出の効率を改善する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。ＬＥＤを製造するための上述の方法は、ＬＥＤの上部層に粗い表面を形成するための段階を含み、ＬＥＤの発光効果を改善するためのほとんどすべての光を発光させるように全反射の角度を増大する段階を含む。しかしながら、開示された構造だけが、発光層上のエリアの前に発光される光のための光抽出の効率を促進する。しかしながら、Ｎ型半導体と基板との間で光が反射する発光層の真下で、上述の方法およびＬＥＤの側面の幅に発光する光は、光抽出効率を改善しない。
【特許文献１】台湾特許第４７２４００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、窒化物の発光装置および上述した問題を解決するために関連した方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
窒化物の発光装置は基板と、エピタキシャル表面および第一の粗い表面を有し、該エピタキシャル表面から前記基板までの距離は粗い表面から前記基板までの距離以上である、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、エピタキシャル表面に形成された窒化物の発光層と、および窒化物の発光層に形成された第二窒化物の半導体層とを含む。
【０００７】
本発明の上述および他の目的は、様々な添付図で例示される好ましい実施態様の下記の詳細な記載において当業者にとって明らかとなるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、窒化物の発光装置およびその関連方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２を参照するに、図２は本発明の窒化物の発光装置１の第一の実施態様を例示する。窒化物の発光装置１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に形成された窒化物のバッファー層１１と、窒化物のバッファー層１１上に形成されたＮ型の窒化物の半導体のスタック１２とを含み、エピタキシャル表面１２１と、粗い表面１２２と、Ｎ型の接触エリア１２３はＮ型の窒化物の半導体のスタック１２の上面に含まれ、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３はエピタキシャル表面１２１上に形成され、Ｐ型の窒化物の半導体のスタック１４は窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３上に形成され、透明の伝導性の金属層１５はＰ型の窒化物の半導体のスタック１４上に形成され、Ｎ型電極１６はＮ型の接触エリア１２３の上に形成され、Ｐ型電極１７は透明の伝導性の金属層１５上に形成される。
【００１０】
窒化物の発光装置１を製造するための多数の方法がある。第一の方法は、窒化物のバッファー層１１と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、サファイア基板１０上のＰ型の窒化物の半導体スタック１４をエピタキシャル成長によって形成することと、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２の平らな表面を形成するための電磁結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチングプロセスを実行することによってＰ型の窒化物の半導体スタック１４と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２を部分的にエッチングすることを含んでおり、平らな表面の一部分が、Ｎ型の接触エリア１２３を形成し、粗い表面１２２を形成するためのＩＣＰドライエッチングプロセスを実行することによって平らな表面の残りをエッチングするために使用される。
【００１１】
窒化物の発光装置１を製造するための第二の方法は、窒化物のバッファー層１１と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、サファイア基板１０上のＰ型の窒化物の半導体スタック１４をエピタキシャル成長によって形成することと、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２の粗い表面を形成するためのＩＣＰドライエッチングプロセスによってＰ型の窒化物の半導体スタック１４と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２を部分的にエッチングすることと、Ｎ型の接触エリア１２３を形成するために使用される粗い表面の一部分を選択することと、残存の粗い表面をカバーすることと、選択された粗い表面を露出することと、およびＮ型の接触エリア１２３を形成するためのＩＣＰドライエッチングを実行することによって選択された粗い表面を平らにするようにエッチングすることを含む。
【００１２】
窒化物の発光装置１を製造するための第三の方法は、窒化物のバッファー層１１と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、サファイア基板１０上のＰ型の窒化物の半導体スタック１４をエピタキシャル成長によって形成することと、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２の粗い表面を形成するためのＩＣＰドライエッチングプロセスによってＰ型の窒化物の半導体スタック１４と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２を部分的にエッチングすることと、Ｎ型の接触エリア１２３を形成するための平らな表面の一部分をカバーすることと、粗い表面１２２を形成するための湿式エッチングプロセス（例えば、熱いリン酸溶液を使用）を実行することによって粗くなるように残存のカバーされていない平らな表面をエッチングすることを含む。
【００１３】
図３を参照するに、図３は、本発明の窒化物の発光装置２の第二の実施態様を例示する。第一の実施態様との重要な差異は、粗い表面２２２とＮ型の接触エリア２２３は同一平面でなく、粗い表面２２２はＮ型の接触エリア２２３よりも低いことである。代替として、粗い表面２２２はＮ型の接触エリア２２３よりも高くできる。
【００１４】
図４を参照するに、図４は、本発明の窒化物の発光装置３の第三の実施態様を例示する。第一の実施態様との重要な差異は、透明な酸化伝導層３８がＮ型の電流拡散を促進するための粗い表面１２２およびＮ型の接触エリア１２３上に形成されることである。
【００１５】
本発明の窒化物の発光装置４（示されていない）の別の実施態様は、透明な伝導性の金属層において代替となる透明な伝導性の酸化層がＰ型の窒化物の半導体スタック１４上に形成されることである。透明な伝導性の酸化層の透過は、透明な伝導性の金属層よりも良好であり、したがって、発光効率がさらに改善できる。
【００１６】
図５を参照するに、図５は本発明の窒化物の発光装置５の第四の実施態様を例示する。窒化物の発光装置４と比較した重要な差異は、高濃度のＮ型の逆トンネルの接触層５９が、Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４と透明な伝導性の酸化層４９との間に形成されることである。Ｎ型の逆トンネルの接触層５９の厚さは１０ｎｍよりも薄く、キャリア濃度は１ｘ１０１９ｃｍ−３以上である。Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４と透明な伝導性の酸化層４９との間の良好なオーム接点を形成することが異なり、それによって、高濃度のＮ型の逆トンネルの接触層５９は、透明な伝導性の酸化層４９に対して良好なオーム接点を形成できる。ＬＥＤが順方向バイアス下で作動する場合、Ｎ型の逆トンネルの接触層５９とＰ型の窒化物の半導体スタック１４との間のインターフェースは逆バイアス下であり、消耗領域を形成する。さらに、Ｎ型の逆トンネルの接触層５９が比較的薄いので、透明な伝導性の酸化層４９のキャリアは、トンネル効果によってＰ型の窒化物の半導体スタック１４に対して容易に透過でき、したがって、低バイアスの特性を保持する。
【００１７】
図６を参照するに、図６は、本発明の窒化物の発光装置６の第五の実施態様を例示する。窒化物の発光装置６は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に形成された窒化物のバッファー層１１と、窒化物のバッファー層１１上に形成されたＮ型の窒化物の半導体スタック１２とを有し、エピタキシャル表面１２１と、粗い表面１２２と、Ｎ型の接触エリア１２３はＮ型の窒化物の半導体スタック１２の上部の表面に含まれ、Ｎ型電極がＮ型の接触エリア１２３上に形成され、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３はエピタキシャル表面１２１上に形成され、Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４は窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３上に形成され、粗い表面６４２はＰ型の窒化物の半導体スタック１４上に形成され、高濃度のＮ型の逆トンネルの接触層５９はＰ型の窒化物の半導体スタック１４上に形成され、Ｎ型の逆トンネルの接触層５９の厚さは１０ｎｍよりも薄く、キャリア濃度は１ｘ１０１９ｃｍ−３以上であり、透明な伝導性の酸化層４９はＮ型の逆トンネルの接触層５９上に形成され、Ｐ型電極１７は透明な伝導性の酸化層４９上に形成される。粗い表面１２２および６４２により、発光の抽出効率はさらに改善される。
【００１８】
窒化物の発光装置６を製造するための方法は、窒化物のバッファー層１１と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、サファイア基板１０上のＰ型の窒化物の半導体スタック１４をエピタキシャル成長によって形成することと、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２の平らな表面を形成するためのＩＣＰドライエッチングプロセスを実行することによってＰ型の窒化物の半導体スタック１４と、窒化物の複数の量子井戸構造の発光層１３と、Ｎ型の窒化物の半導体スタック１２を部分的にエッチングすることを含んでおり、平らな表面の一部分が、Ｎ型の接触エリア１２３を形成し、粗い表面１２２を形成するための第二のＩＣＰドライエッチングプロセスを実行することによって平らな表面の残存部分をエッチングするために使用される。
【００１９】
窒化物の発光装置６のＰ型の窒化物の半導体スタック１４の粗い表面６４２を形成するための方法は、エピタキシャル成長後に、ＩＣＰドライエッチングプロセスを実行することによってＰ型の窒化物の半導体スタック１４をエッチングすることを含む。Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４の粗い表面６４２を形成するための別の方法は、Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４がエピタキシャルな成長によって形成している間に、周囲の成長、温度、圧力、Ｖ／ＩＩＩ比などのエピタキシャルな成長の条件を変化することを含む。
【００２０】
上述した窒化物の発光装置のＮ型の接触エリアは、装置の順電圧を増加させる粗い表面による低い接触を回避するように提供される。したがって、Ｎ型の接触エリアの平らなエリアを形成することは、オーム接点を改善し、したがって、高い順電圧の問題を回避する。
【００２１】
表１から、本発明の窒化物の発光装置の発光効率と従来のＬＥＤの発光効率を比較すると、３７％高まって１５４％まで改善された。したがって、本発明のＬＥＤは、使用する装置の効率を多大に増大することができる。
【００２２】
【表１】
2005117006.tif 000003
粗い表面の粗さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定される。エッチング（従来のＬＥＤと同様）前の窒化物の発光装置１のＲａ値は、１ｎｍ以内である（図７を参照のこと）。エッチング後、２０ｎｍ、４８ｎｍ、および６０ｎｍ（図８を参照のこと）である粗い表面１２２の異なるＲａ値に対応するＩｖの変化が測定される。図９を参照するに、粗さが増大する場合、対応するＩｖはまた増大する。例えば、３５ｍｃｄのエッチングされない表面における輝度は、４８ｍｃｄ（Ｒａ＝２０ｎｍ）、５８ｍｃｄ（Ｒａ＝４８ｎｍ）、および６６ｍｃｄ（Ｒａ＝６０ｎｍ）である。それらの結果により、本発明の粗さは発光の抽出効率を促進し、したがってＬＥＤの輝度が高まる。
【００２３】
前述の実施態様において、サファイア基板はまた、ＧａＮと、ＡＩＮと、ＳｉＣと、ＧａＡｓと、ＧａＰと、Ｓｉと、ＺｎＯと、ＭｇＯと、およびガラスから構成される群から選択される少なくとも一つの物質で置換できる。窒化物のバッファー層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。Ｎ型に窒化物の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。窒化物の複数の量子井戸構造の発光層は、ＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。Ｐ型の窒化物の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。透明な伝導性の金属層は、Ｎｉ／Ａｕと、ＮｉＯ／Ａｕと、Ｔａ／Ａｕと、ＴｉＷＮと、Ｔｉから構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。透明な伝導性の酸化層は、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質になり得る。ＩＣＰドライエッチングプロセスは、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチング、または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスと置き換えできる。
【００２４】
粗い表面を含まない従来技術において、窒化物の発光層から放射された光は、半導体層の内側に移動し、基板と半導体層との間および空気の境界と半導体層との間で全体的に反射される。そのような光は半導体内部に容易に吸収され、全反射の数段階後に放射できない。したがって、これは放射される光の抽出効率を低める（図１Ａに示される）。本発明において、第一の窒化物の半導体の粗い表面は全反射効果を低めることができ、したがって発光する外部量子の抽出効率を促進し、よってＬＥＤの効率を改善する（図１Ｂに示される）。
【００２５】
本発明の教示が保持される一方で、装置の多数の修正および変形がなされることを当業者は認識するであろう。したがって、上述した開示は、請求項の趣旨および範囲によってのみ制限して解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】従来のＬＥＤの光経路を例示する図である。
【図１Ｂ】本発明のＬＥＤの光経路を例示する図である。
【図２】本発明の窒化物発光装置の第一の実施態様を示す図である。
【図３】本発明の窒化物発光装置の第二の実施態様を示す図である。
【図４】本発明の窒化物発光装置の第三の実施態様を示す図である。
【図５】本発明の窒化物発光装置の第四の実施態様を示す図である。
【図６】本発明の窒化物発光装置の第五の実施態様を示す図である。
【図７】従来のＬＥＤの粗さを示す図である。
【図８】本発明のＬＥＤの粗さを示す図である。
【図９】輝度に対応する本発明のＬＥＤ光の粗さの分配を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      本発明の窒化物の発光装置
２      本発明の窒化物の発光装置
３      本発明の窒化物の発光装置
５      本発明の窒化物の発光装置
６      本発明の窒化物の発光装置
１０    サファイア基板
１１    サファイア基板１０上に形成された窒化物のバッファー層
１２    窒化物のバッファー層１１上に形成されたＮ型の窒化物の半導体のスタック
１３    窒化物の複数の量子井戸構造の発光層
１４    Ｐ型の窒化物の半導体のスタック
１５    透明の伝導性の金属層
１６    Ｎ型電極
１７    Ｐ型電極
３８    透明な酸化伝導層
４９    透明な伝導性の酸化層
５９    高濃度のＮ型の逆トンネルの接触層
１２１  エピタキシャル表面
１２２  粗い表面
１２３  Ｎ型の接触エリア
２２２  粗い表面
２２３  Ｎ型の接触エリア
６４２  Ｐ型の窒化物の半導体スタック１４の粗い表面
【図１Ａ】
2005117006.tif 000004
【図１Ｂ】
2005117006.tif 000005
【図２】
2005117006.tif 000006
【図３】
2005117006.tif 000007
【図４】
2005117006.tif 000008
【図５】
2005117006.tif 000009
【図６】
2005117006.tif 000010
【図７】
2005117006.tif 000011
【図８】
2005117006.tif 000012
【図９】
2005117006.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月18日(2004.6.18)
【手続補正１】
【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】
基板と、
該基板に近接する第一表面と、エピタキシャルエリアおよび第一の粗いエリアを含む第二表面とからなる、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、
前記エピタキシャルエリア上に形成された窒化物の発光層と、
該窒化物の発光層上に形成された第二の窒化物の半導体スタックと、
からなることを特徴とする窒化物の発光装置。
【請求項２】
基板と、
該基板に近接する第一表面と、エピタキシャルエリアおよび第一の粗いエリアを含む第二表面とからなる、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックと、
前記エピタキシャルエリア上に形成された窒化物の発光層と、
該窒化物の発光層に近接する第一表面と、第二の粗いエリアからなる第二表面とからなる、該窒化物の発光層上に形成された第二の窒化物の半導体スタックと、
からなることを特徴とする窒化物の発光装置。
【請求項３】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、前記基板上に形成されたバッファー層と、前記バッファー層上に形成された第一の窒化物の接触層とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項４】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の粗いエリア上に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項５】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第二表面上の第一の接触エリアと、前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の接触エリア上に形成された第一電極とをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項６】
前記第一の接触エリアと前記第一電極との間に形成された第一の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項７】
前記第一の接触エリアの粗さは前記第一の粗いエリアの粗さほど多大ではないことを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項８】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に形成された逆トンネルの接触層をさらに含み、該逆トンネルの接触層および前記第二の窒化物の半導体スタックは相反する電気的な特徴を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項９】
前記逆トンネルの接触層は超格子構造を有することを特徴とする請求項８に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１０】
前記逆トンネルの接触層上に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１１】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第一の粗いエリアは、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１２】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗いエリアと前記基板との間の距離より長いことを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１３】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗いエリアと前記基板との間の距離未満であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１４】
前記第一の接触エリアと前記基板との間の距離は、前記第一の粗いエリアと前記基板との間の距離と等しいことを特徴とする請求項５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１５】
前記第二の窒化物の半導体スタックの第二の粗いエリア上に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１６】
前記第二の窒化物の半導体スタックの第二表面は、第二の接触エリアをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１７】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の接触エリア上に形成された第二電極をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１８】
前記第二の接触エリアと前記第二電極との間に形成された第二の透明な伝導層をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物の発光装置。
【請求項１９】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の粗いエリアは、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２０】
前記第一の透明な伝導層は、Ａｌと、Ｔｉと、Ｔｉ／Ａｌと、Ｃｒ／Ａｌと、Ｔｉ／Ａｕと、Ｃｒ／Ａｕと、Ｎｉ／Ａｕと、ＴｉＷと、ＴｉＮと、ＷＳｉと、Ａｕ／Ｇｅと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２１】
前記第二の透明な伝導層は、Ｎｉ／Ａｕと、ＮｉＯ／Ａｕと、ＴＡ／Ａｕと、ＴｉＷＮと、ＴｉＮと、酸化スズインジウムと、酸化スズカドミウムと、酸化スズアンチモニーと、酸化アルミニウム亜鉛と、酸化スズ亜鉛から構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１５又は１８に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２２】
前記基板は、サファイアと、ＧａＮと、ＡＩＮと、ＳｉＣと、ＧａＡｓと、ＧａＰと、Ｓｉと、ＺｎＯと、ＭｇＯと、およびガラスから構成される群から選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２３】
前記第一の窒化物の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２４】
前記窒化物の発光層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２５】
前記第二の半導体スタックは、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２６】
前記第一の接触層は、ＡＩＮと、ＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＩｎＧａＮと、およびＡｌＩｎＧａＮから構成される群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２７】
前記第一の窒化物の半導体スタックの少なくとも一つの層はＮ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックの少なくとも一つの層はＰ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２８】
前記第一の窒化物の半導体スタックの少なくとも一つの層はＰ型であり、前記第二の窒化物の半導体スタックの少なくとも一つの層はＮ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項２９】
前記エピタキシャルエリアから前記基板までの距離は、前記第一の粗いエリアから前記基板までの距離以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物の発光装置。
【請求項３０】
窒化物の発光装置を形成するための方法であって、該方法は、
（ａ）基板を提供する段階と、
（ｂ）該基板に近接する第一表面と、エピタキシャルエリアおよび第一の粗いエリアからなる第二表面とからなる、該基板上に形成された第一の窒化物の半導体スタックを形成する段階と、
（ｃ）前記エピタキシャルエリア上に窒化物の発光層を形成する段階と、
（ｄ）該窒化物の発光層上に第二の窒化物の半導体スタックを形成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記段階（ｂ）は、前記基板上にバッファー層を形成することと、前記バッファー層上に第一の窒化物の接触層を形成することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の粗いエリア上に第一の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３０の方法。
【請求項３３】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第二表面は第一の接触エリアをさらに含むことを特徴とする請求項３０の方法。
【請求項３４】
前記第一の窒化物の半導体スタックの第一の接触エリア上に第一電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第一の接触エリアと前記第一電極との間に第一の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第一の接触エリアの粗さは前記第一の粗いエリアの粗さほど多大ではないことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記第二の窒化物の半導体スタック上に逆トンネルの接触層を形成することをさらに含み、該逆トンネルの接触層および前記第二の窒化物の半導体スタックは相反する電気的な特徴を有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記逆トンネルの接触層上に第二の透明な伝導層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第二の窒化物の半導体スタックの上面上に第二の粗いエリアおよび第二の接触エリアを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の接触エリア上に第二電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第一の窒化物の半導体スタックの前記第一の粗いエリアは、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第二の粗いエリアは、ドライエッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記第二の接触エリアの粗さは前記第二の粗いエリアの粗さほど多大ではないことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
第二の粗いエリアはエピタキシャル成長によって形成されることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記第一の粗いエリアは、ドライエッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】
前記ドライエッチングプロセスは、スパッタリングエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチングまたは不活性なイオンエッチングプロセスであることを特徴とする請求項４２又は４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第一の粗いエリアは、湿式エッチングプロセスを実行することによって形成されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
前記第二の窒化物の半導体スタックの前記第二の粗いエリアは、３ｎｍ乃至５００ｎｍの粗さを有することを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
前記エピタキシャルエリアから前記基板までの距離は、前記粗いエリアから前記基板までの距離以上であることを特徴とする請求項３９に記載の方法。