JP2018022919A

JP2018022919A - Ｌｅｄ素子

Info

Publication number: JP2018022919A
Application number: JP2017195933A
Authority: JP
Inventors: エクマンヨハン; Ekman Johan; 宏一難波江; Koichi Nanbae
Original assignee: EL Seed Corp
Current assignee: EL Seed Corp
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2018-02-08

Abstract

【課題】回折作用による光取り出し効率の向上を維持しつつ、強度分布のむらを抑制することのできるＬＥＤ素子を提供する。【解決手段】周期的に凹部または凸部が形成された凹凸領域を素子表面に配置し、当該凹凸領域への入射光を回折作用を利用して素子外部へ取り出すＬＥＤ素子１において、凹凸領域は、凹部または凸部の周期が、入射光の光学波長より大きく、入射光のコヒーレント長より小さい第１の凹凸領域１０ａと、第１の凹凸領域よりも凹部または凸部の周期が大きい第２の凹凸領域１０ｂと、を有するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ素子に関する。

発光層を含むIII族窒化物半導体がサファイア基板上に形成されたＬＥＤ素子が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、ＬＥＤ素子の表面に、発光層から発せられる光の光学波長より大きくコヒーレント長より小さい周期で凹部又は凸部を形成することが記載されている。このＬＥＤ素子では、凹部又は凸部の形成領域にて回折作用を利用して光を透過させることにより、光取り出し効率の向上を図っている。

国際公開第２０１１／０２７６７９号

しかしながら、特許文献１に記載のＬＥＤ素子では、回折作用を利用することにより光取り出し効率が向上するものの、素子内外の界面にて回折条件を満たす特定の角度で光が透過するため、素子から取り出される光の角度が偏ってしまい、光の強度分布に過度のむらが生じるおそれがある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回折作用による光取り出し効率の向上を維持しつつ、強度分布のむらを抑制することのできるＬＥＤ素子を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、周期的に凹部または凸部が形成された凹凸領域を素子表面に配置し、当該凹凸領域への入射光を回折作用を利用して素子外部へ取り出すＬＥＤ素子において、前記凹凸領域は、前記凹部または前記凸部の周期が、前記入射光の光学波長より大きく、前記入射光のコヒーレント長より小さい第１の凹凸領域と、前記第１の凹凸領域よりも前記凹部または前記凸部の周期が大きい第２の凹凸領域と、を有するＬＥＤ素子が提供される。

このＬＥＤ素子によれば、凹凸領域への入射光は、第１の凹凸領域では回折作用を利用して素子外部へ取り出され、第２の凹凸領域では第１の凹凸領域と異なる作用で素子外部へ取り出される。
第２の凹凸領域における凹部または凸部の周期が入射光のコヒーレント長より小さい場合は、第２の凹凸領域においても回折作用を得ることができる。第２の凹凸領域における回折条件は、第１の凹凸領域における回折条件と異なるため、入射光は第１の凹凸領域と第２の凹凸領域とで異なる角度で素子外部へ出射する。
また、第２の凹凸領域における凹部または凸部の周期が入射光のコヒーレント長の半分以上の領域では、周期が大きくなるにつれて徐々に拡散作用が大きくなる。光が拡散する場合、入射光は回折作用のように特定の角度で出射するのでなく、全ての角度にわたって出射する。
すなわち、第２の凹凸領域にて、入射光は回折作用と拡散作用の少なくとも一方の作用を得ることとなるが、いずれの作用であっても第１の凹凸領域の出射角度と異なる角度で光が出射することとなる。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記入射光は、波長が異なる複数の光を含み、前記第１の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光の光学波長より大きく、当該全ての光のコヒーレント長の半分よりも小さく、前記第２の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光のコヒーレント長の半分よりも大きいことが好ましい。

このＬＥＤ素子によれば、素子にて生じた全ての波長の光について、第１の凹凸領域にて回折作用を得ることができるとともに、第２の凹凸領域にて少なくとも拡散作用を得ることができる。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記第１の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光の光学波長の２倍より大きいことが好ましい。

このＬＥＤ素子によれば、凹部または凸部の周期が光学波長の２倍より大きいと、第１の凹凸領域において回折による透過モードの数が十分に増えるので好ましい。

また、上記ＬＥＤ素子において、ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されＳｉＣ結晶からなるＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板上に形成されたＧａＮ系半導体層と、を備え、前記ＳｉＣ基板は、ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され前記ＧａＮ系半導体層から発せられる励起光により励起されると第１の可視光を発する第１ＳｉＣ層と、前記第１ＳｉＣ層と同じまたは異なる組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され前記励起光により励起されると前記第１の可視光よりも波長が長い第２の可視光を発する第２ＳｉＣ層と、を含んでいてもよい。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記第２ＳｉＣ層は、前記第１ＳｉＣ層と同じ組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され、当該アクセプタ不純物の濃度が前記第１ＳｉＣ蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高くともよい。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記ドナー不純物は窒素であり、前記アクセプタ不純物はホウ素であり、前記第１ＳｉＣ層の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０^１８／ｃｍ^３より低く、前記第２ＳｉＣ層の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０^１８／ｃｍ^３より高くともよい。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記第２ＳｉＣ層は、前記第１ＳｉＣ層と異なる組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されてもよい。

また、上記ＬＥＤ素子において、前記第１ＳｉＣ層の前記ドナー不純物は窒素であり、前記第１ＳｉＣ層の前記アクセプタ不純物はアルミニウムであり、前記第２ＳｉＣ層の前記ドナー不純物は窒素であり、前記第２ＳｉＣ層の前記ドナー不純物はホウ素であってもよい。

本発明のＬＥＤ素子によれば、第２の凹凸領域において第１の凹凸領域と異なる角度で光が取り出されるため、素子から取り出される光が特定の角度に偏ることを抑制して、光の強度分布にむらが生じることを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態を示すＬＥＤ素子の模式断面図である。図２は、ＬＥＤ素子の底面説明図であり、（ａ）はＳｉＣ基板の裏面全体における第１モスアイ領域と第２モスアイ領域の配置状態を示し、（ｂ）は第１モスアイ領域と第２モスアイ領域の境界部分における各モスアイ領域の凸部の形成状態を示す。図３は、異なる屈折率の界面における光の回折作用を示す説明図である。図４は、ＳｉＣ基板へ入射した光が蛍光に変換される様子を模式的に示した説明図である。図５は、ホウ素の濃度を変化させた場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。図６は、試料体Ｂの一般演色指数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ＿Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ＿Ｉｎｄｅｘ）を基準として、試料体Ａと試料体Ｂを混合した場合に、どの程度一般演色指数が向上したかを示す表である。図７は、アクセプタ不純物をアルミニウムとした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。図８は、第１ＳｉＣ層、第２ＳｉＣ層及び第３ＳｉＣ層を有するＳｉＣ基板の波長と発光強度の関係を示すグラフである。図９は、結晶成長装置の説明図である。図１０は、プラズマエッチング装置の概略説明図である。図１１は、ＳｉＣ基板のエッチング方法を示すフローチャートである。図１２はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前のＳｉＣ基板を示し、（ｂ）はＳｉＣ上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。図１３はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとしてサファイア基板をエッチングした状態を示す。図１４はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとしてＳｉＣ基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）はＳｉＣ基板から残ったマスク層を除去した状態を示す。図１５は、変形例を示すＬＥＤ素子の底面説明図である。図１６は、変形例を示すＬＥＤ素子の底面説明図である。

図１から図１４は本発明の一実施形態を示すものであり、図１はＬＥＤ素子の模式断面図である。

図１に示すように、ＬＥＤ素子１は、ドナー不純物及びアクセプタ不純物を含むＳｉＣ基板１０と、このＳｉＣ基板１０上に形成されるＧａＮ系半導体層２０と、を備えている。ＧａＮ系半導体層２０からＳｉＣ基板１０へ光が入射すると、ＳｉＣ基板１０にて入射光が吸収されて不純物準位による蛍光が生じるようになっている。

ＳｉＣ基板１０は、６Ｈ型のＳｉＣ結晶によって形成され、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素又はアルミニウムを含んでいる。ＳｉＣ基板１０は、窒素及びアルミニウムがドープされた第１ＳｉＣ層１１と、窒素及びホウ素がドープされた第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３と、を有する。

第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３は、いずれもドナー不純物の濃度がアクセプタ不純物の濃度よりも高く、これらの濃度の差が、１×１０^１８／ｃｍ^３以下となっている。第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３は、窒素の濃度の低い順に、ＧａＮ系半導体層２０側から並んでいる。本実施形態においては、第２ＳｉＣ層１２のホウ素の濃度は５×１０^１８／ｃｍ^３より低く、第３ＳｉＣ層１３のホウ素の濃度は５×１０^１８／ｃｍ^３より高い。

ＳｉＣ基板１０の裏面１４には、凹部又は凸部が周期的に形成される。本実施形態においては、裏面１４には、周期的に凸部１４ａ,１４ｂが形成される。図１に示すように、裏面１４には、互いに凸部１４ａ,１４ｂの周期が異なる第１モスアイ領域１０ａと第２モスアイ領域１０ｂが形成される。本実施形態においては、図２（ａ）に示すように、第１の凹凸領域としての第１モスアイ領域１０ａが裏面１４の中心側に形成され、第２の凹凸領域としての第２モスアイ領域１０ｂが裏面１４の外縁側に形成される。第１モスアイ領域１０ａの各凸部１４ａ及び第２モスアイ領域１０ｂの各凸部１４ｂの形状は、円錐、多角錐等の錐状の他、錐の上部を切り落とした円錐台、多角錐台等の錐台状とすることができる。本実施形態においては、第１モスアイ領域１０ａと第２モスアイ領域１０ｂの各凸部１４ａ,１４ｂはそれぞれ円錐状に形成される。

ＳｉＣ基板１０の製造方法は任意であるが、例えば昇華法、化学気相成長法によってＳｉＣ結晶を成長させて製造することができる。このとき、結晶成長中の雰囲気における窒素ガス（Ｎ_２）の分圧を適度に調整することにより、ＳｉＣ基板１０における窒素の濃度を任意に設定することができる。一方、ホウ素は、ホウ素単体またはホウ素化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ基板１０におけるホウ素の濃度を任意に設定することができる。また、アルミニウムは、アルミニウム単体またはアルミニウム化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ基板１０におけるアルミニウムの濃度を任意に設定することができる。ここで、不純物濃度の設定値が低い方が、不純物濃度の制御性が高くなる。

図１に示すように、ＧａＮ系半導体層２０は、ＡＩＧａＮで構成されたバッファ層２１と、ｎ―ＧａＮで構成された第１コンタクト層２２と、ｎ−ＡＩＧａＮで構成された第１クラッド層２３と、ＧａｌｎＮ／ＧａＮで構成された発光層２４と、ｐ―ＡＩＧａＮで構成された電子ブロック層２５と、ｐ−ＡＩＧａＮで構成された第２クラッド層２６と、ｐ―ＧａＮで構成された第２コンタクト層２７と、をＳｉＣ基板１０側からこの順で連続的に有している。ＧａＮ系半導体層２０は、ＳｉＣ基板１０上に、例えば有機金属化合物気相成長法によって積層される。

また、第２コンタクト層２７の表面には、ｐ電極３１が形成される。本実施形態においては、ｐ電極３１は、ＩＴＯ層３１ａ、ＡＰＣ層３１ｂ、Ｎｉ層３１ｃ、Ｔｉ層３１ｄ及びＡｕ層３１ｅが、第２コンタクト層２７側からこの順で形成される。ＩＴＯ層３１ａは、ＩＴＯ（Indium_Tin_Oxide）からなり、厚さは例えば２０ｎｍである。ＡＰＣ層３１ｂは、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ−Ｇｅ系の合金材料からなり、厚さは例えば５００ｎｍである。Ｎｉ層３１ｃは、Ｎｉからなり、厚さは例えば３０ｎｍである。Ｔｉ層３１ｄは、Ｔｉからなり、厚さは例えば１０ｎｍである。Ａｕ層３１ｅは、Ａｕからなり、厚さは例えば５００ｎｍである。

また、第２コンタクト層２７から第１コンタクト層２２の所定位置まで厚さ方向にエッチングすることにより第１コンタクト層２２を露出させ、この露出部分にｎ電極３２が形成される。本実施形態においては、ｎ電極３２は、ＩＴＯ層３２ａ、ＡＰＣ層３２ｂ、Ｎｉ層３２ｃ、Ｔｉ層３２ｄ及びＡｕ層３２ｅが、第２コンタクト層２７側からこの順で形成される。ＩＴＯ層３２ａは、ＩＴＯからなり、厚さは例えば２０ｎｍである。ＡＰＣ層３２ｂは、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ−Ｇｅ系の合金材料からなり、厚さは例えば５００ｎｍである。Ｎｉ層３１ｃは、Ｎｉからなり、厚さは例えば３０ｎｍである。Ｔｉ層３２ｄは、Ｔｉからなり、厚さは例えば１０ｎｍである。Ａｕ層３２ｅは、Ａｕからなり、厚さは例えば５００ｎｍである。

本実施形態においては、発光層２４は、Ｇａ_０．９５ｌｎ_０．０５Ｎ／ＧａＮからなり、発光のピーク波長は３８５ｎｍである。尚、発光層２４におけるピーク波長は任意に変更することができる。また、第１導電型層、活性層及び第２導電型層を少なくとも含み、第１導電型層及び第２導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、ＧａＮ系半導体層２０の層構成は任意である。

以上のように構成されたＬＥＤ素子１のｐ電極３１とｎ電極３２に順方向の電圧を印加すると、ＧａＮ系半導体層２０に電流が注入され、発光層２４において近紫外領域にピーク波長を有する光が放出される。放出された近紫外光は、アクセプタ不純物とドナー不純物がドープされたＳｉＣ基板１０へ入射してほぼ全てが吸収される。ＳｉＣ基板１０では、近紫外光を励起光としてドナー電子とアクセプタ正孔が再結合することにより蛍光が生じ、第１ＳｉＣ層１１では青色から緑色に発光し、第２ＳｉＣ１２及び第３ＳｉＣ層１３では黄色から赤色にかけて発光する。

図３は、異なる屈折率の界面における光の回折作用を示す説明図である。
ブラッグの回折条件から、界面にて光が透過する場合において、入射角θ_ｉｎに対して透過角θ_ｏｕｔが満たすべき条件は、
ｄ・（ｎ１・ｓｉｎθ_ｉｎ−ｎ２・ｓｉｎθ_ｏｕｔ）＝ｍ・λ・・・（１）
である。ここで、ｎ１は入射側の媒質の屈折率、ｎ２は出射側の媒質の屈折率、ｍは整数である。例えばＳｉＣ基板１０から素子外部の空気へ光が出射する場合、ｎ２は空気の屈折率となる。図３に示すように、上記（１）式を満たす透過角θ_ｏｕｔで、界面へ入射する光は透過される。

上記（１）式の回折条件を十分に満たす透過角θ_ｏｕｔが存在するためには、ＳｉＣ基板１０の裏面１４における凹凸の周期は、光学波長である（λ／ｎ１）よりも大きくなければならない。従って、ＳｉＣ基板１０の第１モスアイ領域１０ａは、回折作用が十分に得られるように周期が（λ／ｎ１）よりも大きく設定されている。また、第２モスアイ領域１０ｂの各凸部１４ｂの周期は、第１モスアイ領域１０ａと異なる光学作用が得られるように、第１モスアイ領域１０ａの各凸部１４ａの周期よりも大きく設定されている。

図２（ｂ）に示すように、第１モスアイ領域１０ａ及び第２モスアイ領域１０ｂは、平面視にて、各凸部１４ａ,１４ｂの中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。第１モスアイ領域１０ａの各凸部１４ａの周期は、ＳｉＣ基板１０から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくなっている。尚、ここでいう周期とは、隣接する各凸部１４ａ,１４ｂにおける高さのピーク位置の距離をいう。また、光学波長とは、実際の波長を屈折率で除した値を意味する。さらに、コヒーレント長とは、所定のスペクトル幅のフォトン群の個々の波長の違いによって、波の周期的振動が互いに打ち消され、可干渉性が消失するまでの距離に相当する。コヒーレント長ｌｃは、光の波長をλ、当該光の半値幅をΔλとすると、おおよそｌｃ＝（λ^２／Δλ）の関係にある。

ここで、各凸部１４ａ,１４ｂの周期は光学波長の１倍以上で臨界角以上の角度の入射光に対して徐々に回折作用が有効に働き出し、ＳｉＣ基板１０から発せられる光の光学波長の２倍より大きいと、透過モードの数が十分に増えるので好ましい。また、各凸部１４ａ,１４ｂの周期を、ＳｉＣ基板１０から発せられる光のコヒーレント長の半分未満とすると、回折作用が比較的大きくなる。一方、各凸部１４ａ,１４ｂの周期を、ＳｉＣ基板１０から発せられる光のコヒーレント長の半分以上とすると、徐々に拡散作用が大きくなる。

本実施形態においては、第１モスアイ領域１０ａの各凸部１４ａの周期は４６０ｎｍであり、第２モスアイ領域１０ｂの各凸部１４ｂの周期は１０００ｎｍである。ＳｉＣ基板１０の第１ＳｉＣ層１１から発せられる光の波長は４８４ｎｍであり、第２ＳｉＣ層１２から発せられる光の波長は５７１ｎｍであり、第３ＳｉＣ層１３から発せられる光の波長は６０５ｎｍである。ここで、ＳｉＣの屈折率は、４８４ｎｍで２．７１、５７１ｎｍで２．６７、６０５ｎｍで２．６５である。コヒーレント長を考慮する上での屈折率は入射側と出射側の媒質の屈折率の平均とすることができ、ＳｉＣ基板１０の裏面１４の外側が空気である場合、空気の屈折率は１．００であることから、４８４ｎｍで１．８５５、５７１ｎｍで１．８３５、６０５ｎｍで１．８２５である。従って、コヒーレント長を考慮する上での、第１ＳｉＣ層１１から発せられる光の光学波長は２６１ｎｍ、第２ＳｉＣ層１２から発せられる光の光学波長は３１１ｎｍ、第３ＳｉＣ層１３から発せられる光の光学波長は３３２ｎｍである。

また、コヒーレント長を考慮する上でのＳｉＣ基板１０の第１ＳｉＣ層１１から発せられる光の光学的な半値幅は３６ｎｍであり、第２ＳｉＣ層１２から発せられる光の光学的な半値幅は６１ｎｍであり、第３ＳｉＣ層１３から発せられる光の光学的な半値幅は６８ｎｍである。すなわち、第１ＳｉＣ層１１から発せられる光のコヒーレント長は１８９２ｎｍ、第２ＳｉＣ層１２から発せられる光のコヒーレント長は１５８６ｎｍ、第３ＳｉＣ層１３から発せられる光のコヒーレント長は１６２１ｎｍである。

すなわち、第１モスアイ領域１０ａの各凸部１４ａの周期は、ＳｉＣ基板１０から発せられる全ての光の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。また、第２モスアイ領域１０ｂの各凸部１４ｂの周期は、ＳｉＣ基板１０から発せられる全ての光のコヒーレント長の半分よりも大きい。

ここで、ＳｉＣ基板１０における蛍光作用について、図４を参照して説明する。図４は、ＳｉＣ基板へ入射した光が蛍光に変換される様子を模式的に示した説明図である。
ＳｉＣ基板１０は主にＳｉＣ結晶で構成されているため、６Ｈ型ＳｉＣ結晶のバンドギャップエネルギーＥ_ｇが形成されている。
ＳｉＣ基板１０に光を入射させると、価電子帯Ｅ２から伝導帯Ｅ１に自由電子ａが励起され、Ｅ２には自由正孔ｂが生成される。そして、数ｎｓから数μｓの短時間のうちに、自由電子ａはドナー準位Ｎ_ＳＤ，Ｎ_ＤＤへ緩和してドナー電子ａ_Ｓ’，ａ_Ｄ’となり、自由正孔ｂはアクセプタ準位Ｎ_Ａへと緩和してアクセプタ正孔ｂ’となる。尚、アクセプタ準位Ｎ_Ａは、シリコンサイトとカーボンサイトで異なる。
ここで、キュービックサイトのドナーは深いドナー準位Ｎ_ＤＤを形成し、ヘキサゴナルサイトのドナーは浅いドナー準位Ｎ_ＳＤを形成することが判明している。

深いドナー準位Ｎ_ＤＤへ緩和したドナー電子ａ_Ｄ’は、ドナー・アクセプタ・ペア（ＤＡＰ）発光に用いられ、アクセプタ正孔ｂ’と再結合する。そして、その遷移エネルギー（Ｅ_ｇ−Ｅ_ＤＤ−Ｅ_Ａ）に相当するエネルギーを有する光子ｃがＳｉＣ基板１０の外部へ放出される。ＳｉＣ基板１０の外部へ放出された光子ｃの波長は、遷移エネルギー（Ｅ_ｇ−Ｅ_ＤＤ−Ｅ_Ａ）に依存する。
一方、浅いドナー準位Ｎ_ＳＤへ緩和したドナー電子ａ_Ｓ’は、Γバンドとのバンド内吸収に用いられ、アクセプタ正孔ｂ’と再結合しない。すなわち、発光には寄与しない。

ドナー・アクセプタ・ペア発光を的確に行うためには、ＳｉＣ結晶中の室温でのキャリア濃度が、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差よりも小さいことが好ましい。
さらに、窒素のイオン化エネルギーはホウ素及びアルミニウムよりも小さいため、室温において、ある程度の窒素がイオン化する。すると、励起されたドナー電子ａ_Ｄ’が再度伝導帯Ｅ１に遷移することとなり、アクセプタ正孔ｂ’と対になるドナー電子ａ_Ｄ’が不足することとなる。対となるドナー電子ａ_Ｄ’がないアクセプタ正孔ｂ’は、蛍光発光に寄与することができず、そのアクセプタ正孔ｂ’を励起するためのエネルギーが無駄に消費されたこととなる。すなわち、ドナー電子ａ_Ｄ’とアクセプタ正孔ｂ’が過不足なく再結合できるように予めイオン化する窒素量を見越してホウ素濃度よりも窒素濃度を多めに設定しておくことにより、高い蛍光量子効率を実現することができる。

ここで、ホウ素が炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されるか、カーボンサイトに配置されるかによりアクセプタ準位Ｎ_Ａが変化し、発光波長が変化する。ここで、ホウ素がどちらのサイトに配置されるかは、ホウ素濃度によると考えられる。図５は、ホウ素の濃度を変化させた場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。ここで試料体Ａは、ホウ素の濃度を３．５×１０^１８／ｃｍ^３、窒素の濃度を４．５×１０^１８／ｃｍ^３として作製し、試料体Ｂは、ホウ素の濃度を９×１０^１８／ｃｍ^３、窒素の濃度を１×１０^１９／ｃｍ^３として作製した。

図５に示すように、試料体Ａではピーク波長が５７１ｎｍとなり、試料体Ｂではピーク波長が６０５ｎｍとなった。試料体Ａにおいては、炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されるホウ素が比較的多く、試料体Ｂにおいては、カーボンサイトに配置されるホウ素が比較的多いと考えられる。ホウ素の濃度を５×１０^１８／ｃｍ^３とするとピーク波長が５９６．５ｎｍであり、ホウ素の濃度を５×１０^１８／ｃｍ^３より低くすればホウ素が炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されやすく、高くすればホウ素がカーボンサイトに配置されやすくなると考えられる。ホウ素の濃度がおおよそ５×１０^１７〜５×１０^１８／ｃｍ^３であれば比較的短い波長で発光し、おおよそ５×１０^１８〜５×１０^１９／ｃｍ^３程度であれば比較的長い波長で発光するといえる。

図６は、試料体Ｂの一般演色指数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ＿Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ＿Ｉｎｄｅｘ）を基準として、試料体Ａと試料体Ｂを混合した場合に、どの程度一般演色指数が向上したかを示す表である。ここで、図６における試料体Ａと試料体Ｂの混合比率は、各試料体の発光ピーク波長の発光強度を基準に設定した。尚、各試料体の発光強度は、例えば、各試料体が板状であるならば板厚を変化させたり、各試料体が粉末状であるならば粉末の量を変化させることにより調整することができる。図６に示すように、試料体Ａを基準とすると試料体Ｂを混合した場合にＣＲＩが向上することが理解される。

図７は、アクセプタ不純物をアルミニウムとした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。この試料体は、アルミニウムの濃度を１×１０^１８／ｃｍ^３、窒素の濃度を２×１０^１８／ｃｍ^３として作製した。図７に示すように、この試料体では中心波長が４８４ｎｍであり、４６７ｎｍ及び４８６ｎｍの２つのピーク波長が存在する。

図８は、第１ＳｉＣ層、第２ＳｉＣ層及び第３ＳｉＣ層を有するＳｉＣ基板の波長と発光強度の関係を示すグラフである。ここで、第１ＳｉＣ層１１の不純物濃度は図７で示した試料体と同様とし、第２ＳｉＣ層１２の不純物濃度は試料体Ａと同様とし、第３ＳｉＣ層１３の不純物濃度は試料体Ｂと同様にした。図８に示すように、ＳｉＣ基板１０は、青色から赤色にかけての発光スペクトルを有している。特に、黄色から赤色にかけては、第２ＳｉＣ層１２と第３ＳｉＣ層１３の発光スペクトルが重なり合っている。

次いで、図９を参照してＳｉＣ基板１０の製造方法について説明する。図９は、結晶成長装置の説明図である。
図９に示すように、この結晶成長装置１００は、種結晶基板１１０及び原料１２０が配置される内部容器１３０と、内部容器１３０を収容する収容管１４０と、内部容器１３０を覆う断熱容器１５０と、収容管１４０内へ気体を導入する導入管１６０と、導入管１６０から導入される気体の流量を計る流量計１７０と、収容管１４０内の圧力を調整するポンプ１８０と、収容管１４０の外側に配置され種結晶基板１１０を加熱するためのＲＦコイル１９０と、を有している。

内部容器１３０は、例えば黒鉛からなり、上方を開口した坩堝１３１と、坩堝１３１の開口を閉塞する蓋１３２と、を有する。蓋１３２の内面には、単結晶ＳｉＣからなる種結晶基板１１０が取り付けられる。また、坩堝１３１の内部には、昇華再結晶の原料１２０が収容される。本実施形態においては、原料１２０は、ＳｉＣ結晶の粉末と、Ｂ源又はＡｌ源となる粉末とが用いられる。

ＳｉＣ蛍光材料を製造するにあたっては、まず、原料１２０を充填した坩堝１３１を蓋１３２で閉じ、黒鉛製の支持棒により収容管１４０の内部に設置した後、内部容器１３０を断熱容器１５０で被覆する。そして、雰囲気ガスとして、Ａｒガス、Ｎ_２ガス及びＨ_２ガスを、流量計１７０を介して導入管１６０により収容管１４０の内部へ流す。続いて、ＲＦコイル１９０を用いて、原料１２０を加熱するとともに、ポンプ１８０を用いて収容管１４０内の圧力を制御する。

具体的には、収容管１４０内の圧力を０．０３Ｐａから６００Ｐａの間とし、種結晶基板１１０の初期温度を少なくとも１１００℃とする。初期温度は、１５００℃以下が好ましく、１４００℃以下がより好ましい。そして、原料１２０と種結晶基板１１０の間の温度勾配を１℃から１０℃の間に設定する。

次いで、種結晶基板１１０を初期温度から、１５℃／分から２５℃／分の割合で加熱していき、成長温度まで上昇させる。成長温度は、１７００℃から１９００℃の間が好ましい。成長レートは、１０μｍ／時から２００μｍ／時の間とすることが好ましい。

これにより、原料１２０は、昇華後、温度勾配に基づき形成される濃度勾配により、種結晶基板１１０の方向に拡散して輸送される。ＳｉＣ蛍光材料の成長は、種結晶基板１１０に到着した原料ガスが種結晶上に再結晶することにより実現される。尚、ＳｉＣ結晶のドーピング濃度は、結晶成長時の雰囲気ガス中への不純物ガスの添加、並びに、原料粉末への不純物元素またはその化合物の添加により制御することができる。すなわち、ドーピング元素及び濃度の異なる第１ＳｉＣ１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３を連続的に作製することができる。

ただし、設定されるドナー不純物及びアクセプタ不純物の濃度が高くなると、添加される不純物元素またはその化合物が増えるため、不純物濃度の制御の精度が悪くなる。不純物濃度の誤差が大きくなると、フリーキャリアによる吸収等が生じて発光効率が落ちるおそれがある。すなわち、設定される不純物濃度が高いほど、不純物濃度の誤差に起因するフリーキャリア吸収が生じやすくなる。

本実施形態においては、Ｎ_２ガスが結晶成長時の雰囲気ガス中に添加され、Ｂ又はＡｌの単体又は化合物が原料１２０に添加される。さらに、Ｈ_２ガスが結晶成長時の雰囲気ガス中に添加されており、これによりドナー不純物のヘキサゴナルサイトの炭素原子との置換を抑制し、キュービックサイトの炭素原子との置換を促進する。

このようにして作製されたＳｉＣ結晶は、外周研削、スライス、表面研削、表面研磨等の工程を経て、凹凸加工前のＳｉＣ基板１０となる。次いで、図１０から図１４を参照してＳｉＣ基板１０の加工方法について説明する。図１０は、ＳｉＣ基板を加工するためのプラズマエッチング装置の概略説明図である。

図１０に示すように、プラズマエッチング装置９１は、誘導結合型（ＩＣＰ）であり、ＳｉＣ基板１０を保持する平板状の基板保持台９２と、基板保持台９２を収容する容器９３と、容器９３の上方に石英板９６を介して設けられたコイル９４と、基板保持台９２に接続された電源９５と、を有している。コイル９４は立体渦巻形のコイルであり、コイル中央から高周波電力を供給し、コイル外周の末端が接地されている。エッチング対象のＳｉＣ基板１０は直接或いは搬送用トレーを介して基板保持台９２に載置される。基板保持台９２にはＳｉＣ基板１０を冷却するための冷却機構が内蔵されており、冷却制御部９７によって制御される。容器９３は供給ポートを有し、Ｏ_２ガス、Ａｒガス等の各種ガスが供給可能となっている。

このプラズマエッチング装置９１でエッチングを行うにあたっては、基板保持台９２にＳｉＣ基板１０を載置した後、容器９３内の空気を排出して減圧状態とする。そして、容器９３内に所定の処理ガスを供給し、容器９３内のガス圧力を調整する。その後、コイル９４及び基板保持台９２に高出力の高周波電力を所定時間供給して、反応ガスのプラズマ９８を生成させる。このプラズマ９８によってＳｉＣ基板１０のエッチングを行う。

次いで、図１１、図１２、図１３及び図１４を参照して、プラズマエッチング装置９１を用いたエッチング方法について説明する。
図１１は、エッチング方法を示すフローチャートである。図１１に示すように、本実施形態のエッチング方法は、マスク層形成工程Ｓ１と、レジスト膜形成工程Ｓ２と、パターン形成工程Ｓ３と、残膜除去工程Ｓ４と、レジスト変質工程Ｓ５と、マスク層のエッチング工程Ｓ６と、ＳｉＣ基板のエッチング工程Ｓ７と、マスク層除去工程Ｓ８と、を含んでいる。

図１２はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前のＳｉＣ基板を示し、（ｂ）はＳｉＣ基板上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。
図１３はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとしてＳｉＣ基板をエッチングした状態を示す。尚、変質後のレジスト膜は、図中、塗りつぶすことで表現している。
図１４はＳｉＣ基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとしてＳｉＣ基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）はＳｉＣ基板から残ったマスク層を除去した状態を示す。
尚、図１２から図１４は、ＳｉＣ基板の一部分を示しており、第１モスアイ領域１０ａを図示している。

まず、図１２（ａ）に示すように、加工前のＳｉＣ基板１０を準備する。エッチングに先立って、ＳｉＣ基板１０を所定の洗浄液で洗浄しておく。本実施形態においては、ＳｉＣ基板１０はＳｉＣ基板である。

次いで、図１２（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１０にマスク層２３０を形成する（マスク層形成工程：Ｓ１）。本実施形態においては、マスク層２３０は、ＳｉＣ基板１０上のＳｉＯ_２層２３１と、ＳｉＯ_２層２３１上のＮｉ層２３２と、を有している。各層２３１，２３２の厚さは任意であるが、例えばＳｉＯ_２層を１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、Ｎｉ層２３２を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。尚、マスク層２３０は、単層とすることもできる。マスク層２３０は、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等により形成される。

次に、図１２（ｃ）に示すように、マスク層２３０上にレジスト膜２４０を形成する（レジスト膜形成工程：Ｓ２）。本実施形態においては、レジスト膜２４０として熱可塑性樹脂が用いられ、スピンコート法により均一な厚さに形成される。レジスト膜２４０は、例えばエポキシ系樹脂からなり、厚さが例えば７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。尚、レジスト膜２４０として、光硬化性樹脂を用いることもできる。

そして、レジスト膜２４０をＳｉＣ基板１０ごと加熱して軟化させ、図１２（ｄ）に示すように、モールド２５０でレジスト膜２４０をプレスする。モールド２５０の接触面には凹凸構造２５１が形成されており、レジスト膜２４０が凹凸構造２５１に沿って変形する。

この後、プレス状態を保ったまま、レジスト膜２４０をＳｉＣ基板１０ごと冷却して硬化させる。そして、モールド２５０をレジスト膜２４０から離隔することにより、図１２（ｅ）に示すように、レジスト膜２４０に凹凸構造２４１が転写される（パターン形成工程：Ｓ３）。ここで、凹凸構造２４１の周期は１μｍ以下となっている。本実施形態においては、凹凸構造２４１の周期は、第１モスアイ領域１０ａについては例えば４６０ｎｍ、第２モスアイ領域１０ｂについては例えば１０００ｎｍである。また、本実施形態においては、凹凸構造２４１の凸部２４３の直径は１５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下となっており、例えば２００ｎｍである。また、凸部２４３の高さは２００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下となっており、例えば２３０ｎｍである。この状態で、レジスト膜２４０の凹部には残膜２４２が形成されている。

以上のようにレジスト膜２４０が形成されたＳｉＣ基板１０を、プラズマエッチング装置９１の基板保持台９２に取り付ける。そして、例えばプラズマアッシングにより残膜２４２を取り除いて、図１３（ｆ）に示すように被加工材であるマスク層２３０を露出させる（残膜除去工程：Ｓ４）。本実施形態においては、プラズマアッシングの処理ガスとしてＯ_２ガスが用いられる。このとき、レジスト膜２４０の凸部２４３もアッシングの影響を受け、凸部２４３の側面２４４は、マスク層２３０の表面に対して垂直でなく、所定の角度だけ傾斜する。

そして、図１３（ｇ）に示すようにレジスト膜２４０を変質用条件にてプラズマに曝して、レジスト膜２４０を変質させてエッチング選択比を高くする（レジスト変質工程：Ｓ５）。本実施形態においては、レジスト膜２４０の変質用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。また、本実施形態においては、変質用条件として、プラズマをＳｉＣ基板１０側に誘導するための電源９５のバイアス出力が、後述のエッチング用条件よりも低くなるよう設定される。

この後、エッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなったレジスト膜２４０をマスクとして被加工材としてのマスク層２３０のエッチングを行う（マスク層のエッチング工程：Ｓ６）。本実施形態においては、レジスト膜２４０のエッチング用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。これにより、図１３（ｈ）に示すように、マスク層２３０にパターン２３３が形成される。

ここで、変質用条件とエッチング用条件について、処理ガス、アンテナ出力、バイアス出力等を適宜に変更できるが、本実施形態のように同一の処理ガスを用いてバイアス出力を変えることが好ましい。具体的に、変質用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル９４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源９５のバイアス出力５０Ｗとすると、レジスト膜２４０の硬化が観察された。そして、エッチング用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル９４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源９５のバイアス出力を１００Ｗとすると、マスク層２３０のエッチングが観察された。尚、エッチング用条件に対してバイアス出力を低くする他、アンテナ出力を低くしたり、ガス流量を少なくしても、レジストの硬化が可能である。

次に、図１３（ｉ）に示すように、マスク層２３０をマスクとして、ＳｉＣ基板１０のエッチングを行う（ＳｉＣ基板のエッチング工程：Ｓ７）。本実施形態においては、マスク層２３０上にレジスト膜２４０が残った状態でエッチングが行われる。また、処理ガスとしてＳＦ_６等のフッ素系ガスを用いたプラズマエッチングが行われる。

そして、図１４（ｊ）に示すように、エッチングが進行していくと、ＳｉＣ基板１０に各凸部１４ａ,１４ｂが形成される。本実施形態においては、各凸部１４ａ,１４ｂの高さは、５００ｎｍである。尚、凹凸構造の高さを５００ｎｍより大きくすることもできる。ここで、凹凸構造の高さが、例えば３００ｎｍのように比較的浅くするのならば、図１３（ｉ）に示すように、レジスト膜２４０が残留した状態でエッチングを終了しても差し支えない。

本実施形態においては、マスク層２３０のＳｉＯ_２層２３１により、サイドエッチングが助長されて、各凸部１４ａ,１４ｂの側面が傾斜している。また、レジスト膜２４０の側面２４４の傾斜角によっても、サイドエッチングの状態を制御することができる。尚、マスク層２３０をＮｉ層２３２の単層とすれば、各凸部１４ａ,１４ｂの側面を主面に対してほぼ垂直にすることができる。

この後、図１４（ｋ）に示すように、所定の剥離液を用いてＳｉＣ基板１０上に残ったマスク層２３０を除去する（マスク層除去工程：Ｓ８）。本実施形態においては、王水（硝酸（１）：塩酸（３））を用いることでＮｉ層２３２を除去した後、バッファード弗酸を用いてＳｉＯ_２層２３１を除去する。尚、レジスト膜２４０がマスク層２３０上に残留していても、王水でＮｉ層２３２とともに除去することができるが、レジスト膜２４０の残留量が多い場合はＯ_２アッシングにより予めレジスト膜２４０を除去しておくことが好ましい。以上の工程を経て、表面に凹凸構造を有するＳｉＣ基板１０が作製される。

以上のように作製されたＳｉＣ基板１０にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。本実施形態においては、例えば有機金属化合物気相成長法によってバッファ層２１、第１コンタクト層２２、第１クラッド層２３、発光層２４、電子ブロック層２５、第２クラッド層２６及び第２コンタクト層２７を成長させる。窒化物半導体層を形成した後、各電極３１，３２を形成し、ダイシングにより複数のＬＥＤ素子１に分割することにより、ＬＥＤ素子１が製造される。

以上のように構成されたＬＥＤ素子１によれば、ＳｉＣ基板１０の裏面１４への入射光は、第１モスアイ領域１０ａでは回折作用を利用して素子外部へ取り出され、第２モスアイ領域１０ｂでは第１モスアイ領域１０ａと異なる作用で素子外部へ取り出される。第１モスアイ領域１０ａへの入射光は、上記式（１）を満たす角度で取り出されるために、特定の角度でのみ光の強度が強くなる。

一方、第２モスアイ領域１０ｂへの入射光は、回折作用及び拡散作用により取り出される。第２モスアイ領域１０ｂにおける回折条件は、第１モスアイ領域１０ａにおける回折条件と異なるため、回折作用を受けた光は、第１モスアイ領域１０ａと異なる角度で素子外部へ出射する。また、第２モスアイ領域１０ｂにおいて拡散作用を受けた光は、回折作用のように特定の角度で出射するのでなく、全ての角度にわたって出射する。このように、第２モスアイ領域１０ｂにて、入射光は回折作用と拡散作用の両方の作用を得ることとなるが、いずれの作用においても第１モスアイ領域１０ａの出射角度と異なる角度で光が出射することとなる。これにより、ＬＥＤ素子１から取り出される光が特定の角度に偏ることを抑制して、光の強度分布にむらが生じることを抑制することができる。

また、第１モスアイ領域１０ａの凸部の周期が、ＳｉＣ基板１０から発せられる全ての光の光学波長より大きく、全ての光のコヒーレント長の半分よりも小さいことから、素子にて生じた全ての波長の光について、第１モスアイ領域１０ａにて回折作用を得ることができる。さらに、第２モスアイ領域１０ｂの凸部の周期が、ＳｉＣ基板１０から発せられる全ての光のコヒーレント長の半分よりも大きいことから、素子にて生じた全ての波長の光について、第２モスアイ領域１０ｂにて拡散作用を得ることができる。

特に本実施形態においては、素子にて複数の波長域の光が生じており、出射角度によらず各波長域の光を的確に混合することができる。すなわち、第１モスアイ領域１０ａに加えて第２モスアイ領域１０ｂを形成することにより、第１モスアイ領域１０ａのみ形成された場合のように特定の角度に特定の波長域の光が偏ることを抑制することができる。これにより、素子から出射される光が角度ごとに分光されたような状態とはならず、外部に各波長域の光を混合するための拡散部等を設ける必要はない。

尚、前記実施形態においては、第１モスアイ領域１０ａを裏面１４の中央側に配置し、第２モスアイ領域１０ｂを裏面１４の外縁側に配置したものを示したが、凹凸周期が異なる各領域の配置状態はこれに限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、第１モスアイ領域３１０ａと第２モスアイ領域３１０ｂとをそれぞれ正方形として格子状に配置したＬＥＤ素子３０１としてもよい。

また、前記実施形態においては、凹凸の周期が異なる２つの領域を形成したものを示したが、周期の異なる３以上の領域が形成されてもよい。例えば、図１６に示すように、周期の異なる複数の領域を中央側から外縁側に並べて形成したＬＥＤ素子４０１とすることができる。図１６のＬＥＤ素子４０１では、周期が異なる４つの領域が中央側から外縁側へ向かって並んで形成され、中央に形成される第１モスアイ領域４１０ａは最も周期が小さく、第１モスアイ領域４１０ａに隣接する第２モスアイ領域４１０ｂは第１モスアイ領域４１０ａに次いで周期が小さく、第２モスアイ領域４１０ｂに隣接する第３モスアイ領域４１０ｃは第２モスアイ領域に次いで周期が小さく、第３モスアイ領域４１０ｃに隣接して最も外側に配置される第４モスアイ領域４１０ｄが最も周期が大きくなっている。

また、前記実施形態においては、第１モスアイ領域１０ａ及び第２モスアイ領域１０ｂを周期的に形成された凸部で構成するものを示したが、周期的に形成された凹部で構成してもよいことは勿論である。また、凸部又は凹部を、三角格子の交点に整列して形成する他、例えば、仮想の正方格子の交点に整列して形成することもできる。

また、前記実施形態においては、ＳｉＣ基板１０の裏面１４に第１モスアイ領域１０ａ及び第２モスアイ領域１０ｂが形成されたものを示したが、例えば凹部又は凸部が半導体層や電極の表面に形成されたものであってもよい。

また、前記実施形態においては、第２モスアイ領域１０ｂの凸部の周期が入射光の光学波長のコヒーレント長の半分より大きいものを示したが、第１モスアイ領域１０ａの凸部の周期よりも大きければ、コヒーレント長の半分より小さくともよい。

また、前記実施形態においては、ＳｉＣ基板１０が異なる波長を発する３つの蛍光層からなるものを示したが、ＳｉＣ基板１０の蛍光層の数は任意である。さらには、ＬＥＤ素子１の基板としてＳｉＣ以外の基板を用いてもよいことは勿論である。例えば、サファイア基板上に発光層を含むIII族窒化物半導体が形成され、発光層から発せられる青色光がサファイア基板の裏面から取り出されるＬＥＤ素子に本発明を適用することもできる。

１ＬＥＤ素子
１０ＳｉＣ基板
１０ａ第１モスアイ領域
１０ｂ第２モスアイ領域
１１第１ＳｉＣ層
１２第２ＳｉＣ層
１３第３ＳｉＣ層
１４裏面
１４ａ凸部
１４ｂ凸部
２０ＧａＮ系半導体層
２１バッファ層
２２第１コンタクト層
２３第１クラッド層
２４発光層
２５電子ブロック層
２６第２クラッド層
２７第２コンタクト層
３１ｐ電極
３１ａＩＴＯ層
３１ｂＡＰＣ層
３１ｃＴｉ層
３１ｄＡｕ層
３２ｎ電極
３２ａＩＴＯ層
３２ｂＡＰＣ層
３２ｃＴｉ層
３２ｄＡｕ層
９１プラズマエッチング装置
９２基板保持台
９３容器
９４コイル
９５電源
９６石英板
９７冷却制御部
９８プラズマ
１００結晶成長装置
１１０種結晶基板
１２０原料
１３０内部容器
１３１坩堝
１３２蓋
１４０収容管
１５０断熱容器
１６０導入管
１７０流量計
１８０ポンプ
１９０ＲＦコイル
２３０マスク層
２３１ＳｉＯ_２層
２３２Ｎｉ層
２３３パターン
２４０レジスト膜
２４１凹凸構造
２４２残膜
２４３凸部
２４４側面
２５０モールド
２５１凹凸構造
３０１ＬＥＤ素子
３１０ａ第１モスアイ領域
３１０ｂ第２モスアイ領域
４０１ＬＥＤ素子
４１０ａ第１モスアイ領域
４１０ｂ第２モスアイ領域
４１０ｃ第３モスアイ領域
４１０ｄ第４モスアイ領域

Claims

周期的に凹部または凸部が形成された凹凸領域を素子表面に配置し、当該凹凸領域への入射光を回折作用を利用して素子外部へ取り出すＬＥＤ素子において、
前記凹凸領域は、
前記凹部または前記凸部の周期が、前記入射光の光学波長より大きく、前記入射光のコヒーレント長の半分より小さい第１の凹凸領域と、
前記凹部または前記凸部の周期が、前記入射光のコヒーレント長の半分より大きい第２の凹凸領域と、を有するＬＥＤ素子。
前記第１の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、前記入射光の光学波長の２倍より大きい請求項１に記載のＬＥＤ素子。