Led元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種LED元件。
【背景技術(shù)】
[0002]公知有一種LED元件，其具備:111族氮化物半導(dǎo)體，其形成于藍(lán)寶石襯底的表面上并含有發(fā)光層；衍射面，其形成于藍(lán)寶石襯底的表面?zhèn)?，從發(fā)光層發(fā)出的光入射，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)龋瓷溆裳苌涿嫜苌涞墓?，再使其向衍射面入?參照專利文獻(xiàn)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]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)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]但是，利用衍射作用取出光時(shí)，不知成為怎樣的配光特性。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述情況而創(chuàng)立的，其目的在于，提供一種LED元件，其能夠利用衍射作用提高光的取出效率，同時(shí)能夠利用起因于衍射的配光特性實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)呐涔狻?br>[0009]用于解決課題的技術(shù)方案
[0010]為了實(shí)現(xiàn)所述目的，在本發(fā)明中，提供一種LED元件，具備:襯底，其在表面形成周期的凹部或凸部；半導(dǎo)體層疊部，其形成在所述襯底的表面上且含有發(fā)光層；反射部，其將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的至少一部分反射到所述襯底的表面?zhèn)龋谒鲆r底與所述半導(dǎo)體層疊部的界面獲得從所述發(fā)光層發(fā)出的光的衍射作用，其中，將所述凹部或凸部的周期設(shè)為P、將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的峰值波長設(shè)為A時(shí)，滿足1/2X A < P < 16/9X A的關(guān)系。
[0011]在上述LED元件中，優(yōu)選的是，將所述凹部或凸部的周期設(shè)為P、將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的峰值波長設(shè)為A時(shí)，滿足23/45X A < P < 14/9X A的關(guān)系。
[0012]在上述LED元件中，優(yōu)選的是，以所述界面的所述光的透射衍射光至少含有二次衍射光而不含五次衍射光的方式設(shè)定所述凹部或凸部的周期。
[0013]在上述LED元件中，優(yōu)選的是，以所述界面的所述光的反射衍射光至少含有三次衍射光的方式設(shè)定所述凹部或凸部的周期。
[0014]在上述LED元件中，優(yōu)選的是，所述反射部相對于所述界面越接近垂直的角度，其反射率越高。
[0015]另外，在本發(fā)明中，提供一種LED元件，具備:藍(lán)寶石襯底，其在表面形成周期的凹部或凸部，且表面作為衍射面；半導(dǎo)體層疊部，其形成在所述藍(lán)寶石襯底的表面上且由含有發(fā)光層的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；反射部，其將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的至少一部分反射到所述藍(lán)寶石襯底的表面?zhèn)?，在所述藍(lán)寶石襯底與所述半導(dǎo)體層疊部的界面獲得從所述發(fā)光層發(fā)出的光的衍射作用，其中，與在所述半導(dǎo)體層疊部側(cè)向所述衍射面入射的光的強(qiáng)度分布相比，在所述藍(lán)寶石襯底側(cè)透射所述衍射面而射出的光的強(qiáng)度分布偏向與所述半導(dǎo)體層疊部與所述藍(lán)寶石襯底的界面垂直的方向，將所述凹部或凸部的周期設(shè)為P、將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的峰值波長設(shè)為λ時(shí)，滿足1/2Χ λ16/9Χ λ的關(guān)系，所述反射部相對于所述界面越接近垂直的角度，其反射率越高。
[0016]另外，在本發(fā)明中，提供一種LED元件，具備:藍(lán)寶石襯底，其在表面形成周期的凹部或凸部，且表面作為衍射面；半導(dǎo)體層疊部，其形成在所述藍(lán)寶石襯底的表面上且由含有發(fā)光層的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；反射部，其將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的至少一部分反射到所述藍(lán)寶石襯底的表面?zhèn)?，在所述藍(lán)寶石襯底與所述半導(dǎo)體層疊部的界面，獲得從所述發(fā)光層發(fā)出的光的衍射作用，其中，將所述凹部或凸部的周期設(shè)為P、將從所述發(fā)光層發(fā)出的光的峰值波長設(shè)為λ時(shí)，滿足1/2Χ λ16/9X λ的關(guān)系，所述反射部由電介質(zhì)多層膜及金屬層的層疊構(gòu)造構(gòu)成。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明的LED元件，能夠利用衍射作用提高光的取出效率，同時(shí)能夠利用起因于衍射的配光特性實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)呐涔狻?br>【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的LED元件的示意性剖面圖；
[0020]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)表示透射界面的狀態(tài)；
[0021]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(lán)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)系的圖；
[0022]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(lán)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)系的圖；
[0023]圖5是表示元件內(nèi)部的光的行進(jìn)方向的說明圖；
[0024]圖6是LED元件的局部放大示意剖面圖；
[0025]圖7是表不反射部的反射率的一個例子的圖；
[0026]圖8表示藍(lán)寶石襯底，(a)是示意性立體圖，(b)是表示A — A剖面的示意性說明圖；
[0027]圖9表示LED元件的配光特性，(a)表示在藍(lán)寶石襯底上沒有形成凸部的狀態(tài)的情況，(b)?(h)表示在藍(lán)寶石襯底上形成有凸部的狀態(tài)的情況；
[0028]圖10是表不各襯底的計(jì)算值和實(shí)測值的表；
[0029]圖11是對于相對于光軸的規(guī)定角度域內(nèi)的光，表示積分強(qiáng)度的變化的圖；
[0030]圖12是表示透射衍射光的容許次數(shù)和積分強(qiáng)度的關(guān)系的圖；
[0031]圖13是表示反射衍射光的容許次數(shù)和積分強(qiáng)度的關(guān)系的圖；
[0032]圖14是表示凸部的周期和透射衍射光及反射衍射光的容許次數(shù)的關(guān)系的圖；
[0033]圖15是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的LED元件的示意性剖面圖；
[0034]圖16是LED元件的局部放大示意性剖面圖；
[0035]圖17是表不反射部的反射率的一個例子的圖；
[0036]圖18是表示變形例的LED元件的示意性剖面圖；
[0037]圖19是表示變形例的LED元件的示意性剖面圖。
[0038]符號說明
[0039]1 LED 元件
[0040]2藍(lán)寶石襯底[0041 ]2a衍射面
[0042]2c 凸部
[0043]14發(fā)光層
[0044]19半導(dǎo)體層疊部
[0045]27 ρ側(cè)電極
[0046]28 η側(cè)電極
[0047]101 LED 元件
[0048]102藍(lán)寶石襯底
[0049]102a 衍射面
[0050]114發(fā)光層
[0051]119半導(dǎo)體層疊部
[0052]124電介質(zhì)多層膜
[0053]126 A1 層
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的LED元件的示意性剖面圖。
[0055]如圖1所示，LED元件1是在藍(lán)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。在此，藍(lán)寶石的折射率為1.78，III族氮化物半導(dǎo)體層的折射率為2.52。該LED元件1為倒裝片型，光主要從藍(lán)寶石襯底2的背面?zhèn)缺蝗〕觥０雽?dǎo)體層疊部19從藍(lán)寶石襯底2側(cè)起依次具有緩沖層10、η型GaN層12、發(fā)光層14、電子阻擋層16、p型GaN層18。在ρ型GaN層18上形成有ρ側(cè)電極27，并且，在η型GaN層12上形成有η側(cè)電極28。
[0056]如圖1所示，緩沖層10形成于藍(lán)寶石襯底2的表面上，由Α1Ν構(gòu)成。本實(shí)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(lán)色光。在本實(shí)施方式中，發(fā)光層14的發(fā)光的峰值波長為450nm。
[0057]電子阻擋層16形成于發(fā)光層14上，由ρ — AlGaN構(gòu)成。作為第二導(dǎo)電型層的ρ型GaN層18形成于電子阻擋層16上，由ρ — GaN構(gòu)成。從η型GaN層12至ρ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(lán)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(shí)現(xiàn)橫方向成長的平坦化。此外，至少含有第一