TW201432938A - Led元件及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題為提供一種可更進一步提高光取出效率之LED元件及其製造方法。本發明的解決手段為一種LED元件，藍寶石基板的表面構成具有比由發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，藉由垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對藍寶石基板與半導體層的界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。
Description
本發明是關於LED元件及其製造方法。
已知有具備如下構件之LED元件：形成於藍寶石基板(sapphire substrate)的表面上包含發光層之三族氮化物半導體(group III nitride semiconductor)，與形成於藍寶石基板的表面側，由發光層發出的光入射以比該光的光波長(optical wavelength)大比該光的相干長度(coherence length)小的週期形成有凹部或凸部之繞射面，與使形成於基板的背面側在繞射面繞射的光反射並使其再入射到繞射面之Al反射膜(參照專利文獻1)。在該LED元件中，可藉由使藉由繞射作用透過的光再入射到繞射面，在繞射面再度利用繞射作用使其透過而以複數個模式(mode)將光取出到元件外部。
[專利文獻1]國際公開第2011/027679號公報
本案發明人們追究了更進一步的光取出效率(light extraction efficiency)的提高。
本發明是鑑於前述情況所進行的創作，其目的為提供一種可更進一步提高光取出效率之LED元件及其製造方法。
為了達成前述目的，在本發明中提供一種倒裝晶片(flip chip)型的LED元件，包含：藍寶石基板；形成於前述藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部；形成於前述半導體積層部上之反射部，前述藍寶石基板的表面構成具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼(moth-eye)面，前述藍寶石基板的背面構成具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，前述垂直化蛾眼面使由前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角(critical angle)的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對前述半導體積層部與前述藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對前述界面垂直的方向而構成，藉由前述垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對前述界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在前述透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射(Fresnel reflection)的狀態下被放出到元件外部。
在上述倒裝晶片型的LED元件中，前述反射部為對前述界面越接近垂直的角度反射率越高也可以。
為了達成前述目的，提供一種LED元件的製造方法，當製造上述LED元件時，包含：在藍寶石基板的表面上形成罩幕層(mask layer)之罩幕層形成製程；在前述罩幕層上形成光阻膜(resist film)之光阻膜形成製程；在前述光阻膜形成規定的圖案(pattern)之圖案形成製程；施加規定的偏壓輸出(bias output)並將Ar氣體的電漿(plasma)導引至前述藍寶石基板側，藉由前述Ar氣體的前述電漿使前述光阻膜變質提高蝕刻選擇比(etch selectivity ratio)之光阻變質製程；施加比前述光阻變質製程的偏壓輸出高的偏壓輸出並將Ar氣體的電漿導引至前述藍寶石基板側，以蝕刻選擇比變高的前述光阻膜當作罩幕進行前述罩幕層的蝕刻之罩幕層的蝕刻製程；以被蝕刻了的前述罩幕層當作罩幕進行前述藍寶石基板的蝕刻形成前述凹部或前述凸部之基板的蝕刻製程；在被蝕刻了的前述藍寶石基板的表面上形成前述半導體積層部之半導體形成製程；在前述藍寶石基板的背面上形成介電質多層膜(dielectric multilayer film)之多層膜形成製程。
在上述LED元件的製造方法中，在前述基板的蝕刻製程，於在前述罩幕層上殘留前述光阻膜的狀態下進行前述藍寶石基板的蝕刻也可以。
在上述LED元件的製造方法中，前述罩幕層具有前述藍寶石基板上的SiO2層與前述SiO2層上的Ni層，在前述基板的蝕刻製程，在前述SiO2層與前述Ni層與前述光阻膜積層的狀態下進行前述藍寶石基板的蝕刻也可以。
再者，為了達成前述目的，提供一種面朝上(face-up)型的LED元件，包含：藍寶石基板；形成於前述藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部；形成於前述藍寶石基板的背面上之反射部；形成於前述半導體積層部上之電極，前述藍寶石基板的表面構成具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，前述電極的表面構成具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，前述垂直化蛾眼面使由前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對前述半導體積層部與前述藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對前述界面垂直的方向而構成，藉由前述垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對前述界面垂直的方向而被調整了強度分布的光在藉由前述透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。
再者進而，為了達成前述目的，提供一種LED元件，包含：藍寶石基板；形成於前述藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部，前述藍寶石基板的表面構成具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，前述垂直化蛾眼面使由前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對前述半導體積層部與前述藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在前述半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在前述藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對前述界面垂直的方向而構成，具有使透過前述垂直化蛾眼面的光反射之反射部，包含具有比由前述發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，藉由前述垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對前述界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在前述透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。
依照本發明的LED元件，可更進一步提高光取出效率。
1、101．．．LED元件
2、102．．．藍寶石基板
2a、102a．．．垂直化蛾眼面
2b．．．平坦部
2c、2i．．．凸部
2d．．．側面
2e．．．彎曲部
2f．．．頂面
2g．．．透過蛾眼面
2h．．．平坦面
10、110．．．緩衝層
12、112．．．n型GaN層
14、114．．．發光層
16、116．．．電子阻隔層
18、118．．．p型GaN層
19、119．．．半導體積層部
21、24．．．擴散電極
22、25、124．．．介電質多層膜
22a、25a、124a．．．第一材料
22b、124b．．．第二材料
22c、25c．．．介層孔
23、26．．．金屬電極
27、127．．．p側電極
28、128．．．n側電極
30．．．罩幕層
31．．．SiO2層
32．．．Ni層
40．．．光阻膜
41、51．．．凹凸構造
42．．．殘膜
43．．．凸部
50．．．模
91．．．電漿蝕刻裝置
92．．．基板保持台
93．．．容器
94．．．線圈
95．．．電源
96．．．石英板
97．．．冷卻控制部
98．．．電漿
122．．．墊電極
126．．．Al層
圖1是顯示本發明的第一實施形態的LED元件之模式剖面圖。
圖2(a)、(b)是顯示不同的折射率的界面中的光的繞射作用之說明圖，(a)是顯示在界面反射的狀態，(b)是顯示透過界面的狀態。
圖3是顯示凹部或凸部的週期以500nm的情形的三族氮化物半導體層與藍寶石基板的界面中之由半導體層側入射到界面的光的入射角，與藉由在界面的繞射作用產生的透射角的關係之圖表。
圖4是顯示凹部或凸部的週期以500nm的情形的三族氮化物半導體層與藍寶石基板的界面中之由半導體層側入射到界面的光的入射角，與藉由在界面的繞射作用產生的反射角的關係之圖表。
圖5是顯示元件內部中的光的行進方向之說明圖。
圖6是LED元件之局部放大模式剖面圖。
圖7(a)、(b)、(c)是顯示藍寶石基板，(a)是模式斜視圖，(b)是顯示A-A剖面之模式說明圖，(c)是模式放大說明圖。
圖8是電漿蝕刻裝置(plasma etching equipment)之概略說明圖。
圖9是顯示藍寶石基板的蝕刻方法之流程圖。
圖10A是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(a)是顯示加工前的藍寶石基板，(b)是顯示在藍寶石基板上形成了罩幕層的狀態，(c)是顯示在罩幕層上形成了光阻膜的狀態，(d)是顯示使模(mold)接觸了光阻膜的狀態，(e)是顯示在光阻膜形成有圖案的狀態。
圖10B是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(f)是顯示除去了光阻膜的殘膜的狀態，(g)是顯示使光阻膜變質了的狀態，(h)是顯示以光阻膜為罩幕對罩幕層進行了蝕刻的狀態，(i)是顯示以罩幕層為罩幕對藍寶石基板進行了蝕刻的狀態。
圖10C是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(j)是顯示以罩幕層為罩幕更進一步對藍寶石基板進行了蝕刻的狀態，(k)是顯示由藍寶石基板除去了殘留的罩幕層的狀態，(l)是顯示對藍寶石基板施以了濕式蝕刻(wet etching)的狀態。
圖11是顯示實施例一的反射部的反射率之圖表。
圖12是顯示實施例二的反射部的反射率之圖表。
圖13是顯示本發明的第二實施形態的LED元件之模式剖面圖。
圖14是LED元件之局部放大模式剖面圖。
圖15是顯示實施例三的反射部的反射率之圖表。
圖16是顯示實施例四的反射部的反射率之圖表。
圖1是顯示本發明的第一實施形態的LED元件之模式剖面圖。
如圖1所示，LED元件1是在藍寶石基板2的表面上形成有由三族氮化物半導體層構成的半導體積層部19。該LED元件1為倒裝晶片型，光主要被由藍寶石基板2的背面側取出。半導體積層部19由藍寶石基板2側起依如下的順序具有：緩衝層(buffer layer)10、n型GaN層12、發光層14、電子阻隔層(electronblockinglayer)16、p型GaN層18。在p型GaN層18上形成有p側電極27，並且在n型GaN層12上形成有n側電極28。
如圖1所示，緩衝層10形成於藍寶石基板2的表面上，藉由AlN構成。在本實施形態中雖然緩衝層10藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金屬有機化學氣相沈積)法形成，但也能使用濺鍍法(sputtering method)。當作第一導電型層的n型GaN層12形成於緩衝層10上，藉由n-GaN構成。發光層14形成於n型GaN層12上，藉由GalnN/GaN構成，藉由電子及電洞的注入而發出藍色光。此處藍色光是指例如峰值波長(peak wavelength)為430nm以上480nm以下的光。在本實施形態中，發光層14的發光的峰值波長為450nm。
電子阻隔層16形成於發光層14上，藉由p-AlGaN構成。當作第二導電型層的p型GaN層18形成於電子阻隔層16上，藉由p-GaN構成。n型GaN層12到p型GaN層18是藉由三族氮化物半導體的磊晶成長(epitaxial growth)形成，在藍寶石基板2的表面週期地形成有凸部2c，惟在三族氮化物半導體的成長初期謀求利用橫向成長(lateral growth)進行的平坦化。此外，至少包含第一導電型層、主動層(active layer)及第二導電型層，若為電壓一被施加於第一導電型層及第二導電型層，就藉由電子及電洞的再結合(recombination)而在主動層發出光的話，則半導體層的層構成是任意的。
藍寶石基板2的表面構成垂直化蛾眼面2a，藍寶石基板2的背面構成透過蛾眼面2g。藍寶石基板2的表面形成平坦部2b，與週期地形成於平坦部2b的複數個凸部2c。各凸部2c的形狀除了圓錐、多角錐等的錐狀之外，也能以將錐的上部切掉的圓錐台、多角錐台等的錐台狀。各凸部2c被設計以使由發光層14發出的光繞射。在本實施形態中，可藉由週期地配置的各凸部2c得到光的垂直化作用。此處，光的垂直化作用是指光的強度分布為由垂直化蛾眼面反射及透過後比入射到垂直化蛾眼面前還偏向對藍寶石基板2與半導體積層部19的界面垂直的方向。
而且，藍寶石基板2的背面形成平坦部2h，與週期地形成於平坦部2h的複數個凸部2i。各凸部2i的形狀除了圓錐、多角錐等的錐狀之外，也能以將錐的上部切掉的圓錐台、多角錐台等的錐台狀。透過蛾眼面的凸部2i的週期比垂直化蛾眼面的凸部2c的週期短。在本實施形態中，可藉由週期地配置的各凸部2i抑制與外部的界面中的菲涅耳反射。
圖2是顯示不同的折射率的界面中的光的繞射作用之說明圖，(a)是顯示在界面反射的狀態，(b)是顯示透過界面的狀態。
此處由布拉格的繞射條件(Bragg's condition of diffraction)，於光在界面反射的情形下，對入射角θin反射角θref應滿足的條件為
d・n1・(sin θin-sinθref)＝ｍ・λ・・・(1)
此處，n1為入射側的介質的折射率，λ為入射的光的波長，m為整數。當光由半導體積層部19入射到藍寶石基板2時，n1成為三族氮化物半導體的折射率。如圖2(a)所示，以滿足上述(1)式的反射角θref入射到界面的光被反射。
另一方面，由布拉格的繞射條件，於光在界面透過的情形下，對入射角θin透射角θout應滿足的條件為
d・(n1・(sinθin-n2・sinθout)＝ｍ’・λ・・・(2)
此處，n2為射出側的介質的折射率， m’為整數。例如當光由半導體積層部19入射到藍寶石基板2時，n2成為藍寶石的折射率。如圖2(b)所示，以滿足上述(2)式的透射角θout入射到界面的光被透過。
為了存在滿足 上述(1)式及(2)式的繞射條件的反射角θref及透射角θout，藍寶石基板2的表面的週期必須比元件內部的光波長之(λ/n1)或(λ/n2)大。因此，藍寶石基板2的表面係週期設定為比(λ/n1)或(λ/n2)大以存在繞射光。
圖3是顯示凹部或凸部的週期以500nm的情形的三族氮化物半導體層與藍寶石基板的界面中之由半導體層側入射到界面的光的入射角，與藉由在界面的繞射作用產生的透射角的關係之圖表。而且，圖4是顯示凹部或凸部的週期以500nm的情形的三族氮化物半導體層與藍寶石基板的界面中之由半導體層側入射到界面的光的入射角，與藉由在界面的繞射作用產生的反射角的關係之圖表。
在入射到垂直化蛾眼面2a的光存在與一般的平坦面一樣的全反射的臨界角。在GaN系半導體層與藍寶石基板2的界面中臨界角為45.9°。如圖3所示，在超過臨界角的區域中，在滿足上述(2)式的繞射條件之m’=1、2、3、4的繞射模式下的透過為可能。而且如圖4所示，在超過臨界角的區域中，在滿足上述(1)式的繞射條件之m=1、2、3、4的繞射模式下的反射為可能。當臨界角為45.9°時，超過臨界角的光輸出(optical output)為約70%，不超過臨界角的光輸出成為約30%。也就是說，取出超過臨界角的區域的光大大地有助於LED元件1的光取出效率的提高。
此處在透射角θout比入射角θin小的區域中，透過垂直化蛾眼面2a的光角度變化成對藍寶石基板2與三族氮化物半導體層的界面接近垂直。圖3中以影線(hatching)表示該區域。如圖3所示，針對透過垂直化蛾眼面2a的光，在超過臨界角的區域中，m’=1、2、3的繞射模式的光在所有的角度域角度變化成接近垂直。m’=4的繞射模式的光在一部分的角度域不成為接近垂直，惟因繞射次數大的光的強度較小故影響小，在該一部分的角度域中也實質上會角度變化成接近垂直。也就是說，與在半導體積層部19側入射到垂直化蛾眼面2a的光的強度分布比較，在藍寶石基板2側透過垂直化蛾眼面2a射出的光的強度分布偏向對半導體積層部19與藍寶石基板2的界面垂直的方向。
而且，在反射角θref比入射角θin小的區域中，在垂直化蛾眼面2a反射的光角度變化成對藍寶石基板2與三族氮化物半導體層的界面接近垂直。圖4中以影線表示該區域。如圖4所示，針對在垂直化蛾眼面2a反射的光，在超過臨界角的區域中，m=1、2、3的繞射模式的光在所有的角度域角度變化成接近垂直。m=4的繞射模式的光在一部分的角度域不成為接近垂直，惟因繞射次數大的光的強度較小故影響小，在該一部分的角度域中也實質上會角度變化成接近垂直。也就是說，與在半導體積層部19側入射到垂直化蛾眼面2a的光的強度分布比較，在半導體積層部19側由垂直化蛾眼面2a藉由反射而射出的光的強度分布偏向對半導體積層部19與藍寶石基板2的界面垂直的方向。
圖5是顯示元件內部中的光的行進方向之說明圖。
如圖5所示，由發光層14發出的光之中超過臨界角入射到藍寶石基板2的光在垂直化蛾眼面2a透過及反射比入射到垂直化蛾眼面2a時還接近對藍寶石基板2垂直的方向。也就是說，透過垂直化蛾眼面2a的光在朝接近垂直角度變化的狀態下入射到透過蛾眼面2g。而且，在垂直化蛾眼面2a反射的光在朝接近垂直角度變化的狀態下藉由p側電極27及n側電極28反射後，再度入射到垂直化蛾眼面2a。此時的入射角成為比先前的入射角還接近垂直。其結果，能以入射到透過蛾眼面2g的光當作接近垂直。
圖6是LED元件之局部放大模式剖面圖。
如圖6所示，p側電極27具有：形成於p型GaN層18上之擴散電極(diffusion electrode)21，與形成於擴散電極21上的規定區域之介電質多層膜22，與形成於介電質多層膜22上之金屬電極23。擴散電極21全面地形成於p型GaN層18，由例如ITO(Indium Tin Oxide：銦錫氧化物)等的透明材料構成。而且，介電質多層膜22是重複複數個折射率不同的第一材料22a與第二材料22b的對(pair)而構成。介電質多層膜22例如第一材料22a能以ZrO2(折射率：2.18)，第二材料22b能以SiO2(折射率：1.46)，對數能以5。此外，使用與ZrO2與SiO2不同的材料構成介電質多層膜22也可以，例如使用AlN(折射率：2.18)、Nb2O3(折射率：2.4)、Ta2O3(折射率：2.35)等也可以。金屬電極23被覆介電質多層膜22，由例如Al等的金屬材料構成。金屬電極23經由形成於介電質多層膜22的介層孔(via hole)22c與擴散電極21電連接。
如圖6所示，n側電極28係對p型GaN層18至n型GaN層12蝕刻，形成於露出的n型GaN層12上。n側電極28具有：形成於n型GaN層12上之擴散電極24，與形成於擴散電極24上的規定區域之介電質多層膜25，與形成於介電質多層膜25上之金屬電極26。擴散電極24全面地形成於n型GaN層12，由例如ITO(Indium Tin Oxide：銦錫氧化物)等的透明材料構成。而且，介電質多層膜25是重複複數個折射率不同的第一材料25a與第二材料25b的對而構成。介電質多層膜25例如第一材料25a能以ZrO2(折射率：2.18)，第二材料25b能以SiO2(折射率：1.46)，對數能以5。此外，使用與ZrO2與SiO2不同的材料構成介電質多層膜25也可以，例如使用AlN(折射率：2.18)、Nb2O3(折射率：2.4)、Ta2O3(折射率：2.35)等也可以。金屬電極26被覆介電質多層膜25，由例如Al等的金屬材料構成。金屬電極26經由形成於介電質多層膜25的介層孔25c與擴散電極24電連接。
在該LED元件1中，p側電極27及n側電極28構成反射部。p側電極27及n側電極28分別為越接近對半導體積層部19與藍寶石基板2的界面垂直的角度反射率越高。至反射部除了由發光層14發出直接入射的光之外，在藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a反射，角度變化成對界面接近垂直的光也入射到反射部。也就是說，入射到反射部的光的強度分布與藍寶石基板2的表面為平坦面的情形比較的話，成為偏向接近垂直的狀態。
其次，參照圖7針對藍寶石基板2進行詳述。圖7是顯示藍寶石基板，(a)是模式斜視圖，(b)是顯示A-A剖面之模式說明圖，(c)是模式放大說明圖。
如圖7(a)所示，垂直化蛾眼面2a以平面視各凸部2c的中心成為正三角形的頂點的位置而以規定的週期排列於假想的三角格子的交點而形成。各凸部2c的週期比由發光層14發出的光的光波長大，比該光的相干長度小。此外，此處所謂的週期是指接鄰的凸部2c中的高度的尖峰位置(peak position)的距離。而且，光波長是意味著實際的波長除以折射率的值。再者，相干長度是指相當於依照規定的頻譜寬度(spectral width)的光子群(photon group)的各個的波長的不同而使波的週期的振動被互相抵消，到相干性(coherence)消失為止的距離。相干長度1c若設光的波長為λ，設該光的半值寬(half value width)為Δλ，則大致具有1c=(λ2/Δλ)的關係。此處，各凸部2c的週期為光波長的1倍以上對臨界角以上的角度的入射光繞射作用逐漸有效地起作用起來，若比由發光層14發出的光的光波長的2倍大的話，則透過模式及反射模式的數目充分增加，故較佳。而且，各凸部2c的週期為由發光層14發出的光的相干長度的一半以下較佳。
在本實施形態中各凸部2c的週期為460nm。因由發光層14發出的光的波長為450nm，三族氮化物半導體層的折射率為2.4，故其光波長為187.5nm。而且，因由發光層14發出的光的半值寬為27nm，故該光的相干長度為7837nm。也就是說垂直化蛾眼面2a的週期比發光層14的光波長的2倍大，且成為相干長度的一半以下。
在本實施形態中如圖7(c)所示，垂直化蛾眼面2a的各凸部2c具有：由平坦部2b朝上方延伸的側面2d；由側面2d的上端朝凸部2c的中心側彎曲延伸的彎曲部2e；與彎曲部2e連續地形成的平坦的頂面2f。如後述，藉由由側面2d與頂面2f的會合部形成角的彎曲部2e形成前的凸部2c的濕式蝕刻，藉由將角去除而形成彎曲部2e。此外，到平坦的頂面2f消失且凸部2c的上側全體成為彎曲部2e為止施以濕式蝕刻也沒什麼關係。在本實施形態中，具體上各凸部2c為基端部的直徑為380nm，高度成為350nm。藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a除了各凸部2c之外其餘成為平坦部2b，半導體的橫向成長被促進。
而且，藍寶石基板2的背面的透過蛾眼面2g以平面視各凸部2i的中心成為正三角形的頂點的位置而以規定的週期排列於假想的三角格子的交點而形成。各凸部2i的週期比由發光層14發出的光的光波長小。也就是說，在透過蛾眼面2g中菲涅耳反射會被抑制。在本實施形態中各凸部2i的週期為300nm。因由發光層14發出的光的波長為450nm，藍寶石的折射率為1.78，故其光波長為252.8nm。也就是說，透過蛾眼面2g的週期比發光層14的光波長的2倍小。此外，若蛾眼面的週期為光波長的2倍以下，則可抑制界面中的菲涅耳反射。隨著透過蛾眼面2g的週期由光波長的2倍接近到1倍，使得菲涅耳反射的抑制作用變大。若藍寶石基板2的外部為樹脂或空氣，透過蛾眼面2g的週期為光波長的1.25倍以下的話，則可得到與1倍以下大致相同的菲涅耳反射的抑制作用。
此處參照圖8至圖10C針對LED元件1用的藍寶石基板2的製作方法進行說明。圖8是用以將藍寶石基板加工的電漿蝕刻裝置之概略說明圖。
如圖8所示，電漿蝕刻裝置91為感應耦合型(ICP：Inductively Coupled Plasma(感應耦合電漿))，具有：保持藍寶石基板2之平板狀的基板保持台92；收納基板保持台92的容器93；在容器93的上方隔著石英板96被配設的線圈(coil)94；連接於基板保持台92之電源95。線圈94為立體漩渦形的線圈，由線圈中央供給高頻電力(high-frequency power)，線圈外周的末端被接地。蝕刻對象的藍寶石基板2直接或透過運送用托盤被承載於基板保持台92。在基板保持台92內裝有用以將藍寶石基板2冷卻的冷卻機構，該冷卻機構透過冷卻控制部97控制。容器93具有供給口(supply port)，可供給O2氣體、Ar氣體等的各種氣體。
當藉由該電漿蝕刻裝置91進行蝕刻時，在將藍寶石基板2承載於基板保持台92後，排出容器93內的空氣而當作減壓狀態。然後將規定的處理氣體供給至容器93內，調整容器93內的氣體壓力。然後將高輸出的高頻電力供給至線圈94及基板保持台92規定時間，使反應氣體的電漿98產生。透過該電漿98進行藍寶石基板2的蝕刻。
接著，參照圖9、圖10A、圖10B及圖10C針對使用電漿蝕刻裝置91的蝕刻方法進行說明。
圖9是顯示蝕刻方法之流程圖。如圖9所示，本實施形態的蝕刻方法包含：罩幕層形成製程S1、光阻膜形成製程S2、圖案形成製程S3、殘膜除去製程S4、光阻變質製程S5、罩幕層的蝕刻製程S6、藍寶石基板的蝕刻製程S7、罩幕層除去製程S8、彎曲部形成製程S9。
圖10A是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(a)是顯示加工前的藍寶石基板，(b)是顯示在藍寶石基板上形成了罩幕層的狀態，(c)是顯示在罩幕層上形成了光阻膜的狀態，(d)是顯示使模接觸了光阻膜的狀態，(e)是顯示在光阻膜形成有圖案的狀態。
圖10B是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(f)是顯示除去了光阻膜的殘膜的狀態，(g)是顯示使光阻膜變質了的狀態，(h)是顯示以光阻膜為罩幕對罩幕層進行了蝕刻的狀態，(i)是顯示以罩幕層為罩幕對藍寶石基板進行了蝕刻的狀態。此外，變質後的光阻膜在圖中是以塗滿表現。
圖10C是顯示藍寶石基板及罩幕層的蝕刻方法的過程，(j)是顯示以罩幕層為罩幕更進一步對藍寶石基板進行了蝕刻的狀態，(k)是顯示由藍寶石基板除去了殘留的罩幕層的狀態，(l)是顯示對藍寶石基板施以了濕式蝕刻的狀態。
首先如圖10A(a)所示，製備加工前的藍寶石基板2。在蝕刻之前以規定的清洗液清洗藍寶石基板2。在本實施形態中藍寶石基板2為藍寶石基板。
接著如圖10A(b)所示，在藍寶石基板2形成罩幕層30(罩幕層形成製程：S1)。在本實施形態中，罩幕層30具有藍寶石基板2上的SiO2層31，與SiO2層31上的Ni層32。各層31、32的厚度為任意，惟例如可設SiO2層為1nm以上100nm以下，設Ni層32為1nm以上100nm以下。此外，罩幕層30也能以單層。罩幕層30是藉由濺鍍法(sputtering method)、真空蒸鍍法(vacuum evaporation method）、CVD法(Chemical Vapor Depositionmethod：化學氣相沉積法)等形成。
接著如圖10A(c)所示，在罩幕層30上形成光阻膜40(光阻膜形成製程：S2)。在本實施形態中，光阻膜40使用熱塑性樹脂(thermoplastic resin)，藉由旋塗法(spin coating method)形成均勻的厚度。光阻膜40例如由環氧樹脂(epoxy resin)構成，厚度例如為100nm以上300nm以下。此外，光阻膜40也能使用光硬化性樹脂(photo-curing resin)。
然後，每次將藍寶石基板2加熱使光阻膜40軟化，如圖10A(d)所示，以模50沖壓光阻膜40。在模50的接觸面形成有凹凸構造51，光阻膜40沿著凹凸構造51變形。
然後在保持沖壓狀態下，每次將藍寶石基板2冷卻使光阻膜40硬化。然後，藉由使模50由光阻膜40分離，如圖10A(e)所示，凹凸構造41被轉印到光阻膜40(圖案形成製程：S3)。此處，凹凸構造41的週期成為1μm以下。在本實施形態中凹凸構造41的週期為460nm。而且，在本實施形態中凹凸構造41的凸部43的直徑成為100nm以上300nm以下，例如為230nm。而且，凸部43的高度成為100nm以上300nm以下，例如為250nm。在該狀態下，在光阻膜40的凹部形成有殘膜42。
將如以上形成有光阻膜40的藍寶石基板2安裝於電漿蝕刻裝置91的基板保持台92。然後藉由例如電漿灰化除去殘膜42，如圖10B(f)所示使工件之罩幕層30露出(殘膜除去製程：S4)。在本實施形態中使用O2氣體當作電漿灰化的處理氣體。此時，光阻膜40的凸部43也受到灰化的影響，凸部43的側面44不是對罩幕層30的表面垂直，而是傾斜約規定的角度。
然後如圖10B(g)所示，以變質用條件將光阻膜40曝露於電漿，使光阻膜40變質提高蝕刻選擇比(光阻變質製程：S5)。在本實施形態中使用Ar氣體當作光阻膜40的變質用的處理氣體。而且在本實施形態中，變質用條件被設定為用以將電漿導引到藍寶石基板2側的電源95的偏壓輸出比後述的蝕刻用條件低。
然後，以蝕刻用條件曝露於電漿，以蝕刻選擇比變高的光阻膜40當作罩幕進行當作工件的罩幕層30的蝕刻(罩幕層的蝕刻製程：S6)。在本實施形態中使用Ar氣體當作光阻膜40的蝕刻用的處理氣體。據此如圖10B(h)所示，在罩幕層30形成有圖案33。
此處，針對變質用條件與蝕刻用條件可適宜變更處理氣體、天線輸出(antenna output)、偏壓輸出等，惟如本實施形態使用同一個處理氣體並變更偏壓輸出較佳。具體上針對變質用條件，若令處理氣體為Ar氣體，線圈94的天線輸出為350W，電源95的偏壓輸出為50W的話，則光阻膜40的硬化被觀察到。再者，針對蝕刻用條件，若令處理氣體為Ar氣體，線圈94的天線輸出為350W，電源95的偏壓輸出為100W的話，則罩幕層30的蝕刻被觀察到。此外，對蝕刻用條件除了降低偏壓輸出之外，即使降低天線輸出或減少氣體流量，光阻的硬化也可能。
接著如圖10B(i)所示，以罩幕層30為罩幕進行藍寶石基板2的蝕刻(藍寶石基板的蝕刻製程：S7)。在本實施形態中是在罩幕層30上殘留了光阻膜40的狀態下進行蝕刻。而且，進行使用BCl3氣體等的含氯氣體當作處理氣體的電漿蝕刻。
然後如圖10C(j)所示，若蝕刻進行的話，在藍寶石基板2形成有垂直化蛾眼面2a。在本實施形態中垂直化蛾眼面2a的凹凸構造的高度為350nm。此外，也能使凹凸構造的高度比350nm大。此處，若使凹凸構造的高度像例如300nm般較淺的話，則如圖10B(i)所示，在殘留了光阻膜40的狀態下結束蝕刻也可以。
本實施形態中透過罩幕層30的SiO2層31使得側向蝕刻(side etching)被促進，垂直化蛾眼面2a的凸部2c的側面2d傾斜。而且，也能透過光阻膜40的側面43的傾斜角控制側向蝕刻的狀態。此外，若罩幕層30以Ni層32的單層的話，則可使凸部2c的側面2d對主表面(principal surface)大致垂直。
然後如圖10C(k)所示，使用規定的剝離液除去殘留於藍寶石基板2上的罩幕層30(罩幕層除去製程：S8)。在本實施形態中，在藉由使用高溫的硝酸除去Ni層32後，使用氫氟酸(hydrofluoric acid)除去SiO2層31。此外，即使光阻膜40殘留於罩幕層30上，也能透過高溫的硝酸一起除去Ni層32，惟當光阻膜40的殘留量多時，透過O2灰化預先除去光阻膜40較佳。
然後如圖10C(l)所示，透過濕式蝕刻除去凸部2c的角形成彎曲部(彎曲部形成製程：S9)。此處，蝕刻液為任意，惟可使用例如加溫到170℃左右的磷酸水溶液，所謂的”熱磷酸”。此外，該彎曲部形成製程可適宜省略。經由以上的製程，製作在表面具有凹凸構造的藍寶石基板2。
依照該藍寶石基板2的蝕刻方法，因使光阻膜40曝露於電漿而使其變質，故可提高罩幕層30與光阻膜40的蝕刻的選擇比。據此，對罩幕層30容易施以微細且深的形狀的加工，可十分厚地形成微細的形狀的罩幕層30。
而且，可藉由電漿蝕刻裝置91連續地進行光阻膜40的變質與罩幕層30的蝕刻，工時(man-hours)也不會顯著地增大。在本實施形態中，可藉由使電源95的偏壓輸出變化進行光阻膜40的變質與罩幕層30的蝕刻，可簡單容易地提高光阻膜40的選擇比。
再者，因以十分厚的罩幕層30為罩幕進行藍寶石基板2的蝕刻，故對藍寶石基板2容易施以微細且深的形狀的加工。特別是在藍寶石基板中，在形成週期為1μm以下且深度為300nm以上的凹凸構造在形成有罩幕層的基板上形成光阻膜，利用光阻膜進行罩幕層的蝕刻之蝕刻方法中在以往是不可能，但是在本實施形態的蝕刻方法中為可能。特別是在本實施形態的蝕刻方法中，適合形成週期為1μm以下且深度為500nm以上的凹凸構造。
奈米級(nanoscale)的週期的凹凸構造被稱為蛾眼，當對藍寶石進行該蛾眼的加工時，因藍寶石為難加工材料(difficult-to-machine material)，故只能加工到200nm左右的深度。但是，在200nm左右的段差(level difference)中有作為蛾眼不充分的情形。本實施形態的蝕刻方法可以說是解決對藍寶石基板施以蛾眼加工時的新穎的課題。
此外，工件雖然顯示了由SiO2/Ni構成的罩幕層30，但罩幕層30為Ni的單層或其他的材料當然都可以。重要的是若使光阻變質，提高罩幕層30與光阻膜40的蝕刻選擇比的話即可。
而且，雖然顯示了使電漿蝕刻裝置91的偏壓輸出變化並以變質用條件與蝕刻用條件，但除了使天線輸出、氣體流量變化之外，藉由變更例如處理氣體而設定也可以。重要的是變質用條件若為在光阻被曝露於電漿時變質且蝕刻選擇比變高的條件的話即可。
而且，雖然顯示了罩幕層30包含有Ni層32，但不用說即使是其他的材料的蝕刻也能適用本發明。此外，本實施形態的藍寶石基板的蝕刻方法也能適用於SiC、Si、GaAs、GaN、InP、ZnO等的基板。
在如以上製作的藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a利用橫向成長使由三族氮化物半導體構成的半導體積層部19磊晶成長(半導體形成製程)，形成p側電極27及n側電極28(電極形成製程)。然後，在藍寶石基板2的背面藉由與表面的垂直化蛾眼面2a一樣的製程形成凸部2i後，藉由利用切割(dicing)分割成複數個LED元件1而製造LED元件1。
在如以上構成的LED元件1中，因具備垂直化蛾眼面2a，故在藍寶石基板2與三族氮化物半導體層的界面中，可將以超過全反射臨界角的角度入射的光當作對界面接近垂直。再者，因具備抑制菲涅耳反射的透過蛾眼面2g，故在藍寶石基板2與元件外部的界面中，可平順地將被當作接近垂直的光取出到元件外部。如此，雖然藍寶石基板2的表面與背面都被進行凹凸加工，但是垂直化功能與菲涅耳反射抑制功能之不同的功能被賦予，可藉由該等功能的相乘效應迅速地使光取出效率提高。
而且，可格外地縮短由發光層14發出的光到達藍寶石基板2的背面的距離，可抑制元件內部中的光的吸收。在LED元件中，因超過界面的臨界角的角度區域的光傳播於橫向，故有在元件內部光被吸收了的問題，惟因以超過臨界角的角度區域的光當作在垂直化蛾眼面2a接近垂直，被當作接近垂直的光之透過蛾眼面2g中的菲涅耳反射被抑制，故可迅速地減少在元件內部被吸收的光。
而且，在本實施形態的LED元件1中，因凸部2c被以短的週期形成，故每一單位面積的凸部2c的數目變多。凸部2c超過相干長度的2倍的情形即使在該凸部2c存在了成為差排(dislocation)的起點的角部，也因差排密度(dislocation density)小，故幾乎不給予發光效率影響。但是，若凸部2c的週期比相干長度小，則半導體積層部19的緩衝層10中的差排密度變大，發光效率的降低變的顯著。
該傾向若週期成為1μm以下則變的更顯著。此外，發光效率的降低不取決於緩衝層10的製法而發生，即使以MOCVD法形成，以濺鍍法形成也會發生。在本實施形態中因在各凸部2c的上側無成為差排的起點的角部，故在緩衝層10的形成時以該角部為起點的差排不會發生。其結果，即使在發光層14中也成為差排的密度較小的結晶，藉由在垂直化蛾眼面2a形成有凸部2c，不會損及發光效率。
此處，本案發明人們發現了藉由使用介電質多層膜22、25及金屬層23、26的組合當作p側電極27及n側電極28，使得LED元件1的光取出效率顯著地增大。也就是說，若以介電質多層膜22、25與金屬層23、26的組合，則對界面越接近垂直的角度反射率越高，對於成為對界面接近垂直的光成為有利的反射條件。
圖11是顯示實施例一的反射部的反射率之圖表。在實施例一中，藉由ZrO2與SiO2的組合構成形成於ITO上的介電質多層膜的對數以5，重疊於介電質多層膜形成了Al層。如圖11所示，在入射角為0度到45度的角度域中實現98%以上的反射率。而且，在入射角為0度到75度的角度域中實現90%以上的反射率。如以上，介電質多層膜與金屬層的組合對於成為對界面接近垂直的光成為有利的反射條件。
圖12是顯示實施例二的反射部的反射率之圖表。在實施例二中，在ITO上僅形成了Al層。如圖12所示，不取決於入射角，成為約84%的一定的反射率。如此，反射部僅以像Al層的金屬的單層也可以。
圖13是顯示本發明的第二實施形態的LED元件之模式剖面圖。
如圖13所示，該LED元件101是在藍寶石基板102的表面上形成有由三族氮化物半導體層構成的半導體積層部119。該LED元件101為面朝上型，光主要被由與藍寶石基板102相反側取出。半導體積層部119由藍寶石基板102側起依如下的順序具有：緩衝層110、n型GaN層112、發光層114、電子阻隔層116、p型GaN層118。在p型GaN層118上形成有p側電極127，並且在n型GaN層112上形成有n側電極128。
如圖13所示，緩衝層110形成於藍寶石基板102的表面上，藉由AlN構成。n型GaN層112形成於緩衝層110上，藉由n-GaN構成。發光層114形成於n型GaN層112上，藉由GalnN/GaN構成。在本實施形態中發光層114的發光的峰值波長為450nm。
電子阻隔層116形成於發光層114上，藉由p-AlGaN構成。p型GaN層118形成於電子阻隔層116上，藉由p-GaN構成。n型GaN層112到p型GaN層118是藉由三族氮化物半導體的磊晶成長形成，在藍寶石基板102的表面週期地形成有凸部102c，惟在三族氮化物半導體的成長初期謀求利用橫向成長進行的平坦化。此外，至少包含第一導電型層、主動層及第二導電型層，若為電壓一被施加於第一導電型層及第二導電型層，就藉由電子及電洞的再結合而在主動層發出光的話，則半導體層的層構成是任意的。
本實施形態中，藍寶石基板102的表面構成垂直化蛾眼面102a，p側電極127構成透過蛾眼面127g。藍寶石基板102的表面形成平坦部102b，與週期地形成於平坦部102b的複數個凸部102c。各凸部102c的形狀除了圓錐、多角錐等的錐狀之外，也能以將錐的上部切掉的圓錐台、多角錐台等的錐台狀。各凸部102c被設計以使由發光層114發出的光繞射。在本實施形態中，可藉由週期地配置的各凸部102c得到光的垂直化作用。
p側電極127具有：形成於p型GaN層118上之擴散電極121，與形成於擴散電極121上的一部分之墊電極(pad electrode)122。擴散電極121全面地形成於p型GaN層118，由例如ITO(Indium Tin Oxide：銦錫氧化物)等的透明材料構成。而且，墊電極122由例如Al等的金屬材料構成。擴散電極121的表面形成平坦部127h，與週期地形成於平坦部127h的複數個凸部127i。各凸部127i的形狀除了圓錐、多角錐等的錐狀之外，也能以將錐的上部切掉的圓錐台、多角錐台等的錐台狀。透過蛾眼面的凸部127i的週期比發光層114的光波長的2倍小。在本實施形態中，可藉由週期地配置的各凸部127i抑制與外部的界面中的菲涅耳反射。
n側電極128係對p型GaN層118至n型GaN層112蝕刻，形成於露出的n型GaN層112上。n側電極128形成於n型GaN層112上，由例如Al等的金屬材料構成。
圖14是LED元件之局部放大模式剖面圖。
如圖14所示，在藍寶石基板102的背面側形成有介電質多層膜124。介電質多層膜124藉由金屬層之Al層126被覆。在該發光元件101中，介電質多層膜124及Al層126構成反射部，在該反射部使由發光層14發出藉由繞射作用透過垂直化蛾眼面102a的光反射。然後，可藉由使藉由繞射作用透過的光再入射到繞射面102a，在繞射面102a再度利用繞射作用使其透過，以複數個模式將光取出到元件外部。
在如以上構成的LED元件101中，因具備垂直化蛾眼面102a，故在藍寶石基板102與三族氮化物半導體層的界面中，可將以超過全反射臨界角的角度入射的光當作對界面接近垂直。再者，因具備透過蛾眼面127g，故在藍寶石基板102與元件外部的界面中，可抑制被當作接近垂直的光的菲涅耳反射。據此，可迅速地使光取出效率提高。
而且，可格外地縮短由發光層114發出的光到達p側電極127的表面的距離，可抑制元件內部中的光的吸收。在LED元件中，因超過界面的臨界角的角度區域的光傳播於橫向，故有在元件內部光被吸收了的問題，惟因以超過臨界角的角度區域的光當作在垂直化蛾眼面102a接近垂直，故可迅速地減少在元件內部被吸收的光。
此處，本案發明人們發現了藉由使用介電質多層膜124及金屬層126的組合當作藍寶石基板102的背面的反射部，使得LED元件101的光取出效率顯著地增大。也就是說，若以介電質多層膜124與金屬層126的組合，則對界面越接近垂直的角度反射率越高，對於成為對界面接近垂直的光成為有利的反射條件。
圖15是顯示實施例三的反射部的反射率之圖表。在實施例三中，藉由ZrO2與SiO2的組合構成形成於藍寶石基板上的介電質多層膜的對數以5，重疊於介電質多層膜形成了Al層。如圖15所示，在入射角為0度到55度的角度域中實現99%以上的反射率。而且，在入射角為0度到60度的角度域中實現98%以上的反射率。而且，在入射角為0度到75度的角度域中實現92%以上的反射率。如以上，介電質多層膜與金屬層的組合對於成為對界面接近垂直的光成為有利的反射條件。
圖16是顯示實施例四的反射部的反射率之圖表。在實施例四中，在藍寶石基板上僅形成了Al層。如圖16所示，不取決於入射角，成為約88%的一定的反射率。如此，反射部僅以像Al層的金屬的單層也可以。
此外，在前述各實施形態中雖然顯示了以週期地形成的凸部構成垂直化蛾眼面及透過蛾眼面，但當然以週期地形成的凹部構成各蛾眼面也可以。而且，除了將凸部或凹部排列於三角格子的交點而形成之外，例如也能排列於假想的正方格子的交點而形成。
而且，LED元件的具體的構造也不被限定於前述各實施形態。也就是說，若為如下的話也可以：
LED元件具備：藍寶石基板；形成於藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部，藍寶石基板的表面構成具有比由發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，垂直化蛾眼面使由半導體積層部側入射到垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在半導體積層部側入射到垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在半導體積層部側由垂直化蛾眼面射出的光的強度分布偏向對半導體積層部與藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在半導體積層部側入射到垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在藍寶石基板側由垂直化蛾眼面射出的光的強度分布偏向對界面垂直的方向而構成，具有使透過垂直化蛾眼面的光反射之反射部，包含具有比由發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，藉由垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。
1．．．LED元件
2．．．藍寶石基板
2a．．．垂直化蛾眼面
2b．．．平坦部
2c、2i．．．凸部
2g．．．透過蛾眼面
2h．．．平坦面
10．．．緩衝層
12．．．n型GaN層
14．．．發光層
16．．．電子阻隔層
18．．．p型GaN層
19．．．半導體積層部
21、24．．．擴散電極
22、25．．．介電質多層膜
22c、25c．．．介層孔
23、26．．．金屬電極
27．．．p側電極
28．．．n側電極
Claims (7)
- 【第1項】一種倒裝晶片型的LED元件，包含：
藍寶石基板；
形成於該藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部；以及
形成於該半導體積層部上之反射部，
該藍寶石基板的表面構成具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，
該藍寶石基板的背面構成具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，
該垂直化蛾眼面使由該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對該半導體積層部與該藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對該界面垂直的方向而構成，藉由該垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對該界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在該透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。 - 【第2項】如申請專利範圍第1項之倒裝晶片型的LED元件，其中該反射部為對該界面越接近垂直的角度反射率越高。
- 【第3項】一種LED元件的製造方法，當製造申請專利範圍第2項之LED元件時，包含：
在藍寶石基板的表面上形成罩幕層之罩幕層形成製程；
在該罩幕層上形成光阻膜之光阻膜形成製程；
在該光阻膜形成規定的圖案之圖案形成製程；
施加規定的偏壓輸出並將Ar氣體的電漿導引至該藍寶石基板側，藉由該Ar氣體的該電漿使該光阻膜變質提高蝕刻選擇比之光阻變質製程；
施加比該光阻變質製程的偏壓輸出高的偏壓輸出並將Ar氣體的電漿導引至該藍寶石基板側，以蝕刻選擇比變高的該光阻膜當作罩幕進行該罩幕層的蝕刻之罩幕層的蝕刻製程；
以被蝕刻了的該罩幕層當作罩幕進行該藍寶石基板的蝕刻形成該凹部或該凸部之基板的蝕刻製程；
在被蝕刻了的該藍寶石基板的表面上形成該半導體積層部之半導體形成製程；以及在該藍寶石基板的背面上形成介電質多層膜之多層膜形成製程。 - 【第4項】如申請專利範圍第3項之LED元件的製造方法中，其中在該基板的蝕刻製程，於在該罩幕層上殘留該光阻膜的狀態下進行該藍寶石基板的蝕刻。
- 【第5項】如申請專利範圍第4項之LED元件的製造方法中，其中該罩幕層具有該藍寶石基板上的SiO2層與該SiO2層上的Ni層，在該基板的蝕刻製程，在該SiO2層與該Ni層與該光阻膜積層的狀態下進行該藍寶石基板的蝕刻。
- 【第6項】一種面朝上型的LED元件，包含：
藍寶石基板；
形成於該藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部；
形成於該藍寶石基板的背面上之反射部；以及
形成於該半導體積層部上之電極，
該藍寶石基板的表面構成具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，
該電極的表面構成具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，
該垂直化蛾眼面使由該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對該半導體積層部與該藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對該界面垂直的方向而構成，藉由該垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對該界面垂直的方向而被調整了強度分布的光在藉由該透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。 - 【第7項】一種LED元件，包含：
藍寶石基板；以及
形成於該藍寶石基板的表面上之包含發光層的半導體積層部，
該藍寶石基板的表面構成具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍大比相干長度小的週期的複數個凹部或凸部的垂直化蛾眼面，
該垂直化蛾眼面使由該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光反射及透過，在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該半導體積層部側由該垂直化蛾眼面藉由反射射出的光的強度分布偏向對該半導體積層部與該藍寶石基板的界面垂直的方向，並且在超過臨界角的角度域中，與在該半導體積層部側入射到該垂直化蛾眼面的光的強度分布比較，在該藍寶石基板側由該垂直化蛾眼面藉由透過射出的光的強度分布偏向對該界面垂直的方向而構成，
具有使透過該垂直化蛾眼面的光反射之反射部，
包含具有比由該發光層發出的光的光波長的2倍小的週期的凹部或凸部的透過蛾眼面，藉由該垂直化蛾眼面中的反射及透過偏向對該界面垂直的方向而被調整了強度分布的光於在該透過蛾眼面抑制了菲涅耳反射的狀態下被放出到元件外部。
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