TW201511352A - 半導體發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種發光效率提高且發光特性得獲改善之半導體發光裝置。
一種半導體發光裝置，其特徵在於包括半導體發光元件(100)及波長轉換構件，該半導體發光元件(100)具有將至少2層以上之半導體層(103)(105)與發光層(104)積層而構成之積層半導體層(110)，並發出第一光，該波長轉換構件至少覆蓋半導體發光元件(100)之一部分，吸收第一光之至少一部分，並發出波長與第一光不同之第二光；並且，半導體發光元件(100)於構成半導體發光元件(100)之任一主面上，具備包含由朝面外方向延伸之複數個凸部或凹部而構成之點的微細結構層作為構成要素，微細結構層構成至少由點間之間距、點徑或點高度中之任一者所控制之二維光子晶體(102)，且二維光子晶體(102)至少具有各為1μm以上之2個以上之週期。
Description
本發明係關於一種包括半導體發光元件及波長轉換構件之半導體發光裝置。
與先前之螢光燈或白熾球等以往之發光裝置相比，作為利用有半導體層之半導體發光元件的發光二極體(LED)具有小型且電力效率較高、開關應答性快速等特性，且全部由固體構成，因此具有抗振動且機器壽命較長等多個優點。
又，LED之發光中心波長單一，為了用作各種光源，若為單一波長則其使用用途受到限制，因此作為發光光源而要求白色光。
例如，專利文獻1中揭示有一種關於半導體發光器件之發明，該半導體發光器件係將藍色LED與吸收其發光光而發出黃色螢光之螢光材進行組合，混合黃色光與未被吸收之藍色光而產生白色光。
又，專利文獻2中揭示有一種關於白色LED燈之發明，該白色LED燈具有放射UV光~紫色光之1次光之發光二極體晶片及分散有螢光材層之透明樹脂層。該白色LED燈中規定為，若1次光透過透明樹脂層而到達螢光材層，螢光材層中之螢光材粉末便放射藍色光、綠色光、黃色光及紅色光等光(2次光)，此時各色之2次光經混合而成之光之顏色變成白色。
專利文獻3中揭示有一種關於半導體發光元件之發明，該半導體發光元件係半導體發光裝置之一構成。於專利文獻3中，將微米級之
凹凸圖案設置於構成LED之基板表面，改變發光層中之光之波導方向而提高光提取效率。再者，於專利文獻3所記載之發明中，亦使含有YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔鋁石榴石)之螢光材與樹脂混合而形成於半導體發光元件之表面，藉此期望能夠獲得光提取效率較高之白色發光裝置(參照專利文獻3之[0077]欄等)。
專利文獻4中揭示有一種關於發光裝置之發明，該發光裝置於半導體發光元件之發光露出面形成凹凸結構，並利用含有螢光體之包覆層進行塗層，藉此光提取效率較高。
進而，專利文獻5中揭示有一種半導體發光裝置，於包含發光層之積層半導體層上設置有光提取層，該光提取層包含表面形成有凹凸結構之樹脂材。
又，於專利文獻6中揭示有一種關於半導體發光元件用基材及半導體發光元件之發明，該半導體發光元件用基材於基板上設置奈米尺寸之圖案，且對該圖案設置微米級之長週期。根據專利文獻6，可抑制LED製造時之磊晶成長中之晶體缺陷錯位，並提昇LED之內部量子效率，且藉由設置微米級之長週期而使光提取效率亦提昇，其結果為，由內部量子效率與光提取效率之積定義之外部量子效率提高。
[專利文獻1]日本專利特開2004-15063號公報
[專利文獻2]日本專利特開2013-38447號公報
[專利文獻3]日本專利特開2003-318441號公報
[專利文獻4]日本專利特開2008-205511號公報
[專利文獻5]日本專利特開2007-35967號公報
[專利文獻6]國際公開第2013/031887號說明書
然而，先前對於將專利文獻3至專利文獻6所揭示之具備凹凸圖案之半導體發光元件應用於專利文獻1或專利文獻2所揭示之發出發光光及螢光的白色發光裝置時，可提高白色發光裝置之發光效率的構成，並無任何提及。
又，如專利文獻3所示般，廣泛應用為了提高LED單體之發光效率，將微米級之凹凸圖案設置於構成LED之基板表面的技術。
作為決定表示LED之發光效率之外部量子效率EQE(External Quantum Efficieney)的要因，可列舉電子注入效率EIE(Electron Injection Efficiency)、內部量子效率IQE(Internal Quantum Efficiency)及光提取效率LEE(Light Extraction Efficiency)。其中，內部量子效率IQE依賴於GaN系半導體晶體之晶體不整合所引起之錯位密度。又，光提取效率LEE係藉由由於設置於基板之凹凸圖案所引起之光散射而使GaN系半導體晶體內部之波導模式崩解而得以改善。
亦即，作為設置於半導體發光元件的凹凸圖案之作用(效果)，可列舉(1)半導體晶體內之錯位減少所引起之內部量子效率IQE之改善，(2)消除波導模式所引起之光提取效率LEE之改善。
然而，於專利文獻3所揭示之技術中，雖然可實現(2)之效果所引起之光提取效率LEE之改善，但認為(1)之錯位減少之效果較少。藉由半導體發光元件用基材之表面上設置凹凸而使錯位缺陷減少的理由在於：凹凸會擾亂GaN系半導體層之CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)成長模式，使得層成長所伴隨之錯位缺陷相碰撞而消滅。因此，若存在僅相當於缺陷數之凹凸圖案，則對於缺陷減少有效果，但若凹凸圖案之數少於缺陷數，則錯位減少之效果受到限定。例
如，錯位密度1×109個/cm2若換算成奈米級，則相當於10個/μm2，錯位密度1×108個/cm2相當於1個/μm2。若於5μm×5μm(□5μm)設置2個左右之凹凸圖案，則凹凸圖案密度變為0.08×108個/cm2，若於500nm×500nm(□500nm)設置2個左右之凹凸圖案，則凹凸圖案密度變為8×108個/cm2。如此，若將凹凸圖案之尺寸設為奈米級之間距，則對錯位密度之減少有較大效果。
然而，若凹凸圖案密度變小，則對光之散射效果減少，存在(2)之波導模式消除之效果降低之問題。
因此，於專利文獻6所揭示之技術中，基板上設置奈米尺寸之凹凸圖案，且對該圖案設置微米級之長週期，從而提高LED之外部量子效率EQE。
於該技術中，如上所述之利用奈米尺寸之凹凸圖案抑制LED製造時之磊晶成長中之晶體缺陷錯位，提高LED之內部量子效率IQE。進而，於奈米尺寸之凹凸圖案之配置中設置微米級之長週期，藉此光提取效率LEE亦提昇，其結果為，可提高由內部量子效率IQE與光提取效率LEE之積定義之外部量子效率EQE。
然而，上述技術著重於實現LED其本身之發光效率之提高，於利用應用了上述技術之LED，應用於如專利文獻1或專利文獻2所揭示般發出發光光及螢光的白色發光裝置之情形時，存在與單色發光之效率相比，效率下降之問題。進而，亦存在觀察到白色光之顏色不均之問題。尤其是，於照明用途之情形時，作為白色發光裝置之發光分佈，角相依性較少，可見光全波長中需要朗伯型發光分佈。
關於上述問題，作出如下解釋。設定設置於LED之微米級之長週期結構適合於發光光。因此，於螢光材吸收發光光之一部分而發出波長與發光光不同之螢光時，認為無法發揮充分之光散射性。其結果，相對於螢光之光提取效率較發光光相比更下降，故而自白色發光裝置
之整個白色光之效率不會提高。進而，與上述同樣地，發光光及螢光中光散射性不同，故而角度分佈不同，其結果為，觀察到可見光全波長中之角相依性。
又，於專利文獻4所揭示之將半導體發光元件之發光露出面上具備凹凸結構之半導體發光元件利用含有螢光體之包覆層進行塗層而成的半導體發光裝置中，雖然來自半導體發光元件之一次發光光之光提取效率提高，但對來自螢光體之螢光光之光提取效率，並未發現任何效果。
同樣地，於專利文獻5所揭示之半導體發光裝置中，雖然亦揭示有相對於來自半導體發光元件之一次發光光之光提取效率之提高效果，但對來自螢光體之螢光光之光提取效率，並未發現任何效果。
進而，於使用專利文獻2所揭示之含有奈米粒子之螢光體之包覆層而將半導體發光元件之發光露出面上具備凹凸結構之半導體發光元件進行塗層之情形時，與使用含有微米級之螢光體之包覆層之情形相比，存在來自半導體發光元件之一次發光光之光提取效率下降之問題。
關於上述問題，作出如下解釋。於半導體發光元件之發光露出面上形成凹凸結構，藉此產生繞射或光散射效果，使得半導體發光元件之內部之波導模式崩解，提高一次發光光之光提取效率。然而，含有奈米粒子之螢光體的包覆層之折射率由於含有奈米粒子，因此經有效介質近似而被近似，螢光體之折射率高於包覆層之分散介質，其結果為，包覆層之折射率變高。例如，於將具有2.3之折射率的螢光體以40%之體積分率分散至具有1.5之折射率之分散媒之情形時，根據以下之式(A)及式(B)，計算出包覆層之折射率為1.80。
fa(εa-ε)/(εa+2ε)+fb(εb-ε)/(εb+2ε)=0 (A)
此處，fa、fb為介質a、介質b之體積分率，εa、εb、ε分別為介質a、介質b、有效介質之介電常數，n為有效介質之折射率。
藉由以上處理，凹凸結構與包覆層之間的折射率之差減少，其結果，凹凸結構所引起之繞射/分散效果減少，故而認為即便半導體發光元件之發光露出面上形成凹凸結構，一次發光光之光提取效率亦會下降。
如上所述，於先前之技術中，相對於來自LED之發光光，雖然可滿足(1)內部量子效率IQE之改善及(2)利用光散射消除波導模式所引起之光提取效率LEE之改善這兩者，但與螢光材組合之白色發光裝置中，存在無法表現充分之發光效率，進而具有發光分佈之角相依性的問題。
本發明係鑒於上述狀況研究而成者，其目的在於提供一種藉由相對於來自LED之發光光提高內部量子效率IQE及光提取效率LEE而提高發光效率，同時相對於螢光亦可增加光散射性而提高發光效率的半導體發光裝置。進而，本發明之目的在於提供一種發光分佈之角相依性較少且作為工業用途容易應用的半導體發光裝置。
本發明之半導體發光裝置之特徵在於包括：半導體發光元件，其具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層而構成之積層半導體層，並發出第一光；及波長轉換構件，其至少覆蓋上述半導體發光元件之一部分，吸收上述第一光之至少一部分，並發出波長與上述第一光不同之第二光；且上述半導體發光元件於構成上述半導體發光元件之任一主面上，具備包含由朝面外方向延伸之複數個凸部或凹部而構成之點的微細結構層作為構成要素，上述微細結構層構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度中之任一者所控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體至少具有各為1μm以上之2個以上之週期。
於本發明之半導體發光裝置中，較佳為上述二維光子晶體具有上述第一光之光學波長之6倍以上及上述第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。
本發明之半導體發光裝置之特徵在於包括：半導體發光元件，其具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層而構成之積層半導體層，並發出第一光；波長轉換構件，其至少覆蓋上述半導體發光元件之一部分，吸收上述第一光之至少一部分，並發出波長與上述第一光不同之第二光；且上述半導體發光元件於構成上述半導體發光元件之任一主面上，具備包含由朝面外方向延伸之複數個凸部或凹部而構成之點的微細結構層作為構成要素，上述微細結構層構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度中之任一者所控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體具有上述第一光之光學波長之6倍以上及上述第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。
又，於本發明之半導體發光裝置中，較佳為上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光及上述第二光為透明的第一材料、以及吸收上述第一光之至少一部分並發出上述第二光的第二材料。
進而，較佳為至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相對於上述第一光及上述第二光實質上透明，且不含上述第二材料。
進而，較佳為上述第二材料為小於上述第一光在第一材料中之光學波長之平均粒徑。
又，於本發明之半導體發光裝置中，較佳為上述波長轉換構件構成為發出上述第二光、以及與上述第一光及上述第二光之各波長不同之第三光，上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光、上述第二光及上述第三光為透明的第一材料、以及吸收上述第一光之至少一
部分並發出上述第三光的第三材料，且上述二維光子晶體具有上述第三光之光學波長之6倍以上之週期。
進而，較佳為至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相對於上述第一光、上述第二光及上述第三光實質上透明，且不含上述第二材料及上述第三材料。
進而，較佳為上述第二材料及第三材料中之至少一者為小於上述第一光在上述第一材料中之光學波長之平均粒徑。
又，於本發明之半導體發光裝置中，較佳為上述波長轉換構件構成為發出上述第二光、上述第三光、以及與上述第一光、上述第二光及上述第三光之各波長不同的第四光，上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光、上述第二光、上述第三光及上述第四光為透明的第一材料、以及吸收上述第一光之至少一部分並發出上述第四光的第四材料，且上述二維光子晶體具有上述第四光之光學波長之6倍以上之週期。
進而，較佳為至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相對於上述第一光、上述第二光、上述第三光及上述第四光實質上透明，且不含上述第二材料、上述第三材料及上述第四材料。
進而，較佳為上述第二材料、上述第三材料及上述第四材料中之至少一者為小於上述第一光在上述第一材料中之光學波長之平均粒徑。
進而，於本發明之半導體發光裝置中，較佳為上述二維光子晶體構成於構成上述半導體發光元件之任意不同之二個以上之主面上，且各個二維光子晶體之上述週期互不相同。
於本發明之半導體發光裝置中，可構成為上述二維光子晶體之週期至少於上述主面之一軸方向具有週期，或者可構成為上述二維光子晶體之週期至少於獨立之上述主面之二軸方向具有週期。
根據本發明，構成微細結構層之二維光子晶體具有1μm以上、或者第一光之光學波長之6倍以上及第二光(波長與利用波長轉換構件吸收第一光之至少一部分而發出之第一光不同的光)之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期，藉此可使光散射性強於光繞射性。因此，於本發明之半導體發光元件中，相對於來自半導體層中之發光及來自波長轉換構件之發光，可較強地表現光散射性，利用該光散射性消除波導模式，可提高光提取效率LEE。進而，可將來自半導體發光元件之有效發光之一次發光有效進行波長轉換。其結果為，可提高半導體發光裝置之最終的發光效率。進而，可提供一種降低發光分佈之角相依性，作為工業用途容易應用的半導體發光裝置。
1、1a、101、301‧‧‧半導體發光元件用基材
11、11a‧‧‧基材
12、12a、120‧‧‧微細結構層
13‧‧‧凸部
13-1~13-N‧‧‧凸部列
14‧‧‧凹部
14-1~14-N‧‧‧凹部列
20、80、102、201、305‧‧‧二維光子晶體
30、103、304‧‧‧n型半導體層
40、104、303‧‧‧發光層
50、105、302‧‧‧p型半導體層
60‧‧‧p電極層
70‧‧‧支持體
100、200、300、600‧‧‧半導體發光元件
106‧‧‧透明導電膜
107、307‧‧‧陰極電極
108、306‧‧‧陽極電極
110、120‧‧‧積層半導體層
121‧‧‧中間材料
121a‧‧‧表面
123‧‧‧積層半導體層
400‧‧‧曝光裝置
401‧‧‧輥狀構件
402‧‧‧旋轉控制部
403‧‧‧加工頭部
404‧‧‧移動機構部
405‧‧‧曝光控制部
406‧‧‧圖案
500、501、502、503、508、509、510、515‧‧‧半導體發光裝置
511、512、513、514‧‧‧波長轉換構件
520‧‧‧封裝體
531、532、533‧‧‧螢光材
541‧‧‧填充材
542‧‧‧密封材
D1‧‧‧第1方向
D2‧‧‧第2方向
Px‧‧‧間距
Py‧‧‧間距
圖1係本實施形態之半導體發光裝置之剖面模式圖。
圖2係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖3係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖4係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖5係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖6係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖7係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖8係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。
圖9係本實施形態之半導體發光元件之剖面模式圖。
圖10係表示本實施形態之半導體發光元件之其他例的剖面模式圖。
圖11係表示本實施形態之半導體發光元件之其他例的剖面模式圖。
圖12係表示第1實施形態之半導體發光元件用基材之一例的立體模式圖。
圖13係用以說明本實施形態之半導體發光元件用基材之其他例的立體模式圖。
圖14係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之一例的俯視模式圖。
圖15係表示半導體發光元件用基材之第2方向D2上之點列之配置例的模式圖。
圖16係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。
圖17係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。
圖18係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。
圖19係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。
圖20係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯
視模式圖。
圖21係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之第2方向D2上之點之配置例的模式圖。
圖22係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之第2方向D2上之點之配置例的模式圖。
圖23係由點間隔具有長週期之點所構成之半導體發光元件用基材的俯視模式圖。
圖24係在同一主面內具有2個以上之週期的半導體發光元件用基材之另一俯視模式圖。
圖25A-C係表示本實施形態之半導體發光元件之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
圖26係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之製造方法之一例的概略說明圖。
圖27A-C係對以形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光裝置中之轉軸馬達之Z相信號為基準信號設定基準脈衝信號、調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。
圖28係對根據形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光裝置中之基準脈衝信號及調變脈衝信號設定相位調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。
圖29係對形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光裝置中之照射雷射光之加工頭部之移動速度之一例進行說明的說明圖。
以下，對本發明之一實施形態(以下，簡稱為「實施形態」)，進行詳細說明。再者，本發明並不限定於以下之實施形態，可於其主旨之範圍內進行各種變化而實施。
以下，對本實施形態之半導體發光裝置進行詳細說明。本發明
中之半導體發光裝置包括：半導體發光元件，其具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層所構成之積層半導體層，並發出第一光；及波長轉換構件，其至少覆蓋上述半導體發光元件之一部分，吸收上述第一光之至少一部分，並發出波長與第一光不同之第二光。
例如，本實施形態之半導體發光裝置係由圖1所示之剖面模式圖所構成。如圖1所示，半導體發光裝置500構成為將半導體發光元件100配置於封裝體520之收納部520a內。
於圖1所示之實施形態中，封裝體520內填充有波長轉換構件511。因此，成為半導體發光元件100之除背面100a以外之各面被波長轉換構件511覆蓋之結構。
如圖1所示，波長轉換構件511構成為含有填充材541及包含並分散於填充材541中之螢光材(第二材料)531，該填充材541係相對於來自半導體發光元件100之發光光(第一光)之發光中心波長實質上透明的第一材料。螢光材531具有相對於作為自半導體發光元件100發出之發光光的第一光之發光中心波長之螢光特性，吸收第一光之至少一部分，發出作為波長與第一光不同之第二光的螢光。進而，填充材541相對於作為上述第二光之螢光亦實質上透明，相對於下述第三光及第四光亦實質上透明。
以下，於本發明中，所謂實質上透明，係指對相應波長之光基本上無吸收之狀態，具體而言，對相應波長之光之吸收率為10%以下，較佳為5%以下，更佳為2%以下。或者，所謂實質上透明定義為：相應波長之光之透過率為80%以上，較佳為85%以上，更佳為90%以上。
填充材541可為有機物或無機物，例如可由包含環氧、丙烯酸系聚合物、聚碳酸酯、矽酮聚合物、光學玻璃、硫屬玻璃、螺環化合物及該等之混合物之材料所構成，但並不特別限定材質。
進而，填充材541亦可又含有相對於第一光、第二光、第三光及第四光實質上透明的微粒子。藉由含有微粒子而耐熱性、耐久性、耐候性、熱尺寸穩定性提高，故而較佳。
作為填充材541中所含之上述微粒子，並無特別限定，可為金屬氧化物、金屬氮化物、次氮基硒酸酯(nitridosilicate)及該等之混合物。作為較佳之金屬氧化物之例，可包括氧化鈣、氧化鈰、氧化鉿、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯及該等之混合物。
來自半導體發光裝置500之發光光被觀察到自半導體發光元件100發出之第一光與作為來自波長轉換構件511之螢光之第二光的混色，例如於第一光為在450nm附近具有發光中心波長之藍色，且第二光為在590nm附近具有主波長之黃色螢光材之情形時，觀察到半導體發光裝置500之發光光為白色。
第一光與第二光之波長並無特別限制，如上所述，以使來自半導體發光裝置500之發光色呈現相應目標之顏色之方式任意選擇。但是，由於吸收第一光而獲得作為螢光之第二光，因此第二光之波長必須長於第一光。
又，第一光、第二光無需均為可見光，例如第一光為具有410nm以下之波長之紫外光，第二光亦可為綠色。於該情形時，來自半導體發光裝置500之發光光僅被觀察到單色光。來自半導體發光裝置500之發光光可相應目標分別選擇，與此相應，分別選擇半導體發光元件100之構成及螢光材531之材料。
來自半導體發光元件100之發光光之一部分被螢光材531吸收而發出螢光。螢光直接被導出至半導體發光裝置500之系統外，但一部分如圖1所示進行散射而返回至半導體發光元件100。此時，藉由設置於下述半導體發光元件100之微細結構層，螢光受到散射而被導出至半導體發光裝置500之系統外。與本實施形態不同地，半導體發光元
件100上未設置有微細結構層之情形時，返回至半導體發光裝置500之光之角度不產生變化，一部分成為導光模式，引起未被導出至半導體發光裝置500之系統外之現象，其結果為，導致半導體發光裝置500之發光效率下降。
圖2係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。於半導體發光裝置501中，設置於封裝體520內的半導體發光元件100之發光面之一部分被波長轉換構件512覆蓋。如圖2所示，封裝體520內填充有密封材542。波長轉換構件512含有相對於來自半導體發光元件100之發光光實質上透明的填充材541及包含並分散於填充材541中之螢光材531。
於圖2所示之半導體發光裝置501中，亦與上述圖1之半導體發光裝置500同樣地，來自半導體發光元件100之發光光(第一光)及來自螢光材531之螢光(第二光)藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層而受到散射，從而被有效導出至半導體發光裝置501之系統外。於圖2之半導體發光裝置501中，波長轉換構件512之體積少於圖1之半導體發光裝置500，來自半導體發光元件100之發光光及螢光難以受到來自螢光材531之散射，故而設置於半導體發光元件100之微細結構層需要更強之散射性。如上所述，可根據半導體發光裝置之構成、用途等，適當地設計設置於半導體發光元件100之微細結構層。
作為圖2所示之半導體發光裝置501中所使用之密封材542，例如可使用與波長轉換構件512中所使用之填充材541相同之透明的構件。
圖3係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。如圖3所示，半導體發光裝置510之構成為將半導體發光元件100配置於封裝體520之收納部520a內。
於圖3所示之實施形態中，封裝體520內填充有波長轉換構件511，進而，半導體發光元件100係於其最表面具備包含由凹部或凸部
所構成之點之微細結構層120作為構成要素。
如圖3所示，於微細結構層120與波長轉換構件511之間介置有中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件511相接觸。亦即，中間材料121具有厚度地形成於微細結構層120之最表面和波長轉換構件511之與微細結構層120之對向面之間。
如圖3所示，中間材料121被填充至微細結構層120之由凸部所構成之點之間。或者，於點由凹部所構成之形態中，凹部內填充有中間材料121。因此，成為微細結構層120之表面至波長轉換構件511之整個空間被中間材料121填埋之狀態。
圖3所示之中間材料121係於塗佈後進行硬化而凝固。中間材料121可仿照微細結構層120之表面之起伏而形成，但如圖3所示，中間材料121(中間層)之表面121a亦可由平坦面所形成。
或者，亦可設為如下形態：將中間材料121僅填充至微細結構層120之由凸部所構成之點之間，或者僅填充至由凹部所形成之點內。於相關構成中，微細結構層120之最表面和波長轉換構件511之與微細結構層120之對向面之間之至少一部分相接觸。再者，相關構成亦被定義為微細結構層120與波長轉換構件511之間介置(填充)有中間材料121之構成。
但是，較佳為於微細結構層120與波長轉換構件511之間介置有中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件511相接觸之形態。
於圖3中，波長轉換構件511亦含有填充材541及包含並分散於填充材541中之螢光材(第二材料)531，該填充材541係相對於來自半導體發光元件100之發光光(第一光)之發光中心波長實質上透明的第一材料。螢光材531具有相對於作為自半導體發光元件100發出之發光光的第一光之發光中心波長之螢光特性，吸收第一光之至少一部分，發出作為波長與第一光不同之第二光的螢光。進而，填充材541相對於
作為上述第二光之螢光亦實質上透明，相對於下述第三光及第四光亦實質上透明。
填充至上述微細結構層120之點之間的中間材料121相對於來自半導體發光元件100之發光光(第一光)之發光中心波長實質上透明。進而，相對於作為上述第二光之螢光亦實質上透明，相對於下述第三光及第四光亦實質上透明。
中間材料121可為有機物或無機物，例如可由包含環氧、丙烯酸系聚合物、聚碳酸酯、矽酮聚合物、光學玻璃、硫屬玻璃、螺環化合物及該等之混合物之材料所構成，但並不特別限定材質。
中間材料121可為與填充材541相同之材質，亦可為與填充材541不同之材質，可為任一種。但是，將中間材料121與填充材541為相同材質時，可更有效地提高發光特性，故而較佳。例如，中間材料121與填充材541可選擇矽酮樹脂。
進而，中間材料121亦可又含有相對於第一光、第二光、第三光及第四光實質上透明的微粒子。藉由含有微粒子而耐熱性、耐久性、耐候性、熱尺寸穩定性提高，故而較佳。
作為中間材料121中所含之上述微粒子，並無特別限定，但填充至微細結構層120之點之間的中間材料121之有效折射率若增加則不佳，較佳為實質上與中間材料121同等或同等以下之折射率。此處，所謂實質上同等，係指與中間材料121之折射率之差為0.1以下。若折射率之差為0.1以下，則中間材料121中所含之上述微粒子之體積分率為50%以內時，含有上述微粒子之中間材料121之有效折射率僅與中間材料121之折射率同等，因此較佳。作為中間材料121中所含之上述微粒子，並無特別限定，可為金屬氧化物、金屬氮化物、次氮基硒酸酯及該等之混合物。作為較佳之金屬氧化物之例，可包括氧化矽、氧化鈣、氧化鈰、氧化鉿、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯及該等之混合物。
又，亦可為與上述填充材541中所含之微粒子相同之材質。
於本實施形態中，於微細結構層120與波長轉換構件511之間填充有中間材料121，但並未含有螢光材(第二材料)531。於微細結構層120由凸部之點所形成之情形時，於點之間未進入有螢光材(第二材料)531。又，於微細結構層120由凹部之點所形成之情形時，於點內未進入有螢光材(第二材料)531。因此，成為如下構成：於微細結構層120與波長轉換構件511之間，僅介置有中間材料121，或者介置有含有上述微粒子之中間材料121。如上所述螢光材531並未填充至微細結構層120之點之間或點內，故而點之間或點內之有效折射率不會增加，使得利用微細結構層120之相對於來自半導體發光元件100之第一光的繞射或散射之效率不會下降。其結果，即便以覆蓋半導體發光元件100之至少一部分之方式設置波長轉換構件511，亦可防止來自半導體發光裝置500之光提取效率下降。
與本實施形態不同地，若半導體發光元件100之微細結構層120之點之間或點內存在螢光材531，且點之間或點內之有效折射率增加，則利用微細結構層120之相對於螢光的繞射或散射效率下降，故而引起抑制向半導體發光裝置510之系統外之導出的現象，其結果為，半導體發光裝置510之發光效率下降。
圖4係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。於半導體發光裝置508中，設置於封裝體520內的半導體發光元件100之發光面之一部分被波長轉換構件512覆蓋。如圖4所示，封裝體520內填充有密封材542。波長轉換構件512含有填充材541及包含並分散於填充材541中之螢光材531，該填充材541相對於來自半導體發光元件100之發光光實質上透明。
於圖4所示之半導體發光裝置508中，亦與上述圖3之半導體發光裝置510同樣地，來自半導體發光元件100之發光光(第一光)及來自螢
光材531之螢光(第二光)藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層120而受到散射，從而被有效地導出至半導體發光裝置508之系統外。於圖4之半導體發光裝置508中，波長轉換構件512之體積少於圖3之半導體發光裝置510，來自半導體發光元件100之發光光及螢光難以受到來自螢光材531之散射，故而設置於半導體發光元件100之微細結構層120需要更強之散射性。如上所述，可根據半導體發光裝置之構成、用途等，適當地設計設置於半導體發光元件100之微細結構層120。
於圖4中，亦於設置於半導體發光元件100之微細結構層120與波長轉換構件512之間介置有不含螢光材531之中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件512相接觸。
作為圖4所示之半導體發光裝置508中所使用之密封材542，例如可使用與波長轉換構件512中所使用之填充材541相同之透明的構件。
圖5係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。於圖5之半導體發光裝置502中，設置於封裝體520內之半導體發光元件100係與圖1同樣地被波長轉換構件513覆蓋。波長轉換構件513含有填充材541與包含並分散於填充材541中之螢光材531及螢光材532，該填充材541係相對於作為第一光之來自半導體發光元件100之發光光之發光中心波長實質上透明的第一材料。
螢光材532具有相對於作為自半導體發光元件100發出之發光光的第一光之發光中心波長之螢光特性，吸收第一光之至少一部分，發出作為波長與第一光及第二光不同之第三光之螢光的第三材料。來自半導體發光裝置502之發光光被觀察到自半導體發光元件100發出之第一光、作為來自波長轉換構件之螢光之第二光及第三光的混色。例如於第一光為在450nm附近具有發光中心波長之藍色，第二光為在545nm附近具有主波長之綠色，且第三光為在700nm附近具有主波長之紅色之情形時，識別到半導體發光裝置502之發光光為白色。
進而，上述填充材541相對於第二光及第三光亦實質上透明。
第一光、第二光及第三光之波長並無特別限制，如上所述，以使來自半導體發光裝置502之發光色呈現相應目標之顏色之方式任意選擇。但是，由於吸收第一光而獲得作為螢光之第二光及第三光，因此第二光及第三光之波長必須長於第一光。
於圖5之半導體發光裝置502中，第二光及第三光之一部分進行散射而返回至半導體發光元件100。繼而，藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層而受到散射，被導出至半導體發光裝置502之系統外。藉由此種作用，可提高半導體發光裝置502之發光效率。
於圖5所示之半導體發光裝置502中，亦可設為如下構成：與圖2所示之半導體發光裝置501同樣地，由填充材541內分散有螢光材531、532之波長轉換構件513覆蓋半導體發光元件100之發光面之一部分，進而由圖2之密封材542填充封裝體520內。
圖6係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。於圖6之半導體發光裝置509中，設置於封裝體520內之半導體發光元件100係與圖5同樣地被波長轉換構件513覆蓋。波長轉換構件513含有填充材541與包含並分散於填充材541中之螢光材(第二材料)531及螢光材(第三材料)532，該填充材541係相對於作為第一光之來自半導體發光元件100之發光光之發光中心波長實質上透明的第一材料。
於圖6中，於設置於半導體發光元件100之微細結構層120與波長轉換構件513之間介置有不含螢光材531、532之中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件513相接觸。
於圖6之半導體發光裝置509中，第二光及第三光之一部分進行散射而返回至半導體發光元件100。繼而，藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層120而受到散射，被導出至半導體發光裝置502之系統外。藉由此種作用，可提高半導體發光裝置502之發光效率。
於圖6所示之半導體發光裝置509中，亦可設為如下構成：利用填充材541內分散有螢光材531、532之波長轉換構件513，以與圖4所示之半導體發光裝置508相同之方式覆蓋半導體發光元件100之發光面之一部分，進而由圖4之密封材542填充封裝體520內。於該情形時，亦成為如下結構：於設置於半導體發光元件100之表面上之微細結構層120與波長轉換構件513之間介置有不含螢光材531、532之中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件513直接接觸。
圖7係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。圖7之半導體發光裝置503之構成為設置於封裝體520內之半導體發光元件100被波長轉換構件514覆蓋。波長轉換構件514含有填充材541與包含並分散於填充材541中之螢光材531、螢光材532及螢光材533，該填充材541係相對於作為第一光之來自半導體發光元件100之發光光之發光中心波長實質上透明的第一材料。
螢光材533具有相對於作為自半導體發光元件100發出之發光光的第一光之發光中心波長之螢光特性，吸收第一光之至少一部分，發出作為波長與第一光及第二光、以及第三光不同之第四光的螢光。來自半導體發光裝置503之發光光被觀察到自半導體發光元件100發出之第一光、作為來自波長轉換構件514之螢光之第二光、第三光及第四光的混色。例如於第一光為在360nm附近具有發光中心波長之UV光，第二光為在545nm附近具有主波長之綠色，第三光為在700nm附近具有主波長之紅色，且第四光為在436nm附近具有主波長之藍色之情形時，識別到半導體發光裝置503之發光光為白色。
進而，上述填充材541係相對於第二光、第三光及第四光之各光亦實質上透明。
第一光、第二光、第三光及第四光之波長並無特別限制，如上所述，以使來自半導體發光裝置503之發光色呈現相應目標之顏色之
方式任意選擇。但是，由於吸收第一光而獲得作為螢光之第二光、第三光、第四光，因此第二光、第三光、第四光之波長必須長於第一光。
於圖7所示之半導體發光裝置503中，第二光、第三光及第四光之一部分進行散射而返回至半導體發光元件100。因此，藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層而受到散射，被導出至半導體發光裝置503之系統外。藉由此種作用，可提高半導體發光裝置503之發光效率。
圖8係表示本實施形態之半導體發光裝置之其他例的剖面模式圖。圖8之半導體發光裝置515之構成為設置於封裝體520內之半導體發光元件100被波長轉換構件514覆蓋。波長轉換構件514含有填充材541與包含並分散於填充材541中之螢光材(第二材料)531、螢光材(第三材料)532及螢光材(第四材料)533，該填充材541係相對於作為第一光之來自半導體發光元件100之發光光之發光中心波長實質上透明的第一材料。
於圖8中，於設置於半導體發光元件100之微細結構層120與波長轉換構件514之間介置有不含螢光材531、532、533之中間材料121，且微細結構層120不與波長轉換構件514相接觸。
進而，上述填充材541及中間材料121係相對於第二光、第三光及第四光之各光亦實質上透明。
於圖8所示之半導體發光裝置515中，第二光、第三光及第四光之一部分亦進行散射而返回至半導體發光元件100。因此，藉由設置於半導體發光元件100之微細結構層120而受到散射，被導出至半導體發光裝置515之系統外。藉由此種作用，可提高半導體發光裝置515之發光效率。
作為螢光材531、螢光材532及螢光材533，只要吸收第一光之至
少一部分，發出規定之螢光，便無特別限定，例如可列舉釔．鋁．石榴石、硫取代鋁酸鹽、未經取代之鋁酸鹽、鹼土類金屬硼酸鹵化物、鹼土類金屬鋁酸鹽、鹼土類矽酸鹽、鹼土類硫代鎵酸鹽、鹼土類氮化矽、鍺酸鹽、磷酸鹽、矽酸鹽、硒化物、硫化物、氮化物、氧氮化物及該等之混合物。該等材料中可摻雜例如Ce、Eu等鑭系元素而使其活化。又，除Ce、Eu以外，亦可含有選自Tb、Cu、Ag、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti、Mg中之1種以上。
各螢光材531、532、533較佳為小於第一光在填充材(第一材料)541中之光學波長之平均粒徑。若為平均粒徑小於第一光在第一材料中之光學波長的所謂奈米粒徑之螢光粒子，則減少螢光粒子所引起之光散射性，可提高來自半導體發光裝置之光提取效率。進而，由於為奈米粒徑之螢光粒子，因此可將自半導體發光元件發出之一次發光(第一光)有效進行波長轉換，故而可進一步提高光提取效率。此處，所謂本發明中之平均粒徑，係指螢光粒子之一次粒子之質量平均粒徑，可使用穿透式電子顯微鏡(TEM)，利用JIS Z8827所記載之方法求得。
於圖5、圖6中，螢光材531、532中之至少任一者為小於第一光在填充材(第一材料)541中之光學波長的平均粒徑即可，但較佳為全部螢光材531、532為小於第一光在填充材(第一材料)541中之光學波長之平均粒徑。
又，於圖7、圖8中，螢光材531、532、533中之至少任一者為小於第一光在填充材(第一材料)541中之光學波長的平均粒徑即可，但較佳為全部螢光材531、532、533為小於第一光在填充材(第一材料)541中之光學波長之平均粒徑。
各螢光材531、532、533較佳為粒子狀。但是，並不限定於球狀，亦可為多角形狀、橢圓體等。
其次，對構成本實施形態之半導體發光裝置之一部分的半導體發光元件100，進行詳細說明。
圖9係本實施形態之半導體發光裝置中之半導體發光元件的剖面模式圖。如圖9所示，於半導體發光元件100中，於設置於半導體發光元件用基材101之一主面的二維光子晶體102上依序積層有n型半導體層103、發光層104及p型半導體層105。再者，將依序積層於半導體發光元件用基材101上之n型半導體層103、發光層104及p型半導體層105稱為積層半導體層110。此處，所謂「主面」係指構成半導體發光元件用基材101或層之較廣之面，例如為將積層半導體層110進行積層時之積層面(形成面)或者與積層面相對應之倒面。「主面」包括半導體發光元件用基材與層之間或層間之界面、半導體發光元件用基材101或層之露出正面、露出背面。
所謂光子晶體係指折射率(介電常數)呈週期性變化之奈米結構體，所謂二維光子晶體係指二維之週期結構體。
如圖9所示，於p型半導體層105上形成有透明導電膜106。又，於n型半導體層103表面上形成有陰極電極107，於透明導電膜106表面上形成有陽極電極108。再者，於圖9中，於設置於半導體發光元件用基材101之一主面的二維光子晶體102上形成有積層半導體層110，但亦可於半導體發光元件用基材101之與設置有二維光子晶體102之面相對之另一主面上形成積層半導體層110。
圖10係表示本實施形態之半導體發光元件之其他例的剖面模式圖。如圖10所示，於半導體發光元件300中，於半導體發光元件用基材301上依序積層有p型半導體層302、發光層303及n型半導體層304。繼而，於n型半導體層304之一主面(露出正面)上設置有二維光子晶體305。
又，如圖10所示，於半導體發光元件用基材301之與p型半導體
層302相接觸之主面為相反側之主面上形成有陽極電極306，於n型半導體層304之表面上形成有陰極電極307。
於圖10中，採用如下之半導體發光元件之製造方法：在未圖示之基材上依序積層n型半導體層304、發光層303、p型半導體層302後，貼附於半導體發光元件用基材301，然後剝離上述基材。剝離上述基材後，分別形成陽極電極306、陰極電極307，從而可獲得本實施形態之半導體發光裝置中之半導體發光元件。於基材上設置n型半導體層後，為了在與n型半導體層之界面進行剝離，而轉印並形成有二維光子晶體305。
圖11係表示本實施形態之半導體發光元件之其他例的剖面模式圖。如圖11所示，於半導體發光元件200中，於圖9所示之透明導電膜106之主面上(露出正面)形成有二維光子晶體201。如下所述，本實施形態之二維光子晶體必須具有至少2個以上之週期。如圖11所示，於半導體發光元件200中，作為構成要素，於半導體發光裝置之不同之主面上分別設置有二維光子晶體102、201，於具備2個以上之二維光子晶體102、201之情形時，各個二維光子晶體102、201無需具有2個以上之週期，亦可將週期不同之2個以上之二維光子晶體102、201設為半導體發光裝置之構成要素。自半導體發光元件發出之光及自波長轉換構件發出之光係藉由在半導體發光裝置內透過、反射、繞射及散射而受到構成二維光子晶體之界面之繞射、散射效應。該效應無需為同一界面，於不同之界面或者同一界面之任一者中均可發揮相同之效果。因此，藉由將2個以上之週期設置於不同之界面，或者將2個以上之週期設置於同一界面之任一者，均可表現本發明之效果。
圖9至圖11所示之半導體發光元件100、200、300係於雙異質結構之半導體發光元件中應用了本實施形態之例，但積層半導體層之積層結構並不限定於此。又，亦可於半導體發光元件用基材與n型半導體
層之間設置有未圖示之緩衝層或非摻雜半導體層。又，亦可於半導體發光元件用基材與半導體層之界面設置有未圖示之反射層。
其次，參照圖12，對第1實施形態之半導體發光元件用基材之構成進行詳細說明。圖12係表示第1實施形態之半導體發光元件用基材1之一例的立體模式圖。如圖12所示，半導體發光元件用基材1大致具有平板形狀，並包括基材11、以及設置於該基材11之一主面上之微細結構層12(二維光子晶體)。微細結構層12包含自基材11之主面向上方突出之複數個凸部13(凸部列13-1~13-N)。凸部13分別具有特定間隔而配置。
微細結構層12可另行形成於基材11之主面上，亦可將基材11直接加工而形成。
再者，圖12中表示微細結構層12之微細結構包含複數個凸部13之例，但並不限定於此，微細結構層12之微細結構亦可包含複數個凹部。
圖13係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之其他例的立體模式圖。如圖13所示，半導體發光元件用基材1a大致具有平板形狀，並包括基材11a、以及設置於該基材11a之一主面上之微細結構層12a(二維光子晶體)。微細結構層12a包含自微細結構層12a之表面S朝向基材11a之背面下沉之複數個凹部14(凹部列14-1~14-N)。凹部14分別具有特定間隔而配置。
微細結構層12a可另行形成於基材11a之主面上，亦可將基材11a直接加工而形成。
以下，將構成半導體發光元件用基材1、1a中之微細結構層12、12a之微細結構的凸部13或凹部14稱為「點」。
於本實施形態中，上述點之直徑或間距為奈米級。根據該構成，將奈米級之凹凸結構設置於半導體發光元件用基材1、1a之表面
上，藉此半導體發光元件用基材1、1a之表面上形成半導體層時，擾亂半導體層之CVD成長模式，使得伴隨層成長之錯位缺陷相碰撞而消滅，從而可產生錯位缺陷之減少效果。繼而，半導體晶體內之錯位缺陷減少，藉此可提高半導體發光元件之內部量子效率IQE。
於本實施形態之半導體發光元件中，形成有受到上述點間之間距、點徑、點高度中之任一者控制之二維光子晶體。於本實施形態中，可藉由折射率產生週期性變化之光子晶體而控制晶體內部之相對於傳播光之反射、透過、繞射特性。
形成於本實施形態之半導體發光元件用基材之一主面上的點之直徑或間距為奈米級，波長大致與傳播光相同程度。因此，本實施形態中決定光子晶體之特性的是將結構所引起之折射率進行平均化所得的有效折射率分佈之週期性變化(有效介質近似)。有效折射率分佈在半導體發光元件用基材之主面內重複，故而形成有二維光子晶體。
進而，於本實施形態之半導體發光元件用基材中，上述二維光子晶體之週期至少具有分別為1μm以上之2個以上之不同週期。或者，具有第一光之光學波長之6倍以上且第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。二維光子晶體具有1μm以上之2個以上之不同週期、或者第一光及第二光之光學波長之6倍以上之週期，故而使光散射性強於光繞射性。因此，於本實施形態之半導體發光元件中，相對於來自半導體層中之發光及來自波長轉換構件之發光，可強烈表現光散射性，利用該光散射性消除波導模式，從而可提高光提取效率LEE。
進而，同時利用較強之光散射性，其發光特性中之角相依性減弱而接近於更容易應用於工業用途之朗伯發光特性。
於本實施形態中，更佳為二維光子晶體之週期分別為1μm以上，並且具有第一光之光學波長之6倍以上且第二光之光學波長之6倍
以上的至少2個以上之週期。藉此，可更有效地使光散射性強於光繞射性，從而可更加提高光提取效率LEE。
再者，圖12及圖13係將具有本實施形態之二維光子晶體之微細結構層應用於半導體發光元件用基材1、1a的一例，但應用於構成半導體發光元件之任一界面之情形時亦同樣，以下亦同樣。亦即，二維光子晶體並不限定設置於半導體發光元件用基材之一主面上，可設置於半導體發光元件內之一處以上，亦可設置於半導體發光元件之最表面。
對根據點間之間距、點徑、點高度進行控制之二維光子晶體，藉由圖式，進行更詳細說明。
圖14係本實施形態之半導體發光元件用基材1的俯視模式圖，表示形成於半導體發光元件用基材1之表面(一主面)上之二維光子晶體。
如圖14所示，點(凸部13或凹部14)係於半導體發光元件用基材1之主面內之第1方向D1上，構成按不定間隔之間距Py排列有複數個點的複數個點列(凸部列13-1~13-N或凹部列14-1~14-N；參照圖12、圖13)。又，各點列係於半導體發光元件用基材1之主面內與第1方向D1正交之第2方向D2上，按不定間隔之間距Px來配置。
進而，於第1方向D1上，點間之不定間隔之間距Py進行週期性增減。又，與第1方向D1正交之第2方向D2上之不定間隔之間距Px進行週期性增減。亦可設為如下構成：亦可於第1方向D1及第2方向D2之兩個方向上，不定間隔之間距Py、Px進行週期性增減，亦可於第1方向D1及第2方向D2中之任一方向上，不定間隔之間距Py、Px進行週期性增減。如上所述增減各點之間隔，藉此可形成受點間之間距控制之二維光子晶體。其原因在於：各個點之大小、間距與發光波長相同程度以下，故而光學上，各個點之存在可藉由有效介質近似而被有效折
射率來代替。於圖14中，於第1方向D1上，點間之不定間隔之間距Py進行週期性增減，故而藉由上述有效介質近似，光感覺到不定間隔之間距Py之週期性增減之週期，表現出猶如與存在更大凹凸結構之情況等效之行為。
進而，使用圖15，對點間之不定間隔之間距Px進行週期性增減的第2方向D2上之點列之配置例，進行詳細說明。圖15係表示第2方向D2上之點列之配置例的模式圖。如圖15所示，第2方向D2上之點列各8列按特定之間隔(間距Px)來配置，且重複配置有8列之點列。將由該複數(z)個點列所構成之單位稱為長週期單位Lxz(其中，z指正整數，x指x方向)。
於本實施形態中，該長週期單位Lxz必須為1μm以上，或者自半導體發光元件發出之光學波長之6倍以上。再者，對按互不相同之間距Py來不定間隔地配置之第1方向D1上之點，亦可使用長週期單位Lyz，與以下之說明同樣地進行配置。
間距Px係相鄰之點列間之距離。此處，長週期單位Lxz中之至少相鄰之4個以上、m個以下之點列間之間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1；其中，m、a為正整數，n=m-1)中下式(1)之關係成立。
Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (1)
再者，各點之直徑小於間距Pxn。間距Px1至Pxn為止之長度構成長週期單位Lxz。
圖15表示長週期單位Lxz由8列之點列所構成之情形，亦即，m=8之情形。於該情形時，n=7、a=3，故而長週期單位L1中之點列間之間距Pxn中下式(2)之關係成立。
Px1<Px2<Px3>Px4>Px5>Px6>Px7 (2)
又，長週期單位Lxz中之間距Px係以使由間距Px之最大值(Px(max))與最小值(Px(min))之差所表示之最大相位偏移δ滿足
(Px(min))×0.01<δ<(Px(min))×0.66、較佳為滿足(Px(min))×0.02<δ<(Px(min))×0.5、更佳為滿足(Px(min))×0.1<δ<(Px(min))×0.4之方式進行設定。
例如，圖15所示之長週期單位L1中之各點列間之間距Pxn如下表示。
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
其中，δa至δf之值滿足Px(min)×0.01<(δa~δf)<Px(min)×0.5。關於相鄰之長週期單位L2，亦同樣。
又，設定長週期單位Lxz或長週期單位Lyz中之z之最大值滿足4≦z≦1000、較佳為滿足4≦z≦100、更佳為滿足4≦z≦20。
再者，第1方向D1及第2方向D2上之長週期單位Lxz及Lyz無需彼此相同。
較佳為本實施形態之半導體發光元件用基材1中之第1方向D1上排列有至少1個以上之具有上述長週期單位Lyz之點群，於第2方向D2上排列有至少1個以上之具有上述長週期單位Lxz之點列群。
關於不定間隔地配置間距Py之配置，定義為於按上述說明之互不相同之間距Px來不定間隔地配置之第2方向D2上之點列之配置例中，將點列換成點之說法。
於本實施形態之半導體發光元件用基材1中，構成微細結構層12(12a)之微細結構的點係亦可於第1方向D1、第2方向D2上均按如上
述說明之不定間隔之間距Px、Py進行配置(參照圖14)，亦可於第1方向D1、第2方向D2之僅任一方向上按如上述說明之不定間隔之間距進行配置，且於另一方向上按固定間隔之間距進行配置(參照圖16)。圖16係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。再者，於圖16中，按不定間隔之間距配置第1方向D1上之點，並按固定間隔之間距配置第2方向D2上之點列。
圖14、圖16中已圖示之二維光子晶體係由非週期之點(點列)所形成之二維光子晶體，但本實施形態之半導體發光元件用基材1中，構成二維光子晶體的點之圖案亦可為週期性。各個點之週期性係如上所述藉由有效介質近似而被消除，因此為了表現本實施形態之半導體發光元件用基材之效果，需要長週期單位Lxz，各個點之週期/非週期並不重要。
作為週期性點圖案之例，列舉圖17、圖18、圖19、圖20為例。於該等配置例中，成為相鄰之各點列之間(圖19、圖20)對齊之配置、點列彼此每隔一個點列(圖17、圖18)而對齊之配置，點圖案被週期性地排列。再者，圖17~圖20分別係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之另一例的俯視模式圖。
進而，於本實施形態之半導體發光元件中，較佳為藉由點圖案之二維光子晶體係於至少構成半導體發光元件之任一主面之一軸方向上具有第一光及與第一光之週期不同之第二光之光學波長的6倍以上之週期，具體而言為如圖16、圖18、圖20之二維光子晶體。
或者，較佳為二維光子晶體之週期在至少獨立之二軸方向上具有週期性，具體而言為如圖14、圖17、圖19之二維光子晶體。
圖14、圖17、圖19係獨立之二軸方向彼此正交之例，但未必正交，可以任意角度進行配置。進而，亦可設為獨立之3軸方向之圖案，於該情形時，根據點之粗密所形成之二維光子晶體可設為三角晶
格排列。
又，於按固定間隔配置第1方向D1上之點間距離或者第2方向D2上之點列間距離中之任一方之情形時，較佳為不定間隔之間距對固定間隔之間距之比在特定範圍內。
此處，對按固定間隔之間距Pyc配置有第1方向D1上之點且按不定間隔之間距Px配置有第2方向D2上之點列之例進行說明。於該情形時，不定間隔之間距Px對固定間隔之間距Pyc之比較佳為在85%~100%之範圍內。若不定間隔之間距Px對固定間隔之間距Pyc之比為85%以上，則相鄰之點間之重疊減小，故而較佳。又，若不定間隔之間距Px對固定間隔之間距Pyc之比為100%以下，則構成點之凸部13之填充率提高，故而較佳。再者，不定間隔之間距Px對固定間隔之間距Pyc之比更佳為在90%~95%之範圍內。
又，1個長週期單位Lxz或Lyz係發光層內產生之光之折射率之長週期之變動遠超奈米級，會容易產生光散射，故而較佳。另一方面，為了獲得充分之光提取效率LEE，較佳為長週期單位Lxz或Lyz由1001個以下之點所構成(所屬之間距Px或Py為1000以下)。
於本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)中，形成有滿足如上所述之微細結構層12(12a)之微細結構之關係的二維光子晶體。藉此，光散射效果變得充分，且點(凸部13或凹部14)之間隔減小，故而產生錯位缺陷之減少效果。其結果，利用奈米級之凹凸減少半導體層中之錯位缺陷，同時擾亂奈米級之週期性，從而相對於來自半導體層中之發光，可強烈表現光散射性。
進而，儘管為二維光子晶體，但其光繞射性被抑制，更接近適用於工業用途之朗伯發光。
接著，對構成本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)之微細結構層12(12a)之二維光子晶體的點形狀(凹凸結構)進行說明。凸部13
及凹部14之形狀只要在可獲得本發明之效果之範圍，便無特別限定，可根據用途適時進行變更。作為凸部13及凹部14之形狀，例如可使用柱形狀、孔形狀、圓錐形狀、角錐形狀及橢圓錘形狀等。
上述情形係本實施形態中之二維光子晶體由點之間隔所構成之情形，但亦可由點徑之大小所構成。具體而言，於構成本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)之微細結構層12(12a)之微細結構的點形狀(凹凸結構)中，較佳為點之各個直徑對應於間距Py及/或間距Px而進行增減。
以下，對與間距相對應地進行增減之點之直徑之例進行詳細說明。於本實施形態之半導體發光元件用基材中，較佳為間距Py為不定間隔之情形時，構成至少相鄰之4個以上m個以下之間距的點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1；其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(3)之關係，並且於第1方向D1上，由點徑Dy1~Dyn所構成之點群重複排列於長週期單位Lyz內，且間距Px為不定間隔之情形時，構成至少相鄰之4個以上m個以下之間距的點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1；其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(4)之關係，並且於第2方向D2上，由點徑Dx1~Dxn所構成之點群重複排列於長週期單位Lxz內。於本實施形態中，該長週期單位Lxz或Lyz必須為1μm以上，或者自半導體發光元件發出之第一光及第二光之光學波長之6倍以上。再者，以下之說明係對Lxz進行敍述，但關於Lyz，亦同樣。
Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (3)
Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (4)
圖21表示長週期單位Lxz由8列之點列所構成之情形，亦即，m=8之情形。圖21係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之第2方向D2上之點之配置例的模式圖。於該情形時，n=7、a=3，故而長週期單位L1中之構成點列之各點徑Dxn中上述式(4)之關係成立。
於圖21中，若相鄰之點間隔變寬，則點徑減小，若點間隔變窄，則點徑增大。若進行增減之點徑之增減範圍太大，則會與相鄰之點相接觸，故而不佳，若太小，則光提取效率LEE下降，故而不佳。若相同之長週期單位Lxz內之點之平均直徑為±20%以內，則光提取效率LEE增加，故而較佳。
藉由上述構成，點之體積在長週期單位Lxz內進行增減，從而構成二維光子晶體。其原因在於：有效介質近似可由介電常數分佈之體積分率來簡單表現，從而介電常數成為折射率之平方。即，介質之體積在長週期單位Lxz內產生變化，藉此有效折射率在長週期單位Lxz內產生變化。
於本實施形態中，形成有具有1μm以上或者第一光及第二光之光學波長之6倍以上之週期的二維光子晶體，故而相對於發光光之光散射性增大，從而半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。
其次，對本實施形態之半導體發光元件中由點高度控制二維光子晶體之例進行說明。
於本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)中，與上述二維圖案同步地構成微細結構層12(12a)之微細結構的點形狀(凹凸結構)之各點之各個高度較佳為相對於間距Py及/或間距Px進行增減。
於本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)中，較佳為間距Py為不定間隔之情形時，構成至少相鄰之4個以上m個以下之間距的點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1；其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(5)之關係，並且於第1方向D1上，由點高度Hy1~Hyn所構成之點群重複排列於長週期單位Lyz內，且間距Px為不定間隔之情形時，構成至少相鄰之4個以上m個以下之間距的點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1；其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(6)之關係，並且於第2方向上，由點高度Hx1~Hxn所構成之點群重複排列
於長週期單位Lxz內。於本實施形態中，該長週期單位Lxz或Lyz必須為1μm以上，或者自半導體發光元件發出之第一光及第二光之光學波長之6倍以上。再者，以下之說明係對Lxz進行敍述，但關於Lyz，亦同樣。
Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (5)
Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (6)
圖22表示長週期單位Lxz由8列之點列所構成之情形，亦即，m=8之情形。圖22係表示本實施形態之半導體發光元件用基材之第2方向D2上之點之配置例的模式圖。於該情形時，n=7、a=3，故而長週期單位L1中之構成點列之各點之高度Hxn中上述式(6)之關係成立。
於圖22中，若相鄰之點間隔變寬，則點高度減小，若點間隔變窄，則點高度增大。若進行增減之點高度之增減範圍太大，則其部分中之光提取效率LEE之不均增大，故而不佳，若太小，則點高度之增減所引起之光提取效率LEE之提高效果下降，故而不佳。若相同之長週期單位Lxz內之點之平均高度為±20%以內，則光提取效率LEE不會不均地增加，故而較佳。
藉由上述構成，點之體積在長週期單位Lxz內進行增減，從而構成二維光子晶體。其原因在於：有效介質近似可由介電常數分佈之體積分率來簡單表現，從而介電常數成為折射率之平方。即，介質之體積在長週期單位Lxz內產生變化，藉此有效折射率在長週期單位Lxz內產生變化。
於本實施形態中，形成有具有1μm以上或者第一光及第二光之光學波長之6倍以上之週期的二維光子晶體，故而相對於發光光之光散射性增大，從而半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。
以上係在同一主面內具有1個週期之二維光子晶體之情形，如圖11所例示般，於構成半導體發光元件之任一主面上設置至少2個以上
之週期不同之二維光子晶體102、201，藉此亦可製成本實施形態之半導體發光裝置。
其次，對在同一主面內具有2個以上之週期的二維光子晶體之情形，進行敍述。圖23係與圖17同樣地，由點間隔具有長週期之點所構成之二維光子晶體的俯視模式圖。於圖23所示之二維光子晶體中，分別由正交之D1方向之間距Py及D2方向之間距Px所構成之長週期不同。於該構成中，例如可設定D1方向之週期為1μm以上或者第一光之光學波長之6倍以上，且D2方向之週期為1μm以上或者第二光之光學波長之6倍以上，從而成為在同一主面內具有不同之2個以上之週期的二維光子晶體。
根據該構成，例如可將D1方向設為適合於第一光之繞射、散射之長週期，且可將D2方向設為適合於第二光之繞射、散射之長週期。
圖24係在同一主面內具有2個以上之週期的二維光子晶體之另一俯視模式圖。於圖24所示之二維光子晶體中，2種長週期與D1方向之間距Py之長週期重疊。因此，可形成週期為1μm以上或者具有第一光及第二光之光學波長之6倍以上之週期的二維光子晶體，從而可分別增強相對於第一光及第二光之光散射性，使得半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。於圖24中，雖然D1方向之間距Py與D2方向之間距Px相同，但本實施形態之半導體發光元件中，未必相同，可適當進行改變。
例如，如圖23所例示之二維光子晶體般，可改變D1方向及D2方向之長週期，可列舉1)僅於D1方向形成2個以上之長週期，並於D2方向設為1個長週期，或者2)於D1方向及D2方向形成2個以上之長週期，並將各個長週期中之僅1個長週期設為相同之處理等。
進而，如圖11所例示般，於構成半導體發光元件之任一主面上設
置至少2個以上之週期不同之二維光子晶體102、201之情形時，亦可形成2個以上之各個長週期。或者，適當選擇於D1方向、D2方向改變長週期而形成、於D1方向形成2個以上之長週期之處理等，藉此可製成本實施形態之半導體發光裝置。
又，於上述本實施形態之半導體發光裝置中，間距Px及間距Py較佳為分別為100nm以上且1000nm以下。若間距Px、Py在該範圍內，則將奈米級之凹凸設置於構成本實施形態之半導體發光裝置的半導體發光元件用基材之表面上，藉此可減少半導體發光元件用基材之表面上設置有半導體層之情形時之半導體層中之錯位缺陷數。間距Px、Py為100nm以上，藉此半導體發光元件之光提取效率LEE提高，顯現有助於提高發光效率的錯位缺陷之減少效果。又，間距Px、Py為1000nm以下，藉此維持錯位缺陷數之減少效果。
接著，對藉由本實施形態之半導體發光裝置而提高光提取效率LEE之原理進行說明。
於本實施形態中，於具有半導體發光元件及波長轉換構件所構成之半導體發光裝置中，半導體發光元件具備微細結構層作為構成要素，微細結構層構成二維光子晶體。繼而，二維光子晶體具有1μm以上、或者第一光之光學波長之6倍以上及第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。此處，第一光係自半導體發光元件發出，第二光係利用波長轉換構件吸收第一光之至少一部分而發出的波長與第一光不同之光。再者，如圖5~圖8之實施形態所示，存在第三光、第四光．．．之情形時，二維光子晶體具有1μm以上之最適合於各光之散射性之週期，或者各光之光學波長之6倍以上的2個以上之週期。
如上所述，於形成半導體發光元件之任一界面上設置由奈米級之凹凸(點)之微細結構層所構成的二維光子晶體，藉此可獲得藉由光散射消除波導模式所引起之光提取效率LEE之改善效果。
將由複數個點所構成之長週期單位Lxz重複並排，藉此每個長週期單位Lxz中折射率產生變化，使得構成長週期單位Lxz之複數個點成為1個單位而產生與重複之情形相同之效果。換言之，與波長相同程度之複數個點之情形時，可利用平均折射率分佈說明光之行為(有效介質近似)，故而若計算空間之平均折射率分佈，則猶如長週期單位Lxz之複數個點作為1個單位重複之方式作用於光。如此並排於長週期單位Lxz內之複數個點發揮光散射效果。
以此方式調整並控制二維光子晶體之週期，藉此可加大相對於發光光之光散射性，使得半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。其結果為，可提高半導體發光裝置之發光效率。進而，可提供一種降低發光分佈之角相依性，作為工業用途容易應用的半導體發光裝置。
於本實施形態中，製成包括1μm以上或者各光之光學波長之6倍以上之二維光子晶體的半導體發光裝置，藉此可知如下述實驗結果所示般，與不具有1μm以上及光學波長之6倍以上之週期的先前結構相比，可獲得作為半導體發光裝置之高發光效率。進而，可知發光特性方面，幾乎不具有角相依性，從而可知可製成工業實用上較佳之半導體發光裝置。
又，二維光子晶體之週期較佳為200倍以下。若二維光子晶體之週期為超過200倍之週期，則變成外形與構成半導體發光裝置之半導體發光元件相比充分較小的二維光子晶體，故而半導體發光元件間之性能差增大，故而不佳。其原因在於：形成於半導體發光元件上之二維光子晶體之密度在半導體發光元件間容易產生變動。
再者，於本實施形態之半導體發光裝置中，點之各個直徑可相應間距而進行增減。空間之平均折射率分佈依賴構成單位之體積分率而產生變化，故而長週期單位Lxz之複數個點中，當各點之體積產生變化時，平均折射率分佈之變化僅增大該程度，使得相同長週期單位
Lxz中，光散射效果亦會更高。該效果係於點間之間距較窄之情形時，增大點之直徑，於點間之間距較寬之情形時，減小點之直徑，藉此變得更顯著。
進而，於本實施形態之半導體發光裝置中，點之高度亦可相應點間之間距而進行增減。於該情形時，亦與上述理由同樣，於點間之間距較窄之情形時，增大點高度，於點間之間距較寬之情形時，減小點高度，從而長週期單位Lxz內之平均折射率分佈增大，增加光散射效果。
進而，於將由複數個點所構成之長週期單位Lxz重複並排之排列中，若將上述點之各個直徑及點之高度之兩者相應間距而進行增減，則藉由有效介質近似所記述之折射率分佈之差進而增大，故而較佳。該情形時，於點間之間距較窄之情形時，增大點之直徑及點之高度，於點間之間距較寬之情形時，減小點之直徑及點之高度，從而空間之平均折射率分佈中，構成單位之體積分率之差增大，使得光散射效果更高，故而較佳。
於本實施形態之半導體發光裝置中，所應用之半導體發光元件用基材之材質只要係可用作半導體發光元件用基材者，便無特別限制。例如可使用藍寶石、SiC、SiN、GaN、矽、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鋯、氧化錳鋅鐵、氧化鎂鋁、硼化鋯、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化釹鎵、氧化鑭鍶鋁鉭、氧化鍶鈦、氧化鈦、鉿、鎢、鉬、GaP、GaAs等半導體發光元件用基材。其中，就與半導體層之晶格匹配之觀點而言，較佳為應用藍寶石、GaN、GaP、GaAs、SiC半導體發光元件用基材等。進而，可單體使用，亦可設為使用該等之半導體發光元件用基材本體上設置有另一半導體發光元件用基材的異質結構之半導體發光元件用基材。
於本實施形態之半導體發光元件中，n型半導體層之材質只要係
可用作適合於半導體發光元件之n型半導體層者，便無特別限制。例如可應用矽、鍺等元素半導體及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半導體中適當摻雜各種元素而成者。
又，於本實施形態之半導體發光元件中，p型半導體層之材質只要係可用作適合於半導體發光元件之p型半導體層者，便無特別限制。例如可應用矽、鍺等元素半導體及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半導體中適當摻雜各種元素而成者。
於本實施形態之半導體發光元件中，透明導電膜之材質只要係可用作適合於半導體發光元件之透明導電膜者，便無特別限制。例如可應用Ni/Au電極等金屬薄膜或ITO、ZnO、In2O3、SnO2、IZO、IGZO等導電性氧化物膜等。尤其是，就透明性、導電性之觀點而言，較佳為ITO。
其次，對本實施形態之半導體發光裝置之半導體發光元件進行說明。本實施形態之半導體發光元件之構成包含上述本實施形態之半導體發光元件用基材。將本實施形態之半導體發光元件用基材包含於構成內，藉此可實現內部量子效率IQE之提高、電子注入效率EIE之提高、光提取效率LEE之提高。
本實施形態之半導體發光元件係例如於半導體發光元件用基材主面上具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層所構成之積層半導體層。並且，積層半導體層具備包含自位於最表面的半導體層之主面向面外方向(例如與主面大致正交之方向)延伸之由複數個凸部或凹部所構成之點的二維光子晶體，該二維光子晶體相當於上述實施形態之半導體發光元件用基材之二維光子晶體結構。關於積層半導體層，與使用圖9、圖10、圖11之說明相同。
於本實施形態之半導體發光元件中，作為半導體層，只要係可用作適合於半導體發光元件之半導體層者，便無特別限制。例如可應
用矽、鍺等元素半導體及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半導體等中適當摻雜各種元素而成者。又，可於n型半導體層、p型半導體層上適當設置未圖示之n型包覆層、p型包覆層。
作為發光層，只要係作為半導體發光元件具有發光特性者，便無特別限定。例如，作為發光層，可應用AsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等半導體層。又，亦可於發光層中，適當相應特性而摻雜各種元素。
該等積層半導體層(n型半導體層、發光層及p型半導體層)係可利用眾所周知之技術成膜於半導體發光元件用基材之表面上。例如，作為成膜方法，可應用有機金屬氣相成長法(MOCVD)、氫化物氣相成長法(HVPE)、分子束磊晶成長法(MBE)等。
其次，對本實施形態之半導體發光元件之製造方法進行說明。本實施形態之半導體發光元件之製造方法之特徵在於至少包括：於上述本實施形態之半導體發光元件用基材上設置半導體層之步驟。
如上所述，於主面上具有二維光子晶體的半導體發光元件用基材之具有二維光子晶體之主面側形成n型半導體層、發光層、p型半導體層。於本實施形態之半導體發光元件之製造方法中，包括於半導體發光元件用基材上設置半導體層之步驟即可，所獲得之半導體發光元件中無需包含半導體發光元件用基材。具體而言，可列舉於半導體發光元件用基材上設置半導體層後，去除半導體發光元件用基材的方法。
於圖25中，對上述步驟進行說明。圖25係表示本實施形態之半導體發光元件之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
圖25A所示之積層半導體層123係於半導體發光元件用基材1上依序積層有n型半導體層30、發光層40、p型半導體層50。進而，於p型半導體層50上進而依序積層有p電極層60及支持體70。
作為支持體70，可使用包含Si、Ge、GaAs、Fe、Ni、Co、Mo、Au、Cu或Cu-W等之導電性基板。又，於圖25A中，積層半導體層123成為沿著垂直於元件面之方向採用導通之構成，但亦可為平行電極型。於該情形時，支持體70亦可為絕緣性基板。於支持體70與p電極層60之接合時，亦可使用作為低熔點金屬之Au-Sn、Au-Si、Ag-Sn-Cu、Sn-Bi等金屬共晶，或雖然不是低熔點金屬，但亦可使用Au層、Sn層、Cu層等。再者，亦可於p電極層60上利用直接電鍍、濺鍍、蒸鍍等形成金屬層而設為支持體70。進而，亦可於支持體70之不與p電極層60面對之面上設置未圖示之背面電極。
如圖25B所示，自積層半導體層123剝離(liftoff)半導體發光元件用基材1，藉此可獲得n型半導體層30之剝離面上具有二維光子晶體20翻轉之二維光子晶體80的半導體發光元件600。於該情形時，以成為所翻轉之二維光子晶體80適合於所獲得之半導體發光元件600之結構之方式，適當設計成為翻轉源之二維光子晶體20之結構。
於剝離半導體發光元件用基材1時，例如採用雷射剝離、化學剝離等。於雷射剝離之情形時，所照射之雷射使用透過半導體發光元件用基材1但不透過n型半導體層30之波長。又，於化學剝離之情形時，可列舉二維光子晶體20上積層較薄之蝕刻層，並利用化學蝕刻剝離半導體發光元件用基材1的方法。
接著，於半導體發光元件600中，如圖25C所示，於包含二維光子晶體80之n型半導體層30之表面上設置n電極層90。
於本實施形態之半導體發光元件用基材上依序積層半導體層之步驟、或者自如上所述獲得之積層半導體層剝離半導體發光元件用基材之步驟後，進而進行器件製程而適當形成電極等，製成半導體發光元件。
接著，對本實施形態之半導體發光裝置中，將微細結構層應用
於半導體發光元件用基材之情形時之製造方法進行說明。但是，以下所示之製造方法為一例，半導體發光元件用基材之製造方法並不限定於此。
圖26係表示本實施形態之半導體發光元件用基材1(1a)之製造方法之一例的概略說明圖。
如圖26所示，於曝光裝置400中，利用未圖示之輥固持部固持著包覆有抗蝕劑層之輥狀構件401，並包括旋轉控制部402、加工頭部403、移動機構部404及曝光控制部405。旋轉控制部402係以輥狀構件401之中心為軸，使輥狀構件401進行旋轉。加工頭部403係照射雷射光而對輥狀構件401之抗蝕劑層進行曝光。移動機構部404係使加工頭部403沿著輥狀構件401之長軸方向以控制速度進行移動。曝光控制部405係根據與利用旋轉控制部402之輥狀構件401之旋轉同步的基準信號，對利用加工頭部403之雷射曝光之脈衝信號進行控制。
利用曝光裝置400之輥狀構件401之加工係藉由在使輥狀構件401進行旋轉之狀態下，自加工頭部403照射脈衝雷射之處理而進行。加工頭部403係一面照射脈衝雷射，一面藉由移動機構部404，沿著輥狀構件401之長軸方向進行移動。根據輥狀構件401之轉數及脈衝雷射之頻率，於旋轉方向上之輥狀構件401之外周面之抗蝕劑層中以任意之間距記錄圖案406。其成為卷對卷奈米壓印模具中之第1方向D1之間距Py。
進而，沿著輥狀構件401之長軸方向進行掃描，故而當輥狀構件401自任意位置繞1周時，會使加工頭部403偏離長軸方向。其成為卷對卷奈米壓印模具中之第2方向D2之間距Px。與輥狀構件401之周長相比，圖案406之間距Py、Px非常小為奈米級，因此一面維持第1方向D1之間距Py，一面可形成若自長軸方向觀察時第1方向D1之位移量偏移之列狀圖案。進而，如上所述，圖案406之間距Py、Px與輥狀構件
401之周長相比非常小，因此第1方向D1與第2方向D2實質上正交。
輥狀構件401係形成為圓筒狀之構件中具備旋轉軸者，作為材質，可應用金屬、碳心、玻璃、石英等。輥狀構件401需要可進行高旋轉之加工精度，因此材質較佳為金屬、碳心等。進而，亦可由不同之材料僅覆蓋需雷射曝光之圓筒表面部。尤其是，使用熱反應型抗蝕劑時，為了提高隔熱效果，較佳為應用熱導率低於金屬之材料，可列舉玻璃、石英、氧化物、氮化物等。亦可將被圓筒表面覆蓋之層用作蝕刻層，該蝕刻層係將下述抗蝕劑層作為光罩進行蝕刻。
覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑只要係藉由雷射光進行曝光者，便無特別限定，可應用光硬化型抗蝕劑、光增幅型抗蝕劑、熱反應型抗蝕劑等。尤其是，熱反應型抗蝕劑係可利用較雷射光之波長更小之波長進行圖案形成，因此較佳。
熱反應型抗蝕劑較佳為有機抗蝕劑或無機抗蝕劑。藉由該等抗蝕劑所形成之抗蝕劑層可為單層結構，亦可為將複數個抗蝕劑層進行組合而成之多層結構。再者，選擇何種抗蝕劑係可藉由步驟或要求加工精度等而適當變更。例如，有機抗蝕劑係於形成覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑層時，可利用輥式塗佈機等進行塗佈，因此步驟變得簡單。但是，由於塗佈於套筒上，因此抗蝕劑之黏性受到限制，使得難以控制塗佈厚度精度或者難以塗層於多層。
作為有機抗蝕劑，可列舉如(股)情報機構發刊「最新抗蝕劑材料手冊」或(股)工業調查會「光聚合物手冊」所示般，酚醛清漆樹脂或酚醛清漆樹脂與鄰疊氮萘醌之混合物、甲基丙烯酸酯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚乙烯系樹脂、酚系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺系樹脂、矽酮樹脂、聚酯系樹脂、環氧系樹脂、三聚氰胺系樹脂、乙烯基系樹脂等。
另一方面，無機抗蝕劑較佳為利用電阻加熱蒸鍍法或電子束濺
鍍法、CVD法等氣相法等設置覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑層。該等方法基本上成為真空製程，故而為了形成於套筒上，耗費工夫，但可精度良好地控制膜厚，又，容易積層為多層。
無機抗蝕劑材料係可根據進行反應之溫度而選擇各種。例如，作為無機抗蝕劑材料，可列舉Al、Si、P、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、Ag、Au及該等之合金。又，無機抗蝕劑材料亦可應用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之氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硫化物、硫氧化物、氟化物、氯化物或該等之混合物。
於使用熱反應型抗蝕劑材料作為覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑之情形時，亦可於形成下述圖案之曝光前，實施在較圖案形成時更低溫度下處理抗蝕劑之預備加熱。藉由施加預備加熱，可提高圖案形成時之圖案解析度。藉由預備加熱提高圖案解析度之機制之詳細情況雖然不明確，但推測出利用熱反應型抗蝕劑材料之熱能形成抗蝕劑層之材料之變化基於複數個反應之情形時，藉由預備加熱，預先結束除圖案形成時之反應以外，藉此圖案形成反應變得簡單，圖案解析度提高。
作為將覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑進行預備加熱的方法，並無特別限制，可列舉將整個輥狀構件401進行加熱的方法，或者以較對輥狀構件401利用雷射進行圖案化更低輸出掃描整個輥表面，並對抗蝕劑照射熱能的方法等。
作為覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑，若使用熱反應型抗蝕劑，則利用根據與下述旋轉同步之基準信號進行相位調變之脈衝信號進行曝光之情形時，形成圖案之點之各個直徑與間距Py及/或間距Px相對應地進行增減，故而較佳。使用熱反應型抗蝕劑之情形時，點之直徑與間
距相對應地進行增減的明確機制雖然不明確，但推測如下。
於熱反應型抗蝕劑之情形時，藉由對照射部照射之雷射之熱能而形成抗蝕劑層之材料中產生變化，使得蝕刻特性改變，藉此形成圖案。此時，所照射之熱並不全部使用於抗蝕劑層之變化，一部分被蓄熱而傳熱至相鄰之區域內。因此，相鄰區域內之熱能添加至照射能量，使得來自相鄰區域之傳熱能加重。於奈米級之圖案形成時，無法忽視該傳熱能之作用，傳熱之作用會與形成圖案之點間距離成反比，故而其結果為，所獲得之圖案直徑受到相鄰之點間距離之影響。
此處，當點間距離由於相位調變而改變時，上述傳熱能之作用會在每個點中有所不同，若點間距離較寬，則傳熱能之作用減小，使得點徑減小，若點間距離較窄，則傳熱能之作用增大，故而點徑增大。
又，若使用熱反應型抗蝕劑作為覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑，並設置下述蝕刻層而控制圖案之加工深度，則與上述同樣地，利用根據與旋轉同步之基準信號進行相位調變之脈衝信號進行曝光之情形時，形成圖案之點之各個高度與間距Py及/或間距Px相對應地進行增減，故而較佳。於併用熱反應型抗蝕劑與蝕刻層之情形時，點之直徑與間距Px相對應地進行增減的機制雖然不明確，但如上所述之點徑與點間距離相對應地進行增減，因此可進行說明。
亦即，奈米級之圖案化有如下傾向：蝕刻深度與點徑相對應地進行增減，若點徑變寬，則蝕刻深度變深，若點徑變窄，則蝕刻深度變淺。尤其是，蝕刻方法在乾式蝕刻中較為顯著。認為其原因在於：蝕刻劑之交換、或者蝕刻產物之脫附不會迅速進行。
如上所述，當使用熱反應型抗蝕劑時，若點間距離較寬，則點徑減小，若點間距離較窄，則點徑增大。有蝕刻深度與點徑相對應地進行增減的傾向，故而其結果為，若點間距離較寬，則點深度變淺，
若點間距離較窄，則點深度變深。
當平均間距減小時，以上點間距離與點徑、點深度之增減之影響會較為顯著。推測其原因在於：上述傳熱能之影響增大。
於本實施形態中，可利用覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑層直接作為卷對卷奈米壓印模具應用，又，亦可將抗蝕劑層作為光罩，對輥狀構件401之表面進行蝕刻，藉此形成圖案。
輥狀構件401中設置蝕刻層，藉此可自由地控制圖案之加工深度，且可將熱反應抗蝕劑層之厚度選擇成最適合於加工之膜厚。亦即，藉由控制蝕刻層之厚度，從而可自由地控制加工深度。又，加工深度係可利用蝕刻層進行控制，因此熱反應型抗蝕劑層係選擇容易進行曝光或顯影之膜厚即可。
進行曝光之加工頭部403中所使用之雷射較佳為波長150nm以上550nm以下。又，就波長之小型化及購入之容易度而言，較佳為使用半導體雷射。半導體雷射之波長較佳為150nm以上550nm以下。其原因在於：波長短於150nm之情形時，雷射之輸出減小，使得難以對覆蓋輥狀構件401之抗蝕劑層進行曝光。另一方面，其原因在於：波長長於550nm之情形時，無法將雷射點徑設為500nm以下，使得難以形成較小之曝光部。
另一方面，為了形成點尺寸較小之曝光部，作為加工頭部403中所使用之雷射，較佳為使用氣體雷射。尤其是，XeF、XeCl、KrF、ArF、F2之氣體雷射之波長短至351nm、308nm、248nm、193nm、157nm，從而可聚光成非常小之點尺寸，故而較佳。
又，作為加工頭部403中所使用之雷射，可使用Nd：YAG雷射之2倍波、3倍波、4倍波。Nd：YAG雷射之2倍波、3倍波、4倍波之波長分別為532nm、355nm、266nm，故而可獲得較小之點尺寸。
於藉由曝光而在設於輥狀構件401之表面之抗蝕劑層上形成微細
圖案之情形時，若以輥狀構件401之旋轉位置精度非常高，且構件表面最先出現於焦點深度內之方式調整雷射之光學系統，則製造較為容易。然而，非常難以保持適合於奈米壓印之程度之輥尺寸精度、旋轉精度。因此，曝光中所使用之雷射較佳為以被物鏡收束且輥狀構件401表面連續存在於焦點深度內之方式經自動調焦。
旋轉控制部402只要係具有使輥狀構件401以輥中心為軸進行旋轉之功能的裝置，便無特別限制，例如較佳為轉軸馬達等。
作為使加工頭部403沿著輥狀構件401之長軸方向進行移動的移動機構部404，只要可以所控制之速度使加工頭部403進行移動，便無特別限制，可較佳地列舉線性伺服馬達等。
於圖26所示之曝光裝置400中，形成於輥狀構件401之表面上的曝光圖案根據與旋轉控制部402之旋轉(例如，轉軸馬達之旋轉)同步之基準信號，藉由進行相位調變之脈衝信號而利用曝光控制部405控制曝光部之位置。作為基準信號，可使用與轉軸馬達之旋轉同步之來自編碼器之輸出脈衝。
根據與旋轉同步之基準信號進行相位調變之脈衝信號係例如可如下所述進行控制。
圖27係對以形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光裝置中之轉軸馬達之Z相信號為基準信號設定基準脈衝信號、調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。使用圖27A~圖27C，說明轉軸馬達之Z相信號與基準脈衝信號、調變脈衝信號之關係。以Z相信號為基準，其m倍(m>2之整數)之頻率之脈衝信號成為基準脈衝信號，n倍(m/n>k且k>1之整數)之頻率之脈衝信號成為調變脈衝信號。基準脈衝信號、調變脈衝信號中之任一者均為Z相信號之頻率之整數倍，故而輥狀構件401旋轉一次中心軸周圍之時間內存在整數之脈衝信號。
圖28係對根據形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光
裝置中之基準脈衝信號及調變脈衝信號設定相位調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。使用圖28，說明基準脈衝信號與調變脈衝信號、相位調變脈衝信號之關係。若使基準脈衝信號之相位在調變脈衝信號之波長中進行週期性增減，則成為相位調變脈衝信號。例如，若由下式(7)表示基準脈衝頻率fY0，由下式(8)表示調變頻率fYL，則進行頻率調變之調變脈衝信號fY將由下式(9)所表示。
又，如下式(10)所表示般，藉由基準脈衝頻率fY0上累加由調變脈衝信號所獲得之正弦波，從而亦可獲得相位調變脈衝信號fY'。
fY'=fY0+C'sin(t．fYL/fY0×2π) (10)
進而，藉由基準脈衝之脈衝波長LY0上累加由調變脈衝信號之波長LYL所獲得之正弦波，從而可獲得相位調變脈衝信號之波長LY。
如圖28所示，所獲得之相位調變脈衝信號成為基準脈衝信號之脈衝間隔根據調變脈衝信號之信號間隔進行週期性增減的信號。
又，如圖24所示，例如可藉由式(10)上累加另一個調變脈衝之週期而設為式(11)，從而於D1方向或D2方向上形成2個長週期。
fY"=fY0+C"sin(t．fYL/fY0×2π+t．fYL'/fY0×2π) (11)
於式(11)中，基準脈衝頻率fY0上累加由具有兩個週期之調變脈衝信號所獲得之正弦波，從而獲得相位調變脈衝信號fY"。式(11)中之兩個調變頻率fYL、fYL'分別成為本實施形態之半導體發光裝置中之兩個長週期。
此時，於本實施形態中，以成為1μm以上或者第一光之光學波長之6倍以上及第二光之光學波長之6倍以上之長週期之方式，調整．控制調變脈衝信號，從而獲得相位調變脈衝信號。
又，於曝光裝置400中，亦可設為不依賴於經相位調變之脈衝信號，而使用固定頻率之基準脈衝信號控制利用加工頭部403進行之雷射曝光之脈衝信號，使利用移動機構部404而移動之加工頭部403之移動速度週期性增減的構成。於該情形時，例如如圖29所示，將加工頭部403之移動速度週期性增減。圖29係對形成本實施形態之半導體發光元件用基材的曝光裝置中之照射雷射光之加工頭部之移動速度之一例進行說明的說明圖。圖29所圖示之移動速度係基準移動速度±σ之移動速度之例。該移動速度較佳為與輥狀構件401之旋轉同步，例如以使Z相信號下之速度成為圖29所示之速度之方式進行控制。
以上係利用週期性相位調變而控制圖案406(參照圖26)之情形，但亦可利用非週期性而是隨機之相位調變而形成圖案406。例如於第1方向D1上，由於間距Py與脈衝頻率成反比，因此若以使最大相位偏移成為1/10之方式對脈衝頻率進行隨機頻率調變，則間距Py具有間距Py之1/10之變動幅度δ1(最大變動幅度)，從而可獲得間距Py隨機增減的圖案。
針對與旋轉同步之基準信號之控制頻度，可藉由利用輥每1周等複數次以上之頻度之基準信號而控制調變脈衝信號，亦可僅利用曝光初始所設定之初始基準信號而控制。於僅利用初始基準信號而控制之情形時，若旋轉控制部402之轉數產生調變之情形時，會使得曝光脈衝信號產生相位調變。其原因在於：由於是奈米級之旋轉控制，因此即便為旋轉控制部402之些許電位變動亦會產生奈米級之間距變動，且其會累加。相反的，如為500nm間距之圖案間距之情形時，若輥外周長為250mm，則成為50萬次之雷射曝光，即便每1萬次產生1nm之偏移，亦會成為50nm之偏移。
即便為相同間距、相同長週期，亦可藉由調整基準信號之控制頻度，製作圖14及圖17所示之配置之微細結構。於形成圖14所示之配
置之微細結構之情形時，降低基準信號之控制頻度，於形成圖17所示之配置之微細結構之情形時，提高基準信號之控制頻度。因此，於圖17所示之配置中，所相當之點之第2方向之相位(位置)對齊，於圖14所示之配置中，所相當之點之第2方向之相位(位置)中產生偏移。圖16及圖18所示之配置之關係亦同樣。
藉由曝光裝置400，將設置於表面上之抗蝕劑層經曝光後的輥狀構件401進行顯影，並將所顯影之抗蝕劑層作為光罩，藉由乾式蝕刻而將蝕刻層進行蝕刻。於蝕刻後，若去除殘渣之抗蝕劑層，則可獲得卷對卷奈米壓印模具。
作為將如上所述獲得之圖案406轉印於規定之半導體發光元件用基材而獲得半導體發光元件用基材的方法，並無特別限定，例如利用奈米壓印微影法將圖案轉印於規定之半導體發光元件用基材表面上，並將轉印圖案部分作為光罩，藉由乾式蝕刻而將半導體發光元件用基材進行蝕刻，藉此可將圖案406轉印於半導體發光元件用基材。具體而言，將形成有圖案406之輥狀構件401用作圓筒型模具(卷對卷奈米壓印模具)。於半導體發光元件用基材之表面側形成包含有機材料之抗蝕劑層，並對該抗蝕劑層壓印圓筒型模具而將圖案406轉印於抗蝕劑層後，將抗蝕劑層及半導體發光元件用基材自表面側進行蝕刻，藉此於半導體發光元件用基材之表面側形成微細凹結構層，從而可製成半導體發光元件用基材。
又，亦可列舉如下方法：將圖案406並非自圓筒型模具(輥狀構件401)直接轉印於半導體發光元件用基材，而是將圖案406暫時轉印於膜而形成樹脂模具後，利用使用該樹脂模具之奈米壓印微影法而於半導體發光元件用基材上形成圖案，從而獲得半導體發光元件用基材。根據該方法，提高模具之利用效率，可吸收半導體發光元件用基材之平坦性，故而作為將圖案轉印於半導體發光元件用基材的方法，更佳
為使用樹脂模具之奈米壓印微影法。
作為將圖案406自圓筒型模具轉印於樹脂模具的方法，並無特別限定，例如可應用直接奈米壓印法。作為直接奈米壓印法，可列舉一面在規定溫度下進行加熱，一面於圓筒型模具之圖案406中填充熱固性樹脂，將圓筒型模具冷卻後，將所硬化之熱固性樹脂脫模而進行轉印的熱奈米壓印法，或者對填充於圓筒型模具之圖案406的光硬化性樹脂照射規定波長之光而使光硬化性樹脂進行硬化後，自圓筒型模具脫模所硬化之光硬化性樹脂而進行轉印的光奈米壓印法。
圓筒型模具(輥狀構件401)係無縫之圓筒狀模具，故而尤其適用於藉由卷對卷奈米壓印而將樹脂模具連續轉印。
又，亦可列舉自轉印有圖案406之樹脂模具藉由電鑄製作電鑄模具，並使用該電鑄模具利用奈米壓印微影法形成圖案的方法。於形成電鑄模具之情形時，就延長成為原型之圓筒型模具之壽命之方面而言較佳，於暫時形成電鑄模具之方式中，亦可吸收半導體發光元件用基材之平坦性，故而進而較佳為形成樹脂模具之方法。
進而，於樹脂模具法中，容易重複轉印，故而較佳。所謂此處之「重複轉印」，係指(1)自具有凸凹圖案形狀之樹脂模具(+)製造複數個已轉印翻轉之凹凸圖案轉印物之處理，或者(2)尤其是將硬化性樹脂組合物用作轉印材之情形時，獲得自樹脂模具(+)翻轉之轉印體(-)，其次將轉印體(-)作為樹脂模具(-)，獲得已翻轉轉印之轉印體(+)，重複凸凹/凹凸/凸凹/凹凸/．．．/進行圖案翻轉轉印之處理中之任意一方或兩方。又，(+)指陽模，(-)指陰模。
利用抗蝕劑層而於半導體發光元件用基材之表面側形成圖案後，將抗蝕劑層作為光罩，藉由蝕刻而於半導體發光元件用基材上形成凹凸。作為蝕刻方法，只要將抗蝕劑層作為光罩而可於半導體發光元件用基材上形成凹凸，便無特別限定，可應用濕式蝕刻、乾式蝕刻
等。尤其是，為了可較深地形成半導體發光元件用基材之凹凸，較佳為乾式蝕刻法。於乾式蝕刻法之中，較佳為各向異性乾式蝕刻，較佳為ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching，感應耦合電漿反應性離子蝕刻)、ECM-RIE(Electron Cyclotron Maser Reactive Ion Etching，電子回旋共振反應性離子蝕刻)。作為乾式蝕刻中所使用之反應氣體，只要與半導體發光元件用基材之材質進行反應，便無特別限定，但較佳為BCl3、Cl2、CHF3或者該等之混合氣體，可適當混合Ar、O2等。
作為將如上所述獲得之圖案406除應用於半導體發光元件用基材以外，例如應用於圖11所揭示之半導體發光元件200之二維光子晶體201的方法，與上述同樣地，並無特別限定，例如利用奈米壓印微影法而將圖案轉印於規定之透明導電膜表面上，並將轉印圖案部分作為光罩，藉由蝕刻而將透明導電膜進行蝕刻，藉此可將圖案406轉印於透明導電膜。
又，於透明導電膜表面上形成具有與透明導電膜實質上同等之折射率之膜，並於該膜上，與上述同樣地轉印圖案406，從而可製成本實施形態之半導體發光裝置中之半導體發光元件。
以下，基於為明確本發明之效果而進行之實施例，對本發明進行更詳細說明。再者，下述實施形態中之材料、使用組成、處理步驟等為例示，可適當進行變更而實施。此外，只要不脫離本發明之範圍，便可適當進行變更而實施。因此，本發明並不受限於以下之實施例。
(圓筒狀模具製作(樹脂模具製作用鑄模之製作))
作為圓筒狀模具之半導體發光元件用基材，使用直徑80mm、長
度50mm之圓筒型石英玻璃輥。於該圓筒型石英玻璃輥表面上，利用以下方法並利用使用半導體脈衝雷射之直接繪圖微影法形成微細結構(微細凹凸結構)。
首先，於該石英玻璃表面之微細結構上利用濺鍍法成膜抗蝕劑層。濺鍍法係使用CuO作為靶(抗蝕劑層)，以電力RF(Radio Frequency，射頻)100W實施。成膜後之抗蝕劑層之膜厚為20nm。將如上所述製作之圓筒狀模具，一面以線速度s=1.0m/sec進行旋轉，一面在以下之條件下進行曝光，製作出具有2種長週期之圓筒狀模具。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
圓筒狀模具A：
X軸方向之間距Px：398nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：40nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL：3.98μm
Y軸方向之間距Py：460nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：46nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL：4.60μm
圓筒狀模具B
X軸方向之間距Px：398nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：40nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL：1.99μm
Y軸方向之間距Py：460nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：46nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL：2.33μm
Y軸方向之間距Py決定如下。以轉軸馬達之Z相信號為基準，測
定出1周所需之時間T，並根據線速度s計算周長L，可獲得下式(12)。
L=T×s (12)
將目標間距設為Py，以使L/Py成為整數之方式加上目標間距Py之0.1%以下之值進行調整，並藉由下式(13)獲得有效間距Py'。
L/Py'=m(m為整數) (13)
所謂目標間距Py及有效間距Py'，嚴格上指Py≠Py'，但由於L/Py≒107，因此| Py-Py' |/Py'≒10-7，從而可看作實質上相等。同樣地，長週期單位PyL亦以使L/PyL成為整數之方式，藉由下式(14)獲得有效長週期單位PyL'。
L/PyL'=n(n為整數) (14)
於該情形時，亦嚴格上指PyL≠PyL'，但由於L/PyL≒105，因此| PyL-PyL' |/PyL'≒10-5，從而可看作實質上相等。
其次，根據有效間距Py'，藉由式(15)、(16)，算出基準脈衝頻率fy0、調變頻率fyL。
fy0=s/Py' (15)
fyL=s/PyL' (16)
最後，根據式(15)、(16)，如式(17)般決定轉軸馬達之自Z相信號之經過時間t中之脈衝頻率fy。
fy=fy0+δ1×sin(t×(fyL/fy0)×2π) (17)
X軸方向之軸送速度決定如下。以轉軸馬達之Z相信號為基準，測定出1周所需之時間T，並根據X軸方向之間距Px，如下式(18)般決定軸方向之基準輸送速度Vx0。
Vx0=Px/T (18)
根據X軸方向之長週期單位PxL，藉由下式(19)決定時刻t中之軸送速度Vx，並進行掃描。
Vx=Vx0+Vδ2．sin(Px/PxL×t×2π) (19)
此處，Vδ2係x軸方向之長週期單位PxL中之速度變動幅度，藉由長週期單位PxL之間距變動幅度δ2、X軸方向之間距Px、軸方向之基準輸送速度Vx0，由下式(20)所表示。
Vδ2=δ2×Vx0/Px (20)
其次，將抗蝕劑層進行顯影，並將所顯影之抗蝕劑層作為光罩，藉由乾式蝕刻進行蝕刻層之蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6作為蝕刻氣體，在處理氣體壓1Pa、處理電力300W、處理時間5分鐘之條件下實施。其次，自表面上附有微細結構之圓筒狀模具，利用pH=1之鹽酸，在6分鐘之條件下僅剝離殘渣之抗蝕劑層，從而製作圓筒模具(轉印用模具)。
(樹脂模具之製作)
對所獲得之2種圓筒狀之石英玻璃輥表面(轉印用模具)，塗佈DURASURF(註冊商標，以下相同)HD-1101Z(大金化學工業公司製造)，在60℃下加熱1小時後，在室溫下靜置24小時而將其固定。其後，利用DURASURF HD-ZV(大金化學工業公司製造)洗淨3次，實施脫模處理。
其次，由所獲得之圓筒模具製作捲軸狀樹脂模具。將OPTOOL(註冊商標，以下相同)DAC(大金工業公司製造)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(東亞合成公司製造M350)及Irgacure(註冊商標，以下相同)184(Ciba公司製造)以重量份計10：100：5之比例進行混合，從而製備光硬化性樹脂。其次，將該光硬化性樹脂利用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以使塗佈膜厚成為6μm之方式塗佈於PET膜(A4100，東洋紡公司製造：寬度300mm，厚度100μm)之易接著面。
接著，相對於圓筒模具(圓筒狀模具)，利用夾輥(0.1MPa)按壓塗佈有光硬化性樹脂之PET膜，在大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以使燈中心下之累計曝光量成為600mJ/cm2之方式，使用UV曝光裝置
(Fusion UV Systems Japan公司製造，H燈泡)照射紫外線連續實施光硬化，從而獲得表面上翻轉轉印有微細結構的捲軸狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
利用掃描型電子顯微鏡觀察樹脂模具，結果獲得剖面形狀為400nm、h800nm之凸部由具有以下之長週期結構之週期結構所形成的2種樹脂模具A及樹脂模具B。
樹脂模具A：
X軸方向之間距Px：398nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：40nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL：3.98μm
Y軸方向之間距Py：460nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：46nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL：4.60μm
樹脂模具B：
X軸方向之間距Px：398nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：40nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL：1.99μm
Y軸方向之間距Py：460nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：46nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL：2.33μm
(電子顯微鏡)
裝置；HITACHI s-5500
加速電壓；10kV
MODE；Normal
(翻轉樹脂模具之製作)
其次，將OPTOOL DAC HP(大金工業公司製造)、三羥甲基丙烷
三丙烯酸酯(東亞合成公司製造M350)及Irgacure 184(Ciba公司製造)以重量份計10：100：5之比例進行混合，從而製備光硬化性樹脂。將該光硬化性樹脂利用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以使塗佈膜厚成為2μm之方式塗佈於PET膜(A4100，東洋紡公司製造：寬度300mm，厚度100μm)之易接著面。
接著，相對於上述捲軸狀樹脂模具，利用夾輥(0.1MPa)按壓塗佈有光硬化性樹脂之PET膜，在大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以使燈中心下之累計曝光量成為600mJ/cm2之方式，使用UV曝光裝置(Fusion UV Systems Japan公司製造，H燈泡)照射紫外線連續實施光硬化，從而獲得表面上翻轉轉印有樹脂模具A、樹脂模具B之微細結構的薄片狀之透明樹脂模具A、薄片狀之透明樹脂模具B(長度200mm，寬度300mm)。
(奈米壓印微影：藍寶石基板)
於2"厚度0.33mm之C面藍寶石半導體發光元件用基材上，利用旋轉塗佈法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，形成抗蝕劑層。光罩材料係製作以使感光性樹脂組合物之固形物成分成為5重量%之方式利用丙二醇單甲醚稀釋之塗佈溶液。
(感光性樹脂組合物)
作為感光性樹脂組合物，將3-乙基-3{[(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基]甲基}氧雜環丁烷(OXT-221，東亞合成公司製造)20重量份、3',4'-環氧環己烷羧酸3,4-環氧環己基甲酯(和光純藥公司製造)80重量份、丙氧基二乙二醇丙烯酸酯(ARONIX(註冊商標，以下相同)M-101A，東亞合成公司製造)50重量份、環氧乙烷改性雙酚A二丙烯酸酯(ARONIX M-211B，東亞合成公司製造)50重量份、DTS-102(Midori Kagaku公司製造)8重量份、1,9-二丁氧基蒽(Anthracure(註冊商標)UVS-1331，川崎化成公司製造)1重量份、Irgacure 184(Ciba公司製
造)5重量份及OPTOOL DAC HP(20%固形物成分，大金工業公司製造)4重量份進行混合而使用。
於形成有抗蝕劑層之藍寶石半導體發光元件用基材上，將透明樹脂模具B切斷成70mm×70mm(□70mm)而進行貼合。貼合時，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾持力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，由□70mm×t10mm之透明矽酮板(硬度20)2片夾持已貼合成一體之透明樹脂模具/抗蝕劑層/藍寶石半導體發光元件用基材。在該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。在壓製之狀態下，自透明樹脂模具側照射紫外線2500mJ/cm2，使抗蝕劑層進行硬化。硬化後，剝離透明矽酮板及透明樹脂模具，獲得C面上形成有圖案之抗蝕劑/藍寶石積層體。
(蝕刻：藍寶石半導體發光元件用基材)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，SAMCO股份有限公司製造)，在下述蝕刻條件下，將藍寶石半導體發光元件用基材進行蝕刻。
蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線：50w
偏壓：50w
於蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察藍寶石半導體發光元件用基材之剖面，結果可知剖面形狀為400nm、h=250nm之凸部形成為包含與奈米壓印中所使用之透明樹脂模具B相同之長週期結構的週期結構。
(半導體發光元件之形成)
於所獲得之藍寶石半導體發光元件用基材上，利用MOCVD連續積層(1)GaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。藍寶石半導體發光元件用基材上之凹凸係於(2)n型GaN層之積層時被填埋，設為進行平坦化之製膜條件。藉由上述構成，來自半導體層之發光為460nm，GaN層(折射率：2.46)中之光學波長為187nm。
(奈米壓印：ITO)
其次，於形成於表面上之ITO層上，利用旋轉塗佈法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，形成抗蝕劑層。光罩材料係製作以使上述感光性樹脂組合物之固形物成分成為5重量%之方式利用丙二醇單甲醚稀釋之塗佈溶液。
於形成有抗蝕劑層之ITO上，將透明樹脂模具A切斷成70mm×70mm(□70mm)而進行貼合。貼合時，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾持力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，由□70mm×t10mm之透明矽酮板(硬度20)2片夾持已貼合成一體之透明樹脂模具/抗蝕劑層/ITO層/積層半導體層/藍寶石半導體發光元件用基材。在該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。在壓製之狀態下，自透明樹脂模具側照射紫外線2500mJ/cm2，使抗蝕劑層進行硬化。硬化後，剝離透明矽酮板及透明樹脂模具，獲得形成有ITO表面圖案之抗蝕劑/ITO/積層半導體層。
(蝕刻：ITO層)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，SAMCO股份有限公司製造)，在下述蝕刻條件下，將ITO層進行蝕刻。
蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線：50w
偏壓：50w
於蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察ITO面上，結果可知剖面形狀為400nm、h=50nm之凸部形成為包含與奈米壓印中所使用之捲軸狀透明樹脂模具A相同之長週期結構的週期結構。相對於ITO層之來自半導體層之發光460nm的ITO層(折射率：2.0)中之光學波長為230nm。進而，進行蝕刻加工而安裝電極墊。
(半導體發光裝置)
將如上所述獲得之半導體發光元件配置於封裝體內，並經由Au導線電性連接於電極墊。其次，於封裝體內填充矽酮樹脂中混合具有650nm之主波長之CaAlSiN3：Eu(螢光材)而成之波長轉換構件。
在該狀態下，向陰極與陽極之間流動20mA之電流而測定發光輸出。於表4中，表示將比較例1之來自半導體發光裝置之發光輸出設為1時之發光輸出比。於實施例1中，可知與比較例1相比，來自半導體發光元件之發光中未觀察到繞射特有之不均，幾乎不具有發光角相依性。
將與實施例1同樣地製作之圓筒狀模具，一面以線速度s=1.0m/sec進行旋轉，一面在以下之條件下進行曝光。
圓筒狀模具C
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向之間距Px：260nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：26nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL1：2.60μm
Y軸方向之間距Py：300nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：30nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL1：2.60μm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL2：1.30μm
Y軸方向之間距Py決定如下。以轉軸馬達之Z相信號為基準，測定出1周所需之時間T，並根據線速度s計算周長L，可獲得下式(12)。
L=T×s (12)
將目標間距設為Py，以使L/Py成為整數之方式加上目標間距Py之0.1%以下之值進行調整，並藉由下式(13)獲得有效間距Py'。
L/Py'=m(m為整數) (13)
所謂目標間距Py及有效間距Py'，嚴格上指Py≠Py'，但由於L/Py≒107，因此| Py-Py' |/Py'≒10-7，從而可看作實質上相等。同樣地，長週期單位PyL1亦以使L/PyL1成為整數之方式，藉由下式(21)、式(22)獲得有效長週期單位PyL1'、PyL2'。
L/PyL1'=n(n為整數) (21)
L/PyL2'=m(m為整數) (22)
於該情形時，亦嚴格上指PyL1≠PyL1'、PyL2≠PyL2'，但由於L/PyL1≒105，因此| PyL1-PyL1' |/PyL1'≒10-5、| PyL2-PyL2' |/PyL2'≒10-5，從而可看作實質上相等。
其次，根據有效間距Py'，藉由式(15)、式(23)、式(24)，算出基準脈衝頻率fy0、調變頻率fyL。
fy0=s/Py' (15)
fyL1=s/PyL1' (23)
fyL2=s/PyL2' (24)
最後，根據式(15)、式(23)、式(24)，如式(25)般決定轉軸馬達之自Z相信號之經過時間t中之脈衝頻率fy。
fy=fy0+δ1×sin(t×(fyL1/fy0)×2π+t×(fyL2/fy0)×2π) (25)
其次，與實施例1同樣地，可獲得翻轉轉印有表面結構之捲軸狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
利用掃描型電子顯微鏡觀察樹脂模具，結果獲得剖面形狀為250nm、h500nm之凸部由具有以下之長週期結構之週期結構所形成的樹脂模具C。
樹脂模具C：
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向之間距Px：260nm
相對於X軸方向之間距Px的變動幅度δ2：26nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期單位PxL1：2.60μm
Y軸方向之間距Py：300nm
相對於Y軸方向之間距Py的變動幅度δ1：30nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL1：2.60μm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期單位PyL2：1.30μm
以下，與實施例1同樣地，於藍寶石半導體發光元件用基材表面上轉印樹脂模具C之圖案，從而製作半導體發光元件。
將如上所述獲得之半導體發光元件配置於封裝體內，並經由Au導線電性連接於電極墊。其次，於封裝體內填充矽酮樹脂中分別混合在650nm具有主波長之CaAlSiN3：Eu(螢光材)、在530nm具有主波長之β-SiAlON：Eu(螢光材)而成的波長轉換構件。
將20mA中之實施例2之發光輸出比示於表4。與實施例1同樣地，未觀察到具有繞射特有之炫光之發光，幾乎不具有發光角相依性。
將與實施例2相同之半導體發光元件配置於封裝體內，並經由Au導線電性連接於電極墊。其次，於封裝體內填充矽酮樹脂中混合具有下述主波長之螢光材而成的波長轉換構件。
530nm β-SiAlON：Eu
580nm Ca-α-SiAlON：Eu
650nm CaAlSiN3：Eu
將20mA中之實施例3之發光輸出比示於表4。於實施例3中，與實施例1、實施例2同樣地，未觀察到具有繞射特有之炫光之發光，幾乎不具有發光角相依性。
在與實施例1相同之條件下，於通常之平坦之藍寶石半導體發光元件用基材上形成半導體發光元件後，利用與實施例1相同之波長轉換構件進行密封而測定發光輸出。
利用與實施例1相同之方法，利用使用半導體雷射之直接繪圖微影法而將奈米圖案之微細結構(微細凹凸結構)形成於石英玻璃表面上。X軸方向、Y軸方向之間距相同，設為不存在間距變動之六方排列。
X軸方向之間距Px：398nm
Y軸方向之間距Py：460nm
其後，利用與實施例1相同之方法，形成半導體發光裝置，測定發光輸出。於來自所獲得之半導體發光元件之發光中，較強地觀察到繞射結構特有之繞射光，發光角度分佈較大。
利用與實施例1相同之方法，利用使用半導體雷射之直接繪圖微影法而將奈米圖案之微細結構(微細凹凸結構)形成於石英玻璃表面
上。X軸方向、Y軸方向之間距相同，設為不存在間距變動之六方排列。
X軸方向之間距Px：260nm
Y軸方向之間距Py：300nm
其後，利用與實施例1相同之方法，形成半導體發光裝置，測定發光輸出。於來自所獲得之半導體發光元件之發光中，較強地觀察到繞射結構特有之繞射光，發光角度分佈較大。
將實施例1、2、3中之二維光子晶體之週期與光學波長之關係綜合示於表1、表2及表3。
可知任一實施例均具有2個以上之1μm以上之週期。又，可知具有光學波長之6倍以上之週期，且其週期為2個以上。
[表3]實施例3
於表4中，表示將比較例1之輸出設為1時之各試料之發光輸出比。根據表4，可知根據本實施形態之半導體發光裝置(實施例1~實施例3)，與先前之平坦之藍寶石半導體發光元件用基材(比較例1)、先前之包含不具有光學波長之6倍以上之週期之二維光子晶體的藍寶石半導體發光元件用基材(比較例2)相比，可減少成膜於藍寶石半導體發光元件用基材上之半導體層中之錯位缺陷數，又，可藉由週期性擾亂之凹凸圖案所引起之光散射消除波導模式而提高光提取效率，故而可獲得具有較高之發光效率的半導體發光元件。進而，可知來自發光元件之發光特性方面幾乎不具有角相依性，故而其係工業實用上較佳之發光元件。
角相依性係目測觀察20mA中之發光情況，將特定角度中觀察到較強之發光光、或者發光色隨著觀察角度產生變化之情形作為角相依性較強而評價為×。
又，利用配光分光裝置(IMS5000-LED，朝日分光公司製造)測定20mA中之三維之發光情況，以仰角45度中之圓周方向之發光強度分佈之變動係數(變動係數=標準偏差/平均值)所表示。
如表4所示，可知變動係數於比較例2及比較例3中超過10%，另一方面，於實施例1~實施例3中，表示與不具有角相依性之平坦基板之比較例1同等之變動係數，可小於4%。藉此，可知實施例中，特定角度中未觀察到較強之發光光，幾乎不具有角相依性。
[表4]
(積層半導體之形成)
於藍寶石半導體發光元件用基材上，利用MOCVD連續積層(1)GaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。藉由上述構成，來自半導體層之發光為460nm，將ITO層之膜厚設為600nm。
(奈米壓印：ITO)
其次，於形成於表面上之ITO層上，利用旋轉塗佈法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，形成抗蝕劑層。光罩材料係製作以使上述感光性樹脂組合物之固形物成分成為5重量%之方式利用丙二醇單甲醚稀釋之塗佈溶液。
於形成有抗蝕劑層之ITO上，將透明樹脂模具C切斷成70mm×70mm(□70mm)而進行貼合。貼合時，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾持力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，由70mm×t10mm之2片透明矽酮板(硬度20)夾持已貼合成一體之透明樹脂模具/抗蝕劑層/ITO層/積層半導體層/藍寶石半導體發光元件用基材。在該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。在壓製之狀態下，自透明樹脂模具側照射紫外線2500mJ/cm2，使抗蝕劑層進行硬化。硬化
後，剝離透明矽酮板及透明樹脂模具，獲得形成有ITO表面圖案之抗蝕劑/ITO/積層半導體層。
(蝕刻：ITO層)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，SAMCO股份有限公司製造)，在下述蝕刻條件下，將ITO層進行蝕刻。
蝕刻氣體：BCl3
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.2Pa
天線：150w
偏壓：50w
於蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察ITO面上，結果可知可獲得剖面形狀為230nm、h=250nm之凸部形成為與奈米壓印中所使用之捲軸狀透明樹脂模具C相同之週期結構的微細結構層，形成有具有2個不同之週期之二維光子晶體。
將如上所述獲得之半導體發光元件配置於封裝體內，並經由Au導線電性連接於電極墊。其次，以僅覆蓋配置於封裝體內之半導體發光元件之微細結構層之表面之方式，利用作為中間材料之矽酮樹脂(折射率1.53)密封上述微細結構層之表面，其後，使上述矽酮樹脂進行硬化。接著，於封裝體內填充將作為第一材料之矽酮樹脂(折射率)與具有下述主波長之螢光材進行混合而成的波長轉換構件。所使用之螢光材之平均粒徑均為200nm。
530nm β-SiAlON：Eu
580nm Ca-α-SiAlON：Eu
650nm CaAlSiN3：Eu
將與實施例4同樣地獲得之半導體發光元件密封於封裝體內時，
僅填充實施例4中所使用之矽酮樹脂(折射率1.5)中混合具有650nm之主波長之CaAlSiN3：Eu(螢光材)而成的波長轉換構件。
在與實施例4相同之條件下，於藍寶石半導體發光元件用基材上形成半導體發光元件後，於ITO層表面上未設置微細結構層，利用與實施例1相同之波長轉換構件進行密封而測定發光輸出。
於表5中，表示將比較例4之輸出設為1時之各試料之發光輸出比。根據表5，於微細結構層與波長轉換構件之間介置有作為中間材料之矽酮樹脂的實施例4係與將微細結構層與波長轉換構件相連接地形成之實施例5相比，消除半導體發光元件中之波導模式，進而增加螢光光之散射性，可提高光提取效率，故而可獲得具有較高之發光效率的半導體發光元件。進而，形成具有2個不同之週期之二維光子晶體，藉此消除波導模式以及散射性增加，故而進而可獲得提高光提取效率之半導體發光元件，從而其係工業實用上較佳之發光元件。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，可進行各種變更而實施。於上述實施形態中，關於隨附圖式中所圖示之大小或形狀等，並不限定於此，可於發揮本發明效果之範圍內進行適當變更。此外，只要不脫離本發明目的之範圍，便可適當進行變更而實施。
根據本發明之半導體發光裝置，藉由半導體發光元件所具備之
微細結構層減少半導體層中之錯位缺陷數，藉此發光光中，改善內部量子效率IQE，且發光光及螢光中，可藉由光散射消除波導模式而提高光提取效率LEE。進而，可將來自半導體發光元件之有效發光之一次發光有效進行波長轉換。藉由該等效果，可提高半導體發光裝置之最終的發光效率，進而可降低發光分佈之角相依性，因此可簡單地應用於工業實用上之用途。又，本發明之半導體發光裝置係具有較高之發光效率，可實現電力之有效活用，故而可對節能貢獻較大。
本申請案係基於2013年6月10日提出申請之日本專利特願2013-121580、2013年7月23日提出申請之日本專利特願2013-152682及2013年7月26日提出申請之日本專利特願2013-155598。該等內容均包含於本文。
100‧‧‧半導體發光元件
101‧‧‧半導體發光元件用基材
102‧‧‧二維光子晶體
103‧‧‧n型半導體層
104‧‧‧發光層
105‧‧‧p型半導體層
106‧‧‧透明導電膜
107‧‧‧陰極電極
108‧‧‧陽極電極
110‧‧‧積層半導體層
Claims (15)
- 一種半導體發光裝置，其特徵在於包括：半導體發光元件，其具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層而構成之積層半導體層，並發出第一光；及波長轉換構件，其至少覆蓋上述半導體發光元件之一部分，吸收上述第一光之至少一部分，並發出波長與上述第一光不同之第二光；且上述半導體發光元件於構成上述半導體發光元件之任一主面上，具備包含由朝面外方向延伸之複數個凸部或凹部而構成之點的微細結構層作為構成要素，上述微細結構層構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度中之任一者所控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體至少具有各為1μm以上之2個以上之週期。
- 如請求項1之半導體發光裝置，其中上述二維光子晶體具有上述第一光之光學波長之6倍以上及上述第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。
- 一種半導體發光裝置，其特徵在於包括：半導體發光元件，其具有將至少2層以上之半導體層與發光層進行積層而構成之積層半導體層，並發出第一光；及波長轉換構件，其至少覆蓋上述半導體發光元件之一部分，吸收上述第一光之至少一部分，並發出波長與上述第一光不同之第二光；且上述半導體發光元件於構成上述半導體發光元件之任一主面上，具備包含由朝面外方向延伸之複數個凸部或凹部而構成之點的微細結構層作為構成要素， 上述微細結構層構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度中之任一者所控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體具有上述第一光之光學波長之6倍以上及上述第二光之光學波長之6倍以上的至少2個以上之週期。
- 如請求項1至3中任一項之半導體發光裝置，其中上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光及上述第二光為透明的第一材料、及吸收上述第一光之至少一部分並發出上述第二光的第二材料。
- 如請求項4之半導體發光裝置，其至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相對於上述第一光及上述第二光實質上透明，且不含上述第二材料。
- 如請求項5之半導體發光裝置，其中上述第二材料為小於上述第一光在第一材料中之光學波長之平均粒徑。
- 如請求項4之半導體發光裝置，其中上述波長轉換構件構成為發出上述第二光、以及與上述第一光及上述第二光之各波長不同之第三光，上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光、上述第二光及上述第三光為透明的第一材料、及吸收上述第一光之至少一部分並發出上述第三光的第三材料，且上述二維光子晶體具有上述第三光之光學波長之6倍以上之週期。
- 如請求項7之半導體發光裝置，其至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材 料，該中間材料至少相對於上述第一光、上述第二光及上述第三光實質上透明，且不含上述第二材料及上述第三材料。
- 如請求項8之半導體發光裝置，其中上述第二材料及第三材料之至少一者為小於上述第一光在上述第一材料中之光學波長的平均粒徑。
- 如請求項7之半導體發光裝置，其中上述波長轉換構件構成為發出上述第二光、上述第三光、以及與上述第一光、上述第二光及上述第三光之各波長不同的第四光，上述波長轉換構件含有至少相對於上述第一光、上述第二光、上述第三光及上述第四光為透明的第一材料、以及吸收上述第一光之至少一部分並發出上述第四光的第四材料，上述二維光子晶體具有上述第四光之光學波長之6倍以上之週期。
- 如請求項10之半導體發光裝置，其至少於上述半導體發光元件之最表面具備上述微細結構層作為構成要素，於上述微細結構層與上述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相對於上述第一光、上述第二光、上述第三光及上述第四光實質上透明，且不含上述第二材料、上述第三材料及上述第四材料。
- 如請求項11之半導體發光裝置，其中上述第二材料、上述第三材料及上述第四材料中之至少一者為小於上述第一光在上述第一材料中之光學波長的平均粒徑。
- 如請求項1至12中任一項之半導體發光裝置，其中上述二維光子晶體構成於構成上述半導體發光元件之任意不同之二個以上之主面上，各個二維光子晶體之上述週期互不相同。
- 如請求項1至12中任一項之半導體發光裝置，其中上述二維光子 晶體之週期至少於上述主面之一軸方向具有週期。
- 如請求項1至12中任一項之半導體發光裝置，其中上述二維光子晶體之週期至少於獨立之上述主面之二軸方向具有週期。
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