專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件，特別是涉及用于照明等的白色二極管用的化合 物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
化合物半導(dǎo)體發(fā)光元素，特別是發(fā)光二極管(LED)近年來(lái)發(fā)光效率、 光輸出功率提高，而被用于大型顯示器、背光源等。此外，如果光輸出功 率、效率提高，則也可以利用于一般照明，因此以此為目標(biāo)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行。
若與熒光燈和白熾燈等現(xiàn)有光源相比，LED是小得多的小型的點(diǎn)光 源，比起現(xiàn)有光源，顯示出指向性大的特殊的配光分布。
為了獲得具有期望的配光特性的光源、顯示器、發(fā)光裝置等，歷來(lái)對(duì) 策是在LED芯片的外部制作控制配光的結(jié)構(gòu)體。例如，將樹(shù)脂透鏡、反 射鏡、光擴(kuò)散板等的結(jié)構(gòu)體安裝在外部，使之聚光或光擴(kuò)散，從而得到具 有期望的配光特性的各種光源、顯示器、發(fā)光裝置。這種情況下，為了得 到期望的配光特性，需要透鏡和反射鏡與LED芯片的精密的光軸結(jié)合、 位置結(jié)合，這在制造上存在配光特性偏差變大的問(wèn)題。
另外，縱使用于配光特性的控制的結(jié)構(gòu)體的光軸結(jié)合、位置結(jié)合能夠 精密的情況下，從發(fā)光二極管芯片放出的光也會(huì)由于反映出芯片形狀、電 極形狀、端面的最終加工狀態(tài)等而顯示出復(fù)雜又不均一的配光分布，因此 依然存在配光特性的偏差大這一問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光元件芯片，其能夠消除在制作外部的 配光特性控制用的結(jié)構(gòu)體之前的階段，即來(lái)自發(fā)光元件芯片的直接光的階 段的復(fù)雜而不均一的配光特性，降低配光特性的偏差。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種發(fā)光元件，特別是照明用途的發(fā)光元件，其無(wú)論從哪個(gè)方向看光源都能夠感覺(jué)同樣亮度，而沒(méi)有在特定方向 會(huì)異常明亮的不自然。
本發(fā)明者們銳意研究的結(jié)果是完成了本發(fā)明。
艮P，本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，(1)其直接測(cè)定從發(fā)光元件的芯片放
出的光時(shí)的配光分布i (e、 (i))不依存于4)方向，而是具有大體由i (e、 (JO = i (e)表示的配光分布。
i (e、 (to表示(e、 (to方向的光強(qiáng)度分布，
e表示來(lái)自發(fā)光元件的光引出面的法線方向的角度(o《e《9o° )，
ct)表示法線的周圍的旋轉(zhuǎn)角(0《*《360° )，
I (e)在6=90°下表示接近于零的單遞減函數(shù)。 另外，本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，(2)其具有的結(jié)構(gòu)為，構(gòu)成發(fā)光元 件的芯片的結(jié)構(gòu)體之中，涉及對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光為透明的結(jié)構(gòu)體部分
的大小，橫向的大小和厚度方向的大小的比(縱橫比)為5以上，并且在
發(fā)光元件芯片的表面或該透明的結(jié)構(gòu)體部分的內(nèi)部，具有有著光散射功能 的結(jié)構(gòu)。


圖l是配光分布的說(shuō)明圖。
圖2是實(shí)施例1的元件結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。 圖3是實(shí)施例2的元件結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。 圖4表示實(shí)施例1的配光分布。 圖5表示比較例1的配光分布。 圖6表示比較例2的配光分布。 圖7表示實(shí)施例2的配光分布。 圖8表示實(shí)施例3的配光分布。 符號(hào)說(shuō)明
1……藍(lán)寶石基板 2……對(duì)光進(jìn)行散射的結(jié)構(gòu) 3……化合物半導(dǎo)體層 4……發(fā)光層5……透明結(jié)構(gòu)體
6......p電極
7……n電極
8……粘結(jié)層
9……金屬基板圖具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)光元件，直接測(cè)定從發(fā)光元件的芯片放出的光時(shí)的配光分 布(以后稱為"直接光的配光分布")I (e、 (J))不依存于&方向，而是具
有大體由i (e、 。) =i (e)表示的配光分布。其中，i (e、 oo表示(e、 方向的光強(qiáng)度分布，e表示來(lái)自發(fā)光元件的光引出面的法線方向的角
度(0《0《90° )， d)表示法線的周圍的旋轉(zhuǎn)角(0《4)《360° )， i (e)
為e=9o°表示接近于零的單遞減函數(shù)。
所謂配光分布，是指從發(fā)光元件的光引出面發(fā)射出的光強(qiáng)度在方向上 的分布，由通過(guò)圖l所示的2個(gè)角度e、 4根本性地決定的方向上的光強(qiáng) 度I (0、 (iO表示。
在本發(fā)明中得到的發(fā)光元件中，即使不在發(fā)光元件芯片的外部配置用 于控制配光特性的結(jié)構(gòu)體，無(wú)論從哪個(gè)方向觀看光源面，都會(huì)見(jiàn)到來(lái)自發(fā) 光元件的直接光有著大體相同的亮度。本發(fā)明中得到的配光分布，來(lái)自(t) 方向的偏差極小，作為e方向的依存性，涉及到e則由單遞減的函數(shù)表示。
發(fā)光元件芯片的直接光的配光分布由i (e、 (to = i (e)表示。i (e) 為9=90° ，是接近于零的單遞減函數(shù)。在此， 一般能夠由下式表示e方向 的配光特性。
I (e、 4) =Acosnae+Bsin，
式中，A、 B為常數(shù)，n、 m為正數(shù)，a、 (3為正數(shù)。cosnae的項(xiàng)表示 在光引出面的法線方向上具有最大值的成分，sirT(3e的項(xiàng)表示在橫向、即 光引出面的面內(nèi)方向具有最大值的成分。n、 m表示各自的成分的指向性， 1的情況下通過(guò)彎曲座標(biāo)顯示來(lái)表示圓形的配光分布，若比1大則成為指 向性強(qiáng)度配光分布，若比l小則成為指向性弱的配光分布。另外，在a、卩 只有在0=0°或卯°具有峰值時(shí)為a-(3-l，在除此以外的位置達(dá)到峰值時(shí)
7為1以外的值。
在發(fā)光元件芯片的直接光的配光分布中，沒(méi)有上式中的sine這項(xiàng)，而
只由cose這項(xiàng)表現(xiàn)。另外，由于從e的o。到90°的范圍單遞減，在90
°方向接近于零，因此01=1。
發(fā)光元件芯片的直接光的配光分布，具體來(lái)說(shuō)，i (e)大體由i (e)
=1^0^表示。1。表示6=0°方向的光強(qiáng)度，n表示正數(shù)。在此n的值優(yōu)選 為0.5《n《2正數(shù)。
在發(fā)光元件中，即使不在發(fā)光元件芯片的外部配置用于控制配光特 性的結(jié)構(gòu)體，無(wú)論從哪個(gè)方向觀看光源面，都會(huì)見(jiàn)到來(lái)自發(fā)光元件的直接 光有著大體相同的亮度，但是這里所說(shuō)的"配置于外部的用于控制配光特 性的結(jié)構(gòu)體"，是樹(shù)脂透鏡、反射鏡、光擴(kuò)散板等設(shè)于發(fā)光元件芯片的外 部，比發(fā)光元件芯片大得多的結(jié)構(gòu)體，而并不是指與發(fā)光元件芯片為一體 的意思。
關(guān)于是否把分散在樹(shù)脂中的熒光體視為外部的結(jié)構(gòu)體是這樣，在制作 發(fā)光元件芯片后，將其埋入熒光體分散樹(shù)脂中，樹(shù)脂部分的體積比發(fā)光元 素芯片大得多，在制造工序中是一旦制作好發(fā)光元件芯片之后再埋入熒光 分散樹(shù)脂中等，而不能說(shuō)成發(fā)光元件與熒光分散樹(shù)脂為一體，因此不視其 為外部的結(jié)構(gòu)體。
然而，在分散有熒光體的樹(shù)脂的薄層被形成于發(fā)光元件芯片的表面等 情況下，熒光體層的體層不能說(shuō)比發(fā)光元件芯片大得多。另外，在分割成 芯片之前的晶片階段形成熒光體層，其后分割成芯片時(shí)可以說(shuō)發(fā)光元件芯 片與熒光體層為一體。因此，這些情況都不視為外部的結(jié)構(gòu)體。
為了無(wú)論從哪個(gè)方向看光源面都能使來(lái)自發(fā)元件芯片的直接光看起 來(lái)有大體相同的亮度，重要的是針對(duì)放出的光，透明的結(jié)構(gòu)體部分的形狀。 在本發(fā)明中，對(duì)于放出的光所謂透明的結(jié)構(gòu)體部分，是指構(gòu)成發(fā)光元件芯 片基板、半導(dǎo)體結(jié)晶、保護(hù)膜等的構(gòu)成要素之中透明的部分整體。例如， 在藍(lán)寶石上成長(zhǎng)的InGaN系淺藍(lán)色系二極管是指使氮化物半導(dǎo)體和藍(lán)寶 石為一體的結(jié)構(gòu)體，作為其他例，在通過(guò)晶片鍵合形成于金屬基板上的 InGaN系淺藍(lán)色發(fā)光二極管的情況下，所謂透明的結(jié)構(gòu)體部分只有氮化物 半導(dǎo)體部分。
8對(duì)于發(fā)射的光而透明的結(jié)構(gòu)體部分的形狀的橫向(即面內(nèi)方向)與層 厚方向的比很重要。所謂橫向(即面內(nèi)方向)的大小，是指表示二次元形 狀的大小的代表性的指標(biāo)， 一般有2個(gè)指標(biāo)，但是在本發(fā)明中是其小的一方。
譬如，圓的情況由直徑代表，正方形的情況由邊的長(zhǎng)度代表，長(zhǎng)方形 時(shí)由短邊的長(zhǎng)度代表，橢圓時(shí)由短徑代表。橫向的大小與層厚方向大小的
比(縱橫比)的優(yōu)選的范圍是5以上。更優(yōu)選為10以上，進(jìn)一步優(yōu)選為 15以上?？v橫比比5小時(shí)，從光引出面以外的側(cè)面放射的光的比例增大， 因此不能實(shí)現(xiàn)朗伯型配光分布。
如上述如果加大縱橫比，則能夠減小從側(cè)面引出的光的份額，因此無(wú) 論從哪個(gè)方向看光源面都能夠見(jiàn)到大體同等的亮度。更優(yōu)選加大縱橫比， 并且在發(fā)光元件芯片的表面或透明的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部，形成具有散射放出的 光的功能的結(jié)構(gòu)。
作為具有散射光的功能的結(jié)構(gòu)，可列舉將微粒子配列于發(fā)光元件芯片 表面的結(jié)構(gòu)，或在透明的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部分散有微粒子的結(jié)構(gòu)。另外還可列 舉被形成于發(fā)光元件芯片的表面，或者被形成于與透明的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的光 引出面大體平行而折射率不同的材料間界面，具有相對(duì)于表面或界面而傾 斜的側(cè)面的大量的凹凸結(jié)構(gòu)。
形成具有散射光的功能的結(jié)構(gòu)，如上述，對(duì)于無(wú)論從哪個(gè)方向看光源 面都可見(jiàn)到大體同等的亮度這一點(diǎn)有效，但是與之不同的是，其還有提高 光的引出效率而使發(fā)光元件的光輸入功率、發(fā)光效率提高有效。
艮口，不在發(fā)光元件芯片上形成具有散射光的功能的結(jié)構(gòu)時(shí)，主要是橫 向前進(jìn)的光由于在化合物半導(dǎo)體結(jié)晶表面的全反射的反復(fù)(多重反向)而 衰減，無(wú)法有效的引出。相對(duì)于此，形成具有散射光的功能的結(jié)構(gòu)時(shí)，全 反射的效果減小，光從引出面被有效的引出，因此光引出效率提高。
為了得到白色光，可以進(jìn)行的是，使受到來(lái)自發(fā)光二極管的光激勵(lì)并 發(fā)生波長(zhǎng)變換，從而發(fā)射其他波長(zhǎng)的光的熒光粒子分散在發(fā)光二極管的周 圍。通過(guò)利用這樣的熒光粒子分散層，與形成具有散射光的功能的結(jié)構(gòu)的 情況相同，發(fā)光元件芯片表面變得不平均，會(huì)產(chǎn)生無(wú)論從哪個(gè)方向看光源 面都可見(jiàn)到大體同等的亮度的效果。此外，優(yōu)選將形成熒光粒子分散層和
9加大發(fā)光元件芯片的透明的結(jié)構(gòu)體部分的縱橫比兩者加以組合。
熒光層為非粒子性時(shí)，通常不具有散射光的功能，因此無(wú)論從哪個(gè)方 向看光源面都可見(jiàn)到大體同等的亮度的效果小。使用這種非粒子性的熒光 層時(shí)，優(yōu)選在其表面或與發(fā)光元件的界面預(yù)先形成具有散射光的功能的結(jié) 構(gòu)。這種情況下，還優(yōu)選使之與加大發(fā)光元件芯片的透明的結(jié)構(gòu)體部分的 縱橫比加以組合。
作為非粒子性熒光層的例子，可列舉如下與通過(guò)濺射法和激光濺射 法等薄膜制作法形成的粒子狀熒光體為相同組成的薄膜；含有發(fā)光二極管 的發(fā)光層所利用的化合物半導(dǎo)體薄膜的疊層結(jié)構(gòu)，或者與放的光的波長(zhǎng)相 比粒徑十分小并幾乎沒(méi)有散射光的功能的超微粒子熒光體的薄膜層等。
有關(guān)用于使光散射的微粒子，為了無(wú)論從哪個(gè)方向看光源面都會(huì)見(jiàn)到 大體相同的亮度，其大小、形狀、材料、密度的控制很重要。關(guān)于散射光 的微粒子的形狀，可以得用球狀、板狀、針狀、不規(guī)則形狀等各種形狀， 但能夠優(yōu)選使用的是球狀。
作為使光散射的微粒子的大小，需要為放出的光的波長(zhǎng)程度以上的大
小，優(yōu)選大概平均粒徑為10nm以上、10000nm以下。如果為10nm以上， 則散射的效果更優(yōu)異，因此優(yōu)選，在10000nm以下時(shí)，發(fā)光元件芯片所含 的微粒子的數(shù)量變多，由此致使整體的散射效果加強(qiáng)，容易得到均一的配 光分布，因此優(yōu)選。
作為使光散射的微粒子的原料，優(yōu)選對(duì)于從發(fā)光元件發(fā)出的光具有光 透過(guò)性或光反射性的材料，能夠利用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、 硫?qū)?chalcogen)化合物等。
其中，優(yōu)選二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鎂、 氧化鋅、氧化錫和釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet)的粒子。更優(yōu)選
的是正球狀，容易得到高的光透過(guò)性的二氧化硅。
關(guān)于使光散射的微粒子的分散狀態(tài)，雖然可以使之分散到發(fā)光元件芯 片的透明結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的三維空間內(nèi)，但也可以在透明結(jié)構(gòu)內(nèi)部的特定的平 面內(nèi)使之二次元地配置。二次元地配置時(shí)的優(yōu)選的面密度雖然也依存于平 均粒徑，但優(yōu)選大約2 X 106/cm2以上、2 X 1010/cm2以下。2X106/cm2以下 時(shí)光散射功能變?nèi)酢?br> 10作為將使光散射的微粒子導(dǎo)入發(fā)光元件內(nèi)部的方法有，在結(jié)晶成長(zhǎng)用 基板上通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜和浸漬法等而配置粒子后進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)，從而埋入光 散射粒子的方法，和在途中一下子停止結(jié)晶成長(zhǎng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜和浸漬法 等使粒子配置于結(jié)晶表面后，再進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)而埋入光散射粒子的方法等。
另外，作為在發(fā)光元件表面配置光散射粒子的方法有，在結(jié)晶成長(zhǎng)后， 在其表面或背面通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜和浸漬法等涂布粒子的方法等。
除了導(dǎo)入上述使光散射的微粒子的方法以外，在發(fā)光元件芯片的表 面，或者在與透明的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的光引出面大體平行而折射率不同的材料 間界面，形成具有相對(duì)于表面或界面而傾斜的側(cè)面的大量的凹凸結(jié)構(gòu)的方 法，在用于無(wú)論從哪個(gè)方向看光源面都可見(jiàn)大體同等的亮度上也有效。作 為該凹凸結(jié)構(gòu)的形狀，如錐體形狀或錐臺(tái)形狀這樣側(cè)面傾向的突起狀的形 態(tài)特別優(yōu)選。
作為凹凸的高度，優(yōu)選50nm以上、2000nm以下。如果在該范圍，則 更容易得到本發(fā)明的效果，因此優(yōu)選。
作為凹凸的側(cè)面的傾斜角度，優(yōu)選為15°以上、75°以下。側(cè)面傾斜 角度可以一定，也可以根據(jù)突起的高度方向的位置變化。
具有傾斜側(cè)面的突起狀的凹凸的密度，優(yōu)選為2Xl()S/ci^以上、2X 101Q/cm2以下。為2X 106/cm2以下的密度時(shí)光散射功能變?nèi)酢?br> 作為上述的具有傾斜側(cè)面的突起狀的凹凸的形成方法可列舉如下通 過(guò)半導(dǎo)體的結(jié)晶成長(zhǎng)條件的調(diào)整，在結(jié)晶表面形成凹凸的方法；通過(guò)通常 的光刻法形成掩膜，通過(guò)蝕刻形成凹凸的方法；通過(guò)納米壓印 (nanoimprint)法形成更微細(xì)的凹凸的方法；通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜和浸潰法等在 結(jié)晶表面澆鑄微粒子，以其為掩膜來(lái)進(jìn)行蝕刻的方法等。
另外，具有傾斜側(cè)面的突起狀的凹凸，能夠在(1)結(jié)晶成長(zhǎng)用基板 的表面，(2)結(jié)晶成長(zhǎng)途中的表面，或者(3)結(jié)晶成長(zhǎng)后的結(jié)晶表面和 成長(zhǎng)用基板的背面形成。(1)和(2)的情況下，會(huì)在發(fā)光元件芯片的內(nèi) 部的折射率不同的界面形成凹凸。(3)的情況下會(huì)在發(fā)光元件表面形成凹 凸。
實(shí)施例
ii以下，利用圖2說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，但本發(fā)明并不受其限定。 實(shí)施例1
作為基板使用厚43(Vm的2英寸藍(lán)寶石1的C面，并對(duì)其進(jìn)行了鏡 面研磨。作為無(wú)機(jī)粒子使用硅膠(扶?；瘜W(xué)工業(yè)(株)制，PL-20 (商品 名)，l次粒徑370nm，粒子濃度24重量％)所含的二氧化硅粒子。在旋 涂器(spinner)上設(shè)置基板，在其上涂布稀釋為10重量％的硅膠，進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)干燥。以SEM觀察時(shí)，二氧化硅粒子在基板表面的被覆率約為39°/。。
在基板上使氮化物半導(dǎo)體層取向附生成長(zhǎng)，使二氧化硅粒子埋沒(méi)在氮 化物半導(dǎo)體層中。取向附生成長(zhǎng)通過(guò)常壓MOVPE法進(jìn)行。在1個(gè)氣壓下， 使基座(susceptor)的溫度為485°C，載氣為氫，供給載氣、氨、TMG， 使厚度為500A的GaN緩沖層成長(zhǎng)。使基座的溫度達(dá)到90(TC之后，供給 載氣、氨、TMG，使非摻雜GaN層成長(zhǎng)?；鶞囟冗_(dá)到1040'C并使?fàn)t內(nèi) 壓力達(dá)到1/4氣壓，供給載氣、氨、TMG，使厚度為5pm的非摻雜GaN 層成長(zhǎng)，得到在GaN結(jié)晶中含有由二氧化硅粒子構(gòu)成的層的疊層基板。
在疊層基板上，依次使n型半導(dǎo)體層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、 p型半導(dǎo)體層成長(zhǎng)，得到發(fā)光波長(zhǎng)440nm的淺藍(lán)色LED用氮化物半導(dǎo)體 疊層基板。
將淺藍(lán)色LED用氮化物半導(dǎo)體疊層基板分割成8份，對(duì)其中之一實(shí) 施用于表現(xiàn)出n型接觸層的蝕刻加工，形成半透明p電極和n電極，得到 由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光元件(LED晶片)。LED晶片的透明部分的尺 寸為25mmX13mmX0.43mm，縱橫比為30 (=13/0.43)。氮化物半導(dǎo)體結(jié) 晶的厚度在10pm以下，因?yàn)楸人{(lán)寶石基板的厚度小，所以LED晶片的透 明部分的厚度約0.43pm。
對(duì)位于LED晶片的大體中心部的、直徑200|im的p電極部及其周圍 的n電極部外加順向電壓而使之發(fā)光，以此狀態(tài)在e、 4掃描作為受光元 件的光電二極管并測(cè)定配光特性。關(guān)于e方向，以1.5°梯級(jí)測(cè)定0 90 °的范圍，關(guān)于(t)方向，以10°梯級(jí)測(cè)定0 360°的范圍。其結(jié)果顯示
在圖4中。圖4由彎曲座標(biāo)顯示表示e方向的發(fā)光強(qiáng)度。重復(fù)全部的e方
向的數(shù)據(jù)并一次顯示。如圖1所示，以原點(diǎn)作為與表面接觸的圓的形狀。
其表示配光分布為cose的分布(朗伯型配光分布)。比較例1
不進(jìn)行在藍(lán)寶石上涂布硅膠，在藍(lán)寶石基板上依次使緩沖層、n型半 導(dǎo)體層、InGaN發(fā)光層(MQW結(jié)構(gòu))、p型半導(dǎo)體層成長(zhǎng)，得到發(fā)光波長(zhǎng) 440nm的淺藍(lán)色LED用氮化物半導(dǎo)體疊層基板。與實(shí)施例1同樣，對(duì)8 個(gè)分割片之一實(shí)施蝕刻加工，形成半透明p電極和n電極，得到由氮化物 半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光元件(LED晶片)。使用位于LED晶片中心部的p電極 進(jìn)行配光測(cè)定。配光測(cè)定的結(jié)果顯示在圖5中。圖5的分布與圖4的圓相 比為扁平的形狀，脫離cos9分布。另外(fc方向的偏差非常大。
比較例2
使用實(shí)施例1中得到的淺藍(lán)色LED用氮化物半導(dǎo)體疊層基板的另外 的8個(gè)分割片之一進(jìn)行LED制作后，使用劃片機(jī)切下2X2mm大小的芯 片。
芯片的透明部分的縱橫比為4.7。(橫厚-2mm:0.43mm)。芯片的配 光特性測(cè)定結(jié)果顯示在圖6中。圖6的分布與圖2相比，橫向(9=45°附 近)的強(qiáng)度比法線方向相對(duì)大，脫離cos9分布。另外4)方向的偏差也大。
如此，即使是制作了導(dǎo)入微粒子而散射光的結(jié)構(gòu)的LED在透明的結(jié) 構(gòu)體部分的縱橫比小時(shí)，從側(cè)面放出的光的影響顯現(xiàn)，也不能得到朗伯型 配光。
實(shí)施例2
作為其他實(shí)施例，顯示的是如圖3所示的，剝離藍(lán)寶石基板而透明的 結(jié)構(gòu)體只大體由半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成的發(fā)光元件的例子(縱橫比非常大時(shí)的例 子)。
不將硅膠涂布于藍(lán)寶石基板上，而是與比較例1 一樣使淺藍(lán)色LED 用氮化物半導(dǎo)體疊層成長(zhǎng)。層的總厚為4.5pm。
為了進(jìn)行元件分離而進(jìn)行干法刻蝕，形成達(dá)到直至藍(lán)寶貝基板的分離 槽后，在電離的梯臺(tái)部分的上面大體整個(gè)面形成半透明的p電極圖案。通 過(guò)蒸鍍法在P電極之上形成作為粘結(jié)層的AuSn合金膜(Au80%、 Sn20%) 5000A。為了在p電極和AuSn合金層之間使兩者的緊貼性提高，而形成 Ti/Pt層(Ti500A， Pt500A)。以后該狀態(tài)的基板稱為元件分離基板。
以厚100)am、 2英寸(t)在迸行了表面研磨的鉬(Mo)基板表面，通過(guò)蒸
13鍍法形成作為粘結(jié)層的AuSn合金膜(Au80%、 Sn20%) 5000A。為了在 Mo基板和AuSn合金層之間使兩者的緊貼性提高，而形成Ti/Pt層(Ti500 A， Pt500A)。
利用晶片鍵合裝置，使AuSn層彼此接解這樣對(duì)先前的元件分離基板 和形成有AuSn粘結(jié)層的Mo基板進(jìn)行貼合。貼合是在真空中以250°C、 施加5000N的載荷進(jìn)行30分鐘。該狀態(tài)的基板以后稱為貼合基板。
從貼合基板的藍(lán)寶石側(cè)，照射波長(zhǎng)355nm的YAG的3倍波激光，進(jìn) 行激光剝離(laser lift-off),從貼合基板分離藍(lán)寶石。如此在Mo基板上介 有AuSn粘結(jié)層而形成進(jìn)行了元件分離的淺藍(lán)色LED,制作好這樣的基板 以后，該狀態(tài)的基板稱為Mo上淺藍(lán)色LED。
對(duì)Mo上淺藍(lán)色LED基板的表面，即通過(guò)激光剝離露出的n型GaN 的表面，用稀鹽酸、BHF進(jìn)行處理后，使用與實(shí)施例l所使用的相同的硅 膠漿體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鍍膜，在LED表面涂布二氧化硅。接著在其上通過(guò)光刻 法進(jìn)行網(wǎng)狀圖案制作(網(wǎng)狀上能夠沒(méi)有光刻膠的部分的圖案)。其后進(jìn)行 BHF (緩沖氫氟酸Buffered Hydrofluoric acid)處理，制作網(wǎng)狀上沒(méi)有二氧 化硅粒子的部分。
在殘留有光刻膠的狀態(tài)下蒸鍍Al電極和Ni保護(hù)層，進(jìn)行剝離后，用 有機(jī)溶劑除去光刻膠，由此形成在網(wǎng)狀電極和該網(wǎng)格內(nèi)部配置有硅膠的結(jié) 構(gòu)的表面。
如此使表面所形成的硅膠粒子成為掩膜而進(jìn)行干法刻蝕，由此在網(wǎng)格 內(nèi)部的表面形成凹凸。形成的凹凸的高度為500nm。如此制作的Mo上淺 藍(lán)色LED的縱橫比為，元件橫尺寸厚度500^im:4.5(im，縱橫比111 (=500/4.5)。
以導(dǎo)電性膏劑在配線形成的平均的陶瓷制封裝中載置Mo上淺藍(lán)色 LED后，通過(guò)引線鍵合連接導(dǎo)線，測(cè)定(submoimt)上的元件的配光特性 時(shí)得到圖7。由圖7可知，配光分布大體顯示cos0的分布，偏差也小。
實(shí)施例3
與實(shí)施例2同樣制作Mo上淺藍(lán)色LED基板，但不通過(guò)其次工序的 硅膠掩膜刻蝕處理進(jìn)行光散射結(jié)構(gòu)的形成，而是在表面形成粒子狀熒光體 的樹(shù)脂分散層。
14與實(shí)施例2同樣制作Mo上淺藍(lán)色LED基板后，通過(guò)通常的光刻法 和剝離工藝形成網(wǎng)狀的Al電極。用導(dǎo)電性膏劑將該Mo上淺藍(lán)色LED基 板載置于配線形成的平坦的陶瓷制封裝內(nèi)之后，通過(guò)引線鍵合連接電極。 通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍍膜將硅樹(shù)脂中分散有TAG:Ce熒光體的漿體涂布在上述的Mo 上淺藍(lán)色LED基板的搭載的submount上。涂布膜厚為20pm。因?yàn)闊晒?體層的厚度為20pm，比Mo上淺藍(lán)色LED基板的厚度100pm小，所以該 熒光體層視為與發(fā)光元件芯片為一體。測(cè)定得到的發(fā)光元件的配光特性時(shí) 得到圖8所示的配光分布。由圖8可知，配光大體顯示cose的分布，偏差 也小。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，即使不在芯片的周圍特意制造使配 光特性變化的結(jié)構(gòu)體，從發(fā)光元件芯片的光引出面放出的直接光的配光仍
具有基本由i (e、々)-iocose表示的配光分布，因此能夠直接適用于一般
室內(nèi)照明，另外，還能夠顯著減小芯片間的配光分布偏差。即使與透鏡等 的外部的結(jié)構(gòu)體組合時(shí)，與現(xiàn)有的發(fā)光元件芯片的情況相比，也可以進(jìn)行 更高精度的配光控制。
1權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光元件，其在直接測(cè)定從發(fā)光元件的芯片放出的光時(shí)的配光分布I(θ、ф)不依存于ф方向，具有大體由I(θ、ф)＝I(θ)表示的配光分布，I(θ、ф)表示(θ、ф)方向的光強(qiáng)度分布，θ表示來(lái)自發(fā)光元件的光引出面的法線方向的角度(0≤θ≤90°)，ф表示法線的周圍的旋轉(zhuǎn)角(0≤ф≤360°)，I(θ)在θ＝90°時(shí)表示接近于零的單遞減函數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的發(fā)光元件，其中，具有i (e)大體由i (e) 二iocosne表示的配光分布，1。表示0=0°方向的光強(qiáng)度， n表示正數(shù)o
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其中，n在0.5以上2以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中，從發(fā)光元件 的芯片放出的直接光的配光分布I (e、 (t))的同一e方向的4方向360° 的范圍內(nèi)的偏差的大小，相對(duì)于&方向360。的范圍的平均值1(0)為20% 以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中，構(gòu)成發(fā)光元 件的芯片的結(jié)構(gòu)體中，關(guān)于相對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光透明的結(jié)構(gòu)體部分的 大小，橫向的大小和厚度方向的大小的比即縱橫比為5以上，并且在發(fā)光元件芯片的表面或該透明的結(jié)構(gòu)體部分的內(nèi)部，具備有著光散射功能的結(jié) 構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中，具有光散射功能的結(jié)構(gòu) 是微粒子配列于發(fā)光元件芯片表面或透明的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的面內(nèi)的結(jié)構(gòu)，或 微粒子分散在半導(dǎo)體結(jié)晶中的結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其中，具有光散射功能的結(jié)構(gòu)是被形成于芯片表面或者被形成于與芯片內(nèi)部的光引出面大體平行而折 射率不同的材料間界面的、具有相對(duì)于該芯片表面或該界面傾斜的側(cè)面的多個(gè)凹凸結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其中，微粒子的平均直徑為10nm 以上10000nm以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的發(fā)光元件，其中，微粒子的主要成分 為氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫?qū)倩衔镏械娜我环N。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6、 8或9所述的發(fā)光元件，其中，微粒子為氧化 硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鎂、氧化鋅、氧化錫和釔 鋁石榴石中的任一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其中，構(gòu)成發(fā)光 元件的芯片的結(jié)構(gòu)體中，關(guān)于相對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光透明的結(jié)構(gòu)體部分 的大小，橫向的大小和厚度方向的大小的比即縱橫比為5以上，并且在發(fā) 光元件芯片的表面或該透明的結(jié)構(gòu)體部分的內(nèi)部，形成有吸收從發(fā)光層放 出的光并發(fā)出不同波長(zhǎng)的光的粒子狀熒光體分散層。
12. —種發(fā)光元件，其中，構(gòu)成發(fā)光元件的芯片的結(jié)構(gòu)體中，關(guān)于相 對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光透明的結(jié)構(gòu)體部分的大小，橫向的大小和厚度方向 的大小的比即縱橫比為5以上，并且在發(fā)光元件芯片的表面或該透明的結(jié) 構(gòu)體部分的內(nèi)部，具備有著光散射功能的結(jié)構(gòu)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中，具有光散射功能的結(jié) 構(gòu)是微粒子配列于發(fā)光元件芯片表面或透明的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的面內(nèi)的結(jié)構(gòu)， 或微粒子分散在半導(dǎo)體結(jié)晶中的結(jié)構(gòu)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中，具有光散射功能的結(jié)構(gòu)是被形成于芯片表面或者被形成于與芯片內(nèi)部的光引出面大體平行而 折射率不同的材料間界面的、具有相對(duì)于該芯片表面或該界面傾斜的側(cè)面 的多個(gè)凹凸結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光元件，其中，微粒子的平均直徑為 10nm以上10000nm以下。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13或15所述的發(fā)光元件，其中，微粒子的主成分為氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫?qū)倩衔镏械娜我环N。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13、 15或16所述的發(fā)光元件，其中，微粒子為氧 化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鎂、氧化鋅、氧化錫和釔鋁石榴石中的任意一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中，構(gòu)成發(fā)光元件的芯片 的結(jié)構(gòu)體中，關(guān)于相對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光透明的結(jié)構(gòu)體部分的大小，橫向的大小和厚度方向的大小的比即縱橫比為5以上，并且在發(fā)光元件芯片的表面或該透明的結(jié)構(gòu)體部分的內(nèi)部，形成有吸收從發(fā)光層放出的光并發(fā) 出不同波長(zhǎng)的光的粒子狀熒光體分散層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，其直接測(cè)定從發(fā)光元件的芯片放出的光時(shí)的配光分布I(θ、ф)不依存于ф方向，而是具有大體由I(θ、ф)＝I(θ)表示的配光分布，I(θ、ф)表示(θ、ф)方向的光強(qiáng)度分布，θ表示來(lái)自發(fā)光元件的光引出面的法線方向的角度(0≤θ≤90°)，ф表示法線的周圍的旋轉(zhuǎn)角(0≤ф≤360°)，I(θ)在θ＝90°下表示接近于零的單遞減函數(shù)。在構(gòu)成發(fā)光元件的芯片的結(jié)構(gòu)體之中，涉及對(duì)于從發(fā)光層發(fā)出的光為透明的結(jié)構(gòu)體部分的大小，橫向的大小和厚度方向的大小的比為5以上，并且在發(fā)光元件芯片的表面或該透明的結(jié)構(gòu)體部分的內(nèi)部，具有有著光散射功能的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L33/24GK101449398SQ20078001830
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者上田和正, 小野善伸, 山中貞則 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社