基板及其制造方法、發光元件及其制造方法、以及具有該基板或發光元件的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基板及其制造方法、發光元件及其制造方法、以及具有該基板或發光元件的裝置。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LED:LightEmitting D1de)為利用化合物半導體的特性將電能轉換成光能的一種EL(Electro Luminescence)元件，目前利用3_5族化合物半導體的發光二極管被實用化。該3-5族化合物半導體為直接躍迀型半導體，相比使用其他半導體的元件，可在高溫下進行穩定的動作。并且，3-5族化合物半導體因能量轉換效率良好、且壽命長，而較多使用于各種照明裝置或燈飾、電子設備等中。
[0003]這種LED發光元件(以下，適當標記為“發光元件”)形成于藍寶石(Al2O3)基板的表面上，該結構的示意圖示于圖17(例如，參考專利文獻I的圖3)。由圖17可知，在現有的發光元件100中，在藍寶石基板101的表面上經由由GaN系半導體材料構成的低溫成長緩沖層(未圖示)而形成有η型GaN接觸層(n-GaN層)102。在n-GaN層102形成有η型電極。在該n-GaN層102上形成有η型AlGaN包層(未圖示。根據情況省略)、InGaN發光層(活性層)103、p型AlGaN包層104，而在其上形成P型GaN接觸層105。并且，在P型GaN接觸層105上形成有作為P型電極的ITO(氧化銦錫)透明電極106及金屬電極。InGaN發光層103采用由InGaN阱層與InGaN(GaN)勢皇層構成的多量子講結構(MQW:MultipIe Quantum Well)。另外，在n_GaN層102上的未形成有InGaN發光層103的部位形成有η型電極層107。
[0004]以發光元件100的InGaN發光層103發出的光由P型電極和/或藍寶石基板101提取，為了提高其光提取效率，主要的課題是減少錯位。然而，成長于藍寶石基板101上的GaN層中，會在藍寶石的光柵常數與GaN的光柵常數之間產生光柵常數差，這種光柵常數差，在GaN結晶中產生作為高密度的非發光再鍵合中心而動作的貫通錯位。因該貫通錯位導致光的輸出(外部量子效率)以及耐久壽命減少，同時還造成漏電流的増加。
[0005]并且，在藍色區域的波長中，GaN的折射率為約2.4，藍寶石的折射率為約1.8，空氣的折射率為1.0，在GaN與藍寶石之間將會產生約0.6的折射率差，在GaN與空氣之間會產生約1.4的折射率差。由于該折射率差的產生，InGaN發光層103發出的光線在P型電極或GaN與空氣的界面或藍寶石基板101之間反覆進行全反射。光線因該全反射而被封閉在InGaN發光層103，在傳播InGaN發光層103中的期間被自動吸收、或是被電極等吸收，最終會轉換成熱。即，為了限制折射率差而引起的全反射，會產生發光元件的光提取效率大幅降低的現象。
[0006]為了提高光提取效率，公開有例如在藍寶石基板面上形成凹凸圖案，再于該凹凸圖案上形成上述各GaN層102至105或是電極的發光元件。作為凹凸圖案的形成方法，則有將藍寶石基板表面進行蝕刻加工的方法。并且，作為更加提高凹凸圖案的制造效率的發光元件，公開有一種將折射率小于GaN的Si02、Zr02、Ti02等電介質構成的凹凸圖案，形成在平坦的藍寶石基板的表面上的發光元件(例如，參考專利文獻I的圖1)。
[0007]在如圖18所示，專利文獻I所公開的發光元件108中，在藍寶石基板101表面上形成有以電介質構成的凸部109的圖案。如此，通過在藍寶石基板101表面形成凸部109的圖案，可在InGaN發光層103下方形成凹凸狀的折射率界面。從而，可將在InGaN發光層103，且橫向傳播、且被吸收于發光元件108內部的局部光線，通過凸部109的光散射效果而提取至藍寶石基板101及InGaN發光層103的外部，可提高光提取效率。并且，無需對藍寶石基板101的表面進行蝕刻加工，便可提高發光元件108的發光效率，同時也可實現FACEL0(Facet-Controlled Epitaxial Lateral Overgrowth)的成長模式，得到已減少錯位密度的GaN系發光元件。
[0008]以往技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本專利公開2009-54898號公報
[0011]發明的概要
[0012]發明要解決的技術課題
[0013]然而，在專利文獻I中，在凸部109的圖案形成方面采用一般的光刻蝕技術。從而，在形成凸部109時，除了成為凸部109的基質的S12膜以外，另外還必需將光阻膜形成在S12膜上，之后經由掩模而對光阻膜進行圖案形成，將圖案化的光阻膜作為新的掩模，將S12膜通過蝕刻而進行圖案形成。因此，必須要進行光阻膜的成膜工序或曝光、顯影工序、以及S12膜的蝕刻工序，因此工序數量增加，且伴隨工序數量的增加也引起成本價格的高漲。
[0014]并且，當以光刻蝕技術與蝕刻加工形成凸部109的情況下，則必需要經過曝光、顯影的工序。從而，可形成的凸部109的剖面形狀限定于梯形型，造成可形成的凸部形狀的自由度變低。因此，通過光刻蝕技術與蝕刻加工將難以實現光提取效率提高，并難以制作可縮短覆蓋凸部的GaN層的成長時間的剖面形狀的凸部。
[0015]并且，即便是將圖案形成的S12膜作為新的掩模，利用蝕刻加工在藍寶石基板表面進行圖案形成，也仍然在制造工序的途中需要光阻膜。從而，造成工序數量的增加，以及伴隨工序數量的增加引起成本價格的高漲。
[0016]本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種基板及其制造方法、發光元件及其制造方法、以及具有該基板或發光元件的裝置，該基板在表面上具有所希望的圖案，即使無光阻膜仍可形成圖案，從而可實現伴隨工序數量的消減以及工序數量的消減的低成本化。
[0017]用于解決技術課題的手段
[0018]上述課題通過以下的本發明而達成。即，
[0019](I)本發明的基板的制造方法的特征在于，準備平坦的基板，
[0020]在所述基板面上形成含有感光劑的電介質，
[0021]圖案形成所述電介質，將所希望的圖案的所述電介質形成于所述基板面上
[0022](2)本發明的基板的制造方法的一實施方式在圖案形成所述電介質后將所述電介質進行退火，優選于所述基板面上形成所希望的所述圖案的所述電介質。
[0023]并且，基板的制造方法的另一實施方式，優選在圖案形成所述電介質后，在所述退火前對所述電介質進行后烘烤。
[0024](3)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選在100 0C以上且400 °C以下的溫度范圍進行所述后烘烤。
[0025](4)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選在600°C以上且1700°C以下的溫度范圍進行所述退火。
[0026](5)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選所述電介質為硅氧烷樹脂組成物、含有氧化鈦的硅氧烷樹脂組成物、含有氧化鋯的硅氧烷樹脂組成物中的任一種。
[0027](6)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選通過將所述電介質涂布于所述基板面上，將所述電介質形成在所述基板面上，
[0028]接著，將在所述基板面上形成所述電介質的所述基板進行預烘烤，
[0029]接著，使用掩模，將所述電介質曝光成所希望的所述圖案，
[0030]接著，對曝光的所述電介質進行顯影，
[0031]對所述電介質進行所述退火，在所述基板面上形成所希望的所述圖案的所述電介質。
[0032](7)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選用所希望的所述圖案，將所述電介質直接圖案形成在所述基板面上，
[0033]接著，將在所述基板面上形成所述電介質的所述基板進行預烘烤，
[0034]接著，將所述電介質進行曝光，
[0035]在所述電介質進行所述退火，在所述基板面上形成所希望的所述圖案的所述電介質。
[0036](8)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式，優選為通過將所述電介質涂布于所述基板面上，從將所述電介質形成在所述基板面上，
[0037]接著，將模型按壓至所述電介質，使所述電介質固化，
[0038]將所述電介質進行所述退火，于所述基板面上形成所希望的所述圖案的所述電介質。
[0039](9)并且，本發明的基板的制造方法的另一實施方式的特征在于，準備所述的基板，
[0040]將所述圖案作為掩模圖案，蝕刻處理所述基板的表面，在所述基板的表面形成所希望的所述圖案。
[0041](10)并且，本發明的發光元件的制造方法，其特征在于:準備所述的基板，
[0042]在所述凸部及所述基板上，形成GaN層、AlN層、InN層中的至少一層，
[0043]制造發光元件。
[0044](11)并且，本發明的基板的特征在于，在平坦的基板面上具有由島狀的凸部構成的圖案，所述凸部由電介質構成。另外，該基板可包含于光源或顯示器、以及太陽能電池。
[0045](12)并且，本發明的基板的一實施方式，優選所述凸部的至少一部分為曲面狀(具有曲面狀)。
[0046](13)并且，本發明的基板的另一實施方式，優選構成所述凸部的電介質以Si02、Ti02、ZrC>2中任一種作為主要成分。
[0047](14)并且，本發明的基板的另一實施方式，優選所述凸部整體為曲面，且具有頂部及側部并無區別且不存在平坦面的曲面形狀。
[0048](15)并且，本發明的基板的另一實施方式，優選為所述凸部為半球形。
[0049](16)并且，本發明的基板的另一實施方式，優選所述凸部的平面形狀為圓形或橢圓形。
[0050](17)并且，本發明的基板的特征在于，在所述基板的表面具有所希望的所述圖案。
[0051](18)并且，本發明的發光元件的特征在于，包含形成于所述凸部及所述基板上的GaN層、AlN層、InN層中至少一層。
[0052]另外，該發光元件優選可包含于光源或顯示器。
[0053]發明效果
[0054]根據所述(I)、(9)、(11)(17)中任一項的發明，通過圖案形成含有感光劑的電介質，由此在基板面上能夠形成由凸部構成的所希望的圖案，因此，無需成膜光阻膜，也能夠在基板面上形成圖案。從而實現伴隨工序數量的消減與工序的簡易化，以及工序數量的消減的基板的低成本化。并且，由此所得到的基板可適用于光源、顯示器、基板等。
[0055]并且，根據所述(2)的發明，通過對在形成所希望的圖案后的電介質實施退火處理，從而無需成膜光阻膜且在基板面上，將所希望的圖案成形為任意的側面形狀。并且，通過退火而去除感光劑的成分，可防止有機成分混入至GaN層等的發光元件中。
[0056]并且，根據所述(3)的發明，通過在100°C以上且400°C以下的溫度范圍進行后烘烤，可提高電介質的流動性，因此，可將電介質圖案的整體、或是頂部/側部的一部分圓化成形為曲面狀，且可以提高發光元件的光提取效率。并且，若剖面形狀與梯形形狀或是矩形形狀的凸部進行比較，則成形為曲面狀凸部在GaN層等成膜