JP6638245B2 - 半導体発光素子用基板、および、半導体発光素子 - Google Patents
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Description
上記半導体発光素子用基板において、前記複合ピークを示す輝点が前記大突部群上に存在する前記小突部群の繰り返し成分によるものであってもよい。
上記半導体発光素子用基板では、前記周辺模様において、前記小突部群の1次ピークを示す輝点の周囲に位置する前記複合ピークを示す複数の輝点の各々は、前記小突部の基本並進ベクトルに従って、前記大突部群の1次ピークを示す輝点の各々を前記基本並進ベクトルのスカラー量分だけ並進させた位置に出現していてもよい。
上記半導体発光素子用基板が、0<Y/X≦0.2を満たすとき、上記半導体発光素子用基板において、前記大域変換像のなかで、一辺が5X以上20X未満である前記矩形部分から得られる変換像が第1変換像であり、一辺が20X以上である前記矩形部分から得られる変換像が第2変換像であり、前記第1変換像にて、前記中心模様は輝点であり、前記第2変換像にて、前記中心模様は円環であってもよい。
上記半導体発光素子用基板において、前記原画像は、原子間力顕微鏡画像であってもよい。
上記課題を解決する半導体発光素子は、半導体層を含む発光構造体と、上記半導体発光素子用基板と、を備え、前記半導体発光素子用基板は、前記発光構造体を支持している。
図1に示されるように、半導体発光素子用の基板である素子用基板11は、一つの面である突部形成面11Sを有している。半導体発光素子の製造工程にて、突部形成面11Sには、発光構造体が形成される。
また、素子用基板11を透過させて光を外部に取り出す構成を有する半導体発光素子においては、素子用基板11内の平坦部14の面積が小さい場合、発光構造体が設けられている側の反対側の面(光取り出し面)を突部形成面11Sとする。これによって、突部形成面11Sに沿って広がる平面に対しては臨界角以上の入射角を有する発光光であっても、凹凸構造の斜面に対しては臨界角未満とすることができる。そのため、素子用基板11と空気の界面における光取り出し効率を大幅に改善することができる。
図3に示されるように、大突部12の表面と対向する正面視において、小突部13は、大突部12の表面において略楕円形状を有し、かつ、大突部12の先端から基端へ向かって延びる長軸を有している。各小突部13の形状は、その位置に応じて異なっている。大突部12の先端近くに位置する小突部13ほど、円形に近い形状を有している。楕円形状を有した複数の小突部13の各々において、大突部12の先端に最も近い部位は、その小突部13の先端13fであり、大突部12の基端に最も近い部位は、その小突部13の基端13bである。楕円形状を有した小突部13において、先端13fと基端13bとの間の距離は長軸方向における幅であり、先に記載した小突部13の幅DSである。
図5では、大突部12における並びの規則性を説明する便宜上、複数の大突部12の各々の外形が模式化された円によって示されている。また、図6においても同じく、小突部13における並びの規則性を説明する便宜上、複数の小突部13の各々の外形が模式化された円によって示されている。
大突部12の第1ピッチX、および、小突部13の第2ピッチYは、フーリエ変換像に基づいて定められ、このフーリエ変換像は、突部形成面11Sの二次元画像である原画像から二次元の高速フーリエ変換を通じて得られる。
大突部12の表面と平坦部14との間の距離の最頻値である高さHLは、突部形成面11Sの二次元画像である原画像から得られた二次元のフーリエ変換像と、原画像から得られた高さとから定められる。まず、突部形成面11Sの一部である任意に選択される矩形部分に対して原画像が得られ、その原画像から、凹凸構造の断面構造が得られる。次に、断面構造において連続する5個以上の大突部12に対して、大突部12における頂点の高さと、その大突部12に接続する平坦部14の高さとの差が計測される。ついで、先に計測された矩形部分とは異なる矩形部分についても同様に大突部12の高さが計測され、合計で25以上の大突部12に対して高さが計測される。そして、2次元のフーリエ変換像における赤道方向のプロファイルが作成され、その1次ピークの逆数から、大突部12における高さHLは求められる。なお、互いに異なる2個の矩形部分の間隙は、少なくとも1mmであることが好ましく、5mm以上10mmであることが、より好ましい。
また、平坦部14の距離(X−DL)と第1ピッチXとの比((X−DL)/X)は、突部形成面11Sを発光構造体形成面として使用する場合、1/10以上1/2以下が好ましく、1/6以上1/3以下がより好ましい。また、突部形成面11Sを光取り出し面として使用する場合、1/300以上1/15以下が好ましく、1/60以上1/30以下がより好ましい。
大突部12が有する並びの規則性、および、小突部13が有する並びの規則性は、フーリエ変換像に基づいて定められ、このフーリエ変換像もまた、突部形成面11Sの一部である任意に選択される矩形部分の原画像から、二次元の高速フーリエ変換を通じて得られる。まず、多数の小突部13のみを含む原画像と、それのフーリエ変換像との関係の一例について図7および図8を参照して説明し、次いで、多数の大突部12と多数の小突部13とを含む原画像と、それのフーリエ変換像との関係の一例について図9から図11を参照して説明する。
フーリエ変換像における小突部輝点の個数は、小突部13の繰り返される方向が原画像において多いほど多い。
図10が示すように、各小突部輝点の周囲に位置する6個の複合輝点(図中では小/大突部輝点として表記)は、小突部13間の周期性である小突部13の繰り返し成分と、大突部12間の周期性である大突部12の繰り返し成分との二次元のフーリエ変換時における畳み込み積分(コンボリューション)によって生じる複合ピークであり、図8における複合輝点に相当する位置に配置されている。1個の小突部輝点の周囲に位置する6個の複合輝点は、小突部13の基本並進ベクトルに従って、6個の1次大突部輝点、すなわち、大突部12間の周期性による輝点であって原点に最も近い輝点の各々を小突部13の基本並進ベクトルのスカラー量分だけ並進させた位置に出現している。そして、1個の小突部輝点の周囲に位置する6個の複合輝点の各々は、その小突部輝点を中心として、かつ、その小突部輝点から第1ピッチである3μmの逆数、すなわち大突部12間の周期性による輝点であって原点に最も近い輝点群と原点との間の距離だけ離れた正六角形の頂点に位置している。
0< Y/X ≦ 0.2 ・・・ 式1
0.2< Y/X ≦ 0.5 ・・・ 式2
図12〜図18を参照して半導体発光素子用基板を製造する第1の製造方法を説明する。なお、上述した大突部12、および、小突部13の各々は、マスクを用いた突部形成面11Sのエッチングによって形成される。大突部12を形成するエッチングに用いられるマスクは、コロイダルリソグラフィ技術を用いた単粒子膜、フォトリソグラフィ技術を用いて形成されるレジストマスク、あるいは、ハードマスク、ナノインプリント技術を用いて形成されるレジストマスクのいずれか1つである。小突部13を形成するエッチングに用いられるマスクは、コロイダルリソグラフィ技術を用いた単粒子膜、フォトリソグラフィ技術を用いて形成されるレジストマスク、あるいは、ハードマスク、ナノインプリント技術を用いて形成されるレジストマスクのいずれか1つである。これらの製造方法のなかで、第1の製造方法は、大突部12を形成するエッチングに用いられるマスク、および、小突部13を形成するエッチングに用いられるマスクの各々が単粒子膜である一例である。
[大径粒子膜形成工程]
大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子SLは、有機粒子、有機無機複合粒子、無機粒子からなる群から選択される1種類以上の粒子である。有機粒子を形成する材料は、例えば、ポリスチレンやPMMA等の熱可塑性樹脂と、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と、ダイヤモンドと、グラファイトと、フラーレン類とからなる群から選択される1種類である。有機無機複合粒子を形成する材料は、例えば、SiCと炭化硼素とからなる群から選択される1種類である。
大径粒子SLの粒径は、上述の各実施形態において例示した大きさの大突部12を形成するためには、300nm以上5μm以下であることが好ましい。
大径粒子膜形成工程には、下記3つの方法のいずれか一つが用いられる。
・ラングミュア−ブロジェット法(LB法)
・粒子吸着法
・バインダー層固定法
充填度合いD[%]=|B−A|×100/A・・・(1)
式(1)において、Aは粒子の平均粒径であり、Bは互いに隣り合う粒子間のピッチにおける最頻値であり、|B−A|はAとBとの差の絶対値である。
まず、水が溜められた水槽と分散液とが準備される。分散液には、水よりも比重の低い溶剤のなかに大径粒子SLが分散されている。大径粒子SLの表面は、疎水性を有することが好ましく、分散媒における溶剤も、疎水性を有することが好ましい。大径粒子SL、および、溶剤が疎水性を有する構成であれば、大径粒子SLの自己組織化が水面で進行して、六方充填した粒子から構成される単粒子膜が形成されやすくなる。分散媒における溶剤は、高い揮発性を有することが好ましい。揮発性が高く、かつ、疎水性である溶剤には、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、および、酢酸ブチルからなる群から選択される1種以上の揮発性有機溶剤が用いられる。
図14に示されるように、単層の大径粒子SLから構成される単粒子膜FLは、突部形成面11Sに形成される。単粒子膜FLは、突部形成面11Sの平面視にて、大径粒子SLが六方充填した構造を有している。
小径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する小径粒子SSは、大径粒子SLよりも小さい粒径を有している。一方で、小径粒子SSの材料は上述の大径粒子膜形成工程にて例示した各種の材料が用いられる。
図17に示されるように、単層の小径粒子SSから構成される単粒子膜FSは、大径粒子エッチング工程によって原型突部16が形成された突部形成面11Sに形成される。単粒子膜FSは、突部形成面11Sの平面視にて、小径粒子SSが六方充填した構造を有している。小径粒子SSは、原型突部16の外表面上と、互いに隣接する原型突部16の間の平坦な部分とに並ぶ。
小径粒子エッチング工程では、大径粒子エッチング工程と同様の流れによって、小径粒子SSをマスクとして、突部形成面11Sがエッチングされる。
図19〜図23を参照して、半導体発光素子用基板を製造する第2の製造方法について説明する。なお、以下に説明する半導体発光素子用基板の第2の製造方法は、先に説明した第1の製造方法と比較して、大径粒子工程と小径粒子工程の順番が異なる。以下では、先に説明した第1の製造方法との相違点を中心に説明する。
小径粒子工程は、小径粒子膜形成工程と小径粒子エッチング工程とを含み、大径粒子工程は、大径粒子膜形成工程と大径粒子エッチング工程とを含む。
[小径粒子膜形成工程]
小径粒子工程にて用いられる単粒子膜FSを構成する小径粒子SSの粒径や材料は、第1の製造方法にて例示した粒径や材料と同様である。ただし、第2の製造方法においては、小径粒子SSの粒径は、大径粒子SLの粒径の1/10以上1/3以下であることが好ましい。第2の製造方法では、小径粒子SSから構成される単粒子膜FSをマスクとしたエッチングが先に行われるため、突部形成面11Sに形成される原型突部の大きさは、第1の製造方法における原型突部の大きさよりも小さい。そして、この小さい原型突部が、大径粒子SLから構成される単粒子膜FLをマスクとしたエッチングが行われる間、エッチングガスに曝される。小径粒子SSの粒径が大径粒子SLの粒径の1/10以上であれば、大径粒子エッチング工程を経ても、原型突部が消滅することなく、小突部13として十分な大きさの突部が形成される。
図19に示されるように、単層の小径粒子SSから構成される単粒子膜FSは、突部形成面11Sに形成される。単粒子膜FSは、突部形成面11Sの平面視にて、小径粒子SSが六方充填した構造を有している。
なお、突部形成面11Sがエッチングされる際のエッチング条件は、第1の製造方法にて例示した条件と同様の条件が適用される。
大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子SLの粒径や材料は、第1の製造方法にて例示した粒径や材料と同様である。
大径粒子膜形成工程では、第1の製造方法にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、原型突部17が形成された突部形成面11Sに、大径粒子SLから構成される単粒子膜FLが形成される。ここで、第1の製造方法では、原型突部16の大きさに対して、その上に配置される小径粒子SSの大きさは小さいが、第2の製造方法では、原型突部17の大きさに対して、その上に配置される大径粒子SLの大きさは大きい。したがって、第1の製造方法よりも第2の製造方法の方が、原型突部の形成後に突部形成面11Sに形成される単粒子膜FLが平坦になりやすく、突部形成面11Sに粒子が規則正しく並びやすい。結果として、第1の製造方法よりも第2の製造方法の方が、突部形成面11Sにおける大突部12、および、小突部13の配置の均一性が高められる。
図22に示されるように、単層の大径粒子SLから構成される単粒子膜FLは、小径粒子エッチング工程によって原型突部17が形成された突部形成面11Sに形成される。単粒子膜FLは、突部形成面11Sの平面視にて、大径粒子SLが六方充填した構造を有している。
図24〜図26を参照して、半導体発光素子用基板を製造する第3の製造方法について説明する。なお、第3の製造方法は、第1の製造方法と比較して、各単粒子膜を形成する工程と、各単粒子膜をマスクとしてエッチングする工程との順番が異なる。以下では、第1の製造方法との相違点を中心に説明する。
第3の製造方法では、大径粒子膜形成工程よりも先に小径粒子膜形成工程が行われる。そして、小径粒子膜形成工程と大径粒子膜形成工程とが順に行われた後に、小径粒子SSからなる単粒子膜FSをマスクにしたエッチングである第1工程と、大径粒子SLからなる単粒子膜FLをマスクにしたエッチングである第2工程とが同時に行われる。
図24に示されるように、まず、小径粒子膜形成工程にて、単層の小径粒子SSから構成される単粒子膜FSが、突部形成面11Sに形成される。小径粒子膜形成工程では、第2の製造方法にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、突部形成面11Sに単粒子膜FSが形成される。小径粒子SSの粒径や材料は、第1の製造方法にて例示した粒径や材料と同様である。単粒子膜FSは、突部形成面11Sの平面視にて、小径粒子SSが六方充填した構造を有している。
図27を参照して本開示における半導体発光素子の一実施形態を説明する。
図27に示されるように、半導体発光素子は、素子用基板11を基材として有している。素子用基板11としては、上述の各実施形態における半導体発光素子用基板が用いられる。半導体発光素子は、素子用基板11の突部形成面11Sに、突部形成面11Sの凹凸構造を覆う発光構造体21を有している。発光構造体21は、複数の半導体層から構成される積層体を有し、電流の供給によってキャリアを再結合させて発光する。複数の半導体層の各々は、突部形成面11Sから順に積み重ねられる。
本開示における半導体発光素子の製造方法の一実施形態について説明する。
半導体発光素子の製造方法は、上述した半導体発光素子用基板の製造方法によって素子用基板11を製造する工程と、素子用基板11の突部形成面11Sに発光構造体21を形成する工程とを含んでいる。
上記素子用基板11を用いた半導体発光素子では、突部形成面11Sが平坦である場合と比較して、突部形成面11Sの大突部12が形成されている部分では、発光構造体にて生じた光の突部形成面11Sへの入射角は小さくなる。その結果、光の入射角が臨界角より大きくなることが抑えられるため、発光構造体と素子用基板11との界面で全反射が繰り返されることが抑えられる。
図28を参照して、本開示における半導体発光素子用基板の第1の変形例について説明する。第1の変形例は、上記実施形態と比較して大突部の形状が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図29を参照して、本開示における半導体発光素子用基板の第2の変形例について説明する。第2の変形例は、上記実施形態と比較して小突部の形状が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図30を参照して、本開示における半導体発光素子用基板の第3の変形例について説明する。第3の変形例は、上記実施形態と比較して、大突部の形状と小突部の形状が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図31および図32を参照して、本開示における半導体発光素子用基板の第4の変形例について説明する。第4の変形例は、上記実施形態と比較して、大突部の形状が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図33、および、図34を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第5の変形例について説明する。第5の変形例は、上記実施形態と比較して、大突部とおよび小突部の形状が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図35を参照して、上記実施形態の変形例である第6の変形例について説明する。第6の変形例は、上記実施形態と比較して、突部形成面11Sがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図36および図37を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第7の変形例について説明する。第7の変形例は、上記実施形態と比較して、小突部の配置が異なる。以下では、上記実施形態との相違点を中心に説明し、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図36に示されるように、素子用基板11の有するすべての小突部13は大突部12から突き出ており、平坦部14からは小突部13が突き出ていない。
図38を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第8の変形例について説明する。第8の変形例は、第7の変形例と比較して、大突部の形状が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
すなわち、第8の変形例は、第1の変形例にて平坦部14に小突部13が形成されていない構成に相当する。
図39を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第9の変形例について説明する。第9の変形例は、第7の実施形態と比較して、小突部の形状が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
すなわち、第9の変形例は、第2の変形例にて平坦部14に小突部23が形成されていない構成に相当する。
図40を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第10の変形例について説明する。第10の変形例は、第7の変形例と比較して、大突部とおよび小突部の形状が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
すなわち、第10の変形例は、第3の変形例にて平坦部14に小突部23が形成されていない構成に相当する。
図41および図42を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第11の変形例について説明する。第11の変形例は、第7の変形例と比較して、大突部の形状が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図43、および、図44を参照して、本開示の半導体発光素子用基板における第12の変形例について説明する。第12の変形例は、第7の変形例と比較して、大突部および小突部の形状が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図45、および、図46を参照して、本開示の半導体発光素子基板における第13の変形例について説明する。第13の変形例は、第7の変形例と比較して、突部形成面11Sがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、第7の変形例との相違点を中心に説明し、第7の変形例と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
・大径粒子エッチング工程において、突部形成面11Sのエッチングが開始された後、単粒子膜FLを構成する大径粒子SLがエッチングによって消滅する前に、突部形成面11Sのエッチングを停止して、続いて単粒子膜FLを突部形成面11Sから除去してから、小径粒子膜形成工程に進んでもよい。
・エッチング工程において、小径粒子SSのマスクによって形成された段差が平坦部14において消滅し、かつ、大突部22の外周面に縮径した段差が残っているときに、突部形成面11Sのエッチングを停止してもよい。この場合、縮径した段差は、錐台形状を有する小突部23、あるいは、錐体形状を有する小突部13として残る。こうした製造方法によれば、第9の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。
・大径粒子SLから構成される単粒子膜FLが突部形成面11Sに積み重ねられ、大径粒子SLから構成される単粒子膜FLに、小径粒子SSから構成される単粒子膜FSが積み重ねられてもよい。この場合、大径粒子SLの表面が小径粒子SSをマスクにしてエッチングされるため、突部形成面11Sのマスクとして機能する大径粒子SLの外表面そのものに凹凸が形成される。こうした製造方法であっても、上記実施形態に記載した半導体発光素子用基板が製造される。
上述した半導体発光素子用基板、半導体発光素子、および、その製造方法について、以下に挙げる具体的な実施例を用いて説明する。
<実施例1:第1の模様形態>
小突部形成工程の後に、大突部形成工程を行って、実施例1の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
[小突部形成工程]
直径が2インチ、厚さが0.42mmのサファイア基板上に、エッチングマスクとしてスピンオングラス(SOG)をスピンコートし、公知のナノインプリントリソグラフィ法でピッチ600nmの円柱状のマスクを形成した後、ドライエッチングを行うことで、ピッチ600nmの構造体を作製した。具体的には、圧力が1Paであって、エッチングガスがCl2ガスである雰囲気において、アンテナパワーとして1500W、バイアスとして0Wを供給し、サファイア基板をドライエッチング加工し、これによって、複数の小径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第2ピッチYが600nm、構造高さが260nm、平坦部距離が80nmであった。
原型突部を備えるサファイア基板上に、エッチングマスクとしてSiO2膜を成膜後、公知のフォトリソグラフィ法でピッチ3.0μmの円柱状のマスクを形成し、ドライエッチングを行うことで、ピッチ3.0μmの大突部上に複数の小突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例1の半導体発光素子用基板を得た。大突部は、第1ピッチXが3.0μm、構造高さが1.3μm、平坦部距離が0.4μmであった。
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、n型半導体層、活性層、p型半導体層を順次積層し、続いてp電極およびn電極を形成して、実施例1の半導体発光素子を完成した。各GaN系の半導体層は、一般に広く利用されるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Depsition )法によって形成した。MOCVD法においては、アンモニアガスとIII族元素のトリメチルガリウム、トリメチルアンモニウム、トリメチルインジウムなどのアルキル化合物ガスを、700℃〜1000℃の温度環境でサファイア基板上に供給して熱分解反応させ、基板上で目的の結晶をエピタキシャル成長により成膜する。
p型半導体層としては、MgドープAlGaNを15nm、アンドープGaNを200nm、MgドープGaNを15nm積層した。
p型半導体層の表面全面にNiとAuとからなるp電極を形成し、p電極上にAuからなるpパッド電極を形成した。
小突部形成工程の後に、大突部形成工程を行って、実施例2の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
実施例1の小突部形成工程におけるナノインプリントリソグラフィ法で形成した円柱状のマスクのピッチを1.0μmに変更し、それ以外を実施例1と同じくして、複数の小径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第2ピッチYが1.0μm、構造高さが0.38μm、平坦部距離が0.25μmであった。
小突部形成工程の後に、大突部形成工程を行って、実施例3の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
[小突部形成工程]
直径が2インチ、厚さが0.42mmのサファイア基板上に、φ600nmのSiO2コロイダルシリカ粒子を国際公開第2008/001670号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。具体的には、平均粒径が600nmのSiO2コロイダルシリカ粒子であって、粒径の変動係数が1.85%である球形コロイダルシリカの3.0質量%水分散体、すなわち、分散液を用意した。
ついで、この分散液に、この分散液の体積と同体積のクロロホルムを加え十分に攪拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。
大突部形成工程の後に、小突部形成工程を行って、実施例4の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
まず、実施例1の大突部形成工程における基板を直径が2インチ、厚さが0.42mmのサファイア基板に変更し、それ以外を実施例1と同じくして、複数の大径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第1ピッチXが3.0μm、構造高さが1.3μm、平坦部距離が0.4μmであった。
実施例3の小突部形成工程における分散液を以下の通りに変更し、それ以外を実施例3と同じくして、大突部上に複数の小突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例4の半導体発光素子用基板を得た。大突部頂上付近の小突部は、第2ピッチYが1.0μm、構造高さが0.38μm、平坦部距離が0.25μmであった。実施例4の半導体発光素子用基板における比率Y/Xは0.33(0.2<Y/X≦0.5)であり、これに基づく小域変換像、第1変換像、および、第2変換像を図50(a)(b)(c)に示す。
・平均粒径: 0.99μm
・粒径の変動係数:1.63%
・濃度: 3.0質量%水分散体
小突部形成工程の後に、大突部形成工程を行って、実施例5の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
小突部形成工程を実施例1と同じくして、複数の小径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第2ピッチYが600nm、構造高さが260nm、平坦部距離が80nmであった。
・平均粒径: 3.00μm
・粒径の変動係数:1.00%
・濃度: 5.0質量%水分散体
小突部形成工程の後に、大突部形成工程を行って、実施例6の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
実施例5の小突部形成工程におけるピッチを1.0μmに変更し、それ以外を実施例5と同じくして、大突部上に複数の小突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例6の半導体発光素子用基板を得た。大突部頂上付近の小突部は、第2ピッチYが1.0μm、構造高さが0.38μm、平坦部距離が0.25μmであった。実施例6の半導体発光素子用基板における比率Y/Xは0.33(0.2<Y/X≦0.5)であり、これに基づく小域変換像、第1変換像、および、第2変換像を図52(a)(b)(c)に示す。
大突部形成工程の後に、小突部形成工程を行って、実施例7の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
大突部形成工程を実施例5と同じくして、複数の大径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第1ピッチXが3.0μm、構造高さが1.3μm、平坦部距離が0.4μmであった。
大突部形成工程の後に、小突部形成工程を行って、実施例8の半導体発光素子用基板を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
大突部形成工程を実施例5と同じくして、複数の大径の原型突部(錐体形状)を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、第1ピッチXが3.0μm、構造高さが1.3μm、平坦部距離が0.4μmであった。
(1)突部形成面11Sが大突部12と小突部13とを有しているため、光の反射や回折等によって、発光構造体にて生じた光の進む方向が分散される。その結果、発光構造体と素子用基板11との界面での全反射が抑えられるため、光の取り出し効率を高めることができる。また、素子用基板11を透過させて光を外部に取り出す構成を有する半導体発光素子においては、発光構造体が設けられている側の反対側の面(光取り出し面)を突部形成面11Sとすることで、突部形成面11Sに沿って広がる平面に対しては臨界角以上の入射角を有する発光光であっても、凹凸構造の斜面に対しては臨界角未満とすることができるため、素子用基板11と空気の界面における光取り出し効率を大幅に改善することができる。
(2)平坦部14からも小突部13が突き出ているため、(1)の効果が高められる。
Claims (9)
- 一つの面において正六角形の頂点に位置する複数の大突部から構成される大突部群であって、前記大突部の繰り返される周期が第1ピッチXである複数の前記大突部群と、
前記大突部の表面において正六角形の頂点に位置する複数の小突部から構成される小突部群であって、前記小突部の繰り返される周期が第2ピッチYである複数の前記小突部群と、
を備え、
互いに隣り合う前記大突部の間に位置する平坦部には、前記小突部が配置されておらず、
0<Y/X≦0.2を満たし、
前記面の一部である矩形部分の原画像から得られる二次元のフーリエ変換像のなかで、
一辺が3Xである前記矩形部分から得られる変換像が小域変換像であり、
一辺が5X以上である前記矩形部分から得られる変換像が大域変換像であり、
前記フーリエ変換像は、
波数が0μm−1である原点を中心として波数の絶対値が100μm−1以内において、
前記大突部群の1次ピークを示す中心模様と、
前記小突部群の1次ピークと、前記小突部群と前記大突部群との二次元のフーリエ変換時における畳み込み積分によって生じる複合ピークとから構成される周辺模様と、を備え、
前記小域変換像において、前記中心模様は輝点であり、前記周辺模様は、前記小突部群の1次ピークを示す輝点が前記複合ピークを示す輝点によって囲まれた輝点集合体であり、
前記大域変換像において、前記中心模様と前記周辺模様とは下記(a)と(b)とのいずれか一方である、
(a)前記中心模様は輝点であり、前記周辺模様は円環である、
(b)前記中心模様は円環であり、前記周辺模様は輝点集合体と円環とのいずれか一方である
半導体発光素子用基板。 - 前記大域変換像のなかで、
一辺が5X以上20X未満である前記矩形部分から得られる変換像が第1変換像であり、
一辺が20X以上である前記矩形部分から得られる変換像が第2変換像であり、
前記第1変換像にて、前記中心模様は輝点であり、
前記第2変換像にて、前記中心模様は円環である
請求項1に記載の半導体発光素子用基板。 - 一つの面において正六角形の頂点に位置する複数の大突部から構成される大突部群であって、前記大突部の繰り返される周期が第1ピッチXである複数の前記大突部群と、
前記大突部の表面において正六角形の頂点に位置する複数の小突部から構成される小突部群であって、前記小突部の繰り返される周期が第2ピッチYである複数の前記小突部群と、
を備え、
互いに隣り合う前記大突部の間に位置する平坦部には、前記小突部が配置されておらず、
0.2<Y/X≦0.5を満たし、
前記面の一部である矩形部分の原画像から得られる二次元のフーリエ変換像のなかで、
一辺が3Xである前記矩形部分から得られる変換像が小域変換像であり、
一辺が10X以上である前記矩形部分から得られる変換像が大域変換像であり、
前記フーリエ変換像は、
波数が0μm−1である原点を中心として波数の絶対値が100μm−1以内において、
前記大突部群の1次ピークを示す中心模様と、
前記小突部群の1次ピークと、前記小突部群と前記大突部群との二次元のフーリエ変換時における畳み込み積分によって生じる複合ピークとから構成される周辺模様と、を備え、
前記小域変換像において、前記中心模様は輝点であり、前記周辺模様は、前記小突部群の1次ピークを示す輝点が前記複合ピークを示す輝点によって囲まれた輝点集合体であり、
前記大域変換像において、前記中心模様と前記周辺模様とは下記(a)と(b)とのいずれか一方である、
(a)前記中心模様は輝点であり、前記周辺模様は円環である、
(b)前記中心模様は円環であり、前記周辺模様は輝点集合体と円環とのいずれか一方である
半導体発光素子用基板。 - 前記大域変換像のなかで、
一辺が10X以上30X未満である前記矩形部分から得られる変換像が第1変換像であり、
一辺が30X以上である前記矩形部分から得られる変換像が第2変換像であり、
前記第1変換像にて、前記中心模様は輝点であり、
前記第2変換像にて、前記中心模様は円環である
請求項3に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記複合ピークを示す輝点が前記大突部群上に存在する前記小突部群の繰り返し成分によるものである
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記周辺模様において、前記小突部群の1次ピークを示す輝点の周囲に位置する前記複
合ピークを示す複数の輝点の各々は、前記小突部の基本並進ベクトルに従って、前記大突部群の1次ピークを示す輝点の各々を前記基本並進ベクトルのスカラー量分だけ並進させた位置に出現している
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記原画像は、原子間力顕微鏡画像である
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記平坦部から突き出て、かつ、互いに隣り合う前記大突部の間を連結するブリッジ部を備える
請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板。 - 半導体層を含む発光構造体と、
請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板と、を備え、
前記半導体発光素子用基板は、前記発光構造体を支持する
半導体発光素子。
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