JP2006100684A - Method of manufacturing light-emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a light-emitting element with which light extraction efficiency can be improved by directly forming a conical or semi-spherical fine rugged structure on a light-emitting layer or transparent crystal substrate. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the light-emitting element includes the steps of forming a coated layer 4 by applying a silicon organic solvent onto at least a part of a transparent crystal substrate 2, or light-emitting planes 2a, 3e of the light-emitting layer 3 of a light-emitting element 1 including the transparent crystal substrate 2 formed with the light-emitting layer 3; transferring a fine rugged structure 4a onto the coated layer 4 by pressing a mold 6 formed with the fine rugged structure 6a onto the coated layer 4; and transferring fine rugged structures 2b, 3f onto the transparent crystal substrate 2, or the light-emitting planes 2a, 3e of the light-emitting layer 3 by dry etching using a chlorine gas with the coated layer 4 as a resist mask. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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。   The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device with improved light extraction efficiency.

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。   In general, light emitted from the light emitting layer of the light emitting element is reflected at the interface due to the difference in refractive index between the light emitting layer, the transparent crystal substrate, and the outside air, and thus cannot be efficiently extracted.

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）。   In view of this, there is a structure in which the surface of the light emitting element has a concavo-convex structure so that interference due to multiple reflection is suppressed and light extraction efficiency is improved. As a method for forming the concavo-convex structure, a method in which the uppermost layer is an uneven surface during growth and a method in which the uppermost layer after growth is chemically or physically formed into an uneven surface are employed (Patent Document 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）。   In addition, there is a technique in which a mold is pressed against a resist formed on a light emitting surface of a light emitting layer to transfer the concavo-convex structure, and the concavo-convex structure is transferred to the light emitting layer by dry etching with a low selectivity using this resist as a mask (Patent Document 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 Furthermore, an SOG film is applied to the light emitting surface of the light emitting layer, the mold is pressed to transfer the uneven structure, and this uneven structure is transferred to the light emitting layer by RIE (reactive ion etching) using this SOG film as a resist mask. (Patent Document 3).
JP-A-6-291368 JP 2000-232095 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-100609

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。   However, in Patent Document 1, in the method in which the surface has a concavo-convex structure during growth, since the degree of roughening is low, the improvement in light extraction efficiency is as low as about 10%. Alternatively, the method of physically making the uneven surface has a problem that the shape reproducibility of the fine uneven structure is poor because the surface is simply roughened by etching or polishing. As a processing method with good shape reproducibility, a concavo-convex structure can be formed by dry etching after forming a pattern by photolithography, but it is limited by an arbitrary concavo-convex structure such as a cone or a hemisphere, or a wavelength. It is difficult to form a fine concavo-convex structure having a size smaller than the resolution.

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。   Patent Document 2 employs an ion milling method in which the etching rate of the resist and the light emitting layer is substantially the same as dry etching with a low selectivity, but the ion milling method has a strong angle dependency on the surface to be etched, It can be applied to the formation of a rectangular uneven structure or an uneven structure with a pitch in the range of several nanometers to several tens of nanometers where the angle does not become a problem, but for example, several hundred nm to several nanometers with an angle such as a conical uneven structure It is difficult to form a fine uneven structure having a pitch in the range of μm.

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。   In addition, polymer resists such as PMMA are used as the resist. However, the dry etching method using a chlorine-based gas has low dry etching resistance, so that the processing and selection ratio of the conical or hemispherical fine uneven structure are the same. Processing to the extent is difficult.

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。   In Patent Document 3, an embodiment having a depth of about 100 nm is described. However, in order to transfer a concavo-convex structure having a pitch or depth in the range of about several μm, the pressure described in the embodiment is used. A pressure of 10 times or more is actually required, and it is difficult to transfer a concavo-convex structure of several hundred nm to several μm on a light emitting layer or a transparent crystal substrate (sapphire substrate).

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。   The present invention has been made to solve the above-described problem. Light emission capable of improving light extraction efficiency by directly forming a conical or hemispherical fine uneven structure on a light emitting layer or a transparent crystal substrate. It is an object to provide a method for manufacturing an element.

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。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention applies a silicon-based organic solvent to at least a part of the light-emitting surface of the light-emitting element or the light-emitting layer of a light-emitting element having a transparent crystal substrate on which a light-emitting layer is formed. Forming a layer, pressing a mold having a fine concavo-convex structure on the coating layer to transfer the fine concavo-convex structure to the coating layer, and dry etching with a chlorine-based gas using the coating layer as a resist mask. And a step of transferring a fine concavo-convex structure to the light emitting surface of the transparent crystal substrate or the light emitting layer.

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。   In the step of transferring the fine concavo-convex structure to the light emitting surface of the light emitting layer, the upper flat portion located near the bottom of the fine concavo-convex structure, and the vicinity of the upper flat surface lowered by the thickness of the upper semiconductor layer of the light emitting layer. When an upper flat surface and a lower flat surface are formed on the coating layer together with a fine concavo-convex structure by pressing a mold having a lower flat portion to be dry etched using the coating layer as a resist mask, the upper semiconductor of the light emitting layer A step of etching the electrode forming portion may be included in the layer and the lower semiconductor layer.

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。   The step of transferring the fine concavo-convex structure to the light emitting surface of the light emitting layer may include a step of peeling the transparent crystal substrate from the light emitting layer after attaching the substrate holding layer to the surface of the light emitting layer on which the electrode is formed.

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。   The etching step may include a step of adjusting the selection ratio (light emitting layer etching rate / resist etching rate) to 2 to 4 times.

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。   The step of applying the silicon-based organic solvent to form the coating layer may include a step of applying the silicon-based organic solvent by potting or spray coating.

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。   The pressure for pressing the mold is preferably 150 MPa or less.

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。   After transferring the fine concavo-convex structure of the mold to the coating layer, it is preferable to post-bake at 120 ° C. or lower before dry etching.

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。   After the step of transferring the fine uneven structure to the light emitting surface of the light emitting layer, a step of forming an uneven structure larger than the fine uneven structure on the fine uneven structure of the light emitting surface of the light emitting layer can be included.

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。   It is preferable that the uneven structure has a prism or microlens shape.

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。   According to the present invention, after transferring the fine concavo-convex structure of the mold to the silicon-based organic solvent coating layer, the coating layer before being completely cured is used as a resist mask, and dry etching is performed with a chlorine-based gas to obtain a transparent crystal substrate ( Alternatively, since a fine uneven structure can be formed on the light emitting surface of the light emitting layer), the total reflection loss can be reduced and the light extraction efficiency can be improved.

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。 In addition, since the coating layer before being completely converted to SiO 2 is also etched, a step of removing the residue of the coating layer is not necessary.

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。   In this way, light-emitting elements in which a fine concavo-convex structure is formed on the light-emitting surface of a transparent crystal substrate (or light-emitting layer) can be mass-produced at a low cost and in a large area (for each wafer), as in the case of manufacturing a CD or the like. become.

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。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔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。 Embodiment 1
As shown in FIG. 1A, a transparent crystal substrate [for example, sapphire (Al 2 O 3 ) substrate] 2 is provided with a light emitting layer [for example, gallium nitride (GaN) layer... N-type GaN layer + P-type GaN layer] 3. The formed light emitting element 1 is provided. Such a light emitting device 1 itself is known.

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。   In FIG. 1 (each embodiment described below is the same), the light-emitting element 1 used in the manufacturing process is illustrated as an example in which two chips of the light-emitting element 1 are manufactured on a wafer for simplicity. You may use what provided the chip | tip of many light emitting elements 1 on the wafer further.

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。   Electrodes 3a and 3b are formed on the light emitting layer 3 of the light emitting element 1, and the light emitting layer 3 emits light by energizing the electrodes 3a and 3b.

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。 In step 1 of FIG. 1B, the transparent crystal substrate 2 of the light emitting element 1 is set upward, and a silicon (SiO 2 ) -based organic solvent is formed on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 with a spin coater to a thickness of about 2 μm. Coating is performed to form a coating layer (resist) 4. The coating layer 4 can be provided on the entire surface of the transparent crystal substrate 2 or on a part thereof.

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。 Here, as the silicon-based organic solvent, a silicon alkoxide component [RnSi (OH) 4 −n ] (where R is H, or an alkyl group, and n is an integer of 0 to 3) is used as an alcohol, ester, ketone or It is a solution mainly composed of a mixture of two or more of these. Specifically, it is a solution made of TEOS, TMOS or the like. Alternatively, there is an interlayer insulating film material generally called SOG.

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。   In step 2 of FIG. 1C, a mold 6 in which a fine concavo-convex structure 6a is formed is placed on the coating layer 4 side of the transparent crystal substrate 2. This mold 6 is a fine concavo-convex structure 6a in which pyramid-shaped convex portions (or concave portions) are formed vertically and horizontally at a pitch of about 3.5 μm by wet etching. The fine concavo-convex structure 6a may be a concave or convex portion such as a polygonal pyramid such as a triangle or a hexagon, a polygonal column shape, a cylinder, a conical shape, or a hemispherical shape in addition to a quadrangular pyramid shape.

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。   Then, the mold 6 is pressed against the coating layer 4 with a pressure (press) of 90 MPa, for example. At this time, since the coating layer 4 is not cured and is in a liquid (softened) state at room temperature, the silicon-based organic solvent of the coating layer 4 of the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 enters.

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。   Thereafter, when the mold 6 is released from the semi-cured coating layer 4, the fine concavo-convex structure 4 a having an inverted quadrangular pyramid shape is transferred to the coating layer 4.

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。 In step 3 of FIG. 1 (d), dry etching is performed until the coating layer (resist) 4 disappears with a chlorine-based gas using the coating layer 4 before the fine concavo-convex structure 4a is transferred and completely converted to SiO 2 as a resist mask. Then, the fine concavo-convex structure 2 b having an inverted pyramid shape is transferred to the light emitting surface 2 a of the transparent crystal substrate 2.

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。   Thereafter, the wafer is cut into individual light emitting element 1 chips (see arrow a) and supplied to the mounting process.

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。   In the first embodiment, after transferring the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 to the coating layer 4 of the silicon-based organic solvent (hot embossing / imprinting), the coating layer 4 before being completely cured is used as a resist mask with a chlorine-based coating. Since the fine concavo-convex structure 2b can be formed on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 by dry etching with a gas, the total reflection loss can be reduced and the light extraction efficiency can be improved.

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。 In addition, since the coating layer 4 before being completely converted to SiO 2 is also etched, a step of removing the residue of the coating layer 4 becomes unnecessary.

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。   As described above, as in the case of producing a CD or the like, it is possible to mass-produce the light-emitting element 1 in which the fine concavo-convex structure 2b is formed on the light-emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 at a low cost and in a large area (for each wafer). Become.

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。   2A to 2C are examples of a silicon (Si) mold 6 (A) formed by etching the fine concavo-convex structure 6 a of the mold 6 as a concave portion having a pyramid shape. (D)-(f) is an example of the metal mold 6 (B) formed by cutting the fine concavo-convex structure 6 a of the mold 6 as convex portions having a pyramid shape. The convex fine concavo-convex structure 6a can be formed on the silicon mold 6 (A), and the concave fine concavo-convex structure 6a can be formed on the metal mold 6 (B).

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。   In the silicon mold 6 (A) of FIG. 2 (a), as shown in FIG. 2 (b), a fine concavo-convex structure 4 a having a quadrangular pyramid shape is formed on the coating layer 4, and as shown in FIG. 2 (c). Thus, a fine concavo-convex structure 2b having a quadrangular pyramid shape is formed on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2.

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。   In the metal mold 6 (B) of FIG. 2 (d), a fine concavo-convex structure 4a of a quadrangular pyramid-shaped recess is formed in the coating layer 4 as shown in FIG. 2 (e), and as shown in FIG. On the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2, a fine concavo-convex structure 2b having a quadrangular pyramid-shaped recess is formed. In each drawing, the illustration of the light emitting layer 3 is omitted.

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。   If the pitch of the fine concavo-convex structure 6a is up to about 1 μm, etching of the silicon mold 6 (A) or cutting of the metal mold 6 (B) is possible, but if the pitch is 1 μm or less, after patterning with EB or the like, The silicon mold 6 (A) can be processed by etching. In the case of cutting the metal mold 6 (B), the pyramid shape and its angle can be freely set by processing the cutting edge shape of the cutting tool.

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。   Moreover, you may use the replica mold by which the unevenness | corrugation is reverse by electroforming to the processed mold.

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。   In the case of the silicon mold 6 (A), a shape depending on the crystal orientation can be produced with high accuracy, and in the case of a metal mold, any irregular shape such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a rectangle can be produced. Therefore, by selecting these, it is possible to form the fine concavo-convex structure 2b having any shape according to the required optical characteristics on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2.

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。   In the above description, the fine concavo-convex structure 2b is formed on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2, but also when the fine concavo-convex structure 3f is formed on the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3, as described later. It is the same.

〔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。 [Embodiment 2]
As shown in FIG. 3A, the light emitting element 1 in which the electrodes 3a and 3b are not formed is provided on the light emitting layer 3. The upper part of the light emitting layer 3 is a P-type GaN layer (upper semiconductor layer) 3c, and the lower part is an N-type GaN layer (lower semiconductor layer) 3d.

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。   In step 1 of FIG. 3B, the light emitting layer 3 of the light emitting element 1 is set upward, and a silicon based organic solvent is applied to the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 with a spin coater to form a coating layer (resist) 4. Form. The coating layer 4 can be provided on the entire surface of the light emitting layer 3 or a part thereof.

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。   In step 2 of FIG. 3C, a mold 6 in which a fine concavo-convex structure 6a is formed is disposed on the light emitting layer 3 on the coating layer 4 side. The mold 6 includes an upper flat portion 6b located near the bottom of the fine concavo-convex structure 6a, and a lower flat portion located near the lower surface of the light emitting layer 3 by a thickness of the P-type GaN layer 3c. 6c.

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。   When the mold 6 is pressed against the coating layer 4 and then the mold 6 is released from the semi-cured coating layer 4, the fine concavo-convex structure 4a is transferred to the coating layer 4, and the upper flat surface 4b and the lower flat surface Surface 4c is formed.

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。   In step 3 of FIG. 3D, when the coating layer 4 is used as a resist mask and dry etching is performed with a chlorine-based gas until the coating layer (resist) 4 disappears, the light emitting surface 3e of the P-type GaN layer 3c of the light emitting layer 3 is finely patterned. The uneven structure 3f is transferred.

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。   Here, since the P-type GaN layer 3c of the light emitting layer 3 generally has a thickness of several hundreds of nanometers, when the selectivity of the chlorine-based gas is about 1, the depth of the fine relief structure 3f is the P-type GaN layer. It is about 1/2 of the thickness of 3c. When dry etching is performed with a chlorine gas having a selectivity of about 1, the upper surface of the upper flat surface 4b exposes the upper surface of the P-type GaN layer 3c as the electrode forming portion 3g, and the lower flat surface 4c portion The P-type GaN layer 3c is also etched, and the upper surface of the N-type GaN layer 3d is exposed as the electrode formation portion 3h.

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。   In step 4 of FIG. 3E, electrodes 3a and 3b are formed on the electrode forming portions 3g and 3h, and then cut from the wafer into individual light emitting element 1 chips (see arrow a). To supply.

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。   In the second embodiment, since the fine concavo-convex structure 3f can be formed on the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3, as in the first embodiment, the total reflection loss can be reduced and the light extraction efficiency can be improved. .

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。   Further, since the fine concavo-convex structure 3f on the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 and the electrode forming portions 3g and 3f can be formed in the same process, the process can be simplified and the cost can be reduced.

〔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。 [Embodiment 3]
As shown in FIG. 4A, the light emitting element 1 in which the electrodes 3a and 3b are formed on the light emitting layer 3 is provided.

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。   In step 1 of FIG. 4B, the insulating portion 8a of the substrate holding layer 8 is attached to the surface of the light emitting layer 3 on which the electrodes 3a and 3b are formed. The substrate holding layer 8 is, for example, a printed circuit board material [copper-clad laminate RCC (Resin Coated Copper)]. The substrate holding layer 8 may be formed by thickly plating a metal portion 8b such as silicon or gold on the insulating portion 8a.

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。   In step 2 of FIG. 4 (c), processing is performed to form a hole 8c that exposes the electrodes 3a and 3b through the metal portion 8b and the insulating portion 8a of the substrate holding layer 8 by laser irradiation.

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。   In step 3 of FIG. 4D, the holes 8c are plated with metal to electrically connect the electrodes 3a and 3b and the metal portion 8b, and the metal portion 8b corresponds to the electrodes 3a and 3b. Then, the electrodes 3a and 3b are respectively exposed to the metal portion 8b.

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。 In step 4 of FIG. 4E, when the excimer laser L is irradiated to the interface between the transparent crystal substrate 2 and the light emitting layer 3, the surface layer of the light emitting layer 3 is decomposed into Ga and N 2, and then the arrow b As shown by, the transparent crystal substrate 2 is peeled from the light emitting layer 3 to expose the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3. Ga remains on the light emitting surface 3e, but can be removed by washing with acid, alkali or the like.

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。   In step 5 of FIG. 4F, the light emitting layer 3 of the light emitting element 1 is set upward, and a silicon based organic solvent is applied to the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 with a spin coater to form a coating layer (resist) 4. Form. The coating layer 4 can be provided on the entire surface of the light emitting layer 3 or a part thereof.

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。   In step 6 of FIG. 4G, a mold 6 in which a fine concavo-convex structure 6a is formed is disposed on the light emitting layer 3 on the coating layer 4 side.

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。   Then, when the mold 6 is pressed against the coating layer 4 and then the mold 6 is released from the semi-cured coating layer 4, the fine concavo-convex structure 4a is transferred to the coating layer 4 with reference to FIG. Become so.

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。   In step 7 of FIG. 4H, the fine concavo-convex structure 3f is transferred to the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 by performing dry etching using the coating layer 4 as a resist mask until the coating layer (resist) 4 disappears using a chlorine-based gas. Become so.

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。   Thereafter, the wafer is cut into individual light emitting element 1 chips (see arrow a) and supplied to the mounting process.

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。   In the third embodiment, the transparent crystal substrate 2 can be peeled from the light emitting layer 3 by attaching the substrate holding layer 8 to the light emitting layer 3, and the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 from which the transparent crystal substrate 2 has been peeled is finely formed. Since the concavo-convex structure 3f can be formed, the total reflection loss can be reduced and the light extraction efficiency can be improved as in the first embodiment. In particular, the light emitting layer 3 has a thickness of several μm and is easily broken when the transparent crystal substrate 2 is peeled off or when it is mounted after being peeled. However, such a problem is caused by attaching the substrate holding layer 8 before peeling. Disappears.

〔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。 [Embodiment 4]
As in the second and third embodiments, when the resist mask is the coating layer 4 coated with a silicon-based organic solvent and the surface to be processed is the light-emitting layer 3 that is the GaN layers 3c and 3d, the chlorine-based gas (C12) is used. When BC13, Ar, or the like is added as an additive gas, the selection ratio [the etching rate of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 / the etching rate of the resist (coating layer 4)] is in the range of 0.5 to 4 depending on the mixing ratio. It was found that an aspect ratio of 0.5 to 4 times that of the fine uneven structure 6a of the mold 6 and the fine uneven structure 4a of the coating layer 4 was obtained.

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。   5A and 5B, when the selection ratio is “1”, the depth T1 of the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 and the fine concavo-convex structure 4a of the coating layer (resist mask) 4 are used. And the depth T3 of the fine concavo-convex structure 3f on the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 after dry etching are all the same depth (T1 = T2 = T3). In the case of a shape having a mold made by wet etching utilizing the crystal orientation of Si (silicon) as the original mold, the selection ratio is most preferably set to “1” from the required optical characteristics.

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）。   On the other hand, as shown in FIGS. 5C and 5D, when the selection ratio is “2”, the depth T1 ′ of the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 (about 1/2 of T1), Assuming that the depth T2 ′ of the fine concavo-convex structure 4a of the coating layer (resist mask) 4 is about 1/2 of T2, the depth T3 of the fine concavo-convex structure 3f of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 after dry etching is: The depth T3 is about twice the depths T1 ′ and T2 ′ (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。   In the fourth embodiment, when the selection ratio is “2”, the depth T1 ′ of the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 may be about ½ the depth T1 of the selection ratio “1”. The depth T2 ′ of the fine concavo-convex structure 4a of the coating layer (resist mask) 4 (that is, the thickness of the coating layer 4) can be about ½ of the depth T2 of the selection ratio “1”, so there are few burrs. Therefore, the mold 6 can be easily manufactured and the silicon organic solvent of the coating layer 4 can be saved.

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。   If the selection ratio is “2”, the etching rate is faster than that in the case of “1”, and the etching can be completed in a short time.

〔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。 [Embodiment 5]
As shown in FIG. 6A, when the coating layer 4 is formed by applying a silicon organic solvent to the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 or the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3, the silicon organic solvent is hydrogenated. In the case of a silsesquioxane polymer [for example, HSQ (trade name FOX) manufactured by Dow Corning Co., Ltd.], it is difficult to apply to a thickness of 1 μm or more by spin coating.

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。   Therefore, as shown in FIGS. 6B and 6C, when a coating thickness of about 2 μm is required, the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 has a depth of about 2 μm, so that spin coating only has a thickness of about 1 μm. Since it cannot be applied, the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 cannot be accurately transferred to the coating layer 4 (the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 or the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3).

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。   Therefore, as shown in FIG. 6D, when the coating layer 4 is formed by applying a silicon organic solvent to the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 or the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 by potting or spray coating, Alternatively, since spray coating can be applied with a coating thickness of 2 μm or more, the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 is applied to the coating layer 4 (the light emitting surface 2a or the light emitting layer of the transparent crystal substrate 2) as shown in FIGS. 3 can be accurately transferred to the light emitting surface 3e).

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。   That is, since the coating layer 4 applied by potting spray coating is not cured and is in a liquid (softened) state at room temperature, when the mold 6 is pressed against the coating layer 4, the coating layer 4 is applied to the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6. Of silicon-based organic solvents.

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。   The mold 6 may be pressed at a low pressure while controlling the pressing stroke, or may be pressed using a device that controls the distance S between the mold 6 and the coating layer 4.

〔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。 [Embodiment 6]
In each said embodiment, it is preferable that the pressing pressure of the mold 6 is 150 Mpa or less.

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。   That is, if the shape is simply transferred by the mold 6, a pressing pressure of 150 MPa or more can be used. However, in the case of a semiconductor, particularly the light emitting element 1, if the pressing pressure exceeds 150 MPa, the light emitting layer (semiconductor layer). 3 may be damaged to deteriorate the light emission characteristics.

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。   Therefore, the damage of the light emitting layer (semiconductor layer) 3 of the light emitting element 1 can be reduced by setting the pressing pressure of the mold 6 to 150 MPa or less.

〔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。 [Embodiment 7]
In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 7A, after the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 is transferred to the coating layer 4, it is preferably post-baked at 120 ° C. or lower before dry etching.

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。 That is, if the coating layer 4 is baked at 120 ° C. or more, the coating layer 4 is converted to SiO 2 and the selection ratio can be increased to “10” or more. The coating layer 4 in this case can be used as a resist mask for processing a simple rectangular concavo-convex structure, but the resist is also etched to form the fine concavo-convex structure 2b on the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2, or the light emitting layer. It is difficult to form the fine concavo-convex structure 3f on the three light emitting surfaces 3e.

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。 Therefore, as in the seventh embodiment, the application layer 4 is post-baked at 120 ° C. or less, so that the application layer 4 is cured but is not completely converted to SiO 2 , so the selection ratio is between “5 to 10”. Can be adjusted.

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。   Accordingly, when it is desired to make the fine uneven structure 2b of the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 and the fine uneven structure 3f of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 have a high aspect ratio, when the coating layer 4 cannot be thickened, the mold 6 7a is transferred to the coating layer 4 at a low aspect ratio, and the coating layer 4 is post-baked at 120 ° C. or less to dry-etch the transparent crystal substrate 2 as shown in FIG. The fine uneven structure 2b of the light emitting surface 2a and the fine uneven structure 3f of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 can have a high aspect ratio.

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。   For example, when the pitch of the fine concavo-convex structure 6a of the mold 6 is 100 to 300 nm, the fine concavo-convex structure 4a is transferred to the coating layer 4 of the SOG material with an aspect ratio of about 1, and post-transfer at about 100 ° C. for 5 minutes. By baking, the resistance to etching can be increased, and the selectivity can be increased to about “10”.

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。   Thereby, since the fine uneven structure 2b of the light emitting surface 2a of the transparent crystal substrate 2 and the fine uneven structure 3f of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 can be high aspect ratio, the antireflection effect can be enhanced, and the light emitting element 1 emits light. Efficiency can be improved.

〔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。 [Embodiment 8]
In the third embodiment, after transferring the fine concavo-convex structure 4a to the coating layer 4 by the mold 6 in the step 6 of FIG. 4G, the coating layer 4 is used as a resist mask as shown in FIG. When dry etching is performed until the coating layer (resist) 4 is eliminated by the system gas, the fine uneven structure 3 f is transferred to the light emitting surface 3 e of the light emitting layer 3.

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。   Thereafter, as shown in FIG. 8B, a concavo-convex structure 9a larger than the fine concavo-convex structure 3f is formed on the fine concavo-convex structure 3f of the light-emitting layer 3 by LlGA / hot embossing / imprint, It cut | disconnects into the chip | tip of each light emitting element 1 (refer arrow a), and supplies it to a mounting process.

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。   Here, when the fine uneven structure 3f of the light emitting surface 3e of the light emitting layer 3 is a prism-shaped diffraction grating with a pitch of 1000 to 3000 nm, the uneven structure 9a formed thereon has a pitch of 10 to 50 μm, preferably 10 to 10 μm. The prism shape has a pitch of 20 μm.

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。   Then, as shown in an enlarged view of one of the prism-shaped concavo-convex structures 9a in FIG. 8D, an ultrafine concavo-convex structure 9b (for example, pitch: 100 nm, height: 100 to 200 nm) is further formed on the surface of the concavo-convex structure 9a. ) Is preferable.

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。   In order to form the ultra-fine uneven structure 9b, tungsten is sputter-deposited on the surface of the uneven structure 9a. That is, in the case of sputtering tungsten with Ar (argon) plasma, if Ar gas is sputtered in an atmosphere with a lot of Ar gas (500 W, 90 mTorr), tungsten having a columnar structure of the order of 100 nm is formed, and the ultra fine uneven structure 9b is also of the order of 100 nm. Become.

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。   8C, the prism-shaped fine uneven structure 3f is formed on the light-emitting surface 3e of the light-emitting layer 3, and the prism-shaped uneven structure 9a is formed thereon, but FIG. As shown in FIG. 9, a microlens-shaped uneven structure 9 a may be formed on the prism-shaped fine uneven structure 3 f of the light-emitting layer 3, and the microlens-shaped structure of the light-emitting layer 3 is formed as shown in FIG. A prism-shaped uneven structure 9a may be formed on the fine uneven structure 3f.

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。   In the eighth embodiment, since the concavo-convex structure 9a such as a prism shape is further formed on the prism-shaped fine concavo-convex structure 3f of the light-emitting surface 3e of the luminescent layer 3, the light emission distribution is condensed on the upper surface (front surface). Can contribute to improving the front luminance.

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。   Further, by forming a non-reflective nanostructure of the ultra-fine concavo-convex structure 9b on the surface of the concavo-convex structure 9a, it is possible to reduce Fresnel reflection loss on the surface of the ultra-fine concavo-convex structure 9b, and to increase the emission distribution on the top surface (front surface) In combination with the ability to concentrate light, it is possible to further contribute to improving the front luminance.

第１実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the light emitting element of 1st Embodiment. モールドの説明図である。It is explanatory drawing of a mold. 第２実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of a 2nd embodiment. 第３実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of 3rd Embodiment. 第４実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of 4th Embodiment. 第５実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of a 5th embodiment. 第７実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of 7th Embodiment. 第８実施形態の発光素子の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the light emitting element of 8th Embodiment. 第８実施形態の変形例の発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the light emitting element of the modification of 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Transparent crystal substrate 2a Light emission surface 2b Fine uneven structure 3 Light emission layer 3a, 3b Electrode 3c P-type GaN layer 3d N-type GaN layer 3e Light emission surface 3f Fine uneven structure 3g Electrode formation part 3i Opposite surface 4 Coating layer 4a Fine Uneven structure 4b Upper flat surface 4c Lower flat surface 6 Mold 6a Fine uneven structure 6b Upper flat portion 6c Lower flat portion 8 Substrate holding layer 8a Insulating portion 8b Metal portion 8c Hole 9a Uneven structure 9b Ultra fine uneven structure

Claims (9)

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。 Applying a silicon-based organic solvent to at least a part of the light-emitting surface of the light-emitting element of the light-emitting element having a transparent crystal substrate on which a light-emitting layer is formed;
Pressing a mold having a fine relief structure on the coating layer to transfer the fine relief structure to the coating layer; and
And a step of performing dry etching with a chlorine-based gas using the coating layer as a resist mask to transfer a fine concavo-convex structure onto the light emitting surface of the transparent crystal substrate or the light emitting layer. 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。   In the step of transferring the fine concavo-convex structure to the light emitting surface of the light emitting layer, the upper flat portion located near the bottom of the fine concavo-convex structure, and the vicinity of the upper flat surface lowered by the thickness of the upper semiconductor layer of the light emitting layer. When an upper flat surface and a lower flat surface are formed on the coating layer together with a fine concavo-convex structure by pressing a mold having a lower flat portion to be dry etched using the coating layer as a resist mask, the upper semiconductor of the light emitting layer 2. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 1, further comprising a step of etching an electrode forming portion in the layer and the lower semiconductor layer. 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。   The step of transferring the fine concavo-convex structure to the light emitting surface of the light emitting layer includes the step of peeling the transparent crystal substrate from the light emitting layer after attaching the substrate holding layer to the surface on which the electrode of the light emitting layer is formed. The manufacturing method of the light emitting element of Claim 1. 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。   The light emission according to any one of claims 1 to 3, wherein the etching step includes a step of adjusting a selection ratio (etching rate of the light emitting layer / resist etching rate) to 2 to 4 times. Device manufacturing method. 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。   The step of applying the silicon-based organic solvent to form the coating layer includes a step of applying the silicon-based organic solvent by potting or spray coating. Manufacturing method of light emitting element. 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。   The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 1, wherein the pressure for pressing the mold is 150 MPa or less. 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。   The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 1, wherein after the fine concavo-convex structure of the mold is transferred to the coating layer, post-baking is performed at 120 ° C. or lower before dry etching. . 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。   A step of forming a concavo-convex structure larger than the fine concavo-convex structure on the fine concavo-convex structure on the light-emitting surface of the light-emitting layer after the step of transferring the fine concavo-convex structure to the light-emitting surface of the light-emitting layer. The manufacturing method of the light emitting element of any one of Claims 1-7 to do. 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。   The method for manufacturing a light emitting device according to claim 8, wherein the uneven structure has a prism or microlens shape.
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