(57)【要約】【課題】発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の発光素子の製造方法は、少なくとも、第一主要表面及び第二主要表面を有する基板を提供するステップと、前記基板の第一主要表面上に複数の発光スタック層を形成するステップと、前記複数の発光スタック層上にエッチング保護層を形成するステップと、不連続なレーザ光により、前記基板に複数の不連続な穴を形成するステップと、前記複数の不連続な穴をエッチングするステップと、前記複数の不連続な穴に沿って前記基板を切断するステップと、を含む。前記発光素子の前記基板の側壁は、第一構造面及び第二構造面を少なくとも含み、前記第一構造面は、実質的に平坦な表面であり、前記第二構造面は、実質的に不平坦な表面である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の製造方法であって、少なくとも、
第一主要表面及び第二主要表面を有する基板を提供するステップと、
前記基板の第一主要表面上に複数の発光スタック層を形成するステップと、
前記複数の発光スタック層上にエッチング保護層を形成するステップと、
不連続なレーザ光により、前記基板に複数の不連続な穴を形成するステップと、
前記複数の不連続な穴をエッチングするステップと、
前記複数の不連続な穴に沿って前記基板を切断するステップと、
を含む、
発光素子の製造方法。
【請求項２】
さらに、前記エッチング保護層を除去するステップを含む、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記複数の発光スタック層を形成するステップは、少なくとも、
前記基板の第一主要表面上に第一導電型半導体層を形成するステップと、
前記第一導電型半導体層上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に第二導電型半導体層を形成するステップと、
リソグラフィー／エッチング技術により、前記第一導電型半導体層、前記活性層及び前記第二導電型半導体層をエッチングし、複数の台状構造の発光スタック層を形成するステップと、
を含む、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数の不連続な穴をエッチングすることは、温度が１００°乃至３００°である条件の下でエッチング液により１０分乃至５０分エッチングすることである、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング液は、硫酸とリン酸の成分比が３対１である溶液、又は、リン酸溶液である、
請求項４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記不連続なレーザ光により前記基板に前記複数の不連続な穴を形成するステップにおいて、前記不連続なレーザ光は、断続的なレーザ光である、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記不連続なレーザ光により前記基板に前記複数の不連続な穴を形成するステップにおいて、前記複数の不連続な穴は、前記第一主要表面又は前記第二主要表面に形成される、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
さらに、前記発光スタック層上に少なくとも電極を形成し、及び、前記発光スタック層と前記電極の間に透明導電酸化層を形成するステップを含む、
請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
発光素子であって、少なくとも、
少なくとも、第一主要表面、第二主要表面及び側壁を有する基板と、
前記基板上に位置する発光スタック層と、
を含み、
前記基板の前記側壁は、少なくとも第一構造面及び少なくとも第二構造面を少なくとも含み、前記第一構造面は、実質的に平坦な表面であり、前記第二構造面は、実質的に不平坦な表面である、
発光素子。
【請求項１０】
前記第二構造面は、凹凸構造を有する、
請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記凹凸構造は、延伸方向を有し、
前記延伸方向は、縦方向であり、前記基板の主要表面の法線方向とほぼ平行する方向である、
請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記凹凸構造は、前記第一主要表面から第二主要表面に向かう方向に沿って延伸し、前記第一主要表面から前記第一主要表面を離れる方向に沿って延伸し、或いは、前記第二主要表面から前記第二主要表面を離れる方向に沿って延伸する、
請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記第二構造面は、前記基板の側壁の、前記第一主要表面又は前記第二主要表面に近い箇所に形成される、
請求項９に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第二構造面は、前記基板の側壁に形成され、前記第二構造面の上下は、全て、前記第一構造面である、
請求項９に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に、基板の側壁が少なくとも第一構造面及び第二構造面を含み、ここで、当該第一構造面が実質的に平坦な表面であり、当該第二構造面が実質的に不平坦な表面である発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光原理は、電子がｎ型半導体層及びｐ型半導体層の間で移動するときに生じたエネルギーの差を利用し、光の形式でエネルギーを釈放するのである。このような発光原理は、白熱電灯の、発熱による発光原理と全く異なるので、発光ダイオードは冷光源と称される。また、高耐久性、長寿命、小型、軽量、低電力消費などの利点も有するので、発光ダイオードは、伝統的な光源の変わりに、新世代の照明器具となっている。現在、発光ダイオードは、交通標識、バックライトモジュール、街灯照明、医療機器などに係る様々な分野において応用されている。
【０００３】
図１は、従来の発光素子の構造を示す図である。図１に示すように、従来の発光素子１００は、透明基板１０、透明基板１０上に位置する半導体スタック層１２、及び、半導体スタック層１２上に位置する少なくとも一つの電極１４を含み、ここで、前述した半導体スタック層１２は、上から下へ、少なくとも、第一導電型半導体層１２０、活性層１２２、及び、第二導電型半導体層１２４を含む。
【０００４】
これ以外に、前述した発光素子１００は、さらに、他の素子と組み合わせることにより、発光装置を形成することもできる。図２は、従来の発光装置の構造を示す図である。図２に示すように、発光装置２００は、少なくとも一つの回路２０２を有するサブマウント２０と、サブマウント２０上に位置する少なくとも一つのハンダ２２であって、ハンダ２２により発光素子１００をサブマウント２０に接着固定させ、発光素子１００の基板１０をサブマウント２０の回路２０２と電気接続させるハンダ２２と、発光素子１００の電極１４をサブマウント２０の回路２０２と電気接続させる電気接続構造２４と、を含み、ここで、前述したサブマウント２０は、リードフレーム又は大きいサイズのマウント基板であっても良く、これにより、発光装置２００の回路のレイアウトをしやすくなり、また、放熱効果を向上することもできる。
【０００５】
しかし、図１に示すように、従来の発光素子１００では、透明基板１０の表面が平坦な表面であり、且つ、透明基板１０の屈折率が外部環境の屈折率と異なるので、活性層１２２が発した光線Ａは基板から外部環境に進入したときは、全反射が生じやすく、発光素子１００の光出し率を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、基板の側壁が少なくとも第一構造面及び第二構造面を含み、ここで、当該第一構造面が実質的に平坦な表面であり、当該第二構造面が実質的に不平坦な表面である発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明は発光素子を提供する。この発光素子は、少なくとも、基板と、当該基板上に位置する発光スタック層と、を含み、当該基板は、少なくとも一つの側壁を有し、当該側壁は、少なくとも、第一構造面及び第二構造面を含み、当該第一構造面は実質的に平坦な表面であり、当該第二構造面は実質的に不平坦な表面である。
【０００８】
また、本発明は、他の発光素子を提供する。この発光素子は、少なくとも、基板と、当該基板上に位置する発光スタック層と、を含み、当該基板は、少なくとも一つの側壁を有し、当該側壁は、少なくとも、第一構造面及び第二構造面からなる実質的に不連続な構造を含み、当該第一構造面は実質的に平坦な表面であり、当該第二構造面は実質的に不平坦な表面である。この基板側壁の実質的に不連続な構造により、発光素子の光出し率を向上させる。
【０００９】
また、本発明は、発光素子の製造方法を提供する。この製造方法は、第一主要表面及び第二主要表面を有する基板を提供するステップと、当該基板の第一主要表面上に半導体エピタキシャル層を形成するステップと、当該半導体エピタキシャル層上にエッチング保護層を形成するステップと、不連続なレーザ光束により当該基板に複数の不連続な穴を形成するステップと、当該複数の不連続な穴をエッチングするステップと、当該複数の不連続な穴に沿って切断を行って発光素子を形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、基板の側壁が少なくとも第一構造面及び第二構造面を含み、ここで、当該第一構造面が実質的に平坦な表面であり、当該第二構造面が実質的に不平坦な表面である発光素子及びその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の発光素子の構造を示す図である。
【図２】従来の発光装置の構造を示す図である。
【図３Ａ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｇ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｈ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図３Ｉ】本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【図４】本発明に係る実施例の構造を示す図である。
【図５】本発明に係る他の実施例の構造を示す図である。
【図６】本発明に係る他の実施例の構造を示す図である。
【図７】本発明に係る実施例のスキャン式電子顕微鏡によるマイクロ構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図３Ａ乃至図３Ｉは、本発明の製造プロセスにおける構造を示す図である。
【００１４】
まず、図３Ａに示すように、基板３０を提供し、ここで、基板３０は、第一主要表面３０２及び第二主要表面３０４を含む。次に、図３Ｂに示すように、基板３０の第一主要表面３０２上に複数の半導体エピタキシャル層３１を形成し、ここで、半導体エピタキシャル層３１は、下から上へ、少なくとも、第一導電型半導体層３１０、活性層３１２、及び、第二導電型半導体層３１４を含む。
【００１５】
続いて、図３Ｃに示すように、リソグラフィー／エッチング技術により、前述した半導体エピタキシャル層３１をエッチングすることにより、一部の基板３０を露出させ、また、半導体エピタキシャル層３１を複数の台状構造の発光スタック層３２に形成させ、ここで、各々の発光スタック層３２は、一部の第一導電型半導体層３１０を露出させる。次に、図３Ｄに示すように、発光スタック層３２上にエッチング保護層３４を形成し、他の実施例において、このエッチング保護層３４は、発光スタック層３２及び基板３０を同時に覆っても良く、ここで、前述したエッチング保護層３４の材料は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮｘ）であっても良い。その後、図３Ｅに示すように、不連続なレーザ光束により、基板３０の第一主要表面３０２に複数の不連続な穴３６を形成し、ここで、この「不連続なレーザ光束」とは、レーザ光束が基板１０上に移動する過程において一定又は不定の時間間隔で発射されることであり、これにより、基板１０の第一主要表面３０２に複数の不連続な穴３６を形成する。本実施例において、この「不連続なレーザ光束」は、パルスレーザ光束のような断続的なレーザ光束であって良い。図３Ｆは、図３Ｅを上から見るときの構造を示す図である。図３Ｆに示すように、本発明の実施例において、不連続なレーザ光束により形成された不連続な穴３６は、複数の発光スタック層３２を囲むように分布される。
【００１６】
続いて、図３Ｇに示すように、温度が１００℃乃至３００℃である条件の下で、エッチング液により、前述した不連続な穴３６を約１０分乃至５０分エッチングし、本実施例において、好ましくは、温度が１５０℃乃至２５０℃である条件の下で、硫酸（Ｈ２ＳｉＯ４）とリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の濃度比が３対１であるエッチング液により約２０分乃至４０分エッチングする。他の実施例において、エッチング液は、リン酸溶液を採用しても良い。最後に、図３Ｈに示すように、エッチング保護層３４を除去し、また、基板３０の第二主要表面３０４を研磨して基板３０の厚さを減少し、それから、複数の不連続な穴３６に沿って切断を行って複数の発光素子３００を形成する。
【００１７】
また、図３Ｉに示すように、前述した切断を行う前に、発光スタック層３２に少なくとも透明導電酸化層３８を形成し、それから、当該透明導電酸化層３８に少なくとも電極４０を形成しても良い。
【００１８】
これ以外に、前述した実施例においては、不連続なレーザ光束により、基板３０の第一主要表面３０２に対して照射を行うことにより複数の不連続な穴３６を形成したが、本発明は、これに限られず、基板の他の位置に対して不連続なレーザ光束により照射を行ってもよく、例えば、基板３０の第二主要表面３０４に対して不連続なレーザ光束により照射を行うことにより複数の不連続な穴を有する第二主要表面を形成しても良い。
【００１９】
図４乃至図６は、本発明に係る実施例の構造を示す図である。
【００２０】
図４に示すように、発光素子３００は、少なくとも、基板３０及び基板３０上に位置する発光スタック層３２を含む。基板３０は、少なくとも、第一主要表面３０２、第二主要表面３０４、及び、少なくとも一つの側壁３０６を含み、ここで、前述した基板３０の側壁３０６は、少なくとも、実質的に平坦な表面を有する第一構造面３０６０、及び、実質的に不平坦な表面を有する第二構造面３０６２を含み、ここで、第二構造面３０６２の厚さは、約５μｍ乃至２０μｍである。本実施例において、第二構造面３０６２は、基板３０の側壁３０６の、第一主要表面に近い箇所に位置し、その実質的に不平坦な表面は、不連続なレーザ照射及びエッチングプロセスにより形成される凹凸構造であり、ここで、前述した凹凸構造は、延伸方向Ｂを有し、この延伸方向Ｂは、縦方向である。この縦方向の延伸は、基板３０の第一主要表面３０２から第一主要表面３０２を離れる方向への延伸、基板３０の第二主要表面３０４から第二主要表面３０４を離れる方向への延伸、或いは、基板３０の第一主要表面３０２から第二主要表面に向かう方向への延伸などである。即ち、延伸方向Ｂは、第一主要表面３０２の法線方向Ｃとの間は角度θを有し、ここで、０°≦θ＜９０°である。前述した実施例において、凹凸構造の延伸方向Ｂは、基板３０の第一主要表面３０２の法線方向Ｃと実質的に平行し、即ち、θは、ほぼ０°である。
【００２１】
これ以外に、前述した基板３０は、材料がサファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などである透明基板であっても良く、本実施例においては、サファイア基板が採用される。発光スタック層３２は、下から上へ、第一導電型半導体層３１０、活性層３１２及び第二導電型半導体層３１４を含み、その材料は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ又はＮを含む半導体材料であっても良く、例えば、ＧａＮ系材料又はＡｌＧａＩｎＰ系材料などであり、本実施例においては、発光スタック層３２の材料がＧａＮ系材料である。
【００２２】
また、前述した発光素子３００は、さらに、発光スタック層３２上に位置する透明導電酸化層３８と、この透明導電酸化層３８上に位置する少なくとも一つの電極４０とを含み、ここで、透明導電酸化層３８の材料は、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＣＴＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ及びＺｎＯからなるグループより選択される一つ又は複数の材料を含む。
【００２３】
図５は、本発明に係る他の実施例の構造を示す図である。この構造は、実質的に不平坦な表面を有する第二構造面３０６２が、側壁３０６の、第二主要表面３０４に近い箇所に位置する以外に、発光素子の各部品、構造及び接続関係などが図４に示すものと同じである。
【００２４】
図６は、本発明に係るもう一つの実施例の構造を示す図である。この構造は、実質的に不平坦な表面を有する第二構造面３０６２が基板３０の側壁３０６の中央部に位置し、この第二構造面３０６２の上下が全て実質的に平坦な第一構造面３０６０である以外に、発光素子の各部品、構造及び接続関係などが図４に示すものと同じである。
【００２５】
図７は、本発明に係る実施例のスキャン式電子顕微鏡によるマイクロ構造を示す図である。図７に示すように、基板３０の第二構造面３０６２は、凹凸構造を有する不平坦な表面である。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００２７】
１００  発光素子
１０  透明基板
１２  半導体スタック層
１４  電極
１２０  第一導電型半導体
１２２  活性層
１２４  第二導電型半導体
２００  発光装置
２０  サブマウント
２０２  回路
２２  ハンダ
２４  電気接続構造
３０  基板
３０２  第一主要表面
３０４  第二主要表面
３０６  側壁
３２  半導体スタック層
３２０  第一導電型半導体層
３２２  活性層
３２４  第二導電型半導体層
３２６  台状構造
３４  エッチング保護層
３６  穴
３００  発光素子
３８  透明導電酸化層
４０  電極
３０６０  第一構造面
３０６２  第二構造面
【図１】
2010278145.tif 000003
【図２】
2010278145.tif 000004
【図３Ａ】
2010278145.tif 000005
【図３Ｂ】
2010278145.tif 000006
【図３Ｃ】
2010278145.tif 000007
【図３Ｄ】
2010278145.tif 000008
【図３Ｅ】
2010278145.tif 000009
【図３Ｆ】
2010278145.tif 000010
【図３Ｇ】
2010278145.tif 000011
【図３Ｈ】
2010278145.tif 000012
【図３Ｉ】
2010278145.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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