TW201605720A - 磊晶成長用基板之製造方法及藉此獲得之磊晶成長用基板、以及使用此基板之發光元件 - Google Patents

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Suzushi Nishimura
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Abstract

本發明之磊晶成長用基板之製造方法具有如下步驟：圖案化步驟，係藉由網版印刷於基材40上形成特定圖案之無機材料膜60；及硬化步驟，係將上述無機材料膜60硬化。本發明提供一種用以效率良好地製造磊晶成長用基板之製造方法、藉此獲得之磊晶成長用基板、及使用此基板之發光元件。

Description

磊晶成長用基板之製造方法及藉此獲得之磊晶成長用基板、以及使用此基板之發光元件
本發明係關於一種用以使半導體層等磊晶成長之基板之製造方法、及藉由此製造方法所製造之基板、以及於此基板上形成有半導體層之發光元件。
半導體發光元件通常有發光二極體(Light Emitting Diode，LED)或雷射二極體(Laser Diode，LD)等，被廣泛用於背光裝置等所使用之各種光源、照明、信號機、大型顯示器等。
具有氮化物半導體等半導體層之發光元件通常係藉由如下方法來構成：於透光性基板上依序使緩衝層、n型半導體層、活性層、p型半導體層磊晶成長，形成分別與n型半導體層、p型半導體層電性連接之n側電極、p側電極而構成。於此發光元件中，活性層中產生之光自半導體層之外部露出面(上表面、側面)、基板之露出面(背面、側面)等射出至元件外部。於此種發光元件中，若活性層中產生之光以相對於半導體層與電極之界面或半導體層與基板之界面呈特定之臨界角以上之角度入射，則一面反覆進行全反射，一面於半導體層內橫向地傳播，其間光之一部分被吸 收，光提取效率降低。
因此，於專利文獻1、2中揭示有對基板之半導體層成長面進行蝕刻而形成凹凸圖案，藉此提高發光元件之光提取效率。進而，於專利文獻2中揭示有藉由將此種凹凸圖案設置於基板之半導體層成長面，可減小半導體層之錯位密度(dislocation density)，抑制發光元件之特性之劣化。
[專利文獻1]日本特開2010-206230號公報
[專利文獻2]日本特開2001-210598號公報
業界希望以更高之生產效率製造如上述之半導體發光元件。因此，本發明之目的在於提供用以效率良好地製造半導體發光元件等發光元件所使用之磊晶成長用基板之製造方法、以及藉由此製造方法所製造之磊晶成長用基板及使用該磊晶成長用基板之發光元件。
根據本發明之第1態樣，提供一種磊晶成長用基板之製造方法，其具有如下步驟：圖案化步驟，係藉由網版印刷於基材上形成特定圖案之無機材料膜；及硬化步驟，其係將上述無機材料膜硬化。
於上述磊晶成長用基板之製造方法中，上述無機材料膜可由溶膠凝膠材料所構成。
進而，上述磊晶成長用基板之製造方法進一步包括對上述基材露出表面之區域進行蝕刻之步驟。
於上述磊晶成長用基板之製造方法中，可於具有上述無機材 料膜之上述基材上形成緩衝層。
於上述磊晶成長用基板之製造方法中，可於上述圖案化步驟前，於上述基材上形成緩衝層。
於上述磊晶成長用基板之製造方法中，因形成上述特定圖案之上述無機材料膜而產生之凸部及凹部可為如下者：i)於俯視時，各自具有起伏且延伸的細長之形狀；且ii)延伸方向、彎曲方向及長度不均一。
於上述磊晶成長用基板之製造方法中，上述基材可為藍寶石基板。
根據本發明之第2態樣，提供一種藉由第1態樣之磊晶成長用基板之製造方法而獲得之具有凹凸圖案之磊晶成長用基板。
上述磊晶成長用基板可為如下者：i)上述磊晶成長用基板之上述凹凸圖案面之凸部或凹部於俯視時，各自具有起伏且延伸的細長之形狀；且ii)上述磊晶成長用基板之上述凹凸圖案面之上述凸部或上述凹部之延伸方向、彎曲方向及長度不均一。
於上述磊晶成長用基板中，上述凸部之延伸方向於俯視時呈不規則地分佈，俯視上述凹凸圖案之每單位面積之區域所含之上述凸部時之輪廓線可含有直線區間多於曲線區間。
於上述磊晶成長用基板中，俯視上述凸部之相對於延伸方向大致正交之方向上之上述凸部之寬度可一定。
於上述磊晶成長用基板中，於藉由以上述凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍的長度將俯視上述凸部時之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，上述曲線區間可為如下者：區間之兩端點間之直線距離相對於該兩端點間之上述輪廓線之長度之比為0.75以下之區間，上述直線區間可為上述多個區間中不為上述曲線區間之區間。
於上述磊晶成長用基板中，於藉由以上述凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍的長度將俯視上述凸部之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，上述曲線區間可為如下者：將區間之一端及該區間之中點連結而成之線段與將該區間之另一端及該區間之中點連結而成之線段所形成之兩個角度中為180°以下者之角度為120°以下之區間，上述直線區間係上述多個區間中不為上述曲線區間之區間，上述多個區間中上述曲線區間之比率可為70%以上。
於上述磊晶成長用基板中，上述凸部之延伸方向於俯視時呈不規則地分佈，俯視上述凸部之相對於延伸方向大致正交之方向上之上述凸部之寬度可一定。
於上述磊晶成長用基板中，藉由對利用掃描式探針顯微鏡解析上述凹凸圖案而獲得之凹凸解析圖像實施二維高速傅立葉變換處理從而獲得之傅立葉變換圖像，表現出以波數之絕對值為0μm-1之原點作為大致中心之圓狀或圓環狀的圖形，且上述圓狀或圓環狀的圖形可存在於波數之絕對值為10μm-1以下之範圍內的區域內。
根據本發明之第3態樣，提供一種於第2態樣之磊晶成長用 基板上具備至少包含第1導電型層、活性層及第2導電型層之半導體層之發光元件。
於本發明之磊晶成長用基板之製造方法中，由於藉由網版印刷而於基材上形成凹凸圖案，因此可簡便地生產磊晶成長用基板。又，由於無需使用光微影法(必需昂貴之光學精密機器且產生大量廢液)或奈米壓印法(必需製作模具)，而藉由網版印刷形成凹凸圖案，因此，本發明之磊晶成長用基板之製造方法製造成本較低，且對環境之負荷較小。又，由於本發明之磊晶成長用基板具有作為提高光提取效率之繞射光柵基板之功能，因此使用此基板所製作之發光元件之發光效率較高。因此，本發明之磊晶成長用基板對製造具有優異之發光效率之發光元件而言極為有效。
10‧‧‧網版印刷用版
20‧‧‧緩衝層
40‧‧‧基材
60‧‧‧凸部
70‧‧‧凹部
80‧‧‧凹凸圖案
100‧‧‧磊晶成長用基板
200‧‧‧發光元件
220‧‧‧半導體層
222‧‧‧第1導電型層
224‧‧‧活性層
226‧‧‧第2導電型層
240‧‧‧第1電極
260‧‧‧第2電極
圖1係實施形態之磊晶成長用基板之製造方法之流程圖。
圖2(a)~(c)係概念性表示實施形態之網版印刷用版之製造方法之圖。
圖3(a)~(c)係概念性表示實施形態之磊晶成長用基板之製造方法之各步驟的圖。
圖4(a)~(c)係形成有緩衝層之磊晶成長用基板之概略剖面圖。
圖5(a)係藉由實施形態之磊晶成長用基板之製造方法而獲得之基板之表面之AFM圖像之例，圖5(b)係圖5(a)之AFM圖像中之切斷線上 的磊晶成長用基板之剖面輪廓。
圖6係實施形態之光學元件之概略剖面圖。
圖7係實施形態之磊晶成長用基板之俯視解析圖像(黑白圖像)之一例。
圖8(a)及(b)係用以對俯視解析圖像中判定凸部之分支之方法之一例進行說明之圖。
圖9(a)係用以說明曲線區間之第1定義方法之圖，圖9(b)係用以說明曲線區間之第2定義方法之圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之磊晶成長用基板之製造方法、藉此獲得之磊晶成長用基板、及使用此磊晶成長用基板之發光元件之實施形態進行說明。
[磊晶成長用基板之製造方法]
對磊晶成長用基板之製造方法進行說明。如圖1所示，實施形態之磊晶成長用基板之製造方法主要具有如下步驟：溶液製備步驟P1，係製備溶膠凝膠材料；圖案形成步驟(圖案化步驟)P2，係藉由網版印刷於基材形成溶膠凝膠材料之膜，而於基材形成凹凸圖案；及硬化步驟P3，係將溶膠凝膠材料之膜硬化。以下，首先參照圖2(a)~(c)，對凹凸圖案形成用網版印刷用版及其製造方法進行說明，並參照圖3(a)~(c)，依序對上述各步驟進行說明。
<網版印刷用版>
網版印刷用版例如可如日本專利特開2009-48163號公報所記載般，藉由下述方法而製造：將感光性樹脂組成物塗佈於網版上，或將“將感光性樹脂組成物製成膜狀者”貼附於網版上，藉此形成樹脂層，於其上形成圖案後，將樹脂層進行交聯硬化。具體而言，可藉由下述之樹脂層形成步驟、曝光步驟、顯影步驟、後曝光步驟進行製造。以下對該等進行詳細說明。
首先，如圖2(a)所示，將感光性樹脂組成物塗佈於網版12上並加以乾燥，以特定厚度進行積層而形成樹脂層14(樹脂層形成步驟)。網版12只要為公知之網版印刷用網版，則可無特別限定地使用。例如，可列舉將不鏽鋼或聚酯製網版鋪於將鋁等金屬製棒狀素材製成正方形或長方形而得之平網模框中而成者。
如圖2(b)所示，介隔光罩16對網版12上之樹脂層14照射光而使圖案曝光(曝光步驟)。作為光罩16，只要為膜光罩、鉻光罩(chrome mask)等公知者，則可無特別限定地使用。又，作為光源，可使用將發出紫外線、可見光線等之水銀燈或鹵素燈等公知之光源與光學用濾光片組合而成者。再者，曝光時間可根據感光性樹脂組成物而自由設定。
將具有經曝光之樹脂層14之網版12浸置於顯影液中，或者以布巾進行擦拭或藉由噴霧吹送顯影液，藉此，如圖2(c)所示，將因曝光而改質之樹脂層(或未曝光之樹脂層)14a顯影而去除(顯影步驟)。作為顯影液，只要為公知之水或鹼性水溶液者，則可無特別限定地使用。又，顯影方法或顯影時間可根據所使用之顯影液與感光性樹脂組成物而自由設定。樹脂層14a經去除之部分成為露出網版12之開口部18。由此可獲得網版印刷用版10。再者，亦可進一步對樹脂層14照射光，而將樹脂層14之 未曝光部分交聯、硬化(後曝光步驟)。
以上述方式獲得之網版印刷用版10之樹脂層(遮罩部)14及開口部18之平面形狀(平面圖案)並無特別限定，可為如條紋狀、波形條紋狀、鋸齒狀般規律地配向之圖案或點狀圖案等規律地配向之圖案。或亦可為起伏且延伸的細長之形狀，該等延伸方向、起伏方向及延伸長度可不規則。起伏且延伸之遮罩部14及開口部18可於中途分支。
<溶膠凝膠材料溶液製備步驟>
首先製備溶膠凝膠材料(無機材料)之溶液。作為溶膠凝膠材料，尤其可使用二氧化矽、Ti系材料或ITO(銦錫氧化物)系材料、ZnO、ZrO2、Al2O3等溶膠凝膠材料。例如，於藉由溶膠凝膠法在基材上形成由二氧化矽所構成之凹凸結構體之情形時，製備金屬烷氧化物(二氧化矽前驅物)作為溶膠凝膠材料。作為二氧化矽之前驅物，可使用：以四甲氧基矽烷(TMOS)、四乙氧基矽烷(TEOS)、四異丙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丁氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、四-第二丁氧基矽烷、四-第三丁氧基矽烷等四烷氧基矽烷為代表之四烷氧化物單體；或以甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷、異丙基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷(MTES)、乙基三乙氧基矽烷、丙基三乙氧基矽烷、異丙基三乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、甲基三丙氧基矽烷、乙基三丙氧基矽烷、丙基三丙氧基矽烷、異丙基三丙氧基矽烷、苯基三丙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、乙基三異丙氧基矽烷、丙基三異丙氧基矽烷、異丙基三異丙氧基矽烷、苯基三異丙氧基矽烷、甲苯基三乙氧基矽烷等三烷氧基矽烷為代表之三烷氧化物單體；以二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二 乙氧基矽烷、二甲基二丙氧基矽烷、二甲基二異丙氧基矽烷、二甲基二正丁氧基矽烷、二甲基二異丁氧基矽烷、二甲基二-第二丁氧基矽烷、二甲基二-第三丁氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷、二乙基二乙氧基矽烷、二乙基二丙氧基矽烷、二乙基二異丙氧基矽烷、二乙基二正丁氧基矽烷、二乙基二異丁氧基矽烷、二乙基二-第二丁氧基矽烷、二乙基二-第三丁氧基矽烷、二丙基二甲氧基矽烷、二丙基二乙氧基矽烷、二丙基二丙氧基矽烷、二丙基二異丙氧基矽烷、二丙基二正丁氧基矽烷、二丙基二異丁氧基矽烷、二丙基二-第二丁氧基矽烷、二丙基二-第三丁氧基矽烷、二異丙基二甲氧基矽烷、二異丙基二乙氧基矽烷、二異丙基二丙氧基矽烷、二異丙基二異丙氧基矽烷、二異丙基二正丁氧基矽烷、二異丙基二異丁氧基矽烷、二異丙基二-第二丁氧基矽烷、二異丙基二-第三丁氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二丙氧基矽烷、二苯基二異丙氧基矽烷、二苯基二正丁氧基矽烷、二苯基二異丁氧基矽烷、二苯基二-第二丁氧基矽烷、二苯基二-第三丁氧基矽烷等二烷氧基矽烷為代表之二烷氧化物單體。進而，亦可使用烷基之碳數為C4~C18之烷基三烷氧基矽烷或二烷基二烷氧基矽烷。亦可使用：乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷等具有乙烯基之單體；2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷等具有環氧基之單體；對苯乙烯基三甲氧基矽烷等具有苯乙烯基之單體；3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷等具有甲 基丙烯醯基之單體；3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等具有丙烯醯基之單體；N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙基胺、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷等具有胺基之單體；3-脲基丙基三乙氧基矽烷等具有脲基之單體；3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷等具有巰基之單體；雙(三乙氧基矽烷基丙基)四硫化物等具有硫基之單體；3-異氰酸酯基丙基三乙氧基矽烷等具有異氰酸酯基之單體；將少量該等單體進行聚合而成之聚合物；以於上述材料之一部分中導入有官能基或聚合物為特徵之複合材料等金屬烷氧化物。又，該等化合物之烷基或苯基之一部分、或全部可經氟取代。進而，可列舉金屬乙醯丙酮酸鹽、金屬羧酸鹽、氧氯化物、氯化物、或該等之混合物等，但並不限定於該等。作為金屬種類，除Si以外，可列舉Ti、Sn、Al、Zn、Zr、In等、或該等之混合物等，但並不限定於該等。亦可使用適當混合上述氧化金屬之前驅物而成者。又，亦可藉由於該等材料中添加界面活性劑而形成經中孔(mesoporous)化之凸部。進而，作為二氧化矽之前驅物，可使用分子中具有與二氧化矽具有親和性、反應性之水解基及具有撥水性之有機官能基之矽烷偶合劑。例如可列舉：正辛基三乙氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷等矽烷單體；乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基甲基二甲氧基矽烷等乙烯基矽烷；3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等甲基丙烯醯基矽烷；2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基 丙基三乙氧基矽烷等環氧矽烷；3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷等巰基矽烷；3-辛醯基硫基-1-丙基三乙氧基矽烷等硫矽烷；3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-(N-苯基)胺基丙基三甲氧基矽烷等胺基矽烷；將該等單體進行聚合而得之聚合物等。
於使用TEOS與MTES之混合物作為溶膠凝膠材料之溶液之情形時，該等之混合比例如可設為以莫耳比計為1：1。藉由使該溶膠凝膠材料進行水解及聚縮合反應而生成非晶質二氧化矽。為了調整作為合成條件之溶液之pH值，添加鹽酸等酸或氨等鹼。pH值較佳為4以下或10以上。又，為了進行水解，亦可加入水。所加入之水之量相對於金屬烷氧化物種類，可設為以莫耳比計為1.5倍以上。
作為溶膠凝膠材料溶液之溶劑，例如可列舉：甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、丁醇等醇類；已烷、庚烷、辛烷、癸烷、環己烷等脂肪族烴類；苯、甲苯、二甲苯、對稱三甲苯(mesitylene)等芳香族烴類；二乙醚、四氫呋喃、二烷等醚類；丙酮、甲基乙基酮、異佛爾酮、環己酮等酮類；丁氧基乙基醚、己氧基乙醇、甲氧基-2-丙醇、苄氧基乙醇(benzyloxyethanol)等醚醇類；乙二醇、丙二醇等二醇類；乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯等二醇醚類；乙酸乙酯、乳酸乙酯、γ-丁內酯等酯類；苯酚、氯酚等酚類；N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮等醯胺類；氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷、單氯苯、二氯苯等鹵素系溶劑；二硫化碳等含雜元素(hetero element)化合物；水；及該等之混合溶劑。尤佳為乙醇及異丙醇，又，亦較佳為於該等中混合水 而成者。
作為溶膠凝膠材料溶液之添加物，可使用用以調整黏度之聚乙二醇、聚環氧乙烷、羥丙基纖維素、聚乙烯醇，或作為溶液穩定劑之三乙醇胺等烷醇胺、乙醯丙酮等β-二酮、β-酮酯、甲醯胺、二甲基甲醯胺、二烷等。又，作為溶膠凝膠材料溶液之添加物，可使用藉由照射以準分子UV(Excimer UV)光等紫外線為代表之能量線等光而產生酸或鹼之材料。藉由添加此種材料，通過照射光而可將溶膠凝膠材料溶液硬化。
<圖案化步驟>
如圖3(a)所示，使用以上述方式製備之溶膠凝膠材料(無機材料)之溶液，藉由網版印刷於基材40上形成特定圖案之溶膠凝膠材料膜(凸部)60。作為基材40，可使用各種具有透光性之基板。例如，可使用由下述材料所構成之基板：玻璃、藍寶石單晶(Al2O3；A面、C面、M面、R面)、尖晶石單晶(MgAl2O4)、ZnO單晶、LiAlO2單晶、LiGaO2單晶、MgO單晶等氧化物單晶、Si單晶、SiC單晶、SiN單晶、GaAs單晶、AlN單晶、GaN單晶及ZrB2等硼化物單晶等。該等中，較佳為藍寶石單晶基板及SiC單晶基板。再者，基材之面方位並無特別限定。又，基材可為偏離角為0度之無偏離基板(just substrate)，亦可為賦予有偏離角之基板。
溶膠凝膠材料膜可以下述方式形成。首先，將網版印刷用版10置於基材40上，將溶膠凝膠材料之溶液塗佈於整個網版印刷用版10。其次，以一定之壓力將刮漿板22壓抵於網版印刷用版10，並且以一定之速度使其在平行於基材40之方向(圖3(a)中之箭頭所表示之方向)移動。由此，溶膠凝膠材料之溶液自網版印刷用版10之開口部18經由網版12而滲 出，於基材40上對應於網版印刷用版10之開口部18之位置形成溶膠凝膠材料膜(凸部)60。俯視網版印刷用版10之開口部18及藉此形成之溶膠凝膠材料膜(凸部)60之形狀(圖案)並無特別限定，可為如條紋狀、波形條紋狀、鋸齒狀之規律地配向之圖案或點狀圖案等規律地配向之圖案。或凸部60可起伏且延伸，且其延伸方向、起伏方向及延伸長度於俯視時呈不規則。即，凸部60可具有如下特徵：i)各自具有起伏且延伸的細長之形狀；ii)延伸方向、彎曲方向及長度不均一。起伏且延伸之凸部60可於中途分支。於凸部60之間，露出基材表面之區域(凹部70)被劃分。凹部70沿凸部60延伸，與凸部60相同，延伸方向、起伏方向及延伸長度可於俯視時為不規則的細長之形狀。凸部(溶膠凝膠材料膜)60之高度(膜厚)較佳為20nm~10μm之範圍。再者，為了提高密合性，亦可對基材40上進行表面處理或設置易接著層等。
<硬化步驟>
圖案化步驟後，將由溶膠凝膠材料所構成之凸部60硬化。凸部60可藉由進行正式燒成而硬化。藉由正式燒成，構成凸部60之二氧化矽(非晶形二氧化矽)中所含之羥基等脫離，溶膠凝膠材料膜(凸部)變得更堅固。正式燒成於600~1200℃之溫度進行5分鐘~6小時左右為宜。由此，如圖3(b)所示，凸部60硬化，而可形成凹凸圖案80之磊晶成長用基板100，該凹凸圖案80係於基材40上所形成之凸部60及凹部70。此時，於凸部60係由二氧化矽所構成之情形時，根據燒成溫度、燒成時間而成為非晶質或晶質、或者非晶質與晶質之混合狀態。又，於在溶膠凝膠材料溶液中添加有藉由照射紫外線等光而產生酸或鹼之材料時，可不對凸部60進行燒成， 取而代之，藉由照射例如以準分子UV光等紫外線為代表之能量線將凸部60硬化。
又，亦可對凸部60之表面進行疏水化處理。疏水化處理之方法只要使用已知之方法即可，例如，若為二氧化矽表面，則亦可藉由二甲基二氯矽烷、三甲基烷氧基矽烷等進行疏水化處理，亦可使用藉由六甲基二矽氮烷等三甲基矽基化劑與聚矽氧油進行疏水化處理之方法，亦可使用利用超臨界二氧化碳之金屬氧化物粉末之表面處理方法。
進而，於硬化步驟後，如圖3(c)所示，可對露出之基材表面進行蝕刻而於基材40形成凹部70a。藉此，可形成磊晶成長用基板100a，該磊晶成長用基板100a形成有由凸部60及凹部70a所構成之凹凸圖案80a。此磊晶成長用基板100a由於在基材40上形成有凹部70a，因此與未進行基材40之蝕刻之基板100相比，可加大凹凸圖案之凹凸深度。於使用藍寶石基板作為基材40之情形時，基材40之蝕刻例如可藉由使用含有BCl3等之氣體之RIE(reactive ion etching)進行。
可進而於以上述方式形成有凹凸圖案80、80a之基板表面(形成有凹凸圖案之面)形成緩衝層。藉此，可獲得如圖4(a)、(b)所圖示之凹凸圖案80、80a之表面具備緩衝層20之磊晶成長用基板100b、100c。當凹凸圖案之剖面形狀由相對較平緩之傾斜面所構成，且呈波形結構時，可形成缺陷少之均勻之緩衝層。
於可於圖案化步驟前於基材上形成緩衝層。藉此，如圖4(c)所圖示般，於緩衝層20上形成凸部60，於凸部60之間露出緩衝層20之表面之區域(凹部70b)被劃分。藉此，可獲得形成有凹凸圖案80b之磊晶成 長用基板100d。
緩衝層20可使用低溫MOCVD法或濺鍍法等公知之方法而形成。緩衝層20之層厚較佳在1nm~100nm之範圍內。於在具有緩衝層之磊晶成長用基板100b、100c、100d之表面使半導體層磊晶成長之情形時，藉由緩衝層，基板與半導體層之晶格常數之差異得到緩和，可形成結晶性較高之半導體層。於使GaN系之半導體層在實施形態之磊晶成長用基板上磊晶成長之情形時，緩衝層能以AlxGa1-xN(0≦x≦1)構成，且並不限於單層結構，亦可為積層有組成不同之兩種以上的兩層以上之多層結構。
於如專利文獻1所記載之先前技術般，使用通常之奈米壓印法形成凹凸圖案之磊晶成長用基板之製造方法中，於剝離模具後，需藉由RIE等對形成於基材與模具之凸部相對應之區域之殘膜進行蝕刻而將其去除，但於本實施形態之磊晶成長用基板之製造方法中，由於係藉由利用網版印刷僅於基材上之特定位置(形成凸部之位置)形成無機材料膜而形成凹凸圖案，因此無需進行用以去除殘膜之蝕刻。因此，藉由本實施形態之磊晶成長用基板之製造方法，可縮短基板之製造時間。又，於基材表面受到蝕刻之情形時，存在露出之基材表面因蝕刻而粗糙(受損)之情況，而存在蝕刻後必須進行藥液處理等之情況，由於本實施形態之磊晶成長用基板之製造方法無需蝕刻，因此不會產生此種損害，亦無需藥液處理。因此，藉由本實施形態之磊晶成長用基板之製造方法，可簡化基板之製造程序，而可縮短製造時間。
又，由於本實施形態之磊晶成長用基板之製造方法未使用光微影法或奈米壓印法，而如上述般藉由網版印刷形成凹凸圖案，因此可降 低磊晶成長用基板之生產成本，減輕對環境之負荷。
於藉由如以上之製造方法所形成之磊晶成長用基板100中，由於凸部60係由無機材料所形成，因此磊晶成長用基板100具有優異之耐熱性。
再者，於藉由本實施形態之製造方法所形成之如圖3(b)、(c)及圖4(a)~(c)所示之磊晶成長用基板100、100a~100d中，由形成於基材40上之多個凸部60及凹部70、70a、70b構成凹凸圖案80、80a、80b。
圖5(a)表示藉由本實施形態之製造方法所製造之磊晶成長用基板之AFM圖像之例，圖5(b)表示圖5(a)之AFM圖像中之切斷線上之磊晶成長用基板之剖面輪廓。
磊晶成長用基板之凹凸圖案之剖面形狀並無特別限定，如圖3(b)、(c)、圖4(a)、(b)、(c)及圖5(b)所示，可由相對較平緩之傾斜面所構成，自基材40朝向上方而呈波形(本案中適當稱為「波形結構」)。即，凸部60可具有自其基材側之底部朝向頂部而變窄之剖面形狀。
磊晶成長用基板之凹凸圖案之平面形狀並無特別限定，可為如條紋狀、波形條紋狀、鋸齒狀之規律地配向之圖案或點狀圖案等規律地配向之圖案，如圖5(a)表示基板表面之凹凸圖案之AFM圖像之一例般，凸部(白部分)及凹部起伏並且延伸，其延伸方向、起伏方向及延伸長度於俯視時可為不規則。即，可具有如下特徵：i)凸部及凹部各自具有起伏且延伸的細長之形狀；ii)凸部及凹部於凹凸圖案中延伸方向、彎曲方向及長度不均一。於磊晶成長用基板之凹凸圖案具有如上述之特徵之情形時， 無論在與基材40之表面正交之任一方向上切斷凹凸圖案80，凹凸剖面亦會重複出現。又，凸部及凹部於俯視時，一部分或全部可於中途分支(參照圖5(a))。再者，於圖5(a)中，凸部及凹部之間距整體觀之較為均勻。又，凹凸圖案80之凹部70被凸部60劃分，且沿凸部60延伸，與凸部60相同，延伸方向、起伏方向及延伸長度於俯視時可為不規則的細長之形狀。
於將磊晶成長用基板用作例如由GaN系半導體材料所形成之發光元件之基板之情形時，為了提高發光元件之光提取效率，凹凸之間距較佳為於傅立葉變換圖像中成為圓環狀之頻率分佈中具有寬度者，進而較佳為凹凸之方向不具指向性之不規則之凹凸圖案。為了使磊晶成長用基板100發揮作為提高發光元件之光提取效率之繞射光柵之作用，凹凸之平均間距較佳設為100nm~10μm之範圍，更佳為100~1500nm之範圍內。若凹凸之平均間距未達上述下限，則由於間距相對於發光元件之發光波長變得過小，因此有不產生由凹凸引起之光之繞射的傾向，另一方面，若超過上限，則繞射角變小，有失去作為繞射光柵之功能之傾向。凹凸之平均間距進而較佳在200~1200nm之範圍內。
凹凸之深度分佈之平均值較佳為20nm~10μm之範圍。凹凸之深度分佈之平均值更佳為50nm~5μm之範圍內，若凹凸之深度分佈之平均值未達上述下限，則由於對發光波長而言深度過小，因此有不產生必需之繞射之傾向，另一方面，若超過上限，則於在基板上積層半導體層而製造發光元件之情形時，半導體層表面之平坦化所必需之半導體層之層厚變大，製造發光元件所需之時間變長。凹凸之深度分佈之平均值更佳在100nm~2μm之範圍內。凹凸之深度之標準偏差較佳為10nm~5μm之 範圍內。若凹凸之深度之標準偏差未達上述下限，則由於對可見光之波長而言深度過小，因此有不產生必需之繞射之傾向，另一方面，若超過上限，則有繞射光強度產生不均之傾向。凹凸之深度之標準偏差更佳在25nm~2.5μm之範圍內。
於在此種“形成有具有起伏且在不規則之方向上延伸的細長凸部及凹部”之凹凸圖案的磊晶成長用基板100上，形成磊晶成長層之情形時，具有如下優點。首先，由於凹凸形狀之傾斜面相對較為平緩，因此可將磊晶成長層均勻地積層於凹凸圖案80上，而形成缺陷較少之磊晶層。進而，由於凹凸圖案係凹凸方向不具指向性之不規則之形狀，因此即便產生因圖案引起之缺陷，亦可形成缺陷不具異向性之均質之磊晶成長層。
又，於使半導體層在具有此種凹凸圖案之磊晶成長用基板100上磊晶成長而製造發光元件之情形時，具有如下優點。第一，由於具有此種凹凸圖案之磊晶成長用基板之光提取效率較高，因此使用此基板所製。作之發光元件之發光效率高。第二，由於利用具有此種凹凸圖案之磊晶成長用基板而繞射之光不具有指向性，因此自使用此基板所製作之發光元件所提取之光無指向性地朝向所有方向。第三，由於以下理由而可縮短發光元件之製造時間。於使用具有凹凸圖案之基板製造發光元件之情形時，如下文所述，必需積層半導體層直至凹凸形狀被半導體層覆蓋、表面變得平坦為止。形成有“具有起伏且在不規則之方向上延伸的細長之凸部及凹部”之凹凸圖案之磊晶成長用基板，由於其於數10奈米級之凹凸深度中具有充分之光提取效率，因此與專利文獻1所記載之先前之具有次微米~微米級之凹凸深度之凹凸圖案的基板相比，可減小積層半導體層之層厚。因 此，可縮短半導體層之成長時間，而可縮短發光元件之製造時間。
於本案中，所謂凹凸之平均間距，於測定形成有凹凸之表面中之凹凸之間距(相鄰之凸部彼此或相鄰之凹部彼此之間隔)時，係指凹凸間距之平均值。此種凹凸間距之平均值可藉由下述方法而算出：使用掃描式探針顯微鏡(例如，Hitachi High-Tech Science股份有限公司製造之製品名「E-sweep」等)，藉由下述條件：測定方式：懸臂(cantilever)斷續性接觸方式
懸臂之材質：矽
懸臂之臂寬：40μm
懸臂之晶片尖端之直徑：10nm，對表面之凹凸進行解析並且測定凹凸解析圖像後，測定100處以上該凹凸解析圖像中任意相鄰之凸部彼此或相鄰之凹部彼此之間隔，求出其算術平均值。
又，於本案中，凹凸之深度分佈之平均值及凹凸深度之標準偏差可以如下方式算出。對於表面凹凸之形狀，使用掃描式探針顯微鏡(例如，Hitachi High-Tech Science股份有限公司製造之製品名「E-sweep」等)對凹凸解析圖像進行測定。於凹凸解析時，以上述條件測定任意3μm見方(縱3μm、橫3μm)或10μm見方(縱10μm、橫10μm)之測定區域而求出凹凸解析圖像。此時，以奈米尺度(nanometer scale)分別求出測定區域內之16384點(縱128點×橫128點)以上之測定點的凹凸高度之資料。再者，此種測定點之個數依所使用之測定裝置之種類或設定而有所不同，例如，當使用上述之Hitachi High-Tech Science股份有限公司製造之製品名 「E-sweep」作為測定裝置之情形時，可於10μm見方之測定區域內進行65536點(縱256點×橫256點)之測定(於256×256像素之解析度下之測定)。此處，為了提高測定精度，可對凹凸解析圖像實施包含初級傾斜修正之平坦處理。又，為了於以下所述之關於凹凸形狀之各種解析中確保充分之測定精度，測定區域宜設為以該測定區域所包含之凸部寬度之平均值之15倍以上之長度作為一邊長度的正方形區域。而且，關於以上述方式測定之凹凸高度(單位：nm)，首先，求出全部測定點中距基材之底面(形成有凹凸圖案之面之相反側之面)之高度最高之測定點P。然後，以包含該測定點P且平行於基材底面之面作為基準面(水平面)，求出距該基準面之深度之值(測定點P距基材底面之高度之值減去各測定點距基材底面之高度而得之差量)而作為凹凸深度之資料。再者，此種凹凸深度資料可藉由測定裝置(例如Hitachi High-Tech Science股份有限公司製造之製品名「E-sweep」)，利用測定裝置中之軟體等自動計算而求出，可將此種自動計算而求出之值用作凹凸深度之資料。
如此，求出各測定點之凹凸深度之資料後，求出其算術平均值及標準偏差，將可藉此而算出之值分別用作凹凸之深度分佈之平均值及凹凸深度之標準偏差。於本說明書中，凹凸之平均間距及凹凸之深度分佈之平均值無論形成有凹凸之表面之材料如何，均可藉由如上所述之測定方法而求出。
又，於本案中，所謂「不規則之凹凸圖案」包含如下所述之擬週期結構：對解析表面凹凸之形狀而得之凹凸解析圖像實施二維高速傅立葉變換處理而得之傅立葉變換圖像，其顯示出以波數之絕對值為0μm-1 之原點作為大致中心之圓或圓環狀之圖形，即，上述凹凸之方向不具有指向性，但具有凹凸間距之分佈。該圓狀或圓環狀之圖形可存在於波數之絕對值成為10μm-1以下(可設為0.1~10μm-1之範圍內，進而可設為0.667~10μm-1之範圍內，較佳可設為0.833~5μm-1之範圍內)範圍內的區域內。自此種凹凸圖案散射及/或繞射之光不僅具有單一或狹窄頻寬之波長之光，而且具有相對廣域之波段，散射光及/或繞射之光不具有指向性，朝向所有方向。因此，具有此種擬週期結構之基板只要其凹凸間距之分佈繞射可見光線，則對用於如LED之發光元件之基板而言較佳。
再者，於對凹凸解析圖像實施二維高速傅立葉變換處理而得之傅立葉變換圖像中，藉由亮點集合而對圖形進行觀測。因此，此處之所謂「傅立葉變換圖像表現出圓狀之圖形」意指於傅立葉變換圖像中，觀察到亮點集合而成之圖形大致為圓狀形狀，亦包含觀察到外形之一部分呈凸狀或凹狀者。又，所謂「傅立葉變換圖像表現出圓環狀圖形」意指觀察到於傅立葉變換圖像中亮點集合而成之圖形大致為圓環狀，亦包含觀察到環外側之圓或內側之圓之形狀大致為圓狀形狀者，且亦包含觀察到該環外側之圓或內側之圓之外形之一部分呈凸狀或凹狀者。又，所謂「圓狀或圓環狀圖形存在於波數之絕對值成為10μm-1以下(可設為0.1~10μm-1之範圍內，進而可設為0.667~10μm-1之範圍內，較佳可設為0.833~5μm-1之範圍內)範圍內之區域內」係指構成傅立葉變換圖像之亮點中30%以上之亮點存在於波數之絕對值成為10μm-1以下(可設為0.1~10μm-1之範圍內，進而可設為0.667~10μm-1之範圍內，較佳可設為0.833~5μm-1之範圍內)範圍內之區域內。藉由以滿足上述條件之方式形成凹凸圖案，於將實施形 態之磊晶成長用基板用作發光元件之基板之情形時，可充分減小來自發光元件之發光之波長依賴性及指向性(朝特定方向強烈發光之性質)。
再者，關於凹凸圖案與傅立葉變換圖像之關係，可知如下內容。於凹凸圖案自身中間距不具有分佈或指向性之情形時，傅立葉變換圖像亦以無規之圖案(無圖形)出現，於凹凸圖案在XY方向上整體為等向性，但間距具有分佈之情形時，出現圓或圓環狀之傅立葉變換圖像。又，於凹凸圖案具有單一之間距之情形時，有傅立葉變換圖像所顯現之圓環變得銳利之傾向。
上述凹凸解析圖像之二維高速傅立葉變換處理可藉由使用具備二維高速傅立葉變換處理軟體之電腦之電子圖像處理而容易地進行。
再者，藉由將凸部以白色顯示、將凹部以黑色顯示之方式處理凹凸解析圖像，可獲得如圖7所示之俯視解析圖像(黑白圖像)。圖7係表示本實施形態之磊晶成長用基板100中之測定區域之俯視解析圖像之一例的圖。
將俯視解析圖像之凸部(白顯示部)之寬度稱為「凸部之寬度」。此種凸部寬度之平均值可藉由以下方法而算出：自俯視解析圖像之凸部中任意選擇100個以上之部位，對於各部位，測定自俯視與凸部之延伸方向大致正交之方向上之凸部之邊界至相反側之邊界為止之長度，求出其算術平均值。
再者，於計算凸部寬度之平均值時，如上述般，係使用自俯視解析圖像之凸部中隨機抽選之位置之值，可不使用凸部分支之位置之值。於凸部中，某區域是否為分支之區域例如可藉由該區域是否延伸一定 程度以上而判定。更具體而言，可藉由該區域之延伸長度相對於該區域之寬度的比是否為特定(例如1.5)以上而判定。
使用圖8(a)及8(b)，對於在某個方向延伸之凸部之中途位置上朝大致與該凸部之延伸軸線正交之方向突出之區域，對判定該區域是否為分支之方法之一例進行說明。此處，所謂凸部之延伸軸線，自凸部中將“是否為分支之判定對象區域”除外之情形時，係由凸部外緣之形狀定出之沿凸部之延伸方向之假想軸線。更具體而言，所謂凸部之延伸軸線係以通過與凸部之延伸方向正交之凸部寬度之大致中心點之方式所作之線。圖8(a)及圖8(b)均為僅選取俯視解析圖像中之凸部之一部分進行說明之概要圖，區域S表示凸部。於圖8(a)及圖8(b)中，將凸部之中途位置上突出之區域A1、A2定為“是否為分支之判定對象區域”。於此情形時，當自凸部中將區域A1、A2除外時，作為通過與凸部之延伸方向正交之凸部寬度之大致中心點之線，定出延伸軸線L1、L2。此種延伸軸線可藉由利用電腦之圖像處理而規定，亦可由實施解析作業之作業人員規定，亦可藉由利用電腦之圖像處理及作業人員之人工作業之兩者而規定。於圖8(a)中，在沿延伸軸線L1延伸之凸部之中途位置，區域A1朝與延伸軸線L1正交之方向突出。於圖8(b)中，在沿延伸軸線L2延伸之凸部之中途位置，區域A2朝與延伸軸線L2正交之方向突出。再者，關於相對於與延伸軸線L1、L2正交之方向傾斜突出之區域，亦使用與以下所述之關於區域A1、A2之思考方法相同之思考方法判定是否分支即可。
根據上述判定方法，由於區域A1之延伸長度d2相對於區域A1之寬度d1之比大致為0.5(未達1.5)，因此判定區域A1不為分支之 區域。於此情形時，將通過區域A1且與延伸軸線L1正交之方向上之長度d3視為用以計算凸部寬度之平均值之測定值之一。另一方面，由於區域A2之延伸長度d5相對於區域A2之寬度d4之比大致為2(1.5以上)，因此判定區域A2係分支之區域。於此情形時，並不將通過區域A2且與延伸軸線L2正交之方向上之長度d6視為用以計算凸部寬度之平均值之測定值之一。
於本實施形態之磊晶成長用基板100中，俯視凹凸圖案80之大致與凸部之延伸方向正交之方向上之凸部之寬度可為一定。凸部之寬度是否一定可基於藉由上述測定而得之100處以上之凸部之寬度進行判定。具體而言，根據100處以上之凸部之寬度算出凸部寬度之平均值及凸部寬度之標準偏差。然後，將藉由凸部寬度之標準偏差除以凸部寬度之平均值而算出之值(凸部寬度之標準偏差/凸部寬度之平均值)定義為凸部寬度之變動係數。關於此變動係數，凸部之寬度越一定(寬度之變動越少)，值越小。因此，可藉由變動係數是否為特定值以下判定凸部之寬度是否一定。例如，可定義於變動係數為0.25以下之情形時凸部之寬度為一定。
又，如圖7所示，於本實施形態之磊晶成長用基板100中，凹凸圖案所包含之凸部(白部分)之延伸方向於俯視時呈不規則地分佈。即，凸部不為規律地排列之條紋狀或規律地配置之點狀等，而為不規則之方向地延伸之形狀。又，於測定區域、即凹凸圖案之特定區域中，俯視每單位面積之區域所含之凸部時之輪廓線，其含有直線區間多於曲線區間。
於本實施形態中，所謂「含有直線區間多於曲線區間」意指凸部之輪廓線上之整個區間不為彎曲之區間占多數之凹凸圖案。關於俯視凸部時之輪廓線是否含有直線區間多於曲線區間，例如可藉由使用如以下 所示之兩個曲線區間之定義方法中之任一種進行判定。
<曲線區間之第1定義方法>
於曲線區間之第1定義方法中，於藉由以凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍之長度將俯視凸部時之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，曲線區間係定義為區間之兩端點間之直線距離相對於兩端點間之輪廓線之長度之比為0.75以下之區間。又，直線區間係定義為上述多個區間中曲線區間以外之區間、即上述比大於0.75之區間。以下，參照圖9(a)，對使用上述第1定義方法判定俯視凸部時之輪廓線是否含有直線區間多於曲線區間之程序之一例進行說明。圖9(a)係表示凹凸圖案之俯視解析圖像之一部分之圖，為便利起見，將凹部塗白表示。區域S1表示凸部，區域S2表示凹部。
程序1-1
自測定區域內之多個凸部中選擇一凸部。將該凸部之輪廓線X上之任意位置決定為起始點。於圖9(a)中，作為一例，將點A設定為起始點。自該起始點起，以特定之間隔於凸部之輪廓線X上設置基準點。此處，特定之間隔係凸部寬度之平均值之π(圓周率)/2倍之長度。於圖9(a)中，作為一例，依序設定點B、點C及點D。
程序1-2
若將作為基準點之點A~D設定於凸部之輪廓線X上，則可設定判定對象之區間。此處，將起點及終點為基準點、且包含成為中間點之基準點之區間設定為判定對象。於圖9(a)之例中，於選擇點A作為區間之起點之情形時，自點A進行計數，被設定為第2點之點C成為區間之終點。由 於此處距點A之間隔係設定為凸部寬度之平均值之π/2倍之長度，因此點C係沿輪廓線X距點A為凸部寬度之平均值之π倍長度之程度之點。同樣地，於選擇點B作為區間之起點之情形時，自點B進行計數，被設定為第2點之點D成為區間之終點。再者，此處，係按設定之順序設定成為對象之區間，點A係被最初設定之點。即，首先將點A及點C之區間(區間AC)視為處理對象之區間。然後，測定如圖9(a)所示之連結點A及點C之凸部之輪廓線X之長度La、與點A及點C間之直線距離Lb。
程序1-3
使用程序1-2所測定之長度La及直線距離Lb，計算出直線距離Lb相對於長度La之比(Lb/La)。於該比為0.75以下之情形時，判定成為凸部之輪廓線X之區間AC之中點的點B係存在於曲線區間之點。另一方面，於上述比大於0.75之情形時，判定點B係存在於直線區間之點。再者，於圖9(a)所示之例中，由於上述比(Lb/La)為0.75以下，因此判定點B係存在於曲線區間之點。
程序1-4
對於分別選擇程序1-1所設定之各點作為起點之情形，執行程序1-2及程序1-3。
程序1-5
對於測定區域內之全部凸部，執行程序1-1~程序1-4。
程序1-6
於對測定區域內之全部凸部設定之全部點中，判定為存在於直線區間之點的點之比率為整體之50%以上之情形時，判定俯視凸部時之輪廓線含 有直線區間多於曲線區間。另一方面，於對測定區域內之全部凸部設定之全部點中，判定為存在於直線區間之點的點之比率未達整體之50%之情形時，判定俯視凸部時之輪廓線含有曲線區間多於直線區間。
上述程序1-1~程序1-6之處理可藉由測定裝置所具備之測定功能進行，亦可藉由與上述測定裝置不同之解析用軟體等之執行而進行，亦可手動進行。
再者，上述程序1-1中於凸部之輪廓線上設定點之處理係藉由繞凸部1周，或自測定區域伸出，於無法在此程度以上設定點之情形時結束設定即可。又，關於最初設定之點與最後設定之點外側之區間，由於無法計算出上述比(Lb/La)，因此將其排除於上述判定之對象以外即可。又，關於輪廓線之長度未達凸部寬度之平均值之π倍之凸部，將其排除於上述判定之對象以外即可。
<曲線區間之第2定義方法>
於曲線區間之第2定義方法中，於藉由以凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍的長度將俯視凸部時之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，曲線區間係定義為如下區間：連結區間之一端(點A)及該區間之中點(點B)之線段(線段AB)與連結該區間之另一端(點C)及該區間之中點(點B)之線段(線段CB)所形成之兩個角度中較小者(180°以下者)其角度為120°以下的區間。又，直線區間係定義為上述多個區間中曲線區間以外之區間、即上述角度大於120°之區間。以下，參照圖9(b)，對使用上述第2定義方法判定俯視凸部時之輪廓線是否含有直線區間多於曲線區間之程序之一例進行說明。圖9(b)係表示與圖9(a)相同之凹凸圖案之俯視解析圖像之 一部分的圖。
程序2-1
自測定區域內之多個凸部中選擇一凸部。將該凸部之輪廓線X上之任意位置決定為起始點。於圖9(b)中，作為一例，將點A設定為起始點。自該起始點起，以特定之間隔於凸部之輪廓線X上設置基準點。此處，特定之間隔係凸部寬度之平均值之π(圓周率)/2倍之長度。於圖9(b)中，作為一例，依序設定點B、點C及點D。
程序2-2
若將作為基準點之點A~D設定於凸部之輪廓線X上，則可設定判定對象之區間。此處，將起點及終點為基準點、且包含成為中間點之基準點之區間設定為判定對象。於圖9(b)之例中，於選擇點A作為區間之起點之情形時，自點A進行計數，被設定為第2點之點C成為區間之終點。由於此處距點A之間隔係設定為凸部寬度之平均值之π/2倍之長度，因此點C係沿輪廓線X距點A為凸部寬度之平均值之π倍長度之程度之點。同樣地，於選擇點B作為區間之起點之情形時，自點B進行計數，被設定為第2點之點D成為區間之終點。再者，此處，係按設定之順序設定成為對象之區間，點A係被最初設定之點。即，首先將點A及點C之區間視為處理對象之區間。然後，測定線段AB與線段CB所成之兩個角度中較小者(180°以下者)之角度θ。
程序2-3
於角度θ為120°以下之情形時，判定點B係存在於曲線區間之點。另一方面，於角度θ大於120°之情形時，判定點B係存在於直線區間之點。 再者，於圖9(b)所示之例中，由於角度θ為120°以下，因此判定點B係存在於曲線區間之點。
程序2-4
對於分別選擇程序2-1所設定之各點作為起點之情形，執行程序2-2及程序2-3。
程序2-5
對於測定區域內之全部凸部，執行程序2-1~程序2-4。
程序2-6
於對測定區域內之全部凸部設定之全部點中判定為存在於直線區間之點的點之比率為整體之70%以上之情形時，判定俯視凸部時之輪廓線含有直線區間多於曲線區間。另一方面，於對測定區域內之全部凸部設定之全部點中判定為存在於直線區間之點的點之比率未達整體之70%之情形時，判定俯視凸部時之輪廓線含有曲線區間多於直線區間。
上述程序2-1~2-6之處理可藉由測定裝置所具備之測定功能進行，亦可藉由執行與上述測定裝置不同之解析用軟體等而進行，亦可手動進行。
再者，上述程序2-1中於凸部之輪廓線上設定點之處理係藉由繞凸部1周，或自測定區域伸出，於無法在此程度以上設定點之情形時結束設定即可。又，關於最初設定之點與最後設定之點外側之區間，由於無法計算出上述角度θ，因此將其排除於上述判定之對象以外即可。又，關於輪廓線之長度未達凸部寬度之平均值之π倍之凸部，將其排除於上述判定之對象以外即可。
如以上所述般，藉由使用曲線區間之第1及第2定義方法中之任一種，可對測定區域判定俯視凸部時之輪廓線X是否含有直線區間多於曲線區間。再者，關於某磊晶成長用基板100之凹凸圖案80，「俯視每單位面積之區域所含之凸部時之輪廓線是否含有直線區間多於曲線區間」之判定可藉由基於自磊晶成長用基板100之凹凸圖案80之區域中隨機抽選並且進行測定之一個測定區域進行判定而進行，亦可藉由綜合判定同一磊晶成長用基板100之凹凸圖案80中之多個不同之測定區域之判定結果而進行。於此情形時，例如，可採用多個不同之測定區域之判定結果中較多一方之判定結果作為「俯視每單位面積之區域所含之凸部時之輪廓線是否含有直線區間多於曲線區間」之判定結果。
再者，於上述實施形態中，作為圖案化步驟中所使用之無機材料之溶液，亦可使用TiO2、ZnO、ZnS、ZrO、BaTiO3、SrTiO2等溶膠凝膠材料之溶液或微粒子分散液。其中，就成膜性或折射率之關係而言，較佳為TiO2。可使用液相沈積法(LPD：Liquid Phase Deposition)等形成無機材料膜。
又，作為圖案化步驟中所使用之無機材料，亦可使用聚矽氮烷溶液。可於硬化步驟中將使用聚矽氮烷溶液所形成之凸部進行陶瓷化(二氧化矽改質)，而形成由二氧化矽所構成之凸部。再者，所謂「聚矽氮烷」係具有矽-氮鍵之聚合物，係由Si-N、Si-H、N-H等所組成之SiO2、Si3N4及兩者之中間固溶體SiOXNY等陶瓷前驅物無機聚合物。更佳為如日本特開平8-112879號公報所記載之下述通式(1)所表示之於相對低溫下進行陶瓷化而改質為二氧化矽之化合物。
通式(1)：-Si(R1)(R2)-N(R3)-
式中，R1、R2、R3分別表示氫原子、烷基、烯基、環烷基、芳基、烷基矽基、烷基胺基或烷氧基。
於上述通式(1)所表示之化合物中，尤佳為R1、R2及R3全部為氫原子之全氫聚矽氮烷(亦稱為PHPS)，或與Si鍵結之氫部分被局部取代為烷基等之有機聚矽氮烷。
作為於低溫下進行陶瓷化之聚矽氮烷之另一例，亦可使用：使聚矽氮烷與矽烷氧化物進行反應而得之矽烷氧化物加成聚矽氮烷(例如，日本特開平5-238827號公報)、使聚矽氮烷與縮水甘油進行反應而得之縮水甘油加成聚矽氮烷(例如，日本特開平6-122852號公報)、使聚矽氮烷與醇進行反應而得之醇加成聚矽氮烷(例如，日本特開平6-240208號公報)、使聚矽氮烷與金屬羧酸鹽進行反應而得之金屬羧酸鹽加成聚矽氮烷(例如，日本特開平6-299118號公報)、使聚矽氮烷與含有金屬之乙醯丙酮酸鹽錯合物進行反應而得之乙醯丙酮酸鹽錯合物加成聚矽氮烷(例如，日本特開平6-306329號公報)、於聚矽氮烷中添加金屬微粒子而得之金屬微粒子添加聚矽氮烷(例如，日本特開平7-196986號公報)等。
作為聚矽氮烷溶液之溶劑，可使用：脂肪族烴、脂環式烴、芳香族烴等烴溶劑；鹵代烴溶劑；脂肪族醚、脂環式醚等醚類。為了促進向氧化矽化合物之改質，亦可添加胺或金屬之觸媒。
[發光元件]
使用藉由上述實施形態之磊晶成長用基板之製造方法而得之磊晶成長 用基板，可製造發光元件。如圖6所示，實施形態之發光元件200具備半導體層220，該半導體層220係於磊晶成長用基板100上依序積層第1導電型層222、活性層224、及第2導電型層226所形成。進而，實施形態之發光元件200具備與第1導電型層222電性連接之第1電極240、及與第2導電型層226電性連接之第2電極260。
作為半導體層220之材料，可使用發光元件所使用之公知之材料。作為發光元件所使用之材料，例如，廣為人知的以通式InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)所表示之GaN系半導體材料，於本實施形態之發光元件中，亦可無任何限制地使用包含該等周知之GaN系半導體且以通式AlXGaYInZN1 AMA所表示之GaN系半導體。GaN系半導體除Al、Ga及In以外，可含有其他III族元素，視需要亦可含有Ge、Si、Mg、Ca、Zn、Be、P、As及B等元素。進而，不限於有意添加之元素，亦存在取決於半導體層之成長條件等而必然含有之雜質、以及原料、反應管材質所含之微量雜質之情形。除了上述氮化物半導體以外，亦可使用GaAs、GaP系化合物半導體、AlGaAs、InAlGaP系化合物半導體等其他半導體材料。
作為第1導電型層之n型半導體層222係積層於基板100上。n型半導體層222可以該技術中公知之材料及結構所形成，例如，可由n-GaN所形成。活性層224係積層於n型半導體層222上。活性層224可以該技術中公知之材料及結構所形成，例如，可具有將GaInN及GaN進行多次積層而成之多重量子井(MQW，Multiple Quantum Well)結構。活性層224藉由電子及電洞之注入而發光。作為第2導電型層之p型半導體層226係積層於活性層224上。p型半導體層226可具有該技術中公知之結構，例如， 可由p-AlGaN及p-GaN所形成。半導體層(n型半導體層、活性層及p型半導體層)之積層方法並無特別限定，可應用MOCVD(有機金屬化學氣相成長法)、HVPE(氫化物氣相成長法)、MBE(分子束磊晶法)等可使GaN系半導體成長之公知之方法。就層厚控制性、量產性之觀點而言，較佳為MOCVD法。
於磊晶成長用基板100之表面形成有凹凸圖案80，但於n型半導體層之磊晶成長中，進行如日本特開2001-210598號公報所記載之利用半導體層之橫向成長而進行之表面平坦化。由於活性層需形成於平坦之面上，因此需積層n型半導體層直至表面變得平坦為止。由於實施形態之磊晶成長用基板中凹凸圖案之剖面形狀係由相對較平緩之傾斜面所構成，呈波形結構，因此表面平坦化之進行較迅速，可減小n型半導體層之層厚。且可縮短半導體層之成長時間。
作為第1電極之n電極240係形成於對p型半導體層226及活性層224之一部分進行蝕刻而露出之n型半導體層222上。n電極222可以該技術中公知之材料及結構所形成，例如，係由Ti/Al/Ti/Au等所構成，且藉由真空蒸鍍法、濺鍍法、CVD法等所形成。作為第2電極之p電極260係形成於p型半導體層226上。p電極226可以該技術中公知之材料及結構所形成，例如，可以由ITO等所構成之透光性導電膜與由Ti/Au積層體等所構成之電極墊所形成。p電極260亦可由Ag、Al等高反射性材料所形成。n電極240及p電極260可藉由真空蒸鍍法、濺鍍法、CVD法等任意成膜法所形成。
再者，只要至少含有第1導電型層、活性層及第2導電型層， 且若對第1導電型層及第2導電型層施加電壓，則藉由電子及電洞之再結合而在活性層發出光，則半導體層之層構成可為任意。
以如上方式所構成之實施形態之光學元件200可為自p型半導體226側提取光之面朝上(face-up)方式之光學元件，於該情形時，較佳為p電極260使用透光性導電材料。實施形態之光學元件200亦可為自基板100側提取光之倒裝晶片方式之光學元件，於該情形時，較佳為p電極260使用高反射材料。無論何種方式，均可藉由利用基板之凹凸圖案80產生之繞射效果將活性層224中所產生之光有效地提取至元件外部。
又，於光學元件200中，由於在基板100上形成有凹凸圖案80，因此可形成錯位密度較少之半導體層220，抑制發光元件200之特性之劣化。
以上已藉由實施形態對本發明進行了說明，但本發明之磊晶成長用基板之製造方法及光學元件並不限定於上述實施形態，可於申請專利範圍所記載之技術思想之範圍內進行適當改變。
[產業上之可利用性]
藉由本發明之磊晶成長用基板之製造方法，可高速且連續地生產磊晶成長用基板。又，由於凹凸圖案之形成中未使用光微影法，因此製造成本較低，對環境之負荷較小。進而，由於藉由本發明之製造方法而得之磊晶成長用基板具有作為提高光提取效率之繞射光柵基板之功能，因此使用此基板所製作之發光元件之發光效率較高。因此，藉由本發明之製造方法而得之磊晶成長用基板對具有優異之發光效率之發光元件之製造而言極為有效，對節能亦有貢獻。

Claims (15)

  1. 一種磊晶成長用基板之製造方法，其具有如下步驟：圖案化步驟，係藉由網版印刷於基材上形成特定圖案之無機材料膜；及硬化步驟，係將上述無機材料膜硬化。
  2. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其中，上述無機材料膜係由溶膠凝膠材料所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其進而包括對上述基材露出表面之區域進行蝕刻之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其中，於具有上述無機材料膜之上述基材上形成緩衝層。
  5. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其中，於上述圖案化步驟前，將緩衝層形成於上述基材上。
  6. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其中，藉由於上述基材上形成上述特定圖案之上述無機材料膜而產生之凸部及凹部為如下者：i)於俯視時，各自具有起伏且延伸的細長之形狀；且ii)延伸方向、彎曲方向及長度不均一。
  7. 如申請專利範圍第1項之磊晶成長用基板之製造方法，其中，上述基材為藍寶石基板。
  8. 一種磊晶成長用基板，係藉由申請專利範圍第1至7項中任一項之磊晶成長用基板之製造方法而獲得，且具有凹凸圖案。
  9. 如申請專利範圍第8項之磊晶成長用基板，其為如下者：i)上述凹凸圖案面之凸部或凹部於俯視時，各自具有起伏且延伸的細長之形狀；且ii)上述凹凸圖案面之上述凸部或上述凹部的延伸方向、彎曲方向及長度不均一。
  10. 如申請專利範圍第9項之磊晶成長用基板，其中，上述凸部之延伸方向於俯視時呈不規則地分佈，且俯視上述凹凸圖案之每單位面積之區域所含之上述凸部時之輪廓線，其含有直線區間多於曲線區間。
  11. 如申請專利範圍第10項之磊晶成長用基板，其中，俯視上述凸部之相對於延伸方向大致正交之方向上的上述凸部之寬度，為一定。
  12. 如申請專利範圍第10項之磊晶成長用基板，其中，於藉由以上述凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍的長度將俯視上述凸部時之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，上述曲線區間為如下者：區間之兩端點間之直線距離相對於該兩端點間之上述輪廓線長度的比為0.75以下之區間，上述直線區間係上述多個區間中不為上述曲線區間之區間。
  13. 如申請專利範圍第10項之磊晶成長用基板，其中，上述曲線區間係如下所述之角度為120°以下的區間；該角度係：於藉由以上述凸部寬度之平均值之π(圓周率)倍的長度將俯視上述凸部時之輪廓線隔開而形成多個區間之情形時，連結區間之一端及該區間之中點之線段與連結該區間之另一端及該區間之中 點之線段所形成之兩個角度中為180°以下者之角度；上述直線區間係上述多個區間中不為上述曲線區間之區間，上述多個區間中上述曲線區間之比率為70%以上。
  14. 如申請專利範圍第8項之磊晶成長用基板，其中，藉由對利用掃描式探針顯微鏡解析上述凹凸圖案而獲得之凹凸解析圖像實施二維高速傅立葉變換處理從而獲得的傅立葉變換圖像，表現出以波數之絕對值為0μm-1之原點為大致中心之圓狀或圓環狀的圖形，且上述圓狀或圓環狀之圖形存在於波數之絕對值為10μm-1以下之範圍內的區域內。
  15. 一種發光元件，其於申請專利範圍第8項之磊晶成長用基板上具備至少含有第1導電型層、活性層及第2導電型層之半導體層。
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