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HK1214407A1 - Led元件及其制造方法 - Google Patents

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HK1214407A1
HK1214407A1 HK16102139.0A HK16102139A HK1214407A1 HK 1214407 A1 HK1214407 A1 HK 1214407A1 HK 16102139 A HK16102139 A HK 16102139A HK 1214407 A1 HK1214407 A1 HK 1214407A1
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北野司森美登里近藤俊行鈴木敦志難波江宏大矢昌輝
北野司
森美登里
近藤俊行
铃木敦志
难波江宏一
大矢昌辉
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崇高种子公司
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Description

LED元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种LED元件及其制造方法。
背景技术
公知有一种LED元件，其具备：III族氮化物半导体，其形成于蓝宝石衬底的表面上并包含发光层；衍射面，其形成于蓝宝石衬底的表面侧，入射从发光层发出的光，以比该光的光学波长大且比该光的相干长度小的周期形成有凹部或凸部；Al反射膜，其形成于衬底的背面侧，反射由衍射面衍射的光，再使其向衍射面入射(参照专利文献1)。在该LED元件中，使通过衍射作用透射的光再入射到衍射面，通过利用衍射面再利用衍射作用使其透射，可以以多种模式向元件外部取出光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2011/027679号
发明内容
发明所要解决的课题
本申请发明人调查研究光取出效率的进一步提高。
本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供可以进一步提高光取出效率的LED元件及其制造方法。
用于解决课题的技术方案
为实现所述目的，本发明提供一种LED元件，其具备：包含发光层的半导体层叠部；衍射面，其被从所述发光层发出的光入射，并以比该光的光学波长大且比该光的相干长度小的周期形成凸部，按照布拉格衍射条件以多种模式反射入射光，并且按照布拉格衍射条件以多种模式透射入射光；反射面，其将由所述衍射面衍射的光进行反射并向所述衍射面再次入射。所述半导体层叠部在所述凸部的周围无间隙地形成在所述衍射面上，在所述衍射面，俯 视时所述平坦部的比例为40％以上。
另外，本发明提供一种LED元件的制造方法，在制造上述LED元件时，包含：在蓝宝石衬底的表面上形成掩模层的掩模层形成工序；在所述掩模层上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成工序；在所述抗蚀剂膜形成规定的图案的图案形成工序；以所述抗蚀剂膜作为掩膜进行所述掩膜层的蚀刻的掩膜层的蚀刻工序；以被蚀刻的所述掩模层作为掩模，进行所述蓝宝石衬底的蚀刻而形成所述凸部的衬底的蚀刻工序；在被蚀刻的所述蓝宝石衬底的表面上形成所述半导体层叠部的半导体形成工序。
进而，提供一种LED元件，其具备：蓝宝石衬底；形成于所述蓝宝石衬底的表面上并包含发出蓝色光的发光层的半导体层叠部，所述蓝宝石衬底的表面具有俯视时配置在假想的三角格子或者四角格子的交点的多个凹部或者凸部，构成所述假想的三角格子或者四角格子的三角形或者四边形不是正多边形，其各边的长度比所述蓝色光的光学波长的2倍大且比相干长度小。
进而，提供一种LED元件，其具备：衬底；形成于所述衬底的表面上的包含发光层的半导体层叠部；形成于所述衬底的背面上的反射部；形成于所述半导体层叠部上的电极。所述电极具有：形成于所述半导体层叠部上的扩散电极层；蛾眼层，该蛾眼层形成在所述扩散电极层上，表面形成具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部的透射蛾眼面，所述蛾眼层由对于从所述发光层发出的光，消光系数比构成所述扩散电极层的材料小且折射率与构成所述扩散电极层的材料大体相同的材料构成。
发明效果
根据本发明的LED元件，可以进一步提高光取出效率。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的LED元件的示意剖面图；
图2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的说明图，(a)表示在界面反射的状态，(b)表示透过界面的状态；
图3是表示凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的透射角的关系的曲线图；
图4是表示凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层 和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的反射角的关系的曲线图；
图5是表示元件内部的光的行进方向的说明图；
图6是LED元件的局部放大示意剖面图；
图7表示蓝宝石衬底，(a)是示意立体图，(b)是表示A－A剖面的示意说明图，(c)是示意放大说明图；
图8是表示凸部的配置状态的平面示意图，(a)是假想的三角格子为正三角形时的状态，(b)是假想的三角格子为等腰三角形时的状态；
图9是表示假想的三角格子或者四角格子为正多边形时的一个边的长度和光取出效率的关系的曲线图；
图10是表示假想的三角格子为等腰三角形时的等边的长度和光取出效率的关系的曲线图；
图11是等离子体蚀刻装置的概略说明图；
图12是表示蓝宝石衬底的蚀刻方法的流程图；
图13A表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(a)表示加工前的蓝宝石衬底，(b)表示在蓝宝石上形成掩模层的状态，(c)表示在掩模层上形成抗蚀剂膜的状态，(d)表示模型与抗蚀剂膜接触的状态，(e)表示在抗蚀剂膜上形成图案的状态；
图13B表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(f)表示除去了抗蚀剂膜的残膜的状态，(g)表示使抗蚀剂膜改质的状态，(h)表示以抗蚀剂膜为掩模蚀刻掩模层的状态，(i)表示以掩模层为掩模蚀刻蓝宝石衬底的状态；
图13C表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(j)表示以掩模层为掩模进一步蚀刻蓝宝石衬底的状态，(k)表示从蓝宝石衬底除去残留的掩模层的状态，(l)表示对蓝宝石衬底实施湿式蚀刻的状态；
图14是表示改变Ni层的厚度时的凸部的基端部的直径和凸部的高度的关系的曲线图；
图15是表示凸部的周期以及C面区域的比例和位错密度是否达到规定值以下的表格图；
图16是表示实施例1的反射部的反射率的曲线图；
图17是表示实施例2的反射部的反射率的曲线图；
图18是表示本发明的第二实施方式的LED元件的示意剖面图；
图19是LED元件的局部放大示意剖面图；
图20是表示实施例3的反射部的反射率的曲线图；
图21是表示实施例4的反射部的反射率的曲线图；
图22是表示本发明第二实施方式的LED元件的示意剖面图；
图23是表示元件内部的光的行进方向的说明图；
图24是加工蛾眼层的说明图，(a)表示在透射蛾眼面形成有第一掩膜层的状态，(b)表示在第一掩膜层上形成有抗蚀剂层的状态，(c)表示对抗蚀剂层有选择性地照射电子射线的状态，(d)表示将抗蚀剂层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩膜层的状态；
图25是加工蛾眼层的说明图，(a)表示完全除去抗蚀剂层的状态，(b)表示以第二掩膜层为掩膜蚀刻第一掩膜层的状态，(c)表示除去第二掩膜层的状态，(d)表示以第一掩膜层为掩膜蚀刻透射蛾眼面的状态，(e)表示除去第一掩膜层的状态。
符号说明
1LED元件
2蓝宝石衬底
2a垂直化蛾眼面
2b平坦部
2c凸部
2d侧面
2e弯曲部
2f上面
2g透射蛾眼面
2h平坦部
2i凸部
10缓冲层
12n型GaN层
14发光层
16电子阻挡层
18p型GaN层
19半导体层叠部
21扩散电极
22电介体多层膜
22a第一材料
22b第二材料
22c通孔
23金属电极
24扩散电极
25电介体多层膜
25a通孔
26金属电极
27p侧电极
28n侧电极
30掩模层
31SiO2层
32Ni层
40抗蚀剂膜
41凹凸构造
42残膜
43凸部
50模型
51凹凸构造
91等离子体蚀刻装置
92衬底保持台
93容器
94线圈
95电源
96石英板
97冷却控制部
98等离子体
101LED元件
102蓝宝石衬底
102a垂直化蛾眼面
110缓冲层
112n型GaN层
114发光层
116电子阻挡层
118p型GaN层
119半导体层叠部
122焊盘电极
124电介体多层膜
124a第一材料
124b第二材料
126Al层
127p侧电极
127g透射蛾眼面
128n侧电极
201LED元件
202蓝宝石衬底
202a垂直化蛾眼面
202b平坦部
202c凸部
210缓冲层
212n型GaN层
214发光层
216电子阻挡层
218p型GaN层
219半导体层叠部
221扩散电极层
222蛾眼层
223焊盘电极
224电介体多层膜
226Al层
227p侧电极
227g透射蛾眼面
227h平坦部
227i凸部
228n侧电极
330第一掩膜层
330a开口
332抗蚀剂层
332a开口
334型版掩模
334a开口
336第二掩膜层
具体实施方式
图1是表示本发明第一实施方式的LED元件的示意剖面图。
如图1所示，LED元件1是在蓝宝石衬底2的表面上形成有由III族氮化物半导体层构成的半导体层叠部19的元件。该LED元件1是倒装片型，主要从蓝宝石衬底2的背面侧取出光。半导体层叠部19从蓝宝石衬底2侧按顺序具有缓冲层10、n型GaN层12、发光层14、电子阻挡层16、p型GaN层18。在p型GaN层18上形成有p侧电极27，并且在n型GaN层12上形成有n侧电极28。
如图1所示，缓冲层10形成于蓝宝石衬底2的表面上，由AlN构成。本实施方式中，缓冲层10通过MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition)法形成，但也可以使用溅射法。作为第一导电型层的n型GaN层12形成于缓冲层10上，由n－GaN构成。发光层14形成于n型GaN层12上，由GalnN/GaN构成，通过电子及空穴的注入而发出蓝色光。在此，蓝色光是指例如峰值波长为430nm以上480nm以下的光。本实施方式中，发光层14的发光的峰值波长为450nm。
电子阻挡层16形成于发光层14上，由p－AlGaN构成。作为第二导电型层的p型GaN层18形成于电子阻挡层16上，由p－GaN构成。从n型GaN层12至p型GaN层18通过III族氮化物半导体的外延成长而形成，在蓝宝 石衬底2的表面周期性地形成有凸部2c，但在III族氮化物半导体的成长初期实现横方向成长的平坦化。此外，至少包含第一导电型层、活性层及第二导电型层，只要是在对第一导电型层及第二导电型层施加电压时，只要通过电子及空穴的再结合使活性层发光，则半导体层的层构成就是任意的。
蓝宝石衬底2的表面形成垂直化蛾眼面2a，蓝宝石衬底2的背面形成透射蛾眼面2g。蓝宝石衬底2的表面形成有平坦部2b、和周期性形成于平坦部2b的多个凸部2c。本实施方式中，在各凸部2c的周围无空隙地形成有半导体层叠部19。各凸部2c的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以形成切下锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。各凸部2c以衍射从发光层14发出的光的方式设计。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部2c，可以得到光的垂直化作用。在此，光的垂直化作用是指光的强度分布与向垂直化蛾眼面入射前相比，反射及透射之后一方偏向相对于蓝宝石衬底2和半导体层叠部19的界面垂直的方向。
另外，蓝宝石衬底2的背面形成有平坦部2h、和周期性形成于平坦部2h的多个凸部2i。各凸部2i的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以形成切下锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。透射蛾眼面的凸部2i的周期比垂直化蛾眼面的凸部2c的周期短。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部2i，抑制和外部的界面的菲涅耳反射。
图2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的说明图，(a)表示由界面反射的状态，(b)表示透射界面的状态。
在此，根据布拉格的衍射条件，光在界面反射的情况下，相对于入射角θin，反射角θref应满足的条件为如下式(1)。
d·n1·(sinθin－sinθref)＝m·λ(1)
在此，n1为入射侧的介质的折射率，λ为入射的光的波长，m为整数。光从半导体层叠部19向蓝宝石衬底2入射的情况下，n1为III族氮化物半导体的折射率。如图2(a)所示，以满足上述式(1)的反射角θref反射向界面入射的光。
另一方面，根据布拉格的衍射条件，光在界面透射的情况下，相对于入射角θin，透射角θout应满足的条件为如下式(2)。
d·(n1·sinθin－n2·sinθout)＝m′·λ(2)
在此，n2为射出侧的介质的折射率，m′为整数。例如，光从半导体层叠 部19向蓝宝石衬底2入射的情况下，n2为蓝宝石的折射率。如图2(b)所示，以满足上述式(2)的透射角θout透射向界面入射的光。
为了使满足上述式(1)及式(2)的衍射条件的反射角θref及透射角θout存在，蓝宝石衬底2的表面的周期必须比元件内部的光学波长即(λ/n1)及(λ/n2)大。因此，蓝宝石衬底2的表面以衍射光存在的方式将周期设定为比(λ/n1)及(λ/n2)大。
图3是表示以凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的透射角的关系的曲线图。另外，图4是表示以凹部或凸部的周期为500nm的情况下的III属氮化物半导体层和蓝宝石衬底的界面的从半导体层侧向界面入射的光的入射角、和在界面的衍射作用下的反射角的关系的曲线图。
作为向垂直化蛾眼面2a入射的光，与一般的平坦面一样存在全反射的临界角。在GaN系半导体层和蓝宝石衬底2的界面，临界角为45.9°。如图3所示，在超过临界角的区域，可进行满足上述式(2)的衍射条件的m′＝1，2，3，4下的衍射模式下的透射。另外，如图4所示，在超过临界角的区域，可进行满足上述式(1)的衍射条件的m＝1，2，3，4下的衍射模式下的反射。在临界角为45.9°的情况下，超过临界角的光输出约为70％，未超过临界角的光输出约为30％。即，取出超过临界角的区域的光非常有助于LED元件1的光取出效率的提高。
在此，在透射角θout比入射角θin小的区域，透过垂直化蛾眼面2a的光相对于蓝宝石衬底2和III族氮化物半导体层的界面以偏垂直的方式角度变化。图3中用剖面线表示该区域。如图3所示，对于透过垂直化蛾眼面2a的光，在超过临界角的区域，m′＝1，2，3的衍射模式的光在全部的角度区域以偏垂直的方式角度变化。m′＝4的衍射模式的光在一部分角度区域没有偏垂直，但由于衍射次数大的光的强度较小，所以影响小，在该一部分的角度区域实际上还以偏垂直角度变化。即，与在半导体层叠部19侧向垂直化蛾眼面2a入射的光的强度分布比较，在蓝宝石衬底2侧透过垂直化蛾眼面2a射出的光的强度分布偏向与半导体层叠部19和蓝宝石衬底2的界面垂直的方向。
另外，在反射角θref比入射角θin小的区域，在垂直化蛾眼面2a反射的光相对于蓝宝石衬底2和III族氮化物半导体层的界面以偏垂直的方式角度变 化。图4中用剖面线表示该区域。如图4所示，对于在垂直化蛾眼面2a反射的光，在超过临界角的区域，m＝1，2，3的衍射模式的光在全部的角度区域以偏垂直的方式角度变化。m＝4的衍射模式的光在一部分角度区域没有偏垂直，但由于衍射次数大的光的强度较小，所以影响小，在该一部分的角度区域实际上还以偏垂直的方式角度变化。即，与在半导体层叠部19侧向垂直化蛾眼面2a入射的光的强度分布比较，在半导体层叠部19侧从垂直化蛾眼面2a通过反射射出的光的强度分布偏向与半导体层叠部19和蓝宝石衬底2的界面垂直的方向。
图5是表示元件内部的光的行进方向的说明图。
如图5所示，从发光层14发出的光中，向蓝宝石衬底2超过临界角入射的光在垂直化蛾眼面2a比入射时向偏垂直的方向透射及反射。即，透过垂直化蛾眼面2a的光在向偏垂直角度变化的状态下向透射蛾眼面2g入射。另外，由垂直化蛾眼面2a反射的光在向偏垂直角度变化的状态下通过p侧电极27及n侧电极28反射后，向垂直化蛾眼面2a再次入射。这时的入射角比前面的入射角偏垂直。其结果，可以使向透射蛾眼面2g入射的光偏垂直。
图6是LED元件的局部放大示意剖面图。
如图6所示，p侧电极27具有：形成于p型GaN层18上的扩散电极21、形成于扩散电极21上的规定区域的电介体多层膜22、形成于电介体多层膜22上的金属电极23。扩散电极21全面地形成于p型GaN层18，例如，由ITO(IndiumTinOxide)等透明材料构成。另外，电介体多层膜22重复多对折射率不同的第一材料22a和第二材料22b而构成。电介体多层膜22例如将第一材料22a采用ZrO2(折射率：2.18)，第二材料22b采用SiO2(折射率：1.46)，可以将对数设为5。此外，也可以使用与ZrO2和SiO2不同的材料构成电介体多层膜22，例如，也可以使用AlN(折射率：2.18)、Nb2O3(折射率：2.4)、Ta2O3(折射率：2.35)等。金属电极23被覆电介体多层膜22，例如，由Al等金属材料构成。金属电极23通过形成于电介体多层膜22的通孔22c与扩散电极21电连接。
如图6所示，n侧电极28从p型GaN层18蚀刻n型GaN层12，形成于露出的n型GaN层12上。n侧电极28具有：形成于n型GaN层12上的扩散电极24、形成于扩散电极24上的规定区域的电介体多层膜25、形成于电介体多层膜25上的金属电极26。扩散电极24全面地形成于n型GaN层 12，例如，由ITO(IndiumTinOxide)等透明材料构成。另外，电介体多层膜25重复多对折射率不同的第一材料25a和第二材料25b构成。电介体多层膜25例如第一材料25a采用ZrO2(折射率：2.18)，第二材料25b采用SiO2(折射率：1.46)，可以将对数设为5。此外，也可以使用与ZrO2和SiO2不同的材料构成电介体多层膜25，例如，也可以使用AlN(折射率：2.18)、Nb2O3(折射率：2.4)、Ta2O3(折射率：2.35)等。金属电极26被覆电介体多层膜25，例如，由Al等金属材料构成。金属电极26通过形成于电介体多层膜25的通孔25a与扩散电极24电连接。
在该LED元件1中，p侧电极27及n侧电极28形成反射部。p侧电极27及n侧电极28分别越接近于垂直角度，反射率越高。向反射部除入射从发光层14发出并直接入射的光外，还入射由蓝宝石衬底2的垂直化蛾眼面2a反射并相对于界面以偏垂直的方式角度变化的光。即，向反射部入射的光的强度分布与蓝宝石衬底2的表面为平坦面的情况比较，为偏向垂直的状态。
接着，参照图7，对蓝宝石衬底2详细叙述。图7表示蓝宝石衬底，(a)为示意立体图，(b)为表示A－A剖面的示意说明图，(c)为示意放大说明图。
如图7(a)所示，垂直化蛾眼面2a在俯视时以各凸部2c的中心为正三角形的顶点的位置的方式以规定的周期排列形成于假想的三角格子的交点。另外，也可以是以各凸部2c的中心为等腰三角形的顶点的位置的方式配置。各凸部2c的周期比从发光层14发出的光的光学波长大，且比该光的相干长度小。另外，在此所说的周期是指相邻的凸部2c的高度的峰值位置的距离。另外，光学波长是指实际的波长除以折射率所得的值。另外，相干长度相当于因规定的光谱宽度的光子群的各波长不同，从而波的周期性振动相互抵消，至可干涉性消失的距离。相干长度lc如果将光的波长设为λ，该光的半幅值设为Δλ，则大体为lc＝(λ2/Δλ)的关系。在此，各凸部2c的周期在光学波长的1倍以上，相对于临界角以上的角度的入射光，衍射作用逐渐有效地起作用，如果比从发光层14发出的光的光学波长的2倍大，则透射模式及反射模式的数量充分增加，所以优选。另外，各凸部2c的周期优选为从发光层14发出的光的相干长度的一半以下。
在本实施方式，构成假想的三角格子的正三角形的一个边的长度为460nm。即，各凸部2c的主要周期为460nm以及797nm。另外，蓝宝石衬底 2以俯视时平坦部2b的比例为40％以上的方式构成。从发光层14发出的光的波长为450nm，III族氮化物半导体层的折射率为2.4，因此，其光学波长为187.5nm。另外，从发光层14发出的光的半幅值为27nm，因此，该光的相干长度为7500nm。即，垂直化蛾眼面2a的周期比发光层14的光学波长的2倍大，且为相干长度的一半以下。
图8是表示凸部的配置状态的平面示意图，(a)是假想的三角格子为正三角形时的状态，(b)是假想的三角格子为等腰三角形时的状态。
这里，如图8(a)所示，当假想的三角格子为正三角形时，对于各凸部2c，位于最接近的距离a1的凸部2c间隔60°而存在6个。即，如图8(a)所示，将规定的凸部2c作为基准，最接近的凸部2c位于0°方向、60°方向、120°方向、180°方向、240°方向以及300°方向。其中，0°方向和180°方向、60°方向和240°方向、120°方向和300°方向是等价的方向。
另外，其次接近距离a2的凸部2c位于30°方向、90°方向、150°方向、210°方向、270°方向以及330°方向。其中，30°方向和210°方向、90°方向和270°方向、150°方向和330°方向是等价的方向。即，假想的三角格子为正三角形的情况下，主要存在距离a1和距离a2的两种类的周期。
另一方面，如图8(b)所示，当假想的三角格子为等腰三角形时，对于各凸部2c，位于等边的距离b1的凸部2c，如果底角为θ时，则位于θ方向、(180°-θ)方向、(180°+θ)方向、(360°-θ)方向。其中，θ方向和(180°+θ)方向、以及，(180°-θ)方向和(360°-θ)方向是等价的方向。
另外，对于各凸部2c，位于底边的距离b2的凸部2c位于0°方向和180°方向。这两个方向是等价的方向。
进而，对于各凸部2c，位于(2·b1·sinθ)的距离b3的凸部2c位于90°方向和270°方向。这两个方向是等价的方向。
进而，另外对于各凸部2c，位于((3/2×b2)2+(b1·sinθ)2)1/2的距离b4的凸部2c位于Tan-1(b3/3·b2)方向、(180°-Tan-1(b3/3·b2))方向、(180°+Tan-1(b3/3·b2))方向以及(360°-Tan-1(b3/3·b2))方向。其中，Tan-1(b3/3·b2)方向和(180°+Tan-1(b3/3·b2))方向、以及、(180°-Tan-1(b3/3·b2))方向和(360°-Tan-1(b3/3·b2))方向是等价的方向。
即，假想的三角格子为等腰三角形的情况下，主要存在距离b1、距离b2、 距离b3以及距离b4的四种类的周期，可利用于光取出的衍射模式变多。
图9是表示假想的三角格子或者四角格子为正多边形时的一个边的长度和光取出效率的关系的曲线图。
如图9所示，将假想的三角格子或者四角格子作为正多边形，通过模拟的方式计算了一个边的长度和光取出效率的关系。具体地，将光的波长设为450nm，计算了GaN系半导体和蓝宝石衬底的界面的从GaN系半导体向蓝宝石衬底的透射率。
其结果，假想的三角格子中，将一个边的长度设为460nm以下的情况和设为550nm以上且800nm以下的情况时具有比较良好的透射率。另外，假想的四角格子中，将一个边的长度设为500nm以下的情况时具有比较良好的透射率。
图10是表示假想的三角格子为等腰三角形时的等边的长度和光取出效率的关系的曲线图。
如图10所示，将假想的三角格子作为等腰三角形，通过模拟的方式计算了等边的长度和光取出效率的关系。具体地，将底边的长度设为600nm、光的波长设为450nm，计算了GaN系半导体和蓝宝石衬底的界面的从GaN系半导体向蓝宝石衬底的透射率。
其结果，与将假想的三角格子作为正三角形时的情况同样，将等边的长度设为460nm以下的情况和设为550nm以上且800nm以下的情况时具有比较良好的透射率。
另外，当等腰三角形的等边的长度和正三角形的一个边的长度相同时，将三角格子作为等腰三角形的情况一方透射率稍高。具体地，在等边以及一个边的长度为400nm时、460nm时、500nm时、700nm透射率分别提高4％、5％、1％、1％。此外，等腰三角形的底边为600nm而等边也为600nm时，与正三角形具有相等的透射率。另外，等边为800nm时，与一个边为800nm的正三角形是大体相等的透射率。
由此，可理解为，假想的三角格子中，等腰三角形一方比正三角形的光取出效率更高。此时，等腰三角形的等边以及底边分别优选为460nm以下、或者550nm以上且800nm以下。另外，认为在460nm以下的区域和550nm以上且800nm以下的区域中，光的入射角度和透射率的关系呈现出不同的倾向。即，更优选等腰三角形的等边以及底边的一方设为460nm以下，而另一 方设为550nm以上且800nm以下。
在本实施方式中，如图7(c)所示，垂直化蛾眼面2a的各凸部2c具有：从平坦部2b向上方延伸的侧面2d、从侧面2d的上端向凸部2c的中心侧弯曲延伸的弯曲部2e、和与弯曲部2e连续地形成的平坦的上面2f。如后述，通过由侧面2d和上面2f的会合部形成角的弯曲部2e形成前的凸部2c的湿式蚀刻去掉角，由此形成弯曲部2e。此外，也可以实施湿式蚀刻，直至平坦的上面2f消失，凸部2c的上侧全体为弯曲部2e。本实施方式中，具体而言，各凸部2c的基端部的直径为380nm，高度为350nm。蓝宝石衬底2的垂直化蛾眼面2a除各凸部2c外均为平坦部2b，并助长半导体的横方向成长。
另外，蓝宝石衬底2的背面的透射蛾眼面2g在俯视时以各凸部2i的中心为三角形的顶点的位置的方式以规定的周期排列形成于假想的三角格子的交点。各凸部2i的最短周期比从发光层14发出的光的光学波长的2倍小。本实施方式中，构成假想的三角格子的正三角形的一个边的长度为300nm。即，各凸部2i的最短周期为300nm。从发光层14发出的光的波长为450nm，蓝宝石的折射率为1.78，因此，其光学波长为252.8nm。即，透射蛾眼面2g中的最短的周期比发光层14的光学波长的2倍小。此外，蛾眼面的周期只要为光学波长的2倍以下，就可以抑制界面的菲涅耳反射。菲涅耳反射抑制作用，只要凸部2i的最短周期比光学波长的2倍小就能够充分获得。另外，如果将凸部2i的全部周期都设为比光学波长的2倍小，则能够获得更大的菲涅耳反射抑制作用。透射蛾眼面2g的周期随着光学波长从2倍趋近于1倍，菲涅耳反射的抑制作用增大。如果蓝宝石衬底2的外部是树脂及空气，则透射蛾眼面2g的周期只要是光学波长的1.25倍以下，就可以得到与1倍以下大体相同的菲涅耳反射的抑制作用。
在此，参照图11～图13C，对LED元件1用的蓝宝石衬底2的制作方法进行说明。图11是用于加工蓝宝石衬底的等离子体蚀刻装置的概略说明图。
如图11所示，等离子体蚀刻装置91为感应耦合型(ICP)，具有：保持蓝宝石衬底2的平板状的衬底保持台92、收纳衬底保持台92的容器93、经由石英板96设置在容器93的上方的线圈94、与衬底保持台92连接的电源95。线圈94为立体螺旋形的线圈，从线圈中央供给高频率电力，线圈外周的末端接地。蚀刻对象的蓝宝石衬底2直接或经由输送用托盘载置于衬底保持台92。在衬底保持台92内装有用于冷却蓝宝石衬底2的冷却机构，通过冷却 控制部97控制。容器93具有供给口，可供给O2气、Ar气等各种气体。
通过该等离子体蚀刻装置1进行蚀刻时，在衬底保持台92上载置蓝宝石衬底2后，排出容器93内的空气形成减压状态。而且，向容器93内供给规定的处理气体，调整容器93内的气体压力。之后，向线圈94及衬底保持台92供给规定时间的高输出的高频电力，生成反应气体的等离子体98。通过该等离子体98进行蓝宝石衬底2的蚀刻。
接着，参照图12、图13A、图13B及图13C，对使用等离子体蚀刻装置1的蚀刻方法进行说明。
图12是表示蚀刻方法的流程图。如图12所示，本实施方式的蚀刻方法包含下述工序：掩模层形成工序S1、抗蚀剂膜形成工序S2、图案形成工序S3、残膜除去工序S4、抗蚀剂改质工序S5、掩模层的蚀刻工序S6、蓝宝石衬底的蚀刻工序S7、掩模层除去工序S8、弯曲部形成工序S9。
图13A表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(a)表示加工前的蓝宝石衬底，(b)表示在蓝宝石衬底上形成掩模层的状态，(c)表示在掩模层上形成抗蚀剂膜的状态，(d)表示使模型与抗蚀剂膜接触的状态，(e)表示在抗蚀剂膜形成有图案的状态。
图13B表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(f)表示除去抗蚀剂膜的残膜的状态，(g)表示使抗蚀剂膜改质的状态，(h)表示以抗蚀剂膜为掩模蚀刻掩模层的状态，(i)表示以掩模层为掩模蚀刻蓝宝石衬底的状态。此外，改质后的抗蚀剂膜在图中通过涂抹来表现。
图13C表示蓝宝石衬底及掩模层的蚀刻方法的过程，(j)表示以掩模层为掩模进一步蚀刻蓝宝石衬底的状态，(k)表示从蓝宝石衬底除去残留的掩模层的状态，(l)表示对蓝宝石衬底实施湿式蚀刻的状态。
首先，如图13A(a)所示，准备加工前的蓝宝石衬底2。在蚀刻之前，用规定的清洗液清洗蓝宝石衬底2。本实施方式中，蓝宝石衬底2为蓝宝石衬底。
接着，如图13A(b)所示，在蓝宝石衬底2上形成掩模层30(掩模层形成工序：S1)。本实施方式中，掩模层30具有：蓝宝石衬底2上的SiO2层31、SiO2层31上的Ni层32。各层31、112的厚度是任意的，但例如可以将SiO2层设为1nm以上100nm以下，将Ni层32设为1nm以上200nm以下。另外，掩模层30也可以形成单层。掩模层30通过溅射法、真空蒸镀法、CVD法等 形成。
接着，如图13A(c)所示，在掩模层30上形成抗蚀剂膜40(抗蚀剂膜形成工序：S2)。本实施方式中，作为抗蚀剂膜40使用热塑性树脂，通过旋涂法以均匀的厚度形成。抗蚀剂膜40例如由环氧系树脂构成，厚度例如为100nm以上300nm以下。此外，作为抗蚀剂膜40也可以使用光固化性树脂。
然后，使抗蚀剂膜40与蓝宝石衬底2一起加热软化，如图13A(d)所示，用模型50冲压抗蚀剂膜40。在模型50的接触面形成有凹凸构造51，抗蚀剂膜40沿着凹凸构造51变形。
之后，一直保持冲压状态，使抗蚀剂膜40与蓝宝石衬底2一起冷却固化。然后，通过将模型50从抗蚀剂膜40剥离，如图13A(e)所示，在抗蚀剂膜40上转印凹凸构造41(图案形成工序：S3)。在此，凹凸构造41的周期为1μm以下。本实施方式中，凹凸构造41的周期为460nm。另外，在本实施方式中，凹凸构造41的凸部43的直径为100nm以上300nm以下，例如为230nm。另外，凸部43的高度为100nm以上300nm以下，例如为250nm。在该状态下，在抗蚀剂膜40的凹部形成有残膜42。
如上所述，将形成有抗蚀剂膜40的蓝宝石衬底2安装于等离子体蚀刻装置1的衬底保持台92。然后，例如，通过等离子体灰化除掉残膜42，如图13B(f)所示，使被加工材料即掩模层30露出(残膜除去工序：S4)。本实施方式中，作为等离子体灰化的处理气体使用O2气。这时，抗蚀剂膜40的凸部43也受灰化的影响，凸部43的侧面44不与掩模层30的表面垂直，仅倾斜规定的角度。
而且，如图13B(g)所示，在改质用条件下，使抗蚀剂膜40暴露在等离子体中，使抗蚀剂膜40改质，提高蚀刻选择比(抗蚀剂改质工序：S5)。本实施方式中，作为抗蚀剂膜40的改质用的处理气体使用Ar气。另外，本实施方式中，作为改质用条件，用于向蓝宝石衬底2侧感应等离子体的电源95的偏压输出设定为比后述的蚀刻用条件低。
之后，在蚀刻用条件下曝露在等离子体内，以蚀刻选择比提高的抗蚀剂膜40为掩模进行作为被加工材料的掩模层30的蚀刻(掩模层的蚀刻工序：S6)。本实施方式中，作为抗蚀剂膜40的蚀刻用的处理气体使用Ar气。由此，如图13B(h)所示，在掩模层30上形成图案33。
在此，对于改质用条件和蚀刻用条件，可以适当变更处理气体、天线输 出、偏压输出等，但，如本实施方式，优选使用相同的处理气体而变更偏压输出。具体而言，对于改质用条件，如果将处理气体设为Ar气，将线圈94的天线输出设为350W，将电源95的偏压输出设为50W，则可观察到抗蚀剂膜40的固化。此外，对于蚀刻用条件，如果将处理气体设为Ar气，将线圈94的天线输出设为350W，将电源95的偏压输出设为100W，则可观察到掩模层30的蚀刻。另外，对于蚀刻用条件，除降低偏压输出外，即使还降低天线输出，或减少气体流量，也可进行抗蚀的固化。
接着，如图13B(i)所示，以掩模层30为掩模，进行蓝宝石衬底2的蚀刻(蓝宝石衬底的蚀刻工序：S7)。本实施方式中，在掩模层30上残留抗蚀剂膜40的状态下进行蚀刻。另外，进行作为处理气体使用BCl3气体等氯系气体的等离子体蚀刻。
而且，如图13C(j)所示，如果蚀刻继续进行，则在蓝宝石衬底2上形成垂直化蛾眼面2a。本实施方式中，垂直化蛾眼面2a的凹凸构造的高度为350nm。此外，也可以使凹凸构造的高度比350nm大。在此，凹凸构造的高度例如假设小到如300nm，则如图13B(i)所示，也可以在抗蚀剂膜40残留的状态下结束蚀刻。
在本实施方式中，通过掩模层30的SiO2层31，助长侧面蚀刻，垂直化蛾眼面2a的凸部2c的侧面2d倾斜。另外，通过抗蚀剂膜40的侧面43的倾斜角还可以控制侧面蚀刻的状态。此外，如果将掩模层30作为Ni层32的单层，则可以使凸部2c的侧面2d形成与主面大体垂直。
另外，在本实施方式中，通过Ni层32的厚度来控制凸部2c的基端部的大小。本申请的发明人发现，通过控制作为金属掩膜的Ni层32的厚度，能够调整凸部2c的基端部的直径。图14是表示使Ni层的厚度改变时的凸部的基端部的直径和凸部的高度的关系的曲线图。试验中全部使用同一个模型50，使Ni层32的厚度和凸部2c的高度改变而获取了数据。具体而言，将Ni等32的厚度设为50nm、75nm、100nm的三种类，将凸部2c的高度设为400nm、500nm、600nm、700nm的四种类。此外，对于蚀刻后的凸部2c的高度，也存在没有达到像严格期望的高度的试验品。如图14所示，可理解为Ni层32的厚度越厚，则凸部2c的基端部的直径越大。由此，可以无需改变模型50的型状，就能够使凸部2c的基端部变化。
之后，如图13C(k)所示，使用规定的剥离液，除去残留于蓝宝石衬底 2上的掩模层30(掩模层除去工序：S8)。本实施方式中，通过使用高温的硝酸，除去Ni层32之后，使用氢氟酸除去SiO2层31。另外，即使抗蚀剂膜40残留于掩模层30上，也可以通过高温的硝酸与Ni层32一起除去，但在抗蚀剂膜40的残留量多的情况下，优选通过O2灰化预先除去抗蚀剂膜40。
而且，如图13C(l)所示，通过湿式蚀刻，除去凸部2c的角而形成弯曲部(弯曲部形成工序：S9)。在此，蚀刻液是任意的，例如可以使用加热到170℃左右的磷酸水溶液即所谓的“热磷酸”。此外，该弯曲部形成工序可以适当省略。经过以上的工序，可制作表面具有凹凸构造的蓝宝石衬底2。
根据该蓝宝石衬底2的蚀刻方法，因将抗蚀剂膜40曝露在等离子体使其改质，所以可以提高掩模层30和抗蚀剂膜40的蚀刻的选择比。由此，容易对掩模层30实施细微、深的形状的加工，可以充分厚地形成微细的形状的掩模层30。
另外，通过等离子体蚀刻装置1，可以连续地进行抗蚀剂膜40的改质和掩模层30的蚀刻，工时数也没有显著增加。本实施方式中，通过使电源95的偏压输出变化，进行抗蚀剂膜40的改质和掩模层30的蚀刻，可以简单容易地提高抗蚀剂膜40的选择比。
另外，以充分厚的掩模层30为掩模，进行蓝宝石衬底2的蚀刻，因此，容易对蓝宝石衬底2实施细微且深的形状的加工。特别是在蓝宝石衬底上，形成周期为1μm以下深度为300nm以上的凹凸构造目前通过在形成有掩模层的衬底上形成抗蚀剂膜，利用抗蚀剂膜进行掩模层的蚀刻的蚀刻方法是不可能的，但用本实施方式的蚀刻方法是可能的。特别是在本实施方式的蚀刻方法中，适宜形成周期为1μm以下深度为500nm以上的凹凸构造。
纳米级周期的凹凸构造称为蛾眼，但在蓝宝石上进行该蛾眼的加工的情况下，由于蓝宝石是难削磨材料，所以仅可以加工至200nm左右的深度。然而，200nm左右的台阶中有时作为蛾眼是不充分。本实施方式的蚀刻方法可以说是解决了对蓝宝石衬底实施蛾眼加工的情况的新的课题。
此外，作为被加工材料，表示了由SiO2/Ni构成的掩模层30，但当然掩模层30也可以是Ni的单层或其它材料。总之，只要是使抗蚀剂改质并提高掩模层30和抗蚀剂膜40的蚀刻选择比即可。
另外，表示了使等离子体蚀刻装置1的偏压输出变化来作为改质用条件和蚀刻用条件的情况，但除了使天线输出、气体流量变化外，例如也可以通 过变更处理气体而设定。总之，改质用条件只要是在抗蚀剂在等离子体曝露时改质，蚀刻选择比提高的条件即可。
另外，表示了作为掩模层30包含Ni层32的情况，但即使是其它材料的蚀刻，不用说也可以应用本发明。此外，本实施方式的蓝宝石衬底的蚀刻方法也可以适用于SiC、Si、GaAs、GaN、InP、ZnO等衬底。
在如上制作的蓝宝石衬底2的垂直化蛾眼面2a，利用横方向成长使由III族氮化物半导体构成的半导体层叠部19外延成长(半导体形成工序)，形成p侧电极27及n侧电极28(电极形成工序)。之后，在蓝宝石衬底2的背面通过与表面的垂直化蛾眼面2a同样的工序形成凸部2i后，通过切割分割为多个LED元件1，由此，制造出LED元件1。
这里，本申请的发明人对使蓝宝石衬底2的平坦部2b的比例发生变化，并且使半导体层叠部19为规定厚度时，位错密度是否变为规定值以下的情况进行了考查。具体而言，将平坦部2b作为C面，并使凸部2c的周期等发生变化，对半导体层叠部19的厚度为2.5μm时位错密度是否为2×108/cm2以下的情况进行了考查。考查使用凸部2c以位于正三角形的顶点的位置的方式排列形成在三角格子的交点的试验品进行。该考查结果如图15所示。图15是表示凸部2c的周期以及C面区域的比例、和位错密度是否为规定值以下的表格。此外，图15中所示的周期是与正三角形的一个边的长度相当的周期。
如图15所示，可理解为当凸部2c的周期为600nm以上时，则位错密度为2×108/cm2以下。另外，可理解为即使周期为460nm，只要平坦部2b的比例为41％以上，则位错密度就为2×108/cm2以下。即，通过将凸部2c的周期设为600nm以上或者将平坦部2b的比例设为41％以上，则即使半导体层叠部19变薄也能够获得良好的结晶品质。
在如上构成的LED元件1中，通过将平坦部2b的比例设为41％以上，则能够不损害发光层14的结晶品质，而使半导体层叠部19变薄。另外，只要具有与目前的同等程度的半导体层叠部19的厚度，就能够提高发光层14的结晶品质，能够进一步提高光取出效率。
另外，通过控制金属掩膜的厚度，能够控制凸部2c的基端部，从而可以使用相同的模型50制造不同的凸部2c，能够实现模型50的通用化从而降低制造成本。
另外，由于具备垂直化蛾眼面2a，因此，在蓝宝石衬底2和III族氮化物 半导体层的界面以超过全反射临界角的角度入射的光可以形成相对于界面偏垂直。另外，因具备抑制菲涅耳反射的透射蛾眼面2g，所以在蓝宝石衬底2和元件外部的界面，可以顺利地向元件外部取出偏垂直的光。这样，虽然蓝宝石衬底2的表面和背面均进行凹凸加工，但被赋予垂直化功能和菲涅耳反射抑制功能这两种不同的功能，通过这些功能的协同效果，可以质地提高光取出效率。
另外，可使从发光层14发出的光达到蓝宝石衬底2的背面的距离极短，可以抑制元件内部的光的吸收。LED元件中，超过界面的临界角的角度区域的光会向横方向传递，因此，存在会在元件内部吸收光的问题，但通过垂直化蛾眼面2a将超过临界角的角度区域的光形成偏垂直，可抑制偏垂直的光的透射蛾眼面2g的菲涅耳反射，因此，可以质地减少在元件内部吸收的光。
另外，蓝宝石衬底2的表面具有以俯视时配置在假想的三角格子的交点的多个凸部2c，当使构成假想的三角格子的三角形不是正三角形时，则能够利用多种衍射模式取出光。尤其是，使构成假想的三角格子的三角形的一个边的长度为蓝色光的光学波长的2倍以上460nm以下、或者550nm以上且800nm以下时，则能够提高光取出效率。另外，使构成假想的三角格子的三角形为等腰三角形时，则能够规则地配置凸部2c，并且增加衍射模式。进而，通过将等腰三角形的等边设为蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下，将底边设为550nm以上且800以下，则能够利用不同性质的衍射模式取出光。
在此，本申请发明人发现，作为p侧电极27及n侧电极28，使用电介体多层膜22、25及金属层23、26的组合，由此，LED元件1的光取出效率显著增大。即，根据电介体多层膜22、25和金属层23、26的组合，越接近与界面垂直的角度，反射率越高，对相对于界面偏垂直的光成为有利的反射条件。
图16是表示实施例1的反射部的反射率的曲线图。实施例1中将形成于ITO上的电介体多层膜通过ZrO2和SiO2的组合，将对数设为5，与电介体多层膜重叠而形成Al层。如图16所示，在入射角从0度～45度的角度区域实现98％以上的反射率。另外，在入射角从0度～75度的角度区域实现90％以上的反射率。这样，电介体多层膜和金属层的组合对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
图17是表示实施例2的反射部的反射率的曲线图。实施例2中，在ITO 上只形成Al层。如图17所示，不论入射角，大体为84％的一定的反射率。这样，也可以将反射部作为仅Al层的金属的单层。
图18是表示本发明第二实施方式的LED元件的示意剖面图。
如图18所示，该LED元件101是在蓝宝石衬底102的表面上形成有由III族氮化物半导体层构成的半导体层叠部119的元件。该LED元件101是面朝上型，主要从蓝宝石衬底102的相反侧取出光。半导体层叠部119从蓝宝石衬底102侧按顺序具有缓冲层110、n型GaN层112、发光层114、电子阻挡层116、p型GaN层118。在p型GaN层118上形成有p侧电极127，并且在n型GaN层112上形成有n侧电极128。
如图18所示，缓冲层110形成于蓝宝石衬底102的表面上，由AlN构成。n型GaN层112形成于缓冲层110上，由n－GaN构成。发光层114形成于n型GaN层112上，由GalnN/GaN构成。本实施方式中，发光层114的发光的峰值波长为450nm。
电子阻挡层116形成于发光层114上，由p－AlGaN构成。p型GaN层118形成于电子阻挡层116上，由p－GaN构成。从n型GaN层112至p型GaN层118通过III族氮化物半导体的外延成长而形成，在蓝宝石衬底102的表面周期性形成有凸部102c，但在III族氮化物半导体的成长初期实现横方向成长的平坦化。此外，至少还包含第一导电型层、活性层及第二导电型层，只要在对第一导电型层及第二导电型层施加电压时，通过电子及空穴的再结合在活性层发光，则半导体层的层构成是任意的。
本实施方式中，蓝宝石衬底102的表面形成垂直化蛾眼面102a，p侧电极127形成透射蛾眼面127g。蓝宝石衬底102的表面形成有平坦部102b、周期性形成于平坦部102b的多个凸部102c。另外，蓝宝石衬底102构成为俯视时平坦部102b的比例为40％以上。各凸部102c的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以采用切掉锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。各凸部102c以衍射从发光层114发出的光的方式设计。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部102c，可以得到光的垂直化作用。
p侧电极127具有形成于p型GaN层118上的扩散电极121、形成于扩散电极121上的局部的焊盘电极122。扩散电极121全面地形成于p型GaN层118，例如，由ITO(IndiumTinOxide)等透明材料构成。另外，焊盘电极122例如由Al等金属材料构成。扩散电极121的表面形成有平坦部127h、和 周期性形成于平坦部127h的多个凸部127i。各凸部127i的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以采用切掉锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。透射蛾眼面的凸部127i的周期比发光层114的光学波长的2倍小。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部127i抑制和外部的界面的菲涅耳反射。
n侧电极128形成于从p型GaN层118蚀刻n型GaN层112，露出的n型GaN层112上。n侧电极128形成于n型GaN层112上，例如由Al等金属材料构成。
图19是LED元件的局部放大示意剖面图。
如图19所示，在蓝宝石衬底102的背面侧形成有电介体多层膜124。电介体多层膜124由折射率不同的第一材料124a和第二材料124b重复多对而构成。电介体多层膜124由金属层即Al层126被覆。在该发光元件101中，电介体多层膜124及Al层126形成反射部，由该反射部反射从发光层114发出并通过衍射作用透过了垂直化蛾眼面102a的光。而且，将通过衍射作用透射的光再入射到衍射面102a，可以通过在衍射面102a再次利用衍射作用进行透射，由此，能够以多种模式向元件外部取出光。
在如上构成的LED元件101中，通过将平坦部102b的比例设为41％以上，则能够不损害发光层114的结晶品质，而使半导体层叠部119变薄。另外，只要具有与目前的同等程度的半导体层叠部119的厚度，就能够提高发光层114的结晶品质，能够进一步提高光取出效率。
另外，因具备垂直化蛾眼面102a，所以在蓝宝石衬底102和III族氮化物半导体层的界面，可以将以超过全反射临界角的角度入射的光形成偏垂直。另外，因具备透射蛾眼面127g，所以在蓝宝石衬底102和元件外部的界面，可以抑制作为偏垂直的光的菲涅耳反射。由此，可以质地提高光取出效率。
另外，从发光层114发出的光可以明显地缩短到达p侧电极127的表面的距离，可以抑制元件内部的光的吸收。在LED元件中，超过界面的临界角角度区域的光会向横方向传播，所以存在会在元件内部吸收光的问题，但通过在垂直化蛾眼面102a使超过临界角的角度区域的光为偏垂直，可以质地减少由元件内部吸收的光。
另外，蓝宝石衬底102的表面具有以俯视时配置在假想的三角格子的交点的多个凸部102c，当使构成假想的三角格子的三角形不是正三角形时，则能够利用多种衍射模式取出光。尤其是，使构成假想的三角格子的三角形的 一个边的长度为蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下、或者550nm以上且800nm以下时，则能够提高光取出效率。另外，使构成假想的三角格子的三角形为等腰三角形时，则能够规则地配置凸部102c，并且增加衍射模式。进而，通过将等腰三角形的等边设为蓝色光的光学波长的2倍以上460nm以下，将底边设为550nm以上且800nm以下，则能够利用不同性质的衍射模式取出光。
在此，本申请发明人发现，通过使用电介体多层膜124及金属层126的组合作为蓝宝石衬底102的背面的反射部，LED元件101的光取出效率显著增大。即，当为电介体多层膜124和金属层126的组合时，越接近与界面垂直的角度，反射率越高，对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
图20是表示实施例3的反射部的反射率的曲线图。实施例3中，将形成于蓝宝石衬底上的电介体多层膜通过ZrO2和SiO2的组合，将对数为5，与电介体多层膜重叠形成Al层。如图20所示，在入射角从0度～55度的角度区域，实现99％以上的反射率。另外，在入射角从0度～60度的角度区域实现98％以上的反射率。另外，在入射角从0度～75度的角度区域实现92％以上的反射率。这样，电介体多层膜和金属层的组合，对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
图21是表示实施例4的反射部的反射率的曲线图。实施例4中，在蓝宝石衬底上仅形成Al层。如图21所示，不论入射角，为大体88％的一定的反射率。如此，也可以将反射部作为仅Al层的金属的单层。
图22是表示本发明第三实施方式的LED元件的示意剖面图。
如图22所示，该LED元件201是面朝上型，是在蓝宝石衬底202的表面上形成有由III族氮化物半导体层构成的半导体层叠部219的元件。半导体层叠部219从蓝宝石衬底202侧按顺序具有缓冲层210、n型GaN层212、发光层214、电子阻挡层216、p型GaN层218。在p型GaN层218上形成有p侧电极227，并且在n型GaN层212上形成有n侧电极228。
如图22所示，缓冲层210形成于蓝宝石衬底2的表面上，由AlN构成。本实施方式中，缓冲层210通过MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition)法形成，但也可以使用溅射法。作为第一导电型层的n型GaN层212形成于缓冲层210上，由n－GaN构成。发光层214形成于n型GaN层212上，由GalnN/GaN构成，通过电子及空穴的注入而发出蓝色光。在此， 蓝色光是指例如峰值波长为430nm以上且480nm以下的光。本实施方式中，发光层214的发光的峰值波长为450nm。
电子阻挡层216形成于发光层214上，由p－AlGaN构成。作为第二导电型层的p型GaN层218形成于电子阻挡层216上，由p－GaN构成。从n型GaN层212至p型GaN层218通过III族氮化物半导体的外延成长而形成，在蓝宝石衬底2的表面周期性地形成有凸部2c，但在III族氮化物半导体的成长初期实现横方向成长的平坦化。此外，至少包含第一导电型层、活性层及第二导电型层，只要是在对第一导电型层及第二导电型层施加电压时，只要通过电子及空穴的再结合使活性层发光，则半导体层的层构成就是任意的。
蓝宝石衬底202的表面形成垂直化蛾眼面202a，p侧电极227形成透射蛾眼面227g。蓝宝石衬底202的表面形成有平坦部202b、以及周期性地形成于平坦部202b的多个凸部202c。另外，蓝宝石衬底202构成为俯视时平坦部202b的比例为40％以上。各凸部202c的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以采用切掉锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。各凸部202c以衍射从发光层214发出的光的方式设计。本实施方式中，通过周期性配置的各凸部202c，可以得到光的垂直化作用。在此，光的垂直化作用是指光的强度分布与向垂直化蛾眼面入射前相比，反射及透射之后的一方偏向相对于蓝宝石衬底202和半导体层叠部219的界面垂直的方向。
在蓝宝石衬底202的背面侧形成有电介体多层膜224。电介体多层膜224由金属层即Al层226被覆。在该发光元件201中，电介体多层膜224及Al层226形成反射部，由该反射部反射从发光层214发出并通过衍射作用透过了垂直化蛾眼面202a的光。而且，将通过衍射作用透射的光再入射到衍射面202a，可以通过在衍射面202a再次利用衍射作用进行透射，由此，能够以多种模式向元件外部取出光。
p侧电极227具有形成于p型GaN层218上的扩散电极层221、和形成于扩散电极层221上的蛾眼层222。另外，本实施方式中，p侧电极227具有贯穿扩散电极层221以及蛾眼层222并与p型GaN层218相接触的焊盘电极223。扩散电极层221形成于除焊盘电极223的形成区域之外的p型GaN层218上，由透明材料构成。蛾眼层222形成于除焊盘电极223的形成区域之外的扩散电极层221上，由透明材料构成。蛾眼层222由消光系数比构成扩散电极层221的材料小且折射率与构成扩散电极层221的材料大体相同的材料 构成。折射率大体相同是指，在此扩散电极层221和蛾眼层222的折射率的差为相对于蛾眼层222的折射率为20％以内。另外，扩散电极层221由表面电阻比蛾眼层222小的材料构成，比蛾眼层222更薄地形成。另外，扩散电极层221的厚度比蛾眼层222更薄。另外，焊盘电极223例如由Al等金属材料构成。另外，焊盘电极223由相对于半导体层叠部219的附着力比相对于扩散电极层221的附着力更高的材料构成。
本实施方式中，扩散电极层221由厚度100nm的ITO(IndiumTinOxide)形成，蛾眼层222由厚度400nm的ZrO2形成。针对450nm波长的光，ITO的消光系数为0.04，ZrO2的消光系数大体为0。另外，针对450nm波长的光，ITO的折射率为2.04，ZrO2的折射率为2.24。此外，作为扩散电极层221例如可以使用IZO(indiumzincoxide)等材料，作为蛾眼层222例如也可以使用Nb2O5等材料。
蛾眼层222的表面形成有平坦部227h、和周期性形成于平坦部227h的多个凸部227i。各凸部227i的形状除圆锥、多角锥等锥状外，还可以采用切掉锥的上部的圆锥台、多角锥台等锥台状。透射蛾眼面的凸部227i的周期比发光层214的光学波长的2倍小。本实施方式中，通过周期性地配置的各凸部227i抑制和外部的界面的菲涅耳反射。
n侧电极228形成于从p型GaN层218蚀刻n型GaN层212，露出的n型GaN层212上。n侧电极228形成于n型GaN层212上，例如由Al等金属材料构成。
图23是表示元件内部的光的行进方向的说明图。
如图23所示，从发光层214发出的光中，向蓝宝石衬底202超过临界角入射的光在垂直化蛾眼面202a比入射时向偏垂直的方向透射及反射。即，由垂直化蛾眼面202a反射的光，在向偏垂直角度变化的状态下向透射蛾眼面227g入射。另外，透过垂直化蛾眼面202a的光，在向偏垂直角度变化的状态下通过由后叙的电介体多层膜224以及Al层226构成的反射部反射后，再次入射到垂直化蛾眼面202a。这时的入射角比前面的入射角偏垂直。其结果，可以使向透射蛾眼面227g入射的光偏垂直。
另外，p侧电极227的透射蛾眼面227g在俯视时以各凸部227i的中心为正三角形的顶点的位置的方式以规定的周期排列形成于假想的三角格子的交点。各凸部227i的最短周期比从发光层214发出的光的光学波长的2倍小。 即，在透射蛾眼面227g中菲涅耳反射得到抑制。本实施方式中，构成假想的三角格子的正三角形的一个边的长度为300nm。即，各凸部227i的最短周期为300nm。从发光层214发出的光的波长为450nm，ZrO2的折射率为2.24，因此，其光学波长为200.9nm。即，透射蛾眼面227g的最短的周期比发光层214的光学波长的2倍小。此外，蛾眼面的周期只要为光学波长的2倍以下，就可以抑制界面的菲涅耳反射。菲涅耳反射抑制作用，只要凸部227i的最短周期比光学波长的2倍小就能够充分获得。另外，如果将凸部227i的全部周期都设为比光学波长的2倍小，则能够获得更大的菲涅耳反射抑制作用。透射蛾眼面227g的周期随着光学波长从2倍趋近于1倍，菲涅耳反射的抑制作用增大。如果蛾眼层222的外部是树脂及空气，则透射蛾眼面227g的周期只要是光学波长的1.25倍以下，就可以得到与1倍以下大体相同的菲涅耳反射的抑制作用。
接着，参照图24以及图25对p侧电极227的透射蛾眼面227g的形成方法进行说明。图24是加工蛾眼层的说明图，(a)表示在透射蛾眼面形成有第一掩膜层的状态，(b)表示在第一掩膜层上形成有抗蚀剂层的状态，(c)表示对抗蚀剂层有选择性地照射电子射线的状态，(d)表示将抗蚀剂层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩膜层的状态。
首先，如图24(a)所示，在蛾眼层222的表面形成第一掩模层330。第一掩膜层330例如由SiO2形成，通过溅射法、真空蒸镀法、CVD法等形成。第一掩膜层330的厚度可以是任意，例如为1.0μm。
接着，如图24(b)所示，在蛾眼层222的第一掩模层330上形成抗蚀剂层332。抗蚀剂层332例如由日本化成工业公司(ゼオン社)生产的ZEP等电子束感光材料形成，涂抹在第一掩膜层330上。抗蚀剂层332的厚度可以是任意，例如为100nm～2.0μm。
接着，如图24(c)所示，隔离抗蚀剂层332并设置型版掩膜334。抗蚀剂层332和型版掩膜334之间间隔1.0μm～100μm的间隙。型版掩膜334例如由钻石、SiC等材料形成，厚度可以是任意，例如为500nm～100μm。型版掩膜334具有选择性地透射电子射线的开口334a。
然后，如图24(c)所示，向型版掩膜334照射电子射线，将抗蚀剂层332暴露于穿过型版掩膜334的各开口334a的电子射线。具体而言，例如使用10～100μC/cm2的电子束，将型版掩膜334的图案转印到抗蚀剂层332。
电子射线的照射完成之后，利用规定的显影液显影抗蚀剂层332。由此，如图24(d)所示，电子射线照射的部位显影液溶出，残留电子射线没有照射的部位，而形成开口332a。作为抗蚀剂层332当使用了日本化成工业公司(ゼオン社)生产的ZEP时，则作为显影液例如可以使用醋酸铝。
接着，如图24(e)所示，在抗蚀剂层332被图案化的第一掩膜层330上形成第二掩膜层336。由此，在第一掩膜层330上利用电子射线照射而对第二掩膜层336图案化。第二掩膜层336例如由Ni形成，通过溅射法、真空蒸镀法、CVD法等形成。第二掩膜层336的厚度可以是任意，例如为20nm。
图25是加工蛾眼层的说明图，(a)表示完全除去抗蚀剂层的状态，(b)表示以第二掩膜层为掩膜蚀刻第一掩膜层的状态，(c)表示除去第二掩膜层的状态，(d)表示以第一掩膜层为掩膜蚀刻透射蛾眼面的状态，(e)表示除去第一掩膜层的状态。
如图25(a)所示，使用剥离液除去抗蚀剂层332。例如可以通过将抗蚀剂层332浸泡在剥离液中并且照射超声波仅规定时间除去。具体而言，作为剥离液例如可以使用二乙基甲酮。由此，在第一掩膜层330上形成将型版掩膜334的开口334a的图案反转了的第二掩膜层336的图案。
接着，如图25(b)所示，将第二掩膜层336作为掩膜进行第一掩膜层330的干式蚀刻。由此，在第一掩膜层330形成开口330a，并形成第一掩膜层330的图案。此时，作为蚀刻气体，使用蛾眼层222以及第一掩膜层330比第二掩膜层336更有耐性的气体。例如，在第一掩膜层330为SiO2、第二掩膜层336为Ni的情况下，当使用SF6等氟系气体时，则相对于SiO2，Ni蚀刻的选择比为100左右，因此，能够可靠地进行第一掩膜层330的图案化。
然后，如图25(c)所示，除去第一掩膜层330上的第二掩膜层336。第一掩膜层330为SiO2、第二掩膜层336为Ni的情况下，可以通过浸渍在用水稀释以1:1左右比例混合的盐酸以及硝酸中，或者通过利用氩气的干式蚀刻除去Ni。
接着，如图25(d)所示，将第一掩膜层330作为掩膜进行蛾眼层222的干式蚀刻。此时，蛾眼层222中仅除去了第一掩膜层330的部位暴露于蚀刻气体中，因此，能够在蛾眼层222上转印型版掩膜334的各开口334a的反转图案。此时，由于第一掩膜层330比蛾眼层222对蚀刻气体的耐性更大，因此，可以选择性地蚀刻没有被第一掩膜层330被覆的位置。之后，在蛾眼 层222的蚀刻深度达到所期望的深度时结束蚀刻。在此，作为蚀刻气体，例如可以使用Cl2等氯系气体、以及氟系气体。而且，由于氟系气体不可以蚀刻ITO，因此，在使用ITO作为电流扩散层221的情况下，不会出现超越蛾眼层222而使电流扩散层221被加工的情况。即，作为凹凸形成蛾眼层222所需的最小限度的厚度，即使蚀刻时电流扩散层221露出，也不会使电流扩散层221被蚀刻。
然后，如图25(e)所示，使用规定的剥离液除去残留在蛾眼层222上的第一掩膜层330。作为剥离液，例如在第一掩膜层330使用SiO2的情况下可以使用稀氢氟酸。此时，如果在p型GaN层218的焊盘电极223形成区域形成有由SiO2形成的掩膜，则该掩膜也能够一起除去。然后，在蛾眼层222上形成焊盘电极223。这样，在p侧电极227的表面形成凸部227i之后，利用切割分割成多个LED元件201，由此，来制造LED元件201。
如上所述构成的LED元件201中，从半导体层叠部219流向p侧电极227的电流，经由扩散电极层221使电流扩散后，向焊盘电极223流入电流。此时，扩散电极层221由于表面电阻低，因此，能够可靠地扩散电流。而且，由于焊盘电极223与电流扩散层221直接接触，因此，无需经由蛾眼层222，而能够使电流从电流扩散层221向焊盘电极223直接地流入。在此，由于焊盘电极223是比扩散电极层221相对于半导体层叠部219的附着力更高的材料，因此，焊盘电极223不会由于机械负荷等而从半导体层叠部219简单容易地剥离。
另一方面，入射到p侧电极227的光，通过扩散电极层221、蛾眼层222而射出到元件外部。在此，由于将消光系数高的扩散电极层221做成薄型，将消光系数低的蛾眼层222做成较厚，因此可以减小p侧电极227的光吸收。由此，能够提高LED元件201的光取出效率。另外，由于扩散电极层221和蛾眼层222折射率大体相同，因此，能够抑制在其界面的全反射。
另外，由于具备垂直化蛾眼面202a，因此，在蓝宝石衬底202和III族氮化物半导体层的界面以超过全反射临界角的角度入射的光可以形成相对于界面偏垂直。另外，因具备抑制菲涅耳反射的透射蛾眼面227g，所以在蓝宝石衬底202和元件外部的界面，可以顺利地向元件外部取出偏垂直的光。这样，可以质地提高光取出效率。
另外，可使从发光层214发出的光达到透射蛾眼面227g的距离极短，可 以抑制元件内部的光的吸收。LED元件中，超过界面的临界角的角度区域的光会向横方向传递，因此，存在会在元件内部吸收光的问题，但通过垂直化蛾眼面202a将超过临界角的角度区域的光形成偏垂直，可抑制偏垂直的光的透射蛾眼面227g的菲涅耳反射，因此，可以质地减少在元件内部吸收的光。
另外，通过将平坦部202b的比例设为41％以上，则能够不损害发光层214的结晶品质，而使半导体层叠部219变薄。另外，只要具有与目前的同等程度的半导体层叠部219的厚度，就能够提高发光层214的结晶品质，能够进一步提高光取出效率。
另外，使蓝宝石衬底202的表面具有以俯视时配置在假想的三角格子的交点的多个凸部202c，当使构成假想的三角格子的三角形不是正三角形时，则能够利用多种衍射模式取出光。尤其是，使构成假想的三角格子的三角形的一个边的长度为蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下、或者550nm以上且800nm以下时，则能够提高光取出效率。另外，使构成假想的三角格子的三角形为等腰三角形时，则能够规则地配置凸部202c，并且增加衍射模式。进而，通过将等腰三角形的等边设为蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下，将底边设为550nm以上且800nm以下，则能够利用不同性质的衍射模式取出光。
在此，本申请发明人发现，通过使用电介体多层膜224及金属层226的组合作为蓝宝石衬底202的背面的反射部，LED元件201的光取出效率显著增大。即，当为电介体多层膜224和金属层226的组合时，越接近与界面垂直的角度，反射率越高，对相对于界面偏垂直的光为有利的反射条件。
此外，在上述各实施方式，表示由周期性形成的凸部构成垂直化蛾眼面及透射蛾眼面的构造，但不用说也可以由周期性形成的凹部构成各蛾眼面。另外，表示透射蛾眼面仅形成在p侧电极的构造，但也可以进一步形成在n侧电极。另外，凸部或凹部除排列形成于三角格子的交点外，例如，也可以排列形成于假想的正方格子的交点。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述记载的实施方式并不是限定本发明请求的范围的内容。另外，请留意在实施方式中所说明的特征的组合的全部并不限定于是用于解决发明的课题的必须的手段。
产业上的可利用性
本发明的LED发光元件及其制造方法，可以使光取出效率进一步提高， 因此，在产业上有用。

Claims (23)

1.一种LED元件，具备：
包含发光层的半导体层叠部；
衍射面，其被从所述发光层发出的光入射，并以比该光的光学波长大且比该光的相干长度小的周期形成凸部，按照布拉格衍射条件以多种模式反射入射光，并且按照布拉格衍射条件以多种模式透射入射光；
反射面，其将由所述衍射面衍射的光反射并再次入射到所述衍射面，
所述半导体层叠部在所述凸部的周围无间隙地形成在所述衍射面上，
在所述衍射面，俯视时所述平坦部的比例为40％以上。
2.如权利要求1所述的LED元件，其中，
所述发光层发出蓝色光，
所述凸部俯视时配置在假想的三角格子或者四角格子的交点，
构成所述假想的三角格子或者四角格子的三角形或者四边形不是正多边形，其各边的长度比所述蓝色光的光学波长的2倍大且比相干长度小。
3.如权利要求2所述的LED元件，其中，
所述凸部配置在假想的三角格子的交点，
构成所述假想的三角格子的三角形的一个边的长度为所述蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下、或者550nm以上且800nm以下。
4.如权利要求3所述的LED元件，其中，
构成所述假想的三角格子的三角形为等腰三角形。
5.如权利要求4所述的LED元件，其中，
所述等腰三角形的等边和底边的其中一方的长度为所述蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下，另一方的长度为550nm以上且800nm以下。
6.如权利要求5所述的LED元件，其中，
所述蓝宝石衬底的表面形成为所述凸部以比所述蓝色光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期配置的垂直化蛾眼面，
所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝 宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向，
具有对透射所述垂直化蛾眼面的光进行反射的反射部，
具备透射蛾眼面，该透射蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部，
通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光，在通过所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。
7.如权利要求6所述的LED元件，其中，
所述反射部越接近于与所述界面垂直的角度，其反射率越高。
8.如权利要求7所述的LED元件，其中，
具备形成于所述半导体层叠部上的电极，
所述电极具有：形成于所述半导体层叠部上的扩散电极层；蛾眼层，该蛾眼层形成在所述扩散电极层上，表面形成具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部的所述透射蛾眼面，
所述蛾眼层由对于从所述发光层发出的光，消光系数比构成所述扩散电极层的材料小且折射率与构成所述扩散电极层的材料大体相同的材料构成。
9.如权利要求8所述的LED元件，其中，
所述扩散电极层由ITO构成，
所述蛾眼层由ZrO2构成。
10.一种LED元件的制造方法，制造权利要求9所述的LED元件，包含：
在蓝宝石衬底的表面上形成掩模层的掩模层形成工序；
在所述掩模层上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成工序；
在所述抗蚀剂膜形成规定的图案的图案形成工序；
以所述抗蚀剂膜为掩膜进行所述掩膜层的蚀刻的掩膜层的蚀刻工序；
以被蚀刻的所述掩模层为掩模，进行所述蓝宝石衬底的蚀刻而形成所述凸部的衬底的蚀刻工序；
在被蚀刻的所述蓝宝石衬底的表面上形成所述半导体层叠部的半导体 形成工序。
11.如权利要求10所述的LED元件的制造方法，其中，
所述掩膜层包含金属掩膜，并通过该金属掩膜的厚度来控制凸部的基端部的大小。
12.一种LED元件的制造方法，制造权利要求1所述的LED元件，包含：
在蓝宝石衬底的表面上形成掩模层的掩模层形成工序；
在所述掩模层上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成工序；
在所述抗蚀剂膜形成规定的图案的图案形成工序；
以所述抗蚀剂膜为掩膜进行所述掩膜层的蚀刻的掩膜层的蚀刻工序；
以被蚀刻的所述掩模层为掩模，进行所述蓝宝石衬底的蚀刻而形成所述凸部的衬底的蚀刻工序；
在被蚀刻的所述蓝宝石衬底的表面上形成所述半导体层叠部的半导体形成工序。
13.如权利要求12所述的LED元件的制造方法，其中，
所述掩膜层包含金属掩膜，并通过该金属掩膜的厚度来控制凸部的基端部的大小。
14.一种LED元件，具备：
蓝宝石衬底；
形成于所述蓝宝石衬底的表面上并包含发出蓝色光的发光层的半导体层叠部，
所述蓝宝石衬底的表面具有俯视时配置在假想的三角格子或者四角格子的交点的多个凹部或凸部，
构成所述假想的三角格子或者四角格子的三角形或者四边形不是正多边形，其各边的长度比所述蓝色光的光学波长的2倍大且比相干长度小。
15.如权利要求14所述的LED元件，其中，
所述凹部或者凸部配置在假想的三角格子的交点，
构成所述假想的三角格子的三角形的一个边的长度为所述蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下、或者550nm以上且800nm以下。
16.如权利要求15所述的LED元件，其中，
构成所述假想的三角格子的三角形为等腰三角形。
17.如权利要求16所述的LED元件，其中，
所述等腰三角形的等边和底边的其中一方的长度为所述蓝色光的光学波长的2倍以上且460nm以下、另一方的长度为550nm以上且800nm以下。
18.如权利要求14～17的任意一项所述的LED元件，其中，
所述蓝宝石衬底的表面形成为所述凹部或者凸部以比所述蓝色光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期配置的垂直化蛾眼面，
所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向，
具有对透射所述垂直化蛾眼面的光进行反射的反射部，
具备透射蛾眼面，该透射蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部，
通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光，在通过所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。
19.如权利要求18所述的LED元件，其中，
所述反射部越接近于与所述界面垂直的角度，其反射率越高。
20.一种LED元件，具备，
衬底；
形成于所述衬底的表面上的包含发光层的半导体层叠部；
形成于所述衬底的背面上的反射部；
形成于所述半导体层叠部上的电极，
所述电极具有：形成于所述半导体层叠部上的扩散电极层；蛾眼层，该蛾眼层形成在所述扩散电极层上，表面形成具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍小的周期的凹部或凸部的透射蛾眼面，
所述蛾眼层由对于从所述发光层发出的光，消光系数比构成所述扩散电 极层的材料小且折射率与构成所述扩散电极层的材料大体相同的材料构成。
21.如权利要求20所述的LED元件，其中，
所述扩散电极层由ITO构成，
所述蛾眼层由ZrO2构成。
22.如权利要求20或者21所述的LED元件，其中，
所述衬底由蓝宝石形成，
所述蓝宝石衬底的表面形成垂直化蛾眼面，该垂直化蛾眼面具有比从所述发光层发出的光的光学波长的2倍大且比相干长度小的周期的多个凹部或凸部，
所述垂直化蛾眼面构成为，反射及透射从所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述半导体层叠部侧从该垂直化蛾眼面通过反射射出的光的强度分布偏向与所述半导体层叠部和所述蓝宝石衬底的界面垂直的方向，并且，在超过临界角的角度区域，与在所述半导体层叠部侧向该垂直化蛾眼面入射的光的强度分布相比，在所述蓝宝石衬底侧从该垂直化蛾眼面通过透射射出的光的强度分布偏向与所述界面垂直的方向，
通过所述垂直化蛾眼面的反射及透射，以偏向与所述界面垂直的方向的方式调整了强度分布的光，在通过所述透射蛾眼面抑制菲涅耳反射的状态下向元件外部射出。
23.如权利要求22所述的LED元件，其中，
所述反射部越接近于与所述界面垂直的角度，其反射率越高。
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