ｐ側上方ＧａＮ系発光ダイオードの光電気化学粗面化
ヘテロ構造のｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の光電気化学（ＰＥＣ）エッチングのための方法であって、半導体構造内の内部バイアスを使用して、電子がｐ型層の表面に到達するのを防止し、正孔がｐ型層の表面に到達するのを促進するステップを含み、半導体構造は、ｐ型層と、ＰＥＣ照射を吸収するための活性層と、ｎ型層とを含む。本発明は、ｐ型層の粗面を含む、ＬＥＤを開示するものであって、粗面は、粗面に入射する光を外部媒体中へと散乱させ、光は、ＬＥＤの発光活性層から入射する。例えば、ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出される光を抽出するために、粗面化される表面を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間の光を放出するための活性層とを含み得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ ＯＦ Ｇａ−ＦＡＣＥ，Ｐ−ＳＩＤＥ−ＵＰ ＧａＮ−ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７１−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３５−１）である、米国仮特許出願第６１／０５２，４１７号の利益を主張し、その出願は本明細書に参考として援用される。
【０００２】
本出願は、以下の同時係属中で同一譲受人の米国特許出願に関連する：
本出願と同一日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｕ１（２００８−５３３）である、米国実用特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号で、この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３３）である、米国仮特許出願第６１／０５２，４２１号の利益を主張する；
２００６年６月７日に出願された、Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）である、米国実用特許出願第１０／５８１，９４０号で、この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００３年１２月９日に出願された、Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）である、ＰＣＴ出願第ＵＳ２００３／０３９２１１号の利益を主張する；
２００８年１０月９日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＪａｍｅｓ Ｓ．Ｓｐｅｃｋらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＦＯＲ ＣＨＩＰ ＳＨＡＰＩＮＧ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２８９−ＵＳ−Ｐ１（２００９−１５７）である、米国仮特許出願第６１／１０４，０１５号；
２００９年１月３０日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ａｒｐａｎ Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＦＡＣＥＴＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．３０１−ＵＳ−Ｐ１（２００９−３６０）である、米国仮特許出願第６１／１４８，６７９号；
これらの出願は本明細書に参考として援用される。
【０００３】
（１．本発明の分野）
本発明は、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを使用して、ＧａＮ系発光ダイオード（ＬＥＤ）のｐ型表面を粗面化するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
（注記：本願は、括弧内の１つ以上の参照番号（例えば、参考文献［ｘ］）によって、本明細書を通して指示されるように、いくつかの異なる刊行物を参照する。このような参照番号に従って順序付けられたこれらの異なる刊行物の一覧は、以下の「参考文献」の項に列挙される。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。）
粗面化ＬＥＤは、ＧａＰを含む、他の材料系用として、過去に提案および開発されている［１（特許文献１）］。ＰＥＣエッチングは、ＧａＮ系ＬＥＤを粗面化するために、以前に使用されていたが、本プロセスは、Ｎ面ｎ型ＬＥＤにのみ適用可能であった。ＧａＮヘテロ構造の成長およびドーピングに関連する問題のため、成長は、通常は、任意のｐ型層が最後に成長されるように進めされる。したがって、ＬＥＤのＰＥＣ粗面化は、サファイア基板の除去と、ｎ型Ｎ面側が曝露されるように、ＬＥＤをサブマウントに結合することが、常に必要とされていた。
【０００５】
基板除去およびフリップチップ結合は、高価かつ困難であるという事実にもかかわらず、このようなＰＥＣ粗面化は、既に、ＬＥＤ製造業者に受け入れられている。
【０００６】
Ｔ．Ｆｕｊｉｉらは、初めて、レーザリフトオフプロセスと併用して、ＰＥＣエッチングを使用して、特許文献２（２００６年６月７日出願のＴｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ．Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国実用特許出願第１０／５８１，９４０号「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」（代理人整理番号第３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）号として引用され、本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００３年１２月９日出願のＴｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒによる特許文献３「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」（代理人整理番号第３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）号の利益を主張するものである）（本出願および公開は、本明細書に参考として援用される）に開示されるように、２−３倍の光抽出の増加を示した（ｎ型）粗面化ＧａＮ ＬＥＤを製作した。
【０００７】
また、ＫＯＨ／エチレングリコールウェットエッチングを使用して、ｐ−ＧａＮの表面を単に化学的に粗面化した報告もある［２（非特許文献１）］。しかしながら、温度上昇が、エッチングを続行するために必要であって、エッチングは、欠陥を生み、非常に分散したエッチピットをもたらし、全体として比較的平滑表面につながる。また、ドライエッチングを使用して、粗面化ＬＥＤを達成することも可能であるが、ドライエッチングは、光学および電子特性に有害なイオン損傷を材料中にもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，７３９，２１７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０１２１６９０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００３／０３９２１１号
【０００９】
Ｎａ ｅｔ ａｌ．，“Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｗｅｔ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｐ−ＧａＮ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＧａＮ−Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１４，ｐ．１５１２（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＬＥＤを粗面化するためのプロセスの改良が、当技術分野において必要とされる。本発明は、本必要性を充足する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（本発明の概要）
上述の従来技術における制限を克服し、かつ本明細書の熟読および理解によって明白となるであろう他の制限をも克服するために、本発明は、ＰＥＣエッチングを使用して、ＧａＮ系ＬＥＤのｐ型表面を粗面化するプロセスについて説明する。
【００１２】
本発明は、ｐ型層の粗面を含む、ＬＥＤを開示するものであって、粗面は、粗面に入射する光を外部媒体中へと散乱させ、光は、ＬＥＤの発光活性層から入射する。例えば、ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出される光を抽出するために、粗面化される表面を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間の光を放出するための活性層とを含み得る。
【００１３】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層は、粗面化プロセスによって導入される、イオン損傷を有し得ない。さらに、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層の材質は、粗面化される表面を有するＬＥＤの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値が、表面が粗面化される前のＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して、実質的に異なる、または劣化されるほどのものではなくあり得る。
【００１４】
表面は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を抽出するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化され得、例えば、粗面化前のｐ型層の表面、または特徴または構造を伴わない表面からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して、表面からより多くの光を抽出する、もしくはそれを通してより多くの光を透過する。特徴または構造は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を散乱、回折、屈折、または指向させるように定寸され得る。特徴または構造は、粗面化前かつ構造を伴わない表面を通して透過される光出力と比較して、および／または１ｎｍ以下の表面粗度を有する、ｐ型層の平面、平坦、または平滑表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、表面を通して光出力を透過させ、ＬＥＤから出射させるように定寸され得る。通常の二乗平均平方根（ｒｍｓ）粗度は、成長させたままの材料の場合、１ナノメートル（ｎｍ）、本発明の粗面化材料の場合、２０−３０ｎｍである。
【００１５】
より具体的には、特徴または構造は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を散乱または回折させるように定寸される、辺、寸法、幅、高度、および間隔を有し得る。さらに、辺、寸法、幅、高度、および間隔は、ｐ型層およびＬＥＤからの光の散乱、回折、または透過を向上させるために、ｐ型層内の光の波長と少なくとも同程度であり得る。例えば、辺、寸法、幅、高度、および間隙は、少なくとも０．３マイクロメートル（μｍ）、最大２μｍ、または最大１０μｍであり得る。
【００１６】
ｐ型層の表面は、活性層からの光が、ｐ型層から外部媒体中への屈折のための臨界角内の表面に衝突するように成形され得る。例えば、表面は、光が、臨界角内の傾斜表面に衝突し、それによって、傾斜表面における光の全反射を実質的に防止するように定寸される（例えば、臨界角に傾斜される）、１つ以上の傾斜表面を含み得る。任意の光抽出技術を伴わない場合、放出される４−６％の光のみ、ＧａＮ ＬＥＤから漏出可能である。本発明の表面テクスチャリングによって、４−６％超の光が、臨界角内の表面に衝打し、光抽出の増加につながる。
【００１７】
別の実施例では、表面は、２０ｎｍ以上または２５ｎｍ以上の表面粗度を含む。粗面化は、例えば、ｐ型層のＮ面、Ｇａ面、非極性表面、または半極性表面上に形成され得る。
【００１８】
さらに、本発明は、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤを製作するための方法であって、ＩＩＩ族窒化物系発光ＬＥＤのｐ型表面を粗面化するステップであって、ｐ型表面をＰＥＣエッチングするステップを含み、粗面化は、ＬＥＤから光を抽出するために好適である、ステップを含む、方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
次に、図面を参照する（同一参照番号は、全体を通して対応する部品を表す）。
【図１】図１は、ＰＥＣエッチング概略図である。
【図２】図２（ａ）は、ｐ−ｉ−ｎヘテロ構造の断面概略図であって、図２（ｂ）は、ＬＥＤのｐ型層の表面における、図２（ａ）の構造の層を通る位置の関数としての概略エネルギーバンド図であって、ＬＥＤ／電解質システム内のキャリア経路を示す。
【図３ａ】図３（ａ）は、４５°の角度で得られた、ＬＥＤの粗面化ｐ型Ｇａ面表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（縮尺：２μｍ）であって、粗度の水平変化を示す。
【図３ｂ】図３（ｂ）は、粗面化半極性（１１−２２）表面像であって、縮尺は、２０μｍである。
【図４】図４（ａ）−（ｅ）は、粗面化ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＬＥＤを生成するためのプロセスフローを例示する、概略図である。
【図５−１】図５（ａ）は、ｐ−ＧａＮ直立型ＬＥＤの表面粗面化を示す、の断面概略図である。
【図５−２】図５（ｂ）は、非粗面化ｐ型表面を示す、ＬＥＤの上面図光学像であって、表面粗度は、１ｎｍ以下である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の表面の一部の上面図光学像であって、像の表面尺度は、２．５μｍであって、グレースケールは、高度プロファイルまたは表面粗度を提供し、表面粗度は、１ｎｍ以下である。図５（ｄ）は、図５（ａ）の構造を有するＬＥＤの上面図光学像であって、粗面化ｐ型表面、粗度の水平変化、および２５ｎｍ以下の表面粗度を示す。図５（ｅ）は、図５（ｄ）の表面の一部の上面図光学像であって、像の表面尺度は、２．５μｍであって、グレースケールは、高度プロファイルまたは表面粗度（図５（ｃ）と同一尺度）を提供し、表面粗度は、２５ｎｍ以下である。図５（ｆ）は、図５（ｄ）の表面の一部の上面図ＳＥＭ像であって、図３と同一表面を示し、尺度は、２μｍである。
【図６ａ】図６（ａ）は、同一試料上に隣接する７つの平滑ＬＥＤおよび７つの粗面ＬＥＤの電圧（Ｖ）対電流（ｍＡ）（電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性または測定値）と、出力（任意の単位（ａ．ｕ．））対電流とをプロットしたものであって、平滑ＬＥＤと粗面ＬＥＤとの間のＩ−Ｖ特性の劣化がないことを示し、また、粗面ＬＥＤと平滑ＬＥＤとの間に電界発光特性にあまり変化を示さず、したがって、７つの平滑ＬＥＤの平均光出力および７つの粗面ＬＥＤの平均光出力も、駆動電流の関数としてプロットされる。
【図６ｂ】図６（ｂ）は、図６（ａ）の平滑ＬＥＤと比較した、図６（ａ）の粗面ＬＥＤの駆動電流（ｍＡ）の関数として、増大係数をプロットしたものであって、近接平滑ＬＥＤと比較して、粗面ＬＥＤの２０％の光抽出の増加を示し、また、全粗面ＬＥＤの平均増加率も示され、増大係数は、平滑ＬＥＤの光出力によって除算される粗面ＬＥＤの光出力である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（本発明の詳細な説明）
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明が実践され得る特定の実施形態の一例として示される、付随の図面が参照される。他の実施形態が利用されてもよく、構造的変化は、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることを理解されたい。
【００２１】
（概観）
大部分のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの性能は、半導体内で放出される光の全反射によって制限されるが、粗面化ＬＥＤは、粗面に入射する光を空中に散乱させることによって、光抽出を増加させる。抽出を増加させるためのＬＥＤの粗面化は、新しい技術ではないが、ＰＥＣエッチングは、イオン損傷をもたらすことなく、表面を粗面化するための高速かつ安価な方法である。
【００２２】
ＰＥＣエッチングは、これまで、ＩＩＩ−Ｎ ＬＥＤのＮ面ｎ型側のみ粗面化するために使用されてきた。ＧａＮヘテロ構造の成長およびドーピングに関連する問題のため、成長は、通常は、Ｇａ面を上方にして進められ、任意のｐ型層が、通常、最後に成長される。したがって、ＬＥＤのＰＥＣ粗面化は、サファイア基板の除去と、ｎ型Ｎ面側が曝露されるように、ＬＥＤをサブマウントに結合することが、以前は、必要とされていた。
【００２３】
対照的に、本発明は、必然的に、成長の際、上表面となる、ＬＥＤのＧａ面ｐ型側のＰＥＣ粗面化を達成可能にした。
【００２４】
（技術説明）
ＰＥＣエッチングは、光源（例えば、高バンドギャップ１０００ワットＸｅランプ１００）と、電気化学セルとを含み、（例えば、ＧａＮ ＬＥＤ試料１０２の）半導体は、システムのアノードとして作用し、その上に直接パターン化されたカソードとして作用する金属１０４（通常、白金（Ｐｔ）またはＴｉ／Ｐｔ）を有する（図１）。光１０６は、半導体内に電子−正孔対を発生させ、電子は、カソード１０４を通して抽出される一方、正孔は、半導体表面における酸化反応に関与し、半導体表面を電解質１０８内で溶解させる。表面バンドが、半導体／電解質界面において屈曲するため、正孔は、通常は、ｎ型材料内の表面にのみ閉じ込められる一方、電子は、ｐ型材料内の表面に閉じ込められる。このため、ｐ型半導体のＰＥＣエッチングは、達成が困難であった。また、図１は、例えば、ＧａＮフィルタ１１０を使用して、光１０６が濾過され得ることも示す。ＬＥＤ１０２のｐ−ＧａＮは、ＰＥＣエッチングのためのアノードである。
【００２５】
例えば、標準的ＬＥＤ構造２００を使用して、光源は、量子井戸領域２０４内でのみ、または主にその中で吸収される、光２０２を放出するように選択可能であって、構造２００のドーピングは、電子２０６が、ｎ型層２１０中へと引き寄せられ（２０８）、カソードを通して漏出可能であって、正孔２１２は、ｐ型キャップ層２１６中へと引き寄せられる（２１４よ）うに、光生成キャリアを空間的に分離する（図２（ａ）および図２（ｂ））。ＫＯＨ等の強塩基性溶液を電解質２１８として使用することによって、光生成された正孔２１２は、表面２２０（例えば、電解質２１８を伴う、ｐ型層２１６の任意の界面２２２）に到達し、エッチング反応に関与可能となる。このように、ヘテロ構造２００のｐ型表面２２０は、ドライエッチングを必要とすることなく、エッチング可能である。バルク２１６、２１０のバンドギャップＥｇ（バルク）２２４、２２６は、光子エネルギーｈｖ（ｈは、プランクの定数、ｖは、光２０２の周波数である）の光２０２が、量子井戸領域２０４の量子井戸２３０内にのみ吸収されるように、量子井戸２３０（例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ））のバンドギャップＥｇ（ＭＱＷ）２２８より高い。
【００２６】
電子−正孔対は、低バンドギャップ層２３０内に発生し、ｐ−ｎ接合２００の内蔵電界によって分離される（内蔵電界は、ｐ型領域２１６とｎ型領域２１０との間の伝導バンドＥｃおよび価電子バンドＥｖの勾配２３２に比例する）。強塩基性溶液２１８を使用することによって、表面バンド屈曲２３４は、光生成された正孔２１２の多くが、表面２２０に到達し、エッチング反応に関与するように、最小限にされることが可能である。エッチング条件の入念なバランスは、平滑にエッチングされるよりも、粗面化されるｐ−ＧａＮ表面２２０を生成し、これによって、本発明は、ｐ側上方Ｇａ面粗面化ＬＥＤを形成可能となる（図３（ａ））。図３（ａ）に示されるように、結果として生じるｐ−ＧａＮ表面３００は、ピット３０２等の特徴を有する。図３（ａ）では、表面は、エッチングされたピットと、エッチングされていない領域、またはピット間の平滑領域を含む。側壁は、若干傾斜しており、底面は、平滑ではない。しかしながら、エッチング条件および開始材料に応じて、同一ウエハ上の種々の位置を含む、多くの変形例が存在し得る。図３（ｂ）は、存在し得る変化量を例示する、粗面化半極性（１１−２２）表面の像である。
【００２７】
粗面化ＬＥＤを生成するための本発明のプロセスでは、低バンドギャップ吸収層としての量子井戸を利用して、電子−正孔対の発生をエッチングされる面積から分離し、正孔を表面に移動させる一方、電子は、カソードを通して、内部場によって駆動される。本プロセスは、１つの余剰ステップのみ、ＧａＮ系ＬＥＤの製作プロセスに導入することになる。プロセスの実施例は、以下に提示され、図４（ａ）−（ｅ）に図式的に示される。量子井戸（活性領域４００内）の使用は、材料の成長への変化を必要とせず、標準的ＬＥＤ材料が、図４（ａ）に示されるプロセスのために使用され得る。唯一の要件は、通常の場合において、量子井戸のバンドギャップが、ｐ型層４０２のバンドギャップよりも低いことである。
【００２８】
（製作方法）
ＰＥＣエッチング方法に関するさらなる情報は、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる、本明細書と同日出願の米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」（代理人整理番号第３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｕ１（２００８−５５３）号）に見出され得る（本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日出願のＡｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる米国仮特許出願第６１／０５２，４２１号「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」（代理人整理番号第３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３３）号）の利益を主張するものである）（本出願は、上記に引用され、本明細書に参考として援用される）。
【００２９】
図４（ａ）−（ｅ）は、ＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ）系ＬＥＤ４０４を製作するための方法を例示する。方法は、以下のステップのうちの１つ以上を含む。
【００３０】
１．活性化ｐ−ＧａＮ４０２を伴うＬＥＤ構造４０４を使用する。これは、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層４０６（例えば、ｎ型ＧａＮまたはｎ−ＧａＮ）を基板４０８（例えば、サファイア基板）上に蒸着するステップと、ＩＩＩ族窒化物活性領域４００（例えば、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層）をｎ型ＧａＮ層４０６（例えば、ｎ−ＧａＮ）上に蒸着するステップと、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層（例えば、ｐ型ＧａＮ層またはｐ−ＧａＮ）４０２をＩｎＧａＮ活性層４００上に蒸着するステップとを含み得る。次いで、以下のステップが、図４（ｂ）−（ｅ）に示される通常の製作プロセスにおいて行なわれる。
【００３１】
２．図４（ｂ）に示されるように、例えば、ｐ型ＧａＮ層４０２およびＩｎＧａＮ活性層４００内に１つ以上のメサをエッチングすることによって、ＬＥＤメサ４１０をマスキングおよびエッチングする。
【００３２】
３．図４（ｃ）に示されるように、例えば、１つ以上のｎ接点４１２をｎ型ＧａＮ層４０６上に蒸着することによって、ＬＥＤメサ４１０の周囲場の至る所にカソード４１２を蒸着する。表面積は、エッチング反応を高速に進めるために重要である。Ｐｔを使用して、エッチング率を向上させることが可能であるが、必要ではない。本金属４１２は、ｎ接点として使用可能である。
【００３３】
４．ＰＥＣエッチングをステップ１−３で形成された構造上で行なう。具体的には、図４（ｄ）に示されるように、ｐ−ＧａＮ４０２の表面４１６（それを通して光が抽出される）のＰＥＣ粗面化４１４を行なう。例えば、ＰＥＣ照射は、ＩｎＧａＮ層活性層４００が、電子および正孔を光生成するように、主に、ＩｎＧａＮ活性層４００内に吸収され得る。本ステップは、半導体構造４０４内の内部バイアスを使用して、電子がｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６に到達するのを防止し、正孔がｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６に到達するのを促進し得る。例えば、構造４０４のドーピングは、電子がｎ型ＧａＮ層４０６中へと引き寄せられるように、ＩｎＧａＮ活性層４００内での吸収によって、光生成された電子および正孔を空間的に分離し得、電子は、カソードとして作用するｎ接点４１２を通して漏出し、正孔は、ｐ型ＧａＮ層４０２中へと引き寄せられ、正孔は、ｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６における塩基および酸性溶液とのエッチング反応に関与し、エッチング反応は、ＬＥＤ４０４から光を抽出するために好適なｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６の粗面化４１４を生成する。
【００３４】
理想的条件は、５Ｍ ＫＯＨ電解質溶液と、ＧａＮを通して濾過される１０００Ｗ Ｘｅランプの使用で、それにより、電子−正孔対が、活性領域４００のＩｎＧａＮ内にのみ発生し、ランプが、強照射のために集束される。
【００３５】
平滑または粗面表面が達成されるかを決定し得る要因は、使用される材料による。通常は、半極性ＧａＮのｃ面またはいくつかの配向の使用による欠陥および結晶エッチングは、粗面表面につながる一方、非極性または低欠陥密度材料は、通常は、平滑表面をもたらす。どの電解質が選択されるか、その濃度、照射強度、およびエッチングの際に溶液が撹拌されるかどうかに基づいて、ある程度の可変性が存在する。粗面表面の場合、低強度照射および非撹拌による、濃縮ＫＯＨが、電解質として、使用され得る。また、任意のエッチング停止層に到達する前に、エッチングを停止するステップによって、表面が平滑化されないことを確実にするであろう。
【００３６】
５．図４（ｅ）に示されるように、ｐ接点４１８を粗面化４１４上に蒸着する。最終結果は、ＬＥＤ４０４である。本発明は、ＬＥＤに限定されないが、半導体構造４０４は、通常はは、ｐ型層４０２と、ＰＥＣ照射を吸収する（かつ、製作された発光素子４０４内で光を発光する）ための活性層４００と、ｎ型層４０６とを含む。
【００３７】
したがって、図４（ａ）−（ｅ）は、ＬＥＤ４０４のｐ型表面４１６を粗面化４１４するステップを含む、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤ４０４を製作するための方法であって、粗面化４１４は、ｐ型表面４１６をＰＥＣエッチングするステップを含み、粗面化４１４は、ＬＥＤ４０４から光を抽出するために好適である方法を例示する。また、方法は、他の材料系だけではなく、ｃ面以外のＧａＮのいくつかの他の配向でも作用し得る。
【００３８】
（ＬＥＤ構造）
図５（ａ）は、本発明のＬＥＤ構造５００の概略断面であって、（ａ）ＬＥＤ５００の活性層または領域５０８によって放出される光５０６を抽出するために粗面化される表面５０４を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２（例えば、ｐ型ＧａＮ）と、（ｂ）ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０（例えば、ｎ型ＧａＮ）とを含む。発光活性層５０８（例えば、ＧａＮ障壁５１４間で光５０６を放出するためのＩｎＧａＮ量子井戸５１２）は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２とｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０との間にある。ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０、および活性層５０８は、ドライエッチングされたｐ型層５０２と比較して、粗面化プロセスによってもたらされるイオン損傷を有さない、またはイオン損傷が少なくあり得る。ｎ−ＧａＮ５１０は、通常は、サファイア等の基板５１６上にある。
【００３９】
また、図５（ａ）は、粗面化されるｐ型層５０２の表面５０４（例えば、ｐ型ＩＩＩ族窒化物）を含む、光抽出を向上させるＬＥＤ５００（例えば、ＩＩＩ族窒化物系）を例示し、粗面５０４は、粗面５０４に入射する光５０６を外部媒体５１８（駆虫またはエポキシ樹脂等を含むが、それらに限定されない、ＬＥＤ５００の外部）中へ散乱させる、または散乱を増加させ、光５０６は、ＬＥＤ５００の発光活性層５０８から入射する。
【００４０】
ｐ型層５０２の表面５０４は、構造あるいは特徴５２０を生成するために、ＬＥＤ内の半導体の表面から光５０６を抽出する、またはそこからの抽出（または、それを通しての透過）を向上させるように定寸されて（例えば、放出される光の波長に類似する寸法を伴って）、粗面化もしくは構造化され得る。例えば、抽出は、ｐ型層およびＬＥＤからの光散乱、回折、屈折、または指向を含み得るが、それらに限定されず、特徴または構造５２０は、表面５０４、ｐ型層５０２、およびＬＥＤ５００からの光５０６を外部媒体５１８中へと抽出（例えば、散乱、回折、指向、または屈折）させるように定寸される。特徴または構造５２０は、ｐ型層の表面５０２の粗面化前のｐ型層の表面５０２からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して（もしくは、特徴または構造５２０を伴わない非粗面化／非構造化表面と比較して）、表面５０４から（を通して）、より多くの光５０６を抽出（透過）するように定寸されるべきである。
【００４１】
特定の科学的原理、理論、または実施例によって拘束されることなく、種々の実施例、原理、および理論が、以下に提供される。
【００４２】
光抽出を向上させるために、表面５０４は、ほぼ構造５００内の光の波長の尺度で最適に変動する、粗度を有し得る。例えば、本発明における粗度の幅または水平変化は、光の波長に匹敵し得る。１０μｍ以下毎に特徴（ピッド等）を伴う表面は、完全平滑表面と比較して、光抽出を改善し得るが、その改善は、有意または大幅に良好ではあり得ない。同様に、約数オングストロームの周期性を有する表面粗度は、光の波長の尺度に基づいて変動する特徴／表面粗度より、少ない影響を光抽出に影響を及ぼし得る。
【００４３】
別の実施例では、特徴５２０は、通常は、特徴または構造５２０が、光５０６の伝播方向に影響を及ぼす、例えば、ｐ型層５０２およびＬＥＤ５００からの光５０６を外部媒体５１８中へと散乱、回折、屈折、または別様に指向させ得るように定寸される（例えば、少なくとも、ｐ型層５０２内の光５０６の波長と同程度の長さを有する）、１つ以上の辺５２２、縁、あるいは寸法５２４（幅５２６ａおよび／または高度５２６ｂを含むが、それらに限定されない）、および／または間隔５２８を有する。
【００４４】
例えば、長さ、寸法５２４、または間隔５２８は、少なくとも０．３μｍ、少なくとも０．３μｍかつ最大２μｍ、少なくとも０．３μｍかつ最大１０μｍ、または１μｍ乃至２μｍであり得るが、それらに限定されない。特徴／構造５２０は、間隔５２８が、光５０６の波長より実質的に小さくなるように、相互に隣接し得る。上述のように、選択される寸法５２４および間隔５２８は、放出される光５０６の波長に依存してもよい。
【００４５】
あるいは、または加えて、表面５０４は、活性層５０８からの大部分の光５０６が、ｐ型層５０２から外部媒体５１８中へと屈折するために、臨界角θｃ内の表面５０４に衝突するように成形され得る。例えば、表面５０４は、活性層５０８からの大部分の光５０６が、ｐ型層５０２および表面５０４から屈折するために、臨界角θｃ（表面法線θｎに対して）内で表面５０４に衝突するように、勾配または傾斜表面５３０を伴って成形される、またはそれを含み得る。臨界角は、θｃ＝逆正弦（ｎ２／ｎ１）として定義され得、式中、ｎ２は、ＬＥＤ５００の表面５０４に接触する外部媒体５１８（その中へと、ＬＥＤ５００からの光５０６が抽出される材料５１８）の屈折率であって、ｎ１は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２の屈折率である。点線５３２は、粗面化前のｐ型５０２表面の一部を示し、通常は、勾配または傾斜表面５３０は、非粗面化平面および／または平滑表面５３４（本発明の粗面化前）に対して、角度θｃにある。表面５３４は、ＬＥＤ５００の成長方向５３６（例えば、ｃ軸、（０００１）、（０００−１）、非極性、または半極性方向５３６）に対して垂直に、エピタキシャルに成長した表面５３４であって、例えば、Ｎ面、Ｇａ面、半極性平面、非極性平面であり得る。表面５３４は、例えば、不整合切断または誤配向表面であり得る。表面５０４は、例えば、ｐ型ＩＩＩ族窒化物５０２の結晶ファセットを含み得る。
【００４６】
臨界角θｃの影響のさらなる例示として、また、ｐ型層５０２の非粗面５３４に入射する（または、ｐ型層５０２と外部媒体５１８との間の非粗面化界面５４０ａに入射する）と、全反射される、活性層５０８によって放出される光５３８の軌道も、図５（ａ）に示される。本発明は、表面５０４が、光５３８の全反射を実質的に防止するように成形され得ることを例示する。より具体的には、傾斜表面５３０は、光５０６が、臨界角θｃ内の傾斜表面５３０に衝突し、それによって、傾斜表面５３０において、光５３８の全反射を実質的に防止する、および／または活性層５０８からの４−６％超の光５０６が抽出されるように定寸され得る。
【００４７】
また、本発明は、界面５４０ａを粗面化または構造化し、それによって、粗面化界面５４０ｂを生成し、界面５４０ｂに入射する光５０６を外部媒体５１８中へと散乱、屈折、あるいは透過させることも考慮され得る。例えば、本発明は、ＬＥＤ５００によって放出される全反射光５３８を減少または抽出するために、表面５３４または界面５４０ａを粗面化し得る（例えば、光５０６を臨界角θｃ内の界面５４０ｂに衝突させることによって）。
【００４８】
また、カソードまたはｎ接点５４２も、図５（ａ）に示される。
【００４９】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の構造を有するが、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２の表面５３４の粗面化を伴わない構造を有する、ＬＥＤの上面図光学像である（例えば、表面５３４は、ｐ型層５０２と外部媒体５１８との間の界面５４０ａにおいて、光５３８の全反射がｐ型材料５０２内で生じるために十分に平滑／そのように定寸される、平滑な「成長させたままの」表面である）。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のｐ型表面５０４の一部の光学像であって、２．５μｍ×２．５μｍの面積にわたって、１ｎｍ未満の表面粗度を伴う、平面または平滑表面５３４を示す。光を抽出するために、表面５０４は、表面５３４より粗面であるべきであって、したがって、本発明は、表面５３４を粗面化または構造化し、表面５０４を生成し得る。
【００５０】
図５（ｄ）は、図５（ａ）の構造を有する、本発明のＬＥＤの上面図光学像であって、粗面化（表面粗度：２５ｎｍ以下）を伴う、ｐ型表面５０４を示し、さらに、ｐ接点５４６上にｐ型パッド５４４を備え、ｐ接点５４６は、ｐ型表面５０４にオーム接触し、ｎ接点５４２は、ｎ型層５１０オーム接触する。図５（ｅ）は、図５（ｄ）の粗面５０４の一部の光学像であって、深度少なくとも２５ｎｍ、幅１μｍ未満であって、２．５μｍ未満だけ離間される、ピット５４８を含む、ピット表面（表面粗度：２５ｎｍ以下）を示す。図５（ｆ）は、図５（ｄ）の粗面５０４の一部のＳＥＭ像である。
【００５１】
図５（ｅ）および図３（ａ）では、ピット５４８は、六角形である。しかしながら、本形状は、異なる結晶面の場合、変化し、光を散乱させる能力に影響を及ぼさない。
【００５２】
図６（ａ）は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０、および活性層５０８の材質が、粗面化される表面５０４を有するＬＥＤ（例えば、図５（ｄ）のＬＥＤ）のＩ−Ｖ測定値が、（１）ｐ型層５０２の平滑、平面、平坦、または非粗面５３４を有するＬＥＤのＩ−Ｖ測定値、および／または（２）表面５３４が粗面化される前のＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して（例えば、図５（ｂ）のＬＥＤと比較して）、実質的に異ならない、あるいは劣化されない程度のものであることを例示する。より具体的には、平滑および粗面素子の抵抗は、材料内の正常変動内では、同一である（すなわち、粗面と平滑ＬＥＤ間よりも、平滑（または、粗面）ＬＥＤ間において、より変動が大きい。これは、ｐ型層５０２、ｎ型層５１０、および活性層５０８を含む、ＬＥＤ５００（例えば、図５（ｄ）のＬＥＤ）が、平滑ＬＥＤ（例えば、図５（ｂ）のＬＥＤ）と比較して、実質的に類似材料質を有することを意味する（例えば、類似欠陥密度、層厚、および導電性等）。
【００５３】
概して、表面５３４のテクスチャリングを伴わない場合、４−６％の光のみ、ＬＥＤから漏出する。本発明は、４−６％超の光が漏出するように、表面５０４をテクスチャリングする。図６（ａ）および６（ｂ）は、本発明のＬＥＤ５００を例示し、表面５０４は、（１）構造５２０を伴わないｐ型層５０２の平滑または非粗面５３４を通して透過される光出力、（２）１ｎｍ以下の表面粗度を有する平面、平坦、または平滑ｐ型層の表面、および／または（３）粗面化前の表面５３４を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、表面５０４を通して光出力を透過し、ＬＥＤ５００から出射させるように定寸される、特徴５２０あるいは構造を伴って、粗面化もしくは構造化される。例えば、図５（ｄ）の粗面化ＬＥＤは、粗面化によって、図５（ｂ）の平滑ＬＥＤの光出力と比較して、少なくとも２０％多く、光出力を有する。
【００５４】
ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ５００の成長は、通常は、各層５０２、５０８、５１０のＧａ面が上方になるように進めされ（すなわち、各層５０２、５０８、５１０の最終成長表面は、Ｇａ面である）、本発明によって粗面化または構造化されるｐ型層５０２の表面５３４が、通常は、Ｇａ面であるように、任意のｐ型層５０２が、通常、最後に成長される。しかしながら、本発明は、特定の表面５３４または成長方向５３６に限定されず、例えば、粗面化は、ｐ型層５０２のＮ面またはＧａ面に形成され得る。
【００５５】
本情報に関するさらなる情報は、［６］に見出される得る。
【００５６】
（可能性として考えられる修正例および変形例）
酸を含む、他の電解質も、作用し得るが、強塩基は、最小量の表面バンド屈曲をもたらし、エッチング率を向上させるであろう。また、他の光源も、主に、量子井戸または粗面化される層と別の任意の他の層内において、キャリアを励起するために十分強力である限り、使用可能である。また、本プロセスは、ｐ型層が頂面にある限り、Ｎ面および種々の半極性平面等、他の結晶面にも適用可能である。Ｎ面ＬＥＤの場合、ピットではなく、円錐を形成すべきであって、光抽出に対してより効率的であり得る。
【００５７】
表面は、粗面に限定されず、例えば、テクスチャリングされた表面、格子構造、または光結晶であり得る。
【００５８】
（利点および改良点）
Ｐ側上方粗面化ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＬＥＤは、従来のＬＥＤよりも大幅に明るい一方、製作が安価なままである。本発明のプロセスは、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤの性能を大幅に改善する一方、余剰処理ステップがほとんどなく、したがって、見込まれるコスト上昇もほとんどなく、性能を大幅に改善可能である。ＬＥＤのｎ側のＰＥＣ粗面化は、ｎ型面を曝露するための基板除去の要件にもかかわらず、ＬＥＤ企業によって既に受け入れられている。Ｐ側粗面化は、類似利点をもたらすが、比較的容易な製作のため、はるかに大きな影響を及ぼし得る。例えば、本発明は、基板の除去を必要としない。
【００５９】
（参考文献）
以下の参考文献は、本明細書に参考として援用される。
【００６０】
【化１】
【００６１】
【化２】
（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、例示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限定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限定されることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ ＯＦ Ｇａ−ＦＡＣＥ，Ｐ−ＳＩＤＥ−ＵＰ ＧａＮ−ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７１−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３５−１）である、米国仮特許出願第６１／０５２，４１７号の利益を主張し、その出願は本明細書に参考として援用される。
【０００２】
本出願は、以下の同時係属中で同一譲受人の米国特許出願に関連する：
本出願と同一日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｕ１（２００８−５３３）である、米国実用特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号で、この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３３）である、米国仮特許出願第６１／０５２，４２１号の利益を主張する；
２００６年６月７日に出願された、Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）である、米国実用特許出願第１０／５８１，９４０号で、この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００３年１２月９日に出願された、Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａらによる、「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）である、ＰＣＴ出願第ＵＳ２００３／０３９２１１号の利益を主張する；
２００８年１０月９日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＪａｍｅｓ Ｓ．Ｓｐｅｃｋらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＦＯＲ ＣＨＩＰ ＳＨＡＰＩＮＧ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．２８９−ＵＳ−Ｐ１（２００９−１５７）である、米国仮特許出願第６１／１０４，０１５号；
２００９年１月３０日に出願された、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ａｒｐａｎ Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒらによる、「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＦＡＣＥＴＳ」というタイトルの、代理人整理番号が３０７９４．３０１−ＵＳ−Ｐ１（２００９−３６０）である、米国仮特許出願第６１／１４８，６７９号；
これらの出願は本明細書に参考として援用される。
【０００３】
（１．本発明の分野）
本発明は、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを使用して、ＧａＮ系発光ダイオード（ＬＥＤ）のｐ型表面を粗面化するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
（注記：本願は、括弧内の１つ以上の参照番号（例えば、参考文献［ｘ］）によって、本明細書を通して指示されるように、いくつかの異なる刊行物を参照する。このような参照番号に従って順序付けられたこれらの異なる刊行物の一覧は、以下の「参考文献」の項に列挙される。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。）
粗面化ＬＥＤは、ＧａＰを含む、他の材料系用として、過去に提案および開発されている［１（特許文献１）］。ＰＥＣエッチングは、ＧａＮ系ＬＥＤを粗面化するために、以前に使用されていたが、本プロセスは、Ｎ面ｎ型ＬＥＤにのみ適用可能であった。ＧａＮヘテロ構造の成長およびドーピングに関連する問題のため、成長は、通常は、任意のｐ型層が最後に成長されるように進めされる。したがって、ＬＥＤのＰＥＣ粗面化は、サファイア基板の除去と、ｎ型Ｎ面側が曝露されるように、ＬＥＤをサブマウントに結合することが、常に必要とされていた。
【０００５】
基板除去およびフリップチップ結合は、高価かつ困難であるという事実にもかかわらず、このようなＰＥＣ粗面化は、既に、ＬＥＤ製造業者に受け入れられている。
【０００６】
Ｔ．Ｆｕｊｉｉらは、初めて、レーザリフトオフプロセスと併用して、ＰＥＣエッチングを使用して、特許文献２（２００６年６月７日出願のＴｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ．Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国実用特許出願第１０／５８１，９４０号「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」（代理人整理番号第３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）号として引用され、本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００３年１２月９日出願のＴｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒによる特許文献３「ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」（代理人整理番号第３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）号の利益を主張するものである）（本出願および公開は、本明細書に参考として援用される）に開示されるように、２−３倍の光抽出の増加を示した（ｎ型）粗面化ＧａＮ ＬＥＤを製作した。
【０００７】
また、ＫＯＨ／エチレングリコールウェットエッチングを使用して、ｐ−ＧａＮの表面を単に化学的に粗面化した報告もある［２（非特許文献１）］。しかしながら、温度上昇が、エッチングを続行するために必要であって、エッチングは、欠陥を生み、非常に分散したエッチピットをもたらし、全体として比較的平滑表面につながる。また、ドライエッチングを使用して、粗面化ＬＥＤを達成することも可能であるが、ドライエッチングは、光学および電子特性に有害なイオン損傷を材料中にもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，７３９，２１７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０１２１６９０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００３／０３９２１１号
【０００９】
Ｎａ ｅｔ ａｌ．，“Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｗｅｔ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｐ−ＧａＮ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＧａＮ−Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１４，ｐ．１５１２（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＬＥＤを粗面化するためのプロセスの改良が、当技術分野において必要とされる。本発明は、本必要性を充足する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（本発明の概要）
上述の従来技術における制限を克服し、かつ本明細書の熟読および理解によって明白となるであろう他の制限をも克服するために、本発明は、ＰＥＣエッチングを使用して、ＧａＮ系ＬＥＤのｐ型表面を粗面化するプロセスについて説明する。
【００１２】
本発明は、ｐ型層の粗面を含む、ＬＥＤを開示するものであって、粗面は、粗面に入射する光を外部媒体中へと散乱させ、光は、ＬＥＤの発光活性層から入射する。例えば、ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出される光を抽出するために、粗面化される表面を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層とｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間の光を放出するための活性層とを含み得る。
【００１３】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層は、粗面化プロセスによって導入される、イオン損傷を有し得ない。さらに、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層の材質は、粗面化される表面を有するＬＥＤの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値が、表面が粗面化される前のＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して、実質的に異なる、または劣化されるほどのものではなくあり得る。
【００１４】
表面は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を抽出するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化され得、例えば、粗面化前のｐ型層の表面、または特徴または構造を伴わない表面からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して、表面からより多くの光を抽出する、もしくはそれを通してより多くの光を透過する。特徴または構造は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を散乱、回折、屈折、または指向させるように定寸され得る。特徴または構造は、粗面化前かつ構造を伴わない表面を通して透過される光出力と比較して、および／または１ｎｍ以下の表面粗度を有する、ｐ型層の平面、平坦、または平滑表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、表面を通して光出力を透過させ、ＬＥＤから出射させるように定寸され得る。通常の二乗平均平方根（ｒｍｓ）粗度は、成長させたままの材料の場合、１ナノメートル（ｎｍ）、本発明の粗面化材料の場合、２０−３０ｎｍである。
【００１５】
より具体的には、特徴または構造は、ｐ型層およびＬＥＤからの光を散乱または回折させるように定寸される、辺、寸法、幅、高度、および間隔を有し得る。さらに、辺、寸法、幅、高度、および間隔は、ｐ型層およびＬＥＤからの光の散乱、回折、または透過を向上させるために、ｐ型層内の光の波長と少なくとも同程度であり得る。例えば、辺、寸法、幅、高度、および間隙は、少なくとも０．３マイクロメートル（μｍ）、最大２μｍ、または最大１０μｍであり得る。
【００１６】
ｐ型層の表面は、活性層からの光が、ｐ型層から外部媒体中への屈折のための臨界角内の表面に衝突するように成形され得る。例えば、表面は、光が、臨界角内の傾斜表面に衝突し、それによって、傾斜表面における光の全反射を実質的に防止するように定寸される（例えば、臨界角に傾斜される）、１つ以上の傾斜表面を含み得る。任意の光抽出技術を伴わない場合、放出される４−６％の光のみ、ＧａＮ ＬＥＤから漏出可能である。本発明の表面テクスチャリングによって、４−６％超の光が、臨界角内の表面に衝打し、光抽出の増加につながる。
【００１７】
別の実施例では、表面は、２０ｎｍ以上または２５ｎｍ以上の表面粗度を含む。粗面化は、例えば、ｐ型層のＮ面、Ｇａ面、非極性表面、または半極性表面上に形成され得る。
【００１８】
さらに、本発明は、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤを製作するための方法であって、ＩＩＩ族窒化物系発光ＬＥＤのｐ型表面を粗面化するステップであって、ｐ型表面をＰＥＣエッチングするステップを含み、粗面化は、ＬＥＤから光を抽出するために好適である、ステップを含む、方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
次に、図面を参照する（同一参照番号は、全体を通して対応する部品を表す）。
【図１】図１は、ＰＥＣエッチング概略図である。
【図２】図２（ａ）は、ｐ−ｉ−ｎヘテロ構造の断面概略図であって、図２（ｂ）は、ＬＥＤのｐ型層の表面における、図２（ａ）の構造の層を通る位置の関数としての概略エネルギーバンド図であって、ＬＥＤ／電解質システム内のキャリア経路を示す。
【図３ａ】図３（ａ）は、４５°の角度で得られた、ＬＥＤの粗面化ｐ型Ｇａ面表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（縮尺：２μｍ）であって、粗度の水平変化を示す。
【図３ｂ】図３（ｂ）は、粗面化半極性（１１−２２）表面像であって、縮尺は、２０μｍである。
【図４】図４（ａ）−（ｅ）は、粗面化ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＬＥＤを生成するためのプロセスフローを例示する、概略図である。
【図５−１】図５（ａ）は、ｐ−ＧａＮ直立型ＬＥＤの表面粗面化を示す、の断面概略図である。
【図５−２】図５（ｂ）は、非粗面化ｐ型表面を示す、ＬＥＤの上面図光学像であって、表面粗度は、１ｎｍ以下である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の表面の一部の上面図光学像であって、像の表面尺度は、２．５μｍであって、グレースケールは、高度プロファイルまたは表面粗度を提供し、表面粗度は、１ｎｍ以下である。図５（ｄ）は、図５（ａ）の構造を有するＬＥＤの上面図光学像であって、粗面化ｐ型表面、粗度の水平変化、および２５ｎｍ以下の表面粗度を示す。図５（ｅ）は、図５（ｄ）の表面の一部の上面図光学像であって、像の表面尺度は、２．５μｍであって、グレースケールは、高度プロファイルまたは表面粗度（図５（ｃ）と同一尺度）を提供し、表面粗度は、２５ｎｍ以下である。図５（ｆ）は、図５（ｄ）の表面の一部の上面図ＳＥＭ像であって、図３と同一表面を示し、尺度は、２μｍである。
【図６ａ】図６（ａ）は、同一試料上に隣接する７つの平滑ＬＥＤおよび７つの粗面ＬＥＤの電圧（Ｖ）対電流（ｍＡ）（電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性または測定値）と、出力（任意の単位（ａ．ｕ．））対電流とをプロットしたものであって、平滑ＬＥＤと粗面ＬＥＤとの間のＩ−Ｖ特性の劣化がないことを示し、また、粗面ＬＥＤと平滑ＬＥＤとの間に電界発光特性にあまり変化を示さず、したがって、７つの平滑ＬＥＤの平均光出力および７つの粗面ＬＥＤの平均光出力も、駆動電流の関数としてプロットされる。
【図６ｂ】図６（ｂ）は、図６（ａ）の平滑ＬＥＤと比較した、図６（ａ）の粗面ＬＥＤの駆動電流（ｍＡ）の関数として、増大係数をプロットしたものであって、近接平滑ＬＥＤと比較して、粗面ＬＥＤの２０％の光抽出の増加を示し、また、全粗面ＬＥＤの平均増加率も示され、増大係数は、平滑ＬＥＤの光出力によって除算される粗面ＬＥＤの光出力である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（本発明の詳細な説明）
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明が実践され得る特定の実施形態の一例として示される、付随の図面が参照される。他の実施形態が利用されてもよく、構造的変化は、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることを理解されたい。
【００２１】
（概観）
大部分のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの性能は、半導体内で放出される光の全反射によって制限されるが、粗面化ＬＥＤは、粗面に入射する光を空中に散乱させることによって、光抽出を増加させる。抽出を増加させるためのＬＥＤの粗面化は、新しい技術ではないが、ＰＥＣエッチングは、イオン損傷をもたらすことなく、表面を粗面化するための高速かつ安価な方法である。
【００２２】
ＰＥＣエッチングは、これまで、ＩＩＩ−Ｎ ＬＥＤのＮ面ｎ型側のみ粗面化するために使用されてきた。ＧａＮヘテロ構造の成長およびドーピングに関連する問題のため、成長は、通常は、Ｇａ面を上方にして進められ、任意のｐ型層が、通常、最後に成長される。したがって、ＬＥＤのＰＥＣ粗面化は、サファイア基板の除去と、ｎ型Ｎ面側が曝露されるように、ＬＥＤをサブマウントに結合することが、以前は、必要とされていた。
【００２３】
対照的に、本発明は、必然的に、成長の際、上表面となる、ＬＥＤのＧａ面ｐ型側のＰＥＣ粗面化を達成可能にした。
【００２４】
（技術説明）
ＰＥＣエッチングは、光源（例えば、高バンドギャップ１０００ワットＸｅランプ１００）と、電気化学セルとを含み、（例えば、ＧａＮ ＬＥＤ試料１０２の）半導体は、システムのアノードとして作用し、その上に直接パターン化されたカソードとして作用する金属１０４（通常、白金（Ｐｔ）またはＴｉ／Ｐｔ）を有する（図１）。光１０６は、半導体内に電子−正孔対を発生させ、電子は、カソード１０４を通して抽出される一方、正孔は、半導体表面における酸化反応に関与し、半導体表面を電解質１０８内で溶解させる。表面バンドが、半導体／電解質界面において屈曲するため、正孔は、通常は、ｎ型材料内の表面にのみ閉じ込められる一方、電子は、ｐ型材料内の表面に閉じ込められる。このため、ｐ型半導体のＰＥＣエッチングは、達成が困難であった。また、図１は、例えば、ＧａＮフィルタ１１０を使用して、光１０６が濾過され得ることも示す。ＬＥＤ１０２のｐ−ＧａＮは、ＰＥＣエッチングのためのアノードである。
【００２５】
例えば、標準的ＬＥＤ構造２００を使用して、光源は、量子井戸領域２０４内でのみ、または主にその中で吸収される、光２０２を放出するように選択可能であって、構造２００のドーピングは、電子２０６が、ｎ型層２１０中へと引き寄せられ（２０８）、カソードを通して漏出可能であって、正孔２１２は、ｐ型キャップ層２１６中へと引き寄せられる（２１４よ）うに、光生成キャリアを空間的に分離する（図２（ａ）および図２（ｂ））。ＫＯＨ等の強塩基性溶液を電解質２１８として使用することによって、光生成された正孔２１２は、表面２２０（例えば、電解質２１８を伴う、ｐ型層２１６の任意の界面２２２）に到達し、エッチング反応に関与可能となる。このように、ヘテロ構造２００のｐ型表面２２０は、ドライエッチングを必要とすることなく、エッチング可能である。バルク２１６、２１０のバンドギャップＥｇ（バルク）２２４、２２６は、光子エネルギーｈｖ（ｈは、プランクの定数、ｖは、光２０２の周波数である）の光２０２が、量子井戸領域２０４の量子井戸２３０内にのみ吸収されるように、量子井戸２３０（例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ））のバンドギャップＥｇ（ＭＱＷ）２２８より高い。
【００２６】
電子−正孔対は、低バンドギャップ層２３０内に発生し、ｐ−ｎ接合２００の内蔵電界によって分離される（内蔵電界は、ｐ型領域２１６とｎ型領域２１０との間の伝導バンドＥｃおよび価電子バンドＥｖの勾配２３２に比例する）。強塩基性溶液２１８を使用することによって、表面バンド屈曲２３４は、光生成された正孔２１２の多くが、表面２２０に到達し、エッチング反応に関与するように、最小限にされることが可能である。エッチング条件の入念なバランスは、平滑にエッチングされるよりも、粗面化されるｐ−ＧａＮ表面２２０を生成し、これによって、本発明は、ｐ側上方Ｇａ面粗面化ＬＥＤを形成可能となる（図３（ａ））。図３（ａ）に示されるように、結果として生じるｐ−ＧａＮ表面３００は、ピット３０２等の特徴を有する。図３（ａ）では、表面は、エッチングされたピットと、エッチングされていない領域、またはピット間の平滑領域を含む。側壁は、若干傾斜しており、底面は、平滑ではない。しかしながら、エッチング条件および開始材料に応じて、同一ウエハ上の種々の位置を含む、多くの変形例が存在し得る。図３（ｂ）は、存在し得る変化量を例示する、粗面化半極性（１１−２２）表面の像である。
【００２７】
粗面化ＬＥＤを生成するための本発明のプロセスでは、低バンドギャップ吸収層としての量子井戸を利用して、電子−正孔対の発生をエッチングされる面積から分離し、正孔を表面に移動させる一方、電子は、カソードを通して、内部場によって駆動される。本プロセスは、１つの余剰ステップのみ、ＧａＮ系ＬＥＤの製作プロセスに導入することになる。プロセスの実施例は、以下に提示され、図４（ａ）−（ｅ）に図式的に示される。量子井戸（活性領域４００内）の使用は、材料の成長への変化を必要とせず、標準的ＬＥＤ材料が、図４（ａ）に示されるプロセスのために使用され得る。唯一の要件は、通常の場合において、量子井戸のバンドギャップが、ｐ型層４０２のバンドギャップよりも低いことである。
【００２８】
（製作方法）
ＰＥＣエッチング方法に関するさらなる情報は、Ａｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる、本明細書と同日出願の米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」（代理人整理番号第３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｕ１（２００８−５５３）号）に見出され得る（本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、２００８年５月１２日出願のＡｄｅｌｅ Ｔａｍｂｏｌｉ、Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ、Ｍａｔｔｈｅｗ Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる米国仮特許出願第６１／０５２，４２１号「ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ Ｐ−ＴＹＰＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」（代理人整理番号第３０７９４．２７２−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３３）号）の利益を主張するものである）（本出願は、上記に引用され、本明細書に参考として援用される）。
【００２９】
図４（ａ）−（ｅ）は、ＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ）系ＬＥＤ４０４を製作するための方法を例示する。方法は、以下のステップのうちの１つ以上を含む。
【００３０】
１．活性化ｐ−ＧａＮ４０２を伴うＬＥＤ構造４０４を使用する。これは、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層４０６（例えば、ｎ型ＧａＮまたはｎ−ＧａＮ）を基板４０８（例えば、サファイア基板）上に蒸着するステップと、ＩＩＩ族窒化物活性領域４００（例えば、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層）をｎ型ＧａＮ層４０６（例えば、ｎ−ＧａＮ）上に蒸着するステップと、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層（例えば、ｐ型ＧａＮ層またはｐ−ＧａＮ）４０２をＩｎＧａＮ活性層４００上に蒸着するステップとを含み得る。次いで、以下のステップが、図４（ｂ）−（ｅ）に示される通常の製作プロセスにおいて行なわれる。
【００３１】
２．図４（ｂ）に示されるように、例えば、ｐ型ＧａＮ層４０２およびＩｎＧａＮ活性層４００内に１つ以上のメサをエッチングすることによって、ＬＥＤメサ４１０をマスキングおよびエッチングする。
【００３２】
３．図４（ｃ）に示されるように、例えば、１つ以上のｎ接点４１２をｎ型ＧａＮ層４０６上に蒸着することによって、ＬＥＤメサ４１０の周囲場の至る所にカソード４１２を蒸着する。表面積は、エッチング反応を高速に進めるために重要である。Ｐｔを使用して、エッチング率を向上させることが可能であるが、必要ではない。本金属４１２は、ｎ接点として使用可能である。
【００３３】
４．ＰＥＣエッチングをステップ１−３で形成された構造上で行なう。具体的には、図４（ｄ）に示されるように、ｐ−ＧａＮ４０２の表面４１６（それを通して光が抽出される）のＰＥＣ粗面化４１４を行なう。例えば、ＰＥＣ照射は、ＩｎＧａＮ層活性層４００が、電子および正孔を光生成するように、主に、ＩｎＧａＮ活性層４００内に吸収され得る。本ステップは、半導体構造４０４内の内部バイアスを使用して、電子がｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６に到達するのを防止し、正孔がｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６に到達するのを促進し得る。例えば、構造４０４のドーピングは、電子がｎ型ＧａＮ層４０６中へと引き寄せられるように、ＩｎＧａＮ活性層４００内での吸収によって、光生成された電子および正孔を空間的に分離し得、電子は、カソードとして作用するｎ接点４１２を通して漏出し、正孔は、ｐ型ＧａＮ層４０２中へと引き寄せられ、正孔は、ｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６における塩基および酸性溶液とのエッチング反応に関与し、エッチング反応は、ＬＥＤ４０４から光を抽出するために好適なｐ型ＧａＮ層４０２の表面４１６の粗面化４１４を生成する。
【００３４】
理想的条件は、５Ｍ ＫＯＨ電解質溶液と、ＧａＮを通して濾過される１０００Ｗ Ｘｅランプの使用で、それにより、電子−正孔対が、活性領域４００のＩｎＧａＮ内にのみ発生し、ランプが、強照射のために集束される。
【００３５】
平滑または粗面表面が達成されるかを決定し得る要因は、使用される材料による。通常は、半極性ＧａＮのｃ面またはいくつかの配向の使用による欠陥および結晶エッチングは、粗面表面につながる一方、非極性または低欠陥密度材料は、通常は、平滑表面をもたらす。どの電解質が選択されるか、その濃度、照射強度、およびエッチングの際に溶液が撹拌されるかどうかに基づいて、ある程度の可変性が存在する。粗面表面の場合、低強度照射および非撹拌による、濃縮ＫＯＨが、電解質として、使用され得る。また、任意のエッチング停止層に到達する前に、エッチングを停止するステップによって、表面が平滑化されないことを確実にするであろう。
【００３６】
５．図４（ｅ）に示されるように、ｐ接点４１８を粗面化４１４上に蒸着する。最終結果は、ＬＥＤ４０４である。本発明は、ＬＥＤに限定されないが、半導体構造４０４は、通常はは、ｐ型層４０２と、ＰＥＣ照射を吸収する（かつ、製作された発光素子４０４内で光を発光する）ための活性層４００と、ｎ型層４０６とを含む。
【００３７】
したがって、図４（ａ）−（ｅ）は、ＬＥＤ４０４のｐ型表面４１６を粗面化４１４するステップを含む、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤ４０４を製作するための方法であって、粗面化４１４は、ｐ型表面４１６をＰＥＣエッチングするステップを含み、粗面化４１４は、ＬＥＤ４０４から光を抽出するために好適である方法を例示する。また、方法は、他の材料系だけではなく、ｃ面以外のＧａＮのいくつかの他の配向でも作用し得る。
【００３８】
（ＬＥＤ構造）
図５（ａ）は、本発明のＬＥＤ構造５００の概略断面であって、（ａ）ＬＥＤ５００の活性層または領域５０８によって放出される光５０６を抽出するために粗面化される表面５０４を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２（例えば、ｐ型ＧａＮ）と、（ｂ）ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０（例えば、ｎ型ＧａＮ）とを含む。発光活性層５０８（例えば、ＧａＮ障壁５１４間で光５０６を放出するためのＩｎＧａＮ量子井戸５１２）は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２とｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０との間にある。ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０、および活性層５０８は、ドライエッチングされたｐ型層５０２と比較して、粗面化プロセスによってもたらされるイオン損傷を有さない、またはイオン損傷が少なくあり得る。ｎ−ＧａＮ５１０は、通常は、サファイア等の基板５１６上にある。
【００３９】
また、図５（ａ）は、粗面化されるｐ型層５０２の表面５０４（例えば、ｐ型ＩＩＩ族窒化物）を含む、光抽出を向上させるＬＥＤ５００（例えば、ＩＩＩ族窒化物系）を例示し、粗面５０４は、粗面５０４に入射する光５０６を外部媒体５１８（駆虫またはエポキシ樹脂等を含むが、それらに限定されない、ＬＥＤ５００の外部）中へ散乱させる、または散乱を増加させ、光５０６は、ＬＥＤ５００の発光活性層５０８から入射する。
【００４０】
ｐ型層５０２の表面５０４は、構造あるいは特徴５２０を生成するために、ＬＥＤ内の半導体の表面から光５０６を抽出する、またはそこからの抽出（または、それを通しての透過）を向上させるように定寸されて（例えば、放出される光の波長に類似する寸法を伴って）、粗面化もしくは構造化され得る。例えば、抽出は、ｐ型層およびＬＥＤからの光散乱、回折、屈折、または指向を含み得るが、それらに限定されず、特徴または構造５２０は、表面５０４、ｐ型層５０２、およびＬＥＤ５００からの光５０６を外部媒体５１８中へと抽出（例えば、散乱、回折、指向、または屈折）させるように定寸される。特徴または構造５２０は、ｐ型層の表面５０２の粗面化前のｐ型層の表面５０２からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して（もしくは、特徴または構造５２０を伴わない非粗面化／非構造化表面と比較して）、表面５０４から（を通して）、より多くの光５０６を抽出（透過）するように定寸されるべきである。
【００４１】
特定の科学的原理、理論、または実施例によって拘束されることなく、種々の実施例、原理、および理論が、以下に提供される。
【００４２】
光抽出を向上させるために、表面５０４は、ほぼ構造５００内の光の波長の尺度で最適に変動する、粗度を有し得る。例えば、本発明における粗度の幅または水平変化は、光の波長に匹敵し得る。１０μｍ以下毎に特徴（ピッド等）を伴う表面は、完全平滑表面と比較して、光抽出を改善し得るが、その改善は、有意または大幅に良好ではあり得ない。同様に、約数オングストロームの周期性を有する表面粗度は、光の波長の尺度に基づいて変動する特徴／表面粗度より、少ない影響を光抽出に影響を及ぼし得る。
【００４３】
別の実施例では、特徴５２０は、通常は、特徴または構造５２０が、光５０６の伝播方向に影響を及ぼす、例えば、ｐ型層５０２およびＬＥＤ５００からの光５０６を外部媒体５１８中へと散乱、回折、屈折、または別様に指向させ得るように定寸される（例えば、少なくとも、ｐ型層５０２内の光５０６の波長と同程度の長さを有する）、１つ以上の辺５２２、縁、あるいは寸法５２４（幅５２６ａおよび／または高度５２６ｂを含むが、それらに限定されない）、および／または間隔５２８を有する。
【００４４】
例えば、長さ、寸法５２４、または間隔５２８は、少なくとも０．３μｍ、少なくとも０．３μｍかつ最大２μｍ、少なくとも０．３μｍかつ最大１０μｍ、または１μｍ乃至２μｍであり得るが、それらに限定されない。特徴／構造５２０は、間隔５２８が、光５０６の波長より実質的に小さくなるように、相互に隣接し得る。上述のように、選択される寸法５２４および間隔５２８は、放出される光５０６の波長に依存してもよい。
【００４５】
あるいは、または加えて、表面５０４は、活性層５０８からの大部分の光５０６が、ｐ型層５０２から外部媒体５１８中へと屈折するために、臨界角θｃ内の表面５０４に衝突するように成形され得る。例えば、表面５０４は、活性層５０８からの大部分の光５０６が、ｐ型層５０２および表面５０４から屈折するために、臨界角θｃ（表面法線θｎに対して）内で表面５０４に衝突するように、勾配または傾斜表面５３０を伴って成形される、またはそれを含み得る。臨界角は、θｃ＝逆正弦（ｎ２／ｎ１）として定義され得、式中、ｎ２は、ＬＥＤ５００の表面５０４に接触する外部媒体５１８（その中へと、ＬＥＤ５００からの光５０６が抽出される材料５１８）の屈折率であって、ｎ１は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２の屈折率である。点線５３２は、粗面化前のｐ型５０２表面の一部を示し、通常は、勾配または傾斜表面５３０は、非粗面化平面および／または平滑表面５３４（本発明の粗面化前）に対して、角度θｃにある。表面５３４は、ＬＥＤ５００の成長方向５３６（例えば、ｃ軸、（０００１）、（０００−１）、非極性、または半極性方向５３６）に対して垂直に、エピタキシャルに成長した表面５３４であって、例えば、Ｎ面、Ｇａ面、半極性平面、非極性平面であり得る。表面５３４は、例えば、不整合切断または誤配向表面であり得る。表面５０４は、例えば、ｐ型ＩＩＩ族窒化物５０２の結晶ファセットを含み得る。
【００４６】
臨界角θｃの影響のさらなる例示として、また、ｐ型層５０２の非粗面５３４に入射する（または、ｐ型層５０２と外部媒体５１８との間の非粗面化界面５４０ａに入射する）と、全反射される、活性層５０８によって放出される光５３８の軌道も、図５（ａ）に示される。本発明は、表面５０４が、光５３８の全反射を実質的に防止するように成形され得ることを例示する。より具体的には、傾斜表面５３０は、光５０６が、臨界角θｃ内の傾斜表面５３０に衝突し、それによって、傾斜表面５３０において、光５３８の全反射を実質的に防止する、および／または活性層５０８からの４−６％超の光５０６が抽出されるように定寸され得る。
【００４７】
また、本発明は、界面５４０ａを粗面化または構造化し、それによって、粗面化界面５４０ｂを生成し、界面５４０ｂに入射する光５０６を外部媒体５１８中へと散乱、屈折、あるいは透過させることも考慮され得る。例えば、本発明は、ＬＥＤ５００によって放出される全反射光５３８を減少または抽出するために、表面５３４または界面５４０ａを粗面化し得る（例えば、光５０６を臨界角θｃ内の界面５４０ｂに衝突させることによって）。
【００４８】
また、カソードまたはｎ接点５４２も、図５（ａ）に示される。
【００４９】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の構造を有するが、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２の表面５３４の粗面化を伴わない構造を有する、ＬＥＤの上面図光学像である（例えば、表面５３４は、ｐ型層５０２と外部媒体５１８との間の界面５４０ａにおいて、光５３８の全反射がｐ型材料５０２内で生じるために十分に平滑／そのように定寸される、平滑な「成長させたままの」表面である）。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のｐ型表面５０４の一部の光学像であって、２．５μｍ×２．５μｍの面積にわたって、１ｎｍ未満の表面粗度を伴う、平面または平滑表面５３４を示す。光を抽出するために、表面５０４は、表面５３４より粗面であるべきであって、したがって、本発明は、表面５３４を粗面化または構造化し、表面５０４を生成し得る。
【００５０】
図５（ｄ）は、図５（ａ）の構造を有する、本発明のＬＥＤの上面図光学像であって、粗面化（表面粗度：２５ｎｍ以下）を伴う、ｐ型表面５０４を示し、さらに、ｐ接点５４６上にｐ型パッド５４４を備え、ｐ接点５４６は、ｐ型表面５０４にオーム接触し、ｎ接点５４２は、ｎ型層５１０オーム接触する。図５（ｅ）は、図５（ｄ）の粗面５０４の一部の光学像であって、深度少なくとも２５ｎｍ、幅１μｍ未満であって、２．５μｍ未満だけ離間される、ピット５４８を含む、ピット表面（表面粗度：２５ｎｍ以下）を示す。図５（ｆ）は、図５（ｄ）の粗面５０４の一部のＳＥＭ像である。
【００５１】
図５（ｅ）および図３（ａ）では、ピット５４８は、六角形である。しかしながら、本形状は、異なる結晶面の場合、変化し、光を散乱させる能力に影響を及ぼさない。
【００５２】
図６（ａ）は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層５０２、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層５１０、および活性層５０８の材質が、粗面化される表面５０４を有するＬＥＤ（例えば、図５（ｄ）のＬＥＤ）のＩ−Ｖ測定値が、（１）ｐ型層５０２の平滑、平面、平坦、または非粗面５３４を有するＬＥＤのＩ−Ｖ測定値、および／または（２）表面５３４が粗面化される前のＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して（例えば、図５（ｂ）のＬＥＤと比較して）、実質的に異ならない、あるいは劣化されない程度のものであることを例示する。より具体的には、平滑および粗面素子の抵抗は、材料内の正常変動内では、同一である（すなわち、粗面と平滑ＬＥＤ間よりも、平滑（または、粗面）ＬＥＤ間において、より変動が大きい。これは、ｐ型層５０２、ｎ型層５１０、および活性層５０８を含む、ＬＥＤ５００（例えば、図５（ｄ）のＬＥＤ）が、平滑ＬＥＤ（例えば、図５（ｂ）のＬＥＤ）と比較して、実質的に類似材料質を有することを意味する（例えば、類似欠陥密度、層厚、および導電性等）。
【００５３】
概して、表面５３４のテクスチャリングを伴わない場合、４−６％の光のみ、ＬＥＤから漏出する。本発明は、４−６％超の光が漏出するように、表面５０４をテクスチャリングする。図６（ａ）および６（ｂ）は、本発明のＬＥＤ５００を例示し、表面５０４は、（１）構造５２０を伴わないｐ型層５０２の平滑または非粗面５３４を通して透過される光出力、（２）１ｎｍ以下の表面粗度を有する平面、平坦、または平滑ｐ型層の表面、および／または（３）粗面化前の表面５３４を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、表面５０４を通して光出力を透過し、ＬＥＤ５００から出射させるように定寸される、特徴５２０あるいは構造を伴って、粗面化もしくは構造化される。例えば、図５（ｄ）の粗面化ＬＥＤは、粗面化によって、図５（ｂ）の平滑ＬＥＤの光出力と比較して、少なくとも２０％多く、光出力を有する。
【００５４】
ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ５００の成長は、通常は、各層５０２、５０８、５１０のＧａ面が上方になるように進めされ（すなわち、各層５０２、５０８、５１０の最終成長表面は、Ｇａ面である）、本発明によって粗面化または構造化されるｐ型層５０２の表面５３４が、通常は、Ｇａ面であるように、任意のｐ型層５０２が、通常、最後に成長される。しかしながら、本発明は、特定の表面５３４または成長方向５３６に限定されず、例えば、粗面化は、ｐ型層５０２のＮ面またはＧａ面に形成され得る。
【００５５】
本情報に関するさらなる情報は、［６］に見出される得る。
【００５６】
（可能性として考えられる修正例および変形例）
酸を含む、他の電解質も、作用し得るが、強塩基は、最小量の表面バンド屈曲をもたらし、エッチング率を向上させるであろう。また、他の光源も、主に、量子井戸または粗面化される層と別の任意の他の層内において、キャリアを励起するために十分強力である限り、使用可能である。また、本プロセスは、ｐ型層が頂面にある限り、Ｎ面および種々の半極性平面等、他の結晶面にも適用可能である。Ｎ面ＬＥＤの場合、ピットではなく、円錐を形成すべきであって、光抽出に対してより効率的であり得る。
【００５７】
表面は、粗面に限定されず、例えば、テクスチャリングされた表面、格子構造、または光結晶であり得る。
【００５８】
（利点および改良点）
Ｐ側上方粗面化ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＬＥＤは、従来のＬＥＤよりも大幅に明るい一方、製作が安価なままである。本発明のプロセスは、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤの性能を大幅に改善する一方、余剰処理ステップがほとんどなく、したがって、見込まれるコスト上昇もほとんどなく、性能を大幅に改善可能である。ＬＥＤのｎ側のＰＥＣ粗面化は、ｎ型面を曝露するための基板除去の要件にもかかわらず、ＬＥＤ企業によって既に受け入れられている。Ｐ側粗面化は、類似利点をもたらすが、比較的容易な製作のため、はるかに大きな影響を及ぼし得る。例えば、本発明は、基板の除去を必要としない。
【００５９】
（参考文献）
以下の参考文献は、本明細書に参考として援用される。
【００６０】
【化１】
【００６１】
【化２】
（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、例示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限定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限定されることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
（ａ）該ＬＥＤによって放出される光を抽出するために、粗面化される表面を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、
（ｂ）ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、
（ｃ）該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間の該光を放出するための活性層と
を含む、ＬＥＤ。
【請求項２】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層は、前記表面の粗面化プロセスによって導入される、イオン損傷を有さない、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層の材質は、粗面化される前記表面を有する前記ＬＥＤの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値が、該表面が粗面化される前の該ＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して、実質的に異なる、または劣化されるほどのものではない、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を抽出するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記表面は、前記粗面化前の前記ｐ型層の表面、または前記特徴または構造を伴わない表面からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して、該表面からより多くの光を抽出する、もしくはそれを通してより多くの光を透過するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化される、請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記特徴または構造は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を散乱、回折、屈折、または指向させるように定寸される、請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記表面は、前記粗面化前かつ前記構造を伴わない表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、該表面を通して光出力を透過させ、前記ＬＥＤから出射させるように定寸される、特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記表面は、１ｎｍ以下の表面粗度を有する、前記ｐ型層の平面、平坦、または平滑表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、該表面を通して光出力を透過させ、前記ＬＥＤから出射させるように定寸される、特徴または構造を伴って粗面化あるいは構造化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を散乱または回折させるように定寸される、辺、寸法、幅、高度、および間隙を有する特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光の散乱、回折、または透過を向上させるために、該ｐ型層内の光の波長と少なくとも同程度の長さの辺、寸法、幅、高度、および間隙を有する特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記辺、前記寸法、前記幅、前記高度、および前記間隙は、少なくとも０．３μｍである、請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記辺、前記寸法、前記高度、および前記間隙は、最大２μｍである、請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記辺、前記寸法、前記高度、および前記間隙は、最大１０μｍである、請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記表面は、前記活性層からの光が、前記ｐ型層から外部媒体中への屈折のための臨界角内で表面に衝突するように成形される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記表面は、前記光が、前記臨界角内で傾斜表面に衝突し、それによって、該傾斜表面における該光の全反射を実質的に防止するように定寸される、１つ以上の傾斜表面を含む、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
前記傾斜表面は、前記光が、前記臨界角内で該傾斜表面に衝突し、前記活性層からの４−６％超の光が、該表面から抽出されるように、該臨界角に傾斜させられる、請求項１５に記載のＬＥＤ。
【請求項１７】
前記表面は、２５ｎｍ以上の表面粗度を含む、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記粗面化は、前記ｐ型層のＮ面、Ｇａ面、非極性表面、または半極性表面上に形成される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
ＩＩＩ族窒化物系発光ダイオード（ＬＥＤ）を製作するための方法であって、
該ＩＩＩ族窒化物系発光ＬＥＤのｐ型表面を粗面化することであって、該粗面化は、該ｐ型表面を光電気化学的にエッチングすることを含み、該粗面化は、該ＬＥＤから光を抽出するために好適である、ことを含む、方法。
【請求項２０】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ型層の粗面を含み、該粗面は、該粗面に入射する光を外部媒体中へと散乱させ、該光は、該ＬＥＤの発光活性層から入射する、発光ダイオード。
【請求項２１】
前記ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物系であって、前記ｐ型層は、ＩＩＩ族窒化物である、請求項２０に記載のＬＥＤ。
【請求項２２】
発光ダイオードから光を抽出するための方法であって、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の粗面から光を抽出することを含む、方法。
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
（ａ）該ＬＥＤによって放出される光を抽出するために、粗面化される表面を有する、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と、
（ｂ）ｎ型ＩＩＩ族窒化物層と、
（ｃ）該ｐ型ＩＩＩ族窒化物層と該ｎ型ＩＩＩ族窒化物層との間の該光を放出するための活性層と
を含む、ＬＥＤ。
【請求項２】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層は、前記表面の粗面化プロセスによって導入される、イオン損傷を有さない、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物層、ｎ型ＩＩＩ族窒化物層、および活性層の材質は、粗面化される前記表面を有する前記ＬＥＤの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定値が、該表面が粗面化される前の該ＬＥＤのＩ−Ｖ測定値と比較して、実質的に異なる、または劣化されるほどのものではない、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を抽出するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記表面は、前記粗面化前の前記ｐ型層の表面、または前記特徴または構造を伴わない表面からの抽出、あるいはそれを通しての透過と比較して、該表面からより多くの光を抽出する、もしくはそれを通してより多くの光を透過するように定寸される、特徴または構造を生成するために粗面化される、請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記特徴または構造は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を散乱、回折、屈折、または指向させるように定寸される、請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記表面は、前記粗面化前かつ前記構造を伴わない表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、該表面を通して光出力を透過させ、前記ＬＥＤから出射させるように定寸される、特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記表面は、１ｎｍ以下の表面粗度を有する、前記ｐ型層の平面、平坦、または平滑表面を通して透過される光出力と比較して、少なくとも２０％多く、該表面を通して光出力を透過させ、前記ＬＥＤから出射させるように定寸される、特徴または構造を伴って粗面化あるいは構造化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光を散乱または回折させるように定寸される、辺、寸法、幅、高度、および間隙を有する特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記表面は、前記ｐ型層および前記ＬＥＤからの光の散乱、回折、または透過を向上させるために、該ｐ型層内の光の波長と少なくとも同程度の長さの辺、寸法、幅、高度、および間隙を有する特徴または構造を伴って粗面化される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記辺、前記寸法、前記幅、前記高度、および前記間隙は、少なくとも０．３μｍである、請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記辺、前記寸法、前記高度、および前記間隙は、最大２μｍである、請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記辺、前記寸法、前記高度、および前記間隙は、最大１０μｍである、請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記表面は、前記活性層からの光が、前記ｐ型層から外部媒体中への屈折のための臨界角内で表面に衝突するように成形される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記表面は、前記光が、前記臨界角内で傾斜表面に衝突し、それによって、該傾斜表面における該光の全反射を実質的に防止するように定寸される、１つ以上の傾斜表面を含む、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
前記傾斜表面は、前記光が、前記臨界角内で該傾斜表面に衝突し、前記活性層からの４−６％超の光が、該表面から抽出されるように、該臨界角に傾斜させられる、請求項１５に記載のＬＥＤ。
【請求項１７】
前記表面は、２５ｎｍ以上の表面粗度を含む、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記粗面化は、前記ｐ型層のＮ面、Ｇａ面、非極性表面、または半極性表面上に形成される、請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
ＩＩＩ族窒化物系発光ダイオード（ＬＥＤ）を製作するための方法であって、
該ＩＩＩ族窒化物系発光ＬＥＤのｐ型表面を粗面化することであって、該粗面化は、該ｐ型表面を光電気化学的にエッチングすることを含み、該粗面化は、該ＬＥＤから光を抽出するために好適である、ことを含む、方法。
【請求項２０】
発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ型層の粗面を含み、該粗面は、該粗面に入射する光を外部媒体中へと散乱させ、該光は、該ＬＥＤの発光活性層から入射する、発光ダイオード。
【請求項２１】
前記ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物系であって、前記ｐ型層は、ＩＩＩ族窒化物である、請求項２０に記載のＬＥＤ。
【請求項２２】
発光ダイオードから光を抽出するための方法であって、ｐ型ＩＩＩ族窒化物層の粗面から光を抽出することを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図２】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２０１１−５２０２９６（Ｐ２０１１−５２０２９６Ａ）
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０９６１６（Ｐ２０１１−５０９６１６）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３６４１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４０２８５
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５９２１３０６９９）ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３６４１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４０２８５
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５９２１３０６９９）ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
【Ｆターム（参考）】
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