Led元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]公知有一種LED元件，其具備:ΙΠ族氮化物半導(dǎo)體，其形成于藍寶石襯底的表面上并包含發(fā)光層；衍射面，其形成于藍寶石襯底的表面?zhèn)?，入射從發(fā)光層發(fā)出的光，以比該光的光學(xué)波長大且比該光的相干長度小的周期形成有凹部或凸部；A1反射膜，其形成于襯底的背面?zhèn)?，反射由衍射面衍射的光，再使其向衍射面入?參照專利文獻1)。在該LED元件中，使通過衍射作用透射的光再入射到衍射面，通過利用衍射面再利用衍射作用使其透射，可以以多種模式向元件外部取出光。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:國際公開第2011/027679號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的課題
[0007]本申請發(fā)明人調(diào)查研究光取出效率的進一步提高。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述情況而創(chuàng)立的，其目的在于，提供可以進一步提高光取出效率的LED元件及其制造方法。
[0009]用于解決課題的技術(shù)方案
[0010]為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種LED元件，其具備:包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層疊部；衍射面，其被從所述發(fā)光層發(fā)出的光入射，并以比該光的光學(xué)波長大且比該光的相干長度小的周期形成凸部，按照布拉格衍射條件以多種模式反射入射光，并且按照布拉格衍射條件以多種模式透射入射光；反射面，其將由所述衍射面衍射的光進行反射并向所述衍射面再次入射。所述半導(dǎo)體層疊部在所述凸部的周圍無間隙地形成在所述衍射面上，在所述衍射面，俯視時所述平坦部的比例為40%以上。
[0011]另外，本發(fā)明提供一種LED元件的制造方法，在制造上述LED元件時，包含:在藍寶石襯底的表面上形成掩模層的掩模層形成工序；在所述掩模層上形成抗蝕劑膜的抗蝕劑膜形成工序；在所述抗蝕劑膜形成規(guī)定的圖案的圖案形成工序；以所述抗蝕劑膜作為掩膜進行所述掩膜層的蝕刻的掩膜層的蝕刻工序；以被蝕刻的所述掩模層作為掩模，進行所述藍寶石襯底的蝕刻而形成所述凸部的襯底的蝕刻工序；在被蝕刻的所述藍寶石襯底的表面上形成所述半導(dǎo)體層疊部的半導(dǎo)體形成工序。
[0012]進而，提供一種LED元件，其具備:藍寶石襯底；形成于所述藍寶石襯底的表面上并包含發(fā)出藍色光的發(fā)光層的半導(dǎo)體層疊部，所述藍寶石襯底的表面具有俯視時配置在假想的三角格子或者四角格子的交點的多個凹部或者凸部，構(gòu)成所述假想的三角格子或者四角格子的三角形或者四邊形不是正多邊形，其各邊的長度比所述藍色光的光學(xué)波長的2倍大且比相干長度小。
[0013]進而，提供一種LED元件，其具備:襯底；形成于所述襯底的表面上的包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層疊部；形成于所述襯底的背面上的反射部；形成于所述半導(dǎo)體層疊部上的電極。所述電極具有:形成于所述半導(dǎo)體層疊部上的擴散電極層；蛾眼層，該蛾眼層形成在所述擴散電極層上，表面形成具有比從所述發(fā)光層發(fā)出的光的光學(xué)波長的2倍小的周期的凹部或凸部的透射蛾眼面，所述蛾眼層由對于從所述發(fā)光層發(fā)出的光，消光系數(shù)比構(gòu)成所述擴散電極層的材料小且折射率與構(gòu)成所述擴散電極層的材料大體相同的材料構(gòu)成。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明的LED元件，可以進一步提高光取出效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的LED元件的示意剖面圖；
[0017]圖2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的說明圖，(a)表示在界面反射的狀態(tài)，(b)表示透過界面的狀態(tài)；
[0018]圖3是表示凹部或凸部的周期為500nm的情況下的III屬氮化物半導(dǎo)體層和藍寶石襯底的界面的從半導(dǎo)體層側(cè)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關(guān)系的曲線圖；
[0019]圖4是表示凹部或凸部的周期為500nm的情況下的III屬氮化物半導(dǎo)體層和藍寶石襯底的界面的從半導(dǎo)體層側(cè)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關(guān)系的曲線圖；
[0020]圖5是表示元件內(nèi)部的光的行進方向的說明圖；
[0021]圖6是LED元件的局部放大示意剖面圖；
[0022]圖7表示藍寶石襯底，(a)是示意立體圖，(b)是表示A — A剖面的示意說明圖，(c)是示意放大說明圖；
[0023]圖8是表示凸部的配置狀態(tài)的平面示意圖，(a)是假想的三角格子為正三角形時的狀態(tài)，(b)是假想的三角格子為等腰三角形時的狀態(tài)；
[0024]圖9是表示假想的三角格子或者四角格子為正多邊形時的一個邊的長度和光取出效率的關(guān)系的曲線圖；
[0025]圖10是表示假想的三角格子為等腰三角形時的等邊的長度和光取出效率的關(guān)系的曲線圖；
[0026]圖11是等離子體蝕刻裝置的概略說明圖；
[0027]圖12是表示藍寶石襯底的蝕刻方法的流程圖；
[0028]圖13A表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(a)表示加工前的藍寶石襯底，(b)表示在藍寶石上形成掩模層的狀態(tài)，(c)表示在掩模層上形成抗蝕劑膜的狀態(tài)，(d)表示模型與抗蝕劑膜接觸的狀態(tài)，(e)表示在抗蝕劑膜上形成圖案的狀態(tài)；
[0029]圖13B表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(f)表示除去了抗蝕劑膜的殘膜的狀態(tài)，(g)表示使抗蝕劑膜改質(zhì)的狀態(tài)，(h)表示以抗蝕劑膜為掩模蝕刻掩模層的狀態(tài)，(i)表示以掩模層為掩模蝕刻藍寶石襯底的狀態(tài)；
[0030]圖13C表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(j)表示以掩模層為掩模進一步蝕刻藍寶石襯底的狀態(tài)，(k)表示從藍寶石襯底除去殘留的掩模層的狀態(tài)，(1)表示對藍寶石襯底實施濕式蝕刻的狀態(tài)；
[0031]圖14是表示改變Ni層的厚度時的凸部的基端部的直徑和凸部的高度的關(guān)系的曲線圖；
[0032]圖15是表示凸部的周期以及C面區(qū)域的比例和位錯密度是否達到規(guī)定值以下的表格圖；
[0033]圖16是表示實施例1的反射部的反射率的曲線圖；
[0034]圖17是表示實施例2的反射部的反射率的曲線圖；
[0035]圖18是表示本發(fā)明的第二實施方式的LED元件的示意剖面圖；
[0036]圖19是LED元件的局部放大示意剖面圖；
[0037]圖20是表示實施例3的反射部的反射率的曲線圖；
[0038]圖21是表示實施例4的反射部的反射率的曲線圖；
[0039]圖22是表示本發(fā)明第二實施方式的LED元件的示意剖面圖；
[0040]圖23是表示元件內(nèi)部的光的行進方向的說明圖；
[0041]圖24是加工蛾眼層的說明圖，(a)表示在透射蛾眼面形成有第一掩膜層的狀態(tài)，(b)表示在第一掩膜層上形成有抗蝕劑層的狀態(tài)，(c)表示對抗蝕劑層有選擇性地照射電子射線的狀態(tài)，(d)表示將抗蝕劑層顯影并除去的狀態(tài)，(e)表示形成有第二掩膜層的狀態(tài)；
[0042]圖25是加工蛾眼層的說明圖，(a)表示完全除去抗蝕劑層的狀態(tài)，(b)表示以第二掩膜層為掩膜蝕刻第一掩膜層的狀態(tài)，(c)表示除去第二掩膜層的狀態(tài)，(d)表示以第一掩膜層為掩膜蝕刻透射蛾眼面的狀態(tài)，(e)表示除去第一掩膜層的狀態(tài)。
[0043]符號說明
[0044]1 LED 元件
[0045]2 藍寶石襯底
[0046]2a 垂直化蛾眼面
[0047]2b 平坦部
[0048]2c 凸部
[0049]2d 側(cè)面
[0050]2e 彎曲部
[0051]2f 上面
[0052]2g 透射蛾眼面
[0053]2h 平坦部
[0054]2i 凸部
[0055]10 緩沖層
[0056]12 η 型 GaN 層
[0057]14 發(fā)光層
[0058]16 電子阻擋層
[0059]18 p 型 GaN 層
[0060]19 半導(dǎo)體層疊部
[0061]21擴散電極
[0062]22電介體多層膜
[0063]22a第一材料
[0064]22b第二材料
[0065]22c通孔
[0066]23金屬電極
[0067]24擴散電極
[0068]25電介體多層膜
[0069]25a通孔
[0070]26金屬電極
[0071]27p側(cè)電極
[0072]28η側(cè)電極
[0073]30掩模層
[0074]31S1jl
[0075]32Ni 層
[0076]40抗蝕劑膜
[0077]41凹凸構(gòu)造
[0078]42殘膜
[0079]43凸部
[0080]50模型
[0081]51凹凸構(gòu)造
[0082]91等離子體蝕刻裝置
[0083]92襯底保持臺
[0084]93容器
[0085]94線圈
[0086]95電源
[0087]96石英板
[0088]97冷卻控制部
[0089]98等離子體
[0090]101LED 元件
[0091]102藍寶石襯底
[0092]102a垂直化蛾眼面
[0093]110緩沖層
[0094]112η 型 GaN 層
[0095]114發(fā)光層
[0096]116電子阻擋層
[0097]118p 型 GaN 層
[0098]119半導(dǎo)體層疊部
[0099]122焊盤電極
[0100]124電介體多層膜
[0101]124a第一材料
[0102]124b第二材料
[0103]126A1 層
[0104]127p 側(cè)電極
[0105]127g透射蛾眼面
[0106]128η 側(cè)電極
[0107]201LED 元件
[0108]202藍寶石襯底
[0109]202a垂直化蛾眼面
[0110]202b平坦部
[0111]202c凸部
[0112]210緩沖層
[0113]212η 型 GaN 層
[0114]214發(fā)光層
[0115]216電子阻擋層
[0116]218p 型 GaN 層
[0117]219半導(dǎo)體層疊部
[0118]221擴散電極層
[0119]222蛾眼層
[0120]223焊盤電極
[0121]224電介體多層膜
[0122]226A1 層
[0123]227p 側(cè)電極
[0124]227g透射蛾眼面
[0125]227h平坦部
[0126]227?凸部
[0127]228η 側(cè)電極
[0128]330第一掩膜層
[0129]330a開口
[0130]332抗蝕劑層
[0131]332a開口
[0132]334型版掩模
[0133]334a開口
[0134]336第二掩膜層
【具體實施方式】
[0135]圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的LED元件的示意剖面圖。
[0136]如圖1所示，LED元件1是在藍寶石襯底2的表面上形成有由III族氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊部19的元件。該LED元件1是倒裝片型，主要從藍寶石襯底2的背面?zhèn)热〕龉狻０雽?dǎo)體層疊部19從藍寶石襯底2側(cè)按順序具有緩沖層10、n型GaN層12、發(fā)光層14、電子阻擋層16、p型GaN層18。在p型GaN層18上形成有p側(cè)電極27，并且在η型GaN層12上形成有η側(cè)電極28。
[0137]如圖1所示，緩沖層10形成于藍寶石襯底2的表面上，由Α1Ν構(gòu)成。本實施方式中，緩沖層 10 通過MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n)法形成，但也可以使用濺射法。作為第一導(dǎo)電型層的η型GaN層12形成于緩沖層10上，由η — GaN構(gòu)成。發(fā)光層14形成于η型GaN層12上，由GalnN/GaN構(gòu)成，通過電子及空穴的注入而發(fā)出藍色光。在此，藍色光是指例如峰值波長為430nm以上480nm以下的光。本實施方式中，發(fā)光層14的發(fā)光的峰值波長為450nm。
[0138]電子阻擋層16形成于發(fā)光層14上，由p — AlGaN構(gòu)成。作為第二導(dǎo)電型層的p型GaN層18形成于電子阻擋層16上，由p — GaN構(gòu)成。從η型GaN層12至p型GaN層18通過III族氮化物半導(dǎo)體的外延成長而形成，在藍寶石襯底2的表面周期性地形成有凸部2c，但在III族氮化物半導(dǎo)體的成長初期實現(xiàn)橫方向成長的平坦化