JP2006100684A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 錐状や半球状の微細凹凸構造を発光層や透明結晶基板に直接的に形成して、光取り出し効率を向上させることができる発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 発光層３を形成した透明結晶基板２を有する発光素子１の前記透明結晶基板２または発光層３の発光面２ａ，３ｅの少なくとも一部に、シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層４を形成する工程と、前記塗布層４に微細凹凸構造６ａを形成したモールド６を押し付けて、塗布層４に微細凹凸構造４ａを転写する工程と、前記塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスによりドライエッチングして、前記透明結晶基板２または発光層３の発光面２ａ，３ｅに微細凹凸構造２ｂ，３ｆを転写する工程とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光取り出し効率を向上させた発光素子の製造方法に関する。

一般に、発光素子の発光層から発せられた光は、発光層と透明結晶基板と外気との屈折率の違いで界面で反射されるので、効率良く取り出すことができない。

そこで、発光素子の表面を凹凸構造とすることで、多重反射によるを干渉を抑えて、光取り出し効率を向上させるようにしたものがある。凹凸構造にする方法として、成長中より最上層を凹凸面とする方法と成長後最上層を化学的または物理的に凹凸面とする方法とが採用されている（特許文献１）。

また、発光層の発光面に形成したレジストにモールドを押し付けて凹凸構造を転写し、このレジストをマスクとして、低選択比のドライエッチングで発光層に凹凸構造を転写するものがある（特許文献２）。

さらに、発光層の発光面にＳＯＧ膜を塗布して、モールドを押し付けて凹凸構造を転写し、このＳＯＧ膜をレジストマスクとして、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）で発光層に凹凸構造を転写するものがある（特許文献３）。
特開平６−２９１３６８号公報 特開２０００−２３２０９５号公報 特開２００３−１００６０９号公報

しかしながら、特許文献１は、成長中より表面を凹凸構造とする方法では、粗面化の度合いが低いために、光取り出し効率の向上は１０％程度の低いものであり、成長後表面を化学的または物理的に凹凸面とする方法では、エッチングや研磨により単に表面を粗らすだけであるので、微細凹凸構造の形状再現性が乏しいという問題がある。なお、形状再現性が良い加工方法としては、光リソグラフィーでパターンを形成した後、ドライエッチングで凹凸構造を形成することができるが、錐状や半球状等の任意の凹凸構造、波長により制限される解像度以下のサイズの微細凹凸構造の形成は困難である。

特許文献２は、低選択比のドライエッチングとして、レジストと発光層のエッチング速度がほぼ同じであるイオンミリング法が採用しているが、イオンミリング法は、エッチングする面の角度依存性が強く、矩形の凹凸構造や角度が問題にならない数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲のピッチの凹凸構造の形成には適用できるが、例えば錐状の凹凸構造のように、角度を持った数百ｎｍ〜数μｍの範囲のピッチの微細凹凸構造を形成することは困難である。

また、レジストとして、ＰＭＭＡ等のポリマーレジストを採用しているが、塩素系ガスによるドライエッチング法では、耐ドライエッチング性が低いので、錐状や半球状の微細凹凸構造の加工や選択比を同程度にする加工は困難である。

特許文献３では、深さ１００ｎｍ程度の範囲の実施形態が記載されているが、数μｍ程度の範囲のピッチまたは深さの凹凸構造を転写するのには、実施形態で記載されている圧力の１０倍以上の圧力が実際には必要になり、発光層や透明結晶基板（サファイア基板）上に数百ｎｍ〜数μｍの凹凸構造を転写するのは困難である。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、錐状や半球状の微細凹凸構造を発光層や透明結晶基板に直接的に形成して、光取り出し効率を向上させることができる発光素子の製造方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、発光層を形成した透明結晶基板を有する発光素子の前記透明結晶基板または発光層の発光面の少なくとも一部に、シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層を形成する工程と、前記塗布層に微細凹凸構造を形成したモールドを押し付けて、塗布層に微細凹凸構造を転写する工程と、前記塗布層をレジストマスクとして、塩素系ガスによりドライエッチングして、前記透明結晶基板または発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供するものである。

前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程に、微細凹凸構造の底付近に位置する上平坦部と、この上平坦面から発光層の上部半導体層の厚み程度で下がった付近に位置する下平坦部とを有するモールドを押し付けて、塗布層に微細凹凸構造とともに上平坦面と下平坦面とを形成して、前記塗布層をレジストマスクとしてドライエッチングしたときに、発光層の上部半導体層と下部半導体層とに電極形成部分をエッチング加工する工程を含むことができる。

前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程に、発光層の電極を形成する面に基板保持層を取付けた後に、透明結晶基板を発光層から剥離する工程を含むことができる。

前記エッチングする工程に、選択比（発光層のエッチング速度／レジストのエッチング速度）を２〜４倍に調整する工程を含むことができる。

前記シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層を形成する工程に、ポッティングまたはスプレーコートでシリコン系有機溶剤を塗布する工程を含むことができる。

前記モールドを押し付け圧力は、１５０Ｍｐａ以下であることが好ましい。

前記塗布層にモールドの微細凹凸構造を転写した後、ドライエッチングする前に、１２０℃以下でポストベークすることが好ましい。

前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程の後に、この発光層の発光面の微細凹凸構造の上に、この微細凹凸構造よりも大きい凹凸構造を形成する工程を含むことができる。

前記凹凸構造は、プリズムまたはマイクロレンズ形状であることが好ましい。

本発明によれば、シリコン系有機溶剤の塗布層にモールドの微細凹凸構造を転写した後、完全に硬化する前の塗布層をレジストマスクとして、塩素系ガスによりドライエッチングして、透明結晶基板（または発光層）の発光面に微細凹凸構造を形成することができるから、全反射ロスが低減できて光取り出し効率が向上するようになる。

また、完全にＳｉＯ₂化する前の塗布層もともにエッチングするから、塗布層の残渣を除去する工程が不要になる。

このように、ＣＤ等を作製するのと同様に、透明結晶基板（または発光層）の発光面に微細凹凸構造を形成した発光素子を安価に大面積（ウェハーごと）で大量生産することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔実施形態１〕
図１（ａ）に示すように、透明結晶基板〔例えば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板〕２に、発光層〔例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）層…Ｎ型ＧａＮ層＋Ｐ型ＧａＮ層〕３を形成した発光素子１を設ける。かかる発光素子１自体は公知である。

図１（以下で説明する各実施形態も同じ。）では、製造工程で用いる発光素子１は、簡略のため発光素子１のチップを２つ、ウエハ上に製造したものを例示しているが、ウエハ上に更に多数の発光素子１のチップを設けたものを使用してもよい。

前記発光素子１の発光層３には電極３ａ，３ｂを形成して、この電極３ａ，３ｂに通電することにより、発光層３が発光するようになる。

図１（ｂ）の工程１では、発光素子１の透明結晶基板２を上向きにセットして、透明結晶基板２の発光面２ａに、シリコン（ＳｉＯ₂）系有機溶剤をスピンコータで約２μｍ厚で塗布して塗布層（レジスト）４を形成する。この塗布層４は、透明結晶基板２の全面に設ける他、一部に設けることができる。

ここで、シリコン系有機溶剤としては、シリコンアルコキシド成分〔ＲｎＳｉ（ＯＨ）４_-n〕（但し、ＲはＨ，またはアルキル基、ｎ＝０〜３の整数）を溶媒としてアルコール、エステル、ケトンまたはこれら２種類以上の混合物を主成分とする溶液である。具体的には、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等よりなる溶液である。または一般にＳＯＧと呼ばれる層間絶縁膜材料がある。

図１（ｃ）の工程２では、前記透明結晶基板２の塗布層４の側に、微細凹凸構造６ａを形成したモールド６を配置する。このモールド６は、ウエットエッチングで四角錐（ピラミッド）形状の凸部（若しくは凹部）を約３．５μｍピッチで縦横に形成して、微細凹凸構造６ａとしたものである。この微細凹凸構造６ａとしては、四角錐形状の他に、三角や六角などの多角錐や多角柱形状、円柱や円錐形状、半球形状等の凹部若しくは凸部であっても良い。

そして、モールド６を例えば９０ＭＰａの圧力（プレス）で塗布層４に押し付ける。このとき、塗布層４は、硬化処理をしないので室温による液体（軟化）状態であるから、モールド６の微細凹凸構造６ａの塗布層４のシリコン系有機溶剤が入り込むようになる。

その後、モールド６を半硬化状態の塗布層４から離型すると、塗布層４に逆四角錐（ピラミッド）形状の微細凹凸構造４ａが転写されるようになる。

図１（ｄ）の工程３では、微細凹凸構造４ａが転写されて完全にＳｉＯ₂化する前の塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスにより塗布層（レジスト）４が無くなるまでドライエッチングすると、透明結晶基板２の発光面２ａに逆四角錐（ピラミッド）形状の微細凹凸構造２ｂが転写されるようになる。

その後、ウェハーから個々の発光素子１のチップに切断して（矢印ａ参照）、実装工程に供給する。

第１実施形態では、シリコン系有機溶剤の塗布層４にモールド６の微細凹凸構造６ａを転写した後（ホットエンボス／インプリント）、完全に硬化する前の塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスによりドライエッチングして、透明結晶基板２の発光面２ａに微細凹凸構造２ｂを形成することができるから、全反射ロスが低減できて光取り出し効率が向上するようになる。

また、完全にＳｉＯ₂化する前の塗布層４もともにエッチングするから、塗布層４の残渣を除去する工程が不要になる。

このように、ＣＤ等を作製するのと同様に、透明結晶基板２の発光面２ａに微細凹凸構造２ｂを形成した発光素子１を安価に大面積（ウェハーごと）で大量生産することが可能になる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、前記モールド６の微細凹凸構造６ａを、四角錐（ピラミッド）形状の凹部としてエッチングで形成したシリコン（Ｓｉ）モールド６（Ａ）の例であり、図２（ｄ）〜（ｆ）は、前記モールド６の微微細凹凸構造６ａを、四角錐（ピラミッド）形状の凸部として切削で形成した金属モールド６（Ｂ）の例である。なお、シリコンモールド６（Ａ）に凸状の微細凹凸構造６ａを形成することもでき、金属モールド６（Ｂ）に凹状の微細凹凸構造６ａを形成することもできる。

図２（ａ）のシリコンモールド６（Ａ）では、図２（ｂ）のように、塗布層４に四角錐形状の凸部の微細凹凸構造４ａが形成され、図２（ｃ）のように、透明結晶基板２の発光面２ａに、四角錐形状の凸部の微細凹凸構造２ｂが形成されることになる。

図２（ｄ）の金属モールド６（Ｂ）では、図２（ｅ）のように、塗布層４に四角錐形状の凹部の微細凹凸構造４ａが形成され、図２（ｆ）のように、透明結晶基板２の発光面２ａに、四角錐形状の凹部の微細凹凸構造２ｂが形成されることになる。なお、各図では、発光層３の図示を省略している。

前記微細凹凸構造６ａのピッチが１μｍ程度までなら、シリコンモールド６（Ａ）のエッチングでも、金属モールド６（Ｂ）の切削加工でも可能であるが、ピッチが１μｍ以下では、ＥＢ等でパターニング後、エッチングによりシリコンモールド６（Ａ）に加工することが可能である。また、金属モールド６（Ｂ）の切削加工の場合、バイトの刃先形状を加工することで、ピラミッド形状やその角度が自由に設定可能である。

また、加工したモールドに電鋳により凹凸が逆のレプリカモールドを使用しても良い。

そして、シリコンモールド６（Ａ）の場合には、結晶方位に依存した形状を精度良く作製可能であり、金属モールドの場合には、三角錐、四角錐、矩形等任意の凹凸形状を作製可能であることから、これらを選択することにより、要求光学特性に合わせた任意の形状の微細凹凸構造２ｂを透明結晶基板２の発光面２ａに形成することができる。

なお、前記説明は、透明結晶基板２の発光面２ａに微細凹凸構造２ｂを形成するものであったが、後述するように、発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆを形成するときも同様である。

〔実施形態２〕
図３（ａ）に示すように、発光層３に電極３ａ，３ｂを形成していない発光素子１を設ける。この発光層３は、上部がＰ型ＧａＮ層（上部半導体層）３ｃで、下部がＮ型ＧａＮ層（下部半導体層）３ｄとなる。

図３（ｂ）の工程１では、発光素子１の発光層３を上向きにセットして、発光層３の発光面３ｅに、シリコン系有機溶剤をスピンコータで塗布して塗布層（レジスト）４を形成する。この塗布層４は、発光層３の全面に設ける他、一部に設けることができる。

図３（ｃ）の工程２では、前記発光層３の塗布層４の側に、微細凹凸構造６ａを形成したモールド６を配置する。このモールド６には、微細凹凸構造６ａの底付近に位置する上平坦部６ｂと、この上平坦面６ｂから発光層３のＰ型ＧａＮ層３ｃの厚み程度で下がった付近に位置する下平坦部６ｃとを有している。

そして、モールド６を塗布層４に押し付けて、その後、モールド６を半硬化状態の塗布層４から離型すると、塗布層４に微細凹凸構造４ａが転写されるとともに、上平坦面４ｂと下平坦面４ｃとが形成されるようになる。

図３（ｄ）の工程３では、塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスにより塗布層（レジスト）４が無くなるまでドライエッチングすると、発光層３のＰ型ＧａＮ層３ｃの発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆが転写されるようになる。

ここで、発光層３のＰ型ＧａＮ層３ｃは、一般的に数百ｎｍの厚みがあるので、塩素系ガスの選択比が１程度の場合、微細凹凸構造３ｆの深さがＰ型ＧａＮ層３ｃの厚みの１／２程度である。そして、選択比を１程度の塩素系ガスでドライエッチングすると、前記上平坦面４ｂの部分では、Ｐ型ＧａＮ層３ｃの上面が電極形成部分３ｇとして露出するとともに、下平坦面４ｃの部分では、Ｐ型ＧａＮ層３ｃもエッチングされて、Ｎ型ＧａＮ層３ｄの上面が電極形成部分３ｈとして露出するようになる。

そして、図３（ｅ）の工程４では、各電極形成部分３ｇ，３ｈに電極３ａ，３ｂを形成した後、ウェハーから個々の発光素子１のチップに切断して（矢印ａ参照）、実装工程に供給する。

第２実施形態では、発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆを形成することができるから、第１実施形態と同様に、全反射ロスが低減できて光取り出し効率が向上するようになる。

また、発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆと電極形成部分３ｇ，３ｆとを同一工程で形成することができるから、工程が簡略化して低コスト化に寄与できるようになる。

〔実施形態３〕
図４（ａ）に示すように、発光層３に電極３ａ，３ｂを形成している発光素子１を設ける。

図４（ｂ）の工程１では、発光層３の電極３ａ，３ｂを形成した面に基板保持層８の絶縁部分８ａを接着で取付ける。基板保持層８は、例えばプリント基板材料〔銅貼り積層板ＲＣＣ（Ｒｅｓｉｎ Ｃｏａｔｅｄ Ｃｕｐｐｅｒ）〕である。なお、基板保持層８は、絶縁部分８ａにシリコンや金等の金属部分８ｂを厚膜めっきしたものでも良い。

図４（ｃ）の工程２では、レーザ照射によって、基板保持層８の金属部分８ｂと絶縁部分８ａを貫通して、電極３ａ，３ｂを露出させる孔８ｃをあける加工を行う。

図４（ｄ）の工程３では、前記孔８ｃ内に金属めっきをして各電極３ａ，３ｂと金属部分８ｂとを電気的に接続するとともに、金属部分８ｂを各電極３ａ，３ｂに対応させて電気的に切断して、電極３ａ，３ｂを金属部分８ｂにそれぞれ臨ませる。

図４（ｅ）の工程４では、エキシマレーザＬを透明結晶基板２と発光層３との界面に照射すると、発光層３の表面層がＧａとＮ₂とに分解され、その後に、矢印ｂで示すように、発光層３から透明結晶基板２を剥離して、発光層３の発光面３ｅを露出させる。なお、発光面３ｅにはＧａが残存するが、酸、アルカリ等で洗浄することで除去することができる。

図４（ｆ）の工程５では、発光素子１の発光層３を上向きにセットして、発光層３の発光面３ｅに、シリコン系有機溶剤をスピンコータで塗布して塗布層（レジスト）４を形成する。この塗布層４は、発光層３の全面に設ける他、一部に設けることができる。

図４（ｇ）の工程６では、前記発光層３の塗布層４の側に、微細凹凸構造６ａを形成したモールド６を配置する。

そして、モールド６を塗布層４に押し付けて、その後、モールド６を半硬化状態の塗布層４から離型すると、図４（ｈ）を参照すれば、塗布層４に微細凹凸構造４ａが転写されるようになる。

図４（ｈ）の工程７では、塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスにより塗布層（レジスト）４が無くなるまでドライエッチングすると、発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆが転写されるようになる。

その後、ウェハーから個々の発光素子１のチップに切断して（矢印ａ参照）、実装工程に供給する。

第３実施形態では、発光層３に基板保持層８を取付けることで、発光層３から透明結晶基板２を剥離することができ、透明結晶基板２を剥離した発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆを形成することができるから、第１実施形態と同様に、全反射ロスが低減できて光取り出し効率が向上するようになる。特に、発光層３は、厚みが数μｍで、透明結晶基板２の剥離時や剥離後の実装等のハンドリング時に破壊しやすいが、剥離前に基板保持層８を取付けることで、このような不具合が無くなる。

〔実施形態４〕
実施形態２と３のように、レジストマスクがシリコン系有機溶剤を塗布した塗布層４であり、被加工表面がＧａＮ層３ｃ，３ｄである発光層３である場合、塩素系ガス（Ｃ１２）に添加ガスとして、ＢＣ１３、Ａｒ等を添加すると、その混合比によって、選択比〔発光層３の発光面３ｅのエッチング速度／レジスト（塗布層４）のエッチング速度〕が０．５〜４の範囲に調整でき、モールド６の微細凹凸構造６ａや塗布層４の微細凹凸構造４ａの０．５倍〜４倍のアスペクト比が得られることが分かった。

そして、図５（ａ）（ｂ）のように、選択比を「１」にした場合には、モールド６の微細凹凸構造６ａの深さＴ１、塗布層（レジストマスク）４の微細凹凸構造４ａの深さＴ２、ドライエッチング後の発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆの深さＴ３は、全て同じ深さとなる（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３）。なお、Ｓｉ（シリコン）の結晶方位を利用したウェットエッチングで作製したモールドを元型とする形状の場合、要求光学特性より、この選択比は、「１」にすることが最も好ましい。

これに対して、図５（ｃ）（ｄ）のように、選択比を「２」にした場合には、モールド６の微細凹凸構造６ａの深さＴ１´（Ｔ１の約１／２）、塗布層（レジストマスク）４の微細凹凸構造４ａの深さＴ２´（Ｔ２の約１／２）とすると、ドライエッチング後の発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆの深さＴ３は、深さＴ１´とＴ２´の約２倍の深さＴ３となる（Ｔ１´＝Ｔ２´＜Ｔ３）。

第４実施形態では、選択比を「２」にした場合、モールド６の微細凹凸構造６ａの深さＴ１´は、選択比「１」の深さＴ１の約１／２の深さで済み、塗布層（レジストマスク）４の微細凹凸構造４ａの深さＴ２´（つまり塗布層４の厚み）は、選択比「１」の深さＴ２の約１／２の厚みで済むから、バリが少ないのでモールド６の作製が容易になるとともに、塗布層４のシリコン系有機溶剤を節約できるようになる。

また、選択比が「２」であれば、「１」の場合よりもエッチング速度が早くなって、エッチングが短時間で済むようになる。

〔実施形態５〕
図６（ａ）のように、透明結晶基板２の発光面２ａまたは発光層３の発光面３ｅに、シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層４を形成する場合、シリコン系有機溶剤が水素化シルセスキオキサンポリマー〔例えば、ダウコーニング社のＨＳＱ（商品名ＦＯＸ）〕であると、スピンコートでは、１μｍ以上の厚みに塗布することは困難である。

したがって、図６（ｂ）（ｃ）のように、２μｍ程度の塗布厚みが要求されるときには、モールド６の微細凹凸構造６ａが２μｍ程度の深さであるので、スピンコートでは１μｍ程度の厚みしか塗布できないことから、モールド６の微細凹凸構造６ａを塗布層４（透明結晶基板２の発光面２ａまたは発光層３の発光面３ｅ）に正確に転写することができない。

そこで、図６（ｄ）のように、透明結晶基板２の発光面２ａまたは発光層３の発光面３ｅに、ポッティングまたはスプレーコートでシリコン系有機溶剤を塗布して塗布層４を形成すると、ポッティングまたはスプレーコートでは、２μｍ以上の塗布厚みで塗布できることから、図６（ｅ）（ｆ）のように、モールド６の微細凹凸構造６ａを塗布層４（透明結晶基板２の発光面２ａまたは発光層３の発光面３ｅ）に正確に転写することができるようになる。

すなわち、ポッティングスプレーコートで塗布した塗布層４は、硬化処理をしないので室温による液体（軟化）状態であるから、モールド６を塗布層４に押し付けると、モールド６の微細凹凸構造６ａに塗布層４のシリコン系有機溶剤が入り込むようになる。

モールド６は、押し付けストロークを制御しながら低圧力で押し付けても良いし、モールド６と塗布層４との間の間隔Ｓを制御する装置を用いて押し付けても良い。

〔実施形態６〕
前記各実施形態において、モールド６の押し付け圧力は、１５０Ｍｐａ以下であることが好ましい。

すなわち、モールド６による単なる形状の転写であれば、１５０ＭＰａ以上の押し付け圧力でも差し支えはないが、半導体、特に発光素子１の場合には、押し付け圧力が１５０ＭＰａ以上を越えると、発光層（半導体層）３にダメージが生じて、発光特性が劣化することがある。

したがって、モールド６の押し付け圧力を１５０Ｍｐａ以下とすることで、発光素子１の発光層（半導体層）３のダメージを低減することができる。

〔実施形態７〕
前記各実施形態において、図７（ａ）のように、前記塗布層４にモールド６の微細凹凸構造６ａを転写した後、ドライエッチングする前に、１２０℃以下でポストベークすることが好ましい。

すなわち、塗布層４を１２０℃以上でベークすれば、塗布層４のＳｉＯ₂化が進行して、選択比を「１０」以上に大きく取ることができる。この場合の塗布層４は、単なる矩形の凹凸構造を加工するレジストマスクとして利用できるが、レジストも共にエッチングして、透明結晶基板２の発光面２ａに微細凹凸構造２ｂを形成したり、発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆを形成することは困難である。

そこで、実施形態７のように、塗布層４を１２０℃以下でポストベークすることで、塗布層４は硬化はするが、完全にＳｉＯ₂化しないので、選択比を「５〜１０」の間で調整することができる。

したがって、透明結晶基板２の発光面２ａの微細凹凸構造２ｂや発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆを高アスペクト比としたいような場合、塗布層４を厚膜化できないときには、モールド６の微細凹凸構造６ａを塗布層４に低アスペクト比で転写して、塗布層４を１２０℃以下でポストベークすることで、ドライエッチングすれば、図７（ｂ）のように、透明結晶基板２の発光面２ａの微細凹凸構造２ｂや発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆを高アスペクト比とすることが可能となる。

例えば、モールド６の微細凹凸構造６ａのピッチが１００〜３００ｎｍの場合、ＳＯＧ系材料の塗布層４にアスペクト比≒１程度で微細凹凸構造４ａを転写して、転写後１００℃程度で５分間ポストベークすることで、エッチングの耐性を高めることができ、選択比が「１０」程度に大きく取れるようになる。

これにより、透明結晶基板２の発光面２ａの微細凹凸構造２ｂや発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆを高アスペクト比できるから、反射防止効果を高めることができ、発光素子１の発光効率を向上させることができる。

〔実施形態８〕
前記実施形態３において、図４（ｇ）の工程６で、モールド６により塗布層４に微細凹凸構造４ａを転写した後、図８（ａ）のように、塗布層４をレジストマスクとして、塩素系ガスにより塗布層（レジスト）４が無くなるまでドライエッチングすると、発光層３の発光面３ｅに微細凹凸構造３ｆが転写されるようになる。

その後、図８（ｂ）のように、この発光層３の微細凹凸構造３ｆの上に、ＬｌＧＡ／ホットエンボス／インプリントにより、微細凹凸構造３ｆよりも大きい凹凸構造９ａを形成して、ウェハーから個々の発光素子１のチップに切断して（矢印ａ参照）、実装工程に供給する。

ここで、発光層３の発光面３ｅの微細凹凸構造３ｆを１０００〜３０００ｎｍピッチのプリズム形状回折格子とした場合には、その上に形成する凹凸構造９ａは、１０〜５０μｍピッチ、好ましくは１０〜２０μｍピッチのプリズム形状である。

そして、図８（ｄ）にプリズム形状の凹凸構造９ａの１つを拡大して示すように、凹凸構造９ａの表面に、さらに超微細凹凸構造９ｂ（例えば、ピッチ：１００ｎｍ、高さ１００〜２００ｎｍ）を施すことが好ましい。

この超微細凹凸構造９ｂを形成するためには、凹凸構造９ａの表面にタングステンをスパッタ蒸着する。すなわち、Ａｒ（アルゴン）プラズマでタングステンをスパッタする場合、Ａｒガスを多い目（５００Ｗ、９０ｍＴｏｒｒ）雰囲気でスパッタすると、１００ｎｍオーダーの柱状構造のタングステンが形成され、その超微細凹凸構造９ｂも１００ｎｍオーダーとなる。

図８（ｃ）では、発光層３の発光面３ｅにプリズム形状の微細凹凸構造３ｆを形成して、その上にプリズム形状の凹凸構造９ａを形成したものであったが、図９（ａ）のように、発光層３のプリズム形状の微細凹凸構造３ｆの上に、マイクロレンズ形状の凹凸構造９ａを形成しても良く、図９（ｂ）のように、発光層３のマイクロレンズ形状の微細凹凸構造３ｆの上に、プリズム形状の凹凸構造９ａを形成しても良い。

第８実施形態であれば、発光層３の発光面３ｅのプリズム形状の微細凹凸構造３ｆの上に、さらにプリズム形状等の凹凸構造９ａを形成したから、発光分布を上面（前面）に集光することができ、前面輝度向上に寄与することができる。

また、凹凸構造９ａの表面に、さらに超微細凹凸構造９ｂの無反射ナノ構造を形成することで、超微細凹凸構造９ｂの表面でのフレネル反射ロスを低減でき、、発光分布を上面（前面）に集光することができることと相俟って、より前面輝度向上に寄与することができる。

第１実施形態の発光素子の製造工程図である。 モールドの説明図である。 第２実施形態の発光素子の製造工程図である。 第３実施形態の発光素子の製造工程図である。 第４実施形態の発光素子の製造工程図である。 第５実施形態の発光素子の製造工程図である。 第７実施形態の発光素子の製造工程図である。 第８実施形態の発光素子の製造工程図である。 第８実施形態の変形例の発光素子の断面図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ 透明結晶基板
２ａ 発光面
２ｂ 微細凹凸構造
３ 発光層
３ａ，３ｂ 電極
３ｃ Ｐ型ＧａＮ層
３ｄ Ｎ型ＧａＮ層
３ｅ 発光面
３ｆ 微細凹凸構造
３ｇ 電極形成部分
３ｉ 反対面
４ 塗布層
４ａ 微細凹凸構造
４ｂ 上平坦面
４ｃ 下平坦面
６ モールド
６ａ 微細凹凸構造
６ｂ 上平坦部
６ｃ 下平坦部
８ 基板保持層
８ａ 絶縁部分
８ｂ 金属部分
８ｃ 孔
９ａ 凹凸構造
９ｂ 超微細凹凸構造

Claims (9)

1. 発光層を形成した透明結晶基板を有する発光素子の前記透明結晶基板または発光層の発光面の少なくとも一部に、シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層を形成する工程と、
   前記塗布層に微細凹凸構造を形成したモールドを押し付けて、塗布層に微細凹凸構造を転写する工程と、
   前記塗布層をレジストマスクとして、塩素系ガスによりドライエッチングして、前記透明結晶基板または発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程に、微細凹凸構造の底付近に位置する上平坦部と、この上平坦面から発光層の上部半導体層の厚み程度で下がった付近に位置する下平坦部とを有するモールドを押し付けて、塗布層に微細凹凸構造とともに上平坦面と下平坦面とを形成して、前記塗布層をレジストマスクとしてドライエッチングしたときに、発光層の上部半導体層と下部半導体層とに電極形成部分をエッチング加工する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
3. 前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程に、発光層の電極を形成する面に基板保持層を取付けた後に、透明結晶基板を発光層から剥離する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
4. 前記エッチングする工程に、選択比（発光層のエッチング速度／レジストのエッチング速度）を２〜４倍に調整する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記シリコン系有機溶剤を塗布して塗布層を形成する工程に、ポッティングまたはスプレーコートでシリコン系有機溶剤を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
6. 前記モールドを押し付け圧力は、１５０Ｍｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
7. 前記塗布層にモールドの微細凹凸構造を転写した後、ドライエッチングする前に、１２０℃以下でポストベークすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
8. 前記発光層の発光面に微細凹凸構造を転写する工程の後に、この発光層の発光面の微細凹凸構造の上に、この微細凹凸構造よりも大きい凹凸構造を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
9. 前記凹凸構造は、プリズムまたはマイクロレンズ形状であることを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。

Images