JP5234149B2 - Method for manufacturing light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は発光素子の製造方法に関し、特に、光吸収係数の大なる層に光を留めることなく外部放射を促進させることができる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 element, and more particularly to a method for manufacturing a light-emitting element that can promote external radiation without stopping light in a layer having a large light absorption coefficient.

従来、サファイア等の下地基板上にIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体結晶を成長させることによって発光素子を製造する方法が知られている。このような発光素子において、発光層で生じた光が光吸収係数の高い層に閉じ込められ、層内で吸収されることによって外部放射効率が低下することが問題となっている。   Conventionally, a method of manufacturing a light emitting device by growing a semiconductor crystal made of a group III nitride compound semiconductor on a base substrate such as sapphire is known. In such a light-emitting element, there is a problem that light generated in the light-emitting layer is confined in a layer having a high light absorption coefficient and is absorbed in the layer, thereby reducing external radiation efficiency.

このような問題を解決するものとして、サファイア基板の表面に凹凸面を形成し、その上にIII族窒化物系化合物半導体層を設けた発光素子がある（例えば、特許文献１参照。）。   As a solution to such a problem, there is a light emitting element in which an uneven surface is formed on the surface of a sapphire substrate and a group III nitride compound semiconductor layer is provided thereon (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載される発光素子は、基板表面の上にIII族窒化物系化合物半導体で形成されてその表面がテクスチャ構造、断面台形状、若しくはピット状であるバッファ層を形成し、このバッファ層の上にIII族窒化物系化合物半導体層を形成している。   The light emitting device described in Patent Document 1 is formed of a group III nitride compound semiconductor on a substrate surface, and a surface of the buffer layer having a texture structure, a trapezoidal shape, or a pit shape is formed. A group III nitride compound semiconductor layer is formed on the layer.

特許文献１に記載される発光素子によれば、サファイア基板とIII族窒化物系化合物半導体層との界面へ大きな角度をもって入射する光（当該界面と光進行方向との挟角が小さな光）であっても、当該段差面（側面）から外部へ放出できることとなり、光の取り出し効率が向上するとしている。   According to the light-emitting element described in Patent Document 1, the light incident on the interface between the sapphire substrate and the group III nitride compound semiconductor layer with a large angle (light having a small angle between the interface and the light traveling direction). Even in such a case, the light can be emitted from the step surface (side surface) to the outside, and the light extraction efficiency is improved.

特開２００３−１９７９６１号公報（［００１１］、図１）JP 2003-197961 A ([0011], FIG. 1)

しかし、特許文献１に記載された発光素子によれば、III族窒化物系化合物半導体層から直接取り出される光以外の、層内に閉じ込められた光（層内閉込光）の取り出しについては凹凸加工を施したとしても層内閉込光の反射性が充分でなく、III族窒化物系化合物半導体層とサファイア基板の屈折率差に依存するため、光取り出し効率に限界がある。また、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層は光吸収係数が大であることにより、層内閉込光となると減衰して有効に活用することができない。   However, according to the light-emitting element described in Patent Document 1, the extraction of light confined in the layer (in-layer confinement light) other than the light extracted directly from the group III nitride compound semiconductor layer is uneven. Even if the processing is performed, the reflectivity of the light confined in the layer is not sufficient, and the light extraction efficiency is limited because it depends on the refractive index difference between the group III nitride compound semiconductor layer and the sapphire substrate. In addition, since the group III nitride compound semiconductor layer has a large light absorption coefficient, it is attenuated and cannot be used effectively when it becomes confined light in the layer.

従って、本発明の目的は、光吸収係数の大なる層に光を留めることなく外部放射を促進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にある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting element capable of promoting external radiation without keeping light in a layer having a large light absorption coefficient.

本発明は、上記目的を達成するため、下地基板を準備する基板準備工程と、前記下地基板にｐ層及びｎ層を含む半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層の前記下地基板と反対側にｐ電極及びｎ電極の双方を形成する電極形成工程と、前記半導体層から前記下地基板を除去するリフトオフ工程と、前記下地基板を除去して露出させた側の前記半導体層に複数の凹部又は凸部を形成する半導体層加工工程と、前記複数の凹部又は凸部を形成した側の前記半導体層に前記半導体層と屈折率が異なる透光性無機材料層を熱融着させて、該複数の凹部又は凸部と直接接するように形成する透光性無機材料層形成工程と、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。 The present invention, in order to achieve the above object, a substrate preparation step of preparing a base substrate, a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer including a p-layer and n-layer to the underlying substrate, the underlying substrate of the semiconductor layer An electrode forming step for forming both the p-electrode and the n-electrode on the opposite side, a lift-off step for removing the base substrate from the semiconductor layer, and a plurality of the semiconductor layers on the side exposed by removing the base substrate. a semiconductor layer processing step of forming a concave or convex portion of the, by thermal fusion the semiconductor layer and the refractive index is different translucent inorganic material layer on the semiconductor layer on the side forming the plurality of recesses or protrusions And a light-transmitting inorganic material layer forming step of forming a direct contact with the plurality of recesses or protrusions .

本発明によれば、半導体層内に留まる層内閉込光を半導体層に貼り付けられる透光性材料層を介して取り出すことで、界面反射が抑えられて光取り出し性が高まる。そのことによって光吸収係数の大なる層に光を留めることなく外部放射を促進させることができる。   According to the present invention, inter-layer confinement light that remains in the semiconductor layer is extracted through the translucent material layer attached to the semiconductor layer, so that interface reflection is suppressed and light extraction performance is improved. As a result, external radiation can be promoted without stopping light in the layer having a large light absorption coefficient.

（ａ）および（ｂ）は、本発明と関連する製造方法によって製造されたＬＥＤ素子であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は臨界角を示す説明図である。(A) And (b) is the LED element manufactured by the manufacturing method relevant to this invention, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is explanatory drawing which shows a critical angle. 図１のＬＥＤ素子の製造工程を示す図であり、（ａ）は、基板準備工程を示す図、（ｂ）は、サファイア基板へのバッファ層形成工程を示す図、（ｃ）は、ＧａＮ系半導体層の形成工程を示す図、（ｄ）は、サファイア基板とＧａＮ系半導体層とのリフトオフ工程を示す図、（ｅ）は、サファイア基板が剥離されたＧａＮ系半導体層に熱融着されるガラス部材を準備するガラス準備工程を示す図、（ｆ）は、ｎ−ＧａＮ層にガラス部材を熱融着するガラス圧着工程を示す図、（ｇ）は、電極を形成する電極形成工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the LED element of FIG. 1, (a) is a figure which shows a board | substrate preparation process, (b) is a figure which shows the buffer layer formation process to a sapphire substrate, (c) is a GaN type | system | group. The figure which shows the formation process of a semiconductor layer, (d) is a figure which shows the lift-off process of a sapphire substrate and a GaN-type semiconductor layer, (e) is heat-sealed to the GaN-type semiconductor layer from which the sapphire substrate was peeled off The figure which shows the glass preparatory process which prepares a glass member, (f) is a figure which shows the glass crimping | compression-bonding process which heat-seal | fuses a glass member to an n-GaN layer, (g) shows the electrode formation process which forms an electrode. FIG. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. （ａ）から（ｃ）は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の外形および切断部を示す平面図、（ｃ）はカット部に入射する光を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is the external shape and cutting part of (a). (C) is a figure which shows the light which injects into a cut part. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. 本発明の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the LED element manufactured by the manufacturing method of embodiment of this invention. （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す図であり、（ａ）はＬＥＤ素子の縦断面、（ｂ）は平面図、（ｃ）は凹部における光の反射および屈折を示す図である。(A), (b) and (c) is a figure which shows the LED element manufactured by the manufacturing method of other embodiment of this invention, (a) is a longitudinal cross-section of an LED element, (b) is a plane. FIG. 4C is a diagram showing light reflection and refraction at the recess. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. 本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED element manufactured by the other manufacturing method relevant to this invention. （ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示し、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における断面図である。(A) And (b) shows the LED element manufactured by the manufacturing method of other embodiment of this invention, (a) is a top view of an LED element, (b) is AA of (a). It is sectional drawing in a part. 本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED element manufactured by the manufacturing method of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LED element manufactured by the manufacturing method of other embodiment of this invention.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明と関連する製造方法によって製造されたＬＥＤ素子であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は臨界角を示す説明図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）に示すように発光層１４を有するＧａＮ系半導体層１００より高屈折率の透光性高屈折率材料であるガラス部材１１と、ＧａＮ半導体化合物によって形成されるｎ−ＧａＮ層１３と、ｎ−ＧａＮ層１３上に積層される発光層１４と、発光層１４上に積層されるｐ−ＧａＮ層１５と、ｐ−ＧａＮ層１５からｎ−ＧａＮ層１３にかけてエッチングにより除去されたｎ−ＧａＮ層１３に設けられるｎ−電極１６と、ｐ−ＧａＮ層１５上に設けられるｐ−電極１８とを有する。 (Configuration of LED element 1)
FIGS. 1A and 1B are LED elements manufactured by a manufacturing method related to the present invention, FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is an explanatory view showing a critical angle. As shown in FIG. 1A, the flip-chip type LED element 1 includes a glass member 11 which is a light-transmitting high refractive index material having a higher refractive index than a GaN-based semiconductor layer 100 having a light emitting layer 14, and a GaN semiconductor. An n-GaN layer 13 formed of a compound, a light emitting layer 14 stacked on the n-GaN layer 13, a p-GaN layer 15 stacked on the light emitting layer 14, and the p-GaN layer 15 to n − The n-electrode 16 provided on the n-GaN layer 13 removed by etching over the GaN layer 13 and the p-electrode 18 provided on the p-GaN layer 15 are included.

III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は、特に限定されないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によって形成することができる。なお、発光素子の構成としては、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。さらに、量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。   The formation method of the group III nitride compound semiconductor layer is not particularly limited, but the well-known metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), molecular beam crystal growth method (MBE method), halide vapor phase epitaxy method (HVPE method). ), A sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, or the like. Note that a light-emitting element having a homo structure, a hetero structure, or a double hetero structure can be used. Furthermore, a quantum well structure (single quantum well structure or multiple quantum well structure) can also be adopted.

ガラス部材１１は、屈折率ｎ＝２．０、熱膨張率：７．０×１０−６／℃、屈伏点：６５０℃、Ｂｉ２Ｏ３系材料で、図示しないサファイア基板上に成長させたＧａＮ系半導体化合物をレーザ光線の照射に基づいて剥離することによりサファイア基板から分離し、露出したｎ−ＧａＮ層１３に熱融着されている。 The glass member 11 was grown on a sapphire substrate (not shown) with a refractive index n = 2.0, a thermal expansion coefficient: 7.0 × 10 −6 / ° C., a yield point: 650 ° C., and a Bi 2 O 3 material. The GaN-based semiconductor compound is separated from the sapphire substrate by being peeled off based on laser beam irradiation, and is thermally fused to the exposed n-GaN layer 13.

図１（ｂ）は、ガラス部材を用いた場合の臨界角の違いを示す図である。サファイア基板である場合、界面１Ａに対して臨界角はｎ＝１．７の矢印で示される範囲（界面方向に対し４５度）となり、ガラス部材１１の場合より全反射することなく外部放射される光が少なくなる。外部放射されない光は層内閉込光となってＧａＮ系半導体層１００内での光吸収や電極部材による光吸収によって光ロスになる。一方、ｎ−ＧａＮ層１３に表面にガラス部材１１を貼り付けた場合、ガラス部材１１の界面１Ａに対して臨界角はｎ＝２．０の矢印で示される範囲（界面方向に対し５６度）となる。これによって、ＧａＮ系半導体層１００内での光吸収を減じ、光放射効率の向上を図ることができる。   FIG.1 (b) is a figure which shows the difference in the critical angle at the time of using a glass member. In the case of a sapphire substrate, the critical angle with respect to the interface 1A is in a range indicated by an arrow of n = 1.7 (45 degrees with respect to the interface direction), and is externally radiated without being totally reflected as compared with the case of the glass member 11. Less light. Light that is not emitted externally becomes confined light within the layer, and becomes light loss due to light absorption in the GaN-based semiconductor layer 100 and light absorption by the electrode member. On the other hand, when the glass member 11 is attached to the surface of the n-GaN layer 13, the critical angle with respect to the interface 1A of the glass member 11 is a range indicated by an arrow n = 2.0 (56 degrees with respect to the interface direction). It becomes. Thereby, light absorption in the GaN-based semiconductor layer 100 can be reduced, and light emission efficiency can be improved.

（ＬＥＤ素子１の製造工程）
図２は、図１に示したＬＥＤ素子の製造工程を示す図である。以下にＬＥＤ素子１の製造工程について説明する。 (Manufacturing process of LED element 1)
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the LED element shown in FIG. Below, the manufacturing process of the LED element 1 is demonstrated.

（基板準備工程）
図２（ａ）は、基板準備工程を示す図である。まず、下地基板となるウエハー状のサファイア基板１０を準備する。 (Board preparation process)
FIG. 2A is a diagram illustrating a substrate preparation process. First, a wafer-like sapphire substrate 10 serving as a base substrate is prepared.

（バッファ層形成工程）
図２（ｂ）は、サファイア基板へのバッファ層形成工程を示す図である。サファイア基板１０の表面にＡｌＮバッファ層１２を形成する。 (Buffer layer forming process)
FIG. 2B is a diagram showing a buffer layer forming process on the sapphire substrate. An AlN buffer layer 12 is formed on the surface of the sapphire substrate 10.

（半導体層形成工程）
図２（ｃ）は、ＧａＮ系半導体層の形成工程を示す図である。ＡｌＮバッファ層１２上にｎ−ＧａＮ層１３と、発光層１４と、ｐ−ＧａＮ層１５とを順次設けた後、ｐ−ＧａＮ層１５からｎ−ＧａＮ層１３にかけてをエッチングにより除去することによってｎ−ＧａＮ層１３を露出させる。 (Semiconductor layer formation process)
FIG. 2C is a diagram showing a process for forming a GaN-based semiconductor layer. An n-GaN layer 13, a light emitting layer 14, and a p-GaN layer 15 are sequentially provided on the AlN buffer layer 12, and then removed from the p-GaN layer 15 to the n-GaN layer 13 by etching. -The GaN layer 13 is exposed.

（リフトオフ工程）
図２（ｄ）は、サファイア基板とＧａＮ系半導体層とのリフトオフ工程を示す図である。図２（ｃ）に示すＧａＮ系半導体層１００を積層されたサファイア基板１０に対し、サファイア基板１０側からレーザ光線をウエハー全面に照射する。ここで照射されるレーザ光線は、サファイア基板を透過し、ＧａＮ系半導体層１００を透過しない波長のものが使用される。このようなレーザ光線の照射に基づいてサファイア基板１０とｎ−ＧａＮ層１３の界面が局所的に加熱され、その結果、ｎ−ＧａＮ層１３から形成基板であるサファイア基板１０が剥離する。ここでｎ−ＧａＮ層１３側に残留したＡｌＮバッファ層１２は酸洗浄に基づいて除去される。 (Lift-off process)
FIG. 2D is a diagram showing a lift-off process between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer. A sapphire substrate 10 on which the GaN-based semiconductor layer 100 shown in FIG. 2C is laminated is irradiated with a laser beam from the sapphire substrate 10 side over the entire surface of the wafer. The laser beam irradiated here has a wavelength that passes through the sapphire substrate and does not pass through the GaN-based semiconductor layer 100. Based on such irradiation of the laser beam, the interface between the sapphire substrate 10 and the n-GaN layer 13 is locally heated, and as a result, the sapphire substrate 10 that is the formation substrate is peeled off from the n-GaN layer 13. Here, the AlN buffer layer 12 remaining on the n-GaN layer 13 side is removed based on acid cleaning.

（ガラス準備工程）
図２（ｅ）は、サファイア基板が剥離されたＧａＮ系半導体層に熱融着されるガラス部材を準備するガラス準備工程を示す図である。図２（ｅ）でサファイア基板１０をリフトオフされたＧａＮ系半導体層１００に対し、ｎ−ＧａＮ層１３側にｎ＝２．０のガラス部材１１を配置する。 (Glass preparation process)
FIG.2 (e) is a figure which shows the glass preparation process which prepares the glass member heat-sealed to the GaN-type semiconductor layer from which the sapphire substrate was peeled. With respect to the GaN-based semiconductor layer 100 in which the sapphire substrate 10 is lifted off in FIG. 2E, a glass member 11 with n = 2.0 is disposed on the n-GaN layer 13 side.

（ガラス圧着工程）
図２（ｆ）は、ｎ−ＧａＮ層１３にガラス部材を熱融着するガラス圧着工程を示す図である。ガラス部材１１は、ｎ−ＧａＮ層１３にホットプレスされることにより熱融着される。 (Glass crimping process)
FIG. 2 (f) is a diagram showing a glass crimping process for thermally fusing a glass member to the n-GaN layer 13. The glass member 11 is heat-sealed by being hot pressed onto the n-GaN layer 13.

（電極形成工程）
図２（ｇ）は、電極を形成する電極形成工程を示す図である。エッチングにより露出させたｎ−ＧａＮ層１３に第１の電極としてｎ−電極１６を形成し、ｐ−ＧａＮ層１５上に第２の電極としてｐ−電極１８を形成する。電極形成後、ダイサーで個々のＬＥＤ素子１に切断し、電極を除く表面に図示しない絶縁膜が形成される。なお、ＬＥＤ素子１の切断は、ダイサーによるカット以外の他の方法、例えば、スクライブによって行うこともできる。 (Electrode formation process)
FIG. 2G is a diagram showing an electrode forming process for forming an electrode. An n-electrode 16 is formed as a first electrode on the n-GaN layer 13 exposed by etching, and a p-electrode 18 is formed as a second electrode on the p-GaN layer 15. After the electrodes are formed, each LED element 1 is cut with a dicer, and an insulating film (not shown) is formed on the surface excluding the electrodes. In addition, cutting | disconnection of the LED element 1 can also be performed by methods other than the cutting | disconnection by a dicer, for example, scribe.

このようにして形成されたＬＥＤ素子１を用いて、ＬＥＤランプを形成するには、まず、配線パターンを設けられたセラミックス基板にＬＥＤ素子１をＡｕバンプを介して実装する。次に、封止樹脂でＬＥＤ素子１を一体的に封止してパッケージ化する。   In order to form an LED lamp using the LED element 1 formed in this way, first, the LED element 1 is mounted on a ceramic substrate provided with a wiring pattern via Au bumps. Next, the LED element 1 is integrally sealed with a sealing resin to be packaged.

（ＬＥＤ素子１の動作）
上記したＬＥＤランプの配線パターンを図示しない電源部に接続して通電すると、配線パターンを介してｎ−電極１６及びｐ−電極１８に順方向の電圧が印加され、発光層１４においてホール及びエレクトロンのキャリア再結合が生じて発光する。この発光に基づいて生じた青色光のうち、発光層１４からガラス部材１１側に放射される青色光は、ガラス部材１１を介して封止樹脂に入射し、封止樹脂から外部放射される。 (Operation of LED element 1)
When the wiring pattern of the LED lamp is connected to a power supply unit (not shown) and energized, a forward voltage is applied to the n-electrode 16 and the p-electrode 18 through the wiring pattern, and holes and electrons are generated in the light emitting layer 14. Carrier recombination occurs to emit light. Of the blue light generated based on this light emission, the blue light emitted from the light emitting layer 14 toward the glass member 11 enters the sealing resin through the glass member 11 and is radiated from the sealing resin to the outside.

また、発光層１４からｐ−ＧａＮ層１５側に放射された青色光は、ｐ−電極１８で反射されてガラス部材１１の方向に導かれる。ここで、ガラス部材１１の臨界角の範囲にある光はガラス部材１１を透過してＬＥＤ素子１の外部に放射される。   Further, the blue light emitted from the light emitting layer 14 toward the p-GaN layer 15 is reflected by the p-electrode 18 and guided toward the glass member 11. Here, the light within the critical angle range of the glass member 11 is transmitted through the glass member 11 and is emitted to the outside of the LED element 1.

尚、ガラス部材１１に至った光は高い効率で外部に放射される。すなわち、図１においては、説明のためガラス部材１１と各ＧａＮ層との厚さを同等として描いてあるが、実際にはガラス部材１１が１００ミクロン程度であるのに対し、ＧａＮ層１３＋発光層１４＋ｐ−ＧａＮ層１５は数ミクロンの厚さであり、ＧａＮに閉じ込められる光は層内吸収と電極部材吸収によって著しく減衰する。一方、ガラス部材に至った光は、ガラス部材１１での吸収は無視できるものであり、封止樹脂（ｎ＝１．５）とガラス部材１１との臨界角は約５０度のため、上面で外部放射されない光は側面から外部放射される。他の界面反射の場合も同様、２度の界面反射内で外部放射される。そして、ガラス部材１１は十分な厚さがあるので、このような２度の界面反射の確率は高い。   The light that reaches the glass member 11 is radiated to the outside with high efficiency. That is, in FIG. 1, the glass member 11 and each GaN layer are drawn to have the same thickness for the sake of explanation, but in reality, the glass member 11 is about 100 microns, whereas the GaN layer 13 + light emitting layer. The 14 + p-GaN layer 15 has a thickness of several microns, and the light confined in the GaN is significantly attenuated by intra-layer absorption and electrode member absorption. On the other hand, the light reaching the glass member can be ignored by the glass member 11, and the critical angle between the sealing resin (n = 1.5) and the glass member 11 is about 50 degrees. Light that is not emitted externally is emitted externally from the side. Similarly, in the case of other interface reflections, external radiation is emitted within two interface reflections. And since the glass member 11 has sufficient thickness, the probability of such 2 degree interface reflection is high.

（図１のＬＥＤ素子の効果）
図１のＬＥＤ素子によると、以下の効果が得られる。
（１）ＬＥＤ素子１のｎ−ＧａＮ層１３からサファイア基板をリフトオフし、サファイア基板よりも高い屈折率を有するガラス部材１１をｎ−ＧａＮ層１３に接合したので、ＧａＮ層内に閉じ込められる層内閉込光を低減して外部放射される青色光を増やすことができ、その結果、光取り出し性を向上させることができる。サファイア基板１０を用いた場合、ｎ−ＧａＮ層１３との屈折率比に基づく臨界角θｃは、１．７（サファイア）／２．４（ＧａＮ）：θｃ＝４５度となるが、上記した屈折率ｎ＝２．０のガラス部材１１を用いた場合には、θｃが５６度になるため、開口角の立体角は５２％増となり、ガラス部材１１へ透過しうる青色光が５０％余り増す。このため、光吸収係数の大なる層に青色光を留めることなく外部放射を促進させることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 1)
According to the LED element of FIG. 1, the following effects are obtained.
(1) Since the sapphire substrate is lifted off from the n-GaN layer 13 of the LED element 1 and the glass member 11 having a refractive index higher than that of the sapphire substrate is bonded to the n-GaN layer 13, the inside of the layer confined in the GaN layer The blue light emitted outside can be increased by reducing the confinement light, and as a result, the light extraction performance can be improved. When the sapphire substrate 10 is used, the critical angle θc based on the refractive index ratio with the n-GaN layer 13 is 1.7 (sapphire) /2.4 (GaN): θc = 45 degrees. When the glass member 11 with a rate n = 2.0 is used, θc is 56 degrees, so the solid angle of the opening angle is increased by 52%, and the blue light that can be transmitted to the glass member 11 is increased by about 50%. . For this reason, external radiation can be promoted without keeping blue light in a layer having a large light absorption coefficient.

（２）ｎ−ＧａＮ層１３からサファイア基板１０をレーザ光線でリフトオフして、透過性材料であるガラス部材１１を一体化するようにしたので、発光波長や、所望の光取り出し性に応じたＬＥＤ素子１を容易に形成することができる。 (2) Since the sapphire substrate 10 is lifted off from the n-GaN layer 13 with a laser beam and the glass member 11 which is a transmissive material is integrated, an LED corresponding to the emission wavelength and desired light extraction performance The element 1 can be easily formed.

（３）透過性材料として熱変形自在なガラス材料をホットプレスにより熱融着しているので、ｎ−ＧａＮ層１３との接着性に優れるとともに接合作業を容易に行うことができる。また、熱膨張率が同等となるようにしてあるので、熱融着後、クラックや大きな反りが生じることを防ぐことができる。 (3) Since a heat-deformable glass material as a permeable material is heat-sealed by hot pressing, it has excellent adhesion to the n-GaN layer 13 and can be easily joined. In addition, since the thermal expansion coefficients are made equal, it is possible to prevent cracks and large warpage from occurring after heat fusion.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図３は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）の形態で説明したガラス部材１１に代えて蛍光体を含有した蛍光体含有ガラス部材１１Ｂを設けた構成において図１（ａ）の形態と相違している。 (Configuration of LED element 1)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an LED device manufactured by another manufacturing method related to the present invention. The flip-chip type LED element 1 has a configuration in which a phosphor-containing glass member 11B containing a phosphor is provided in place of the glass member 11 described in the embodiment of FIG. It is different.

蛍光体含有ガラス部材１１Ｂは、蛍光体として、例えば、青色光によって励起されて黄色光を放射するＹＡＧ：Ｃｅの蛍光体粒子を用いることができる。また、他の蛍光体として蛍光錯体を用いることができる。   In the phosphor-containing glass member 11B, for example, YAG: Ce phosphor particles that are excited by blue light and emit yellow light can be used as the phosphor. Moreover, a fluorescent complex can be used as another fluorescent substance.

（図３のＬＥＤ素子の効果）
図３のＬＥＤ素子によると、高屈折率のガラス部材に蛍光体を含有した蛍光体含有ガラス部材１１Ｂを用いることにより、高屈折率材料外に蛍光体を備えるものと比べ、蛍光体へ至る光量を増すことができ、波長変換できる光量を増すことができる。また、蛍光体による波長変換光（黄色光）は、ＧａＮ層内吸収、電極吸収とも青色光と比較し大幅に小さい。このため、光取り出し性に優れ、かつ、蛍光体の良好な励起に基づく色むらのない白色光を放射する波長変換型のＬＥＤ素子１が得られる。 (Effect of the LED element of FIG. 3)
According to the LED element of FIG. 3, by using the phosphor-containing glass member 11 </ b> B that contains a phosphor in a high refractive index glass member, the amount of light reaching the phosphor is higher than that provided with a phosphor outside the high refractive index material. The amount of light that can be converted can be increased. In addition, the wavelength-converted light (yellow light) by the phosphor is much smaller than the blue light in both GaN layer absorption and electrode absorption. For this reason, the wavelength conversion type LED element 1 which is excellent in light extraction property and radiates white light having no color unevenness based on good excitation of the phosphor is obtained.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図４は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）の形態で説明したｎ−ＧａＮ層１３に平坦なガラス部材１１を熱融着し、その光取り出し面に微細な凹凸形状部１１Ｃを設けている構成において図１（ａ）の形態と相違している。 (Configuration of LED element 1)
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an LED element manufactured by another manufacturing method related to the present invention. In this flip-chip type LED element 1, a flat glass member 11 is thermally fused to the n-GaN layer 13 described in the form of FIG. 1A, and a fine uneven portion 11C is provided on the light extraction surface. The configuration is different from the configuration of FIG.

凹凸形状部１１Ｃは、ガラス部材１１をｎ−ＧａＮ層１３にホットプレスする金型に設けられた凹凸によって転写される。なお、凹凸形状は転写以外の方法で形成することも可能であり、予め凹凸形状を形成されたガラス部材１１をホットプレスによりｎ−ＧａＮ層１３に一体化するようにしても良い。   The concavo-convex shape portion 11 </ b> C is transferred by the concavo-convex provided in a mold for hot pressing the glass member 11 onto the n-GaN layer 13. The uneven shape can be formed by a method other than transfer, and the glass member 11 on which the uneven shape has been formed in advance may be integrated with the n-GaN layer 13 by hot pressing.

（図４のＬＥＤ素子の効果）
図４のＬＥＤ素子によると、ｎ−ＧａＮ層１３に接合されるガラス部材１１に光取り出し面に微細な凹凸形状部１１Ｃを設けたので、表面積を増すこと等によって、ガラス部材１１の光取り出し面における青色光の光取り出し性を、向上させることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 4)
According to the LED element of FIG. 4, the glass member 11 joined to the n-GaN layer 13 is provided with the fine uneven portion 11 </ b> C on the light extraction surface, so that the light extraction surface of the glass member 11 is increased by increasing the surface area or the like. The light extraction property of blue light in can be improved.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図５（ａ）から（ｃ）は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の外形および切断部を示す平面図、（ｃ）はカット部に入射する光を示す図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）の形態で説明したＬＥＤ素子１のガラス部材１１の角部を４５度にカットしたカット部１１０を設けて青色光の光取り出し性を高めている構成において図１（ａ）の形態と相違している。 (Configuration of LED element 1)
5 (a) to 5 (c) are diagrams showing an LED element manufactured by another manufacturing method related to the present invention, (a) is a longitudinal sectional view, (b) is an outer shape of (a), and FIG. The top view which shows a cutting | disconnection part, (c) is a figure which shows the light which injects into a cut part. This flip-chip type LED element 1 is provided with a cut portion 110 in which the corner portion of the glass member 11 of the LED element 1 described in the form of FIG. The configuration is different from the configuration of FIG.

カット部１１０は、ＬＥＤ素子１の切り出し後にガラス部材１１の角部をカットして形成されている。また、ＬＥＤ素子１の切り出し時にダイサー等の切削に基づいてＶ字状の切り込みを形成し、この切り込みの底部を中心に分断することによって傾斜面を形成するようにしても良い。コーナーカット部形状は、平面による４５度カットに限らず、４５度以外のカット、あるいは凸面によるカット形状でもよい。   The cut part 110 is formed by cutting a corner of the glass member 11 after the LED element 1 is cut out. Further, when the LED element 1 is cut out, a V-shaped cut may be formed based on cutting with a dicer or the like, and an inclined surface may be formed by dividing the cut at the bottom of the cut. The shape of the corner cut portion is not limited to a 45 degree cut by a flat surface, but may be a cut other than 45 degrees or a cut shape by a convex surface.

図５（ｂ）は、ＬＥＤ素子１の平面図である。ＬＥＤ素子１は、ｐ−電極１８の設けられる領域の発光層１４において発光し、ガラス部材１１を介して青色光を外部放射する。   FIG. 5B is a plan view of the LED element 1. The LED element 1 emits light in the light emitting layer 14 in the region where the p-electrode 18 is provided, and emits blue light to the outside via the glass member 11.

図５（ｃ）は、発光層で生じた青色光ＬＢのガラス部材１１における透過を示す図である。発光層１４で生じた青色光ＬＢのうち、上面方向に放射された青色光ＬＢだけでなく４５度方向に放射された光についてもカット部１１０において垂直入射に近づくこととなることにより、界面反射による光ロスの発生を防げる。   FIG.5 (c) is a figure which shows permeation | transmission in the glass member 11 of the blue light LB produced in the light emitting layer. Of the blue light LB generated in the light-emitting layer 14, not only the blue light LB emitted in the upper surface direction but also the light emitted in the 45 ° direction approaches the vertical incidence in the cut portion 110, thereby causing interface reflection. Can prevent light loss.

（図５の（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ素子の効果）
図５の（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ素子によると、ガラス部材１１の角部を４５度にカットしたカット部１１０を設けたことにより、ガラス部材１１に入射した青色光を外部により効率良く取り出すことができ、光放射効率を向上させることができる。また、ＬＥＤ素子１を硬質部材で封止する際などエッジが鋭角でないため、クラックが発生しにくいといった利点もある。 (Effects of LED elements (a) to (c) in FIG. 5)
According to the LED elements of (a) to (c) of FIG. 5, the blue light incident on the glass member 11 is more efficiently externally provided by providing the cut portion 110 in which the corner portion of the glass member 11 is cut at 45 degrees. The light emission efficiency can be improved. Moreover, since the edge is not an acute angle, such as when the LED element 1 is sealed with a hard member, there is an advantage that cracks hardly occur.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図６は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図５（ａ）の形態で説明したＬＥＤ素子１のｐ−電極１８を素子中央部に配置し、曲面で形成される光学形状を有したガラス部材１１の上面に青色光が垂直入射するようにした構成において図５（ａ）の形態と相違している。 (Configuration of LED element 1)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an LED device manufactured by another manufacturing method related to the present invention. The flip-chip type LED element 1 includes a glass member 11 having an optical shape formed by a curved surface in which the p-electrode 18 of the LED element 1 described in the form of FIG. The configuration in which blue light is vertically incident on the upper surface is different from the configuration of FIG.

（図６のＬＥＤ素子の効果）
図６のＬＥＤ素子によると、図５（ａ）の形態の好ましい効果に加えて、発光層１４から放射される青色光の配光をｐ−電極１８の配置とガラス部材１１の形状に基づいて設定することにより、制御することができる。但し、屈折によるレンズ効果を得るためには、ＬＥＤ素子の封止材料の屈折率に対し有意な差のあるガラス部材１１の屈折率とする必要がある。このためにも、ｎ＝１．７以上の屈折率が望ましい。 (Effect of the LED element of FIG. 6)
According to the LED element of FIG. 6, in addition to the preferable effect of the form of FIG. 5A, the light distribution of the blue light emitted from the light emitting layer 14 is based on the arrangement of the p-electrode 18 and the shape of the glass member 11. It is possible to control by setting. However, in order to obtain the lens effect by refraction, it is necessary to set the refractive index of the glass member 11 having a significant difference from the refractive index of the sealing material of the LED element. For this reason, a refractive index of n = 1.7 or more is desirable.

なお、図６のＬＥＤ素子では、ｎ−ＧａＮ層１３に光学形状を有したガラスを設けた構成を説明したが、例えばＴｉＯ２、ＳｉＣ、あるいはＧａＮといった発光層１４と同等の屈折率を有する基板を貼り付けたものであっても良い。これにより、ＧａＮ層方向伝搬光を発光層１４等の吸収率の高い層の影響を受けることなく側面に至らしめることができ、高い外部放射効率を得ることができる。 In the LED element of FIG. 6, the configuration in which the n-GaN layer 13 is provided with glass having an optical shape has been described. However, for example, a substrate having a refractive index equivalent to that of the light emitting layer 14 such as TiO 2 , SiC, or GaN. It may be a thing pasted. As a result, the light propagating in the GaN layer direction can be brought to the side surface without being affected by a layer having a high absorption rate such as the light emitting layer 14, and high external radiation efficiency can be obtained.

特に、ＬＥＤ素子サイズの１／５以上の基板厚があれば、ＬＥＤ素子１の中心軸に対し、９０°付近の角度をなすＧａＮ層方向伝搬光を外部放射するにあたり、十分有意なものとすることができる。   In particular, if there is a substrate thickness of 1/5 or more of the LED element size, it will be sufficiently significant for externally radiating GaN layer propagation light having an angle of about 90 ° with respect to the central axis of the LED element 1. be able to.

また、ＬＥＤ素子１はフリップチップ型であるため、サファイア基板をリフトオフした面は電気的な制約や、エピタキシャル成長のための格子定数の整合性といった制約なく光取り出し効率を向上させるための基板を選択することが可能になる。   Further, since the LED element 1 is a flip-chip type, the surface on which the sapphire substrate is lifted off selects a substrate for improving the light extraction efficiency without restrictions such as electrical restrictions and lattice constant matching for epitaxial growth. It becomes possible.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図７は、本発明の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）の形態で説明したガラス部材１１とｎ−ＧａＮ層１３との界面に微細な凹凸部１Ｂを設けた構成において図１（ａ）のＬＥＤ素子と相違している。 (Configuration of LED element 1)
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an LED element manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. This flip-chip type LED element 1 has the configuration shown in FIG. 1A in which the fine uneven portion 1B is provided at the interface between the glass member 11 and the n-GaN layer 13 described in the form of FIG. It is different from the element.

凹凸部１Ｂは、サファイア基板をリフトオフしたｎ−ＧａＮ層１３を粗面化加工して形成されており、凹凸部１Ｂ上にガラス部材１１をホットプレスすることによってガラス部材１１を一体化している。   The uneven portion 1B is formed by roughening the n-GaN layer 13 obtained by lifting off the sapphire substrate, and the glass member 11 is integrated by hot pressing the glass member 11 on the uneven portion 1B.

（図７のＬＥＤ素子の効果）
図７のＬＥＤ素子によると、ガラス部材１１をホットプレスにより粘度を下げ加圧することで、界面に微細な凹凸部を設けたエピ成長させた半導体層であるＧａＮ層形状に対応させることができる。そして、図１（ａ）の実施形態では図１（ｂ）のように界面方向に対し、５６度以上の角度方向で界面に入射する光は、全反射が生じガラス部材１１へは入射されないが、ガラス部材１１とｎ−ＧａＮ層１３との界面に凹凸部１Ｂを設けることによって、ｎ−ＧａＮ層１３における層内閉込光をＧａＮ層面方向に対し５６度以上の光も界面へ臨界角以内で入射させることができ、ガラス部材１１へ至る光量が増す。これによって外部放射効率を向上させることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 7)
According to the LED element of FIG. 7, the glass member 11 can be made to correspond to the shape of the GaN layer, which is an epitaxially grown semiconductor layer in which fine irregularities are provided at the interface, by reducing the viscosity by hot pressing. In the embodiment of FIG. 1A, the light incident on the interface at an angle direction of 56 degrees or more with respect to the interface direction as shown in FIG. 1B is totally reflected and does not enter the glass member 11. By providing the uneven portion 1B at the interface between the glass member 11 and the n-GaN layer 13, the light confined in the n-GaN layer 13 is within a critical angle with respect to the interface even if the light is 56 degrees or more with respect to the GaN layer surface direction. The amount of light reaching the glass member 11 is increased. Thereby, external radiation efficiency can be improved.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図８（ａ）から（ｃ）は、本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１（ａ）の形態で説明したガラス部材１１とｎ−ＧａＮ層１３との界面に凹部１３Ａを設けた構成において図１（ａ）の形態と相違している。ｎ−ＧａＮ層１３に形成される凹部１３Ａは略柱状形状であり、凹部１３Ａの傾斜面は図の中心軸Ａに対し略平行な角度で形成されている。 (Configuration of LED element 1)
FIGS. 8A to 8C are diagrams showing LED elements manufactured by the manufacturing method according to another embodiment of the present invention. This flip-chip type LED element 1 is different from the configuration of FIG. 1A in the configuration in which the recess 13A is provided at the interface between the glass member 11 and the n-GaN layer 13 described in the configuration of FIG. ing. The recess 13A formed in the n-GaN layer 13 has a substantially columnar shape, and the inclined surface of the recess 13A is formed at an angle substantially parallel to the center axis A in the figure.

（図８（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ素子の効果）
図８（ａ）から（ｃ）のＬＥＤ素子によると、ガラス部材１１とｎ−ＧａＮ層１３との界面に略柱状形状の凹部１３Ａを設けることによって、ｎ−ＧａＮ層１３における層内閉込光のガラス部材１１への取り出し性がより向上し、青色光の外部放射効率を高めることができる。すなわち、ｎ−ＧａＮ層１３とガラス部材１１との界面を平坦面から特に配慮なくランダムな粗面とした場合、平坦面であればｎ−ＧａＮ層１３からガラス部材１１へ入射することができる方向で界面に達した光の一部は、界面の角度が変っているため、ガラス部材１１へ入射することができなくなる。しかし、図１（ａ）に示すＬＥＤ素子１のｎ−ＧａＮ層１３からガラス部材１１へ放射される光は、図８（ｃ）のａ、ｂ、ｃのように同等効率で放射される。さらに図１（ａ）に示すようにガラス部材１１との界面が平坦である場合、ガラス部材１１とｎ−ＧａＮ層１３との屈折率差による全反射によってガラス部材１１へ放射されなかった光も、ｄのように放射される。尚、ｃのようにガラス部材１１へ放射される光は、図８（ｃ）のような２次元では４５度あるいは５０度以上の臨界角となるものとすれば有効なガラス部材１１への光放射となる。臨界角が４５度以上であれば、２度の界面入射内でガラス部材１１への光放射ができ、更に５０度以上であれば、フレネル反射が大きくない角度とできるので、さらなる効率を得ることができる。３次元では柱形状によるが、図８のような直方形状であれば、５５度あるいは６０度以上の臨界角となるものとすれば、３度の界面入射内でガラス部材１１への光放射ができる。高屈折率のガラス部材１１を用いることで、これを満たしたもの、あるいはこれに近づけるものとできる。 (Effects of LED elements shown in FIGS. 8A to 8C)
According to the LED elements shown in FIGS. 8A to 8C, the confinement light in the layer in the n-GaN layer 13 is provided by providing a substantially columnar recess 13A at the interface between the glass member 11 and the n-GaN layer 13. Can be more easily taken out into the glass member 11, and the external radiation efficiency of blue light can be increased. That is, when the interface between the n-GaN layer 13 and the glass member 11 is a random rough surface from the flat surface without particular consideration, the direction in which the n-GaN layer 13 can be incident on the glass member 11 is a flat surface. Thus, part of the light reaching the interface cannot enter the glass member 11 because the angle of the interface changes. However, the light emitted from the n-GaN layer 13 of the LED element 1 shown in FIG. 1A to the glass member 11 is emitted with the same efficiency as a, b, and c in FIG. 8C. Further, when the interface with the glass member 11 is flat as shown in FIG. 1A, the light that has not been emitted to the glass member 11 due to total reflection due to the refractive index difference between the glass member 11 and the n-GaN layer 13 is also obtained. , D. The light emitted to the glass member 11 as shown in c is effective light to the glass member 11 if the critical angle is 45 degrees or 50 degrees or more in two dimensions as shown in FIG. It becomes radiation. If the critical angle is 45 degrees or more, light can be emitted to the glass member 11 within 2 degrees of incidence on the interface, and if it is 50 degrees or more, the Fresnel reflection can be set to an angle that is not large, so that further efficiency can be obtained. Can do. In three dimensions, depending on the column shape, if the rectangular shape is as shown in FIG. 8, if the critical angle is 55 degrees or 60 degrees or more, light emission to the glass member 11 is performed within 3 degrees of interface incidence. it can. By using the glass member 11 having a high refractive index, the glass member 11 satisfying this can be approached or close to this.

なお、凹部１３Ａは、ＧａＮ側に側面まで連続した溝を形成したものとして説明したが、ＧａＮ側にドット状の溝を形成したものとしてもよい。但し残留気泡なしにＧａＮ層１３とガラス部材１１とを良好に接着するためには、連続した溝形成を行う方が好ましい。また、図５のように、ガラス部材１１のコーナーカットを施してもよく、あるいは蛍光体含有ガラスを用いたものとしてもよい。   In addition, although the recessed part 13A was demonstrated as what formed the groove | channel which continued to the side surface on the GaN side, it is good also as what formed the dot-shaped groove | channel on the GaN side. However, in order to bond the GaN layer 13 and the glass member 11 satisfactorily without residual bubbles, it is preferable to perform continuous groove formation. Moreover, as shown in FIG. 5, the glass member 11 may be subjected to a corner cut or a phosphor-containing glass may be used.

（ＬＥＤ素子１の構成）
図９は、本発明と関連する製造方法によって製造されたＬＥＤ素子の縦断面図である。以下の説明において、図１（ａ）の形態と同一の構成および機能を有する部分については共通の引用数字を付している。このＬＥＤ素子１は、第１の実施の形態で説明したガラス部材１１に代えて、屈折率ｎ＝２．０の乳白色ガラス部材１１Ａを設けた構成およびフェイスアップ型のＬＥＤ素子であることにおいて図１（ａ）の形態と相違している。 (Configuration of LED element 1)
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an LED element manufactured by a manufacturing method related to the present invention. In the following description, portions having the same configuration and function as those in the form of FIG. The LED element 1 is a face-up type LED element in which a milky white glass member 11A having a refractive index n = 2.0 is provided instead of the glass member 11 described in the first embodiment. 1 (a) is different.

（図９のＬＥＤ素子の効果）
図９のＬＥＤ素子によると、ｎ−ＧａＮ層１３内を伝搬する層内閉込光が乳白色ガラス部材１１Ａで拡散されるので、光取り出し性が向上する。また、ＬＥＤ素子１を実装する部材の光吸収影響を受けないという効果もある。Ａｇペーストや有機接着剤等ではＬＥＤ素子１の発する光や熱によって劣化し、光吸収度合いが大になるといった問題があるが、これを回避することができる。このようにフリップタイプに限らずフェイスアップタイプとして用いてもよい。 (Effect of the LED element of FIG. 9)
According to the LED element of FIG. 9, the confinement light in the layer propagating in the n-GaN layer 13 is diffused by the milky white glass member 11A, so that the light extraction property is improved. In addition, there is an effect that the member that mounts the LED element 1 is not affected by light absorption. The Ag paste, the organic adhesive, or the like has a problem that the LED element 1 is deteriorated by light or heat emitted from the LED element 1, and the light absorption degree is increased. However, this can be avoided. In this way, not only the flip type but also a face up type may be used.

なお、以上のそれぞれのＬＥＤ素子では、ＧａＮからなる半導体層を有するＬＥＤ素子として説明したが、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等他の材料を用いたものとしてもよい。また、サファイア基板１０をリフトオフしたものとして説明したが、半導体層と基板とが同等の屈折率であれば、基板を除去しなくても良い。また、Ｂｉ２Ｏ３系材料、屈折率２．０のガラス部材として説明したが、Ｂｉ２Ｏ３系に限らずＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３など他の材料であってもよい。また、ＬＥＤ素子封止材料あるいは、半導体成長基板より高い屈折率であれば、光取出効率向上効果を得ることができる。例えば、一般に屈折率ｎ＝１．５のエポキシ樹脂がＬＥＤ素子封止材料として一般に用いられているが、ＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＰに屈折率ｎ＝１．６以上のガラス部材１１を貼り付ければ効果を得ることができる。サファイア基板（屈折率ｎ＝１．７）１０に成長させたＧａＮの場合、基板以上の屈折率材料を半導体層へ接着することで効果を得ることができる。基板自体の光透過率が高い場合は、基板以上の屈折率材料とする必要がある。もちろん、ＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＰでも、屈折率ｎ＝１．７以上のガラス部材１１の方が大きな効果を得ることができる。 In addition, although each said LED element demonstrated as an LED element which has the semiconductor layer which consists of GaN, it is good also as what uses other materials, such as GaAs and AlInGaP. Moreover, although it demonstrated as what lifted off the sapphire substrate 10, if a semiconductor layer and a board | substrate are the same refractive index, it is not necessary to remove a board | substrate. Further, Bi 2 O 3 based material has been described as a glass member having a refractive index 2.0, SiO 2 -Nb 2 O 5 system is not limited to Bi 2 O 3 system, other materials such as SiO 2 -B 2 O 3 It may be. Further, if the refractive index is higher than that of the LED element sealing material or the semiconductor growth substrate, the effect of improving the light extraction efficiency can be obtained. For example, an epoxy resin having a refractive index n = 1.5 is generally used as an LED element sealing material. However, if a glass member 11 having a refractive index n = 1.6 or more is attached to GaAs or AlInGaP, an effect is obtained. be able to. In the case of GaN grown on a sapphire substrate (refractive index n = 1.7) 10, an effect can be obtained by adhering a refractive index material higher than the substrate to the semiconductor layer. When the light transmittance of the substrate itself is high, it is necessary to use a refractive index material higher than that of the substrate. Of course, even with GaAs or AlInGaP, the glass member 11 having a refractive index n = 1.7 or more can provide a greater effect.

また、光取出し側に設ける高屈折率材料層は、上記したガラス以外の他の材料からなるものであっても良く、例えば、樹脂からなる高屈折率材料層であっても良い。また、ＧａＮ系半導体層１００からの光取出し性を高める他の無機材料で構成することも可能である。   Further, the high refractive index material layer provided on the light extraction side may be made of a material other than the glass described above, and may be a high refractive index material layer made of resin, for example. Moreover, it is also possible to comprise other inorganic materials that enhance light extraction from the GaN-based semiconductor layer 100.

図１０は、本発明と関連する製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１のＬＥＤ素子で説明したように、サファイア基板をリフトオフすることにより露出させたｎ−ＧａＮ層１３の表面に無機材料からなる薄膜状の高屈折率材料層１９を設けた構成を有している。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing an LED element manufactured by a manufacturing method related to the present invention. As described in the LED element of FIG. 1, the flip-chip type LED element 1 is a thin-film high refractive index material made of an inorganic material on the surface of the n-GaN layer 13 exposed by lifting off the sapphire substrate. The layer 19 is provided.

高屈折率材料層１９は、電子ビーム蒸着法により原材料である酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を加熱蒸気化させてｎ−ＧａＮ層１３の表面に膜厚１μｍとなるように形成される。Ｔａ２Ｏ５は、屈折率ｎ＝２．２であり、ｎ−ＧａＮ層１３との屈折率比に基づく臨界角θｃは６６°となる。また、高屈折率材料層１９の光取出し側となる面には、電子ビーム蒸着法に基づく粗面部１９Ａが形成される。 The high refractive index material layer 19 is formed to have a film thickness of 1 μm on the surface of the n-GaN layer 13 by heating and vaporizing tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a raw material by electron beam evaporation. Ta 2 O 5 has a refractive index n = 2.2, and the critical angle θc based on the refractive index ratio with the n-GaN layer 13 is 66 °. A rough surface portion 19A based on an electron beam evaporation method is formed on the surface of the high refractive index material layer 19 on the light extraction side.

（図１０のＬＥＤ素子の効果）
図１０のＬＥＤ素子によると、ｎ−ＧａＮ層１３の表面にｎ＝２．２のＴａ２Ｏ５からなる高屈折率材料層１９を設けたことにより、立体角の拡大を図ることができる。また、Ｔａ２Ｏ５成膜時においてｎ−ＧａＮ層１３の表面にＴａ２Ｏ５が再結晶化する際に粗面部１９Ａが形成されるので、ＬＥＤ素子１と外部との界面におけるランダムな入射角度を付与することができ、光取出し効率が向上する。 (Effect of the LED element of FIG. 10)
According to the LED element of FIG. 10, the solid angle can be increased by providing the high refractive index material layer 19 made of Ta 2 O 5 with n = 2.2 on the surface of the n-GaN layer 13. Further, since the rough surface portion 19A is formed when Ta 2 O 5 is recrystallized on the surface of the n-GaN layer 13 during the Ta 2 O 5 film formation, random incidence at the interface between the LED element 1 and the outside is performed. An angle can be given, and the light extraction efficiency is improved.

なお、上記した高屈折率材料層１９は、Ｔａ２Ｏ５以外の他の材料で形成しても良く、例えば、ＺｎＳ（ｎ＝２．４）、ＳｉＣ（ｎ＝２．４）、ＨｆＯ２（ｎ＝２．０）、ＩＴＯ（ｎ＝２．０）、あるいはＧａＮであっても良い。これら成膜材料は導電性材料でなくても良く、付着力に優れ、光学特性に優れるものであれば良い。 The high refractive index material layer 19 may be formed of a material other than Ta 2 O 5 , for example, ZnS (n = 2.4), SiC (n = 2.4), HfO 2 (N = 2.0), ITO (n = 2.0), or GaN may be used. These film-forming materials may not be conductive materials, and may be any material that has excellent adhesion and optical characteristics.

図１１は、本発明と関連する製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１０の形態で説明したＬＥＤ素子１の高屈折率材料層１９の表面にｎ＝１．７５のガラス部材１１を接合した構成を有している。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing an LED device manufactured by a manufacturing method related to the present invention. The flip-chip type LED element 1 has a configuration in which a glass member 11 of n = 1.75 is bonded to the surface of the high refractive index material layer 19 of the LED element 1 described in the form of FIG.

（図１１のＬＥＤ素子の効果）
図１１のＬＥＤ素子によると、ｎ−ＧａＮ層１３から高屈折率材料層１９へ入射した光がガラス部材１１との界面で光拡散し、より外部放射性が高められる。これは、Ｔａ２Ｏ５からなる高屈折率材料層１９の粗面部１９Ａに加えて、Ｔａ２Ｏ５から放射される際の臨界角θｃがガラス部材１１を介することで大になり、ｎ−ＧａＮ層１３から高屈折率材料層１９への出射効率を高めることができることによる。 (Effect of the LED element of FIG. 11)
According to the LED element of FIG. 11, the light incident on the high refractive index material layer 19 from the n-GaN layer 13 is diffused at the interface with the glass member 11, and the external radiation is further enhanced. This is in addition to the rough surface portion 19A of the high refractive index material layer 19 made of Ta 2 O 5, the critical angle θc when emitted from the Ta 2 O 5 becomes large by through the glass member 11, n- This is because the emission efficiency from the GaN layer 13 to the high refractive index material layer 19 can be increased.

図１２は、本発明と関連する他の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１０の形態で説明したＬＥＤ素子１のｐ−電極１８に代えて、熱膨張率が７．７×１０−６／℃のＩＴＯコンタクト電極２０と、Ａｌ層２１ＡとＡｕ層２１Ｂからなるボンディングパッド２１を設けた構成を有している。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing an LED device manufactured by another manufacturing method related to the present invention. This flip-chip type LED element 1 has an ITO contact electrode 20 having a thermal expansion coefficient of 7.7 × 10 −6 / ° C., Al, instead of the p-electrode 18 of the LED element 1 described in the form of FIG. The bonding pad 21 including the layer 21A and the Au layer 21B is provided.

（図１２のＬＥＤ素子の効果）
図１２のＬＥＤ素子によると、図１０の形態の好ましい効果に加えてＧａＮ系半導体層１００と略同等の熱膨張率を有するＩＴＯコンタクト電極２０を設けたので、ｐ側電極の付着性が向上し、ＬＥＤ素子１の封止加工に伴う熱や、発光に伴って生じる発熱によってｐ側電極の剥離を生じない信頼性の高いＬＥＤ素子１が得られる。また、ＩＴＯの電流拡散性に基づいて発光むらを小にすることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 12)
According to the LED element of FIG. 12, in addition to the preferable effect of the form of FIG. 10, since the ITO contact electrode 20 having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the GaN-based semiconductor layer 100 is provided, the adhesion of the p-side electrode is improved. The LED element 1 with high reliability that does not cause the p-side electrode to peel off due to the heat accompanying the sealing process of the LED element 1 or the heat generated along with the light emission can be obtained. In addition, unevenness in light emission can be reduced based on the current diffusivity of ITO.

図１３（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示し、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１２の形態で説明したＬＥＤ素子１のｎ−ＧａＮ層１３に対して、図１３（ａ）に示すように所定の幅および深さを有した溝状の凹部１３Ａを格子状に設け、その表面に図１３（ｂ）に示すように高屈折率材料層１９を設けた構成を有する。   13 (a) and 13 (b) show an LED element manufactured by the manufacturing method of another embodiment of the present invention, (a) is a plan view of the LED element, and (b) is A in (a). It is sectional drawing in -A part. This flip-chip type LED element 1 has a groove shape having a predetermined width and depth as shown in FIG. 13A with respect to the n-GaN layer 13 of the LED element 1 described in the form of FIG. The concave portions 13A are provided in a lattice shape, and a high refractive index material layer 19 is provided on the surface thereof as shown in FIG.

（図１３（ａ）及び（ｂ）のＬＥＤ素子の効果）
図１３（ａ）及び（ｂ）のＬＥＤ素子によると、図１２の形態の好ましい効果に加えて、溝状の凹部１３Ａを格子状に設けることで、光取出し面が拡大され、かつ平面と垂直面からなる光取出し面となることで、光取出し性が高められる。さらにｎ−ＧａＮ層１３の表面に粗面部１９Ａを有する高屈折率材料層１９が設けられているので、ｎ−ＧａＮ層１３閉込伝搬光は側面に至る前に溝状の凹部１３Ａから外部放射でき、その際の臨界角は高屈折率材料層１９によって広げられる。このため、外部放射性に優れるＬＥＤ素子１が得られる。 (Effects of the LED elements in FIGS. 13A and 13B)
According to the LED elements of FIGS. 13A and 13B, in addition to the preferable effect of the form of FIG. 12, the light extraction surface is enlarged and perpendicular to the plane by providing the groove-like recesses 13A in a lattice shape. By providing a light extraction surface composed of a surface, the light extraction performance is enhanced. Further, since the high refractive index material layer 19 having the rough surface portion 19A is provided on the surface of the n-GaN layer 13, the propagation light confined in the n-GaN layer 13 is externally emitted from the groove-shaped recess 13A before reaching the side surface. In this case, the critical angle is widened by the high refractive index material layer 19. For this reason, the LED element 1 excellent in external radiation is obtained.

図１４は、本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１３（ａ）の形態で説明したＬＥＤ素子１の高屈折率材料層１９表面にｎ＝１．７５のガラス部材１１を貼り付けた構成を有する。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing an LED element manufactured by the manufacturing method according to another embodiment of the present invention. This flip-chip type LED element 1 has a configuration in which a glass member 11 with n = 1.75 is attached to the surface of the high refractive index material layer 19 of the LED element 1 described in the form of FIG.

（図１４のＬＥＤ素子の効果）
図１４のＬＥＤ素子によると、図１３（ａ）の形態の好ましい効果に加えて、ｎ−ＧａＮ層１３から高屈折率材料層１９へ入射した光がガラス部材１１との界面でランダムな入射角度で入射するが、その際の臨界角を大にできるため、より外部放射性を高めることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 14)
According to the LED element of FIG. 14, in addition to the preferable effect of the configuration of FIG. 13A, the light incident on the high refractive index material layer 19 from the n-GaN layer 13 is randomly incident on the interface with the glass member 11. However, since the critical angle at that time can be increased, the external radiation can be further increased.

図１５は、本発明の他の実施の形態の製造方法によって製造されたＬＥＤ素子を示す断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図１４の形態で説明したＬＥＤ素子１のガラス部材１１端部に４５°の傾斜を有するカット部１１０を設けた構成を有する。   FIG. 15 is a cross-sectional view showing an LED element manufactured by the manufacturing method according to another embodiment of the present invention. This flip-chip type LED element 1 has a configuration in which a cut portion 110 having an inclination of 45 ° is provided at the end of the glass member 11 of the LED element 1 described in the form of FIG.

（図１５のＬＥＤ素子の効果）
図１５のＬＥＤ素子によると、図１４の形態の好ましい効果に加えて、ガラス部材１１を横伝搬する光がカット部１１０から外部放射されるようになり、より光取出し性を向上させることができる。 (Effect of the LED element of FIG. 15)
According to the LED element of FIG. 15, in addition to the preferable effect of the form of FIG. 14, the light propagating laterally through the glass member 11 is emitted from the cut portion 110 to the outside, and the light extraction property can be further improved. .

１…ＬＥＤ素子、１Ａ…界面、１Ｂ…凹凸部、１０…サファイア基板、１１…ガラス部材、１１Ａ…乳白色ガラス部材、１１Ｂ…蛍光体含有ガラス部材、１１Ｃ…凹凸形状部、１２…バッファ層、１３…ｎ−ＧａＮ層、１３Ａ…凹部、１４…発光層、１５…ｐ−ＧａＮ層、１６…ｎ−電極、１８…ｐ−電極、１９…高屈折率材料層、１９Ａ…粗面部、２０…ＩＴＯコンタクト電極、２１…ボンディングパッド、２１Ａ…Ａｌ層、２１Ｂ…Ａｕ層、１００…ＧａＮ系半導体層、１１０…カット部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED element, 1A ... Interface, 1B ... Uneven part, 10 ... Sapphire substrate, 11 ... Glass member, 11A ... Milky white glass member, 11B ... Phosphor containing glass member, 11C ... Uneven shape part, 12 ... Buffer layer, 13 ... n-GaN layer, 13A ... recess, 14 ... light emitting layer, 15 ... p-GaN layer, 16 ... n-electrode, 18 ... p-electrode, 19 ... high refractive index material layer, 19A ... rough surface part, 20 ... ITO Contact electrode, 21 ... bonding pad, 21A ... Al layer, 21B ... Au layer, 100 ... GaN-based semiconductor layer, 110 ... cut portion

Claims (11)

下地基板を準備する基板準備工程と、
前記下地基板にｐ層及びｎ層を含む半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層の前記下地基板と反対側にｐ電極及びｎ電極の双方を形成する電極形成工程と、
前記半導体層から前記下地基板を除去するリフトオフ工程と、
前記下地基板を除去して露出させた側の前記半導体層に複数の凹部又は凸部を形成する半導体層加工工程と、
前記複数の凹部又は凸部を形成した側の前記半導体層に前記半導体層と屈折率が異なる透光性無機材料層を熱融着させて、該複数の凹部又は凸部と直接接するように形成する透光性無機材料層形成工程と、
を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。 A substrate preparation step of preparing a base substrate;
A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer including a p layer and an n layer on the base substrate;
An electrode forming step of forming both a p-electrode and an n-electrode on the opposite side of the semiconductor layer from the base substrate;
A lift-off step of removing the base substrate from the semiconductor layer;
A semiconductor layer processing step of forming a plurality of recesses or protrusions in the semiconductor layer on the side exposed by removing the base substrate;
A light-transmitting inorganic material layer having a refractive index different from that of the semiconductor layer is thermally fused to the semiconductor layer on the side where the plurality of recesses or projections are formed so as to be in direct contact with the plurality of recesses or projections. A translucent inorganic material layer forming step;
A method for manufacturing a light emitting element comprising: 前記透光性無機材料層は、前記発光素子を封止する封止材より屈折率が大なることを特徴とする請求項１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 light-transmitting inorganic material layer has a refractive index higher than that of a sealing material that seals the light-emitting element. 前記透光性無機材料層は、前記半導体層より屈折率が小なることを特徴とする請求項１または２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 translucent inorganic material layer has a refractive index smaller than that of the semiconductor layer. 前記半導体層加工工程は、前記半導体層を粗面化して凹凸面を形成することを特徴とする請求項１から３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 semiconductor layer processing step forms a rough surface by roughening the semiconductor layer. 前記透光性無機材料層は、ガラスであることを特徴とする請求項１から４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 light-transmitting inorganic material layer is made of glass. 前記透光性無機材料層形成工程は、前記複数の凹部又は凸部に前記ガラスをホットプレスして前記半導体層と一体化させることを特徴とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。 6. The method for manufacturing a light-emitting element according to claim 5, wherein in the translucent inorganic material layer forming step, the glass is hot pressed into the plurality of concave portions or convex portions to be integrated with the semiconductor layer. 前記半導体層はＧａＮ系半導体層であることを特徴とする請求項１から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 the semiconductor layer is a GaN-based semiconductor layer. 前記下地基板は、前記半導体層より屈折率が小なることを特徴とする請求項１から７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 base substrate has a refractive index smaller than that of the semiconductor layer. 前記半導体層形成工程は、前記下地基板としてのサファイア基板に前記ＧａＮ系半導体層を形成す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 of manufacturing a light emitting element according to claim 8, wherein the semiconductor layer forming step forms the GaN-based semiconductor layer on a sapphire substrate as the base substrate. 前記リフトオフ工程は、レーザー光線の照射により、前記下地基板を剥離させて除去することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。   10. The method of manufacturing a light emitting element according to claim 1, wherein the lift-off process is performed by peeling off the base substrate by irradiation with a laser beam. 前記透光性無機材料層は、蛍光体を含むことを特徴とする請求項１から１０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 light-transmitting inorganic material layer contains a phosphor.
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