TWI514618B - An optical substrate, a semiconductor light emitting element, and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光學基板、半導體發光元件及其製造方法。
近年來，為提高有機電致發光(OLED)、螢光體、發光二極體(LED)等半導體發光元件之效率，正研討改善自半導體發光元件之光提取效率。此種半導體發光元件具有由低折射率區域夾著內部含發光部之高折射率區域之構成。因此，於半導體發光元件之發光部發出之發光光變成對高折射率區域內部進行波導之波導模式，被封閉於高折射率區域內部，於波導過程中被吸收並變成熱而衰減。如此，於半導體發光元件中，存在無法將發光光提取至半導體發光元件之外部，光提取效率大幅減少之問題。
於LED元件之情形時，如以下所說明般，藉由同時改善光提取效率LEE與內部量子效率IQE、或者光提取效率LEE與電子注入效率EIE，而可製造外部量子效率EQE較高之LED元件。
以藍色LED為代表之GaN系半導體元件係於單晶基板上藉由磊晶成長積層n型半導體層、發光半導體層、及p型半導體層而製造。作為單晶基板一般係使用藍寶石單晶基板或SiC單晶基板。然而，由於藍寶石結晶與GaN系半導體晶體之間存在晶格失配，而於GaN系半導體晶體內部產生錯位(例如參照非專利文獻1)。該錯位密度達到1×109
個/cm2
。因該錯位，LED之內部量子效率、即由產生之電洞與電子結合之光子之效率下降，結果，外部量子效率EQE下降。
又，GaN系半導體層之折射率大於藍寶石基板之折射率。因此，於發光半導體層內產生之光、即發光光未以臨界角以上之角度自藍寶石基板與GaN系半導體層之界面出射。即，發光光形成波導模式，且於波導過程中變成熱而衰減。因此，光提取效率下降，結果，外部量子效率EQE下降。又，於使用折射率更大之SiC基板作為單晶基板之情形時，自SiC基板與空氣層之界面出光之發光光之量變得小於使用藍寶石基板之情形。因此，越使用折射率高之基板，則光提取效率LEE越降低。
即，因半導體晶體內部之錯位缺陷導致內部量子效率IQE下降，且因波導模式形成而導致光提取效率LEE下降，故LED之外部量子效率EQE大幅下降。
因此，提出有如下技術，即，於單晶基板上設置凹凸結構，改變半導體晶體層上之光之波導方向，而提高光提取效率LEE(例如參照專利文獻1)。
又，提出有如下技術，即，將設於單晶基板之凹凸結構之大小設為奈米尺寸，將凹凸結構之排列設為隨機配置(例如參照專利文獻2)。再者，報告有若設於單晶基板之凹凸結構之尺寸為奈米尺寸，則與設有微尺寸之凹凸結構之基板相比，LED之發光效率提高(例如參照非專利文獻2)。
進而，提出有一種GaN系半導體發光元件，為提高電子注入效率EIE、即電洞與電子相對於接通電能之產生率，而於p型半導體層之上表面設置凹凸結構，降低與透明導電膜之接觸電阻(參照專利文獻3)。
[專利文獻1]日本專利特開2003-318441號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-294972號公報
[專利文獻3]日本專利特開2005-259970號公報
[非專利文獻1] IEEE photo. Tech. Lett.，20,13(2008)
[非專利文獻2] J. Appl. Phys.，103,014314(2008)
然而，作為決定表示LED之發光效率之外部量子效率EQE(External Quantum Efficiency)之因素，列舉有電子注入效率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係依存於起因於GaN系半導體晶體之晶體失配之錯位密度。光提取效率LEE係藉由利用設於單晶基板之凹凸結構引起之光散射使得波導模式崩潰而得到改善。進而，電子注入效率EIE係藉由改善p型半導體層與由ITO、ZnO、In2
O3
、SnO2
等氧化物構成之透明導電膜之界面電阻而得到改善。尤其，由於ITO等透明導電材料係n型導電體，故容易於與p型半導體層之界面形成肖特基能障，藉此歐姆性容易下降，接觸電阻容易增加。因此，藉由於與p型半導體層之界面形成凹凸結構，增加接觸面積，提高歐姆接觸而進行改善。
即，作為半導體發光元件中之凹凸結構之效果(作用)，列舉(1)利用半導體晶體內之錯位減少帶來之內部量子效率IQE之改善、(2)消除波導模式帶來之光提取效率LEE之改善、及(3)歐姆接觸提高帶來之電子注入效率EIE提高之3者。
然而，於專利文獻1所記載之技術中，雖有(2)之效果帶來之光提取效率LEE之改善，但(1)之效果帶來之內部量子效率IQE改善之效果
較少。利用單晶基板上之凹凸減少錯位缺陷之理由為，GaN系半導體層之化學蒸鍍(CVD)之成長模式因凹凸而被打亂，伴隨層成長之錯位缺陷碰撞而消減。因此，若存在與缺陷密度相當之凹凸則對於缺陷減少有效果，但於凹凸密度小於缺陷密度時，錯位減少之效果受到限制。例如，若將錯位密度1×109
個/cm2
換算為奈米級則相當於10個/μm2
，錯位密度1×108
個/cm2
相當於1個/μm2
。若於5μm×5μm(□5μm)內設置2個左右之凹凸，則凹凸密度變成0.08×108
個/cm2
，若於500nm×500nm(□500nm)內設置2個左右之凹凸，則凹凸密度變成8×108
個/。如此，若將凹凸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，故對於內部量子效率IQE之改善有效。
然而，越為高密度之凹凸結構、即凹凸結構之大小為奈米級，則對於光之散射效果越減少。因此，(2)之波導模式解消之效果減少。LED之發光波長為可見光域，尤其係用於白色LED之GaN系LED之發光波長為450nm~500nm。為獲得充分之光散射效果，凹凸較佳為波長之2倍~20倍左右，若為奈米級則效果較小。
又，於專利文獻3所記載之技術中，必須將凹凸結構之間距(間隔)及深度設為奈米級，利用形成之凹凸結構帶來之光提取效率LEE之改善並不充分。其原因在於，必須將p型半導體層之厚度設為自其吸收係數之大小至數百nm左右，凹凸結構之大小必然地變成奈米級。另一方面，LED之發光波長為可見光範圍(450nm~750nm)，於與波長相同程度之大小之凹凸結構中，存在其光提取效率LEE變低之問題。
如此，於先前技術中，對LED發光效率之3個效果、(1)內部量子效率IQE之改善、(2)光提取效率LEE之改善、及(3)電子注入效率EIE之提高之中、作為半導體發光元件中之凹凸結構之效果(作用)，(1)與(2)及(2)與(3)存在互為取捨之關係，並不一定能實現最佳之結構。
即，於先前之技術中，存在越提高內部量子效率IQE，則光提取效率LEE之改善效果變得越少，越提高電子注入效率EIE，則光提取效率LEE之改善效果變得越小之問題。
本發明係鑒於上述問題研究而成者，其目的在於提供一種可同時解決互為取捨之半導體發光元件之光提取效率LEE之提高與內部量子效率IQE之改善、或者光提取效率LEE之提高與電子注入效率EIE之提高的光學基板、半導體發光元件及其製造方法。
本發明者等人為解決上述問題而經過銳意研究，結果發現，因設於光學基板之表面之凹凸結構描繪之光學顯微鏡可觀察之花樣利用明暗差而可識別為第1區域及第2區域，藉由使花樣與凹凸結構分別發揮不同效果，而可同時解決互為取捨之半導體發光元件之內部量子效率IQE之提高與光提取效率LEE之改善、或者光提取效率LEE與電子注入效率EIE之改善，並基於該見解完成了本發明。即，本發明係如以下所示。
本發明之光學基板之特徵在於，其係具備基板本體、及設於上述基板本體之主面上且由複數之凸部或凹部構成之凹凸結構者，於上述主面上描繪藉由光學顯微鏡而可於10倍~5000倍之範圍內之任一倍率下觀察之花樣；上述花樣之間隔大於上述凹凸結構之間距；及於上述花樣之光學顯微鏡像中，上述花樣利用明暗差而可識別為第1區域及第2區域，上述第1區域有複數個，且相互空開間隔而配置，上述第2區域將上述第1區域之間相連。
本發明之光學基板之特徵在於，其係於表面具備凹凸結構者，上述凹凸結構之平均間距為50nm以上且1500nm以下；且上述凹凸結構包含混亂，作為該混亂之因素之上述凹凸結構之要素之標準偏差及算術平均滿足下述式(1)之關係，即，
0.025≦(標準偏差/算術平均)≦0.5 (1)。
本發明之光學基板之特徵在於，其係適用於至少由n型半導體層、發光半導體層及p型半導體層構成之半導體發光元件者，於上述光學基板之主面具備包含由複數之凸部或凹部構成之點之凹凸結構，上述凹凸結構構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度之任一者控制之二維光子晶體，上述二維光子晶體之週期為上述半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上。
本發明之半導體發光元件之特徵在於，於上述光學基板之上述主面上至少積層有第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層。
本發明之半導體發光元件之製造方法之特徵在於，具備如下步驟：對上述光學基板進行光學檢查；及使用經上述光學檢查後之上述光學基板製造半導體發光元件。
本發明之半導體發光元件之特徵在於，其係自具備上述光學基板、依序積層於具有上述凹凸結構之表面上之第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層、以及接合於上述第2半導體層之支撐體的中間體分離上述光學基板而獲得者。
本發明之半導體發光元件之製造方法之特徵在於，具備如下步驟：於上述光學基板之具有上述凹凸結構之表面上，依序積層第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層；於上述第2半導體層之表面黏著支撐體而獲得中間體；及自上述中間體分離上述光學基板，獲得由上述第1半導體層、上述發光半導體層、上述第2半導體層及上述支撐體構成之半導體發光元件。
根據本發明，可同時解決互為取捨之半導體發光元件之內部量子效率IQE之提高及光提取效率LEE之改善、或者電子注入效率EIE之提高與光提取效率LEE之改善。
1‧‧‧光學基板PC
1a‧‧‧光學基板PC
10‧‧‧光學基板PP
10a‧‧‧主面
11‧‧‧光學基板D
12‧‧‧凹凸結構D
13‧‧‧凸部
20‧‧‧凹凸結構
20a‧‧‧凸部
20b‧‧‧凹部
21‧‧‧基板本體
21a‧‧‧基板本體
22‧‧‧微細結構層
22a‧‧‧微細結構層
23‧‧‧凸部
23-1~23-N‧‧‧凸部行
24‧‧‧凹部
24-1~24-N‧‧‧凹部行
30‧‧‧第1半導體層
31‧‧‧非摻雜第1半導體層
32‧‧‧摻雜第1半導體層
33‧‧‧緩衝層
40‧‧‧發光半導體層
50‧‧‧第2半導體層
60‧‧‧透明導電層
70‧‧‧陽極電極
80‧‧‧陰極電極
100‧‧‧半導體發光元件
200‧‧‧半導體發光元件
300‧‧‧半導體發光元件
400‧‧‧半導體發光元件
470‧‧‧曝光裝置
471‧‧‧輥狀構件
472‧‧‧旋轉控制部
473‧‧‧加工頭部
474‧‧‧移動機構部
475‧‧‧曝光控制部
500‧‧‧半導體發光元件
501‧‧‧凹凸結構
502‧‧‧凹凸結構
503‧‧‧凹凸結構
504‧‧‧凹凸結構
505‧‧‧凹凸結構
506‧‧‧凹凸結構
507‧‧‧凹凸結構
508‧‧‧凹凸結構
600‧‧‧半導體發光元件
601‧‧‧光學基板D
602‧‧‧凹凸結構層
603‧‧‧n型半導體層
604‧‧‧發光半導體層
605‧‧‧p型半導體層
606‧‧‧透明導電膜
607‧‧‧陰極電極
608‧‧‧陽極電極
610‧‧‧積層半導體層
700‧‧‧半導體發光元件
701‧‧‧基板
702‧‧‧n型半導體層
703‧‧‧發光半導體層
704‧‧‧p型半導體層
705‧‧‧凹凸結構層
706‧‧‧透明導電膜
707‧‧‧陰極電極
708‧‧‧陽極電極
800‧‧‧半導體發光元件
801‧‧‧基板
802‧‧‧n型半導體層
803‧‧‧發光半導體層
804‧‧‧p型半導體層
805‧‧‧凹凸結構層
806‧‧‧陰極電極
807‧‧‧陽極電極
900‧‧‧中間體
901‧‧‧光學基板PC
920‧‧‧二維光子晶體層
930‧‧‧n型半導體層
940‧‧‧發光半導體層
950‧‧‧p型半導體層
960‧‧‧p電極層
970‧‧‧支撐體
980‧‧‧光子晶體層
1000‧‧‧半導體發光元件
D1‧‧‧第1方向
D2‧‧‧第2方向
h‧‧‧凹凸結構20之平均高度
H‧‧‧凸部高度
Hbu‧‧‧距離
Hbun‧‧‧第1半導體層30之平均厚度
lccb‧‧‧凹部底部寬度
lcct‧‧‧凹部開口寬度
lcvb‧‧‧凸部底部寬度
lcvt‧‧‧凸部頂部寬度
P'‧‧‧間距
Px‧‧‧不定間隔
Py‧‧‧間距
S‧‧‧表面
Xa‧‧‧第1區域
Xb‧‧‧第2區域
X‧‧‧花樣
in‧‧‧凸部底部內切圓徑
out‧‧‧凸部底部外接圓徑
圖1係表示本實施形態之光學基板PP之主面上描繪之花樣的說明圖。
圖2係表示應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之一例的剖面概略圖。
圖3係應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之其他例之剖面模式圖。
圖4係應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之其他例之剖面模式圖。
圖5係應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之其他例之剖面模式圖。
圖6係應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之其他例之剖面模式圖。
圖7A、B係本實施形態之光學基板PP之剖面模式圖。
圖8A~D係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣的說明圖。
圖9係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣的說明圖。
圖10係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣的說明圖。
圖11A~C係表示本實施形態之光學基板PP之剖面模式圖。
圖12係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣X的平面模式圖。
圖13係橫軸為線段YY'、縱軸為自凹凸結構面側觀察圖12所示之光學基板PP之情形時之花樣X之明暗的曲線。
圖14係橫軸為線段YY'、縱軸為自凹凸結構面側觀察圖12所示之
光學基板PP之情形時之花樣X之明暗的曲線。
圖15係橫軸為線段YY'、縱軸為自凹凸結構面側觀察圖12所示之光學基板PP之情形時之花樣X之明暗的曲線。
圖16係橫軸為線段YY'、縱軸為自凹凸結構面側觀察圖12所示之光學基板PP之情形時之花樣X之明暗的曲線。
圖17係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP時觀察到的花樣X之平面模式圖。
圖18係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之凹凸結構之平面模式圖。
圖19係構成本實施形態之光學基板PP之凹凸結構面之凹凸結構PP為點結構之情形時的俯視圖。
圖20A、B係相當於圖19中所示之間距P'之線段位置之凹凸結構PP之剖面模式圖。
圖21係構成本實施形態之光學基板PP之凹凸結構面之凹凸結構PP為洞結構之情形時的俯視圖。
圖22A、B係相當於圖21中所示之間距P'之線段位置之凹凸結構PP之剖面模式圖。
圖23A~E係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之上表面像的說明圖。
圖24係應用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之剖面模式圖。
圖25係應用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之另一例之剖面模式圖。
圖26係應用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之另一例之剖面模式圖。
圖27顯示表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表
示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的模式圖。
圖28係顯示表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的模式圖。
圖29係顯示表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的模式圖。
圖30A~E係表示本實施形態之光學基板D之剖面模式圖。
圖31A~D係表示本實施形態之光學基板D之剖面模式圖。
圖32A、B係表示本實施形態之光學基板D之一例之自凹凸結構面側觀察之俯視圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線。
圖33係表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈的曲線。
圖34係表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈的曲線。
圖35係表示本實施形態之光學基板PC之一例之立體模式圖。
圖36係表示本實施形態之光學基板PC之其他例之立體模式圖。
圖37係表示本實施形態之光學基板PC之平面模式圖。
圖38係表示本實施形態之光學基板PC之第2方向D2之點陣列之配置例的模式圖。
圖39係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。
圖40係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。
圖41係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。
圖42係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。
圖43係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。
圖44係表示本實施形態之光學基板之第2方向D2之點陣列之配置例的模式圖。
圖45係表示本實施形態之光學基板之第2方向D2之點陣列之配置
例的模式圖。
圖46A~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47係表示本實施形態之光學基板PC之製造方法之一例的概略說明圖。
圖48A~C係對以形成本實施形態之光學基板PC之曝光裝置中之轉軸馬達之Z相信號為基準信號而設定基準脈衝信號、調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。
圖49係對根據形成本實施形態之光學基板PC之曝光裝置中之基準脈衝信號及調變脈衝信號，而設定相位調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。
圖50係對形成本實施形態之光學基板PC之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51A、B係表示於本發明之實施例中製作之光學基板D之凹凸結構之掃描式電子顯微鏡照片。
圖52A、B係表示於本發明之實施例中製作之光學基板D之凹凸結構之掃描式電子顯微鏡照片。
圖53係表示於本申請之實施例中作成之藍寶石基板之凹凸結構D之掃描式顯微鏡照片。
圖54A、B係表示於本申請之實施例中作成之藍寶石基板之凹凸結構D之掃描式顯微鏡照片。
圖55A、B係表示於本申請之實施例中作成之藍寶石基板之凹凸結構D之掃描式顯微鏡照片。
圖56A、B係表示於本申請之實施例中作成之藍寶石基板之凹凸結構D之掃描式顯微鏡照片。
本發明之光學基板之特徵在於，關注應用該光學基板而製造之半導體發光元件時，該半導體發光元件之界面位置除了存在作為實體存在之凹凸結構外，還存在該半導體發光元件之發光光可辨識且大於該凹凸結構之圖案(花樣)。藉此，於製造半導體發光元件時及使用所製造之半導體發光元件時發揮效果。首先，製造半導體發光元件時，隨著半導體晶體層之錯位之減少，內部量子效率IQE得到改善，或者p型半導體層與n型導電層之接觸面積增大而電子注入效率EIE得到改善。而且，於使用半導體發光元件時，可維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE已改善之狀態，且增強對半導體發光元件之發光光之光學散射性，故光提取效率LEE同時提高。即，可實現同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE、或電子注入效率EIE與光提取效率LEE之半導體發光元件。進而，可提供同時改善內部量子效率IQE、電子注入效率EIE、及光提取效率LEE之半導體發光元件。
為了根據上述思想、即作為實體存在之凹凸結構、及半導體發光元件之發光光可辨識且大於該凹凸結構之圖案(花樣)，而同時提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、及光提取效率LEE，本說明書中提出3個光學基板。以下將該等光學基板記載為光學基板PP、光學基板D、及光學基板PC，而分別單獨地進行說明。又，將設於光學基板PP、光學基板D及光學基板PC之凹凸結構，分別記載為凹凸結構PP、凹凸結構D、及凹凸結構PC。又，於以下之說明中，係自光學基板PP開始說明，於光學基板PP之內容、與光學基板D或光學基板PC之內容存在重複部分之情形時，在說明光學基板D或光學基板PC時，會引用光學基板PP之內容。
首先，對本發明之光學基板PP之概要進行說明。一般而言，半導體發光元件之外部量子效率EQE係由內部量子效率IQE、光提取效
率LEE及電子注入效率EIE決定。尤其係，內部量子效率IQE對半導體發光元件之發光效率直接造成影響，因此改善帶來之效果非常大。進而，於內部量子效率IQE得到改善但光提取效率LEE較低之情形時，發出之光被半導體層內部吸收而轉換成熱。因此，同時實現存在互為取捨之關係之內部量子效率IQE之提高與光提取效率LEE之改善，係用於實現較高之外部量子效率EQE之有效的方法。因此，關於存在互為取捨之關係之內部量子效率IQE之提高與光提取效率LEE之改善而著眼於原理上之差異。
於半導體發光元件中，可藉由高密度之凹凸結構提高內部量子效率IQE，另一方面，藉由體積變化較大之表現出強光學散射性之凹凸結構可提高光提取效率LEE。即，若欲提高內部量子效率IQE而設置高密度之凹凸結構之情形時，凹凸結構之體積之變化變小，光學散射性下降，因此，光提取效率LEE之提高程度受到限制。該點可利用半導體發光元件之發光光可辨識之光學現象進行說明。於為提高內部量子效率IQE而具有足夠密度之凹凸結構中，該凹凸結構之間距變成與發光光之波長相同程度以下之等級，但凹凸結構之間距越大則發光光之波長變得越大，作為光學現象而有效介質近似作用，光學散射性下降。另一方面，於增大凹凸結構之體積變化而提高光提取效率LEE之情形時，作為實體存在之凹凸結構之密度下降，故錯位之分散效果減弱，內部量子效率IQE改善之程度受到限制。
此處，於為增加光學散射性而增大作為實體存在之凹凸結構之體積變化之情形時，如上述般內部量子效率IQE下降，但進而由於作為實體存在之凹凸結構之體積變化率變大，故亦存在半導體晶體層之龜裂、半導體晶體層之使用量或半導體晶體層之成膜時間等之問題、換言之存在半導體發光元件之製造與環境相容性之問題。
根據以上說明，本發明者等人認為，為一面不妨礙半導體發光
元件之製造且實現環境相容性，一面同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE，重要的是藉由能夠改善內部量子效率IQE之凹凸結構來表現光學散射性，從而完成了本發明。
即，認為藉由實現即便為高密度之凹凸結構亦可增強光學散射性之凹凸結構，而可同時提高存在互為取捨之關係之內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
進而，於半導體發光元件，n型半導體層、發光半導體層、p型半導體層、及n型導電層具有較大吸收特性。即，自有效地向半導體發光元件之外部提取發光光之觀點而言，該等層必然需要變薄至奈米級。即，於半導體發光元件之各界面之任一者設置凹凸結構而提高光提取效率LEE之情形時，該凹凸結構必然變成奈米級之凹凸結構。如業已說明般，高密度之凹凸結構之光學散射性較小。即，光提取效率LEE之提高程度受到限制。
自該觀點考慮，可認為藉由實現即便為高密度之凹凸結構亦可增強光學散射性之凹凸結構，能夠進一步提高半導體發光元件之光提取效率LEE。
例如，於p型半導體層與n型導電層之間僅設置比表面積較大之凹凸結構之情形時，隨著界面接觸面積之增大而可提高歐姆接觸，故電子注入效率EIE提高。然而，如業已說明般，該等凹凸結構為高密度之凹凸結構，其光學散射性較小，故光提取效率LEE之提高程度受到限制。
又，例如，於n型導電層之表面設置凹凸結構而欲進一步提高光提取效率LEE之情形時，由於n型導電層本身之厚度被限制為奈米級，故該凹凸結構亦變成奈米級之高密度之凹凸結構，光學散射性不會變大。即，光提取效率LEE之提高程度受到限制。
即，本發明之核心在於提供一種雖為高密度之凹凸結構但光學
散射性較大之凹凸結構。藉此，可同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、及光提取效率LEE。進而，即便於對構成半導體發光元件之奈米級之較薄之各層設置凹凸結構之情形時，亦可無損該等層之物性而提高光提取效率LEE。
再者，於以下之說明中，係以同時提高內部量子效率IQE於光提取效率LEE為中心而進行說明，但其本質可自雖為高密度之凹凸結構但可表現出較強光學散射性，替換成同時提高電子注入效率EIE與光提取效率LEE之效果。即，內部量子效率IQE係藉由利用高密度之凹凸結構使錯位分散化及減少而得到提高，電子注入效率EIE係藉由利用高密度之凹凸結構改善之歐姆接觸性而得到改良。此時，高密度之凹凸結構表現光學散射性，同時亦改善光提取效率LEE。根據同樣之思想，以同時提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE作為效果之代表而進行說明，但可將其替換成對構成半導體發光元件之奈米級之較薄之各層設置凹凸結構之情形時之效果、即無損該等層之物性而提高光提取效率LEE。例如，半導體發光元件之透明導電層之膜厚為數百奈米。即便於該透明導電層之表面、即半導體發光元件中之透明導電層與密封材、透明導電層與電極墊、或透明導電層與p型半導體層之界面設置凹凸結構之情形時，亦可維持透明導電層之電氣物性且進一步提高光提取效率LEE。
即，本實施形態之光學基板PP之特徵在於，其係具備基板本體、及設於基板本體之主面上且由複數之凸部或凹部構成的凹凸結構PP者，於主面上描繪可藉由光學顯微鏡以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察之花樣；花樣之間隔大於凹凸結構之間距；及於花樣之光學顯微鏡像中，上述花樣可利用明暗差識別為第1區域及第2區域，上述第1區域有複數個，且相互空開間隔而配置，上述第2區域將上述第1區域之間相連。
於本實施形態之光學基板PP中，較佳為凹凸結構PP之平均間距為10nm以上且1500nm以下。
藉由該構成，首先，藉由由複數之凸部或凹部構成之凹凸結構PP、即藉由作為實體存在之凹凸結構打亂半導體晶體層之成長模式，故半導體晶體層內部之錯位微觀地分散，且錯位減少，內部量子效率IQE得到改善。
另一方面，凹凸結構PP之間距小於花樣之間隔。換言之，包含複數之凸部或凹部之集合之凹凸結構群係於主面上配置有複數個。即，推測構成凹凸結構PP之複數之凸部或凹部因構成其等之要素(例如密度、高度或形狀)之差異，而於主面上描繪可藉由光學顯微鏡以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察之花樣。推測描繪出花樣係因要素之差異而產生對凹凸結構PP之有效折射率(Nema)(Effective Refractive Index)之變化。即，除了存在作為實體存在之複數之凸部或凹部以外，還存在可由光辨識之光學花樣。換言之，光剛入射至凹凸結構PP時，便出現凹凸結構PP之光學花樣。該花樣為，於光學顯微鏡像利用明暗差而可識別為第1區域及第2區域，第1區域有複數個，且相互空開間隔而配置，第2區域將第1區域之間相連。即，包含第1區域與第2區域之花樣可被光學地觀察到，該花樣係由凹凸結構PP之複數之凸部或凹部之集合表現。換言之，於光學基板PP之主面內，複數之第1區域之密度小於構成花樣之凹凸結構PP之密度。根據此種構成，實現以下之3個效果。第1，宏觀上亦可確保利用凹凸結構PP實現之錯位之分散性。即，可使設於光學基板PP上之半導體晶體層之錯位密度於面內降低。第2，可抑制半導體晶體層成長時產生之龜裂，且可減少半導體晶體層之使用量，且可縮短半導體晶體層之成膜時間。最後，於半導體晶體層內部進行波導之發光光其行進方向被打亂，故波導模式被打亂。根據以上，可一面不妨礙
半導體發光元件之製造且實現環境相容性，一面同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
進而，於本發明之光學基板PP中，較佳為上述凹凸結構PP之平均間距為10nm以上且900nm以下，且上述凹凸結構PP之高度為10nm以上且500nm以下。
根據該構成，隨著凹凸結構PP之密度增加，錯位之分散及減少之效果變得更大。進而，由於高度處於特定範圍內，故成膜半導體晶體層時，可更良好地抑制龜裂之產生，由此可減少半導體發光元件之缺陷率。進而，半導體晶體層之使用量之減少及成膜時間之縮短之效果變得更顯著。此外，由於高度滿足特定範圍，即便賦予凹凸結構PP之層之厚度為奈米級而極薄之情形時，亦可良好地保持該層之物性。據此，於半導體發光元件之界面位置設置凹凸結構PP而提高光提取效率LEE時，可抑制光提取效率LEE以外之因素之下降。例如，若於p型半導體層與n型導電層(例如透明導電層，以下相同)之界面設置凹凸結構PP之情形時，可於維持p型半導體層之半導體特性及n型導電層之電氣特性之狀態下，改善歐姆接觸性，提高電子注入效率EIE，且改善光提取效率LEE。又，例如，若於n型導電層之表面或n型導電層與密封材之界面設置凹凸結構PP之情形時，亦可維持該n型導電層之電氣特性並提高光提取效率LEE。
又，本發明之光學基板PP於自上述光學基板PP之存在上述凹凸結構PP之第1面側，相對於上述光學基板PP之主面垂直地分別照射有波長為640nm~660nm、525nm~535nm、或者460nm~480nm之3種雷射光線之情形時，較佳為相對於至少1個以上之雷射光線而自與上述第1面為相反側之第2面出光的雷射光線分離為2個以上。
根據該構成，可提高光學花樣之自半導體發光元件觀察之強度。即，可進一步提高光提取效率LEE。
又，於本發明之光學基板PP中，較佳為上述凹凸結構PP之平均間距為50nm以上且1500nm以下，且上述凹凸結構PP包含混亂，作為該混亂之因素之上述凹凸結構之要素之標準偏差及算術平均滿足下述式(1)之關係。
0.025≦(標準偏差/算術平均)≦0.5 (1)
根據該構成，上述效果之中尤其以下2個效果變得更明顯。首先，光提取效率LEE進一步提高。其原因在於，藉由滿足上述式(1)，自半導體發光元件之發光光而言，有效折射率Nema之分佈變得適當，光學散射性變得更強。其次，抑制產生於半導體晶體層之龜裂之效果變大。其原因在於，於微觀地觀察凹凸結構PP之情形時，該凹凸結構PP之混亂係收斂於特定之範圍內，故可抑制因凹凸結構PP而施加於半導體晶體層之應力之集中。
又，於本發明之光學基板PP中，較佳為，上述光學基板PP係應用於至少包含n型半導體層、發光半導體層及p型半導體層之半導體發光元件，上述凹凸結構PP包含由上述複數之凸部或凹部構成之點，上述凹凸結構PP構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度之任一者控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體之週期為上述半導體發光元件之發光中心波長的2倍以上。
根據該構成，光學基板PP上觀察到之光學花樣之明暗差變得更強。即，可確保設置高密度之凹凸結構帶來之效果，且可更強烈地表現光學散射性。尤其，利用凹凸結構PP之特定要素形成之二維光子晶體之週期為半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上，故發光光與光學花樣之相互作用增強，光學散射性隨之變得更強。由此，光提取效率LEE進一步提高。
又，本發明包含以於上述本發明之光學基板PP之主面上積層有至少第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層為特徵之半導體發光
元件。
又，本發明包含使用上述本發明之光學基板PP之半導體發光元件之製造方法。
以下、參照圖式詳細地說明本發明之一實施形態(以下簡稱為「實施形態」)。再者，本發明並非限定於以下之實施形態，於其主旨範圍內可進行各種變形而實施。
本說明書中之作為實體存在之凹凸結構係如用語本身之含義，表示凹凸結構於基板之表面作為物理結構體而存在。尤其，於本說明書中，將藉由使用掃描式電子顯微鏡觀察而可觀察到之凹凸結構稱為作為實體存在之凹凸結構。另一方面，所謂光可辨識之花樣，係表示利用光觀察時為何種凹凸結構之用語。一般而言，由於解析度之差，無論光學地偵測之情形時，還是利用電子束偵測之情形時，觀察到的凹凸結構之等級相等。然而，根據本說明書中發現之見解，於利用光觀察到作為實體存在、即物理存在之凹凸結構之情形時，有時會觀察到等級與作為實體存在之凹凸結構之等級不同之花樣。即，藉由光學手法觀察到作為實體存在之凹凸結構時獲得之該凹凸結構之光學上有效之像之等級、與該作為實體存在之凹凸結構之等級有時會不同。通過此種光學現象考慮作為實體存在之凹凸結構時，表現為存在等級與作為實體存在之凹凸結構不同之花樣，故使用光可辨識之類的用語。根據此種觀點，光可辨識之花樣可替換成光可偵測之花樣、光可感知之花樣、或光學描繪之花樣。又，亦可替換成光以光學上宛如存在與實體不同之圖案之方式動作之狀態、或者利用光觀察時宛如存在與折射率分佈相應之介質之狀態。再者，本說明書中，係藉由光學顯微鏡觀察定義此種花樣。藉由光學顯微鏡觀察而觀察到與實體不同等級之花樣，係定義為與光以光學上宛如存在與實體不同之圖案之方式動作之狀態同義。即，藉由光學顯微鏡觀察可獲得之資訊可關聯於對半導
體發光元件之光學散射性。
首先，大體說明使用本實施形態之光學基板PP之效果。製造半導體發光元件時，藉由作為實體存在之高密度之凹凸結構PP，而表現內部量子效率IQE之改善、半導體晶體層之龜裂產生之減少、及半導體晶體層使用量之減少之類的效果。而且，於使用半導體發光元件時，藉由發光光可辨識之光學花樣，而改善光提取效率LEE。雖重複說明，但不描繪光學花樣、即僅使用高密度之凹凸結構之情形時，製造上述半導體發光元件時雖表現出一定效果，但使用時之效果之表現程度受到限制。相反，於使用光學散射性較大之體積變化較大之凹凸結構之情形時，使用上述半導體發光元件時表現出一定效果，但製造時之效果之程度受到限制。同樣地，於光學花樣之等級為凹凸結構PP之等級以下之情形時，使用上述半導體發光元件時雖表現出一定效果，但製造時之效果之程度受到限制。換言之，本實施形態之光學基板PP係將半導體發光元件之製造時表現之功能、與使用半導體發光元件時表現之功能，藉由作為實體之凹凸結構、與發光光可辨識之花樣而進行功能分離。藉此，可表現出先前難以實現之利用高密度之凹凸結構帶來之較強光學散射性，且可同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
首先，對光學基板PP之基板本體進行說明。本實施形態之光學基板PP之基板本體係接於至少構成半導體發光元件之1層以上之n型半導體層、1層以上之發光半導體層、1層以上之p型半導體層、或1層以上之n型導電層之任一者的半導體發光元件用基板。即，既可為僅由一種材料構成之單層基板，亦可為由複數種材料構成之多層基板。例如，對包含由藍寶石/n-GaN/MQW/p-GaN/ITO形成之積層結構之半導體發光元件，可將藍寶石、由藍寶石/n-GaN/MQW/p-GaN構成之積層體、或由藍寶石/n-GaN/MQW/p-GaN/ITO構成之積層體等作為基板本
體。換言之，能夠以對半導體發光元件之表面或界面設置凹凸結構PP之方式適當地變更基板本體之構成。
以下，參照圖式來說明半導體發光元件。圖1係表示本實施形態之光學基板PP之主面上描繪之花樣之說明圖。於光學基板PP10之主面10a設有由複數之凸部及凹部構成之凹凸結構PP(未圖示)。即，光學基板PP10之主面10a係由複數之凸部或凹部(未圖示)覆蓋。藉由光學顯微鏡觀察主面10a之情形時，因構成凹凸結構PP之凸部或凹部而描繪出花樣X，且利用明暗差而可識別為第1區域Xa、與第2區域Xb。第1區域Xa有複數個且相互空開間隔而配置。第2區域Xb將該等第1區域Xa之間相連。
花樣X係依存於構成凹凸結構PP之凸部或凹部之間距、高度、或徑，可使用光學顯微鏡以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察。再者，肉眼雖無法觀察到花樣，但可觀察到因花樣產生之光學現象即光繞射或光散射。
此處，所謂以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率可觀察係指如下狀態，即，利用光學顯微鏡逐漸增大觀察倍率而觀察光學基板PP10之主面時，先以倍率A(10≦A≦5000)可識別花樣X，於放大至比倍率A高倍率之倍率B之情形時，觀察像過大，或區域Xa與區域Xb之界面之清晰度極度下降，而無法辨識花樣X。即，使用光學顯微鏡進行觀察時，以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察花樣X便可。再者，因光學顯微鏡之倍率不同而觀察到之花樣X之像亦可不同。即，例如以倍率H(10≦H≦5000)進行觀察時，觀察到具有不規則間隔之相互大體平行之線狀之光學花樣，但進而放大倍率而以倍率I(10≦H<I≦5000)進行觀察時，於該線狀之花樣中觀察到圓形狀之光學花樣，進一步放大倍率而以倍率J(10≦H<I<J≦5000)進行觀察時，僅觀察到該圓形狀之花樣。如此無論於低倍率還是高倍率均觀察到光學花
樣、且彼等光學花樣不同，藉此以下說明之光學散射性之效果增強，光提取效率LEE之改善程度提高。如此，藉由於10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察花樣X，而可表現出以下說明之光學散射性，可於維持內部量子效率IQE之提高之狀態下改善光提取效率LEE。
推測花樣X係因構成形成凹凸結構PP之複數之凸部或凹部之要素之差異，導致對凹凸結構PP之有效折射率Nema產生變化而被描繪。即，推測因凹凸結構PP之要素之差異，有效折射率Nema具有分佈。考慮到對應於該有效折射率Nema之分佈，而產生光之反射、繞射、或散射等，從而描繪出光學花樣X。而且，花樣X可改變光之行進方向，故對於半導體發光元件而言可改善光提取效率LEE。構成複數之凸部或凹部之要素，只要為使對凹凸結構PP之有效折射率Nema產生變化者便可，例如為凸部或凹部之高度、間距、凸部底部之直徑、或凹部之開口徑。關於該要素於下文敍述。再者，有效折射率Nema並非實測值，而是以光學現象為前提藉由計算求出之值。此處，作為光學現象之前提為有效介質近似。該有效介質近似可藉由介電常數分佈之體積分率簡單地表現。即，將凹凸結構PP之要素之差異作為介電常數之分佈之體積分率進行計算，並將其轉換成折射率而進行計算。再者，介電常數為折射率之平方。
圖2係表示應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之一例之剖面概略圖。如圖2所示，於半導體發光元件100，光學基板PP10於其表面具備凹凸結構20。於圖2~圖23中，該凹凸結構20係形成花樣X之凹凸結構PP。凹凸結構20係由複數之凸部20a、及將該等之間相連之凹部20b而構成，如上述般藉由凹凸結構20之集合而光學地表現花樣X(未圖示)。光學基板PP10之包含凹凸結構20之表面、即主面上依序積層有第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50。此處，由發光半導體層40產生之發光光(以下亦僅稱為發光光)係自第2
半導體層50側或光學基板PP10側提取。進而，第1半導體層30與第2半導體層50係互不相同之半導體層。此處，第1半導體層30較佳為將凹凸結構20設為平坦化。其原因在於，可使第1半導體層30之作為半導體之性能反映至發光半導體層40及第2半導體層50，從而使得內部量子效率IQE提高。再者，關於半導體發光元件100，可將光學基板PP替換成後述之光學基板D或光學基板PC。
又，如圖3所示，第1半導體層30亦可由非摻雜第1半導體層31與摻雜第1半導體層32而構成。圖3~圖6係表示應用本實施形態之光學基板PP之半導體發光元件之其他例的剖面概略圖。再者，關於半導體發光元件200、300、400、及500，可將光學基板PP替換成後述之光學基板D或光學基板PC。該情形時，如圖3所示，於半導體發光元件200，若依序積層光學基板PP10、非摻雜第1半導體層31及摻雜第1半導體層32，則除了可改善內部量子效率IQE以外，還可以減少翹曲及縮短半導體發光元件200之製造時間。此處，藉由將非摻雜第1半導體層31設為使凹凸結構20平坦化，而可使非摻雜第1半導體層31之作為半導體之性能反映至摻雜第1半導體層32、發光半導體層40及第2半導體層50，故而內部量子效率IQE提高。
進而，如圖4所示，非摻雜第1半導體層31較佳為包含緩衝層33。如圖4所示，於半導體發光元件300，於凹凸結構20上設有緩衝層33，繼而，依序積層非摻雜第1半導體層31及摻雜第1半導體層32，藉此作為第1半導體層30之晶體成長之初始條件之核產生及核成長變得良好，且第1半導體層30之作為半導體之性能提高，故而內部量子效率IQE改善程度提高。此處，緩衝層33可配置為使凹凸結構20為平坦化，但由於緩衝層33之成長速度較慢，故自縮短半導體發光元件300之製造時間之觀點而言，較佳為藉由設於緩衝層33上之非摻雜第1半導體層31而使凹凸結構20平坦化。藉由將非摻雜第1半導體層31設為
使凹凸結構20為平坦化，而可使非摻雜第1半導體層31之作為半導體之性能反映至摻雜第1半導體層32、發光半導體層40及第2半導體層50，故而內部量子效率IQE提高。再者，於圖4中，緩衝層33係以覆蓋凹凸結構20之表面之方式配置，但亦可局部設於凹凸結構20之表面。尤其，可優先於凹凸結構20之凹部底部或凹凸結構20之凸部20a之側面部設置緩衝層33。
圖2~圖4所示之半導體發光元件100、200、及300係應用於雙異質結構之半導體發光元件之例，但第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50之積層結構並不限定於此。
如圖5所示，於半導體發光元件400，可分別於第2半導體層50上設置透明導電層60，於透明導電層60之表面設置陽極電極70，且於第1半導體層30之表面設置陰極電極80。透明導電層60、陽極電極70及陰極電極80之配置可藉由半導體發光元件而適當地最佳化故並無限定，但一般而言係如圖5所例示般設置。
圖2~圖5所示之半導體發光元件100、200、300、及400中使用之光學基板PP10具備由凸部20a及凹部20b構成之凹凸結構20，且構成凹凸結構20之凸部20a及凹部20b係如參照圖1所說明般描繪花樣X。
藉由使用光學基板PP10而製造半導體發光元件，可獲得以下所示之3個效果。
藉由凹凸結構20，可打亂第1半導體層30之成長模式。藉此，可使因第1半導體層30與光學基板PP10之晶格失配所產生之錯位於作為實體存在之凹凸結構20附近消失。尤其，花樣X係藉由凹凸結構20之集合描繪而成者，並不作為實體存在，故於光學基板PP10之面內，可使錯位分散化而減少錯位密度。進而，花樣X並不作為實體存在，故可抑制伴隨第1半導體層30之成長之龜裂產生。根據以上說明，認為
內部量子效率IQE提高。
可光學地觀察到花樣X，係指雖然花樣X並不作為實體存在，但發光光以宛如與花樣X相應之圖案存在之方式動作。因此，發光光實現光學散射性(光繞射或光散射)。半導體發光元件、尤其係LED元件中，為提高光提取效率LEE而正使用具備微等級之凹凸結構之藍寶石基板(PSS：Patterned Sapphire Substrate)，但對於微等級之凹凸結構而成膜第1半導體層30之情形時，存在凹凸結構之凸部頂部附近於第1半導體層30容易產生龜裂之問題。於本實施形態中，藉由花樣X而改善光提取效率LEE。此處，花樣X係藉由凹凸結構20之集合描繪而成者，其並非實體。即，構成觀察到之花樣X之第1區域Xa之大小或間隔即便為微等級，立體方向上亦不會有微等級之結構。因此，可抑制第1半導體層30內產生之龜裂。即，可抑制產生於第1半導體層30之龜裂，且可藉由花樣X打破半導體晶體層(第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50)內部形成之發光光之波導模式。該點意味著，改變因波導模式而僅可於特定之行進方向行進之發光光之行進方向。即，發光光藉由花樣X而向半導體發光元件外部被提取。
以上，同時滿足(1)及(2)之效果。即，可提高發光效率本身，且可將發光光有效地向半導體發光元件外部提取。因此，使用本實施形態之光學基板PP10製造之半導體發光元件100、200、300、及400之發熱量變小。發熱量變小，不僅意味著半導體發光元件之長期穩定性提高，且意味著可減輕散熱對策之負荷(例如，設置過大散熱部材)。
進而，提高光提取效率LEE之機制係藉由凹凸結構20之集合描繪而成之花樣X帶來之光學散射性(光繞射或光散射)，該點意味著可減少製造光學基板PP10之時間(成本)。半導體發光元件、尤其係LED元
件中，為提高光提取效率LEE而正使用有PSS，但存在為了製造微等級之凹凸結構而需要非常長之時間之問題。本發明之光學基板PP10係藉由凹凸結構20之集合描繪花樣X且被觀察到。即，即便花樣X具有微等級之間隔或大小之情形時，立體方向亦不會存在同樣等級之大小(結構)。因此，可減少製造光學基板PP10之成本。又，亦意味著可減少成膜之半導體晶體量。於LED製造中，作為半導體晶體層成膜步驟之(MO)CVD步驟係經限速，產量下降，且材料成本提昇。可減少半導體晶體量，意味著提高(MO)CVD步驟之產量性且減少使用材料，故而於製造上為重要要件。
再者，於使用上述圖2~圖5之說明中，係以光學基板PP為基板本體進行說明，但如上業已說明般，可以於第1半導體層30與發光半導體層40、發光半導體層40與第2半導體層50、第2半導體層50與透明導電層60、透明導電層60與陽極電極70、或者第1半導體層30與陰極電極80之間(界面)設置凹凸結構20之方式適當地選擇基板本體。又，除了上述圖2~圖5中例示者以外，亦可採用以下之<<光學基板D>>、<<光學基板PC>>、或<<半導體發光元件>>中所記載者。
即，本實施形態之光學基板PP10之基板本體可如上述說明般於半導體發光元件之界面位置應用凹凸結構20，故只要可作為半導體發光元件用基板使用則並無特別限制。例如，可使用藍寶石、碳化矽、氮化矽、氮化鎵、銅鎢合金(W-Cu)、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、磷化鎵、鎵砷等之基板。其中，自與半導體晶體層之晶格匹配之觀點而言，較佳應用藍寶石、氮化鎵、磷化鎵、鎵砷、碳化矽基板、尖晶石基板等。進而，可以單體使用，亦可為於使用該等之基板
本體上設置其他基板之異質結構之基板。
作為第1半導體層30或n型半導體層，只要可作為適用於LED之n型半導體層使用，則並無特別限制。例如可應用於矽、鍺等之元素半導體、III-V族、II-VI族、VI-VI族等之化合物半導體等中適當地摻雜有各種元素而成者。又，n型半導體層、p型半導體層上可適當地設置未圖示之n型包覆層、p型包覆層。
作為發光半導體層40，只要作為LED而具有發光特性，則並無特別限定。例如，作為發光半導體層40可應用AsP、GaP、AlGaAs、AlGaAsInGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等之半導體層。又，發光半導體層40中意爾康適當地根據特性而摻雜各種元素。
又，第2半導體層50或p型半導體層之材質只要可作為適於LED之p型半導體層使用，則並無特別限制。例如，可應用於矽、鍺等之元素半導體、及III-V族、II-VI族、VI-VI族等之化合物半導體中適當地摻雜各種元素而成者。
該等積層半導體層(n型半導體層、發光半導體層40、及p型半導體層)可藉由周知之技術而製膜。例如，作為製膜方法，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。
透明導電層之材質只要可作為適於LED之透明導電層使用，則並無特別限制。例如，可應用Ni/Au電極等之金屬薄膜、ITO、ZnO、In2
O3
、SnO2
、IZO、IGZO等之導電性氧化物膜等。尤其係自透明性、導電性之觀點而言較佳為ITO。
進而，於圖5所示之半導體發光元件400中，係於光學基板PP10與第1半導體層30之間設置凹凸結構20，但如圖6所示，可進而設置其他凹凸結構。如圖6所示，作為另外設置之凹凸結構可列舉以下者。
．設於光學基板PP10之與發光半導體層40為相反側之面上之凹
凸結構501
．設於第2半導體層50與透明導電層60之間之凹凸結構502
．設於透明導電層60表面之凹凸結構503
．設於透明導電層60與陽極電極70之間之凹凸結構504
．設於第1半導體層30與陰極電極80之間之凹凸結構505
．設於陽極電極70之表面之凹凸結構506
．設於陰極電極80之表面之凹凸結構507
．設於第1半導體層30、發光半導體層40、第2半導體層50及光學基板PP10之側面之凹凸結構508
除了設置光學基板PP10之凹凸結構20以外，進而設置凹凸結構501~508之至少任一者之凹凸結構，藉此，可表現出以下說明之與各凹凸結構501~508相應之效果。
藉由設置凹凸結構501，可抑制光學基板PP10之背面(與凹凸結構20為相反側之面)之全反射，故光提取效率LEE進一步提高。即，藉由光學基板PP10之凹凸結構20提高內部量子效率IQE而有效地發光之發光光可更有效地向半導體發光元件500之外部提取。進而，亦可減少半導體發光元件500之翹曲。由此，於使用本實施形態之光學基板PP10之半導體發光元件500中，較佳為進而設置凹凸結構501。凹凸結構501之複數之凸部之間隔較佳為1μm以上且500μm以下。藉此，表現出光提取效率LEE與翹曲之減少之效果。根據同樣之效果，尤佳為5μm以上且100μm以下，最佳為5μm以上且50μm以下。
藉由設置凹凸結構502，可提高歐姆接觸性，且提高光提取效率LEE，故外部量子效率EQE大幅改善。進而，透明導電層60中之電子之擴散性提高，故可增大半導體發光元件晶片之大小。該凹凸結構502必然變成奈米級之高密度之凹凸結構。自該觀點而言，為了進一步提高光提取效率LEE，凹凸結構502較佳為凹凸結構PP、以下說明
之凹凸結構D、或凹凸結構PC中之任一者。
藉由設置凹凸結構503，可抑制透明導電層60之全反射，故而光提取效率LEE進一步提高。尤其係，由於透明導電層60與其外部(主要為密封材)之折射率不同之傾向較強，故藉由凹凸結構503打亂波導模式，而可有效地改善外部量子效率EQE。由此，於使用本實施形態之光學基板PP10之半導體發光元件500中，較佳為進而設置凹凸結構503。該凹凸結構503必然變成奈米級之高密度之凹凸結構。自該觀點而言，為了進一步提高光提取效率LEE，凹凸結構503較佳為凹凸結構PP、以下說明之凹凸結構D、或凹凸結構PC中之任一者。
藉由設置凹凸結構504，可減少歐姆電阻，提高歐姆接觸性，故可改善電子注入效率EIE，且可提高外部量子效率EQE。外部量子效率EQE係由電子注入效率EIE、內部量子效率IQE、及光提取效率LEE之積而決定。藉由使用本發明之光學基板PP10，而提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE之雙方。由此，於使用本實施形態之光學基板PP10之半導體發光元件500中，較佳為進而設置凹凸結構504。該凹凸結構504必然變成奈米級之高密度之凹凸結構。自該觀點而言，為了進一步提高光提取效率LEE，凹凸結構504較佳為凹凸結構PP、以下說明之凹凸結構D、或凹凸結構PC中之任一者。
藉由設置凹凸結構505，第1半導體層30與陰極電極80之接觸面積變大，故可抑制陰極電極80之剝離。
藉由設置凹凸結構506，連接於陽極電極70之配線之固定強度提高，故可抑制剝離。
藉由設置凹凸結構507，設於陰極電極80之表面之配線之固定強度提高，故可抑制剝離。
藉由設置凹凸結構508，可增加自第1半導體層30、發光半導體層40、第2半導體層50及光學基板PP10之側面出光之發光光量，故可
減少因波導模式而衰減消失之發光光比例。因此，可提高光提取效率LEE，且可增大外部量子效率EQE。
如以上所說明般，藉由使用本實施形態之光學基板PP10，可提高半導體發光元件500之內部量子效率IQE及光提取效率LEE。進而，藉由進而設置上述說明之凹凸結構501~508之至少一個凹凸結構，而可表現出凹凸結構501~508之效果。尤其係、自進一步提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為至少設置凹凸結構501、凹凸結構503、或凹凸結構504之任一者。又，自亦提高電子注入效率EIE之觀點而言，較佳為設置凹凸結構504。最佳為如下情形，即，形成設有凹凸結構503及凹凸結構504之半導體發光元件500，且凹凸結構503及凹凸結構504為凹凸結構PP、以下說明之凹凸結構D、或以下說明之凹凸結構PC中之任一者。藉此，可於使透明導電層60之膜厚變薄、且良好地保持其電氣特性之狀態下，進一步提高光提取效率LEE，因此可實現較高之外部量子效率EQE。又，將半導體發光元件之更佳之狀態記載於以下之<<半導體發光元件>>。
又，可自上述圖2~圖4中例示之半導體發光元件100、200、300之、第2半導體層50之露出之表面上形成電極且該電極之露出之表面上配置有支撐基材的中間體除去光學基板PP10。光學基板PP10之除去可藉由雷射剝離、以光學基板PP10之全溶解或部分溶解為代表之化學剝離而達成。尤其係，於採用矽(Si)基板作為光學基板PP10之情形時，自凹凸結構20之精度及第1半導體層30之性能劣化之觀點而言較佳為溶解除去。另一方面，於雷射剝離之情形時，當光學基板PP10有凹凸結構時，除去光學基板PP10時，存在剝離性下降之問題。因該剝離性之下降，存在應設於第1半導體層30之露出之表面之凹凸結構20之精度下降，而產生較大分佈之問題。然而，於使用光學基板PP10之情形時，作為實體之凹凸結構20為高密度之凹凸結構，故雷射剝離之
剝離性提高。藉由以此方式除去光學基板PP10，可於維持內部量子效率IQE之改善之狀態下，進一步提高光提取效率LEE。原因在於光學基板PP10與第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50之折射率之差較大所致。藉由除去光學基板PP10，可獲得以第1半導體層30為出光面之發光半導體元件。該情形時，發光光係經由本發明之凹凸結構20及花樣X而出光。尤其係，由於花樣X係藉由凹凸結構20描繪而構成，故第1半導體層30與周圍環境(例如密封材)之間之折射率之梯度變得平緩，且可表現出花樣X之光學散射性，故可進一步提高光提取效率LEE。
參照圖式對本實施形態之光學基板PP10之花樣X及凹凸結構20進行說明。圖7係本實施形態之光學基板PP之剖面模式圖，圖7A表示光學基板PP10之其中一面具備凹凸結構20之情形，圖7B表示光學基板PP10之兩面具備凹凸結構20之情形。即，如圖7A所示，凹凸結構20只要設於光學基板PP10之至少一方便可，藉由該凹凸結構20描繪花樣X並被觀察到。又，如圖7B所示，凹凸結構20亦可設於光學基板PP10之兩面。該情形時，只要藉由至少一方之凹凸結構20描繪花樣X且被觀察到便可。
花樣X推測係因構成凹凸結構20之要素之差異而描繪。此處所謂要素係指形成凹凸結構20之凸部20a或凹部20b之高度、間隔、凸部底部之直徑、或凹部開口部之直徑等，詳細內容於下文敍述。凹凸結構20係如上述般實現減少第1半導體層30內之錯位之效果，故為奈米級之高密度之結構。於光入射至凹凸結構之情形時，光之波長相比於凹凸結構變得越大，則利用光觀察到的凹凸結構越平均化。再者，所謂奈米級係指凹凸結構20之平均間距為10nm以上1500nm以下者。此處，對於光之介質係根據物質之折射率而定義。即，利用光觀察時凹
凸結構平均化，係指形成構成凹凸結構之物質之折射率與包圍凹凸結構周圍之環境(例如，第1半導體層30或空氣)之折射率之有效折射率Nema。此處，於構成凹凸結構20之凸部20a或凹部20b之要素均等而無差異之情形時，於與光學基板PP10之主面平行之面內形成均等的有效折射率Nema。換言之，有效折射率Nema並不於光學基板PP10之面內分佈，故光以宛如存在具有有效折射率Nema之單層膜之方式動作。即，花樣X並未被描繪，換言之光學基板PP10之主面觀察到單色。另一方面，於構成凹凸結構20之凸部20a或凹部20b之要素有差異之情形時，上述有效折射率Nema係於與光學基板PP10之主面平行之面內形成有效折射率Nema之分佈。換言之，有效折射率Nema於光學基板PP10之面內有分佈，故光係以宛如存在與有效折射率Nema之分佈相應之圖案(花樣)之方式動作，故實現光學散射性(光繞射或光散射)，即描繪出花樣X。
花樣X係於使用光學顯微鏡觀察時以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率可觀察到之花樣，尤其係作為明暗差而可識別。於使用光學顯微鏡逐漸增大觀察倍率而觀察光學基板PP10之主面之情形時，先以倍率A(10≦A≦5000)而可識別花樣X，於進而使倍率A放大為高倍率之倍率B之情形時，存在觀察像過大、或區域Xa與區域Xb之界面之清晰度極度下降而無法辨識花樣X的狀態，故使用光學顯微鏡觀察時，只要以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察花樣X便可。藉由以此方式於10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察花樣X，而可表現上述說明之光學散射性，且可於維持內部量子效率IQE之提高之狀態下改善光提取效率LEE。
再者，根據光學顯微鏡之倍率不同花樣X被觀察到之像亦可不同。即，例如於以倍率H(10≦H≦5000)進行觀察時，係觀察到具有不規則間隔且相互大體平行之線狀之光學花樣，進而放大倍率而以倍率
I(10≦H<I≦5000)進行觀察時，於該線狀之花樣中觀察到圓形狀之光學花樣，進而放大倍率而以倍率J(10≦H<I<J≦5000)進行觀察時，則僅能觀察到該圓形狀之花樣。無論於低倍率下還是於高倍率下均觀察到花樣X，且彼等花樣X不同，藉此光學散射性之效果變得更強，更具體而言，對於光學散射之模式數增加，故光提取效率LEE之改善程度提高。
此處，考慮使用光學顯微鏡時之觀察倍率。規定光學顯微鏡之觀察倍率，意味著限制可觀察之花樣X之大小。此處，花樣X係具有等級大於作為實體存在之凹凸結構且可藉由光辨識之圖案。即，決定對光之作用、具體而言決定光學散射性(光繞射或光散射)之程度之一個因素為花樣X之大小。由此，推測光學顯微鏡之觀察倍率有較佳範圍。
首先，藉由光學計算考慮光學顯微鏡之倍率之較佳範圍。即，計算用於相對於自半導體發光元件發出之發光光而有效地表現出光學散射性之花樣X之大小，並計算可觀察到此時之花樣X之大小的光學顯微鏡之倍率。再者，計算係使用有效折射率Nema，模擬地形成特定之平面內有折射率分佈之狀態而進行。結果，可知藉由將倍率之範圍設為10倍~1500倍，而將可觀察之光學花樣之大小限制於特定範圍內，有效地實現光學散射性。根據以上說明，較佳為以10倍~1500倍之任一者之倍率觀察花樣X。
對藉由光學顯微鏡觀察之花樣X表現之光學散射性進行更詳細之研討。研討係自10倍起逐漸增大光學顯微鏡之倍率，並記錄觀察到花樣X時之倍率。另一方面，根據霧度測定光學散射性。結果，以先觀察到花樣X之倍率即10倍為界，觀察有花樣X時與無花樣X時之霧度值之差，確認與上述計算結果大體一致。進而以500倍為界，可知霧度值顯示變大。該點意味著利用光觀察時之花樣X之光學散射性(光繞射
或光散射)變大。據此，於使用光學顯微鏡進行觀察時，更佳為以500倍~1500倍之任一者之倍率觀察花樣X。
另一方面，亦進行上限值之研討。上限值之研討係與下限值之研討相反，逐漸提高光學顯微鏡之觀察倍率，並記錄花樣X過度放大、或區域Xa與區域Xb之界面之清晰度極度下降而無法作為花樣X辨識時之倍率。又，與下限值同樣地，獲得與霧度之對應。結果，以最高倍率5000倍為界觀察到霧度之減少。該點意味著花樣X之大小過大。更具體而言，於利用光觀察到之花樣X過大之情形時，光相比其波長而充分變大，感知到能辨識為平面之花樣X。即，花樣X之圖案之光學散射性下降，產生各花樣(Xa，Xb)之反射。根據以上說明，最佳為以500倍~5000倍之任一者之倍率觀察花樣X。
再者，更佳為於觀察倍率之更佳範圍內如上述說明般觀察因倍率不同而不同之花樣X。
花樣X係作為光學顯微鏡像之明暗差而被觀察到，可將有明暗差之一方之(例如，亮)部位識別為第1區域Xa、將另一方之(例如，暗)部位識別為第2區域Xb。再者，於以下之說明中，列舉凹凸結構20由複數之凸部20a、及將彼等之間相連之凹部20b構成之情形為例進行說明。
此處，所謂「明暗差」，係指關注對象與其以外者可區別之視覺特徵之差，尤其係於圖像中，係指最暗之部分、與最亮之部分之亮度之差。於現實世界之視覺中係指相同視野內之色或亮度之差。例如，亮之第1區域Xa觀察為水色，暗之第2區域Xb觀察為深藍色，或者亮之第1區域Xa觀察為淺桃色，暗之第2區域Xb觀察為深桃色。
圖8~圖10係表示自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣的說明圖。圖8A~圖8D係表示自凹凸結構面側使用光學顯微鏡觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之花樣X的說明
圖。如圖8A~圖8D所示，自凹凸結構20面側使用光學顯微鏡觀察光學基板PP10時觀察到花樣X。花樣X可如圖8A及圖8B所示般觀察到配置成大體相同平面形狀之第1區域Xa週期性配置，亦可如圖8C所示般觀察到大體相同平面形狀之第1區域Xa規則性低地配置，還可如圖8D所示般觀察到配置有平面形狀差異較大之第1區域Xa。
於光學基板PP10之主面10a上，使用掃描式電子顯微鏡進行觀察時，遍及整個面而形成有複數之凸部20a或凹部20b，因此，較佳為自第1區域Xa至第2區域Xb之間連續形成有複數之凸部20a或凹部20b。圖9及圖10係表示自凹凸結構面側使用光學顯微鏡觀察本實施形態之光學基板PP時之花樣、與使用掃描式電子顯微鏡觀察時之凹凸結構之關係的說明圖。如圖9所示，於花樣X中，第1區域Xa之區域內、第2區域Xb之區域內均形成有複數之凸部20a。進而，如圖10所示，於第1區域Xa與第2區域Xb之間實際上不存在界面，而是排列構成凹凸結構20之凸部20a。
再者，於上述說明中，花樣X係利用明暗差而被觀察到，且以亮部位之第1區域Xa、與暗部位之第2區域Xb進行表現，但花樣X亦可作為以3種以上之亮度、即色或亮度不同之部位形成之花樣而被觀察到。
又，第1區域Xa與第2區域Xb之界面可作為色或亮度之變化而清晰地被觀察到，亦可為色或亮度連續地變化。尤其係，自抑制產生於第1半導體層30內之龜裂、且進一步提高內部量子效率IQE的觀點而言，第1區域Xa與第2區域Xb之界面較佳為色或亮度連續地變化而被觀察到。
圖11係表示本實施形態之光學基板PP之剖面模式圖。其次，參照圖11A~圖11C，更詳細地說明花樣X與凹凸結構20之關係。圖11A~圖11C係使用掃描式電子顯微鏡而自剖面觀察本實施形態之光學基
板PP時之剖面模式圖。再者，花樣X係自光學基板PP10之凹凸結構面側觀察到者，於對光學基板PP10之剖面進行光學顯微鏡觀察之情形時，亦可未觀察到明確的花樣X。圖11A係表示構成凹凸結構20之複數之凸部20a之相互鄰接之距離P'(以下稱為間距P')逐漸變化之狀態。該情形時，於使用光學顯微鏡而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，可對應於間距P'之變化之週期而觀察花樣X。
圖11B係表示構成凹凸結構20之複數之凸部20a之高度H逐漸變化之狀態。該情形時，於使用光學顯微鏡而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，可對應於高度H之變化之週期而觀察花樣X。
圖11C係表示構成凹凸結構20之複數之凸部20a之間距P'及高度H逐漸變化之狀態。該情形時，於使用光學顯微鏡而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，可對應於間距P'及高度H之變化之週期而觀察花樣X。
如以上所說明般，推測花樣X並非作為實體存在之結構，因如間距P'或高度H之凹凸結構20中之凸部20a或凹部20b之要素之差異，使得凹凸結構20之有效折射率Nema產生變化，而描繪於光學基板PP10之主面10a。即，於第1區域Xa，構成凸部20a或凹部20b之要素相同或近似，且該要素與構成第2區域Xb之要素不同者形成群。將該群稱為「凹凸結構群」或「凹凸結構之集合」。該凹凸結構群(凹凸結構之集合)於平面上係作為花樣X被觀察到。
再者，凹凸結構群(凹凸結構之集合)存在被凹部20b隔開之凸部20a有2個以上之情形。又，第1區域Xa與第2區域Xb鄰接之一方之第1區域Xa之中心部之凸部20a與另一方之第1區域Xa之中心部之凸部20a之間，只要凹凸結構20之凸部20a為1個以上便可描繪。換言之，凸部20a為3個以上且構成至少一個凸部20a之要素與其他凸部20a之要素不同之情形時，便可描繪第1區域Xa與第2區域Xb。如以上般，花樣X係
對應於凹凸結構20之有效折射率Nema之變化而於光學顯微鏡觀察時被觀察到的花樣，故花樣X之第1區域Xa之間隔大於凹凸結構20之間距P'。
進而，構成凸部20a之要素可為第1區域Xa、第2區域Xb、第1區域Xa地連續變化，形成第1區域Xa之凸部20a之相同或近似之要素、與形成第2區域Xb之凸部20a之相同或近似之要素亦可離散地不同。採用構成凸部20a之要素連續變化或離散變化之哪一者，可根據半導體發光元件要求之性能而適當地判斷。例如，於提高內部量子效率IQE時特別加入權重，而添加光提取效率LEE作為外部量子效率EQE提高之補充要素之情形時，構成凸部20a之要素較佳為連續變化。原因在於，抑制對半導體發光元件之半導體晶體層之成長施加過剩應力。另一方面，於提高光提取效率LEE時特別加入權重，而添加內部量子效率IQE作為外部量子效率EQE提高之補充要素之情形時，構成凸部20a之要素較佳為離散地變化。原因在於，可提高發光光之可辨識之花樣X之界面、即區域Xa與區域Xb之界面之清晰度，增強光學散射性。
如上述所說明般，推測花樣X係因構成凹凸結構20之要素之差異而描繪，且於自凹凸結構面側觀察光學基板PP10時被觀察到者。藉由使用此種光學基板PP10，半導體發光元件之內部量子效率IQE及光提取效率LEE均提高之理由為如以下所示。首先，凹凸結構20係藉由複數之凸部20a構成，藉此可打亂半導體晶體層之成長模式。藉此，使第1半導體層30內部之錯位微觀地(使構成凹凸結構20之凸部20a一個一個地微小等級)分散化。進而，花樣X並非作為實體存在之結構，換言之構成觀察到之花樣X之第1區域Xa之大小或間隔並不反映至光學基板PP10之立體方向(厚度方向)，故實現3個效果。
(1)宏觀上亦可確保凹凸結構20帶來之第1半導體層30內之錯位之
分散性。即，可使設於光學基板PP10上之第1半導體層30之錯位密度於面內變低。因此，設於第1半導體層30上之發光半導體層40之發光特性提高，內部量子效率IQE提高。原因在於，花樣X並非作為實體存在之結構，而是藉由上述凹凸結構20之集合利用光觀察時宛如存在般被觀察到。更具體而言，花樣X之大小或間隔於光學基板PP10之膜厚方向亦存在之情形時，即花樣X作為實體存在之情形時，第1半導體層30之成長於花樣X中係自第1區域Xa或第2區域Xb優先產生。該情形時，與產生於第1半導體層30內部之錯位密度相比，光學基板PP10之主面內之花樣X之密度變小。即，光學基板PP10之面內之、第1半導體層30之錯位分散性之效果下降。換言之，於關注光學基板PP10之面內之情形時，半導體晶體層之錯位密度大之區域與錯位密度小之區域混合存在。另一方面，於本發明中，花樣X並非作為實體存在，而是由上述凹凸結構20之集合被光學地觀察到的二維的平面像。該情形時，第1半導體層30之成長於花樣X內大體均等地產生。由此，第1半導體層30可以作為實體存在之凹凸結構20之密度成長，故光學基板PP10之面內之、第1半導體層30之錯位分散性提高。換言之，於關注光學基板PP10之面內之情形時，半導體晶體層之錯位密度大體均等地變小。即，可有效地改善內部量子效率IQE。
(2)花樣X係由凹凸結構20之集合而被光學地觀察到之二維的平面像，故可抑制產生於第1半導體層30成長時之龜裂，且可減少第1半導體層之使用量，且可縮短第1半導體層30之成膜時間。更具體而言，於構成觀察到之花樣X之第1區域Xa之大小或間隔於光學基板PP10之膜厚方向亦存在之三維結構體之情形時，即花樣X作為實體存在之情形時，必須藉由第1半導體層30使花樣X平坦化。此處，藉由第1半導體層30使花樣X平坦化時，於花樣X之頂部附近，第1半導體層30之晶體成長方向急劇變化。因此，花樣X之頂部附近之第1半導體層30產
生應力集中。即，凹凸結構20係作為實體存在之結構、且花樣X係光可辨識之花樣之平面的圖案，藉此可抑制第1半導體層30內之龜裂之類的微小缺陷，且獲得凹凸結構20之錯位分散化帶來的內部量子效率IQE之效果。
(3)最後，花樣X係被光學地觀察之花樣，換言之，半導體發光元件之發光光係以與花樣X相應之圖案宛如存在之方式進行動作。由此，於第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50內部進行波導之發光光其行進方向被打亂，故波導模式被打亂，而光提取效率LEE提高。更具體而言，觀察到之花樣X之、第1區域Xa與第2區域Xb中，利用半導體發光元件之發光光觀察時折射率不同。而且，第1區域Xa係被第2區域Xb隔開地配置。即，花樣X並非作為實體存在之結構，利用半導體發光元件之發光光觀察時，可辨識折射率不同之花樣X，故可打亂波導模式。根據以上說明，可不妨礙半導體發光元件之製造，且實現環境相容性，並且可同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
即，製造半導體發光元件時，藉由作為實體存在之高密度之凹凸結構20，表現出內部量子效率IQE之改善、半導體晶體層之龜裂產生之減少、及半導體晶體層使用量之減少之效果。而且，使用半導體發光元件時，藉由利用發光光觀察到、即並非作為實體存在之花樣X，而改善光提取效率LEE。雖重複說明，於使用未描繪花樣X之高密度之凹凸結構之情形時，雖表現出製造上述半導體發光元件時之效果，但使用時之效果之表現程度受到限制。相反，於使用光學散射性較大之體積變化較大之凹凸結構之情形時，雖表現出使用上述半導體發光元件時之效果，但製造時之效果之程度受到限制。換言之，本實施形態之光學基板PP10可將半導體發光元件製造時表現之功能、與使用半導體發光元件時表現之功能，藉由作為實體之凹凸結構、與可利
用光辨識之等級大於作為實體之凹凸結構之花樣X而進行功能分離。藉此，可實現先前難以同時實現之高密度之凹凸結構帶來之較強光學散射性，而可同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
如上述說明般藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X係藉由利用掃描式電子顯微鏡觀察到之複數之凹凸結構20之集合、換言之藉由構成複數之凸部20a之要素之差異，而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10時被觀察到者。此處，根據上述說明之原理，自提高內部量子效率IQE且提高光提取效率LEE之觀點而言，花樣X較佳為可藉由利用可見光之光學觀察觀察到。可光學地觀察到花樣X，係指於花樣X並非實體之結構之情形時，若利用光觀察則存在不同之介質。對於光而言之物質係根據折射率進行定義、尤其係根據折射率之平均化作用(有效介質近似作用)進行說明者。光學觀察可藉由光學顯微鏡進行。例如，對本發明之光學基板PP10之光學觀察可利用以下之裝置及條件。
裝置A：股份有限公司KEYENCE公司製 超深度彩色3D形狀測定顯微鏡VK-9500
顯微鏡透鏡：股份有限公司尼康公司製
條件：10×/0.30(WD.16.5)
20×/0.46(WD.3.1)
50×/0.95(WD.0.35)
150×/0.95(WD.0.2)
裝置B：股份有限公司HIROX公司製 KH-3000VD
物鏡：OL-700
觀察倍率：~5000倍
再者，光學觀察更佳使用裝置B。原因在於，抑制因由凹凸結構
20產生之光繞射或光散射所致之雜訊使得觀察到之花樣X之清晰度下降的效果較大。即，與使用裝置A觀察到之像相比，使用裝置B觀察到之像之清晰度較高。
其次，對藉由光學觀察而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10時觀察到之花樣X之面內之配置(花樣)、清晰度、輪廓之形狀、大小、及間隔進行說明。
使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X之配置(花樣)，自提高光提取效率LEE之觀點而言，只要為表現光學散射性之配置則並無限定。因此，第1區域Xa被第2區域Xb隔開地配置，且花樣X之間隔大於凹凸結構20之間距P'。即，第1區域Xa因第2區域Xb而空開比凹凸結構20之間距P'大之間隔而相隔，藉此等同於利用發光光觀察時，折射率不同之介質離散地配置。此處，光之折射率係等同於改變其行進方向之物質。由此，光學地觀察到之花樣X中，第1區域Xa被第2區域Xb隔開地配置，藉此表現光學散射性。此處，所謂光學散射性係指光繞射或光散射。作為更具體之第1區域(或者第2區域)之排列，可採用例如複數之線狀花樣並排之排列、即線與間隙排列、六方排列、準六方排列、準四方排列、四方排列、或該等排列組合而成之排列、或規則性低之排列等。再者，所謂準六方排列，係定義為六方排列之晶格間隔(相互鄰接之第1區域Xa之距離)之變形量為30%以下者，所謂準四方排列係定義為四方排列之晶格間隔(第1區域Xa之距離)之變形量為30%以下者。又，例如所謂包含六方排列與四方排列之情形，可列舉四方排列中觀察到之部分與六方排列中觀察到之部分處於分散存在之狀態、包含四方排列與六方排列且自四方排列向六方排列逐漸變化並自六方排列向四方排列逐漸返回之排列等。
所謂上述線與間隙排列，包含例如複數之線狀花樣相互平行地並排之排列、複數之線狀花樣相互大體平行地(平行度≦10%)並排之排列、複數之線狀花樣相互平行地並排且各線狀花樣彼此之距離固定之排列、複數之線狀花樣相互平行地並排且各線狀花樣彼此之距離不規則之排列、複數之線狀花樣相互大體平行(平行度≦10%)地並排且各線狀花樣彼此之距離固定之排列、複數之線狀花樣相互大體平行(平行度≦10%)地並排且各線狀花樣彼此之距離不規則的排列。
此處，如業已說明般，使用光學顯微鏡進行觀察時，因觀察倍率不同而觀察到之花樣X不同，藉此光學散射性更強，光提取效率LEE進一步提高。例如，因倍率不同而觀察到兩種花樣X之情形時，記載為(低倍率觀察到之花樣X/高倍率觀察到之花樣X)時，作為其組合，可列舉(線與間隙排列/六方排列)、(線與間隙排列/四方排列)、(六方排列/四方排列)、(四方排列/六方排列)、(隨機斑點花樣/六方排列)、(隨機斑點花樣/四方排列)、或(隨機斑點花樣/線與間隙排列)等。其中，較佳為(線與間隙排列、或者隨機斑點花樣/六方排列、或者四方排列)之組合，形成高倍率觀察到之花樣X之凹凸結構20帶來之內部量子效率IQE提高之效果增大，且低倍率觀察到之花樣X帶來之光提取效率LEE提高之效果變得更高。尤其係，低倍率觀察到之花樣X之規則性越低、且越隨機，則光學散射性越增加，故而較佳。又，高倍率觀察到之花樣X之規則性越高，凹凸結構20之要素之差異之規則性越提高，內部量子效率IQE越提高，故而較佳。再者，低倍率與高倍率之間之倍率中，最佳為可同時觀察到低倍率觀察到之花樣X與高倍率觀察到之花樣X者。再者，上述例中，例示有低倍率與高倍率下觀察到不同像之情形，即觀察到兩種像之情形，但亦可觀察到三種以上因各倍率而不同之像。又，因倍率不同而觀察到之花樣X不同，藉此可減小發光角度依存性。因此，可接近更容易適於工業用途之朗
伯發光特性。
例如，可列舉如圖8A~圖8D所示之排列。於圖8A~圖8C中，模式地且清晰地將由光學顯微鏡觀察到之花樣X中作為亮部位之第1區域Xa之輪廓形狀描繪為圓形，但第1區域Xa之輪廓形狀、界面之清晰度並不限定於此，而是包含以下說明之輪廓形狀、界面之清晰度。進而，於圖8A~8C中，係將第1區域Xa表現為單一之輪廓形狀，但如圖8D所示亦可包含複數之輪廓形狀之第1區域Xa。又，於圖8A~圖8D中，第1區域Xa與第2區域Xb之界面清晰度亦單一地描繪，但亦包含複數之清晰度。
圖8A係表示第1區域Xa作為六方排列之花樣被觀察到之狀態，圖8B係表示第1區域Xa作為四方排列之花樣被觀察到之情形，圖8C係作為第1區域Xa規則性較低之花樣被觀察到之情形。又，圖8D係表示第1區域Xa具有複數之輪廓形狀之花樣被觀察到規則性低地排列之情形。再者，於圖8A~圖8D中，將第1區域Xa以外之部分之暗部位表述為第2區域Xb，但亦可與此相反地，將亮部位設為第2區域Xb、將暗部位設為第1區域Xa。該等第1區域Xa及第2區域Xb分別係由凹凸結構20之集合而構成。
其中，自增強光學散射性、進一步提高光提取效率LEE之觀點而言，花樣X較佳為於光學基板PP10之面內方向作為六方排列、四方排列、線與間隙排列、或晶格排列被觀察到。再者，所謂線與間隙排列係指作為亮部位之第1區域Xa與作為暗部位之第2區域Xb相互平行地交錯排列之狀態。再者，線與間隙排列中之平行係指平行度為0%以上10%以下之範圍。再者，本說明書中之平行度係定義為0%之情形時在幾何學上完全平行之情形。
參照圖12~圖16對本實施形態之光學基板PP中觀察到之花樣X之
輪廓之清晰度進行說明。圖12係表示使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP時之花樣X的平面模式圖。將圖12中之線段YY'與第1區域Xa之交點設為a，b，c，d，e，f。圖13~圖16係以橫軸為線段YY'、縱軸為使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察圖12所示之光學基板PP時之花樣X之明暗的曲線。
如圖13所示，於使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，構成觀察到之花樣X之第1區域Xa及第2區域Xb為大體固定之色調，第1區域Xa與第2區域Xb之界面可利用急劇之明暗變化而觀察到花樣X。即，構成觀察到之花樣之第1區域Xa與第2區域Xb之界面可被清晰地觀察到。該情形時，形成第1區域Xa之凸部20a之相同或近似之要素、及形成第2區域Xb之凸部20a之相同或近似之要素為離散地不同。該情形時，利用發光光觀察之第1區域Xa與第2區域Xb之界面變得清晰，故光學散射性之強度提高，光提取效率LEE尤其提高。
如圖14所示，於使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，構成觀察到之花樣X之第2區域Xb為大體固定之色調，觀察到自第2區域Xb向第1區域Xa而明暗逐漸變化。該情形時，形成第2區域Xb之凸部20a之要素相同或近似。另一方面，形成第1區域Xa之凸部20a之要素連續地變化。該情形時，利用發光光觀察之第1區域Xa與第2區域Xb之界面之清晰度提高，且花樣X之色調可自第1區域Xa朝向第2區域Xb而連續地變化。藉此，光學散射性之模式數(modal numbers)提高，光提取效率LEE尤其提高。進而，自第1區域Xa與第2區域Xb之界面遍及第2區域Xb而抑制半導體晶體層之成長速度異常大或異常小，從而可抑制半導體晶體層之龜裂之產生。進而，花樣X被觀察到自第2區域Xb向第1區域Xa而明暗逐漸變化，藉此可減小發光角度依存性。因此，可接近更容易適於工業用途之朗伯發光特
性。
如圖15所示，於使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時，構成觀察到之花樣X之第2區域Xb及第1區域Xa均漸變，且觀察到自第2區域Xb向第1區域Xa而色調逐漸變化。該情形時，於第1區域Xa內及第2區域Xb內，構成各區域之凸部20a之要素連續地變化，且構成花樣X之凸部20a之要素自第1區域Xa向第2區域Xb、且自第2區域Xb向第1區域Xa連續地變化。該情形時，發光光根據對應於第1區域Xa與第2區域Xb之色調之差的光學散射強度而可改變其行進方向，故光提取效率LEE提高。進而，可遍及光學基板PP10之面內抑制半導體晶體層之成長速度異常大或異常小，從而可抑制半導體晶體層之龜裂之產生。因此，內部量子效率IQE尤其提高。進而，花樣X被觀察到自第1區域Xa向第2區域Xb、且自第2區域Xb向第1區域Xa而明暗逐漸變化，藉此可進一步減小發光角度依存性。因此，可接近更容易適於工業用途之朗伯發光特性。
進而，如圖16所示，於使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時構成觀察到之花樣X的第1區域Xa中，某一第1區域Xa與另一第1區域Xa亦可為不同亮度。同樣地，某一第2區域Xb與另一第2區域Xb亦可為不同亮度。該情形時，構成某一第1區域Xa之凸部20a之要素、與構成另一第1區域Xa之凸部20a之要素不同。又，構成某一第2區域Xb之凸部20a之要素、與構成另一第2區域Xb之凸部20a之要素不同。進而，於第1區域Xa內及第2區域Xb內，構成各區域之凸部20a之要素連續地變化，且構成花樣X之凸部20a之要素自相互鄰接之第1區域Xa向第2區域Xb、且自相互鄰接之第2區域Xb向第1區域Xa而連續地變化。該情形時，發光光因第1區域Xa與第2區域Xb之色調之差產生分佈，而光學散射性之模式數增加，從而光提取效率LEE提高。進而，可遍及光學基板PP10之面內而抑制半導體晶體層之
成長速度異常大或異常小，從而可抑制半導體晶體層之龜裂之產生。因此，內部量子效率IQE尤其提高。進而，可進一步減小發光角度依存性。因此，可接近更容易適於工業用途之朗伯發光特性。
再者，參照圖13~圖16所說明之花樣X之明暗變化亦可對圖13、圖14、圖15或圖16例示之明暗變化進行組合。
再者，於圖13~圖16中，係將亮部位表述為第1區域Xa、將其以外之暗部位表述為第2區域Xb，但亦可將亮部位設為第2區域Xb、將暗部位設為第1區域Xa。
如以上所說明般，花樣X係使用光學顯微鏡自光學基板PP10之凹凸結構面側觀察之情形時觀察到之花樣，定義花樣X之明暗可連續地變化亦可急劇地變化。此處，自進一步大幅提高內部量子效率IQE之觀點而言，明暗較佳為連續地變化，自進一步大幅提高光提取效率LEE之觀點而言，明暗較佳為急劇地變化。採用何種明暗變化，可根據半導體發光元件製造時之條件(例如，光學基板PP10之種類、第1半導體層30之成膜條件、第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50之層構成等)或者製造之半導體發光元件之特性而適當地選定。尤其係，成膜第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50之(MO)CVD裝置之成膜條件非常嚴格，另一方面，第1半導體層30、發光半導體層40及第2半導體層50之膜厚控制比較容易。據此，對於光學基板PP10發揮之性能即內部量子效率IQE之提高與光提取效率LEE之提高而言，認為較佳為對內部量子效率IQE之提高加入權重。由此，光學基板PP10之主面側觀察到之花樣X之明暗更佳為連續地變化。
如上述所說明般，花樣X係使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣，定義花樣之明暗可連續地變化
亦可急劇地變化。此處，於明暗連續地變化之情形時，第1區域Xa之輪廓、即第1區域Xa與第2區域Xb之界面變得不清晰，故難以明確地定義第1區域Xa之輪廓形狀，但大體上可列舉圓形、同心圓形、n(≧3)角形、角為弧形之n(≧3)角形、線形狀、包含1個以上反曲點之形狀等。尤其係，自抑制成膜半導體晶體層時之龜裂之觀點、遍及光學基板PP10之面內而提高內部量子效率IQE之觀點而言，且自遍及光學基板PP10之面內而提高光提取效率LEE之觀點而言，第1區域Xa之輪廓形狀更佳為大體圓形或線形狀。
自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X中，隨著明暗連續地變化，第1區域Xa之輪廓之形狀變得模糊。即，第1區域Xa與第2區域Xb之間明暗差變少，第1區域Xa與第2區域Xb之界面變得不清晰。
第1區域Xa之輪廓形狀模糊，係指構成第1區域Xa之凸部20a之要素自第1區域Xa向第2區域Xb、且自第2區域Xb向第1區域Xa連續地變化。於光學基板PP10之主面上設有第1半導體層30之情形時，必須減小第1半導體層30之於光學基板PP10之主面內之成長速度分佈。原因在於，第1半導體層30之成長速度於光學基板PP10之主面內具有分佈之情形時，成長速度快之部位與慢之部位之界面部產生起因於成長速度差之隆起或凹陷，且存在此種隆起或凹陷之情形時，半導體發光元件之發光效率大幅下降，半導體發光元件之缺陷率增加。因第1區域Xa之輪廓形狀模糊，而可使光學基板PP10之主面內之第1半導體層30之成長速度分佈連續地變化，從而可抑制上述隆起或凹陷。即，第1區域Xa之輪廓形狀模糊、換言之自第1區域Xa向第2區域Xb而明暗連續地變化，藉此可於利用光學地描繪之花樣X確保光提取效率LEE之改善的狀態下，抑制成膜半導體晶體層時之半導體晶體層之龜裂之產生，且可抑制半導體晶體層之異常成長，故內部量子效率IQE之提高
程度變大。
於自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X之大小係定義為第1區域Xa之大小，但並無特別限定。如上述所說明般，花樣X係可使用光學顯微鏡而於特定之倍率範圍內觀察之花樣，故可相對於光而表現出與花樣X相應之光學散射性(光繞射或光散射)。又，於第1區域Xa之輪廓不清晰之狀況較多、即難以明確把握第1區域Xa之形狀之情形較多。由此，花樣X之大小、即第1區域Xa之大小係藉由以下說明之間隔而定義。
如上述所說明般，使用光學顯微鏡而自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X係由明暗定義。花樣X之間隔係定義為較周圍亮(或暗)之第1區域Xa、與鄰接於該第1區域Xa之較周圍亮(或暗)之另一第1區域Xa之距離D。圖17係使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時觀察到之花樣X之平面模式圖，且係說明花樣X之間隔之圖。如圖17所示，於描繪有複數之第1區域Xa之情形時，某一第1區域A1之中心與鄰接於該部分A1之第1區域B1-1~第1區域B1-6之中心之間之距離DA1B1-1
~距離DA1B1-6
係定義為間隔D。然而，如該圖17所示，因鄰接之第1區域Xa不同而間隔D不同之情形時係依照以下之順序決定平均間隔Dave。(1)選擇任意之複數之第1區域A1、A2...AN。(2)測定第1區域AM與鄰接於該第1區域AM(1≦M≦N)之第1區域(BM-1~BM-k)之間隔DAMBM-1
~DAMBM-k
。(3)針對第1區域A1~第1區域AN與(2)同樣地測定間隔D。(4)將間隔DA1B1-1
~DANBN-k
之算術平均值定義為平均間隔Dave。其中，N為5以上且10以下，k為4以上且6以下。再者，所謂第1區域之中心，例如若以圖16之情形為例，則係指圖16中之箭頭指示之部分，鄰接之箭頭間
之距離為上述間隔(圖16中之D1及D2表示)。
於使用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X之平均間隔Dave於大於凹凸結構20之平均間距P'ave之範圍內，自提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為800nm以上。尤其係，自增強光學散射性(光繞射或光散射)而有效地打亂波導模式之觀點而言，較佳為1000nm以上，更佳為1100nm以上，最佳為1200nm以上。另一方面，自增加光學散射件數之觀點而言，上限值較佳為100μm以下，更佳為50μm以下，最佳為10μm以下。尤其係，藉由設為5μm以下，光繞射性強烈表現，利用構成凹凸結構20之複數之凸部20a之集合描繪之藉由光學顯微鏡先觀察到之並非作為實體存在的花樣X帶來之打亂波導模式之效果變得更大，故而較佳。
如以上所說明般，花樣X係藉由凹凸結構20描繪而成者，其係藉由利用光學顯微鏡觀察到之花樣X之明暗差而定義。又，花樣X可藉由清晰度、配置、輪廓形狀、大小、或者，間隔等而進行特徵描述。藉由該等因素之組合，作為花樣X之功能之新的光學散射性之賦予程度發生變化。此處，藉由花樣X而提高光提取效率LEE之理由在於藉由花樣X表現之光學散射性。即，認為藉由將花樣X設為特定之花樣(配置或輪廓形狀、清晰度等)而使得光提取效率LEE之提高程度發生變化。又，花樣X係藉由光而可辨識之平面的圖案，並非作為實體存在。然而，推測花樣X係藉由形成凹凸結構20之要素之變化描繪而成者，故製造半導體發光元件時之半導體晶體層可感知該凹凸結構20之要素之變化。即，自製造半導體發光元件之觀點而言，認為凹凸結構20之要素之變化方式亦存在更佳之範圍。
對於利用光觀察之花樣X、與藉由花樣X表現之光學散射性帶來之光提取效率LEE，應用光學模擬(FDTD法、及RCWA法)而進行計算時，若自有效折射率Nema之分佈之視角出發，可知藉由包含規則性
高、形狀接近一般的繞射晶格之花樣X，可使發光光進一步向半導體發光元件之外部提取。另一方面，關於半導體晶體層之成膜(成長)，假定隨機漫步，並藉由計算而堆積半導體晶體層之核時，可以因規則性高之凹凸結構20之要素之變化，而半導體晶體層之成膜性穩定。
根據以上說明，作為藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X，可知更佳為包含規則性高者。此處，若關注利用光觀察之規則性，則可認為重要的是對特定之光之繞射晶格之功能。即，對光學基板PP10照射具有特定波長之雷射光線時，較佳為透過光學基板PP10而出光之雷射光線分離。關於該點更詳細地進行說明。
首先，系統係採用以下之條件。
分別使用波長640nm~660nm、525nm~535nm、或者460nm~480nm之3種雷射光線。此處，如波長為λ1~λ2般具有範圍者，並不意味著使用具有此種波長分佈之雷射光，而是意味著於將中心波長設為λc之情形時使用滿足λ1~λc~λ2之關係之雷射光線。例如，可分別採用波長為650nm、532nm、及473nm之雷射光線。再者，簡單而言，可使用紅色、綠色、及藍色之雷射指示器作為雷射光線。
相對於光學基板PP10之有凹凸結構20之面垂直地入射。此處，入光面與雷射光線之出射部之距離設為50mm。
自光學基板PP10之與雷射光線之入光面為相反側之面出光之雷射光線係出光之雷射光線(以下亦稱為出光光)。此處，於與光學基板PP10之出光面平行、且自出光面離開150mm之位置設置螢幕。對該螢幕上映出之出光光之圖案進行觀察。再者，為容易進行觀察，上述觀察係於暗室進行。
觀察以上述條件映出於螢幕之出光光時，較佳為出光之雷射光線分離成至少2個以上。所謂出光光不分離之情形，係指螢幕上僅映出1個光點之狀態。另一方面，所謂出光光分離成X個，係指螢幕上映出之光點之數為X個(X≧2)。即，亦包含入射之雷射光線之軸上存在之出光光之光點。又，所謂分離成X個之情形係指以下之1~3之任一者之狀況。
1.螢幕上之某一直線A上排列X個之光點之狀態
2.螢幕上之某一直線A、與垂直於該直線A之螢幕上之直線B上分別排列光點之狀態
3.螢幕上之某一直線A、使該直線A向右旋轉60度之螢幕上之直線B、及使該直線B進而向右旋轉60度之螢幕上之直線C上分別排列光點之狀態
此處，分離成2個以上之狀態係指雷射光因光學基板PP10之花樣X而繞射。即，意味著改變光之行進方向之能力較大、換言之提高光提取效率LEE之能力較大。自同樣之觀點而言，較佳為分離成至少3個以上，更佳為分離成5個以上，最佳為分離成9個以上。
再者，上述觀察只要於利用波長640nm~660nm、525nm~535nm、或者460nm~480nm之3種雷射光線進行試驗時，對至少1個以上之雷射光線進行觀察便可。原因在於，半導體發光元件之折射率與發光主波長因半導體發光元件不同而不同。
其次，對凹凸結構20與花樣X之關係進行說明。花樣X係藉由光學顯微鏡觀察到，凹凸結構20係藉由掃描式電子顯微鏡觀察到。花樣X係藉由凹凸結構20之集合描繪而成，故若依序放大花樣X之觀察像，則最終可觀察凹凸結構20。例如，藉由光學顯微鏡觀察花樣X，且使用掃描式電子顯微鏡以更高倍率觀察相當於所觀察之花樣X之位置，藉此可觀察凹凸結構20。構成凹凸結構20之複數之凸部20a形成
上述凹凸結構群、即凹凸結構20集合化，藉此於自凹凸結構面側使用光學顯微鏡觀察光學基板PP10之情形時，只要觀察到花樣X，則可提高內部量子效率IQE，且可改善光提取效率LEE，故構成凹凸結構20之凸部20a之形狀、排列並無特別限定。再者，接著對凹凸結構20之更佳形態進行說明。
為了可藉由使用掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構群，且可使用光學顯微鏡觀察花樣X，花樣X中之明暗不同之部分之凹凸結構20必須互不相同。此處，所謂凹凸結構20互不相同，係指構成以下說明之凹凸結構20之凸部20a之要素(例如，間距、高度、凸部底部寬度等)不同。例如，以圖15為例進行說明。於圖15中，構成自凹凸結構面側使用光學顯微鏡觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X的第2區域Xb及第1區域Xa均漸變，且自第2區域Xb向第1區域Xa而明暗逐漸變化。此處，圖15中之箭頭A、箭頭B及箭頭C指示之部分係自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X之明暗不同之部分。此種明暗差可藉由構成利用掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構20之要素之差而實現。例如，於將圖15中之箭頭A表示之部分之凹凸結構20之間距設為P'a、將箭頭B表示之部分之凹凸結構20之間距設為P'b、將箭頭C表示之部分之凹凸結構20之間距設為P'c之情形時，如表1所示，可藉由P'a>P'b>P'c、P'a<P'b<P'c之凹凸結構20之差異而形成花樣X。即，利用掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構20之要素之差異，而於利用光學顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到花樣X。再者，間距P'不同之情形包含凹凸結構20之排列不同之情形。同樣地，於將圖15之箭頭A、箭頭B、及箭頭C表示之部分之凹凸結構20之高度(深度、以下相同)分別表述為Ha、Hb、及Hc之情形時，如表1所示，可藉由Ha>Hb>Hc或Ha<Hb<Hc之凹凸結構20之差異形成花樣X。又，於將圖15之箭頭A、箭頭B、及箭頭C表示之
部分之凹凸結構20之凸部底部外接圓徑分別表述為out_a、out_b、及out_c之情形時，如表1所示，可藉由out_a>out_b>out_c或out_a<out_b<out_c之凹凸結構20之差異而形成花樣X。再者，於上述說明中，係對藉由構成凹凸結構20之要素單獨變化而可觀察到花樣X之情形進行說明，但構成凹凸結構20之要素亦可複數個同時變化。於複數個同時變化之情形時，凹凸結構20之體積變化變大，花樣X之清晰度及第1區域Xa與第2區域Xb之色調之差增加，可進一步改善光提取效率LEE。例如，可列舉凹凸結構20之間距P'與高度(深度)H、凹凸結構20之間距P'與凸部底部外接圓徑out、凹凸結構20之間距P'、高度H及凸部底部外接圓徑out等。又，於複數之要素同時變化之情形時，與彼等要素之變化相對之相關係數可為正亦可為負。例如，於間距P'與高度H同時變化之情形時，可為隨著間距P'之增加而高度H減少、亦可反過來為隨著間距P'之增加而高度H增加。
此處，記載對凹凸結構20之要素之差異進行研討後之結果。作為凹凸結構20之要素之代表例，選定間距P'、高度H、及凸部底部外接圓徑out之三種。對該等3個要素之各者利用掃描式電子顯微鏡觀察而將要素之差異定量化，利用光學顯微鏡觀察觀察花樣X，並觀察其明暗。結果，可知無論選定哪個要素時，只要差異為5nm以上，便觀察到花樣X。更具體而言，若將形成光學顯微鏡觀察到之花樣X之
第1區域Xa之掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構20之間距設為P'(Xa)、將高度設為H(Xa)、且將凸部底部外接圓徑設為out(Xa)，並將形成第2區域Xb之掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構20之間距設為P'(Xb)、將高度設為H(Xb)、且將凸部底部外接圓徑設為out(Xb)，則確認藉由滿足|P'(Xa)-P'(Xa)|≧5nm、|H(Xa)-H(Xb)|≧5nm、或|out(Xa)-out(Xb)|≧5nm，便可觀察到花樣X，且表現出光學散射性之效果。尤其係，於僅1個要素發生變動之情形時，要素之差異較佳為10nm以上。另一方面，於2個以上之要素同時變動之情形時，例如，間距P'與高度H、高度H與凸部底部外接圓徑out、間距P'與高度H與凸部底部外接圓徑out各自之要素之差異只要為5nm以上，便可清晰地觀察到花樣X，且表現出光學散射性之效果。該結果對於以下說明之其他要素亦相同。
又，於複數之要素同時變化之情形時，亦對彼等要素之相關係數進行確認，結果，可以藉由包含滿足相關係數為負之關係之要素，成膜半導體晶體層時，抑制龜裂之效果尤其高。更具體而言，可知自龜裂之觀點而言更佳為於間距P'與高度H(或者凸部底部外接圓徑out)同時變化之情形時，隨著間距P'之增加而高度H(或者凸部底部外接圓徑out)減少，自龜裂之觀點而言更佳為於間距P'、高度H、及凸部底部外接圓徑out同時變化之情形時，隨著間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out減少。
另一方面，自提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為至少間距P'與高度H、或者間距P'與凸部底部外接圓徑out之關係為正之相關。藉由滿足此種關係，凹凸結構20之要素之體積變化程度變大、或者伴隨於此有效折射率Nema之分佈中之折射率差變大、或者光學散射性之強度增強。尤其係，最佳為隨著間距P'增加，高度H及凸部底部外接圓徑out增加。
根據以上說明，為了藉由凹凸結構20之要素之差異描繪花樣X，藉此表現光學散射性之效果，凹凸結構20之要素之差異較佳為5nm以上。又，於要素僅1個之情形時，其差異較佳為10nm以上。再者，最佳為要素為2個以上且該等要素之差異均為10nm以上之情形。
凹凸結構20之要素之差異若使用以下說明之凹凸結構20之要素之名稱，則尤其係包含間距P'、高度H、或者凸部底部外接圓徑out之變化為佳。該等要素之差異有助於體積換算時其值變大、或者對光學散射性之幫助較大。又，藉由至少包含間距P'之變化，可增大藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之明暗差，且抑制半導體晶體層之成長時產生之龜裂之效果變大，故而較佳。又，藉由至少包含間距P'、與高度H或凸部底部外接圓徑out之變化，對半導體晶體層之錯位密度減少效果與龜裂抑制效果、及光提取效率LEE之提高變得更大，故而較佳。再者，最佳為包含間距P'、高度H，及凸部底部外接圓徑out之變化之情形。該情形時，同時進一步改善錯位之分散化與錯位密度之減少效果、龜裂抑制效果、較強之光學散射性之效果。再者，該情形時，藉由使間距P'與高度H、及間距P'與凸部底部外接圓徑out之相關係數為負，龜裂抑制效果變高。另一方面，藉由使間距P'與高度H、及間距P'與凸部底部外接圓徑out之相關係數為正，光提取效率LEE之提高程度變得更大。藉此，可於維持內部量子效率IQE之改善之狀態下進一步提高光提取效率LEE。
進而，自藉由凹凸結構20改善內部量子效率IQE，且藉由花樣X維持經改善之內部量子效率IQE而提高光提取效率LEE之觀點而言，凹凸結構20之平均間距P'ave與花樣X之平均間隔Dave滿足平均間隔Dave>平均間距P'ave。即，與藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之作為實體存在之物理結構之等級相比，使用光學顯微鏡觀察到之花樣之等級較大。尤其係，自提高內部量子效率IQE之改善程度之情形時亦提
高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為滿足平均間隔Dave≧2P'ave，更佳為平均間隔Dave≧3P'ave，最佳為平均間隔Dave≧4P'ave。再者，上限值係由光提取效率LEE之提高程度、內部量子效率IQE之改善度維持狀況而決定，較佳為滿足平均間隔Dave≦500P'ave。其中，自提高光學散射點之密度之觀點而言，較佳為滿足平均間隔Dave≦100P'ave，更佳為滿足平均間隔Dave≦50P'ave，最佳為滿足平均間隔Dave≦20P'ave。
再者，凹凸結構20之間距P'及平均間距P'ave係以如下方式定義者。圖18係表示使用掃描式電子顯微鏡自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板PP之情形時之凹凸結構的平面模式圖。如圖18所示，凹凸結構20為配置有複數之凸部20a之點結構之情形時，將某一凸部A1之中心與鄰接於該凸部A1之凸部B1-1~凸部B1-6之中心之間之距離P'A1B1-1
~距離P'A1B1-6
定義為間距P'。然而，如該圖18所示，於因鄰接之凸部不同而間距P'不同之情形時依照以下之順序決定平均間距P'ave。(1)選擇任意之複數之凸部A1，A2...AN。(2)測定凸部AM與鄰接於凸部AM(1≦M≦N)之凸部(BM-1~BM-k)之間距P'AMBM-1
~P'AMBM-k
。(3)對凸部A1~凸部AN亦與(2)同樣地測定間距P'。(4)將間距P'A1B1-1
~P'ANBN-k
之算術平均值定義為平均間距P'ave。其中，N為5以上且10以下，k為4以上且6以下。再者，於洞結構之情形時，可藉由將上述點結構中說明之凸部替換成凹部開口部，而定義平均間距P'ave。
平均間距P'ave於滿足上述平均間距P'ave與平均間隔Dave之關係性之範圍內，若為10nm以上且1500nm以下，則內部量子效率IQE及光提取效率LEE均可變大。尤其係，藉由使平均間距P'ave為10nm以上，自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時觀察到之花樣X之明暗變化變大，因此，可提高光提取效率LEE。自進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間距P'ave較佳為150nm以上，更佳為200nm以
上，最佳為250nm以上。另一方面，藉由使平均間距P'ave為1500nm以下，而提高凹凸結構20之密度。伴隨於此，可使第1半導體層30內部之錯位分散化，可減少局部及宏觀之錯位密度，故可增大內部量子效率IQE。自進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間距P'ave較佳為1000nm以下。尤其係，藉由使平均間距P'ave為900nm以下，凹凸結構20之密度相對於半導體晶體層之錯位密度而有效地變大，錯位之分散化與錯位密度減少之效果變得更顯著，故而較佳。根據同樣之效果，最佳為800nm以下。尤其係，於同時滿足以下說明之高度H之較佳範圍與業已說明之平均間距P'ave之較佳範圍之情形時，半導體晶體層之龜裂抑制效果、半導體晶體層之使用量減少效果、及內部量子效率IQE之改善效果均變得良好，故而較佳。
其次，對凹凸結構20之更佳之態樣進行說明。凹凸結構20具有凸部及凹部便可。尤其係，較佳為以下之<<光學基板D>>中說明之凹凸結構D、或以下之<<光學基板PC>>中說明之凹凸結構PC。藉此，光學散射性增強，故花樣X之明暗差變大，光提取效率LEE之提高變大。
作為凹凸結構20，可採用例如複數之柵狀體排列而成之線與間隙結構、複數之柵狀體交叉而成之晶格結構、複數之點(凸部、突起)狀結構排列而成之點結構、複數之洞(凹部)狀結構排列而成之洞結構等。點結構或洞結構可列舉例如，圓錐、圓柱、四角錐、四角柱、六角錐、六角柱、多角錐、多角柱、雙重環狀、多重環狀等結構。再者，該等之形狀包含底面之外徑變形之形狀、側面彎曲之形狀。
再者，所謂點結構係指複數之凸部相互獨立地配置之結構。即，各凸部係被連續之凹部隔開。再者，各凸部亦可藉由連續之凹部而順暢地連接。另一方面，所謂洞結構，係指複數之凹部相互獨立地
配置之結構。即，各凹部被連續之凸部隔開。再者，各凹部亦可藉由連續之凸部而順暢地連接。其中，自進一步提高內部量子效率IQE之觀點而言，凹凸結構20較佳為點結構。原因在於，為藉由凹凸結構20提高內部量子效率IQE，必須加快凹凸結構20之密度之錯位分散化。
為抑制設於凹凸結構20上之第1半導體層30產生龜裂，凹凸結構20之凸部較佳為凸部頂部之大小小於凸部底部之大小的結構。
尤其係，為提高內部量子效率IQE，凹凸結構20較佳為點結構之中凸部頂部不具有平坦面之結構。進而，為進一步提高內部量子效率IQE，更佳為凹凸結構20之凹部底部具有平坦面。再者，所謂凸部頂部不具有平坦面之結構，係定義為藉由掃描式電子顯微鏡觀察凸部20a時，該凸部20a之頂部之平坦面之直徑為10nm以下者。
進而，自進而表現半導體晶體層之龜裂之產生、內部量子效率IQE之改善之效果的觀點而言，更佳為傾斜角度自凸部頂部向凸部底部而進行2階段以上之變化的結構。再者，凸部側面部之傾斜角度之變化最佳為自凸部底部向凸部頂部而平緩地變化。
於凹凸結構20之凹部底部具有之平坦面、與相對於設於凹凸結構20上之第1半導體層30之穩定成長面而大體平行之面(以下稱為「平行穩定成長面」)平行的情形時，凹凸結構20之凹部附近之第1半導體層30之成長模式之混亂變大，可藉由凹凸結構20有效地減少第1半導體層30內之錯位，故而內部量子效率IQE提高。所謂穩定成長面，係指要成長之材料中成長速度最慢之面。一般而言，已知穩定成長面於成長途中係作為刻面而出現。例如，於氮化鎵系化合物半導體之情形時，以M面為代表之與A軸平行之平面變成穩定成長面。GaN系半導體層之穩定成長面為六方晶結晶之M面(1-100)、(01-10)、(-1010)，其係與A軸平行之平面之一。再者，根據成長條件不同，亦存在GaN系半導體之M面以外之平面即包含A軸之其他平面變成穩定成長面之情
形。
其次，對構成凹凸結構20之要素、與彼等要素之更佳範圍進行說明。作為凹凸結構20之要素，可列舉例如間距P'，占空比、縱橫比、凸部頂部寬度lcvt、凸部底部寬度lcvb、凹部開口寬度lcct、凹部底部寬度lccb、凸部側面之傾斜角度、凸部側面之傾斜角度之切換數、凸部底部內切圓徑in、凸部底部外接圓徑out、凸部高度H、凸部頂部之面積、凸部表面之微小突起數(密度)、該等之比率、或可根據凹凸結構之排列類推之資訊(例如凹部之形狀等)。
凹凸結構20之高度係定義為凹凸結構20之凹部底部之平均位置與凹凸結構20之凸部頂點之位置之最短距離。算出平均位置時之樣品件數較佳為10件以上。
凹凸結構20之高度H較佳為10nm以上且1000nm以下。藉由使高度H為10nm以上，可打亂第1半導體層30之成長模式，故錯位密度減少，可提高內部量子效率IQE。尤其係，自增大花樣X之明暗差、提高光提取效率LEE之觀點而言，高度H較佳為30nm以上，更佳為50nm以上，最佳為100nm以上。另一方面，藉由設為1000nm以下，可減少第1半導體層30之成膜量，縮短成膜時間。尤其係，藉由設為500nm以下，可抑制伴隨第1半導體層30之成長之龜裂之產生，故而較佳。根據同樣之效果，更佳為350nm以下，最佳為300nm以下。
圖19係構成本實施形態之光學基板PP之凹凸結構面之凹凸結構PP為點結構之情形時之俯視圖。圖19係表示凹凸結構20為點結構之情形時之俯視圖。圖19中所示之虛線表示之線段係某一凸部20a之中心與最靠近該凸部20a之凸部之中心的距離，意味著上述說明之間距
P'。圖20A及圖20B係表示相當於圖19中所示之間距P'之線段位置之凹凸結構PP之剖面模式圖。
如圖20A所示，凸部頂部寬度lcvt係定義為凸部20a之頂面之寬度，凹部開口寬度lcct係定義為間距P'與凸部頂部寬度lcvt之差分值(P'-lcvt)。如圖20B所示，凸部底部寬度lcvb係定義為凸部20a之底部之寬度，凹部底部寬度lccb係定義為間距P'與凸部底部寬度lcvb之差分值(P'-lcvb)。
圖21係構成本實施形態之光學基板PP之凹凸結構面之凹凸結構PP為洞結構之情形時之俯視圖。圖21中以虛線表示之線段係某一凹部20b之中心與最接近該凹部20b之凹部之中心的距離，意味著上述說明之間距P'。圖22A及圖22B係表示相當於圖21中所示之間距P'之線段位置之凹凸結構20之剖面模式圖。
圖22係相當於圖21中所示之間距P'之線段位置之凹凸結構PP之剖面模式圖。如圖22A所示，凹部開口寬度lcct係定義為凹部20b之開口徑，凸部頂部寬度lcvt係定義為間距P'與凹部開口寬度lcct之差分值(P'-lcct)。如圖22B所示，凸部底部寬度lcvb係定義為凸部20a之底部之寬度，凹部底部寬度lccb係定義為間距P'與凸部底部寬度lcvb之差分值(P'-lcvb)。
凹凸結構20之凸部頂部寬度lcvt與凹部開口寬度lcct之比率(lcvt/lcct)越小越佳，實質上為0最佳。再者，所謂lcvt/lcct=0，意味著lcvt=0nm。然而，例如即便利用掃描式電子顯微鏡測定lcvt之情形時，亦無法準確地測量0nm。由此，此處之lcvt包含測定解析度以下之全部情形。若比率(lcvt/lcct)為3以下，則可有效地提高內部量子效率IQE。原因在於，抑制自凸部頂部上產生之錯位，錯位之分散性提高，微觀及宏觀之錯位密度下降。進而，藉由使(lcvt/lcct)為1以下，可提高光提取效率LEE。原因在於，藉由光學基板PP10與第1半
導體層30形成之折射率分佈利用發光光觀察時變得適當。自同時大幅提高上述說明之內部量子效率IQE及光提取效率LEE之觀點而言，(lcvt/lcct)較佳為0.4以下，更佳為0.2以下，最佳為0.15以下。
又，若凹凸結構20之凹部20b之底部具有平坦面，則可提高內部量子效率IQE，且減小半導體晶體成膜裝置間之差，故而較佳。為於半導體發光元件提高內部量子效率IQE，必須使半導體晶體層內部之錯位分散化，減少局部及宏觀的錯位密度。此處，該等物理現象之初始條件係藉由化學蒸鍍(CVD)成膜半導體晶體層時之核產生及核成長。藉由使凹凸結構20之凹部20b之底部具有平坦面，而可較佳地實現核產生，故可進一步表現出凹凸結構20之密度之半導體晶體層內之錯位減少效果。結果，可進一步增大內部量子效率IQE。自以上之觀點而言，凹凸結構20之凸部底部寬度lcvb與凹部底部寬度lccb之比率(lcvb/lccb)較佳為5以下。尤其係，自進一步促進以凹凸結構20之凹部底部為基準面之半導體晶體層之成長的觀點而言，(lcvb/lccb)更佳為2以下，最佳為1以下。
進而，若為凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb之形狀，則容易同時滿足上述說明之比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此，根據業已說明之機制，可同時大幅地增大內部量子效率IQE、及光提取效率LEE。
又，凹凸結構20若為點結構則凸部頂部寬度lcvt及凸部底部寬度lcvb之控制變得容易，容易同時滿足比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此，根據業已說明之機制，可同時大幅地增大內部量子效率IQE、及光提取效率LEE。
占空比係以凸部底部寬度lcvb與間距P'之比率(lcvb/P')表示。自光提取效率LEE之觀點而言，占空比越大、即越向1漸進越佳，自內
部量子效率IQE之觀點而言，占空比較佳為特定值以下。此處，占空比較佳為0.95以下。藉由滿足該0.95以下，可確保半導體晶體層之核之產生及成長性。進而，自使半導體晶體層成膜時之核之產生良好、且提高內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為0.03以上且0.83以下。藉由設為0.03以上，打亂半導體晶體層之晶體模式之效果變大，可改善內部量子效率IQE，且由於凸部之體積變大故打亂波導模式之效果變大，而可提高光提取效率LEE。根據同樣之效果，比率(lcvb/P')更佳為0.17以上，最佳為0.33以上。另一方面，藉由設為0.83以下，可良好地進行半導體晶體層之化學蒸鍍之核產生及核成長，從而可提高內部量子效率IQE。根據同樣之效果，比率(lcvb/P')更佳為0.73以下，最佳為0.6以下。
於凹凸結構20為點結構之情形時，縱橫比係使用上述說明之lcvb而定義為凹凸結構20之高度H/lcvb。另一方面，於凹凸結構20為洞結構之情形時，縱橫比係使用上述說明之lcct而定義為凹凸結構20之深度H/lcct。平均縱橫比係定義為使縱橫比10點以上平均(算術平均)所得之值。平均縱橫比較佳為0.1以上且3以下。藉由使平均縱橫比為0.1以上，而可打亂第1半導體層30之成長模式，故錯位密度減少，而可提高內部量子效率IQE。尤其係，自增大花樣X之明暗差、提高光提取效率LEE之觀點而言，平均縱橫比較佳為0.3以上，更佳為0.5以上，最佳為0.6以上。另一方面，藉由設為3以下，可減少第1半導體層30之成膜量，縮短成膜時間。尤其係，藉由設為2以下，可抑制伴隨第1半導體層30之成長之龜裂之產生，故而較佳。根據同樣之效果，更佳為1.5以下，最佳為1.2以下。
圖23係表示使用掃描式電子顯微鏡自凹凸結構面側觀察本實施
形態之光學基板PP之情形時之上表面像的說明圖。圖23A~圖23E中表示使用掃描式電子顯微鏡自凹凸結構面側觀察光學基板PP10之情形時之凹凸結構20之上表面像。本實施形態之光學基板PP10之凹凸結構20之凸部亦可為彎曲之形狀。將自凹凸結構面側觀察凹凸結構20之情形時之凹凸結構20之輪廓(以下稱為凸部底部輪廓)於圖23A至圖23E中以「A」表示。此處，於凸部底部輪廓A並非為正圓之情形時，對於凸部底部輪廓A之內切圓與外接圓並不一致。於圖23A至圖23E中，以「B」表示內切圓，以「C」表示外接圓。將對凸部底部輪廓A之內切圓B之直徑定義為凸部底部內切圓徑in。再者，in係內切圓B之大小變得最大時之內切圓B之直徑。再者，內切圓B係較凸部底部輪廓A更配置於內側之圓，其係與凸部底部輪廓A之一部相連，且不自凸部底部輪廓A向外側伸出之圓。另一方面，將對凸部底部輪廓A之外接圓C之直徑定義為凸部底部外接圓徑out。out係設為外接圓C之大小變得最小時之外接圓C之直徑。再者，外接圓C係較凸部底部輪廓A更配置於外側之圓，其係與凸部底部輪廓A之一部相連，且不自凸部底部輪廓A向內側侵入之圓。
凸部底部外接圓徑out與凸部底部內切圓徑in之比率(out/in)係表示凸部底部輪廓A之變形之尺度。該比率(out/in)若為1以上且3以下則可同時實現內部量子效率IQE之提高、及光提取效率LEE之提高，故而較佳。於比率(out/in)為1之情形時，凸部底部輪廓A變成正圓。該情形時，設計凹凸結構20時可較佳地作用光學模擬，故半導體發光元件之設計變得容易。進而，由於半導體晶體層之成長速度之均等性提高，故內部量子效率IQE進一步提高，且半導體發光元件之缺陷率下降。自提高光提取效率LEE之觀點而言，比率(out/in)較佳為超過1。另一方面，藉由使比率(out/in)為3以下，而可提高內部量子效率IQE。比率(out/in)較大，意味著凸部
底部之直徑自正圓較大彎曲。即，意味著上述說明之凸部底部寬度lcvb及凹部底部寬度lccb因測定方向不同而發生變化。尤其係凹部底部寬度lccb作為半導體晶體層之成長之基準面而重要，故必須滿足上述說明之範圍。自該觀點而言，比率(out/in)較佳為3以下，更佳為2以下，最佳為1.5以下。
凸部側面之傾斜角度Θ係由上述說明之凹凸結構20之形狀參數決定。尤其係，較佳為傾斜角度自凸部頂部朝向凸部底部而多階段地變化。例如，於凸部側面向上凸起之反曲點描繪1個曲線之情形時，傾斜角度變成2個。藉由具有此種多階段之傾斜角度，可抑制第1半導體層30內產生之龜裂。又，根據光學基板PP10與半導體晶體層之材質不同，亦可根據凸部側面出現之結晶面而選定凸部側面之傾斜角度。該情形時，認為半導體晶體層之成長性變得良好，故可進一步提高內部量子效率IQE。
再者，於凹凸結構20由複數之凹部20b構成之情形時，可將上述「凸部底部」替換成「凹部開口部」。
如以上所說明般，推測藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X係利用因凹凸結構20之要素之差異形成之有效折射率Nema之分佈描繪而成者，事實證明藉由使凹凸結構20之要素以參數形式變化，而可實際地描繪花樣X。此處，可認為產生有效折射率Nema之變化係描繪花樣X之本質，故可認為描繪花樣X之方法除了利用作為實體存在之凹凸結構20之形狀或排列之差異以外，亦可藉由構成凹凸結構20之材料之種類而實現。即，即便將上述說明之凹凸結構20之差異理解為形成凹凸結構20之物質、尤其係形成凹凸結構20之物質之折射率或消光係數之差異，亦可描繪花樣X。尤其係，若考慮將光學基板PP10應用於半導體發光元件，則自提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為利用形成
凹凸結構20之物質之折射率之差異而描繪花樣X。又，不難以想像，利用物質之折射率之差異描繪花樣X，重要是折射率之能引發光之性質(behavior)之程度之差。自根據該觀點進行計算，則為利用形成凹凸結構20之物質之折射率之差異描繪花樣X，則折射率之差異較佳為0.07以上，更佳為0.1以上。藉此，可增加光之反射率。尤其係，自進一步增大反射率、增強花樣X之明暗差之觀點而言，推算該折射率之差異更佳為0.5以上。再者，該折射率之差異越大越佳，最佳為1.0以上。
其次，對本實施形態之光學基板PP10之製造方法進行說明。本實施形態之光學基板PP10只要具備滿足上述說明之條件之凹凸結構20，則其製造方法並無限定，可藉由轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、將奈米粒子作為掩膜(mask)之微影法、將自組結構作為掩膜之微影法等而製造。尤其係，自光學基板PP10之凹凸結構20之加工精度及加工速度之觀點而言，較佳為採用轉印法。
此處所謂轉印法，係定義為包含將表面觀察到微細結構之模具(mold)之微細結構轉印至被處理體(製作凹凸結構20前之光學基板PP10)之步驟的方法。此處，模具之微細結構之排列係與上述說明之凹凸結構20及花樣X之排列相同。又，模具例如亦可藉由以下說明之<<光學基板PC>>所記載之手法，製造圓筒狀主模具，對該圓筒狀主模具之圖案進行轉印而製造。即，至少包含將模具之微細結構與被處理體經由轉印材貼合之步驟、及剝離模具之步驟的方法。更具體而言，可將轉印法分類成兩種。
第1，使用轉印賦予至被處理體之轉印材作為永久劑之情形。例如，可於主面為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵、或透明導電膜(ITO等)中之任一者之基板本體之主面上，賦予以SiO2
、ITO、ZnO、TiO2
、或SnO等為主成分之永久材。該情形時，構成光學基板PP10之本體及凹凸結構20之材料不同。又，凹凸結構20之特徵在於作為永久
劑保留，且作為半導體發光元件使用。半導體發光元件係經歷數萬小時而長期使用，故於使用轉印材作為永久劑之情形時，構成轉印材之材料較佳為包含金屬元素。尤其係，藉由使原料包含產生水解及聚縮合反應之金屬烷氧化物、或金屬烷氧化物之縮合體，作為永久劑之性能提高，故而較佳。再者，使用於轉印材混合有2種以上之材料而成者，設計彼等材料之折射率差，且利用相分離，藉此可利用形成上述說明之凹凸結構20之物質之折射率之差異而描繪花樣X。
第2，可列舉奈米壓印微影法。奈米壓印微影法係包含將模具之微細結構之排列轉印至被處理體上之步驟、設置用於利用蝕刻加工被處理體之掩膜之步驟、及蝕刻被處理體之步驟的方法。例如，使用一種轉印材之情形時，首先將被處理體與模具經由轉印材而貼合。繼而，利用熱或光(UV)使轉印材硬化，而剝離模具。對由轉印材構成之凹凸結構進行以氧氣灰化為代表之蝕刻，使被處理體部分露出。其後，將轉印材作為掩膜，利用蝕刻對被處理體進行加工。作為此時之加工方法，可採用乾式蝕刻與濕式蝕刻。於欲增大凹凸結構20之高度之情形時使用乾式蝕刻有用。又，例如於使用兩種轉印材之情形時，首先於被處理體上成膜第1轉印材層。繼而，將第1轉印材層與模具經由第2轉印材而貼合。其後，利用熱或光(UV)使轉印材硬化，而剝離模具。對由第2轉印材構成之凹凸結構進行以氧氣灰化為代表之蝕刻，使第1轉印材部分露出。繼而，將第2轉印材層作為掩膜，藉由乾式蝕刻對第1轉印材層進行蝕刻。然後，將轉印材作為掩膜，藉由蝕刻而加工被處理體。作為此時之加工方法，可採用乾式蝕刻與濕式蝕刻。於欲增大凹凸結構20之高度之情形時使用乾式蝕刻有用。
又，作為轉印法可採用如下方法，即，製造作為預先具備掩膜層與抗蝕層之奈米加工用構件之奈米加工用片材，並使用該片材。此處，所謂奈米加工用片材，係指於模具之微細結構之凹部內部填充並
配置掩膜層，於填充有掩膜層之模具之微細結構面上以使微細結構平坦化之方式成膜抗蝕層而成的片材。藉由至少依序包含將奈米加工用片材貼合於被處理體之步驟、及剝離模具之步驟，而可獲得由被處理體/抗蝕層/掩膜層構成之積層體。自所得之積層體之掩膜層面側進行第1乾式蝕刻處理，使被處理體部分露出。此處，作為第1乾式蝕刻處理，可採用使用氧氣之氧氣灰化。其次，可藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻對被處理體進行奈米加工。尤其係，藉由採用乾式蝕刻，可於被處理體上賦予縱橫比較高之奈米結構。例如，於被處理體為藍寶石基板之情形時，作為用於乾式蝕刻之氣體，可使用Cl2
氣體、BCl3
氣體、或Cl2
氣體與BCl3
氣體之混合氣體。又，亦可於該等氣體添加Ar。藉由使用此種奈米加工用片材，被處理體之面內加工均等性提高。作為構成奈米加工用片材之掩膜層，可包含Ti、Si、Zr等金屬元素，且可選定金屬烷氧化物或矽烷偶合材。又，作為抗蝕層，可採用光硬化性樹脂或熱硬化性樹脂。
如以上所說明般，藉由採用轉印法，可使模具之微細結構排列反映至被處理體，故可獲得良好之光學基板PP10。
即，本實施形態之壓印模具之特徵在於，其係具備模具本體、及設於上述模具本體之主面之微細結構，且用於製作表面轉印有上述微細結構之排列之光學基板PP10者，且，於上述主面上描繪可藉由光學顯微鏡以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察之花樣；上述花樣之間隔大於上述凹凸結構之間距；及於上述花樣之光學顯微鏡像中，上述花樣可藉由明暗差而識別為第1區域及第2區域，上述第1區域有複數個，且相互空開間隔而配置，上述第2區域將上述第1區域之間相連。
此處，微細結構之排列可將上述凹凸結構20替換成微細結構。尤其係，較佳為上述凹凸結構20之電洞狀結構。又，模具中觀察到之
花樣之定義於上述說明之內容中，係將凹凸結構20替換成微細結構，將光學基板PP10替換成模具。又，於與光學基板PP10同樣地使用雷射光線進行觀察時，雷射光線較佳為分離成2個以上。
壓印模具之材質並無特別限定，可使用玻璃、石英、藍寶石、鎳、金剛石、或可撓樹脂。其中，藉由使用可撓性模具，模具之微細結構之轉印精度提高，光學基板PP10之凹凸結構精度提高，故而較佳。尤其係，自進一步提高轉印精度之觀點而言，最佳為由氟樹脂、聚矽氧樹脂、含氟之樹脂、含甲基之樹脂之任一者構成。
於製造半導體發光元件之情形時，較佳為依序包含準備本實施形態之光學基板PP10之步驟、對光學基板PP10進行光學檢查之步驟、及使用光學基板PP10製造半導體發光元件之步驟。
如業已說明般，本實施形態之光學基板PP10可觀察到利用凹凸結構20形成之花樣X。因此，藉由於準備光學基板PP10之後進行光學檢查，而可事先把握凹凸結構20及花樣X之精度。反之，即便不進行使用電子束之高度之解析，利用一般的光學顯微鏡觀察亦可判斷凹凸結構20之精度。例如，為同時提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE，而對藍寶石基板賦予凹凸結構20(花樣X)之情形時，藉由對該藍寶石基板進行光學檢查，並評估光學檢查之散射成分，而可把握凹凸結構20(花樣X)之精度。因此，可事先把握要製作之LED元件之性能等級之目標。又，亦可進行無法使用之光學基板之篩選，故而良率提高。
此處，光學檢查除了用於定義光學基板PP10之花樣X之光學顯微鏡觀察以外，還可使用透過測定及反射測定之任一者進行測定。於透過測定之情形時，只要偵測透過光之散射成分便可。因此，可直接評估散射成分，亦可利用霧度(Haze)。尤其係，於霧度之情形時，可使用周知之市售裝置故而較佳。霧度係根據由光源照射並於試料中透過
之光之全透過率T及於試料中及試料表面擴散而散射之光之透過率D而求出，且定義為霧度值H=D/T×100。該等係由JIS K 7105規定，可藉由市售之濁度計(例如，日本電色工業公司製、NDH-10.025DP等)而容易地測定。霧度之本質係透過光之散射成分，故對學基板PP10入射光時，只要偵測所透過之光之散射成分，便可將凹凸結構20與花樣X之關係作為光學檢查而定量化。尤其係，較佳為入射光並非垂直入射而是以特定角度入射。
另一方面，於反射測定之情形時，可使用正反射成分及擴散反射成分之任一者。藉由利用正反射成分，可評估凹凸結構20之輪廓形狀之精度，藉由利用擴散反射成分，可評估凹凸結構20之體積分佈精度。採用哪種成分，可根據要使用之凹凸結構20及目的而適當地選擇。又，亦可使用擴散反射成分與正反射成分之比率、或(擴散反射成分-正反射成分)、(擴散反射成分-正反射成分)/正反射成分、(擴散反射成分-正反射成分)/擴散反射成分等。
於上述光學檢查中，藉由使光源之波長大於凹凸結構20之平均間距P'ave，而可抽出花樣X之效果。該點意味著純粹地評估花樣X之效果，顧客進行更高精度之管理。又，於反射測定中為增大輸出亦較佳為以斜入射進行測定。
對本實施形態之光學基板D之概要進行說明。如業已說明般內部量子效率IQE與光提取效率LEE之提高、及電子注入效率EIE與光提取效率LEE之提高存在互為取捨之關係。此處，著眼於該等之取捨關係均由於「奈米級之結構」與「微等級之結構」之類的等級之差異而引起。
於半導體發光元件中，藉由奈米級之結構而可提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE，另一方面，可藉由微等級之結構帶來之
光學散射性(光散射或光繞射)而提高光提取效率LEE。此處，較光之波長充分小之凹凸結構利用光觀察時經平均化(有效介質近似)，作為具有有效折射率Nema之薄膜而發揮功能。因此，即便設置奈米級之凹凸結構，但光學散射性變得非常小，而光提取效率LEE之提高程度受到限制。
此處，著眼於包含具有特定之尺寸及排列之凹凸結構混亂，且進行光源之波長較凹凸結構之大小充分大之有效介質近似下之光學檢查之情形時，發現亦偵測到光學散射性。認為原因在於，具有有效折射率Nema之薄膜對應於凹凸結構之混亂而具有折射率之分佈，故利用光觀察時，看上去宛如存在與該折射率分佈相應之介質般。若使用業已說明之用語，則藉由對作為實體存在之凹凸結構加入混亂，而產生光可辨識之等級大於作為實體存在之凹凸結構之光學圖案，故即便為奈米級之凹凸結構亦表現出光學散射性。
又，於不存在光之波長為與凹凸結構之大小同程度以下之有效介質近似下之凹凸結構之情形時，藉由對凹凸結構加入混亂，可對逐個凹凸結構之微觀等級中產生的光繞射加入複數之模式。因此，發現於數十微米以上之宏觀等級中，觀察到複數之模式之光繞射之平均光學性質，故實現光散射性。即，藉由對凹凸結構加入混亂，可利用打亂波導模式之效果較大之光散射性，故可進一步提高光提取效率LEE。
即，利用光觀察而凹凸結構充分小之情形時，同程度~數十倍程度之凹凸結構藉由包含混亂亦可實現光散射性。因此，可同時表現與混亂小之凹凸結構相應之功能(凹凸結構帶來之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高)、及因混亂新加入的功能(利用混亂帶來的光學散射性而提高光提取效率LEE)。尤其係，於維持凹凸結構帶來之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高的狀態下，為了提高
光提取效率LEE，重要的是將光學檢查中之有效折射率Nema之分佈設為特定範圍，因此，發現有效的是對凹凸結構加入混亂，從而完成了本實施形態之光學基板D。
於本實施形態中，「凹凸結構包含混亂」考慮2個態樣。
第一個態樣為如下情形，凹凸結構之要素之至少1個具有規則性或均質性，且其他凹凸結構之要素之至少1個具有不規則性或不均質性。
第二個態樣為，凹凸結構除了包含凹凸結構之要素之至少1個具有規則性或均質性之主要部位以外，還包含凹凸結構之要素與主要部位不同之部位(以下稱為異常部位)。
換言之，於本發明中，所謂「凹凸結構包含混亂」，係指具有發揮與原本之凹凸結構相應之功能、或光學現象之凸部或凹部之結構或排列(以下稱為基本結構)，且具有自該基本結構偏離之凸部或凹部之結構或排列而發揮與基本結構不同之光學現象者(以下稱為異常結構)。
於上述第一個態樣中，具有規則性或均質性之凹凸結構之要素相當於基本結構，具有不規則性之凹凸結構之要素相當於異常結構。
又，於上述第二個態樣中，主要部位相當於基本結構，異常部位相當於異常結構。
此處，所謂凹凸結構之要素，是指決定凹凸結構之凸部或凹部之結構(尺寸、形狀等)、或者凸部或凹部之排列等之條件。
凹凸結構之要素例如較佳為以下列舉者，可為1個亦可為2個以上。再者，以下之用語係依照<光學基板PP>中業已說明之定義者。
凹凸結構之凸部之高度H、凹凸結構之凸部底部之外徑、凹凸結構之縱橫比、
凹凸結構之凸部底部外接圓徑out、凹凸結構之凸部底部內切圓徑in、凹凸結構之凸部底部外接圓out與凹凸結構之凸部底部內切圓徑in之比率、凹凸結構之間距P'、凹凸結構之占空比、凹凸結構之凸部之側面之傾斜角度、及凹凸結構之凸部之頂部之平坦面之面積
形成凹凸結構之物質之折射率
即，本發明之光學基板D係於表面具備凹凸結構D之光學基板，凹凸結構D之平均間距為50nm以上且1500nm以下，且凹凸結構D包含混亂，作為混亂之因素之凹凸結構D之要素之分佈之標準偏差及算術平均滿足下述式(1)之關係。
0.025≦(標準偏差/算術平均)≦0.5 (1)
即，光學基板D之凹凸結構D之特徵在於，自上述例示之凹凸結構D之要素之群中選擇之至少1個以上之要素具有滿足上述式(1)的混亂，且凹凸結構D之平均間距處於特定範圍內。
藉此，首先由於凹凸結構D之平均間距處於特定範圍內，故可增大凹凸結構之密度。由此，根據與<<光學基板PP>>中所說明者同樣之原理，內部量子效率IQE提高。或者，即便於半導體發光元件之界面位置設有凹凸結構D之情形時，由於凹凸結構D為高密度，故可無損半導體發光元件之各層之物性地增大界面之接觸面積。藉此，例如歐姆接觸性變得良好，電子注入效率EIE提高。此處，由於包含上述式(1)所示之混亂，故即便為高密度之凹凸結構，亦可對半導體發光元件之發光光實現光學散射性。由此，可同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、與光提取效率LEE。
首先，對使用本實施形態之光學基板D之效果進行大體說明。於製造半導體發光元件時，藉由作為高密度之基本結構之凹凸結構D，表現內部量子效率IQE之改善、半導體晶體層之龜裂產生之減少、及半導體晶體層使用量之減少之效果。而且，於使用半導體發光元件時，藉由異常結構而形成發光光可辨識之有效折射率Nema之分佈，表現出光學散射性，從而改善光提取效率LEE。雖重複說明，但於使用不含混亂、即不含異常結構之高密度之凹凸結構的情形時，雖表現出製造上述半導體發光元件時之效果，但使用時之效果之表現程度受到限制。相反，於使用光學散射性較大之體積變化較大之凹凸結構之情形時，雖表現出使用上述半導體發光元件時之效果，但製造時之效果之程度受到限制。換言之，本實施形態之光學基板D係將半導體發光元件之製造時表現之功能、與使用半導體發光元件時表現之功能，藉由基本結構與異常結構而進行功能分離。藉此，可同時改善先前難以同時實現之內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
藉由將本發明之光學基板D用於半導體發光元件，而同時提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光提取效率LEE。其理由係如以下所以。
內部量子效率IQE係因由於光學基板D之晶格常數與半導體晶體層之晶格常數之失配(晶格失配)產生之錯位而減少。此處，於光學基板D之表面設置具有與錯位密度同程度以上之密度之高密度之凹凸結構的情形時，可打亂半導體晶體層之晶體成長模式，可使半導體晶體層內之錯位對應於凹凸結構D而分散化。即，無論是微觀還是宏觀上均可減少錯位密度。因此，可提高內部量子效率IQE。
電子注入效率EIE係因肖特基能障所致之接觸電阻之增大而下降。光學基板D係設於具有積層至少2層以上之半導體晶體層與發光半導體層而構成之積層半導體層的半導體發光元件之最表面，藉此其
表面構成之透明導電膜或電極墊之接觸面積對應於凹凸結構D之比表面積而增大，從而可減少接觸電阻。因此，歐姆接觸提高，從而可提高電子注入效率EIE。
然而，為提高內部量子效率IQE，且為提高電子注入效率EIE，需要奈米級之微小之凹凸結構。凹凸結構之密度、比表面積越提高，則根據發光光之波長觀察之凹凸結構之大小變得越小，故光學散射效果減少。即，打亂波導模式之效果減弱，故而光提取效率LEE之提高程度變小。
此處，本發明者等人發現，藉由於作為基本之凹凸結構加入混亂、即使用同時包含基本結構與異常結構之凹凸結構D，而可對由原本之凹凸結構、即基本結構表現之功能(高密度之凹凸結構帶來之內部量子效率IQE之提高、或電子注入效率EIE之提高)，附加與凹凸結構之混亂、即異常結構相應之新的光學現象(光繞射、光散射)。即，可藉由高密度之凹凸結構提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE(原本之功能)，且可應用與凹凸結構之混亂相應之新的光學現象(光繞射或光散射)，故可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，提高光提取效率LEE。以下，包括實際研討在內對本原理進行詳細敍述。
於光之波長為與凹凸結構之大小同程度以下之情形時，光學現象為產生光繞射。另一方面，若光之波長充分大則有效介質近似發揮作用。
於前者之情形時，係逐個凹凸結構之微觀等級中產生光繞射，實質上無混亂之凹凸結構、即僅基本結構之情形時，光繞射之模式數優先。即，打亂波導模式之繞射件數受到限制。另一方面，於凹凸結構具有混亂之情形時，即相對於基本結構包含異常結構之情形時，對應於混亂而光繞射之模式之數增加。即，於以數十微米以上之宏觀等
級進行觀察之情形時，觀察到複數之光繞射模式之出光之平均的光，故包含混亂之凹凸結構實現光散射性。此種光散射性之打亂波導模式之效果較大，故可大幅地提高光提取效率LEE。
例如，利用波長為550nm之光觀察時，平均間距P'ave為460nm且由排列為六方晶格狀之複數之凸部與凹部構成之凹凸結構產生與平均間距P'ave相應之光繞射。因此，進行目測觀察之結果，可觀察到作為基本之凹凸結構帶來之與繞射光相應之虹色之炫光(以下亦稱為「原本之光學現象」)。其次，對該凹凸結構加入特定之混亂。該情形時，確認除了包含作為基本之凹凸結構帶來之原本之光學現象(光繞射現象)以外，還包含與凹凸結構之混亂、即異常結構相應之散射成分(以下亦稱為「新的光學現象」)。此處，使用與平均間距P'ave同程度且產生光繞射之波長(例如，550nm)之光進行光學檢查之結果，與以實質上不含異常結構之凹凸結構為對象之情形相比，確認以包含異常結構之凹凸結構為對象時之散射性(霧度及擴散反射強度)變得更強。原因在於，利用波長550nm之光觀察時，凹凸結構之凸部係作為繞射點發揮功能，但基本結構為凸部之排列規則性或凸部之輪廓形狀之均等性較高，故繞射模式數因排列而受到限制。另一方面，於凹凸結構包含混亂之情形時，與異常結構相應之繞射模式數增大，且包含分散。例如，對於平均間距P'ave為300nm之複數之凸部排列成正六方晶格狀之藍寶石基板(基本結構)的霧度，係平均間距P'ave為300nm之複數之凸部排列成正六方晶格狀且包含以1%之比例分散之高度為0nm之凸部(異常部位)之藍寶石基板之霧度的0.5倍。
又，於相對於460nm之平均間距P'ave，以週期4600nm加入±10%之調變之情形時，即間距P'於414nm~506nm之間階段性變化且此週期包含4600nm之異常結構的情形時，確認新的光學現象之散射成分有助於繞射晶格。即，若進行目測觀察，除了可觀察到與平均
間距P'ave相應之原本之光學現象(繞射點之光繞射)帶來之虹色之炫光外，還可觀察到由間距P'之分佈形成之有助於繞射晶格之新的光學現象(繞射晶格之光繞射)。因此，透過白色之螢光燈而觀察之情形時，於與平均間距P'ave相應之炫光之中，可新觀察到繞射晶格帶來之光之分離現象。又，亦可觀察到上述<光學基板PP>中所說明之雷射光線之分離現象。尤其係，確認於僅一維方向產生上述間距P'之調變之情形時，出光之雷射光線之分離係排列於某一個軸上，於二維方向產生之情形時，係排列於形成60度之旋轉角之3個軸上。
又，相對於平均間距P'ave為460nm之六方排列狀圖案(基本結構)而製作以1%之比例缺失凹凸結構之凸部的凹凸結構(異常部位)時，該凸部(異常部位)係作為散射點發揮功能，確認新的光學現象為散射性。即，若進行目測觀察，除了觀察到與平均間距P'ave相應之原本之光學現象(光繞射)帶來之炫光，還可觀察到與散射點相應之新的光學現象(光散射)。因此，作為原本之光學現象之光繞射帶來之炫光因新的光學現象之散射而緩和，並伴隨渾濁。
於實質上不含混亂之凹凸結構、即僅基本結構之情形時，係形成均等之有效折射率Nema，故光學散射性無限變小。另一方面，於凹凸結構具有混亂之情形時，即相對於基本結構包含異常結構之情形時，有效折射率Nema內可加入與凹凸結構之混亂相應之分佈。因此，光係以宛如存在具有與該分佈相應之外形且具有有效折射率Nema之介質之方式動作，故可新表現出與該分佈相應之光學現象(光繞射或光散射)，從而可提高光提取效率LEE。反之，意味著凹凸結構之混亂係作為光學散射成分而出現。
例如，利用波長為550nm之光觀察時，平均間距P'ave為200nm之由排列成六方晶格狀之複數之凸部及凹部構成的基本結構係藉由有效介質近似的作用而平均化。將該凹凸結構設於透明之基板上並進行
目測觀察時，可觀察到反射光極少之透明之基板。一般將其稱為無反射膜或蛾眼結構。原因在於，較光之波長充分小之凹凸結構因有效介質近似作用，利用光觀察時被平均化。此處，於該凹凸結構包含混亂情形時，確認除了包含光學現象(抗反射效果)外，還包含散射成分作為新的光學現象。即，相對於實質上不含異常結構之凹凸結構，使用較平均間距P'ave充分大之波長(例如550nm)之光進行光學檢查，結果，確認散射成分變得極小。原因在於，有效介質近似發揮作用，與對具有有效折射率Nema之薄膜進行之光學檢查相同。另一方面，藉由以包含異常結構之凹凸結構為測定對象，確認散射成分增加。原因在於，有效折射率Nema中加入了與異常結構相應之分佈，故用於光學檢查之光以測定具有與凹凸結構之混亂相應之外形之有效折射率Nema之介質的方式動作。例如，對平均間距P'ave為200nm之排列成正六方晶格狀之凸部(基本結構)的霧度，係平均間距P'ave為200nm且隨機包含六方晶格與四方晶格之間之排列之凸部(包含異常結構之凹凸結構)之霧度的0.89倍。
又，對於波長750nm之測定光之正反射強度於針對平均間距P'ave為200nm之排列成正六方晶格狀之凸部(基本結構)的情形時，係平均間距P'ave為200nm且隨機包含六方晶格與四方晶格之凸部(包含異常結構之凹凸結構)之情形時的0.31倍。
又，於對200nm之平均間距P'ave以週期1600nm加入±10%之調變之情形時，即間距於180nm~220nm之間階段性變化，而其週期包含1600nm之異常結構之凹凸結構的情形時，確認新的光學現象之散射成分有助於繞射晶格。即，進行目測觀察時，於與平均間距P'ave相應之原本之光學現象(抗反射)之透明基板之中，可進而觀察到有助於認為由有效折射率Nema形成之繞射晶格之新的光學現象(繞射晶格之光繞射)。因此，於與平均間距P'ave相應之透明體之中，可觀察到
由有效折射率Nema形成之繞射晶格帶來的光之分離現象又，亦可觀察到上述<光學基板PP>中所說明之雷射光線之分離現象。尤其係，確認於上述間距P'之調變僅於一維方向產生之情形時，出光之雷射光線之分離係排列於某一個軸上，於二維方向產生之情形時，係排列於形成60度之旋轉角之3個軸上。
又，相對於平均間距P'ave為200nm之作為基本之凹凸結構，製作包含於凸部徑為100nm~125nm之範圍具有不規則分佈之異常結構之凹凸結構時，作為散射點而觀察到新的光學現象帶來之散射成分。即，進行目測觀察時，於與平均間距P'ave相應之原本之光學現象(抗反射)之透明基板之中，可觀察到與推測由有效折射率Nema形成之散射點相應之新的光學現象(光散射)。因此，於作為原本之光學現象之抗反射之透明體之中，可觀察到作為新的光學現象之散射帶來之渾濁。
如上述般，判明藉由對凹凸結構之形狀或排列加入混亂、即、使凹凸結構包含異常結構，而可附加與凹凸結構之混亂相應之新的光學現象。即，即便為無法充分打亂原本波導模式之高密度之凹凸結構，藉由使其包含混亂，便可表現出與混亂相應之新的光學現象(光繞射或光散射)，故可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之狀態下，提高光提取效率LEE。換言之，即便原本為無法充分打亂波導模式之高密度之凹凸結構，亦因混亂而表現出較強之光學低散射性，故可利用高密度之凹凸結構改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE，同時可利用新附加之較強之光學散射性改善光提取效率LEE。
如以上所說明般，半導體發光元件之本質為，為藉由高密度之凹凸結構提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE，且同時提高光提取效率LEE，而地規則性或均質性較高之凹凸結構之基本結構新附
加光學散射成分。即，對具備凹凸結構之光學基板進行光學檢查，偵測霧度或擴散反射強度之散射成分，藉此可決定適於提高半導體發光元件之光提取效率LEE之凹凸結構之混亂。此處，於將應用於半導體發光元件之凹凸結構之平均間距P'ave固定之情形時，凹凸結構之混亂之效果可藉由光學透過測定或光學反射測定而判斷。尤其係，於光學透過測定中，可較佳使用透過光之散射成分、或霧度(Haze)值，於光學反射測定中，可較佳使用正反射成分、擴散反射成分、及彼等差分值或比率。再者，於僅抽出凹凸結構之混亂帶來之效果之情形時，必須使凹凸結構有效介質近似化而進行光學檢查。即，必須將光學測定波長λ決定為比凹凸結構之平均間距大之值。如此，藉由於經有效介質近似化之狀態下進行光學檢查，而可使起因於凹凸結構之混亂之散射成分定量化。
本發明者等人自上述說明之視角進行研討，測定維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下之光提取效率LEE之提高程度並利用FDTD法進行模擬，結果發現，凹凸結構之混亂之種類並無特別限定，重要的是與凹凸結構之混亂相應之光學散射成分之大小。即，本實施形態之光學基板D之凹凸結構D可藉由對凹凸結構之光學散射成分、尤其係使用可使凹凸結構有效介質近似化之光學測定波長λ進行光學檢查時之散射成分而決定。即，發現重要的並非用於表現混亂之凹凸結構之要素，而是表示混亂之程度之散射成分之強度。進而，發現該散射成分之強度與對於凹凸結構之要素之變動係數表現出正之相關。進而，發現藉由利用對凹凸結構之特定之要素之混亂，對於同時提高內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、與光提取效率LEE具有更顯著之效果。
首先，對光學基板D之基板本體進行說明。本實施形態之光學基板D之基板本體可使用<<光學基板PP>>中所說明之光學基板之本
體。因此，可以對半導體發光元件之表面或界面設置凹凸結構D之方式適當地變更基板本體之構成。
作為使用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之構成，可採用<<光學基板PP>>中所說明者。對<<光學基板PP>>中所說明之半導體發光元件進行更具體之說明。圖24係應用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之剖面模式圖。如圖24所示，於半導體發光元件600中，於設於光學基板D601之一主面上之凹凸結構層602上依序積層有n型半導體層603、發光半導體層604及p型半導體層605。又，於p型半導體層605上形成有透明導電膜606。又，分別於n型半導體層603表面形成有陰極電極607，於透明導電膜606表面形成有陽極電極608。再者，將依序積層於光學基板D601上之n型半導體層603、發光半導體層604及p型半導體層605稱為積層半導體層610。
於圖24中，光學基板D601係假定為例如藍寶石、碳化矽(SiC)、矽(Si)、或氮化鎵(GaN)等之情形而繪圖，但亦可如<<光學基板PP>>中所說明般，例如於透明導電膜606之表面、透明導電膜606與p型半導體層605之界面等亦設置凹凸結構D。關於其效果係如<<光學基板PP>>中參照圖6所說明般。
再者，於圖24中，係於設於光學基板D601之一主面上之凹凸結構層602上依序積層半導體層603、604、605，但亦可於光學基板D601之與設有凹凸結構層602之面相對之另一主面上依序積層半導體層。
圖25及圖26係應用本實施形態之光學基板D之半導體發光元件之另一例之剖面模式圖。如圖25所示，於半導體發光元件700中，於基板701上依序積層n型半導體層702、發光半導體層703及p型半導體層704。又，於p型半導體層704上，在與p型半導體層704相連之一主面上具有凹凸結構層705。又，分別於n型半導體層702表面形成有陰極
電極707，於透明導電膜706表面形成有陽極電極708。再者，於半導體發光元件700中，可將由透明導電膜706、或者基板701/n型半導體層702/發光半導體層703/p型半導體層704形成之積層體設定為本實施形態之光學基板D。
於圖25中，透明導電膜706之設有凹凸結構層705之主面係與p型半導體層704鄰接，亦可設於與p型半導體層704相對之主面。
如圖26所示，於半導體發光元件800中，於基板801上依序積層有n型半導體層802、發光半導體層803、及於與發光半導體層803相對之主面上設有凹凸結構層805之p型半導體層804。分別於基板801之與n型半導體層802相連之主面為相反側之主面上形成有陰極電極806，於p型半導體層804表面形成有陽極電極807。再者，於半導體發光元件800中，例如可將由p型半導體層804、或者基板801/n型半導體層802/發光半導體層803/p型半導體層804形成之積層體設定為本實施形態之光學基板D。
圖24~圖26所示之半導體發光元件600、700、800係將本實施形態之光學基板D應用於雙異質結構之半導體發光元件的示例，但積層半導體層之積層結構並不限定於此。又，亦可於基板601、701、801與n型半導體層603、702、802之間設置未圖示之緩衝層。
本實施形態之光學基板D之構成係如<<光學基板PP>>中參照圖7所說明般。即，如圖7A所示，凹凸結構20(D)只要設於光學基板10(D)之至少一方便可，該凹凸結構20(D)之平均間距處於上述說明之範圍內，且如上述說明般凹凸結構20(D)包含混亂便可。
其次，對本實施形態之光學基板D之凹凸結構D之混亂進行說明。
作為凹凸結構D之混亂之因素之要素之分佈係如業已說明般具有上述式(1)所示之(標準偏差/算術平均)。於式(1)中，凹凸結構D之(標
準偏差/算術平均)、即變動係數係對於構成凹凸結構D之要素之值。例如，於凹凸結構D由要素A、B、C之三者構成之情形時，係定義為如對要素A之標準偏差除以對要素A之算術平均所得之變動係數般、對於同一要素之標準偏差及算術平均之比率。關於各要素於下文敍述。又，於以下之說明中，亦將標準偏差除以算術平均所得之值稱為變動係數。
於將某一要素(變量)之分佈之N個測定值設為x1、x2...、xn之情形時，算術平均值係由下式定義。
於將要素(變量)之分佈之N個測定值設為x1、x2...、xn之情形時，使用上述定義之算術平均值而由下式定義。
算出算術平均時之樣品件數N係定義為10以上。又，標準偏差算出時之樣品件數係設為與算術平均算出時之樣品件數N相同。
又，變動係數並非定義為光學基板D之面內之值，而是定義為對光學基板D之局部之部位之值。即，並非遍及光學基板D之面內進行N點測量而算出變動係數，而是進行光學基板D之局部觀察，算出該觀
察範圍內之變動係數。此處，所謂用於觀察之局部範圍，是定義為凹凸結構D之平均間距P'ave之5倍~50倍程度之範圍。例如，若平均間距P'ave為300nm，則於1500nm~15000nm之觀察範圍內進行觀察。因此，例如拍攝2500nm之視野像，使用該攝像求出標準偏差與算術平均，從而算出變動係數。
如業已說明般，藉由對凹凸結構加入混亂，而可出現新的光學現象，從而可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下提高光提取效率LEE。上述式(1)係表示對凹凸結構D之某一要素進行標準化之偏差。即，表現出藉由上述說明之光學檢查所得之散射成分為適當值之混亂。因此，藉由滿足上述式(1)之範圍，而可藉由與混亂相應之新的光學現象(光繞射或光散射)打亂波導模式，從而可提高光提取效率LEE。
變動係數對於構成凹凸結構D之每個要素而存在最佳值，藉由不依賴作為凹凸結構D之混亂之因素之要素而滿足式(1)，可提高光提取效率LEE。此處，下限值係根據光提取效率LEE提高程度決定，上限值係根據內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高維持程度決定。自進一步減小對半導體發光元件之製造條件或光學基板D之種類的影響，增大內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高、及光提取效率LEE之雙方的觀點而言，下限值更佳為0.03以上。另一方面，上限值較佳為0.35以下，更佳為0.25以下，最佳為0.15以下。
再者，藉由使自以下說明之間距P'、凸部底部外接圓徑out、凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in、及高度H之群中選擇之1個以上之要素滿足上述式(1)，而可增大基於凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射或光散射)之表現強度，故而較佳。即，可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，增大光提取效率LEE。原因在於，為增強凹凸結構D之混亂帶來之光學散射性，重
要的是凹凸結構D之體積變化。藉由使上述說明之要素具有混亂兒科增大凹凸結構D之體積之變化，且可實現光繞射模式數之增加或增大與有效折射率Nema之混亂對應之部位的對比度。即，光學散射性變大，而可提高光提取效率LEE。尤其係，對於間距P'及高度H而言，亦容易加入規則的混亂。該情形時，藉由具有規則性之混亂，可利用光繞射作為新的光學現象。
對於凹凸結構D之混亂尤其係包含間距P'、高度H、或者凸部底部外接圓徑out之混亂為佳。原因在於，該等要素之混亂於體積換算時其值變大，且對光學散射性之幫助較大。又，藉由至少包含間距P'之變化，半導體晶體層之成長時產生之龜裂抑制之效果變大，且光學散射強度增強，故而較佳。又，藉由至少包含間距P'、與高度H或凸部底部外接圓徑out之變化，對半導體晶體層之錯位密度減少效果與龜裂抑制效果、及光提取效率LEE之提高進一步變大，故而較佳。再者，最佳為包含間距P'、高度H，及凸部底部外接圓徑out之混亂之情形。該情形時，可同時進一步改善錯位之分散化與錯位密度之減少效果、龜裂抑制效果、較強之光學散射性之效果。
再者，該情形時，藉由使間距P'與高度H、及間距P'與凸部底部外接圓徑out之相關係數為負，而提高龜裂抑制效果。另一方面，藉由使間距P'與高度H、及間距P'與凸部底部外接圓徑out之相關係數為正，而進一步增大光提取效率LEE之提高程度。藉此，可於維持內部量子效率IQE之改善之狀態下，進一步提高光提取效率LEE。
自提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為至少間距P'與高度H、或者間距P'與凸部底部外接圓徑out之關係為正之相關。原因在於，藉由滿足此種關係，凹凸結構D之要素之體積變化程度變大，隨之，有效折射率Nema之分佈之折射率差變大，光學散射性之強度增強。尤其係，最佳為高度H及凸部底部外接圓徑out隨著間距P'增加
而增加。
再者，採用滿足上述式(1)之範圍內之哪個數值，可根據光學基板D之表面狀態、目的選擇各種，並選擇最佳之結構。例如，於選擇同時提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE時，可應用相對難以產生錯位缺陷之光學基板D、CVD裝置或CVD條件的情形時，為提高光散射效果，可於滿足上述式(1)之範圍內採用較大之變動係數。又，於相對容易產生較多錯位缺陷之光學基板D、CVD裝置或CVD裝置條件之情形時，為減少錯位缺陷，進一步提高內部量子效率IQE，可於滿足上述式(1)之範圍內採用較小之變動係數。
又，於選擇同時提高電子注入效率EIE與光提取效率LEE時，可根據透明導電膜或電極墊及最表層半導體層之產生條件或種類而選擇各種，選擇最佳結構。例如，於歐姆特性相對良好之p型半導體層與透明導電膜之組合之情形時，為提高光散射效果且提高光提取效率LEE，可於滿足上述式(1)之範圍內採用較大孩子變動係數。反之，於歐姆特性不良之情形時，為利用接觸面積增大所致之接觸電阻之減少而實現電子注入效率EIE之提高，可於滿足上述式(1)之範圍內採用較小之變動係數。
其次，對本實施形態之光學基板D之凹凸結構D進行說明。凹凸結構D只要具有凸部及凹部，則其形狀及排列並無限定，可採用<<光學基板PP>>中所說明之形狀及排列。原因在於，藉由滿足上述式(1)，可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下增大光提取效率LEE。
再者，點結構中之各凸部亦可藉由連續之凹部而平滑地連接。另一方面，洞結構中之各凹部亦可藉由連續之凸部而平滑地連接。其中，自進一步提高內部量子效率IQE或電流注入效率EIE之觀點而言，較佳為點結構。原因在於，為提高內部量子效率IQE，必須促進
凹凸結構D之密度帶來之錯位分散化。另一方面，為提高電流注入效率EIE，必須增大凹凸結構D之比表面積，利用所增加之比表面積增大接觸面積，從而減少接觸電阻。尤其係，為提高內部量子效率IQE，且促進錯位之分散化，點結構之中，最佳為於凸部頂部不具有平坦面之結構。進而，凹凸結構D之凹部底部較佳為具有平坦面。原因在於，可促進半導體晶體層之核產生及核成長，提高內部量子效率IQE。
其次，對凹凸結構D之說明中使用之用語進行定義。
關於平均間距P'ave之定義，係如參照圖18而於<<凹凸結構PP>>中所說明般。再者，於凹凸結構20(D)為線與間隙結構之情形時，間距P'係定義為相互接近之凸狀體之中心線間隔。
平均間距P'ave若為50nm以上且1500nm以下，則可同時增大內部量子效率IQE或電子注入效率EIE及光提取效率LEE。尤其係，藉由使平均間距P'ave為50nm以上，而可增強基於上述凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射或光散射)之表現強度，從而打亂波導模式之效果增強。因此，可提高光提取效率LEE。自進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間距P'ave較佳為150nm以上，更佳為200nm以上，最佳為250nm以上。另一方面，藉由使平均間距P'ave為1500nm以下，凹凸結構D之密度及比表面積提高。伴隨於此，可使半導體晶體層內部之錯位分散化，從而可減少局部及宏觀的錯位密度，故可增大內部量子效率IQE。自進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間距P'ave較佳為1000nm以下，更佳為900nm以下。尤其係，於900nm以下之情形時，凹凸結構之密度相對於錯位密度而適度地增大，故錯位減少及分散化之效果提高。其中，更佳為550nm以下，最佳為400nm以下。又，接觸面積因較大之比表面積而變大，故可減少接觸電阻，
提高電子注入效率EIE。自進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間距P'ave較佳為1000nm以下，更佳為800nm以下，最佳為550nm以下。
又，自作為凹凸結構D之混亂而將間距之混亂，於利用上述機制維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高的狀態下，應用於光提取效率LEE之提高的觀點而言，對於作為混亂之因素之凹凸結構D之要素之間距P'之變動係數，於上述最大範圍(0.025以上且0.5以下)之中較佳為0.03以上且0.4以下。尤其係，藉由設為0.03以上，對光提取效率LEE之幫助變得良好，藉由設為0.4以下，對內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高維持之幫助變得良好。自同樣之觀點而言，較佳為0.035以上，更佳為0.04以上。又，較佳為0.35以下，更佳為0.25以下，最佳為0.15以下。
於間距P'滿足上述範圍之情形時，可增大基於凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射或光散射)之表現強度，故而較佳。即，可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，增大光提取效率LEE。原因在於，為增強凹凸結構D之混亂帶來之光學散射性，重要的是凹凸結構D之體積變化。藉由使上述說明之要素具有混亂，而可增大凹凸結構D之體積之變化，從而可實現光繞射模式數之增加或增大與有效折射率Nema之混亂對應之部位之對比度。即，光學散射性變大，可提高光提取效率LEE。尤其係，藉由使間距P'及高度H或凸部底部外接圓徑out滿足上述式(1)之範圍，上述說明之體積變化之效果變大，故而光學散射性增強。即，基於凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射及光散射)強度提高，故而光提取效率LEE提高。進而，藉由使間距P'、高度H、及凸部底部外接圓徑out滿足上述式(1)之範圍，上述效果進一步變大，故而較佳。
再者，凹凸結構D之間距P'之混亂可具有較高之規則性亦可具有
較低之規則性。例如，於包含不規則地含有正六方排列、六方排列、準六方排列、準四方排列、四方排列、及正四方排列之異常結構之凹凸結構D的情形時，凹凸結構D之間距P'之混亂之規則性下降，可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，對於正六方排列而言，包含週期性產生間距P'增減之異常結構之凹凸結構D之情形時，間距P'之混亂具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。又，例如，於作為基本結構之正六方排列之中局部配置有作為異常結構之非正六方排列(例如，四方排列)部位的情形時，若該異常結構不規則地分散存在，則凹凸結構D之間距P'之混亂之規則性下降，而可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，於作為基本結構之正六方排列之中局部配置作為異常結構之非正六方排列(例如，四方排列)部位，且該異常結構規則地設置之情形時，間距P'之混亂具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。
關於凸部頂部寬度lcvt、凹部開口寬度lcct、凸部底部寬度lcvb、及凹部底部寬度lccb之定義，係如參照圖19~圖22而於<<光學基板PP>>中所說明般。
比率(lcvt/lcct)較佳滿足與<<光學基板PP>>中所說明之較佳範圍相同之範圍。藉此，可表現作為上述式(1)之混亂之效果之光學散射性，且實現因微觀及宏觀的錯位密度之減少帶來之內部量子效率IQE之提高。
又，凹凸結構20(D)之凹部20b之底部根據與<<光學基板PP>>中所說明者同樣之效果，較佳具有平坦面。進而，根據與<<光學基板PP>>中所說明者相同之原理，比率(lcvb/lccb)亦較佳滿足<<光學基板PP>>所記載之較佳範圍。藉由滿足此種範圍，可進一步促進以
凹凸結構D之凹部底部為基準面之半導體晶體層之成長，良好地改善內部量子效率IQE，且可減小半導體晶體成膜裝置間之差。
另一方面，為同時滿足電子注入效率EIE之提高與光提取效率LEE之提高，凹凸結構20(D)之凹部底部最佳為實質上不存在平坦面。即，比率(lcvb/lccb)越大越佳，最佳為向無限大漸進。半導體發光元件中為提高電子注入效率EIE，必須有效地增大較薄之p型半導體層之比表面積，從而減少接觸電阻。又，例如，於透明導電膜之表面設置凹凸結構D之情形時，增大凹凸結構之體積則會增大光學散射性。另一方面，為提高光提取效率LEE，必須藉由如上所述之凹凸結構D之混亂表現光散射性，有效地打亂波導模式。自以上之觀點而言，凹凸結構20(D)之凸部底部寬度lcvb與凹部底部寬度lccb之比率(lcvb/lccb)較佳為0.33以上。尤其係，自增大比表面積且提高光學散射性之觀點而言，(lcvb/lccb)更佳為0.6以上，最佳為3以上。
進而，若為凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb之形狀，則容易同時滿足上述說明之比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此，根據業已說明之機制，可同時增大內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、與光提取效率LEE。
又，凹凸結構20(D)若為點結構則凸部頂部寬度lcvt及凸部底部寬度lcvb之控制變得容易，且容易同時滿足比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此，根據業已說明之機制，可同時增大內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、與光提取效率LEE。
占空比之定義係如<<光學基板PP>>所記載般。又，立足於同時提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE之觀點時之較佳範圍根據同樣之理由而如<<光學基板PP>>所記載般。
另一方面，自提高電子注入效率EIE之觀點而言，占空比較佳為
0.25以上且1以下。藉由設為0.25以上，可有效地增大比表面積，而可改善電子注入效率EIE，且由於凸部之體積變大而打亂波導模式之效果變大，從而可提高光提取效率LEE。根據同樣之效果，比率(lcvb/P)較佳為0.38以上，更佳為0.5以上，最佳為0.75以上。
再者，藉由使以下說明之凸部底部外接圓徑out及凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in滿足上述式(1)，而可有效地表現光學散射性，故而較佳。凸部底部外接圓徑out具有混亂，意味著占空比具有混亂。
於凹凸結構D為點結構之情形時，縱橫比係使用上述說明之lcvb而定義為凹凸結構D之高度H/lcvb。另一方面，於凹凸結構D為洞結構之情形時，縱橫比係使用上述說明之lcct而定義為凹凸結構D之深度/lcct。
藉由將縱橫比設為0.1以上，可藉由凹凸結構D之混亂帶來之散射性，提高光提取效率LEE。尤其係，較佳為0.3以上，更佳為0.5以上，最佳為0.8以上。另一方面，藉由將縱橫比設為5以下，除了可減少錯位密度以外，還可以縮短凹凸結構D之製作時間，且可減少半導體晶體量，故而較佳。又，藉由將縱橫比設為5以下，可抑制接觸不良，且可良好地表現接觸電阻減少帶來的電子注入效率EIE之提高效果。根據同樣之效果，更佳為2以下，最佳為1.5以下。
再者，於以下說明之高度H具有滿足上述式(1)之混亂之情形時，光學散射性有效地變高，故而較佳。該情形時，縱橫比亦同時具有混亂。再者，凹凸結構D之高度H之混亂可具有較高之規則性亦可具有較低之規則性。即，縱橫比之混亂可具有較高之規則性亦可具有較低之規則性。例如，於存在中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構D，且該凹凸結構D包含高度H於上述範圍內具有較低規則性
之混亂之異常結構的情形時，凹凸結構D之高度H之混亂之規則性下降，可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，於包含週期性產生高度H增減之異常結構之凹凸結構D之情形時，高度H之混亂變得具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。又，例如，於作為高度H1之集合之基本結構之中局部配置有高度H2之異常部位的情形時，若該異常部位不規則地分散存在，則凹凸結構D之高度H之混亂之規則性下降，而可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，於作為高度H1之集合之基本結構之中局部配置有高度H2之異常部位，且該異常部位規則地設置之情形時，高度H之混亂變得具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。
凸部底部外接圓徑out及凸部底部內切圓徑in之定義係參照圖23而如<<光學基板PP>>所記載般。又，關於彼等之較佳範圍，亦根據同樣之理由而較佳滿足<<光學基板PP>>所記載之範圍。
又，自根據上述機制維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，將凸部底部外接圓徑out之混亂應用於光提取效率LEE之提高的觀點而言，對於作為混亂之因素之凹凸結構D之凸部底部外接圓徑out之(標準偏差/算術平均)，於上述最大範圍(0.025~0.5)之中較佳為0.03以上且0.4以下。尤其係，藉由設為0.03以上，對光提取效率LEE之幫助變得良好，藉由設為0.4以下，對內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高維持之幫助變得良好。自同樣之觀點而言，較佳為0.04以上，更佳為0.05以上，最佳為0.06以上。又，較佳為0.35以下，更佳為0.25以下，最佳為0.15以下。
又，自根據上述機制維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，將比率(out/in)之混亂應用於光提取效率LEE之提高的觀點而言，對於作為混亂之因素之凹凸結構D之比率
(out/in)的變動係數，於上述最大範圍(0.025~0.5)之中較佳為0.03以上且0.35以下。尤其係，藉由設為0.03以上，對光提取效率LEE之幫助變得良好，藉由設為0.35以下，對內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高維持之幫助變得良好。自同樣之觀點而言，較佳為0.04以上，更佳為0.05以上，最佳為0.06以上。又，較佳為0.25以下，更佳為0.15以下，最佳為0.10以下。
於上述凸部底部外接圓徑out及凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in滿足上述範圍之情形時，可增大基於凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射或光散射)之表現強度，故而較佳。即，可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高的狀態下，增大光提取效率LEE。原因在於，為增強凹凸結構D之混亂帶來之光學散射性，重要的是凹凸結構D之體積變化。藉由使上述說明之要素具有混亂，而可增大凹凸結構D之體積之變化，從而可實現光繞射模式數之增加或增大與有效折射率Nema之混亂對應之部位的對比度。即，光學散射性變大，而可提高光提取效率LEE。
又，藉由使凸部底部外接圓徑out及以下說明之高度H滿足上述式(1)之範圍，上述說明之凹凸結構D之體積變化變大，光提取效率LEE之提高程度進一步變大，故而較佳。根據同樣之效果，較佳為凸部底部外接圓徑out、高度H及間距P'滿足上述式(1)，更佳為凸部底部外接圓徑out、高度H、間距P'及凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in滿足上述式(1)。再者，較佳為凸部底部外接圓徑out與高度H之相關中具有正之相關係數。
關於凹凸結構之高度H之定義係如<<光學基板PP>>中所說明般。高度H若為平均間距P'ave之2倍以下，則自光提取效率LEE、內部量子效率IQE、凹凸結構D之製作之時間、使用之半導體晶體量之
觀點而言較佳。又，若為平均間距P'ave之2倍以下，則可提高光提取效率LEE，且可利用接觸不良之抑制而良好地提高電子注入效率EIE，故而較佳。尤其係，於為平均間距P'ave以下之情形時，凹凸結構D之折射率分佈利用發光光觀察時變得適當，故可進一步提高光提取效率LEE。自該觀點而言，凹凸結構D之高度H更佳為平均間距P'ave之0.8倍以下，最佳為0.6倍以下。
又，自根據上述機制維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，將高度H之混亂應用於光提取效率LEE之提高的觀點而言，對於作為混亂之因素之凹凸結構D之高度H之變動係數，於上述最大範圍(0.025~0.5)之中較佳為0.03以上且0.40以下。尤其係，藉由設為0.03以上，對光提取效率LEE之幫助變得良好，藉由設為0.40以下，對內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高維持之幫助變得良好。自同樣之觀點而言，較佳為0.04以上，更佳為0.05以上，最佳為0.12以上。又，較佳為0.35以下，更佳為0.3以下，最佳為0.25以下。
於上述高度H滿足上述範圍之情形時，可增大基於凹凸結構D之混亂之新的光學現象(光繞射或光散射)之表現強度，故而較佳。即，可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高的狀態下，增大光提取效率LEE。原因在於，為增強凹凸結構D之混亂帶來之光學散射性，重要的是凹凸結構D之體積變化。藉由使上述說明之要素具有混亂而可增大凹凸結構D之體積之變化，從而可實現光繞射模式數之增加或增大與有效折射率Nema之混亂對應之部位的對比度。即，光學散射性變大，而可提高光提取效率LEE。尤其係，藉由使高度H與間距P'滿足上述式(1)，光學散射性之效果變大，光提取效率LEE進一步提高，故而較佳。再者，自龜裂抑制之觀點而言，高度H與間距P'之相關較佳具有負之相關係數。另一方面，自光提取效率LEE之觀
點而言，較佳具有正之相關係數。根據同樣之原理，更佳為高度H、間距P'及凸部底部外接圓徑out滿足上述式(1)，最佳為高度H、間距P'、凸部底部外接圓徑out、及凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in滿足上述式(1)。
再者，高度H之混亂可具有較高之規則性亦可具有較低之規則性。例如，於有中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構D，且該凹凸結構D包含高度H於上述範圍內具有規則性較低之混亂之異常結構的情形時，凹凸結構D之高度H之混亂之規則性下降，而可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，於包含週期性產生高度H增減之異常結構之凹凸結構D之情形時，高度H之混亂變得具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。又，例如，於作為高度H1之集合之基本結構之中局部配置有高度H2之異常部位的情形時，若該異常部位不規則地分散存在，則凹凸結構D之高度H之混亂之規則性下降，而可表現光散射作為新的光學現象。另一方面，於作為高度H1之集合之基本結構之中局部配置有高度H2之異常部位，且該異常部位規則地設置之情形時，高度H之混亂變得具有較高之規則性，而可表現光繞射作為新的光學現象。
凸部側面之傾斜角度Θ係由上述說明之凹凸結構D之形狀參數而決定。尤其係，較佳為傾斜角度自凸部頂部朝向凸部底部而多階段地變化。例如，凸部側面向上凸起之反曲點描繪1個曲線之情形時，傾斜角度變成2個。藉由具有此種多階段之傾斜角度，可進一步增強凹凸結構D之混亂帶來之光散射性之效果，從而可提高光提取效率LEE。又，根據光學基板與半導體晶體層之材質，亦可根據凸部側面出現之結晶面而選定凸部側面之傾斜角度。該情形時，半導體晶體層之成長性變得良好，故可進一步提高內部量子效率IQE。
繼而，使用具體例來說明滿足上述式(1)之凹凸結構D之混亂。滿足上述式(1)之凹凸結構D之要素並無特別限定，作為稱為凹凸結構D之混亂之因素之要素，可列舉例如間距P'、占空比、縱橫比、凸部頂部寬度lcvt、凸部底部寬度lcvb、凹部開口寬度lcct、凹部底部寬度lccb、凸部側面之傾斜角度、凸部側面之傾斜角度之切換數、凸部底部內切圓徑in、凸部底部外接圓徑out、凸部高度、凸部頂部之面積、凸部表面之微小突起數(密度)、或該等之比率、或可根據凹凸結構D之排列類推之資訊(例如，凹部之形狀等)。
該等要素之中，間距P'意味著凹凸結構D之排列之混亂，間距P'以外之要素意味著凹凸結構D之形狀之混亂。該等混亂可僅為上述一種要素之混亂，亦可複合混亂。上述式(1)係根據可根據上述光學檢查之散射成分評估凹凸結構D之混亂而發現。尤其係，自進一步較強地發揮散射性，有效地打破波導模式，提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳為複數之要素同時滿足上述式(1)所示之混亂。其中，於間距P'、占空比、高度H、縱橫、凸部底部外接圓徑out或比率(out/in)具有分佈之情形時，繞射模式數之增加帶來之散射性、或者有效折射率Nema之分佈帶來之散射性變大，打亂波導模式之效果較大，故而較佳。該等之中，藉由同時包含2個以上之分佈，可更顯著地提高光提取效率LEE。其中，若間距P'、高度H、凸部底部外接圓徑out及凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in之任一者具有滿足上述式(1)之混亂，則光學散射性效果變得顯著，故而較佳，更佳為該等之複合混亂。
因凹凸結構D12之混亂而滿足上述式(1)且實現散射性之狀態，於有效介質近似區域下之光學檢查中，可分類成：有效折射率Nema包含局部之折射率之分佈之情形(參照圖27)；有效折射率Nema包含等級大於各凹凸結構D12之折射率之分佈之情形(參照圖28)；及存在未到
達有效介質近似區域之部分的情形(參照圖29)。如業已說明般，可藉由有效介質近似下之光學檢查而抽出起因於凹凸結構D12之混亂之散射成分。該混亂係新表現之光學現象(光繞射或光散射)。因此，半導體發光元件之發光光無論於利用發光光觀察而凹凸結構D12較小之情形時，還是同程度以上之大小之情形時，均可表現與凹凸結構D12之混亂相應之散射性，而光提取效率LEE提高。再者，本說明書中之有效折射率Nema並非實測值，而是以光學現象為前提藉由計算求出之值。此處，作為光學現象之前提，係指有效介質近似。該有效介質近似可藉由介電常數分佈之體積分率而簡單地表現。即，藉由計算凹凸結構D之要素之差異作為介電常數之分佈之體積分率，並將其轉換成折射率而進行計算。再者，介電常數係折射率之平方。
圖27~圖29係表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的模式圖。圖27係表示有效介質近似區域下，有效折射率Nema包含局部折射率之分佈時、光學基板D11之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的概念圖。圖27中，以箭頭指示之部分相當於作為上述說明之凹凸結構D12之混亂之因素之、包含具有與凹凸結構D12之主要部位之凸部13不同之形狀或尺寸之凸部13的異常部位。再者，以箭頭指示之部分佔據圖27之凸部13之大半之情形時，凹凸結構D12變成鄰接之凸部13互不相同之狀態、即包含異常結構之凹凸結構D12。
圖27之曲線中，橫軸係與位置即各凹凸結構D12之位置對應。縱軸係表示凹凸結構D12之某一剖面位置(圖27中A-A表示之位置)之有效折射率Nema。又，圖27中之上段之曲線係表示凹凸結構D12實質上無混亂之情形，下段之曲線係表示凹凸結構D12有混亂(箭頭指示之部分)之情形。於有效介質的近似區域，凹凸結構D12係作為具有平均之折射率、即有效折射率Nema之介質而動作。因此，於實質上無混亂
之情形時，有效折射率Nema無關於凹凸結構D12之位置(平面方向)而變成大體固定之值。即，有效介質近似下之光學檢查中之散射成分變得極小。另一方面，於凹凸結構D12有混亂之情形時，於凹凸結構D12之異常部位，有效折射率Nema亦變化。另一方面，箭頭指示之部分佔據圖27之凸部13之大半之情形時，有效折射率Nema內含連續變化之折射率。即，推測凹凸結構D12因包含異常結構，而有效折射率Nema具有分佈，光有宛如存在與有效折射率Nema之分佈相應之介質之感覺。因此，實現與有效折射率Nema之分佈相應之散射性，有效介質近似下之光學檢查中之散射成分增加。因此，例如反射測定中之擴散反射強度或透過測定中之霧度值變大。由此，圖27中箭頭表示之異常部位週期性配置之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有週期性，作為新的光學現象表現之散射性作為光繞射而被觀察到。另一方面，圖27中箭頭表示之異常部位非週期性配置之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有非週期性，作為新的光學現象表現之散射性作為光散射而被觀察到。又，箭頭指示之部分佔據圖27之凸部13之大半之情形時，且凸部13具有週期性分佈之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有週期性，作為新的光學現象表現之散射性係作為光繞射被觀察到。另一方面，箭頭指示之部分佔據圖27之凸部13之大半之情形時，且凸部13具有非週期性分佈之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有非週期性，作為新的光學現象表現之散射性係作為光散射而被觀察到。
關於凹凸結構D12之混亂，於下文詳細敍述，但例如利用上述說明之間距P'以外之凹凸結構之要素之情形時符合本狀況。
例如，對於凹凸結構D12之平均間距P'ave為300nm、凸部底部寬度lcvb為150nm、縱橫比為1之凸部頂部不具有平坦面之基本形狀、即主要部位，混合存在有縱橫比為0~0.3左右之凸部13的情形時，該
較低縱橫比之部分相當於異常部位，於該異常部位有效折射率Nema具有分佈。對應於該有效折射率Nema之分佈、換言之對應於具有較低縱橫比之凸部13之分佈，而表現出作為新的光學現象之散射性。又，例如於凹凸結構D12之平均間距P'ave為300nm、縱橫比之平均值為1、縱橫比為0.8~1.2之範圍內且包含具有較低規則性之分佈之異常結構的凹凸結構D之情形時，根據縱橫比之分佈而達成上述式(1)，且對應於該分佈而有效折射率Nema具有分佈。對應於該有效折射率Nema之分佈、換言之對應於凸部13之縱橫比之分佈，而表現出作為新的光學現象之散射性。此種與有效折射率Nema之分佈相應之散射性可作為上述式(1)所示之凹凸結構D12之混亂而表現。因此，藉由將具有滿足上述式(1)之混亂之凹凸結構D12之光學基板D11應用於半導體發光元件，半導體發光元件之發光光可表現與凹凸結構D12之混亂相應之新的光學現象，從而可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，提高光提取效率LEE。
圖28係表示有效介質近似區域下包含等級大於各凹凸結構D12之有效折射率Nema之混亂的情形時，光學基板D11之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的概念圖。圖28之曲線中，橫軸係光學基板D11之平面方向位置。縱軸係凹凸結構D12之某一特定高度位置之有效折射率Nema。又，圖28中之上段之曲線係表示凹凸結構D12實質上無混亂之情形，下段之曲線係表示凹凸結構D12具有混亂之情形。於有效介質的近似區域，凹凸結構D12係作為具有平均之折射率Nema之介質而動作。圖28中所示之異常部位週期性配置之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有較大之週期性，作為新的光學現象表現之散射性係作為光繞射而被觀察到。另一方面，圖28中所示之異常部位非週期性配置之情形時，有效折射率Nema之分佈亦具有非週期性，作為新的光學現象表現之散射性係作為光散射而被觀察
到。關於凹凸結構D12之混亂於下文詳細敍述，但例如可列舉平均間距P'ave為250nm之區域A與平均間距P'ave為300nm之區域B混合存在之情形。於區域A與區域B以間隔1500μm混合存在之情形時，推測有效折射率Nema亦以間隔1500μm具有分佈。即，與有效折射率Nema之分佈(間隔1500μm)相應之散射性作為新的光學現象表現。又，例如於正六方排列之基本結構之中部分設有四方排列之異常部位的情形相當於本狀況。更具體而言，可列舉於平均間距P'ave為300nm之正六方排列之基本結構之中，分佈有平均間距P'ave為300nm、集合之大小為900nm~1500nm之異常結構的情形。該情形時，異常結構若規則地配置，則有效折射率Nema亦具有與規則的異常結構相應之分佈，故作為新的光學現象而產生光繞射，異常結構若不規則地配置，則有效折射率Nema之分佈亦具有不規則性，故作為新的光學現象而表現光散射。又，例如，由不規則地包含六方排列、準六方排列、準四方排列、及四方排列之異常結構構成凹凸結構D之情形相當於本狀況。該情形時，有效折射率Nema之分佈無論是局部還是宏觀上均具有不規則性，故作為新的光學現象而表現光散射。此種與有效折射率Nema之分佈相應之新的光學現象(散射性或繞射性)可作為上述式(1)所示之凹凸結構D12之混亂而表現。因此，藉由將具有滿足上述式(1)之混亂之凹凸結構D12之光學基板D11應用於半導體發光元件，半導體發光元件之發光光可表現與凹凸結構D12之混亂相應之新的光學現象，從而可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高的狀態下，提高光提取效率LEE。
圖29係表示部分包含未包含於有效介質近似區域下之凹凸結構D12之情形時光學基板D11之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線之關係的概念圖。於圖29中，箭頭指示之部分表示凹凸結構D12之混亂，該部位係未包含於有效介質近似區域下之部分。例如，
由於凹凸結構D12之平均間距P'ave為250nm，故為了應用有效介質近似，而使用波長550nm之光學測定波長之情形時，係配置具有與該波長(550nm)同程度以上之大小的凸部(例如，500nm之大小之凸部)。圖29之曲線中，橫軸係與位置即各凹凸結構D12之位置對應。縱軸係表示凹凸結構D12之某一剖面位置(圖29中A-A表示之位置)之有效折射率Nema。又，圖29中之上段之曲線係表示凹凸結構實質上無混亂之情形，下段之曲線係表示凹凸結構D12有混亂(箭頭指示之部分)之情形。於有效介質的近似區域，凹凸結構D12係作為具有平均之折射率、即有效折射率Nema之介質而動作。若將構成凹凸結構D12之材質之折射率表述為Nact，則有效折射率Nema之中，相當於異常部位之位置之折射率變成Nact。即，作為有效折射率Nema動作之介質之中，具有與有效折射率Nema不同之折射率Nact之介質係以對應於混亂分佈而配置之狀態發揮功能。即，光有宛如作為包含具有具折射率Nact之介質分散後之有效折射率Nema之介質的薄膜之感覺，故按照折射率Nact之分佈而實現散射性。圖29中所示之異常部位週期性配置之情形時，推測折射率Nact之分佈亦具有較大之週期性。因此，作為新的光學現象表現之散射性係做光繞射而被觀察到。另一方面，圖29中所示之凹凸結構D12之異常部位非週期性配置之情形時，折射率Nact之分佈亦具有非週期性，作為新的光學現象表現之散射性係作為光散射而被觀察到。關於凹凸結構D12之混亂於下文詳細敍述，例如將平均間距P'ave設定為200nm，將光學測定波長λ設定為800nm。此時，係部分地包含凸部徑(lcvt或lcvb)為1200μm之凸部。該情形時，具有較大之凸部徑之凸部13相當於異常部位，該異常部位相當於折射率Nact之散射點，該凹凸結構D12實現散射性。又，例如將平均間距P'ave設定為300nm，將光學測定波長λ設定為800nm。此時，係部分地包含凹部徑(凹部開口寬度lcct或凹部底部寬度lccb)為600nm~1500
nm之凹部。該情形時，具有較大之凹部徑之凹部相當於異常部位，該異常部位相當於散射點，該凹凸結構D12實現散射性。再者，於具有較大之凹部徑之凹部作為異常部位發揮功能時之折射率變成包圍凹凸結構D12之周圍之介質之折射率(例如，半導體之折射率)。對應於此種有效折射率Nema之分佈之散射性可作為上述式(1)所示之凹凸結構D12之混亂而表現。因此，藉由將具有滿足上述式(1)之混亂之凹凸結構D12之光學基板D11應用於半導體發光元件，半導體發光元件之發光光可表現與凹凸結構D12之混亂相應之新的光學現象，從而可於維持內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提高之狀態下，提高光提取效率LEE。
若使用上述圖27~圖29說明之凹凸結構D12之混亂複合化，則有效折射率Nema之分佈進一步變大，散射點增加，且散射強度增強。即，藉由包含複數之上述說明之凹凸結構D12之混亂，作為凹凸結構D12之混亂之因素之要素之分佈(標準偏差/算術平均)亦變大，打亂波導模式之效果變大。因此，光提取效率LEE提高之程度變大。
其次，對凹凸結構D12之混亂更詳細地進行說明。凹凸結構D12之混亂可如上述般分成起因於凹凸結構D12之形狀之混亂、及起因於排列之混亂。首先，對凹凸結構D12之形狀之混亂進行說明。
如業已說明般，作為凹凸結構D12之混亂之因素之要素之分佈包含作為上述說明之用語之間距P'、縱橫比、占空比、凸部頂部寬度lcvt、凸部底部寬度lcvb、凹部開口寬度lcct、凹部底部寬度lccb、凸部側面之傾斜角度、凸部側面之傾斜角度之切換數、凸部底部內切圓徑in、凸部底部外接圓徑out、凸部高度、凸部頂部之面積、凸部表面之微小突起數(密度)或、該等之比率，且除該等以外還包含自該等派生之分佈。
圖30A~圖30E、圖31A~圖31D中記載有凹凸結構D12之形狀之混亂之例。圖30A~圖30E、圖31A~圖31D係表示本實施形態之光學基板D之剖面模式圖，圖30A~圖30E、圖31A~圖31D中之箭頭指示之部分表示作為凹凸結構D12之形狀之偏差之因素的異常部位。再者，於圖30及圖31中，為了明確凹凸結構D12之異常部位，而圖示構成凹凸結構D12之凸部13之中、特定之凸部13之形狀及尺寸與其他部位之凸部13極大不同之情形。即，考慮鄰接之凸部N與凸部N+1時，包含凸部N與凸部N+1無關於形狀而不同，凸部N+1與凸部N+2亦無關於形狀而不同，亦無關於凸部N+M與凸部N+M+1之形狀而不同之狀態。該情形時，設定k<M時，亦可使具有與凸部N+k同形狀之凸部包含於凸部N~凸部N+M內。即，於凹凸結構D12之主要部位外另行設置之異常部位係處於其比例充分大於主要部位之狀態、且包含異常結構之凹凸結構。例如，處於如<<光學基板PP>>使用之圖11之狀態。上述式(1)之本質係凹凸結構D12之平均的混亂，故亦包含構成凹凸結構D12之複數之凸部13分別與平均值略微不同之狀態。
圖30A及圖30B係凹凸結構D12中至少包含起因於高度H之混亂之例。伴隨起因於高度H之凹凸結構D12之混亂，亦包含起因於凹凸結構D12之凸部13之縱橫比及凸部側面之傾斜角度Θ的凹凸結構D12之混亂。圖30A係凹凸結構D12包含較主要部位之凸部13高度H更高之凸部13之異常部位的情形，圖30B係具有包含較主要部位之凸部13高度H更低之凸部13之異常部位之情形。例如，相對於平均高度為150nm之凹凸結構D12，局部存在180nm之凸部13之情形(圖30A)、或局部存在120nm之凸部13之情形(圖30B)符合本狀況。又，包含平均高度為150nm、高度H於130nm~180nm之範圍具有分佈之異常結構之凹凸結構亦符合本狀況。又，根據同樣之思想，縱橫比之算術平均為0.67，該等於0.6~0.1之範圍內具有分佈之情形等符合本狀況。
圖30C及圖30D係包含起因於凹凸結構D12之凸部徑(凸部頂部寬度lcvt、凸部底部寬度lcvb、凸部底部外接圓徑out、凸部底部內切圓徑in)之混亂之情形時，包含凹部開口寬度lcct、凹部底部寬度lccb、縱橫比、占空比、凸部側面之傾斜角度Θ不同之異常部位的情形。圖30C係包含含有較主要部位之凸部13更大凸部徑之凸部13之異常部位之情形，圖30D係包含含有較主要部位之凸部13更小凸部徑之凸部13之異常部位的情形。例如，凸部底部寬度lcvb之平均值為150nm、部分混合存在具有250nm以上之凸部底部寬度lcvb之凸部13的情形相當於圖15C。另一方面，凸部底部寬度lcvb之平均值為150nm、部分包含具有100nm以下之凸部底部寬度lcvb之凸部13之情形相當於圖15D。根據同樣之思想，凸部頂部寬度lcvt之算術平均為7.9nm、具有0nm~20nm之範圍之分佈之情形、或凹部底部寬度lccb之算術平均為147nm、具有130nm~165nm之範圍之分佈的情形等相當於本狀況。
圖30E係具有起因於凸部頂部寬度lcvt之凹凸結構12之混亂之情形時，包含伴隨於此而凸部側面之傾斜角度Θ不同之異常部位。
圖31A係具有起因於凸部底部寬度lcvb之凹凸結構D12之混亂之情形時，包含伴隨於此而凸部側面之傾斜角度Θ不同之異常部位。例如，將凹凸結構D12之高度方向作為法線時，相對於具有凸部13之側面自法線平均以31度傾斜之側面之凸部13，混合存在有具有以27度傾斜之側面之凸部13的情形等相當於本狀況。
圖31B係具有起因於凸部底部寬度lcvb之凹部結構12之混亂之情形時，尤其包含鄰接之凸部13彼此部分連結而形成更大之凸部13之狀態之異常部位。
圖31C係表示具有起因於凸部頂部之形狀之凹凸結構D12之混亂之情形時，凸部頂部之曲率不同之異常部位。
圖31D係具有起因於凸部側面之形狀之凹凸結構D12之混亂之情形時，包含凸部側面之曲率不同之異常部位。
再者，雖未圖示，但起因於使用圖30A~圖30E、圖31A~圖31D說明之凹凸結構D12之形狀之混亂亦可包含2個以上。
繼而，對起因於凹凸結構D12之排列之混亂進行說明。起因於排列之混亂係由凹凸結構D12之週期性之混亂、或具有不同之凹凸結構種類之區域之排列等而達成。
圖32係表示本實施形態之光學基板D之一例之凹凸結構面側觀察之俯視圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線。例如，如圖32A所示，於作為凹凸結構D12之集合之區域A與區域B排列之情形時，區域A與區域B之有效折射率Nema按照構成區域A與區域B之凹凸結構D12而採取不同之值。此處，所謂構成區域A與區域B之凹凸結構D12不同，係指上述說明之凹凸結構D12之要素於構成各區域之凹凸結構D12中不同。更具體而言，例如有區域A之平均間距P'ave為300nm而區域B之平均間距P'ave為250nm之狀況。此種區域之排列形成有效折射率Nema之宏觀(較凹凸結構D12之大小充分大之等級)的分佈。因此，光以存在具有如圖32B所示之曲線所例示般之有效折射率Nema之外形之介質的方式動作，而實現散射性。再者，圖32A所例示之區域之排列係設為區域A與區域B之兩種排列，但例如亦可製作區域A、區域B及區域C，將區域A與區域B設為1組，並使區域A與區域B之組和區域C交錯排列。更具體而言，可列舉於上述例中，將區域A之平均間距P'ave設為300nm，將區域B之平均間距P'ave設為600nm，將區域C之平均間距P'ave設為1000nm。
圖33及圖34係表示本實施形態之光學基板D之一例之剖面模式圖及表示有效折射率Nema之分佈之曲線。又，例如圖33中表示有存在
作為各凸部13間之距離之間距P'之混亂的情形。如圖33所示，於凹凸結構D12之週期存在混亂之情形時，有效折射率Nema形成與凹凸結構D12之週期相對應之分佈。即，實現與有效折射率Nema之混亂相當之散射性。此處，於間距P'之混亂為非週期性之情形時，有效折射率Nema之分佈亦變成非週期性。即，作為新表現的光學現象之散射性對光散射之依存性增強。另一方面，於間距P'之混亂為週期性之情形時，有效折射率Nema之分佈亦變成週期性。即，作為新表現的光學現象之散射性對光繞射之依存性增強。尤其係，若對應於上述說明之週期之混亂，至少高度H或凸部底部外接圓徑out具有混亂，則光散射性提高，故而較佳，更佳為高度H及凸部底部外接圓徑out同時具有混亂。進而，由於凸部體積變化變大，故更佳為凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in亦同時具有混亂。
又，例如，圖34中表示作為各凸部13之距離之間距P'連續地變化之情形。如圖34所示，有效折射率Nema形成與連續的間距P'之變化對應之分佈，而表現出與該有效折射率Nema之分佈相對應之散射性。此處，於連續的變化具有週期性之情形時，例如平均間距P'ave為300nm，且以週期1500μm重複配置±10%之間距之變動之情形時，有效折射率Nema變得具有週期1500μm之分佈，而表現出與該週期相應之散射性，新的光學現象帶來之散射性對光繞射之依存性增強。尤其係，若對應於上述說明之週期之連續的變化，至少高度H或凸部底部外接圓徑out具有混亂，則光繞射性提高，故而較佳，更佳為高度H及凸部底部外接圓徑out同時具有混亂。進而，由於凸部體積變化變大，故更佳為凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in亦同時具有混亂。
於將本實施形態之光學基板D應用於半導體發光元件之情形時，半導體發光元件之層構成係如參照圖24~圖26而業已說明般。又，可
應用於半導體發光元件之各層之材料可採用如<<光學基板PP>>中所說明者。
再者，關於上述說明之凹凸結構D12之混亂，使用週期性或規則性較高之表現者，觀察到上述<<光學基板PP>>中所說明之雷射光線之分離現象。尤其係，對於光學基板D亦觀察到該雷射光線之分離，藉此光提取效率LEE之提高程度變得更大，故而較佳。即，最佳為滿足上述平均間距P'ave之範圍、上述式(1)、及該雷射光線之分離現象之情形。
如以上所說明般，事實證明藉由凹凸結構D12之要素之混亂，有效折射率Nema形成分佈，藉此表現光學散射性，使凹凸結構D12之要素以參數形式變化，藉此光學散射性增強。此處，可認為本質為產生有效折射率Nema之變化，故可推測除了滿足上述說明之式(1)之凹凸結構D12之要素之差異以外，利用構成凹凸結構D12之材料之種類，亦可較強地表現光學散射性。即，即便將上述說明之凹凸結構D12之要素之混亂理解為形成凹凸結構之物質、尤其係形成凹凸結構之物質之折射率或消光係數之混亂，亦可表現較強之光學散射性。尤其係，若將光學基板D應用於半導體發光元件，則提高光提取效率LEE之觀點而言較佳為利用形成凹凸結構D12之物質之折射率之差異。又，不難想像為了藉由物質之折射率帶來之差異而增強光學散射性，重要的是折射率帶來之光之性質之程度之差。自該觀點進行計算，則於形成凹凸結構D12之物質之折射率之混亂中，折射率之差異較佳為0.07以上，更佳為0.1以上。藉此，可增加光之反射率。尤其係，自進一步增大反射率，而進一步增強光學散射性之觀點而言，推測該折射率之差異更佳為0.5以上。再者，該折射率之差異越大越佳，最佳為1.0以上。
其次，對本實施形態之光學基板D之製造方法進行說明。
本實施形態之光學基板D若具備滿足上述說明之條件之凹凸結構D，則其製造方法並無限定，可採用<<光學基板PP>>中所說明之手法，尤其係採用轉印法為佳。原因在於，藉由採用轉印法，可提高凹凸結構D之加工精度及加工速度。
此處所謂轉印法，是與<<光學基板PP>>所記載者同樣地定義之手法，於將轉印賦予至被處理體之轉印材作為永久劑使用之情形時，包含奈米壓印微影法、及奈米加工用片材法。
如以上所說明般，藉由採用轉印法，而可使模具之微細結構反映至被處理體，故可獲得良好之光學基板D。
即，本實施形態之壓印模具之特徵在於，其係於表面具備微細結構者，且微細結構滿足上述平均間距P'及滿足上述式(1)。再者，用於轉印法之模具之微細結構與被轉印賦予之凹凸結構為相反之結構。因此，本實施形態之模具之微細結構係可將上述光學基板D中所說明之凸與凹相互替換之結構。
壓印模具之材質可採用與<<光學基板PP>>所記載者同樣之材質。
又，於製造半導體發光元件之情形時，較佳為依序包含準備本實施形態之光學基板D之步驟、對光學基板D進行光學檢查之步驟、及使用光學基板D而製造半導體發光元件之步驟。
如業已說明般，本實施形態之光學基板D之凹凸結構D可根據光學散射成分而定義。因此，藉由於準備光學基板D之後進行光學檢查，而可事先把握凹凸結構D之精度。例如，為同時提高內部量子效率IQE與光提取效率LEE而對藍寶石基板賦予凹凸結構D之情形時，可藉由對該藍寶石基板(光學基板D)進行光學檢查，並評估光學測量的散射成分，從而把握凹凸結構D12之精度。因此，可事先把握要製作之半導體發光元件之性能等級之目標。又，亦可將無法使用之光學
基板D篩選出來，故良率提高。此處光學檢查係如<<光學基板PP>>所記載般。再者，於光學檢查中，藉由使光源之波長大於凹凸結構D12之平均間距P'ave，而可抽出上述式(1)所示之凹凸結構D之混亂之效果。該點意味著純粹地評估混亂之效果，故意味著可進行更高精度之管理。又，於反射測定中，為增大輸出，較佳亦為以斜入射進行測定。
其次，對作為本實施形態之光學基板PC進行說明。
用語只要未特別說明則係依據<光學基板PP>中業已說明之定義。如<<光學基板PP>>及<<光學基板D>>之說明般，為同時改善存在互為取捨之關係之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE、與光提取效率LEE，本質在於要增大作為實體存在之凹凸結構之密度，新加入基於由半導體發光元件之發光光辨識之光學有效折射率Nema之分佈的光學散射性。此處，具有折射率之週期結構之多維奈米結構體係歸類於光子晶體之學術領域。光子晶體根據週期結構之方向而分類為一維光子晶體、二維光子晶體及三維光子晶體。藉由使用電子顯微鏡等進行觀察，而可觀察由奈米級之結構體構成之週期結構。此處，重要的是為增大光學散射性而於光學基板之厚度方向設置微等級較大之結構的情形時，內部量子效率IQE之提高程度受到限制。自該觀點而言，可藉由利用光子晶體對光學基板設置奈米級之凹凸結構，且藉由該奈米級之凹凸結構表現較強之光學散射性。即，可同時改善互為取捨之內部量子效率IQE與光提取效率LEE。
本實施形態之光學基板PC係應用於由至少1層以上之n型半導體層、與至少1層以上之p型半導體層與1層以上之發光半導體層構成之半導體發光元件的半導體發光元件用基板。關於光學基板PC之具體的材質，可採用<<光學基板PP>>中所說明者。
又，使用光學基板PC之半導體發光元件可為如下者，即，於參照圖2~圖6而於<<光學基板PP>>中所說明之半導體發光元件中將凹凸結構PP設為光子晶體層PC(凹凸結構PC)，或者於參照圖24~圖26而於<<光學基板D>>中所說明之半導體發光元件將凹凸結構D設為光子晶體層PC(凹凸結構PC)。
光子晶體層係折射率(介電常數)進行週期性變化之多維奈米結構體。本實施形態之光子晶體層係由包含於半導體發光元件用基板之主面向面外方向延出之複數之凸部或凹部構成之點的微細結構層構成。半導體發光元件用基板可使用<<光學基板PP>>所記載者。光子晶體層為折射率(介電常數)之週期結構，故藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之微細結構層之等級、與藉由光學顯微鏡觀察到之像之等級不同。因此，若藉由掃描式電子顯微鏡進行觀察，則僅可辨識微細結構層之凹凸，但光子晶體層作為較微細結構層之凹凸之週期更大之週期結構而存在。
其次，參照圖35，詳細說明本實施形態之光學基板PC之構成。圖35係表示本實施形態之光學基板PC之一例之立體模式圖。如圖35所示，光學基板PC1大體具有平板形狀，且具備基板本體21、及設於該基板本體21之一主面上之微細結構層22。微細結構層22包含自基板本體21之主面向上方突出之複數之凸部23(凸部行23-1~23-N)。凸部23分別空開特定之間隔而配置。
圖36係表示本實施形態之光學基板PC之其他例之立體模式圖。如圖36所示，光學基板PC1a大體具有平板形狀，且具備基板本體21a、及設於該基板本體21a之一主面上之微細結構層22a。微細結構層22a包含自微細結構層22a之表面S朝基板本體21a主面側凹陷之複數之凹部24(凹部行24-1~24-N)。凹部24分別空開特定之間隔而配置。
微細結構層22、22a可另行形成於基板本體21、21a之主面上，亦
可直接加工基板本體21、21a而形成。
以下，將本實施形態之光學基板PC1、1a上之構成微細結構層22、22a之微細結構的凸部23或凹部24稱為「點」。於本實施形態中，上述點為奈米級。
根據該構成，藉由於光學基板PC1、1a表面設置奈米級之凹凸結構，於光學基板PC1、1a表面設置半導體晶體層時半導體晶體層之CVD成長模式被打亂，伴隨層成長之錯位缺陷碰撞而消失，從而可產生錯位缺陷之減少效果。藉由半導體晶體層內之錯位缺陷減少，而可提高半導體發光元件之內部量子效率IQE。
進而，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，形成有由上述點間之間距、點徑或點高度之任一者控制之二維光子晶體。於本實施形態中，所謂光子晶體係指折射率進行週期性變化之多維奈米結構體，藉由使折射率進行週期性變化，而可控制結晶內部對傳播光之反射、透過、繞射特性。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，上述點為奈米級，且與傳播光之波長大體為相同程度。因此，於本實施形態中，決定光子晶體之特性者，係使起因於結構之折射率平均化之有效折射率Nema之週期性變化(有效介質近似)。有效折射率Nema之分佈係於光學基板PC1、1a之主面內重複，故而形成二維光子晶體。
進而，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，上述二維光子晶體之週期必須為所應用之半導體發光元件之發光光之波長之2倍以上。由於二維光子晶體具有發光波長之2倍以上之週期，故與光繞射性相比光散射性變得更強。因此，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，可對於來自半導體晶體層中之發光表現出較強光散射性，從而可藉由該光散射性消除波導模式，提高光提取效率LEE。
進而，同時因較強之光散射性而其發光特性中之角度依存性減
弱，從而變得接近更容易應用於工業用途之朗伯發光特性。
關於由點間之間距、點徑或點高度控制之二維光子晶體，利用圖式而更詳細地進行說明。
圖37係表示本實施形態之光學基板PC之平面模式圖。如圖37所示，點(凸部23或凹部24)於光學基板PC1、1a之基板本體21、21a主面內之第1方向D1上，構成由複數之點以不定間隔之間距Py排列而成之複數之點陣列(圖35及圖36所示之凸部行23-1~23-N或凹部行24-1~24-N)。又，各點陣列於基板本體21、21a主面內與第1方向D1正交之第2方向D2，係以不定間隔Px而配置。
進而，二維光子晶體係藉由第1方向D1之點間之不定間隔之間距Py週期性增減、或與第1方向D1正交之第2方向D2上之不定間隔之點陣列之間隔即間距Px週期性增減中之任一方或兩者而形成。如此，藉由增減作為點之間隔之間距Py、或作為點陣列之間隔之間距Px，而可形成由點間之間距控制之二維光子晶體。原因在於，各點之大小及間距係與發光波長相同程度以下，故光學上而言各點之存在係藉由有效介質近似而由有效折射率Nema代替。於圖37中，於第1方向D1，點間之不定間隔之間距Py週期性增減，故藉由上述有效介質近似使得光感受到不定間隔之間距Py之週期性增減之週期，表現出宛如存在更大之凹凸結構之等效性質。
即，於圖37中，於由奈米級之凹凸之奈米結構體構成之二維光子晶體中，係構成具有較上述凹凸結構體更大之週期之二維光子晶體。即，成膜半導體晶體層時，藉由奈米級之凹凸使錯位分散化而減少，從而可改善內部量子效率。而且，使用半導體發光元件時，對於二維光子晶體而言，半導體發光元件之發光光表現出光學性質，故可有效地打破波導模式，提高光提取效率。
進而，詳細地說明以互不相同之間距Px不定間隔地配置之第2方
向D2上之點陣列之配置例。再者，間距Px係於第1方向D1上排列之點陣列之第2方向D2上之間隔、即點陣列間之間隔。圖38係表示本實施形態之光學基板PC之第2方向D2上之點陣列之配置例的模式圖。如圖38所示，第2方向D2上之點陣列(圖38中以DL表示)係每隔8行而以特定之間隔(間距Px)配置，且重複配置8行之點陣列。將由該複數(z)之點陣列構成之單位稱為長週期單位Lxz(其中z為正整數)。於本實施形態中，該長週期單位Lxz必須為半導體發光元件之發光波長之2倍以上。再者，關於以互不相同之間距Py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而與以下之說明同樣地配置。即，可將以下之間距Px替換成間距Py。
間距Px係鄰接之點陣列間之距離。此處，於長週期單位Lxz中之至少鄰接之4個以上且m個以下之點陣列間之間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中m，a為正整數，且n=m-1)中，下式(2)之關係成立。
Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (2)
再者，各點徑小於間距Pxn。間距Px1至Pxn為止之長度構成長週期單位Lxz。再者，點徑為凸部底部外接圓徑out。
圖38係表示長週期單位Lxz由8行之點陣列構成、即m=8之情形。該情形時，變成n=7，a=3，故於長週期Lx1中，點陣列間之間距Pxn中下式(3)之關係成立。
Px1<Px2<Px3>Px4>Px5>Px6>Px7 (3)
又，長週期單位Lxz中之間距Px係以如下方式設定，即，間距Px之最大值(Px(max))、與最小值(Px(min))之差表示之最大相位偏移δ滿足(Px(min))×0.01<δ<(Px(min))×0.66、較佳滿足(Px(min))×0.02<δ<(Px(min))×0.5，更佳滿足(Px(min))×0.1<δ<(Px(min))×0.4。
例如，於圖38所示之長週期Lx1中，各點陣列間之間距Pxn係以
如下方式表示。
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。關於鄰接之長週期Lx2亦相同。
又，長週期單位Lxz、或長週期單位Lyz中之z之最大值係設定為滿足4≦z≦1000，較佳滿足4≦z≦100，更佳滿足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並非必須彼此相同。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，較佳為，於第1方向D1上，構成上述長週期單位Lyz之點群排列有至少1個以上，於第2方向D2上，具有上述長週期單位Lxz之點陣列群排列有至少1個以上。
以間距Py之不定期間隔配置之配置，可藉由於以上述說明之互不相同之間距Px不定間隔地配置之第2方向D2上之點陣列之配置例中將點陣列替換成點而定義。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，構成微細結構層22(22a)之微細結構之點可於第1方向D1、第2方向D2上均以上述說明之不定間隔之間距Px、Py配置(參照圖37)，亦可僅於第1方向D1、或第2方向D2之任一方上以上述說明之不定間隔之間距配置，並以固定間隔之間距配置於另一方(參照圖39)。圖39係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。再者，於圖39中，第1方向D1上之點係以不
定間隔配置，第2方向D2上之點陣列係以固定間隔配置。即，該情形時間距Py為不定間隔，間距Px為固定間隔。
圖37及圖39所圖示之二維光子晶體係由非週期之點形成之二維光子晶體，但於本實施形態之光學基板PC1、1a中，構成二維光子晶體之點之圖案排列亦可為週期性。各點之週期性係如上述般藉由有效介質近似而消除，故為表現本發明之效果而需要長週期單位Lxz。因此，與各點之週期/非週期相比，長週期單位Lxz帶來之效果更大。
作為週期性點圖案之例，可列舉圖40~圖43為例。圖40~圖43係表示本實施形態之光學基板PC之另一例之平面模式圖。於該等配置例中，為鄰接之第1點陣列及第2點陣列、或第1點陣列及第3點陣列整齊排列之配置，點圖案為週期性。
進而，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，利用點圖案形成之二維光子晶體較佳為於至少基板主面之一次方向上具有發光中心波長之2倍以上之週期，具體而言，係如圖39、圖41及圖43所示之二維光子晶體。
又，進而於本實施形態之光學基板PC1、1a中，利用點圖案形成二維光子晶體較佳為於至少獨立之二軸方向上具有週期性，具體而言為如圖37、圖40及圖42所示之二維光子晶體。
圖37、圖40及圖42所示之排列係獨立之二軸方向相互正交之例，但並非必須正交，亦可以任意之角度配置。進而，亦可設為獨立之3軸方向之圖案排列，該情形時，可將利用點之疏密形成之二維光子晶體設為三角晶格排列。
又，於第1方向D1上之點間隔、或第2方向D2上之點陣列間隔之任一方以固定間隔配置之情形時，不定間隔之間距對於固定間隔之間距之比較佳為處於特定之範圍內。
此處，對第1方向D1上之點以固定間隔之間距Pyc配置、第2方向
D2上之點陣列以不定間隔之Px配置之例進行說明。該情形時，不定間隔之間距Px對於固定間隔之間距Pyc之比較佳處於85%~100%之範圍內。若不定間隔之間距Px對於固定間隔之間距Pyc之比為85%以上，則鄰接之點間之重疊較小，故而較佳。又，若不定間隔之間距Px對於固定間隔之間距Pyc之比為100%以下，則構成點之凸部23之填充率提高，故而較佳。再者，不定間隔之間距Px對於固定間隔之間距Pyc之比更佳為處於90%~95%之範圍內。
又，若1個長週期單位Lxz或Lyz由5個以上之點構成、換言之所屬之間距Px或Py為4以上，則有效折射率Nema之長週期之變動遠離奈米級，容易產生光散射，故而較佳。另一方面，為獲得充分之光提取效率LEE，較佳為長週期單位Lxz、或Lyz由1001個以下之點構成、換言之所屬之間距Px或Py為1000以下。
本實施形態之光學基板PC1、1a藉由形成滿足上所述之微細結構層22、22a之微細結構之關係的二維光子晶體，而光散射效果變得充分，且由於點(凸部23或凹部24)之間隔變小，而產生錯位缺陷之減少效果。換言之，製造半導體發光元件時，藉由作為實體存在之奈米級之高密度之凹凸結構，而改善內部量子效率IQE及電子注入效率EIE。進而，使用半導體發光元件時，賦予光可辨識之藉由二維光子晶體而增強之光學散射性，故而可改善光提取效率LEE。
進而，即便為光子晶體，亦可抑制其光繞射性，變成接近更適於工業用途之朗伯發光。
繼而，對構成本實施形態之光學基板PC1、1a之微細結構層22、22a之二維光子晶體之點形狀(凹凸結構)進行說明。凸部23及凹部24之形狀只要處於可獲得本發明之效果之範圍內則並無特別限定，可根據用途而適當地變更。作為凸部23及凹部24之形狀可採用<<光學基板PP>>或<<光學基板D>>中所說明者。又，根據同樣之理由，
較佳採用<<光學基板PP>>或<<光學基板D>>之中記載之使得內部量子效率IQE之改善效果較大的形狀。
以上說明的是本發明中之二維光子晶體由點之間隔構成之情形，但亦可由點徑之大小構成。具體而言，於構成本實施形態之光學基板PC1、1a之微細結構層22、22a之微細結構之點形狀(凹凸結構)中，各點之直徑較佳為對應於間距Py及/或間距Px而增減。再者，對應於間距而增減之點徑於考慮間距與點徑之相關時，其相關係數可為正、且亦可為負。
以下，詳細說明對應間距而增減之點徑之例。再者，所謂點徑，是指<<光學基板PP>>中所說明之凸部底部外接圓徑out。於本實施形態之光學基板PC1、1a中，較佳為於間距Py為不定間隔之情形時，構成至少鄰接之4個以上且m個以下之間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2n+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(4)之關係，且於第1方向D1上由點徑Dy1~Dyn構成之點群以長週期單位Lyz重複並排，且間距Px為不定間隔之情形時，構成至少鄰接之4個以上且m個以下之間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2n+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(5)之關係，且於第2方向D2上，由點徑Dx1~Dxn構成之點群以長週期單位Lxz重複並排。於本實施形態中，該長週期單位Lxz及Lyz必須為半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上。
Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (4)
Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (5)
圖44係表示長週期單位Lxz由8行之點陣列構成、即m=8之情形。圖44係表示本實施形態之光學基板PC之第2方向D2上之點陣列之配置例的模式圖。該情形時，由於n=7、a=3，故於長週期Lx1中，構成點陣列之各點之直徑Dxn中上述式(5)之關係成立。
於圖44中，若鄰接之點間隔變廣則點徑變小，若點間隔變窄則點徑變大。增減之點徑之增減範圍係根據半導體晶體層之成長性而決定上限值，且根據對光之散射性而決定下限值。對於相同長週期單位Lxz內之點之平均徑而言若為±20%以內，則光提取效率增加，故而較佳。
藉由上述構成，點之體積以長週期單位Lxz進行增減，而構成二維光子晶體。原因在於，有效介質近似可藉由介電常數分佈之體積分率而簡單地表現，且介電常數為折射率之平方。即，藉由使介質之體積以長週期單位Lxz變化，而有效折射率Nema以長週期單位Lxz變化。
由於形成具有發光中心波長之2倍以上之週期之二維光子晶體，故對於發光光之光散射性變大，半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。
本發明之二維光子晶體之週期較佳為具有所得之半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上之週期，更佳為5倍以上，對於發光光之光散射性變大，進而較佳為10倍以上，發光角分佈之角度依存性減小，接近朗伯型。
其次，對於本實施形態之光學基板PC1、1a中，二維光子晶體由點高度控制之例進行說明。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，與上述二維圖案同步而構成微細結構層22、22a之微細結構之點形狀(凹凸結構)之各點之各者之高度較佳為相對於間距Py及/或間距Px而增減。再者，對應於間距而增減之點之高度，於考慮間距與點高度之相關時，其相關係數可為正、且亦可為負。
以下，詳細說明對應於間距而增減之點高度之例。再者，所謂點高度是指<<光學基板PP>>中所說明之高度H。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，較佳為當間距Py為不定間隔之情形時，構成至少鄰接之4個以上且m個以下之間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2n+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(6)之關係，且於第1方向D1上由點高度Hy1~Hyn構成之點群以長週期單位Lyz重複並排，而於間距Px為不定間隔之情形時，構成至少鄰接之4個以上且m個以下之間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2n+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下述式(7)之關係，且於第2方向上，由點高度Hx1~Hxn構成之點群係以長週期單位Lxz重複並排。於本實施形態中，該長週期單位Lxz及Lyz必須為半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上。
Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (6)
Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (7)
圖45係表示長週期單位Lxz由8行之點陣列構成、即m=8之情形。圖45係表示本實施形態之光學基板PC之第2方向D2上之點陣列之配置例的模式圖。該情形時，由於n=7、a=3，故於長週期Lx1中，構成點陣列之各點之高度Hxn中上述式(7)之關係成立。
於圖45中，若鄰接之點間隔變廣則點高度變小，若點間隔變窄而點高度變大。增減之點高度之增減範圍係根據光提取效率LEE提高而決定上限值，且根據起因於點高度之增減之光提取效率之提高程度而決定下限值。對於相同長週期單位Lxz內之點之平均高度而言若為±20%以內，則光提取效率均勻地增加，故而較佳。
藉由上述構成，點之體積以長週期單位Lxz而增減，從而構成二維光子晶體。原因在於，有效介質近似可藉由介電常數分佈之體積分率而簡單地表現，介電常數變成折射率之平方。即，藉由使介質之體積以長週期單位Lxz變化，而有效折射率Nema以長週期單位Lxz變化。
由於形成具有發光中心波長之2倍以上之週期之二維光子晶體，故對於發光光之光散射性變大，而半導體發光元件中之光提取效率LEE增加。
於使用上述圖44及圖45所說明之例中，說明的是點間隔與點徑、或點間隔與點高度同時變化之情形。此處，用於形成二維光子晶體之本質為有效折射率Nema之分佈。自該觀點而言，用於形成二維光子晶體之微細結構層22、22a之微細結構之要素可自<<光學基板PP>>或<<光學基板D>>中所說明之凹凸結構板PP、或凹凸結構D之要素中任意選擇。其中，藉由利用業已說明之點間隔、點徑、或點高度之差異而形成二維光子晶體，點之體積變化變大，光學散射性增強，故而較佳。尤其係，藉由使點間隔、點徑及點高度同時變化而形成二維光子晶體之情形時，光學散射性之強度最高。
再者，關於形成上述說明之二維光子晶體之微細結構層22、22a之微細結構之要素之差異，而使用週期性之表現者，觀察到上述<<光學基板PP>>中所說明之雷射光線之分離現象。尤其係，對於光學基板PC而言亦觀察到該雷射光線之分離，由此光提取效率LEE之提高程度進一步變大，故而較佳。
如以上所說明般藉由形成二維光子晶體之微細結構層22、22a之微細結構之要素之差異，有效折射率Nema形成分佈，藉此形成二維光子晶體，而表現光學散射性。又，事實證明藉由使微細結構層22、22a之微細結構之要素變化而形成二維光子晶體，光學散射性增強。此處，可認為本質在於產生有效折射率Nema之變化，故推測為形成二維光子晶體，除了上述說明之微細結構層22、22a之微細結構之形狀或間隔以外，亦可藉由構成微細結構之材料之種類而較強地表現光學散射性。即，即便可將上述說明之點間隔、點徑、或點高度理解為形成微細結構之物質、尤其係形成微細結構之物質之折射率或消光係
數之混亂，亦可有效地形成二維光子晶體。尤其係，若將光學基板PC應用於半導體發光元件，則自提高光提取效率LEE之觀點而言，較佳利用形成微細結構之物質之折射率之差異。又，不難想像為藉由物質之折射率之差異增強光學散射性，重要的是折射率帶來之光之性質之程度之差。若根據該觀點進行計算，於形成微細結構層22、22a之微細結構之物質之折射率之差異中，折射率之差異較佳為0.07以上，更佳為0.1以上。藉此，可增大作為光可辨識之物質之差異，從而可有效地形成二維光子晶體。尤其係，自進一步增強光學散射性之觀點而言，推測該折射率之差異更佳為0.5以上。再者，該折射率之差異越大越佳，最佳為1.0以上。
又，於上述本實施形態之光學基板1、1a中，間距Px，間距Py分別較佳為100nm以上且1000nm以下。若間距Px，Py處於該範圍內，藉由於光學基板PC1、1a之表面設置奈米級之凹凸，可減少於光學基板PC1、1a之表面設置半導體晶體層之情形時之半導體晶體層中之錯位缺陷數。藉由使間距Px，Py為100nm以上，半導體發光元件之光提取效率LEE提高，出現有助於發光效率提高之錯位缺陷之減少之效果。又，藉由使間距Px，Py為1000nm以下，而維持錯位缺陷數之減少效果。
上述圖37~圖45所示之本實施形態之二維光子晶體可藉由掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡等具有奈米級之解析度之分析機器觀察其表面結構而進行驗證。尤其係，自明確地觀察微細結構層22、22a之微細結構之變化的觀點而言，較理想為使用掃描式電子顯微鏡。藉由使用掃描式電子顯微鏡進行觀察，作為實體存在之奈米級之點具有長週期單位，且可明確此長週期與發光中心波長之關係。
繼而，利用本實施形態之光學基板PC1、1a說明光提取效率LEE提高之原理。
如上所述，藉由於光學基板PC1、1a設置由奈米級之點構成之二維光子晶體層，而獲得利用光散射消除波導模式帶來之光提取效率LEE之改善之效果。
藉由將由複數之點構成之長週期單位Lxz重複並排，折射率按每個長週期單位Lxz而變化，產生與構成長週期單位Lxz之複數之點變成1單位而重複之情形相同的效果。換言之，於與波長相同程度之複數之點之情形時，若為了能利用有效折射率Nema之分佈說明光之性質而計算空間之有效折射率Nema之分佈，則光以宛如長週期單位Lxz之複數之點作為1單位重複之方式發揮作用。如此以長週期單位Lxz排列之複數之點實現光散射效果。
進而，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，點之各者之直徑對應於間距而增減。空間之有效折射率Nema分佈係依存於構成單位之體積分率而變化，故於長週期單位Lxz之複數之點中，有效折射率Nema分佈對應於各點之體積之變化而變化。即，各點之體積變化越大，相同長週期單位Lxz下光散射效果越高。該效果於點間隔較窄時可藉由減小點徑變得更顯著，於點間隔較廣時可藉由增大點徑而變得更顯著。再者，藉由於點間隔較窄時增大點徑，於點間隔較廣時減小點徑，作為實體之微細結構之體積變化程度變小，故成膜半導體晶體層時之龜裂抑制效果變大。
進而，於本實施形態之光學基板PC1、1a中，點之高度亦對應於點間隔而增減。該情形時亦與上述理由同樣地，若於點間隔較窄時減小點高度，於點間隔較廣時增大點高度，則長週期單位Lxz內之有效折射率Nema之分佈變大，光散射效果增加。再者，藉由於點間隔較窄時增大點高度，於點間隔較廣時減小點高度，作為實體之微細結構之體積變化程度變小，故成膜半導體晶體層時之龜裂抑制效果變大。
進而，於將由複數之點構成之長週期單位Lxz重複並排之排列
中，若對應於間距增減上述點之各者之直徑與點高度之兩者，則藉由有效介質近似描述之折射率分佈之差變得更大，故而較佳。該情形時，若於點間隔較窄時減小點徑與點高度，於點間隔較廣時增大點徑與點高度，則於空間之有效折射率Nema之分佈中，構成單位之體積分率之差變大，光散射效果進一步增大，故而較佳。再者，藉由於點間隔較窄時增大點徑與點高度，於點間隔較廣時減小點徑與點高度，作為實體之微細結構之體積變化程度變小，故成膜半導體晶體層時之龜裂抑制效果變大。
於本實施形態之光學基板PC1、1a中，基板本體21、21a之材質可採用<<光學基板PP>>中所說明者。
於本實施形態之半導體發光元件中，可採用參照圖2~圖6及圖24~圖26而於<<光學基板PP>>及<<光學基板D>>中所說明之半導體發光元件。此處，只要將光學基板PP或光學基板D替換成光學基板PC便可。
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含如下步驟，即，於上述本實施形態之光學基板PC1、1a上設置半導體層。
如上所述，於主面具有二維光子晶體層之光學基板PC1、1a之、具有二維光子晶體層之主面側上，形成n型半導體層、發光半導體層及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，只要包含於本實施形態之光學基板PC1、1a上設置半導體層之步驟便可，所得之半導體發光元件中並非必須包含本實施形態之光學基板PC1、1a。具體而言，列舉於光學基板PC1、1a上設置半導體晶體層後，將光學基板PC1、1a除去之方法。
參照圖46，對本實施形態之半導體發光元件之製造方法之各步驟進行說明。再者，參照圖46之說明之半導體發光元件之製造方法亦可
應用於上述說明之<<光學基板PP>>及<<光學基板D>>。即，可將以下之說明之光學基板PC替換成光學基板PP或光學基板D。圖46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46A所示之中間體900係於本實施形態之、表面具備二維光子晶體層920之光學基板PC901上，依序積層有n型半導體層930、發光半導體層940及p型半導體層950。進而，於p型半導體層950上依序積層有p電極層960及支撐體970。
作為支撐體970，可使用由Si、Ge、GaAs、Fe、Ni、Co、Mo、Au、Cu、或Cu-W等形成之導電性基板。又，於圖46A中，中間體900係採取於與元件面垂直之方向上導通之構成，但亦可為平行電極型。該情形時，支撐體970亦可為絕緣性基板。支撐體970與p型半導體層950接合時，亦可使用作為低融點金屬之Au-Sn、Au-Si、Ag-Sn-Cu、Sn-Bi等金屬共晶、或並非低融點金屬之Au層、Sn層、Cu層等。再者，亦可於p電極層960上直接藉由鍍敷、濺鍍、蒸鍍等形成金屬層而作為支撐體970。進而，亦可於支撐體970之不與p電極層960相向之面上設置未圖示之背面電極。
藉由如圖46B所示般自中間體900剝離(剝去)光學基板PC901，而獲得於n型半導體層930之剝離面形成有二維光子晶體層920已反轉之二維光子晶體層980的半導體發光元件1000。該情形時，經反轉之二維光子晶體層980係變成適於所得之半導體發光元件1000之結構之方式，適當地設計作為反轉源之二維光子晶體層920之結構。再者，作為反轉源之二維光子晶體層920之微細結構、與經反轉之二維光子晶體層980之微細結構可完全一致亦可不一致。尤其係，自光子晶體層980之設計自由度及半導體發光元件1000之外部量子效率EQE之觀點而言，光子晶體層980之微細結構對於光子晶體層920之微細結構之轉
印率較佳為0%以上且30%以下。再者，轉印率於將光子晶體層920之微細結構之高度設為Hm、且將光子晶體層980之微細結構之高度設為Ht之情形時，係定義為(Hm-Ht)/Hm×100。
於光學基板PC901之剝離時係採用例如雷射剝離、化學剝離等。於雷射剝離之情形時，所照射之雷射係使用透過光學基板PC901但不透過n型半導體層930之波長。又，於化學剝離之情形時，列舉於二維光子晶體層920上積層較薄之蝕刻層，藉由化學蝕刻而剝離光學基板PC901之方法。再者，於採用矽作為光學基板PC901之情形時，不進行該蝕刻層之積層亦可容易地將矽溶解並除去。此處，藉由使用光學基板PC、或者光學基板PP或光學基板D，可利用奈米級之高密度之凹凸結構PC、或者凹凸結構PP或凹凸結構D而表現光學散射性。反之，設於光學基板PC、光學基板PP或光學基板D之凹凸結構PC、凹凸結構PP或凹凸結構D與一般使用之微等級之凹凸結構相比足夠微小。因此，可抑制將光學基板PC901、或者光學基板PP或光學基板D除去之剝離時之對n型半導體層930的物理損傷。進而，將光學基板PC901、或者光學基板PP或光學基板D除去後之設於n型半導體層930之表面的凹凸結構之精度、即光學基板PC901、或者光學基板PP或光學基板D之凹凸結構之轉印精度提高。
繼而，如圖46C所示，半導體發光元件1000係於包含二維光子晶體層980之n型半導體層930之表面上設置n電極層990。
於本實施形態之光學基板PC901上依序積層半導體晶體層之步驟、或者自如上述般所得之中間體900剝離光學基板901之步驟之後，進而進行器件製程，適當地形成電極等，從而獲得半導體發光元件1000。
繼而，對本實施形態之光學基板PC901之製造方法進行說明。其中，以下所示之製造方法為一例，光學基板PC901之製造方法並不限
定於此。
光學基板PC係藉由例如轉印法而製造。此處，轉印法係定義為<<光學基板PP>>所記載之轉印法。此時，作為模具，除了可直接使用以下說明之圓筒狀主模具以外，還可使用利用圓筒狀主模具製作之樹脂模具、或利用樹脂模具製作之鎳製模具等。
圖47係表示本實施形態之光學基板PC之製造方法之一例的概略說明圖。如圖47所示，曝光裝置470係藉由未圖示之輥抓持部而抓持被覆有抗蝕層之輥狀構件471，且具備旋轉控制部472、加工頭部473、移動機構部474、及曝光控制部475。旋轉控制部472係以輥狀構件471之中心為軸而使輥狀構件471旋轉。加工頭部473照射雷射光而對輥狀構件471之抗蝕層進行曝光。移動機構部474使加工頭部473沿著輥狀構件471之長軸方向以控制速度移動。曝光控制部475基於與利用旋轉控制部472之輥狀構件471之旋轉同步的基準信號，控制加工頭部473之雷射曝光之脈衝信號。
利用曝光裝置470加工輥狀構件471，係於使輥狀構件471旋轉之狀態下，自加工頭部473照射脈衝雷射而進行。加工頭部473一面照射脈衝雷射，一面藉由移動機構部474而沿著輥狀構件471之長軸方向移動。根據輥狀構件471之轉速及脈衝雷射之頻率，而於旋轉方向之輥狀構件471之外周面之抗蝕層以任意之間距記錄圖案476。此為圓筒狀主模具中之第1方向D1之間距Py。
進而，為沿著輥狀構件471之長軸方向掃描，而輥狀構件471自任意之位置旋轉一周，則加工頭部473於長軸方向上偏移。此為圓筒狀主模具中之第2方向D2之間距Px。與輥狀構件471之周長相比，圖案476之間距Py，Px為奈米等級而非常小，故可一面維持第1方向D1之間距Py，一面形成若自長軸方向觀察則第1方向D1之移位量偏離之行狀圖案。進而，如上述般，圖案476之間距Py，Px與輥狀構件401之
周長相比非常小，故第1方向D1與第2方向D2實質上正交。
輥狀構件471係於形成為圓筒狀之構件上具備旋轉軸者，其材質可應用金屬、碳核、玻璃、石英等。輥狀構件471由於需要可高速旋轉之加工精度，故材質較佳為金屬、碳核等。進而，亦可為僅經雷射曝光之圓筒表面部由不同之材料被覆。尤其係，使用熱反應型抗蝕劑時，為提高隔熱效果較佳應用熱導率低於金屬之材料，列舉玻璃、石英、氧化物、氮化物等。亦可將被覆於圓筒表面之層作為以後述抗蝕層為掩膜進行蝕刻之蝕刻層而使用。
被覆輥狀構件471之抗蝕劑只要為藉由雷射光而曝光者，則並無特別限定，可應用光硬化型抗蝕劑、光放大型抗蝕劑、熱反應型抗蝕劑等。尤其係，熱反應型抗蝕劑能以小於雷射光之波長之波長形成圖案，故而較佳。
熱反應型抗蝕劑較佳為有機抗蝕劑或無機抗蝕劑。藉由該等抗蝕劑形成之抗蝕層可為單層結構，亦可為將複數之抗蝕層組合而成之多層結構。再者，選擇何種抗蝕劑，可根據步驟或要求加工精度等而適當地變更。例如，有機抗蝕劑於形成被覆輥狀構件471之抗蝕層時，可利用輥式塗佈機等進行塗佈，故而步驟變得簡單。其中，由於塗佈於套筒(sleeve)上而抗蝕劑之黏性受到限制，塗佈厚度精度或控制或多層塗佈較為困難。
作為有機抗蝕劑，列舉如(股份有限)資訊機構発刊「最新抗蝕劑材料手冊」或(股份有限)工業調查會「光聚合物手冊」中記載之酚醛樹脂或酚醛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、聚矽氧樹脂、聚酯系樹脂、環氧系樹脂、三聚氰胺系樹脂、乙烯系樹脂等。
另一方面，無機抗蝕劑較佳為藉由電阻加熱蒸鍍法或電子束濺
鍍法、CVD法等氣相法等而設置被覆輥狀構件471之抗蝕層。該等方法基本上為真空製程，故形成於套筒上花費工時，但膜厚可精度良好地控制，且容易積層多層。
無機抗蝕劑材料可根據反應溫度而進行各種選擇。例如，作為無機抗蝕劑材料，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、硫酸化物、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被覆輥狀構件471之抗蝕劑之情形時，亦可於形成下述圖案之曝光前，實施對抗蝕劑以低於圖案形成時之溫度進行處理的預加熱。藉由施加預加熱，而可提高圖案形成時之解析度。藉由預加熱而提高解析度之機制之詳情不明，但推測為利用熱反應型抗蝕劑材料之熱能形成抗蝕層之材料之變化基於複數之反應的情形時，藉由預加熱而事先結束圖案形成時之反應以外的反應，從而圖案形成反應變得單純，使得圖案解析度提高。
作為對被覆輥狀構件471之抗蝕劑進行預加熱之方法，並無特別限制，列舉對輥狀構件全體加熱之方法、利用雷射以低於圖案化之輸出對輥狀構件471掃描輥整個表面而對抗蝕劑照射熱能的方法等。
作為被覆輥狀構件471之抗蝕劑，若使用熱反應型抗蝕劑，則於以基於與後述之旋轉同步之基準信號進行相位調變之脈衝信號進行曝光的情形時，形成圖案之點之各者之直徑對應於間距Py及/或間距Px而增減，故而較佳。於使用熱反應型抗蝕劑之情形時，點徑對應於間距而增減之明確的機制不明，但推測為如下。再者，於圓筒狀主模具
之說明中，所謂點徑於點為凸狀體時係指凸部底部外接圓徑out，於點為凹狀體時為該凹狀體之開口徑。
於熱反應型抗蝕劑之情形時，藉由照射至照射部之雷射之熱能使得形成抗蝕層之材料產生變化，蝕刻特性發生變化，藉此形成圖案。此時，所照射之熱並非全部用於抗蝕層之變化，而是有一部分被蓄熱而向鄰接之區域傳熱。因此，鄰接之區域之熱能不僅包括照射能量，且包括來自鄰接之區域之傳熱能量。於奈米級之圖案形成中，該傳熱能量之作用無法忽視，傳熱之作用係與形成圖案之點間隔成反比例，結果，所得之圖案徑受到鄰接之點間隔之影響。
此處，若點間隔根據相位調變而變化，則上述傳熱能量之作用於每一點均不同，若點間隔較廣則傳熱能量之作用變小，若點徑變小且點間隔較窄，則傳熱能量之作用變大，故而點徑變大。
又，若使用熱反應型抗蝕劑作為被覆輥狀構件471之抗蝕劑，設置後述之蝕刻層，而控制圖案之加工深度，則與上述同樣地，於以基於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的情形時，形成圖案之點之各者之高度對應於間距Py及/或間距Px而增減，故而較佳。於同時使用熱反應型抗蝕劑與蝕刻層之情形時，點徑對應於間距Px而增減的機制不明，但可根據上述點徑對應於點間隔增減來進行說明。
即，於奈米級之圖案化中，存在如下傾向，即，蝕刻深度對應於點徑而增減，若點徑變廣則蝕刻深度變深，若點徑變窄則蝕刻深度變淺。尤其係，蝕刻手法為乾式蝕刻時顯著。原因在於，蝕刻劑之交換、或蝕刻產生物之脫離未迅速進行。
如上述般，若使用熱反應型抗蝕劑，若點間隔較廣則點徑變小，若點間隔較窄則點徑變大。由於存在蝕刻深度對應於點徑而增減之傾向，故結果為，若點間隔較廣則點深度變淺，若點間隔較窄則點
深度變深。
上述點間隔與點徑、點深度之增減之影響於平均間距變小時顯著。推測原因為上述傳熱能量之影響變大。
於本實施形態中，亦可利用被覆輥狀構件471之抗蝕層而直接作為圓筒狀主模具應用，且亦可將抗蝕層作為掩膜，對輥狀構件471之表面基材進行蝕刻，藉此進行圖案形成。
藉由於輥狀構件471設置蝕刻層，而可自由地控制圖案之加工深度，且可選擇熱反應抗蝕層之厚度為最適於加工之膜厚。即，藉由控制蝕刻層之厚度而可自由地控制加工深度。又，由於加工深度可藉由蝕刻層控制，故熱反應型抗蝕層選擇容易曝光或顯影之膜厚便可。
進行曝光之加工頭部473所使用之雷射較佳為波長150nm以上且550nm以下。又，根據波長之小型化及入手之容易度，較佳使用半導體雷射。半導體雷射之波長較佳為150nm以上且550nm以下。於波長短於150nm之情形時，雷射之輸出變小，難以對被覆輥狀構件471之抗蝕層進行曝光。另一方面，於波長長於550nm之情形時，無法使雷射之光點徑為500nm以下，從而難以形成較小之曝光部。
另一方面，為形成光點尺寸較小之曝光部，較佳為使用氣體雷射作為加工頭部473所使用之雷射。尤其係，XeF、XeCl、KrF、ArF、F2之氣體雷射之波長為351nm、308nm、248nm、193nm、157nm而較短，能夠聚光成非常小的光點尺寸，故而較佳。
又，作為加工頭部473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，可獲得較小之光點尺寸。
於設於輥狀構件471之表面之抗蝕層藉由曝光而形成微細圖案之情形時，輥狀構件471之旋轉位置精度非常高，只要以構件表面先處於焦點深度內的方式調整雷射之光學系統，便可容易地製造。然而，
保持適於奈米壓印之程度之輥尺寸精度、旋轉精度非常困難。因此，用於曝光之雷射較佳為藉由物鏡收斂而進行自動聚焦，使得輥狀構件471表面連續存在於焦點深度之中。
旋轉控制部472只要為具有使輥狀構件471以輥之中心為軸旋轉之功能之裝置，則並無特別限制，例如較佳為轉軸馬達等。
作為使加工頭部473於輥狀構件471之長軸方向移動之移動機構部474，只要能以經控制之速度移動加工頭部473，則並無特別限制，較佳列舉線性伺服馬達等。
於圖47所示之曝光裝置470中，形成於輥狀構件471之表面上之曝光圖案係基於與旋轉控制部472之旋轉(例如轉軸馬達之旋轉)同步之基準信號，藉由曝光控制部475基於經相位調變之脈衝信號而控制曝光部之位置。作為基準信號，可使用來自與轉軸馬達之旋轉同步之編碼器之輸出脈衝。
藉由上述說明之手法，可製造圓筒狀主模具。藉由控制於該圓筒狀主模具之表面製作之圖案，而可製造用於利用轉印法製造本實施形態之光學基板PC之模具。又，藉由應用上述手法，亦可容易地製造用於製造利用轉印法製造<<光學基板PP>>及<<光學基板D>>時之模具的圓筒狀主模具。又，藉由將上述手法直接應用於光學基板PC之基板本體，亦可製造光學基板PC。同樣地，藉由直接應用於光學基板PP或光學基板D之基板本體，亦可製造光學基板PP或光學基板D。
如上述般，藉由使用熱反應型抗蝕劑，可製作具有相對於間距之變化而滿足負之相關係數之點徑及點高度的圓筒狀主模具。又，於利用圓筒狀主模具對樹脂模具進行轉印形成之情形時，亦可維持該等之關係。
此處，於應用使用永久劑作為利用製作之樹脂模具轉印賦予至
<<光學基板PP>>所記載之被處理體之轉印材的方法、或者奈米壓印微影法，而加工基板本體的情形時，可使設於基板本體之凹凸結構PC、凹凸結構PP或凹凸結構D之間距與點徑(凸部底部外接圓徑out)、及間距與高度H之相關為負。
另一方面，於使用製作之樹脂模具製作<<光學基板PP>>所記載之奈米加工用片材，並使用其加工基板本體之情形時，可使設於基板本體之凹凸結構PC、凹凸結構PP或凹凸結構D之間距與點徑(凸部底部外接圓徑out)、及間距與高度H之相關為正。原因在於，製作奈米加工用片材時，於掩膜層成膜步驟中，掩膜層主動地於間距較大且點開口徑較小之部分集合。
即，於光學基板PC、光學基板PP或光學基板D之光學基板PC、光學基板PP或光學基板D中，可控制間距與凸部底部外接圓徑out或者間距與高度H之關係為正之相關、或者為負之相關而進行製作。採用哪種相關係如業已說明般。
基於與旋轉同步之基準信號而經相位調變之脈衝信號例如可以如下之方式控制。
使用圖48A~48C，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。圖48係對以形成本實施形態之光學基板PC之曝光裝置中之轉軸馬達之Z相信號為基準信號而設定基準脈衝信號、調變脈衝信號的一例進行說明之說明圖。以Z相信號為基準，其m倍(m>2之整數)之頻率之脈衝信號為基準脈衝信號，n倍(m/n>k且k>1之整數)之頻率之脈衝信號為調變脈衝信號。基準脈衝信號、調變脈衝信號均為Z相信號之頻率之整數倍，故於輥狀構件401繞中心軸旋轉一次之時間內存在整數之脈衝信號。
繼而，使用圖49，對基準脈衝信號與調變脈衝信號、相位調變脈衝信號之關係進行說明。圖49係對根據形成本實施形態之光學基板
PC之曝光裝置中之基準脈衝信號與調變脈衝信號，而設定相位調變脈衝信號之一例進行說明的說明圖。
若使基準脈衝信號之相位以調變脈衝信號之波長進行週期性增減，則變成相位調變脈衝信號。例如，若以下式(8)表示基準脈衝頻率fY0、以下式(9)表示調變頻率fYL，則經頻率調變之調變脈衝信號fY係以下式(10)表示。
又，如下式(11)所示般，於基準脈衝頻率fY0加上自調變脈衝信號所得之正弦波，亦可獲得相位調變脈衝信號fY。
fY'=fY0+C'sin(t．fYL/fY0×2π) (11)
進而，藉由於基準脈衝之脈衝波長LY0加上自調變脈衝信號之波長LYL所得之正弦波，亦可獲得相位調變脈衝信號之波長LY。
如圖49所示，所得之相位調變脈衝信號為對應於調變脈衝信號之信號間隔而基準脈衝信號之脈衝間隔週期性增減之信號。
又，於曝光裝置470中，亦可構成為，無關於經相位調變之脈衝信號，使用固定頻率之基準脈衝信號控制加工頭部473之雷射曝光之脈衝信號，使利用移動機構部474之加工頭部473之移動速度週期性增減。於該情形時，例如，如圖50所示，使加工頭部473之移動速度週期性增減。圖50係對形成本實施形態之光學基板PC之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50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471之旋轉同步，例如，以Z相信號下之速度變成圖50所示之速度的方式進行控制。
以上係圖案476以週期性相位調變被控制之情形，但亦可並非利
用週期性而是利用隨機相位調變形成圖案476。例如於第1方向D1上，間距Py係與脈衝頻率成反比例，故若若以最大相位偏移為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之最大變動幅度δ1，可獲得間距Py隨機增減之圖案。
關於與旋轉同步之基準信號之控制頻率，可利用輥每旋轉一周等複數次以上之頻率之基準信號來控制調變脈衝信號，亦可僅利用曝光初期設定之初期之基準信號進行控制。於僅利用初期之基準信號進行控制之情形時，當旋轉控制部472之轉速產生調變時，曝光脈衝信號產生相位調變。原因在於，由於係奈米級之旋轉控制，故即便旋轉控制部472之電位略微變動，亦會產生奈米級之間距變動，對進行累積。假設於500nm間距之圖案間距之情形時，若輥外周長為250mm，則變成50萬次之雷射曝光，即便每1萬次偏移1nm，亦變成50nm之偏移。
即便間距相同、長週期相同，亦可藉由基準信號之控制頻率之調整，製作圖37及圖40所示之配置之微細結構。於形成圖37所示之配置之微細結構之情形時，降低基準信號之控制頻率，於形成圖40所示之配置之微細結構的情形時降低基準信號之控制頻率。因此，於圖40所示之配置中，相應之點之第2方向之相位(位置)整齊排列，而於圖37所示之配置中，相應之點之第2方向之相位(位置)產生偏移。圖39及圖41所示之配置之關係亦相同。
藉由曝光裝置470，對設於表面之抗蝕層經曝光之輥狀構件471進行顯影，以顯影後之抗蝕層作為掩膜，藉由乾式蝕刻而對蝕刻層進行蝕刻。於蝕刻後，除去殘渣之抗蝕層，則可獲得圓筒狀主模具。
作為將以上述方式獲得之圖案476轉印至特定之基板而獲得本實施形態之光學基板的方法並無特別限定，可採用<<光學基板PP>>中所說明之轉印法。將圓筒狀主模具、具體而言將圓筒狀主模具(輥
狀構件471)之圖案476一次性轉印至薄膜，而形成樹脂模具之後，進行業已說明之轉印法。
作為自圓筒狀主模具對樹脂模具轉印圖案476之方法，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，列舉：一面以特定溫度加熱一面對圓筒狀主模具之圖案476填充熱硬化性樹脂，使圓筒狀主模具冷卻後將硬化之熱硬化性樹脂脫模而進行轉印之熱奈米壓印法；或對填充於圓筒狀主模具之圖案476之光硬化性樹脂照射特定波長之光，使光硬化性樹脂硬化，然後自圓筒狀主模具將硬化之光硬化性樹脂脫模而進行轉印的光奈米壓印法。
圓筒狀主模具(輥狀構件471)係無縫之圓筒狀模具，故尤其係利用輥對輥奈米壓印對樹脂模具進行連續轉印為佳。
又，亦可藉由電鑄而利用轉印有圖案476之樹脂模具製作電鑄模具，使用該電鑄模具進行轉印法。於之情形時，自延長作為母模具之圓筒狀主模具之壽命而言，較佳為形成電鑄模具之情形，於一次形成電鑄模具之方式中，可吸收基材之平坦性，故較佳為進而形成樹脂模具。
進而，於樹脂模具法中，因容易重複轉印故而較佳。此處之「重複轉印」，係指(1)利用具有凸凹圖案形狀之樹脂模具(+)製造複數個經轉印反轉之凹凸圖案轉印物；或者(2)尤其於使用硬化性樹脂組合物作為轉印劑時，自樹脂模具(+)獲得經反轉之轉印體(-)，然後將轉印體(-)作為樹脂模具(-)獲得經反轉轉印之轉印體(+)，重複凸凹/凹凸/凸凹/凹凸/．．．/而進行圖案反轉轉印中之任一者或兩者。
再者，上述轉印法中使用之模具亦可同樣地應用於<<光學基板PP>>及<<光學基板D>>。
其次，對上述說明之<<光學基板PP>>、<<光學基板D>>、
及<<光學基板PC>>中參照圖2~圖6說明之半導體發光元件之更佳狀態進行說明。
於以下之說明中，凹凸結構PP、凹凸結構D、或凹凸結構PC(以下僅記載為凹凸結構)之高度係定義為凹凸結構之平均高度。即，採用由凹凸結構PP定義之高度H之算術平均值而記載為平均高度H。又，凹凸結構之平均凹部底部位置及凸部頂部位置係利用使用掃描式電子顯微鏡之剖面觀察像而決定。又，於探針可掃描至凹凸結構之凹部底部為止之情形時，亦可藉由原子力顯微鏡觀察凹凸結構而決定。
本實施形態之半導體發光元件可採用於參照圖2~圖6而於<<光學基板PP>>中所說明之半導體發光元件中，將光學基板PP替換成光學基板PP、光學基板D或光學基板PC而成者，亦可採用將凹凸結構PP替換成凹凸結構PP、凹凸結構D或凹凸結構PC而成者。將光學基板PP10之發光半導體層40側之表面與第1半導體層30之發光半導體層40側之表面之距離定義為距離Hbun。此處，所謂光學基板PP10之發光半導體層40側之表面，係定義為凹凸結構20之平均凹部底部位置。又，第1半導體層30之發光半導體層40側之表面係定義為平均面。平均係算術平均，平均件數為10件以上。即，距離Hbun係以凹凸結構20之平均凹部底部位置為基準時之第1半導體層30之平均厚度。
將光學基板PP10之發光半導體層40側之表面與非摻雜第1半導體層31之發光半導體層40側之表面之距離定義為距離Hbu。此處，所謂光學基板PP10之發光半導體層40側之表面，係定義為凹凸結構20之平均凹部底部位置。又，非摻雜第1半導體層31之發光半導體層40側之表面係定義為平均面。平均係算術平均，平均件數為10件以上。即，距離Hbu係以凹凸結構20之平均凹部底部位置為基準時之非摻雜第1
半導體層31之平均厚度。
繼而，詳細說明構成半導體發光元件100(包括200、300、400、500，以下相同)之各要素。
距離Hbun與平均高度H之比率(Hbun/h)滿足下述式(12)。
8≦Hbun/h≦300 (12)
比率(Hbun/h)係指凹凸結構20之平均高度(h)與第1半導體層30之平均厚度Hbun之比率，比率(Hbun/h)越大則第1半導體層30之平均厚度Hbun越大。藉由使比率(Hbun/h)為8以上，第1半導體層30之發光半導體層40側表面之平坦性變得良好，故而較佳。尤其係，自提高凹凸結構20之設計自由度之觀點而言，比率(Hbun/h)較佳為10以上，更佳為12以上。又，自抑制凹凸結構20之影響，使第1半導體層30之發光半導體層40側表面之平坦性更良好之觀點而言，比率(Hbun/h)較佳為14以上，更佳為16以上。進而，自於第1半導體層30之、凹凸結構20之平均凸部頂部位置與發光半導體層40之間，增加錯位之碰撞概率，進一步提高內部量子效率IQE之觀點而言，比率(Hbun/h)更佳為20以上，最佳為25以上。另一方面，藉由使比率(Hbun/h)為300以下，可抑制半導體發光元件100之翹曲。自縮短半導體發光元件100之製造之時間之觀點而言，比率(Hbun/h)較佳為200以下，更佳為150以下。進而，自減小光學基板PP10與第1半導體層30之熱膨脹差帶來之應變，增大光學基板PP10之大小而製造大面積之半導體發光元件100的情形時，有效抑制翹曲之觀點而言，比率(Hbun/h)更佳為100以下，最佳為50以下。
距離Hbu與平均高度H之比率(Hbu/h)滿足下述式(13)。
3.5≦Hbu/h≦200 (13)
比率(Hbu/h)係指凹凸結構20之平均高度(h)、與非摻雜第1半導體層31之平均厚度Hbu之比率，比率(Hbu/h)越大則非摻雜第1半導體層31之平均厚度Hbu越大。藉由使比率(Hbu/h)為3.5以上，非摻雜第1半導體層31之發光半導體層40側表面之平坦性變得良好，故而較佳。尤其係，自提高凹凸結構20之設計自由度，且使非摻雜第1半導體層31之作為半導體之性能反映至摻雜第1半導體層32而縮短第1半導體層30之製造時間的觀點而言，比率(Hbu/h)較佳為4以上，更佳為5以上。又，自抑制凹凸結構20之影響，使非摻雜第1半導體層31之發光半導體層40側表面之平坦性更良好之觀點而言，比率(Hbu/h)較佳為8以上，更佳為10以上。進而，自於非摻雜第1半導體層31之、凹凸結構20之平均凸部頂部位置與發光半導體層40之間增加錯位之碰撞概率，進一步提高內部量子效率IQE的觀點而言，比率(Hbu/h)最佳為15以上。另一方面，藉由使比率(Hbu/h)為200以下，而可抑制半導體發光元件100之翹曲。自縮短半導體發光元件100之製造之時間之觀點而言，比率(Hbu/h)較佳為100以下，更佳為50以下。進而，自減小光學基板PP10與第1半導體層30之熱膨脹差帶來之應變，增大光學基板PP10之大小而製造大面積之半導體發光元件100的情形時，有效抑制翹曲之觀點而言，比率(Hbu/h)最佳為30以下。
第1半導體層30之材質係如業已說明般。自使凹凸結構20平坦化，且減少第1半導體層30內部之錯位，對發光半導體層40及第2半導體層50反映作為半導體之性能而提高內部量子效率IQE之觀點而言，第1半導體層30之膜厚(Hbun)較佳為1000nm以上。尤其係，自進一步發揮利用凹凸結構20減少錯位之效果之觀點而言，較佳為1500nm以上，更佳為2000nm以上。進而，自向發光半導體層40及第2半導體層50反映作為半導體之性能而有效增大內部量子效率IQE之觀點而言，
較佳為2500nm以上，更佳為3000nm以上，最佳為4000nm以上。另一方面，自減少基板之翹曲之觀點而言，上限值較佳為100000nm以下，更佳為7500nm以下，最佳為6500nm以下。
再者，摻雜第1半導體層32只要為可作為適於半導體發光元件(例如，LED)之n型半導體層使用者，則並無特別限制。例如，可應用於矽、鍺等之元素半導體、於III-V族、II-VI族、VI-VI族等之化合物半導體等適當地摻雜有各種元素而成者。摻雜第1半導體層32之膜厚自對發光半導體層40之電子注入性之觀點而言，較佳為800nm以上，更佳為1500nm以上，最佳為2000nm以上。另一方面，自減少翹曲之觀點而言，上限值較佳為5000nm以下。自減少摻雜第1半導體層32之使用量，且縮短半導體發光元件100之製造時間的觀點而言，較佳為4300nm以下，更佳為4000nm以下，最佳為3500nm以下。
非摻雜第1半導體層31可於不妨礙摻雜第1半導體層32之n型半導體層之性能的範圍內適當地選擇。例如，可應用矽、鍺等之元素半導體、III-V族、II-VI族、VI-VI族等之化合物半導體等。非摻雜第1半導體層31之膜厚(Hbu)自使凹凸結構20平坦化之觀點而言，較佳為1000nm以上。尤其係，自於非摻雜第1半導體層31之內部有效減少錯位之觀點而言，較佳為1500nm以上，更佳為2000nm以上，最佳為2500nm以上。另一方面，自減少半導體發光元件100之翹曲之觀點而言，上限值較佳為6000nm以下。尤其係，自縮短半導體發光元件100之製造時間之觀點而言，較佳為5000nm以下，更佳為4000nm以下，最佳為3500nm以下。
再者，於光學基板PP10之凹凸結構20上依序積層有至少非摻雜第1半導體層31及摻雜第1半導體層32之情形時，亦可於摻雜第1半導體層32上進而設置其他非摻雜半導體層(2)，且於其上設置發光半導體層40。該情形時，作為其他非摻雜半導體層(2)，可使用上述非摻
雜第1半導體層31中所說明之材料。其他非摻雜半導體層(2)之膜厚自半導體發光元件100之發光性之觀點而言，較佳為10nm以上，更佳為100nm以上，最佳為200nm以上。另一方面，自發光半導體層40內之電洞與電子之再結合之觀點而言，上限值較佳為500nm以下，更佳為400nm以下，最佳為350nm以下。
可根據第1半導體層30內部之錯位減少而適當地組合第1半導體層30與凹凸結構20。於凹凸結構20之凹部底部具有之平坦面(以下稱為「平坦面B」)、與相對於第1半導體層30之穩定成長面大體平行之面(以下稱為「平行穩定成長面」)平行之情形時，凹凸結構20之凹部附近之第1半導體層30之成長模式之混亂變大，可使第1半導體層30內之錯位有效地對應於凹凸結構20而分散化，故而內部量子效率IQE提高。所謂穩定成長面，是指要成長之材料中成長速度最慢之面。一般而言，已知穩定成長面係於成長之途中作為刻面出現。例如，於氮化鎵系化合物半導體之情形時，以M面為代表之與A軸平行之平面變成穩定成長面。GaN系半導體層之穩定成長面係六方晶結晶之M面(1-100)、(01-10)、(-1010)，其係與A軸平行之平面之一。再者，視成長條件不同，亦存在GaN系半導體之M面以外之平面即包含A軸之其他平面變成穩定成長面的情形。
藉由使半導體發光元件滿足上述要件，而可有效地製造有效表現光學基板PP、光學基板D、及光學基板PC之效果的半導體發光元件。更具體而言，光學基板一般為晶圓狀。於對該光學晶圓成膜半導體晶體層時，產生半導體晶體層之產生龜裂及翹曲之問題。藉由滿足上述範圍，即便於半導體晶體層之膜厚較薄之情形時，亦可製造有效率地發光之半導體發光元件。自該點而言，可利用1塊光學晶圓製造大量龜裂與翹曲減少效率良好之半導體發光元件晶片。
以下，說明為確認本發明之效果而進行之實施例。
以下說明中使用之記號係表示以下含義。
．DACHP...含氟之(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯(OPTOOL DAC HP(大金工業公司製))
．M350...三羥甲基丙烷(EO改性)三丙烯酸酯(東亞合成公司製 ARONIXM350)
．I.184...1-羥基環己基苯基甲酮(BASF公司製 Irgacure(註冊商標)184)
．I.369...2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-嗎啉苯基)-丁酮-1(BASF公司製 Irgacure(註冊商標)369)
．TTB...四丁醇鈦(IV)單體(和光純藥工業公司製)
．SH710...苯基改性聚矽氧(東麗道康寧公司製)
．3APTMS...3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(KBM5103(信越聚矽氧公司製))
．DIBK...二異丁基酮
．MEK...甲基乙基酮
．MIBK...甲基異丁基酮
．DR833...三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製))
．SR368...三(2-羥乙基)異氰尿酸酯三丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製)
製作於表面描繪有花樣X之光學基板PP，使用該基板PP而製作半導體發光元件(LED)，並對比LED之效率。
於以下之研討中，首先(1)製作圓筒狀主模具，(2)對圓筒狀主模具應用光轉印法，製作樹脂模具。(3)其後，將樹脂模具加工為奈米加工用片材。繼而，(4)使用奈米加工用片材，於光學基板上形成加工掩膜，並介隔所得之加工掩膜進行乾式蝕刻，藉此製作於表面具備凹凸結構PP之光學基板PP。最後，(5)使用所得之光學基板PP，製作半導體發光元件，並評估性能。
藉由使用半導體雷射之直接描繪微影法而於圓筒狀石英玻璃之表面形成微細結構。首先，於圓筒狀石英玻璃表面上藉由濺鍍法成膜抗蝕層。濺鍍法係使用3英吋之CuO(含有8atm%之Si)作為靶材(抗蝕層)，以RF100W之電力實施，而成膜20nm之抗蝕層。繼而，一面使圓筒狀石英玻璃旋轉一面使用波長405nmn半導體雷射，對抗蝕層整個面進行一次曝光。繼而，對經一次曝光之抗蝕層，使用同樣之半導體雷射，進行脈衝曝光。此處，對雷射脈衝之曝光圖案加入特定之規則性，而控制微細結構之排列。例如，對某一圓筒狀主模具，使圓筒狀石英玻璃之周方向之曝光脈寬固定，於正弦波乘以軸方向之脈衝間隔而使其變動。又，對於另一圓筒狀主模具，將圓筒狀石英玻璃之周方向之曝光脈衝間隔及軸方向之曝光脈衝間隔均相乘於正弦波而使其變動。又，對於另一圓筒狀主模具，將圓筒狀石英玻璃之周方向之曝光脈衝間隔及軸方向之曝光脈衝間隔均相乘於正弦波而使其變動，且對圓筒狀主模具之旋轉速度施以增減。其次，對脈衝曝光後之抗蝕層進行顯影。抗蝕層之顯影係使用0.03wt%之甘胺酸水溶液進行240sec之處理。其次，將經顯影之抗蝕層作為掩膜，利用乾式蝕刻對蝕刻層(石英玻璃)進行蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6
作為蝕刻氣體，以處理氣壓1Pa、處理電力300W、處理時間5分鐘之條件實施。最後，自表面賦予有微細結構之圓筒狀石英玻璃，使用pH1之鹽酸將抗蝕層殘渣剝
離。剝離時間為6分鐘。
對所得之圓筒狀石英玻璃進行準分子清洗，繼而對微細結構塗佈作為氟系脫模劑之durasurfHD-1101Z(大金化學工業公司製)，以60℃加熱1小時後，於室溫下靜置24小時而使其固定化。其後，利用durasurfHD-ZV(大金化學工業公司製)清洗3次，而獲得圓筒狀主模具。
將製作之圓筒狀主模具作為鑄模，應用光奈米壓印法，連續地製作樹脂模具G1。繼而，將樹脂模具G1作為模板，藉由光奈米壓印法而連續地獲得樹脂模具G2。
於PET薄膜A-4100(東洋紡織公司製：寬度300mm、厚度100μm)之易接著面，利用微凹版塗佈機(廉井精機公司製)，以塗佈膜厚為2.5μm之方式塗佈以下所示之材料1。繼而，相對於圓筒狀主模具，夾輥擠壓塗佈有材料1之PET薄膜，以大氣下溫度25℃、濕度60%、且燈中心下之累積曝光量變成1500mJ/cm2
之方式，使用Fusion UV Systems．日本股份有限公司製UV曝光裝置(H燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，而獲得於表面轉印有微細結構之樹脂模具G1(長度200m、寬度300mm)。
材料1...DACHP：M350：I.184：I.369=17.5g：100g：5.5g：2.0g
藉由光學顯微鏡觀察製作之樹脂模具G1之微細結構面而確認花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡將花樣放大，而確認微細結構。將結果匯總於表2。再者，利用光學顯微鏡之觀察係使用利用股份有限公司尼康公司製之光學透鏡之股份有限公司KEYENCE公司製之超深度彩色3D形狀測定顯微鏡(VK-9500)及股份有限公司HIROX公司製之KH-3000VD(物鏡：OL-700)而進行。尤其係，於使用VK-9500之情形
時，以10倍~1000倍之範圍進行觀察，於使用KH-3000VD之情形時，以700倍~5000倍進行觀察。無論使用哪種光學顯微鏡時，均觀察到同樣之光學花樣，但於使用後者之KH-3000VD之情形時，確認觀察到的光學花樣之清晰度較高。再者，以下之實施例中之光學顯微鏡觀察時，係分別使用上述2個光學顯微鏡。又，於所有實施例中，確認使用KH-3000VD時之觀察像均清晰。
又，使用掃描式電子顯微鏡觀察樹脂模具G1之微細結構面。作為掃描式電子顯微鏡，係使用日立超高解析度場發射式掃描電子顯微鏡SU8010(股份有限公司日立高新技術公司製)。又，於以下所有實施例中，只要未特別說明，則係使用上述SU8010作為掃描式電子顯微鏡。
再者，於表2中，行A係表示觀察光學顯微鏡像之結果，行B係表示觀察掃描式電子顯微鏡像之結果。
No.2-1之樹脂模具G1藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。再者，四方排列之第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，花樣Xa之輪廓為大體圓形且漸變，確認有某一圓形狀花樣
Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，進而提高觀察倍率，於1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、及平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，以某採取個軸時可觀察到明暗連續變化之花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到的花樣X係藉由更微細之微細結構形成。微細結構之凸部之輪廓為大體圓形，且平均間距P'ave為300nm。進而，微細結構之間距P'係以300nm為中心連續地變化，且該變化較大之週期之平均為1450nm，確認其與利用光學顯微鏡觀察確認之花樣X之平均間隔Dave大體一致。又，藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部，均形成有微細結構。又，可觀察到，隨著微細結構之間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out變小。
No.2-2之樹脂模具G1藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。四方排列之第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，確認四方排列之圓形狀花樣Xa於一軸方向形成群，於與該軸垂直之方向上更大地排列。即，於光學顯微鏡像中，微觀上觀察到四方排列之圓形狀花樣Xa，宏觀上觀察到與該圓形狀花樣Xa不同之規則性較低之線狀之花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，進而提高觀察倍率，設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採
取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。尤其係，微細結構係四方排列之部分、六方排列之部分及作為四方排列與六方排列之中間之排列之部分以較低規則性混合存在的排列。更詳細地解析時，微細結構形成1600nm~1700nm左右之大小之群。即，藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之微細結構之群之大小、與藉由光學顯微鏡觀察到之圓形狀花樣Xa之大小大體一致。又，根據掃描式電子顯微鏡像以50點繪製四方排列之部分、與六方排列之部分之規則性較低之週期及寬度，另一方面，以50點繪製藉由光學顯微鏡觀察到之線狀花樣之間隔及寬度，並確認其匹配性時，可確認以R2=0.86匹配。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部，均形成有微細結構。
No.2-3之樹脂模具G1藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率觀察時，可觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa排列成線與間隙狀之線狀花樣Xa。第1區域Xa之平均間隔Dave為5060nm。又，第1區域Xa之輪廓漸變。又，進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於線狀花樣Xa之平均間隔Dave為5060nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時(其中，為與線與間隙垂直之方向)，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及20000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係藉由更微細之凹凸結構形成。微細結構係作為平均間距P'ave為460nm之六方排列而被觀察到。進而，微細結構之間距P'係以460nm為中心而於特定之方向連續地變化，該變化較大之週期之平均為5060nm，確認其與
利用光學顯微鏡觀察確認之花樣之平均間隔Dave大體一致。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部，均形成有微細結構。又，可觀察到隨著微細結構之間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out變小。
No.2-4之樹脂模具G1藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到作為四方排列被觀察到之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均寬度15μm之一軸方向之線狀花樣Xa(1)內，確認有平均間隔Dave為1450nm之四方排列之圓形狀花樣Xa(2)。再者，於可觀察到線狀花樣Xa(1)之倍率下，大體上無法觀察到圓徑狀花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa(2)、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣Xa。又，關於大體圓形狀花樣、及平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。尤其係，確認微細結構係平均間距P'ave為300nm之六方排列。進而，微細結構之間距P'係以300nm為中心而於特定之方向連續地變化，該變化較大之週期之平均為1450nm，確認與利用光學顯微鏡觀察確認之花樣X之平均間隔Dave大體一致。又，於藉由掃描式電子顯微鏡觀察進行光學顯微鏡之低倍率觀察時被觀察到的線狀花樣Xa(1)之界面部時，可觀察到如自
六方排列向四方排列變化之像。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。又，確認隨著微細結構之間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out變小。
No.2-5之樹脂模具G1藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到作為四方排列被觀察到之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均間隔為15μm之一軸方向之線狀排列內，確認有平均間隔Dave為1650nm之四方排列之圓形狀花樣Xa。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣Xa。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、及平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。尤其係，微細結構中平均間距P'ave為330nm。排列係以較低規則包含六方排列與四方排列且往返於該等排列之間之排列。
其次，將樹脂模具G1作為模板，應用光奈米壓印法而連續地製作樹脂模具G2。
於PET薄膜A-4100(東洋紡織公司製：寬度300mm、厚度100μm)之易接著面，利用微凹版塗佈機(廉井精機公司製)，以塗佈膜厚為2μm之方式塗佈材料1。繼而，相對於樹脂模具G1之微細結構面，以夾
輥(0.1MPa)擠壓塗佈有材料1之PET薄膜，於大氣下、溫度25℃、濕度60%、燈中心下之累積曝光量為1200mJ/cm2
之方式，使用Fusion UV Systems．日本股份有限公司製UV曝光裝置(H燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，獲得於表面轉印有微細結構之樹脂模具G2(長度200m、寬度300mm)。
材料1...DACHP：M350：I.184：I.369=17.5g：100g：5.5g：2.0g
藉由光學顯微鏡觀察製作之樹脂模具G2之微細結構面而確認花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡將花樣放大，確認微細結構。將結果匯總於表3。
再者，於表3中，行A表示觀察光學顯微鏡像之結果，行B表示觀察掃描式電子顯微鏡像之結果。
No.3-1之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，且花樣Xa之輪廓比較清晰。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400
倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣Xa。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖14中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗變化急劇產生其後逐漸變化之花樣之週期。進而，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。微細結構之凹部之輪廓為大體圓形，且平均間距P'ave為300nm。進而，微細結構之間距P'係以300nm為中心而於連續地變化，且該變化較大之週期之平均為1450nm，確認與藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之平均間隔Dave大體一致。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。又，可觀察到隨著微細結構之間距P'之變化，高度H及凹部開口部徑lcct亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凹部開口部徑lcct變小。
No.3-2之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓比較清晰。進而，確認四方排列之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上形成群，且於與該軸垂直之方向上更大地排列。即，於光學顯微鏡像中，微觀上觀察到四方排列之圓形狀花樣Xa，宏觀上觀察到與該圓形狀花樣Xa不同之較低規則性之線狀之花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖14中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗變化急劇產生其後逐漸變化之花樣之週期。
進而，藉由掃描式電子顯微鏡進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構(複數之凹部排列之結構)而形成。尤其係，微細結構係四方排列之部分、六方排列之部分及作為四方排列與六方排列之中間之排列的部分以較低規則性混合存在之排列。更詳細地解析時，微細結構形成1600nm~1700nm左右之大小之群。即，藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之微細結構之群之大小、與藉由光學顯微鏡觀察到之圓形狀花樣Xa之大小大體一致。又，根據掃描式電子顯微鏡像以50點繪製四方排列之部分、及六方排列之部分之較低規則性之週期及寬度，另一方面，以50點繪製利用光學顯微鏡觀察到之線狀花樣之間隔及寬度，確認其匹配性時，可確認以R2=0.89匹配。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。
No.3-3之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa排列成線與間隙狀之花樣X。第1區域Xa之平均間隔Dave為5060nm。又，第1區域Xa之輪廓比較清晰。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為線狀花樣、且平均間隔Dave為5060nm方面，並無變化。即，如圖14中所說明般，採取某一軸時(其中為與線與間隙垂直之方向)，觀察到明暗急劇變化之規則花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及20000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。微細結構係作為平均間距P'ave為460nm之複數之凹部之六方排列被觀察到。進而，微細結構之間距P'係以460nm為中心而於特定之方向連續地變化，該變化較大之週期之平均為5060nm，確認與藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之平均間
隔Dave大體一致。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。又，可觀察到隨著微細結構之間距P'之變化，高度H及凹部開口部徑lcct亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凹部開口部徑lcct變小。
No.3-4之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到作為四方排列被觀察到之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均寬度15μm之一軸方向之線狀排列內，確認有平均間隔Dave為1450nm之四方排列之花樣X。再者，於可觀察到線狀花樣之倍率下，大體上無法觀察到圓形狀花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之微細結構形成。尤其係，確認微細結構係由複數之凹部構成，且平均間距P'ave為300nm之六方排列。又，藉由掃描式電子顯微鏡觀察於光學顯微鏡之低倍率觀察時觀察到的線狀花樣之界面部時，觀察到如自六方排列向四方排列變化之像。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。又，可觀察到隨著微細結構之間距P'之變化，高度H
及凹部開口部徑lcct亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凹部開口部徑lcct變小。
No.3-5之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均間隔為15μm之一軸方向之線狀排列內，確認有平均間隔Dave為1650nm之四方排列之圓形狀花樣Xa。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣X。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣係由更微細之微細結構形成。尤其係，微細結構係由複數之凹部構成，且平均間距P'ave為330nm。排列係以較低規則性包含六方排列與四方排列，且往返於該等排列之間之排列。
再者，於分別使用光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡觀察製造上述說明之薄膜狀樹脂模具G2時使用之5根圓筒狀主模具之微細結構面時，觀察到與製造之No.3-1~No.3-5之薄膜狀樹脂模具G2之觀察結果大體相同之花樣及微細結構。
對樹脂模具G2之微細結構面塗敷下述材料2之稀釋液(掩膜層之稀釋液)。繼而，於使材料2內含於凹凸結構內部之樹脂模具G2之凹凸結構面上，塗敷下述材料3之稀釋液(抗蝕層之稀釋液)，而獲得奈米
加工用片材。
材料2...TTB：3APTMS：SH710：I.184：I.369=65.2g：34.8g：5.0g：1.9g：0.7g
材料3...Bindingpolymer(黏合聚合物)：SR833：SR368：I.184：I.369=77.1g：11.5g：11.5g：1.47g：0.53g
Bindingpolymer...苄基甲基丙烯酸酯80質量%、甲基丙烯酸20質量%之2元共聚物之甲基乙基酮溶液(固形物成分50%、重量平均分子量56000、酸當量430、分散度2.7)
(2)使用與樹脂模具之製作相同之裝置，將利用PGME稀釋後之材料2直接塗敷於樹脂模具G2之微細結構面上。此處，稀釋濃度係以如下方式設定，即，單位面積之塗敷原料(利用PGME稀釋後之材料2)中所含之固形物成分量小於單位面積之微細結構之體積。具體而言，於樹脂模具G2之凹部內部填充80nm之材料2。塗敷後，用5分鐘通過95℃之送風乾燥爐內，將微細結構內部內含材料2之樹脂模具G2捲取而予以回收。
繼而，將微細結構內部內含材料2之樹脂模具G2捲出，且使用模具塗佈機將利用PGME及MEK稀釋後之材料3直接塗敷於微細結構面上。以配置於凹凸結構內部之材料2及塗敷之材料3之界面、與材料3之表面之距離為400nm的方式進行設定。塗敷後，用5分鐘通過95℃之送風乾燥爐內，將其捲取並予以回收。
使用製作之奈米加工用片材，對光學基板進行加工。作為光學基板係使用c面藍寶石基板。
對4英吋之藍寶石基板進行5分鐘之UV-O3
處理，除去表面之微粒，且使其親水化。繼而，將奈米加工用片材之材料3表面貼合於藍寶石基板。此時，係以加熱至105℃之狀態下貼合藍寶石基板。繼
而，使用高壓水銀燈光源，以累積光量為1200mJ/cm2
之方式，隔著樹脂模具G2進行光照射。其後，將樹脂模具G2剝離。
自所得之積層體(包含材料2/材料3/基板之積層體)之材料2面側使用氧氣進行蝕刻，以材料2為掩膜而對材料3進行奈米加工，使藍寶石基板表面部分露出。氧氣蝕刻係於壓力1Pa，電力300W之條件進行。繼而，自材料2面側進行使用BCl3
及氬氣之混合氣體之反應性離子蝕刻，對藍寶石進行奈米加工。蝕刻係於ICP：150W、BIAS：100W、壓力0.3Pa實施，且使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH、samco股份有限公司製)。
最後，利用將硫酸及過氧化氫水以2：1之重量比混合而成之溶液進行清洗，獲得於表面具備凹凸結構之藍寶石基板。
藉由光學顯微鏡觀察製作之光學基板PP之凹凸結構面側而確認花樣。進而，藉由掃描式電子顯微鏡將花樣放大，而確認凹凸結構。將結果匯總於表4。
再者，於表4中，行A係表示觀察光學顯微鏡像之結果，行B表示觀察掃描式電子顯微鏡像之結果。
進而，對光學基板PP亦進行使用雷射光之觀察。作為雷射光，
使用波長532nm之綠色雷射。對光學基板PP之主面垂直地入射雷射光。此處，入光面與雷射光線之出射部之距離設為50mm。另一方面，於與光學基板PP之出光面平行、且距出光面為150mm之位置上設置螢幕，觀察螢幕上映出之雷射光之圖案。再者，觀察係於暗室進行。又，於以下之實施例中，描述有雷射光之分離數者，均為進行與該記載相同之試驗者。
No.4-1之光學基板藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓逐漸變化。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。凹凸結構係由複數之獨立之凸部形成，凸部底部之輪廓為大體圓形，平均間距P'ave為300nm，高度H之算術平均值為160nm，平均凸部底部外接圓徑out為210nm。進而，凹凸結構之間距P'係以300nm為中心、高度H以160nm為中心、凸部底部徑以210nm為中心而連續地變化，且該變化較大之週期之平均為1450nm，確認與藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之平均間隔Dave大體一致。再者，高度H之最大值為310nm，最小值為200nm。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀。進而，於凹部底部形成有平坦面。又，可觀察到隨著凹凸結構之間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加
而高度H及凸部底部外接圓徑out變大。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成5個之雷射出光圖案。
No.4-2之光學基板藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓逐漸變化。進而，確認四方排列之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上形成群，且於與該軸垂直之方向上更大地排列。即，於光學顯微鏡像中，微觀上觀察到四方排列之圓形狀花樣Xa，宏觀上觀察到與該圓形狀花樣Xa不同之較低規則性之線狀之花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及50000倍之倍率觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構(複數之凸部排列之結構)形成。尤其係，凹凸結構係四方排列與六方排列以較低規則性混合存在之排列。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀。進而，於凹部底部亦形成有平坦面。再者，高度H之最大值為340nm，最小值為230nm。更詳細地解析時，凹凸結構係形成1600nm~1700nm左右之大小之群。即，藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之微細結構之群之大小、與藉由光學顯微鏡觀察到之圓形狀花樣Xa之大小大體一致。又，根據掃描式電子顯微鏡像以50點繪製四方排列之
部分、及六方排列之部分之規則性較低之週期及寬度，另一方面，以50點繪製利用光學顯微鏡觀察到之線狀花樣之間隔及寬度，並確認其匹配性時，可確認係以R2=0.81匹配。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成5個之雷射出光圖案。
No.4-3之光學基板藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa排列成線與間隙狀之花樣X。第1區域Xa之平均間隔Dave為5060nm。又，第1區域Xa之輪廓比較清晰。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為線狀花樣、且平均間隔Dave為5060nm方面，並無變化。即，如圖14中所說明般，採取某一軸時(其中為與線與間隙垂直之方向)，觀察到明暗急劇變化之規則花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍及20000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。凹凸結構係作為平均間距P'ave為460nm之複數之凸部之六方排列被觀察到。再者，凸部為相互獨立。進而，凹凸結構之間距P'係以460nm為中心、凹凸結構之高度係以250nm為中心、凹凸結構之凸部底部徑係以310nm為中心而於特定之方向連續地變化，該變化較大之週期之平均為5060nm，確認與藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之平均間隔Dave大體一致。再者，高度H之最大值為440nm，最小值為240nm。又，可觀察到隨著凹凸結構之間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out變大。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀。進而，
於凹部底部亦形成有平坦面。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成3個之雷射出光圖案。
No.4-4之光學基板藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。第1區域Xa係平均間隔Dave為1450nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到作為四方排列被觀察到之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均寬度15μm之一軸方向之線狀排列內，確認有平均間隔Dave為1450nm之四方排列之圓形狀花樣Xa。再者，於可觀察到線狀花樣之倍率下，大體上無法觀察到圓形狀花樣。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1450nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。尤其係，確認凹凸結構係由複數之凸部構成，平均間距P'ave為300nm，平均凸部底部外接圓徑out為240nm，高度H之算術平均值為200nm，且為六方排列。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀。進而，於凹部底部亦形成有平坦面。又，藉由掃描式電子顯微鏡觀察光學顯微鏡之低倍率觀察時觀察到之線狀花樣之界面部時，觀察到如自六方排列向四方排列變化之像。又，可觀察到隨著凹凸結構之
間距P'之變化，高度H及凸部底部外接圓徑out亦連續地變化。尤其係，確認因間距P'增加而高度H及凸部底部外接圓徑out變大。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成9個之雷射出光圖案。
No.4-5之樹脂模具G2藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率進行觀察時，觀察到明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa。第1區域Xa係平均間隔Dave為1650nm之圓形狀花樣Xa，且圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。進而，於將光學顯微鏡之倍率設為50倍時，觀察到作為四方排列被觀察到之圓形狀花樣Xa係於一軸方向上線狀地形成群。即，於平均間隔為15μm之一軸方向之線狀排列內，確認有平均間隔Dave為1650nm之四方排列之圓形狀花樣Xa。又，確認有某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗不同之部位。又，於進而提高觀察倍率而設為1400倍、2800倍、及4900倍之情形時，亦觀察到花樣X。又，關於第1區域Xa為大體圓形狀花樣、且平均間隔Dave為1650nm方面，並無變化。即，如圖16中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。尤其係，凹凸結構係由複數之凸部構成，平均間距P'ave為330nm，平均凸部底部外接圓徑out為150nm，高度H之算術平均值為150nm。排列係以較低規則性包含六方排列與四方排列且往返於該等排列之間之排列。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀。進而，於凹部底部亦形成有平坦面。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成5個之雷射出光圖案。
於所得之藍寶石基板上藉由MOCVD而連續地積層(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光半導體層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。形成藍寶石基板上之凹凸於(2)n型GaN層之積層時被填埋而平坦化之製膜條件。進而，進行蝕刻加工而安裝電極墊。
於該狀態下，使用探針於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流而測定發光輸出。
作為比較例，準備3種光學基板，使用該光學基板而如上述般製作半導體發光元件，並評估發光出光。將比較例中使用之光學基板匯總於表5。
再者，於表5中，行A表示觀察光學顯微鏡像之結果，行B表示觀察掃描式電子顯微鏡像之結果。
比較例1係表5之No.5-1，其係平均間距P'ave為300nm之複數之凸部呈六方排列之藍寶石基板。複數之凸部相互獨立，於藍寶石面內任意選擇10點，藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，確認所有部分均有大體正六方排列之凹凸結構之排列。又，於藉由光學顯微鏡以50倍、500倍及1000倍之倍率進行觀察時，未觀察到花樣，而是映出大體相同色之影像。另一方面，於
使用上述雷射光線進行觀察時，未觀察到雷射光之分離，於螢幕上僅映出1點之光點。
比較例2係表5之No.5-2，其係設有平均間距P'ave為1500nm之複數之凸部之藍寶石基板。又，藉由光學顯微鏡以500倍及1000倍之倍率觀察時平均間隔Dave亦為1500nm。即，即便將利用光學顯微鏡觀察到之花樣放大，亦未進一步觀察到微細之凹凸結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而容易地分離成9個之雷射出光圖案。
比較例3係既不具備凹凸結構亦不具備花樣之藍寶石基板，為表5之No.5-3。於使用上述雷射光線進行觀察時，未觀察到雷射光之分離，於螢幕上僅映出1點之光點。
於表6中記載有內部量子效率IQE及作為發光輸出比之強度比。再者，強度比係將比較例3(表5之No.5-3)設為1而經標準化。又，內部量子效率IQE係根據PL強度而決定。內部量子效率IQE係藉由(單位時間內自發光半導體層發出之光子之數/單位時間內注入至半導體發光元件之電子之數)而定義。於本說明書中，作為評估上述內部量子效率IQE之指標，係採用(以300K測定之PL強度/以10K測定之PL強度)。
根據表6可知如下內容。首先，與比較例2(表5之No.5-2)相比，藉由設置奈米級之凹凸結構而內部量子效率IQE提高。原因推測為可打亂第1半導體層之成長，且可使錯位分散化，實際上，藉由穿透式電子顯微鏡測定之錯位密度相對於比較例3(表5之No.5-3)而言減少1位以上。其次，可知與比較例1(表5之No.5-1)相比，僅奈米級之凹凸結構未見發光出光比大幅提高。原因推測為，於奈米級之凹凸結構之情形時，有效介質近似發揮較強作用，故光學散射性減弱，光提取效率LEE之提高受到限制。另一方面，可知於實施例之表4之No.4-1~4-5中，內部量子效率IQE提高，且發光出光比亦變大。原因在於，藉由奈米級之凹凸結構而使得內部量子效率IQE提高，且藉由作為由凹凸結構之集合描繪之光學花樣之花樣X而光散射性提高，藉此光提取效率LEE得到改善。又，於實施例之表4之No.4-1~4-5中，觀察到之花樣X之等級並不向光學基板之厚度方向之結構反映，花樣X係並非作為實體存在之花樣，故可無關於第1半導體層之成膜條件而抑制龜裂，且可減少第1半導體層之厚度。另一方面，於比較例2(表5之No.5-2)中，因第1半導體層之成膜條件而產生龜裂，難以製造良好之LED。若對比實施例彼此，則可知於花樣X形成之排列或花樣更大之情形時，發光出光比變大。原因在於，此種觀察結果意味著光學散射性係由複數之模式產生。即，推測為光學散射性增強，而打亂波導模式之效果變大。
根據上述實施例，可明確判斷出藉由光學顯微鏡觀察光學花樣，該光學花樣由更微細之凹凸結構形成，藉此可同時改善內部量子效率IQE與光提取效率LEE，可減少半導體晶體層之龜裂之產生，且亦可減少半導體晶體層之成膜量(時間)。此處，進一步研討凹凸結構之平均間距P'ave及高度H。
製造圓筒狀主模具時，變更雷射脈衝圖案，將凹凸結構之平均間距P'ave設定於參數。此處，使凹凸結構之間距P'相乘於正弦波而變化，該正弦波之間距係固定為凹凸結構之間距P'之14倍。
利用製作之圓筒狀主模具，與上述實施例同樣地，製造奈米加工用片材，而加工光學基板。對製造之光學基板PP進行光學顯微鏡觀察及掃描式電子顯微鏡觀察時，觀察到如下之光學花樣。
光學顯微鏡之倍率係因凹凸結構之平均間距P'ave不同而相異，於500倍至1500倍之範圍內存在清晰地被觀察到之區域。觀察到之光學花樣係明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣X。觀察到第1區域Xa之平均間隔Dave為凹凸結構之平均間距P'ave之13.5~14.5倍之大小。又，即便將光學顯微鏡之倍率放大至2800倍及4200倍之情形時，亦觀察到同樣之花樣X。又，圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。又，某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗略有不同，但作為大體均質之圓形狀花樣被觀察到。即，如圖15中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。再者，確認凹凸結構之排列為六方排列。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀，凸部頂部並非平坦面，而是於凹部底部具有平坦面之結構。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之明暗花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，雷射光分離，雖因光學基板之凹凸結構不同而有差異，但可確認有分離成5~13個之雷射出光圖案。
與上述實施例同樣地組裝LED，對比效率。將結果記載於表7。
首先，可知若凹凸結構之平均間距P'ave減小為奈米級，則內部
量子效率IQE增加。原因推測為，凹凸結構之密度係自平均間距P'ave為1500nm以下之程度向半導體晶體層之錯位密度漸進，藉此可使錯位分散化且減少。尤其係，於平均間距P'ave為900nm以下之情形時，由於相對於半導體晶體層之錯位密度數之凹凸結構密度存在變得更高之傾向，故該效果得到促進。該點根據使用穿透式電子顯微鏡之光學基板之剖面觀察亦可判斷。更具體而言，於藉由穿透式電子顯微鏡觀察而平均間距P'ave為1500nm以下之情形時，1個凹部產生1~4條左右之錯位，於平均間距P'ave為900nm以下之情形時，1個凹部僅產生1~2條左右之錯位。其次，關注強度比。再者，強度比係將效率最低之No.7-9設為1而經標準化。可知以平均間距P'ave為900nm為界，強度比大幅提高。原因推測為，除了內部量子效率IQE之提高以外，凹凸結構本身之光繞射作用、及光學花樣帶來之光散射作用組合而表現。根據以上說明，可判斷光學基板之凹凸結構之平均間距P'ave更佳為900nm以下。
製造圓筒狀主模具時，變更雷射脈衝強度，將凹凸結構之深度(高度)設定於參數。此處，使凹凸結構之間距P'相乘於正弦波而變
化，該正弦波之間距為3500nm。
利用製作之圓筒狀主模具，與上述實施例同樣地，製造奈米加工用片材，而加工光學基板。對所製造之光學基板進行光學顯微鏡觀察及掃描式電子顯微鏡觀察時，觀察到如下之光學花樣。
使光學顯微鏡之倍率於500倍、1400倍、2800倍、4900倍之範圍內變化，但無論哪種倍率下均觀察到圓形狀花樣Xa。圓形狀花樣Xa之平均間隔Dave為3500nm。觀察到之圓形狀花樣Xa係明暗變化為較周圍亮之第1區域Xa呈四方排列之花樣。又，圓形狀花樣Xa之輪廓漸變。又，某一圓形狀花樣Xa、與其他圓形狀花樣Xa之明暗略有不同，但作為大體均質之圓形狀花樣被觀察到。即，如圖15中所說明般，採取某一軸時，觀察到明暗連續地變化之花樣。進而，於藉由掃描式電子顯微鏡以5000倍、10000倍、及50000倍之倍率進行觀察時，可確認利用光學顯微鏡觀察到之花樣X係由更微細之凹凸結構形成。再者，確認凹凸結構之排列為六方排列。又，凸部係隨著自凸部底部朝向凸部頂部而直徑變細之形狀，凸部頂部並非平坦面，而是於凹部底部具有平坦面之結構。凸部之平均間距P'ave為700nm。又，於藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X中，自亮部遍及暗部而進行掃描式電子顯微鏡觀察時，確認於亮部、暗部、及彼等之界面部均形成有微細結構。另一方面，於使用上述雷射光線進行觀察時，可確認雷射光分離而分離成5個之雷射出光圖案。
與上述實施例同樣地組裝LED，並對比效率。將結果記載於表8。
首先，可知凹凸結構之高度H變得越低則內部量子效率IQE越增加。原因在於，於凹凸結構之密度較高之區域內之比較中，凹凸結構之高度H越小則半導體晶體層之成膜性越穩定。尤其係，以高度H為1000nm為界，內部量子效率IQE大幅提高。將半導體晶體層之成膜
時間固定，利用原子力顯微鏡評估成膜第1半導體層後之表面粗糙度時，高度H為1300nm之情形與1000nm之情形時，表面粗糙度相差2倍，高度H為1000nm時更平滑。推測起因於該良好之平坦性，發光半導體層及第2半導體層之膜質亦變得良好，內部量子效率IQE得到改善。根據以上說明，可判斷高度H更佳為1000nm以下。其次，關注強度比。再者，強度比係將效率最低之No.8-5設為1而經標準化。可知與內部量子效率IQE之情形同樣地以高度為1000nm為界，而強度比大幅提高。主要係受到內部量子效率IQE之提高之影響。另一方面，可知於高度為500nm之情形時，強度比進一步提高。推測原因為，光繞射適度，且利用凹凸結構描繪之花樣X之明暗差變大，打亂波導模式之程度變高。根據以上說明，可判斷高度H最佳為500nm以下。
其次，簡單地研討光學花樣與雷射光線之分離數之關係。雷射光線之分離係於有效折射率Nema作為繞射晶格發揮功能時表現之現象。由此，製造圓筒狀主模具時，藉由控制對間距之調變之週期性，而將雷射光線之分離之有無設定於參數。與上述說明之手法同樣地，加工藍寶石基板。經加工之藍寶石基板有以下三種。
光學基板1.藉由掃描式電子顯微鏡觀察之凹凸結構之平均間距P'ave為300nm。藉由500倍及1400倍之光學顯微鏡觀察確認有圓形狀
花樣Xa。圓形狀花樣Xa之平均間隔Dave為4200nm。花樣X中之第1區域Xa係大體圓形狀之外形且為四方排列。雷射光線之分離數為5。
光學基板2.藉由掃描式電子顯微鏡觀察之凹凸結構之平均間距P'ave為300nm。藉由500倍及1400倍之光學顯微鏡觀察確認有如大體圓形狀之Xa。花樣X中之第1區域Xa之配置為隨機，並未觀察到規則性。並未觀察到雷射光線之分離。
光學基板3.藉由掃描式電子顯微鏡觀察之凹凸結構之平均間距P'ave為4200nm。藉由500倍及1400倍之光學顯微鏡觀察確認有如大體圓形狀之Xa。花樣X中之第1區域Xa之大小、與藉由掃描式電子顯微鏡觀察之凹凸結構之凸部之大小大體相同。雷射光線之分離數為9。
使用上述光學基板1.~光學基板3.之光學基板製造半導體發光元件並對比其效率。首先，關於內部量子效率IQE，光學基板1.與光學基板2.相同而大體為90%。另一方面，於光學基板3.中為60%，明確判斷其非常低。其次，根據發光輸出與內部量子效率IQE計算光提取效率LEE並進行對比時，可知以光學基板3.、光學基板2.、光學基板1.之順序逐漸變大。最後，發光輸出係以光學基板2.、光學基板1.、光學基板3.之順序逐漸更良好。即，可知藉由光學顯微鏡觀察到花樣X，該花樣X係利用藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構之要素之差異而形成者，且於觀察到雷射光線之分離之情形時，效率最佳。該理由可以如下方式得出。首先，藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構係作為實體存在之物理結構。而且，藉由光學顯微鏡觀察到之花樣X之等級大於藉由掃描式電子顯微鏡觀察到之凹凸結構之等級，意味著利用作為實體存在之凹凸結構之要素之差異而描繪有光學花樣。即，意味著利用光觀察時存在較大之花樣X，此種較大之結構並非作為實體存在。因此，於光學基板3.中，受到較大之作為實體之凹
凸結構之影響，半導體晶體層之成膜並未良好地進行，而是產生龜裂，內部量子效率IQE下降。另一方面，於光學基板1.中，作為實體之結構係奈米級之結構，故半導體晶體層之錯位減少效果較大，且亦抑制半導體晶體層之龜裂，內部量子效率IQE提高。而且，雷射光線之分離係表示光與花樣X之相互作用之強度之尺度。更具體而言，尺度係表示花樣X相對於發光光作為隨機之散射成分發揮功能、還是作為繞射晶格發揮功能。尤其係，與作為實體之繞射晶格相比，藉由花樣X形成之繞射晶格其晶格界面緩緩地變化，故最終變成光繞射與光散射混合存在之光學現象。由此，推測對於對雷射光線有分離一方而言，與沒有分離之情形相比，光提取效率LEE提高。根據以上說明，認為以光學基板2.、光學基板1.、光學基板3.之順序而半導體發光元件之性能逐漸變高。
製作表面具備凹凸結構D之光學基板D，使用該光學基板D製作半導體發光元件(LED)，並對比LED之效率。此時，改變凹凸結構之排列或形狀，控制(標準偏差/算術平均)。
與實施例1同樣地，(1)製作圓筒狀主模具，(2)製作樹脂模具。(3)其後，使用樹脂模具製作奈米加工用構件(奈米加工用片材)。繼而，(4)使用奈米加工用片材而於光學基板之表面製作凹凸結構。最後，(5)使用所得之具備凹凸結構D之光學基板D，製作半導體發光元件，並評估性能。再者，凹凸結構D之(標準偏差/算術平均)係由(1)中製作之圓筒狀主模具之凹凸結構、(3)中進行之光轉印法、(4)中製作之奈米加工用片材、及乾式蝕刻而控制。
與實施例1相同。
將製作之圓筒狀主模具設為鑄模，應用光奈米壓印法，連續地製作樹脂模具G1。繼而，以樹脂模具G1為模板，利用光奈米壓印法連續地獲得樹脂模具G2。除材料1之塗佈膜厚變更為5μm以外，與實施例1同樣地製作樹脂模具G1。除了將材料1之塗佈膜厚變更為3μm以外，與實施例1同樣地製作樹脂模具G2。
對樹脂模具G2之凹凸結構面塗敷實施例1中說明之材料2之稀釋液。繼而，於凹凸結構內部內含材料2之樹脂模具G2之凹凸結構面上，塗敷上述材料3之稀釋液，而獲得奈米加工用片材。
使用與(2)樹脂模具之製作相同之裝置，將利用PGME稀釋後之材料2直接塗敷於樹脂模具G2之凹凸結構面上。此處，稀釋濃度係以如下方式設定，即，單位面積之塗敷原料(利用PGME稀釋後之材料2)中所含之固形物成分量相比單位面積之凹凸結構之體積而小20%以上。塗敷後，用5分鐘通過80℃之送風乾燥爐內，將凹凸結構內部內含材料2之樹脂模具G2捲取並予以回收。
繼而，將凹凸結構內部內含材料2之樹脂模具G2捲出，且使用與(2)樹脂模具之製作相同之裝置，將利用PGME及MEK稀釋後之材料3直接塗敷於凹凸結構面上。此處，稀釋濃度係設定為配置於凹凸結構內部之材料2與塗敷之材料3之界面、與材料3之表面之距離為400nm~800nm。塗敷後，用5分鐘通過80℃之送風乾燥爐內，於材料3之表面重合包含聚丙烯之覆蓋膜，捲取並予以回收。
使用製作之奈米加工用片材，進行光學基板之加工。作為光學基板係使用c面藍寶石基板。
對2英吋之藍寶石基板進行5分鐘之UV-O3
處理，除去表面之微
粒，且使其親水化。繼而，將奈米加工用片材之材料3表面貼合於藍寶石基板。貼合壓設為0.3MPa，貼合速度設為50mm/秒。此時，將藍寶石基板加熱至80℃，於貼合輥表面之溫度設為105℃之狀態下進行貼合。繼而，使用高壓水銀燈光源，以累積光量為1200mJ/cm2
之方式各者樹脂模具G2進行光照射。其後，將樹脂模具G2剝離。
自所得之積層體(包含材料2/材料3/基板之積層體)之材料2面側進行使用氧氣之蝕刻，以材料2為掩膜而對材料3進行奈米加工，使藍寶石基板表面部分露出。作為氧氣蝕刻，係於壓力1Pa，電力300W之條件下進行。繼而，自材料2面側進行使用BCl3
氣體之反應性離子蝕刻，對藍寶石進行奈米加工。使用BCl3
之蝕刻係於ICP：150W、BIAS：50W、壓力0.2Pa下實施，且使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH、samco股份有限公司製)。
最後，利用將硫酸及過氧化氫水以2：1之重量比混合而成之溶液進行清洗，獲得表面具備凹凸結構之藍寶石基板。再者，藍寶石基板上製作之凹凸結構之形狀主要係由奈米加工用片材之材料2之填充率與材料3之膜厚而控制。
藍寶石基板之表面上製作之凹凸結構之形狀係根據圓筒狀主模具上製作之凹凸結構之形狀、製造樹脂模具時之夾持壓條件、乾式蝕刻之處理條件而適當地控制。圖51及圖52係表示本發明之實施例中製作之光學基板D之凹凸結構之掃描式電子顯微鏡照片。圖51表示平均間距P'ave為200nm之情形，分別為圖51A表示表面像，圖51B表示剖面像。
根據圖51，可知藍寶石基板上複數之大體圓錐狀凸部係相互隔開而排列。根據圖51A之表面像，可知主要之分佈係凸部底部外接圓徑out、及凸部底部外接圓徑out與凸部底部內切圓徑in之比率。尤其係，凸部底部外接圓之形狀為大體圓形，如以下之表9所示，對
於凸部底部外接圓徑out/凸部底部內切圓徑in之變動係數較小。又，根據圖51B之剖面像，可知凸部之高度H及凸部側面之傾斜角度產生分佈之偏差、即包含由具有與其他部位不同之凸部之高度H及凸部側面之傾斜角度之凸部形成的異常部位。尤其係，確認於凸部之高度H較高時，凸部底部外接圓徑out較大，高度H較低時凸部底部外接圓徑out較小。對各要素求出變動係數，結果可知，尤其係凸部底部外接圓徑out之分佈較大。再者，亦可確認凹部底部可製作平坦面。
另一方面，圖52表示平均間距P'ave為300nm之情形，分別為圖52A表示表面像，圖52B表示剖面像。根據圖52，可知藍寶石基板上複數之大體圓錐狀凸部係相互隔開而配置，各凸部側面之傾斜角度成兩階段地變化。根據圖52A之表面像，凸部底部之輪廓形狀遠非正圓，其輪廓具有複數之反曲點。又，亦可知產生凸部高度部分較低、或部分無凸部之部位。該部位係於製造樹脂模具時，對夾持壓進行控制，轉印形成有作為樹脂模具之凹凸結構製作之部分的部分。進而，根據圖52B之剖面像，亦確認於凸部之頂部之位置具有分佈。即，關注於凸部底部外接圓之輪廓時，混合存在有其中心具有頂點之情形，且亦有頂點之位置並非位於凸部底部外接圓之輪廓之中心的情形。此係利用抗蝕層因乾式蝕刻步驟中產生之熱而熱振動之現象者。
如以上般，將藉由掃描式電子顯微鏡觀察所得之藍寶石基板之結果匯總於表9。
與實施例1相同。發光輸出係將使用表9之No.9-7所記載之不具備凹凸結構之藍寶石基板時之輸出設為1而進行評估。再者，於表9中，No.9-6、9-7為比較例。
[表9]
根據表9可知，與使用不具備凹凸結構之藍寶石基板之情形(No.9-7)相比，使用具備凹凸結構之藍寶石基板之情形時(No.9-6、No.9-1~9-5)之發光輸出提高。作為比較例之No.9-6係表示平均間距P'ave為200nm，且以六方最密填充排列排列有複數之凸部的藍寶石基板。該情形時，可知發光輸出基本上未增加。原因在於，由於平均間距P'ave微小而為200nm，故錯位密度減少且內部量子效率IQE提高，但由於凹凸結構過於微小，故光提取效率LEE基本上未提高。再者，藉由穿透式電子顯微鏡觀察，觀察到錯位密度大幅減少1位以上。繼而，No.9-1係平均間距P'ave與No.9-6相同，但起因於凸部形狀之凹凸結構之混亂變大之情形。可知於No.9-1之情形時，與No.9-6相比，發光輸出增加。原因在於，藉由與起因於凸部形狀之凹凸結構之混亂相應的散射成分，打亂波導模式之效果增加。再者，將No.9-1與No.9-6之凹凸結構轉印至薄膜而測定霧度時，確認No.9-1之凹凸結構較大而為1.5倍左右之霧度。No.9-1與No.9-6中平均間距P'ave均為200nm，且均為六方最密填充排列，故可認為該霧度之增加係受到混亂帶來之散射之影響。No.9-1與No.9-2中平均間距P'ave同樣為200nm，但間距之分佈不同。於No.9-2中，使間距P'於180nm~220nm之間相乘於正弦波而變化。正弦波之波長為2800nm。該間距P'之調變係作為間距之分佈出現。No.9-1與No.9-2中平均間距P'ave相同，故可認為
凹凸結構對內部量子效率IQE之影響大體相同。由此，發光輸出之增加係受到因間距之分佈產生之散射之影響。No.9-3係平均間距P'ave為300nm時，以六方最密填充排列之情形。No.9-3之凹凸結構中in/out具有較大值。如圖52所例示般，受凸部底部之輪廓大幅變形所致。No.9-3之發光輸出大於No.9-1之發光輸出，係受到起因於凸部形狀之凹凸結構之混亂較大而賦予光散射性、及平均間距P'ave變大所致。研討平均間距P'ave對內部量子效率之影響時，可確認由於平均間距P'ave超過350nm，內部量子效率IQE之下降變得顯著。即，可認為與因平均間距P'ave為200nm增加至300nm而下降之內部量子效率IQE之影響相比，平均間距P'ave增加對光提取效率LEE之影響較大。又，與No.9-2相比，No.9-3之發光輸出較小，推測原因為凹凸結構之混亂大於No.9-2，故打亂波導模式之效果較小。No.9-4係平均間距P'ave為300nm，且與No.9-3相比凸部之高度之分佈之偏差較大之情形。此係藉由製作凸部部分欠缺之結構而實現。No.9-4之凹凸結構係於高度具有較大之混亂，故與混亂相應之散射成分較大，因此，有效地打亂波導模式。進而，於No.9-5中，相對於No.9-4而言於間距有分佈。間距P'之分佈係設為270nm~330nm之間之分佈，且相乘於正弦波。正弦波之波長係設為1200nm。可知與No.9-4相比亦有間距之分佈之效果，故發光輸出進一步提高。再者，關於No.9-2及No.9-5，可藉由與實施例1相同之光學顯微鏡觀察而觀察花樣X。又，使用與實施例1相同之雷射光線進行觀察時，觀察到雷射光分離成5個。再者，對於上述2點以外之實施例及比較例中使用之光學基板，未觀察到光學花樣及雷射光之分離。
作為圓筒狀主模具之基材，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，藉由以下之方法利用使用有半導體脈衝雷射之直接描繪微影法而形成微細結構(微細凹凸結構)。
首先，於該石英玻璃表面之微細結構上藉由濺鍍法而成膜抗蝕層。濺鍍法係使用CuO(含有8atm%之Si)作為靶材(抗蝕層)，以RF100W之電力實施。成膜後之抗蝕層之膜厚為20nm。一面使以如上方式製作之圓筒狀金型以線速度s=1.0m/sec旋轉一面於以下之條件下曝光。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：398nm
對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：80nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：460nm
對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：100nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm
Y軸方向間距Py係以如下方式決定。
以轉軸馬達之Z相信號為基準，測定1周所需之時間T，根據線速度s計算周長L，獲得下式(14)。
L=T×s (14)
將目標間距設為Py，以L/Py變成整數之方式加上目標間距Py之0.1%以下之值而進行調整，藉由下式(15)獲得有效間距Py'。
L/Py'=m(m為整數) (15)
目標間距Py與有效間距Py'嚴格而言Py≠Py'，但由於L/Py≒107，故Py/Py'≒107，可視為實質上相等。同樣地，長週期PyL亦以L/PyL
變成整數之方式，藉由下式(16)獲得有效長週期PyL'。
L/PyL'=n(n為整數) (16)
於該情形時，嚴格而言PyL≠PyL'，但由於L/PyL≒105，PyL/PyL'≒105，故可視為實質上相等。
其次，根據有效間距Py'，利用式(17)、(18)而算出基準脈衝頻率fy0、調變頻率fyL。
fy0=s/Py' (17)
fyL=s/PyL' (18)
最後，根據式(17)、(18)，如式(19)般決定自轉軸馬達之Z相信號之經過時間t之脈衝頻率fy。
fy=fy0+δ1×sin(t×(fyL/fy0)×2π) (19)
X軸方向之軸進給速度係以如下方式決定。
以轉軸馬達之Z相信號為基準而測定1周所需之時間T，根據X軸方向間距Px，而如下式(20)般決定軸方向之基準進給速度Vx0。
Vx0=Px/T (20)
根據X軸方向之長週期PxL，以下式(21)決定時刻t之軸進給速度Vx，並進行掃描。
Vx=Vx0+Vδ2．sin(Px/PxL×t×2π) (21)
此處，Vδ2係x軸方向之長週期PxL之速度變動幅度，根據長週期PxL之間距變動幅度δ2，Px，Vx0而以下式(22)表示。
Vδ2=δ2×Vx0/Px (22)
其次，使抗蝕層顯影。抗蝕層之顯影係使用0.03wt%之甘胺酸水溶液而於處理時間240秒之條件下實施。其次，將經顯影之抗蝕層作為掩膜，利用乾式蝕刻對蝕刻層進行蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6
作為蝕刻氣體，且於處理氣壓1Pa、處理電力300W、處理時間5分鐘之條件下實施。其次，自表面賦予有微細結構之圓筒狀主模具上，以pH1
之鹽酸於6分鐘之條件下僅剝離殘渣之抗蝕層，而製作圓筒狀主模具。
對所得之圓筒狀之石英玻璃輥表面(轉印用模具)，塗佈durasurfHD-1101Z(大金化學工業公司製)，以60℃加熱1小時後，於室溫下靜置24小時，使其固定化。其後，利用durasurfHD-ZV(大金化學工業公司製)清洗3次，而實施脫模處理。
其次，利用所得之圓筒狀主模具製作樹脂模具。將DACHP、M350及I.184以重量部計按10：100：5之比例混合，而製備光硬化性樹脂。其次，藉由微凹版塗佈機(廉井精機公司製)，將該光硬化性樹脂以塗佈膜厚變成6μm之方式塗佈於PET薄膜(A4100、東洋紡織公司製：寬度300mm、厚度100μm)之易接著面。
繼而，相對於圓筒狀主模具而利用夾輥(0.1MPa)擠壓塗佈有光硬化性樹脂之PET薄膜，並於大氣下、溫度25℃、濕度60%之條件下，以燈中心下之累積曝光量為600mJ/cm2
之方式，使用UV曝光裝置(Fusion UV Systems．日本公司製、H燈)照射紫外線而連續地實施光硬化，獲得於表面反轉轉印有微細結構之捲盤狀透明樹脂模具(長度200m、寬度300mm)。
藉由掃描式電子顯微鏡觀察樹脂模具時，凸部底部外接圓徑out為400nm、高度H為800nm之凸部係由具有下一長週期結構之週期結構形成。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減少。
X軸方向間距Px：398nm
對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：80nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：460nm
對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：100nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm
裝置；HITACHI S-5500
加速電壓；10kV
MODE；Normal
其次，將DACHP、M350、及I.184以重量部計按10：100：5之比例混合而製備光硬化性樹脂。藉由微凹版塗佈機(廉井精機公司製)，將該光硬化性樹脂以塗佈膜厚為2μm之方式塗佈於PET薄膜(A4100、東洋紡織公司製：寬度300mm、厚度100μm)之易接著面。
繼而，藉由夾輥(0.1MPa)而於上述樹脂模具擠壓塗佈有光硬化性樹脂之PET薄膜，且於大氣下、溫度25℃、濕度60%之條件下，以燈中心下之累積曝光量為600mJ/cm2
之方式，使用UV曝光裝置(Fusion UV Systems．日本公司製、H燈)照射紫外線而連續地實施光硬化，獲得於表面反轉轉印有微細結構之透明樹脂模具片材(長度200mm、寬度300mm)。
於2"厚度0.33mm之C面藍寶石基板上，藉由旋塗法(2000rpm、20秒)塗佈掩膜材料，而形成抗蝕層。掩膜材料係製作以感光性樹脂組合物之固形物成分變成5重量%之方式利用丙二醇單甲醚稀釋後之塗佈溶液。
作為感光性樹脂組合物，係將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)20重量部、3',4'-環氧環己烷羧酸3,4-環氧環己基甲基(和光純藥公司製)80重量
部、苯氧基二乙二醇丙烯酸酯(ARONIX(註冊商標)M-101A、東亞合成公司製)50重量部、環氧乙烷改性雙酚A二丙烯酸酯(ARONIX(註冊商標)M-211B、東亞合成公司製)50重量部、DTS-102(Midori化學公司製)8重量部、1,9-二丁醇蒽(ANTHRACURE(註冊商標)UVS-1331、川崎化成公司製)1重量部、Irgacure(註冊商標)184(Ciba公司製)5重量部及OPTOOL(註冊商標)DACHP(20%固形物成分、大金工業公司製)4重量部混合而使用。
於形成有抗蝕層之藍寶石基板上，將透明樹脂模具片材切斷為70mm×70mm(□70mm)並使其等貼合。貼合時係使用Suntec公司製之薄膜貼合裝置(TMS-S2)以貼合夾持力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，利用兩塊之□70mm×t10mm之透明聚矽氧板(硬度20)夾持貼合而一體化之透明樹脂模具/抗蝕層/藍寶石基板。於此狀態下engineeringsystem公司製之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。於已壓製之狀態下自透明樹脂模具側以2500mJ/cm2
照射紫外線，使抗蝕層硬化。硬化後，將透明聚矽氧板與透明樹脂模具剝離，獲得於C面上形成圖案之抗蝕劑/藍寶石積層體。
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH、samco股份有限公司製)，於下述蝕刻條件下對藍寶石進行蝕刻。
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
蝕刻後，藉由電子顯微鏡觀察藍寶石基板之剖面與表面結構時，凸部底部外接圓徑out為400nm、高度H為250nm之凸部係具有
與用於奈米壓印之捲盤狀透明樹脂模具相同之長週期結構的週期結構，從而獲得由奈米結構體構成之具有週期5μm之二維光子晶體。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減少。
於所得之藍寶石基板上藉由MOCVD而連續地積層(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光半導體層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。實現藍寶石基板上之凹凸於(2)n型GaN層之積層時被填埋而平坦化之製膜條件。進而，進行蝕刻加工而安裝電極墊。
於該狀態下，使用探針於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流而測定發光輸出。所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm。將比較例4之發光輸出比示於表10。與後述之比較例4相比，來自發光元件之發光中未觀察到繞射特有之炫光，基本上無發光角度依存性。
一面使以與實施例3相同之方式作成之圓筒狀主模具以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下曝光。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：260nm
對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：26nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：3.64μm
Y軸方向間距Py：300nm
對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：30nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：4.2μm
其次，與實施例3同樣地，獲得反轉轉印有表面結構之捲盤狀透
明樹脂模具(長度200m、寬度300mm)。
其次，藉由掃描式電子顯微鏡觀察所作成之捲盤狀透明樹脂模具之表面。於觀察到之微細結構中，奈米級之凸部於Y軸方向(上下方向)、X軸方向(左右方向)均以不定間隔排列，且各間距係由上述間距按長週期重複而排列。
進而，藉由與實施例3相同之方法，於藍寶石基板之表面轉印奈米級之凹凸結構。藉由電子顯微鏡觀察剖面及表面結構時，獲得於縱方向具有長週期3.64μm、橫方向具有長週期4.2μm之二維光子晶體。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減少。
以下，與實施例3同樣地作成半導體發光元件，測定發光輸出。將發光輸出比示於表10。與實施例3同樣地，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，並未觀察到有繞射特有之炫光之發光，基本上無發光角度依存性。
一面使以與實施例3同樣地作成之圓筒狀主以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下曝光。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：700nm
對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：70nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：4.90μm
Y軸方向間距Py：606nm
對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：61nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：4.8μm
其次，與實施例3同樣地，獲得反轉轉印有表面結構之捲盤狀透
明樹脂模具(長度200m、寬度300mm)。
進而，藉由與實施例3相同之方法，於藍寶石基板之表面轉印奈米級之凹凸結構。藉由電子顯微鏡觀察剖面及表面結構時，獲得縱方向具有長週期4.90μm、橫方向具有長週期4.8μm之二維光子晶體。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減少。
以下，與實施例3同樣地作成半導體發光元件，測定發光輸出。將發光輸出比示於表10。與實施例3同樣地，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，並未觀察到有繞射特有之炫光之發光，基本上無發光角度依存性。
與實施例4同樣地，獲得表面反轉轉印有微細結構之透明樹脂模具片材(長度200m、寬度300mm)。
於所得之藍寶石基板上藉由MOCVD連續地積層(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光半導體層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層。形成藍寶石基板上之凹凸於(2)n型GaN層之積層時被填埋而平坦化之製膜條件。
繼而，藉由濺鍍作成p電極層之後，經由焊料將Si晶圓支撐體與p電極層接合。而且，自藍寶石基板背側(與面向n型GaN層之面為相反側)照射雷射光，藉由雷射剝離而將藍寶石基板分離除去，並利用鹽酸清洗藉由除去藍寶石基板而露出之n型GaN層表面。於所得之n型GaN層表面形成有反轉有藍寶石基板表面之微細結構。
藉由電子顯微鏡觀察n型GaN層表面時，獲得轉印有奈米級之凹凸結構、且縱方向具有長週期4.90μm、橫方向具有長週期4.8μm之二維光子晶體。進而，於n型GaN層表面形成n電極，獲得半導體發光元件。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減
少。
於該狀態下，使用探針於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流而測定發光輸出。將該實施例6、與後述之比較例B之發光輸出比示於表10。於來自實施例6之發光元件之發光中，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，未觀察到有繞射特有之炫光之發光，基本上無發光角度依存性。
一面使與實施例3同樣地作成之圓筒狀金型以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下曝光。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：260nm
對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：26nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：1.04μm
Y軸方向間距Py：300nm
對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：30nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：1.2μm
其次，與實施例3同樣地，獲得反轉轉印有表面結構之捲盤狀透明樹脂模具(長度200m、寬度300mm)。
進而，藉由與實施例3相同之方法，於藍寶石基板之表面轉印奈米級之凹凸結構。藉由電子顯微鏡觀察剖面及表面結構時，獲得縱方向具有長週期1.04μm、橫方向具有長週期1.2μm之二維光子晶體。又，確認隨著間距之增加而凸部底部外接圓徑out及高度H減少。
以下，與實施例3同樣地作成半導體發光元件，測定發光輸出。將發光輸出比示於表10。與實施例3同樣地，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，未觀察到有繞射特有之炫光之發光，基本
上無發光角度依存性。
於與實施例3相同之條件下於通常之平坦之藍寶石基板上形成發光半導體層，並藉由相同之方法測定發光輸出。
藉由與實施例3相同之方法，藉由使用有半導體雷射之直接描繪微影法而於石英玻璃表面形成奈米圖案之微細結構(微細凹凸結構)。X軸方向、Y軸方向之間距相同，為間距無變動之六方排列。
X軸方向間距Px：398nm
Y軸方向間距Py：460nm
進而，藉由與實施例3相同之方法，而於藍寶石基板之表面轉印奈米級之凹凸結構。藉由電子顯微鏡觀察剖面及表面結構時，獲得具有460nm之週期之二維光子晶體。
其後，藉由與實施例3相同之方法，形成發光半導體層，並測定發光輸出。於來自所得之半導體發光元件之發光中，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，強烈觀察到繞射結構特有之繞射光，發光角度分佈較大。
於藍寶石基板上設置之圖案係與比較例B相同，除此以外，經由與實施例6相同之方法之剝離步驟，作成半導體發光元件，並測定發光輸出。於來自所得之半導體發光元件之發光中，所得之半導體發光元件之發光中心波長為450nm，強烈觀察到繞射結構特有之繞射光，發光角度分佈較大。
除了上述以外，與實施例3同樣地測定發光輸出。將結果示於表10。
表10係將比較例A之輸出設為1而表示為發光輸出比。根據表10
可知，根據本實施形態之光學基板(實施例3~實施例7)，與先前之平坦之藍寶石基板(比較例4)、具有不具備先前之波長之2倍以上之週期之二維光子晶體的藍寶石基板(比較例5、比較例6)相比，可減少成膜於藍寶石基板上之半導體層中之錯位缺陷數，且藉由起因於週期性混亂之凹凸圖案之光散射而消除波導模式，從而可提高光提取效率，故獲得具有較高光效率之半導體發光元件。進而，於來自發光元件之發光特性中，可知基本上無角度依存性，為適於工業實用之發光元件。再者，對上述實施例3~7中製造之光學基板與實施例1同樣地使用光學顯微鏡進行觀察時，所有光學基板上均可觀察到與長週期對應之光學花樣作為明暗差。又，與實施例1同樣地使用雷射光進行觀察時，觀察到雷射光分離成5個或9個。再者，於比較例4、5之情形時，未觀察到利用光學顯微鏡之花樣，且亦未觀察到雷射光之分離。
製作表面具備凹凸結構之光學基板，使用光學基板製作半導體發光元件(LED)，並評估翹曲。繼而，進行晶片化，對比LED之效率。
於以下之研討中，與實施例1同樣地，(1)製作圓筒狀主模具，(2)製作樹脂模具。(3)使用樹脂模具，製作奈米加工用構件(奈米加工用片材)。繼而，(4)使用奈米加工用片材，製作表面具備凹凸結構之基板。最後，(5)使用所得之具備凹凸結構之基板，製作半導體發光元件，並評估性能。再者，凹凸結構係由(1)中製作之圓筒狀主模具之凹凸結構、(3)中進行之光轉印法、(4)中製作之奈米加工用片材、及乾式蝕刻而控制。
與實施例1相同。
與實施例2同樣地，將製作之圓筒狀主模具設為鑄模，應用光奈米壓印法，連續地製作樹脂模具G1。繼而，與實施例2同樣地將樹脂模具G1作為模板，藉由光奈米壓印法而連續地獲得樹脂模具G2。
與實施例2同樣地，製作奈米加工用片材。
使用製作之奈米加工用片材，嘗試加工光學基板。作為光學基板係使用A面(11-20)具有定向平面之C面(0001)藍寶石基板。
與實施例2同樣地，使用奈米加工用片材，獲得積層體(包含材料2/材料3/基板之積層體)。繼而，與實施例2同樣地，對基板進行蝕刻加工。
最後，與實施例2同樣地進行清洗，獲得表面具備凹凸結構20之複數之藍寶石基板。再者，於藍寶石基板上製作之凹凸結構之形狀主要係由奈米加工用片材之材料2之填充率與材料3之膜厚而控制。
藍寶石基板之表面所製作之凹凸結構之形狀係由圓筒狀主模具上製作之凹凸結構之形狀、製造樹脂模具時之夾持壓條件、乾式蝕刻
之處理條件而適當地控制。圖53~圖56係表示本申請之實施例中作成之藍寶石基板之凹凸結構D之掃描式顯微鏡照片。
圖53係自斜上方觀察凹凸結構之結果，凹凸結構之平均間距(P'ave)為460nm。又，可知凹凸結構係由複數之大體圓錐狀之凸部構成，且各凸部為正六方排列。該排列係由製造圓筒狀主模具時之半導體雷射脈衝圖案而控制。又，可知凸部頂部與凸部側面係連續且平滑地相連，且於凹部底部形成有平坦面。進而，可知凸部側面具有略向上凸之隆起。此種凸部形狀係由奈米加工用片材之材料2之填充率、材料3之膜厚、及材料2與材料3之蝕刻速率比、及乾式蝕刻條件而控制。
圖54係凹凸結構之平均間距(P'ave)為700nm之情形，圖54A表示上表面，圖54B表示剖面。根據圖54，可知複數之大體圓錐狀之凸部為正六方排列。該排列係由製造圓筒狀主模具時之半導體雷射脈衝圖案而控制。尤其係，鄰接之凸部之底部輪廓彼此之間隔(P'-lcvb)非常窄，且最窄之部位處為50nm。再者，間隔(P-lcvb)之10點之算術平均值為83nm。又，可知各凸部底部之外形為較正圓略微彎曲。自該正圓之偏差係由奈米加工用片材之材料1控制。又，可知凸部頂部無平坦面，另一方面，凹部底部有平坦面。其主要係由乾式蝕刻條件控制。
圖55係平均間距(P'ave)為200nm之情形，圖55A表示上表面，圖55B表示剖面。根據圖55A，可知於SEM觀察像內，複數之凸部之排列係不規則地包含六方排列~四方排列。即，於任意選擇某一凸部之情形時，因選擇之凸部不同，而有包含所選擇之凸部之排列為六方排列之情形、為四方排列之情形、或者為六方排列與四方排列之間之排列之情形的狀態。該排列規則性之混亂係藉由將製造圓筒狀主模具時之半導體脈衝雷射之基準點消除而控制。又，可知各凸部頂部與凸部
側面部平滑地連續，且於凹部底部存在平坦面。進而，可知各凸部底部之外形並不相同，凸部間略有差異。更具體而言，於任意選擇凸部之情形時，該凸部之剖面形狀既有為炮彈形狀之情形亦有為圓錐形狀之情形。此種凸部形狀及其分佈係由奈米加工用片材之材料2之填充率、材料3之膜厚、及材料2與材料3之蝕刻速率比、及乾式蝕刻條件而控制。
圖56係平均間距(P'ave)為300nm之情形，圖56A表示上表面，圖56B表示剖面。根據圖56，可知複數之凸部為正六方排列，且局部混合存在有凸部高度為0nm或較低之部分。即，自正六方排列之凸部，隨機去除凸部而成之排列。該去除率為約5.5%。其係於製造樹脂模具G1時由夾持壓力控制。更具體而言，以如下方式進行，即，藉由以與向圓筒狀主模具之凹部內部填充材料1時所需之壓力大體同等之壓力範圍進行夾持，而使得圓筒狀主模具之凹凸結構之中，形成部分凹部內未填充材料1之部分。又，各凸部之頂部與側面部係平滑地連續化，且於凹部底部形成有平坦面。進而，可知凸部底部之外形並非正圓，而是存在複數之反曲點。此種結構主要係由奈米加工用片材之材料2控制。
如以上所例示般，製造凹凸結構有差異之藍寶石基板。
於所得之藍寶石基板上，以100Å成膜Alx
Ga1-x
N(0≦x≦1)之低溫成長緩衝層作為緩衝層。其次，作為非摻雜第1半導體層而成膜非摻雜之GaN，作為摻雜第1半導體層而成膜Si摻雜之GaN。繼而，設置應變吸收層，其後作為發光半導體層將多重量子井之活化層(井層、障壁層=非摻雜之InGaN、Si摻雜之GaN)以各者之膜厚為(60Å、250Å)且井層為6層、障壁層為7層之方式交錯地積層。發光半導體層上以包含電子阻擋層之方式積層Mg摻雜之AlGaN、非摻雜之GaN、Mg摻雜
之GaN作為第2半導體層。繼而，成膜ITO，於蝕刻加工後安裝電極墊。於該狀態下，使用探針於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流而測定發光輸出。將使用表12之比較例7所記載之不具備凹凸結構之藍寶石時之輸出設為1而進行評估。
藉由上述操作進行半導體發光元件之評估。將上述(5)半導體發光元件之製作中之非摻雜第1半導體層之膜厚(Hbu)及摻雜第1半導體層之膜厚(Hbun)、及凹凸結構之平均間距(P'ave)與高度H作為參數，而評估內部量子效率IQE及半導體發光元件之翹曲。
內部量子效率IQE係根據PL強度而決定。內部量子效率IQE係藉由(單位時間內自發光半導體層發出之光子之數/單位時間內注入至半導體發光元件之電子之數)而定義。於本實施例中，作為評估上述內部量子效率IQE之指標，係採用(300K下測定之PL強度/10K下測定之PL強度)。
將研討結果匯總於表11。再者，表11所記載之用語之含義為如下所示。
．No.：樣品之管理編號
．P'ave：凹凸結構之平均間距(P'ave)，尺寸為「nm」
．h：凹凸結構之平均高度(h)，尺寸為「nm」
．Hbun：第1半導體層之膜厚，尺寸為「nm」
．Hbu：非摻雜第1半導體層之膜厚，尺寸為「nm」
．Hbun/h：第1半導體層之膜厚與凹凸結構之平均高度(h)之比率，無因次值
．Hbu/h：非摻雜第1半導體層之膜厚、與凹凸結構之平均高度(h)之比率，無因次值
．IQE：內部量子效率(Internal Quantum Efficiency)，尺寸為「%」
．翹曲：妨礙半導體發光元件100之晶片化時評估為「×」、無問題時評估為「○」
．綜合：考慮IQE及翹曲之綜合評估
再者，表11所記載之比較例7係使用不具備凹凸結構之平坦之藍寶石基板的情形。
又，所使用之基板與表11之No.之關係為如下所示。
No.9及No.11...圖53所示之基板
No.10...圖54所示之基板
No.4，No.6及No.8...圖55所示之基板
No.1，No.5，No.7及No.12...圖56所示之基板
於No.2及No.3中，係使用平均間距(P'ave)為200nm且複數之凸部
為正六方晶格排列之基板。凸部底部之平均徑為100nm，凸部之平均高度為80nm。又，凸部頂部上並非平坦面，凸部頂部與凸部側面部係連續地相連。
於No.13中，係使用平均間距(P'ave)為3000nm且複數之凸部為正六方晶格排列之基板。凸部底部之平均寬度為1500nm，且凸部之平均高度為1500nm。再者，僅No.13所記載之基板係藉由以下之製法而製作。於藍寶石基板之C面(0001)上成膜作為蝕刻掩膜之SiO2
膜，並藉由光微影法使其圖案化。繼而，利用由SiO2
構成之掩膜，對藍寶石基板進行蝕刻而製作凹凸結構。再者，蝕刻係藉由濕式蝕刻進行，且作為蝕刻液係使用磷酸與硫酸之混合酸。液溫大體為295℃。
根據表11，可知以下內容。於Hbun/h為18.0以上且73.8以下之範圍內，與不具備凹凸結構之情形相比，內部量子效率IQE增大為1.46倍~1.7倍，且亦抑制半導體發光元件之翹曲。此時之Hbu/h為10.0以上且43.8以下。原因在於，由於Hbun/h滿足特定之值以上之範圍，故可藉由凹凸結構使第1半導體層內之錯位分散化並減少，由於Hbun/h滿足特定之值以下之範圍，故可使第1半導體層之膜厚變薄，從而可減少翹曲。另一方面，於No.12中，Hbun/h為6.7、Hbu/h為3.3而變成較小之值，與無凹凸結構之情形(比較例7之No.0)相比內部量子效率IQE並未提高。原因在於，第1半導體層內部之錯位減少效果較低，故發光半導體層及第2半導體層之作為半導體之性能下降。又，可知於No.1中，Hbun/h為306.7、Hbu/h為213.3而為較大之值，半導體發光元件之翹曲影響晶片化。根據以上內容，可知藉由使Hbun/h處於特定之範圍內，而可改善內部量子效率IQE，且可減少半導體發光元件100之翹曲。
研討對於平均間距(P'ave)為300nm且複數之凸部呈六方晶格狀排
列之凹凸結構，加入特定之混亂，能否進一步提高外部量子效率EQE。將結果匯總於表12。再者，表12所記載之用語之含義係如以下所示。
．No.：樣品之管理編號
．P'ave：凹凸結構之平均間距(P'ave)
．變動係數：將對於構成凹凸結構之某一要素之標準偏差除以對於該要素之算術平均所得的值。無因次值。
．發光輸出比：將比較例7設為基準(1.00)之情形時之發光強度比
表12中列舉之實施例9之半導體發光元件中，確認內部量子效率IQE均超過80%，且半導體發光元件之翹曲得到抑制。根據表12可知，與使用不具備凹凸結構之藍寶石基板之情形(比較例7之No.0)相比，使用具備凹凸結構之藍寶石基板之情形時(實施例9)之發光輸出提高。首先，No.14係複數之凸部為正六方排列，且各凸部之形狀大體相同之情形。藉由使用具備此種排列及形狀規則性高之凹凸結構之基板，發光輸出增加為1.21倍。原因推測為，利用與平均間距(P'ave)相應之光繞射，而打亂波導模式，藉此光提取效率LEE提高，此與使用FDTD之模擬結果大體一致。
No.15係複數之凸部為正六方排列但各凸部之形狀設有混亂之情
形。更具體而言，凸部底部外接圓徑out具有混亂。該點意味著凸部之底部之大小具有分佈，且由於排列為正六方排列，故意味著凹凸結構之凹部底部之面積亦同時具有分佈。進而，out/in中具有混亂。該點意味著自上方觀察凸部時其形狀並非正圓，進而相對於凸部底部外接圓之凸部頂點位置因各凸部而不同。又，各凸部之高度H亦具有分佈。可知藉由使用此種排列規則性高、且形狀混亂較大之凹凸結構，發光強度增大為1.35倍。原因推測為，藉由凹凸結構之混亂而打亂波導模式之繞射模式數變大，使得光提取效率LEE提高。
與No.15相比，No.16中凸部高度H之混亂變大。其係局部無凸部之凹凸結構。該情形時，可知發光輸出提高為1.50倍。原因推測為，如凸部缺失而不存在之凹凸結構內含凸部之較大體積變化，故而光學散射性變大，打亂波導模式之效果變大。
最後，No.17係對No.16加入排列之混亂而成之情形。排列之混亂係非隨機而受到控制之混亂。具體而言，以間距P'相乘於正弦波而變化之方式設計。該情形時，發光輸出增加為1.55倍。又，對No.17與實施例1同樣地進行光學顯微鏡觀察時，觀察到明暗差係大體圓形狀花樣為4方排列。又，於與實施例1同樣使用雷射光進行觀察時，可確認雷射光分離成5個。再者，於No.14~No.16中，並未觀察到光學花樣及雷射光之分離。原因推測為，藉由排列之混亂而使得打亂波導模式之繞射模式數增加，光學散射性增加，藉此光提取效率LEE提高。
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，關於隨附圖式中圖示之大小、形狀等並不限定於此，可於發揮本發明之效果之範圍內適當地變更。
本發明可較佳應用於例如OLED、螢光體、發光二極體(LED)等半導體發光元件。
本申請案係基於2012年10月12日申請之日本專利特願2012-227299、2012年10月17日申請之日本專利特願2012-230000、2012年10月19日申請之日本專利特願2012-231861、2012年12月21日申請之日本專利特願2012-280240、2013年2月7日申請之日本專利特願2013-022576、及2013年5月27日申請之日本專利特願2013-111091。該等之內容包含於本申請案。
10‧‧‧光學基板PP
10a‧‧‧主面
Xa‧‧‧第1區域
Xb‧‧‧第2區域
X‧‧‧花樣
Claims (19)
- 一種光學基板，其特徵在於包括：基板本體；及凹凸結構，其設於上述基板本體之主面上且由複數之凸部或凹部構成；且上述凹凸結構之高度係10nm以上500nm以下；於上述主面上描繪有可藉由光學顯微鏡以10倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察到之花樣；上述花樣之間隔大於上述凹凸結構之間距；於上述花樣之光學顯微鏡像中，上述花樣可利用明暗差而識別為第1區域及第2區域，上述第1區域有複數個，且相互空開間隔而配置，上述第2區域使上述第1區域之間相連；上述花樣之平均間隔Dave與上述凹凸結構之平均間距P'ave係滿足Dave≧4P'ave，或者，上述凹凸結構為點狀或洞狀且滿足Dave≧3P'ave；及上述光學顯微鏡係以下裝置A或裝置B之任一者，裝置A：股份有限公司KEYENCE公司製超深度彩色3D形狀測定顯微鏡VK-9500；裝置B：股份有限公司HIROX公司製KH-3000VD。
- 如請求項1之光學基板，其中上述花樣可藉由上述光學顯微鏡以10倍~1500倍之範圍內之任一倍率觀察到。
- 如請求項1之光學基板，其中上述花樣可藉由上述光學顯微鏡以500倍~1500倍之範圍內之任一倍率觀察到。
- 如請求項1之光學基板，其中上述花樣可藉由上述光學顯微鏡以500倍~5000倍之範圍內之任一倍率觀察到。
- 如請求項1至4中任一項之光學基板，其中上述花樣係利用構成形成上述凹凸結構之上述複數之凸部或凹部之要素之差異而描繪。
- 如請求項5之光學基板，其中上述凹凸結構之平均間距為10nm以上且1500nm以下。
- 如請求項6之光學基板，其中上述凹凸結構之平均間距為10nm以上且900nm以下，且上述凹凸結構之高度為10nm以上且500nm以下。
- 如請求項5之光學基板，其中於自上述光學基板之有上述凹凸結構之第1面側，對上述光學基板之主面垂直地分別照射波長為640nm~660nm、525nm~535nm、或者460nm~480nm之3種雷射光線之情形時，相對於至少1種以上之雷射光線，自與上述第1面為相反側之第2面出光之雷射光線分離成2個以上。
- 如請求項5之光學基板，其中上述凹凸結構之平均間距為50nm以上且1500nm以下，且上述凹凸結構之要素之標準偏差及算術平均滿足下述式(1)之關係：0.025≦(標準偏差/算術平均)≦0.5 (1)。
- 如請求項5之光學基板，其中上述光學基板係應用於至少由n型半導體層、發光半導體層及p型半導體層構成之半導體發光元件，上述凹凸結構包含由上述複數之凸部或凹部構成之點，上述凹凸結構構成至少由上述點間之間距、點徑或點高度之任一者控制之二維光子晶體，且上述二維光子晶體之週期為上述半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上。
- 一種光學基板，其特徵在於：其係應用於至少由n型半導體層、發光半導體層及p型半導體層構成之半導體發光元件者；於上述光學基板之主面具備包含由複數之凸部或凹部構成之點之凹凸結構；上述凹凸結構構成至少由上述點間之間距或點徑控制之二維光子晶體；上述二維光子晶體之點之週期為上述半導體發光元件之發光中心波長之2倍以上，且上述點係於上述光學基板之上述主面內之第1方向(D1)，構成複數之點以間距(Py)排列而成之複數之點陣列，上述各點陣列於上述主面內與第1方向(D1)正交之第2方向(D2)，以間距(Px)而配置，上述間距(Py)及上述間距(Px)之至少任一方為不定間隔。
- 如請求項11之光學基板，其中上述二維光子晶體之週期係至少於上述主面之一軸方向具有週期。
- 如請求項11之光學基板，其中上述二維光子晶體之週期係至少於獨立之上述主面之二軸方向具有週期。
- 一種半導體發光元件，其特徵在於：其係於如請求項1至13中任一項之光學基板之上述主面上，至少積層第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層而成。
- 如請求項14之半導體發光元件，其中上述發光半導體層側之表面與上述發光半導體層之上述第1半導體層側之表面之距離(Hbun)、與設於上述光學基板之上述發光半導體層側之表面之上述凹凸結構之平均高度(h)的比率(Hbun/h)滿足下述式(12)：8≦Hbun/h≦300 (12)。
- 如請求項15之半導體發光元件，其中上述第1半導體層係自上述光學基板側以非摻雜第1半導體層及摻雜第1半導體層之順序構 成，且上述光學基板之上述發光半導體層側之表面與上述非摻雜第1半導體層之上述摻雜第1半導體層側之表面之距離(Hbu)、與上述凹凸結構之平均高度(h)的比率(Hbu/h)滿足下述式(13)：3.5≦Hbu/h≦200 (13)。
- 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：對如請求項1至13中任一項之光學基板進行光學檢查；及使用經上述光學檢查之上述光學基板製造半導體發光元件。
- 一種半導體發光元件，其係自具備如請求項1至13中任一項之光學基板、依序積層於具有上述凹凸結構之表面上之第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層、以及接合於上述第2半導體層之支撐體的中間體，分離上述光學基板而獲得。
- 一種半導體發光元件之製造方法，其包括如下步驟：於如請求項1至13中任一項之光學基板之具有上述凹凸結構之表面上，依序積層第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層；於上述第2半導體層之表面黏著支撐體而獲得中間體；及自上述中間體分離上述光學基板，而獲得由上述第1半導體層、上述發光半導體層、上述第2半導體層及上述支撐體構成之半導體發光元件。
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