專利名稱：發(fā)光元件的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)光擷取效率予以提高的發(fā)光元件的方法。
背景技術(shù)：
一般而言，發(fā)光元件的活性層所發(fā)射的光，由于發(fā)光層、透明晶體基板及外部空氣的折射率存在差異而在界面處予以反射，因而無法有效地?cái)X取。
有鑒于此，已經(jīng)開發(fā)出的發(fā)光元件，通過在發(fā)光元件的外表面形成凹凸結(jié)構(gòu)而抑制多重反射所引起的吸收，從而使光擷取效率得到提高。作為形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法，有如日本專利公開公報(bào)特開平6-291368號(hào)所公開的方法，在成長期間使最上層形成凹凸面，以及在成長后通過化學(xué)或物理方法使最上層形成凹凸面。
另外，還有日本專利公開公報(bào)特開2002-368289號(hào)公開的，在覆蓋發(fā)光元件的發(fā)光表面的透明樹脂層上形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法。通過透明樹脂層，使發(fā)光元件與透明基板結(jié)合在一起，并利用激光束透過透明基板輻射樹脂層，從而通過激光切除在樹脂層上形成凹凸結(jié)構(gòu)。
另一眾所周知的方法，如日本專利公開公報(bào)特開2000-232095號(hào)所示，使用模具按壓形成于基板表面的抗蝕劑(resist)，將凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至抗蝕劑，并將此抗蝕劑作為掩膜，通過選擇比較低的干式蝕刻，將該凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至基板。
另外，還有一種眾所周知的方法，如日本專利公開公報(bào)特開2003-100609號(hào)所示，在基板的表面形成SOG膜，使用模具按壓該SOG膜而轉(zhuǎn)寫凹凸結(jié)構(gòu)，并將此SOG膜作為抗蝕劑掩膜(resist mask)，通過RIE(反應(yīng)離子蝕刻)而將該凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至基板。
然而，依據(jù)日本專利公開公報(bào)特開平6-291368號(hào)所公開的在成長期間使外表面形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法，會(huì)因表面粗糙度較低，而使光擷取效率僅提高大約10％。另一方面，依據(jù)該公報(bào)所公開的在成長之后通過化學(xué)或物理方法使外表面形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法，也會(huì)因該外表面僅通過蝕刻或研磨粗制而成，而使該凹凸結(jié)構(gòu)的形狀再現(xiàn)性較差。此外，依據(jù)日本專利公開公報(bào)特開2003-368289號(hào)所公開的方法，因凹凸結(jié)構(gòu)是通過激光切除而形成，故存在微小凹凸結(jié)構(gòu)形狀的再現(xiàn)性較差的問題。作為具有良好的形狀再現(xiàn)性的處理方法，可在通過光刻(optical lithography)形成圖案之后，使用干式蝕刻來形成凹凸結(jié)構(gòu)。然而，僅此仍難以形成錐狀、半球狀等任意形狀的凹凸結(jié)構(gòu)，或尺寸在波長所限制的分辨率或以下的微小凹凸結(jié)構(gòu)。
在日本專利公開公報(bào)特開2000-232095號(hào)中，作為選擇比較低的干式蝕刻，采用了抗蝕劑與半導(dǎo)體層基本上以相同的速度予以蝕刻的離子研磨方法(ion milling method)。該離子研磨方法，因蝕刻的表面的角度依存性較強(qiáng)，故此方法可適用于形成矩形凹凸結(jié)構(gòu)或不計(jì)角度的間距在幾納米至幾十納米的凹凸結(jié)構(gòu)，但難以形成錐狀凹凸結(jié)構(gòu)等角度不可忽略的間距在幾百納米至幾微米的微小凹凸結(jié)構(gòu)。
此外，作為抗蝕劑，可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等構(gòu)成的聚合物抗蝕劑。對(duì)于采用氯氣的干式蝕刻方法，因上述抗蝕劑相對(duì)于干式蝕刻具有較低的抵抗力，故難以在此抗蝕劑上加工錐狀或半球狀的微小凹凸結(jié)構(gòu)，或以大致相同的選擇比來進(jìn)行加工。
在日本專利公開公報(bào)特開2003-100609號(hào)中，一實(shí)施例所示的凹凸結(jié)構(gòu)深度約為100納米。但轉(zhuǎn)寫間距或深度約在幾微米的凹凸結(jié)構(gòu)，實(shí)際上所要的壓力至少為上述實(shí)施例中所示壓力的十倍，因此難以將幾百納米至幾微米的凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至發(fā)光層或透明晶體基板(藍(lán)寶石基板)上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種生產(chǎn)發(fā)光元件的方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種通過在透明晶體基板或至少具有n型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層的發(fā)光層上，形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)，從而提高光擷取效率的發(fā)光元件生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的發(fā)光元件生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)在透明晶體基板上層積至少包括n型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層的發(fā)光層的發(fā)光元件，其包括以下步驟在所述透明晶體基板或所述發(fā)光層的至少一部分形成轉(zhuǎn)寫層的步驟，該轉(zhuǎn)寫層功過所供給的能量軟化或固化；將形成有微小凹凸結(jié)構(gòu)的模具按壓在所述轉(zhuǎn)寫層上，使所述微小凹凸結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層的外表面的步驟；以及基于被轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層的所述微小凹凸結(jié)構(gòu)，形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件生產(chǎn)方法，在模具的微小凹凸結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)寫至通過供給能量而予以軟化或固化的轉(zhuǎn)寫層上之后，基于轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層的微小凹凸結(jié)構(gòu)，在透明晶體基板或發(fā)光層上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)。由此可減少總反射的損失，從而可提高光擷取效率。
此外，還可形成具有任意形狀及尺寸的三維微小凹凸結(jié)構(gòu)，且形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的加工處理限度，與相對(duì)于光刻曝光的光的波長的分辨率限度不同，是通過不取決于波長的模具的加工處理限度來決定。因此可進(jìn)行比光刻更加微小的加工處理。若模具是經(jīng)過機(jī)械處理的模具，則三角錐、四角錐、矩形或任意形狀均可形成。此外，若采用硅(Si)模具，可對(duì)其進(jìn)行精確制造使其具有取決于晶體取向的形狀。通過上述模具的組合，可形成符合所需的光學(xué)特性的任意微小凹凸結(jié)構(gòu)，從而可提高發(fā)光元件的光擷取效率。當(dāng)然，亦可使用通過通常的光刻曝光或電子束而形成圖案的主模具。
與蝕刻及研磨不同，該微小凹凸結(jié)構(gòu)的加工處理可予以控制，使其具有良好的再現(xiàn)性，且該微小凹凸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度亦可予以擴(kuò)大，形狀精確度可予以提高，可以較低成本加工處理較大面積的區(qū)域。
此外，可簡化生產(chǎn)步驟，以低成本來提高光擷取效率。因此，與CD等生產(chǎn)相似，可在較大面積的區(qū)域(每張晶片)廉價(jià)且大量地生產(chǎn)在透明晶體基板(或發(fā)光層)上形成有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
上述在所述發(fā)光層上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，還可包括在所述發(fā)光層的形成有電極的表面上形成基板支持層之后，分離所述透明晶體基板和所述發(fā)光層的步驟。
上述形成轉(zhuǎn)寫層的步驟，可包括將硅類有機(jī)溶劑涂敷于所述透明晶體基板或所述發(fā)光層的至少一部分而形成所述轉(zhuǎn)寫層的涂敷步驟，上述形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，可包括將所述轉(zhuǎn)寫層作為抗蝕劑掩膜，并通過氯氣干式蝕刻所述轉(zhuǎn)寫層，在所述透明晶體基板或所述發(fā)光層上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
上述在所述發(fā)光層上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，可包括將一模具按壓在所述轉(zhuǎn)寫層上，其中所述模具具有位于防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的底部附近的上平坦部，以及位于從此上平坦部向下約有所述發(fā)光層的上半導(dǎo)體層厚度的位置的下平坦部，將上平坦部與下平坦部連同所述微小凹凸結(jié)構(gòu)一起轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層，當(dāng)使用所述轉(zhuǎn)寫層作為抗蝕劑掩膜進(jìn)行干式蝕刻時(shí)，通過蝕刻所述發(fā)光層的上部半導(dǎo)體層及下部半導(dǎo)體層而形成電極形成部的步驟。
上述蝕刻步驟，包括將選擇比(發(fā)光層的蝕刻速度與抗蝕劑的蝕刻速度的比)調(diào)整到二倍至四倍的步驟。
上述涂敷硅類有機(jī)溶劑而形成轉(zhuǎn)寫層的涂敷步驟，可包括通過灌注或噴涂來涂敷硅類有機(jī)溶劑的步驟。
上述模具，為熱塑性材料時(shí)，其按壓壓力在5Mpa或5Mpa以上，150Mpa或150Mpa以下。而采用熱固化或光固化材料時(shí)，其按壓壓力可大致為0.1MPa。
上述發(fā)光元件的生產(chǎn)方法，還可包括在所述發(fā)光層形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)之后，在此發(fā)光層的所述微小凹凸結(jié)構(gòu)上形成大于該微小凹凸結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
上述凹凸結(jié)構(gòu)，可具有棱鏡或顯微透鏡的形狀。然而，亦可使該凹凸結(jié)構(gòu)具有剖面呈矩形的形狀。


圖1是使用本發(fā)明的第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件的剖視圖；圖2是使用本發(fā)明的第二實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件的剖視圖；圖3是使用本發(fā)明的第二實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件的變形例的剖視圖；圖4A至4F是本發(fā)明的第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法中在透明晶體基板上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)的操作步驟的示意圖；圖5是本發(fā)明的發(fā)光元件生產(chǎn)方法的大致操作步驟的流程圖；圖6A至6C是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的使用模具的發(fā)光元件生產(chǎn)步驟的立體圖，其中圖6B1是圖6B的剖視圖，圖6C1是圖6C的剖視圖；
圖7A至7C是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例所涉及的使用模具的發(fā)光元件生產(chǎn)步驟的立體圖，其中圖7B1是圖7B的剖視圖，圖7C1是圖7C的剖視圖；圖8A與8B是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的發(fā)光元件生產(chǎn)步驟的立體圖，其中圖8C是圖8B的剖視圖；圖9A與9B是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例所涉及的發(fā)光元件生產(chǎn)步驟的立體圖，其中圖9C是圖9B的剖視圖；圖10A至10E是本發(fā)明的第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法中在半導(dǎo)體層形成微小凹凸結(jié)構(gòu)的操作步驟的示意圖；圖11A至11I是本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件的生產(chǎn)方法的流程圖；圖12A至12D是本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件的生產(chǎn)方法中，蝕刻步驟包括選擇比率調(diào)整步驟的流程圖；圖13A至13F是本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件的生產(chǎn)方法中，通過涂敷硅類有機(jī)溶劑而形成轉(zhuǎn)寫層的步驟包括通過灌注或噴涂來涂敷硅類有機(jī)溶劑的步驟的流程圖；圖14A與14B是本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件的生產(chǎn)方法中，包括在將模具的微小凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層之后，且在進(jìn)行干式蝕刻前，執(zhí)行后烘焙的步驟的流程圖；圖15A至15D是本發(fā)明的生產(chǎn)方法包括在發(fā)光層上所形成的防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步形成大于該微小凹凸結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)的步驟的流程圖；圖16A與16B是圖15A至15D所示的凹凸結(jié)構(gòu)分別呈棱鏡及顯微透鏡形狀的發(fā)光元件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖1是使用本發(fā)明的第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件1的剖視圖，圖2是使用本發(fā)明的第二實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件11的剖視圖，圖3是使用本發(fā)明的第二實(shí)施例的生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的發(fā)光元件的變形例11a的剖視圖。
圖1所示的發(fā)光元件1，在由藍(lán)寶石(Al2O3)等構(gòu)成的透明晶體基板2的一個(gè)表面(圖1的下表面)，層積有具有n型GaN半導(dǎo)體層3和p型GaN半導(dǎo)體層4的發(fā)光層。上述n型GaN半導(dǎo)體層3與p型GaN半導(dǎo)體層4分別形成有電極31、41，上述透明晶體基板2的另一表面(圖1的上表面)形成有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。
通過電極31、41向半導(dǎo)體層3、4施加電壓，由此從半導(dǎo)體層3、4的界面部分的發(fā)光層所發(fā)射出的光，其中朝向上方的光，可用作照明、顯示或其他用途。生產(chǎn)此發(fā)光元件1的方法在后予以說明。
在發(fā)光元件1中，由于形成了防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，故層積在透明晶體基板2上的半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層所發(fā)射的光，可透過半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層及透明晶體基板2，從而可有效地?cái)X取至發(fā)光元件1的外部透明晶體基板2及半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層的折射率n，其中上述透明晶體基板2(Al2O3)的折射率n＝1.768，半導(dǎo)體層(GaN)3、4的折射率n＝2.5，由GaAS構(gòu)成的半導(dǎo)體層的折射率n＝3.3至3.8，由GaP構(gòu)成的半導(dǎo)體層的折射率n＝3.31，由SiC構(gòu)成的基板的折射率n＝2.7至2.8。上述折射率均大于上述發(fā)射光被擷取的部位，即發(fā)光元件外部的大氣的折射率(n＝1)，且在半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層及透明晶體基板2的內(nèi)部有可能發(fā)生全反射。因此，若不存在上述防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，則向外部的光擷取效率會(huì)因全反射的重復(fù)所引起的多重反射而予以下降。
因此，通過在透明晶體基板與空氣的界面處形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21，以引起不規(guī)則反射或衍射，從而可提高發(fā)光元件1的光擷取效率。
作為在發(fā)光元件1的內(nèi)部界面、或發(fā)光元件1的外表面(即與空氣的界面)，尤其在與發(fā)光元件1的發(fā)光層平行的發(fā)光元件1的表面上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21的方法，本發(fā)明采用了轉(zhuǎn)寫模具的微小凹凸結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)寫模具)的壓紋加工、刻印加工。壓紋加工和刻印加工，是壓縮成型技術(shù)在微加工處理領(lǐng)域中的應(yīng)用，因此所形成的微小凹凸結(jié)構(gòu)在尺寸及精度上有較大的自由度。所以，通過壓紋加工和刻印加工可提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)成本。
作為上述刻印加工技術(shù)的微加工處理限度，由普林斯頓大學(xué)的Chou先生及其他科學(xué)家于1995年所提出的超微刻印技術(shù)，作為一種即廉價(jià)且具有大約10nm的分辨率的加工技術(shù)而為公眾所知。
此種刻印技未被應(yīng)用在本發(fā)明的具有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21的發(fā)光元件1的生產(chǎn)方法中。
在圖2所示的發(fā)光元件11中，防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)34形成在半導(dǎo)體層3、4的外表面上，該半導(dǎo)體層3、4，可通過去除圖1所示的發(fā)光元件1的透明晶體基板2而被顯現(xiàn)。在此發(fā)光元件11中，可將光直接且有效地從半導(dǎo)體層3、4的外表面擷取至外部，而無需經(jīng)過透明晶體基板2等介質(zhì)。
為得到上述發(fā)光元件11的結(jié)構(gòu)，必需形成基板支持層7?；逯С謱?，包括固定半導(dǎo)體層3、4的樹脂層71、安裝面電極32、42、以及電極連接路徑33、43，其中所述電極連接路徑33、43可電連接半導(dǎo)體層3、4外表面上的電極31、41和安裝面電極32、42，從而將電流從安裝面電極32、42引導(dǎo)至電極31、41。下面說明用于生產(chǎn)發(fā)光元件11的方法。
圖3所示的發(fā)光元件11a形成有間距為1000nm至3000nm的衍射光柵形狀的微小凹凸結(jié)構(gòu)34，以此作為圖2所示的發(fā)光元件11的防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)，并在微小凹凸結(jié)構(gòu)34的外表面進(jìn)一步形成有間距為10μm至50μm(最好為10μm至20μm)的棱鏡狀凹凸結(jié)構(gòu)52a。
在此發(fā)光元件11a中，通過在形成于發(fā)光面的防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)34上所形成的棱鏡狀凹凸結(jié)構(gòu)52a，可使發(fā)射光的分布向光發(fā)射方向(圖3中的上方)聚集，從而提高前面的亮度。此外，如下所述，還在發(fā)光元件11a的棱鏡狀凹凸結(jié)構(gòu)52a的外表面形成另一納米結(jié)構(gòu)(具有對(duì)象波長的大致1/4的周期和高度的結(jié)構(gòu)，例如，周期大致為100nm，高度大致為100至400nm)，從而可減小此表面的菲涅爾損失。
首先參照?qǐng)D4A至4F，說明通過第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法來生產(chǎn)發(fā)光元件1的步驟。
如圖4A所示，將具有半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層層積在由藍(lán)寶石(Al2O3)等構(gòu)成的透明晶體基板2的一個(gè)表面(圖4A中的下表面)上，形成一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件。為使透明晶體基板2起到具有在安裝發(fā)光元件時(shí)可進(jìn)行操作的厚度的支持層的作用，以及及光學(xué)作用，可在透明晶體基板2的另一表面(圖4A中的上表面)形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。
如圖4B所示，在透明晶體基板2的另一表面，旋涂作為轉(zhuǎn)寫層5的材料的抗蝕劑(例如PMMA甲基丙酸烯樹脂，酚醛清漆樹脂抗蝕劑)大約至1μm厚，且通過加熱到PMMA的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg或Tg以上而使其軟化(轉(zhuǎn)寫層形成步驟)。
之后，如圖4B與4C所示，以4Mpa的壓力P按壓具有間距約為1μm的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具6，從而將模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61轉(zhuǎn)寫至由PMMA構(gòu)成的轉(zhuǎn)寫層5(轉(zhuǎn)寫步驟)上。
然后，如圖4D所示，將模具6和PMMA已經(jīng)冷卻、固化的轉(zhuǎn)寫層5分離，并進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，對(duì)轉(zhuǎn)寫層5進(jìn)行蝕刻直至到達(dá)轉(zhuǎn)寫層5的基層(透明晶體基板2)。然后，如圖4E所示，基于轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5的微小凹凸結(jié)構(gòu)51，在發(fā)光元件1的透明晶體基板2上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21(多重反射防止結(jié)構(gòu)形成步驟)。然后，通過切割此基板而將形成一體的多個(gè)發(fā)光元件1分割成單個(gè)的發(fā)光元件，從而獲得如圖4F所示的單個(gè)發(fā)光元件1。
在圖4的步驟中所使用的發(fā)光元件1，為簡單起見，僅在一個(gè)晶片上生產(chǎn)兩個(gè)發(fā)光元件1，但亦可在晶片上設(shè)置更多的發(fā)光元件1。此種簡化在以下說明的各步驟中也相同。
如上所述，通過使用模具6進(jìn)行按壓以及隨后的蝕刻，可類似于CD(光盤)的生產(chǎn)，廉價(jià)地對(duì)大面積區(qū)域(整個(gè)基板)進(jìn)行加工，從而可大量生產(chǎn)具有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21的發(fā)光元件1。此外，還可形成具有金字塔形狀或其他任意形狀的三維微小凹凸結(jié)構(gòu)21，從而可有效地減少全反射損失，提高發(fā)光元件1的光擷取效率。
下面參照?qǐng)D5，簡要地說明具有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件1的生產(chǎn)步驟。
上述生產(chǎn)步驟，如上所述，首先通過層積具有半導(dǎo)體層3、4的發(fā)光層而在透明晶體基板2上形成多個(gè)發(fā)光元件1(步驟S1)。隨后，在轉(zhuǎn)寫層形成步驟(步驟S2)中，設(shè)置(#10)并軟化(#20)轉(zhuǎn)寫層材料。在轉(zhuǎn)寫步驟(步驟S3)中，將具有微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具6設(shè)置在轉(zhuǎn)寫層材料上(#30)，并使模具6按壓該軟化層以轉(zhuǎn)寫微小凹凸結(jié)構(gòu)61(#40)，固化該軟化層而使微小凹凸結(jié)構(gòu)51予以固定(#50)，然后將模具6與轉(zhuǎn)寫層材料分離(#60)。
進(jìn)一步，在多重反射防止結(jié)構(gòu)形成步驟(步驟S4)中，如#70的情形1，從轉(zhuǎn)寫有微小凹凸結(jié)構(gòu)51的轉(zhuǎn)寫層材料的上表面至基層(透明晶體基板2)進(jìn)行蝕刻，從而在基層(透明晶體基板2)上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。而在某些情況下，多重反射防止結(jié)構(gòu)形成步驟(S4)是在轉(zhuǎn)寫步驟(S3)中完成。在此情況下，如#70的情形2，轉(zhuǎn)寫有微小凹凸結(jié)構(gòu)51并予以固定的轉(zhuǎn)寫層5可以防止多重反射。
最后，切割形成有多個(gè)發(fā)光元件1的透明晶體基板2，從而獲得單個(gè)的發(fā)光元件1(步驟S5)。
在上述各操作步驟中，如圖5所示，關(guān)于防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的形成位置、軟化層材料的選擇、軟化層的形成方法等，可有各種選擇。另外，也可使用圖5所示以外的操作步驟的組合及生產(chǎn)方法，其中的一部分將在后文予以說明。
接下來對(duì)圖5進(jìn)行更詳細(xì)的說明。在“設(shè)置轉(zhuǎn)寫層(#10)”中，“情形1在透明晶體基板上設(shè)置轉(zhuǎn)寫層(#11)”的例子，為圖1及圖4所示的發(fā)光元件1，“情形2在半導(dǎo)體層上設(shè)置轉(zhuǎn)寫層(#12)”的例子，是圖10所示的發(fā)光元件1，其生產(chǎn)步驟將在后文給以說明。此外，“情形3分離透明晶體基板，在半導(dǎo)體層上設(shè)置轉(zhuǎn)寫層(#13)”的例子，為圖2及3所示的發(fā)光元件11、11a其生產(chǎn)步驟將在后文參照?qǐng)D11及其他附圖給以說明。
在“軟化轉(zhuǎn)寫層(#20)”中，對(duì)于“熱塑性材料(#21)”，可相對(duì)于固體材料，供給激光束所產(chǎn)生的熱能及光能而使其軟化，而對(duì)于“軟質(zhì)材料(#22)”，則可通過設(shè)置該材料來完成軟化。由于樹脂會(huì)因所使用的轉(zhuǎn)寫層材料而發(fā)生變異等，故軟化方法并不局限于以上兩種。
在轉(zhuǎn)寫步驟(S3)的“固化軟化層且固定微小凹凸結(jié)構(gòu)(#50)”中，對(duì)于“熱塑性材料(#51)”可通過冷卻而使軟化層固化，對(duì)于“熱固性材料(#52)”可通過加熱，例如利用紅外線范圍內(nèi)的激光束加熱而使其固化，而對(duì)于“光固性材料(#53)”則可通過輻射，例如利用紫外線范圍內(nèi)的激光束輻射而使其固化。
接下來參照?qǐng)D4A至4B，說明通過第一實(shí)施例的變形例的生產(chǎn)方法來生產(chǎn)發(fā)光元件1的步驟。
在圖4B的操作步驟中，使用旋涂器(spin coater)將硅(SiO2)有機(jī)溶劑涂敷于透明晶體基板2的上表面，使其厚度達(dá)到約2μm，從而形成轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑)5。此轉(zhuǎn)寫層5，可在透明晶體基板2的整個(gè)表面上予以形成，此外也可在局部予以形成。
此處，該硅類有機(jī)溶劑，是以酒精、酯、酮或其中2種或2種以上的混合物為主要成分，并包含硅醇鹽成分[RnSi(OH)4-n](其中R為H或烷基，n為0至3的整數(shù))的溶劑，具體而言，該硅類有機(jī)溶劑可為含有TEOS、TMOS等的溶液。除此之外，還可采用通常稱為SOG的中間層絕緣膜材料。
隨后，將形成有微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具設(shè)置在透明晶體基板2的轉(zhuǎn)寫層5上。該模具6，通過濕式蝕刻形成行與列的間距約為3.5μm的四角錐狀凸部(或凹部)，以此構(gòu)成微小凹凸結(jié)構(gòu)61。作為微小凹凸結(jié)構(gòu)61，除四角錐狀外，也可采用三角錐狀、六角錐狀或其他多角錐狀、柱狀、圓錐狀或半球狀等凹部或凸部。
然后，如圖4C所示，使模具6以90Mpa的壓力按壓轉(zhuǎn)寫層。此時(shí)，因轉(zhuǎn)寫層5未被固化而在室溫下處于液態(tài)(軟化狀態(tài))，故轉(zhuǎn)寫層5的硅類有機(jī)溶劑可進(jìn)入模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61中。
然后，模具6與處于半固化狀態(tài)的轉(zhuǎn)寫層5分離，此時(shí)具有逆向四角錐狀的微小凹凸結(jié)構(gòu)51被轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5。
在圖4D的操作步驟中，將轉(zhuǎn)寫有微小凹凸結(jié)構(gòu)51且未完全變成SiO2之前的轉(zhuǎn)寫層5作為抗蝕劑掩膜，利用氯氣進(jìn)行干式蝕刻(dry etching)直至轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑)5消失，由此具有逆向四角錐狀的微小凹凸結(jié)構(gòu)21被轉(zhuǎn)寫至透明晶體基板2。
然后，將該晶片切割成單個(gè)的發(fā)光元件1，供應(yīng)給安裝步驟。
若通過第一實(shí)施例的變形例的生產(chǎn)方法來生產(chǎn)發(fā)光元件1，則在模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61被轉(zhuǎn)寫至由硅類有機(jī)溶劑構(gòu)成的轉(zhuǎn)寫層5(熱壓紋/壓寫)之后，將未完全固化的轉(zhuǎn)寫層5作為抗蝕劑掩膜，利用氯氣進(jìn)行干式蝕刻，從而可在透明晶體基板2上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21。因此可減少全反射損失，提高光擷取效率。由于轉(zhuǎn)寫層5在完全變成SiO2之前亦被蝕刻，故不需要移除剩余的轉(zhuǎn)寫層5的操作步驟。
如上所述，第一實(shí)施例的生產(chǎn)方法(生產(chǎn)步驟)，或第一實(shí)施例的變形例的生產(chǎn)方法(生產(chǎn)步驟)，均可以類似于生產(chǎn)CD等，在大面積區(qū)域廉價(jià)地大量生產(chǎn)在透明晶體基板2上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21的發(fā)光元件1。
接下來說明用于轉(zhuǎn)寫微小凹凸結(jié)構(gòu)的模具6。在圖6A至6C中，模具6為硅(Si)類模具6(A)，其微小凹凸結(jié)構(gòu)61為具有四角錐狀的凹部，通過蝕刻而予以形成；而在圖7A至7C中，該模具為金屬模具6(B)，其微小凹凸結(jié)構(gòu)61為具有四角錐狀的凸部，通過切割而予以形成。另外，硅類模具6(A)也可形成具有凸部的微小凹凸結(jié)構(gòu)61，而金屬模具6(B)也可形成具有凹部的微小凹凸結(jié)構(gòu)61。圖6與圖7中省略了半導(dǎo)體層3、4。
若使用圖6A的硅類模具6(A)，則如圖6B所示，在轉(zhuǎn)寫層5形成具有四角錐狀的凸部的微小凹凸結(jié)構(gòu)51，又如圖6C所示，在透明晶體基板2的發(fā)光表面形成具有四角錐狀的凸部的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。
將硅類模具6(A)按壓在透明晶體基板2的表面上所形成的轉(zhuǎn)寫層5上，然后使轉(zhuǎn)寫層5固化并移除該模具，由此如圖6B所示可獲得被轉(zhuǎn)寫至固化的轉(zhuǎn)寫層5的外表面的微小凹凸結(jié)構(gòu)51。
隨后，如圖6B1所示，進(jìn)行了與轉(zhuǎn)寫層5的厚度d相應(yīng)的蝕刻后，如圖6C與6C1所示，可在透明晶體基板2上形成有防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。上述蝕刻，是利用氧氣(O2)等離子來對(duì)轉(zhuǎn)寫層5進(jìn)行的蝕刻，直至作為基層的透明晶體基板2予以顯現(xiàn)為只止。然后，進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，以相同速度蝕刻轉(zhuǎn)寫層5及透明晶體基板2，從而使加工處理得以高速執(zhí)行，而在轉(zhuǎn)寫微小凹凸結(jié)構(gòu)時(shí)可保持較高的真忠實(shí)度(透明晶體基板2的微小凹凸結(jié)構(gòu)21可精確地反映模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61)。
若使用圖7A的金屬模具6(B)，與上述硅類模具6(A)相似，即如圖7B及7B1所示，在轉(zhuǎn)寫層5形成具有四角錐狀凹部的微小凹凸結(jié)構(gòu)51，并如圖7C及7C1所示，在透明晶體基板2形成具有四角錐狀凹部的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。
若模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的間距最大為1μm，則可通過機(jī)械切割金屬材料來制造金屬模具6(B)。在采用機(jī)械加工處理時(shí)，如圖7A所示，可通過加工鉆頭的切割端形狀來制造形成具有錐狀凸部的微小凹凸結(jié)構(gòu)的金屬模具6(B)，其中所述錐狀凸部的頂角可任意設(shè)定。使用上述具有凸部的模具6形成透明晶體基板2的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，可使用相同于圖6所述的方法。此外，也可通過電鑄方法，制造凹凸圖案形狀與上述硅模具6(A)相反的復(fù)制模具，由此獲得具有凸部的硅類模具6(A)。
采用硅類模具6(A)，可精確地形成取決于晶體取向的形狀。而采用金屬模具6(B)，可形成三角錐狀、四角錐狀、矩形等任意形狀的凹部或凸部。因此，通過選擇上述方法，可在透明晶體基板2上形成具有符合所需光學(xué)特性的任意形狀的微小凹凸結(jié)構(gòu)21。
以上所述的是在透明晶體基板2形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21，下述的在半導(dǎo)體層3、4形成微小凹凸結(jié)構(gòu)34的步驟大致與上述內(nèi)容相同。
接下來參照?qǐng)D8及9來說明步驟予以簡化的生產(chǎn)步驟。此處所述的生產(chǎn)步驟對(duì)應(yīng)于圖5的步驟S4的“情形2(#70)”。如圖8A所示，使用藍(lán)寶石(折射率n＝1.77)作為透明晶體基板2，在其外表面涂敷折射率n約為1.7的聚合物、例如由三井化學(xué)(Mitsui Chemicals)公司生產(chǎn)的Anterior(n＝1.74)，或者涂敷無機(jī)/有機(jī)混合材料，以形成轉(zhuǎn)寫層5。通過刻印加工將模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5，并進(jìn)行固化，由此如圖8B及8C所示，轉(zhuǎn)寫層5可形成微小凹凸結(jié)構(gòu)51。
圖9所示的模具6不同于圖8的形成具有凹部的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具6，其形成具有凸部的微小凹凸結(jié)構(gòu)61，詳細(xì)說明予以省略。
因透明晶體基板2與轉(zhuǎn)寫層5的折射率設(shè)定為大致相等，故通過微小凹凸結(jié)構(gòu)51直接防止多重反射。用此方法可簡化生產(chǎn)步驟，從而可以較低的成本提高發(fā)光元件1的光擷取效率。
圖10，為圖5中“情形2在半導(dǎo)體層上設(shè)置轉(zhuǎn)寫層(#12)”的例子，所示生產(chǎn)方法，是在發(fā)光元件1的半導(dǎo)體層3、4形成微小凹凸結(jié)構(gòu)34的同時(shí)，在轉(zhuǎn)寫層5上形成上平坦表面5c與下平坦表面5d，且通過蝕刻而在上半導(dǎo)體層(p型GaN半導(dǎo)體層)4與下半導(dǎo)體層(n型GaN半導(dǎo)體層)3上形成電極形成部。
如圖10A所示，設(shè)置半導(dǎo)體層3、4上未形成電極31與電極41的發(fā)光元件1。該半導(dǎo)體層3、4的上部為p型GaN半導(dǎo)體層(上半導(dǎo)體層)4，下部為n型半導(dǎo)體層(下半導(dǎo)體層)3。
在圖10B的操作步驟中，將發(fā)光元件1的半導(dǎo)體層3、4設(shè)置為朝上，通過旋涂器將硅類有機(jī)溶劑涂敷在p型GaN半導(dǎo)體層4上以形成轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑)5。此轉(zhuǎn)寫層5，可在p型GaN半導(dǎo)體層(上半導(dǎo)體層)4的整個(gè)表面上予以形成，此外也可在局部予以形成。
在圖10C的操作步驟中，將形成有微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具6設(shè)置在p型GaN半導(dǎo)體層4上的轉(zhuǎn)寫層5一側(cè)。此模具6包括位于微小凹凸結(jié)構(gòu)61的底部附近的上平坦部6b，以及位于從上平坦部6b向下約為p型GaN半導(dǎo)體層4厚度的位置的下平坦部6c。
通過模具6按壓轉(zhuǎn)寫層5，然后使在模具6與半固化狀態(tài)的轉(zhuǎn)寫層5分離，由此微小凹凸結(jié)構(gòu)51被轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5，同時(shí)形成上平坦面5b、下平坦面5c。
在圖10D的操作步驟中，將轉(zhuǎn)寫層5作為抗蝕劑掩膜，利用氯氣進(jìn)行干式蝕刻，直到轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑)5消失為止。由此，微小凹凸結(jié)構(gòu)34被轉(zhuǎn)寫至p型GaN半導(dǎo)體層4。
此處，由于p型GaN半導(dǎo)體層4一般具有幾百納米的厚度，若氯氣的選擇比大約為1，則微小凹凸結(jié)構(gòu)34的深度約為p型GaN半導(dǎo)體層4的厚度的一半。若利用選擇比約為1的氯氣來進(jìn)行干式蝕刻，則在上平坦面5b的部分，p型GaN半導(dǎo)體層4的上表面作為電極形成部4g而予以暴露，而在下平坦面5c的部分，p型GaN半導(dǎo)體層4亦被蝕刻，從而使得n型GaN半導(dǎo)體層3的上表面作為電極形成部3g而予以暴露。
在圖10E的操作步驟中，在各電極形成部4g、3g上形成電極31、41之后，將晶片切割成單個(gè)的發(fā)光元件1，并供給至安裝步驟。
此發(fā)光元件1，因在其半導(dǎo)體層3、4可形成微小凹凸結(jié)構(gòu)34，故與在透明晶體基板2形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21的情形相同，可減少全反射損失，從而提高光擷取效率。
此外，因可在同一操作步驟中，形成半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34和電極形成部分3g、4g，故可簡化生產(chǎn)步驟，使生產(chǎn)成本降低。
以下參照?qǐng)D11A至11I，說明使用第二實(shí)施例的生產(chǎn)方法來生產(chǎn)發(fā)光元件11的步驟。
圖11所示的發(fā)光元件11，在由藍(lán)寶石(Al2O3)構(gòu)成的透明晶體基板2的一個(gè)表面(圖11中的下表面)，層積有具有n型GaN半導(dǎo)體層3與p型GaN半導(dǎo)體層4的發(fā)光層。如圖11B所示，在半導(dǎo)體層3、4的外表面，粘貼有由樹脂層71及銅箔72構(gòu)成的貼銅層積板(RCC)70。然后，相對(duì)于貼銅層積板70，進(jìn)行作為通常的印刷電路板處理步驟的VIA形成、圖案制作、電鍍等，由此如圖11C所示，形成具有基板支持層7的發(fā)光元件。
基板支持層7，包括支持半導(dǎo)體層3、4的樹脂層71、安裝面電極32、42、以及電極連接路徑33、43，其中電極連接路徑33、43可電連接安裝面電極32、42和半導(dǎo)體層外表面上的電極31、41，從而將電流從安裝面電極32、42引導(dǎo)至電極31、41?；逯С謱?適用于面安裝。另外，基板支持層7，可在絕緣部通過厚膜電鍍硅、金或其他金屬而予以形成。
隨后，如圖11D所示，使用準(zhǔn)分子激光束LB，透過透明晶體基板2來輻射半導(dǎo)體層3，從而分解GaN以分離透明晶體基板2，而使半導(dǎo)體層3的外表面S予以暴露。與透明晶體基板2分離的GaN層，厚度僅為幾微米。因此，使用基板支持層7，可以防止GaN層在分離處理及分離后安裝處理的操作過程中發(fā)生斷裂。
在透明晶體基板2被分離、移除的GaN層的外表面S上存在Ga。該Ga，可通過酸、堿等予以清洗，從而使GaN層暴露。然后，如圖11E至11I所示，將諸如PMMA或SOG(旋涂玻璃)等抗蝕劑涂敷于暴露在外的GaN層的外表面以形成轉(zhuǎn)寫層5，并執(zhí)行相同于圖4A至4F所述的操作步驟，從而獲得發(fā)光元件11。
在上述操作步驟中所使用的模具6，是能夠轉(zhuǎn)寫間隔為1000至2000μm的錐狀微小凹凸結(jié)構(gòu)61的模具。此模具可采用通過機(jī)械切割加工制成的金屬模具，也可采用通過蝕刻加工制成的硅類模具?；蛘?，可使用通過電鑄制成的上述模具的復(fù)制模具。
在上述發(fā)光元件11中，通過在半導(dǎo)體層3、4上安裝基板支持層7，可將透明晶體基板2從半導(dǎo)體層3、4剝離，且在剝離透明晶體基板2的半導(dǎo)體層3、4上形成微小凹凸結(jié)構(gòu)34，由此可減少全反射損失，從而可提高光擷取效率。尤其是半導(dǎo)體層3、4的厚度僅有幾微米，因而在剝離透明晶體基板2以及剝離后的安裝操作過程中容易斷裂，但通過在剝離之前安裝基板支持層7，則可解決上述問題。
另一方面，在發(fā)光元件11的生產(chǎn)步驟中，若抗蝕劑掩膜是通過涂敷硅類有機(jī)溶劑而獲得的轉(zhuǎn)寫層5，且被加工表面是半導(dǎo)體層3、4時(shí)，將BCl3、Ar等作為添加氣體而添加在氯氣(C12)中，根據(jù)混合比，可將選擇比(半導(dǎo)體層3、4的蝕刻速度與抗蝕劑(轉(zhuǎn)寫層5)的蝕刻速度的比)調(diào)整在0.5至4的范圍內(nèi)，且可獲得模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61，或者轉(zhuǎn)寫層5的微小凹凸結(jié)構(gòu)51的0.5至4倍的縱橫比(aspect ratio)。
如圖12A與12B所示，若選擇比為1，則模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的深度T1、轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑掩膜)5的微小凹凸結(jié)構(gòu)51的深度T2、以及半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34的深度T3全部相同(T1＝T2＝T3)。若該形狀是通過利用硅(Si)的晶體取向的濕式蝕刻而制成的模具為原型，基于要求光學(xué)特征，選擇比以設(shè)定為1較為理想。
與此相反，如圖12C與12D所示，若選擇比為2，則模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的深度為T1’(約為T1的1/2)、轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑掩膜)5的微小凹凸結(jié)構(gòu)51的深度為T2’(約為T2的1/2)，而干式蝕刻后的半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34的深度T3約為深度T1’及T2’的兩倍(T1’＝T2’＜T3)因此，若選擇比為2，則模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的深度T1’僅為選擇比為1時(shí)的深度T1的大約1/2，而轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑掩膜)5的微小凹凸結(jié)構(gòu)51的深度T2’也僅為選擇比為1時(shí)的深度T2(即轉(zhuǎn)寫層5的厚度)的大約1/2。因此，由于毛口(burrs)較少，可使模具6更容易制造，且可節(jié)約轉(zhuǎn)寫層5所使用的硅類有機(jī)溶劑。此外，若選擇比為2，蝕刻速度快于選擇比為1時(shí)的蝕刻速度，因此可在較短時(shí)間內(nèi)完成蝕刻。
如圖13A所示，通過在透明晶體基板2或半導(dǎo)體層3、4上涂敷硅類有機(jī)溶劑來形成轉(zhuǎn)寫層5時(shí)，若該硅類有機(jī)溶劑為氫化倍半硅氧烷聚合物(例如，由Dow Corning公司所生產(chǎn)的HSQ，產(chǎn)品名FOX)，則通過旋涂將難以涂敷1μm或1μm以上厚度的硅類有機(jī)溶劑。
因此，如圖13B與13C所示，模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61具有約2μm的深度，當(dāng)需要涂敷約2μm的厚度時(shí)，通過旋涂僅能獲得約1μm的涂敷厚度，所以模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61無法精確地轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5。
因此，如圖13D所示，若通過灌注或噴涂將硅類有機(jī)溶劑涂敷于透明晶體基板2或半導(dǎo)體層3、4而形成轉(zhuǎn)寫層5，則如圖13E及13F所示，可將模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61精確地轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5，這是因?yàn)橥ㄟ^灌注或噴涂可獲得2μm或2μm以上的涂敷厚度。
具體而言，通過灌注或噴涂所涂敷的轉(zhuǎn)寫層5，在室溫下因未進(jìn)行固化處理而處于液體(軟化)狀態(tài)。因此，當(dāng)模具6被按壓在轉(zhuǎn)寫層5上時(shí)，轉(zhuǎn)寫層5的硅類有機(jī)溶劑可進(jìn)入模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61。
模具6，可通過較低的壓力來按壓，同時(shí)按壓動(dòng)作(stroke)可予以控制，另外也可使用控制模具6與轉(zhuǎn)寫層5之間的間隔S的裝置來進(jìn)行按壓。
在發(fā)光元件11的生產(chǎn)方法中，按壓模具的壓力以5Mpa或5Mpa以上，150Mpa或105Mpa以下較為理想。
具體而言，若僅使用模具6來轉(zhuǎn)寫形狀，則可以150Mpa或以上的壓力按壓模具6。然而，對(duì)于半導(dǎo)體而言，尤其為發(fā)光元件11(以及發(fā)光元件1、11a)的半導(dǎo)體層3、4，若按壓壓力超過150MPa，可能會(huì)使半導(dǎo)體受損，致使發(fā)光特性惡化。
因此，將按壓模具6的壓力設(shè)定在5Mpa或5Mpa以上，150Mpa或150Mpa以下，可減少發(fā)光元件11的半導(dǎo)體層3、4受到損害。
在發(fā)光元件11的生產(chǎn)方法中，將模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5后，并在干式蝕刻之前，如圖14A所示，可在120°或120°以下的溫度進(jìn)行后烘焙(postbaking)處理。
具體而言，若以120°或120°以下的溫度來烘焙轉(zhuǎn)寫層5，則轉(zhuǎn)寫層5將以更快的速度變成SiO2，從而選擇比可設(shè)定在10或10以上。此時(shí)的轉(zhuǎn)移層5，雖可用作僅加工矩形凹凸結(jié)構(gòu)的抗蝕劑掩膜，但同此抗蝕劑一起予以蝕刻，而在透明晶體基板2中形成微小凹凸結(jié)構(gòu)21，或者在半導(dǎo)體層3、4形成微小凹凸結(jié)構(gòu)34，則非常困難。
因此，通過以120°或120°以下的溫度來后烘焙轉(zhuǎn)寫層5，可使轉(zhuǎn)寫層5固化但不會(huì)完全變成SiO2，由此可在5至10之間調(diào)整選擇比。
因此，若需要以高縱橫比來形成透明晶體基板2的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，以及半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34時(shí)，若轉(zhuǎn)寫層5無法形成較大的厚度，可先以低縱橫比將模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層5，并在120°或120°以下的溫度對(duì)轉(zhuǎn)寫層5進(jìn)行后烘焙，然后再進(jìn)行蝕刻。由此，如圖14B所示，透明晶體基板2的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，以及半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34，可以高縱橫比予以形成。
例如，模具6的微小凹凸結(jié)構(gòu)61的間距為100至300nm時(shí)，通過以大約為1的縱橫比將微小凹凸結(jié)構(gòu)51轉(zhuǎn)寫至由SOG材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)寫層5，并在轉(zhuǎn)寫后以大約100°對(duì)轉(zhuǎn)寫層5后烘焙5分鐘，由此可提高其對(duì)蝕刻的抵抗力。因此，選擇比可設(shè)定在約為10的較大值。
由此，透明晶體基板2的微小凹凸結(jié)構(gòu)21，以及半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34可以較高的縱橫比而予以形成，故可增強(qiáng)反射防止效果，從而提高發(fā)光元件11的光擷取效率。
另一方面，在圖11F所示的操作步驟中，通過模具6而在轉(zhuǎn)寫層5形成微小凹凸結(jié)構(gòu)51之后，如圖15A所示，將轉(zhuǎn)寫層5作為抗蝕劑掩膜，利用氯氣進(jìn)行干式蝕刻，直到轉(zhuǎn)寫層(抗蝕劑)5消失為止，則微小凹凸結(jié)構(gòu)34被轉(zhuǎn)寫至半導(dǎo)體層3、4。
然后，如圖15B所示，通過LIGA、熱壓紋或刻印，在半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34上形成大于微小凹凸結(jié)構(gòu)34的凹凸結(jié)構(gòu)9a，并將晶片切割成單個(gè)的發(fā)光元件1，并供給至安裝步驟。
此處，若半導(dǎo)體層3、4的微小凹凸結(jié)構(gòu)34，是間距為1000至3000nm的棱鏡狀衍射光柵時(shí)，則其上所形成的凹凸結(jié)構(gòu)9a，可以是間距為10至50μm的棱鏡狀衍射光柵，其中以10至20μm的間距較為理想。
而且，如圖15D中放大顯示的凹凸結(jié)構(gòu)9a的一個(gè)棱鏡狀凸部，在凹凸結(jié)構(gòu)9a的外表面上進(jìn)一步形成超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)9b(例如，間距為100nm，高度為100至200nm)則較為理想。
為形成此超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)9b，將鎢(W)濺射淀積在用來形成凹凸結(jié)構(gòu)9a的模具的內(nèi)表面上并使用此模具將鎢薄膜形狀的超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)寫至凹凸結(jié)構(gòu)9a外表面。換言之，在采用Ar(氬)等離子濺射鎢的情況下，若在氬氣量相對(duì)較大(500W，90mTorr)的環(huán)境中施行濺射，則可形成大致100nm的柱狀結(jié)構(gòu)的鎢。因此所形成的超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)9b亦大致在100nm，在圖15C中，棱鏡狀微小凹凸結(jié)構(gòu)34形成于半導(dǎo)體層3、4，而棱鏡狀凹凸結(jié)構(gòu)9a形成在棱鏡狀微小凹凸結(jié)構(gòu)34的上方，但亦可如圖16A所示，在半導(dǎo)體層3、4的棱鏡狀微小凹凸結(jié)構(gòu)34的上方形成具有顯微透鏡狀的凹凸結(jié)構(gòu)9a，也可如圖16B所示，在半導(dǎo)體層3、4的顯微透鏡狀微小凹凸結(jié)構(gòu)34的上方形成棱鏡狀凹凸結(jié)構(gòu)9a。
根據(jù)此結(jié)構(gòu)，具有棱鏡形狀或其他形狀的凹凸結(jié)構(gòu)9a形成在半導(dǎo)體3、4的棱鏡狀微小凹凸結(jié)構(gòu)34的上方。因此，可將發(fā)射光的分布聚光在上表面(前面)，從而可提高前面的亮度。
此外，通過在凹凸結(jié)構(gòu)9a的外表面上進(jìn)一步形成無反射納米結(jié)構(gòu)的超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)9b，可減少超細(xì)微凹凸結(jié)構(gòu)9b的外表面的菲涅爾反射損失。因此，與向上表面(前表面)聚集發(fā)射光的分布一起使用，可進(jìn)一步提高前面的亮度。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件的生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)在透明晶體基板上層積有至少包括n型半導(dǎo)體層及p型半導(dǎo)體層的發(fā)光層的發(fā)光元件，其特征在于包括以下步驟在所述透明晶體基板或所述發(fā)光層的至少一部分形成轉(zhuǎn)寫層的步驟，該轉(zhuǎn)寫層通過所供給的能量軟化或固化；將形成有微小凹凸結(jié)構(gòu)的模具按壓在所述轉(zhuǎn)寫層上，使所述微小凹凸結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層的外表面的步驟；以及基于被轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層的所述微小凹凸結(jié)構(gòu)，形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于上述在所述發(fā)光層上形成所述微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，還包括在所述發(fā)光層的形成有電極的表面上形成基板支持層之后，分離所述透明晶體基板和所述發(fā)光層的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于上述形成所述轉(zhuǎn)寫層的步驟，包括將硅類有機(jī)溶劑涂敷于所述透明晶體基板或所述發(fā)光層的至少一部分而形成所述轉(zhuǎn)寫層的涂敷步驟；上述形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，包括將所述轉(zhuǎn)寫層作為抗蝕劑掩膜，并通過氯氣干式蝕刻所述轉(zhuǎn)寫層，在所述透明晶體基板或所述發(fā)光層上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于上述在所述發(fā)光層上形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟，包括將一模具按壓在所述轉(zhuǎn)寫層上，其中所述模具具有位于防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的底部附近的上平坦部，以及位于從此上平坦部向下約有所述發(fā)光層的上半導(dǎo)體層厚度的位置的下平坦部，將上平坦部與下平坦部連同所述微小凹凸結(jié)構(gòu)一起轉(zhuǎn)寫至所述轉(zhuǎn)寫層，當(dāng)使用所述轉(zhuǎn)寫層作為抗蝕劑掩膜進(jìn)行干式蝕刻時(shí)，通過蝕刻所述發(fā)光層的上部半導(dǎo)體層及下部半導(dǎo)體層而形成電極形成部的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的生產(chǎn)方法，其特征在于上述蝕刻步驟，包括將發(fā)光層的蝕刻速度與抗蝕劑的蝕刻速度的選擇比調(diào)整到兩倍至四倍的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)方法，其特征在于上述涂敷硅類有機(jī)溶劑而形成轉(zhuǎn)寫層的步驟，包括通過灌注或噴涂來涂敷硅類有機(jī)溶劑的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求3～6中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述模具的按壓壓力在5Mpa或5Mpa以上，150MPa或150Mpa以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求3～7中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)方法，其特征在于還包括在所述發(fā)光層形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)之后，在此發(fā)光層的所述微小凹凸結(jié)構(gòu)上形成大于該微小凹凸結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述凹凸結(jié)構(gòu)具有棱鏡或顯微透鏡的形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件的生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)在透明晶體基板(2)上層積至少包括n型基板支持層(3)及p型基板支持層(4)的發(fā)光層的發(fā)光元件(1)，該生產(chǎn)方法包括在透明晶體基板(2)或發(fā)光層(3)、(4)的至少一部分形成轉(zhuǎn)寫層(5)的步驟，該轉(zhuǎn)寫層通過所供給的能量軟化或固化；將形成有微小凹凸結(jié)構(gòu)(61)的模具(6)按壓在轉(zhuǎn)寫層(5)上，使該微小凹凸結(jié)構(gòu)(61)轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層(5)的外表面的步驟；基于被轉(zhuǎn)寫至轉(zhuǎn)寫層(5)的微小凹凸結(jié)構(gòu)，形成防止多重反射的微小凹凸結(jié)構(gòu)的步驟。
文檔編號(hào)H01L21/308GK1871713SQ200480031178
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者福島博司, 久保雅男, 井上章, 田中健一郎, 桝井干生, 松井真二 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社