TWI531086B - An optical substrate, a semiconductor light-emitting element, and a semiconductor light-emitting element - Google Patents

An optical substrate, a semiconductor light-emitting element, and a semiconductor light-emitting element Download PDF

Info

Publication number
TWI531086B
TWI531086B TW102111965A TW102111965A TWI531086B TW I531086 B TWI531086 B TW I531086B TW 102111965 A TW102111965 A TW 102111965A TW 102111965 A TW102111965 A TW 102111965A TW I531086 B TWI531086 B TW I531086B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
convex
uneven structure
concave
substrate
convex portion
Prior art date
Application number
TW102111965A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201344959A (zh
Inventor
Jun Koike
Yoshimichi Mitamura
Fujito Yamaguchi
Original Assignee
Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei E Materials Corp filed Critical Asahi Kasei E Materials Corp
Publication of TW201344959A publication Critical patent/TW201344959A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI531086B publication Critical patent/TWI531086B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02428—Structure
    • H01L21/0243—Surface structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description

光學基板、半導體發光元件及半導體發光元件之製造方法
本發明係關於一種光學基板、半導體發光元件及半導體發光元件之製造方法。更詳細而言，本發明係關於一種表面形成有凹凸結構之光學基板、以及使用該光學基板之半導體發光元件及其製造方法、暨對其等進行適宜管理之方法。
近年來，為提昇OLED(OrganicLight-Emitting Diode，有機發光二極體)、螢光體、LED(Light-Emitting Diode，發光二極體)等半導體發光元件之效率，業界不斷研究改善自半導體發光元件之光取出效率。此種半導體發光元件具有內部包含發光部之高折射率區域由低折射率區域夾持之構成。因此，半導體發光元件之發光部所發出之發光光成為於高折射率區域內部波導之波導模式，被封閉於高折射率區域內部，且於波導過程中被吸收變成熱而衰減。如此，半導體發光元件存在無法將發光光取出至半導體發光元件之外部，光取出效率大幅減低之問題。
於LED元件之情形時，如以下所說明般，可藉由同時改善光取出效率LEE與內部量子效率IQE、或者光取出效率LEE與電子注入效率EIE，而製造高效率之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、發光層、p型半導體層而製造。作為單晶基板，通常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系半導體結晶之間存在晶格失配，故而於GaN系半導體結晶內部產生位錯(例如，參照非專利文獻1)。該位錯密度達到1×109個/cm2。由於該位錯，LED之內部量子效率、即半導體之發光效率下降，結果導致外部量子效率降低。
又，GaN系半導體層之折射率大於藍寶石基板。因此，於半導體發光層內產生之光無法自藍寶石基板與GaN系半導體層之界面以臨界角以上之角度射出。亦即形成波導模式，且於波導過程中變成熱而衰減。因此，光取出效率下降，結果導致外部量子效率下降。又，於使用折射率非常大之SiC基板作為單晶基板之情形時，無法自SiC基板與空氣層之界面以臨界角以上之角度射出光，故而與使用藍寶石基板之情形同樣地生成波導模式，光取出效率LEE降低。
亦即，由於半導體結晶內部之位錯缺陷而引起內部量子效率降低，且形成波導模式而導致光取出效率降低，故而LED之外部量子效率大幅降低。
因此，提出有於單晶基板上設置凹凸結構，改變半導體結晶層中之光之波導方向而提高光取出效率的技術(例如，參照專利文獻1)。
又，提出有將設置於單晶基板上之凹凸結構之大小設為奈米尺寸(nanosize)，且將凹凸結構之圖案無規配置的技術(例如，參照專利文獻2)。再者，若設置於單晶基板上之圖案尺寸為奈米尺寸，則與微米尺寸(microsize)之圖案相比可提昇LED之發光效率(例如，參照非專利文獻2)。
進而，提出有為了提昇電子注入效率EIE，而於p型半導體層之上表面設置凹凸結構，減低與透明導電膜之接觸電阻的GaN系半導體發光元件(參照專利文獻3)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
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]
[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)
且說，作為決定表示LED之發光效率之外部量子效率EQE(External Quantum Efficieney)的主要因素，可列舉電子注入效率EIE(Electron Injection Efficiency)、內部量子效率IQE(Internal Quantum Efficiency)及光取出效率LEE(Light Extraction Efficiency)。其中，內部量子效率IQE依賴於因GaN系半導體結晶之結晶失配而引起之位錯密度。光取出效率LEE可藉由利用由設置於單晶基板上之凹凸結構引起之光散射，破壞GaN系半導體結晶層內部之波導模式而得到改善。另外，電子注入效率EIE可藉由減低p型半導體層與包含ITO、ZnO、In2O3、SnO2等氧化物之透明導電膜的界面電阻而得到改善。尤其是由於ITO之透明導電材料為n型導電體，因此容易在與p型半導體層之界面形成肖特基能障(Schottky-barrier)，藉此歐姆性降低，接觸電阻容易增加。因此，可藉由在與p型半導體層之界面形成凹凸結構，增加接觸面積，提昇歐姆接觸而得到改善。亦即，作為設置於單晶基板上之凹凸結構之效果，可列舉以下3種：(1)藉由減低半導體結晶內之位錯而改善內部量子效率IQE；(2)藉由消除波導模式而改善光取出效率LEE；及(3)藉由提高歐姆接觸而提昇電子注入效率EIE。
然而，於專利文獻1所記載之技術中，雖藉由(2)之效果而光取出效率LEE得到改善，但(1)半導體結晶內之位錯減低之效果較少。藉由於單晶基板表面設置凹凸而位錯缺陷減少之理由在於，凹凸將半導體結晶層之化學蒸鍍(CVD)之成長模式擾亂，伴隨於半導體結晶層之成長而產生之位錯相互衝突而消失。因此，只要存在僅相當於位錯密度之凹凸即對於位錯減少有效果，但若凹凸之數少於位錯密度，則位錯減低效果有限。例如，位錯密度1×109個/cm2換算成奈米級相當於10個/μm2，位錯密度1×108個/cm2相當於1個/μm2。若於5μm×5μm(□5μm)中設置2個左右之凹凸，則凹凸密度為0.08×108個/cm2，若於500nm×500 nm(□500nm)中設置2個左右之凹凸，則凹凸密度為8×108個/cm2。如此，若將凹凸之尺寸設為奈米級之間隔，則對於減低位錯密度具有較大效果，因此對於改善內部量子效率IQE有效。
然而，若凹凸之密度變密，則對光之散射效果減少，(2)之消除波導模式之效果減小。LED之發光波長為可見光區域，尤其是白色LED所使用的GaN系LED之發光波長為450nm~500nm。為獲得充分之光散射效果，凹凸之尺寸較佳為波長之2倍~20倍左右，若為奈米級則效果較少。
又，於專利文獻3所記載之技術中，必需將凹凸結構之間隔及深度設為奈米級，所形成之凹凸結構對於光取出效率LEE之改善並不充分。其原因在於，p型半導體層之厚度必需根據其吸收係數之大小而設為數百nm左右，必然地與凹凸結構之大小為同等之等級。另一方面，LED之發光波長為可見光範圍(450nm~750nm)，若為與波長為相同程度之尺寸之凹凸結構，則存在其光取出效率LEE降低之問題。
如此，於先前之技術中，針對於LED之發光效率的3種效果，即(1)藉由使半導體結晶內之位錯分散及減低位錯密度而改善內部量子效率IQE、(2)藉由利用光散射消除波導模式而改善光取出效率LEE、 及(3)藉由提高歐姆接觸而提昇電子注入效率EIE中，作為半導體發光元件中之凹凸結構之效果(作用)，(1)與(2)、以及(2)與(3)相互存在取捨關係，未必可形成最佳之結構。亦即，先前之技術中存在越使內部量子效率IQE提昇，則光取出效率LEE之改善效果越少，越使電子注入效率EIE提昇，則光取出效率LEE之改善效果越小的課題。
本發明係鑒於該方面而成者，本發明之目的在於提供一種可同時解決相互一直處於取捨關係的LED元件之光取出效率LEE之提昇與內部量子效率IQE之改善、或者光取出效率LEE之提昇與電子注入效率EIE之提昇的光學基板以及半導體發光元件及其製造方法。
本發明之光學基板之特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分區域具有相互離開配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部包含具有第1高度的複數個第1凸部、及具有較上述第1高度低之第2高度的複數個第2凸部，鄰接之上述第1凸部間之平均間隔Pave滿足下述式(1)，且上述第2凸部具有相對於上述凹凸結構之平均凸部高度Have滿足下述式(2)之關係的凸部高度hn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(3)之概率Z存在：式(1)50nm≦Pave≦1500nm
式(2)0.6Have≧hn≧0
式(3)1/10000≦Z≦1/5。
本發明之光學基板之特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之一主面上之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸 結構中之至少一部分區域具有相互離開配置之複數個凹部，並且上述複數個凹部包含具有第1深度的複數個第1凹部、及具有較上述第1深度淺之第2深度的複數個第2凹部，鄰接之上述第1凹部間之平均間隔Pave滿足下述式(5)，且上述第2凹部具有相對於上述凹凸結構之平均凹部深度Dave滿足下述式(6)之關係的凹部深度dn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(7)之概率Z存在：式(5)50nm≦Pave≦1500nm
式(6)0.6Dave≧dn≧0
式(7)1/10000≦Z≦1/5。
根據該等構成，由於凹凸結構之平均間隔Pave較先前之微米結構(micro structure)更微細，故而(1)藉由使半導體結晶內之位錯分散及減低位錯密度而改善內部量子效率IQE成為可能。或者，(3)由於可使凹凸結構之比表面積增大，因此可改善因於ITO等之透明導電材料與p型半導體層之界面形成之肖特基能障所致的歐姆性降低，提高歐姆接觸，提昇電子注入效率EIE。
進而，構成凹凸結構之複數個第1凸部或凹部之高度或深度並不均勻，且處處以特定之概率存在具有顯著不同之高度或深度的第2凸部或第2凹部，故而於第2凸部或第2凹部之位置處擾亂波導模式之模式之數增加，(2)可發揮光學散射性(光繞射或光散射)，光取出效率LEE亦同時可得到改善。亦即，可使內部量子效率IQE與光取出效率LEE、或者電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇，故而可提高LED之外部量子效率EQE。
尤其是藉由使平均間隔Pave為1500nm以下，可使凹凸結構之密 度較大。藉此，(1)可使LED元件之半導體結晶層內部所產生之位錯分散，可減低局部及宏觀之位錯密度。結果，可提昇內部量子效率IQE。又，即便將凹凸結構之高度限定於數百奈米之情形時，亦可使比表面積較大，故而(3)可改善因於ITO等之透明導電材料與p型半導體層之界面形成之肖特基能障所致的歐姆性降低，提高歐姆接觸，故而可提昇電子注入效率EIE。
另一方面，藉由使平均間隔Pave為50nm以上，且以特定之概率包含具有顯著不同之高度或深度的第2凸部或第2凹部，則擾亂波導光之模式之數增加，可對LED元件之發光光賦予光學散射性(光繞射或光散射)，故而可提昇光取出效率LEE。
又，可進一步應用第2凸部或第2凹部所對應之光學現象(光繞射或光散射)。換言之，可使光學散射性(光繞射或光散射)針對於波導模式之模式數增加，故而波導模式之擾亂程度增大，光取出效率LEE大幅提昇。另一方面，於LED元件內之發光光之波長與凹凸結構相比充分大之情形時，自發光光而言之凹凸結構因有效介質近似而平均化。因此，光取出效率LEE之大幅改善無望。然而，藉由具有第2凸部或第2凹部，可使經平均化之折射率具有紊亂。因此，可產生與經平均化之折射率之紊亂對應之光學現象(光繞射或光散射)，可擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE。
亦即，藉由使凹凸結構之平均Pave滿足上述範圍，凹凸結構之密度增大，故而內部量子效率IQE提昇。又，凹凸結構之比表面積增大，故而電子注入效率EIE提昇。另一方面，使凹凸結構微細會減少光學散射效果，故而會減少波導模式之擾亂效果。然而，藉由以特定之概率包含第2凸部或第2凹部，可應用第2凸部或第2凹部所對應之新的光學現象(光繞射或光散射)，可於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態或者電子注入效率EIE之提昇得到維持之狀態下提昇光取出 效率LEE。進而，亦可抑制半導體發光元件之漏電流。
本發明之光學基板之特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分具有相互離開配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部中之至少1個凸部為於表面具備至少1個以上凸狀體或凹狀體的特異凸部，且上述凹凸結構之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下。
根據該構成，首先，由於凹凸結構之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下，故而自半導體發光元件之發光光而言，構成凹凸結構之凸部之大小增大。亦即，表現出較大之光散射或光線追蹤性，故而光取出效率LEE提昇。其次，由於凹凸結構包含複數個凸部，故而可使半導體結晶層自凹凸結構之凹部底部開始成長，可使半導體結晶層之成長性穩定化。於此，構成凹凸結構之複數個凸部群中包含特異凸部。如此，由於複數個凸部群中包含特異凸部，故而藉由特異凸部之表面之凸狀體或凹狀體而將半導體結晶層之成長模式擾亂，藉此半導體結晶層中之位錯減低，內部量子效率IQE提昇。其結果，可同時提昇光取出效率LEE與內部量子效率IQE。
本發明之光學基板之特徵在於：其係包括基板本體、及於上述基板本體之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構包含第1凹凸結構(L)及第2凹凸結構(S)，上述第1凹凸結構(L)包含設置於上述基板本體之主面上，且具有第1平均間隔(PL)的複數個凸部及凹部，上述第2凹凸結構(S)包含設置於構成上述第1凹凸結構(L)之上述凸部及上述凹部的至少一者之表面上，且具有第2平均間隔(PS)的複數個凸部及凹部，上述第1平均間隔(PL)與上述第2平均間隔(PS)之比率(PL/PS)大於1且為2000以下。
本發明之光學基板之特徵在於：其係包括基板本體、及於上述基板本體之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結 構包含第1凹凸結構(S)及第2凹凸結構(L)，上述第1凹凸結構(S)包含設置於上述基板本體之主面上，且具有第1平均間隔(PS)的複數個凸部及凹部，上述第2凹凸結構(L)包含以使上述第1凹凸結構(S)露出一部分之方式相互離開設置於上述第1凹凸結構(S)之表面上，且具有第2平均間隔(PL)的複數個凸部，上述第1平均間隔(PS)與上述第2平均間隔(PL)之比率(PL/PS)大於1且為2000以下。
根據該等構成，可將改善內部量子效率IQE之凹凸結構與改善光取出效率LEE之凹凸結構，以特定之配置關係組合至一個凹凸結構面內。因此，可同時表現出兩功能。亦即，藉由將高密度之凹凸結構與體積變化較大之凹凸結構設置為特定之位置關係，可藉由高密度之凹凸結構改善內部量子效率IQE，同時藉由體積變化較大之凹凸結構提昇光取出效率LEE。
本發明之半導體發光元件之特徵在於：其構成中包含至少1個以上之上述光學基板。
本發明之半導體發光元件之特徵在於：於上述光學基板之凹凸結構面上至少依序積層有第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包含以下步驟：準備上述光學基板；對所準備之上述光學基板進行光學檢查；及使用經光學檢查之上述光學基板製造半導體發光元件。
根據該等構成，可預先對有助於內部量子效率IQE之改善的微小之凹凸結構進行評價，因此可事先預測所製造之半導體發光元件之性能等級。進而，可預先檢查、管理光學基板之凹凸結構，因此可提昇LED元件製造之良率。
根據本發明，可提供一種可同時解決相互一直處於取捨關係的 LED元件之光取出效率LEE之提昇與內部量子效率IQE之改善、或者光取出效率LEE之提昇與電子注入效率EIE之提昇的光學基板以及半導體發光元件及其製造方法。
1‧‧‧光學基板(I)
2‧‧‧光學基板(II)
11‧‧‧基板本體
12‧‧‧凹凸結構
13‧‧‧凸部
13a‧‧‧凸部13之頂點
13b‧‧‧凸部13之底部之中心
14‧‧‧凹部
14a‧‧‧凹部14之頂點
21‧‧‧基板本體
22‧‧‧凹凸結構
23‧‧‧凹部
23a‧‧‧凹部231~234之頂點
23b‧‧‧凹部231~234之開口部之中心
24‧‧‧凸部
24a‧‧‧凸部24之頂點24a
31‧‧‧圓筒形模具
32‧‧‧雷射照射部
33‧‧‧圖案
51‧‧‧第2凸部
61‧‧‧第2凸部
71‧‧‧第1凸部
72‧‧‧第2凸部
73‧‧‧區域
74‧‧‧區域
76‧‧‧區域
100‧‧‧半導體發光元件
101‧‧‧光學基板
102‧‧‧凹凸結構
103‧‧‧n型半導體層
104‧‧‧發光半導體層
105‧‧‧p型半導體層
106‧‧‧透明導電膜
107‧‧‧陰極電極
108‧‧‧陽極電極
110‧‧‧積層半導體層
131、132、134‧‧‧第1凸部
133‧‧‧第2凸部
200‧‧‧半導體發光元件
201‧‧‧光學基板
202‧‧‧n型半導體層
203‧‧‧發光半導體層
204‧‧‧p型半導體層
205‧‧‧凹凸結構
206‧‧‧透明導電膜
207‧‧‧陰極電極
208‧‧‧陽極電極
231、232、234‧‧‧第1凹部
233‧‧‧第2凹部
300‧‧‧半導體發光元件
301‧‧‧光學基板
302‧‧‧n型半導體層
303‧‧‧發光半導體層
304‧‧‧p型半導體層
305‧‧‧凹凸結構
306‧‧‧陰極電極
307‧‧‧陽極電極
400‧‧‧光學基板
401‧‧‧凹凸結構
500‧‧‧光學基板
501‧‧‧凹凸結構G區域
502‧‧‧非G區域
511‧‧‧藍寶石基板
512‧‧‧遮罩
513‧‧‧積層體遮罩
513a‧‧‧第1遮罩層
513b‧‧‧第2遮罩層
514‧‧‧遮罩
516‧‧‧遮罩
517‧‧‧遮罩
520‧‧‧特異凸部
521、522‧‧‧凸狀體(或凹狀體)
523、524、525‧‧‧凸狀體
526‧‧‧凹狀體
527‧‧‧凸狀體
528a‧‧‧平滑之曲線部
528b‧‧‧角部
600‧‧‧光學基板
601‧‧‧藍寶石基板
602‧‧‧半導體結晶層
603‧‧‧凸狀之不平整
604‧‧‧凹狀之不平整
700‧‧‧半導體發光元件
702‧‧‧基板本體
703‧‧‧凸部
704‧‧‧凹部
705‧‧‧凸部
706‧‧‧凹部
710‧‧‧光學基板(IV)
720‧‧‧凹凸結構面
720a‧‧‧凸部
720b‧‧‧凹部
730‧‧‧第1半導體層
731‧‧‧非摻雜第1半導體層
732‧‧‧摻雜第1半導體層
733‧‧‧緩衝層
740‧‧‧發光半導體層
750‧‧‧第2半導體層
760‧‧‧透明導電膜
770‧‧‧陽極電極
780‧‧‧陰極電極
800‧‧‧半導體發光元件
801~808‧‧‧凹凸結構
810‧‧‧半導體發光元件
820‧‧‧半導體發光元件
830‧‧‧半導體發光元件
841‧‧‧多角形
901‧‧‧藍寶石基板
902‧‧‧積層體遮罩
902a‧‧‧第1遮罩層
902b‧‧‧第2遮罩層
903‧‧‧遮罩
904‧‧‧遮罩
905‧‧‧樹脂模具
906‧‧‧片材
911‧‧‧藍寶石基板
912‧‧‧遮罩
913‧‧‧遮罩
914‧‧‧遮罩
915‧‧‧樹脂模具
916‧‧‧片材
A‧‧‧輪廓
A、B、C、D‧‧‧交點
A1、A2、AN‧‧‧第1凸部
AM‧‧‧凸部
B‧‧‧內接圓
B1、B2、BN‧‧‧第1凸部
B1-1~B1-6‧‧‧凸部
BM-1~BM-k‧‧‧凸部
C‧‧‧外接圓
dn‧‧‧凹部深度
Dave‧‧‧平均凹部深度
E、F‧‧‧點
hn‧‧‧凸部高度
Have‧‧‧平均凸部高度
lcc‧‧‧由凹部平均位置Scc形成之平面上的線段
lccb‧‧‧凹部底部寬度
lcct‧‧‧凹部開口寬度
lcv‧‧‧由凸部平均位置Scv形成之平面上的線段
lcvb‧‧‧凸部底部寬度
lcvt‧‧‧凸部頂部寬度
L‧‧‧凹凸結構
P‧‧‧間隔
P1~P10‧‧‧間隔
PA1B1、PA2B2、PANBN‧‧‧間隔
PA1B1-1、PA1B1-2、PA1B1-3‧‧‧間隔
PAMBM-1~PAMBM-k‧‧‧間隔
PL‧‧‧凹凸結構(L)之平均間隔
PS‧‧‧凹凸結構(S)之平均間隔
S‧‧‧凹凸結構
Scc‧‧‧凹部平均位置
Scv‧‧‧凸部平均位置
tcc‧‧‧線段lcc上鄰接之第1凹部232與234間的輪廓彼此之最短距離
Tcc‧‧‧線段lcc上使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部232之開口部中央部與第1凹部234之開口部中央部的最短距離
tcv‧‧‧線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰 接之第1凸部132與第1凸部134間的輪廓彼此之最短距離
Tcv‧‧‧線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132之頂點13a與第1凸部134之頂點13a的最短距離
X‧‧‧平行於光學基板(I)1之厚度方向之線段、與凸部132之輪廓的交點
Y‧‧‧通過交點X之上述線段與凹部平均位置Scc的交點
cc‧‧‧凸部平均位置Scv上第1凹部231、232、234之開口部之寬度
cv‧‧‧凹部平均位置Scc上第1凸部131、132、134之底部之寬度
圖1係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件的剖面模式圖。
圖2係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件之另一例的剖面模式圖。
圖3係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件之另一例的剖面模式圖。
圖4A、B係本實施形態之光學基板之剖面模式圖。
圖5係表示應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件中第2凸部之存在概率Z與漏電流之關係的圖。
圖6A、B係為說明本實施形態之光學基板之效果，而根據對在表面上使半導體結晶層特異成長之光學基板拍攝所得之電子顯微鏡照片作成的線圖。
圖7A、B係表示第1實施形態之光學基板(I)的立體模式圖。
圖8A、B係表示第2實施形態之光學基板(II)的立體模式圖。
圖9係沿圖7A及圖7B中之一點鏈線III-III的垂直剖面圖。
圖10係沿圖8A及圖8B之一點鏈線IV-IV的垂直剖面圖。
圖11係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖12係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖13係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖14係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖15係表示自微細凹凸面側觀察本實施形態之光學基板且計數凸部之個數時所使用之區域的模式圖。
圖16係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖17係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。
圖18係表示自微細凹凸面側觀察本實施形態之光學基板且計數凸部之個數時所使用之區域的模式圖。
圖19A~D係表示本實施形態之光學基板中之凹凸結構G與非G區域之關係的說明圖。
圖20A~H係表示本實施形態之光學基板中由凹凸結構G區域所形成之輪廓形狀的模式圖。
圖21A~F係表示自表面觀察本實施形態之光學基板之狀態的平面模式圖。
圖22A~F係表示自表面觀察本實施形態之光學基板之狀態的平面模式圖。
圖23係表示第1實施形態之光學基板(I)之製造方法之一例的模式圖。
圖24A、B係將本發明之參考例之具有耐濕式蝕刻性之遮罩使用於藍寶石基板之濕式蝕刻之情形的說明圖。
圖25A~C係將本實施形態之積層體遮罩使用於藍寶石基板之濕式蝕刻之情形的說明圖。
圖26A、B係將本實施形態之積層體遮罩使用於藍寶石基板之濕式蝕刻之情形的說明圖。
圖27A~C係使用本實施形態之隨著藍寶石基板之濕式蝕刻而體積減少之遮罩之情形的說明圖。
圖28A~F係表示本實施形態之光學基板之製造方法之一例之各步驟的說明圖。
圖29A~D係表示第3實施形態之光學基板(III)中之特異凸部的模式圖。
圖30A~D係表示第3實施形態之光學基板(III)中之特異凸部的模式圖。
圖31係表示第3實施形態之光學基板(III)中之特異凸部的模式圖。
圖32A~C係表示第4實施形態之光學基板(IV)之一例的剖面概略圖。
圖33係表示第4實施形態之半導體發光元件的剖面概略圖。
圖34係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。
圖35係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。
圖36係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。
圖37係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。
圖38係自凹凸結構面側觀看第4實施形態之光學基板(IV)之一例的上表面圖。
圖39係自凹凸結構面側觀看第4實施形態之光學基板(IV)之一例的上表面圖。
圖40係自凹凸結構面側觀看第4實施形態之光學基板(IV)之一例 的上表面圖。
圖41A、B係相當於圖40中所示之間隔P之線段位置的凹凸結構之剖面模式圖。
圖42係自凹凸結構面側觀看第4實施形態之光學基板(IV)之一例的上表面圖。
圖43A、B係相當於圖42中所示之間隔P之線段位置的凹凸結構之剖面模式圖。
圖44A~E係自凹凸結構面側觀察第4實施形態之光學基板(IV)之情形的上表面圖。
圖45A~C係表示第4實施形態之光學基板(IV)之一例的剖面模式圖。
圖46A、B係表示第4實施形態之光學基板(IV)中之凹凸結構的模式圖。
圖47A~C係表示第4實施形態之光學基板(IV)之一例的剖面模式圖。
圖48A~D係表示實施例12中所實施之光學基板之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
圖49A、B係表示實施例12中所實施之光學基板之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
圖50A~D係表示實施例16之光學基板之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
本發明者等人著眼於在具有凹凸結構之光學基板中，藉由變更凹凸結構之間隔之大小而使半導體結晶內之位錯分散、減低位錯密度從而改善內部量子效率IQE，與藉由光散射消除波導模式而改善光取出效率LEE存在取捨關係之情況。又，本發明者等人注意到，若考慮 因吸收所引起的發光光之衰減，則為降低歐姆電阻，提高歐姆接觸，必需為間隔較小的微細之凹凸結構，然於間隔較小之凹凸結構中，光取出效率LEE降低。另外，本發明者發現，藉由以下述方式設置凹凸結構，即，將凹凸結構之凸部或凹部之間隔設於特定範圍內，並且以特定之概率存在凸部高度較平均凸部高度低之凸部或凹部深度較平均凹部深度淺之凹部，則可同時實現藉由使半導體結晶內之位錯分散及減低位錯密度而改善內部量子效率IQE與藉由光學散射性消除波導模式而改善光取出效率LEE，或者藉由提高歐姆接觸而改善電子注入效率EIE與藉由光散射消除波導模式而改善光取出效率LEE，從而完成本發明。
以下，參照隨附圖式對本發明之實施形態詳細地進行說明。
首先，參照圖式對本發明之光學基板詳細地進行說明。本發明之光學基板係與半導體發光元件鄰接之基板，係與包含至少1層以上之n型半導體層、至少1層以上之p型半導體層及1層以上之發光層的半導體發光元件之n型半導體層、發光半導體層或p型半導體層之任一者鄰接之基板。
例如，圖1係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件的剖面模式圖。
如圖1所示，半導體發光元件100中，於在光學基板101之一主面上設置的凹凸結構102上，依序積層有n型半導體層103、發光半導體層104及p型半導體層105。又，於p型半導體層105上形成有透明導電膜106。又，於n型半導體層103表面形成有陰極電極107，於透明導電膜106表面形成有陽極電極108。再者，將依序積層於光學基板101上之n型半導體層103、發光半導體層104及p型半導體層105稱為積層半導體層110。
再者，圖1中係於在光學基板101之一主面上設置的凹凸結構102 上依序積層半導體層103、104、105，但亦可於光學基板101之與設置有凹凸結構102之面相對的另一主面上依序積層半導體層。
圖2係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件之另一例的剖面模式圖。如圖2所示，半導體發光元件200中，於基板201上依序積層有n型半導體層202、發光半導體層203及p型半導體層204。又，於p型半導體層204上，設置有作為本實施形態之光學基板之透明導電膜206，該透明導電膜206於與p型半導體層204接觸之一主面上具有凹凸結構205。又，於n型半導體層202表面形成有陰極電極207，於透明導電膜206表面形成有陽極電極208。
圖2中，透明導電膜206之設置有凹凸結構205之主面係與p型半導體層204鄰接，但亦可設置於與p型半導體層204相對之主面。
圖3係應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件之另一例的剖面模式圖。如圖3所示，半導體發光元件300中，於基板301上依序積層有n型半導體層302、發光半導體層303、及作為本發明之光學基板之p型半導體層304，該p型半導體層304於與發光半導體層303相對之主面上設置有凹凸結構305。於基板301之與接觸n型半導體層302之主面為相反側之主面形成有陰極電極306，於p型半導體層304表面形成有陽極電極307。
圖1至圖3所示之半導體發光元件100、200、300係將本實施形態之光學基板應用於雙異質結構(double heterostructure)之半導體發光元件之例，但積層半導體層之積層結構並不限定於此。又，亦可於光學基板101、201、301與n型半導體層302之間設置未圖示之緩衝層。
其次，參照圖式對本實施形態之光學基板之構成進行說明。圖4係本實施形態之光學基板之剖面模式圖，圖4A表示光學基板400之其中一面具備凹凸結構401之情形，圖4B表示光學基板400之兩面具備凹凸結構401之情形。如圖4B所示，亦可將凹凸結構401設置於光學 基板400之兩面。此處，只要滿足本發明之範圍的凹凸結構401形成於至少光學基板400之一面即可。
藉由使用本實施形態之光學基板可使內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇之理由係如下所述。
內部量子效率IQE會因由於光學基板之晶格常數與半導體結晶層之晶格常數之失配(晶格失配)所產生的位錯而減小。於此，於光學基板之表面設置有具有與位錯密度相同程度以上之密度的凹凸結構時，可擾亂半導體發光層之結晶成長模式，可使半導體結晶層內之位錯對應於凹凸結構而分散。亦即，於微觀上及宏觀上均可減低位錯密度。因此，可提昇內部量子效率IQE。
電子注入效率EIE會因由肖特基能障引起之接觸電阻之增大而降低。藉由將光學基板設置於包含將至少2層以上之半導體層與發光層積層而構成之積層半導體層的半導體發光元件之最表面，則與構成於該表面之透明導電膜或電極墊之接觸面積與凹凸結構之比表面積對應地增大，可減低接觸電阻。因此，歐姆接觸提高，可提昇電子注入效率EIE。
然而，無論為提昇內部量子效率IQE，抑或為提昇電子注入效率EIE，均必需為奈米尺度之微小之凹凸結構。若為提昇內部量子效率IQE或電子注入效率EIE而越增大凹凸結構之密度或比表面積，則自發光光之波長而言的凹凸結構之大小越減小，故而光學散射效果越減少。亦即，擾亂波導模式之效果減弱，故而光取出效率LEE之提昇程度減小。
於此，本發明者等人發現，藉由對基本之凹凸結構加入部分之紊亂，則可於本來之由凹凸結構表現之功能(利用微小之凹凸結構而引起的內部量子效率IQE之提昇、或電子注入效率EIE之提昇)上，附加紊亂所對應之新的光學現象(光繞射或光散射)。亦即，可藉由高密 度之凹凸結構而提昇內部量子效率IQE或電子注入效率EIE(本來之功能)，且可應用凹凸結構之紊亂(第2凸部或第2凹部)所對應的新的光學現象(光繞射或光散射)，故而可於內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提昇得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE。以下，包括實際之研究而詳細說明本原理。
於光之波長相對於凹凸結構之大小為相同程度以下之情形時，可產生光繞射之光學現象。另一方面，若光之波長充分大，則有效介質近似作用發揮功能。
於前者之情形時，於一個一個的凹凸結構等微觀尺度下可產生光繞射，但於規則性較高之排列之情形時，光繞射之模式數有限。亦即，擾亂波導模式之繞射點數有限。另一方面，認為於具有紊亂之情形時，光繞射之模式之數對應於紊亂而增加。亦即，於數十微米以上等宏觀尺度下進行觀察之情形時，係觀察到由複數種光繞射模式作用而獲得之射出光之平均光，因此包含紊亂之凹凸結構可發揮光學散射性(光繞射或光散射)。此種光學散射性(光繞射或光散射)擾亂波導模式之效果較大，更具體而言，使波導模式遭到破壞之發光光再次形成波導模式之概率大幅降低，故而可大幅提昇光取出效率LEE。另一方面，可認為於後者之情形時，經平均化之折射率分佈形成與凹凸結構之紊亂對應之分佈。因此，光如同存在具備具有與該分佈對應之外形的有效介質近似折射率之介質般地進行動作，故而可新表現出與該分佈對應之光學現象(光繞射或光散射)，可提昇光取出效率LEE。
例如，自波長為550nm之光而言，包含平均間隔Pave為460nm之排列成六方格子狀之複數個凸部及凹部的凹凸結構可產生與平均間隔Pave對應之光繞射。因此，進行目視觀察之結果，可觀察到與繞射光對應之眩光(繞射色)(以下，亦稱為「本來之光學現象」)。其次，對該凹凸結構加入第2凸部(或第2凹部)。此時，可確認到除與平均間 隔Pave對應之本來之光學現象(光繞射現象)以外，進而包含與第2凸部(或第2凹部)對應之散射成分。於此，使用與平均間隔Pave為相同程度且產生光繞射之波長(例如，550nm)之光進行光學測定，結果確認，與以無第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構作為對象之情形相比，以具有第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構作為對象之情形的散射性更強。認為其原因在於，自波長550nm之光考慮之情形時，凹凸結構之凸部作為繞射點而發揮功能，但於凹凸結構之凸部的排列規則性較高之情形時，繞射模式數因排列而受限；另一方面，於凹凸結構包含第2凸部(或第2凹部)之情形時，繞射模式數增大並且包含分散。例如，平均間隔P為300nm之複數個凸部排列成正六方格子狀之藍寶石基板的霧度(haze)，為平均間隔P為300nm之複數個凸部排列成正六方格子狀，且包含以1%之比例分散之高度為0nm之第2凸部的藍寶石基板之霧度的0.5倍。進行目視觀察，結果確認到與平均間隔P對應之淡紫色之繞射色，於包含第2凸部之情形時，則淡紫色之繞射色中帶有渾濁。根據以上可知，藉由使用包含第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構，可表現出光學散射性。亦即，即便使用微小之凹凸結構之情形時，亦可藉由散射性而擾亂波導模式，藉此可提昇光取出效率LEE。
又，例如，自波長為550nm之光而言，包含平均間隔Pave為200nm之排列成六方格子狀之複數個凸部及凹部的凹凸結構藉由有效介質近似作用而平均化。將該凹凸結構設置於透明之基板上進行目視觀察，結果可觀察到反射光極少之透明基板。通常將其稱為無反射膜或蛾眼結構(rmoth eye structure)。其原因在於，自光而言，相比光之波長充分小之凹凸結構藉由有效介質近似作用而平均化。此處，於該凹凸結構包含第2凸部(或第2凹部)之情形時，確認到除與平均間隔Pave對應之本來之光學現象(抗反射效果)以外，亦進而包含與第2凸部(或第2凹部)對應之散射成分。亦即，使用相比平均間隔Pave而波長充分 大(例如，550nm)之光進行光學測定的結果，確認到散射成分變得極小。認為其原因在於，若使用無第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構，則有效介質近似作用發揮功能，與對面內具有均勻之有效介質近似折射率Nema之薄膜進行的光學測定為同等。另一方面，藉由將包含第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構作為測定對象，確認到散射成分增加。認為其原因在於，由於對有效介質近似折射率Nema加入有分佈，故而光學測定中所使用之光如係對具有與第2凸部(或第2凹部)對應之外形的有效介質近似折射率Nema之介質進行測定般地進行動作。例如，平均間隔Pave為200nm之排列成正六方格子狀之凸部的霧度，相對於平均間隔Pave為200nm且包含第2凸部之凹凸結構之霧度為0.65倍。進行目視觀察之結果，不包含第2凸部之凹凸結構非常透明，但藉由包含第2凸部則確認到渾濁。根據以上可知，藉由使用包含第2凸部(或第2凹部)之凹凸結構，可表現出光學散射性。亦即，即便是小於光之波長的凹凸結構，亦可藉由散射性而擾亂波導模式，藉此可提昇光取出效率LEE。
如以上所說明般，判明藉由對凹凸結構加入第2凸部(或第2凹部)，可新附加與第2凸部(或第2凹部)對應之散射性。亦即，即便本來為如無法充分擾亂波導模式的高密度之凹凸結構，由於藉由包含第2凸部(或第2凹部)可表現出與第2凸部(或第2凹部)對應之散射性，故而亦可於內部量子效率IQE或電子注入效率EIE得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE。
如以上所說明般，暗示出下述可能性：藉由對凹凸結構加入第2凸部，則可藉由微小之凹凸結構改善內部量子效率IQE，且藉由第2凸部所引起的新的光學散射性(光繞射或光散射)而改善光取出效率LEE。繼而，對在包含第2凸部之光學基板上成膜形成半導體結晶層時所觀察到的現象進行說明。
詳細內容將於後文中記述，本發明者發現藉由使第2凸部之存在概率Z為特定之值以下，可進一步改善半導體發光元件之漏電流。亦即，本發明之主題為上述中所說明之IQE之改善、LEE之改善以及漏電流之抑制。
圖5係表示應用本實施形態之光學基板之半導體發光元件中第2凸部之存在概率Z與漏電流之關係的圖。將第2凸部之存在概率Z作為參數，於藍寶石基板(光學基板)上利用MOCVD法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition Method，金屬有機化學氣相沈積法)成膜形成緩衝層、uGaN層、nGaN層、MQW層及pGaN層。繼而，將ITO成膜，進行平台蝕刻(mesa etching)，最後形成包含Cr/Ti/Au之金屬墊圖案。於該狀態下測定漏電流。圖5係表示第2凸部之存在概率Z對漏電流產生之影響的圖，橫軸表示存在概率Z，縱軸表示漏電流值。根據圖5可知，於存在概率Z較小之情形時，漏電流得到進一步改善，顯示良好之二極體特性。又，可知以存在概率Z為1/5附近為起點，當存在概率Z增大時，漏電流劇增。例如，相比存在概率Z為1/55之情形，存在概率Z為1/3.3之情形之漏電流為1.7~2.9倍。亦即，確認到二極體特性大幅降低。此處，以存在概率Z作為參數而確認半導體結晶層之成長性，結果確認到存在概率Z越大，則越會自第2凸部附近產生半導體結晶層之特異成長。於此，所謂特異成長，係指與周圍相比成長速度較快。
圖6係為說明本實施形態之光學基板之效果，而根據對在表面上使半導體結晶層特異成長之光學基板拍攝所得之電子顯微鏡照片作成的線圖。圖6A及圖6B中所示之光學基板600具有上述之存在概率Z為1/3.3的凹凸結構。其相當於圖5所示之圖中存在概率Z為0.3之情形。根據圖6A可知，因特異成長，導致於半導體結晶層602的與藍寶石基板601最遠之面產生凸狀之不平整603。該不平整603係起因於因存在 概率Z較大而形成第2凸部之集合從而急速成長之半導體結晶層。另一方面，根據圖6B可知，於特異成長之半導體結晶層602的距離藍寶石基板601最遠之面產生凹狀之不平整604。其係由以下情況所引起：由於因存在概率Z較大而產生之第2凸部之集合鄰接，導致第2凸部中特異成長之半導體結晶層彼此衝突。當產生此種半導體結晶層之特異成長之情形時，半導體發光元件之二極體特性降低，漏電流增大。根據以上可知，藉由將存在概率Z設定為特定值以下，可抑制半導體結晶層之p-n接合界面之偏移，換言之可抑制能帶圖中的能帶隙之偏移，藉此可更良好地減少漏電流。
首先，參照圖7，對本發明之第1實施形態之光學基板(I)1的構成進行說明。圖7A係表示第1實施形態之光學基板(I)1的模式立體圖。如圖7A所示，光學基板(I)1大致具有平板形狀。光學基板(I)1包括基板本體11、及於該基板本體11之一表面上設置之凹凸結構12。凹凸結構12包含相互獨立之複數個凸部13、及設置於凸部13之間的連續之凹部14。複數個凸部13係分別隔開特定之間隔而配置。又，凹凸結構12係配置於基板本體11之厚度方向上。
其次，就本發明之第2實施形態之光學基板(II)2的構成進行說明。圖8A係表示本發明之第2實施形態之光學基板(II)2的模式立體圖。如圖8A所示，該光學基板(II)2包含基板本體21、及設置於基板本體21之表面上的凹凸結構22。凹凸結構22包含相互獨立之複數個凹部23、及設置於凹部23之間的連續之凸部24。凹凸結構22係配置於基板本體21之厚度方向上，包含凹陷之複數個凹部23。複數個凹部23相互獨立，且分別隔開特定之間隔而配置。
上述中所說明之光學基板(I)1、(II)2中，可對基板本體11、21之表面進行加工而設置凹凸結構12、22，亦可於基板本體11、21之表面上另行設置凹凸結構12、22。
例如，若對藍寶石基板進行加工，則基板本體11、21以及凹凸結構12、22均為藍寶石。又，例如若對包含藍寶石基板/n型半導體層/發光層/p型半導體層/透明導電膜之積層體的透明導電膜進行加工，則凹凸結構12、22為透明導電膜。該等為圖7A及圖8A中例示之狀態。
例如，亦可於包含藍寶石基板/n型半導體層/發光層/p型半導體層/透明導電膜之積層體的透明導電膜上另行設置凹凸結構12、22。該情況為圖7B及圖8B中例示之狀態。此時，透明導電膜與凹凸結構之材質可相同亦可不同。
繼而，參照圖9及圖10，對本發明之第1及第2實施形態之光學基板(I)1、(II)2之凹凸結構12、22的構成進行詳細說明。圖9係沿圖7A及圖7B中之一點鏈線III-III的垂直剖面圖，係以模式方式表示凹凸結構12之構成。又，圖10係沿圖8A及圖8B之一點鏈線IV-IV的垂直剖面圖，係以模式方式表示凹凸結構22之構成。
●光學基板(I)1
首先，對第1實施形態之光學基板(I)1進行說明。如圖9所示，該剖面中，複數個凸部131、132、133、134相互隔開間隔而排列。各凸部131~134之間由凹部14連續地連結。
以下，對圖9中所示之各種符號及用語之定義進行說明。
●Scv
圖9中所示之符號Scv表示凸部平均位置。凸部係配置於基板本體11之厚度方向上。凸部平均位置Scv係指凹凸結構12之凸部131~134之凸部頂點13a的面內平均位置，為與基板本體11之面方向平行之面。
凸部平均位置Scv可根據以下定義而求出。首先，於光學基板(I)1的形成有凹凸結構12之表面(以下，稱為凹凸結構面)上，取與基板本體11之主面平行的50μm×50μm見方之區域。繼而，以相互不重 疊之10μm×10μm見方之區域將該50μm×50μm見方之區域分割成25個區域。然後，自所存在的25個10μm×10μm之區域中任意選擇5個區域。此處，將所選擇的10μm×10μm見方之區域設為區域A、區域B、區域C、區域D及區域E。之後，以更高倍率觀察區域A，進行放大直至可清晰地觀察到至少100個凸部13為止。繼而，自所觀察到的凸部13中任意地選出10個凸部13，求出各凸部13之高度。將自區域A測定之10個凸部13中最大之高度設為ha。對區域B、區域C、區域D及區域E亦進行與區域A相同之操作，求出hb、hc、hd及he。圖9中所示之凸部平均位置Scv係較以下所說明之凹部平均位置Scc位於上方，換言之自凹部平均位置Scc向存在凸部13之頂點13a之方向移動相當於(ha+hb+hc+hd+he)/5之距離的位置。再者，各凸部13之頂點13a可於對光學基板(I)1之剖面使用掃描式電子顯微鏡的觀察、對光學基板(I)1之凹凸結構面使用原子力顯微鏡的觀察、或者對光學基板(I)1之表面的掃描式電子顯微鏡觀察中，利用Tilt(傾斜)進行測定而決定。
如圖9所示，複數個凸部131~134之高度雖主要為相同高度但並不均勻，處處混合存在有高度較低之第2凸部133。圖9中，凸部131~134之凸部平均位置Scv為較第1凸部131、132、134之凸部13之頂點13a低的位置。根據上述定義，該情況表示第1凸部131、132、134之高度具有分佈之情形。另一方面，雖未圖示，但於第1凸部131、132、134之高度具有分佈之情形時，亦有凸部平均位置Scv位於較第1凸部131、132、134之頂點13a之略微上方的情況。又，於第1凸部131、132、134之高度大致均勻或均勻之情形時，凸部平均位置Scv與凸部131、132、134之頂點13a大致一致或完全一致，該情況亦未圖示。
●Scc
圖9中所示之符號Scc表示凹部平均位置。凹部平均位置Scc係指 凹凸結構12之凹部14之凹部頂點14a的面內平均位置，為與光學基板(I)1之面方向平行之面。凹部14相互連續，凸部131~134由凹部14相互隔開。凹部平均位置Scc較佳為藉由10個凹部頂點14a之平均而求出。再者，各凹部14之頂點14a可藉由對光學基板(I)1之剖面使用掃描式電子顯微鏡的觀察、或者對光學基板(I)1之凹凸結構面使用原子力顯微鏡的觀察而決定。又，本說明書中之平均係指算術平均。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。又，較觀察測定之凹部平均位置Scc朝向凸部13之頂點13a移動相當於(ha+hb+hc+hd+he)/5之距離的位置為凸部平均位置Scv。
●lcv
又，圖9中所示之符號lcv表示由凸部平均位置Scv形成之平面上的線段。因此，線段lcv為與基板本體11之面方向平行之面。
●Have
又，圖9中所示之符號Have表示平均凸部高度。所謂平均凸部高度Have，係指係指凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之間的距離。因此，平均凸部高度Have為求凸部平均位置Scv時算出的(ha+hb+hc+hd+he)/5。
●hn
圖9中所示之符號hn表示各凸部131~134之凸部高度。凸部高度hn係指凹部平均位置Scc上各凸部131~134之底部之中心13b與凸部13之頂點13a之間的距離。亦即，凸部高度hn相當於以凹部平均位置Scc為基準各凸部131~134之頂點13a之高度。再者，例如於光學基板(I)1之厚度方向、與連結凸部13之底部之中心13b與凸部13之頂點13a的線段不平行之情形時，係將各凸部13之高度hn定義為如下。如凸部132中所示，首先，將平行於光學基板(I)1之厚度方向之線段、與凸部132之輪廓的交點設為X。其次，將通過交點X之上述線段與凹部平均位 置Scc的交點設為Y。使該線段在凹部平均位置Scc內於面方向上平行移動之情形時，交點X與交點Y之距離產生變化。交點X與交點Y之距離之最大值即為hn。
● cv
圖9中所示之符號 cv表示凹部平均位置Scc上第1凸部131、132、134之底部之寬度。於此，底部之寬度 cv係定義為如下。如凸部134中所示，首先，設定凸部134之底部之輪廓上的任意之點E。繼而，設定該輪廓上之與點E不同的任意之點F。將使點E固定且使點F在該輪廓上移動之情形時，點E與點F之距離達到最大時之距離作為底部之寬度 cv。又，任意選擇10個凸部13，求出各凸部13之底部之寬度 cv，將其等算術平均，所得者即為底部之寬度之平均 cv-ave。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
●tcv
圖9中所示之符號tcv表示線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132與第1凸部134間的輪廓彼此之最短距離。亦即，符號tcv係指使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132、134於線段lcv上的距離。圖9中，(1)首先，包含凸部平均位置Scv之平面內的線段lcv橫穿複數個第1凸部131、132及134。於此，圖9中將一個第1凸部132與線段lcv之交點以A及B表示。(2)其次，圖9中將於線段lcv上使第2凸部133位於其間而與該第1凸部132鄰接之第1凸部134、與線段lcv之交點以C及D表示。(3)自一方向觀察線段lcv時，各交點係以A、B、C、D之順序排列，將該等中交點B與交點C之距離定義為tcv。又，著眼於任意5個第2凸部133，對各第2凸部133任意測定5個tcv，將該等之算術平均值、即25個之算術平均值定義為tcv-ave。於此，tcv-ave成為表示第2凸部之集合之大小的尺度，尤其是於利用掃描式電子顯微鏡觀察光學基板之剖面之情形時，tcv-ave為容易測定之距離。又，上述 觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。再者，於凸部平均位置Scv位於較第1凸部131、132、134之頂點13a之略微上方之情形時，將距離tcv及其算術平均值tcv-ave定義為以下所說明之距離Tcv或其算術平均值Tcv-ave。
●Tcv
圖9中所示之符號Tcv表示線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132之頂點13a與第1凸部134之頂點13a的最短距離。亦即，符號Tcv表示使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132、134於線段lcv上之間隔。再者，於凸部平均位置Scv位於較第1凸部131、132、134之頂點13a之略微上方之情形時，符號Tcv為通過第1凸部132之頂點13a且平行於光學基板(I)1之厚度方向之線段與線段lcv之交點(J)、與通過使第2凸部133位於其間而與第1凸部132鄰接的第1凸部134之頂點13a且平行於光學基板(I)1之厚度方向之線段與線段lcv之交點(K)的最短距離。亦即，符號Tcv係指使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132、134之頂點13a間在平行於基板本體11之面方向之面內的間隔。又，著眼於任意5個第2凸部133，對各第2凸部133任意測定5個Tcv，將該等之算術平均值、即25個之算術平均值定義為Tcv-ave。於此，Tcv-ave成為表示第2凸部之集合之大小的尺度，尤其是於利用掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡觀察光學基板(I)1之表面之情形時，Tcv-ave為容易測定之距離。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
●P
圖9中所示之P表示複數個第1凸部131、132、134中，不介隔第2凸部133而相互鄰接之2個第1凸部131、132的最短間隔。關於平均間隔Pave將於後文中詳細說明。
●第1凸部與第2凸部之區別
就第1凸部131、132、134與相比該等高度較低之第2凸部133的區別進行說明。於本實施形態之凹凸結構12中，如圖9所示，複數個凸部131~134之凸部高度hn並不均勻，而係以特定之概率存在如圖9中所示之第2凸部133般相比具有大致相同凸部高度的凸部131、132、134而言凸部高度hn較低，換言之，與平均凸部高度Have相比凸部高度hn較低的凸部(以下，稱為極小凸部)。於此，將極小凸部定義為第2凸部，將不符合極小凸部之凸部定義為第1凸部。將凸部高度hn相對於相當於凹凸結構12之凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之距離的平均凸部高度Have滿足下述式(2)之凸部定義為極小凸部。再者，是否滿足下述式(2)可藉由對光學基板之剖面的掃描式電子顯微鏡觀察、或者對光學基板(I)1之凹凸結構12的原子力顯微鏡觀察而判斷。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
式(2)0.6Have≧hn≧0
根據上述定義，第2凸部係其高度hn較平均凸部高度Have低之凸部。亦即，第2凸部既可為固定之凸部高度，亦可使複數個第2凸部之高度具有分佈。同樣地，第1凸部高度亦既可為固定，亦可使複數個第1凸部之高度具有分佈。
●光學基板(II)
以下，參照圖10，對圖8所示的本發明之第2實施形態之光學基板(II)2進行說明。如圖10所示，於光學基板(II)2之剖面中，複數個凹部231~234相互獨立地排列。於各凹部231~234之間存在凸部24，將各凹部231~234相互分離。
以下，對圖10中所示之各種符號及用語之定義進行說明。
●Scv
圖10中之符號Scv表示凸部24之凸部平均位置。凸部平均位置 Scv係指凹凸結構22之凸部24之頂點24a的面內平均位置，為與基板本體21之面方向平行之面。凸部平均位置Scv較佳為由10個頂點24a之平均而求出。凸部平均位置Scv係與第1實施形態同樣地定義。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
●Scc
圖10中所示之符號Scc表示複數個凹部231~234之凹部平均位置。凹部平均位置Scc係指凹凸結構22之凹部231~234之頂點23a的面內平均位置，為與基板本體21之面方向平行之面。凹部平均位置Scc可根據以下定義而求出。首先，於光學基板(II)2的形成有凹凸結構22之表面上，取與基板本體21之主面平行的50μm×50μm見方之區域。繼而，以相互不重疊之10μm×10μm見方之區域將該50μm×50μm見方之區域分割成25個區域。然後，自所存在的25個10μm×10μm之區域中任意選擇5個區域。此處，將所選擇的10μm×10μm見方之區域設為區域A、區域B、區域C、區域D及區域E。之後，以更高倍率觀察區域A，進行放大直至可清晰地觀察到至少100個凹部23為止。繼而，自所觀察到的凹部23中任意地選出10個凹部，求出各凹部23之深度。將自區域A測定之10個凹部23中最大之深度設為da。對區域B、區域C、區域D及區域E亦進行與區域A相同之操作，求出db、dc、dd及de。凹部平均位置Scc係較上述已說明之凸部平均位置Scv位於下方，換言之自凸部平均位置Scv朝向凹部23之底部移動相當於(da+db+dc+dd+de)/5之距離的位置。
如圖10所示，複數個凹部231~234之深度雖主要為相同深度但並不均勻，處處混合存在有深度較淺之第2凹部233。因此，凹部231~234之凹部平均位置Scc為較第1凹部231、232、234之頂點23a淺的位置。根據上述定義，該情況表示第1凹部之高度具有分佈之情形。另一方面，雖未圖示，但於第1凹部之高度具有分佈之情形時，亦有 凹部平均位置Scc位於較第1凹部231、232、234之頂點23a之略微下方的情況。又，於第1凹部之深度大致均勻或均勻之情形時，凹部平均位置Scc與第1凹部231、232、234之頂點23a大致一致或完全一致，該情況亦未圖示。
●lcc
圖10中所示之符號lcc表示由凹部平均位置Scc形成之平面上的線段。因此，線段lcc與基板本體21之面方向平行。
●Dave
圖10中所示之符號Dave表示凹部231~234之平均凹部深度。平均凹部深度Dave係凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之間的距離。亦即，為求凹部平均位置Scc時算出的(da+db+dc+dd+de)/5。
●dn
圖10中所示之符號dn表示複數個凹部231~234之凹部深度。凹部深度dn係指凸部平均位置Scv上各凹部231~234之開口部之中心23b與凹部231~234之頂點23a之間的距離。亦即，凹部深度dn係以凸部平均位置Scv作為基準之情形時各凹部231~234之深度。再者，於光學基板(II)2之厚度方向、與連結凹部231~234之開口部之中心23b與頂點23a的線段不平行之情形時，係將各凹部231~234之深度dn定義為如下。如凹部232中所示，首先，將平行於光學基板(II)2之厚度方向之線段、與某一凹部232之輪廓的交點設為Y。其次，將通過交點Y之上述線段與凸部平均位置Scv的交點設為X。使該線段在凸部平均位置Scv內於面方向上平行移動之情形時，交點X與交點Y之距離產生變化。交點X與交點Y之距離之最大值即為dn。
● cc
圖10中所示之符號 cc表示凸部平均位置Scv上第1凹部231、232、234之開口部之寬度。於此，開口部之寬度 cc係定義為如下。 如凹部234中所示，首先，設定凹部234之開口部之輪廓上的任意之點E。其次，設定該輪廓上之與點E不同的任意之點F。將使點E固定且使點F在該輪廓上移動之情形時，點E與點F之距離達到最大時之距離作為開口部之寬度 cc。又，任意選擇10個凹部23，求出各凹部23之開口部之寬度 cc，將其等算術平均，所得者即為開口部之寬度之平均 cc-ave。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
●tcc
圖10中所示之符號tcc表示線段lcc上鄰接之第1凹部232與234間的輪廓彼此之最短距離。亦即，符號tcc係指使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部於線段lcc上的距離。圖10中，(1)首先，包含凹部平均位置Scc之平面內的線段lcc橫穿複數個第1凹部231、232及234。於此，圖10中將一個第1凹部232與線段lcc之交點以A及B表示。(2)其次，圖10中將於線段lcc上使第2凹部233位於其間而與該第1凹部232鄰接之第1凹部234、與線段lcc之交點以C及D表示。(3)自一方向觀察線段lcc時，各交點係以A、B、C、D之順序排列，將該等中交點B與交點C之距離定義為tcc。又，著眼於任意5個第2凹部233，對各第2凹部233任意測定5個tcc，將該等之算術平均值、即25個之算術平均值定義為tcc-ave。於此，tcc-ave成為表示第2凹部233之集合之大小的尺度，尤其是於利用掃描式電子顯微鏡觀察光學基板(II)2之剖面之情形時，tcc-ave為容易測定之距離。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。再者，於凹部平均位置Scc位於較第1凹部231、232、234之頂點23a之略微下方的情形時，將距離tcc及其算術平均值tcc-ave定義為以下所說明之距離Tcc或其算術平均值Tcc-ave。
●Tcc
圖10中所示之符號Tcc表示線段lcc上使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部232之開口部中央部與第1凹部234之開口部中央部的最短 距離。亦即，符號Tcc係指使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部232、234於線段lcv上之間隔。再者，於凹部平均位置Scc位於較第1凹部231、232、234之頂點23a之略微下方的情形時，符號Tcc為通過第1凹部232之開口部中央部且平行於光學基板(II)2之厚度方向之線段與線段lcc之交點(L)、與通過使第2凹部233位於其間而與第1凹部232鄰接的第1凹部234之開口部中央部且平行於光學基板(II)2之厚度方向之線段與線段lcc之交點(M)的最短距離。亦即，符號Tcc係指使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部232、234之開口部中央部間在平行於基板本體21之面方向之面內的間隔。又，著眼於任意5個第2凹部233，對各第2凹部233任意測定5個Tcc，將該等之算術平均值、即25個之算術平均值定義為Tcc-ave。於此，Tcc-ave成為表示第2凹部233之集合之大小的尺度，尤其是於利用掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡觀察光學基板之表面之情形時，Tcc-ave為容易測定之距離。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
●P
圖10中所示之P為複數個第1凹部231、232、234中相互鄰接之兩者的間隔。關於平均間隔Pave將於後文中詳細說明。
●第1凹部與第2凹部之區別
就第1凹部與相比第1凹部深度較淺之第2凹部的區別進行說明。於第2實施形態之凹凸結構22中，如圖10所示，複數個凹部231~234之凹部深度dn並不均勻，而係以特定之概率存在如圖10中所示之凹部233般相比具有大致相同深度的複數個凹部231、232、234而言凹部深度dn較淺，換言之，與平均凹部深度d相比凹部深度dn較淺的凹部(以下，稱為極小凹部)。於此，將極小凹部定義為第2凹部，將不符合極小凹部之凹部定義為第1凹部。將凹部深度dn相對於相當於凹凸結構22之凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之距離的凹部平均深度Dave 滿足下述式(6)之凹部定義為極小凹部。再者，是否滿足下述式(6)可藉由對光學基板(II)2之剖面的掃描式電子顯微鏡觀察、或者對光學基板之凹凸結構22的原子力顯微鏡觀察而判斷。又，上述觀察係定義為於以下所說明之範圍內進行者。
式(6) 0.6Dave≧dn≧0
根據上述定義，第2凹部233係其深度dn較平均凹部深度Dave淺之凹部23。亦即，第2凹部233既可為固定之凹部深度，亦可使複數個第2凹部之深度具有分佈。同樣地，第1凹部231、232、234之深度亦既可為固定，亦可使複數個第1凹部之深度具有分佈。
●平均間隔Pave
其次，就上述光學基板(I)1之第1凸部131、132、134以及第2光學基板(II)2中之第1凹部231、232、234之平均間隔Pave進行說明。再者，以下之說明中，為方便起見而係例示光學基板(I)1之凸部13進行說明，但光學基板(II)2之凹部23之間隔亦同樣。
如上述已說明般，光學基板(I)1、(II)2中混合存在有複數個第1凸部131、132、134(凹部231、232、234)，與相比第1凸部131、132、134(凹部231、232、234)高度較高之(深度較淺之)第2凸部133(凹部233)。第2凸部(凹部)為上述已說明之極小凸部(凹部)。凹凸結構(I)12、(II)22之平均間隔Pave係就第1凸部13(凹部23)進行定義。
於如圖11所示般，凹凸結構12為複數個凸部13不均勻地配置，且混合存在第2凸部51的結構之情形時，將某一第1凸部A1之中心、與距離該第1凸部A1最近的第1凸部B1之中心之間的距離PA1B1定義為間隔P。但是，於如該圖11所示般複數個凸部13不均勻地配置，根據所選擇之第1凸部之不同而間隔不同之情形時，係選擇任意之複數個第1凸部A1,A2......AN，分別測定與最靠近於所選擇的各第1凸部 A1,A2......AN的第1凸部B1,B2......BN之間之間隔PA1B1、PA2B2~PANBN，將其等之算術平均值作為凹凸結構12之平均間隔Pave。亦即，定義為(PA1B1+PA2B2+......+PANBN)/N=P。再者，於圖11中，複數個凸部13係不均勻地配置，但亦可為三角格子狀、四角格子狀或六方格子狀、該等排列之格子狀數規則地變動之排列的排列。
又，於如圖12所示般，凹凸結構12為線與間隙結構(line and space structure)之情形時，第2凸部61之凸部之長度(第2凸部之長軸方向之長度)為第1凸部之長度以下。此處，即便於某一第1凸線中部分地包含第2凸線之情形時，間隔P亦定義為某一第1凸線A1之中心線、與距離該第1凸線B1最近的第1凸線B1之中心線之間的最短距離PA1B1。但是，於如該圖12所示般根據所選擇之凸線之不同而間隔不同之情形時，係選擇任意之複數個第1凸線A1,A2......AN，分別測定與鄰接於所選擇的各第1凸線A1,A2......AN之第1凸線B1,B2......BN的間隔，將其等之算術平均值作為凹凸結構12之平均間隔Pave。亦即，定義為(PA1B1+PA2B2+......+PANBN)/N=P。
再者，較佳為求上述算術平均值時選擇作為樣品的第1凸部之數N為10個。
●存在概率Z
以下，就第2凸部或第2凹部之存在概率Z進行說明。於此，當藉由實際觀察而求第2凸部或第2凹部之存在概率時，係使用上述中所說明之用語。亦即，上述中所說明之用語係於以下所說明的算出第2凸部或第2凹部之存在概率Z的測定範圍內進行定義。
1.利用掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡觀察凹凸結構，區別出第1凸部(或第1凹部，以下相同)與第2凸部(或第2凹部，以下相同)。第1凸部與第2凸部之區別係如上述中已說明般。此處，於可直接觀察光學基板之凹凸結構面側之情形時，對凹凸結構進行掃描式電子顯微 鏡觀察或原子力顯微鏡觀察，判別第2凸部。另一方面，於光學基板之凹凸結構上設置有半導體結晶層，且無法將半導體結晶層除去之情形時，對光學基板之剖面進行掃描式電子顯微鏡觀察，判別第2凸部。
2.自複數個第1凸部中任意地選出10個第1凸部，測定間隔P。所測定之10個間隔P的算術平均值為平均間隔Pave。再者，間隔P係第1凸部中不使第2凸部位於其間而相互鄰接之2個第1凸部的最短間隔。
3.自對所算出之平均間隔Pave之10倍見方之區域，即10Pave×10Pave之區域的觀察中，任意選擇5個第2凸部。於此，10Pave×10Pave之區域內一定包含經測定平均間隔Pave之區域。又，所選擇之第2凸部僅限於其輪廓全部容納於10Pave×10Pave內者。又，於平均間隔Pave較大，對10Pave×10Pave之範圍進行觀察時各凸部變得不明了而對第2凸部之選擇或Tcv(或tcv)之測定造成妨礙之情形時，可對例如5Pave×5Pave之區域進行觀察，且將4個該5Pave×5Pave之區域連結在一起，藉此觀察10Pave×10Pave之區域。對所選擇之各第2凸部任意測定5個Tcv(或tcv)。亦即，對所選擇之第2凸部分別任意測定5個Tcv(或tcv)，故而Tcv(或tcv)之測定資料總計為25個。所得之Tcv(或tcv)之25個之算術平均值為Tcv-ave(或tcv-ave)。再者，於10Pave×10Pave之區域內僅存在N個(<5)第2凸部之情形時，對所選擇之N個第2凸部任意測定5個Tcv(或tcv)。亦即，對所選擇之第2凸部分別任意測定5個Tcv(或tcv)，故而Tcv(或tcv)之測定資料總計為5×N點。所得之Tcv(或tcv)之算術平均值為Tcv-ave(或tcv-ave)。再者，tcv為線段lcv上使第2凸部位於其間而鄰接之第1凸部間的輪廓彼此之最短距離，尤其是於使用掃描式電子顯微鏡自剖面觀察光學基板時、或使用原子力顯微鏡觀察表面時有用。另一方面，Tcv為使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132、134之頂點13a間於平行於基板本體11 之面方向之面內的最短距離，於自表面觀察光學基板時使用。
4.自表面觀察光學基板之情形時，對所算出之Tcv-ave(或tcv-ave)之10倍見方之區域、即10Tcv-ave×10Tcv-ave(或10tcv-ave×10tcv-ave)之區域內存在的第1凸部之個數(N1)及第2凸部之個數(N2)計數，算出第2凸部之存在概率Z。於此，10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域內一定包含算出Tcv-ave所使用的區域。又，在10Tcv-ave×10Tcv-ave內進行計數的第1凸部及第2凸部係設定為其輪廓完全容納於10Tcv-ave×10Tcv-ave內的凸部。可以N2/(N1+N2)而算出存在概率Z。再者，於本說明書中，由於(N2/N2)/[(N1+N2)/N2]=1/[1+(N1/N2)]，故而將存在概率Z之分子統一為1而進行表示。又，於Tcv-ave較大，對10Tcv-ave×10Tcv-ave之範圍進行觀察時各凸部變得不明了而對計數第1凸部及第2凸部之個數造成妨礙之情形時，可對例如5Tcv-ave×5Tcv-ave之區域進行觀察，且將4個該5Tcv-ave×5Tcv-ave之區域連結在一起，藉此觀察10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域。
參照圖式，對上述中所說明的第2凸部之存在概率Z之算出方法進行說明。再者，以下之說明中，係以光學基板之凹凸結構包含複數個凸部之情形為代表而加以說明，但凹凸結構包含複數個凹部之情形亦同樣。圖13~15係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。圖13~15係藉由使用掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡進行觀察而獲得之像的模擬圖。
1.首先，如圖13所示般區分為第1凸部71與第2凸部72。使用掃描式電子顯微鏡之觀察中無法獲得高度方向(立體方向)之資訊，故而藉由於觀察時施以傾斜(Tilt)，可判別第1凸部71與第2凸部72。另一方面，使用原子力顯微鏡進行觀察之情形時，探針(probe)亦可檢知高度方向(立體方向)之資訊，故而可根據所獲得之像區分第1凸部71與第2凸部72。圖13中，第2凸部72係不規則地配置，但第2凸部72之配置並 不限定於此，亦可規則地配置。
2.繼而，自複數個第1凸部71中任意地選出10個第1凸部(圖13中標有編號1~10之第1凸部71)。對所選出之第1凸部71(1~10)分別測定間隔P(圖13中之P1~P10)。所測定之10個間隔P之算術平均值、即(P1+P2+......+P10)/10即平均間隔Pave。
3.如圖14所示，自對所算出之平均間隔Pave之10倍見方之區域73、即10Pave×10Pave之區域73的觀察中，任意選出5個第2凸部72。於此，10Pave×10Pave之區域73內一定包含經測定平均間隔Pave之區域。又，所選出之第2凸部72僅限於其輪廓全部容納於10Pave×10Pave之區域73內者。亦即，如圖14所示，選出平均間隔Pave所使用的區域全部可於10Pave×10Pave內觀察到，且自輪廓完全容納於10Pave×10Pave之範圍內的第2凸部中任意地選出5個第2凸部72(圖14中標有編號1~5之第2凸部72)。繼而，對所選出之第2凸部72(1~5)分別任意測定5個Tcv(或tcv)。例如，可根據藉由原子力顯微鏡觀察所得之資料而測定Tcv(或tcv)。又，亦可藉由使傾斜(Tilt)作用於掃描式電子顯微鏡觀察區分第1凸部71與第2凸部72而測定Tcv。此處，為方便起見係對Tcv進行測定。亦即，對所選出之第2凸部72(1~5)分別任意測定5個Tcv。於圖14中，係以對標有編號2之第2凸部72及標有編號5之第2凸部72測定的Tcv為代表而進行圖示。如圖14所示，各測定5個使所選出之第2凸部72位於其間而鄰接之第1凸部71之Tcv。例如，對於標有編號2之第2凸部72，測定Tcv21~Tcv25，對於標有編號5之第2凸部72，測定Tcv51~Tcv55。同樣地，對於標有編號1、3、4之第2凸部72亦各測定5個Tcv。因此，Tcv之測定資料總計為25個。所得之25個Tcv之算術平均值即Tcv-ave。
4.如圖15所示，對所算出之Tcv-ave之10倍見方之區域、即10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內存在的第1凸部之個數(N1)及第2凸部之個數 (N2)計數。此時，如圖15中所例示般，10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內一定包含算出Tcv-ave所使用之區域73。又，於10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內進行計數的第1凸部71及第2凸部72係設定為其輪廓完全容納於10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內者。於圖15中，第1凸部71之個數N1為433個，第2凸部72之個數N2為52個。因此，第2凸部72之存在概率Z可以N2/(N1+N2)=52/(52+433)=1/9.3而算出。
圖16及圖17係自凹凸結構面側觀察本實施形態之光學基板之情形的模式圖。圖16及圖17係藉由使用掃描式電子顯微鏡或原子力顯微鏡進行觀察而獲得之像的模擬圖，係與圖13~圖15中例示之凹凸結構相比，第2凸部較多且集合之情形。此時亦可根據上述中所說明之定義求出存在概率Z。
1.首先，如圖16所示般區分第1凸部71與第2凸部72。使用掃描式電子顯微鏡之觀察中無法獲得高度方向(立體方向)之資訊，故而藉由於觀察時施以傾斜(Tilt)，可判別第1凸部71與第2凸部72。另一方面，使用原子力顯微鏡進行觀察之情形時，探針(probe)亦可檢知高度方向(立體方向)之資訊，故而可根據所獲得之像區分第1凸部71與第2凸部72。圖16中，第2凸部72係不規則地配置，但第2凸部72之配置並不限定於此，亦可規則地配置。
2.繼而，自複數個第1凸部71中任意地選出10個第1凸部(圖16中標有編號1~10之第1凸部71)。對所選出之第1凸部71分別測定間隔P(圖16中之P1~P10)。所測定之10個間隔P之算術平均值、即(P1+P2+......+P10)/10即平均間隔Pave。
3.如圖17所示，自對所算出之平均間隔Pave之10倍見方之區域73、即10Pave×10Pave之區域73的觀察中，任意選出5個第2凸部。於此，10Pave×10Pave之區域73內一定包含經測定平均間隔Pave之區域。又，所選出之第2凸部72僅限於其輪廓全部容納於10Pave×10Pave 內者。亦即，如圖17所示，選出平均間隔Pave所使用的區域全部可於10Pave×10Pave內觀察到，且自輪廓完全容納於10Pave×10Pave之範圍內的第2凸部72中任意地選出5個第2凸部72(圖17中標有編號1~5之第2凸部72)。繼而，對所選出之第2凸部分別任意測定5個Tcv或tcv。例如，可根據藉由原子力顯微鏡觀察所得之資料而測定Tcv或tcv。又，亦可藉由使傾斜(Tilt)作用於掃描式電子顯微鏡觀察區分第1凸部71與第2凸部72而測定Tcv。此處，為方便起見係對Tcv進行測定。亦即，對所選擇之第2凸部72分別任意測定5個Tcv。於圖17中，係以對標有編號3之第2凸部72測定的Tcv為代表而進行圖示。如圖17所示，各測定5個使所選擇之第2凸部72位於其間而鄰接之第1凸部71之Tcv。例如，對於標有編號3之第2凸部72，係測定Tcv31~Tcv35。同樣地，對標有編號1、2、4、5之第2凸部72亦分別各測定5個Tcv。因此，Tcv之測定資料總計為25個。所得之25個Tcv之算術平均值即Tcv-ave。
4.圖18係表示自微細凹凸面側觀察本實施形態之光學基板且計數凸部之個數時所使用之區域的模式圖。如圖18所示，對所算出之Tcv-ave之10倍見方之區域74、即10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內存在的第1凸部之個數(N1)及第2凸部之個數(N2)計數。此時，如圖18中所例示般，10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內一定包含算出Tcv-ave所使用之區域73。又，於10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內進行計數的第1凸部及第2凸部係設定為其輪廓完全容納於10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74內者。圖18中，第1凸部之個數N1為2944個，第2凸部之個數N2為498個。因此，第2凸部之存在概率Z可以N2/(N1+N2)=498/(498+2944)=1/6.9而算出。尤其是於如圖18般，Tcv-ave較大，對10Tcv-ave×10Tcv-ave之範圍進行觀察時各凸部變得不明了而對計數第1凸部及第2凸部之個數造成妨礙之情形時，例如可如圖18所示對5Tcv-ave×5Tcv-ave之區域76進行觀察，且將4個5Tcv-ave×5Tcv-ave之區域 76連結在一起，藉此觀察10Tcv-ave×10Tcv-ave之區域74。
●第1實施形態之光學基板(I)
以下，使用上述符號及用語之定義，對圖7A所示的本發明之第1實施形態之光學基板(I)1之凹凸結構12的特徵進行說明。首先，凹凸結構12中，平均間隔Pave滿足下述式(1)。
式(1)50nm≦Pave≦1500nm
其原因在於，藉由使平均間隔Pave為50nm以上，光學散射性(光繞射或光散射)提高而光取出效率LEE提昇，藉由為1500nm以下，半導體發光元件之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE提昇。又，藉由使平均間隔Pave為1500nm以下，則即便第2凸部之存在概率Z較大之情形時，亦可將第2凸部之集合之大小、以及第2凸部之集合彼此之間隔保持為較大，故而可抑制半導體結晶層之特異成長，因此，可將漏電流保持為良好。
藉由使平均間隔Pave為50nm以上，第1凸部之使第2凸部位於其間之鄰接距離(Tcv、或tcv)於光學上增大。於平均間隔Pave為50nm等與波長相比充分小之情形時，自光而言凹凸結構12平均化，故而凹凸結構12作為具有平均之折射率(經平均化之折射率)的薄膜而發揮功能。亦即，自半導體發光元件之發光光考慮之情形時，於平均間隔Pave為較小之50nm左右之區域中，凹凸結構12係作為具有經平均化之折射率的薄膜(平坦膜)而進行動作，故而光學散射性(光繞射或光散射)變得非常小，因此，擾亂波導模式之效果減小。亦即，光取出效率LEE之提昇程度減小。然而，於第1實施形態之光學基板(I)1中，係第1凸部131、132、134與第2凸部133混合存在(參照圖9)。此時，可認為經平均化之折射率形成與分散於第1凸部131、132、134中的第2凸部133對應之紊亂。亦即，半導體發光元件之發光光如同存在宛如 與經平均化之折射率之分佈對應的物質般地進行動作。藉由使平均間隔Pave為50nm以上，上述之鄰接距離(Tcv、或tcv)自半導體發光元件之發光波長而言為適度之大小。亦即，上述經平均化之折射率之分佈係具有自半導體發光元件之發光波長而言適度之尺度的分佈(較平均間隔Pave大之分佈)，故而該發光光發揮出與經平均化之折射率之分佈對應之光學散射性(光散射或光繞射)，用以擾亂波導模式之模式數增加，可提昇光取出效率LEE。就進一步發揮該效果，提昇光取出效率LEE之觀點而言，平均間隔Pave較佳為100nm以上，更佳為200nm以上，最佳為250nm以上。
藉由使平均間隔Pave為1500nm以下，凹凸結構12之密度及比表面積增大。伴隨於此，可使半導體結晶層內部之位錯分散，可減低局部及宏觀之位錯密度，故而可增大內部量子效率IQE。就進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間隔Pave較佳為1000nm以下，更佳為900nm以下，最佳為800nm以下。尤其是藉由為550nm以下，可使第2凸部之集合之大小較小，因而較佳，最佳為400nm以下。又，由於比表面積較大而接觸面積增大，故而可使接觸電阻減小，提昇電子注入效率EIE。就進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間隔Pave較佳為1000nm以下，更佳為800nm以下，最佳為550nm以下。
亦即，藉由滿足上述範圍，可使半導體結晶層中之位錯分散，並且減少位錯密度，提昇內部量子效率IQE，同時藉由光學散射性(光繞射或光散射)而擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE，結果可使半導體發光元件之外部量子效率EQE提昇。或者，藉由滿足上述範圍，可隨著歐姆接觸增大而電子注入效率EIE提昇，同時藉由光學散射性(光繞射或光散射)而擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE，結果可使半導體發光元件之外部量子效率EQE提昇。
又，於第1實施形態之凹凸結構12中，如圖9所示，複數個凸部 131~134之凸部高度hn並不均勻，而係以特定之存在概率Z存在如圖9中所示之第2凸部(極小凸部)133般相比具有大致相同凸部高度的第1凸部131、132、134而言凸部高度hn較低，換言之，與平均凸部高度Have相比凸部高度hn較低之極小凸部133。亦即，第1實施形態之凹凸結構12之特徵在於：極小凸部133之凸部高度hn相對於相當於凹凸結構12之凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之距離的平均凸部高度Have滿足下述式(2)，且存在極小凸部133之存在概率Z滿足下述式(3)。
式(2)0.6Have≧hn≧0
式(3)1/10000≦Z≦1/5
藉由存在凸部高度hn滿足式(2)之極小凸部133，可於內部量子效率IQE或電子注入效率EIE之提昇得到保證之狀態下，賦予光學散射性(光繞射或光散射)。如上述已說明般，為提昇內部量子效率IQE，必需使半導體結晶層內部之位錯分散，且減低位錯密度，為此，必需使平均間隔Pave微小。另一方面，為抑制由半導體發光元件之光吸收引起之損失，提昇電子注入效率EIE，必需藉由微小之凹凸結構增大比表面積，提高歐姆接觸。然而，具有微小之平均間隔Pave的凹凸結構對於半導體發光元件之發光光而言，係近似化為具有經平均化之折射率之薄膜。因此，決定出與經平均化之折射率與半導體結晶層之折射率差對應的臨界角，形成波導模式。然而，藉由極小凸部133之存在，經平均化之折射率具有分佈。此時，半導體發光元件之發光光可如同其中存在與經平均化之折射率之分佈對應之物質般地進行動作。亦即，即便為微小之平均間隔Pave之情形時，亦可如同存在較微小之平均間隔Pave大之結構般地進行動作。又，於與半導體發光元件之發 光波長為波長同程度以上且奈米尺度的微小之凹凸結構之情形時，光繞射將波導模式擾亂。然而，認為藉由包含極小凸部133，可使光繞射之模式數增加，並且使模式中包含分散性。因此，局部而言，波導模式由光繞射擾亂，宏觀而言，光藉由光散射而取出，故而可進一步提昇光取出效率LEE。根據以上，藉由存在極小凸部133，可使半導體結晶層內部之位錯分散，並且減少位錯密度，提昇內部量子效率IQE，並且同時藉由光學散射性而擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE。又，藉由存在極小凸部133，可使比表面積增大而減低歐姆電阻，提昇電子注入效率EIE，並且同時藉由散射性而擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE。
作為極小凸部133之凸部高度hn，就進一步發揮由上述原理引起之光學散射性(光繞射或光散射)的觀點而言，較佳為滿足0.4Have≧hn，更佳為滿足0.3Have≧hn，最佳為滿足0.1Have≧hn。再者，最佳之狀態為hn為0之情形。再者，於極小凸部133之高度hn為0之情形時，判別極小凸部133與第1凸部131、132、134較為困難。此時，使用第1凸部131、132、134之平均間隔Pave，劃出3Pave×3Pave見方之範圍且使該範圍移動，將此時所觀察到的第1凸部131、132、134之個數減少時之差值部分計入極小凸部133。首先，對3Pave×3Pave內全部由第1凸部131、132、134填埋時第1凸部131、132、134之個數進行計數。此處，設為Nmax個。繼而，使3Pave×3Pave之範圍移動，對第1凸部131、132、134之數進行計數。於此，設為於3Pave×3Pave內第1凸部131、132、134係計數為Ndec個。又，設為於相同範圍內hn>0之極小凸部133係計數為N2個。此處，若Ndec+N2<Nmax，則表示存在未能計數之第2凸部。亦即，hn=0之第2凸部為Nmax-(Ndec+N2)。
認為尤其是藉由使滿足式(2)之極小凸部133之存在概率Z滿足式 (3)，則於經平均化之折射率中，薄膜內存在之紊亂(散射點數)、或者光繞射之模式數及分散性增加，可實現基於散射性賦予而引起的光取出效率LEE提昇。對於存在概率Z，就賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為滿足1/3000≦Z≦1/10，更佳為滿足1/1000≦Z≦1/10，最佳為滿足1/500≦Z≦1/10。尤其是藉由使極小凸部133之存在概率Z為1/100以下，擾亂波導模式之模式之數增大，因此擾亂波導模式之效果增大，因而較佳。最佳為1/60以下。又，若存在概率Z為1/5.5以上，則抑制半導體結晶層之特性成長之效果增強，故而可將漏電流保持為更良好。就該觀點而言，存在概率Z更佳為1/10以上。
又，於第1實施形態之光學基板(I)1中，較佳為上述距離tcv-ave相對於第1凸部之平均間隔Pave滿足1.0Pave<tcv-ave≦9.5Pave。
由於如圖9所示，距離tcv-ave係表示線段lcv上使極小凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132與凸部134間的輪廓彼此之最短距離，因此意味著存在於兩者之間的極小凸部133之大小限制為不超過最大值9.5P。
藉由使距離tcv-ave滿足上述範圍，可於基於光學散射性(光繞射或光散射)賦予而引起的光取出效率LEE之改善得到維持之狀態下，同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。藉由使距離tcv-ave大於1.0Pave，第1凸部131、132、134與極小凸部133之體積差增大。因此，經平均化之折射率之紊亂或者光繞射模式之分散性變得顯著，半導體發光元件之發光光表現出與該紊亂對應之光學散射性，可提昇光取出效率LEE。另一方面，藉由使距離tcv-ave為9.5Pave以下，可使半導體結晶層內部產生之位錯的局部密度降低，故而可提昇內部量子效率IQE。又，藉由使距離tcv-ave為9.5Pave以下，可使比表面積有效果地增大，故而歐姆電阻減小、歐姆接觸變得良好，因此電子注入效 率EIE提昇。就進一步發揮該效果之觀點而言，距離tcv-ave較佳為滿足1.0Pave≦tcv-ave≦7.5Pave。另外，距離tcv-ave為表示極小凸部133之集合之大小的尺度。此處，於極小凸部133集合，且其尺寸超過特定之值之情形時，有產生基於半導體結晶層之特異成長所致的p-n接合界面偏移的情況。此時，漏電流特性降低。若亦立足於該觀點，則距離tcv-ave較佳為滿足1.0Pave<tcv-ave≦4.5Pave，更佳為滿足1.0Pave<tcv-ave≦3.0Pave，最佳為滿足1.0Pave<tcv-ave≦1.5Pave。
又，於第1實施形態之光學基板(I)1中，較佳為極小凸部133之凸部高度hn滿足0.4Have≧hn≧0，存在概率Z滿足1/3000≦Z≦1/10，且距離tcv-ave滿足1.0Pave<tcv-ave≦4.5Pave。此時，第1凸部與極小凸部133之體積差增大，經平均化之折射率之局部紊亂、以及極小凸部133中之光學散射性(光繞射或光散射)增大，可於奈米尺度下賦予較強之散射性。同時由於存在概率Z滿足上述範圍，故而可使經平均化之折射率之薄膜中存在的散射點數或光繞射之模式數增加，從而綜合之散射性之程度提昇，因此光取出效率LEE增大。進而，由於距離tcv-ave滿足上述範圍，因此可使半導體結晶層內部之位錯分散，並且減低局部位錯密度，可發揮藉由賦予奈米結構而引起的內部量子效率IQE改善效果。又，由於距離tcv-ave滿足上述範圍，因此即便於奈米尺度之凹凸結構中比表面積亦有效果地增大，故而歐姆接觸變得良好，電子注入效率EIE提昇。亦即，可使內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇，可提高LED之外部量子效率EQE。
進而，此時就於奈米尺度下賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為極小凸部133之高度hn滿足0.1Have≧hn≧0。此時，亦由於滿足存在概率及距離tcv-ave之範圍，故而藉由於奈米尺度下增強之散射性，可提昇由綜合之光學散射性(光繞射或光散射)引起 的光取出效率LEE，並且可實現較高之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。
於第1實施形態之光學基板(I)1中，較佳為上述距離Tcv-ave相對於第1凸部131、132、134之平均間隔Pave滿足下述式(4)。
式(4)1.0Pave<Tcv-ave≦11Pave
於此，距離Tcv-ave如圖9所示般，係表示線段lcv上使極小凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132與凸部134之頂點間之最短距離，因此意味著存在於兩者之間的極小凸部133之大小限制為不超過最大值11Pave。
又，距離Tcv-ave係不受複數個凸部之側面部之梯度影響的值。於此，距離Tcv-ave之值大於距離tcv-ave之值。又，若考慮到複數個凸部之縱橫比，則距離tcv-ave之約1.15倍的值即為距離Tcv-ave，縱橫比之詳細內容將於下述中說明。因此，如上述已說明般藉由使距離tcv-ave為9.5Pave以下而發揮之效果，在距離Tcv-ave為11Pave以下之範圍內可同樣地表現。
藉由使距離Tcv-ave滿足式(4)，可於基於光學散射性(光繞射或光散射)賦予而引起的光取出效率LEE之改善得到維持之狀態下，同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。藉由使距離Tcv-ave大於1.0Pave，第1凸部與極小凸部133之體積差增大。因此，經平均化之折射率之紊亂或者光繞射模式之分散性變得顯著，半導體發光元件之發光光表現出與該紊亂對應之散射性，可提昇光取出效率LEE。另一方面，藉由使距離Tcv-ave為11Pave以下，可使半導體結晶層內部產生之位錯的局部密度降低，故而可提昇內部量子效率IQE。又，藉由使距離Tcv-ave為11Pave以下，可限制極小凸部133之集合之大小，故而可抑制半導體結晶層之特異成長。因此，可抑制p-n接合界面、更 詳細而言能帶圖中之能帶之偏移，故而可將漏電流保持為良好，可使二極體特性提昇。又，藉由使距離Tcv-ave為11Pave以下，可使比表面積有效果地增大，故而歐姆電阻減小、歐姆接觸變得良好，因此電子注入效率EIE提昇。就進一步發揮該效果之觀點而言，距離Tcv-ave較佳為滿足1.0Pave≦Tcv-ave≦9.5Pave。另外，距離Tcv-ave為表示極小凸部133之集合之大小的尺度。此處，當極小凸部133集合時，形成凸部高度較低之集合。此時，光學散射性減少。其原因在於，例如光學散射性為光繞射之情形時，光繞射強度係隨著凸部高度增高而增加。若亦立足於該觀點，則距離Tcv-ave較佳為滿足1.0Pave<Tcv-ave≦7.5Pave，更佳為滿足1.0Pave<Tcv-ave≦5.5Pave，最佳為滿足1.0Pave<Tcv-ave≦3.5Pave。
又，於第1實施形態之光學基板(I)1中，較佳為極小凸部133之凸部高度hn滿足下述式(9)，存在概率Z滿足下述式(10)，且距離Tcv-ave滿足下述式(11)。此時，藉由使極小凸部133之凸部高度hn滿足式(9)，第1凸部131、132、134與極小凸部133之體積差增大，經平均化之折射率之局部紊亂、以及極小凸部133中之光學散射性(光繞射或光散射)增大，可於奈米尺度下賦予較強之散射性。同時藉由使存在概率Z滿足式(10)，可使經平均化之折射率之薄膜中存在的散射點數或光繞射之模式數增加，從而綜合之散射性之程度提昇，因此光取出效率LEE增大。進而，藉由使距離Tcv-ave滿足式(11)，可使半導體結晶層內部之位錯分散，並且減低局部位錯密度，可發揮藉由賦予奈米結構而引起的內部量子效率IQE改善效果。又，藉由使距離Tcv-ave滿足式(11)，則即便於奈米尺度之凹凸結構中比表面積亦有效果地增大，故而歐姆接觸變得良好，電子注入效率EIE提昇。亦即，藉由同時滿足式(9)~式(11)，可使內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇，可提高LED之外部量子效率EQE。又，於同時滿 足式(9)~式(11)之情形時，可提高極小凸部133之集合之大小、以及集合之極小凸部133之分散性，因此可抑制產生特異成長之半導體結晶層彼此之接合，故而可抑制半導體結晶層中產生之裂縫狀之缺陷。藉此，p-n接合性提昇，故而可進一步抑制漏電流。
式(9)0.4Have≧hn≧0
式(10)1/3000≦Z≦1/7.5
式(11)1.0Pave<Tcv-ave≦7.5Pave
進而，此時就於奈米尺度下賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為極小凸部133之高度hn滿足下述式(12)。此時，亦由於滿足式(10)所示之存在概率Z以及式(11)所示之距離Tcv-ave之範圍，故而藉由於奈米尺度下增強之散射性，可提昇由綜合之光學散射性(光繞射或光散射)引起的光取出效率LEE，並且可實現較高之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。
式(12)0.2Have≧hn≧0
另外，縱橫比Have/ cv-ave為凹凸結構12之第1凸部131、132、134之底部之寬度之平均值 cv-ave與凸部高度之平均值Have的比率。對於縱橫比Have/ cv-ave，就增大第1凸部與極小凸部133之體積差，使經平均化之折射率之紊亂或極小凸部133中之光學散射性(光繞射或光散射)顯著，於內部量子效率IQE或電子注入效率EIE得到保證之狀態下賦予散射性，提昇外部量子效率EQE的觀點而言，較佳為0.1以上3.0以下之範圍。尤其是就更進一步發揮該效果之觀點而言，縱橫比Have/ cv-ave較佳為0.5以上2.5以下，更佳為0.5以上1.5以下，最佳 為0.5以上1.2以下。
再者，根據上述原理，為同時改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE，凹凸結構12之凸部13之形狀並無限定，可採用圓錐、圓錐之側面部具有階段性之傾斜的錐狀體、圓錐之側面部向上鼓起成凸狀的錐狀體、圓錐之底面變形的錐狀體、圓錐之底面之外形具有3個以上之彎曲點的錐狀體、圓柱、多角柱、多角椎等。尤其是就進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為凸部13之頂點13a連續且平滑地連結，即凸部13之頂部為曲率半徑大於0之角部。
又，凸部側面可為平滑，亦可於凸部側面上進而設置有其他凹凸。
又，就提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為凹凸結構12之凹部14之底部具有平坦面。此時，可將半導體結晶層之成長初期狀態保持為良好，因此可進一步發揮由凹凸結構引起的位錯分散性之效果。尤其是對於相互最靠近的凸部，藉由使各凸部之底部外緣部間之最短距離為30nm以上，可將半導體結晶層之初期成長性、尤其是成核保持為良好，故而內部量子效率IQE之改善效果增大。藉由使該距離為60nm以上，則繼成核之後之核成長變得良好，因而較佳，最佳為80nm以上。
當凹凸結構(I)12之凹部14之底部所具有之平坦面(以下，稱為「平坦面B」)、與相對於設置於凹凸結構(I)12上的第1半導體層之穩定成長面大致平行之面(以下，稱為「平行穩定成長面」)實質上平行時，凹凸結構(I)12之凹部14附近的第1半導體層之成長模式之紊亂增大，可有效果地減低第1半導體層內之位錯，故而內部量子效率IQE提昇。所謂穩定成長面，係指於進行成長之材料中成長速度最緩慢之面。眾所周知，穩定成長面通常於成長之中途以刻面(facet)之形式出現。例如，於氮化鎵系化合物半導體之情形時，M面所代表之與A軸 平行之平面即為穩定成長面。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)，係與A軸平行之平面之一。再者，根據成長條件之不同，亦有作為GaN系半導體之M面以外之平面的包含A軸之其他平面成為穩定成長面之情形。
極小凸部133可非週期性地配置，亦可週期性地配置。於非週期性地配置之情形時，經平均化之折射率產生非週期性之紊亂，波導模式擾亂為光散射。又，於極小凸部133中產生之光繞射相互增強的情況減少，光學散射性(光繞射或光散射)變強。另一方面，於週期性(例如，四方格子狀或六方格子狀)地排列之情形時，經平均化之折射率之紊亂帶有週期性，故而波導模式擾亂為與該週期性對應之光繞射。於任一情形時，藉由滿足上述中所說明之極小凸部133之高度hn、距離Tcv-ave(或距離tcv-ave)以及存在概率Z，均可提昇光取出效率LEE。雖亦根據用途之不同而不同，但於欲控制半導體發光元件之發光光之出光角之情形時等，較佳為週期性地配置極小凸部133，為藉由光學散射性(光繞射或光散射)而有效果地擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE，較佳為非週期性地配置。
●第2實施形態之光學基板(II)
以下，對圖8所示的第2實施形態之光學基板(II)2之凹凸結構(II)22的特徵進行說明。首先，對於凹部23之平均間隔Pave，就與第1實施形態之光學基板(I)1相同之效果而言，係滿足下述式(5)。
式(5)50nm≦Pave≦1500nm
又，根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，為可進一步提昇內部量子效率IQE，且將漏電流保持為良好，平均間隔Pave較佳為1000nm以下，更佳為800nm以下，更佳為550nm以下，最佳為400nm以下。又，根據與光學基板(I)1相同之理由，為提昇電子注入 效率EIE，平均間隔Pave較佳為1000nm以下，更佳為800nm以下，最佳為550nm以下。同樣地，為可進一步提昇光取出效率LEE，間隔P較佳為100nm以上，更佳為200nm以上，最佳為250nm以上。
又，於第2實施形態之凹凸結構(II)22中，如圖10所示，複數個凹部231~234之凹部深度dn並不均勻，而係以特定之概率存在如圖10中所示之第2凹部233(極小凹部)般相比具有大致相同深度的第1凹部231、232、234而言凹部深度dn較淺，換言之，與平均凹部深度Dave相比凹部深度dn較淺之極小凹部233。亦即，第2實施形態之凹凸結構(II)22之特徵在於：極小凹部233之凹部深度dn相對於相當於凹凸結構(II)22之凸部平均位置Scv與凹部平均位置Scc之距離的凹部平均深度Dave滿足下述式(6)，且存在極小凹部233之存在概率Z滿足下述式(7)。
式(6)0.6Dave≧dn≧0
式(7)1/10000≦Z≦1/5
藉由存在凹部深度dn滿足式(6)之極小凹部233，則根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，可於內部量子效率IQE或電子注入效率EIE提昇得到保證之狀態下，賦予光學散射性(光繞射或光散射)。於此，就進一步發揮光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，凹部深度dn較佳為滿足0.4Dave≧dn≧0，更佳為滿足0.3Dave≧dn≧0，最佳為滿足0.1Dave≧dn≧0。
尤其是藉由使滿足式(6)之極小凹部233之存在概率Z滿足式(7)，則根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，可實現基於光學散射性賦予而引起的光取出效率LEE提昇。於此，作為存在概率Z，就賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為滿足 1/3000≦Z≦1/10，更佳為滿足1/1000≦Z≦1/10，最佳為滿足1/500≦Z≦1/10。尤其是藉由使極小凹部233之存在概率Z為1/100以下，擾亂波導模式之模式之數增大，因此擾亂波導模式之效果增大，因而較佳。最佳為1/60以下。又，若存在概率Z為1/5.5以上，則抑制半導體結晶層之特性成長之效果增強，故而可將漏電流保持為更良好。就該觀點而言，概率Z更佳為1/10以上。
又，於第2實施形態之光學基板(II)2中，根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，上述之距離tcc-ave較佳為相對於第1凹部23之平均間隔Pave滿足1.0Pave<tcc-ave≦9.5Pave。
由於如圖10所示，距離tcc-ave係表示線段lcc上鄰接之第1凹部232與凹部234間的輪廓彼此之最短距離，因此意味著將存在於兩者之間的極小凹部233之數限制為不超過最大值9.5P。
藉由使距離tcc滿足1.0Pave<tcc-ave≦9.5Pave，則根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，可於基於光學散射性(光繞射或光散射)賦予而引起的光取出效率LEE之改善得到維持之狀態下，同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。就進一步發揮該效果之觀點而言，距離tcc-ave較佳為滿足1.0Pave≦tcc-ave≦7.5Pave。另外，距離tcc-ave為表示極小凹部233之集合之大小的尺度。此處，於極小凹部233集合，且其尺寸超過特定之值之情形時，有產生基於半導體結晶層之特異成長所致的p-n接合界面偏移的情況。此時，漏電流特性降低。若亦立足於該觀點，則距離tcc-ave較佳為滿足1.0Pave<tcc-ave≦4.5Pave，更佳為滿足1.0Pave<tcc-ave≦3.0Pave，最佳為滿足1.0Pave<tcc-ave≦1.5Pave。
又，於第2實施形態之光學基板(II)2中，較佳為極小凹部233之凹部深度dn滿足0.4Dave≧dn≧0，存在概率Z滿足1/3000≦Z≦1/10，且距離tcc-ave滿足1.0Pave<tcc-ave≦4.5Pave。此時，由於極小凹部233 之凹部深度滿足特定範圍，故而第1凹部231、232、234與極小凹部233之體積差增大，伴隨於此，經平均化之折射率之紊亂、或極小凹部233中之光學散射性(光繞射或光散射)變得顯著。因此，可於奈米尺度下賦予較強之散射性。同時，藉由使存在概率Z滿足上述範圍，可使經平均化之折射率之薄膜內存在的散射點數、或光繞射之模式數增大，從而綜合之散射性之程度提昇，因此光取出效率LEE增大。進而，藉由使距離tcc-ave滿足特定範圍，可使半導體結晶層內部之位錯分散，並且減低局部位錯密度，可發揮藉由賦予奈米結構而引起的內部量子效率IQE改善效果。亦即，可使內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇，可提高LED之外部量子效率EQE。
進而，此時就於奈米尺度下賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為極小凹部233之凹部深度dn滿足0.1Dave≧dn≧0。此時，亦由於滿足存在概率Z及距離tcc之範圍，故而藉由於奈米尺度下增強之散射性，可提昇由綜合之光學散射性(光繞射或光散射)引起的光取出效率LEE，並且可實現較高之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。
於第2實施形態之光學基板(II)2中，較佳為上述距離Tcc-ave相對於第1凹部之平均間隔Pave滿足下述式(8)。
式(8)1.0Pave<Tcc-ave≦11Pave
於此，距離Tcc-ave如圖10所示般，係表示線段lcc上使第2凹部233位於其間而鄰接之第1凹部232與凹部234之頂點部間之最短距離，因此存在於兩者之間的極小凹部233之大小限制為不超過最大值11Pave。又，距離Tcc-ave係不受複數個凹部之側面部之梯度影響的值。於此，距離Tcc-ave之值大於距離tcc-ave之值。又，若考慮到複 數個凹部之縱橫比，則距離tcc-ave之約1.15倍之值即為距離Tcc-ave，縱橫比之詳細內容將於下述中說明。因此，如上述已說明般藉由使距離tcc-ave為9.5Pave以下而發揮之效果，在距離Tcc-ave為11Pave以下之範圍內可同樣地表現。
藉由使距離Tcc-ave滿足式(8)，可於基於光學散射性(光繞射或光散射)賦予而引起的光取出效率LEE之改善得到維持之狀態下，同時改善內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。藉由使距離Tcc-ave大於1.0Pave，第1凹部231、232、234與極小凹部233之體積差增大。因此，經平均化之折射率之紊亂或者光繞射模式之分散性變得顯著，半導體發光元件之發光光表現出與該紊亂對應之光學散射性，可提昇光取出效率LEE。另一方面，藉由使距離Tcc-ave為11Pave以下，可使半導體結晶層內部產生之位錯的局部密度降低，故而可提昇內部量子效率IQE。又，藉由使距離Tcc-ave為11Pave以下，可限制極小凹部233之集合之大小，故而可抑制半導體結晶層之特異成長。因此，可抑制p-n接合界面、更詳細而言能帶圖中之能帶之偏移，故而可將漏電流保持為良好，可使二極體特性提昇。又，藉由使距離Tcc-ave為11Pave以下，可使比表面積有效果地增大，故而歐姆電阻減小、歐姆接觸變得良好，因此電子注入效率EIE提昇。就進一步發揮該效果之觀點而言，距離Tcc-ave較佳為滿足1.0Pave≦Tcc-ave≦9.5Pave。另外，距離Tcc-ave為表示極小凹部233之集合之大小的尺度。於此，當極小凹部233集合時，形成凹部深度較低之集合。此時，光學散射性減少。其原因在於，例如於光學散射性為光繞射之情形時，光繞射強度係隨著凹部深度變深而增加。若亦立足於該觀點，則距離Tcc-ave較佳為滿足1.0Pave<Tcc-ave≦7.5Pave，更佳為滿足1.0Pave<Tcc-ave≦5.5Pave，最佳為滿足1.0Pave<Tcc-ave≦3.5Pave。
又，於第2實施形態之光學基板(II)2中，較佳為極小凹部233之凹 部深度dn滿足下述式(13)，存在概率Z滿足下述式(14)，且距離Tcc-ave滿足下述式(15)。此時，藉由使極小凹部233之凹部高度dn滿足式(13)，第1凹部231、232、234與極小凹部233之體積差增大，經平均化之折射率之局部紊亂、以及極小凹部233中之光學散射性(光繞射或光散射)增大，可於奈米尺度下賦予較強之散射性。同時藉由使存在概率Z滿足式(14)，可使經平均化之折射率之薄膜中存在的散射點數或光繞射之模式數增加，從而綜合之散射性之程度提昇，因此光取出效率LEE增大。進而，藉由使距離Tcc-ave滿足式(15)，可使半導體結晶層內部之位錯分散，並且減低局部位錯密度，可發揮藉由賦予奈米結構而引起的內部量子效率IQE改善效果。又，藉由使距離Tcc-ave滿足式(15)，則即便於奈米尺度之凹凸結構中比表面積亦有效果地增大，故而歐姆接觸變得良好，電子注入效率EIE提昇。亦即，藉由同時滿足式(13)~(15)，可使內部量子效率IQE或電子注入效率EIE與光取出效率LEE同時提昇，可提高LED之外部量子效率EQE。又，於同時滿足式(13)~式(15)之情形時，可提高極小凹部233之集合之大小、以及集合之極小凹部233之分散性，因此可抑制產生特異成長之半導體結晶層彼此之接合，故而可抑制半導體結晶層中產生之裂縫狀之缺陷。藉此，p-n接合性提昇，故而可進一步抑制漏電流。
式(13)0.4Dave≧dn≧0
式(14)1/3000≦Z≦1/7.5
式(15)1.0Pave<Tcc-ave≦7.5Pave
進而，此時就於奈米尺度下賦予光學散射性(光繞射或光散射)之觀點而言，較佳為極小凹部233之深度dn滿足下述式(16)。此時，亦 由於滿足式(14)所示之存在概率Z以及式(15)所示之距離Tcc-ave之範圍，故而藉由於奈米尺度下增強之散射性，可提昇由綜合之光學散射性(光繞射或光散射)引起的光取出效率LEE，並且可實現較高之內部量子效率IQE或電子注入效率EIE。
式(16)0.2Dave≧dn≧0
另外，第1凹部231、232、234之縱橫比Dave/ cc-ave為凹凸結構(II)22之第1凹部231、232、234之開口部之平均寬度 cc-ave與凹部平均深度Dave的比率。對於縱橫比Dave/ cc-ave，根據與第1實施形態之光學基板(I)1相同之理由，較佳為0.1以上3.0以下之範圍。尤其是就更進一步發揮該效果之觀點而言，縱橫比Dave/ cc-ave較佳為0.5以上2.5以下，更佳為0.5以上1.5以下，最佳為0.5以上1.2以下。
再者，根據上述原理，為同時改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE，凹凸結構(II)22之凹部23之形狀並無限定，可採用圓錐、圓錐之側面部具有階段性之傾斜的錐狀體、圓錐之側面部向上鼓起成凸狀的錐狀體、圓錐之底面變形的錐狀體、圓錐之底面之外形具有3個以上之彎曲點的錐狀體、圓柱、多角柱、多角椎等。尤其是就進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為於凸部24之頂部具有平坦面，且凹部23之頂點之曲率半徑大於0的凹凸結構(II)22，及凸部24之頂點24a連續且平滑地連結，並且於凹部23之底部具有平坦面的凹凸結構(II)22之任一者。
又，凹部側面可為平滑，亦可於凹部側面上進而設置有其他凹凸。又，凹部23之底部較佳為具有平坦面。尤其是關於凹部23之底部之平坦面的面積，若將面積轉換成圓之面積時，該圓之直徑為30nm以上，則可將半導體結晶層之初期成長性保持為良好，故而內部量子效率IQE之改善效果增大。就相同之觀點而言，該直徑更佳為60nm 以上，最佳為80nm以上。
當凹凸結構(II)22之凹部23之底部所具有之平坦面、或凸部24之頂部所具有之平坦面(以下，稱為「平坦面B」)，與相對於設置於凹凸結構(II)22上的第1半導體層之穩定成長面大致平行之面(以下，稱為「平行穩定成長面」)平行時，凹凸結構(II)22之凹部23附近的第1半導體層之成長模式之紊亂增大，可有效果地減低第1半導體層內之位錯，故而內部量子效率IQE提昇。所謂穩定成長面，係指於進行成長之材料中成長速度最緩慢之面。眾所周知，穩定成長面通常於成長之中途以刻面之形式出現。例如，於氮化鎵系化合物半導體之情形時，M面所代表之與A軸平行之平面即為穩定成長面。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)，係與A軸平行之平面之一。再者，根據成長條件之不同，亦有作為GaN系半導體之M面以外之平面的包含A軸之其他平面成為穩定成長面之情形。
根據與光學基板(I)1相同之理由，極小凹部233可非週期性地配置，亦可週期性地配置。
於以上所說明的第1實施形態之光學基板(I)1及第2實施形態之光學基板(II)2中，係於光學基板(I)1、(II)2之表面之一部分或整個面上配置上述中所說明之凹凸結構(I)12、(II)22。於此，所謂一部分或整個面係如下所述。
上述實施形態之光學基板(I)1、(II)2係於光學基板之表面之一部分或整個面上具備上述中所說明之本實施形態之凹凸結構。即，既可光學基板之整個表面由上述中所說明之凹凸結構覆蓋，亦可於光學基板之表面之一部分上設置上述中所說明之凹凸結構。以下之說明中，將上述中所說明之凹凸結構記載為凹凸結構G，將不符合上述中所說明之凹凸結構的凹凸結構記載為凹凸結構B。
光學基板(I)1、(II)2於至少一部分上具有凹凸結構G。亦即，光學基板之表面可由凹凸結構G將整個面覆蓋，亦可覆蓋一部分。於此，將未由凹凸結構G覆蓋之區域稱為「非G區域」。於此，非G區域係包含凹凸結構B及/或平坦部。即便在光學基板之表面之一部分設置有非G區域之情形時，由於可於由凹凸結構G覆蓋之區域中表現出上述中所說明之效果，故而可同時改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE，並且可抑制漏電流。
(α)關於設置於光學基板之表面的凹凸結構G，當使用平均間隔Pave時，若將該凹凸結構G至少設置於具有10Pave×10Pave之面積的區域內，則可發揮上述中所說明之效果，因而較佳。亦即，例如於使用掃描式電子顯微鏡觀察光學基板之表面之情形時，只要具有10Pave×10Pave之面積的區域內包含凹凸結構G即可。尤佳為填滿具有10Pave×10Pave之面積之區域內的凹凸結構G之總和滿足以下所說明之凹凸結構G之比例或大小。亦即，可使具有10Pave×10Pave之面積的範圍內包含凹凸結構G，且設置複數個此種範圍。尤其是藉由填滿20Pave×20Pave以上、更佳為25Pave×25Pave以上，則利用凹凸結構G擾亂半導體結晶層之成長模式的效果以及增強光學散射性之效果變得更顯著，因而較佳。此時亦較佳為凹凸結構G之總和滿足以下所說明之凹凸結構G之比例或大小。進而，藉由使具有50Pave×50Pave以上、更佳為75Pave×7PaveP以上之面積的區域包含凹凸結構G，則與由凹凸結構G覆蓋之區域鄰接之非G區域中的內部量子效率IQE及光取出效率LEE亦可得到改善，因而較佳。隨著達到100Pave×100Pave以上、150Pave×150Pave以上、繼而450Pave×450Pave以上，該效果可得到進一步發揮。於該等情形時，亦較佳為凹凸結構G之總和滿足以下所說明之凹凸結構G之比例或大小。
(β)於由凹凸結構G覆蓋之區域之中設置非G區域之情形時，非G 區域之比例較佳為相對於凹凸結構G為1/5以下。藉此，可發揮凹凸結構G之效果。就進一步發揮同樣之效果之觀點而言，更佳為1/10以下，進而更佳為1/25以下，最佳為1/50以下。再者，藉由滿足1/100以下，可進一步提昇內部量子效率IQE之改善效果。尤其是藉由滿足1/500以下、更佳為1/1000以下，自半導體發光元件內部射出之發光光之均勻性提昇，因而較佳。就相同之觀點而言，較佳為1/10000以下，更佳為1/100000以下，更佳為1/1000000以下。再者，下限值並無限定，下限值越小，換言之越漸近於0，則凹凸結構G之效果變得越顯著，因而較佳。
(γ)凹凸結構G相對於光學基板之表面之比例亦取決於半導體發光元件之外形及其大小，但若為0.002%以上，則凹凸結構G中可發揮上述已說明之效果，因而較佳。尤其是藉由使光學基板具備0.02%以上、更佳為0.2%以上之凹凸結構G，半導體結晶層內之位錯之分散性提高，故而內部量子效率IQE之均勻性提高。進而，光學散射點變得分散，因此光取出效率LEE之均勻性提高。伴隨於此，非G區域之內部量子效率IQE及光取出效率LEE提高，因而較佳。進而，藉由使光學基板包含2.3%以上、更佳為10%以上之凹凸結構G，可進一步發揮上述效果。又，於20%以上之情形時，於光學基板上成膜形成的半導體結晶層之面內均勻性提昇，因此獲得內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇之半導體發光元件的產率提昇。就進一步發揮該效果之觀點而言，較佳為包含30%以上之凹凸結構G，更佳為包含40%以上之凹凸結構G，最佳為包含50%以上之凹凸結構G。又，於包含60%以上之凹凸結構G之情形時，凹凸結構G之效果對非G區域之波及性提昇。亦即，由於藉由凹凸結構G而位錯減低之半導體結晶層向非G區域中波及，故而非G區域之內部量子效率IQE之提昇程度亦增大。另一方面，由於凹凸結構G與非G區域之界面之分散度提高，因此該界 面中之光學散射性增強。藉此，非G區域之光取出效率LEE亦提昇。就進一步發揮上述效果之觀點而言，較佳為包含70%以上之凹凸結構G，更佳為包含80%以上之凹凸結構G，最佳為包含90%以上之凹凸結構G。再者，於包含100%之凹凸結構G之情形時，換言之光學基板之表面完全由凹凸結構G填埋之情形時，半導體結晶層之成長性於光學基板之面內變得均勻，因此可促進內部量子效率IQE及光取出效率LEE之提昇程度之均勻化。亦即，半導體發光元件之性能分佈曲線變得更尖銳。
(δ)對將光學基板用作LED用基板之情形進行說明。於此，光學基板之表面所包含的凹凸結構G較佳為0.0025×10-6m2以上。藉由滿足該範圍，則作為LED晶片而言發光功率增大。其雖然亦受LED晶片之大小及外形之影響，但可根據於LED晶片內波導之發光光與凹凸結構G之衝突概率而判斷。又，滿足該範圍之情形時，於凹凸結構G上成膜形成的半導體結晶層之初期成長性變得良好。亦即，可藉由凹凸結構G而使半導體結晶層之成核及核成長之速度降低，因此位錯減低，內部量子效率IQE提昇。就進一步發揮上述效果之觀點而言，光學基板之表面所包含的凹凸結構G較佳為0.01×10-6m2以上，更佳為0.04×10-6m2以上，最佳為0.09×10-6m2以上。進而，藉由為0.9×10-6m2以上，形成於光學基板上的半導體結晶層之面內均勻性提昇，因此獲得內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇之半導體發光元件的產率提昇。就進一步發揮上述效果之觀點而言，更佳為9×10-6m2以上，最佳為90×10-6m2以上。再者，藉由為900×10-6m2以上、更佳為1.8×10-3m2以上，凹凸結構G之效果對非G區域之波及性提昇。亦即，由於藉由凹凸結構G而位錯減低之半導體結晶層向非G區域中波及，故而非G區域之內部量子效率IQE之提昇程度亦增大。另一方面，由於凹凸結構G與非G區域之界面之分散度提高，因此該界面中 之光學散射性增強。藉此，非G區域之光取出效率LEE亦提昇。尤其是藉由為3.6×10-3m2以上、更佳為7.5×10-3m2以上，則即便使用LED用基板之外緣部之情形時，亦可獲得良好之LED。藉由於光學基板之表面上設置1個以上之滿足上述所說明之凹凸結構G之大小的凹凸結構G，可獲得可製造高效率之LED的LED用基板。再者，亦可將滿足上述中所說明之凹凸結構G之大小的凹凸結構G設置複數個。此時，至少1個凹凸結構G滿足上述大小。尤佳為相對於凹凸結構G之個數的50%以上滿足上述大小之範圍，最佳為100%滿足上述大小之範圍。
凹凸結構G與非G區域之配置關係只要滿足上述內容則並無特別限定，例如可列舉以下之關係。考慮到凹凸結構G及非G區域時，凹凸結構G與非G區域之配置關係可列舉以下所說明之配置。再者，凹凸結構G係指滿足上述中所說明之α、β、γ、δ中之1項以上的凹凸結構G之集合，即凹凸結構G區域。又，如圖19所示般於凹凸結構G區域501內設置有非G區域502之情形時，非G區域502只要滿足上述β中所說明之比例，則其形狀、規則性或非規則性並無限定。圖19係表示本實施形態之光學基板中之凹凸結構G與非G區域之關係的說明圖。圖19A及圖19B中，於凹凸結構G區域501中配置有複數個輪廓為不定形之非G區域502。圖19C中，於凹凸結構G區域501中設置有格子狀之非G區域502。又，圖19D中，於凹凸結構G區域501中，形成有複數個大致圓形之非G區域502。
由凹凸結構G區域501形成之輪廓形狀並無特別限定。亦即，凹凸結構G區域501與非G區域502之界面形狀並無限定。因此，凹凸結構G區域501與非G區域502之界面形狀例如可列舉n角形(n≧3)、非n角形(n≧3)或格子狀、線狀等。n角形可為正n角形，亦可為非正n角形。
圖20係表示本實施形態之光學基板中由凹凸結構G區域形成之輪 廓形狀的模式圖。例如，若以四角形為代表，則可列舉正四角形(正方形)、長方形、平行四邊形、梯形、以及該等四角形之1組以上之相對向之邊並不平行之形狀。進而，n角形(n≧3)中，當n為4以上時，包括如圖20A至圖20D所示之形狀。圖20A為四角形，圖20B為六角形，圖20C為八角形，圖20D為十二角形。非n角形係包含曲率半徑大於0之角部的結構，例如圓、橢圓、上述中所說明之上述n角形之角帶有圓度的形狀(上述n角形之角之曲率半徑大於0的形狀)、或包含帶有圓度之角(曲率半徑大於0之部位)的上述中所說明之n角形(n≧3)。因此，例如包括圖20E至圖20H所例示之形狀。再者，非G區域之輪廓形狀可採用上述中所說明之凹凸結構G之集合之輪廓形狀中列舉的形狀。
首先，可列舉凹凸結構G區域501由非G區域502包圍、或夾持之狀態。圖21係表示自表面觀察本實施形態之光學基板之狀態的平面模式圖。圖21A~圖21F中示出凹凸結構G區域501由非G區域502包圍之狀態。如圖21A所示，可於光學基板500之表面設置凹凸結構G區域501，且其外側包含非G區域502。該凹凸結構G區域501較佳為滿足上述中所說明之比率。又，該凹凸結構G區域501較佳為滿足上述已說明之大小。如圖21B或圖21C，亦可於光學基板之表面相互離開地配置複數個凹凸結構G區域501，且將凹凸結構G區域501彼此之間以及凹凸結構G區域501之外側由非G區域502填滿。此時，較佳為相對於凹凸結構G之合計面積滿足上述中所說明之比率。又，較佳為至少1個凹凸結構G滿足上述已說明之大小，更佳為全部凹凸結構G滿足上述已說明之大小。又，於設置複數個凹凸結構G之情形時，凹凸結構G區域501可如圖21C般規則地配置，亦可如圖21D般不規則地配置。作為規則配置，可列舉：四方排列、六方排列、該等排列沿一軸方向延伸之排列、或該等排列沿二軸方向延伸之排列等。進而，凹凸結構 G區域501之輪廓形狀於圖21A至圖21D中係記載為圓狀，但亦可如圖21E中所示般採用不定形之形狀。例如，作為凹凸結構G區域501之外形，可列舉n角形(n≧3)、角變圓之n角形(n≧3)、圓、橢圓、線狀、星狀、格子狀等形狀。又，亦可如圖21F所示般，凹凸結構G區域501由非G區域502包圍，其外周由凹凸結構G區域501包圍，進而其外周由非G區域502包圍。再者，圖21A至圖21D中，係將凹凸結構G區域501記載為圓狀，但由凹凸結構G區域501形成之輪廓形狀亦可採用參照圖20而說明之形狀。
圖22係表示自表面觀察本實施形態之光學基板之狀態的平面模式圖。圖22中示出凹凸結構G區域501由非G區域502夾持之情形。如圖22A及圖22B所示，可於光學基板500之表面設置凹凸結構G區域501，且其外側包含非G區域502。該凹凸結構G較佳為滿足上述中所說明之比率。又，較佳為滿足上述已說明之大小。如圖22C般，亦可於光學基板500之表面相互離開地配置複數個凹凸結構G區域501，且將凹凸結構G區域501彼此之間以及凹凸結構G區域501之外側由非G區域502填滿。此時，較佳為相對於凹凸結構G之合計面積滿足上述中所說明之比率。又，較佳為至少1個凹凸結構G滿足上述已說明之大小，更佳為全部凹凸結構G滿足上述已說明之大小。又，如圖22D般，亦可為以使凹凸結構G區域501內包非G區域502之方式連續地設置之配置。此時，較佳為相對於凹凸結構G之面積滿足上述中所說明之比率。又，較佳為凹凸結構G滿足上述已說明之大小。又，凹凸結構G區域501與非G區域502之界面形狀可為直線狀，亦可如圖22E所示般彎曲。作為凹凸結構G區域501之形狀，可列舉線狀、格子狀、網格狀等。又，亦可如圖22F所示般，凹凸結構G區域501由非G區域502夾持，其外周由凹凸結構G區域501夾持，進而其外周由非G區域502夾持。再者，圖22中係以線狀或大致線狀記載由凹凸結構G區域501 形成之輪廓線，但亦可採用參照圖20而說明之形狀。
於設置複數個上述中所說明之凹凸結構G區域501之情形時，各凹凸結構G區域501與非G區域502之界面形狀可為單一形狀，亦可各凹凸結構G區域501分別不同。
又，上述中所說明的凹凸結構G區域501與非G區域502之配置關係中，可使凹凸結構G區域501由非G區域502包圍之情形、與凹凸結構G區域501由非G區域502夾持之情形混合存在。
又，當如圖21F及圖22F所示般，於第1凹凸結構G區域501(G1)之外側設置非G區域502，進而於其外側設置第2凹凸結構G區域501(G2)，進而於其外側設置非G區域502時，第2凹凸結構G區域501(G2)亦可不連續。
非G區域可包含凹凸結構B，亦可包含平坦部，亦可包含凹凸結構B及平坦部。
又，凹凸結構G可為第1實施形態之凹凸結構(I)12及第2實施形態之凹凸結構(II)22。又，凹凸結構B可為以下所說明之第3實施形態之凹凸結構(III)或/及第4實施形態之凹凸結構(IV)。
又，上述說明中，係將光學基板500之外形全部描繪為長方形，但是光學基板500之外形並不限定於此，可採用圓形、包含具有圓之曲率之弧及直線的形狀、n角形(n≧3)、非n角形(n≧3)或格子狀、線狀等。n角形可為正n角形，亦可為非正n角形。例如，若以四角形為代表，則可列舉正四角形(正方形)、長方形、平行四邊形、梯形、以及該等四角形之1組以上之相對向之邊並不平行之形狀。進而，n角形(n≧3)中，當n為4以上時，包括如圖20A至圖20D所示之形狀。圖20A為四角形，圖20B為六角形，圖20C為八角形，圖20D為十二角形。非n角形係無角之結構，例如圓、橢圓、上述中所說明之上述n角形之角帶有圓度之形狀(n角形之角之曲率半徑大於0之形狀)、或包含帶有圓 度之角(曲率半徑大於0之角部)的上述中所說明之n角形(n≧3)。因此，例如包括圖20F至圖20H中例示之形狀。其中，較佳為採用線對稱之形狀。
以下，就圖7A所示之第1實施形態之光學基板(I)1中的基板本體11及凹凸結構(I)12之材質及加工方法、暨使用其之半導體元件進行說明。除特別說明之外，第2實施形態之光學基板(II)2亦相同。
首先，光學基板(I)1中，基板本體11及凹凸結構(I)12可由相同材料構成，亦可由不同材料構成。又，可直接加工基板本體11而設置凹凸結構(I)12，亦可於基板本體11上另行設置凹凸結構(I)12之層。於基板本體11上另行設置凹凸結構(I)12之層之情形時，可採用以下方法：於基板本體11上形成特定之層，直接加工所形成之層；或於基板本體11上以形成凹凸結構(I)12之方式使其他層成長；於基板本體11上以形成凹凸結構(I)12之方式藉由轉印而賦予凹凸結構(I)12。
作為藉由加工而設置凹凸結構(I)12之方法，可列舉：電子束描繪法(EB法)、使用感光性抗蝕劑之光微影法、使用感熱性抗蝕劑之熱微影法、干涉曝光法、奈米壓印微影法、或經由藉由自組織而製作之遮罩進行加工的方法、以奈米微粒子作為遮罩而進行加工的方法、利用表面具備於凹凸結構之凹部內部內包有遮罩層之凹凸結構的模具而無需進行殘膜處理之奈米壓印微影等。
作為如圖7B所示般於基板本體11上另行設置凹凸結構(I)12之方法，例如可列舉：奈米壓印法、巨觀層分離法、微層分離法、交替積層法、塗佈微粒子或微粒子與有機物之混合物(旋塗法、浸塗法等)之方法。又，亦可使用下述方法：利用真空成膜法(蒸鍍法或濺鍍法、MOCVD法等)或濕式法(澆鑄法或旋塗法等)將金屬、金屬氧化物、AlN、旋塗碳(Spin On Carbon)、旋塗玻璃、SiC等成膜，對成膜形成之層應用電子束描繪法(EB法)、使用感光性抗蝕劑之光微影法、使用 感熱性抗蝕劑之熱微影法、奈米壓印微影法、或利用表面具備於凹凸結構之凹部內部內包有遮罩層之凹凸結構的模具而無需進行殘膜處理之奈米壓印微影法等。又，亦可使用下述等方法：於基板本體11上預先形成樹脂等之凹凸結構且對殘膜進行處理後，藉由真空成膜法(蒸鍍法或濺鍍法、MOCVD法等)或濕式法(澆鑄法或旋塗法等)將金屬、金屬氧化物、AlN、旋塗碳、旋塗玻璃、SiC等埋入於凹部中，之後剝離樹脂層。
於本實施形態之光學基板(I)1、(II)2中，對於基板本體之材質，只要是可用作半導體發光元件用基材者則並無特別限制。例如，可使用以下基材：藍寶石、SiC、SiN、GaN、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、GaP、GaAs等。其中，就與半導體層之晶格匹配之觀點而言，較佳為應用藍寶石、GaN、GaP、GaAs、SiC基材等。進而，基材可以單獨體使用，亦可為於使用該等之基板本體11、21上設置有其他基材的異質結構之基板。又，基板本體11之結晶面可適宜選擇適合於半導體發光元件之結晶面。例如，若為藍寶石基板，則可採用以c面、m面或a面為代表之結晶面以及對該等面形成偏離角(off angle)所成之面。
又，於使用本實施形態之光學基板(I)1、(II)2之半導體發光元件中，對於P型半導體層之材質，只要是可用作適合於LED之p型半導體層者則並無特別限制。例如，可應用於矽、鍺等之元素半導體，以及III-V族、II-VI族、VI-VI族等之化合物半導體中適宜摻雜各種元素而成者。
於使用本實施形態之光學基板(I)1、(II)2之半導體發光元件中，對於透明導電膜之材質，只要是可用作適合於LED之透明導電膜者則 並無特別限制。例如，可應用Ni/Au電極等之金屬薄膜，或ITO、ZnO、In2O3、SnO2、IZO、IGZO等之導電性氧化物膜等。尤其是就透明性、導電性之觀點而言，較佳為ITO。
於光學基板(I)1、(II)2上另行形成凹凸結構(I)12、(II)22之層之情形時，凹凸結構(I)12、(II)22之材質只要是可用作半導體發光元件者則並無特別限制。例如，可使用：無機微粒子(金屬微粒子、金屬氧化物微粒子)、無機填料、金屬醇鹽、或由矽烷偶合材料所代表之金屬醇鹽、AlN、SiC、旋塗玻璃、旋塗碳、GaN、氮化物半導體、AlN、GaAsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP等。
其中，作為半導體發光元件而言更佳之狀態為：基板本體11、21與凹凸結構(I)12、(II)22為相同材料，且基板本體11、21為藍寶石、SiC或氮化物半導體之情形；或基板本體11、21為藍寶石、SiC或氮化物半導體，凹凸結構(I)12、(II)22為氮化物半導體之情形。
以下，對使用第1實施形態之光學基板(I)1之半導體發光元件進行說明。
本實施形態之半導體發光元件之構成中包含至少一個以上之上述本實施形態之光學基板(I)1、光學基板(II)2。藉由將本實施形態之光學基板納入於構成中，可實現內部量子效率IQE之提昇、電子注入效率EIE之提昇、及光取出效率LEE之提昇。進而可抑制漏電流。
本實施形態之半導體發光元件例如於基板主面上包含積層半導體層，該積層半導體層係將至少2層以上之半導體層與發光層積層而構成。並且，積層半導體層包含凹凸結構層，該凹凸結構層係包含由自最表面半導體層主面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部構成的點，且該凹凸結構層相當於上述實施形態之光學基板(I)1、光學基板(II)2之凹凸結構。積層半導體層係如使用圖1~圖3所說明般。
本實施形態之半導體發光元件中，作為n型半導體層，只要是可用作適合於LED之n型半導體層者則並無特別限制。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宜摻雜各種元素而成者。又，可於n型半導體層、p型半導體層中適宜設置未圖示之n型覆蓋層、p型覆蓋層。
作為發光半導體層，只要是製成LED具有發光特性者則並無特別限定。例如，發光半導體層可應用AsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等之半導體層。又，亦可於發光半導體層中適宜地根據特性而摻雜各種元素。
又，於光學基板之凹凸結構面上依序設置n型半導體層、發光半導體層及p型半導體層時，亦可於光學基板之凹凸結構面上設置低溫成長緩衝層(例如AlxGa1-xN，0≦x≦1)。又，亦可於低溫成長緩衝層上設置非摻雜之半導體層(例如，非摻雜GaN)。亦即，上述說明中所使用之n型半導體層係亦包含低溫成長緩衝層及非摻雜半導體層者。
該等之積層半導體層(n型半導體層、發光半導體層、及p型半導體層)可利用公知之技術而於光學基板表面製膜。例如，製膜方法可應用金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)、氫化物氣相成長法(HVPE)、分子束磊晶成長法(MBE)等。
又，本發明之半導體發光元件可以使用圖1~圖3所說明的結構作為基本結構，且進而於抑制全反射之界面另行設置凹凸結構。另行設置之凹凸結構只要不對半導體發光元件之內部量子效率IQE、光取出效率LEE、電子注入效率EIE造成不良影響則並無限定。例如，就增強散射性，進一步提昇光取出效率LEE之觀點而言，另行設置之凹凸結構之平均間隔較佳為半導體發光元件之發光波長之50倍以上。此時，可利用作為光學現象之光散射性。又，欲同時實現向特定出光方向射出光與提昇光取出效率LEE之情形時，另行設置之凹凸結構之平 均間隔較佳為半導體發光元件之發光波長之0.8倍以上且未達50倍。此時，可利用作為光學現象之光繞射。又，就提昇光取出效率，並且將另行設置之凹凸結構之製作時間縮短的觀點而言，另行設置之凹凸結構之平均間隔較佳為半導體發光元件之發光波長之0.8倍以下。此時，為進一步提昇光取出效率，較佳為滿足本發明之凹凸結構。
其次，就第1實施形態之光學基板(I)1之製造方法進行說明。再者，以下所示之製造方法僅為一例，光學基板(I)1之製造方法並不限定於此。
圖23係表示光學基板(I)1之製造方法之一例的模式圖。首先，製作於表面將熱反應性抗蝕劑(抗蝕劑層)均勻地成膜之圓筒形模具31。繼而，於使該圓筒形模具31旋轉之狀態下，一面自雷射照射部32對圓筒形模具31表面照射脈衝雷射，一面朝向圓筒形模具31之筒軸方向進行掃描。根據圓筒形模具31之轉速及脈衝雷射之脈衝頻率，於旋轉方向上之圓筒形模具31之外周面的抗蝕劑層上以任意間隔記錄圖案33。於此，可藉由將照射x個脈衝後不照射y個脈衝的操作設定為1個週期，或將以功率q照射x個脈衝後以功率r照射y個脈衝的操作設定為1個週期，或者對於以某一脈衝頻率照射之雷射光，進行使之不無規地產生脈衝、或使脈衝之能量產生變化之操作，而任意地設定光學基板(I)1、光學基板(II)2之距離Tcv-ave或tcv-ave或者距離Tcc-ave或tcc-ave、以及凸部高度hn或凹部深度dn、及圖9及圖10所示之極小凸部133或極小凹部233之存在概率Z。由於脈衝雷射係沿圓筒形模具31之筒軸方向進行掃描，故而若圓筒形模具31自任意之位置旋轉一周，則雷射照射部32沿筒軸方向偏移。
將以上述方式獲得之圖案33轉印至基板本體11上之方法並無特別限定，例如可使用奈米壓印微影法。進行該奈米壓印微影法之情形時，亦可藉由利用表面具備於凹凸結構之凹部內部內包有遮罩層之凹 凸結構的模具，而無需進行殘膜處理。
使用奈米壓印微影法之情形時，自包含以上述方式獲得之圖案33之圓筒形模具31將圖案33(凹凸結構)轉印至膜上而製作樹脂模具。繼而，使用所獲得之樹脂模具作為鑄模，利用奈米壓印微影法加工基板本體11，藉此可製造光學基板(I)1。利用該方法，可提高模具之利用效率，吸收基板本體11之平坦性。
自圓筒形模具31將圖案33轉印至樹脂模具上之方法並無特別限定，例如可應用直接奈米壓印法。直接奈米壓印法可列舉熱奈米壓印法、或光奈米壓印法等。
於熱奈米壓印法中，係一面以特定溫度加熱，一面向圓筒形模具31內部填充熱硬化性樹脂，使圓筒形模具31冷卻後，將硬化之熱硬化性樹脂脫模，藉此可獲得膜狀或捲筒狀之樹脂模具。又，於光奈米壓印法中，係對填充於圓筒形模具31內部之光硬化性樹脂照射特定波長之光，使光硬化性樹脂硬化，然後將硬化之光硬化性樹脂自圓筒形模具31脫模，藉此可獲得膜狀或捲筒狀之樹脂模具。
又，樹脂模具法容易反覆進行轉印，因而較佳。此處之「反覆轉印」，係表示以下情況中之一者或兩者：(1)由具有凸凹圖案形狀之樹脂模具(+)，製造複數個轉印反轉之凹凸圖案轉印物；或者(2)尤其是於使用硬化性樹脂組成物作為轉印劑之情形時，由樹脂模具(+)獲得反轉之轉印體(-)，繼而將轉印體(-)作為樹脂模具(-)，獲得反轉轉印之轉印體(+)，以A/B/A/B/....../(A表示凸凹圖案形狀，B表示凹凸圖案形狀)之方式反覆進行圖案反轉轉印。
進而，亦可列舉下述方法：對上述所獲得之樹脂模具藉由以Ni為代表之電鑄而製作平板狀電鑄模具，使用該平板狀電鑄模具利用奈米壓印微影法而形成圖案。於形成電鑄模具之情形時，可延長成為母模之圓筒形模具31之壽命，於此方面而言較佳。進而，亦可將所獲得 之電鑄模具加工成圓筒狀，且對圓筒狀電鑄模具進行上述中所說明的獲得樹脂模具之操作，藉此製造樹脂模具。
作為使用上述所獲得之樹脂模具，藉由奈米壓印微影法加工基板本體11之方法，例如可列舉以下方法。
首先，於基板本體11上形成抗蝕劑層。繼而，將樹脂模具之凹凸結構面側按壓至抗蝕劑層上。或者，於樹脂模具之凹凸結構面上成膜形成抗蝕劑層，將成膜形成之抗蝕劑層貼附、按壓至基板本體11上。於按壓狀態下，對抗蝕劑層照射以UV光(ultraviolet，紫外光)為代表之能量線，使抗蝕劑層硬化。繼而，自基板本體11剝離樹脂模具，獲得轉印有凹凸結構之抗蝕劑層/基板本體11之積層體。然後，自抗蝕劑層面側除去積層體之抗蝕劑層之殘膜。例如，可藉由使用氧氣之蝕刻法將殘膜除去。作為使用氧氣之蝕刻，可列舉使用氧電漿之蝕刻，可藉由氧灰化或ICP-RIE(Inductively coupled plasma reactive ion etching，感應耦合電漿反應性離子蝕刻)而進行。之後，以基板本體11上所形成之抗蝕劑圖案作為遮罩，藉由蝕刻法加工基板本體11。
對於蝕刻方法，只要可以抗蝕劑層作為遮罩而於基板本體11上形成凹凸則並無特別限定，可應用濕式蝕刻、乾式蝕刻等。尤其是乾式蝕刻法可將基板本體11之凹凸形成得較深，因而較佳。乾式蝕刻法中，又以各向異性乾式蝕刻為佳，較佳為ICP-RIE或ECM-RIE。作為乾式蝕刻所使用之反應氣體，只要可與基板本體反應則並無特別限定，例如較佳為BCl3、Cl2、CHF3、或該等之混合氣體，且可適宜混合Ar、O2等。另一方面，應用濕式蝕刻可減輕對基板本體11之損傷。濕式蝕刻之方法將於後文中記述。
作為使用上述樹脂模具，藉由奈米壓印微影法加工基板本體11之其他方法，例如可列舉以下方法。
首先，將抗蝕劑層(1)形成於基板本體11上。繼而，於抗蝕劑層 (1)上形成抗蝕劑層(2)。然後，將樹脂模具之凹凸結構面側按壓至抗蝕劑層(2)上。其次，於抗蝕劑層(1)或抗蝕劑層(2)之至少一者為光聚合性抗蝕劑之情形時，於按壓狀態下對抗蝕劑層(1)及抗蝕劑層(2)照射以UV光為代表之能量線。之後，自基板本體11剝離樹脂模具，獲得轉印有凹凸結構之抗蝕劑層(2)/抗蝕劑層(1)/基板本體11之積層體。再者，當抗蝕劑層(2)為旋塗玻璃(SOG)、氫化半矽氧烷(HSQ)、包含有機基之倍半矽氧烷(O-HSQ)或金屬醇鹽所代表之溶膠凝膠材料時，亦可於室溫附近按壓，之後剝離模具。自抗蝕劑層(2)面側除去抗蝕劑層(2)之殘膜。例如，可藉由使用氧氣之蝕刻法將殘膜除去。作為使用氧氣之蝕刻，可列舉使用氧電漿之蝕刻，可藉由氧灰化或ICP-RIE(Inductively coupled plasma reactive ion etching)而進行。之後，以抗蝕劑層(1)上所形成之抗蝕劑圖案作為遮罩，藉由乾式蝕刻法加工抗蝕劑層(1)。例如，可藉由使用氧氣之蝕刻法對抗蝕劑層(1)進行蝕刻。作為使用氧氣之蝕刻，可列舉使用氧電漿之蝕刻，可藉由氧灰化或ICP-RIE而進行。可將包含經加工之抗蝕劑層(1)及抗蝕劑層(2)之結構作為遮罩，應用蝕刻法對基板本體11加工。
作為蝕刻方法，只要可以包含抗蝕劑層(1)及抗蝕劑層(2)之結構作為遮罩而於基板本體11上形成凹凸，則可使用與上述蝕刻方法相同者。
作為奈米壓印微影法，可藉由以下之條件，利用表面具備於凹凸結構之凹部內部內包有遮罩層之凹凸結構的模具，藉此可使得無需進行殘膜處理。
利用上述方法製造於奈米壓印微影法中說明之樹脂模具。繼而，於樹脂模具之凹凸結構面上，塗敷經稀釋之遮罩層(抗蝕劑層(2))材料，且將溶劑除去。藉由該操作，可於樹脂模具之凹部內部配置遮罩層(抗蝕劑層(2))。將於樹脂模具之凹部內部內包有遮罩層(抗蝕劑 層(2))之模具貼合及按壓至成膜形成有抗蝕劑層(1)之基板本體11上。或者，在於樹脂模具之凹部內部內包有遮罩層(抗蝕劑層(2))之模具的凹凸結構面上將經稀釋之抗蝕劑層(1)成膜，且除去溶劑。繼而，將抗蝕劑層(1)貼合於基板本體11上。其次，對遮罩層(抗蝕劑層(2))及抗蝕劑層(1)照射以UV光為代表之能量線，將樹脂模具剝離。對所獲得之遮罩層(抗蝕劑層(2)/抗蝕劑層(1))/基板本體11，自遮罩層(抗蝕劑層(2))面側進行乾式蝕刻，藉此可於基板本體11上獲得包含遮罩層(抗蝕劑層(2)/抗蝕劑層(1))之圖案。亦即，於該操作中，並不進行遮罩層(抗蝕劑層(2))之殘膜處理。繼而，可將包含遮罩層(抗蝕劑層(2)/抗蝕劑層(1))之圖案作為遮罩，應用蝕刻法對基板本體11進行加工。作為對基板本體11進行之蝕刻法，可使用與上述奈米壓印微影法相同者、及使用氧氣之蝕刻。使用氧氣之蝕刻可列舉使用氧電漿之蝕刻，可藉由氧灰化或ICP-RIE而進行。
又，藉由應用奈米壓印微影法，可容易地非週期性地形成極小凸部133。奈米壓印微影法中，必需經過將模具之凹凸結構(I)12與基板本體11經由抗蝕劑而貼合之操作。可藉由調整貼合操作時之按壓力，而任意地於模具之凹凸結構內部混入氣泡。又，亦可藉由預先於抗蝕劑內部混入氣泡，而於模具內部捲入氣泡。於此，藉由使用光硬化性樹脂作為抗蝕劑，則該氣泡部之抗蝕劑之硬化會受到阻礙。亦即，光照射後剝離模具，與模具之凹凸結構之氣泡混入部位對應之位置的抗蝕劑產生轉印不良。因此，可於光學基板上獲得具有非週期性之極小凸部133的抗蝕劑圖案。再者，可藉由貼合操作條件而適宜地控制由上述機制所引起的極小凸部133或極小凹部233之產生，尤其是若光硬化性樹脂對模具表面之接觸角為60度以上，則可容易地控制，因而較佳。尤其是就擾亂光硬化性樹脂向模具之凹部中之流動性，有效果地產生極小凸部133或極小凹部233的觀點而言，該接觸角較佳為 80度以上，更佳為85度以上。再者，若接觸角為90度以上，則以貼合時之壓力作為參數，極小凸部133或極小凹部233之控制性提昇，因而較佳。就相同之觀點而言，最佳為92度以上。另一方面，上限值係由極小凸部133或極小凹部233之集合之大小所決定。就滿足上述中所說明之集合之大小的觀點而言，較佳為120度以下，更佳為112度以下，最佳為102度以下。藉由以該圖案作為遮罩加工基板本體11，可於基板本體11上直接形成具有極小凸部133之凹凸結構。再者，由圓筒狀主壓模藉由光奈米壓印法製作樹脂模具時，可藉由採用上述中所說明之方法而製造具有極小凸部133之樹脂模具。以具有極小凸部133之樹脂模具作為模板，藉由奈米壓印微影法加工基板本體11，藉此可直接於基板本體11上形成具有極小凸部133之凹凸結構。
其次，關於上述之基板本體之蝕刻，就濕式蝕刻之方法以及適合於濕式蝕刻之遮罩進行說明。
利用上述方法於基板本體11上製作遮罩圖案，藉由濕式蝕刻對基板本體11進行蝕刻之情形與乾式蝕刻法相比，可忠實於遮罩圖案地進行蝕刻，因此有遮罩正下方之基板本體11不受到蝕刻，而形成具有平截型之凸部的凹凸結構之情形。與具有平截型之凸部的凹凸結構相比，具有帳篷型之凸部的凹凸結構可更有效果地表現上述中所說明之內部量子效率IQE提昇效果及漏電流抑制效果。
於此，藉由使用以下所說明之積層體遮罩，則即便利用濕式蝕刻之情形時，亦可製造具有帳篷型之凸部的凹凸結構。藉由為具有帳篷型之凸部的凹凸結構，根據上述已說明之原理，可使內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇，並且可抑制半導體結晶層之特異成長，或可有效果地抑制特異成長之半導體結晶層彼此之衝突。
積層體遮罩係對基板本體進行濕式蝕刻時所使用之積層體遮罩，且包含設置於上述基板本體上之第1遮罩層、及設置於上述第1遮 罩層上之第2遮罩層，上述第1遮罩層係由對於上述濕式蝕刻中使用之蝕刻液，與上述基板本體相比耐蝕刻性較高，且與上述第2遮罩層相比耐蝕刻性較低之材料所形成。再者，以下之說明中，為明確濕式蝕刻之原理，而以藍寶石基板為代表作為光學基板本體進行說明。
若利用該積層體遮罩，則於藍寶石基板中，濕式蝕刻開始時由於存在積層體遮罩而未受到濕式蝕刻之區域，隨著由對濕式蝕刻中使用之蝕刻液不具備耐受性之材料構成的第1遮罩層之體積減少而受到濕式蝕刻。此時，由於第1遮罩層之體積減少，形成於藍寶石基板上的平面狀之上表面部(桌面(table top)部)受到蝕刻而減少，可獲得具有帳篷型之凸部的凹凸結構。因此，可獲得可有效果地表現內部量子效率IQE改善效果及漏電流抑制效果的第1實施形態之光學基板(I)1之凹凸結構12(以下，亦稱為凹凸結構(I))、或第2實施形態之光學基板(II)2之凹凸結構22(以下，亦稱為凹凸結構(II))。
首先，就用於蝕刻之遮罩進行說明。通常，係使用具有耐蝕刻性之材料作為蝕刻用之遮罩。亦即，為控制遮罩圖案之間隔或形狀等，以轉印與該遮罩圖案對應之形狀的形式進行蝕刻，耐蝕刻性對於遮罩而言必不可缺。因此，關於藍寶石基板之濕式蝕刻用之遮罩，亦不斷研究對濕式蝕刻條件具有耐受性之材料。作為使用對濕式蝕刻條件具有耐受性之材料的遮罩，例如可使用被蝕刻材料與遮罩之蝕刻選擇比為10以上者，較佳為20以上。
藍寶石基板之濕式蝕刻中，通常使用將磷酸或硫酸單獨加熱或者對將其等混合之溶液加熱所得之蝕刻液。因此，係使用對該蝕刻液具有耐受性之氧化矽、氮化矽、芳香族聚醯亞胺等作為遮罩材料。
圖24係將本發明之參考例之具有耐濕式蝕刻性之遮罩使用於藍寶石基板之濕式蝕刻之情形的說明圖。圖24A表示濕式蝕刻開始前之狀態。如圖24A所示，於藍寶石基板511上，設置有具有與遮罩圖案 對應之形狀的遮罩512。再者，遮罩512係具有耐濕式蝕刻性之遮罩，且藍寶石基板511與遮罩512之蝕刻選擇比為10以上。
圖24B表示濕式蝕刻結束時之狀態。自圖24A所示之狀態對藍寶石基板511進行濕式蝕刻之情形時，蝕刻忠實於遮罩512之遮罩圖案地進行。其結果，遮罩512正下方之藍寶石基板511不受到蝕刻，而如圖24B所示般，於蝕刻後之藍寶石基板511上形成具有具備平面狀之上表面部(桌面部)的平截型之凸部的凹凸結構。與此種平截型之凸部相比，藉由使用具有桌面較小或者實質上無桌面的帳篷型之凸部的凹凸結構，則當使用於藍寶石基板511上磊晶成長之膜而製作發光元件時，發光元件之發光效率進一步提昇。其係由於擾亂半導體結晶層之成長模式之效果增大、以及可抑制自凹凸結構之凸部頂部急遽成長的半導體結晶層之緣故。又，於具有帳篷型之凸部之情形時，可使上述中說明之圖9中所示的極小凸部133之頂部之平坦面減小。另一方面，於上述中所說明之第2實施形態之光學基板(II)2中，具有帳篷型之凸部之情形時可使凸部頂部之平坦面積減小。此時，抑制半導體結晶層之特異成長變得容易，半導體發光元件之二極體特性提昇。
且說，藉由使用以下所說明之濕式蝕刻法，可於藍寶石基板上形成具有帳篷型之凸部的凹凸結構。藉此，可獲得內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時改善，並且漏電流較小之半導體發光元件。
圖25及圖26係將本實施形態之積層體遮罩使用於藍寶石基板之濕式蝕刻之情形的說明圖。圖25A係表示濕式蝕刻開始前之狀態的圖。如圖25A所示，於藍寶石基板511上，設置有將第1遮罩層513a與第2遮罩層513b積層而成之積層體遮罩513、及具有與遮罩圖案對應之形狀的遮罩514。
遮罩514係為對積層體遮罩513中之第2遮罩層513b進行圖案轉印而設置。該遮罩514之圖案可使用下述等方法而形成：使用UV抗蝕劑 材料或熱反應型抗蝕劑材料，藉由曝光而形成圖案；或使用另外之模具將圖案轉印至UV抗蝕劑材料上。
繼而，使用遮罩514向積層體遮罩513中之第2遮罩層513b進行圖案轉印(參照圖25B)。該圖25B中所示之積層體遮罩513為本實施形態之積層體遮罩。向第2遮罩層513b之圖案轉印可藉由乾式蝕刻而忠實且容易地進行。因此，構成第2遮罩層513b之材料適合的是藉由乾式蝕刻可容易地蝕刻之材料。進而，較佳為於之後之對藍寶石基板511之濕式蝕刻中不會對蝕刻造成影響之材料。例如，此種構成第2遮罩層513b之材料為選自由矽、氧化矽、氮化矽及芳香族聚醯亞胺所組成之群中之至少1種。
繼而，以經圖案轉印之第2遮罩層513b作為遮罩，對第1遮罩層513a及藍寶石基板511進行濕式蝕刻(參照圖25C、圖26A及圖26B)。第1遮罩層513a係由對於藍寶石基板511之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液，與藍寶石基板511相比耐蝕刻性較高，且與第2遮罩層513b相比耐蝕刻性較低之材料所形成。例如，第1遮罩層513a與藍寶石基板511之選擇比為10以上，較佳為20以上，第2遮罩層513b與藍寶石基板511之選擇比未達10，較佳為5以下，更佳為3以下。藉由使選擇比為上述範圍，容易控制帳篷型之凹凸。再者，選擇比可對應所使用之遮罩之體積或蝕刻時間等，根據形成之藍寶石基板511之形狀(例如間隔或深度)而選擇。
第1遮罩層513a係構成為隨著藍寶石基板511之濕式蝕刻而體積逐漸減少。構成此種第1遮罩層513a之材料例如為選自由鍺、錫、鉛、銻、鉍、硒、碲、釩、鈮、鉻、鉬及鎢以及其等之氧化物所組成之群中之至少1種。其中，就蝕刻選擇比之觀點而言，構成第1遮罩層514a之材料較佳為選自鉻、鉬及鎢以及其等之氧化物中之至少1種，更佳為鉻及鎢以及其等之氧化物之任一者，最佳為鉻或鉻氧化物。
又，本發明中，亦可將不具有耐蝕刻性之材料、與具有耐蝕刻性之材料混合而達成所期望之耐受性，獲得第1遮罩層513a。此時，可藉由控制混合物之比率，而控制遮罩因蝕刻而產生之體積減少率，從而可形成具有帳篷型之凸部的凹凸結構。作為此時構成遮罩之材料，例如適宜為氧化鎢與氧化矽之混合物、以及氧化鉻與氧化矽之混合物。例如，於氧化鎢與氧化矽之組合中，當以莫耳比率(%)表示氧化鎢中之鎢及氧化矽中之矽時，鎢較佳為50mol%以上95mol%以下，更佳為65mol%以上95mol%以下，進而更佳為80mol%以上95mol%以下，最佳為95mol%以上100mol%以下。
積層體遮罩513之最佳組合如下，構成第1遮罩層513a之材料為鉻或鉻氧化物，構成第2遮罩層513b之材料為氧化矽。
圖25C係表示濕式蝕刻中途之狀態的圖。自圖25C所示之狀態對藍寶石基板511進行濕式蝕刻之情形時，積層體遮罩513中之第1遮罩層513a隨著該濕式蝕刻而體積逐漸減少。由於濕式蝕刻係忠實於第1遮罩層513a之遮罩圖案地進行，故而隨著第1遮罩層513a減少，第1遮罩層513a減少之部分之藍寶石基板511亦受到蝕刻。
圖26A係表示濕式蝕刻中途之狀態的圖。當第1遮罩層513a之體積減少時，第2遮罩層513b變得無法駐留於第1遮罩層513a上，而不斷地飛出至蝕刻液中。然而，由於第2遮罩層513b係由不會對蝕刻液造成影響之材料所構成，故而對藍寶石基板511之濕式蝕刻無影響。
圖26B係表示濕式蝕刻結束後之狀態的圖。自圖26A所示之狀態進一步進行濕式蝕刻之結果，隨著濕式蝕刻而減少之第1遮罩層513a全部被蝕刻而消失。如圖26B所示，藍寶石基板511隨著積層體遮罩513之減少及消失而受到蝕刻，且於蝕刻後之藍寶石基板511上，形成具有具備頂點之帳篷型之凸部的凹凸結構。若使用於如此的形成有具有具備頂點之帳篷型之凸部的凹凸結構的藍寶石基板511上磊晶成長 之膜製作發光元件，則可提昇發光元件之發光效率。再者，此處之頂點包含曲率半徑大於0之角部。
濕式蝕刻後形成於藍寶石基板511上的具有帳篷型之凸部的凹凸結構中平面狀之上表面部(桌面部)之面積可藉由積層體遮罩513之減少比例而加以控制。於此，所謂具有帳篷型之凸部的凹凸結構，係指構成凹凸結構之凸部由例如圓錐形狀、角錐形狀、圓錐台形狀等構成。再者，該等角錐形狀之頂部可為曲率半徑為0之角部，亦可為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部。尤其是藉由為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部，抑制於半導體結晶層內產生龜裂之效果提高，可使半導體發光元件之長期可靠性提昇。
進而，於具有帳篷型之凸部的凹凸結構中，凹凸結構之底面與上表面(桌面部)之面積比(用桌面部之面積除以凹凸結構之底面積所得之值)較佳為0.3以下，更佳為0.2以下，進而較佳為0.1以下，最佳為0.05以下。藉由使凹凸結構之底面與上表面之面積比較小，可形成具有平截型之凸部的凹凸結構，提昇發光元件之發光效率的效果提高。
積層體遮罩513之膜厚可根據目標之帳篷型之結構、積層體遮罩513之蝕刻速度、圖案之間隔等而適宜選擇。
作為藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液，較佳為200℃以上300℃以下之磷酸或硫酸或者該等之混合液。通常，磷酸或硫酸或者該等之混合液於室溫下使用並無法蝕刻藍寶石基板511。另一方面，若將磷酸或硫酸或者該等之混合液加熱至200℃以上，則生成含氧酸(焦磷酸、焦硫酸)，藉由該等作用於藍寶石基板511，變得可蝕刻藍寶石基板511。然而，若將磷酸或硫酸或者該等之混合液加熱至300℃以上，則生成偏酸而於溶解物中析出AlPO4等，導致藍寶石基板511之蝕刻效率大幅降低或者蝕刻停止。根據以上所述，藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液較佳為200℃以上300℃以下之磷酸或 硫酸或者該等之混合液。
如上述中所說明般，藉由使用濕式蝕刻用之遮罩積層體，可提供內部量子效率IQE與光取出效率LEE改善，並且漏電流值較低之光學基板。進而，於應用以下所說明之濕式蝕刻方法之情形時，亦同樣地可提供內部量子效率IQE與光取出效率LEE改善，並且漏電流值較低之光學基板。
圖27係使用本實施形態之隨著藍寶石基板之濕式蝕刻而體積減少之遮罩之情形的說明圖。圖27A係表示濕式蝕刻開始前之狀態的圖。如圖27A所示，於藍寶石基板511上，設置有具有與遮罩對應之形狀的遮罩516。再者，遮罩516係隨著蝕刻而體積減少之遮罩。
圖27B係表示濕式蝕刻中途之狀態的圖。自圖27A所示之狀態對藍寶石基板511進行濕式蝕刻之情形時，遮罩516隨著蝕刻而體積逐漸減少。由於濕式蝕刻係忠實於遮罩516之遮罩地進行，故而如圖27B所示，隨著遮罩516減少，遮罩516減少之部分之藍寶石基板511亦受到蝕刻。
圖27C係表示遮罩516全部被蝕刻之狀態的圖。自圖27B所示之狀態進一步進行濕式蝕刻之結果，隨著蝕刻而減少之遮罩516全部被蝕刻而消失。如圖27C所示，藍寶石基板511隨著遮罩516之減少及消失而受到蝕刻，且於蝕刻後之藍寶石基板511上，形成具有具備頂點之完全之帳篷型之凸部的凹凸結構。若使用於如此的形成有具有具備頂點之帳篷型之凸部的凹凸結構的藍寶石基板511上磊晶成長之膜製作發光元件，則可提昇發光元件之發光效率。
作為遮罩516，例如使用自藍寶石基板511之濕式蝕刻開始時起遮罩516之體積逐漸減少者。又，將遮罩516之體積減少50%以上時視作濕式蝕刻結束時。此種遮罩516與藍寶石基板511之選擇比未達10。藉由使用此種遮罩516，則於藍寶石基板511中，最初由於存在遮罩516 而未受到濕式蝕刻之區域隨著遮罩516之體積減少而受到濕式蝕刻。此時，藉由使遮罩516之體積減少50%以上，形成於藍寶石基板511上之桌面部受到蝕刻而減少，可獲得具有帳篷型之凸部的凹凸結構。
濕式蝕刻後形成於藍寶石基板511上的具有帳篷型之凸部的凹凸結構中平面狀之上表面部(桌面部)之面積可藉由遮罩516之減少比例而加以控制。於此，所謂具有帳篷型之凸部的凹凸結構，係指構成凹凸結構之凸部由例如圓錐形狀、角錐形狀、圓錐台形狀等構成。
進而，於具有帳篷型之凸部的凹凸結構中，凹凸結構之底面與上表面(桌面部)之面積比(用桌面部之面積除以凹凸結構之底面積所得之值)較佳為0.3以下，更佳為0.2以下，進而較佳為0.1以下，最佳為0.05以下。藉由使凹凸結構之底面與上表面之面積比較小，可形成具有平截型之凸部的凹凸結構，提昇發光元件之發光效率的效果提高。
作為隨著蝕刻而體積減少之遮罩516，更佳為與藍寶石基板511之濕式蝕刻開始時相比，結束時其體積減少80%以上之遮罩，最佳為體積減少100%之遮罩。作為體積減少100%之遮罩，即係指藍寶石基板511之濕式蝕刻結束時，遮罩516消失之狀態。藉由以使得遮罩516在濕式蝕刻結束時消失之方式進行控制，可於藍寶石基板511上形成具有完全之帳篷型之凸部的凹凸結構。
遮罩516之膜厚可根據目標之帳篷型之結構、遮罩516之蝕刻速度、圖案之間隔等而適宜選擇。
作為藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液，較佳為200℃以上300℃以下之磷酸或硫酸或者該等之混合液。通常，磷酸或硫酸或者該等之混合液於室溫下使用並無法蝕刻藍寶石基板511。另一方面，若將磷酸或硫酸或者該等之混合液加熱至200℃以上，則生成含氧酸(焦磷酸、焦硫酸)，藉由該等作用於藍寶石基板511，變得可蝕刻藍寶石基板511。然而，若將磷酸或硫酸或者該等之混合液加熱至 300℃以上，則生成偏酸而於溶解物中析出AlPO4等，導致藍寶石基板511之蝕刻效率大幅降低或者蝕刻停止。根據以上所述，藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液較佳為200℃以上300℃以下之磷酸或硫酸或者該等之混合液。
以下，對一面使遮罩之體積減少一面進行基板之蝕刻的方法不同之光學基板之製造方法A及B進行說明。
(製造方法A)
於製造方法A中，作為一面使遮罩之體積減少一面進行基板之蝕刻的方法，係以對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液具有耐受性的材料構成遮罩，交替地實施藍寶石基板之濕式蝕刻、與遮罩之蝕刻。
於此，所謂「具有耐受性」，係指對於藍寶石基板之濕式蝕刻中使用之蝕刻液，遮罩與藍寶石基板之選擇比為10以上。藉由使選擇比為10以上，容易控制帳篷型之凹凸，進而較佳為20以上。再者，選擇比可對應所使用之遮罩之體積或蝕刻時間等，根據形成之藍寶石基板之形狀(例如間隔或深度)而選擇。
圖28係表示本實施形態之光學基板之製造方法之一例之各步驟的說明圖。圖28A及圖28B中示出使用遮罩517，對藍寶石基板511進行濕式蝕刻之情形。遮罩517係由對藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液具有耐受性的材料所構成。圖28A係表示濕式蝕刻開始前之狀態的圖。如圖28A所示，於藍寶石上設置有具有與遮罩對應之形狀的遮罩517。
首先，如圖28B所示，對藍寶石基板511實施第一次之濕式蝕刻。此時，遮罩517由於對蝕刻液具有耐受性故而不受到蝕刻。繼而，如圖28C所示，對遮罩517進行蝕刻，使遮罩517之體積減少。繼而，如圖28D所示，於遮罩517之體積減少之狀態下，對藍寶石基板 511實施第二次之濕式蝕刻。此時，由於遮罩517之體積減少，藍寶石基板511之一部分露出而受到濕式蝕刻。繼而，如圖28E所示般，將遮罩517完全蝕刻直至將其除去為止。若於該狀態下對藍寶石基板511實施濕式蝕刻，則於藍寶石基板511上形成如圖28F所示的具有具備頂點之完全之帳篷型之凸部的凹凸結構。
再者，藉由將自圖28A至圖28E為止之步驟次數設為較多，可對具有帳篷型之凸部的凹凸結構進行控制。
另外，由於藍寶石基板511對於各種蝕刻條件均具有較高之耐受性，故而遮罩517之蝕刻條件可於廣範圍內選擇。
構成此種對藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液具有耐受性之遮罩517的材料可自矽、氧化矽、氮化矽、金、銀、鉑、鈀、釕、芳香族聚醯亞胺之任一者選擇。
另外，作為蝕刻此種遮罩517之方法，可應用乾式蝕刻或濕式蝕刻。遮罩517之蝕刻方法只要根據構成遮罩517之材料而選擇即可。
例如，對遮罩517由氧化矽構成之情形進行說明。對遮罩517進行乾式蝕刻之情形時，若使用氟系之蝕刻氣體，則可不使藍寶石基板511受到蝕刻而僅蝕刻遮罩517。又，對遮罩517進行濕式蝕刻之情形時，若使用氫氟酸溶液，則可使藍寶石基板511不受到蝕刻而僅蝕刻遮罩517。
例如於遮罩517由貴金屬構成之情形時，可利用王水等而僅對遮罩517進行濕式蝕刻。又，於遮罩517由其他金屬構成之情形時，可利用通常之酸、鹼溶液而僅對遮罩517進行濕式蝕刻。又，於遮罩517由芳香族聚醯亞胺構成之情形時，可利用O2氣體而僅對遮罩517進行乾式蝕刻。
蝕刻遮罩517之方法使用乾式蝕刻之情形時，構成遮罩517之材料較佳為矽、氧化矽、氮化矽或芳香族聚醯亞胺，就穩定性、成膜之 容易度之觀點而言，最佳為氧化矽。
蝕刻遮罩517之方法使用濕式蝕刻之情形時，構成遮罩517之材料較佳為金、銀、鉑、鈀或釕，就穩定性、成膜之容易度之觀點而言，最佳為金、銀、鉑。
如此，可適宜地選擇遮罩517之蝕刻條件，而交替地實施藍寶石基板511之濕式蝕刻與遮罩517之蝕刻。
(製造方法B)
於製造方法B中，作為一面使遮罩之體積減少一面進行基板之蝕刻的方法，可以對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性的材料構成遮罩，同時實施藍寶石基板之濕式蝕刻、與遮罩之濕式蝕刻。
於此，所謂「不具有耐受性」，係指對於藍寶石基板之濕式蝕刻中使用之蝕刻液，遮罩與藍寶石基板之選擇比未達10。藉由使選擇比未達10，容易控制帳篷型之凹凸。再者，選擇比可對應所使用之遮罩之體積或蝕刻時間等，根據形成之藍寶石基板511之形狀(例如間隔或深度)而選擇。
使用包含對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性之材料的遮罩時，與藍寶石基板之濕式蝕刻之同時，遮罩之體積由於藍寶石基板之濕式蝕刻中使用之蝕刻液而逐漸減少，可對形成於藍寶石基板上之桌面部的形狀加以控制。與使用製造方法A之遮罩517之情形相比，可減少步驟數，故而可提高製造效率。
構成此種對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性之遮罩的材料例如可包含選自由鍺、錫、鉛、銻、鉍、硒、碲、釩、鈮、鉻、鉬及鎢以及該等之氧化物所組成之群中的至少1種。
對於構成遮罩之材料，就顯影性之觀點而言，較佳為鉻、鉬、鎢或該等之氧化物，進而較佳為鉻、鎢或該等之氧化物，最佳為鉻或 氧化鉻。
又，於本發明中，亦可將對蝕刻液不具有耐受性之遮罩材料、與對蝕刻液具有耐受性之遮罩材料混合而達成所期望之耐受性。
又，亦可選擇該等材料、與製造方法A之構成對藍寶石基板511之濕式蝕刻中使用之蝕刻液具有耐受性之遮罩517之材料的混合物。此時，可藉由控制混合物之比率，而控制遮罩因蝕刻而產生之體積減少率，從而可形成具有帳篷型之凸部的凹凸結構。作為此時構成遮罩之材料，例如適宜為氧化鎢與氧化矽之混合物、以及氧化鉻與氧化矽之混合物。例如，於氧化鎢與氧化矽之組合中，當以莫耳比率(%)表示氧化鎢中之鎢及氧化矽中之矽時，鎢較佳為50mol%以上95mol%以下，更佳為65mol%以上95mol%以下，進而更佳為80mol%以上95mol%以下，最佳為95mol%以上100mol%以下。
藉由採用上述中所說明之方法，可容易地製造本發明之半導體發光元件用基板，且藉由對所製造之半導體發光元件用基板至少積層半導體層及發光層，可製造半導體發光元件。此處，製造半導體發光元件時，較佳為在準備半導體發光元件用基板之後，經過對半導體發光元件用基板進行光學檢查之步驟後製造半導體發光元件。
如上述已說明般，本發明之凹凸結構包含極小凸部133(或極小凹部233)，故而儘管為微小之凹凸結構，但可表現光學散射性。因此，藉由在準備光學基板之後進行光學測定，可事先掌握凹凸結構之精度。例如，為使內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇而對藍寶石基板賦予凹凸結構時，可藉由對該藍寶石基板進行光學測定，且對光學測定之散射成分進行評價，而掌握凹凸結構之精度。因此，可事先確定所製作之LED元件之性能等級的目標。又，亦可篩選出無法使用之光學基板，故而良率提昇。於此，光學測定可使用透過測定及反射測定之任一者而進行測定。於透過測定之情形時，只要檢知透過 光之散射成分即可。因此，可直接評價散射成分，亦可利用霧度(Haze)。尤其是利用霧度之情形時，可轉用公知市售之裝置，因而較佳。霧度可利用由光源照射且於試樣中透過之光的總透光率T、以及於試樣中及試樣表面擴散而散射之光的透過率D而求出，係定義為霧度值H=D/T×100。該等係由JIS K 7105規定，可利用市售之濁度計(例如，日本電色工業公司製造，NDH-10.025DP等)而容易地測定。霧度之本質為透過光之散射成分，故而只要是對光學基板射入光時可檢知透過之光之散射成分者，則可對上述中所說明之極小凸部133(或極小凹部233)之存在進行定量。尤其是對更詳細之分佈進行測定之情形時，較佳為入射光並非垂直射入，而以特定之角度射入。另一方面，於反射測定之情形時，可使用鏡面反射成分及擴散反射成分之任一者。藉由利用鏡面反射成分，可對凹凸結構之輪廓形狀之精度進行評價，藉由利用擴散反射成分，可對凹凸結構之體積分佈精度進行評價。採用何種反射成分可根據所使用之凹凸結構及目的而適宜選擇。又，亦可使用擴散反射成分與鏡面反射成分之比率、或(擴散反射成分-鏡面反射成分)、(擴散反射成分-鏡面反射成分)/鏡面反射成分、(擴散反射成分一鏡面反射成分)/擴散反射成分等。於上述光學測定中，可藉由使光源之波長大於凹凸結構之平均間隔Pave，而提取出極小凸部133(或極小凹部233)之效果。該操作表示純粹地評價極小凸部133(或極小凹部233)之效果，故而意味著可進行更高精度之管理。又，於反射測定中亦較佳為藉由斜向射入而進行測定，以增大輸出。
如以上所說明般，根據第1實施形態之光學基板(I)1，藉由使凹凸結構(I)12之凸部13之平均間隔Pave為上述式(1)所示之範圍，則於光學基板(I)1之表面設置半導體層時，可擾亂半導體層之CVD成長模式，伴隨於相成長之位錯缺陷衝突而消失，可產生減低位錯缺陷之效果。藉由使半導體結晶內之位錯缺陷減低，可提高半導體發光元件之 內部量子效率IQE。於此，由於可抑制半導體結晶層之特異成長，或者可抑制特異成長之半導體結晶層彼此之衝突，故而亦可抑制漏電流。又，根據第1實施形態之光學基板(I)1，藉由使凹凸結構(I)12之凸部13之平均間隔Pave為上述式(1)所示之範圍，光學基板(I)1與電極之接觸面積增大，歐姆電阻減小。伴隨於此，歐姆接觸變得良好，故而可提昇電子注入效率EIE。
關於第2實施形態之光學基板(II)21亦同樣地，藉由使凹凸結構(II)22之凹部23之平均間隔Pave為上述式(5)所示之範圍，可獲得同樣之效果。
又，於第1實施形態之光學基板(I)1中，藉由以滿足上述式(3)之概率Z存在凸部高度hn滿足上述式(2)之極小凸部133，可局部地以存在概率Z配置折射率急遽變化之點。藉此，對來自發光層之發光光表現出光散射性，藉由該光散射性，可消除波導模式而提高光取出效率LEE。如此，內部量子效率IQE或電子注入效率EIE提昇，且光取出效率LEE亦同時提昇，故而外部量子效率EQE提昇，可製造高性能之發光器件。
於第2實施形態之光學基板(II)2中，亦藉由以滿足上述式(7)之存在概率Z存在凹部深度dn滿足上述式(6)之極小凹部233，而發揮同樣之效果。
●第3實施形態之光學基板(III)
以下，對第3實施形態之光學基板(III)進行說明。藉由使用第3實施形態之光學基板(III)，可將光取出效率LEE與內部量子效率IQE同時改善。又，藉由使用第3實施形態之光學基板(III)，可使半導體發光元件之生產性提昇。進而，第3實施形態之光學基板(III)之凹凸結構包含第1實施形態中所說明之極小凸部，藉此可使光取出效率LEE進一步提昇，並且將漏電流保持為更良好。
於半導體發光元件中，可藉由高密度之凹凸結構而提昇內部量子效率IQE，另一方面，可利用由體積變化較大之凹凸結構引起之光散射而提昇光取出效率LEE。亦即，欲提昇內部量子效率IQE而設置高密度之凹凸結構時，凹凸結構之體積變化減小，光學散射性(光繞射或光散射)降低，故而光取出效率LEE之提昇程度有限。該點可藉由自半導體發光元件之發光光觀察之光學現象而說明。其原因在於，具有對於提昇內部量子效率IQE充分之密度的凹凸結構之尺度係為發光光之波長之相同程度以下，發光光之波長相對於凹凸結構之大小越大，則作為光學現象之有效介質近似作用越發揮功能，故而光學散射性越降低。另一方面，增大凹凸結構之體積變化而提昇光取出效率LEE時，凹凸結構之密度降低，故而位錯之分散效果減弱，內部量子效率IQE之改善程度有限。
根據以上，本發明者發現，為提昇半導體發光元件之外部量子效率EQE，重要的是於光取出效率LEE之改善效果較大之凹凸結構中，賦予亦可改善內部量子效率IQE之部位，從而完成本發明。
於第3實施形態中，為改善光取出效率LEE及內部量子效率IQE，而於第3實施形態之光學基板(III)所具有的複數個凸部群中包含特異凸部。亦即，第3實施形態之光學基板之特徵在於：其係包括基板本體、及於上述基板本體之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構具有相互離開地配置之複數個凸部群，並且上述複數個凸部群包含以下所說明之特異凸部，且上述凹凸結構之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下。所謂特異凸部，係指於上述凸部之表面具備至少1個以上凸狀體或凹狀體的上述凸部。
根據該構成，首先，由於凹凸結構之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下，故而自半導體發光元件之發光光而言，構成凹凸結構之凸部之大小增大。亦即，表現出較大之光散射或光線追蹤性，故而光 取出效率LEE提昇。其次，由於凹凸結構包含複數個凸部，故而可使半導體結晶層自凹凸結構之凹部底部開始成長，可使半導體結晶層之成長性穩定化。於此，構成凹凸結構之複數個凸部群中包含特異凸部。此處，所謂特異凸部，係指於上述凸部之表面具備至少1個以上凸狀體或凹狀體的凸部。如此，藉由於複數個凸部群中包含特異凸部，內部量子效率IQE提昇。可認為其原因在於，特異凸部之表面之凸狀體或凹狀體將半導體結晶層之成長模式擾亂，藉此，半導體結晶層中之位錯減低。根據以上，藉由同時滿足上述要件，可使光取出效率LEE與內部量子效率IQE同時提昇。進而，藉由使第3實施形態之光學基板(III)之凹凸結構(以下，亦稱為凹凸結構(III))包含特異凸部，則與不包含特異凸部之情形相比光散射性增加。其原因在於，於1個特異凸部等微觀尺度下考慮光學行為之情況下，於特異凸部之表面設置之凸狀體或凹狀體使光之前進方向大幅變化。因此，藉由於製造半導體發光元件之前之階段對光學基板(III)進行光學檢查，例如對反射率之變化或霧度之變化進行測定，可預先預測光學基板(III)之凹凸結構(III)之精度。亦即，即便不製作半導體發光元件，亦可對半導體發光元件之性能劃分等級，故而可提昇半導體發光元件之生產性。
又，第3實施形態之光學基板(III)中，上述特異凸部較佳為於凸部之表面具有至少1個以上凸狀體或凹狀體，並且上述凸狀體或凹狀體對上述凸部之表面之被覆率大於0%且未達100%。
根據該構成，可使由特異凸部引起之內部量子效率IQE之改善效果更大。其原因在於，首先，於特異凸部中凸狀體或凹狀體對上述凸部之表面之被覆率為0%之情形時，光學基板(III)之複數個凸部群不包含特異凸部，故而無法表現出內部量子效率IQE之改善效果。就該觀點而言，被覆率大於0%。其次，於特異凸部中凸狀體或凹狀體對上述凸部之表面之被覆率為100%之情形時，特異凸部之表面由凸狀體 或凹狀體無間隙地完全填埋。此時，特異凸部表面之粗糙度急遽惡化，因此凹凸結構(III)將於半導體結晶層內部形成波導模式之發光光向所有方向無規地進行方向轉換。因此，再次形成波導模式之發光光之比例增大。更具體而言，可認為半導體發光元件之朝向上方或下方之光之量減低，朝向半導體發光元件之側面之光增加。
進而，於光學基板(III)中，較佳為包含相對於上述凹凸結構之上述凸部大於0%且為100%以下的上述特異凸部。
根據該構成，可使由特異凸部引起之內部量子效率IQE之改善效果更大。首先，於特異凸部相對於複數個凸部之存在比例為0%之情形時，光學基板(III)之複數個凸部群不包含特異凸部，故而無法表現出內部量子效率IQE之提昇效果。就該觀點而言，存在比例大於0%。其次，於特異凸部相對於複數個凸部之存在比例為100%之情形時，凹凸結構僅由特異凸部構成。此時，於凹凸結構(III)之複數個凸部表面係對每一凸部形成平均折射率之紊亂。藉此，將於半導體結晶層內部形成波導模式之發光光的前進方向擾亂，向半導體發光元件外部取出發光光之效率減低。更具體而言，可認為半導體發光元件之朝向上方或下方之光之量減低，朝向半導體發光元件之側面之光增加。
光學基板(III)之凹凸結構(III)係包含複數個相互離開之凸部群。於此，構成光學基板(III)之凹凸結構(III)的凸部群為至少100個凸部。亦即，藉由於光學基板(III)之表面包含至少100個凸部，並且該等凸部滿足以下所說明之平均間隔Pave，且包含下述所說明之特異凸部，而成為光學基板(III)。藉由以100個以上之凸部作成凹凸結構(III)，可使上述中所說明之光取出效率LEE之提昇與內部量子效率IQE之提昇併存。進而，可達成上述中所說明之半導體發光元件之生產性提昇。該情況可根據於半導體發光元件內形成波導模式之發光光與凹凸結構(III)之衝突概率而得以判斷。尤其是就更有效果地擾亂波導模式、提 昇內部量子效率IQE之觀點而言，凹凸結構(III)較佳為包含1000個以上之凸部，更佳為包含4000個以上之凸部，最佳為包含6000個以上之凸部。亦即，對於光學基板(III)，只要凹凸結構(III)包含滿足上述中所說明之凸部之數的凸部群，則可光學基板(III)其表面全部由凹凸結構(III)覆蓋，亦可部分地設置有凹凸結構(III)。
於此，凸部之形狀可採用：圓錐、圓錐之側面部具有階段性之傾斜的錐狀體、圓錐之側面部向上鼓起成凸狀的錐狀體、圓錐之底面變形的錐狀體、n角錐、n角錐之底面之角部為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部的n角錐、圓錐之底面之外形具有3個以上之彎曲點的圓錐、具有上述錐狀體中所記載之底面形狀的圓錐台、具有上述錐狀體中所記載之底面形狀的圓柱或多角柱等。再者，該等錐狀體亦可為錐台狀。又，該等錐狀體可為具有頂部之曲率半徑為0之角部者，亦可為具有頂部之曲率半徑大於0之帶有圓度之角部者。尤其是藉由具有頂部之曲率半徑大於0之帶有圓度之角部，則自半導體發光元件之半導體結晶層而言凹凸結構(III)之體積變化增大，故而擾亂波導模式之效果增大，因而較佳。又，尤其是就提昇光取出效率LEE，並且抑制因半導體結晶層成長而產生之龜裂的觀點而言，較佳為：圓錐、圓錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體、圓錐台、三角錐、三角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體、六角錐、六角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體，相較於凸部之底面之多角形狀，凸部上表面為構成邊多於其邊之數的多角形狀之凸部。再者，三角錐、三角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體、六角錐、六角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體中，凸部底面之多角形狀包含曲率大於0之角部。更佳為圓錐、圓錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體、三角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體、或凸部底面為大致三角形且凸部上表面為大致圓形的凸部。再者，三角錐之頂點具有大於0之曲率的錐狀體中，凸部底面之三角 形狀更佳為包含曲率大於0之角部。又，所謂大致三角形，意指三角形之角部之曲率大於0。藉由使凹凸結構(III)包含此種凸部，可利用光學基板(III)之凹凸結構(III)之凹部底面與自此突出之凸部之側面的傾斜面，而對在半導體結晶層內部形成波導模式之發光光引起光學散射性或光線追蹤性。藉此，可使封閉於半導體發光層內部的波導模式之發光光尤其是向半導體發光元件之厚度方向射出，故而光取出效率LEE提昇。
就上述觀點而言，構成凹凸結構(III)的複數個凸部之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下。藉由為1.5μm以上，可有效果地表現上述中所說明之光學散射性或光線追蹤性，故而光取出效率LEE之提昇程度增加。就相同之觀點而言，較佳為2.0μm以上，更佳為2.5μm以上，最佳為2.8μm以上。另一方面，上限值係由內部量子效率IQE、及製造半導體發光元件之效果而決定。藉由使平均間隔Pave為10μm以下，半導體結晶層成長時產生之龜裂得到抑制，故而可提昇內部量子效率IQE。尤其是就發揮該效果，並且縮短半導體結晶層之成膜時間的觀點而言，平均間隔Pave更佳為8μm以下，最佳為5.5μm以下。
於此，所謂平均間隔Pave，係指間隔P之算術平均值。間隔P係以自複數個凸部群中選擇之凸部(凸部A)為中心而觀察時，至最靠近於凸部A之凸部B為止的距離。於此，所謂凸部間之距離，係指凸部頂部中央部彼此之距離。於凸部具有頂點之情形時，為頂點間距離，於凸部頂部具有平坦面之情形時，為該平坦面中央彼此之距離。平均間隔Pave係間隔P之算術平均值。平均間隔Pave可根據以下之定義而算出。首先，觀察光學基板(III)之凹凸結構面。於此，可使用掃描式電子顯微鏡、雷射顯微鏡或數位顯微鏡進行觀察。觀察凹凸結構面，放大倍率直至可清晰地觀察到至少100個凸部為止。之後，自觀察像 內選出100個凸部。繼而，自所選擇的100個凸部中任意地選擇10個凸部，對各凸部算出上述中所說明之間隔P。平均間隔Pave係以所算出的10個間隔P(P1,P2,......P10)之算術平均值、即(P1+P2+......+P10)/10之形式而計算出。再者，以下所說明之凹凸結構(III)中所包含的特異凸部係自算出平均間隔Pave所使用的100個凸部中判斷。亦即，藉由對所選擇的100個凸部更詳細地分析，而判斷特異凸部，求出特異凸部之比例(100個凸部中所包含的特異凸部之比例)。又，同樣地藉由對該100個凸部更詳細地分析，而掌握特異凸部表面狀態。
以下，對凸部之高度進行說明。凸部之高度係定義為平均凸部高度。於此，平均凸部高度係使用求平均間隔Pave所用的100個凸部進行定義。平均之定義係如下所述。首先，自該100個凸部中任意選擇10個凸部。其次，測定各凸部之高度。此處之高度係指凹凸結構之凹部底部所形成之面B、與通過凸部頂部且平行於面B之面T的最短距離。平均凸部高度係以所算出的10個高度H(H1,H2,......H10)之算術平均值、即(H1+H2+......+H10)/10之形式而計算出。
平均凸部高度較佳為平均間隔Pave之0.1倍以上1.5倍以下。藉由為0.1倍以上，則光學散射強度或光線追蹤性增加，故而光取出效率LEE之改善增大。另一方面，藉由為1.5倍以下，則半導體結晶層之成長性變得穩定，因此半導體結晶層內所產生之龜裂之抑制效果增大，內部量子效率IQE之改善效果增大。就同樣之效果而言，更佳為0.3倍以上1.3倍以下，最佳為0.45倍以上1.0倍以下。
其次，對凸部底部之直徑進行說明。凸部底部之直徑係定義為平均直徑。於此，平均直徑係使用求平均間隔Pave所用的100個凸部進行定義。平均之定義係如下所述。首先，自該100個凸部中任意選擇10個凸部。其次，對各凸部測定凸部底部之直徑。此處之凸部底部之直徑係指凹凸結構之凸部的底部之直徑。自凸部的底部之輪廓之某 一點至另一點為止的距離達到最大時之該距離即為凸部的底部之直徑。平均直徑係以所算出的10個凸部底部之直徑( 1, 2,...... 10)之算術平均值、即( 1+ 2+......+ 10)/10之形式而計算出。
凹凸結構(III)之凸部底部之平均直徑較佳為平均間隔Pave之0.1倍以上0.9倍以下。藉由為0.1倍以上，光學散射強度或光線追蹤性增加，因此光取出效率LEE提昇。另一方面，藉由為0.9倍以下，半導體結晶層之成長性變得良好。就同樣之效果而言，凸部底部之平均直徑更佳為平均間隔Pave之0.3倍以上0.8倍以下，最佳為0.5倍以上0.8倍以下。
以下，對凹凸結構(III)中所包含的特異凸部進行說明。於此，所謂凹凸結構(III)中包含特異凸部，於例如凹凸結構(III)包含Z個凸部之情形時，意指Z個凸部中包含Y個特異凸部。再者，如以下所說明般，Z=100。亦即，若將非特異凸部記載為正常凸部，則凹凸結構(III)包含正常凸部與特異凸部，且正常凸部與特異凸部之合計凸部數為構成凹凸結構(III)的凸部之數。
藉由使凹凸結構(III)包含含有特異凸部之凸部群，則除上述之光取出效率LEE提昇以外，亦可提昇內部量子效率IQE。可認為其原因在於，特異凸部之表面之凸狀體或凹狀體將半導體結晶層之成長模式擾亂，藉此，半導體結晶層中之位錯減低。進而，藉由包含特異凸部，則與不包含特異凸部之情形相比光散射性增加。因此，藉由對第3實施形態之光學基板(III)進行光學檢查，例如進行使用反射率之檢查或使用霧度之檢查，可預先掌握光學基板(III)之精度。藉此，可於製造半導體發光元件之前一階段篩選光學基板(III)之凹凸結構(III)，故而可提昇半導體發光元件之生產性。
特異凸部係自求平均間隔Pave時所使用的100個凸部中判斷且描述特徵。首先，對該100個凸部更詳細地進行觀察。此處使用掃描式 電子顯微鏡、雷射顯微鏡、或數位顯微鏡。對該100個凸部全部進行觀察，且將滿足以下所說明之定義的凸部認定為特異凸部。又，以下所說明之特異凸部中之凸狀體及凹狀體之被覆率，係定義為對該100個凸部中所包含之各特異凸部之被覆率的算術平均值。又，以下所說明之特異凸部之存在概率係該100個凸部中所包含之特異凸部之存在比例。亦即，於包含Y個(≧1)特異凸部之情形時，存在概率為Y/100*100=Y%。再者，觀察該100個凸部時未確認到特異凸部之情形時，對包含該100個凸部之K個(K>100)凸部進行觀察，尋找特異凸部。K依序增加為300、500、1000、2000、5000，然後直至10000為止。當觀察10000個亦未能觀察到特異凸部時，將特異凸部之存在概率視為0%。亦即，若於K=300時確認到特異凸部，則將該特異凸部之個數設為Y個時，存在概率為Y/300×100=Y/3%。於此，若於該300個凸部中亦無特異凸部之情形時，設K=500而求出存在概率Y/5%。同樣地，於K=500時亦無特異凸部之情形時，設K=1000而求出存在概率Y/10%。以下同樣地無特異凸部之情形時，增加上述K之值。
就更進一步發揮特異凸部之效果的觀點而言，設置於特異凸部之表面的凸狀體或凹狀體之被覆率較佳為大於0%且未達100%。於此，所謂被覆率，係指凸狀體及凹狀體對凸部之表面的平面佔有率。亦即，將對某一特異凸部自凸部上表面側觀察時之平面面積設為S之情形時，若將該觀察像內配置於特異凸部之表面的凸狀體及凹狀體之合計平面面積設為Si，則被覆率為(Si/S)×100。
圖29係表示第3實施形態之光學基板中之特異凸部的模式圖。圖29中係抽出一個特異凸部520加以表示。圖29A及圖29B表示對特異凸部520自側面側進行觀察之情形，圖29C及圖29D係對特異凸部520自其頂部側進行觀察之情形。又，對圖29A之特異凸部520自頂部側進行觀察之像為圖29C，對圖29B之特異凸部520自頂部側進行觀察之像 為圖29D。
圖29A中，於特異凸部520之側面部存在2處凸狀體(或凹狀體，以下相同)521、522。對該特異凸部520自頂部側進行觀察之像為圖29C，該例中，特異凸部520之底部之輪廓形狀為圓形。若將自特異凸部520之頂部側觀察所得的平面像中由特異凸部520之輪廓包圍之面積設為S，將凸狀體或凹狀體之面積設為Si1、Si2，則可以(Si1+Si2)/S×100之形式計算出被覆率。
同樣地，圖29B中，於特異凸部520之側面部存在3處凸狀體523、524、525。對該特異凸部520自頂部側進行觀察之像為圖29D，該例中，特異凸部520之底部之輪廓形狀為三角形。若將自特異凸部520之頂部側觀察所得的平面像中由特異凸部520之輪廓包圍之面積設為S，將凸狀體523、524、525之面積設為Si1、Si2、Si3，則可以(Si1+Si2+Si3)/S×100之形式計算出被覆率。
藉由使特異凸部中凸狀體及凹狀體相對於特異凸部之表面之被覆率大於0%，則光學基板(III)之複數個凸部群包含特異凸部，故而根據上述中所說明之原理，可表現出內部量子效率IQE之提昇效果。另一方面，藉由使特異凸部中凸狀體及凹狀體相對於特異凸部之表面之被覆率未達100%，則存在未由凸狀體或凹狀體被覆之凸部表面，可抑制該凸部表面之粗糙度增大。伴隨於此，由第3實施形態之光學基板(III)之凹凸結構(III)所引起的將於半導體結晶層內部形成波導模式之發光光的前進方向擾亂，使發光光向半導體發光元件外部射出的效率提昇。就相同之觀點而言，被覆率較佳為90%以下，更佳為80%以下，最佳為50%以下。又，就相同之觀點而言，被覆率較佳為0.01%以上，更佳為0.1%以上，最佳為0.15%以上。再者，於半導體發光元件中，尤其是欲進一步提昇內部量子效率之情形時，於上述最廣之範圍中，被覆率較佳為50%以上90%以下，更佳為60%以上86%以下， 最佳為70%以上84%以下。滿足該等範圍之情形時，藉由特異凸部之凸狀體或凹狀體而擾亂半導體結晶層之成長模式的效果提高，於特異凸部附近可使位錯衝突而減少。另一方面，於特別希望提昇光取出效率之情形時，於上述最廣之範圍中，被覆率較佳為0.1%以上30%以下之範圍，更佳為0.1%以下以上10%以下之範圍，最佳為0.1%以上5%以下。藉由滿足該等範圍，可抑制波導模式經擾亂之發光光再次形成波導模式，因此光取出效率進一步提昇。
又，於第3實施形態中，特異凸部相對於構成凹凸結構(III)的複數個凸部之存在比例較佳為大於0%且未達100%以下。藉由使特異凸部相對於複數個凸部之存在比例大於0%，可表現出上述中所說明之特異凸部之效果。另一方面，藉由未達100%，可使於凹凸結構(III)之凸部表面形成的平均折射率之紊亂較小，因此可將於半導體結晶層內部形成波導模式之發光光的前進方向擾亂，使半導體發光元件之朝向上方或下方之光之量增加。就相同之觀點而言，存在概率較佳為90%以下，更佳為80%以下，最佳為50%以下。又，就相同之觀點而言，存在概率較佳為0.01%以上，更佳為0.1%以上，最佳為0.15%以上。再者，於半導體發光元件中，尤其是欲進一步提昇內部量子效率之情形時，於上述最廣之範圍中，存在概率較佳為50%以上95%以下，更佳為60%以上90%以下，最佳為70%以上80%以下。滿足該等範圍之情形時，藉由特異凸部之凸狀體或凹狀體而擾亂半導體結晶層之成長模式的效果提高，於特異凸部附近可使位錯衝突而減少。另一方面，於特別希望提昇光取出效率之情形時，於上述最廣之範圍中，較佳為0.025%以上30%以下之範圍，更佳為0.05%以上10%以下之範圍，最佳為0.1%以上5%以下。藉由滿足該等範圍，可抑制波導模式經擾亂之發光光再次形成波導模式，因此光取出效率進一步提昇。
所謂特異凸部，係指構成第3實施形態之凹凸結構(III)的複數個 凸部中，於凸部之表面具備至少1個以上凸狀體或凹狀體的凸部。圖30係表示第3實施形態之光學基板(III)中之特異凸部的模式圖。圖30中表示出1個特異凸部520之表面，且係自側面觀察特異凸部520。圖30中以虛線而圖示之部分為成為特異凸部520之特徵的凸部表面之凸狀體527或凹狀體526。圖30A為凹狀體526為線狀之情形。此處，2條虛線之間為凹狀體526。圖30B為凸狀體527為圓狀或橢圓狀之情形。圖30C及圖30D係變換圖30B所示之特異凸部520的觀察方向之情形之模式圖。圖30C示出凹狀體526，圖30D示出凸狀體527。
特異凸部所具有的凸狀體或凹狀體之輪廓形狀並無限定，可為n角形(n≧3)、包含曲率半徑大於0之角部的n角度形(n≧3)、直線狀、曲線狀、於曲線上部分地包含邊緣(edge)之曲線狀。圖31係表示第3實施形態之光學基板中之特異凸部的模式圖。此處，所謂邊緣係指角部。亦即，所謂於曲線上部分地包含邊緣之曲線狀，係如圖31所示般平滑之曲線部528a與角部528b混合存在的狀態。再者，角部528b亦可為曲率半徑大於0之帶有圓度者。又，圖31中僅示出1個該角部528，但其亦可設置複數個。
又，於特異凸部520包含2個以上之凹狀體或凸狀體之情形時，其等之形狀可相同亦可不同。又，可僅為凸狀體，亦可僅為凹狀體，亦可混合存在凸狀體與凹狀體。
又，於凹凸結構(III)中所包含的特異凸部520為2個以上之情形時，該等特異凸部520之凸狀體或凹狀體的形狀相互可不同亦可相同。
特異凸部520之凸狀體或凹狀體之高度或深度較佳為大於0且小於平均凸部高度H的範圍。於此，所謂凸狀體之高度，係指以特異凸部520之非凸狀體部之表面作為基準時，至凸狀體之距離該基準面最遠之位置為止的距離。另一方面，所謂凹狀體之深度，係指以特異凸 部520之非凹狀體部之表面作為基準時，至凹狀體之距離該基準面最遠之位置為止的距離。藉由使特異凸部520之凸狀體或凹狀體之高度或深度大於0，可發揮上述中所說明之特異凸部520之效果。另一方面，藉由小於平均凸部高度H，光學散射性之均勻性提昇，故而光取出效率LEE之改善增大。進而，可抑制半導體結晶層之特異成長，因此p-n接合界面之穩定性提昇，二極體特性提昇。亦即，可抑制漏電流。就相同之觀點而言，凸狀體或凹狀體之高度或深度較佳為10nm以上，更佳為30nm以上，最佳為50nm以上。又，就同樣之效果而言，較佳為平均凸部高度H之1/2以下，更佳為1/5以下，最佳為1/10以下。
特異凸部520之配置並無限定，可相對於構成第3實施形態之光學基板之凹凸結構的複數個凸部規則地配置，亦可不規則地配置。又，可以特異凸部相互鄰接之方式配置，換言之即形成2個以上之集合，或者亦可離散地分散配置。
特異凸部520之凸狀體或凹狀體較佳為設置於至少特異凸部之凸部上方。將特異凸部520之高度設為hn。將使特異凸部520之凸部底部之面向凸部頂部側移動hn/3所到達之面作為基準面。包含於較該基準面之凸部頂部側的部位即為凸部上方。藉由於特異凸部之凸部上方設置至少凸狀體或凹狀體，上述已說明之光取出效率LEE之改善效果增大。其原因在於，藉由於凸部上方設置凸狀體或凹狀體，半導體結晶層之折射率之紊亂增大。尤其是若上述hn/3為hn/2，更佳為hn/1.5，則擾亂形成波導模式之發光光之前進方向的效果進一步提高，因而較佳。再者，就進一步發揮上述效果之觀點而言，較佳為特異凸部之凸狀體或凹狀體中30%以上僅設置於凸部上方，更佳為60%以上僅設置於凸部上方，最佳為85%以上僅設置於凸部上方。
繼而，對第3實施形態中凸部之排列進行說明。凸部之排列係由 內部量子效率IQE與光取出效率LEE之關係所決定。就提昇光取出效率LEE之觀點而言，凸部之排列較佳為相對於至少某一軸為線對稱或大致線對稱之排列。尤其是若相對於相互正交之2條軸為線對稱或大致線對稱則更佳，最佳為相對於以60度×n(n≧1)之旋轉角相互重疊之3條軸為線對稱或大致線對稱。藉由以滿足此種排列之凸部形成凹凸結構(III)，可使光學反射或光學散射較強地作用於形成波導模式之發光光。亦即，可抑制波導模式經擾亂之發光光再次形成波導模式，故而光取出效率LEE進一步提昇。進而，可使相互離開之凸部間之距離的均勻性提昇，因此可抑制半導體結晶層之特異成長，故而漏電流之抑制效果增大。其中，當為相對於以60度×n(n≧1)之旋轉角相互重疊之3條軸為線對稱或大致線對稱的排列時，可更進一步發揮上述效果，因而較佳。再者，作為此種排列，例如可列舉：正六方格子狀之排列；準六方格子狀之排列；於正六方格子中取某一排列軸A及相對於該排列軸A旋轉90度之軸B時，沿軸A及軸B方向施有週期間隔之調變的排列等。
藉由於光學基板(III)之凹凸結構(III)中包含與第1實施形態中所說明之極小凸部133(參照圖9)為相同思想之凸部，可進一步提昇光取出效率LEE，並且藉由使其存在概率為第1實施形態中所說明之範圍，可抑制漏電流。尤其是藉由包含為特異凸部之極小凸部，該等效果可得到進一步發揮。於此，第3實施形態中之極小凸部係指與上述平均凸部高度H相比凸部高度較低的凸部，尤其是具有0.6H以下之高度的凸部。再者，極小凸部之判斷可藉由對光學基板之凹凸結構進行原子力顯微鏡觀察而進行判斷。又，求極小凸部之存在概率時的極小凸部之計數方法與上述特異凸部之存在概率相同。
光學基板(III)之材質與第1實施形態之光學基板(I)1相同。
使用光學基板(III)之半導體發光元件只要將第1實施形態中之光 學基板(I)及凹凸結構(I)換稱作第3實施形態之光學基板(III)及凹凸結構(III)即可。
對光學基板(III)之凹凸結構(III)之製造方法進行說明。製造包含特異凸部之凹凸結構(III)的方法可分類為2種。第一，製作無特異凸部之凹凸結構後，將正常凸部之一部分加工為特異凸部之方法。第二，製造包含特異凸部之凹凸結構之方法。任一種方法均可利用第1實施形態中已說明之方法進行製造。尤佳為採用光微影法。光微影法可應用公知之通常方法。其中，藉由於光阻劑中分散微粒子或雜質，可高效率地製造特異凸部。又，亦可藉由下述方法形成特異凸部：製作無特異凸部、或者大致無特異凸部之凹凸結構，對該凹凸結構抵壓或磨蹭微細圖案。再者，若微細圖案之平均間隔小於凹凸結構(III)之平均間隔，則可有效果地生成特異凸部。尤其是若與凹凸結構(III)之平均間隔相比微細圖案之平均間隔為0.8倍以下則更佳，更佳為0.5倍以下，最佳為0.3倍以下。再者，作為微細圖案，可使用第1實施形態中所說明之模具。藉由按壓或摩擦上述微細圖案，可將正常凸部之一部分加工成特異凸部。其中，較佳為構成微細圖案之材料之硬度大於光學基板之硬度。
●第4實施形態之光學基板(IV)
以下，對第4實施形態之光學基板(IV)進行說明。藉由使用光學基板(IV)，可同時改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE。又，可抑制半導體結晶層中產生之龜裂，故而可使半導體發光元件之長期可靠性提昇。進而，藉由使光學基板(IV)之凹凸結構包含上述中所說明之第1實施形態之光學基板(I)1之凹凸結構(I)12或者第2實施形態之光學基板(II)2之凹凸結構(II)22，可進一步提昇光取出效率LEE，並且可將漏電流保持為更良好。
於半導體發光元件中，可藉由高密度之凹凸結構而提昇內部量 子效率IQE，另一方面，可利用由體積變化較大之凹凸結構引起之光散射而提昇光取出效率LEE。亦即，欲提昇內部量子效率IQE而設置高密度之凹凸結構時，凹凸結構之體積變化減小，光學散射性(光繞射或光散射)降低，故而光取出效率LEE之提昇程度有限。該點可藉由自半導體發光元件之發光光觀察之光學現象而說明。其原因在於，具有對於提昇內部量子效率IQE充分之密度的凹凸結構之尺度係為發光光之波長之相同程度以下，發光光之波長相對於凹凸結構之大小越大，則作為光學現象之有效介質近似作用越發揮功能，故而光學散射性越降低。另一方面，增大凹凸結構之體積變化而提昇光取出效率LEE時，凹凸結構之密度降低，故而位錯之分散效果減弱，內部量子效率IQE之改善程度有限。
根據以上，本發明者發現，為同時改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE以提昇半導體發光元件之外部量子效率EQE，重要的是分別設置可改善內部量子效率IQE之凹凸結構、與可改善光取出效率LEE之凹凸結構，並且將雙方之凹凸結構以不對各自之功能造成妨礙之方式配置，從而完成第4實施形態之光學基板(IV)。
於第4實施形態之光學基板(IV)中，為改善內部量子效率IQE與光取出效率LEE，係利用光學基板所具有之複數個凹凸結構的平均間隔Pave之差異。亦即，第4實施形態之光學基板(IV)之特徵在於：包含具有平均間隔PL之凹凸結構(L)、及具有平均間隔PS之凹凸結構(S)，並且平均間隔PL與平均間隔PS在特定之比率範圍內不同。
於此，大於平均間隔Pave的一凹凸結構(L)表現提昇光取出效率LEE之功能，小於平均間隔Pave的另一凹凸結構(S)表現改善內部量子效率IQE之功能。進而，為使各凹凸結構(L、S)之功能相乘且相互補充，換言之為使得不會因改善內部量子效率IQE的一凹凸結構(S)而引起光取出效率LEE降低，且不會因提昇光取出效率LEE的另一凹凸結 構(L)而引起內部量子效率IQE降低，第4實施形態之光學基板(IV)之特徵在於：於一凹凸結構(L或S)之表面之至少一部分設置另一凹凸結構(S或L)。
圖32A及圖32B係表示第4實施形態之光學基板(IV)之一例的剖面概略圖。圖32A及圖32B中所示之光學基板710係於基板本體702之主面上設置有凹凸結構面720，且凹凸結構面720包含第1凹凸結構(以下，記作凹凸結構(L))、及第2凹凸結構(以下，記作凹凸結構(S))。凹凸結構(L)包含相互離開地設置之凸部703(或凹部704)、及將鄰接之凸部703(或凹部704)之間連結之凹部704(或凸部703)。複數個凸部703(或凹部704)具有平均間隔PL。
另一方面，凹凸結構(S)係包含：設置於構成凹凸結構(L)之凸部703及凹部704之表面的複數個凸部705(或凹部706)，及將複數個凸部705(或凹部706)之間連結的凹部706(或凸部705)。複數個凸部705(或凹部706)具有平均間隔PS。圖32A中，係於複數個凸部703之頂部表面及凹部704之底部設置有凹凸結構(S)。另一方面，圖32B中，係於將複數個獨立之凹部704連結的凸部703之頂部上設置有凹凸結構(S)。再者，並不限定於圖32A、圖32B之例，凹凸結構(S)只要設置於凸部703或凹部704之至少任一者之表面上即可。
再者，凹凸結構(S)亦可設置於將凸部703與凹部704之底部連結的凸部703之側面上。認為於凸部703之側面上設置凹凸結構(S)之情形時，擾亂波導模式之效果進一步增強，並且可使經擾亂之發光光之前進方向進一步向半導體發光元件之厚度方向上變化。因此，選取對半導體發光元件進行封裝時之密封材料變得容易。
尤其是第1凹凸結構(L)較佳為包含相互離開之複數個凸部703，並且至少於第1凹凸結構(L)之凹部704之底部設置有構成第2凹凸結構(S)之凸部705或凹部706。
此時，可以凹凸結構(L)之凹部704之底部作為起點而使半導體結晶層開始成長。尤其是藉由於凹部704之底部設置凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式，因此於凹凸結構(S)之附近可減低半導體結晶層之位錯。又，由於凹凸結構(L)包含複數個凸部703，故而可抑制自凹部704之底部成長之半導體結晶層於凸部703附近產生龜裂。亦即，可提昇內部量子效率IQE，並且可提昇半導體發光元件之可靠性。又，由於如以下所說明般凹凸結構(L)與凹凸結構(S)滿足特定之平均間隔之關係，因此光學散射性增大。尤其是由於為至少於凹部704之底部設置有凹凸結構(S)之構成，因此可藉由光散射或光學反射擾亂波導模式，且可抑制波導模式再次波導，故而光取出效率LEE同時提昇。
或者，第1凹凸結構(L)較佳為包含相互離開之複數個凹部704，並且至少於第1凹凸結構(L)之凸部703之頂部設置有構成第2凹凸結構(S)之凸部705或凹部706。
此時，可以凹凸結構(L)之凸部703之頂部作為起點而使半導體結晶層開始成長。尤其是藉由於凸部703之頂部設置凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式，因此於凹凸結構(S)之附近可減低半導體結晶層之位錯。此時，與自凹部704之底部成長之半導體結晶相比，自凸部703之頂部成長之半導體結晶層的成長性較為良好。藉此，內部量子效率IQE有效果地提昇。於某些半導體結晶層之成長條件下，可將自凹部704之底部成長之半導體結晶層與自凸部703之頂部成長之半導體結晶層有效果地連結。此時，可更有效果地抑制凸部703附近的半導體結晶層之龜裂。又，於某些半導體結晶層之成長條件下，亦容易於凹部704內產生空隙。此時，藉由例如雷射剝離而將光學基板(IV)710除去時的除去精度提昇。又，由於如以下所說明般凹凸結構(L)與凹凸結構(S)滿足特定之平均間隔之關係，因此光學散 射性增大。尤其是由於凹凸結構(L)包含複數個凹部704，因此體積變化變得更大，故而擾亂波導模式之效果增大，光取出效率LEE提昇。
上述中所說明之第4實施形態之光學基板(IV)710中，較佳為凹凸結構(S)相對於凹凸結構(L)之被覆率大於0%且未達100%。
此時，由於在凹凸結構(L)之凸部703或凹部704中必定設置有凹凸結構(S)，因此根據上述中所說明之原理，內部量子效率IQE有效果地提昇，並且可抑制半導體結晶層內部之龜裂。另一方面，不存在凹凸結構(L)之凸部703及凹部704全部由凹凸結構(S)填埋之情況。藉此，可抑制因凹凸結構(S)而使由凹凸結構(L)所引起的光取出效率LEE之提昇效果降低。亦即，使內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇的效果進一步提高。
其中，光學基板(IV)710中，構成第2凹凸結構(S)之凸部705之直徑較佳為自底部朝向頂點減小。
根據該構成，可使自凹凸結構(S)之凹部706成長之半導體結晶層之位錯減低，並且可抑制該半導體結晶層於凹凸結構(S)之凸部705附近產生龜裂。因此，可使半導體發光元件之長期可靠性提昇。
又，若凹凸結構(S)與凹凸結構(L)之至少一者為上述中所說明之第1實施形態之凹凸結構(I)12或者第2實施形態之凹凸結構(II)22，則光取出效率LEE進一步提昇，並且可抑制半導體結晶層之特異成長，故而可更良好地抑制漏電流。尤其是於至少凹凸結構(S)滿足凹凸結構(I)12之情形時，可更進一步發揮上述效果。
圖32C係表示光學基板(IV)之另一例的剖面概略圖。光學基板710係於基板本體702之主面上設置有凹凸結構面720，且凹凸結構面720包含第1凹凸結構(以下，記作凹凸結構(S))、及第2凹凸結構(以下，記作凹凸結構(L))。凹凸結構(S)包含相互離開地設置之凸部705、及將鄰接之凸部705之間連結之凹部706。複數個凸部705具有平均間隔 PS。
另一方面，凹凸結構(L)係以使凹凸結構(S)露出一部分之方式相互離開地設置於凹凸結構(S)之表面上，且包含設置於構成凹凸結構(S)之凸部705及凹部706之表面的複數個凸部703。複數個凸部703具有平均間隔PL。
又，若凹凸結構(S)及凹凸結構(L)之至少一者為上述中所說明之第1實施形態之光學基板(I)1之凹凸結構(I)12或者第2實施形態之光學基板(II)之凹凸結構(II)22，則光取出效率LEE進一步提昇，並且可抑制半導體結晶層之特異成長，故而可更良好地抑制漏電流。尤其是於至少凹凸結構(S)滿足凹凸結構(I)12之情形時，上述效果可得到更進一步發揮。
參照上述圖32A、圖32B及圖32C而說明之光學基板(IV)710的凹凸結構(L)之平均間隔PL與凹凸結構(S)之平均間隔PS的比率大於1且為2000以下。藉由大於1且為2000以下，可提昇內部量子效率IQE，且可提昇光取出效率LEE。尤其是就增大平均間隔PL與平均間隔PS之差，抑制凹凸結構(S)對光取出效率LEE之妨礙、以及凹凸結構(L)對內部量子效率IQE之妨礙的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為1.1以上，更佳為1.5以上，進而更佳為2.5以上。另外，就提昇凹凸結構(S)之加工精度，進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，比率(PL/PS)較佳為5.5以上，更佳為7.0以上，最佳為10以上。另一方面，就實現由凹凸結構(S)引起的光學散射性(光繞射或光散射)之提昇、由凹凸結構(S)引起的內部量子效率IQE之改善、以及由凹凸結構(L)及凹凸結構(S)引起的光取出效率LEE之改善的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為700以下，更佳為300以下，進而更佳為100以下。進而，就增大凹凸結構(L)之體積變化，且提昇凹凸結構(S)之密度，並且提昇凹凸結構(L)及凹凸結構(S)之加工精度的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為50以下，更 佳為40以下，最佳為30以下。再者，認為當滿足上述凹凸結構(S)之平均間隔PS與凹凸結構(L)之平均間隔PL的比率(PL/PS)之範圍時，關於半導體結晶層之成長，半導體結晶層於凸部703頂部附近之成長速度均衡性變得良好。亦即，對半導體結晶層之應力減低，因此可抑制半導體結晶層中之龜裂。
其次，參照圖式對第4實施形態之半導體發光元件進行說明。圖33係表示第4實施形態之半導體發光元件的剖面概略圖。為方便起見，於光學基板(IV)710之表面設置的凹凸結構面720僅圖示出凹凸結構(L)之外形，但如圖32A~圖32C中所說明般，凹凸結構面720係包含凹凸結構(L)及凹凸結構(S)。又，將凹凸結構面720換稱作上述已說明之第1實施形態之凹凸結構(I)12、第2實施形態之凹凸結構(II)22或第3實施形態之凹凸結構(III)所得的半導體發光元件亦為第4實施形態之半導體發光元件。
如圖33所示，半導體發光元件700中，光學基板(IV)710於其表面具備凹凸結構面720。於光學基板(IV)710之包含凹凸結構面720的表面上，依序積層有第1半導體層730、發光半導體層740及第2半導體層750。於此，發光半導體層740中所產生之發光光係自第2半導體層750側或光學基板(IV)710取出。進而，第1半導體層730與第2半導體層750為相互不同之半導體層。此處，第1半導體層730較佳為將凹凸結構面720平坦化。藉由以將凹凸結構面720平坦化之方式設置第1半導體層730，可使第1半導體層730作為半導體之性能反映至發光半導體層740及第2半導體層750中，故而內部量子效率IQE提昇。
又，第1半導體層730亦可如圖34所示般，包含非摻雜第1半導體層731及摻雜第1半導體層732。圖34係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。此時，如圖34所示般，若於半導體發光元件800中依序積層光學基板(IV)710、非摻雜第1半導體層731及摻雜 第1半導體層732，則除內部量子效率IQE改善及翹曲減低之效果以外，亦可縮短半導體發光元件800之製造時間。此處，藉由以將凹凸結構面720平坦化之方式而設置非摻雜第1半導體層731，可使非摻雜第1半導體層731作為半導體之性能反映至摻雜第1半導體層732、發光半導體層740及第2半導體層750中，故而內部量子效率IQE提昇。
進而，非摻雜第1半導體層731較佳為如圖35所示般包含緩衝層733。圖35係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。如圖35所示，於半導體發光元件810中，藉由於凹凸結構面720上設置緩衝層733，繼而依序積層非摻雜第1半導體層731及摻雜第1半導體層732，則作為第1半導體層730之結晶成長之初期條件的成核及核成長變得良好，第1半導體層730作為半導體之性能提昇，故而內部量子效率IQE改善程度提高。於此，緩衝層733亦可以將凹凸結構面720平坦化之方式配置，但由於緩衝層733之成長速度緩慢，故而就縮短半導體發光元件810之製造時間的觀點而言，較佳為利用設置於緩衝層733上之非摻雜第1半導體層731將凹凸結構面720平坦化。藉由以將凹凸結構面720平坦化之方式而設置非摻雜第1半導體層731，可使非摻雜第1半導體層731作為半導體之性能反映至摻雜第1半導體層732、發光半導體層740及第2半導體層750中，故而內部量子效率IQE提昇。再者，圖35中，緩衝層733可以覆蓋凹凸結構面720之表面的方式配置，亦可於凹凸結構面720之表面部分地設置。尤其是可優先在凹凸結構面720之凹部底部設置緩衝層733。
圖33至圖35中所示之半導體發光元件700、800、810係應用雙異質結構之半導體發光元件之例，但第1半導體層730、發光半導體層740及第2半導體層750之積層結構並不限定於此。
圖36係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。如圖36所示，於半導體發光元件820中，可於第2半導體層750上 設置透明導電膜760，於透明導電膜760之表面設置陽極電極770，繼而於第1半導體層730表面設置陰極電極780。透明導電膜760、陽極電極770及陰極電極780之配置可根據半導體發光元件而適宜地最佳化，故而並無限定，通常係以圖36中例示之方式設置。
進而，圖36所示之半導體發光元件820中，於光學基板(IV)710與第1半導體層30之間設置有凹凸結構面720，但亦可如圖37所示般進而設置其他凹凸結構面。圖37係表示第4實施形態之半導體發光元件之另一例的剖面概略圖。作為如圖37所示般於半導體發光元件830中另外設置的凹凸結構，可列舉以下者。
‧於光學基板(IV)710之與發光半導體層740為相反側之面上設置的凹凸結構801
‧於第2半導體層750與透明導電膜760之間設置的凹凸結構802
‧於透明導電膜760表面設置的凹凸結構803
‧於透明導電膜760與陽極電極770之間設置的凹凸結構804
‧於第1半導體層730與陰極電極780之間設置的凹凸結構805
‧於陽極電極770之表面設置的凹凸結構806
‧於陰極電極780之表面設置的凹凸結構807
‧於第1半導體層730、發光半導體層740、第2半導體層750及光學基板(IV)710之側面設置的凹凸結構808
藉由除凹凸結構面720以外，進而設置凹凸結構801~808中之至少任一者，可表現出以下所說明之與各凹凸結構801~808對應之效果。
藉由設置凹凸結構801，光取出效率LEE提昇，故而可將因內部量子效率IQE提昇而高效地發光之發光光向半導體發光元件830之外部取出。亦即，可將藉由凹凸結構面720而使內部量子效率IQE提昇從而高效地發光之發光光更高效地向半導體發光元件830之外部取 出。進而，亦可減低半導體發光元件830之翹曲。因此，使用第4實施形態之光學基板(IV)710的半導體發光元件830中，較佳為進而設置凹凸結構801。
藉由設置凹凸結構802，可提昇光取出效率LEE，故而外部量子效率EQE大幅改善。進而，透明導電膜60中之電子之擴散性提昇，故而可將半導體發光元件晶片之大小設定為較大。
藉由設置凹凸結構503，可提昇光取出效率LEE。因此，使用第4實施形態之光學基板(IV)710的半導體發光元件中，較佳為進而設置凹凸結構803。又，藉由使凹凸結構803包含上述已說明之第1實施形態之凹凸結構(I)12或者第2實施形態之凹凸結構(II)22，則即便透明導電膜760較薄之情形時，亦可表現良好之光學散射性，故而可提昇光取出效率LEE。
藉由設置凹凸結構804，可使透明導電膜760與陽極電極770之接觸面積增大，故而可抑制陽極電極770之剝離。進而，可減小歐姆電阻，提高歐姆接觸，故而可改善電子注入效率EIE，可提昇外部量子效率EQE。因此，使用第4實施形態之光學基板(IV)710的半導體發光元件700、800、810、820、830中，較佳為進而設置凹凸結構804。又，凹凸結構804如上述已說明般，可為凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22。此時亦電子注入效率EIE提昇，並且表現出光學散射性，可提昇光取出效率LEE。
藉由設置凹凸結構805，第1半導體層730與陰極電極780之接觸面積增大，故而可抑制陰極電極780之剝離。
藉由設置凹凸結構806，連接於陽極電極770上之配線的固定強度提昇，故而可抑制剝離。
藉由設置凹凸結構807，設置於陰極電極780之表面之配線的固定強度提昇，故而可抑制剝離。
藉由設置凹凸結構808，可使自第1半導體層730、發光半導體層740、第2半導體層750及光學基板(IV)710之側面射出的發光光量增加，故而可使因波導模式而衰減消失之發光光比例減低。因此，光取出效率LEE提昇，可增大外部量子效率EQE。
如以上所說明般，藉由使用第4實施形態之光學基板(IV)710，可使半導體發光元件700、800、810、820、830之內部量子效率IQE及光取出效率LEE提昇。另外，藉由進而設置上述中所說明之凹凸結構801~808中之至少1個凹凸結構，可表現出凹凸結構801~808所引起之效果。尤其是就更進一步提昇光取出效率LEE的觀點而言，較佳為至少設置凹凸結構801或凹凸結構803之任一者。又，就使電子注入效率EIE亦提昇之觀點而言，較佳為設置凹凸結構804。又，較佳為上述中所說明之凹凸結構之至少任一者為上述中所說明之第1實施形態之凹凸結構(I)12、第2實施形態之凹凸結構(II)22或第3實施形態之凹凸結構(III)。
又，可自上述圖33~圖36中所例示之半導體發光元件700、800、810的於第2半導體層750所露出之表面上形成電極，且於該電極所露出之表面上配置有支持基材的積層體上，將光學基板(IV)710除去。除去光學基板(IV)710可藉由利用雷射束之剝離、或將光學基板(IV)710全部溶解或部分溶解而達成。於此，藉由採用光學基板(IV)710，可於凹部704之內部形成空穴。此時，雷射剝離之精度提昇。尤其是採用Si基板作為光學基板(IV)710之情形時，就凹凸結構面720之精度之觀點而言，較佳為藉由溶解而除去。藉由以此種方式除去光學基板(IV)710，可於內部量子效率IQE之改善得到維持之狀態下，更進一步提昇光取出效率LEE。其原因在於，光學基板(IV)710與第1半導體層730、發光半導體層740及第2半導體層750之折射率之差較大。藉由除去光學基板(IV)710，可提取出以第1半導體層730作為 出光面之發光半導體元件。此時，發光光係經由本發明之凹凸結構面720而射出。尤其是藉由密度較大之凹凸結構(S)，第1半導體層730與周圍環境(例如，密封材料)之間之折射率之傾斜變得平緩，並且可表現出由體積變化較大之凹凸結構(L)引起之光學散射性，故而可進一步提昇光取出效率LEE。
繼而，對構成半導體發光元件700、800、810、820、830之要素之說明中所使用的詞句進行說明。
以下，對第4實施形態之光學基板(IV)之構成進行說明。第4實施形態之光學基板(IV)與第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2及第3實施形態之光學基板(III)同樣，如圖4A及圖4B所示，凹凸結構面720(圖4A中之符號401)只要設置於光學基板(IV)710(圖4A中之符號400)之至少一面即可，該凹凸結構面720只要如圖32A~圖32C所示般包含凹凸結構(L)及凹凸結構(S)即可。
又，如圖4B所示，凹凸結構面720(圖4B中之符號401)亦可設置於光學基板(IV)710(圖4B中之符號400)之兩面。此時，至少一凹凸結構面720如圖32A~圖32C所示般包含凹凸結構(L)及凹凸結構(S)即可。
藉由將第4實施形態之光學基板(IV)710使用於半導體發光元件700、800、810、820、830，內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇。其理由係如下所述。
內部量子效率IQE會因由於光學基板之晶格常數與半導體結晶層之晶格常數之失配(晶格失配)所產生的位錯而減小。於此，於光學基板之表面設置有具有與位錯密度相同程度以上之密度的凹凸結構時，可擾亂半導體發光層之結晶成長模式，可使半導體結晶層內之位錯對應於凹凸結構而分散。亦即，於微觀上及宏觀上均可減低位錯密度。因此，可提昇內部量子效率IQE。
然而，為提昇內部量子效率IQE，必需為高密度的微小之凹凸結構。若為提昇內部量子效率IQE而越增大凹凸結構之密度，則自發光光之波長而言的凹凸結構之體積越減小，故而光學散射效果越減少。亦即，擾亂波導模式之效果減弱，故而光取出效率LEE之提昇程度減小。
同樣地，為提昇光取出效率LEE，必需藉由光學散射性而擾亂波導模式，但為提昇光學散射性，必需使凹凸結構之體積變化較大，導致凹凸結構之密度降低，故而內部量子效率IQE提昇程度減小。
於此，本發明者等人發現，藉由將改善內部量子效率IQE之凹凸結構與改善光取出效率LEE之凹凸結構以特定之配置關係組合至一個凹凸結構面內，可同時表現出兩種功能。亦即，藉由將高密度之凹凸結構(凹凸結構(S))與體積變化較大之凹凸結構(凹凸結構(L))設置為特定之位置關係，可利用高密度之凹凸結構(凹凸結構(S))改善內部量子效率IQE，同時利用體積變化較大之凹凸結構(凹凸結構(L))提昇光取出效率LEE。進而，藉由包含極小凸部或極小凹部，可表現出光學散射性(光繞射或光散射)。亦即，藉由使凹凸結構(S)包含上述之凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22，可維持內部量子效率IQE之提昇效果，並且可進一步提昇光取出效率LEE。
另一方面，藉由使凹凸結構(L)滿足凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22，雖亦受凹凸結構(L)之平均間隔之影響但可使例如光繞射之模式數增加。認為此時使於半導體結晶層內部波導的波導模式之光之前進方向變化的效果增大，故而光散射性增加，光取出效率LEE提昇。
根據以上，藉由使凹凸結構(S)包含凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22，除內部量子效率改善效果以外亦具有光取出效率提昇效果，且藉由使凹凸結構(L)包含凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22，光取出效率LEE之改善變得更顯著。於此，如以下所說明般，凹凸結構(L)為大 於凹凸結構(S)之結構體。亦即，作為凹凸結構(L)，可於光學上藉由光繞射、光散射、以及光線追蹤之任一者而提昇光取出效率LEE。此時，由凹凸結構(L)引起的光取出效率LEE之改善效果較大，因此使凹凸結構(L)包含凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22之情形的光取出效率之進一步提昇程度表面上減小。因此，較佳為至少凹凸結構(S)包含凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22。
又，凹凸結構(S)包含凹凸結構(I)12之情形與凹凸結構(S)包含凹凸結構(II)22之情形相比，內部量子效率IQE之改善效果進一步增大。其原因在於，藉由使凹凸結構(S)包含凹凸結構(I)12，可使半導體結晶層自凹凸結構(S)之凹部底部開始成長，故而可進一步促進位錯分散。
進而，於由凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22形成凹凸結構(S)或凹凸結構(L)之情形時，根據上述已說明之機制，可抑制漏電流。其原因在於，藉由滿足凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22之條件，可抑制半導體結晶層之特異成長，或者可抑制特異成長之半導體結晶層彼此相遇。亦即，可抑制p-n接合界面之紊亂，故而二極體特性提昇。
其次，對第4實施形態之光學基板(IV)710之凹凸結構面720進行說明。
凹凸結構面720係包含平均間隔Pave不同之2種凹凸結構。於此，將2種凹凸結構分別稱為凹凸結構(L)、凹凸結構(S)。凹凸結構(L)之平均間隔為PL，凹凸結構(S)之平均間隔為PS。平均間隔PS與平均間隔PL互不相同，比率(PL/PS)滿足特定之範圍。進而，凹凸結構(S)與凹凸結構(L)之配置關係滿足以下之任一情況。
1.凹凸結構(S)配置於構成凹凸結構(L)之複數個凸部(圖32中之符號703)或凹部(圖32中704)之至少一者的表面。
2.凹凸結構(L)以使凹凸結構(S)之一部分露出之方式相互離開地 設置於凹凸結構(S)之表面上(圖32C)。
於第4實施形態中，凹凸結構(L)之平均間隔PL顯著大於凹凸結構(S)之平均間隔PS。具體而言，凹凸結構(L)之平均間隔PL與凹凸結構(S)之平均間隔PS的比率(PL/PS)大於1且為2000以下。藉由大於1且為2000以下，可不因一凹凸結構而對另一凹凸結構之效果造成阻礙地表現效果，故而可使由凹凸結構(S)引起的內部量子效率IQE之改善與由凹凸結構(L)引起的光取出效率LEE之改善同時提昇。進而，就增大平均間隔PL與平均間隔PS之差，抑制凹凸結構(S)對光取出效率LEE之妨礙、以及凹凸結構(L)對內部量子效率IQE之妨礙的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為1.1以上，更佳為1.5以上，進而更佳為2.5以上。另外，就提昇凹凸結構(S)之加工精度，進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，比率(PL/PS)較佳為5.5以上，更佳為7.0以上，最佳為10以上。另一方面，就實現由凹凸結構(S)引起的光學散射性(光繞射或光散射)之提昇、由凹凸結構(S)引起的內部量子效率IQE之改善、以及由凹凸結構(L)及凹凸結構(S)引起的光取出效率LEE之改善的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為700以下，更佳為300以下，進而更佳為100以下。進而，就增大凹凸結構(L)之體積變化，且提昇凹凸結構(S)之密度，並且提昇凹凸結構(L)及凹凸結構(S)之加工精度的觀點而言，比率(PL/PS)較佳為50以下，更佳為40以下，最佳為30以下。
<凹凸結構之特徵>
其次，對構成第4形態之光學基板(IV)710之凹凸結構面720的凹凸結構(L)與凹凸結構(S)中共通之凹凸結構之特徵進行說明。以下之說明中，除特別載明之情形以外，均將凹凸結構(L)與凹凸結構(S)兩者簡稱為「凹凸結構」。
構成凹凸結構面720之凹凸結構只要具有凸部及凹部，則其形狀或排列並無限定，只要如上述中所說明般凹凸結構(S)與凹凸結構(L) 之配置關係、以及比率(PL/PS)滿足特定之範圍，則可於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下使光取出效率LEE增大。因此，可採用例如以下結構：複數個柵狀體排列而成之線與間隙結構、複數個柵狀體交叉而成之格子結構、複數個點(凸部、突起)狀結構排列而成之點結構、複數個孔(凹部)狀結構排列而成之孔結構等。點結構或孔結構例如可列舉：圓錐、圓柱、四角錐、四角柱、六角錐、六角柱、n角錐(n≧3)、n角柱(n≧3)、雙環狀、多環狀等之結構。再者，亦包括該等形狀之底面之外徑變形之形狀、n角形之底面之角部具有大於0之曲率半徑而帶有圓度之形狀、或側面彎曲之形狀、頂部具有大於0之曲率半徑的帶有圓度之形狀。進而，藉由使凹凸結構(S)或凹凸結構(L)之至少一者包含上述中所說明之凹凸結構(I)12或凹凸結構(II)22，光取出效率LEE進一步提昇。
再者，所謂點結構，係指複數個凸部相互獨立地配置之結構。亦即，各凸部由連續之凹部隔開。再者，各凸部亦可由連續之凹部平滑地連接。另一方面，所謂孔結構，係指複數個凹部相互獨立地配置之結構。亦即，各凹部由連續之凸部隔開。再者，各凹部亦可由連續之凸部平滑地連接。
選取點結構或者選取孔結構，可根據製造半導體發光元件所使用之裝置、或半導體發光元件之用途而適宜選擇。尤其是欲改善內部量子效率IQE之情形時，凹凸結構較佳為點狀結構。其原因在於，為藉由平均間隔PS之凹凸結構(S)提昇內部量子效率IQE，必需促進由凹凸結構(S)之密度引起之位錯分散化；進而，藉由平均間隔PL較大之凹凸結構(L)，亦可誘導半導體結晶層之橫向成長(Epitaxial Lateral Overgrowth，磊晶側向延長)並且可抑制凸部頂部之龜裂，可提昇內部量子效率IQE。另一方面，尤其欲使光取出效率LEE較大之情形時，凹凸結構較佳為孔結構。其原因在於，於孔結構之情形時，自半 導體結晶層觀察之折射率之變化對於光學散射性而言適度。又，凹凸結構(S)與凹凸結構(L)之組合(凹凸結構(L)、凹凸結構(S))可為(點結構、點結構)、(孔結構、孔結構)、(點結構、孔結構)、(孔結構、點結構)之任一者。
尤其是為提昇內部量子效率IQE，凹凸結構(S)於點狀結構之中又以於凸部頂部不具有平坦面之結構為佳。於此，所謂於凸部頂部不具有平坦面之結構，係包括凸部之頂部為曲率半徑為0之角部的情形、及為曲率半徑大於0之角部的情形兩者。尤其是藉由使凸部頂部之角部之曲率半徑大於0，則於凹凸結構(S)之凸部705附近，使半導體結晶層之位錯衝突之效果增強，因而較佳。進而，為進一步提昇內部量子效率IQE，更佳為凹凸結構(S)之凹部底部具有平坦面。該平坦面之大小較佳為30nm以上。於此，所謂平坦面之大小，係定義為於相互最靠近的凸部中，各凸部之底部外緣部間之最短距離。藉由為30nm以上，可將半導體結晶層之初期成長性保持為良好，故而內部量子效率IQE之改善效果增大。就相同之觀點而言，平坦面之大小更佳為60nm以上，最佳為80nm以上。
又，為抑制設置於凹凸結構上之第1半導體層產生龜裂，較佳為構成凹凸結構面720之凹凸結構的凸部之直徑自底部朝向頂點減小的結構，更佳為自凸部底部向凸部頂點，傾斜角度具有2階段以上之變化的結構。再者，若凸部側面部之傾斜角度之變化為自凸部底部向凸部頂部變得平緩之變化，則最佳。
於凹凸結構之凹部底部所具有之平坦面(以下，稱為「平坦面B」)、與相對於設置於凹凸結構上之第1半導體層之穩定成長面大致平行之面(以下，稱為「平行穩定成長面」)平行之情形時，於凹凸結構之凹部附近第1半導體層之成長模式之紊亂增大，可藉由凹凸結構(S)有效果地減低第1半導體層內之位錯，故而內部量子效率IQE提 昇。所謂穩定成長面，係指於進行成長之材料中成長速度最緩慢之面。眾所周知，穩定成長面通常於成長之中途以刻面之形式出現。例如，於氮化鎵系化合物半導體之情形時，M面所代表之與A軸平行之平面即為穩定成長面。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)，係與A軸平行之平面之一。再者，根據成長條件之不同，亦有作為GaN系半導體之M面以外之平面的包含A軸之其他平面成為穩定成長面之情形。
<平均間隔Pave>
圖38及圖39係自凹凸結構面側觀看第4實施形態之光學基板(IV)710之一例的上表面圖。如圖38所示，於構成凹凸結構面720之凹凸結構包含配置有複數個凸部720a之點結構的情形時，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之中心之間的距離PA1B1-1~距離PA1B1-6定義為間隔P。間隔P之算術平均值即為平均間隔Pave。首先，於光學基板(IV)710之凹凸結構面720上，取與光學基板(IV)710之主面平行的50μm×50μm見方之區域。繼而，以相互不重疊之10μm×10μm見方之區域將該50μm×50μm見方之區域分割成25個區域。然後，自所存在的25個10μm×10μm之區域中任意選擇5個區域。此處，將所選擇的10μm×10μm見方之區域設為區域A、區域B、區域C、區域D及區域E。之後，以更高倍率觀察區域A，進行放大直至可清晰地觀察到至少100個凸部為止。繼而，自所觀察到的凸部中任意地選出3個凸部(A1、A2、A3)。(2)測定凸部AM與鄰接於凸部AM(1≦M≦10)之凸部(BM-1~BM-k)的間隔PAMBM-1~PAMBM-k。(3)對凸部A1~凸部A3，亦與(2)同樣地測定間隔P。(4)將間隔PA1B1-1~PA3B3-k之算術平均值作為區域A之平均間隔PA。對區域B至區域E亦進行相同之操作，求出平均間隔PA~PE。平均間隔Pave為(PA+PB+PC+PD+PE)/5。其中，k係設為4以上6以下。再者，於孔結構之情 形時，將上述點結構中所說明之凸部換稱作凹部開口部即可對平均間隔Pave進行定義。
又，如圖39所示，於構成凹凸結構面720之凹凸結構為線與間隙結構之情形時，關於間隔P，係將某一凸線A1之中心線、與鄰接於該凸線A1之凸線B1-1及凸線B1-2之中心線之間的最短距離PA1B1-1及最短距離PA1B1-2定義為間隔P。間隔P之算術平均值即為平均間隔Pave。首先，於光學基板(IV)710之凹凸結構面上，取與光學基板(IV)710之主面平行的50μm×50μm見方之區域。繼而，以相互不重疊之10μm×10μm見方之區域將該50μm×50μm見方之區域分割成25個區域。然後，自所存在的25個10μm×10μm之區域中任意選擇5個區域。此處，將所選擇的10μm×10μm見方之區域設為區域A、區域B、區域C、區域D及區域E。之後，以更高倍率觀察區域A，進行放大直至可清晰地觀察到至少10個凸線為止。繼而，自所觀察到的凸線中任意地選出3個凸線(A1、A2、A3)。(2)測定凸線AM與鄰接於凸線AM(1≦M≦3)之凸線(BM-1~BM-2)的間隔PAMBM-1~PAMBM-2。(3)對凸線A1~凸線A3亦與(2)同樣地測定間隔P。(4)將間隔PA1B1-1~PA3B3-2之算術平均值作為區域A之平均間隔PA。對區域B至區域E亦進行相同之操作，求出平均間隔PA~PE。平均間隔Pave為(PA+PB+PC+PD+PE)/5。
再者，凹凸結構(S)之平均間隔PS係由對凹凸結構(S)測定之間隔P算出者，凹凸結構(L)之平均間隔PL係由對凹凸結構(L)測定之間隔P算出者。
<高度H>
凹凸結構之高度係定義為凹凸結構之凹部底部之平均位置與凹凸結構之凸部頂點之平均位置的最短距離。算出平均位置時之樣品點數較佳為10點以上。又，凹凸結構(S)之高度係對凹凸結構(S)，使用求凹凸結構(S)之平均間隔Pave所用的試片進行測定，凹凸結構(L)之 高度係對凹凸結構(L)，使用求凹凸結構(L)之平均間隔Pave所用的試片進行測定。
<凸部頂部寬度lcvt、凹部開口寬度lcct、凸部底部寬度lcvb、凹部底部寬度lcc>
圖40表示構成凹凸結構面720之凹凸結構為點結構之情形的上表面圖。圖40中所示之以虛線表示之線段為某一凸部720a之中心與最靠近於該凸部720a之凸部720a之中心的距離，表示上述中所說明之間隔P。圖41A及圖41B示出相當於圖40中所示之間隔P之線段位置的凹凸結構之剖面模式圖。
如圖41A所示，凸部頂部寬度lcvt係定義為凸部頂面之寬度，凹部開口寬度lcct係定義為間隔P與凸部頂部寬度lcvt之差值(P-lcvt)。
如圖41B所示，凸部底部寬度lcvb係定義為凸部底部之寬度，凹部底部寬度lccb係定義為間隔P與凸部底部寬度lcvb之差值(P-lcvb)。
圖42表示凹凸結構面720為孔結構之情形的上表面圖。圖42中以虛線表示之線段為某一凹部720b之中心與最靠近於該凹部720b之凹部720b之中心的距離，表示上述中所說明之間隔P。圖43A及圖43B示出相當於圖42中所示之間隔P之線段位置的凹凸結構面720之剖面模式圖。
如圖43A所示，凹部開口寬度lcct係定義為凹部720b之開口直徑，凸部頂部寬度lcvt係定義為間隔P與凹部開口寬度lcct之差值(P-lcct)。
如圖43B所示，凸部底部寬度lcvb係定義為凸部底部之寬度，凹部底部寬度lccb係定義為間隔P與凸部底部寬度lcvb之差值(P-lcvb)。
又，凹凸結構(S)之凸部頂部寬度lcvt、凹部開口寬度lcct、凸部底部寬度lcvb、凹部底部寬度lcc係對凹凸結構(S)，使用求凹凸結構(S)之平均間隔Pave所用的試片進行測定，凹凸結構(L)之凸部頂部寬 度lcvt、凹部開口寬度lcct、凸部底部寬度lcvb、凹部底部寬度lcc係對凹凸結構(L)，使用求凹凸結構(L)之平均間隔Pave所用的試片進行測定。
<占空率(duty)>
占空率係以凸部底部寬度lcvb與間隔P之比率(lcvb/P)表示。又，凹凸結構(S)之占空率係對凹凸結構(S)，使用求凹凸結構(S)之平均間隔Pave所用的試片進行測定，凹凸結構(L)之占空率係對凹凸結構(L)，使用求凹凸結構(L)之平均間隔Pave所用的試片進行測定。
<縱橫比>
於構成凹凸結構面720之凹凸結構為點結構之情形時，縱橫比係使用上述中所說明之lcvb，定義為凹凸結構之高度H/lcvb。另一方面，於凹凸結構為孔結構之情形時，縱橫比係使用上述中所說明之lcct，定義為凹凸結構之深度/lcct。又，凹凸結構(S)之縱橫比係對凹凸結構(S)進行測定，凹凸結構(L)之縱橫比係對凹凸結構(L)進行測定。
<凸部底部外接圓直徑out、凸部底部內接圓直徑in>
圖44A~圖44E示出對光學基板(IV)710自凹凸結構面側進行觀察之情形之上表面像。構成凹凸結構面720之凹凸結構之凸部亦可為彎曲之形狀。圖44A~圖44E中，以「A」表示對凹凸結構自凹凸結構面側進行觀察之情形之輪廓(以下，稱為凸部底部輪廓)。此處，於凸部底部輪廓A不為正圓之情形時，對於凸部底部輪廓A之內接圓與外接圓並不一致。圖44A~圖44E中，以「B」表示內接圓，以「C」表示外接圓。
將對於凸部底部輪廓A之內接圓B的直徑定義為凸部底部內接圓直徑in。再者，in係設為內接圓B之大小達到最大時之內接圓B的直徑。再者，內接圓B係配置於較凸部底部輪廓A之內側的圓，係與 凸部底部輪廓A之一部分相接，且並不自凸部底部輪廓A伸出至外側的圓。
另一方面，將對於凸部底部輪廓A之外接圓C的直徑定義為凸部底部外接圓直徑out。Φout係設為外接圓C之大小達到最小時之外接圓C的直徑。再者，外接圓C係配置於較凸部底部輪廓A之外側的圓，係與凸部底部輪廓A之一部分相接，且並不自凸部底部輪廓A伸入至內側的圓。
又，凹凸結構(S)之凸部底部外接圓直徑out、凸部底部內接圓直徑in係對凹凸結構(S)，使用求凹凸結構(S)之平均間隔Pave所用的試片進行測定，凹凸結構(L)之凸部底部外接圓直徑out、凸部底部內接圓直徑in係對凹凸結構(L)，使用求凹凸結構(L)之平均間隔Pave所用的試片進行測定。
再者，於凹凸結構包含複數個凹部之情形時，可將上述用語「凸部底部」換稱作「凹部開口部」。
<凸部側面傾斜角Θ>
凸部側面之傾斜角度Θ係由上述中所說明之凹凸結構之形狀參數所決定。凹部側面傾斜角Θ亦由同樣之方式決定。又，凹凸結構(S)之凸部側面傾斜角Θ係對凹凸結構(S)，使用求凹凸結構(S)之平均間隔Pave所用的試片進行測定，凹凸結構(L)之凸部側面傾斜角Θ係對凹凸結構(L)，使用求凹凸結構(L)之平均間隔Pave所用的試片進行測定。
<凹凸結構之紊亂>
構成凹凸結構面720之凹凸結構可包含以下所說明之紊亂。藉由包含紊亂，光學散射性(光散射或光繞射)增強，故而擾亂波導模式之效果增強，可進一步提昇光取出效率LEE。紊亂可含於凹凸結構(S)或凹凸結構(L)之任一者中，亦可含於兩者中，但就維持內部量子效率IQE之改善，且進一步提高光取出效率LEE之觀點而言，較佳為至少 凹凸結構(S)包含紊亂。
推斷藉由使凹凸結構(L)具有紊亂，則光繞射之模式數、尤其是針對於形成波導模式之發光光之模式數增加。為擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE，必需抑制波導模式經擾亂之發光光再次形成波導模式而由第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層吸收。亦即，對於將波導模式擾亂而向半導體發光元件外部取出之發光光，必需減小在向半導體發光元件外部取出之前由波導模式反射之次數。推斷藉由使凹凸結構(L)具有紊亂，則光繞射之模式數增加，故而該反射次數減少，因此光取出效率LEE進一步提昇。
認為藉由使凹凸結構(S)具有紊亂，可新賦予與凹凸結構(S)之紊亂對應之光學散射性(光繞射或光散射)，故而可維持內部量子效率IQE之提昇，且進一步提昇光取出效率LEE。於對於凹凸結構(S)之發光光之光學現象係由光繞射所引起之情形時，藉由針對上述凹凸結構(L)所說明之原理，光取出效率LEE提昇。另一方面，認為於有效介質近似發揮作用之情形時，可於有效介質近似折射率之薄膜內部導入折射率之紊亂。亦即，折射率之紊亂發揮作為散射點之功能，故而表現出光學散射性，光取出效率LEE提昇。
再者，於凹凸結構之紊亂帶有週期性之情形時，新表現出之光學散射性係由光繞射所引起，於凹凸結構之紊亂之規則性較低之情形時，新表現出之光學散射性係由光散射所引起。
具有紊亂的凹凸結構之要素並無特別限定，作為成為凹凸結構之紊亂之主要因素的要素，例如可列舉：間隔P、占空率、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變換數、凸部底部內接圓直徑in、凸部底部外接圓直徑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、以及可 由凹凸結構之排列類推之資訊(例如凹部之形狀等)。
該等要素中，間隔P表示凹凸結構之排列之紊亂，間隔P以外之要素表示凹凸結構之形狀之紊亂。該等紊亂可為僅1種上述要素之紊亂，亦可為複合之紊亂。尤其是就更強地發揮光學散射性，有效果地打破波導模式，提昇光取出效率LEE之觀點而言，較佳為複數個要素同時滿足以下所說明之式(A)所示之紊亂。其中，認為於間隔P、占空率、高度H、縱橫比、凸部底部外接圓直徑out或比率(out/in)具有紊亂之情形時，由繞射模式數之增加所引起的光學散射性、或者由有效介質近似折射率Nema之分佈所引起的光學散射性增大，擾亂波導模式之效果較大，因而較佳。藉由同時包含該等中之2種以上之紊亂，可使光取出效率LEE之提昇更顯著。其中，若間隔P、高度H、凸部底部外接圓直徑out及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in之任一者具有滿足以下所說明之式(A)的紊亂，則光學散射性效果變得顯著，因而較佳，更佳為該等之複合紊亂。
成為凹凸結構之紊亂之主要因素的要素之紊亂具有下述式(A)所示之(標準偏差/算術平均)。式(A)中，凹凸結構之(標準偏差/算術平均)係針對於構成凹凸結構之要素的值。例如，於凹凸結構包含要素A、B、C三個要素之情形時，係如針對於要素A之標準偏差/針對於要素A之算術平均般，定義為針對於同一要素之標準偏差與算術平均之比率。
0.025≦(標準偏差/算術平均)≦0.8 (A)
(算術平均)
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，藉由下式定義算術平均值。
[數1]
(標準偏差)
將要素(變量)之分佈之N個測定值設為x1、x2......、xn之情形時，使用上述所定義之算術平均值，藉由下式定義標準偏差。
算出算術平均時之樣品點數N係設為10而定義算術平均。又，算出標準偏差時之樣品點數係設為與算出算術平均時之樣品點數N相同。
又，(標準偏差/算術平均)即變動係數並非光學基板之面內之值，而係定義為針對於光學基板之局部之部位的值。亦即，並非遍及光學基板之面內對N點進行測量而算出(標準偏差/算術平均)，而是對光學基板之局部進行觀察，算出該觀察範圍內之(標準偏差/算術平均)。於此，觀察中使用之局部範圍係定義為凹凸結構之平均間隔P之5倍~50倍左右的範圍。例如，若平均間隔P為300nm，則係於1500nm~15000nm之觀察範圍中進行觀察。因此，例如可拍攝2500nm之視野像，使用該拍攝像求出標準偏差及算術平均，算出(標準偏差/算術平均)。尤其是由算出平均間隔Pave所使用的區域測量紊亂。再者，對於凹凸結構(S)之紊亂，係使用平均間隔PS，對於凹凸結構(L)之紊亂，係使用平均間隔PL。
藉由對凹凸結構加入紊亂，可加入與紊亂對應之光學散射性(光散射或光繞射)。於紊亂具有規則性之情形時，新的光學散射性係起因於光繞射，於紊亂不規則之情形時，係由光散射所引起。上述式 (A)表示針對於凹凸結構之某一要素的標準化之不均。其與光學散射成分直接關聯。亦即，藉由滿足上述式(A)之範圍，則可利用與紊亂對應之光學散射性而擾亂波導模式，可進一步提昇光取出效率LEE。
(標準偏差/算術平均)對構成凹凸結構之每一要素存在最佳值，但無論哪一成為凹凸結構之紊亂之主要因素的要素，藉由滿足式(A)均可提昇光取出效率LEE。於此，下限值由光取出效率LEE提昇程度所決定，上限值由內部量子效率IQE之提昇維持程度所決定。就進一步減小對於LED元件之製造條件或光學基板之種類的影響，提高內部量子效率IQE、與光取出效率LEE兩者之觀點而言，下限值更佳為0.03以上。另一方面，上限值較佳為0.5以下，更佳為0.35以下，更佳為0.25以下，最佳為0.15以下。
再者，藉由使選自上述中所說明之間隔P、凸部底部外接圓直徑out、凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in、及高度H之群中的1種以上之要素滿足上述式(A)，可使基於凹凸結構之紊亂的新的光學散射性之表現強度增大，因而較佳。亦即，可於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下，增大光取出效率LEE。其原因在於，為使由凹凸結構之紊亂所引起之光學散射性增強，凹凸結構之體積折射率變化較為重要。藉由使上述中所說明之要素具有紊亂，可使凹凸結構之體積折射率之變化增大，從而可使光繞射模式數之增加程度或與有效介質近似折射率Nema之紊亂對應之部位的對比度增大。亦即，光學散射性增大，可提昇光取出效率LEE。尤其是對於間隔P及高度H亦容易加入規則之紊亂。此時，藉由具有規則性之紊亂，可利用作為新的光學散射性之光繞射。再者，只要將上述要素之紊亂設置於凹凸結構(L)與凹凸結構(S)之至少任一者中，即可增強光學散射性。尤其是就藉由凹凸結構(S)而提昇內部量子效率IQE及光取出效率LEE，且藉由凹凸結構(L)而進一步提昇光取出效率LEE之觀點而言， 較佳為至少凹凸結構(S)包含上述要素之紊亂。
再者，採用滿足上述式(A)之範圍內之哪一數值，可根據光學基板之表面狀態、目的進行各種選擇而選擇最佳之結構。例如，關於同時提昇內部量子效率IQE與光取出效率LEE之選擇，於可應用相對難以產生位錯缺陷之光學基板、CVD裝置或CVD條件之情形時，為提高光散射效果，只要採用滿足上述式(A)之範圍中較大之(標準偏差/算術平均)即可。又，於容易產生相對較多之位錯缺陷之光學基板、CVD裝置或CVD裝置條件之情形時，為減低位錯缺陷、進一步提高內部量子效率IQE，只要採用滿足上述式(A)之範圍中較小之(標準偏差/算術平均)即可。
再者，若具有滿足上述式(A)之紊亂之凹凸結構至少含於平均間隔P較小之凹凸結構中，則可維持內部量子效率IQE之提昇，同時可進一步提昇光取出效率LEE，因而較佳。
繼而，對構成凹凸結構面720之凹凸結構(S)及凹凸結構(L)進行說明。
圖45係表示第4實施形態之光學基板之一例的剖面模式圖。如圖45A~圖45C所示，於光學基板(IV)710之表面設置有體積變化較大之凹凸結構(L)，且於構成凹凸結構(L)之凸部703及凹部704之至少一者之表面設置有結構密度較大之凹凸結構(S)。藉由採用此種構成，可利用凹凸結構(S)提昇內部量子效率IQE，且可利用由凹凸結構(L)引起之光學散射性(光繞射或光散射)而提昇光取出效率LEE。圖45A~圖45C中示出凹凸結構(S)相對於凹凸結構(L)之配置例。
尤其是第1凹凸結構(L)較佳為包含相互離開之複數個凸部703，並且至少於第1凹凸結構(L)之凹部704之底部設置有構成第2凹凸結構(S)之凸部705或凹部706。
此時，可以凹凸結構(L)之凹部704之底部作為起點而使半導體結 晶層開始成長。尤其是藉由於凹部704之底部設置凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式，因此於凹凸結構(S)之附近可減低半導體結晶層之位錯。又，由於凹凸結構(L)包含複數個凸部703，故而可抑制自凹部704之底部成長之半導體結晶層於凸部703附近產生龜裂。亦即，可提昇內部量子效率IQE，並且可提昇半導體發光元件之可靠性。又，由於凹凸結構(L)與凹凸結構(S)滿足特定之平均間隔之關係，因此光學散射性增大。尤其是由於為至少於凹部704之底部設置凹凸結構(S)之構成，因此可藉由光散射或光學反射擾亂波導模式，且可抑制波導模式再次波導，故而光取出效率LEE同時提昇。
或者，第1凹凸結構(L)較佳為包含相互離開之複數個凹部704，並且至少於第1凹凸結構(L)之凸部703之頂部設置有構成第2凹凸結構(S)之凸部705或凹部706。
此時，可以凹凸結構(L)之凸部703之頂部作為起點而使半導體結晶層開始成長。尤其是藉由於凸部703之頂部設置凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式，因此於凹凸結構(S)之附近可減低半導體結晶層之位錯。此時，與自凹部704之底部成長之半導體結晶相比，自凸部703之頂部成長之半導體結晶層的成長性較為良好。藉此，內部量子效率IQE有效果地提昇。進而，亦容易於凹部704內產生空隙。此時，藉由例如雷射剝離而將光學基板(IV)710除去時的除去精度提昇。又，由於凹凸結構(L)與凹凸結構(S)滿足特定之平均間隔之關係，因此光學散射性增大。尤其是由於凹凸結構(L)包含複數個凹部704，因此體積變化變得更大，故而擾亂波導模式之效果增大，光取出效率LEE提昇。
上述中所說明之光學基板(IV)710中，較佳為凹凸結構(S)相對於凹凸結構(L)之被覆率大於0%且未達100%。
此時，由於在凹凸結構(L)之凸部703或凹部704中必定設置有凹 凸結構(S)，因此根據上述中所說明之原理，內部量子效率IQE有效果地提昇。另一方面，不存在凹凸結構(L)之凸部703及凹部704全部由凹凸結構(S)填埋之情況。藉此，可抑制因凹凸結構(S)而使由凹凸結構(L)所引起的光取出效率LEE之提昇效果降低。亦即，使內部量子效率IQE與光取出效率LEE同時提昇的效果進一步提高。
尤其是就抑制凹凸結構(L)之表面之粗糙度增大，使由凹凸結構(L)所引起的擾亂於半導體結晶層內部形成波導模式之發光光之前進方向的效果提昇之觀點而言，被覆率較佳為90%以下，更佳為80%以下，最佳為50%以下。又，為發揮由凹凸結構(S)所引起的內部量子效率IQE之提昇效果，並且降低半導體結晶層之使用量，提昇半導體發光元件之生產性之觀點而言，被覆率較佳為0.01%以上，更佳為0.1%以上，最佳為0.15%以上。再者，半導體發光元件中，尤其是欲進一步提昇內部量子效率之情形時，被覆率於上述最廣之範圍中較佳為50%以上90%以下，更佳為60%以上86%以下，最佳為70%以上84%以下。滿足該等範圍之情形時，藉由凹凸結構(S)擾亂半導體結晶層之成長模式之效果提高，於凹凸結構(S)附近可使位錯衝突而減少。進而，由紊亂所引起的賦予光學散射性之效果、以及抑制半導體結晶層之特異成長之效果增強。另一方面，於特別希望提昇光取出效率之情形時，於上述最廣之範圍中，較佳為0.1%以上30%以下之範圍，更佳為0.1%以下以上10%以下之範圍，最佳為0.1%以上5%以下。藉由滿足該等範圍，可抑制波導模式經擾亂之發光光再次形成波導模式，因此光取出效率進一步提昇。
於此，所謂被覆率，係指凹凸結構(S)之凸部705或凹部706對凹凸結構(L)之凸部703及凹部704之表面的平面佔有率。亦即，將對某一凸部703自上表面側進行觀察時凸部703與包圍凸部703之輪廓之周圍之凹部704的平面面積設為S之情形時，若將該觀察像內凹凸結構 (S)之凸部705或凹部706之合計平面面積設為Si，則被覆率為(Si/S)×100。
圖46係表示第4實施形態之光學基板(IV)710中之凹凸結構的模式圖。圖46A表示凹凸結構(L)包含複數個獨立之凸部703之情形，尤其是表示於凹部704之底面設置有凹凸結構(S)之情形。該例中，凸部703之底部之輪廓形狀以及凸部705之底部之輪廓形狀為圓形。將自凸部703之頂部側觀察所得的平面像中凸部703、與包圍凸部703之輪廓之周圍之凹部704的面積設為S。於此，面積S係將與某一凸部703鄰接之其他凸部703之頂部中央部彼此連結所作的多角形841之面積。若將面積S內所包含的由凹凸結構(S)之凸部705之底部之輪廓所形成的面積之合計面積、或凹部706之開口部之合計面積設為Si，則可以Si/S×100之形式計算出被覆率。再者，圖46A中係例示僅於凹凸結構(L)之凹部底部配置有凹凸結構(S)之情形，但如上述已說明般，凹凸結構(S)之配置並不限定於此。同樣地，圖46B表示凹凸結構(L)包含複數個獨立之凹部704之情形，尤其是表示於凸部703之上表面設置有凹凸結構(S)之情形。該例中，凹部704之開口形狀以及凸部703之底部之輪廓形狀為圓形。將自凸部703之頂部側觀察所得的平面像中凹部704、與包圍凹部704之輪廓之周圍之凸部703的面積設為S。於此，面積S係將與某一凹部704鄰接之其他凹部704之開口部中央部彼此連結所作的多角形841之面積。若將面積S內所包含的由凹凸結構(S)之凸部705之底部之輪廓所形成的面積之合計面積、或凹部706之開口部之合計面積設為Si，則可以Si/S×100之形式計算出被覆率。再者，圖46B中係例示僅於凹凸結構(L)之凸部703之頂部配置有凹凸結構(S)之情形，但如上述已說明般，凹凸結構(S)之配置並不限定於此。
再者，於如圖46B所示般僅於凹凸結構(L)之凸部703之頂部上表面設置有凹凸結構(S)之情形時，可將自凸部703之頂部側觀察時凸部 703之頂部上表面之面積設為S，將具有面積S之凸部703之頂部上表面內所包含的凹凸結構(S)之平面面積之合計設為Si，求出被覆率(Si/S×100)。再者，將該被覆率稱為對凸部703之頂部上表面之被覆率T。同樣地，於圖46A所示般僅於凹凸結構(L)之凹部704之底面設置有凹凸結構(S)之情形時，可將自凸部705之頂部側觀察時凹部704之底面之面積設為S，將具有面積S之凹部704之底面內所包含的凹凸結構(S)之平面面積之合計設為Si，求出被覆率(Si/S×100)。再者，將該被覆率稱為對凹部704之底面之被覆率B。對凸部703之頂部上表面之被覆率T以及對凹部704之底面之被覆率B較佳為1%以上90%以下。尤其是就良好地提高內部量子效率IQE，提昇半導體發光元件之發光功率之觀點而言，對凸部703之頂部上表面之被覆率T以及對凹部704之底面之被覆率B較佳為3%以上60%以下，更佳為5%以上55%以下，最佳為10%以上40%以下。又，於凹凸結構(L)之凸部703之頂部、凸部703之側面及凹部704之底部設置有凹凸結構(S)之情形時，凹凸結構(S)對凹凸結構(L)的凸部703之頂部上表面之被覆率、或凹凸結構(S)對凹凸結構(L)之凹部704之底面之被覆率亦較佳為滿足上述對凸部703之頂部上表面之被覆率T或對凹部704之底面之被覆率B。
再者，關於凹凸結構(L)，於基板本體702上另行設置有複數個凸部703之情形時，凹凸結構(L)係包含基板本體702之主面及複數個凸部703。此時，複數個凸部703相當於凹凸結構(L)之凸部，位於凸部703之間的基板本體702之主面之露出部分相當於凹凸結構(L)之凹部704。
另一方面，藉由直接加工基板本體702而設置凹凸結構(L)之情形時，凹凸結構(L)與基板本體702之材質相同。
圖45A係凹凸結構(L)包含獨立之複數個凸部703，並且於凹凸結構(L)之凹部704之表面設置有凹凸結構(S)的情形。圖45B係凹凸結構 (L)包含獨立之複數個凸部703，並且於凹凸結構(L)之凸部703之表面設置有凹凸結構(S)之情形。圖45C係凹凸結構(L)包含獨立之複數個凸部703，並且於凹凸結構(L)之凸部703及凹部704之表面設置有凹凸結構(S)之情形。
藉由如圖45A所示般於凹凸結構(L)之凹部704設置凹凸結構(S)，可良好地提昇內部量子效率IQE。進而，由於凹凸結構(L)包含獨立之複數個凸部703，故而可抑制半導體結晶層中之龜裂。其原因在於半導體結晶層係自凹凸結構(L)之凹部704開始成長。亦即，可擾亂半導體結晶層之成長模式，故而於凹凸結構(L)之凹部704可使位錯分散。再者，雖圖45A中未於凸部703之側面部描繪凹凸結構(S)，但亦可於凸部703之側面上設置凹凸結構(S)。認為此時擾亂波導模式之效果進一步增強，並且可使經擾亂之發光光之前進方向進一步向半導體發光元件之厚度方向上變化。因此，選取對半導體發光元件進行封裝時之密封材料變得容易。
於凹凸結構(L)由與基板本體702相同之材質構成之情形時，為抑制自凹凸結構(L)之凸部703之頂部產生的位錯，較佳為凹凸結構(L)之凸部703之直徑自底部朝向頂點減小的結構。尤佳為凹凸結構(L)之凸部703之頂部與凹凸結構(L)之凸部703之側面部連續地連結的結構，換言之即凸部頂部寬度lcvt漸近於0的結構。凹凸結構(L)可採用圓盤狀、圓錐狀、n角柱(n≧3)狀、n角錐狀等形狀，其中，就提昇第1半導體層730之成長之均勻性，減低於第1半導體層730之內部產生之龜裂或位錯的觀點而言，較佳為圓錐狀、圓盤狀、三角柱狀、三角錐狀、六角柱狀及六角錐狀之任一者。再者，上述角錐之頂部可為曲率半徑為0之角部，亦可為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部。尤其是於角錐形狀之情形時，藉由具有曲率半徑大於0之角部，可抑制半導體結晶層成長時產生之龜裂，因此半導體發光元件之長期可靠性提昇。 尤其是於該等形狀中，較佳為凸部703之側面部之傾斜角度具有1個以上5個以下之變換點。再者，更佳為1個以上3個以下。又，凸部703之側面部亦可不為直線狀，而為具有鼓起之形狀。
另一方面，於凹凸結構(L)與基板本體702由不同之材料構成之情形時，凹凸結構(L)之凸部703除圓錐狀或n角錐狀(n≧3)等形狀以外，亦可為圓盤狀或n角柱(n≧3)狀等凸部頂部寬度lcvt與凸部底部寬度lcvb於實質上相同之結構。尤其是就提昇第1半導體層730之成長之均勻性，減低於第1半導體層730之內部產生之龜裂或位錯的觀點而言，較佳為圓錐狀、圓盤狀、三角柱狀、三角錐狀、六角柱狀及六角錐狀之任一者。又，就抑制於第1半導體層內產生之龜裂的觀點而言，較佳為凹凸結構(L)之凸部703之直徑自底部朝向頂點減小的結構。尤其是於該等形狀中，較佳為凸部703之側面部之傾斜角度具有1個以上5個以下之變換點。再者，更佳為1個以上3個以下。又，凸部7303之側面部亦可不為直線狀，而為具有鼓起之形狀。再者，於凹凸結構(L)與基板本體702由不同之材料構成之情形時，較佳為凹凸結構(L)之折射率nL與基板本體之折射率ns之差的絕對值| nL-ns |為0.1以上。藉由滿足此種範圍，可使自半導體結晶層觀察時凹凸結構(L)之光學存在感增加。亦即，光學散射性增加，因此擾亂波導模式之效果增大。進而，自半導體發光元件之側面方向之光取出、或自上表面方向之光取出之設計變得容易。
又，就進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為於凹凸結構(L)之凹部704之底部設置的凹凸結構(S)為包含複數個凸部705之點結構，且凹凸結構(S)之凹部706之底部具有平坦面。進而，若為凹凸結構(S)之凸部705之直徑自凸部705之底部朝向頂點減小的結構，則可進一步促進位錯分散化，因而較佳。最佳為凸部頂部寬度lcvt漸近於0之狀態的凸部705之頂部與側面部連續之結構。再者，藉由使凸 部705之側面包含凹凸結構(L)之凸部側面之傾斜自凹凸結構(L)之凸部705之頂部向底部方向變得陡斜之變化，可抑制於第1半導體層730內產生之龜裂。
藉由如圖45B所示般於凹凸結構(L)之凸部703上設置凹凸結構(S)，則即便於凹凸結構(L)之凸部703之頂部存在平坦面之情形時，亦可良好地提昇內部量子效率IQE。其原因在於半導體結晶層係自凹凸結構(L)之平坦面開始成長。亦即，可將凹凸結構(L)之凸部703之頂部之平坦面上的半導體結晶層之成長模式擾亂，故而於凹凸結構(L)之凸部703中可使位錯分散。又，關於自凹凸結構(L)之凹部704之底部成長的半導體結晶層，可藉由半導體結晶層之橫向成長而減低位錯。因此，半導體結晶層之位錯密度降低，可提昇內部量子效率IQE。此時，為促進半導體結晶層之成長，較佳為凹凸結構(L)之凹部704之底部具有平坦面。進而，較佳為凹凸結構(L)之凸部703之頂部小於底部的結構。又，就藉由凹凸結構(S)而將內部量子效率IQE保持為良好之觀點而言，較佳為凹凸結構(S)為包含複數個凸部705之點結構，且凹凸結構(S)之凹部706之底部具有平坦面。進而，若為凹凸結構(S)之凸部703之直徑自底部朝向頂點減小的結構，則可進一步促進位錯分散化，因而較佳。最佳為凸部頂部寬度lcvt漸近於0之狀態的凸部703之頂部與側面部連續之結構。凹凸結構(L)可採用圓盤狀、圓錐狀、n角柱(n≧3)狀、n角錐狀等形狀，其中，就提昇第1半導體層730之成長之均勻性，減低於第1半導體層730內部產生之龜裂或位錯的觀點而言，較佳為圓錐狀、圓盤狀、三角柱狀、三角錐狀、六角柱狀及六角錐狀之任一者。再者，上述角錐之頂部可為曲率半徑為0之角部，亦可為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部。尤其是於角錐形狀之情形時，藉由具有曲率半徑大於0之角部，可抑制半導體結晶層成長時產生之龜裂，因此半導體發光元件之長期可靠性提昇。尤其是於該等形 狀中，較佳為凸部703之側面部之傾斜角度具有1個以上5個以下之變換點。再者，更佳為1個以上3個以下。又，凸部703之側面部亦可不為直線狀，而為具有鼓起之形狀。又，於凹凸結構(L)之凸部703頂部設置有凹凸結構(S)之情形時，容易藉由例如雷射剝離而將光學基板(IV)710除去，因此可使半導體發光元件之單位投入電力之發光強度增加。
利用圖45C所示之結構，可將上述中所說明之圖45A及圖45B之結構所表現出的效果組合。
圖45中係例示凹凸結構(L)包含複數個獨立之凸部703之情形，但凹凸結構(L)亦可包含複數個獨立之凹部704。
圖47係表示第4實施形態之光學基板之一例的剖面模式圖。圖47A係凹凸結構(L)包含獨立之複數個凹部704，並且於凹凸結構(L)之凸部703之表面設置有凹凸結構(S)的情形。圖47B係凹凸結構(L)包含獨立之複數個凹部704，並且於凹凸結構(L)之凹部704之表面設置有凹凸結構(S)的情形。圖47C係凹凸結構(L)包含獨立之複數個凹部704，並且於凹凸結構(L)之凸部703及凹部704之表面設置有凹凸結構(S)的情形。
藉由如圖47A所示般於凹凸結構(L)之凸部703上設置凹凸結構(S)，可良好地提昇內部量子效率IQE。進而，由於凹凸結構(L)包含獨立之複數個凹部704，因此容易於凹凸結構(L)之凹部704之內部形成空穴。此時，藉由雷射剝離除去光學基板之精度提昇。進而，於形成空穴之情形時，半導體結晶層與空穴之折射率之差變得非常大，因此光取出效率LEE之增加程度劇增。該情況對於圖47B或圖47C所示之凹凸結構亦同樣。
如以上所說明般，凹凸結構(S)之主要功能為改善內部量子效率IQE。因此，凹凸結構(S)之材質較佳為與構成光學基板(IV)710之基 板本體702之材質相同。另一方面，凹凸結構(L)之主要功能為改善光取出效率LEE。因此，凹凸結構(L)之材質與光學基板(IV)710之基板本體702可相同亦可不同。例如可列舉：凹凸結構(S)及凹凸結構(L)之任一者均包含藍寶石、SiC(碳化矽)、氮化物半導體、Si(矽)或尖晶石之情形；或凹凸結構(S)包含藍寶石、SiC、氮化物半導體、Si或尖晶石，凹凸結構(L)包含SiO之情形。
以上所說明的用以使內部量子效率IQE與光取出效率LEE共同提昇的凹凸結構(L)及凹凸結構(S)之排列特佳為滿足以下之排列或形狀。
<凹凸結構(S)>
凹凸結構(S)之主要功能為提昇內部量子效率IQE。因此，只要滿足以下所說明之凹凸結構(S)之密度(平均間隔PS)，則其排列並無限定，可採用：六方排列、準六方排列、準四方排列、四方排列、或將該等排列加以組合所成之排列、或者規則性較低之排列等。尤其是凹凸結構(S)之排列規則性越降低，則越可一併表現出由凹凸結構(S)引起之光學散射性之效果，因而較佳。
凹凸結構(S)之平均間隔PS成為表示凹凸結構(S)之密度的指標。藉由設置凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式，可對應凹凸結構(S)而使位錯分散，故而無論於微觀上或宏觀上均可減低位錯，因此可提昇內部量子效率IQE。
平均間隔PS較佳為50nm以上1500nm以下。尤其是藉由使平均間隔PS為1500nm以下，凹凸結構(S)之密度提昇。伴隨於此，可使半導體結晶層內部之位錯分散，可減低局部及宏觀之位錯密度，故而可增大內部量子效率IQE。就進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間隔PS較佳為1200nm以下，更佳為900nm以下，最佳為750nm以下。另一方面，藉由使凹凸結構(S)之平均間隔PS為50nm以上，可使作為 凹凸結構(S)之光學散射性(光繞射或光散射)增強。亦即，可於由凹凸結構(L)引起之光學散射性(光繞射或光散射)或反射上，加上由凹凸結構(S)引起之光學散射性(光繞射或光散射)，故而光取出效率LEE進一步提昇。就進一步發揮上述效果之觀點而言，平均間隔PS較佳為200nm以上，更佳為300nm以上，最佳為350nm以上。
又，藉由對凹凸結構(S)之間隔P加入以上所說明之紊亂，則可於由凹凸結構(S)引起之內部量子效率IQE提昇得到維持之狀態下，使由凹凸結構(S)引起之光學散射性(光繞射或光散射)進一步提昇。亦即，改善由凹凸結構(S)引起之內部量子效率IQE之提昇及改善光取出效率LEE之效果增強，故而光學基板之凹凸結構面720的內部量子效率IQE與光取出效率LEE之提昇程度均增大。關於針對於凹凸結構(S)之間隔P的(標準偏差/算術平均)，於上述最廣之範圍(0.025以上0.8以下)中，較佳為0.03以上0.4以下。尤其是藉由為0.03以上，則可良好地有助於光取出效率LEE，藉由為0.4以下，則可良好地有助於內部量子效率IQE。就相同之觀點而言，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。
再者，凹凸結構(S)之間隔P之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。例如，為包含不規則地含有六方排列、準六方排列、準四方排列、及四方排列之特異結構的凹凸結構之情形時，凹凸結構之間隔P之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，為包含如於正六方排列中間隔P週期性地產生增減之特異結構的凹凸結構之情形時，間隔P之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。又，例如，於作為基本結構之正六方排列中局部地配置有作為特異結構之非正六方排列(例如，四方排列)部位的情形時，若該特異結構不規則地分散存在，則凹凸結構之間隔P之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散 射。另一方面，於作為基本結構之正六方排列中局部地配置有作為特異結構之非正六方排列(例如，四方排列)部位，且該特異結構係規則地設置的情形時，凹凸結構(S)之間隔P之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。
凹凸結構(S)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，最佳為實質上為0。再者，lcvt/lcct=0意指lcvt=0nm。然而，即便利用例如掃描式電子顯微鏡測定lcvt之情形時，亦無法準確地測量出0nm。因此，此處之lcvt包括測定解析度以下之全部情形。若比率(lcvt/lcct)為3以下，則可有效果地提昇內部量子效率IQE。其原因在於，自凹凸結構(S)之凸部705之頂部上產生之位錯得到抑制，位錯之分散性提昇，微觀及宏觀之位錯密度降低。進而，藉由使(lcvt/lcct)為1以下，可提昇光取出效率LEE。其原因在於，由光學基板(IV)710及半導體結晶層所形成的凹凸結構(S)之折射率分佈自發光光觀察變得適當。就使上述中所說明之內部量子效率IQE與光取出效率LEE共同地大幅提昇之觀點而言，(lcvt/lcct)較佳為0.4以下，更佳為0.2以下，進而較佳為0.15以下。
又，若凹凸結構(S)之凹部706之底部具有平坦面，則可提昇內部量子效率IQE，並且可減小半導體結晶成膜裝置間之差，因而較佳。於LED元件中，為提昇內部量子效率IQE，必需使半導體結晶層內部之位錯分散，減少局部及宏觀之位錯密度。於此，該等物理現象之初期條件為藉由化學蒸鍍(CVD)成膜形成半導體結晶層時之成核及核成長。藉由使凹凸結構(S)之凹部706之底部具有平坦面，可適宜地成核，故而可進一步表現出由凹凸結構(S)之密度所引起的半導體結晶層內之位錯減低效果。結果，可使內部量子效率IQE進一步增大。就以上之觀點而言，凹凸結構(S)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。尤其是就進一步促進以凹凸結構 (S)之凹部706之底部作為基準面的半導體結晶層之成長之觀點而言，(lcvb/lccb)更佳為2以下，最佳為1以下。該平坦面之大小較佳為30nm以上。於此，所謂平坦面之大小，係定義為於相互最靠近的凸部705中，各凸部705之底部外緣部間之最短距離。藉由為30nm以上，可將半導體結晶層之初期成長性保持為良好，故而內部量子效率IQE之改善效果增大。就相同之觀點而言，平坦面之大小更佳為60nm以上，最佳為80nm以上。
進而，若為凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb的形狀，則容易同時滿足上述中所說明之比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此藉由上述已說明之機制，可增大內部量子效率IQE。
又，若凹凸結構(S)為點結構，則容易控制凸部頂部寬度lcvt及凸部底部寬度lcvb，容易同時滿足比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此藉由上述已說明之機制，可增大內部量子效率IQE。
關於由凸部底部寬度lcvb與間隔P之比率(lcvb/P)所表示的占空率，就提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為0.03以上0.83以下。藉由為0.03以上，則擾亂半導體結晶層之結晶模式之效果增大，可改善內部量子效率IQE。就同樣之效果而言，比率(lcvb/P)更佳為0.17以上，最佳為0.33以上。另一方面，藉由為0.83以下，則可於化學蒸鍍中使半導體結晶層良好地成核及核成長，可提高內部量子效率IQE。就同樣之效果而言，比率(lcvb/P)更佳為0.73以下，最佳為0.6以下。
再者，藉由使凸部底部外接圓直徑out及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)，可有效果地表現出光學散射性，因而較佳。凸部底部外接圓直徑out具有紊亂表示占空率具有紊亂。
藉由使縱橫比為0.1以上，可使因由凹凸結構(S)引起之光學散射 性而提昇的光取出效率LEE提昇。尤其是就利用由凹凸結構(S)之高度H之紊亂、以及上述中所說明之凹凸結構(S)之間隔P之紊亂所引起的新的光學散射性而進一步提昇光取出效率LEE之觀點而言，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，藉由使縱橫比為5以下，可減低位錯密度，此外亦可縮短凹凸結構(S)之製作時間，且可減低半導體結晶量，因而較佳。就同樣之效果而言，更佳為2以下，最佳為1.5以下。
再者，於高度H具有滿足上述式(A)之紊亂之情形時，光學散射性有效果地提高，因而較佳。此時，縱橫比亦同時具有紊亂。再者，凹凸結構(S)之高度H之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。亦即，縱橫比之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。例如，存在中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構(S)，於為包含高度H具有上述範圍內規則性較低之紊亂之特異結構的凹凸結構(S)之情形時，凹凸結構(S)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，為包含高度H週期性地產生增減之特異結構的凹凸結構之情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。又，例如，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位的情形時，若該特異部位係不規則地分散存在，則凹凸結構(S)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位，且該特異部位係規則地設置的情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。
凸部底部外接圓直徑out與凸部底部內接圓直徑in之比率(out/in)係表示凸部底部輪廓A之變形的尺度。該比率(out/in)較佳為1以上3以下。於比率(out/in)為1之情形時，凸部底部輪廓A為 正圓。此時，在設計凹凸結構(S)時，可使光學模擬適宜地發揮作用，故而LED元件之設計變得容易。就提昇光取出效率LEE之觀點而言，比率(out/in)較佳為大於1。另一方面，藉由使比率(out/in)為3以下，可提昇內部量子效率IQE。比率(out/in)較大表示凸部底部之直徑與正圓相比大幅彎曲。亦即，上述中所說明之凸部底部寬度lcvb及凹部底部寬度lcc會根據測定方向之不同而變化。尤其是凹部底部寬度lcc作為半導體結晶層之成長之基準面而較為重要，故而必需滿足上述中所說明之範圍。就該觀點而言，比率(out/in)較佳為3以下，更佳為2以下，最佳為1.5以下。
又，就將凸部底部外接圓直徑out之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部量子效率IQE得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構(S)之凸部底部外接圓直徑out的(標準偏差/算術平均)於上述最廣之範圍(0.025~0.8)中，較佳為0.03以上0.4以下。尤其是藉由為0.03以上，則可良好地有助於光取出效率LEE，藉由為0.4以下，則可良好地有助於維持內部量子效率IQE之提昇。就相同之觀點而言，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，就將比率(out/in)之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部量子效率IQE得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構之比率(out/in)的(標準偏差/算術平均)於上述最廣之範圍(0.025~0.8)中，較佳為0.03以上0.35以下。尤其是藉由為0.03以上，則可良好地有助於光取出效率LEE，藉由為0.35以下，則可良好地有助於維持內部量子效率IQE之提昇。就相同之觀點而言，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直徑out及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述範圍之情形時，可使基於凹凸結構(S)之紊亂的新的光學散射性(光繞射或光散射)之表現強度增大，因而較佳。亦即，可於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下，增大光取出效率LEE。其原因在於，為使由凹凸結構(S)之紊亂所引起之光學散射性增強，凹凸結構(S)之體積變化較為重要。藉由使上述中所說明之要素具有紊亂，可使凹凸結構(S)之體積之變化增大，從而可使光繞射模式數之增加程度或與有效介質近似折射率Nema之紊亂對應之部位的對比度增大。亦即，光學散射性增大，可提昇光取出效率LEE。
又，藉由使凸部底部外接圓直徑out及上述中所說明之高度H滿足上述式(A)之範圍，則上述中所說明之凹凸結構(S)之體積變化增大，光取出效率LEE之提昇程度進一步增大，因而較佳。就同樣之效果而言，較佳為凸部底部外接圓直徑out、高度H及間隔P滿足上述式(A)，更佳為凸部底部外接圓直徑out、高度H、間隔P及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)。
就內部量子效率IQE、製作凹凸結構(S)所花費之時間、所使用之半導體結晶量之觀點而言，凹凸結構(S)之凸部之高度H較佳為平均間隔P之2倍以下。尤其是高度H為平均間隔PS以下之情形時，凹凸結構(S)之折射率分佈自發光光觀察變得適當，故而可進一步提昇光取出效率LEE。就該觀點而言，凹凸結構(S)之高度H更佳為平均間隔PS之0.8倍以下，最佳為0.6倍以下。
又，就將高度H之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構(S)之高度H的(標準偏差/算術平均)於上述最廣之範圍(0.025~0.8)中，較佳為0.03以上0.40以下。尤其是 藉由為0.03以上，則可良好地有助於光取出效率LEE，藉由為0.40以下，則可良好地有助於維持內部量子效率IQE之提昇。就相同之觀點而言，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。
上述高度H滿足上述範圍之情形時，可使基於凹凸結構(S)之紊亂的新的光學散射性(光繞射或光散射)之表現強度增大，因而較佳。亦即，可於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下，增大光取出效率LEE。其原因在於，為使由凹凸結構(S)之紊亂所引起之光學散射性增強，凹凸結構(S)之體積變化較為重要。藉由使上述中所說明之要素具有紊亂，可使凹凸結構(S)之體積變化增大，從而可使光繞射模式數之增加程度或與有效介質近似折射率Nema之紊亂對應之部位的對比度增大。亦即，光學散射性增大，可提昇光取出效率LEE。尤其是藉由使高度H及間隔P滿足上述式(A)，則光學散射性之效果增大，光取出效率LEE進一步提昇，因而較佳。根據同樣之原理，更佳為高度H、間隔P及凸部底部外接圓直徑out滿足上述式(A)，更佳為高度H、間隔P、凸部底部外接圓直徑out、以及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)。
再者，高度H之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。例如，存在中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構(S)，於為包含高度H具有上述範圍內規則性較低之紊亂之特異結構的凹凸結構(S)之情形時，凹凸結構(S)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，為包含高度H週期性地產生增減之特異結構的凹凸結構(S)之情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。又，例如，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位的情形時，若該特異部位係不規則地分散存在，則凹凸結構(S)之高度H之 紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位，且該特異部位係規則地設置的情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。
凸部705之側面之傾斜角度Θ係由上述中所說明之凹凸結構(S)之形狀參數所決定。尤佳為傾斜角度自凸部705之頂部朝向底部多階段地變化。例如，描繪出凸部705之側面向上鼓起之彎曲點為1個之曲線時，存在2個傾斜角度。藉由具有此種多階段之傾斜角度，可使由凹凸結構之紊亂所引起之光學散射性(光繞射或光散射)之效果進一步增強，可提昇光取出效率LEE。又，根據光學基板(IV)710與半導體結晶層之材質之不同，亦可根據產生於該側面上之結晶面而選取凸部705之側面之傾斜角度。認為此時，半導體結晶層之成長性變得良好，故而可使內部量子效率IQE進一步提高。
<凹凸結構(L)>
凹凸結構(L)之主要功能為提昇光取出效率LEE。因此，較佳為使半導體發光元件之發光光有效果地產生光學散射性(光散射或光繞射)現象或反射現象的結構，可採用以下所說明之凹凸結構(L)。
關於凹凸結構(L)之平均間隔PL，就有效果地表現出光學散射性(光繞射或光散射)或反射的觀點而言，較佳為1000nm以上100μm以下。尤其是就表現出更強之光繞射性，有效果地擾亂波導模式，提昇光取出效率LEE之觀點而言，平均間隔PL較佳為1200nm以上，更佳為1500nm以上，最佳為2000nm以上。另一方面，關於上限值，就凹凸結構(L)之製造時間、半導體結晶層之使用量之觀點而言，較佳為50μm以下，更佳為20μm以下，最佳為10μm以下。
又，認為藉由對凹凸結構(L)之間隔P加入以上所說明之紊亂，當由凹凸結構(L)引起光取出效率LEE提昇之原理係利用光學散射性(光 繞射或光散射)時，光取出效率LEE之提昇程度進一步增加。其原因在於，凹凸結構(L)影響光取出效率LEE之本質在於使因波導模式而多次反射之發光光的前進方向變化。亦即，為有效果地提昇光取出效率LEE，必需將到達至凹凸結構(L)之發光光於不再次形成波導模式之情況下向半導體發光元件之外部取出。又，必需減少波導模式經擾亂之發光光在自半導體發光元件向外部射出之前的反射次數。認為藉由使凹凸結構(L)具有紊亂，則由凹凸結構(L)所引起之光繞射模式之數增加，故而發光光之前進方向之多樣性增加。該情況表示到達至凹凸結構(L)之發光光再次形成波導模式的概率降低，故而認為可抑制發光光由第1半導體層730、發光半導體層740及第2半導體層750吸收而衰減。就以上之觀點而言，針對於凹凸結構(L)之間隔P的(標準偏差/算術平均)於上述最廣之範圍(0.025以上0.8以下)中，較佳為0.03以上0.5以下。尤其是藉由為0.03以上，則可良好地有助於光取出效率LEE,藉由為0.4以下，則維持內部量子效率IQE之提昇之效果增大。就相同之觀點而言，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。
再者，凹凸結構(L)之間隔P之紊亂與上述中所說明之凹凸結構(S)之間隔P之紊亂同樣地可具有較高之規則性，亦可規則性較低。
關於凹凸結構(L)之排列，就提昇光取出效率LEE之觀點而言，可採用六方排列、準六方排列、準四方排列、四方排列、或將該等加以組合所成之排列、或者規則性較低之排列。尤其是就藉由凹凸結構(L)亦可提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為六方排列。亦可採用自以六方排列而設置的複數個凸部中部分地去除凸部所成之排列。藉由採用此種排列，可抑制半導體發光元件之順電位增加。例如，可列舉於在六方格子之網格點上設置有凸部之狀態下，最密集地填充於六方格子之中心點無凸部之單元所成的排列。
關於凹凸結構(L)之凸部頂部寬度lcvt，無論凹凸結構(L)之材質如何，若於凹凸結構(L)之凸部703上設置有凹凸結構(S)則並無特別限定。其原因在於，於凹凸結構(L)與基板本體702之材質不同之情形時，第1半導體層730係自基板本體702之露出之面成長。另一方面，於凹凸結構(L)與基板本體702之材質相同之情形時，可藉由凹凸結構(S)使自凹凸結構(L)之凸部703之頂部產生的位錯減低。於凹凸結構(L)與基板本體702之材質相同之情形時，無論凹凸結構(S)相對於凹凸結構(L)為怎樣之配置，就提昇內部量子效率IQE及光取出效率LEE之觀點而言，凹凸結構(L)之凸部頂部寬度lcvt與凹部開口寬度lcct之比率(lcvt/lcct)均越小越佳，最佳為實質上為0。再者，lcvt/lcct=0意指lcvt=0nm。然而，即便利用例如掃描式電子顯微鏡測定lcvt之情形時，亦無法準確地測量出0nm。因此，此處之lcvt包括測定解析度以下之全部情形。若比率(lcvt/lcct)為3以下，則可使半導體結晶層之成膜性保持為良好。其原因在於可減低自凹凸結構(L)之凸部703之頂部成長的半導體結晶量。進而，藉由使(lcvt/lcct)為1以下，可提昇光取出效率LEE。其原因在於由光學基板(IV)710及半導體結晶層所形成的凹凸結構(L)之折射率分佈自發光光觀察變得適當。就使上述中所說明之內部量子效率IQE與光取出效率LEE共同地大幅提昇之觀點而言，(lcvt/lcct)較佳為0.4以下，更佳為0.2以下，進而較佳為0.15以下。
又，於凹凸結構(L)與基板本體702之材質相同之情形時，若凹凸結構(L)之凹部704之底部具有平坦面，則可提昇內部量子效率IQE，並且可減小半導體結晶成膜裝置間之差，因而較佳。於LED元件中，為提昇內部量子效率IQE，必需使半導體結晶層內部之位錯分散，減少局部及宏觀之位錯密度。於此，該等物理現象之初期條件為藉由化學蒸鍍(CVD)形成半導體結晶層時之成核及核成長。藉由使凹凸結構 (L)之凹部704之底部具有平坦面，可適宜地成核，故而半導體結晶層之成長變得穩定。結果，可使內部量子效率IQE進一步增大。就以上之觀點而言，凹凸結構(S)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。尤其是就進一步促進以凹凸結構(S)之凹部704之底部作為基準面的半導體結晶層之成長之觀點而言，(lcvb/lccb)更佳為2以下，最佳為1以下。
另一方面，於凹凸結構(L)與基板本體702之材質不同之情形時，藉由將凹凸結構(L)部分地設置於基板本體702上，亦即使基板本體702具有露出之面，可實現第1半導體層730之成長。因此，凹凸結構(L)與基板本體702之材質不同之情形時的凹凸結構(L)係包含設置於基板本體702上之複數個凸部、及未設置有凸部的露出之基板本體702。例如，將藍寶石、SiC、氮化物半導體、Si或尖晶石作為基板本體702時，可設置包含SiO2之凸部703。亦即，由基板本體702及SiO2構成凹凸結構(L)。
進而，若為凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb的形狀，則容易同時滿足上述中所說明之比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此藉由上述已說明之機制，可增大內部量子效率IQE。又，為凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb的結構之情形時，可有效果地表現出半導體結晶層之橫向成長，故而位錯密度之減低效果進一步提高，內部量子效率IQE之提昇程度增大。
又，若凹凸結構(L)為點結構，則容易控制凸部頂部寬度lcvt及凸部底部寬度lcvb，容易同時滿足比率(lcvt/lcct)及比率(lcvb/lccb)，因此藉由上述已說明之機制，可使內部量子效率IQE及光取出效率LEE增大。
關於由凸部底部寬度lcvb與間隔P之比率(lcvb/P)所表示的占空率，就提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為0.03以上0.83以 下。藉由為0.03以上，半導體結晶層之成長穩定性增大，半導體結晶層之橫向成長之效果增大。就同樣之效果而言，比率(lcvb/P)更佳為0.17以上，最佳為0.33以上。另一方面，藉由為0.83以下，則可於化學蒸鍍中使半導體結晶層良好地成核及核成長，可提高內部量子效率IQE。就同樣之效果而言，比率(lcvb/P)更佳為0.73以下，最佳為0.6以下。
再者，藉由使凸部底部外接圓直徑out及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)，可有效果地表現出光學散射性，故而可有效果地增大光取出效率LEE。凸部底部外接圓直徑out具有紊亂表示占空率具有紊亂。
藉由使縱橫比為0.1以上，可使因由凹凸結構(L)引起之光學散射性而提昇的光取出效率LEE提昇。尤其是就利用由凹凸結構(L)之高度H之紊亂、以及上述中所說明之凹凸結構(L)之間隔PL之紊亂所引起的新的光學散射性而進一步提昇光取出效率LEE之觀點而言，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，藉由使縱橫比為5以下，可縮短凹凸結構(L)之製作時間，且可減低半導體結晶量，因而較佳。就同樣之效果而言，更佳為2以下，最佳為1.5以下。
再者，於高度H具有滿足上述式(A)之紊亂之情形時，與關於上述凹凸結構(S)之說明同樣地，光學散射性有效果地提高，因而較佳。此時，縱橫比亦同時具有紊亂。再者，凹凸結構(L)之高度H之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。亦即，縱橫比之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。例如，存在中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構(L)，於為包含高度H具有上述範圍內規則性較低之紊亂之特異結構的凹凸結構(L)之情形時，凹凸結構(L)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，為包含高度H週期性地產生增減之特異結構的凹凸 結構(L)之情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。又，例如，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位的情形時，若該特異部位係不規則地分散存在，則凹凸結構(L)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位，且該特異部位係規則地設置的情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。
凸部底部外接圓直徑out與凸部底部內接圓直徑in之比率(out/in)係表示凸部底部輪廓A之變形的尺度。該比率(out/in)較佳為1以上10以下。於比率(out/in)為1之情形時，凸部底部輪廓A為正圓。此時，在設計凹凸結構(L)時，可使光學模擬適宜地發揮作用，故而LED元件之設計變得容易。就提昇光取出效率LEE之觀點而言，比率(out/in)較佳為大於1。另一方面，藉由使比率(out/in)為10以下，可提昇內部量子效率IQE。比率(out/in)較大表示凸部703之底部之直徑大幅偏離正圓。亦即，上述中所說明之凸部底部寬度lcvb及凹部底部寬度lcc會根據測定方向之不同而變化。尤其是凹部底部寬度lcc作為半導體結晶層之成長之基準面而較為重要，故而必需滿足上述中所說明之範圍。就該觀點而言，比率(out/in)較佳為5以下，更佳為3以下，最佳為2以下。
又，就將凸部底部外接圓直徑out之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部量子效率IQE得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構(L)之凸部底部外接圓直徑out的(標準偏差/算術平均)可滿足上述凹凸結構(S)中所說明之範圍。
又，就將比率(out/in)之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部 量子效率IQE得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構(L)之比率(out/in)的(標準偏差/算術平均)可滿足上述凹凸結構(S)中所說明之範圍。
上述凸部底部外接圓直徑out及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述範圍之情形時，可使基於凹凸結構(L)之紊亂的新的光學散射性(光繞射或光散射)之表現強度增大，因而較佳。其原因在於，為使由凹凸結構(L)之紊亂所引起之光學散射性增強，凹凸結構(L)之體積變化較為重要。藉由使上述中所說明之要素具有紊亂，可使凹凸結構(L)之體積之變化增大，可使光繞射模式數之增加程度增大。亦即，光學散射性增大，可提昇光取出效率LEE。
又，藉由使凸部底部外接圓直徑out及上述中所說明之高度H滿足上述式(A)之範圍，則上述中所說明之凹凸結構(L)之體積變化增大，光取出效率LEE之提昇程度進一步增大，因而較佳。就同樣之效果而言，較佳為凸部底部外接圓直徑out、高度H及間隔P滿足上述式(A)，更佳為凸部底部外接圓直徑out、高度H、間隔P及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)。
就製作凹凸結構(L)所花費之時間、所使用之半導體結晶量之觀點而言，凹凸結構(L)之凸部703之高度H較佳為平均間隔P之2倍以下。尤其是為平均間隔PL以下之情形時，凹凸結構(L)之折射率分佈自發光光觀察變得適當，故而可進一步提昇光取出效率LEE。就該觀點而言，凹凸結構(L)之高度H更佳為平均間隔P之0.8倍以下，最佳為0.6倍以下。
又，就將高度H之紊亂，應用於藉由上述機制而於內部量子效率IQE之提昇得到維持之狀態下提昇光取出效率LEE的觀點而言，針對於成為紊亂之主要因素的凹凸結構(L)之高度H的(標準偏差/算術平均)可滿足上述凹凸結構(S)中所說明之範圍。
上述高度H滿足上述範圍之情形時，可使基於凹凸結構(L)之紊亂的新的光學散射性(光繞射或光散射)之表現強度增大，因而較佳。其原因在於，為使由凹凸結構(L)之紊亂所引起之光學散射性增強，凹凸結構(L)之體積變化較為重要。藉由使上述中所說明之要素具有紊亂，可使凹凸結構(L)之體積之變化增大，可使光繞射模式數增大。亦即，光學散射性增大，可提昇光取出效率LEE。尤其是藉由使高度H及間隔P滿足上述式(A)，則光學散射性之效果增大，光取出效率LEE進一步提昇，因而較佳。根據同樣之原理，更佳為高度H、間隔P及凸部底部外接圓直徑out滿足上述式(A)，更佳為高度H、間隔P、凸部底部外接圓直徑out、以及凸部底部外接圓直徑out/凸部底部內接圓直徑in滿足上述式(A)。
再者，高度H之紊亂可具有較高之規則性，亦可規則性較低。例如，存在中心高度H0、最小高度H1、最大高度H2之凹凸結構(L)，於為包含高度H具有上述範圍內規則性較低之紊亂之特異結構的凹凸結構(L)之情形時，凹凸結構(L)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，為包含高度H週期性地產生增減之特異結構的凹凸結構(L)之情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。又，例如，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位的情形時，若該特異部位係不規則地分散存在，則凹凸結構(L)之高度H之紊亂之規則性降低，可表現出作為新的光學散射性之光散射。另一方面，於作為高度H1之集合的基本結構中局部地配置有高度H2之特異部位，且該特異部位係規則地設置的情形時，高度H之紊亂具有較高之規則性，可表現出作為新的光學散射性之光繞射。
凸部703之側面之傾斜角度Θ係由上述中所說明之凹凸結構(L)之形狀參數所決定。尤佳為傾斜角度自凸部703之頂部朝向底部多階段 地變化。例如，描繪出凸部703之側面向上鼓起之彎曲點為1個之曲線時，存在2個傾斜角度。藉由具有此種多階段之傾斜角度，可使由凹凸結構(L)之紊亂所引起之光學散射性(光繞射或光散射)之效果進一步增強，可提昇光取出效率LEE。又，根據光學基板(IV)710與半導體結晶層之材質之不同，亦可根據產生於該側面上之結晶面而選取凸部703之側面之傾斜角度。認為此時，半導體結晶層之成長性變得良好，故而可使內部量子效率IQE進一步提高。
圖32C係表示第4實施形態之光學基板(IV)之另一例的剖面模式圖。如圖32C所示，於光學基板(IV)710之表面設置有結構密度較高之凹凸結構(S)，且於凹凸結構(S)之表面之至少一部分上設置有體積變化較大之凹凸結構(L)。更具體而言，於光學基板(IV)710之基板本體702之主面上，形成有包含複數個凸部705及凹部706的凹凸結構(S)，進而以使凹凸結構(S)之表面露出一部分之方式相互離開地形成有複數個凸部703，構成凹凸結構(L)。
根據此種構成，可藉由在構成凹凸結構(L)之凸部703之間露出的凹凸結構(S)而提昇內部量子效率IQE，且可利用由凹凸結構(L)引起之光學散射性(光繞射或光散射)而提昇光取出效率LEE。
藉由如圖32C所示般於凹凸結構(S)之表面之一部分設置凹凸結構(L)，可提昇內部量子效率IQE，且可提昇光取出效率LEE。其原因在於，可利用凹凸結構(S)而使半導體結晶層內部之位錯分散減低，且可利用由凹凸結構(L)引起之光學散射性而擾亂波導模式。
於凹凸結構(L)之材質與基板本體702之材質不同之情形時，凹凸結構(L)亦可為圓盤狀或n角柱(n≧3)狀等凸部頂部寬度lcvt與凸部底部寬度lcvb實質上相同之結構。尤其是就抑制於第1半導體層730內產生之龜裂的觀點而言，較佳為凹凸結構(L)之凸部頂部寬度lcvt小於凹凸結構(L)之凸部底部寬度lcvb的結構。
另一方面，於凹凸結構(L)與基板本體702之材質相同之情形時，為抑制自凹凸結構(L)之凸部703之頂部產生的位錯，較佳為凹凸結構(L)之凸部703之頂部小於其底部的結構。尤佳為凹凸結構(L)之凸部703之頂部與其側面部連續地連結的結構，換言之即凸部頂部寬度lcvt漸近於0的結構。
進而，就藉由凹凸結構(L)亦可進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，凹凸結構(L)較佳為包含複數個凸部703的點結構。其原因在於，可藉由橫向成長而使自設置於凸部703間之凹部704成長的半導體結晶層內部之位錯減低。就同樣之效果而言，較佳為凹凸結構(L)之凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb。
另一方面，就進一步提昇內部量子效率IQE之觀點而言，較佳為凹凸結構(S)為包含複數個凸部705之點結構，且凹凸結構(S)之凹部706之底部具有平坦面。進而，若為凹凸結構(S)之凸部頂部寬度lcvt小於凸部底部寬度lcvb的結構，則可進一步促進位錯分散化，因而較佳。最佳為凸部頂部寬度lcvt漸近於0之狀態的凸部705之頂部與側面部連續之結構。該平坦面之大小較佳為30nm以上。於此，所謂平坦面之大小，係定義為於相互最靠近的凸部705中，各凸部705之底部外緣部間之最短距離。藉由為30nm以上，可將半導體結晶層之初期成長性保持為良好，故而內部量子效率IQE之改善效果增大。就相同之觀點而言，平坦面之大小更佳為60nm以上，最佳為80nm以上。
如以上所說明般，凹凸結構(S)之主要功能為改善內部量子效率IQE。因此，凹凸結構(S)之材質較佳為構成光學基板(IV)710之材質。另一方面，凹凸結構(L)之主要功能為改善光取出效率LEE。因此，凹凸結構(L)之材質可與光學基板(IV)710相同亦可不同。
用以藉由以上所說明的圖32C所示之凹凸結構面720而使內部量子效率IQE及光取出效率LEE共同提昇的凹凸結構(L)與凹凸結構(S)之 排列特佳為滿足以下之排列或形狀。
<凹凸結構(S)>
凹凸結構(S)之主要功能為提昇內部量子效率IQE。因此，就同樣之效果而言，可採用參照上述圖45A~圖45C而說明的凹凸結構(S)之排列或形狀。
<凹凸結構(L)>
凹凸結構(L)之主要功能為提昇光取出效率LEE。因此，就同樣之效果而言，可採用參照上述圖45A~圖45C而說明的凹凸結構(L)之排列或形狀。
繼而，對將第4實施形態之光學基板應用於半導體發光元件(LED)之情形進行說明。本實施形態之光學基板中，凹凸結構面720係包含凹凸結構(L)及凹凸結構(S)，藉此可較大地表現出2種效果。
(1)提昇內部量子效率IQE
藉由微小之凹凸結構(S)，可擾亂半導體結晶層之成長模式。藉此，可使因半導體結晶層與光學基板之晶格失配而產生之位錯在凹凸結構(S)附近消失。亦即，半導體結晶層內部之位錯對應於凹凸結構(S)而分散，並且位錯密度減小。認為藉此內部量子效率IQE提昇。
(2)提昇光取出效率LEE
藉由體積變化較大之凹凸結構(L)，可利用光學散射性(光繞射或光散射)而打破發光光於半導體結晶層內部形成之波導模式。該情況表示可使因波導模式而僅向特定之前進方向前進的發光光之前進方向變化。亦即，可藉由因凹凸結構(L)引起之光學散射性，而將自發光層射出之光向元件外部取出。
藉由如參照圖32C及圖45A~圖45C所說明般使凹凸結構面720包含凹凸結構(L)及凹凸結構(S)，可同時表現出以上之(1)及(2)之效果。亦即，可實現內部量子效率IQE之提昇，並且可於內部量子效率IQE 之提昇得到維持之狀態下增大光取出效率LEE。
亦即，可使發光效率本身提昇，且可將所發出之光有效果地向LED外部取出。因此，使用第4實施形態之光學基板(IV)710所製造的LED元件之發熱量減小。發熱量減小意味著不僅可提昇LED元件之長期穩定性，而且亦可減低散熱對策所承受之負荷(例如，設置過大之散熱構件)。
於第4實施形態之光學基板(IV)710中，基板本體702之材質可採用與第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2、或第3實施形態之光學基板(III)相同者。
光學基板(IV)710可於積層至少第1半導體層730後之步驟中除去。藉由將光學基板(IV)710除去，波導模式之擾亂效果增大，故而光取出效率LEE大幅提昇。此時，半導體發光元件之發光光之出光面較佳為自發光半導體層740觀看之第1半導體層730側。
作為基板本體702與凹凸結構之材質不同之情形時構成凹凸結構之材料，例如可使用上述中所說明之基板本體702之材質、或SiO2等。
進而，對應用第4實施形態之光學基板(IV)的半導體發光元件進行說明。
第4實施形態之半導體發光元件之構成中包含至少一個以上之上述光學基板(IV)720。藉由將光學基板(IV)720納入於構成中，可謀求內部量子效率IQE之提昇以及光取出效率LEE之提昇。
第4實施形態之半導體發光元件包含積層半導體層，該積層半導體層例如係於凹凸結構面720上積層至少2層以上之半導體層及發光半導體層而構成。
於第4實施形態之半導體發光元件中，作為n型半導體層，可採用使用第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2、 或第3實施形態之光學基板(III)的半導體發光元件之n型半導體層。
作為發光半導體層740，只要是製成LED具有發光特性者則並無限定，可採用使用第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2、或第3實施形態之光學基板(III)的半導體發光元件之發光半導體層。
又，對於p型半導體層之材質，只要是可用作適合於LED之p型半導體層者則並無特別限制。例如，可採用使用第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2、或第3實施形態之光學基板(III)的半導體發光元件之p型半導體層。
對於透明導電膜760之材質，只要是可用作適合於LED之透明導電膜者則並無特別限制。例如，可採用使用第1實施形態之光學基板(I)1、第2實施形態之光學基板(II)2、或第3實施形態之光學基板(III)的半導體發光元件之透明導電膜。
該等之積層半導體層(n型半導體層、發光半導體層、及p型半導體層)可於光學基板(IV)720表面利用公知之技術而製膜。例如，作為製膜方法，可應用金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)、氫化物氣相成長法(HVPE)、及分子束磊晶成長法(MBE)。
對上述所說明之半導體發光元件830中的凹凸結構801~凹凸結構808進行說明。首先，構成凹凸結構801之凹凸結構的外形及排列可採用上述中所說明的構成凹凸結構面720之凹凸結構的外形及排列。藉由存在凹凸結構801，於將在光學基板(IV)710之與發光半導體層740相反之面反射的發光光取出時，可採用有效介質近似、光繞射、光散射中之任一種光學現象。將發光光之波長設為λ時凹凸結構801之平均間隔P大致滿足P/λ≦0.5之情形時，可視作有效介質近似。此時，無法消除臨界角。然而，藉由凹凸結構面720對出光特性進行控制而使接近於垂直之發光光抬升之情形時，光取出效率LEE大幅提 昇。另一方面，若利用光繞射或光散射，則擾亂波導模式之效果較大，因此較佳。尤其是作為凹凸結構801而言，更佳為利用光學散射性(光繞射或光散射)。根據以上，凹凸結構801之平均間隔Pave較佳為200nm以上50μm以下，更佳為450nm以上10μm以下，最佳為800nm以上5μm以下。
作為凹凸結構802~凹凸結構808，可採用上述中所說明的構成凹凸結構面720之凹凸結構的形狀、排列、大小等，藉此，可表現出與凹凸結構對應之效果(提昇電子注入效率EIE、提昇光取出效率LEE、半導體發光元件之大面積化、抑制電極剝離、抑制配線剝離)。
以上所說明的第4光學基板(IV)710中，係於光學基板之表面之一部分或整個面上配置上述中所說明之凹凸結構(凹凸結構(S)及凹凸結構(L))。於此，所謂一部分或整個面，係如第1實施形態之光學基板(I)1及第2實施形態之光學基板(II)2中所說明般。再者，關於說明而使用之用語只要加以適宜變更以適於第4實施形態即可。
以下，對第4實施形態之光學基板(IV)710之製造方法進行說明。
本實施形態之光學基板(IV)710只要具備滿足上述中所說明之條件的凹凸結構，則其製造方法並無限定。
於光學基板(IV)710之情形時，製作凹凸結構(L)，繼而製作凹凸結構(S)，藉此可製造凹凸結構面720。凹凸結構(L)之製造方法可分類為2種。
(1)直接加工基板本體而設置凹凸結構(L)之情形
作為直接加工基板本體702而設置凹凸結構(L)之方法，可利用以下方法進行製造：轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、以奈米粒子作為遮罩之微影法、以自組織結構作為遮罩之微影法等。尤其是就基板本體702之凹凸結構之加工精度或加工速度 的觀點而言，較佳為採用光微影法或轉印法。再者，蝕刻方法可為濕式蝕刻亦可為乾式蝕刻。尤其是精密地控制凹凸結構(L)之凸部之側面的面方位之情形時，較佳為濕式蝕刻。轉印法將於後文中記述。
(2)於基板本體上另行設置凹凸結構(L)之情形
作為於基板本體702上另行設置凹凸結構(L)之方法，可列舉：轉印法；於基板本體702上形成內包有粒子之薄膜，之後將填滿粒子間之黏合劑除去的方法；或將於基板本體702上成膜之抗蝕劑的一部分除去，於經除去之部分填滿構成凹凸結構(L)之材料(例如，蒸鍍或濺鍍法、電鑄法等)，最後將抗蝕劑除去的方法；或將凹凸結構(L)之材料於基板上成膜，對經成膜之凹凸結構(L)之材料直接加工的方法等。
藉由利用上述中所說明之方法製作凹凸結構(L)，繼而製作凹凸結構(S)，可製造凹凸結構面720。
作為將凹凸結構(S)設置於凹凸結構(L)上之方法，可列舉：轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、以奈米粒子作為遮罩之微影法、以自組織結構作為遮罩之微影法等。尤其是就基板本體2之凹凸結構之加工精度或加工速度的觀點而言，較佳為採用以奈米粒子作為遮罩之微影法、或轉印法。轉印法將於後文中記述。
又，藉由製作凹凸結構(S)，繼而製作凹凸結構(L)，亦可製造凹凸結構面720。
作為設置凹凸結構(S)之方法，可列舉：轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、以奈米粒子作為遮罩之微影法、以自組織結構作為遮罩之微影法等。尤其是就基板本體702之凹凸結構之加工精度或加工速度的觀點而言，較佳為採用以奈米粒子作為遮罩之微影法、或轉印法。轉印法將於後文中記述。
藉由於具備凹凸結構(S)之基板本體702上製作凹凸結構(L)，可 製造凹凸結構面720。
藉由對基板本體702之凹凸結構(S)進一步進行加工，可製造凹凸結構面720。作為凹凸結構(S)之進一步加工之方法，可利用以下方法進行製造：轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、以奈米粒子作為遮罩之微影法、以自組織結構作為遮罩之微影法等。尤其是就光學基板(IV)710之凹凸結構之加工精度或加工速度的觀點而言，較佳為採用光微影法或轉印法。轉印法將於後文中記述。
其次，於光學基板(VI)710如使用圖7B所說明般，係於基板本體702上另行設置具有凹凸結構面720之凹凸結構層時，可藉由製作凹凸結構(S)，繼而製作凹凸結構(L)，而製造凹凸結構面720。
作為設置凹凸結構(S)之方法，可列舉：轉印法、光微影法、熱微影法、電子束描繪法、干涉曝光法、以奈米粒子作為遮罩之微影法、以自組織結構作為遮罩之微影法等。尤其是就基板本體702之凹凸結構之加工精度或加工速度的觀點而言，較佳為採用以奈米粒子作為遮罩之微影法、或轉印法。轉印法將於後文中記述。
藉由於具備凹凸結構(S)之基板上另行設置凹凸結構(L)，可製造光學基板(IV)710。
作為另行設置凹凸結構(L)之方法，例如可列舉：轉印法；於基板本體702上形成內包有粒子之薄膜，之後將填滿粒子間之黏合劑除去的方法。又，可列舉將於基板本體702上成膜之抗蝕劑的一部分除去，於經除去之部分填滿構成凹凸結構(S)之材料(例如，蒸鍍或濺鍍法、電鑄法等)，最後將抗蝕劑除去的方法。又，可列舉將凹凸結構(L)之材料成膜，對所形成之凹凸結構(L)之膜直接加工的方法。
(轉印法)
轉印法係定義為包含將表面具備微細圖案之模具的微細圖案轉印至被處理體(基板本體)上之步驟的方法。亦即，係至少包含以下步 驟之方法：將模具之微細圖案與被處理體經由轉印材而貼合；及將模具剝離。更具體而言，轉印法可分類為2種。
第一，將轉印賦予至被處理體上之轉印材作為永久劑使用。此時，構成基板本體與凹凸結構之材料不同。又，凹凸結構之特徵在於：其作為永久劑殘留而用作半導體發光元件。由於半導體發光元件係長期使用數萬小時，故而將轉印材作為永久劑使用時，構成轉印材之材料較佳為包含金屬元素。尤其是藉由將產生水解、聚縮合反應之金屬醇鹽、或金屬醇鹽之縮合物含於原料中，則作為永久劑之性能提昇，因而較佳。
第二，可列舉壓印微影法。壓印微影法係包含以下步驟之方法：將模具之微細圖案轉印至被處理體上；設置用以藉由蝕刻而加工被處理體之遮罩；及對被處理體進行蝕刻。例如，使用1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，將模具剝離。對包含轉印材之凹凸結構進行以氧灰化為代表之蝕刻，使被處理體部分地露出。之後，以轉印材作為遮罩，藉由蝕刻而加工被處理體。作為此時之加工方法，可採用乾式蝕刻及濕式蝕刻。欲使凹凸結構之高度較高之情形時，乾式蝕刻較為有用。又，例如使用2種轉印材之情形時，首先，於被處理體上成膜形成第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。之後，利用熱或光(UV)使轉印材硬化，將模具剝離。對包含第2轉印材之凹凸結構進行以氧灰化為代表之蝕刻，使第1轉印材部分地露出。繼而，以第2轉印材層作為遮罩，對第1轉印材層藉由乾式蝕刻進行蝕刻。之後，以轉印材作為遮罩，藉由蝕刻而加工被處理體。作為此時之加工方法，可採用乾式蝕刻及濕式蝕刻。欲使凹凸結構之高度較高之情形時，乾式蝕刻較為有用。又，作為轉印法，可採用製造預先包含遮罩層與抗蝕劑層之奈米加工片材，且使用該片材的方法。 於此，所謂奈米加工用片材，係指以如下方式獲得之片材：於模具之微細圖案的凹部內部填充配置遮罩層，且於填充有遮罩層之模具的微細圖案面上，以使微細圖案平坦化之方式成膜形成抗蝕劑層。藉由依序包含將奈米加工用片材貼合於被處理體上之步驟、及將模具剝離之步驟，可獲得包含被處理體/抗蝕劑層/遮罩層之積層體。自所獲得之積層體之遮罩層面側進行第1乾式蝕刻處理，使被處理體部分地露出。於此，作為第1乾式蝕刻處理，可採用使用氧之氧灰化。繼而，藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻對被處理體進行奈米加工。尤其是藉由採用乾式蝕刻，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，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，亦可於該等氣體中添加Ar。藉由使用此種奈米加工片材，被處理體之面內加工均勻性提昇。構成奈米加工片材之遮罩層可包含Ti、Si、Zr等金屬元素，可選取金屬醇鹽或矽烷偶合材料。又，抗蝕劑層可採用光硬化性樹脂或熱硬化性樹脂。
[實施例]
<圓筒狀主壓模(樹脂模具製作用鑄模)之製作>
使用直徑80mm、長度50mm之圓筒形之石英玻璃輥作為圓筒狀主壓模之基材。於該石英玻璃輥表面，如下述般地利用使用半導體脈衝雷射之直接描繪微影法形成凹凸結構，製作3種圓筒狀主壓模(圓筒狀主壓模1~圓筒狀主壓模3)。
首先，將3個石英玻璃輥(1)~(3)分別洗浄，於經清潔之石英玻璃輥(1)~(3)之表面，利用濺鍍法分別成膜形成抗蝕劑層。濺鍍法係使用CuO(含8atm%之Si)作為靶，於RF100W之電力下實施。將成膜後之抗蝕劑層之膜厚設為20nm。
繼而，一面使石英玻璃輥(1)~(3)以線速度s=1.0m/sec旋轉，一 面利用波長405nm之曝光用半導體雷射將抗蝕劑層曝光。對於石英玻璃輥(1)，係以圓周方向之間隔為200nm，筒軸方向之間隔為173nm之方式進行曝光。對於石英玻璃輥(2)，係以圓周方向之間隔為460nm，筒軸方向之間隔為398nm之方式進行曝光。對於石英玻璃輥(3)，係以圓周方向之間隔為700nm，筒軸方向之間隔為606nm之方式進行曝光。進而，對於圓周方向之脈衝，係將照射能量設為固定而照射x個脈衝，繼而設置以y個脈衝之量不照射脈衝之時間。係將該等x個脈衝與y個脈衝(假想脈衝)設定為1個週期而進行曝光。
曝光後，將石英玻璃輥(1)~(3)之抗蝕劑層分別顯影。抗蝕劑層之顯影係使用0.03wt%之甘胺酸水溶液，於處理時間240秒之條件下實施。繼而，以經顯影之抗蝕劑層作為遮罩，藉由乾式蝕刻對石英玻璃輥(1)~(3)進行蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6作為蝕刻氣體，於處理氣體壓力1Pa、處理電力300W、處理時間3分鐘~10分鐘之條件下實施。其次，將表面賦予有凹凸結構之石英玻璃輥(1)~(3)於pH值為1之鹽酸中處理6分鐘，藉此僅將殘渣之抗蝕劑層自石英玻璃輥(1)~(3)上剝離，藉此製作圓筒狀主壓模(轉印用模具)(1)~(3)。
<樹脂模具之製作>
對所獲得之圓筒狀主壓模(1)~(3)之表面塗佈氟系之表面脫模處理材料Durasurf HD-1101Z(Daikin Chemical Industries公司製造)，於60℃下加熱1小時後，於室溫下靜置24小時而固定化。之後，使用Durasurf HD-ZV(Daikin Chemical Industries公司製造)洗淨3次，藉此實施脫模處理。
繼而，使用所獲得之圓筒狀主壓模(1)~(3)製作捲筒狀樹脂模具。首先，將氟系添加劑(Daikin Industries公司製造之Optool DAC HP)、三羥甲基丙烷(EO(ethylene oxide，環氧乙烷)改性)三丙烯酸酯(東亞合成公司製造之M350)、1-羥基環己基苯基酮(BASF公司製造之 Irgacure(註冊商標)184)、以及2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-啉基苯基)-丁酮-1(BASF公司製造之Irgacure(註冊商標)369)以由重量份計為15：100：5.5：2.0之比例混合，製備光硬化性樹脂。其次，使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)，將該光硬化性樹脂以塗佈膜厚達到6μm之方式塗佈於PET膜(polyethylene terephthalate film，聚對苯二甲酸乙二酯膜)(A4100，東洋紡公司製造；寬300mm、厚100μm)之易接著面上。
之後，對圓筒狀主壓模(1)~(3)分別使用夾輥(0.1MPa)按壓塗佈有光硬化性樹脂之PET膜，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，使用UV曝光裝置(Fusion UV Systems Japan公司製造，H型燈)以燈中心下方之累計曝光量達到600mJ/cm2之方式照射紫外線，連續地實施光硬化。其結果，獲得表面反轉轉印有凹凸結構之捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)。捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)之長度為200m，寬度為300mm。再者，以下，亦將捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)簡稱為樹脂模具(1)~(3)。
對捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)藉由下述掃描式電子顯微鏡進行觀察，結果使用圓筒狀主壓模(1)所得之捲筒狀透明樹脂模具(1)中排列有剖面形狀為180nm，平均凸部高度Have為200nm之凸部。使用圓筒狀主壓模(2)所得之捲筒狀透明樹脂模具(2)中排列有剖面形狀為430nm，平均凸部高度Have為460nm之凸部。使用圓筒狀主壓模(3)所得之捲筒狀透明樹脂模具(3)中排列有剖面形狀為650nm，平均凸部高度Have為700nm之凸部。拍攝作為所製作之捲筒狀樹脂模具之一例的捲筒狀透明樹脂模具(3)之掃描式電子顯微鏡照片，且進行上表面觀察。其結果得知，捲筒狀透明樹脂模具(3)中排列有平均間隔700nm之複數個凸部，並且分散存在有凸部高度極低者即極小凸部。推斷該極小凸部係相當於未照射到半導體雷射脈衝之部分。再者，該 極小凸部可藉由於掃描式電子顯微鏡觀察中使傾斜(Tilt)發揮作用，並且另外進行原子力顯微鏡檢查而判斷出。
<掃描式電子顯微鏡>
裝置：HITACHI s-5500
加速電壓：10kV
模式：標準(Normal)
<反轉樹脂模具之製作>
繼而，將氟系添加劑(Daikin Industries公司製造之Optool DAC HP)、三羥甲基丙烷(EO改性)三丙烯酸酯(東亞合成公司製造之M350)、1-羥基環己基苯基酮(BASF公司製造之Irgacure(註冊商標)184)、及2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-啉基苯基)-丁酮-1(BASF公司製造之Irgacure(註冊商標)369)以由重量份計為17.5：100：5.5：2.0之比例混合，製備光硬化性樹脂。使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)，將該光硬化性樹脂以塗佈膜厚達到2μm之方式塗佈於PET膜(A4100，東洋紡公司製造；寬300mm、厚100μm)之易接著面上。
之後，對上述捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)分別使用夾輥(0.1MPa)按壓塗佈有光硬化性樹脂之PET膜，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，使用UV曝光裝置(Fusion UV Systems Japan公司製造，H型燈)以燈中心下方之累計曝光量達到600mJ/cm2之方式照射紫外線，連續地實施光硬化。其結果，獲得表面反轉轉印有凹凸結構之透明樹脂模具(以下，亦稱為「反轉樹脂模具」)(1)~(3)。該反轉樹脂模具(1)~(3)之長度為200mm，寬度為300mm。
對所獲得之反轉樹脂模具(1)~(3)之表面使用掃描式電子顯微鏡進行觀察，結果反轉樹脂模具(1)中排列有凹部開口直徑為180nm，平均凹部深度Dave為200nm之凹部。反轉樹脂模具(2)中排列有凹部開口直徑為430nm，平均凹部深度Dave為460nm之凹部。反轉樹脂 模具(3)中排列有凹部開口直徑為650nm，平均凹部深度Dave為700nm之凹部。又，觀察到反轉樹脂模具(1)~(3)係捲筒狀透明樹脂模具(1)~(3)中所觀察到的包含複數個凸部之凹凸結構的轉印像。再者，反轉樹脂模具中之極小凹部可由掃描式電子顯微鏡觀察中之施有傾斜(Tilt)之測定、及原子力顯微鏡觀察兩者而同樣地判斷出。
<實施例1>
於2”厚度0.33mm之c面藍寶石基板上，利用旋塗法(2000rpm，20秒)塗佈遮罩材料而形成抗蝕劑層。作為遮罩材料，係使用以感光性樹脂組成物之固形物成分成為5重量%之方式以丙二醇單甲醚加以稀釋所得之塗佈溶液。
作為感光性樹脂組成物，係將下述各成分混合使用：3-乙基-3{[3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基]甲基}氧雜環丁烷(OXT-221，東亞合成公司製造)20重量份、3,4-環氧環己基羧酸-3',4'-環氧環己基甲酯(和光純藥工業公司製造)80重量份、苯氧基二乙二醇丙烯酸酯(Aronix(註冊商標)M-101A，東亞合成公司製造)50重量份、環氧乙烷改性雙酚A二丙烯酸酯(Aronix(註冊商標)M-211B，東亞合成公司製造)50重量份、DTS-102(Midori Kagaku公司製造)8重量份、1,9-二丁氧基蒽(Anthracure(註冊商標)UVS-1331，川崎化成公司製造)1重量份、Irgacure(註冊商標)184(Ciba公司製造)5重量份及Optool(註冊商標)DAC HP(20%固形物成分，Daikin Industries公司製造)4重量份。
將反轉樹脂模具切斷為70mm×70mm(□70mm)，貼合於形成有抗蝕劑層之藍寶石基板上。貼合係使用膜貼合裝置(Sun Tec公司製造，TMS-S2)，於貼合夾壓力90N、貼合速度1.5m/s之條件下進行貼合。繼而，將貼合而形成為一體之反轉樹脂模具/抗蝕劑層/藍寶石基板用2片□70mm×t10mm之透明聚矽氧板(硬度20)夾持。於該狀態下，使用奈米壓印裝置(Engineering System公司製造，EUN-4200)， 以0.05MPa之壓力加壓。於加壓狀態下，自反轉樹脂模具側以2500mJ/cm2照射紫外線，使抗蝕劑層硬化。抗蝕劑層硬化後，將透明聚矽氧板及反轉樹脂模具剝離，獲得形成有圖案之抗蝕劑/藍寶石積層體。
繼而，對所獲得之抗蝕劑層圖案進行氧蝕刻，且除去殘膜。之後，利用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco公司製造)對藍寶石基板進行蝕刻。蝕刻係於下述條件下實施。
蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線(antenna)：50w
偏壓(bias)：50w
蝕刻後，使用掃描式電子顯微鏡觀察藍寶石基板(光學基板)之表面及剖面。使用反轉樹脂模具(1)所製作的藍寶石基板(A)之平均凸部高度Have為104nm，平均間隔Pave為200nm。又，推斷凸部高度hn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，相當於該hn=0nm之極小凸部可觀察到極小凸部之底面。該底面之輪廓為大致圓形，且於底面表面觀察到粗糙。亦即，hn=0nm並非於相當於極小凸部之部位什麼都不存在。換言之，該0nm係hn漸近於0nm之狀態。極小凸部之存在概率Z係由掃描式電子顯微鏡之表面觀察而判斷。Z=1/6.6。另一方面，距離(tcv)係包含於1.0P~4P之間。將結果示於下述表1中。
使用反轉樹脂模具(2)所製作的藍寶石基板(B)之平均凸部高度Have為300nm，平均間隔Pave為460m。又，推斷凸部高度hn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，hn=0nm與使用反轉樹脂模具(1)之情形相同。hn=0nm之存在概率Z係由掃描式電子顯 微鏡之表面像判斷。Z=1/1000。另一方面，距離tcv係包含於1.0P~3P之間。將結果示於下述表1中。
使用反轉樹脂模具(3)所製作的藍寶石基板(C)之平均凸部高度Have為392nm，平均間隔Pave為700nm。又，推斷凸部高度hn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，hn=0nm與使用反轉樹脂模具(1)之情形相同。hn=0nm之存在概率Z係由掃描式電子顯微鏡之表面像判斷。Z=1/48.6。另一方面，距離tcv係包含於1.0P~3P之間。將結果示於下述表1中。
<實施例2>
於實施例1之光學基板(A)~(C)之製作中，除將反轉樹脂模具(1)~(3)變更為樹脂模具(1)~(3)以外，藉由同樣之操作製作藍寶石基板。對所獲得之藍寶石基板之表面及剖面使用掃描式電子顯微鏡進行觀察。
使用樹脂模具(1)所製作的藍寶石基板(D)之平均凹部深度Dave為105nm，平均間隔Pave為200nm。又，推斷凹部深度dn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，相當於該dn=0nm之極小凹部可觀察到極小凹部之底部。於該底部觀察到粗糙，故而可觀察到極小凹部之輪廓為大致圓形。亦即，dn=0nm並非於相當於極小凹部之部位什麼都不存在。換言之，該0nm係dn漸近於0nm之狀態。dn=0nm之存在概率Z係由掃描式電子顯微鏡之表面像判斷。Z=1/6.4。另一方面，距離tcc係包含於1.0P~4P之間。將結果示於下述表1中。
使用樹脂模具(2)所製作的藍寶石基板(E)之平均凹部深度Dave為299nm，平均間隔Pave為460nm。又，推斷凹部深度dn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，dn=0nm之極小凹部與使用樹脂模具(1)之情形相同。dn=0nm之存在概率Z係由掃描式電子顯微鏡之表面像判斷。Z=1/1000。另一方面，距離tcc係包含於1.0P~ 3P之間。將結果示於下述表1中。
使用樹脂模具(3)所製作的藍寶石基板(F)之平均凹部深度Dave為392nm，平均間隔Pave為700nm。又，推斷凹部深度dn之最小值正好位於未經脈衝照射之部分，為0nm。再者，dn=0nm之極小凹部與使用樹脂模具(1)之情形相同。dn=0nm之存在概率Z係由掃描式電子顯微鏡之表面像判斷。Z=1/50。另一方面，距離tcc係包含於1.0P~3P之間。將結果示於下述表1中。
表1中所記載之用語之含義係如下所述。
‧基板......對所製作之光學基板之管理符號
‧Pave......凹凸結構之平均間隔
‧Have......凹凸結構為點狀結構之情形之平均高度
‧Dave......凹凸結構為孔狀結構之情形之平均深度
‧hn或dn......所觀察到之極小凸部之最小高度、或所觀察到之極小凹部之最小深度
‧Z......極小凸部或極小凹部之存在概率
‧tcv......使極小凸部位於其間之正常凸部間的距離
‧tcc......使極小凹部位於其間之正常凹部間的距離
‧Tcv-ave......使極小凸部位於其間之正常凸部之頂點間之距離的平均值
‧Tcc-ave......使極小凹部位於其間之正常凹部之底部中央部間之距離的平均值
<實施例3>(半導體發光元件之製作)
於由實施例1及實施例2所獲得之藍寶石基板(光學基板(A)~(F))上，藉由金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)連續地積層(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN覆蓋層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN覆蓋層、(6)p型GaN層、(7)ITO層而製作半導體 發光元件(A)。藍寶石基板上之凹凸於積層(2)n型GaN層時之成膜條件下經填埋而平坦化。繼而，對半導體發光元件(A)進行蝕刻加工而安裝電極墊。於該狀態下，使用探測器，於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流且測定半導體發光元件(A)之發光功率。將實施例3之半導體發光元件之發光功率比示於下述表3。
<比較例1>
除於平坦之藍寶石基板上形成發光半導體層以外，以與實施例1相同之方式製作藍寶石基板(G)。將評價結果示於下述表2。
<比較例2>
除利用通常之光微影法，將直徑3μm、間隔(P)6μm、凸部高度2μm的六方配置之凹凸結構設置於藍寶石基板上以外，以與實施例1相同之方式製作藍寶石基板(H)。將評價結果示於下述表2。
<比較例3>
除將直接描繪微影法之每一脈衝照射之功率設定為固定功率以外，以與實施例1相同之方式製作藍寶石基板(I)(光學基板)。將評價結果示於下述表2。
表2中所記載之用語之含義係如下所述。
‧基板......對所製作之光學基板之管理符號
‧Pave......凹凸結構之平均間隔
‧Have......凹凸結構為點狀結構之情形之平均高度
‧Dave......凹凸結構為孔狀結構之情形之平均深度
‧hn或dn......所觀察到之極小凸部之最小高度、或所觀察到之極小凹部之最小深度
‧Z......極小凸部或極小凹部之存在概率
‧tcv、tcc......使極小凸部位於其間之正常凸部間的距離、使極小凹部位於其間之正常凹部間的距離
<比較例4>
除使用藉由比較例1~比較例3所獲得之藍寶石基板以外，以與實施例3相同之方式製作半導體發光元件(G)~(I)，且測定發光功率。其將結果示於下述表3。再者，下述表3中，係將比較例1之功率設為1而以發光功率比之形式表示。又，半導體發光元件(A)、(B)、(C)、(G)、(H)、(I)分別為使用藍寶石基板(A)、(B)、(C)、(G)、(H)、(I)而製造者。
[表1]
[表2]
如根據表3可知般，若利用實施例1之藍寶石基板(光學基板(A))，則與先前之平坦之藍寶石基板(比較例1)、具有μ級之凹凸之藍寶石基板(比較例2)、具有奈米級之均質之凹凸之藍寶石基板(比較例3)相比，可獲得較高之發光效率比。可認為該結果之原因在於，藉由將凹凸結構之平均間隔Pave設定為特定範圍內，可使於藍寶石基板上成膜形成的半導體層中之位錯缺陷數減少，又，藉由以使得與平均凸部高度Have相比凸部高度hn較低之凸部、即極小凸部以特定之概率存在的方式設置凹凸結構，可利用光散射消除波導模式，從而提高光取出效率。再者，表3中僅記載有實施例1之結果，但確認使用其他實施例之藍寶石基板時亦同樣地顯示較高之發光功率比。又，根據該研究可確認到藉由使用實施例1及實施例2中製造之藍寶石基板製造半導體發光元件時的其他優點。首先，與具有微米級之凹凸之藍寶石基板(比較例2)相比，可使半導體結晶層之使用量降低，並且可縮短半導體發光元件之製造時間。又，亦確認可良好地抑制於半導體結晶層內部產生之龜裂。認為其原因在於可使藍寶石基板與半導體結晶層之界 面上之應力降低。
<實施例4>
使用與上述實施例1~3不同之方法，製作具有極小凸部之藍寶石基板。
<圓筒狀主壓模(樹脂模具製作用鑄模)之製作>
作為圓筒狀主壓模之基材，係使用與實施例1及實施例2相同者。與實施例1及實施例2同樣地形成抗蝕劑膜。
繼而，一面使石英玻璃輥以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面利用波長405nm之曝光用半導體雷射將抗蝕劑層曝光。此時，係將圓周方向之間隔設為300nm，且以形成為正六方排列之方式調整軸方向之間隔。又，照射脈衝之能量係設定為固定。
曝光後，將石英玻璃輥之抗蝕劑層分別顯影。顯影以及繼其之後之乾式蝕刻之條件係設為與實施例1及實施例2相同。
<樹脂模具之製作>
與實施例1及實施例2同樣地對所獲得之圓筒狀主壓模之表面實施脫模處理。
繼而，使用所獲得之圓筒狀主壓模製作捲筒狀樹脂模具。樹脂模具之製造條件中除下述2個項目以外，係設為與實施例1及實施例2相同。
1.將紫外線照射之累計光量設定為1200mJ/cm2。
2.將夾輥之按壓力設定為0.01Mpa。
以下，將具有包含複數個凸部之微細圖案的樹脂模具稱為捲筒狀樹脂模具G1。
於原子力顯微鏡(AFM)中對捲筒狀透明樹脂模具G1進行觀察，結果確認分散存在有非週期性之極小凸部。第1凸部之平均間隔Pave為300nm。又，極小凸部相對於捲筒狀透明樹脂模具G1之存在概率Z為 1/11.1，Tcv-ave為2.5Pave。如此，可知即便於圓筒狀主壓模表面係設置週期性且大致固定之複數個凹部之情形時，亦可藉由調整奈米壓印之貼合時之按壓力，而容易地於樹脂模具上設置非週期性之極小凸部。
<反轉樹脂模具之製作>
繼而，以捲筒狀樹脂模具G1作為鑄模而製造反轉樹脂模具。反轉樹脂模具之製造條件中除將紫外線之累計光量設定為1300mJ/m2以外，係設為與實施例1及實施例2相同。以下，將所獲得之具備包含複數個凹部之微細圖案的反轉樹脂模具稱為捲筒狀樹脂模具G2。
<奈米加工用膜之製作>
於捲筒狀樹脂模具G2之奈米結構面上，塗敷下述材料2之稀釋液。繼而，於在奈米結構內部內包有材料2之捲筒狀樹脂模具的奈米結構面上，塗敷下述材料3之稀釋液，獲得奈米加工用膜。
材料2......TTB：3APTMS：SH710：I.184：I.369=65.2g：34.8g：5.0g：1.9g：0.7g
材料3......黏合劑聚合物(Binding polymer)：SR833：SR368：I.184：I.369=77.1g：11.5g：11.5g：1.47g：0.53g
黏合劑聚合物......甲基丙烯酸苄酯80質量%、甲基丙烯酸20質量%之二元共聚物的甲基乙基酮溶液(固形物成分50%，重量平均分子量56000，酸當量430，分散度2.7)
‧TTB......四丁醇鈦(IV)單體(和光純藥工業公司製造)
‧SH710......苯基改性聚矽氧(Dow Corning Toray公司製造)
‧3APTMS......3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(KBM5103(Shin-Etsu Silicones公司製造))
‧I.184......1-羥基環己基苯基酮(BASF公司製造之Irgacure(註冊商標)184)
‧I.369......2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-啉基苯基)-丁酮-1(BASF公司製造之Irgacure(註冊商標)369)
‧SR833......三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製造))
‧SR368......三(2-羥基乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製造)
使用與捲筒狀樹脂模具G1之製作相同之裝置，將經丙二醇單甲醚(PGME)稀釋之材料2直接塗敷於捲筒狀樹脂模具G2之奈米結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使每單位面積之塗敷原料(經PGME稀釋之材料2)中所含之固形物成分量較每單位面積之奈米結構之體積小20%以上。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，捲取回收在奈米結構內部內包有材料2之捲筒狀樹脂模具。
繼而，將在奈米結構內部內包有材料2之捲筒狀樹脂模具捲出，並且使用與捲筒狀樹脂模具G1之製作相同之裝置，將經PGME及甲基乙基酮(MEK)稀釋之材料3直接塗敷於奈米結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使配置於奈米結構內部之材料2與所塗敷之材料3之界面、與材料3之表面的距離為500nm。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，於材料3之表面重疊聚丙烯製覆蓋膜，且捲取回收。再者，重疊覆蓋膜時之溫度係設為30℃。
對所獲得之奈米加工用膜，利用掃描式電子顯微鏡、透過式電子顯微鏡及X射線能量色散譜法進行觀察，結果確認材料2僅填充配置於奈米結構之凹部內部。進而，可確認材料3係以填充膜狀樹脂模具G2之奈米結構及材料2使之平坦化的方式而成膜。
<光學基板之製造>
使用所製作之奈米加工用膜製作光學基板。光學基板係使用c面藍寶石基板。
對藍寶石基板進行5分鐘UV-O3處理，除去表面之微粒並且使之親水化。繼而，將奈米加工用膜之材料3表面貼合於藍寶石基板上。此時，係於將藍寶石基板加溫至80℃之狀態下進行貼合。繼而，使用高壓水銀燈光源，以累計光量達到1200mJ/cm2之方式透過捲筒狀樹脂模具G2進行光照射。之後，將捲筒狀樹脂模具G2剝離，獲得包含材料2/材料3/藍寶石基板之積層體。
繼而，自材料2面側使用氧氣進行蝕刻，將材料2視作遮罩對材料3進行奈米加工，使藍寶石基板表面部分地露出。氧蝕刻係於壓力1Pa、電力300W之條件下進行。之後，自材料2面側使用BCl3氣體進行反應性離子蝕刻，對藍寶石進行奈米加工。使用BCl3之蝕刻係於ICP：150W、偏壓：50W、壓力0.2Pa下實施，且係使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)。
最後，使用將硫酸與過氧化氫水以2：1之重量比混合而成之溶液洗淨，繼而用純水洗浄，獲得光學基板。
利用掃描式電子顯微鏡對所製作之光學基板進行觀察，結果觀察到於藍寶石基板表面設置有複數個凸部，並且分散存在有極小凸部。凹凸結構之平均凸部高度Have為150nm。極小凸部之高度hn係觀察為0nm~30nm(0.2Have)之範圍。極小凸部之70%左右具有0nm之高度，剩餘之30%左右之高度為30nm左右。又，極小凸部之存在概率為1/12.5，Tcv-ave為2.5Pave。又，經由極小凸部而鄰接之第1凸部之距離(tcv)大於300nm(Pave)且為900nm(3Pave)以下。上述結果亦可藉由於掃描式電子顯微鏡觀察中運用傾斜(Tilt)而同樣地觀察到。
藉由利用掃描式電子顯微鏡進行表面觀察，於複數個第1凸部中觀察到高度0nm之極小凸部及高度30nm之極小凸部。再者，將使用掃描式電子顯微鏡之剖面觀察與原子力顯微鏡觀察併用而對極小凸部進行判斷。可知第1凸部之形狀並不均勻而具有紊亂。該紊亂係作為 各凸部之高度之分佈、各凸部之凸部底部輪廓形狀之分佈、以及各凸部之頂點位置之分佈而觀察到。又，凸部底部之輪廓形狀為具有複數個彎曲點之不定形。其可藉由上述材料3與使用BCl3之乾式蝕刻條件的平衡而加以控制。推測由於此種第1凸部之紊亂會引起經平均化之折射率之紊亂，故而光取出效率LEE進一步提昇。
與實施例3同樣地組裝半導體發光元件，評價發光效率。評價方法與實施例3相同。可知若將比較例4之半導體發光元件(G)之功率設為1，則實施例4之半導體發光元件之功率為1.8左右。認為實施例4之半導體發光元件之功率大於實施例3之半導體發光元件(A)之功率係由於平均間隔Pave增大所致。亦即，推斷由於平均間隔Pave為較小之300nm，故而由半導體結晶層之位錯分散化及局部位錯密度減低所引起的內部量子效率IQE改善可得到維持，另一方面，藉由使平均間隔Pave自200nm增大為300nm，極小凸部與第1凸部之體積差增大，即經平均化之折射率之紊亂變得顯著，可賦予較大之散射性，故而光取出效率LEE大幅提昇。實際地利用透過式電子顯微鏡測定位錯密度，結果確認半導體發光元件(A)與實施例4之半導體發光元件在測定誤差範圍內相同。又，於實施例4中亦確認與實施例3同樣地，可使半導體結晶層之使用量降低且使半導體發光元件之製造時間縮短。
<實施例5>
與實施例4同樣地製造捲筒狀樹脂模具G1。此處，獲得捲筒狀樹脂模具G1時之夾輥之按壓力係設為0.01Mpa，且使光硬化性樹脂之塗佈膜厚(固形物成分之膜厚)在3000nm~300nm之範圍內變更。此處，於塗佈膜厚為1500nm以下之情形時，將光硬化性樹脂以丙二醇單甲醚與丙酮之混合溶劑稀釋而調整膜厚。利用掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡對捲筒狀樹脂模具G1進行觀察，求出極小凸部之存在概率。可知極小凸部之存在概率可在1/3.3~1/50000之範圍內調整。
繼而，與實施例4同樣地製造捲筒狀樹脂模具G2。之後，將實施例4中之塗敷裝置變更為桌上型棒塗機，將捲筒狀樹脂模具G2加工成奈米加工用膜。進而，與實施例4同樣地，使用奈米加工用膜對藍寶石基板進行加工，獲得光學基板。
對所獲得之光學基板利用掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡進行觀察。將結果記載於表4。繼而，與實施例4同樣地製作半導體發光元件，確認發光功率比。又，根據PL強度(photoluminescence intensity，光致發光強度)測定內部量子效率IQE。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中之電子之數)而定義。本說明書中，作為評價上述內部量子效率IQE之指標，係採用(於300K下測定之PL強度/於10K下測定之PL強度)。再者，為判斷對光取出效率LEE及內部量子效率IQE之影響，用發光功率比除以內部量子效率IQE，藉此算出光取出效率比。將結果示於表4。表4中，Tcv-ave或極小凸部之存在概率Z等資訊係根據說明書正文中所記載之定義而算出。
表4中所記載之用語之含義係如下所述。
‧No.......對所製作之光學基板之管理符號
‧Z......極小凸部之存在概率
‧Tcv-ave......使極小凸部位於其間之正常凸部之頂點間之距離的平均值
‧IQE......內部量子效率
‧LEE比......光取出效率比
[表4]
根據表4可明白以下事項。首先，存在概率Z越減小，則內部量子效率IQE越提昇。但是，即便存在概率Z為最大之1/3.3之情形時，與實施例4之元件G相比，內部量子效率IQE亦相當大。其原因在於，藉由平均間隔Pave為300nm之微小之凹凸結構，可擾亂半導體結晶層之成長模式，於凹凸結構之凸部附近可使位錯彼此衝突而消失。該情況可藉由實際地進行透過式電子顯微鏡觀察而確認。另一方面，若存在概率Z增大，則極小凸部之比例增加。此時，半導體結晶層係以使第2凸部平坦化後，使第1凸部頂部平坦化之方式而成膜。亦即，可認為自第2凸部附近至第1凸部附近所產生的內部應力之密度增加。推斷因此半導體結晶層之結晶性降低，內部量子效率IQE降低。
其次，存在概率Z越增大，則光取出效率LEE越提昇，但以存在概率Z=1/7.6為分界而光取出效率LEE減小。又，無論存在概率Z如何，與實施例4之元件G相比光取出效率LEE均提昇。認為其原因在於，藉由平均間隔Pave為300nm之凹凸結構，於半導體結晶層內波導之發光光因光繞射而使前進方向變化。另一方面，若存在概率Z增大，則極小凸部之比例增加。認為藉此，可對平均折射率加入依據極小凸部之分佈的分佈，故而可藉由光繞射及光散射而將形成波導模式之光取出。此處，於存在概率Z過度增大之情形時，極小凸部之比例增多，因此凹凸結構之平均體積減小。亦即，可認為光繞射強度降低，因此光取出效率LEE降低。
根據上述，藉由設置凹凸結構可提昇內部量子效率IQE。此處可知，為提昇內部量子效率IQE而設置有極小凸部之情形時，存在因其存在概率Z而使光取出效率LEE達到最佳之範圍。進而可知，於極小凸部之存在概率Z過大之情形時，內部量子效率IQE亦降低。根據上述，發光出光比相對於存在概率Z存在最佳之範圍。於該研究中，可知在概率Z為1/5.4~1/5000之範圍內發光出光比大幅提昇。並且可知，尤其是當概率Z在1/7.6~1/1000之間時，發光出光比更顯著地提昇。其原因在於上述中所說明之外部量子效率EQE係由內部量子效率IQE與光取出效率LEE之乘積所決定，存在如此之因概率Z而引起之最佳值的理由係如上述所考察般。
進而，對半導體結晶層之成長進行觀察、分析，結果亦確認藉由使存在概率Z處於上述範圍內，可進一步改善半導體發光元件之漏電流。於藍寶石基板(光學基板)上利用MOCVD法形成緩衝層、uGaN層、nGaN層、MQW層、及pGaN層後，形成ITO膜，進行平台蝕刻，最後形成包含Cr/Ti/Au之金屬墊圖案。於該狀態下測定漏電流。如圖5所示，可知於存在概率Z較小之情形時，漏電流得到進一步改善，顯 示良好之二極體特性。又，可知以存在概率Z為1/5附近為起點，當存在概率Z增大時，漏電流劇增。例如，相比存在概率Z為1/55之情形，存在概率Z為1/3.3之情形之漏電流為1.7~2.9倍。亦即，確認到二極體特性大幅降低。此處，對半導體結晶層之成長性加以確認，結果確認到存在概率Z越大，則越自極小凸部部附近產生半導體結晶層之特異成長。於此，所謂特異成長，係指與周圍相比成長速度較快。圖6A及圖6B中表示對特異成長之半導體結晶層之剖面利用掃描式電子顯微鏡觀察所得的結果。圖6A為存在概率Z為1/3.3(相當於圖5之概率Z為0.3、表4之No.13)之情形。根據圖6A可知，因特異成長，導致於半導體結晶層的與光學基板(藍寶石基板)最遠之面產生凸狀之不平整。其係因存在概率Z較大而形成第2凸部之集合從而急速成長之半導體結晶層。另一方面，根據圖6B可知，於特異成長之半導體結晶層的距離光學基板最遠之側之面產生凹狀之不平整。其係因下述情況而產生者，即，由於因存在概率Z較大而產生之第2凸部之集合鄰接，導致第2凸部中特異成長之半導體結晶層彼此衝突，從而產生上述不平整。根據以上可知，藉由將存在概率Z設定為特定值以下，可抑制半導體結晶層之p-n接合界面之偏移，換言之可抑制能帶圖中的能帶隙之偏移，藉此可更良好地減少漏電流。
<實施例6>
首先，對c面單面鏡面藍寶石(偏離角：0.2°)之鏡面進行UV-O3處理，使表面親水化並且將微粒除去。繼而，使奈米粒子分散於光阻劑用之酚醛清漆樹脂中。之後，將分散有奈米粒子之酚醛清漆樹脂藉由旋塗法於藍寶石基板上成膜，於120℃之熱板上進行預烘烤。然後進行微影法，於藍寶石基板上製作多個平均間隔為3.2μm且以正六方排列而排列之圓錐狀之點。利用掃描式電子顯微鏡進行觀察，確認到正常凸部與特異凸部。根據掃描式電子顯微鏡觀察，正常凸部平均而言 為如下所述的點結構。
‧點之頂點為曲率半徑大於0之帶有圓度之角部。
‧點之底部之輪廓形狀為大致圓形。
‧點之側面具有2階段之傾斜角度。該2階段之傾斜角度中，點之底部側相比上部側具有傾斜角度較小之傾斜。
‧點之底部之直徑為1.7μm。
於實施例6中，使分散於酚醛清漆樹脂中之奈米粒子之濃度及形狀變化。形狀係設為球狀者、及填料狀者。球狀者為平均粒徑25nm之TiO2粒子。另一方面，填料狀者為長軸方向之長度為100nm之ZnO棒。又，將該等奈米粒子之濃度於0.01%~3%之範圍內變更。藉此調整特異凸部之存在比例、及設置於特異凸部上之凸狀體或/及凹狀體之被覆率。
將利用掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡對所製造之光學基板進行觀察之結果記載於表5及表6中。表5係以特異凸部之存在比例為參數而整理，表6係以凸狀體及凹狀體對特異凸部之被覆率為參數而整理。再者，表5及表6中未記載，設置於特異凸部表面之凸狀體及凹狀體之高度或深度藉由掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡觀察係觀察為10nm~400nm之範圍內。尤其是所含之10nm~50nm之凸狀體或凹狀體最多，由多至少依序為50nm~100nm、100nm~150nm、150nm~400nm。又，凸狀體及凹狀體係混合存在自位於特異凸部之頂部附近者、至位於特異凸部之底部附近者，作為比例，位於頂部附近者較多。
表5及表6之用語之意味係如下所述。
‧正常凸部......構成凹凸結構之複數個點中無特異凸部者。
‧Pave......凹凸結構之平均間隔
‧Have......凹凸結構之平均高度
‧ave......凹凸結構之點之底部之直徑的平均值
‧特異凸部......表面具有凸狀體或/及凹狀體之凸部
‧存在......是否存在特異凸部。○表示包含特異凸部，×表示不包含特異凸部。
‧被覆率......凸狀體及凹狀體對特異凸部之表面的平面佔有率
‧P/R......特異凸部之存在比例
‧N......為求特異凸部之存在比例而計數之凸部之數
‧比......特異凸部之存在比例
再者，表5及表6中之比較例5係不於光阻劑用之酚醛清漆樹脂中添加奈米粒子而進行微影法所製造的光學基板，該光學基板不存在特異凸部。
繼而，與實施例5同樣地求出發光功率比、光取出效率比、以及內部量子效率。將結果記載於表5及表6中。
[表5]
[表6]
根據表5及表6，可明白以下事項。藉由包含特異凸部，發光出光比增加。根據表5可知，若凸狀體及凹狀體之被覆率增大，則內部量子效率IQE增加。認為其原因在於在特異凸部之凸狀部或凹狀體部，半導體結晶層之成長模式經擾亂。然而，於表5之No.6所示的被覆率為35.3%之情形時，內部量子效率IQE略微降低。認為其原因在 於，著眼於一個特異凸部時，其表面之粗糙度增大，因此半導體結晶層之成長之紊亂過度增大。亦即，推斷成長之紊亂對於半導體結晶層造成之應力較強地發揮作用，因此產生結晶缺陷。根據表6可知，若特異凸部之比例增大，則發光出光比增加。認為其係由於由特異凸部引起之光散射性增加。尤其是特異凸部藉由其表面之凸狀體或凹狀體，而使得擾亂波導模式時之無規性增加。亦即，認為係由於可使光散射優先於光繞射。然而，自表6之No.14所示的特異凸部之存在比例超過9%左右開始，發光出光比略微降低。其係由於如根據LEE比可明瞭般光取出效率LEE降低之緣故。產生此種現象之理由認為如下：於特異凸部過多之情形時，前進方向暫時經擾亂之發光光再次形成波導模式之概率增加；及由於向半導體發光元件之側面部之出光增加，故而容易產生吸收衰減。
根據以上可知，尤其適當的是凸狀體及凹狀體對特異凸部之被覆率為0.02%~8.65%。其中，可知若被覆率為0.34%~8.65%，則發光出光比進一步提昇。另一方面，可知特異凸部之存在比例尤其適當的是0.02%~26%，其中若為0.02%~0.9%，則發光出光比進一步提昇。
進而，對半導體結晶層之成長更詳細地確認，結果可知，使用包含特異凸部之光學基板之情形與使用不包含特異凸部之光學基板之情形相比，可抑制半導體結晶層之凹凸結構之凸部附近的龜裂。
<實施例7及實施例8>
製作表面具備凹凸結構面之光學基板，使用該基板製作半導體發光元件(LED)，且對LED之效率進行比較。
以下之研究中，為製作表面具備凹凸結構面之光學基板，係製作凹凸結構L，繼而於凹凸結構L之表面上製作凹凸結構S。
‧凹凸結構L之製作
於藍寶石基板之C面(0001)上，形成作為蝕刻遮罩之SiO2膜，且藉由光微影法而圖案化。繼而，利用包含SiO2之遮罩對藍寶石基板進行蝕刻，藉此製作凹凸結構L。再者，蝕刻係藉由濕式蝕刻而進行，蝕刻液係使用磷酸與硫酸之混酸。液溫約為295℃。
使用掃描式電子顯微鏡對所製作之凹凸結構L進行觀察。將結果歸納於表7中。實施例7之凹凸結構L係於間隔PL為3000nm之六方格子之網格點上配置有凸部，且凸部之平均高度為1500μm，凸部底部寬度lcvb為1500μm。又，於凸部側面設置有2階段之傾斜角度。自凸部頂部向凸部底部，側面傾斜角度變換一次。藉由該變換，將傾斜角設定為變得陡斜。另一方面，實施例8中，係形成為於六方格子之格子中心部未設置有凸部的結構。亦即，係製作於六方格子之中心無凸部，於形成六方格子之輪廓的網格點上最密集地填充有具有凸部之單元的結構。平均間隔或高度係如表7中所記載，又，凸部側面之狀態與實施例7相同。
表7中所記載之用語之含義係如下所述。
‧排列......凹凸結構L之凸部之排列
‧PL......凹凸結構L之平均間隔
‧Have......凹凸結構L之平均高度
‧lcvb......凹凸結構L之凸部底部寬度
‧凹凸結構S之製作
於凹凸結構L之表面上製作凹凸結構S。
(1)製作圓筒狀主模，(2)對圓筒狀主模應用光轉印法而製作捲筒狀樹脂模具。(3)之後，將捲筒狀樹脂模具加工成光學基板之奈米加工用膜。繼而，(4)使用奈米加工用膜，於具備凹凸結構L之光學基板上形成遮罩，經由所獲得之遮罩進行乾式蝕刻，藉此製作表面具備包含凹凸結構L及凹凸結構S之凹凸結構面的光學基板。
(1)圓筒狀主模之製作
進行與實施例1同樣之操作，獲得圓筒狀主模。
(2)捲筒狀樹脂模具之製作
將所製作之圓筒狀主模作為鑄模，應用光奈米壓印法連續地製作捲筒狀樹脂模具G1。繼而，以捲筒狀樹脂模具G1作為模板，利用光奈米壓印法連續地獲得捲筒狀樹脂模具G2。
捲筒狀樹脂模具係與實施例4同樣地製作。但是，將光硬化性樹脂之塗佈膜厚設為5μm，紫外線之累計光量設為1500mJ/cm2。繼而，以捲筒狀樹脂模具G1作為鑄模，獲得捲筒狀樹脂模具G2。捲筒狀樹脂模具亦係與實施例4同樣地製作，但是將光硬化性樹脂之塗佈膜厚設為3μm，紫外線之累計光量設為1200mJ/cm2。
(3)奈米加工用膜之製作
將捲筒狀樹脂模具G2加工成奈米加工用膜。順序係與實施例4相同。但是，塗敷材料3時，將配置於奈米結構內部之材料2與所塗敷之材料3之界面、與材料3之表面的距離設為1800nm，於塗敷材料3之後，使之歷時5分鐘於95℃之送風乾燥爐內通過。
(4)具備凹凸結構L之光學基板之奈米加工
使用所製作之奈米加工用膜，嘗試對具備凹凸結構L之光學基板進行加工。作為具備凹凸結構L之光學基板，係使用表7中記載之基 板。
對具備凹凸結構L之藍寶石基板進行5分鐘UV-O3處理，除去表面之微粒並且使之親水化。繼而，將奈米加工用膜之材料3表面貼合於具備凹凸結構L之藍寶石基板上。此時，係於將具備凹凸結構L之藍寶石基板加溫至115℃之狀態下進行貼合。繼而，使用高壓水銀燈光源，以累計光量達到1200mJ/cm2之方式透過捲筒狀樹脂模具G2進行光照射。之後，將捲筒狀樹脂模具G2剝離。
自所獲得之積層體(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，將材料2視作遮罩對材料3進行奈米加工，使凹凸結構L之表面部分地露出。氧蝕刻係於壓力1Pa、電力300W之條件下進行。繼而，自材料2面側使用BCl3氣體與Cl2氣體之混合氣體進行反應性離子蝕刻，對具備凹凸結構L之藍寶石基板進行奈米加工。蝕刻係於ICP：150W、偏壓：50W、壓力0.2Pa下實施，且係使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)。
最後，使用將硫酸與過氧化氫水以2：1之重量比混合而成之溶液洗淨，獲得具備包含凹凸結構L及凹凸結構S之凹凸結構面的藍寶石光學基板。再者，於藍寶石基板上製作之凹凸結構之形狀主要由奈米加工用膜之材料2之填充率及材料3之膜厚所控制。
對具備凹凸結構面之藍寶石光學基板利用掃描式電子顯微鏡進行觀察。凹凸結構S係形成於凹凸結構L之整個表面上。又，確認凹凸結構L之頂部附近之凹凸結構S與凹凸結構L之凹部底部附近之凹凸結構S相比，高度較高且均勻性較高。凹凸結構S平均而言為凸部底部之輪廓不具有角之結構，凸部底部之輪廓不為圓而為彎曲之形狀。將凹凸結構S之凸部之高度、凸部底部寬度lcvb以及凹凸結構S對凹凸結構L之被覆率記載於表8中。再者，表8中，凹凸結構S之凸部之高度及凸部底部寬度lcvb係記載針對於形成於凹凸結構L之凹部底部的凹 凸結構S之凸部之值。
表8中所記載之用語之含義係如下所述。
‧PS......凹凸結構S之平均間隔
‧Have......凹凸結構S之平均凸部高度
‧lcvb......凹凸結構S之凸部底部寬度
‧PL/PS......凹凸結構L之平均間隔(PL)與凹凸結構S之平均間隔(PS)之比率
‧被覆......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部及凹部之被覆率
於所獲得之藍寶石光學基板之凹凸結構面上，藉由MOCVD連續地積層(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN覆蓋層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN覆蓋層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。製膜條件係設定為在積層(2)n型GaN層時將藍寶石基板上之凹凸填埋而使之平坦化。進而，進行蝕刻加工而安裝電極墊。
於該狀態下，使用探測器，於p電極墊與n電極墊之間流通20mA之電流且測定發光功率。將結果歸納於表9及表10中。
再者，表9及表10中記載之比較例6及比較例7係製作具備僅由凹凸結構L構成之凹凸結構面的光學基板之情形。比較例6中使用具備由與實施例7之凹凸結構L對應之凹凸結構所構成之凹凸結構面的光學基板。又，比較例7中使用具備由與實施例8之凹凸結構L對應之凹凸結構所構成之凹凸結構面的光學基板。
表9中示出將使用比較例6之光學基板之LED的發光功率比設為1時，使用本發明之實施例7中記載之光學基板之LED的發光功率。表10中示出將使用比較例7之光學基板之LED的發光功率比設為1時，使用本發明之實施例8中記載之光學基板之LED的發光功率。
再者，內部量子效率IQE係根據PL強度而確定。內部量子效率IQE係由(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中之電子之數)定義。本說明書中，作為評價上述內部量子效率IQE之指標，係採用(於300K下測定之PL強度/於10K下測定之PL強度)。
根據表9及表10可知，與具備僅由凹凸結構L構成之凹凸結構面的比較例6及比較例7之光學基板相比，於實施例7及實施例8中，藉由使用具備包含凹凸結構S及凹凸結構L之凹凸結構面的光學基板而發光強度提昇。可知其原因之一在於內部量子效率IQE提昇。推斷內部量子效率IQE得到改善係由於自凹凸結構L之凹部成長之半導體結晶層的位錯減低效果因凹凸結構S而受到促進。進而，可知相比內部量子效率IQE之提昇程度，發光強度之提昇程度較大。推斷其原因在 於，由於凹凸結構S在凹凸結構L上具有紊亂，故而可加上光散射性，光取出效率LEE進一步提昇。
<實施例9>
與實施例7同樣地製作實施例9之凹凸結構(L)，於凹凸結構(L)上進而製作凹凸結構(S)。於此，凹凸結構(S)之製造方法係設為與實施例7相同，且使奈米加工用膜之奈米結構變化。將奈米加工用膜之奈米結構設定為參數，以與實施例7相同之方式獲得光學基板，製作半導體發光元件且進行評價。再者，凹凸結構(S)係製作於凹凸結構(L)之凸部頂部、凸部側面以及凹部底部。
將對所製造之光學基板利用掃描式電子顯微鏡進行觀察所得的結果及發光功率比示於表11中。再者，凹凸結構(L)為表7之實施例7中所記載者。
表11中所記載之用語之含義係如下所述。
‧PS......凹凸結構S之平均間隔
‧Have......凹凸結構S之平均凸部高度
‧lcvb......凹凸結構S之凸部底部寬度
‧PL/PS......凹凸結構L之平均間隔(PL)與凹凸結構S之平均間隔(PS)之比率
‧被覆......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部及凹部之被覆率
[表11]
表11中，尤其是自PL/PS超過2.5(表11中之No.6)左右開始，凹凸結構(S)之形狀之變形增大，且伴隨於此，凹凸結構(L)之形狀亦產生變形。根據該觀點可知，於包含複數個凸部之凹凸結構(L)之表面配置凹凸結構(S)之情形時，PL/PS較佳為超過2.5。尤其是若為3.3以上，則凹凸結構(S)之形狀精度進一步提昇，於6.0以上，形狀之穩定性達到飽和。
發光功率比係將表7之實施例7中所記載者設為1而加以表示。首 先，可知任一光學基板中發光功率均增加。又，可知雖PL/PS越小則發光功率越增加，但以PL/PS=6.0為分界發光功率減少。首先，發光功率增加係由於由微米尺度之體積變化較大之凹凸結構(L)引起的光學散射性之緣故。此處，於凹凸結構(L)之表面設置有凹凸結構(S)。尤其是因於凹凸結構(L)之凹部底面亦配置有凹凸結構(S)，故而認為當半導體結晶層成長時，於凹凸結構(L)之凹部底部附近可將半導體結晶之成長模式擾亂，可有效果地使位錯消失。又，確認PL/PS越增大，則內部量子效率IQE越提昇，且於PL/PS=10下大致飽和。亦即，內部量子效率IQE當PL/PS增大時，會以某一時刻為分界而達到飽和。然而，PL/PS增大意味著自半導體發光元件之發光光而言之體積減小，故而光學散射性降低。因此，可認為對於發光功率較佳之範圍出現。
<實施例10>
製作僅於凹凸結構(L)之凸部頂部上表面具備凹凸結構(S)之光學基板。
首先，與實施例4同樣地製作捲筒狀樹脂模具G2。但是，將光硬化性樹脂之塗佈膜厚設為4μm，紫外線之累計光量設為1800mJ/cm2。繼而，以捲筒狀樹脂模具G1作為鑄模，獲得捲筒狀樹脂模具G2。捲筒狀樹脂模具亦係與實施例4同樣地製作，但是將光硬化性樹脂之塗佈膜厚設為2μm，紫外線之累計光量設為1300mJ/cm2。
(3)奈米加工用膜之製作
將捲筒狀樹脂模具G2加工成奈米加工用膜。順序係與實施例4相同。但是，塗敷材料3時，將配置於奈米結構內部之材料2與所塗敷之材料3之界面、與材料3之表面的距離設為350nm，於塗敷材料3之後，使之歷時5分鐘於95℃之送風乾燥爐內通過。
(4)光學基板之奈米加工
使用所製作之奈米加工用膜對光學基板進行加工，製作凹凸結構(S)。
對c面單面鏡面藍寶石基板之鏡面進行5分鐘UV-O3處理，除去表面之微粒並且使之親水化。繼而，將奈米加工用膜之材料3表面貼合於藍寶石基板上。此時，係於將藍寶石基板加溫至110℃之狀態下進行貼合。繼而，使用高壓水銀燈光源，以累計光量達到1400mJ/cm2之方式透過捲筒狀樹脂模具G2進行光照射。之後，將捲筒狀樹脂模具G2剝離。
自所獲得之積層體(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，將材料2視作遮罩對材料3進行奈米加工，使藍寶石基板之表面部分地露出。氧蝕刻係於壓力1Pa、電力300W之條件下進行。繼而，自材料2面側使用BCl3氣體與Cl2氣體之混合氣體進行反應性離子蝕刻，對具備凹凸結構S之藍寶石基板進行奈米加工。蝕刻係於ICP：150W、偏壓：50W、壓力0.2Pa下實施，且係使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)。
最後，使用將硫酸與過氧化氫水以2：1之重量比混合而成之溶液洗淨，獲得具備包含凹凸結構S之凹凸結構面的藍寶石光學基板。再者，於藍寶石基板上製作之凹凸結構(S)的形狀主要受奈米加工用膜之材料2之填充率及材料3之膜厚控制。
進而，於凹凸結構(S)上，利用旋塗法將光阻劑用之酚醛清漆樹脂成膜，於120℃之熱板上進行預烘烤。然後進行微影法，製作凹凸結構(L)。於此，藉由對光阻劑進行負型顯影加以使用而將凹凸結構(L)形成為點形狀，藉由對光阻劑進行正型顯影而將凹凸結構(L)形成為孔結構。於任一情形時，均排列成平均間隔3.2μm之正六方排列。
對所獲得之光學基板利用掃描式電子顯微鏡進行觀察。點狀之凹凸結構(L)為以下之點狀體。
‧平均間隔Pave為3.2μm，為正六方排列。
‧點之底部直徑為2.4μm，底部形狀為大致圓形。
‧點間之凹部底部平坦。
‧於點頂部具有平坦面的圓錐台形狀。點頂部之平坦面為大致圓形，其直徑為1.6μm。
‧點頂部為大致圓形之桌面，僅於點頂部上配置有凹凸結構(S)。
另一方面，孔狀之凹凸結構(L)為以下之孔狀體。
‧平均間隔Pave為3.2μm，為正六方排列。
‧孔之開口部直徑為1.5μm，開口形狀為大致圓形。
‧孔之深度為1.4μm。
‧孔間之凸部頂部平坦，僅於該平坦面上配置有凹凸結構(S)。
‧孔之形狀為底面為大致圓形之圓錐，圓錐之頂部為曲率半徑大於0之角部。
將凹凸結構(L)為點狀之情形時凹凸結構(S)之結果與發光功率比一起記載於表12中。再者，發光功率比係將表7之實施例7中所記載者設為1而加以表示。
表12中所記載之用語之含義係如下所述。
‧PS......凹凸結構S之平均間隔
‧Have......凹凸結構S之平均凸部高度
‧lcvb......凹凸結構S之凸部底部寬度
‧PL/PS......凹凸結構L之平均間隔(PL)與凹凸結構S之平均間隔(PS)之比率
‧被覆1......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部及凹部之被覆率
‧被覆2......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部頂部上表面之被覆率T
根據表12可知，被覆率越增大，則發光功率越增大。其係由於藉由凹凸結構(S)，如上述已說明般可減低半導體結晶層之位錯。尤其是由於凹凸結構(L)為點狀，並且於該點狀之凹凸結構(L)之凸部具有平坦面，且於該平坦面上設置有凹凸結構(S)，因此可自凹凸結構(L)之凸部頂部上良好地成長半導體結晶層。推斷其原因在於抑制凹 凸結構(S)之凹部底部的半導體結晶層之核釋出能量之效果發揮作用。因此，可使自凹凸結構(L)之凸部頂部上的半導體結晶層之成長速度較自凹凸結構(L)之凹部底部成長的半導體結晶層之成長速度略微緩慢。認為藉此，可使自凹凸結構(L)之凹部底部成長的半導體結晶層、與自凹凸結構(L)之凸部頂部上成長的高品質之半導體結晶層良好地連接，藉此位錯減低，內部量子效率提昇。實際地隨著凹凸結構(S)之被覆率增大而位錯減低之情況可藉由透過式電子顯微鏡觀察而確認。然而，以對凸部頂部上表面之被覆率T為50.2%(表12之No.14)為分界，發光功率強度降低。可認為其原因在於，對凸部頂部上表面之被覆率T、即賦予有凹凸結構(S)之凹凸結構(L)表面內凹凸結構(s)之平面佔有率過大之情形時，凹凸結構(S)之凹部底部的半導體結晶層之能量之釋放作用顯著降低。亦即，推斷於自半導體結晶層之成核向成長過渡之階段，附著於凹凸結構(S)之凹部底部的核之能量之釋出速度降低。又，以對凸部頂部上表面之被覆率T為7.1%(表12之No.9)為分界，發光功率降低。可認為其係由於光學散射性降低、即光取出效率減小。根據作為間接研究之僅針對於凹凸結構(S)之霧度測定，確認散射性降低。
根據以上可知，尤其是於對凸部頂部上表面之被覆率T為12.6%~50.2%之間時，發光功率增大，其中於對凸部頂部上表面之被覆率T為19.6%~34.9%之間時，發光功率進一步增加。
將凹凸結構(L)為孔狀之情形時凹凸結構(S)之結果與發光功率比一起記載於表13中。再者，發光功率比係將表7之實施例7中所記載者設為1而加以表示。
表13中所記載之用語之含義係如下所述。
‧PS......凹凸結構S之平均間隔
‧Have......凹凸結構S之平均凸部高度
‧lcvb......凹凸結構S之凸部底部寬度
‧PL/PS......凹凸結構L之平均間隔(PL)與凹凸結構S之平均間隔(PS)之比率
‧被覆1......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部及凹部之被覆率
‧被覆2......凹凸結構S對凹凸結構L之凸部頂部上表面之被覆率T
根據表13可知，被覆率越增大，則發光功率越增大。其係由於藉由凹凸結構(S)，如上述已說明般可減低半導體結晶層之位錯。實際地隨著凹凸結構(S)之被覆率增大而位錯減低之情況可藉由透過式電子顯微鏡觀察而確認。然而，以對凸部頂部上表面之被覆率為50.2%(表13之No.14)為分界，發光功率強度降低。可認為其原因在於，對凸部頂部上表面之被覆率T過大之情形時，凹凸結構(S)之凹部底部的半導體結晶層之能量之釋放作用顯著降低。亦即，推斷於自半導體結晶層之成核向成長過渡之階段，附著於凹凸結構(S)之凹部底部的核之能量之釋出速度降低。又，以對凸部頂部上表面之被覆率T為7.1%(表13之No.9)為分界，發光功率降低。可認為其係由於光學散射性降低、即光取出效率減小。根據作為間接研究之僅針對於凹凸結構(S)之霧度測定，確認散射性降低。
根據以上可知，尤其是於對凸部頂部上表面之被覆率T為12.6%~50.2%之間時，發光功率增大，其中於對凸部頂部上表面之被覆率T為19.6%~34.9%之間時，發光功率進一步增加。
又，對半導體結晶層更詳細地確認，結果於成膜形成半導體結晶層之後之狀態下，可於凹凸結構(L)之凹部內部觀察到空隙。認為因此與半導體結晶層之折射率之差增大，光取出效率容易提昇。又，於成膜形成半導體結晶層後，在半導體結晶層之表面安裝支持基材，自光學基板側照射雷射束而對光學基板進行雷射剝離，結果亦確認到可容易地剝離光學基板。認為其原因在於，由於存在上述已說明之空隙，故而可使光學基板與半導體結晶層之密著性減低。
<實施例11>
作為構成積層體遮罩之材料，對第1遮罩層選擇氧化鉻，對第2遮罩層選擇氧化矽。再者，相對於後述之第1遮罩層(氧化鉻層)及藍 寶石基板之濕式蝕刻中所使用的蝕刻液，氧化鉻與藍寶石基板之蝕刻選擇比為3，氧化矽與藍寶石基板之蝕刻選擇比為20以上。
首先，準備2片利用濺鍍法形成50nm之氧化鉻膜，繼而形成50nm之氧化矽膜的藍寶石基板。於一片上利用旋塗法將UV抗蝕劑(PAK-02；東洋合成製造)成膜。於另一片上利用濺鍍法將熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si成膜。
對於形成有UV抗蝕劑膜之藍寶石基板，使用奈米壓印模具將圖案轉印至UV抗蝕劑上。將UV抗蝕劑之殘膜藉由使用O2氣體之乾式蝕刻而除去。之後，以UV抗蝕劑圖案作為遮罩，藉由利用氟系氣體進行乾式蝕刻而將圖案轉印至第2遮罩層(氧化矽層)上。
另一方面，對於形成有熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si膜之藍寶石基板，使用曝光裝置描繪圖案後，利用草酸銨與甘胺酸之3wt%混合溶液進行顯影而形成圖案。之後，以熱反應型抗蝕劑圖案作為遮罩，藉由利用氟系氣體進行乾式蝕刻而將圖案轉印至第2遮罩層(氧化矽層)上。
再者，此次之圖案之間隔係以200nm、460nm、700nm、2μm、5μm之5個水準而實施，但可視需要變更圖案間隔，本發明並不因圖案形狀而受任何限制。
其次，以第2遮罩層(氧化矽層)作為遮罩，對第1遮罩層(氧化鉻層)及藍寶石基板實施濕式蝕刻。濕式蝕刻液係將以1：3vol%混合磷酸與硫酸所得之溶液加熱至230℃而使用，且實施4分鐘濕式蝕刻。
其結果，於所有間隔下，均將藍寶石基板蝕刻成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
<實施例12>
作為構成遮罩之材料，對第1遮罩層選擇包含氧化矽與氧化鎢之混合物，對第2遮罩層選擇氧化矽。該遮罩之組成比係設定為使矽與 鎢之比率為9mol%：1mol%。再者，相對於後述之第1遮罩層(氧化矽)及藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用的蝕刻液，包含氧化矽與氧化鎢之混合物與藍寶石基板之蝕刻選擇比為3，氧化矽與藍寶石基板之蝕刻選擇比為20以上。
圖48及圖49係表示實施例12中所實施之光學基板之製造方法之各步驟的剖面模式圖。
首先，如圖48A所示，準備利用濺鍍法首先以50nm之膜厚成膜形成含有包含氧化矽與氧化鎢之混合物的第1遮罩層902a，繼而成膜形成膜厚50nm之包含氧化矽之第2遮罩層902b的藍寶石基板901。將第1遮罩層902a及第2遮罩層902b一併稱為積層體遮罩902。
繼而，準備具備圖48A所示之圖案的片材906。片材906係包含樹脂模具905、遮罩903及遮罩904。於此，遮罩904可視需要而配置。樹脂模具905及遮罩903之材料例如較佳為UV硬化樹脂。又，遮罩904之材料例如較佳為包含溶膠凝膠材料等之無機材料。遮罩904可以下述目的而配設，即在後述之殘膜除去時以及向第2遮罩層902b轉印圖案時，提高遮罩903之耐乾式蝕刻性。本實施例中，樹脂模具905使用後述之材料A，遮罩904使用後述之材料B，遮罩903使用後述之材料C。再者，片材906之圖案係選擇間隔360nm而製作。再者，雖此次之圖案之間隔係以360nm而實施，但圖案間隔可視需要變更，本發明並不因圖案形狀而受任何限制。
本實施例中係使用以下之材料。
‧DACHP......OPTOOL DAC HP(Daikin Industries公司製造)
‧M350......三羥甲基丙烷(EO改性)三丙烯酸酯(東亞合成公司製造之M350)
‧I.184......Irgacure 184(BASF JAPAN(股)製造)
‧I.369......Irgacure 369(BASF JAPAN(股)製造)
‧TTB......四丁醇鈦
‧3APTMS......KBM5103(Shin-Etsu Silicones公司製造)
‧SH710......苯基改性聚矽氧(Dow Corning Toray公司製造)
‧SR833......三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製造))
‧SR368......三(2-羥基乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯(SR368(SARTOMER公司製造)
於將藍寶石基板41加熱至80℃並且進行UV照射(500mJ/cm2)之條件下，將上述片材906貼合於第2遮罩層902b上。
繼而，如圖48B所示，將樹脂模具905剝離後，藉由O2灰化將遮罩903之凹部底部之殘膜除去，如圖48C所示般地使第2遮罩層902b之表面部分地露出。再者，O2灰化條件係於壓力1Pa、O2氣體下實施。
繼而，以遮罩903及遮罩904作為遮罩，利用SF6氣體進行乾式蝕刻，如圖48D所示般地將圖案轉印至第2遮罩層902b上。再者，乾式蝕刻條件係於5Pa、2分鐘之條件下實施。
繼而，如圖49A及圖49B所示，以第2遮罩層902b作為遮罩，對第1遮罩層902a及藍寶石基板901實施濕式蝕刻。第1遮罩層902a及藍寶石基板901之濕式蝕刻液係將以1：1vol%混合磷酸與硫酸所得之溶液加熱至230℃而使用。又，濕式蝕刻係實施3分鐘。此時，將第1遮罩層902a完全除去。再者，係於在第1遮罩層902a及第2遮罩層902b(積層體遮罩902)上殘留有遮罩903、904的狀態下進行濕式蝕刻。但是，即便將遮罩903、904預先除去亦獲得同樣之結果。
其結果，於間隔360nm下將所獲得之藍寶石基板901之表面蝕刻成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
再者，上述片材906可單片地製作，亦可以捲筒狀製作。尤其是捲筒狀之情形適合於大量生產，因而較佳。以下，就本實施例中製作 捲筒狀之片材906的步驟進行說明。
(1)製作圓筒狀主模，(2)對圓筒狀主模應用光轉印法而製作捲筒狀之樹脂模具。(3)之後，將捲筒狀之樹脂模具加工成光學基板之奈米加工用構件(奈米加工用膜)。
(1)圓筒狀主模之製作
藉由使用半導體雷射之直接描繪微影法，於圓筒狀石英玻璃之表面形成凹凸結構。首先，於圓筒狀石英玻璃表面上利用濺鍍法成膜形成抗蝕劑層。濺鍍法係使用3英吋之CuO(含8atm%之Si)作為靶(抗蝕劑層)，於RF100W之電力下實施，成膜形成20nm之抗蝕劑層。繼而，一面使圓筒狀石英玻璃旋轉，一面使用波長405nm半導體雷射進行曝光。繼而，對經曝光後之抗蝕劑層進行顯影。抗蝕劑層之顯影係使用0.03wt%之甘胺酸水溶液，進行240sec處理。繼而，以經顯影之抗蝕劑層作為遮罩，藉由乾式蝕刻對蝕刻層(石英玻璃)進行蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6作為蝕刻氣體，於處理氣體壓力1Pa、處理電力300W、處理時間5分之條件下實施。最後，使用pH值為1之硫酸，自表面賦予有凹凸結構之圓筒狀石英玻璃僅將抗蝕劑層殘渣剝離。剝離時間係設為6分鐘。
對所獲得之圓筒狀石英玻璃的凹凸結構塗佈氟系脫模劑Durasurf HD-1101Z(Daikin Chemical Industries公司製造)，於60℃下加熱1小時後，於室溫下靜置24小時而固定化。之後，使用Durasurf HD-ZV(Daikin Chemical Industries公司製造)洗淨3次，獲得圓筒狀主模。
(2)捲筒狀之樹脂模具之製作
以所製作之圓筒狀主模作為鑄模，應用光奈米壓印法連續地製作捲筒狀之樹脂模具G1。繼而，以捲筒狀之樹脂模具G1作為模板，利用光奈米壓印法連續地獲得捲筒狀之樹脂模具G2。藉由獲得樹脂模具G2，獲得與圓筒狀主模相同之圖案形狀。以下對樹脂模具G1、 G2之製作方法進行詳細說明。
於PET膜A-3100(東洋紡公司製造：寬300mm、厚100μm)之易接著面上，使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以塗佈膜厚為5μm之方式塗佈以下所示之材料A。繼而，將塗佈有材料A之PET膜用夾輥按壓於圓筒狀主模上，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以燈中心下方之累計曝光量達到1500mJ/cm2之方式使用Fusion UV Systems Japan股份有限公司製造之UV曝光裝置(H型燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，獲得表面轉印有凹凸結構的捲筒狀之樹脂模具G1(長度200m、寬度300mm)。
繼而，將捲筒狀之樹脂模具G1視作模板，應用光奈米壓印法連續地製作捲筒狀之樹脂模具G2。
於PET膜A-3100(東洋紡公司製造：寬300mm、厚100μm)之易接著面上，使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以塗佈膜厚為3μm之方式塗佈下述材料A。繼而，將塗佈有材料A之PET膜用夾輥(0.1MPa)按壓於捲筒狀之樹脂模具G1之凹凸結構面上，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以燈中心下方之累計曝光量達到1200mJ/cm2之方式使用Fusion UV Systems Japan股份有限公司製造之UV曝光裝置(H型燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，獲得複數個表面轉印有凹凸結構之捲筒狀之樹脂模具G2(長度200m、寬度300mm)。
材料A......DACHP：M350：I.184：I.369=17.5g：100g：5.5g：2.0g
(3)奈米加工用膜之製作
對捲筒狀之樹脂模具G2之凹凸結構面塗敷下述材料B之稀釋液。繼而，於在凹凸結構內部內包有材料B的捲筒狀之樹脂模具G2的凹凸結構面上塗敷下述材料C之稀釋液，獲得奈米加工用膜。
材料B......TTB：3APTMS：SH710：I.184：I.369=65.2g：34.8 g：5.0g：1.9g：0.7g
材料C......黏合劑聚合物：SR833：SR368：I.184：I.369=77.1g：11.5g：11.5g：1.47g：0.53g
黏合劑聚合物......甲基丙烯酸苄酯80質量%、甲基丙烯酸20質量%之二元共聚物的甲基乙基酮溶液(固形物成分50%，重量平均分子量56000，酸當量330，分散度2.7)
使用與上述的(2)捲筒狀之樹脂模具之製作相同之裝置，將經PGME稀釋之材料B直接塗敷於捲筒狀之樹脂模具G2(樹脂模具5)的凹凸結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使每單位面積之塗敷原料(經PGME稀釋之上述材料B)中所含之固形物成分量較每單位面積之凹凸結構之體積小20%以上。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，捲取回收在凹凸結構內部內包有材料B的捲筒狀之樹脂模具G2。
繼而，將在凹凸結構內部內包有材料B的捲筒狀之樹脂模具G2捲出，並且使用與上述的(2)捲筒狀之樹脂模具之製作相同之裝置，將經PGME及MEK稀釋之材料C直接塗敷於凹凸結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使配置於凹凸結構內部之材料B與所塗敷之材料C之界面、與材料C之表面的距離為400nm~800nm。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，於材料C之表面重疊包含聚丙烯之覆蓋膜，且捲取回收。
再者，圖48A中之遮罩903相當於材料C，遮罩904相當於材料B，樹脂模具905相當於材料A。
<實施例13>
作為構成遮罩之材料，選擇對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液具有耐受性之材料氧化矽。再者，相對於後述之藍寶石基板之濕式蝕刻液，氧化矽與藍寶石基板之蝕刻選擇比為20以上。
首先，準備2片利用濺鍍法將氧化矽形成50nm之膜的藍寶石基板。於一片上利用旋塗法將UV抗蝕劑(PAK-02；東洋合成製造)成膜。於另一片上利用濺鍍法將熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si成膜。
對於形成有UV抗蝕劑膜之藍寶石基板，使用奈米壓印模具將圖案轉印至UV抗蝕劑上。將UV抗蝕劑之殘膜藉由使用O2氣體之乾式蝕刻而除去。之後，以UV抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體進行乾式蝕刻而將圖案轉印至氧化矽上。
另一方面，對於形成有熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si膜之藍寶石基板，使用曝光裝置描繪圖案後，利用草酸銨與甘胺酸之3wt%混合溶液進行顯影而形成圖案。之後，以熱反應型抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體進行乾式蝕刻而將圖案轉印至氧化矽上。
再者，此次之圖案之間隔係以200nm、460nm、700nm、2μm、5μm之5個水準而實施，但可視需要變更圖案間隔，本發明並不因圖案形狀而受任何限制。
繼而，以氧化矽作為遮罩，對藍寶石基板實施濕式蝕刻。藍寶石基板之濕式蝕刻液係將以1：3vol%混合磷酸與硫酸所得之溶液加熱至230℃而使用，遮罩之蝕刻係使用CF4氣體於20Pa下進行乾式蝕刻。首先對藍寶石基板實施30秒蝕刻，之後對遮罩實施10秒蝕刻。將以上之步驟重複進行6次，於正好除去氧化矽遮罩之時間點，結束藍寶石基板之蝕刻。
其結果，於所有間隔下，均將藍寶石基板之表面蝕刻成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
<實施例14>
作為構成遮罩之材料，選擇對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性之材料氧化鉻。再者，相對於後述之藍寶石基板之濕式蝕刻液，氧化鉻與藍寶石基板之蝕刻選擇比為3。
首先，準備利用濺鍍法將氧化鉻形成50nm之膜的藍寶石基板。於其上利用濺鍍法將熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si成膜。使用熱反應型抗蝕劑材料之圖案形成係與實施例1同樣地實施。
繼而，以熱反應型抗蝕劑圖案作為遮罩，利用硝酸鈰水溶液進行濕式蝕刻，將圖案轉印至氧化鉻上。
之後，以氧化鉻作為遮罩，對藍寶石基板實施濕式蝕刻。藍寶石基板之濕式蝕刻係於與實施例1同樣之條件下實施3分鐘。此時，氧化鉻完全地除去，為過度蝕刻狀態。
其結果，於所有間隔下，均將藍寶石基板之表面蝕刻成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
<實施例15>
作為構成遮罩之材料，選擇包含氧化矽與氧化鎢之混合物，其對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性之材料。該遮罩之組成比係設定為使矽與鎢之比率為9mol%：1mol%。再者，相對於後述之藍寶石基板之濕式蝕刻液，氧化矽與氧化鎢之混合物與藍寶石基板之蝕刻選擇比為3。
首先，準備利用濺鍍法將包含氧化矽與氧化鎢之混合物形成50nm之膜的藍寶石基板。於其上利用濺鍍法將熱反應型抗蝕劑CuO-8%Si成膜。使用熱反應型抗蝕劑材料之圖案形成係選擇實施例1中之間隔460nm而製作。再者，雖此次之圖案之間隔係以460nm而實施，但圖案間隔可視需要變更，本發明並不因圖案形狀而受任何限制。
繼而，以熱反應型抗蝕劑圖案作為遮罩，利用SF6氣體進行乾式蝕刻，將圖案轉印至氧化矽與氧化鎢之混合物上。再者，乾式蝕刻條件係於5Pa、2分鐘之條件下實施。
繼而，以氧化矽與氧化鎢之混合物作為遮罩，對藍寶石基板實施濕式蝕刻。藍寶石基板之濕式蝕刻液係將以1：1vol%混合磷酸與 硫酸所得之溶液加熱至230℃而使用。濕式蝕刻係實施3分鐘。此時，氧化矽與氧化鎢之混合物完全除去。
其結果，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝、觀察所獲得之藍寶石基板之表面發現，於間隔460nm下蝕刻成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
<實施例16>
作為構成遮罩之材料，選擇與實施例3相同的對藍寶石基板之濕式蝕刻中所使用之蝕刻液不具有耐受性之材料即包含氧化矽與氧化鎢之混合物。該遮罩之組成比係設定為使矽與鎢之比率為9mol%：1mol%。再者，相對於後述之藍寶石基板之濕式蝕刻液，氧化矽與氧化鎢之混合物與藍寶石基板之蝕刻選擇比為3。
圖50係表示實施例16之光學基板之製造方法之各步驟的剖面模式圖。首先，如圖50A所示，準備利用濺鍍法成膜形成50nm的含有包含氧化矽與氧化鎢之混合物的遮罩912的藍寶石基板911。
繼而，準備具備圖50A所示之圖案的片材916。片材916係包含樹脂模具915、遮罩913及遮罩914。於此，遮罩914可視需要而配置。樹脂模具915及遮罩913之材料例如較佳為UV硬化樹脂。又，遮罩914之材料例如較佳為包含溶膠凝膠材料等之無機材料。遮罩914可以下述目的而配設，即在後述之殘膜除去時以及向遮罩912轉印圖案時，提高遮罩913之耐乾式蝕刻性。本實施例中，樹脂模具915使用後述之材料A，遮罩914使用後述之材料B，遮罩913使用後述之材料C。再者，片材916之圖案係選擇間隔460nm而製作。再者，雖此次之圖案之間隔係以460nm而實施，但圖案間隔可視需要變更，本發明並不因圖案形狀而受任何限制。
本實施例中係使用以下之材料。
‧DACHP......OPTOOL DAC HP(Daikin Industries公司製造)
‧M350......三羥甲基丙烷(EO改性)三丙烯酸酯(東亞合成公司製造之M350)
‧I.184......Irgacure 184(BASF JAPAN(股)製造)
‧I.369......Irgacure 369(BASF JAPAN(股)製造)
‧TTB......四丁醇鈦
‧3APTMS......KBM5103(Shin-Etsu Silicones公司製造)
‧SH710......苯基改性聚矽氧(Dow Corning Toray公司製造)
‧SR833......三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯(SR833(SARTOMER公司製造))
‧SR368......三(2-羥基乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯(SR368(SARTOMER公司製造)
於將藍寶石基板911加熱至80℃並且進行UV照射(500mJ/cm2)之條件下，將上述片材916貼合於遮罩912上。
繼而，如圖50B所示，將樹脂模具915剝離後，藉由O2灰化將遮罩913之凹部底部之殘膜除去，如圖50C所示般地使遮罩912之表面部分地露出。再者，O2灰化條件係於壓力1Pa、O2氣體下實施。
繼而，以遮罩913及遮罩914作為遮罩，利用SF6氣體進行乾式蝕刻，如圖50D所示般地將圖案轉印至遮罩912上。再者，乾式蝕刻條件係於5Pa、2分鐘之條件下實施。
繼而，以遮罩912作為遮罩，對藍寶石基板911實施濕式蝕刻。藍寶石基板911之濕式蝕刻液係將以1：1vol%混合磷酸與硫酸所得之溶液加熱至230℃而使用。又，濕式蝕刻係實施3分鐘。此時，將遮罩912完全除去。再者，係於在遮罩912上殘留有遮罩913、914之狀態下進行濕式蝕刻。但是，即便將遮罩913、914預先除去亦獲得同樣之結果。
其結果，於間隔460nm下將所獲得之藍寶石基板911之表面蝕刻 成了正好頂點較尖的帳篷型之凹凸形狀。
再者，上述片材916可單片地製作，亦可以捲筒狀製作。尤其是捲筒狀之情形適合於大量生產，因而較佳。以下，就本實施例中製作捲筒狀之片材916的步驟進行說明。
(1)製作圓筒狀主模，(2)對圓筒狀主模應用光轉印法而製作捲筒狀之樹脂模具。(3)之後，將捲筒狀之樹脂模具加工成光學基板之奈米加工用構件(奈米加工用膜)。
(1)圓筒狀主模之製作
藉由使用半導體雷射之直接描繪微影法，於圓筒狀石英玻璃之表面形成凹凸結構。首先，於圓筒狀石英玻璃表面上利用濺鍍法成膜形成抗蝕劑層。濺鍍法係使用3英吋之CuO(含8atm%之Si)作為靶(抗蝕劑層)，於RF100W之電力下實施，成膜形成20nm之抗蝕劑層。繼而，一面使圓筒狀石英玻璃旋轉，一面使用波長405nm半導體雷射進行曝光。繼而，對經曝光後之抗蝕劑層進行顯影。抗蝕劑層之顯影係使用0.03wt%之甘胺酸水溶液，進行240sec處理。繼而，以經顯影之抗蝕劑層作為遮罩，藉由乾式蝕刻對蝕刻層(石英玻璃)進行蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6作為蝕刻氣體，於處理氣體壓力1Pa、處理電力300W、處理時間5分之條件下實施。最後，使用pH值為1之硫酸，自表面賦予有凹凸結構之圓筒狀石英玻璃僅將抗蝕劑層殘渣剝離。剝離時間係設為6分鐘。
對所獲得之圓筒狀石英玻璃的凹凸結構塗佈氟系脫模劑Durasurf HD-1101Z(Daikin Chemical Industries公司製造)，於60℃下加熱1小時後，於室溫下靜置24小時而固定化。之後，使用Durasurf HD-ZV(Daikin Chemical Industries公司製造)洗浄3次，獲得圓筒狀主模。
(2)捲筒狀之樹脂模具之製作
以所製作之圓筒狀主模作為鑄模，應用光奈米壓印法連續地製 作捲筒狀之樹脂模具G1。繼而，以捲筒狀之樹脂模具G1作為模板，利用光奈米壓印法連續地獲得捲筒狀之樹脂模具G2。藉由獲得樹脂模具G2，獲得與圓筒狀主模相同之圖案形狀。以下對樹脂模具G1、G2之製作方法進行詳細說明。
於PET膜A-4100(東洋紡公司製造：寬300mm、厚100μm)之易接著面上，使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以塗佈膜厚為5μm之方式塗佈以下所示之材料A。繼而，將塗佈有材料A之PET膜用夾輥按壓於圓筒狀主模上，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以燈中心下方之累計曝光量達到1500mJ/cm2之方式使用Fusion UV Systems Japan股份有限公司製造之UV曝光裝置(H型燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，獲得表面轉印有凹凸結構的捲筒狀之樹脂模具G1(長度200m、寬度300mm)。
繼而，將捲筒狀之樹脂模具G1視作模板，應用光奈米壓印法連續地製作捲筒狀之樹脂模具G2。
於PET膜A-4100(東洋紡公司製造：寬300mm、厚100μm)之易接著面上，使用微凹版塗佈機(廉井精機公司製造)以塗佈膜厚為3μm之方式塗佈下述材料A。繼而，將塗佈有材料A之PET膜用夾輥(0.1MPa)按壓於捲筒狀之樹脂模具G1之凹凸結構面上，於大氣下、溫度25℃、濕度60%下，以燈中心下方之累計曝光量達到1200mJ/cm2之方式使用Fusion UV Systems Japan股份有限公司製造之UV曝光裝置(H型燈)照射紫外線，連續地實施光硬化，獲得複數個表面轉印有凹凸結構之捲筒狀之樹脂模具G2(長度200m、寬度300mm)。
材料A......DACHP：M350：I.184：I.369=17.5g：100g：5.5g：2.0g
(3)奈米加工用膜之製作
對捲筒狀之樹脂模具G2之凹凸結構面塗敷下述材料B之稀釋液。 繼而，於在凹凸結構內部內包有材料B的捲筒狀之樹脂模具G2的凹凸結構面上塗敷下述材料C之稀釋液，獲得奈米加工用膜。
材料B......TTB：3APTMS：SH710：I.184：I.369=65.2g：34.8g：5.0g：1.9g：0.7g
材料C......黏合劑聚合物：SR833：SR368：I.184：I.369=77.1g：11.5g：11.5g：1.47g：0.53g
黏合劑聚合物......甲基丙烯酸苄酯80質量%、甲基丙烯酸20質量%之二元共聚物的甲基乙基酮溶液(固形物成分50%，重量平均分子量56000，酸當量430，分散度2.7)
使用與上述的(2)捲筒狀之樹脂模具之製作相同之裝置，將經PGME稀釋之材料B直接塗敷於捲筒狀之樹脂模具G2(樹脂模具5)的凹凸結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使每單位面積之塗敷原料(經PGME稀釋之上述材料B)中所含之固形物成分量較每單位面積之凹凸結構之體積小20%以上。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，捲取回收在凹凸結構內部內包有材料2之捲筒狀之樹脂模具G2。
繼而，將在凹凸結構內部內包有材料B的捲筒狀之樹脂模具G2捲出，並且使用與上述的(2)捲筒狀之樹脂模具之製作相同之裝置，將經PGME及MEK稀釋之材料C直接塗敷於凹凸結構面上。於此，稀釋濃度係設定為使配置於凹凸結構內部之材料B與所塗敷之材料C之界面、與材料C之表面的距離為400nm~800nm。塗敷後，使其歷時5分鐘於80℃之送風乾燥爐內通過，於材料C之表面重疊包含聚丙烯之覆蓋膜，且捲取回收。
再者，圖50A中之遮罩913相當於材料C，遮罩914相當於材料B，樹脂模具915相當於材料A。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，而可進行各種變更而 實施。上述實施形態中，隨附圖式中所圖示之大小或形狀等並非限定於此，而可於可發揮本發明之效果的範圍內適宜變更。此外，只要不脫離本發明之目的之範圍則可適宜變更而實施。
例如，於上述實施形態中，係就對藍寶石基板進行濕式蝕刻之情形進行說明，但用於形成凹凸結構之基板可適宜變更而並不限定於此。例如，於對半導體等中通常使用之具有尖晶石結構之基板、具有鈣鈦礦結構之基板(例如鋁酸釔)、GaN基板、SiC基板等進行濕式蝕刻之情形時，亦可藉由利用隨著濕式蝕刻之進行遮罩之體積逐漸減少的方法，而避免形成平截型之凹凸結構，形成帳篷型之凹凸結構。
[產業上之可利用性]
本發明具有下述效果，即藉由使半導體層中之位錯分散且減低位錯密度，而改善內部量子效率IQE，並且藉由光散射將波導模式消除而提高光取出效率LEE，由此提昇LED之發光效率的效果，尤其可較佳地使用於藍色LED、紫外LED、白色LED中所應用的GaN系半導體發光元件。
本申請案係基於以下申請案：2012年4月2日提出申請之日本專利申請案特願2012-084208、2012年4月27日提出申請之日本專利申請案特願2012-103489、2012年4月27日提出申請之日本專利申請案特願2012-103490、2012年10月12日提出申請之日本專利申請案特願2012-227295、2012年12月6日提出申請之日本專利申請案特願2012-267377、2012年12月6日提出申請之日本專利申請案特願2012-267488、及2012年12月21日提出申請之日本專利申請案特願2012-280241。該等之內容係全部包含於本文中。
12‧‧‧凹凸結構
13a‧‧‧凸部13之頂點
13b‧‧‧凸部13之底部之中心
14‧‧‧凹部
14a‧‧‧凹部14之頂點
131、132、134‧‧‧第1凸部
133‧‧‧第2凸部
A、B、C、D‧‧‧交點
E、F‧‧‧點
hn‧‧‧凸部高度
Have‧‧‧平均凸部高度
lcv‧‧‧由凸部平均位置Scv形成之平面上的線段
P‧‧‧間隔
S‧‧‧凹凸結構
Scc‧‧‧凹部平均位置
Scv‧‧‧凸部平均位置
tcv‧‧‧線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132與第1凸部134間的輪廓彼此之最短距離
Tcv‧‧‧線段lcv上使第2凸部133位於其間而鄰接之第1凸部132之頂點13a與第1凸部134之頂點13a的最短距離
X‧‧‧平行於光學基板(I)1之厚度方向之線段、與 凸部132之輪廓的交點
Y‧‧‧通過交點X之上述線段與凹部平均位置Scc的交點
cv‧‧‧凹部平均位置Scc上第1凸部131、132、134之底部之寬度

Claims (28)

  1. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部包含具有第1高度的複數個第1凸部、及具有較上述第1高度低之第2高度的複數個第2凸部，鄰接之上述第1凸部間之平均間隔Pave滿足下述式(1)，式(1)50nm≦Pave≦1000nm且上述第2凸部具有相對於上述凹凸結構之平均凸部高度Have滿足下述式(2)之關係的凸部高度hn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(3)之概率Z存在：式(2)0.6Have≧hn≧0 式(3)1/10000≦Z≦1/5。
  2. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部包含具有第1高度的複數個第1凸部、及具有較上述第1高度低之第2高度的複數個第2凸部，鄰接之上述第1凸部間之平均間隔Pave滿足下述式(1)，式(1)50nm≦Pave≦1500nm且上述第2凸部具有相對於上述凹凸結構之平均凸部高度Have 滿足下述式(2)之關係的凸部高度hn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(3)之概率Z存在：式(2)0.6Have≧hn≧0 式(3)1/10000≦Z≦1/5。並且上述第2凸部位於其間而鄰接的第1凸部間之平均距離Tcv-ave、與上述鄰接之第1凸部之平均間隔Pave滿足下述式(4)之關係：式(4)1.0Pave<Tcv-ave≦11Pave
  3. 如請求項1或2之光學基板，其中上述區域僅由上述複數個凸部構成，並且上述概率Z滿足1/1000以上1/10以下。
  4. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之一主面上之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凹部，並且上述複數個凹部包含具有第1深度的複數個第1凹部、及具有較上述第1深度淺之第2深度的複數個第2凹部，鄰接之上述第1凹部間之平均間隔Pave滿足下述式(5)，式(5)50nm≦Pave≦1000nm且上述第2凹部具有相對於上述凹凸結構之平均凹部深度Dave滿足下述式(6)之關係的凹部深度dn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(7)之概率Z存在：式(6)0.6Dave≧dn≧0 式(7)1/10000≦Z≦1/5。
  5. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之一主面上之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凹部，並且上述複數個凹部包含具有第1深度的複數個第1凹部、及具有較上述第1深度淺之第2深度的複數個第2凹部，鄰接之上述第1凹部間之平均間隔Pave滿足下述式(5)，式(5)50nm≦Pave≦1500nm且上述第2凹部具有相對於上述凹凸結構之平均凹部深度Dave滿足下述式(6)之關係的凹部深度dn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(7)之概率Z存在：式(6)0.6Dave≧dn≧0 式(7)1/10000≦Z≦1/5並且使上述第2凹部位於其間而鄰接的第1凹部間之平均距離Tcc-ave、與上述鄰接之第1凹部之平均間隔Pave滿足下述式(8)之關係：式(8)1.0Pave<Tcc-ave≦11Pave。
  6. 如請求項4或5之光學基板，其中上述區域僅由上述複數個凹部構成，並且上述概率Z滿足1/1000以上1/10以下。
  7. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板、及於上述基板之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者， 上述凹凸結構中之至少一部分具有相互離開地配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部中之至少1個凸部為於表面具備至少1個以上凸狀體或凹狀體的特異凸部，上述凹凸結構之平均間隔Pave為1.5μm以上10μm以下，並且上述凸部相對於至少某一軸為線對稱排列。
  8. 如請求項7之光學基板，其中上述特異凸部中，上述凸狀體或上述凹狀體對上述凸部之表面之被覆率大於0%且未達100%。
  9. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板本體、及於上述基板本體之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構包含第1凹凸結構(L)及第2凹凸結構(S)，上述第1凹凸結構(L)包含設置於上述基板本體之主面上，且具有第1平均間隔(PL)的複數個凸部及凹部，上述第2凹凸結構(S)包含設置於構成上述第1凹凸結構(L)之上述凸部及上述凹部的至少一者之表面上，且具有第2平均間隔(PS)的複數個凸部及凹部，上述第1平均間隔(PL)與上述第2平均間隔(PS)之比率(PL/PS)大於1且為2000以下，並且構成上述凹凸結構(L)之上述凸部或上述凹部之排列為六方排列、準六方排列、準四方排列、四方排列、或將該等加以組合所成之排列。
  10. 如請求項9之光學基板，其中上述第1凹凸結構(L)包含相互離開之複數個凸部，並且至少於上述第1凹凸結構(L)之凹部之底部設置有構成上述第2凹凸結構(S)之凸部或凹部。
  11. 如請求項9之光學基板，其中上述第1凹凸結構(L)包含相互離開之複數個凹部，並且至少於上述第1凹凸結構(L)之凸部之頂部設 置有構成上述第2凹凸結構(S)之凸部或凹部。
  12. 如請求項10或11之光學基板，其中上述第2凹凸結構(S)對上述第1凹凸結構(L)之被覆率大於0%且未達100%。
  13. 一種光學基板，其特徵在於：其係包括基板本體、及於上述基板本體之表面之一部分或整個面上形成之凹凸結構者，上述凹凸結構包含第1凹凸結構(S)及第2凹凸結構(L)，上述第1凹凸結構(S)包含設置於上述基板本體之主面上，且具有第1平均間隔(PS)的複數個凸部及凹部，上述第2凹凸結構(L)包含以使上述第1凹凸結構(S)露出一部分之方式相互離開地設置於上述第1凹凸結構(S)之表面上，且具有第2平均間隔(PL)的複數個凸部，上述第1平均間隔(PS)與上述第2平均間隔(PL)之比率(PL/PS)大於1且為2000以下。
  14. 如請求項9或13之光學基板，其中構成上述凹凸結構(S)之凸部的直徑係自底部朝向頂點減小。
  15. 如請求項9或13之光學基板，其中上述第2凹凸結構(S)中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凸部，並且上述複數個凸部包含具有第1高度的複數個第1凸部、及具有較上述第1高度低之第2高度的複數個第2凸部，鄰接之上述第1凸部間之平均間隔Pave滿足下述式(1)，式(1)50nm≦Pave≦1500nm且上述第2凸部具有相對於上述凹凸結構之平均凸部高度Have滿足下述式(2)之關係的凸部高度hn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(3)之概率Z存在： 式(2)0.6Have≧hn≧0 式(3)1/10000≦Z≦1/5。
  16. 如請求項15之光學基板，其中上述區域係僅由上述複數個凸部構成。
  17. 如請求項15之光學基板，其中經由上述第2凸部而鄰接的第1凸部間之平均距離Tcv-ave、與上述鄰接之第1凸部之平均間隔Pave滿足下述式(4)之關係：式(4)1.0Pave<Tcv-ave≦11Pave。
  18. 如請求項9或13之光學基板，其中上述凹凸結構(S)中之至少一部分區域具有相互離開地配置之複數個凹部，並且上述複數個凹部包含具有第1深度的複數個第1凹部、及具有較上述第1深度淺之第2深度的複數個第2凹部，鄰接之上述第1凹部間之平均間隔Pave滿足下述式(5)，式(5)50nm≦Pave≦1500nm且上述第2凹部具有相對於上述凹凸結構之平均凹部深度Dave滿足下述式(6)之關係的凹部深度dn，並且係於上述凹凸結構中以滿足下述式(7)之概率Z存在：式(6)0.6Dave≧dn≧0 式(7)1/10000≦Z≦1/5。
  19. 如請求項18之光學基板，其中上述區域係僅由上述複數個凹部 構成。
  20. 如請求項18之光學基板，其中經由上述第2凹部而鄰接的第1凹部間之平均距離Tcc-ave、與上述鄰接之第1凹部之平均間隔Pave滿足下述式(8)之關係：式(8)1.0Pave<Tcc-ave≦11Pave。
  21. 一種半導體發光元件，其特徵在於：其構成中包含至少1個以上如請求項1至20中任一項之光學基板。
  22. 一種半導體發光元件，其特徵在於：於如請求項1至20中任一項之光學基板之凹凸結構面上至少依序積層有第1半導體層、發光半導體層及第2半導體層。
  23. 如請求項22之半導體發光元件，其中上述基板或上述基板本體係包含藍寶石、SiC、Si、尖晶石或氮化物半導體。
  24. 如請求項22或23之半導體發光元件，其中上述第1半導體層、上述發光半導體層及上述第2半導體層為III-V族系半導體。
  25. 如請求項24之半導體發光元件，其中上述第1半導體層、上述發光半導體層及前第2半導體層為GaN系半導體。
  26. 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵在於包含以下步驟：準備如請求項1至20中任一項之光學基板；對所準備之上述光學基板進行光學檢查；及使用經光學檢查之上述光學基板製造半導體發光元件。
  27. 如請求項26之半導體發光元件之製造方法，其中準備上述光學基板之步驟係藉由使用表面具備微細圖案之模具的轉印法而進行。
  28. 如請求項26或27之半導體發光元件之製造方法，其中準備上述光學基板之步驟係藉由蝕刻法而進行，該蝕刻法依序包含以下 步驟：於光學基板上設置至少1層以上之遮罩；及使用上述遮罩藉由濕式蝕刻對上述光學基板進行蝕刻。
TW102111965A 2012-04-02 2013-04-02 An optical substrate, a semiconductor light-emitting element, and a semiconductor light-emitting element TWI531086B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012084208 2012-04-02
JP2012103489 2012-04-27
JP2012103490 2012-04-27
JP2012227295 2012-10-12
JP2012267377 2012-12-06
JP2012267488 2012-12-06
JP2012280241 2012-12-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201344959A TW201344959A (zh) 2013-11-01
TWI531086B true TWI531086B (zh) 2016-04-21

Family

ID=49300468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102111965A TWI531086B (zh) 2012-04-02 2013-04-02 An optical substrate, a semiconductor light-emitting element, and a semiconductor light-emitting element

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9614136B2 (zh)
EP (5) EP2835836B1 (zh)
JP (1) JP6235459B2 (zh)
KR (2) KR101862500B1 (zh)
CN (1) CN104205370B (zh)
BR (1) BR112014024516A2 (zh)
IN (1) IN2014MN01916A (zh)
RU (1) RU2604568C2 (zh)
TW (1) TWI531086B (zh)
WO (1) WO2013150984A1 (zh)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101675206B1 (ko) 2011-08-31 2016-11-10 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 광학용 기재 및 반도체 발광 소자
EP2835836B1 (en) * 2012-04-02 2019-06-19 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Optical substrate, semiconductor light-emitting element, and method for producing semiconductor light-emitting element
KR101421026B1 (ko) * 2012-06-12 2014-07-22 코닝정밀소재 주식회사 유기발광소자용 광추출층 기판 및 그 제조방법
JP6036830B2 (ja) * 2012-08-21 2016-11-30 王子ホールディングス株式会社 半導体発光素子用基板及び半導体発光素子、並びにこれらの製造方法
DE102013108876B4 (de) * 2013-08-16 2022-08-18 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fotolithografisches Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem Strahlung emittierenden Halbleiterbauelement
CN104459855A (zh) * 2013-09-22 2015-03-25 清华大学 金属光栅的制备方法
CN104459854B (zh) * 2013-09-22 2017-12-01 清华大学 金属光栅的制备方法
CN104459852B (zh) * 2013-09-22 2017-02-01 清华大学 金属光栅的制备方法
TWI632696B (zh) * 2013-10-11 2018-08-11 王子控股股份有限公司 半導體發光元件用基板之製造方法、半導體發光元件之製 造方法、半導體發光元件用基板、以及半導體發光元件
TWI597863B (zh) * 2013-10-22 2017-09-01 晶元光電股份有限公司 發光元件及其製造方法
JP2015120879A (ja) * 2013-11-20 2015-07-02 旭化成イーマテリアルズ株式会社 レジスト組成物
KR102099441B1 (ko) * 2013-12-19 2020-04-09 엘지이노텍 주식회사 발광소자
AU2014371573B2 (en) * 2013-12-27 2017-09-21 Jx Nippon Oil & Energy Corporation Light-emitting element
CA2935909A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 Jx Nippon Oil & Energy Corporation Optical substrate, mold to be used in optical substrate manufacture, and light emitting element including optical substrate
US9618836B2 (en) * 2014-04-22 2017-04-11 Asahi Glass Company, Limited Reflective mask blank for EUV lithography, substrate with funtion film for the mask blank, and methods for their production
JP6438678B2 (ja) * 2014-05-14 2018-12-19 Ｊｘｔｇエネルギー株式会社 凹凸構造を有するフィルム部材
WO2016006651A1 (ja) * 2014-07-10 2016-01-14 Ｓｃｉｖａｘ株式会社 光学部材およびその製造方法
TWI556002B (zh) * 2014-08-05 2016-11-01 群創光電股份有限公司 抗反射結構及電子裝置
CN105449058A (zh) * 2014-09-02 2016-03-30 展晶科技(深圳)有限公司 磊晶基板、磊晶基板的制造方法及发光二极管
TWI605616B (zh) * 2015-08-12 2017-11-11 固美實國際股份有限公司 用於發光二極體的圖案化基板
KR102412409B1 (ko) * 2015-10-26 2022-06-23 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
JP6229707B2 (ja) 2015-11-26 2017-11-15 日亜化学工業株式会社 発光素子及びその製造方法
TWI635639B (zh) * 2017-01-05 2018-09-11 機光科技股份有限公司 高折射高導熱ｏｌｅｄ元件
US10243099B2 (en) 2017-05-16 2019-03-26 Epistar Corporation Light-emitting device
KR102343099B1 (ko) * 2017-06-07 2021-12-24 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체 소자
CN109427940B (zh) * 2017-08-22 2020-04-24 比亚迪股份有限公司 发光二极管外延片及其制造方法
DE102018116783B4 (de) 2017-09-29 2024-05-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Halbleitersubstrat und Verfahren zum Fertigen von diesem
KR102456458B1 (ko) * 2017-12-27 2022-10-18 엘지디스플레이 주식회사 전계 발광 표시장치
US11181668B2 (en) * 2018-07-13 2021-11-23 University Of Notre Dame Du Lac High contrast gradient index lens antennas
WO2020157741A1 (en) * 2019-01-28 2020-08-06 B.G. Negev Technologies & Applications Ltd., At Ben-Gurion University Structure for a waveguide facet
US11249206B2 (en) * 2020-01-06 2022-02-15 Canon Medical Systems Corporation Method and system for PET detector efficiency normalization
CN111785836B (zh) * 2020-06-27 2022-12-16 上海师范大学 一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池及其制备方法
RU202751U1 (ru) * 2020-08-11 2021-03-04 Постовой Денис Александрович Диодная сборка
DE102020215937A1 (de) 2020-12-15 2022-06-15 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung eines substrats mit einer strukturierten oberfläche und substrat mit einer strukturierten oberfläche

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4055503B2 (ja) 2001-07-24 2008-03-05 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP4178836B2 (ja) * 2002-05-29 2008-11-12 ソニー株式会社 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法
KR100576854B1 (ko) * 2003-12-20 2006-05-10 삼성전기주식회사 질화물 반도체 제조 방법과 이를 이용한 질화물 반도체
TWI256269B (en) * 2004-03-05 2006-06-01 Toshiba Matsushita Display Tec Method of manufacturing display device
JP2005259970A (ja) 2004-03-11 2005-09-22 Nichia Chem Ind Ltd 半導体発光素子
JP2005354020A (ja) * 2004-05-10 2005-12-22 Univ Meijo 半導体発光素子製造方法および半導体発光素子
EP1801892A4 (en) 2004-08-31 2008-12-17 Univ Meijo METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT AND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT
KR100610639B1 (ko) 2005-07-22 2006-08-09 삼성전기주식회사 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법
JP4843284B2 (ja) * 2005-09-22 2011-12-21 パナソニック電工株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
KR100659373B1 (ko) * 2006-02-09 2006-12-19 서울옵토디바이스주식회사 패터닝된 발광다이오드용 기판 및 그것을 채택하는 발광다이오드
JP5232969B2 (ja) * 2006-03-23 2013-07-10 豊田合成株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
KR100828873B1 (ko) 2006-04-25 2008-05-09 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100736623B1 (ko) * 2006-05-08 2007-07-09 엘지전자 주식회사 수직형 발광 소자 및 그 제조방법
KR100780233B1 (ko) 2006-05-15 2007-11-27 삼성전기주식회사 다중 패턴 구조를 지닌 반도체 발광 소자
KR100769727B1 (ko) 2006-08-17 2007-10-23 삼성전기주식회사 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화갈륨계발광다이오드 소자의 제조방법
US7977695B2 (en) * 2007-09-21 2011-07-12 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
JP4993371B2 (ja) * 2007-11-21 2012-08-08 サンケン電気株式会社 半導体発光素子用ウエーハの粗面化方法及び半導体発光素子
US7598105B2 (en) * 2007-12-21 2009-10-06 Tekcore Co., Ltd. Light emitting diode structure and method for fabricating the same
CN101911317B (zh) * 2007-12-28 2012-06-06 日亚化学工业株式会社 半导体发光元件及其制造方法
JP5042100B2 (ja) 2008-03-28 2012-10-03 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 エピタキシャル成長用基板およびその製造方法ならびにｉｉｉ族窒化物半導体素子
JP5282503B2 (ja) * 2008-09-19 2013-09-04 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP5343225B2 (ja) * 2008-12-16 2013-11-13 スタンレー電気株式会社 Ｉｉ−ｖｉ族またはｉｉｉ−ｖ族化合物系半導体発光素子用エピタキシャルウエハ、および、その製造方法
KR101148380B1 (ko) * 2009-01-21 2012-05-24 내셔날 충싱 유니버시티 저결함 밀도를 가지는 에피택셜 구조 및 그 제조 방법
TW201029073A (en) 2009-01-21 2010-08-01 Univ Nat Chunghsing Epitaxial wafer with low surface defect density
KR101134810B1 (ko) * 2009-03-03 2012-04-13 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법
WO2010101348A1 (ko) * 2009-03-05 2010-09-10 우리엘에스티 주식회사 3족 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP5196403B2 (ja) * 2009-03-23 2013-05-15 国立大学法人山口大学 サファイア基板の製造方法、および半導体装置
WO2011027679A1 (ja) * 2009-09-07 2011-03-10 エルシード株式会社 半導体発光素子
JP2012033521A (ja) * 2010-07-28 2012-02-16 Hitachi Cable Ltd 基板、及び発光素子
JP5319641B2 (ja) 2010-10-14 2013-10-16 株式会社東芝 診断回路および半導体集積回路
JP2012103489A (ja) 2010-11-10 2012-05-31 Dainippon Printing Co Ltd 保護フィルム、偏光板、液晶表示パネルおよび表示装置
JP2012103490A (ja) 2010-11-10 2012-05-31 Seiko Epson Corp 偏光素子とその製造方法、プロジェクター、液晶装置、電子機器
JP2012124257A (ja) 2010-12-07 2012-06-28 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
JP5730653B2 (ja) 2011-04-18 2015-06-10 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント 電子機器
WO2013125823A1 (en) * 2012-02-20 2013-08-29 Seoul Opto Device Co., Ltd. High efficiency light emitting diode and method of fabricating the same
EP2835836B1 (en) * 2012-04-02 2019-06-19 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Optical substrate, semiconductor light-emitting element, and method for producing semiconductor light-emitting element
EP2838130A4 (en) * 2012-04-13 2015-08-12 Asahi Kasei E Materials Corp LIGHT EXTRACTION BODY FOR A LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR ELEMENT AND LIGHT-EMITTING ELEMENT
US9653657B2 (en) * 2013-06-10 2017-05-16 Asahi Kasei E-Materials Corporation Semiconductor light emitting apparatus
WO2015016150A1 (ja) * 2013-07-30 2015-02-05 独立行政法人情報通信研究機構 半導体発光素子およびその製造方法
TWI632696B (zh) * 2013-10-11 2018-08-11 王子控股股份有限公司 半導體發光元件用基板之製造方法、半導體發光元件之製 造方法、半導體發光元件用基板、以及半導體發光元件
DE102014108301A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips

Also Published As

Publication number Publication date
CN104205370A (zh) 2014-12-10
EP2942820A1 (en) 2015-11-11
EP2835836A4 (en) 2015-08-05
JPWO2013150984A1 (ja) 2015-12-17
EP2835836B1 (en) 2019-06-19
EP2942822A1 (en) 2015-11-11
EP2942819A1 (en) 2015-11-11
RU2604568C2 (ru) 2016-12-10
KR20140133867A (ko) 2014-11-20
US20150048380A1 (en) 2015-02-19
KR20160148052A (ko) 2016-12-23
TW201344959A (zh) 2013-11-01
KR101763460B1 (ko) 2017-07-31
WO2013150984A1 (ja) 2013-10-10
BR112014024516A2 (pt) 2017-07-25
US9614136B2 (en) 2017-04-04
RU2014144362A (ru) 2016-05-27
JP6235459B2 (ja) 2017-11-22
IN2014MN01916A (zh) 2015-07-10
EP2835836A1 (en) 2015-02-11
KR101862500B1 (ko) 2018-05-29
CN104205370B (zh) 2017-03-22
EP2942821A1 (en) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI531086B (zh) An optical substrate, a semiconductor light-emitting element, and a semiconductor light-emitting element
TWI514618B (zh) An optical substrate, a semiconductor light emitting element, and a method of manufacturing the same
TWI528585B (zh) Graphic Wafer for LED, Manufacturing Method of Epitaxial Wafer for Epitaxial Wafer and LED
TWI420690B (zh) 基板的微細加工方法、基板的製造方法及發光元件
TWI635624B (zh) Semiconductor light emitting element and method of manufacturing same
KR20070063731A (ko) 나노 패턴이 형성된 기판의 제조방법 및 그 기판을 이용한발광소자
KR101233062B1 (ko) 나노 급 패턴이 형성된 고효율 질화물계 발광다이오드용 기판의 제조방법
US20090026471A1 (en) Light-scattering structure, light emitting device comprising the same and method of forming the same
JP2014195069A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法並びに光学基材
JP2016021428A (ja) 半導体発光素子用基板、半導体発光素子、モールド及び半導体発光素子の製造方法
JP2016012684A (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees