JP4799528B2

JP4799528B2 - 発光ダイオードの構造及びその製造方法

Info

Publication number: JP4799528B2
Application number: JP2007283935A
Authority: JP
Inventors: 家銘李; 宏誠林; 振瀛 ▲き▼
Original assignee: 泰谷光電科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2009111266A

Description

本発明は、発光ダイオードの構造及びその製造方法に係り、特に、基板上にエッチングマスクを形成し、選択性エッチングにより異なる凹凸面の不規則幾何形状を該基板の表面に形成し、該凹凸面により半導体層の光導波路方向を変更し、外部量子効率を向上した発光ダイオード及びその製造方法に関する。

ソリッド照明を実現するため、発光効率を向上した発光ダイオードの開発が急がれている。発光ダイオードの発光効率改善の方法は二つの部分に分けられる。その一つは発光ダイオードの内部量子効率を向上することで、もう一つは発光ダイオードの光ピックアップ効率（光取出し率）を増すことである。

内部量子効率の方面では、エピタキシー材料の品質向上が内部量子効率向上に最も直接的且つ明らかな効果がある。そのうち横方向成長技術（ＥｐｉｔａｘｉａｌＬａｔｅｒａｌＯｖｅｅｒｇｒｏｗｔｈ；ＥＬＯＧ）はエピタキシー材料品質を向上でき、それは、二酸化シリコンストライプパターンの基板に窒化ガリウム層を横方向再成長させることで、スレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の欠陥を減らし、これにより内部量子効率を向上する。

もう一種の技術は特許文献１に記載の横方向エピタキシャル法（ＬａｔｅｒａｌＥｐｉｔａｘｉａｌＰａｔｔｅｒｎＳｕｂｓｔｒａｔｅ；ＬＥＰＳ）であり、この技術はドライ或いはウェットエッチングの方式を利用して基板上のパターンのエッチングを行い、ＥＬＯＧに類似の効果を達成する。その長所は製造工程が容易であり且つエピタキシャル成長の時間を減らせることである。この方法を利用することで窒化ガリウム中のスレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を減らせ、発光ダイオードの発光効率を向上できる。

光取出し効率方面では、一般に半導体材料とパッケージ材料の屈折率の違いが大きいために、全反射角が小さくなり、ゆえに発光ダイオードの発生する光が空気との界面に到達した時、臨界角より大きい光は全反射されて発光ダイオードダイの内部に戻る。光子の境界面にて半導体を離れる確率は小さくなり、光子はただ内部で全部が吸収されて熱に転成するまで全反射され続けるだけであり、このため、発光効率が悪くなる。

このため基板の幾何形状を変化させることが光取出し効率を高めて発光効率をアップする有効な方法の一つである。上述の特許文献１によると、凹部及び又は凸部を具備する構造を基板の半導体発光素子に形成すると、平坦な基板と較べて、このような構造では、光が半導体層の横方向に伝播される時、凹部或いは凸部の発生する散乱と回折効果により、大幅に外部量子効率をアップできる。このほか、基板の凹部及び又は凸部構造部分は、横方向成長技術により、窒化ガリウム層のスレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を減らせると共に、発光ダイオードの内部量子効率をアップできる。

米国特許第６，８７０，１９３号明細書

但し、この技術の、基板に対して凹部或いは凸部を具備する幾何形状を形成する方法は、先ず鈍化層構造を基板の上方に形成し、更にリソグラフィー方式を利用し、凹部或いは凸部の幾何形状の外形のパターンを画定し、更にドライエッチング或いはウェットエッチングの方式で基板に対して凹部或いは凸部構造を形成する。このような製造過程は煩瑣であり、製造コストが増し、発光ダイオードの商業応用に符合しない。

本発明は一種の発光ダイオードの構造及びその製造方法を提供することを目的とし、それは、基板表面に化学反応層を形成し、化学反応層をエッチングマスクとし、ウェットエッチング或いはドライエッチング法により、異なる凹凸面の不規則幾何形状を該基板表面上に形成し、発光ダイオードの外部量子効率と内部量子効率を共に向上し、従来の技術の欠点を解決する。

本発明の発光ダイオードの製造方法は、少なくとも以下の工程を包含する。即ち、まず、基板を提供し、該基板はサファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のいずれかとされる。該基板を第１溶液内に置いて反応させ、その表面に化学反応層を形成し、その後、該化学反応層をマスクとして、該基板に対してドライエッチング法、ウェットエッチング法及びその混合使用のいずれかにより、選択性エッチングを行い、該基板の上方の該化学反応層の無い部分に、複数の凹部と上方に該化学反応層がある凸部を形成する。更に該基板を第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層を除去し、高度差が０．１μｍから１５μｍの凹部と凸部を具えた不規則幾何形状を該基板表面に形成し、且つ該基板表面をクリーニングする。最後に、該基板表面上に半導体発光構造を形成し、且つ横方向成長エピタキシー技術を利用して該半導体発光構造を充填して前述の凹部と凸部を平坦化して孔をなくす。
本発明は、該第１溶液を該基板上に不連続な該化学反応層を形成するために使用し、その後、選択性エッチングを行ない、この時、該基板の該化学反応層に被覆されていない部分に凹部が形成され、該化学反応層に被覆された部分は反応せず、このため凸部が形成される。

そのうち、該第１溶液と該第２溶液は酸性溶液グループ、アルカリ性溶液グループから選択された少なくとも一種類及び数種類の組合せのいずれかとされる。該酸性溶液グループは、フッ化水素（ＨＦ）、硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）、塩酸（ＨＣｌ）、りん酸（Ｈ₃ ＰＯ₄）、硝酸（ＨＮＯ₃ ）、王水（Ａｑｕａｒｅｇｉａ）、バッファードオキサイドエッチャント（ＢｕｒｒｅｒｅｄＯｘｉｄｅＥｔｃｈ；ＢＯＥ）、アルミニウムエッチャント（ＡｌＥｔｃｈａｎｔ）、過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）、ぎ酸（ＨＣＯＯＨ）、酢酸（ＣＨ₃ ＣＯＯＨ）、こはく酸（Ｃ₄ Ｈ₆ Ｏ₄ ）及びクエン酸（ＣｉｔｒｉｃＡｃｉｄ）を包含する。該アルカリ性溶液グループは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ；ＴＭＡＨ）を包含する。該基板を第１溶液と第２溶液中に置く時間は１秒から２００分間である。

該半導体発光構造は、少なくとも一つのｎ型半導体層、活性層と少なくとも一つのｐ型半導体層を順にエピタキシャル成長させ、そのうち、該活性層は発光領域とされて該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層の間に形成され、且つ該ｐ型半導体層はｐ型オームコンタクト電極と電気的に接続され、該ｎ型半導体層にｎ型オームコンタクト電極が電気的に接続されて順方向バイアスが提供される。

該基板が該第１溶液中に置かれる前に、更に前処理工程が包含される。該前処理工程では厚さが１Åから１０μｍの鈍化層を該基板表面上に成長させ、更に該基板を該第１溶液中に置く。該鈍化層の材料は、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、金属、ホトレジスト、ブチルベンゼン、ポリイミドの単層、多層構造及びその組合せのいずれかとされる。

また、該鈍化層に対して、更にリソグラフィー工程で周期性パターン化し、更に該基板表面を一部露出させて、更に基板を該第１溶液中に置いてもよい。そのうち、該鈍化層の周期性パターンは円形、多角形及びその組合せのいずれかの周期性パターンとされ、該周期性パターンの幅は０．１μｍから１５μｍとされ、ピッチは０．１μｍから１５μｍとされる。

また、該鈍化層に対して、更にリソグラフィー工程で周期性パターン化した後、該基板の露出した表面にエッチングにより複数の凹溝を形成し、且つ該鈍化層を除去した後、更に該基板を該第１溶液中に置き、該基板の表面の凹凸を更に明確としてもよい。

該前処理工程では、厚さが１Åから１０μｍのエピタキシャル層を該基板表面上に成長させ、更に該基板を該第１溶液中に置いてもよい。そのうち、該エピタキシャル層の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、及びそれらを組み合わせた材料のいずれかとされる。

該エピタキシャル層に対し更にリソグラフィー工程で周期性パターン化を行い、一部の該基板表面を露出させ、更に、該基板を該第１溶液中に置いてもよい。そのうち、該エピタキシャル層の周期性パターンは円形、多角形及びその組合せの周期性パターンのいずれかとされ、周期性パターンの幅は０．１μｍから１５μｍ、ピッチは０．１μｍから１５μｍとされる。

上述の方法で形成した発光ダイオードの構造は、エッチングにより形成された凹部と凸部の不規則幾何形状を具えた基板と、該基板の表面にエピタキシャル成長させられた半導体発光構造を具え、該半導体発光構造はｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を包含し、該活性層は発光領域とされて該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層の間に形成され、且つ該ｐ型半導体層はｐ型オームコンタクト電極と電気的に接続され、該ｎ型半導体層にｎ型オームコンタクト電極が電気的に接続されて順方向バイアスが提供され、該ｎ型半導体層の充填により該凹部と該凸部が平坦化されて、該ｎ型半導体層に孔が無いものとされる。
そのうち、該凹部と該凸部の高度差は０．１μｍから１５μｍとされる。該活性層はダブルヘテロ接合構造、単一量子井戸構造及び多重量子井戸構造のいずれかとされる。

本発明の長所は、新規な製造方法により基板表面に化学反応層を形成し、該化学反応層をエッチング用マスクとし、ウェットエッチング或いはドライエッチングにより、異なる凹凸面の不規則幾何形状を該基板表面に形成し、これら凹部と凸部構造により発光ダイオード素子内部の光の散乱、回折効果に対して、半導体層と基板の界面中の光の横向き伝播の状況を減らし、全反射の確率を減らし、発光ダイオードの光取出し効率を向上する。このほか、該基板上方において、エピタキシャル材料を該凹凸面の不規則幾何形状に成長させ、材料中のスレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を減らし、エピタキシャル材料の品質を向上し、これにより内部量子効率をアップする。且つ本発明は製造が簡単で、生産コストを減らせ、大量生産に適合する。

第１実施例：
図１から図５の本発明の第１実施例の表示図を参照されたい。本発明の製造方法は少なくとも以下の工程を包含する。
図１に示されるように、まず、基板（１００）を提供する。該基板（１００）は、サファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板のいずれかとされる。

その後、該基板（１００）を第１溶液内に置き反応させ、該基板（１００）の表面に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する。該基板（１００）を該第１溶液内に置く時間は１秒から２００分間とし、その後、該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、図２に示されるように、該基板（１００）の表面に該化学反応層（１１０）の無い部分に凹部（１２０）と上方に該化学反応層（１１０）を有する凸部（１３０）を形成する。この選択性エッチングにはドライエッチング、ウェットエッチング、及びその混合使用が採用される。

該基板（１００）をサファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）とする場合を例とすると（以下の説明で該基板（１００）はいずれもサファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）とする）、サファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）（９６％）中に置き（硫酸を第１溶液とする）、液体温度は摂氏約２５〜４００度、反応時間は１秒〜２００分間とし、該基板（１００）の表面に高密度ナノメータレベルの該化学反応層（１１０）（Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ 或いはＡｌ₂ （ＳＯ₄ ）・１７Ｈ₂ Ｏ等）を形成する。その後、該化学反応層（１１０）をマスクとし、該基板（１００）に対してドライエッチング或いはウェットエッチングで選択性エッチングを行う。

ウェットエッチングでサファイヤ基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）をエッチングする場合、その表面に凹部（１２０）と凸部（１３０）を形成させられる。また、サファイヤ基板を第１溶液例えば硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）でエッチングする時間を、２．５分間から２０分間の間で変化させると、平均エッチング深さ（ａｖｅｒａｇｅｅｔｃｈｉｎｇｄｅｅｐ）、平均顆粒サイズ（ａｖｅｒａｇｅｇｒａｉｎｓｉｚｅ）、密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）及びＲＭＳ粗度（ＲＭＳｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）の異なる基板（１００）が得られる。原子力顕微鏡で基板（１００）表面を観察した結果は、以下の表１のようになる。

さらにエッチング後の基板（１００）を第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）を具えた不規則幾何形状を基板（１００）表面に形成する（図３）。該第２溶液をりん酸（Ｈ₃ ＰＯ₄ ）とする場合を例として説明すると、該りん酸（Ｈ₃ ＰＯ₄ ）の温度は摂氏２５度〜４００度、該基板（１００）を該第２溶液に置く時間は０．１分間から２００分間とし、該化学反応層（１１０）を除去し、且つ該基板（１００）表面をクリーニングする。

最後に該基板（１００）の表面に半導体発光構造（２００）を形成する。該半導体発光構造（２００）は少なくとも一つのｎ型半導体層（２１０）、活性層（２２０）及び少なくとも一つのｐ型半導体層（２３０）を順にエピタキシャル成長させてなる（図４）。図５のように、そのうち、該活性層（２２０）は発光領域とされ該ｎ型半導体層（２１０）と該ｐ型半導体層（２３０）の間に形成され、且つ該ｐ型半導体層（２３０）はｐ型オームコンタクト電極（２３１）と電気的に接続され、該ｎ型半導体層（２１０）はコンタクトウインドウ（２４０）を通してｎ型オームコンタクト電極（２１１）と電気的に接続されてこれにより順方向バイアスが提供される。

上述の方法で形成された発光ダイオードの構造は、エッチングにより形成された複数の凹部（１２０）と凸部（１３０）の不規則幾何形状を具えた基板（１００）と、該基板（１００）の表面にエピタキシャル成長させられた半導体発光構造（２００）を具え、該半導体発光構造（２００）はｎ型半導体層（２１０）、活性層（２２０）、ｐ型半導体層（２３０）を包含する。

そのうち、該活性層（２２０）は発光領域とされて該ｎ型半導体層（２１０）と該ｐ型半導体層（２３０）の間に形成され、且つ該ｐ型半導体層（２３０）はｐ型オームコンタクト電極（２３１）と電気的に接続され、該ｎ型半導体層（２１０）にコンタクトウインドウ（２４０）を通して該ｎ型オームコンタクト電極（２１１）が電気的に接続されて順方向バイアスが提供される。且つ該ｎ型半導体層（２１０）が充填されることで該凹部（１２０）と凸部（１３０）が平坦化されて、該ｎ型半導体層（２１０）に孔が無いものとされる。

そのうち、該凹部（１２０）と該凸部（１３０）の高度差は０．１μｍから１５μｍとされる。該活性層（２２０）はダブルヘテロ接合構造、単一量子井戸構造及び多重量子井戸構造のいずれかとされる。

本発明は横方向成長技術を利用し、半導体層のエピタキシー温度及び圧力を変化させることで、横方向成長速度を縦方向成長技術よりも高くし、該半導体発光構造（２００）中の厚さが比較的厚いｎ型半導体層（２１０）に前述の凹部（１２０）を充填させて、該基板（１００）の表面のこれら凹部（１２０）と凸部（１３０）の落差をなくし、これにより該基板（１００）の表面のこれら凹部（１２０）と凸部（１３０）構造に孔を形成させず、高品質の低いスレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）のエピタキシャル材料を得る。例えば、窒化ガリウム（約３．５μｍ）を成長させて該ｎ型半導体層（２１０）として前述の凹部（１２０）を充填し、該基板（１００）表面の凹部（１２０）と凸部（１３０）をＥＰＤ（Ｅｔｃｈｉｎｇｐｉｔｓｄｅｎｓｉｔｙ）、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＸＲＤ測定した結果を以下の表２にまとめた。

これら凹部（１２０）と凸部（１３０）構造の該活性層（２２０）に対する影響が減ることにより、良好に該活性層（２２０）（発光領域）の結晶性を保持して、スレッディングディスロケーション（ＴｈｒｅａｄｉｎｇＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の因子を減らして内部量子効率をアップできる。これら凹部（１２０）と凸部（１３０）の構造により、該半導体発光構造（２００）内部の活性層（２２０）の発射する光はこれら凹部（１２０）と凸部（１３０）構造により散乱或いは回折し、ｎ型半導体層（２１０）と基板（１００）の界面中の光の横向き伝播の状況が減り、全反射の確率が減り、基板（１００）の上方或いは下方に発射される光束が増加し、発光ダイオードの光取出し効率がアップし、総発光量が増す。

第２実施例：
図６から図８に示されるのは本発明の第２実施例の表示図である。この実施例の製造方法は第１実施例を基本とするが、但し該基板（１００）を該第１溶液中に置く前に前処理を行う。この前処理工程では、厚さが１Åから１０μｍの鈍化層（３００）を該基板（１００）の表面上に成長させる（図６）。該鈍化層（３００）の材料は、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、金属、ホトレジスト、ブチルベンゼン、ポリイミドの単層、多層構造及びその組合せのいずれかとする。

その後、該基板（１００）を該第１溶液内に置いて反応させ、該基板（１００）の表面の鈍化層（３００）内に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する。その後、該鈍化層（３００）と該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、該基板（１００）の表面の鈍化層（３００）と該化学反応層（１１０）の無い部分に複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）と該鈍化層（３００）を具えた凸部（１３０）、（１３１）を形成する（図７）。

更に、エッチング後の該基板（１００）を該第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）を具えた不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成し、その後、該鈍化層（３００）を除去してこれら凸部（１３０）を露出させ、且つ該基板（１００）の表面をクリーニングする（図８）。最後に第１実施例のように、該基板（１００）の表面上に該半導体発光構造（２００）を形成する（図４と図５の如し）。

第３実施例：
図９から図１３に示されるのは、本発明の第３実施例の表示図である。この実施例の製造方法は第２実施例を基本とし、その前処理工程では、同様に該鈍化層（３００）を該基板（１００）の表面上に成長させる（図９）。その後、該鈍化層（３００）にリソグラフィー工程で周期性パターン化を行い、一部の該基板（１００）表面を露出させる。そのうち、該鈍化層（３００）の周期性パターンは、円形、多角形及びその組合せの周期性パターンとし、周期性パターンの幅は０．１μｍから１５μｍ、ピッチは０．１μｍから１５μｍとする（図１０）。

その後、該基板（１００）を該第１溶液内に置いて反応させ、該基板（１００）の表面の鈍化層（３００）内に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する（図１１）。その後、該鈍化層（３００）と該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、該基板（１００）の表面の鈍化層（３００）と該化学反応層（１１０）の無い部分に複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）と該鈍化層（３００）を具えた凸部（１３０）、（１３１）を形成する（図１２）。

更に、エッチング後の該基板（１００）を該第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）を具えた不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成し、その後、該鈍化層（３００）を除去してこれら凸部（１３１）を露出させ、且つ該基板（１００）の表面をクリーニングする（図１３）。最後に第１実施例のように、該基板（１００）の表面上に該半導体発光構造（２００）を形成する（図４と図５の如し）。

第４実施例：
図１４から図１８に示されるのは、本発明の第４実施例の表示図である。この実施例の製造方法は第３実施例を基本とし、その前処理工程では、同様に該鈍化層（３００）を該基板（１００）の表面上に成長させる（図１４）。その後、該鈍化層（３００）にリソグラフィー工程で周期性パターン化を行い、一部の該基板（１００）表面を露出させる（図１５）。その後、該基板（１００）の露出した表面に対してエッチングを行い複数の凹溝（１０１）を形成し、且つ該鈍化層（３００）を除去してこれら凸部（１３１）を露出させる（図１６）。

その後、該基板（１００）を該第１溶液内に置いて反応させ、該基板（１００）上のこれら凸部（１３１）と凹溝（１０１）の表面に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する（図１７）。

その後、該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、該基板（１００）の表面の鈍化層（３００）と該化学反応層（１１０）の無い部分に複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）を具えた凸部（１３０）、（１３１）を形成し、落差が明らかな凹凸面を形成する。更にエッチング後の該基板（１００）を該第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）を具えた不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成する（図１８）。

最後に、第１実施例と同様に、該基板（１００）の表面上に該半導体発光構造（２００）を形成する（図４と図５の如し）。

第５実施例：
図１９から図２１に示されるのは、本発明の第５実施例の表示図である。この実施例の製造方法は第１実施例を基本とするが、但し該基板（１００）を該第１溶液中に置く前に前処理を行う。この前処理工程では、厚さが１Åから１０μｍのエピタキシャル層（４００）を該基板（１００）の表面上に成長させる（図１９）。該エピタキシャル層（４００）の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びそれらの混合材料のいずれかとされるが、後続工程中の該半導体発光構造（２００）中の厚さが比較的厚い該ｎ型半導体層（２１０）材料を主要な選択とする。

その後、該基板（１００）を該第１溶液内に置いて反応させ、該基板（１００）の表面のエピタキシャル層（４００）内に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する。その後、該エピタキシャル層（４００）と該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、該基板（１００）の表面のエピタキシャル層（４００）と該化学反応層（１１０）の無い部分に複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）と該エピタキシャル層（４００）を具えた凸部（１３０）、（１３２）を形成する（図２０）。

更に、エッチング後の該基板（１００）を該第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）、（１３２）を具えた不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成する（図２１）。最後に、第１実施例と同様に、該エピタキシャル層（４００）を具えた基板（１００）表面上に、該半導体発光構造（２００）の各エピタキシャル層を形成する（図４及び図５の如し）。

第６実施例：
図２２から図２６に示されるのは、本発明の第６実施例の表示図である。この実施例の製造方法は第５実施例を基本とし、前処理工程で、該エピタキシャル層（４００）を該基板（１００）の表面上に成長させる（図２２）。その後、該エピタキシャル層（４００）をリソグラフィー工程で周期性パターン化し、一部の該基板（１００）表面を露出させる。そのうち、該エピタキシャル層（４００）の周期性パターンは円形、多角形及びその組合せのいずれかの周期性パターンとし、周期性パターンの幅は０．１μｍから１５μｍ、ピッチは０．１μｍから１５μｍとする（図２３）。

その後、該基板（１００）を該第１溶液内に置いて反応させ、露出した該基板（１００）の表面に高密度ナノメータレベルの化学反応層（１１０）を形成する（図２４）。その後、該エピタキシャル層（４００）と該化学反応層（１１０）をマスクとし、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い、該基板（１００）の表面の、該エピタキシャル層（４００）と該化学反応層（１１０）の無い部分の複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）と該エピタキシャル層（４００）を具えた凸部（１３０）、（１３２）を形成する（図２５）。

更に、エッチング後の該基板（１００）を該第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、凹部（１２０）と凸部（１３０）、（１３２）を具えた不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成し、その後、該第１実施例と同様に、該エピタキシャル層（４００）を具えた基板（１００）の表面上に更に該半導体発光構造（２００）の各エピタキシャル層を形成する（図４及び図５の如し）。

本発明は該化学反応層（１１０）をエッチングマスクとなし、ドライエッチング、ウェットエッチング或いはその混合使用により、凹部（１２０）と凸部（１３０）構造を具えた幾何外形を該基板（１００）の表面に形成し、これらの凹部（１２０）と凸部（１３０）構造により、発光ダイオード素子内部の光にこれら凹部（１２０）と凸部（１３０）における散乱、回折効果を発生させ、該ｎ型半導体層（２１０）と該基板（１００）の界面中の光の横方向伝播の状況を減らし、全反射の確率を減らし、発光ダイオードの光取出し効率を高める。且つ本発明は製造が簡単で、生産コストを減らせ、産業上、大量生産に適合する。

なお、以上の実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の特許請求の範囲の記載に基づきなし得る細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属する。

本発明の第１実施例表示図である。本発明の第１実施例表示図である。本発明の第１実施例表示図である。本発明の第１実施例表示図である。本発明の第１実施例表示図である。本発明の第２実施例表示図である。本発明の第２実施例表示図である。本発明の第２実施例表示図である。本発明の第３実施例表示図である。本発明の第３実施例表示図である。本発明の第３実施例表示図である。本発明の第３実施例表示図である。本発明の第３実施例表示図である。本発明の第４実施例表示図である。本発明の第４実施例表示図である。本発明の第４実施例表示図である。本発明の第４実施例表示図である。本発明の第４実施例表示図である。本発明の第５実施例表示図である。本発明の第５実施例表示図である。本発明の第５実施例表示図である。本発明の第６実施例表示図である。本発明の第６実施例表示図である。本発明の第６実施例表示図である。本発明の第６実施例表示図である。本発明の第６実施例表示図である。

１００基板１１０化学反応層
１２０凹部１３０、１３１、１３２凸部
２００半導体発光構造２１０ｎ型半導体層
２２０活性層２３０ｐ型半導体層
２３１ｐ型オームコンタクト電極２４０コンタクトウインドウ
２１１ｎ型オームコンタクト電極３００鈍化層
４００エピタキシャル層１０１凹溝

Claims

発光ダイオードの製造方法において、
基板（１００）を提供する工程、
該基板（１００）を第１溶液内に置き反応させて、その表面に化学反応層（１１０）を形成する工程、
該化学反応層（１１０）をマスクとして、該基板（１００）に対して選択性エッチングを行い該基板（１００）の表面の該化学反応層（１１０）のない部分の複数の凹部（１２０）と、上方に該化学反応層（１１０）を有する複数の凸部（１３０）を形成する工程、更に該基板（１００）を第２溶液内に置いてエッチングし、該化学反応層（１１０）を除去し、これら凹部（１２０）と凸部（１３０）の不規則幾何形状を該基板（１００）表面に形成する工程、
その後、該基板（１００）の表面をクリーニングした後、該基板（１００）の表面に半導体発光構造（２００）を形成し、且つ横方向エピタキシャル成長技術を利用して該半導体発光構造（２００）に該凹部（１２０）を充填させて孔を無くす工程、
を包含したことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該基板（１００）をサファイヤ、炭化シリコン、シリコン、ヒ素化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム基板のいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該第１溶液と第２溶液を酸性溶液グループ、アルカリ性溶液グループから選択された少なくとも一種類及び数種類の組合せのいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項３記載の発光ダイオードの製造方法において、該酸性溶液グループは、フッ化水素、硫酸、塩酸、りん酸、硝酸、王水、バッファードオキサイドエッチャント、アルミニウムエッチャント、過酸化水素、ぎ酸、酢酸、こはく酸及びクエン酸を包含することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項３記載の発光ダイオードの製造方法において、該アルカリ性溶液グループは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを包含することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該基板を第１溶液と第２溶液中に置く時間は１秒から２００分間とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該選択性エッチングはドライエッチング、ウェットエッチング或いはその混合使用法のいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該凹部（１２０）と凸部（１３０）の高度差は０．１μｍから１５μｍとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該半導体発光構造（２００）は、少なくとも一つのｎ型半導体層（２１０）、活性層（２２０）と少なくとも一つのｐ型半導体層（２３０）を順にエピタキシャル成長させてなるものとし、該活性層（２２０）は発光領域として該ｎ型半導体層（２１０）と該ｐ型半導体層（２３０）の間に形成し、且つ該ｐ型半導体層（２３０）はｐ型オームコンタクト電極（２３１）と電気的に接続し、該ｎ型半導体層（２１０）にｎ型オームコンタクト電極（２１１）を電気的に接続して順方向バイアスを提供することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１記載の発光ダイオードの製造方法において、該基板（１００）を該第１溶液中に置く前に、該基板（１００）に前処理工程を行うことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１０記載の発光ダイオードの製造方法において、該前処理工程で鈍化層（３００）を該基板（１００）の表面上に成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１１記載の発光ダイオードの製造方法において、該鈍化層（３００）の厚さを１Åから１０μｍとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１１記載の発光ダイオードの製造方法において、該鈍化層（３００）の材料はシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、金属、ホトレジスト、ブチルベンゼン、ポリイミドの単層、多層構造及びその組合せのいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１１記載の発光ダイオードの製造方法において、該鈍化層（３００）に更にリソグラフィー工程で周期性パターン化を行い、該基板（１００）表面を一部露出させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１４記載の発光ダイオードの製造方法において、該鈍化層（３００）の周期性パターンは円形、多角形及びその組合せのいずれかの周期性パターンとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１４記載の発光ダイオードの製造方法において、該鈍化層（３００）の周期性パターンは、その幅を０．１μｍから１５μｍとし、ピッチを０．１μｍから１５μｍとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１４記載の発光ダイオードの製造方法において、該基板（１００）の露出した表面に、更に、エッチングにより複数の凹溝（１０１）を形成し、且つ該鈍化層（３００）を除去することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１０記載の発光ダイオードの製造方法において、該前処理工程においてエピタキシャル層（４００）を該基板（１００）の表面上に成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１８記載の発光ダイオードの製造方法において、該エピタキシャル層（４００）の厚さを１Åから１０μｍとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１８記載の発光ダイオードの製造方法において、該エピタキシャル層（４００）の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、及びそれらを組み合わせた材料のいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項１８記載の発光ダイオードの製造方法において、該エピタキシャル層（４００）に対して、更にリソグラフィー工程で周期性パターン化を行い、一部の該基板（１００）表面を露出させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項２１記載の発光ダイオードの製造方法において、該エピタキシャル層（４００）の周期性パターンは円形、多角形及びその組合せの周期性パターンのいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
請求項２１記載の発光ダイオードの製造方法において、該エピタキシャル層（４００）の周期性パターンの幅は０．１μｍから１５μｍとし、ピッチは０．１μｍから１５μｍとすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。