Led元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]公知有一种LED元件，其具备:111族氮化物半导体，其形成于蓝宝石衬底的表面上并含有发光层；衍射面，其形成于蓝宝石衬底的表面侧，从发光层发出的光入射，以比该光的光学波长大且比该光的相干长度小的周期形成有凹部或凸部；A1反射膜，其形成于衬底的背面侧，反射由衍射面衍射的光，再使其向衍射面入射(参照专利文献I)。在该LED元件中，使通过衍射作用透射的光再入射到衍射面，通过利用衍射面再利用衍射作用使其透射，可以以多种模式向元件外部取出光。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:国际公开第2011/027679号I
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]本申请发明人调查研宄光取出效率的进一步提高。
[0008]本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供可以进一步提高光取出效率的LED元件及其制造方法。
[0009]用于解决课题的技术方案
[0010]为实现所述目的，本发明提供一种倒装片型的LED元件，其具备: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。
[0011]在上述倒装片型的LED元件中，可以是，所述反射部越接近于与所述界面垂直的角度，反射率越高。
[0012]另外，为实现所述目的，提供一种LED元件的制造方法，在制造上述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。
[0013]在上述LED元件的制造方法中，也可以是，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。
[0014]在上述LED元件的制造方法中，也可以是，所述掩模层具有所述蓝宝石衬底上的S1Ji和所述S12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。
[0015]进而，为实现所述目的，提供一种面朝上型的LED元件，其具备: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。
[0016]进而，为实现所述目的，提供一种LED元件，其具备: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。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明的LED元件，可以进一步提高光取出效率。
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明第一实施方式的LED元件的示意剖面图；
[0020]图2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的说明图，(a)表示在界面反射的状态，(b)表示透过界面的状态；
[0021]图3是表示凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的透射角的关系的曲线图；
[0022]图4是表示凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的反射角的关系的曲线图；
[0023]图5是表示元件内部的光的行进方向的说明图；
[0024]图6是LED元件的局部放大示意剖面图；
[0025]图7表示蓝宝石衬底，(a)是示意立体图，(b)是表示A — A剖面的示意说明图，(C)是示意放大说明图；
[0026]图8是等离子体蚀刻装置的概略说明图；
[0027]图9是表示蓝宝石衬底的蚀刻方法的流程图；
[0028]图1OA表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(a)表示加工前的蓝宝石衬底，(b)是表示在蓝宝石上形成掩模层的状态，(C)表示在掩模层上形成抗蚀剂膜的状态，(d)表示模型与抗蚀剂膜接触的状态，(e)表示在抗蚀剂膜上形成图案的状态；
[0029]图1OB表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(f)表示除去了抗蚀剂膜的残膜的状态，(g)表示使抗蚀剂膜改质的状态，(h)表示以抗蚀剂膜为掩模蚀刻掩模层的状态，(i)表示以掩模层为掩模蚀刻蓝宝石衬底的状态；
[0030]图1OC表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(j)表示以掩模层为掩模进一步蚀刻蓝宝石衬底的状态，(k)表示从蓝宝石衬底除去残留的掩模层的状态，(I)表示对蓝宝石衬底实施湿式蚀刻的状态；
[0031]图11是表示实施例1的反射部的反射率的曲线图；
[0032]图12是表示实施例2的反射部的反射率的曲线图；
[0033]图13是表示本发明的第二实施方式的LED元件的示意剖面图；
[0034]图14是LED元件的局部放大示意剖面图；
[0035]图15是表示实施例3的反射部的反射率的曲线图；
[0036]图16是表示实施例4的反射部的反射率的曲线图。
[0037]符号说明
[0038]ILED 元件
[0039]2蓝宝石衬底
[0040]2a 垂直化蛾眼面
[0041]2b 平坦部
[0042]2c 凸部
[0043]2d 侧面
[0044]2e 弯曲部
[0045]2f 上面
[0046]2g 透射蛾眼面
[0047]2h 平坦部
[0048]2i 凸部
[0049]10缓冲层
[0050]12η 型 GaN 层
[0051]14发光层
[0052]16电子阻挡层
[0053]18P 型 GaN 层
[0054]19半导体层叠部
[0055]21扩散电极
[0056]22电介体多层膜
[0057]22a 第一材料
[0058]22b第二材料
[0059]22c通孔
[0060]23金属电极
[0061]24扩散电极
[0062]25电介体多层膜
[0063]25a 通孔
[0064]26金属电极
[0065]27P侧电极<