CN103748699B - 光学用基材以及半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有通过减少导体层中的错位缺陷数改善内量子效率IQE、并提高LED的发光效率的微细结构体的光学用基材。光学用基材（1）具有微细结构层（12），所述微细结构层（12）包含由从基材（11）主面向面外方向延伸的多个凸部（13）构成的点，微细结构层（12）在基材（11）主面内的第一方向上具有多个点构成以间距Py排列而成的多个点列（13‑1～13‑N），在基材（11）主面内的与第一方向正交的第二方向上具有多个点以间距Px排列而成的多个点列，间距Py以及间距Px中的任意一方为纳米尺度的固定间隔，另一方为纳米尺度的不固定间隔，或者两者均为纳米尺度的不固定间隔。

Description

光学用基材以及半导体发光元件
技术领域
本发明涉及光学用基材以及半导体发光元件。更详细地来说，涉及在表面形成有微细结构的光学用基材以及使用了该光学用基材的半导体发光元件、和能够适用于它们的纳米压印模具以及用于制作它们的曝光装置。
背景技术
以蓝色LED为代表的GaN系半导体元件是在单晶基板上通过外延生长层压n层、发光层和p层而被制造的，一般使用蓝宝石单晶基板、SiC单晶基板作为基板。但是，例如由于在蓝宝石晶体和GaN系半导体晶体之间存在晶格失配，则由于该晶格失配会产生错位（例如，参照非专利文献1）。该错位密度达到1×109个/cm2。由于该错位，在LED内部的内量子效率下降，其结果是，LED的发光效率会下降。
又，由于GaN系半导体层的折射率比蓝宝石基材要大，因此在半导体发光层内产生的光不会以临界角以上的角度从半导体发光层与蓝宝石基材的界面出射，而是变成导光模式并衰减，结果具有外量子效率降低的问题。又，作为单晶基板，在使用折射率远大于空气层的SiC基板的情况下，不会以临界角以上的角度从SiC基板与空气层的界面出光。因此，与使用蓝宝石基板的情况一样，在半导体发光层内产生的发出光变成导波模式并衰减，存在外量子效率降低的问题。
因此，提出了在基板上设置使半导体不产生缺陷的凹凸，改变在半导体层中的光的导波方向从而提高外量子效率的技术（例如，参照专利文献1）。
又，提出有将设置在基板上的凹凸结构的大小设定为纳米尺寸，随机配置凹凸结构的图案的蓝宝石基材的技术（例如，参照专利文献2）。另外，报道称，如果设置在基板上的图案尺寸是纳米尺寸的话，则相比于微小尺寸的图案基板，LED的发光效率就得到提高（例如，参照非专利文献2）。还提出有在p型半导体层的上表面设置凹凸结构，减少其与透明导电膜的接触电阻的GaN系半导体元件（例如，参照专利文献3）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-318441号公报
专利文献2：日本特开2007-294972号公报
专利文献3：日本特开2005-259970号公报
非专利文献
非专利文献1：IEEE photo.Tech.Lett.,20,13（2008）
非专利文献2：J.Appl.Phys.,103,014314（2008）
发明内容
发明要解决的课题
作为决定表示LED发光效率的外量子效率EQE（External Quantum Efficiency）的主要因素，列举有电子注入效率EIE（Electron Injection Efficiency）、内量子效率IQE（Internal Quantum Efficiency）以及光提取效率LEE（Light Extraction Efficiency）。其中，内量子效率IQE仰赖于以GaN系半导体晶体的晶体失配为原因的错位密度。利用由设置在基板上的凹凸结构导致的光散射，GaN系半导体晶体层内部的导波模式被消除，由此，光提取效率LEE得到改善。进一步地，通过降低p型半导体层与由ITO、ZnO、In2O3、SnO2等氧化物构成的透明导电膜的界面电阻，改善电子注入效率EIE。特别是，由于ITO等透明导电材料是n型导电体，因此很容易在该透明导电材料与p型半导体层的界面形成肖特基势垒，由此欧姆性降低，接触电阻容易增加。因此，通过在透明导电材料与p型半导体层的界面上形成凹凸结构，增加接触面积，提高欧姆接触来进行改善。
也就是说，作为半导体发光元件中的凹凸结构的作用（效果），列举有：（1）通过减少半导体晶体内的错位改善内量子效率IQE，（2）通过消除导波模式改善光提取效率LEE，（3）通过提高欧姆接触改善电子注入效率EIE。
但是，采用专利文献1中记载的技术，虽然能够根据（2）的效果改善光提取效率LEE，但是（1）的减少错位的效果就很小。能够通过在基材表面设置凹凸减少错位缺陷的理由是，由于凹凸的存在，GaN系半导体层的CVD生长模式被打乱，伴随着层生长的错位缺陷对冲抵消。因此，只要仅存在与缺陷数相当的凹凸就能有效减少缺陷，但是如果凹凸数比缺陷数少的话，错位减少的效果就有限了。例如，错位密度为1×109个/cm2换算为纳米尺度的话相当于10个/μm2，错位密度为1×108个/cm2相当于1个/μm2。如果在5μm×5μm（□5μm）内设置2个左右的凹凸的话，则凹凸图案密度就是0.08×108个/cm2，如果在500nm×500nm（□500nm）内设置2个左右的凹凸的话，则凹凸图案密度就是8×108个/cm2。这样一来，如果将凹凸的尺寸设定为纳米尺度的间距的话，就能非常有效地减少错位密度。
但是，如果凹凸图案密度很细致的话，则相对于光的散射效果就会减小，（2）的导波模式解除的效果也会减小。LED的发光波长在可见光区域，特别是白色LED使用的GaN系LED的发光波长为450～500nm。为了得到充分的光散射效果，凹凸图案优选为波长的2～20倍左右，纳米尺度的话效果较小。
又，采用专利文献3中记载的技术的话，需要将图案形状的间距以及深度设定成纳米尺度，利用形成的图案进行的光提取效率改善不充分。这是因为，需要根据其吸收系数的大小将p型半导体层的厚度设定为数百nm左右，于是必然与图案的大小同等尺度。另一方面，LED的发光波长在可见光范围内（450nm～750nm），采用与波长同规格的图案的话，存在其光提取效率会降低的问题。
这样一来，采用现有技术的话，关于对LED发光效率的三个效果（1）通过减少半导体晶体内的错位改善内量子效率IQE，（2）利用光散射消除导波模式从而改善光提取效率LEE，（3）通过提高欧姆接触改善电子注入效率EIE，在半导体发光元件的凹凸结构的作用中，对于凹凸间距的大小，（1）以及（3）与（2）为折衷选择的关系，未必是最优的结构。也就是说，在现有的微细结构体中，存在无法充分提高LED的发光效率这一问题。
本发明鉴于以上几点，其目的在于，提供一种具有通过微细结构体的光学用基材以及使用了该光学用基材的半导体发光元件，该微细结构体通过减少半导体层中的错位缺陷数改善内量子效率IQE，通过利用光散射解除导波模式并提高光提取效率LEE，来提高LED的发光效率，或者通过提高p型半导体层的欧姆接触并提高电子注入效率EIE，来提高LED的发光效率。
用于解决课题的手段
本发明的光学用基材的特征在于，具有微细结构层，所述微细结构层包含由从基材主面向面外方向延伸的多个凸部或凹部构成的点，所述微细结构层在所述基材主面内的第一方向上，构成所述多个点构成以间距Py排列的多个点列，另一方面，在所述基材主面内的与所述第一方向正交的第二方向上，构成所述多个点列以间距Px排列的多个点列，所述间距Py以及所述间距Px中的任意一方为纳米尺度的固定间隔，另一方为纳米尺度的不固定间隔，或者两者均为纳米尺度的不固定间隔。
在本发明的光学用基材中，所述纳米尺度的不固定间隔优选为变动幅度δ。
本发明的光学用基材优选为：为不固定间隔的所述间距Py等同于各点的中心之间的距离，为不固定间隔的所述间距Px等同于所述多个点以所述间距Py排列而成的多个点列之间的距离，且所述间距Py以及所述间距Px比各点的直径要大，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pyn满足下式（1）的关系，且在所述第一方向上，以所述间距Py1～Pyn构成的点组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pxn满足下式（2）的关系，且在所述第二方向上，以所述间距Px1～Pxn构成的点列组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，
Py1＜Py2＜Py3＜…＜Pya＞…＞Pyn （1）
Px1＜Px2＜Px3＜…＜Pxa＞…＞Pxn （2）。
又，本发明的光学用基材优选为：为不固定间隔的所述间隔Py等同于各点的中心之间的距离，为不固定间隔的所述间距Px等同于所述多个点以所述间距Py排列而成的多个点列之间的距离，且所述间距Py以及所述间距Px比各点的直径要大，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pyn满足上面式（1）的关系，且构成为在所述第一方向上，以所述间距Py1～Pyn构成的点组以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，并且，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pxn满足上面式（2）的关系，且构成为在所述第二方向上，以所述间距Px1～Pxn构成的点列组以长周期单位Lxz重复排列，其中3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1。
又，本发明的光学用基材优选为：所述点的各自的直径对应于间距Py和/或间距Px而增减，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dyn满足下式（3）的关系，且在所述第一方向上，以所述点直径Dy1～Dyn构成的点组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dxn满足下式（4）的关系，且在所述第二方向上，以所述点直径Dx1～Dxn构成的点组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，
Dy1＜Dy2＜Dy3＜…＜Dya＞…＞Dyn （3）
Dx1＜Dx2＜Dx3＜…＜Dxa＞…＞Dxn （4）。
又，本发明的光学用基材优选为：所述点的各自的直径对应于间距Py和/或间距Px而增减，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dyn满足上面式（3）的关系，且在所述第一方向上，以所述点直径Dy1～Dyn构成的点组以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dxn满足上面式（4）的关系，且在所述第二方向上，以所述点直径Dx1～Dxn构成的点组以长周期单位Lxz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1。
又，本发明的光学用基材优选为：所述点的各自的高度对应于间距Py和/或间距Px而增减，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hyn满足下式（5）的关系，且在所述第一方向上，以所述点高度Hy1～Hyn构成的点组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hxn满足下式（6）的关系，且在所述第二方向上，以所述点高度Hx1～Hxn构成的点组被排列至少一个以上，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，
Hy1＜Hy2＜Hy3＜…＜Hya＞…＞Hyn （5）
Hx1＜Hx2＜Hx3＜…＜Hxa＞…＞Hxn （6）。
又，本发明的光学用基材优选为：所述点的各自的高度对应于间距Py和/或间距Px而增减，在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hyn满足上面式（5）的关系，且在所述第一方向上，以所述点高度Hy1～Hyn构成的点以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1，并且，在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hxn满足上面式（6）的关系，且在所述第二方向上，以所述点高度Hx1～Hxn构成的点组以长周期单位Lxz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n=m-1。
又，本发明的光学用基材的特征在于，具有微细结构层，所述微细结构层包含由从基材主面向面外方向延伸的多个凸部或凹部构成的多个点，所述微细结构层在所述基材主面内的第一方向上，构成所述多个点以固定间隔的纳米尺度的间距Py排列而成的点列，且在与所述第一方向正交的第二方向上以固定间隔的纳米尺度的间距Px并列设置这些点列，相邻的第一点列以及第二点列之间的在所述第一方向上的偏移量α1和所述第二点列以及相邻于所述第二点列的第三点列之间的在所述第一方向上的偏移量α2相互不同。
在该情况下优选为：所述偏移量α1和所述偏移量α2的差分不固定。
上述的本发明的光学用基材优选为，所述间距Py以及所述间距Px分别在100nm以上、1000nm以下。
又，本发明的半导体发光元件的特征在于，至少包含前述的本发明的光学用基材的一个以上的结构。
本发明的压印用模具是用于通过转印赋形制造前述的本发明的光学用基材的压印用模具，该压印用模具的特征在于，具有与在该光学基材主面上配置的点嵌合的形状。
本发明的曝光装置用激光对被抗蚀层覆盖的辊状构件的表面进行脉冲曝光，在所述抗蚀层形成由多个曝光部构成的曝光图案，该曝光图案是与配置在转印用模具表面的点图案对应的点图案，所述转印用模具用于通过转印赋形制造前述的本发明的光学用基材，所述曝光装置具有：使所述辊状构件围绕中心轴旋转的旋转控制部；照射所述激光的加工头部；使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向移动的轴方向移动单元；以及曝光控制部，所述曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号基于与所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号而被位相调制。
本发明的曝光装置优选为：具有使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向以周期性变化的速度移动的所述轴方向移动单元，和/或所述曝光控制部，所述曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号是基于和所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号进行控制的。
本发明的曝光装置优选为：沿着所述辊状构件的圆周形成的所述曝光图案的长度以及间隔中的至少一方，相对于所述脉冲信号，是用多个脉冲长度来控制的。
本发明的曝光装置优选为：沿着所述辊状构件的圆周形成的所述曝光图案的间隔以及尺寸在50nm以上1μm以下。
本发明的曝光装置优选为：覆盖所述辊状构件的表面的所述抗蚀层由热反应型抗蚀剂构成。
本发明的曝光装置优选为：所述激光的波长在550nm以下。
本发明的曝光装置优选为：所述激光被物镜聚焦，该激光被自动对焦以使得所述辊状构件的表面存在于其焦点深度内。
本发明的曝光装置优选为：用于所述加工头部的激光器为半导体激光器。
本发明的曝光装置优选为：用于所述加工头部的激光器为XeF、XeCL、KrF、ArF、F2准分子激光器中的任意一种。
本发明的曝光装置优选为：用于所述加工头部的激光为Nd:YAG激光器的二倍频、三倍频、四倍频中的任意一种。
发明效果
根据本发明，利用光学用基材以及半导体发光元件具有的微细结构层，能够通过减少半导体层中的错位缺陷数改善内量子效率IQE，或者通过提高p型半导体层的欧姆接触并改善电子注入效率EIE，并且利用光散射解除导波模式并提高光提取效率LEE，来提高LED的发光效率。
附图说明
图1是适用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的剖面示意图。
图2是适用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的剖面示意图。
图3是适用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的剖面示意图。
图4是示出第一实施形态涉及的光学用基材的一例的立体示意图。
图5是示出第一实施形态涉及的光学用基材的另一例的立体示意图。
图6是第一实施形态涉及的光学用基材的平面示意图。
图7是第一实施形态涉及的光学用基材的平均间距的概念图。
图8是第一实施形态涉及的光学用基材的平面示意图。
图9是示出从X轴方向观察第一实施形态涉及的光学用基材时的多个点的配置的示意图。
图10是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图11是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的第二方向上的点的配置例的示意图。
图12是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图13是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图14是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图15是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图16是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图17是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的多个点的配置的一例的示意图。
图18是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的第二方向上的具有不同点直径的点的配置例的示意图。
图19是示出第一实施形态涉及的光学用基材中的第二方向上的具有不同点高度的点的配置例的示意图。
图20是第二实施形态涉及的光学用基材的平面示意图。
图21是本发明的实施形态涉及的曝光装置的概略结构图。
图22是对将本实施形态涉及的曝光装置的主轴电动机的Z相信号作为基准信号，设定基准脉冲信号和调制脉冲信号的一例进行说明的说明图。
图23是对根据本实施形态涉及的曝光装置的基准脉冲信号与调制脉冲信号，设定相位调制脉冲信号的一例进行说明的说明图。
图24是对本实施形态涉及的曝光装置中的照射激光的加工头部的移动速度的一例进行说明的说明图。
图25是本实施形态涉及的光学用基材的实施例的凹凸结构的电子显微镜照片。
图26是本实施形态涉及的光学用基材的实施例的凹凸结构的电子显微镜照片。
具体实施方式
以下对本发明实施形态进行具体说明。
本实施形态涉及的光学用基材的特征在于，其具有微细结构层，所述微细结构层包含由从基材主面向面外方向延伸的多个凸部或者凹部构成的点，所述微细结构层在所述基材主面内的第一方向上，构成由所述多个点以间距Py排列而成的多个点列，另一方面，在所述基材主面内的与所述第一方向正交的第二方向上，构成由所述多个点列以间距Px排列而成的多个点列，所述间距Py以及所述间距Px中的任意一个为纳米尺度的固定间隔，另一个为纳米尺度的不固定间隔，或者两个都是纳米尺度的不固定间隔。
根据该结构，通过在光学用基材表面设置纳米尺度的凹凸结构，在将半导体层设置于光学用基材表面时，半导体层的CVD生长模式就被打乱，伴随着相生长的错位缺陷会对冲抵消，能够产生减少错位缺陷的效果。通过减少半导体晶体内的错位缺陷，就能够提高半导体发光元件的内量子效率IQE。
又，通过在具有层压了至少两层以上的半导体层和发光层而构成的层压半导体层的半导体发光元件的最表面设置具有纳米尺度的凹凸的光学用基材，能够增大与在其表面构成的透明导电膜或者电极板的接触面积，减少接触电阻。
进一步地，由于间距Py和间距Px双方或者任意一方为不固定间隔，因此设置在光学用基材表面的凹凸的纳米尺度上的周期性杂乱，相对于来自半导体层中的发光，能够强烈地体现光散射性。利用该光散射性，能够解除导波模式，提高光提取效率LEE。
在间距Py以及间距Px中的任意一个为固定间隔，另一个为不固定间隔的情况下，相比于间距Py以及间距Px都是不固定间隔的情况，纳米尺度的凹凸间隔较小。由此，周期性杂乱引起的光散射效果降低，但是能够进一步提高由CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果，或者与透明导电膜或者电极板的接触面积增大，能进一步提高接触电阻的减少效果。
另一方面，在间距Py以及间距Px均为不固定间隔的情况下，CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果或接触电阻的减少效果降低，但是能够进一步提高周期性的杂乱引起的光散射效果。
是将间距Py和间距Px双方都设定为不固定间隔，还是将间距Py和间距Px中的任意一个设定为不固定间隔，能够根据光学用基材的表面状态、目的进行多种选择，选择最优的结构。例如，在错位缺陷和光散射效果的选择中，在错位缺陷较难产生的光学用基材、CVD装置或者CVD条件的情况下，为了提高光散射效果，采用将间距Py和间距Px双方都设定为不固定间隔的结构。另外，在错位缺陷易产生较多的光学用基材、CVD装置或者CVD装置条件的情况下，为了提高错位缺陷的减少效果，采用将间距Py和间距Px中的任意一方设定为不固定间隔的结构即可。
又，在接触电阻和光散射效果的选择中，能够根据透明导电膜或电极板和最表层半导体层的生成条件、种类进行多种选择，选择最优的结构。例如，在欧姆特性较强的p型半导体层和透明导电膜的组合的情况下，为了提高光散射效果，只要采用将间距Px和间距Py双方都设定为不固定间隔的结构即可。又，相反地，在欧姆特性不强的情况下，为了提高由接触面积增大造成的接触电阻的减少效果，只要采用将间距Py或者间距Px中的任意一个设定为不固定间隔的结构即可。
下面，对本实施形态涉及的光学用基材进行详细说明。光学用基材是指与半导体发光元件相邻的基材，是与由至少一层以上的n型半导体层和至少一层以上的p型半导体层以及一层以上的发光层构成的半导体发光元件的n型半导体层、发光半导体层以及p型半导体层中的任意一个相邻的基材。
例如，图1是应用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的剖面示意图。如图1所示，在半导体发光元件100中，在设置于光学用基材101的一个主面上的微细结构层102上，依次层叠有n型半导体层103、发光半导体层104以及p型半导体层105。另外，在p型半导体层105上形成有透明导电膜106。又，n型半导体层103的表面形成有阴极电极107，在透明导电膜106的表面形成有阳极电极108。另外，将在光学用基材101上依次层叠的n型半导体层103、发光半导体层104以及p型半导体层105称为层叠半导体层110。
另外，在图1中，在设置于光学用基材101的一个主面上的微细结构层102上依次层叠有半导体层103、104和105，但是也可以在光学用基材101的与设置有微细结构层102的面相对的另一主面上依次层叠半导体层。
图2是应用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的另一例的剖面示意图。如图2所示，在半导体发光元件200中，在光学用基材201上依次层叠有n型半导体层202、发光半导体层203以及p型半导体层204。又，在p型半导体层204上设置有作为本实施形态的光学用基材的透明导电膜206，在该透明导电膜206的与p型半导体层204接触的一个主面上具有微细结构层205。又，在n型半导体层202的表面形成有阴极电极207，在透明导电膜206的表面形成有阳极电极208。
在图2中，透明导电膜206的设置有微细结构层205的主面与p型半导体层204相邻，但是也可以在与p型半导体层204相对的主面上设置微细结构层205。
图3是应用了本实施形态的光学用基材的半导体发光元件的另一例的剖面示意图。如图3所示，在半导体发光元件300中，在光学用基材301上依次层叠有n型半导体层302、发光半导体层303以及作为本发明的光学用基材的p型半导体层304，在该p型半导体层304的与发光半导体层303相对的主面上设置有微细结构层305。在光学用基材301的与n型半导体层302接触的主面的相反侧的主面上形成有阴极电极306，p型半导体层304的表面上形成有阳极电极307。
从图1至图3示出的半导体发光元件100、200和300是在双异质结构的半导体发光元件上应用了本实施形态的光学用基材的例子，但是层叠半导体层的层叠结构不仅限于此。另外，也可以在基材和n型半导体层之间设置未图示的缓冲层。
接着，参照图4对本发明的第一实施形态涉及的光学用基材的结构进行详细说明。图4是示出第一实施形态涉及的光学用基材的一例的立体示意图。如图4所示，光学用基材1大致具有平板形状，具有基材11和设置在该基材11的一个主面上的微细结构层12。微细结构层12包括从基材11的主面向上方突出的多个凸部13（凸部列13-1～13-N）。凸部13分别保持规定的间隔而配置。
微细结构层12可以在基材11的主面上另外形成，也可以对基材11进行直接加工而形成。
另外，在图4中，对微细结构层12的微细结构是由多个凸部13构成的例子进行了示出，但是不仅限于此，微细结构层12的微细结构也可以由多个凹部构成。图5是示出第一实施形态涉及的光学用基材的另一例的立体示意图。如图5所示，光学用基材1a大致具有平板形状，具有基材11a和设置在该基材11a的一个主面上的微细结构层12a。微细结构层12a包括从微细结构层12a的表面S向基材11a的主面侧凹陷了的多个凹部14（凹部列14-1～14-N）。凸部14分别保持规定的间隔而配置。
微细结构层12a可以在基材11的主面上另外形成，也可以对基材11a进行直接加工而形成。
下面将构成光学用基材1和1a中的微细结构层12和12a的微细结构的凸部13或凹部14称为“点”。
图6是光学用基材1的平面示意图。如图6所示，点（凸部13或凹部14）构成多个点在基材11的主面内的第一方向D1上以不固定间隔Py（间距Py1、Py2、Py3、……）排列而成的多个点列（凸部列13-1～13-N或凹部列14-1～14-N）。又，在基材11的主面内与第一方向D1正交的第二方向D2上，各点列以不固定间隔Px（间距Px1、Px2、Px3、……）配置。
又，对于本实施形态的光学用基材，优选为纳米尺度的不固定间隔为变动幅度δ。具体来说，在图6中，间距Py1、Py2、Py3在Pyav±δ的范围内。
在图7中示出平均间距的概念图。在此，变动幅度δ是第一方向D1上的点13-1之间的间距Py的标准偏差σ的三倍，由对第一方向D1的间距Py测定100点以上算出的值来定义。又，变动幅度δ优选为比平均间距Pyav要小。特别是，在变动幅度δ在平均间距Pyav的1%以上50%以下的范围内时，由于多个点13-1之间的间距Py的大小处于适度的范围内，因此就能体现由CVD生长模式引起的错位缺陷的减少效果和接触电阻的减少效果。进一步地，变动幅度δ在平均间距Pyav的5％以上30％以下的范围内时，由于能够同时得到由CVD生长模式引起的错位缺陷减少效果、接触电阻的减少效果并且还有光散射效果，因而更加合适。
以上是对第一方向D1的间距Py的记述，对于第二方向D2，将Py替换为Px定义。
图8是第一实施形态涉及的光学用基材1的平面示意图。如图8所示，对于凹凸结构12，在属于基材11主体的主面内的Y轴方向上，并排设置有多个由多个点31排列而成的点列32-1～32-N。属于各点列32-1～32-N的多个点31以相互不同的间距（Py1、Py2、Py3不固定间隔地排列。又，在基材11主体的主面内与Y轴方向正交的X轴方向（第二方向）上，以固定间隔的间距Px并排设置各点列32-1～32-N。
也就是说，在第一实施形态涉及的光学用基材1中，属于各点列32-1～32-N的多个点31在Y轴方向上以不固定间隔Py1、Py2、Py3配置，且各点列32-1～32-N在X轴方向上以固定间隔Px设置。通过采用该结构，在从X轴观察基材11的主体的情况下，在主面S上多个点31相互错开并不规则地被配置，因此就降低了配设在基材11主体的主面S内的多个点之间的重复图案的周期性。例如，基材11主体的主面S内的倾斜方向的间距Pa和Pb为不同的值。由此，由于能够降低设置在光学用基材1上的半导体晶体内的转移，因此能提高内量子效率IQE。又，由于是纳米尺度，表面积增加，因此能够降低接触电阻。又，由于利用凹凸构造12提高了光散射性，因此通过散射导致的导波模式的解除，能够提高光提取效率LEE。
图9是示出从第一方向D1观察第一实施形态的光学用基材1时的多个点的配置的示意图，在该光学用基材1中，在第二方向D2上具有所述多个点以固定间隔的间距Px排列而成的多个点列，在Y轴方向上多个点以具有变动幅度δ的间距Py排列。在图9中，多个点31被分为属于点列32-1的部分（图中用实线示出）、属于点列32-2的部分（图中用一点划线示出）以及属于点列32-3的部分（图中用两点划线示出）。属于相同点列的多个点31在Y轴方向上以不固定间隔Py1、Py2、Py3配置。由此，如图9所示，多个点31相互错开并被不规则地配置，通过配置的杂乱，能够体现出光散射效果。
图10是示出第一实施形态涉及的光学用基材1中的构成凹凸结构12的多个点31的配置（点图案）的一例的示意图。在图10中，示出了各点31的间距Py以及间距Px大致相等、变动幅度δ是间距Pyav的20％的例子。如图10所示，可知各点列32-a和32-b以间距Px固定间隔地排列，但Y轴方向上的点31之间的间距Py没有周期性。这样一来，由于多个点31的存在，能够抑制设置在光学用基材1上的半导体晶体内的错位缺陷，进一步地，通过多个点31的配置的杂乱能够体现光散射效果。
在此，对以相互不同的间距Px不固定间隔地配置的第二方向D2上的点列的配置例进行说明。图11是示出第二方向D2上的点列的配置例的示意图。如图11所示，第二方向D2上的点列（图11中的DL）每8列以特定的间隔（间距Px）配置，并且8列点列被重复配置。将由该多个（z）的点列构成的单位称为长周期单位Lxz（但是，z是正整数）。另外，对于以相互不同的间距Py不固定间隔地配置的第一方向D1上的点，也使用长周期单位Lyz，与以下的说明相同地配置。
间距Px是相邻的点列之间的距离。在此，对于在长周期单位Lxz中的至少相邻的4个以上m个以下的点列之间的间距Pxn（3≦n≦2a或者3≦n≦2a+1。但是，m、a是正整数，n=m-1），以下的式（1）的关系成立。
Px1＜Px2＜Px3＜……＜Pxa＞……＞Pxn （1）
另外，各点的直径比间距Pxn要小。从间距间距Px1到Pxn的长度构成长周期单位Lxz。
图11示出了长周期单位Lxz由8列点列构成的情况，也就是说，m=8的情况。在该情况下，由于n=7，a=3，因此在长周期L1中，对于点列之间的间距Pxn，以下的式（2）的关系成立。
Px1＜Px2＜Px3＞Px4＞Px5＞Px6＞Px7 （2）
又，对于长周期单位Lxz中的间距Px，用间距Px的最大值（Px（max））和最小值（Px（min））的差表示的最大相位偏差δ被设定为满足（Px（min））×0.01＜δ＜（Px（min）×0.66），优选被设定为满足（Px（min））×0.02＜δ＜（Px（min））×0.5，更优选被设定为满足（Px（min））×0.1＜δ＜（Px（min））×0.4。
例如，在图11示出的长周期单位L1中，各点列之间的间距Pxn如以下所示。
Px1＝Px（min）
Px2＝Px（min）＋δa
Px3＝Px（min）＋δb＝Px（max）
Px4＝Px（min）＋δc
Px5＝Px（min）＋δd
Px6＝Px（min）＋δe
Px7＝Px（min）＋δf
但是，δa至δf的值满足Px（min）×0.01＜（δa～δf）＜Px（min）×0.5。对于相邻的长周期单位L2也一样。
又，长周期单位Lxz或长周期单位Lyz中的z的最大值被设定为满足4≦z≦1000，优选被设定为满足4≦z≦100，更优选被设定为满足4≦z≦20。
另外，第一方向D1以及第二方向D2上的长周期单位Lxz以及Lyz不需要相互相等。
在本实施形态的光学用基材1中，优选为：在第一方向D1上，至少排列一个以上的具有上述长周期单位Lyz的点组，在第二方向D2上，至少排列一个以上的具有上述长周期单位Lxz的点组。
间距Py的不固定间隔的配置是通过在上述说明的、以相互不同的间距Px不固定间隔地配置的第二方向上的点列的配置例中，将点列替换成点进行定义的。
在第一实施形态涉及的光学用基材1中，构成微细结构层12（12a）的微细结构的点能够在第一方向D1和第二方向D2上以上述说明的不固定间隔的间距Px和Py配置（参照图12），也能够仅在第一方向D1和第二方向D2中的任意一方向上以上述说明的不固定间隔的间距配置，在另一方向上以固定间隔的间距配置（参照图13）。另外，在图13中，在第一方向D1上点以不固定间隔配置，在第二方向D2上点列以固定间隔配置。
进一步地，也能将相邻的第一点列以及第二点列，或者第一点列以及第三点列对齐配置（参照图14、图15、图16以及图17）。
在间距Py以及间距Px中的任意一个为固定间隔，另一个为不固定间隔的情况下，相比于间距Py以及间距Px都是不固定间隔的情况，纳米尺度的凹凸间隔较小。由此，由周期性杂乱引起的光散射效果降低，但是能够进一步提高由CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果和接触面积增大导致的p型半导体层的接触电阻的减少效果。
另一方面，在间距Py以及间距Px均为不固定间隔的情况下，CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果和由接触面积增大导致的p型半导体层的接触电阻的减少效果降低，但能进一步提高由周期性杂乱引起的光散射效果。
将间距Py和间距Px双方设定为不固定间隔，或者将间距Py或间距Px中的任意一个设定为不固定间隔，这可以根据光学用基材基材1的表面状态、CVD装置的特性、透明导电膜或阳极电极以及p型半导体层的生成条件等进行多种选择，从而选择最优的结构。例如，在错位缺陷较难产生的光学用基材1、CVD装置或CVD条件的情况下，为了提高光散射效果，只要采用将间距Py和间距Px双方都设定为不固定间隔的结构即可。另外，在错位缺陷容易产生较多的光学用基材1、CVD装置或者CVD装置条件的情况下，为了提高错位缺陷的减少效果，采用将间距Py和间距Px中的任意一方设定为不固定间隔的结构即可。
又，在接触电阻和光散射效果的选择中，可以根据透明导电膜或电极极板与最表层半导体层的生成条件、种类进行多种选择，从而选择最优的结构。例如，在欧姆特性较好的p型半导体层和透明导电膜或阳极电极的情况下，为了提高光散射效果，可以采用将间距Py和间距Px双方都设定为不固定间隔的结构。又，在欧姆特性较差的p型半导体层和透明导电膜或阳极电极的情况下，为了提高接触电阻减少效果，可以采用将间距Py和间距Px中的任意一个设定为不固定间隔的结构。
又，在第一方向D1上的点间距离或第二方向D2上的点列间距离中的任意一个以固定间隔配置的情况下，不固定间隔的间距相对于固定间隔的间距的比值优选为在确定的范围内。
在此，对第一方向D1上的点以固定间隔Pyc配置，第二方向D2上的点列以不固定间隔Px配置的例子进行说明。在该情况下，不固定间隔的间距Px相对于固定间隔的间距Pyc的比值优选为在85%～100％的范围内。由于不固定间隔的间距Px相对于固定间隔的间距Pyc的比值在85%以上的话，则相邻的点之间的重叠变小，因此优选为该情况。又，由于不固定间隔的间距Px相对于固定间隔的间距Pyc的比值在100%以下的话，就能提高构成点的凸部13的填充率，因此优选为该情况。另外，更优选为不固定间隔的间距Px相对于固定间隔的间距Pyc的比值在90％～95％的范围内。
又，一个长周期单位Lxz或Lyz由5个以上的点构成的话（所包含的间距Px或Py为4个以上），由于在半导体发光层内产生的光的折射率的长周期的变动与纳米尺度相差甚远，容易产生光散射，因此优选为该情况。另一方面，为了得到充分的光提取效率LEE，优选为使长周期单位Lxz或Lyz由1001个以下的点构成（所包含的间距Px或Py为1000以下）。
第一实施形态涉及的光学用基材1（1a）通过满足以上那样的微细结构层12（12a）的微细结构的关系，使光散射效果变得充分，并且点（凸部13或凹部14）的疏密变小，因此产生错位缺陷减少效果。其结果是，在利用纳米尺度的凹凸减少半导体层中的错位缺陷的同时，能够使纳米尺度的周期性变得杂乱，对于来自半导体层中的发光强烈地体现光散射性。
进一步地，第一实施形态涉及的光学用基材1（1a）通过满足以上那样的微细结构层12（12a）的微细结构的关系，使光散射效果变得充分，并且由于由点（凸部13或凹部14）的疏密导致的接触面积增加，所以在减少了接触电阻的同时，能够使纳米尺度的周期性变得杂乱，对于来自半导体层中的发光强烈地体现光散射性。
接下来，对构成第一实施形态涉及的光学用基材1（1a）的微细结构层12（12a）的微细结构的点形状（凹凸结构）进行说明。凸部13以及凹部14的形状只要在能得到本发明的效果的范围内即可，没有特别限定，根据用途可以进行适时变更。作为凸部13以及凹部14的形状，例如，可以采用柱状、孔状、圆锥状、角锥状以及椭圆纺锤状等。
对于构成第一实施形态涉及的光学用基材1（1a）的微细结构层12（12a）的微细结构的点形状（凹凸结构），优选为点的各自直径对应于间距Py和/或间距Px进行增减。
下面对对应于间距增减的点的直径的例子进行详细说明。
本实施形态涉及的光学用基材1（1a）优选为：在间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的直径Dyn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足下式（3），且在第一方向D1上，至少排列一个以上的以Dy1～Dyn的点直径构成的点组，在间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的点直径Dxn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足下述式（4）的关系，且在第二方向D2上，至少排列一个上的以Dx1～Dxn的点直径构成的点组。
Dy1＜Dy2＜Dy3＜…＜Dya＞…＞Dyn （3）
Dx1＜Dx2＜Dx3＜…＜Dxa＞…＞Dxn （4）
进一步地，本实施形态涉及的光学用基材1（1a）优选为：在间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的直径Dyn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足上述式（3）的关系，并且在第一方向D1上，以Dy1～Dyn的点直径构成的点组以长周期单位Lyz被重复排列，并且，在间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的直径Dxn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足上式（4）的关系，并且在第二方向D2上，以Dx1～Dxn的点直径构成的点组以长周期单位Lxz被重复排列。
图18示出了长周期单位Lxz由8列点列构成的情况，也就是说，m=8的情况。在该情况下，由于n=7，a=3，因此对于长周期L1，对构成点列的各点的直径Dxn有上述式（4）的关系成立。
在图18中，相邻的点间隔变宽的话，则点直径就变小，点间隔变窄的话，则点直径就变大。所增减的点直径的增减范围过大的话，就会与相邻的点接触，因此不优选，该增减范围过小的话，光提取效率就会降低，因此也不优选。在相同的长周期单位Lxz内，相对于点的平均直径为±20%以内的话，光提取效率会增加，因此优选为该情况。
通过采用上述结构，点的周期性对于发出的光的杂乱变大，半导体发光元件的光提取效率会增加。
又，对于构成第一实施形态涉及的光学用基材1（1a）的微细结构层12（12a）的微细结构的点形状（凹凸结构），优选为各点的各自高度相对于间距Py和/或间距Px进行增减。
下面对对应于间距而增减的点的高度的例子进行详细说明。
本实施形态涉及的光学用基材1（1a）优选为：在间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的高度Hyn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足下述式（5）的关系，并且在第一方向D1上，至少排列一个以上的以Hy1～Hyn的点高度构成的点组，在间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的高度Hxn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足下述式（6）的关系，且在所述第二方向D2上，至少排列一个上的以Hx1～Hxn的所述点高度构成的点组。
Hy1＜Hy2＜Hy3＜…＜Hya＞…＞Hyn （5）
Hx1＜Hx2＜Hx3＜…＜Hxa＞…＞Hxn （6）
进一步地，本实施形态涉及的光学用基材1（1a）优选为：在间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的高度Hyn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足上述式（5）的关系，并且在第一方向D1上，以Hy1～Hyn的点高度构成的点组以长周期单位Lyz被重复排列，并且，在间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的构成间距的点的高度Hxn（3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。但是，m和a是正整数，n=m-1。）满足上式（6）的关系，并且在第二方向D2上，以Hx1～Hxn的点高度构成的点组以长周期单位Lxz被重复排列。
图19示出了长周期单位Lxz由8列点列构成的情况，也就是说，m=8的情况。在该情况下，由于n=7，a=3，因此对于长周期L1，构成点列的各点的高度Hxn有上述式（6）的关系成立。
在图19中，相邻的点间隔变宽的话，则点高度就变小，点间隔变窄的话，则点高度就变大。所增减的点高度的增减范围过大的话，则该部分的光提取效率的不均匀性就变大，因此不优选，该增减范围过小的话，则点高度的增减导致的光提取效率的提高效果就会降低，因此也不优选。在相同的长周期单位Lxz内，相对于点的平均高度为±20%以内的话，光提取效率就会均匀地增加，因此优选为该情况。
通过采用上述结构，点的周期性对于发出的光的杂乱变大，半导体发光元件的光提取效率会增加。
又，本实施形态涉及的光学用基材1（1a）的特征在于，具有微细结构层12（12a），所述微细结构层12（12a）包含由从基材11（11a）的主面向面外方向延伸的多个凸部13或凹部14构成的多个点，微细结构层12（12a）在基材11（11a）的主面内的第一方向D1上构成多个点以固定间隔Py排列而成的点列，并且在与第一方向D1正交的第二方向D2上以固定间隔的间距Px将这些点列并排设置，相邻的第一点列以及第二点列之间的第一方向D1上的变位量α1和第二点列以及与第二点列相邻的第三点列之间的第一方向D1上的变位量α2相互不同。
根据该结构，首先，间距Py以及间距Px均为固定间隔，并且具有周期结构，另一方面，由于各点列之间的第一方向D1上的变位量α1和α2相互不同，因此构成微细结构层12（12a）的多个点的配置的周期性杂乱，能够产生光散射效果。
又，根据该结构，对于微细结构层12（12a），由于以纳米尺度的固定间隔的间距Px并排设置的多个点列被设置在基材的表面，因此在将半导体层设置于该基材的表面时，半导体层的CVD生长模式被打乱，伴随着相生长的错位缺陷会对冲抵消。由此，由于能够减少半导体晶体内的错位缺陷，因此能够提高半导体发光元件的内量子效率IQE。
又，由于以纳米尺度的凹凸形成，因此能够进一步提高由接触面积增大引起的p型半导体层的接触电阻的减少效果。
图20是本发明的第二实施形态涉及的光学用基材的平面示意图。在第二实施形态涉及的光学用基材60中，多个点61在基材主体的主面内的Y轴方向上以间距Py固定间隔地排列，构成点列62-1～62-N。各点列62-1～62-N在基材主体的主面内在与Y轴方向正交的X轴方向上以固定间隔的间距Px被并排设置。并且，排列为相互相邻的点列之间产生有Y轴方向上的变位量α（位置差）。
也就是说，在第二实施形态涉及的光学用基材60中，凹凸结构设置为：在X轴方向上相邻的第一点列62-1以及第二点列62-2之间的Y轴方向上的变位量α1与第二点列62-2以及相邻于该第二点列62-2的第三点列62-3之间的变位量α2相互不同。
通过采用该结构，由于基材主体的主面内的倾斜方向上的多个点61之间的间距P1～间距P3变得不规则，重复图案的周期性得到降低，因此凹凸结构导致的光散射性就更强。
又，第二实施形态涉及的光学用基材60优选为：变位量α1和变位量α2的差分不是固定的。通过采用该结构，由于构成凹凸结构的多个点61的配置的周期性，即重复图案的周期性被进一步减少，能够进一步增强光散射性，因此能够提高半导体发光元件的光提取效率。又，能够体现由CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果。
又，在第二实施形态涉及的光学用基材60中，间距Py以及间距Px被同时设置为固定间隔。因此，与第一实施形态涉及的光学用基材1中仅间距Px为固定间隔、Y轴方向上的间距Py为具有变动幅度δ的不固定间隔的情况相比，点61的间隔较小。由此，利用周期性的杂乱，光散射效果降低，但是能够进一步提高由CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果。
又，与间距Py为不固定间隔的第一实施形态涉及的光学用基材1相比，由CVD生长模式导致的错位缺陷的减少效果降低，但是能够进一步提高由多个点61配置的周期性杂乱导致的光散射效果。
在该情况下，优选为变位量α1和变位量α2的差分不是固定的。通过采用该结构进一步提高了光散射效果，因此能够解除导波模式，进一步提高光提取效率。
又，在上述的本发明的第一以及第二实施形态涉及的光学用基材中，优选为：间距Px以及间距Py分别在100nm以上1000nm以下。间距Px和Py在该范围内的话，通过将纳米尺度的凹凸设置在光学用基材表面，能够减少在光学用基材表面设置有半导体层的情况下的半导体层中的错位缺陷数。通过将间距Px和Py设置为100nm以上，提高LED的光提取效率LEE，取得对提高发光效率有贡献的错位缺陷减少的效果。又，通过将间距Px和Py设置在1000nm以下，错位缺陷数的减少效果得到维持。
对于将光学用基材设置在半导体发光元件的最表面的情况，也优选为将间距Px和Py分别设置为100nm以上1000nm以下。为了抑制由吸收系数导致的发出光衰减，设置在半导体发光元件的最表面的p型半导体层构成为大约数μm的厚度。因此需要将设置在p型半导体层表面的凹凸的深度限制在1000μm以下。为了提高光提取效率，作为间距Px、间距Py与深度的比值的长宽比优选为1以上，因此间距Px以及间距Py优选为100nm以上1000nm以下。进一步地，间距Px和间距Py在1000nm以下的话，提高了图2中的p型半导体层204与本实施形态涉及的作为光学用基材的透明导电膜206的粘结性，或图3中的本实施形态涉及的作为光学用基材的p型半导体层304与阳极电极307的粘结性，因此较为优选。
接下来，对利用本实施形态涉及的光学用基材提高光提取效率的原理进行说明。
如前所述，通过将由纳米尺度的凹凸（点）构成的微细结构层设置在光学用基材上，利用光散射消除导波模式，由此得到光提取效率LEE的改善效果。
通过重复排列由多个点构成的长周期单位Lxz，对于每个长周期单位Lxz折射率都会变化，这与将构成长周期单位Lxz的多个点作为一个单位进行重复的情况产生的效果相同。换言之，在和波长程度相同的多个点的情况下，由于能够用平均折射率分布说明光的举动（有效介质近似），因此如果对空间的平均折射率分布进行计算的话，就像将长周期单位Lxz的多个点作为一个单位重复那样作用于光。这样，以长周期单位Lxz排列的多个点能够获得光散射效果。
进一步地，在本实施形态涉及的光学用基材中，点各自的直径对应于间距而增减。由于空间的平均折射率分布仰赖于构成单位的体积分率而变化，因此对于长周期单位Lxz的多个点，各点的体积变化的话，则平均折射率分布的变化相应较大，即使是相同的长周期单位Lxz，也能进一步提高光散射效果。其效果通过在点之间的间距较窄的情况下增大点的直径、在点之间的间距较宽的情况下减小点的直径而更加显著。
进一步地，在本实施形态涉及的光学用基材中，点各自的高度对应于点之间的间距而增减。在该情况下也和上述的理由一样，在点之间的间距较窄的情况下，增加点的高度，在点之间的间距较宽的情况下，减小点的高度，则长周期单位Lxz内的平均折射率分布就变大，光散射效果就得到增加。
进一步地，对于将由多个点构成的长周期单位Lxz重复排列的排列，使上述点的各个直径和点的高度两者对应于间距而增减的话，由于通过有效介质近似而记述的折射率分布的差异变得更大，因此优选该情况。在该情况下，在点之间的间距较窄的情况下，增大点的直径和点的高度，在点之间的间距较宽的情况下，减小点的直径和点的高度的话，则对于空间的平均折射率分布，构成单位的体积分数的差异变大，能进一步提高光散射效果，因此优选为该情况。
在本实施形态涉及的光学用基材中，基材主体的材质只要是能够作为半导体发光元件用基材使用的材料即可，没有特别限制。例如，可以使用蓝宝石、SiC、SiN、GaN、硅、氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化锆、氧化锰锌铁、氧化镁铝、硼化锆、氧化镓、氧化铟、氧化锂镓、氧化锂铝、氧化钕镓、氧化镧锶铝钽、氧化锶钛、氧化钛、铪、钨、钼、GaP、GaAs等基材。尤其从与半导体层的晶格匹配的观点来看，优选为适用蓝宝石、GaN、GaAs、SiC基材等。进一步地，可以使用单体，也可以使用在使用了这些材料的基材主体上设置了其他基材的异质结构的基材。
又，对于本实施形态涉及的光学用基材，p型半导体层的材质只要是能够用作适用于LED的p型半导体层的材质即可，没有特别限制。例如，可以适当地将掺杂了多种元素的材料适用于硅、锗等元素半导体以及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半导体。
在本实施形态涉及的光学用基材中，透明导电膜的材质只要是能够用作适用于LED的透明导电膜的材料即可，没有特别限定。例如，可以适用Ni/Au电极等金属薄膜、ITO、ZnO、In2O3、SnO2、IZO、IGZO等导电性氧化物膜等。特别是，从透明性、导电性的观点来看，优选为ITO。
接下来，对应用了本发明的实施形态涉及的光学用基材的半导体发光元件进行说明。
在本实施形态涉及的半导体发光元件的结构中，包括至少一个以上的、上述本实施形态涉及的光学用基材。通过将本实施形态涉及的光学用基材纳入结构，能够实现IQE的提高、EIE的结构和LEE的提高。
本实施形态涉及的半导体发光元件例如具有在基材主面上至少层叠两层以上的半导体层和发光层而构成的层叠半导体层。并且，层叠半导体层具有微细结构层，所述微细结构层包含由从最表面半导体层主面向面外方向延伸的多个凸部或凹部构成的点，该微细结构层相当于上述实施形态涉及的光学用基材的微细结构。关于层叠半导体层，如使用图1～图3进行的说明所述。
在本实施形态涉及的半导体发光元件中，作为n型半导体层，只要是能够用作适用于LED的n型半导体层的材料即可，没有特别限定。例如，可以适当地将掺杂了多种元素的材料适用于硅、锗等元素半导体以及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半导体。又，可以适当地将未图示的n型包覆层和p型包覆层设置于n型半导体层和p型半导体层上。
作为发光半导体层，只要是作为LED具有发光特性的材料即可，没有特别限定。例如、作为发光半导体层，可以适用AsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等半导体层。又，也可以对应于特性适当地将多种元素掺杂到发光半导体层中。
这些层叠半导体层（n型半导体层、发光半导体层以及p型半导体层）能够通过公知的技术在基材表面制膜。例如，作为制膜方法，可以适用有机金属气相生长法（MOCVD）、氢化物气相生长法（HVPE）、分子束外延生长法（MBE）等。
接下来，对本实施形态涉及的光学用基材的制造方法进行说明。但是，下面示出的制造方法只是一例，光学用基材的制造方法不仅限于此。
在光学用基材的制造中使用曝光装置。本实施形态涉及的曝光装置是用激光对表面被抗蚀层覆盖的辊状构件进行脉冲曝光，并在所述抗蚀层形成由多个曝光部构成的曝光图案的曝光装置，所述曝光装置的特征在于，具有：使所述辊状构件围绕中心轴旋转的旋转控制部；照射所述激光的加工头部；使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向移动的轴方向移动单元；以及曝光控制部，所述曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号基于与所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号而被位相调制。
又，本实施形态涉及的曝光装置是用激光对表面被抗蚀层覆盖的辊状构件进行脉冲曝光，并在所述抗蚀层形成由多个曝光单元构成的曝光图案的曝光装置，所述曝光装置的特征在于，具有：使所述辊状构件围绕中心轴旋转的旋转控制部；照射所述激光的加工头部；使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向以周期性变化的移动速度移动的轴方向移动单元；以及曝光控制部，所述曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号是基于和所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号进行控制的。
首先，参照图21，对本实施形态涉及的纳米压印模具形成用的曝光装置进行说明。图21是本实施形态涉及的曝光装置的概略结构图。
本实施形态涉及的曝光装置用激光对被抗蚀层覆盖的辊状构件的表面进行脉冲曝光，在所述抗蚀层形成由多个曝光部构成的曝光图案，该曝光图案是形成在转印用模具表面的点图案，所述压印用模具用于通过转印赋形制造上述实施形态涉及的光学用基材。
在此，压印用模具具有与在上述实施形态涉及的光学用基材的主面上形成的点对应的形状的点。换言之，在压印用模具的表面形成点图案，将该点图案转印到光学用基材的主面上，形成微细结构层的多个点。为了在压印用模具上形成点图案，使用下面说明的曝光装置，对在用于压印用模具的基材的表面设置的抗蚀层进行曝光。
如图21所示，曝光装置400通过未图示的辊把持部对覆盖有抗蚀层的辊状构件401进行把持，所述曝光装置400具有：旋转控制部402、加工头部403、移动机构部404以及曝光控制部405。旋转控制部402以辊状构件401的中心为轴，使辊状构件401旋转。加工头部403照射激光，对辊状构件401的抗蚀层进行曝光。移动机构部404使加工头部403以控制速度沿着辊状构件401的长轴方向移动。曝光控制部405基于与由旋转控制部402控制的辊状构件401的旋转同步了的基准信号，控制由加工头部403进行的激光曝光的脉冲信号。
利用曝光装置400进行的棍状构件401的加工是通过在使棍状构件401旋转的状态下，从加工头部403照射脉冲激光来进行的。加工头部403一边照射脉冲激光，一边通过移动机构部404沿着辊状构件401的长轴方向移动。根据辊状构件401的旋转数以及脉冲激光的频率，可以在旋转方向上的辊状构件401的外周面的抗蚀层上记录以任意的间距记录图案406。这是辊对辊纳米压印模具的第一方向D1的间距Py。
进一步地，由于沿着辊状构件401的长轴方向进行扫描，因此辊状构件401从任意的位置旋转一周的话，则加工头部403就在长轴方向偏离。这是辊对辊纳米压印模具的第二方向D2的间距Px。由于与辊状构件401的周长相比，图案406的间距Py和Px为纳米尺度，非常小，因此可以一边维持第一方向D1的间距Py一边形成在长轴方向观察的话第一方向D1的变位量偏移了的列状图案。进一步地，如上所述，由于图案406的间距Py和Px与辊状构件401的周长相比非常小，因此第一方向D1和第二方向D2实际上是正交的。
辊状构件401是在形成为圆筒状的构件具有旋转轴的构件，作为其材质，可以适用金属、碳芯、玻璃和石英等。由于辊状构件401需要能够高速旋转的加工精度，因此其材质优选为金属和碳芯等。进一步地，也可以用不同的材料仅覆盖被激光曝光的圆筒表面部。特别是，在使用热反应型抗蚀剂时，为了提高绝热效果，优选为适用比金属热传导率低的材料，例如有玻璃、石英、氧化物和氮化物等。也可以将在圆筒表面覆盖的层用作为蚀刻层，该蚀刻层是将后面叙述的抗蚀层作为掩膜进行蚀刻的。
覆盖棍状构件401的抗蚀剂只要是用激光能进行曝光的即可，没有特别限定，可以适用光固化型抗蚀剂、光放大型抗蚀剂和热反应型抗蚀剂。特别是，由于热反应型抗蚀剂能够以比激光波长小的波长形成图案，因此优选为热反应型抗蚀剂。
热反应型抗蚀剂优选为有机抗蚀剂或无机抗蚀剂。用这些抗蚀剂形成的抗蚀层，可以是单层结构，也可以是将多个抗蚀层组合而成的多层结构。另外，选择哪种抗蚀层是可以根据工序、要求加工精度等适当地变更的。例如，在有机抗蚀剂形成覆盖辊状构件401的抗蚀层时，由于能够用辊涂布机等进行涂布因而工序简便。但是，由于是在套筒（スリーブ）上涂布，因此抗蚀剂的黏性有限制，难以控制涂层的厚度精度或者进行多层的表面涂布。
作为有机抗蚀剂，如（株）信息机构发刊《最新抗蚀剂材料手册（最新レジスト材料ハンドブック）》、（株）工业调査会《感光树脂手册（フォトポリマーハンドブック）》中所述的，例如有：酚醛树脂或酚醛树脂和重氮萘醌（ジアゾナフトキン（diazonaphthoquinone））的混合物、甲基丙烯酸甲酯系树脂、聚苯乙烯系树脂、聚乙烯系树脂、苯酚系树脂、聚酰亚胺系树脂树脂、聚酰胺系树脂、硅树脂、聚酯系树脂、环氧系树脂、三聚氰胺系树脂、乙烯基系树脂等。
另一方面，可以通过对无机抗蚀剂采用电阻加热蒸镀法、电子束溅射法、CVD法等气相法等设置覆盖辊状构件401的抗蚀层。由于这些方法基本是真空工艺，因此虽然在套筒上形成耗费工时，但是能够高精度地控制膜厚，另外，能够进行多层层叠。
可以根据反应温度选择多种无机抗蚀剂材料。例如，作为无机抗蚀剂材料列举有：Al、Si、P、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、Ag、Au以及它们的合金。又，无机抗蚀剂材料也可以采用：Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Te、Ba、Hf、Ta、W、Pt、Au、Pb、Bi、La、Ce、Sm、Gd、Tb、Dy的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硫化物、硫氧化物、氟化物、氯化物以及它们的混合物。
作为覆盖辊状构件401的抗蚀剂，使用热反应型抗蚀剂的话，在用基于与后述的旋转同步了的基准信号相位调制了的脉冲信号进行曝光的情况下，由于形成图案的点的各个直径对应于间距Py和/或间距Px而增减，因此优选为该情况。在使用热反应型抗蚀剂的情况下，虽然不清楚点的直径对应于间距而增减的明确的机制，但是可以进行如下推测。
在采用热反应型抗蚀剂的情况下，由于照射部照射的激光的热能，形成抗蚀层的材料发生变化，蚀刻特性改变，图案由此形成。此时，照射的热量并不全部用于抗蚀层的变化，一部分被蓄热并传导至相邻的区域。因此，相邻的区域的热能除了照射能量以外，还要加上从相邻的区域传导来的热能。采用纳米尺度的图案形成的话，不能无视该传导热能的作用，由于传热的作用与形成图案的点之间的距离成反比，因此结果是，得到的图案直径会受到相邻的点之间的距离的影响。
在此，点之间的距离因相位调制而改变的话，上述的传导热能的作用就变得因每个点而不同，点之间的距离较宽的话，则传导热能的作用就会变小，点的直径也会变小，点之间的距离较窄的话，则传导热能的作用就变大，点直径也变大。
又，使用热反应型抗蚀剂作为覆盖辊状构件401的抗蚀剂，设置后述的蚀刻层，并控制图案的加工深度的话，则与上述的情况一样，在以基于与旋转同步的基准信号相位调制了的脉冲信号进行曝光的情况下，由于形成图案的点的各个高度对应于间距Py和/或间距Px而增减，因此优选为该情况。在并用热反应型抗蚀剂和蚀刻层的情况下，虽然不清楚点的直径对应于间距Px而增减的机制，但是可以根据上述的点的直径对应于点之间的距离而增减一事来进行说明。
也就是说，在纳米尺度的图案形成中，蚀刻深度对应于点的直径而增减，点的直径较宽的话，蚀刻深度就有变深的倾向，点的直径较窄的话，蚀刻深度就有变浅的倾向。特别是，蚀刻方法对于干燥蚀刻法很显著。可以认为这是由于蚀刻剂的更换或者蚀刻的生成物的脱离没有迅速进行的缘故。
如前所述，使用热反应型抗蚀剂的话，若点之间的距离较宽，则点的直径就变小，若点之间的距离较窄，则点的直径就变大。由于蚀刻深度有对应于点的直径而增减的倾向，因此其结果是，若点之间的距离较宽，则点的深度就较浅，若点之间的距离较窄，则点的深度就较深。
平均间距变小的话，上述的点之间的距离、点的直径、点的深度的增减的影响显著。推定这是由于上述的热能传导的影响较大的缘故。
在本发明中，可以利用覆盖辊状构件401的抗蚀层，就这样作为辊到辊纳米压印模具进行适用，又，也可以将抗蚀层作为掩膜，通过蚀刻辊状构件401的表面基材形成图案。
通过在辊状构件401中设置蚀刻层，可以自由地控制图案的加工深度，并且，可以将热反应抗蚀层的厚度选择为最适合于加工的膜厚。也就是说，通过控制蚀刻层的厚度，能够自由地控制加工深度。又，由于加工深度可以根据蚀刻层进行控制，因此热反应型抗蚀层只要选择容易曝光和显影的膜厚即可。
进行曝光的加工头部403使用的激光优选为波长在150nm以上550nm以下。又，根据波长的小型化以及得到的容易程度，优选为使用半导体激光。半导体激光的波长优选为150nm以上550nm以下。这是因为，在波长比150nm要短的情况下，激光的输出就会变小，难以对覆盖辊状构件401的抗蚀层进行曝光。另一方面，在波长比550nm要长的情况下，无法将激光的光斑直径限制在500nm以下，难以形成小型的曝光部。
另一方面，为了形成光斑大小较小的曝光部，作为加工头部403使用的激光，优选为使用气体激光器。特别是，由于XeF、XeCl、KrF、ArF、F2气体激光器的波长为较短的351nm、308nm、248nm、193nm、157nm，能够以非常小的光斑大小进行聚光，因而优选为该情况。
又，作为加工头部403使用的激光，可以使用Nd：YAG激光器的2倍频、3倍频、4倍频。Nd：YAG激光器的2倍频、3倍频、4倍频的波长分别为532nm、355nm、266nm，能够得到很小的光斑大小。
在设置于辊状构件401的表面的抗蚀层上通过曝光形成微细图案的情况下，辊状构件401的旋转位置精度非常高，开始预先调整激光的光学系统使构件表面处于焦点深度内的话，制造就会变得容易。但是，很难保持适合纳米压印的辊尺寸精度和旋转精度。因此，优选为：用于曝光的激光通过物镜被集中，并进行自动对焦，使得辊状构件401的表面不断地位于焦点深度中。
旋转控制部402只要是具有使辊状构件401以辊的中心为轴旋转的功能的装置即可，没有特别限定，例如，可以采用主轴电动机等。
作为使加工头部403在辊状构件401的长轴方向移动的移动机构部404，只要能以被控制的速度移动加工头部403即可，没有特别限定，例如可以采用线性伺服电动机等。
在图21示出的曝光装置400中，形成在辊状构件401的表面上的曝光图案根据基于与旋转控制部402的旋转（例如，主轴电动机的旋转）同步了的基准信号而相位调制了的脉冲信号，用曝光控制部405控制曝光单元的位置。作为基准信号，可以使用与主轴电动机的旋转同步了的、来自编码器的脉冲信号。
基于与旋转同步了的基准信号而相位调制了的脉冲信号例如能够进行如下控制。
使用图22A～22C，对主轴电动机的Z相信号与基准脉冲信号以及调制脉冲信号的关系进行说明。以Z相信号为基准，以它的m倍（m是大于2的整数）频率的脉冲信号为基准脉冲信号，n倍（m/n＞k，且k是大于1的整数）频率的脉冲信号为调制脉冲信号。由于基准脉冲信号、调制脉冲信号中的任意一个的频率都是Z相信号的频率的整数倍，因此辊状构件401围绕中心轴旋转一周的时间内，存在有整数个脉冲。
接下来，使用图23，对基准脉冲信号与调制脉冲信号以及相位调制脉冲信号的关系进行说明。使基准脉冲信号的相位以调制脉冲信号的波长周期性地增减的话，就成为相位调制脉冲信号。例如，用下面的式（7）表示基准脉冲频率fY0，用下面的式（8）表示调整频率fYL，用下面的式（9）表示频率调制了的调制脉冲信号fY。
又，如以下的式（10）所示，可以通过在基准脉冲频率fY0上加上由调制脉冲信号得到的正弦波，从而得到相位调制脉冲信号fY′。
fY′＝fY0＋C’sin（t·fYL/fY0×2π） （10）
进一步地，可以通过在基准脉冲的脉冲波长LY0上加上由调制脉冲信号的波长LYL得到的正弦波，从而得到相位调制脉冲信号的波长LY。
如图23所示，得到的相位调制脉冲信号成为对应于调制脉冲信号的信号间隔，基准脉冲信号的脉冲间隔周期性地增减了的信号。
又，在曝光装置400中，也可以不利用相位调制了的脉冲信号，而采用以下结构：使用固定频率的基准脉冲信号对加工头部403的激光曝光的脉冲信号进行控制，周期性地增减移动机构部404移动加工头部403的移动速度。在该情况下，例如，如图24所示，周期性地增减加工头部403的移动速度。图24示出的移动速度是基准移动速度±σ的移动速度的一例。该移动速度优选为和辊状构件401的旋转同步，例如，进行控制使得Z相信号的速度为图24示出的速度。
以上是图案406被周期性的相位调制控制了的情况，但是也可以通过非周期性的、随机的相位调制形成图案406。例如，在第一方向D1上，由于间距Py与脉冲频率成反比，如果对脉冲频率进行随机频率调制，使得最大相位偏差为1/10的话，则间距Py就具有间距Py的1/10的最大变动幅度δ1，能够得到间距Py随机增减了的图案。
对于和旋转同步了的基准信号的控制频度，可以利用辊每一周多次以上的频度的基准信号对调制脉冲信号进行控制，也可以仅以在曝光初期设定了的基准信号进行控制。在仅以初期的基准信号进行控制的情况下，在旋转控制部402的旋转数中产生了调制时，曝光脉冲信号中就会产生相位调制。因为，由于是纳米尺度的旋转控制，即使是旋转控制部402的一点点电位变动，也会产生纳米尺度的间距变动，将其累计起来。相反地，在500nm的间距的图案间距的情况下，如果辊外周长为250mm的话，就是50万次的激光曝光，即使每一万次有1nm的偏差，也会变成50nm的偏差。
即使是相同间距、相同长周期，通过基准信号的控制频度的调整，也可以制作图12以及图14示出的配置的微细结构。在形成图12示出的配置的微细结构的情况下，降低基准信号的控制频度，在形成图14示出的配置的微细结构的情况下，提高基准信号的控制频度。因此，在图14示出的配置中，符合的点的第二方向D2的相位（位置）整齐，在图12示出的配置中，符合的点的第二方向D2的相位（位置）产生偏差。图13和图15示出的配置的关系也一样。
进一步地，由于同样的理由，即便第一方向D1的间距Py和第二方向D2的间距Px为各自相等的间距，也如图20示出的第二实施形态涉及的光学用基材60那样，在X轴方向相邻的第一点列62-1以及第二点列62-2之间的Y轴方向的变位量α1和第二点列62-2以及与该第二点列62-2相邻的第三点列62-3之间的变位量α2被设置为相互不同，变位量α1和变位量α2的差分不固定。
通过采用该结构，由于基材主体的主面内的倾斜方向上的多个点61之间的间距P1～间距P3变得不规则，重复图案的周期性得到降低，因此凹凸结构导致的光散射性就更强。
利用曝光装置400，对设置在表面的抗蚀层被曝光了的辊状构件401进行显影，将显影了的抗蚀层作为掩膜，通过干燥蚀刻法对蚀刻层进行蚀刻。蚀刻后，除去抗蚀层的残渣的话，就能够得到辊对辊纳米压印模具。
将像上述那样得到的图案406转印到规定的基材上，得到本实施形态涉及的光学用基材的方法没有特别限定，例如，利用纳米压印光刻法将图案转印到规定的基材表面，将转印图案部分作为掩膜，通过干燥蚀刻对基材进行蚀刻，由此能够将图案406转印到图案406上。具体来说，将形成图案406的辊状构件401作为圆筒型模具（辊对辊纳米压印模具）使用。在基材的表面侧形成由有机材料构成的抗蚀层，将圆筒型模具推压到该抗蚀层上，将图案406转印到抗蚀层上之后，从表面侧开始对抗蚀层以及基材进行蚀刻，由此可以在基材的表面侧形成微细凹凸结构，制成本实施形态的光学用基材。
又，已知有：不将图案406从圆筒型模具（辊状构件401）直接转印到基材上，而是将图案406一次性地转印到膜上，形成树脂模具后，采用该树脂模具，通过纳米压印光刻法在基材上形成图案，得到本实施形态涉及的光学用基材的方法。由于利用该方法可以提高模具的利用效率，吸收基材的平坦性，因此作为将图案转印到基材上的方法，优选为利用树脂模具的纳米压印光刻法。
作为从圆筒型模具将图案406转印到树脂模具上的方法，没有特别限定，例如，可以适用直接纳米压印法。作为直接纳米压印法，列举有：一边以规定的温度加热一边将热固化性树脂填充到图案406中，对圆柱型模具进行冷却后将固化了的热固化性树脂的脱模并转印的热纳米压印法，和对填充在圆柱型模具的图案406中的光固化性树脂照射规定波长的光，使光固化性树脂固化后，将固化了的光固化性树脂从圆柱型模具中脱模并转印的光纳米压印法。
由于圆柱型模具（辊状构件401）是无缝的圆柱状模具，因此特别适合通过辊对辊纳米压印对树脂模具进行连续转印。
又，也有从转印了图案406的树脂模具通过电铸制作电铸模具，通过该电铸模具用纳米压印光刻法形成图案的方法。在形成了电铸模具的情况下，因延长了作为原型的圆柱型模具的寿命这一点而令人满意，在一次性地形成电铸模具的方式中，为了能够吸收基材的平坦性，而进一步形成树脂模具的方法为优选。
进一步地，在树脂模具法中，由于容易重复转印因而成为优选。此处的“重复转印”是指，（1）制造多个从具有凹凸图案形状的树脂模具（＋）转印反转了的凹凸图案转印物，或者，（2）特别是在将固化性树脂组成物作为转印剂使用的情况下，得到由树脂模具（＋）反转了的转印体（－），接着将转印体（－）作为模具（－），得到反转转印了的转印体（＋），重复凹凸／凹凸／凹凸／凹凸／……／进行图案反转转印这二者中的任意一个或双方。
利用抗蚀层在基材的表面侧形成了图案后，将抗蚀层作为罩子，通过蚀刻在基材上形成凹凸。作为蚀刻方法，只要能将抗蚀层作为罩子在基材上形成凹凸即可，没有特别限定，可以适用湿法蚀刻、干燥蚀刻等。特别是，为了较深地形成基材的凹凸，优选为干燥蚀刻法。即使在干燥蚀刻法中也优选为各向异性干燥蚀刻，优选为ICP-RIE、ECM-RIE。作为在干燥蚀刻法中使用的反应气体，只要能和基材的材质反应即可，没有特别限定，但是优选为BCl3、Cl2、CHF3或者它们的混合气体，也可以适当地混合Ar、O2等。
实施例
下面，基于为了明确本发明的效果而实行的实施例，对本发明进行更详细的说明。另外，实施例中的材料、使用组成、处理工序等是例示，可以适当地进行变更来实施。另外，可以在不脱离本发明的范围内进行适当的变更实施。因此，本发明不被下面的实施例所限定。
[实施例1]
（圆筒状金属模具制作（树脂模具制作用铸模的制作））
作为圆筒状金属模具的基材，使用了直径为80mm、长度为50mm的圆筒型石英玻璃辊。在该圆筒型石英玻璃辊的表面，用下面的方法通过使用了半导体脉冲激光的直接绘图光刻法形成微细结构（微细凹凸结构）。
首先，在该石英玻璃表面的微细结构上通过喷镀法对抗蚀层进行了成膜。喷镀法是使用CuO（含有8atm％的Si）作为目标（抗蚀层），用RF100W的电力进行实施的。成膜后的抗蚀层的膜厚为20nm。一边使像上面那样制作的圆筒状金属模具以线速度s=1.0m/sec的速度旋转，一边在下面的条件下进行曝光。
曝光用半导体激光器波长：405nm
曝光激光器功率：3.5mW
X轴方向间距Px：398nm
相对于X轴方向间距Px的变动幅度δ2：80nm
变动幅度δ2在X轴方向的长周期PxL：5μm
Y轴方向间距Py：460nm
相对于Y轴方向间距Py的变动幅度δ1：100nm
变动幅度δ1的Y轴方向的长周期PyL：5μm
Y轴方向间距Py用下面的方法决定。
以主轴电动机的Z相信号为基准，测定旋转一周需要的时间T，根据线速度s计算周长L，得到下面的式（11）。
L＝T×s （11）
将目标间距设为Py，加上目标间距Py的0.1%以下的值并进行调整，使得L/Py为整数，利用下面的式（12）得到实效间距Py’。
L／Py’＝m（m是整数） （12）
对于目标间距Py和实效间距Py’，严格来说Py≠Py’，但是由于L／Py≒107，因此Py／Py’≒10-7，实质上可以按照相等来处理。同样地，对于长周期PyL，也可以由下面的式（13）得到实效长周期PyL’，使长周期PyL为整数。
L／PyL’＝n（n是整数） （13）
在该情况下，严格来说PyL≠PyL’，但是由于L／PyL≒105，因此PyL／PyL’≒10-5，实质上可以按照相等来处理。
接下来根据式（14）、（15），从实效间距Py’算出基准脉冲频率fy0、调制频率fyL。
fy0＝s／Py’ （14）
fyL＝s／PyL’ （15）
最后，根据式（14）、（15），从主轴电动机的Z相信号开始的经过时间t的脉冲频率fy由式（16）决定。
fy＝fy0＋δ1×sin（t×（fyL／fy0）×2π） （16）
X轴方向的轴进给速度由下述决定。
以主轴电动机的Z相信号为基准，测定旋转一周所需要的时间T，根据X轴方向间距Px，轴方向的基准进给速度Vx0由下面的式（17）决定。
Vx0＝Px／T （17）
根据X轴方向的长周期PxL，用下面的式（18）决定时刻t的轴进给速度Vx，并进行扫描。
Vx＝Vx0＋Vδ2·sin（Px／PxL×t×2π） （18）
在此，Vδ2是x轴方向的长周期PxL的速度变动幅度，利用长周期PxL的间距变动幅度δ2、Px、Vx0，用下面的式（19）表示。
Vδ2＝δ2×Vx0／Px （19）
接下来，对抗蚀层进行显影。抗蚀层的显影是使用0.03wT%的甘氨酸水溶液，在处理时间240秒的条件下实施的。接着，将显影了的抗蚀层作为掩膜，通过干燥蚀刻法对蚀刻层进行蚀刻。干燥蚀刻法是使用SF6作为蚀刻气体，在处理气压为1Pa、处理电力为300W、处理时间为5分钟的条件下进行实施的。接着，在6分钟时间的条件下，用pH1的盐酸从表面被赋予了微细结构的圆筒状金属模具仅剥离抗蚀层的残渣，制作圆筒模具（转印用模具）。
（树脂模具的制作）
对得到的圆筒状石英玻璃辊的表面（转印用模具）涂布Durasurf HD-1101Z（大金化学工业株式会社制造），以60℃加热一小时后，以室温静置24小时，进行固定化。这之后，用Durasurf HD-ZV（大金化工株式会社制造）冲洗三次，实施脱模处理。
接下来，用得到的圆筒状模具制作卷状树脂模具。将OPTOOL DAC HP（大金工业株式会社制造）、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（东亚合成株式会社制造M350）以及Irgacure184（Ciba株式会社制造）以重量份为10:100:5的比例混合调制光固化性树脂。接着，利用微型凹版涂层（廉井精机株式会社制造）将该光固化性树脂以6μm的涂布膜厚涂布在PET膜（A4100，东洋纺公司制造：宽300mm，厚100μm）的易粘接面上。
接着，用夹持辊（0.1MPa）将涂布了光固化性树脂的PET膜按压到圆筒模具（圆筒状金属模具）上，使用UV曝光装置（辐深UV系统（Fusion UV system）·日本株式会社制造，H阀）连续地照射紫外线实施光固化，使灯中心下面的累积曝光量在一个大气压、温度25℃、湿度为60%的情况下为600mJ/cm2，得到表面被反转转印了微细结构的卷状透明树脂模具（长200m，宽300mm）。
用扫描型电子显微镜观察树脂模具的话，该树脂模具以截面形状为h800nm的凸部具有下述的长周期结构的周期结构形成。
X轴方向间距Px：398nm
相对于X轴方向间距Px的变动幅度δ2：80nm
变动幅度δ2的X轴方向的长周期PxL：5μm
Y轴方向间距Py：460nm
相对于Y轴方向间距Py的变动幅度δ1：100nm
变动幅度δ1的Y轴方向的长周期PyL：5μm
（电子显微镜）
装置：日立s-5500装置；
加速电压：10kV
模式：普通
（反转树脂模具的制作）
接着，OPTOOL DAC HP（大金工业株式会社制造）、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（东亚合成株式会社制造M350）以及Irgacure184（Ciba株式会社制造）以重量份为10:100:5的比例混合来调制光固化性树脂。利用微型凹版涂层（廉井精机株式会社制造）将该光固化性树脂以2μm的涂布膜厚涂布在PET膜（A4100，东洋纺公司制造：宽300mm，厚100μm）的易粘接面上。
接着，用夹持辊（0.1MPa）将涂布了光固化性树脂的PET膜按压到上述卷状树脂模具上，使用UV曝光装置（辐深UV系统（Fusion UV system）·日本株式会社制造，H阀）连续地照射紫外线实施光固化，使灯中心下面的累积曝光量在一个大气压、温度25℃、湿度为60%的情况下为600mJ/cm2，得到表面被逆转印了微细结构的透明树脂模制板（长200m，宽300mm）。
（纳米压印光刻）
采用旋涂法（2000rpm，20秒）将掩膜材料涂布到Φ2”、厚度为0.33mm的C面蓝宝石基材上，形成抗蚀层。掩膜材料是用以丙二醇单甲基醚稀释了的涂布溶液制作的，通过该稀释使感光性树脂组合物的固含量成为5重量%。
（感光性树脂组合物）
作为感光性树脂组合物，将3-乙基-3{[（3-乙基氧杂环丁烷-3-基）甲氧基]甲基}氧杂环丁烷（OXT-221，东亚合成株式会社制造）20重量份、3’，4’-环氧环己烷羧酸3，4-环氧环己基（和光纯药株式会社制造）80重量份、苯氧基二甘醇丙烯酸酯（アロニックス（注册商标）M-101A，东亚合成株式会社制造）50重量份、环氧乙烷改性双酚A二丙烯酸酯（アロニックス（注册商标）M-211B，东亚合成株式会社制造）50重量份、DTS-102（绿化学株式会社制造）8重量份、1,9-二丁氧基蒽（Anthracure（アントラキュア）（注册商标）UVS-1331，川崎化成株式会社制造）1重量份、Irgacure(注册商标)184（Ciba株式会社制造）5重量份以及Optool（オプツール）（注册商标）DAC HP（20%固含量，大金工业株式会社制造）4重量份混合使用。
将透明树脂模制版切割为70mm×70mm（□70mm）并贴合在形成了抗蚀层的蓝宝石基材上。使用サンテック株式会社的膜贴合装置（TMS-S2），以90N的贴合夹持力、1.5m/s的速度进行贴合。接着，用两张□70mm×t10mm的透明硅酮板（硬度为20）对贴合并一体化了的透明树脂模具/抗蚀层/蓝宝石基材进行夹持。在该状态下，使用工程系统株式会社制造的纳米压印装置（EUN-4200），以0.05MPa的压力按压。在按压了的状态下，从透明树脂模具侧照射2500mJ/cm2的紫外线，使抗蚀层固化。固化后，剥离透明硅酮板和透明树脂模具，得到在C面状形成了图案的抗蚀层/蓝宝石层叠体。
（蚀刻）
使用反应性离子蚀刻装置（RIE-101iPH，萨姆肯(Samco)株式会社制造），在下述的蚀刻条件下对蓝宝石进行蚀刻。
蚀刻气体：CL2/(CL2+BCL3)=0.1
气体流量：10sccm
蚀刻压力：0.1Pa
天线：50w
偏压：50w
蚀刻之后，用电子显微镜观察蓝宝石基材的截面的话，则形成的是截面形状为h=250nm的凸部包含与在纳米压印中使用的卷状透明树脂模具相同的长周期结构的周期结构。
（半导体发光元件的形成）
在得到的蓝宝石基材上，利用MOCVD，连续地层叠（1）ALGaN低温缓冲层，（2）n型GaN层，（3）n型ALGaN包覆层，（4）InGaN发光层（MQW），（5）p型ALGaN包覆层，（6）p型GaN层，（7）ITO层。制膜条件为：蓝宝石基材上的凹凸在（2）n型GaN层的层叠时被埋，并平坦化。进一步地，进行蚀刻加工，安装上电极板。
在该状态下，使用探针在p电极极板和n电极极板之间流过20mA电流测定发光输出。在表1中示出与比较例1的发光输出比。
[实施例2]
使与实施例1一样制作的圆筒状金属模具一边以s=3.0m/sec的线速度旋转，一边在以下的条件下进行曝光。
曝光用半导体激光器波长：405nm
曝光激光器功率：3.5mW
X轴方向间距Px：173nm
相对于X轴方向间距Px的变动幅度δ2:17nm
变动幅度δ2的X轴方向的长周期PxL：5μm
Y轴方向间距Py：200nm
相对于Y轴方向间距Py的变动幅度δ1:20nm
变动幅度δ1的Y轴方向的长周期PyL：5μm
下面，通过与实施例1相同的操作，得到表面被反转转印了微细结构的卷状透明树脂模具（长200m，宽300mm）。
用扫描型电子显微镜观察树脂模具的话，则形成的是截面形状为h260nm±30nm的凸部具有以下的长周期结构的周期结构。
X轴方向间距Px:173nm
相对于X轴方向间距Px的变动幅度δ2：17nm
变动幅度δ2的X轴方向的长周期PxL:5μm
Y轴方向间距Py:200nm
相对于Y轴方向间距Py的变动幅度δ1：20nm
变动幅度δ1的Y轴方向的长周期PyL:5μm
对与周围的点之间距离最窄的点观察点直径和点高度的最大值，对与周围的点之间距离最宽的点观察点直径和点高度的最小值，这之间的点直径示出了与点之间距离的变动幅度的调制相同的调制曲线。
下面，与实施例1相同地制作半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出发光输出比。
[实施例3]
使与实施例1相同地制作的圆筒状金属模具一边以s=1.0m/s的线速度旋转，一边在以下的条件下曝光。
曝光用半导体激光器波长：405nm
曝光激光器功率：3.5mW
X轴方向间距Px：260nm
相于X轴方向间距Px的变动幅度δ2：26m
变动幅度δ2的X轴方向的长周期PxL：3.64μm
Y轴方向间距Py：300nm
相于Y轴方向间距Py的变动幅度δ1：30nm
变动幅度δ1的Y轴方向的长周期PyL：4.2μm
接下来与实施例1相同，得到表面结构被反转转印了的卷状透明树脂模具（长200m，宽300mm）。
接下来，通过扫描型电子显微镜观察制作好的卷状透明树脂模具的表面。在图25中示出电子显微镜照片。图25是平面视图中的凹凸结构的电子显微镜照片。由图25可知，在该微细结构中，纳米尺度的凸部在Y轴方向（上下方向）和X轴方向（左右方向）上均以不固定间隔排列，各间距的上述间距按照长周期被重复排列。
接下来，与实施例1相同地制作半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出发光输出比。
[实施例4]
使与实施例1相同地制作好的圆筒状金属模具一边以s=1.0m/sec的线速度旋转，一边在以下的条件下曝光。
曝光用半导体激光器波长：405nm
曝光激光器功率：3.5mW
X轴方向间距Px：200nm
Y轴方向间距Py：200nm
仅在初期进行间距Py的基准信号的控制。
接下来，与实施例1相同地得到表面结构被反转转印了的卷状透明树脂模具（长200m，宽300mm）。
接下来，通过扫描型电子显微镜观察制作好的卷状透明树脂模具的表面。在图26中示出电子显微镜照片。由图26可知，在Y轴方向（上下方向）上，凸部以设定了的间距Py被排列为列状。另外可知，该列状的凸部在X轴方向（左右方向）上以固定的间距Px被重复设置。又，可知在X轴方向上相邻排列的列状凸部之间，偏移量α是不规则的。
X轴方向间距Px：200nm
Y轴方向间距Py：200nm
接下来，与实施例1相同地制作半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出发光输出比。
[实施例5]
在圆筒状模具的制作中，在曝光用半导体激光器的发光频率中重叠上随机信号，在Y轴方向的间距Py中设置下面所述的变动幅度δ。
Y轴方向间距Py：200nm±10nm
接下来，与实施例1相同地制作半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出发光输出比。
[实施例6]
除了用SiC制作基材以外，与实施例4相同地制作SiC基材（光学用基材）以及半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出发光输出比。
[实施例7]
与实施例1相同地得到表面结构被反转转印了的卷状透明树脂模制版（长200m，宽300mm）。
（层叠半导体层的形成）
在Φ2”厚度为0.37mm的C面蓝宝石基材上，利用MOCVD，连续地层叠（1）ALGaN低温缓冲层，（2）n型GaN层，（3）n型ALGaN包覆层，（4）InGaN发光层（MQW），（5）p型ALGaN包覆层，（6）p型GaN层，形成层叠半导体层。
（纳米压印光刻）
在得到的层叠半导体层的最表面的（6）p型GaN层上，用旋涂法（2000rpm，20秒）涂布掩膜材料，形成抗蚀层。掩膜材料是用以丙二醇单甲基醚稀释了的涂布溶液制作的，通过该稀释使感光性树脂组合物的固含量成为5重量%。缓释性树脂组合物使用了与实施例1相同的组成。
将透明树脂模制版切割为70mm×70mm（□70mm）并贴合在形成了抗蚀层的GaN面上。使用サンテック株式会社的膜贴合装置（TMS-S2），以90N的贴合夹持力、1.5m/s的速度进行贴合。接着，用两张□70mm×T10mm的透明硅酮板（硬度为20）对贴合并一体化了的透明树脂模具/抗蚀层/GaN层/蓝宝石基材进行夹持。在该状态下，使用工程系统株式会社制造的纳米压印装置（EUN-4200），以0.05MPa的压力按压。在按压了的状态下，从透明树脂模具侧照射2500mJ/cm2的紫外线，使抗蚀层固化。固化后，剥离透明硅酮板和透明树脂模具，得到在C面状形成了图案的抗蚀层/GaN/蓝宝石层叠体。
（蚀刻）
使用反应性离子蚀刻装置（RIE-101iPH，萨姆肯(Samco)株式会社制造），在下述的蚀刻条件下对GaN半导体层进行蚀刻。
蚀刻气体：CL2/(CL2+BCL3)=0.1
气体流量：10sccm
蚀刻压力：0.1Pa
天线：50w
偏压：50w
蚀刻之后，用电子显微镜观察GaN面上的话，则形成的是截面形状为h=50nm的凸部包含与在纳米压印中使用的卷状透明树脂模具相同的长周期结构的周期结构。
（半导体发光元件的形成）
在形成了凹凸图案的层叠半导体层表面的GaN面上，进一步利用溅射法形成ITO层作为透明导电膜。并且，进行蚀刻加工并安装上电极极板。
在该状态下，使用探针在p电极极板和n电极极板之间流过20mA电流测定发光输出。在表1中示出该实施例7和下述的比较例1的发光输出比。
[实施例8]
与实施例1相同地得到表面结构被反转转印了的卷状透明树脂模制版（长200m，宽300mm）。
（层叠半导体层的形成）
在Φ2”厚度为0.37mm的C面蓝宝石基材上，利用MOCVD，连续地层叠（1）ALGaN低温缓冲层，（2）n型GaN层，（3）n型ALGaN包覆层，（4）InGaN发光层（MQW），（5）p型ALGaN包覆层，（6）p型GaN层，（7）ITO层，形成层叠半导体层。
（纳米压印光刻）
在得到的层叠半导体层的最表面的（7）ITO层上，用旋涂法（2000rpm，20秒）涂布掩膜材料，形成抗蚀层。掩膜材料是用以丙二醇单甲基醚稀释了的涂布溶液制作的，通过该稀释使感光性树脂组合物的固含量成为5重量%。感光性树脂组合物使用了与实施例1相同的组成。
将透明树脂模制版切割为70mm×70mm（□70mm）并贴合在形成了抗蚀层的ITO面上。使用サンテック株式会社的膜贴合装置（TMS-S2），以90N的贴合夹持力、1.5m/s的速度进行贴合。接着，用两张□70mm×T10mm的透明硅酮板（硬度为20）对贴合并一体化了的透明树脂模具/抗蚀层/ITO层/GaN层/蓝宝石基材进行夹持。在该状态下，使用工程系统株式会社制造的纳米压印装置（EUN-4200），以0.05MPa的压力按压。在按压了的状态下，从透明树脂具侧照射2500mJ/cm2的紫外线，使抗蚀层固化。固化后，剥离透明硅酮板和透明树脂模具，得到在C面状形成了图案的抗蚀层/ITO/GaN/蓝宝石层叠体。
（蚀刻）
使用反应性离子蚀刻装置（RIE-101iPH，萨姆肯(Samco)株式会社制造），在下述的蚀刻条件下对ITO层进行蚀刻。
蚀刻气体：CL2/(CL2+BCL3)=0.1
气体流量：10sccm
蚀刻压力：0.1Pa
天线：50w
偏压：50w
蚀刻之后，用电子显微镜观察ITO面上的话，则形成的是截面形状为h=50nm的凸部包含与在纳米压印中使用的卷状透明树脂模具相同的长周期结构的周期结构。
（半导体发光元件的形成）
在形成了凹凸图案的层叠半导体层表面的ITO面上，进一步进行蚀刻加工并安装上电极极板。
在该状态下，使用探针在p电极极板和n电极极板之间流过20mA电流测定发光输出。在表1中示出该实施例8和下述的比较例1的发光输出比。
[比较例1]
在与实施例1相同的条件下在通常的平的蓝宝石基材上形成半导体发光层，用同样的方法测定发光输出。
[比较例2]
利用通常的光刻法，在蓝宝石基材上设置直径为3μm、间距为6μm、高度为2μm的六边形配置的凹凸结构。这之后，在与实施例1相同的条件下形成半导体发光层，用同样的方法测定发光输出。
[比较例3]
采用与实施例1相同的方法，通过使用了半导体激光器的直接绘制光刻法，在石英玻璃表面形成纳米尺度的微细结构（微细凹凸结构）。成为X轴和Y轴方向的间距相同的、间距没有变动的六边形阵列。
X轴方向间距Px：398nm
Y轴方向间距Py：460nm
这之后，采用与实施例1相同的方法形成半导体发光层，测定发光输出。
[比较例4]
通过使用了半导体激光器的直接绘制光刻法在石英玻璃表面形成纳米尺度的微细结构（微细凹凸结构）。成为X轴和Y轴方向的间距相同的、间距没有变动的六边形阵列。
X轴方向间距Px：200nm
Y轴方向间距Py：200nm
除上述以外，与实施例1相同地制作蓝宝石基材（光学用基材）以及半导体发光元件，测定发光输出。在表1中示出结果。
[比较例5]
采用通常的光刻法，在蓝宝石基材上的p型GaN层上设置直径为3μm、间距为6μm、高度为50nm的六边形配置的凹凸结构。这之后，在与实施例7相同的条件下形成半导体发光层，用同样的方法测定发光输出。
[比较例6]
采用通常的光刻法，在用于实施例8的层叠半导体层上设置直径为3μm、间距为6μm、高度为50nm的六边形配置的凹凸结构。这之后，在与实施例8相同的条件下制作半导体发光层，用同样的方法测定发光输出。
表1将比较例1的输出作为1，示出了发光输出比。根据表1可知，采用本实施形态涉及的光学用基材(实施例1～实施例6)的话，与以往的平坦的蓝宝石基材(比较例1)、具有微米尺度的凹凸的蓝宝石基材(比较例2)以及具有间距不变动的纳米尺度的凹凸的蓝宝石基材(比较例3)相比，由于能够减少在蓝宝石基材上成膜的半导体层中的错位缺陷数，并且能够通过由周期性混乱的凹凸图案引起的光散射解除导波模式，提高光提取效率，因此能够得到具有高发光效率的半导体发光元件。
又，根据表1可知，采用本实施形态涉及的半导体发光元件(实施例7、8)的话，与以往的平坦的最表层(比较例1)、具有微米尺度的凹凸的GaN最表层(比较例4)以及具有微米尺度的凹凸的ITO最表层(比较例5)相比，由于能够降低与透明导电膜、p电极极板的接触电阻，并且能够通过由周期性混乱的凹凸图案引起的光散射解除导波模式，提高光提取效率，因此能够具有较高的发光效率。
[表1]
发光输出比
实施例1 1.80
实施例2 2.50
实施例3 2.90
实施例4 1.70
实施例5 1.60
实施例6 2.80
实施例7 2.70
实施例8 1.80
比较例1 1.00
比较例2 1.35
比较例3 1.40
比较例4 1.05
比较例5 1.41
比较例6 1.20
另外，本发明不仅限于上述实施形态，能够进行多种多样的改变而实施。在上述实施形态中，不仅限于附图图示出的大小和形状，在发挥本发明的效果的范围内能够做适当的变更。此外，在不脱离本发明的目的的范围内，可以进行适当的变更实施。
产业上的可利用性
根据本发明，利用光学用基材以及半导体光学元件所具有的微细结构层，通过减少半导体层中的错位缺陷数，改善内量子效率IQE，或者提高p型半导体层的欧姆接触以改善电子注入效率EIE，并且利用光散射解除导波模式以提高光提取效率LEE，由此能够提高LED的发光效率。因此，由于本发明的光学用基材以及半导体发光元件具有较高的发光效率，因此能够有效活用电力，对节能作出较大的贡献。
本申请基于2011年8月31日申请的日本专利申请2011-188803以及日本专利申请2011-188804、2011年10月18日申请的日本专利申请2011-229121、2012年2月10日申请的日本专利申请2012-27548、日本专利申请2012-27549以及日本专利申请2012-27550、以及2012年4月10日申请的日本专利申请2012-89230。它们的内容全部包含在此。

Claims (15)

1.一种光学用基材，其特征在于，
具有微细结构层，所述微细结构层包含由从基材主面向面外方向延伸的多个凸部或凹部构成的点，所述微细结构层在所述基材主面内的第一方向上，构成所述多个点以间距Py排列、且所述多个点的中心相互一致的多个直线状的点列，另一方面，在所述基材主面内的与所述第一方向正交的第二方向上，构成所述多个点列以间距Px排列的多个点列，
所述间距Py以及所述间距Px中的任意一方为纳米尺度的固定间隔，另一方为纳米尺度的不固定间隔，或者两者均为纳米尺度的不固定间隔，
为不固定间隔的所述间隔Py等同于各点的中心之间的距离，为不固定间隔的所述间距Px等同于所述多个点以所述间距Py排列而成的多个点列之间的距离，且所述间距Py以及所述间距Px比各点的直径要大，
在所述间距Py为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pyn满足下式(1)的关系，且构成为在所述第一方向上，以所述间距Py1～Pyn构成的点组以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，并且，
在所述间距Px为不固定间隔的情况下，至少相邻的4个以上m个以下的所述点之间的所述间距Pxn满足下式(2)的关系，且构成为在所述第二方向上，以所述间距Px1～Pxn构成的点列组以长周期单位Lxz重复排列，其中3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，
在所述点列组中，相邻的第一点列以及第二点列，或者第一点列以及第三点列在所述第二方向上对齐配置，
Py1＜Py2＜Py3＜…＜Pya＞…＞Pyn (1)
Px1＜Px2＜Px3＜…＜Pxa＞…＞Pxn (2)。
2.如权利要求1所记载的光学用基材，其特征在于，
所述点的各自的直径对应于间距Py或间距Px或间距Py和间距Px两者而增减，
在所述间距Py为不固定间隔的情况下，所述点的各自的直径至少由Dy1、Dy2以及Dyn构成，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dyn满足下式(3)的关系，且在所述第一方向上，以所述点直径Dy1～Dyn构成的点组以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，
在所述间距Px为不固定间隔的情况下，所述点的各自的直径至少由Dx1、Dx2以及Dxn构成，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点直径Dxn满足下式(4)的关系，且在所述第二方向上，以所述点直径Dx1～Dxn构成的点组以长周期单位Lxz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，
Dy1＜Dy2＜Dy3＜…＜Dya＞…＞Dyn (3)
Dx1＜Dx2＜Dx3＜…＜Dxa＞…＞Dxn (4)。
3.如权利要求2所记载的光学用基材，其特征在于，
所述点的各自的高度对应于间距Py或间距Px或间距Py和间距Px两者而增减，
在所述间距Py为不固定间隔的情况下，所述点的各自的高度至少由Hy1、Hy2以及Hyn构成，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hyn满足下式(5)的关系，且在所述第一方向上，以所述点高度Hy1～Hyn构成的点以长周期单位Lyz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，并且，
在所述间距Px为不固定间隔的情况下，所述点的各自的高度至少由Hx1、Hx2以及Hxn构成，至少相邻的4个以上m个以下的构成所述间距的所述点的点高度Hxn满足下式(6)的关系，且在所述第二方向上，以所述点高度Hx1～Hxn构成的点组以长周期单位Lxz重复排列，其中，3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，m、a是正整数，n＝m-1，
Hy1＜Hy2＜Hy3＜…＜Hya＞…＞Hyn (5)
Hx1＜Hx2＜Hx3＜…＜Hxa＞…＞Hxn (6)。
4.一种半导体发光元件，其特征在于，
结构中包含至少一个以上的权利要求1至3中任意一项所记载的光学用基材。
5.一种压印用模具，其特征在于，其是用于通过转印赋形制造权利要求1至3中任意一项所记载的光学用基材的压印用模具，该压印用模具具有与在该光学基材主面上配置的点嵌合的形状。
6.一种曝光装置，其特征在于，其用激光对被抗蚀层覆盖的辊状构件的表面进行脉冲曝光，在所述抗蚀层形成由多个曝光部构成的曝光图案，该曝光图案是与配置在转印用模具表面的点图案对应的点图案，所述转印用模具用于通过转印赋形制造权利要求1中记载的光学用基材，所述曝光装置具有：
使所述辊状构件围绕中心轴旋转的旋转控制部；
照射所述激光的加工头部；
使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向移动的轴方向移动单元；以及
曝光控制部，该曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号基于与所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号而被位相调制。
7.如权利要求6所记载的曝光装置，其特征在于，具有：
使所述加工头部沿着所述辊状构件的长轴方向以周期性变化的速度移动的所述轴方向移动单元，或该曝光控制部，或所述轴方向移动单元和该曝光控制部两者，该曝光控制部以如下的方式控制所述加工头部：重复基于脉冲信号的脉冲曝光，沿着所述辊状构件的圆周形成所述曝光图案，所述脉冲信号是基于和所述旋转控制部的旋转同步了的基准信号进行控制的。
8.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
沿着所述辊状构件的圆周形成的所述曝光图案的长度以及间隔中的至少一方，相对于所述脉冲信号，是用多个脉冲长度来控制的。
9.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
沿着所述辊状构件的圆周形成的所述曝光图案的间隔以及尺寸在50nm以上1μm以下。
10.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
覆盖所述辊状构件的表面的所述抗蚀层由热反应型抗蚀剂构成。
11.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
所述激光的波长在550nm以下。
12.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
所述激光被物镜聚焦，该激光被自动对焦以使得所述辊状构件的表面存在于其焦点深度内。
13.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
用于所述加工头部的激光器为半导体激光器。
14.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
用于所述加工头部的激光器为XeF、XeCL、KrF、ArF、F2准分子激光器中的任意一种。
15.如权利要求6或7所记载的曝光装置，其特征在于，
用于所述加工头部的激光为Nd:YAG激光器的二倍频、三倍频、四倍频中的任意一种。
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