4的光学波长的2倍小。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部127i抑制和外部的界面的菲涅耳反射。
[0171]η侧电极128形成于从ρ型GaN层118蚀刻η型GaN层112，露出的η型GaN层112上。η侧电极128形成于η型GaN层12上，例如由Al等金属材料构成。
[0172]图14是LED元件的局部放大示意剖面图。
[0173]如图14所示，在蓝宝石衬底102的背面侧形成有电介体多层膜124。电介体多层膜124由金属层即Al层126被覆。在该发光元件101中，电介体多层膜124及Al层126形成反射部，由该反射部反射从发光层114发出并通过衍射作用透过了垂直化蛾眼面102a的光。而且，将通过衍射作用透射的光再入射到衍射面102a，可以通过在衍射面102a再利用衍射作用进行透射，由此，可以以多个模式向元件外部取出光。
[0174]在如上构成的LED元件101中，因具备垂直化蛾眼面102a，所以在蓝宝石衬底102和III族氮化物半导体层的界面可以将以超过全反射临界角的角度入射的光形成偏垂直。另外，因具备透射蛾眼面127g，所以在蓝宝石衬底102和元件外部的界面，可以抑制作为偏垂直的光的菲涅耳反射。由此，可以质地提高光取出效率。
[0175]另外，从发光层114发出的光可以明显地缩短到达ρ侧电极127的表面的距离，可以抑制元件内部的光的吸收。在LED元件中，超过界面的临界角角度区域的光会向横方向传播，所以存在会在元件内部吸收光的问题，但通过在垂直化蛾眼面102a使超过临界角的角度区域的光为偏垂直，可以质地减少由元件内部吸收的光。
[0176]在此，本申请发明人发现，通过使用电介体多层膜124及金属层126的组合作为蓝宝石衬底102的背面的反射部，LED元件101的光取出效率显著增大。即，当为电介体多层膜124和金属层126的组合时，越接近与界面垂直的角度，反射率越高，对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
[0177]图15是表示实施例3的反射部的反射率的曲线图。实施例3中，将形成于蓝宝石衬底上的电介体多层膜通过ZrOjP S12的组合，将对数为5，与电介体多层膜重叠形成Al层。如图15所示，在入射角从O度?55度的角度域，实现99%以上的反射率。另外，在入射角从O度?60度的角度域实现98%以上的反射率。另外，在入射角从O度?75度的角度域实现92%以上的反射率。这样，电介体多层膜和金属层的组合对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
[0178]图16是表示实施例4的反射部的反射率的曲线图。实施例4中，在蓝宝石衬底上仅形成Al层。如图16所示，不按入射角，为大致88%的一定的反射率。这样，也可以将反射部作为仅Al层的金属的单层。
[0179]此外，在上述各实施方式，表示由周期性形成的凸部构成垂直化蛾眼面及透射蛾眼面的构造，但不用说也可以由周期性形成的凹部构成各蛾眼面。另外，凸部或凹部除排列形成于三角格子的交点外，例如，也可以排列形成假想的正方格子的交点。
[0180]另外，LED元件的具体的构造也不限定于上述各实施方式的构造。S卩，LED元件具备蓝宝石衬底和形成于蓝宝石衬底的表面上的含有发光层的半导体层叠部，蓝宝石衬底的表面构成为，形成具有比从发光层发出的光的光学波长的2倍大比相干长度小的周期的多个凹部或凸部的垂直化蛾眼面，垂直化蛾眼面反射及透射从半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度域，与在半导体层叠部侧向垂直化蛾眼面入射的光的强度分布比较，在半导体层叠部侧从垂直化蛾眼面射出的光的强度分布偏向与半导体层叠部和蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度域，与在半导体层叠部侧向垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在蓝宝石衬底侧从垂直化蛾眼面射出的光的强度分布偏向与界面垂直的方向，具有反射透射垂直化蛾眼面的光的反射部，且具备具有比从发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部的透射蛾眼面，通过垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与界面垂直的方向的方式调整强度分布的光只要在透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出即可。
[0181]产来上的可利用性
[0182]本发明的LED元件可以使光取出效率进一步提高，在产业上有用。
【主权项】
1.一种倒装片型的LED元件，具备: 蓝宝石衬底； 形成于所述蓝宝石衬底的表面上的含有发光层的半导体层叠部； 形成于所述半导体层叠部上的反射部， 所述蓝宝石衬底的表面形成垂直化蛾眼面，该垂直化蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期的多个凹部或凸部， 所述蓝宝石衬底的背面形成透射蛾眼面，该透射蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部， 所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度域中，与在所述半导体层叠部侧入射到该垂直化蛾眼面的光的强度分布比较，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度域，与在所述半导体层叠部侧入射到该垂直化蛾眼面的光的强度分布相比，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向， 通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光在通过所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。2.如权利要求1所述的倒装片型的LED元件，其中， 所述反射部越接近于与所述界面垂直的角度，反射率越高。3.—种LED元件的制造方法，在制造权利要求2所述的LED元件时，含有下述工序: 在蓝宝石衬底的表面上形成掩模层的掩模层形成工序； 在所述掩模层上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成工序； 在所述抗蚀剂膜形成规定的图案的图案形成工序； 施加规定的偏压输出向所述蓝宝石衬底侧感应Ar气的等离子体，通过所述Ar气的所述等离子体使所述抗蚀剂膜改质而提高蚀刻选择比的抗蚀剂改质工序； 施加比所述抗蚀剂改质工序的偏压输出更高的偏压输出，向所述蓝宝石衬底侧感应Ar气的等离子体，将蚀刻选择比增高的所述抗蚀剂膜作为掩模进行所述掩模层的蚀刻的掩模层的蚀刻工序； 以蚀刻的所述掩模层为掩模，进行所述蓝宝石衬底的蚀刻而形成所述凹部或所述凸部的衬底的蚀刻工序； 在蚀刻的所述蓝宝石衬底的表面上形成所述半导体层叠部的半导体形成工序； 在所述蓝宝石衬底的背面上形成所述电介体多层膜的多层膜形成工序。4.如权利要求3所述的LED元件的制造方法，其中， 在所述衬底的蚀刻工序中，在所述掩模层上残留所述抗蚀剂膜的状态下进行所述蓝宝石衬底的蚀刻。5.如权利要求4所述的LED元件的制造方法，其中， 所述掩模层具有所述蓝宝石衬底上的S1Jl和所述S1 2层上的Ni层， 在所述衬底的蚀刻工序中，在所述S1J1、所述Ni层、所述抗蚀剂膜层叠的状态下进行所述蓝宝石衬底的蚀刻。6.一种面朝上型的LED元件，具备: 蓝宝石衬底； 形成于所述蓝宝石衬底的表面上的含有发光层的半导体层叠部； 形成于所述蓝宝石衬底的背面上的反射部； 形成于所述半导体层叠部上的电极， 所述蓝宝石衬底的表面形成垂直化蛾眼面，该垂直化蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期的多个凹部或凸部， 所述电极的表面形成透射蛾眼面，该透射蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部， 所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向， 通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光在通过所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。7.—种LED元件，具备: 蓝宝石衬底； 形成于所述蓝宝石衬底的表面上的含有发光层的半导体层叠部， 所述蓝宝石衬底的表面形成垂直化蛾眼面，该垂直化蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期的多个凹部或凸部， 所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布比较，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布比较，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向， 具有对透射垂直化蛾眼面的光进行反射的反射部， 具备透射蛾眼面，该透射蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部， 通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光在所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。
【专利摘要】本发明提供可以进一步提高光取出效率的LED元件及其制造方法。在LED元件中，蓝宝石衬底的表面形成具有比从发光层发出的光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期的多个凹部或凸部的垂直化蛾眼面，通过垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与蓝宝石衬底和半导体层的界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光在透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。
【IPC分类】H01L33/22
【公开号】CN104969366
【申请号】CN201480007665
【发明人】铃木敦志, 难波江宏一, J.埃克曼
【申请人】崇高种子公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年2月7日
【公告号】WO2014126016A1