JPWO2020054792A1 - 突状構造体、基板、その製造方法、及び発光素子 - Google Patents

Abstract

無機材料からなり、ドーム部（５）と、ドーム部（５）の下に位置する土台部（７）とに区分され、ドーム部（５）の表面は、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数の凸部（５ａ）が配列した微細凹凸構造を有し、ドーム部（５）の幅（Ｗ_１）に対するドーム部（５）の高さ（Ｌ_１）の比が０．２５〜０．６であり、土台部（７）の側面（７ａ）は、高さ方向に対する傾斜角（θ）が０度以上２１度未満であり、突状構造体（１）を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの傾斜角（θ）の変化量が１０度未満であり、土台部（７）の幅（Ｗ）に対する土台部（７）の高さ（Ｌ_２）の比が０．１〜０．２５であり、微細凹凸構造の平均ピッチ（ｎｍ）に対する土台部（７）の幅（Ｗ）（ｎｍ）の比が３〜６０である、突状構造体（１）。

Description

本発明は、突状構造体、基板、その製造方法、及び発光素子に関する。
本願は、２０１８年９月１４日に、日本に出願された特願２０１８−１７２８４７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

発光ダイオード等に利用される半導体発光素子は一般に、透明樹脂製の封止材（レンズ等）で封止される。封止材に、光の取出し効率を高める機能を持たせることがある。
半導体発光素子のうち、紫外線領域の光を発する発光素子は、紫外線の高い光エネルギーから、種々の分野で利用される。特に深紫外（ＤＵＶ）領域の光は、強い殺菌作用を持ち、医療分野等でウィルスの殺菌等への利用が期待される。
しかし、発光素子は光の取出し効率が低いという問題がある。また、有機材料である封止材は紫外線によって劣化しやすいため、封止材によって光の取出し効率を高める手法を発光素子に適用することは望ましくない。

半導体発光素子における光の取出し効率を高めることが可能な半導体発光素子用基板として、以下のものが提案されている。
・半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、前記発光構造体形成面は、平坦部と、前記平坦部から突き出た複数の大径突部と、複数の小径突部とを備え、前記複数の小径突部のうちの少なくとも一部は、前記大径突部の外表面から突き出ている半導体発光素子用基板（特許文献１）。

国際公開第２０１５／０５３３６３号

特許文献１の半導体発光素子用基板は、無機材料からなるため、紫外線領域の光によって劣化しにくい。しかし、特許文献１の半導体発光素子用基板と、半導体層とを備える発光素子は、紫外線領域の光の取出し角度が狭い問題がある。
なお、特許文献１では、大径突部及び複数の小径突部を基板の光取出し面に形成することは記載されていない。

本発明は、紫外線領域の光によって劣化しにくく、光の取り出し効率及び光の取出し角度に優れた発光素子が得られる突状構造体及び基板、前記基板の製造方法及び前記基板を用いた発光素子を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
〔１〕無機材料からなる突状構造体であり、
ドーム部と、前記ドーム部の下に位置する土台部とに区分され、
前記ドーム部の表面は、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数の凸部が配列した微細凹凸構造を有し、
前記ドーム部の幅（ｎｍ）に対する前記ドーム部の高さ（ｎｍ）の比が０．２５〜０．６であり、
前記土台部の側面は、高さ方向に対する傾斜角が０度以上２１度未満であり、前記突状構造体を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの前記傾斜角の変化量が１０度未満であり、
前記土台部の幅（ｎｍ）に対する前記土台部の高さ（ｎｍ）の比が０．１〜０．２５であり、
前記微細凹凸構造の平均ピッチ（ｎｍ）に対する前記土台部の幅（ｎｍ）の比が３〜６０である、突状構造体。
〔２〕前記突状構造体の高さ（ｎｍ）に対する前記土台部（ｎｍ）の高さの比が０．１８〜０．４４である前記〔１〕の突状構造体。
〔３〕前記突状構造体の高さが４００〜３５００ｎｍである前記〔１〕又は〔２〕の突状構造体。
〔４〕前記無機材料がサファイアである前記〔１〕から〔３〕のいずれかの突状構造体。
〔５〕無機材料からなり、光取出し面を有する基板であり、
前記光取出し面は、平坦部と、前記平坦部から突き出た複数の突状構造体とを有し、
前記複数の突状構造体が、前記〔１〕から〔４〕のいずれかの突状構造体を含む、基板。
〔６〕無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターンに対しドライエッチングを行い、前記基材に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を形成し、
前記微細凹凸構造が形成された基材の上に、前記凸部の２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。
）にてドライエッチングを行って、前記基材に複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。
〔７〕前記第２のエッチングマスクパターンを形成する前に、前記微細凹凸構造の上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により前記熱硬化性塗布材料を硬化させる、〔６〕の基板の製造方法。
〔８〕無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターンの上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により前記熱硬化性塗布材料を硬化させ、その硬化物の上に、前記エッチングマスクの２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターン、前記熱硬化性塗布材料の硬化物、及び前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。）にてドライエッチングを行って、前記基材に、表面に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を有する複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。
〔９〕前記第１のエッチングマスクパターン及び前記第２のエッチングマスクパターンをそれぞれ、塗布型のエッチングマスク材料を用いて形成する〔６〕〜〔８〕のいずれかの基板の製造方法。
〔１０〕前記〔５〕の基板と、半導体層と、を有する発光素子。

本発明によれば、紫外線領域の光によって劣化しにくく、光の取り出し効率及び光の取出し角度に優れた発光素子が得られる突状構造体及び基板、前記基板の製造方法及び前記基板を用いた発光素子を提供できる。

一実施形態に係る発光素子の模式断面図である。 一実施形態に係る基板の第２主面（光取出し面）の模式部分平面図である。 図２中の位置ＩＩＩ−ＩＩＩにおける模式断面図である。 一実施形態に係る突状構造体の模式断面図である。 一実施形態に係る基板における突状構造体の平均ピッチ等の測定方法を説明する模式平面図である（三角格子の場合）。 一実施形態に係る基板における突状構造体の平均ピッチ等の測定方法を説明する模式平面図である（正方格子の場合）。 一実施形態に係る基板の製造方法を説明する図である。 一実施形態に係る突状構造体の作用を説明する図である。 実施例１で得た基板の走査型電子顕微鏡像であって、基板の第２主面を斜視方向から撮影した画像である。 実施例１にて傾斜角θの測定に用いた走査型電子顕微鏡像の１つである。

以下、本発明について、添付の図面を参照し、実施形態を示して説明する。
なお、図１〜８における寸法比は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なったものである。
「光取出し角度」とは、半導体層から基板の第１主面に任意の入射角で入射する光のうち、基板の第２主面（光取出し面）から取り出すことが可能な光の入射角を示す。

図１は、一実施形態に係る発光素子１００の模式断面図である。図２は、図１に示す発光素子１００が備える基板１０の第２主面（光取出し面）の模式部分平面図である。図３は、図２中の位置ＩＩＩ−ＩＩＩにおける模式断面図である。図４は、基板１０の第２主面が有する突状構造体１の模式断面図である。図５〜６は、突状構造体１の平均高さ及び平均ピッチの測定方法を説明する模式平面図である。

本実施形態に係る発光素子１００は、基板１０と、半導体層２０とを備える。
半導体層２０は、基板１０の第１主面１０ａに積層されている。
半導体層２０は、基板１０側から、ｎ型半導体層２１と、半導体発光層２３と、ｐ型半導体層２５とがこの順に積層して構成されている。
ｐ型半導体層２５にはｐ側電極３１が積層されている。
ｎ型半導体層２１の一部は露出しており、ｎ型半導体層２１の露出面にｎ側電極３３が積層されている。
発光素子１００は、樹脂層１１０、１２０によってサブマウント１３０に接合されている。樹脂層１１０は、ｐ側電極３１とサブマウント１３０とを接合し、樹脂層１２０は、ｎ側電極３３とサブマウント１３０とを接合している。

（基板）
基板１０は、無機材料からなる。このため、基板１０は、紫外線領域の光（以下、ＵＶ光ともいう。）によって劣化しにくい。また、発光素子１００の製造工程における熱的、機械的、化学的及び光学的な耐性にも優れる。
無機材料としては、ＵＶ光を透過可能であればよく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＺｒＢ_２、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｎ、ＡｌＮ、及びＣｒＢ_２からなる群から選択される１種類である。なかでも、無機材料は、ＵＶ光への耐性、ＵＶ光の透過性、発光素子１００の製造工程における機械的、熱的、化学的及び光学的な耐性が相対的に高い点から、サファイアであることが好ましい。
基板１０の厚さは、例えば０．１〜１．５ｍｍであってよい。

基板１０は、第１主面１０ａ及びその反対側の第２主面１０ｂを有する。第１主面１０ａは、半導体層２０が形成される面である。第２主面１０ｂは、光取出し面である。

第１主面１０ａは、１つの結晶面に沿って広がる平面を有する。前記平面は、基板１０の結晶系が六方晶系であるとき、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、及び、ｒ面からなる群から選択される１つが連続する平面であり、基板１０の結晶系が立方晶系であるとき、例えば、（００１）面、（１１１）面、及び、（１１０）面からなる群から選択される１つが連なる平面である。なお、前記平面が有する結晶面は、上記指数面よりも高指数面であってもよく、半導体層２０に結晶性を与えることに適した１つの結晶面であればよい。
前記平面が有する結晶面は、第１主面１０ａの上で、半導体層２０が結晶性を有することを促す。

第２主面１０ｂは、図２〜３に示すように、平坦部３と、平坦部３から突き出た複数の突状構造体１とを有する。したがって、第２主面１０ｂは、平坦部３及び複数の突状構造体１から構成された凹凸構造を有する。

平坦部３とは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定結果に基づき、その領域内の中点における表面高さと、その領域内における任意の点の表面高さとを結ぶ直線の、第２主面１０ｂに対する傾きが±１０度以下である領域である。

突状構造体１は、図４に示すように、ドーム部５と、ドーム部５の下に位置する土台部７とに区分される。
突状構造体１を顕微鏡観察すると、突状構造体１の側面に、傾斜角が急激に変化する高さ位置が、突状構造体１の全周に渡って観察される。これを傾斜角変更線と仮定して、傾斜角変更線の上下で突状構造体を土台部とドーム部に区分することができる。

ドーム部５は、概略、球欠形状に形成されており、平面視でドーム部５の外縁から中心に近づくにつれ、高さが高くなっている。
ドーム部５の表面は、微細凹凸構造を有する。微細凹凸構造は、複数の凸部５ａから構成されている。複数の凸部５ａはそれぞれ球欠形状に形成されている。複数の凸部５ａは、ドーム部５の表面に沿って配列している。

複数の凸部５ａは、平面視において、周期的に二次元に配列し、二次元格子構造を形成している。二次元に配列とは、複数の凸部５ａの配列方向が、同一面内の少なくとも２方向であることを示す。隣り合う凸部５ａの間に平坦面が存在していてもよいし、存在していなくてもよい。
二次元格子構造としては、配列方向が２方向で、その交差角度が９０°である正方格子構造、配列方向が３方向で、その交差角度が６０°である三角格子（六方格子ともいう。
）構造等が挙げられる。配列方向が多い方が光の取り出し効率が優れることから、三角格子構造が好ましい。

ただし、ドーム部５及び複数の凸部５ａの形状はそれぞれ、図示するような略球欠形状に限定されない。ドーム部５及び複数の凸部５ａの形状は、球欠形状（半球体形状、略半球体形状、楕円体形状等）、円錐形状、多角錘（例えば四角錐〜六角錐）形状、正弦波形状、或いはそれらを基本とした派生形状等であってよい。

微細凹凸構造の平均ピッチＰ_１は、１００〜１０００ｎｍであり、１５０〜８００ｎｍが好ましく、２００〜７００ｎｍがより好ましい。平均ピッチＰ_１が前記範囲内であれば、ＵＶ光の取り出し効率が優れる。

ドーム部５の幅Ｗ_１（ｎｍ）に対するドーム部５の高さＬ_１（ｎｍ）の比（Ｌ_１／Ｗ_１）は、０．２５〜０．６であり、０．３５〜０．５８が好ましく、０．４〜０．５５がより好ましい。Ｌ_１／Ｗ_１が前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の取り出し効率が優れる。Ｌ_１／Ｗ_１が前記範囲の上限値以下であれば、Ｌ_１／Ｗ_１を所望の範囲に留めるために要する加工に対し、それに採用される方法の範囲を広げることが可能となる。
ドーム部５の高さＬ_１は、２４０〜２８００ｎｍが好ましく、３００〜２７００ｎｍがより好ましい。Ｌ_１が前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。

土台部７は、概略、円錐台形状に形成されている。
ただし、土台部７の形状は、図示するような円錐台形状に限定されない。土台部７の形状は、円柱形状、円錐台形状、多角柱（例えば四角柱〜六角柱）形状、角錐台（例えば四角錐台〜六角錐台）形状、或いはそれらを基本とした派生形状等であってよい。例えば、平面視での外形が凹凸状に波打った形状であってよい。
なお、土台部７の最上部の平面視での外形は、ドーム部５の最下部の平面視での外形に等しい。

土台部７の側面７ａは、ドーム部５の最下部の外縁から下方に伸び、平坦部３に接続している。
側面７ａは、突状構造体１の高さ方向（第２主面１０ｂの法線方向）に対する傾斜角θが０度以上２１度未満であり、かつ突状構造体１を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの傾斜角θの変化量が１０度未満である。かかる側面７ａを有する土台部７を有することにより、土台部７を有さない場合に比べて、半導体層２０からのＵＶ光の取出し角度を拡大でき、ＵＶ光の利用効率が高まる。
傾斜角θは、１度以上２０度未満が好ましく、２度以上１８度未満がより好ましい。
土台部７において、突状構造体１を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの傾斜角θの変化量は、１０度未満が好ましく、５度未満がより好ましい。

土台部７の幅Ｗ（ｎｍ）に対する土台部７の高さＬ_２（ｎｍ）の比（Ｌ_２／Ｗ）は、０．１〜０．２５であり、０．１１〜０．２３が好ましく、０．１２〜０．２がより好ましい。Ｌ_２／Ｗが前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の利用効率が優れる。Ｌ_２／Ｗが前記範囲の上限値以下であれば、ＵＶ光の取り出し効率が優れる。

ドーム部５の微細凹凸構造の平均ピッチＰ_１（ｎｍ）に対する土台部７の幅Ｗ（ｎｍ）の比（Ｗ／Ｐ_１）は、３〜６０であり、４〜３０が好ましく、４．５〜１７がより好ましい。Ｗ／Ｐ_１が前記範囲の下限値以上であれば、Ｗ／Ｐ_１を所望の範囲に留めるために要する加工に対し、それに採用される方法の範囲を広げることが可能となる。Ｗ／Ｐ_１が前記範囲の上限値以下であれば、ＵＶ光の取り出し効率が優れる。

土台部７の幅Ｗは、８００〜６３５０ｎｍが好ましく、８５０〜６０００ｎｍがより好ましい。土台部７の幅Ｗは、典型的には、突状構造体１の幅である。Ｗが前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。Ｗが前記範囲の上限値以下であれば、Ｗを所望の範囲に留めるために要する加工に対し、それに採用される方法の範囲を広げることが可能となる。

突状構造体１の高さＬ（ｎｍ）に対する土台部７の高さＬ_２（ｎｍ）の比（Ｌ_２／Ｌ）は、０．１８〜０．４４が好ましく、０．２〜０．４がより好ましい。Ｌ_２／Ｌが前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の利用効率が高まる。Ｌ_２／Ｌが前記範囲の上限値以下であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。

突状構造体１の高さＬは、４００〜３５００ｎｍが好ましく、５００〜３０００ｎｍがより好ましい。Ｌが前記範囲の下限値以上であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。Ｌが前記範囲の上限値以下であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。

基板１０における複数の突状構造体１のＬ_１／Ｗ_１、Ｌ_１、θ、Ｌ_２／Ｗ、Ｗ／Ｐ_１、Ｗ、Ｌ_２／Ｌ、Ｌそれぞれの平均値の好ましい範囲は上記と同様である。例えばＬの平均値である平均高さの好ましい範囲は、Ｌの好ましい範囲と同様である。Ｗの平均値である土台部７の平均幅の好ましい範囲は、Ｗの好ましい範囲と同様である。

第２主面１０ｂにおいて複数の突状構造体１は、複数の凸部５ａと同様、二次元格子構造を形成している。
なお、複数の突状構造体１は、必ずしも二次元格子構造を形成していなくてもよい。例えば、複数の突状構造体１は、ランダムに配列していてもよい。

複数の突状構造体１の平均ピッチは、１０００〜５５００ｎｍが好ましく、２０００〜４４００ｎｍがより好ましい。平均ピッチが前記範囲内であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。

隣り合う突状構造体１間の平坦部３の平均幅は、５０〜１１００ｎｍが好ましく、１００〜１０００ｎｍがより好ましい。平坦部３の平均幅が前記範囲内であれば、ＵＶ光の取り出し効率がより優れる。また、平坦部３の平均幅を所望の範囲に留めるために要する加工が容易である。

＜測定方法＞
前記した特性の測定方法は以下のとおりである。
基板１０の第２主面１０ｂの複数の突状構造体１の平均ピッチは、突状構造体１の中心間距離の平均値であり、以下の測定方法により求める。
ミクロトームや集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を用いて、基板１０を、隣り合う２以上の突状構造体１を切断面が通るように、第２主面１０ｂに対して垂直に切断し、切断面を有する１辺が１０ｍｍ程度の略正方形の小片サンプルを得る。
複数の突状構造体１が格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、格子方向と異なる方向であることが好ましい。格子方向と異なる方向とすることにより、複数の突状構造体１の断面形状を観察しやすくなる。
例えば、複数の突状構造体１ｂが三角格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、図５にｓ１〜ｓ３として示す方向で切断することが好ましい。
複数の突状構造体１ｂが正方格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、図６にｓ１１〜ｓ１２として示す方向で切断することが好ましい。

次いで、前記小片サンプルを上面から走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、観察できる突状構造体１が１画像あたり２０〜３０個測定できる倍率で第２主面１０ｂの表面画像を得る。次いで、前記走査電子顕微鏡による第２主面１０ｂの画像から、２０対の隣り合う突状構造体１を選択し、各々の隣り合う突状構造体１の中心間の距離Ｐを求める。このようにして求めた２０個の距離Ｐを平均した値を、平均ピッチとする。
複数の突状構造体１が格子状に配列している場合、隣り合う突状構造体１とは、格子方向に添って隣り合う突状構造体１である。
例えば、複数の突状構造体１ｂが三角格子状に配列している場合、隣り合う突状構造体１は、図５にｔ１〜ｔ３として示す方向に添って隣り合う突状構造体１である。
複数の突状構造体１ｂが正方格子状に配列している場合、隣り合う突状構造体１は、図６にｔ１１〜ｔ１２として示す方向に添って隣り合う突状構造体である。

ドーム部５の表面の微細凹凸構造の平均ピッチは、隣り合う凸部５ａの中心間距離の平均値であり、前記突状構造体１の平均ピッチの測定方法と同様に、観察できる微細凹凸構造が１画像あたり２０〜３０個測定できる倍率で得られた表面画像から、隣り合う凸部５ａの頂点の間の距離を測定することにより求める。

突状構造体１の高さＬ、土台部７の幅Ｗ等は、以下の手順で求める。
まず、ミクロトームや集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を用いて基板１０を、１つの突状構造体１の平面視中央付近を切断面が通るように、第２主面１０ｂに対して垂直に切断し、１辺が１０ｍｍ程度の略正方形の小片サンプルを得る。
複数の突状構造体１が格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、格子方向と異なる方向であることが好ましい。格子方向と異なる方向とすることにより、複数の突状構造体１の断面形状を観察しやすくなる。
例えば、複数の突状構造体１ｂが三角格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、図５にｓ１〜ｓ３として示す方向で切断することが好ましい。
複数の突状構造体１ｂが正方格子状に配列している場合、小片サンプルを得るための切断方向は、図６にｓ１１〜ｓ１２として示す方向で切断することが好ましい。

次いで、得られた小片サンプルの切断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を得る。このとき、突状構造体１の最も高い点を切断面から観察できる突状構造体１が１個から３個得られる倍率とし、ＳＥＭによる断面画像を複数枚撮像する。そして、各断面画像から計２０個の突状構造体１を選択し、これら各突状構造体１の高さを求める。ただし、切断面の位置が、突状構造体１の最も高い点を小片サンプル側に残さない位置である場合、最も高い点を観察できないため、そのような構造体は選択しない。また、他の構造体の陰に隠れた構造体は観察しにくいため選択しない。最も高い点を切断面から観察できる構造体のみを２０個選択し、これら各突状構造体１の高さＬを求める。
各突状構造体１の高さＬは、当該突状構造体１の最下部を基準とする当該突状構造体１の最も高い点の高さである。切断面から観察できる突状構造体１の最下部は、両隣の突状構造体１間において各々把握できるので、それらの中間高さが、突状構造体１の最下部となる。すなわち、一方の隣の突状構造体１との間の最下部Ａを基準とする、突状構造体１の最も高い点の高さをＬ_ａ、他方の隣の突状構造体１との間の最下部Ｂを基準とする、突状構造体１の最も高い点の高さをＬ_ｂとすると、突状構造体１の高さＬは、Ｌ＝（Ｌ_ａ＋Ｌ_ｂ）／２で求められる。
隣の突状構造体１間における最下部は、隣の突状構造体１との間に平坦面が存在する場合は、その平坦面と突状構造体１の境目が、その隣の突状構造体１間における最下部である。隣の突状構造体１に平坦面が存在しない場合は、隣の突状構造体１との間で最も低い点が、その隣の突状構造体１との間における最下部である。
このようにして求めた２０個の突状構造体１の高さＬの平均値が、平均高さである。
また、上記２０個の突状構造体の最下部の幅が、土台部７の幅Ｗであり、２０個の突状構造体の土台部７の幅Ｗの平均値が、土台部７の平均幅である。

上記で得たＳＥＭによる断面画像から、計１０個の突状構造体１の断面を抽出する。
各突状構造体１の断面について、画像計測ソフトウェアを使用して、突状構造体１の最下部を基準とする突状構造体１の最も高い点の高さＬを求め、高さＬを１６分割し、最下部を基準とする高さがＬの１／１６から１６／１６までの間の１６区間（０／１６〜１／１６、１／１６〜２／１６、２／１６〜３／１６、…、１５／１６〜１６／１６）それぞれについて、突状構造体１表面（側面）の接線を求め、平坦面を基準とした垂線と前記接線とがなす角度（傾斜角）を求める。
測定結果から、各区間の平均値を得ることで、高さ方向に１６分割した１区間当たりの傾斜角を求める。
最下部から、傾斜角が０度以上２１度未満であり、かつ突状構造体１を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの傾斜角の変化量が１０度以下という条件を満たす区間が連続している範囲を土台部７とし、傾斜角及びその変化量のいずれか一方又は両方が前記の条件を満たさない区間をドーム部５とし、それらの区間の境界の高さを傾斜角変更線の高さとする。
突状構造体１の一方の側面（最も高い点から幅方向の一方側の表面）と、他方の側面（最も高い点から幅方向の一方側の表面）それぞれについて上記測定を行う。傾斜角及びその変化量が前記の条件を満たす区間が一方の側面と他方の側面とで異なる場合、つまり傾斜角変更線の高さが異なる場合、それらの中間高さが傾斜角変更線の高さとなる。
また、突状構造体１の断面において、最下部を基準とする突状構造体１の最も高い点を突状構造体の高さＬとみなし、傾斜角変更線の高さを土台部７の高さＬ_２とみなし、突状構造体１の高さＬと土台部７の高さＬ_２との差（Ｌ−Ｌ_２）をドーム部５の高さＬ_１とみなし、傾斜角変更線の高さにおける突状構造体１の幅をドーム部５の幅Ｗ_１とみなす。
土台部７の幅Ｗは、突状構造体１の断面において、突状構造体１の最下部の幅である。
基板１０が有する突状構造体１のドーム部５の高さＬ_１、ドーム部５の幅Ｗ_１、土台部７の高さＬ_２、土台部７の幅Ｗはそれぞれ、１０個の突状構造体１それぞれにおける各測定値の平均値である。
なお、ソフトウェアを使用する代わりに、前記画像を印刷し、分度器で傾斜角を測定することも可能である。

＜基板の製造方法＞
基板１０を製造する方法としては、例えば、以下の製造方法Ｉ又はＩＩが挙げられる。
製造方法Ｉ：
無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターンに対しドライエッチングを行い、前記基材に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を形成し、
前記微細凹凸構造が形成された基材の上に、前記凸部の２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。
）にてドライエッチングを行って、前記基材に複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。

製造方法ＩＩ：
無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターンの上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により前記熱硬化性塗布材料を硬化させ、その硬化物の上に、前記エッチングマスクの２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
前記第１のエッチングマスクパターン、前記熱硬化性塗布材料の硬化物、及び前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。）にてドライエッチングを行って、前記基材に、表面に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を有する複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。

製造方法Ｉ、ＩＩにおいて、バイアス電力Ｘ_２でのドライエッチングは、バイアス電力を切り替えて２回以上行ってもよい。この場合、切り替えた後のバイアス電力は、切り替える前のバイアス電力よりも低いことが好ましい。
バイアス電力Ｘ_２でのドライエッチングにおいて、バイアス電力の切り替え回数は、プロセスが簡便である点、プロセス時間を短くできる点では、少ない方が好ましい。バイアス電力の切り替え回数は、１回又は０回が好ましく、０回が特に好ましい。

以下、製造方法Ｉの一実施形態を示す。なお、製造方法Ｉは以下の一実施形態に限定されない。
本実施形態の製造方法は、図７に示すように、下記の工程を有する。図７は、製造方法Ｉの一実施形態における工程（ａ）〜（ｇ）を示す模式断面図である。
工程（ａ）：無機材料からなる基材７０Ａの第２主面に第１のエッチングマスク材料を塗布し、第１のエッチングマスク８１を形成する工程。
工程（ｂ）：第１のエッチングマスク８１をパターニングし、複数のドット状のエッチングマスク８２ａが平均ピッチ１００〜１０００ｎｍで配列した第１のエッチングマスクパターン８２を形成する工程。
工程（ｃ）：第１のエッチングマスクパターン８２に対しドライエッチングを行い、基材７０Ａの第２主面に複数の凸部７１ａを形成し、複数の凸部７１ａから構成された微細凹凸構造７１を第２主面に有する基材７０Ｂを得る工程。
工程（ｄ）：基材７０Ｂの微細凹凸構造７１の上に、第２のエッチングマスク材料を塗布し、第２のエッチングマスク８３を形成する工程。
工程（ｅ）：第２のエッチングマスク８３をパターニングし、各々複数の凸部７１ａを覆う大きさの複数のドット状のエッチングマスク８４ａが配列した第２のエッチングマスクパターン８４を形成する工程。
工程（ｆ）：第２のエッチングマスクパターン８４に対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行う工程。
工程（ｇ）：工程（ｆ）の後、バイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。）にてドライエッチングを行う工程。

本実施形態の製造方法は、必要に応じて、下記の工程（ｈ）をさらに有することができる。
工程（ｈ）：工程（ｃ）の後、基材７０Ｂの微細凹凸構造７１の上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により熱硬化性塗布材料を硬化させる工程。
工程（ｈ）を行う場合、工程（ｄ）では、微細凹凸構造７１を構成する複数の凸部７１ａの間の隙間が熱硬化性塗布材料の硬化物で埋まった状態で、第２のエッチングマスク８３が形成される。

第１のエッチングマスクパターン８２に対するドライエッチングで形成される複数の凸部７１ａは、ドーム部５の表面の微細凹凸構造を構成する複数の凸部５ａに対応する。
第２のエッチングマスクパターン８４に対する高バイアス電力Ｘ_１でのドライエッチングでは、主に異方性エッチングが進み、突状構造体１の土台部７が形成される。その後の低バイアス電力Ｘ_２でのドライエッチングでは、主に等方性エッチングが進み、基材７０Ｂのマスクで覆われていない部分が平坦化されて平坦部３が形成されるとともに、残留するエッチングマスク（工程（ｈ）を行った場合はさらに熱硬化性塗布材料の硬化物）が消失し、基材７０Ｂのマスクで覆われていた部分のエッチングが進んでドーム部５が形成される。また、低バイアス電力Ｘ_２の効果によって、バイアス電力Ｘ_１よりも基材のエッチングが進みにくくなるため、表面の微細凹凸構造がエッチングにより消失しづらくなる。
これにより、複数の突状構造体１及び平坦部３を第２主面に有する基板１０が得られる。

製造方法ＩＩは、例えば、前記した実施形態において、工程（ｃ）の代わりに、下記の工程（ｉ）を行うことにより実施できる。
工程（ｉ）：第１のエッチングマスクパターン８２上に熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により熱硬化性塗布材料を硬化させる工程。
工程（ｉ）を行うと、第１のエッチングマスクパターン８２を構成する複数のエッチングマスク８２ａの間の隙間が熱硬化性塗布材料の硬化物で埋まった状態となる。
工程（ｉ）を行う場合、工程（ｄ）では、熱硬化性塗布材料の硬化物の上に、第２のエッチングマスク材料を塗布し、第２のエッチングマスク８３を形成する。また、工程（ｆ）では、第２のエッチングマスクパターン８４のみならず、熱硬化性塗布材料の硬化物、第１のエッチングマスクパターンの全てに対してドライエッチングを行う。工程（ｆ）では、土台部７が形成された後、ドーム部５が形成されるのと並行して複数の凸部７１ａが形成される。したがって、基板に突状構造体１を形成するためのドライエッチングを行うのが工程（ｆ）のみでよい。

以下、各工程について詳しく説明する。

工程（ａ）：
第１のエッチングマスク材料としては、公知のエッチングマスク材料のなかから、基材７０Ａとエッチングマスク８２ａとのエッチング選択比、エッチングマスクのパターニング方法等を考慮して適宜選定できる。
第１のエッチングマスク材料としては、塗布型エッチングマスク材料が好ましい。塗布型エッチングマスク材料は、塗布段階では粘性を有する液体状であり、塗布後に一般的に用いられる加熱処理、ＵＶ照射処理、オゾン処理、ゾルゲル法等の硬化方法により、固体形態になるものをいう。したがって、液体を基材７０Ａ上に塗布することが可能であり、基材７０Ａ上に均一な層を形成することができる。
塗布型エッチングマスク材料としては、例えばレジスト材料やスピンオングラス材料が挙げられる。
レジスト材料としては、一般に用いられているものを使用することができ、例えば、有機無機ハイブリッド材料からなるフォトレジストが挙げられる。公知の感光性機能性高分子材料等から、好適なパターニングが可能であるとともにエッチング工程におけるマスクとして適した材料が適宜選択され用いられる。レジスト材料は、例えば、ポリマー、感光剤、添加剤、及び溶剤を含む混合物である。
スピンオングラス材料としては、一般に用いられているものを使用することができ、例えば、シリケート系のスピンオングラス材料、シロキサン系のスピンオングラス材料等を用いることができる。
第１のエッチングマスク８１の厚さは、例えば１００〜１０００ｎｍであってよい。

工程（ｂ）：
第１のエッチングマスク８１のパターニングは、ナノインプリント法、フォトリソグラフィ法等の公知の方法により実施できる。
ナノインプリント法では、例えば、表面に所定のパターンを有するナノインプリントモールドの前記表面を第１のエッチングマスク８１に押し込み、その状態で第１のエッチングマスク８１を硬化させ、その後、ナノインプリントモールドを外すことにより第１のエッチングマスク８１をパターニングする。第１のエッチングマスクが塗布型エッチングマスク材料からなる場合、硬化方法としては、一般に用いられる加熱処理、ＵＶ照射処理、オゾン処理、ゾルゲル法等を用いることができる。
フォトリソグラフィ法では、例えば、所定のパターンのフォトマスクを介して第１のエッチングマスク８１を露光し、現像することにより第１のエッチングマスク８１をパターニングする。

工程（ｃ）：
工程（ｃ）でのドライエッチングは、例えば、エッチングマスク８２ａと基材７０Ａの双方がエッチングされる条件で行う。
第１のエッチングマスクパターン８２にドライエッチングを行うと、基材７０Ａの第２主面のエッチングマスク８２ａで覆われていない部分とエッチングマスク８２ａのエッチングが進行し、基材７０Ａのエッチングマスク８２ａに対応する位置に凸部７１ａを有する基材７０Ｂが得られる。
ドライエッチング条件、例えば圧力、プラズマ電力、バイアス電力、エッチングガス種、エッチングガス流量、エッチング時間等を調節することによって、凸部７１ａの高さや幅等を調節できる。

エッチングガスは、エッチングマスク８２ａと基材７０Ａの双方をエッチングできるように、それらの材質等に応じて公知のエッチングガスのなかから適宜選択できる。
例えば基材がサファイアからなり、エッチングマスク８２ａが塗布型エッチングマスク材料の硬化物からなる場合、エッチングガスとしては、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、ＨＢｒ等を使用できる。また、エッチングすることの必要に応じて、Ａｒなどの希ガスやＯ_２、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２、ＮＦ_３などのＦ系ガス等の添加ガスをエッチングガスに加えることが好ましい。エッチングガスは、１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。２種以上のエッチングガスの混合比率等によってエッチング条件の調整が容易となる。エッチングガスは、エッチングガス以外のガスで希釈されてもよい。

工程（ｃ）でのドライエッチングは、基材７０Ａの第２主面の水平方向よりも垂直方向のエッチング速度が大きくなる異方性エッチングで行うことが好ましい。
使用可能なエッチング装置としては、反応性イオンエッチング装置、イオンビームエッチング装置等の異方性エッチングが可能なものであって、最小で２０Ｗ程度のバイアス電場を発生できるものであれば、プラズマ発生の方式、電極の構造、チャンバーの構造、高周波電源の周波数等の仕様には特に制限ない。
ドライエッチングにおけるエッチング選択比（基材７０Ａのエッチング速度／エッチングマスク８２ａのエッチング速度）は、特に制限されず、ドライエッチング条件により調整できる。

ドライエッチングは、エッチングマスク８２ａが消失したときに終了してもよく、エッチングマスク８２ａが消失する前に終了してもよい。
エッチングマスク８２ａが消失する前にドライエッチングを終了した場合、ドライエッチングの後、形成された基材７０Ｂ上に残留するエッチングマスク８２ａを除去する。

工程（ｈ）：
工程（ｃ）で形成した微細凹凸構造７１の上に熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理すると、微細凹凸構造７１の凸部７１ａ間の隙間が熱硬化性塗布材料の硬化物で埋まる。凸部７１ａ間の隙間を熱硬化性塗布材料の硬化物で埋めておけば、工程（ｇ）でのドライエッチングの際に凸部７１ａが残りやすい。
すなわち、第２のエッチングマスク材料の種類によっては、エッチングマスク８４ａが硬く、基材７０Ｂとのエッチングレートの差が少なくなる（例えばエッチングマスク８４ａが塗布型エッチングマスク材料の硬化物からなる場合）。この場合、凸部７１ａ間の隙間がエッチングマスク８４ａで埋まっていると、ドライエッチングによるエッチングマスク８４ａの除去が完了した時点で、凸部７１ａもある程度エッチングされて小さくなる。

工程（ｈ）で用いる熱硬化性塗布材料ｈ（以下、熱硬化性塗布材料ｈともいう。）としては、例えば、熱硬化性成分を含む塗布材料、樹脂成分と溶媒とを含む塗布材料等が挙げられる。熱硬化性成分を含む塗布材料を塗布し、加熱処理すると、熱硬化性成分が反応して（例えば重合して）硬化する。樹脂成分と溶媒とを含む塗布材料を塗布し、加熱処理すると、溶媒が除去されて硬化する。熱硬化性成分を含む塗布材料が溶媒を含んでもよい。
熱硬化性成分としては、無機系熱硬化性成分及び有機系熱硬化性成分から適宜選択して使用することができ、例えばシラン系アルコキシド、チタネート系アルコキシド、アルミネート系アルコキシド及びそれらの加水分解物等のアルコキシド系の化合物群、および、シリコーン樹脂系の化合物群が挙げられる。
樹脂成分としては、例えばビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、及び、フッ素系樹脂が挙げられる。

熱硬化性塗布材料ｈとしては、その硬化物が、エッチングマスク８４ａよりも柔らかく、基材７０Ｂとのエッチングレートの差が大きいものが好ましい。例えば、下記式（１）で表される選択比Ａを、１より大きい値にできるものが好ましく、１．２以上１０．０以下の値にできるものがより好ましい。熱硬化性塗布材料ｈの硬化物がこうした選択比を有していれば、工程（ｇ）でドライエッチングを行っているときに、エッチングマスク８４ａの除去が完了した後、熱硬化性塗布材料ｈの硬化物の部分が凸部７１ａよりも早くエッチングされる。そのため、ドライエッチングによるエッチングマスク８４ａ及び熱硬化性塗布材料ｈの硬化物の除去が完了した時点で、凸部７１ａが充分な大きさで残る。
選択比Ａ＝熱硬化性塗布材料ｈの硬化物のドライエッチングレート／エッチングマスク８４ａのドライエッチングレート ・・・（１）

工程（ｄ）：
第２のエッチングマスク材料としては、第１のエッチングマスク材料と同様に、公知のエッチングマスク材料のなかから、基材７０Ｂとエッチングマスク８４ａとのエッチング選択比、エッチングマスクのパターニング方法等を考慮して適宜選定できる。第１のエッチングマスク材料と第２のエッチングマスク材料とは同じものであっても異なるものであってもよい。
第２のエッチングマスク８３の厚さは、例えば１０００〜５５００ｎｍであってよい。

工程（ｅ）：
第２のエッチングマスク８３のパターニングは、第１のエッチングマスク８１のパターニングと同様に、公知の方法により実施できる。
第２のエッチングマスク８３のパターニング方法は、第１のエッチングマスク８１のパターニング方法と同じであっても異なってもよい。

工程（ｆ）、（ｇ）：
工程（ｆ）、（ｇ）でのドライエッチングは、工程（ｃ）でのドライエッチングと同様に実施できる。ただし、工程（ｇ）でドライエッチングに用いるバイアス電力Ｘ_２は、工程（ｆ）でのバイアス電力Ｘ_１よりも低くする。その範囲はＸ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５であり、Ｘ_１×１／５≦Ｘ_２≦Ｘ_１×２／３が好ましい。Ｘ_２がその範囲内であれば、傾斜角θが０度以上２１度未満であり、突状構造体１を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの傾斜角θの変化量が１０度未満である側面７ａを有する土台部７を形成できる。また、バイアス電力Ｘ_１が大きいほど、傾斜角θが小さくなる傾向がある。

工程（ｉ）：
工程（ｉ）で用いる熱硬化性塗布材料（以下、熱硬化性塗布材料ｉともいう。）としては、熱硬化性塗布材料ｈと同様のものが挙げられる。
熱硬化性塗布材料ｉとしては、その硬化物のエッチングレートが、エッチングマスク８２ａ、エッチングマスク８４ａそれぞれのエッチングレートよりも大きいものが好ましい。例えば、下記式（２）で表される選択比Ｂ、下記式（３）で表される選択比Ｃをそれぞれ、１より大きい値にできるものが好ましく、１．２以上１０．０以下の値にできるものがより好ましい。熱硬化性塗布材料ｉの硬化物がこうした選択比を有していれば、工程（ｇ）でドライエッチングを行っているときに、エッチングマスク８４ａがエッチングされ、熱硬化性塗布材料の硬化物の界面が露出した後に、エッチングマスク８２ａよりも熱硬化性塗布材料のエッチングが優先的に進行し、エッチングマスク８２ａのみが残存する状態で、基材７０Ｂのエッチングを行うことが可能となる。
選択比Ｂ＝熱硬化性塗布材料ｉの硬化物のエッチングレート／エッチングマスク８２ａのドライエッチングレート ・・・（２）
選択比Ｃ＝熱硬化性塗布材料ｉの硬化物のエッチングレート／エッチングマスク８４ａのドライエッチングレート ・・・（３）

（半導体層）
半導体層２０は、電流の供給によってキャリアを再結合させてＵＶ光を発光する。ＵＶ光としては、深紫外線領域の光（ＤＵＶ光）（波長２００〜３５０ｎｍ）が好ましい。
半導体層２０の各層を形成する半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等が挙げられる。

半導体層２０は、図示しないバッファ層やキャップ層を含んでもよい。バッファ層は、基板１０の第１主面１０ａに積層されて、第１主面１０ａの結晶性をバッファ層以外の半導体層に反映させる。
具体的な半導体層２０の構成例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ等からなるｎ型半導体層２１（クラッド層）、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなる半導体発光層２３、アンドープＧａＮ、ｐ−ＧａＮ等からなるｐ型半導体層２５（クラッド層）、ＭｇドープＡｌＧａＮ、ＭｇドープＧａＮからなるキャップ層が順次積層されてなる多層膜が挙げられる。

（発光素子の製造方法）
発光素子１００は、例えば、基板１０の第１主面１０ａに半導体層２０を形成する工程を有する製造方法により製造できる。

半導体層２０の形成においては、基板１０の第１主面１０ａ上に、ｎ型半導体層２１、半導体発光層２３、ｐ型半導体層２５を順次形成する。これらの半導体層を形成する方法は、エピタキシャル成長法や反応性スパッタ法等である。
エピタキシャル成長法は、気相エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長法、分子線エピタキシャル成長法等である。気相エピタキシャル成長法では、原料ガスの流れる雰囲気が、半導体層の形成材料を生成して、半導体層の形成材料を第１主面１０ａ上に結晶として成長させる。液相エピタキシャル成長法では、半導体層の形成材料を含む過飽和溶液が、固相と液相との平衡状態を保ちながら、半導体層の形成材料を第１主面１０ａ上に結晶として成長させる。分子線エピタキシャル成長法では、半導体層の構成元素からなる分子又は原子のビームが、第１主面１０ａ上を照射して、化合物半導体層の形成材料を第１主面１０ａ上に結晶として成長させる。
反応性スパッタ法は、半導体層の構成元素からなるターゲットをスパッタし、ターゲットからスパッタされた粒子と気相中の不純物元素との反応によって半導体層の形成材料を生成する。
ｎ型半導体層２１を形成する方法は、ｎ型不純物の添加されるエピタキシャル成長法や反応性スパッタ法であればよい。ｐ型半導体層２５を形成する方法は、ｐ型不純物の添加されるエピタキシャル成長法や反応性スパッタ法であればよい。

＜作用効果＞
基板１０は、無機材料からなるため、半導体層２０からのＵＶ光によって劣化しにくい。また、基板１０は、光取出し面である第２主面１０ｂに突状構造体１を有するため、基板１０を用いた発光素子１００は、ＵＶ光の取り出し効率及び光の取出し角度に優れる。
従来、半導体発光素子では、光取出し面と空気の界面において、半導体層から放射された光のうち、臨界角以上の角度で光取出し面に入射した光が基板内に戻って多重反射を繰り返す導波モードとなり、光取り出し効率が低下していた。特に、半導体の屈折率は基板を構成する無機材料（サファイア等）に比べて大きいため、臨界角が小さい。例えば基板１０の第１主面１０ａに接する半導体がＡｌＮ、基板１０がサファイア基板である場合、波長３１０ｎｍの光の臨界角は５３度であり、それよりも入射角の大きい光は取出せず、光の取出し効率が極めて低かった。
臨界角とは、屈折率が大きいところから小さいところに（例えば半導体層から基板に）光が向かうとき、全反射が起きる最も小さな入射角のことである。臨界角θ_ｃは以下のように表される。
θ_ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_２／ｎ_１）
式中、ｎ_１は、光の入射元の物質の屈折率を示し、ｎ_２は光の進行先の物質の屈折率を示す。
発光素子１００にあっては、光取出し面が突状構造体１を有するため、基板１０の第１主面１０ａ側から第２主面１０ｂの平坦部３に入射する入射光の入射角が臨界角より大きくても、突状構造体１によって光取出し面に対する入射角は臨界角以下になる。そのため、突状構造体１を有さない場合に比べて、全反射が抑制される。また、突状構造体１のドーム部５の表面の微細凹凸構造が回折格子として機能し、導波モードの光を取り出すことができる。これらの効果によって、優れた光の取出し効率が得られる。
また、突状構造体１に入射した光は、突状構造体１の土台部７の側面７ａと空気の界面で反射する。例えば第１主面１０ａに接する半導体がＡｌＮ、基板１０がサファイア基板であり、土台部７の側面７ａの傾斜角が４度である場合、図７に示すように、５３度の入射角で基板１０の第１主面に入射した光は、突状構造体１の側面７ａに対して５７度で入射し、反射される。反射光は、第２主面１０ｂに対して平行な面に対し、臨界角よりも大きい６１度の入射角で入射するため、第２主面１０ｂから取り出すことができる。
したがって、ＵＶ光で劣化しやすい有機材料（封止材等）を用いなくても、基板１０自体によって光の取出し角度を大きくできる。

以上、実施形態を示して本発明を説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。前記した実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
例えば本発明の発光素子が備える半導体層は、図１に示すものに限定されない。半導体層が有する機能は、ｎ型の導電性と、ｐ型の導電性と、キャリアを再結合させる活性とを含むことが好ましい。半導体層における積層構造は、ｎ型の導電性を有するｎ型半導体層２１と、ｐ型の導電性を有するｐ型半導体層２５との間に活性層が挟まれたダブルヘテロ構造であってもよいし、複数の量子井戸構造が重ねられた多重量子井戸構造であってもよい。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
直径が２インチ、厚さが０．４３ｍｍのサファイア基板の第２主面上に、第１のエッチングマスク材料として公知のフォトレジスト材料をスピンコートし、公知のナノインプリント法でパターニングし、ＵＶ照射して、前記フォトレジスト材料を硬化させた硬化物からなる第１のエッチングマスクパターンを形成した。第１のエッチングマスクパターンは、直径４００ｎｍの複数の円柱状のエッチングマスクが平均ピッチ４３０ｎｍで配列し、三角格子構造を形成したものである。
次いで、第１のエッチングマスクパターンに対しドライエッチングを行うことで、平均ピッチが４３０ｎｍの微細凹凸構造を形成した。具体的には、圧力が１Ｐａであって、エッチングガスがＢＣｌ_３ガスである雰囲気において、アンテナ電力として１５００Ｗ、バイアス電力として５００Ｗ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、複数の凸部が平均ピッチ４３０ｎｍで配列した微細凹凸構造を有するサファイア基板を得た。
次いで、上記微細凹凸構造上に、第２のエッチングマスク材料として公知のフォトレジスト材料をスピンコートし、公知のナノインプリント法でパターニングし、ＵＶ照射して、前記フォトレジスト材料を硬化させた硬化物からなる第２のエッチングマスクパターンを形成した。第２のエッチングマスクパターンは、直径２．１μｍの複数の円柱状のエッチングマスクが平均ピッチ３．０μｍで配列し、三角格子構造を形成したものである。
次いで、第２のエッチングマスクパターンに対してドライエッチングを行って基板を得た。具体的には、まず、圧力が１Ｐａであって、エッチングガスがＢＣｌ_３ガスである雰囲気において、アンテナ電力として１５００Ｗ、バイアス電力として１０００Ｗを供給した。続いて、第２のエッチングマスクパターンがなくなる前に、バイアス電力を３００Ｗに切り替えて低バイアス電力でのドライエッチングを行って基板を得た。基板の第２主面には、複数の突状構造体が平均ピッチ３．０μｍで配列していた。複数の突状構造体はそれぞれ、ドーム部と土台部とを有していた。
図８に、実施例１で得た基板の走査型電子顕微鏡像であって、基板の第２主面を斜視方向から撮影した画像を示す。

また、前記した手順で、基板１０を切断した小片サンプルを得て、２０個の突状構造体それぞれについてＬ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｗ_１、Ｗ、傾斜角等を測定し、Ｌ_１／Ｗ_１、Ｌ_２／Ｗ、Ｌ_１／Ｌを算出した。２０個の突状構造体それぞれについて測定された値の平均値を表２に示す。
図９に、傾斜角θの測定に用いた走査型電子顕微鏡像の１つを示す。また、表１に、この像に示される突状構造体についての傾斜角の測定結果を示す。

得られた基板上（突状構造体面と反対面側）にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を積層し、続いてｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、さらにｐ電極、ｎ型電極を形成して、発光素子を作製した。
発光素子の配光特性を以下の手順で評価した。結果を表３に示す。
配光特性の評価：得られた発光素子をダイシングによってチップ化し、実装基板に実装した。この実装基板を朝日分光社製配光測定装置ＩＭＳ−５０００にて照度測定（配光特性θ直交）し、一定の角度範囲での照度を積算した値（規格化）を確認した。

＜実施例２＞
第１のエッチングマスクパターンの平均ピッチを６００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様の操作を行い、基板及び発光素子を作製し、各種評価を行った。

＜比較例１＞
第２のエッチングマスクパターンに対するドライエッチングを、バイアス電力５００Ｗにて行い、バイアス電力の切り替えを行わなかったこと以外は実施例１と同様の操作を行い、基板及び発光素子を作製し、各種評価を行った。

実施例１〜２及び比較例１で作製した発光素子の配光特性は、−９０°≦θ＜−６０°と６０°＜θ≦９０°の積算値を相対比較すると、比較例１に対し、実施例１では４％、実施例２では７％の上昇が認められた。結果として、土台部の傾斜角度を制御することで、低角度の光取り出し効率が向上することが可能であった。

本発明の発光素子は、紫外線が利用されている種々の分野に利用できる。特に発光するＵＶ光がＤＵＶ光である場合、ＤＵＶ光は太陽光の影響を受けない、細菌やウィルスに対する殺菌作用、光重合反応による樹脂硬化等を奏するため、光通信分野、医療分野、分析用途等に有用である。

１ 突状構造体
３ 平坦部
５ ドーム部
７ 土台部
１０ 基板
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第２主面
２０ 半導体層
１００ 発光素子

Claims (10)

1. 無機材料からなる突状構造体であり、
   ドーム部と、前記ドーム部の下に位置する土台部とに区分され、
   前記ドーム部の表面は、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数の凸部が配列した微細凹凸構造を有し、
   前記ドーム部の幅（ｎｍ）に対する前記ドーム部の高さ（ｎｍ）の比が０．２５〜０．６であり、
   前記土台部の側面は、高さ方向に対する傾斜角が０度以上２１度未満であり、前記突状構造体を高さ方向に１６分割した際の１区画当たりの前記傾斜角の変化量が１０度未満であり、
   前記土台部の幅（ｎｍ）に対する前記土台部の高さ（ｎｍ）の比が０．１〜０．２５であり、
   前記微細凹凸構造の平均ピッチ（ｎｍ）に対する前記土台部の幅（ｎｍ）の比が３〜６０である、突状構造体。
2. 前記突状構造体の高さ（ｎｍ）に対する前記土台部（ｎｍ）の高さの比が０．１８〜０．４４である請求項１に記載の突状構造体。
3. 前記突状構造体の高さが４００〜３５００ｎｍである請求項１又は２に記載の突状構造体。
4. 前記無機材料がサファイアである請求項１〜３のいずれか一項に記載の突状構造体。
5. 無機材料からなり、光取出し面を有する基板であり、
   前記光取出し面は、平坦部と、前記平坦部から突き出た複数の突状構造体とを有し、
   前記複数の突状構造体が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の突状構造体を含む、基板。
6. 無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
   前記第１のエッチングマスクパターンに対しドライエッチングを行い、前記基材に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を形成し、
   前記微細凹凸構造が形成された基材の上に、前記凸部の２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
   前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。
   ）にてドライエッチングを行って、前記基材に複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。
7. 前記第２のエッチングマスクパターンを形成する前に、前記微細凹凸構造の上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により前記熱硬化性塗布材料を硬化させる、請求項６に記載の基板の製造方法。
8. 無機材料からなる基材の上に、１００〜１０００ｎｍの平均ピッチで複数のエッチングマスクが配列した第１のエッチングマスクパターンを形成し、
   前記第１のエッチングマスクパターンの上に、熱硬化性塗布材料を塗布し、加熱処理により前記熱硬化性塗布材料を硬化させ、その硬化物の上に、前記エッチングマスクの２個以上を覆う大きさの複数のエッチングマスクからなる第２のエッチングマスクパターンを形成し、
   前記第１のエッチングマスクパターン、前記熱硬化性塗布材料の硬化物、及び前記第２のエッチングマスクパターンに対し、バイアス電力Ｘ_１にてドライエッチングを行い、次いでバイアス電力Ｘ_２（ただし、Ｘ_１×１／６≦Ｘ_２≦Ｘ_１×４／５である。）にてドライエッチングを行って、前記基材に、表面に複数の凸部が配列した微細凹凸構造を有する複数の突状構造体を形成する、基板の製造方法。
9. 前記第１のエッチングマスクパターン及び前記第２のエッチングマスクパターンをそれぞれ、塗布型のエッチングマスク材料を用いて形成する請求項６〜８のいずれか一項に記載の基板の製造方法。
10. 請求項５に記載の基板と、半導体層と、を有する発光素子。

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