TWI552384B - Resin mold - Google Patents

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TWI552384B
TWI552384B TW104112961A TW104112961A TWI552384B TW I552384 B TWI552384 B TW I552384B TW 104112961 A TW104112961 A TW 104112961A TW 104112961 A TW104112961 A TW 104112961A TW I552384 B TWI552384 B TW I552384B
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Fujito Yamaguchi
Jun Koike
Masatoshi Maeda
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Asahi Kasei E Materials Corp
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Description

樹脂模具
本發明係關於一種光學用基材及半導體發光元件。更詳細而言，本發明係關於一種表面形成有微細構造之光學用基材及使用該光學用基材之半導體發光元件、以及可應用於該等上之奈米壓印模具及用以製作該奈米壓印模具之曝光裝置。
藍色LED(Light Emitting Diode，發光二極體)所代表之GaN系半導體元件係於單晶基板上藉由磊晶成長積層有n層、發光層、p層而製造，作為基板一般使用藍寶石單晶基板或SiC單晶基板。然而，例如，於藍寶石結晶與GaN系半導體結晶之間，存在晶格失配，故而由於該晶格失配會產生錯位(例如，參照非專利文獻1)。該錯位密度可達到1×109個/cm2。由於該錯位，LED內部之內部量子效率下降，作為結果，會導致LED之發光效率下降。
又，GaN系半導體層之折射率大於藍寶石基材之折射率，故而存在如下問題：於半導體發光層內產生之光並不自其與藍寶石基材之界面以臨限角以上之角度出射，而是形成導光模式衰減，作為結果外部量子效率降低。又，於使用折射率比起空氣層大出非常多之SiC基板作為單晶基板之情形時，並不會自SiC基板與空氣層之界面以臨限角以上之角度出光。因此，與使用藍寶石基板之情形同樣地，存在如下問題：於半導體發光層內產生之發光之光形成導波模式衰減，從而外部量子效率降低。
因此，提出有一種技術，其係將於半導體中不會產生缺陷之凹凸設置於基板上，改變半導體層上之光之導波方向，從而提高外部量子效率(例如，參照專利文獻1)。
又，提出有一種將設置於基板上之凹凸構造之大小設定為奈米級並將凹凸構造之圖案設定為隨機配置之藍寶石基材之技術(例如，參照專利文獻2)。再者，報告有如下狀況：若設置於基板上之圖案尺寸為奈米級，則與微米級之圖案基板相比，LED之發光效率提高(例如，參照非專利文獻2)。進而，提出有一種於p型半導體層之上表面設置凹凸構造，以減少其與透明導電膜之接觸電阻之GaN系半導體元件(例如，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)
作為決定表示LED之發光效率之外部量子效率EQE(External Quantum Efficieney)之要因，可列舉電子注入效率EIE(Electron Injection Efficiency)、內部量子效率IQE(Internal Quantum Efficiency)及光提取效率LEE(Light Extraction Efficiency)。其中，內部量子效率IQE取決於GaN系半導體結晶之結晶失配所引致之錯位密度。光提取效率LEE係藉由利用設置於基板上之凹凸構造所形成之光散射來瓦解 GaN系半導體結晶層內部之導波模式而改善。進而，電子注入效率EIE係藉由減少p型半導體層與由ITO、ZnO、In2O3、SnO2等氧化物所構成之透明導電膜之界面電阻而改善。尤其是，由於ITO等透明導電材料為n型導電體，所以於其與p型半導體層之界面易於形成蕭基能障，由此歐姆性降低，而使得接觸電阻易於增加。因此，電子注入效率EIE可藉由於透明導電膜與p型半導體層之界面形成凹凸構造，來使接觸面積增加，使歐姆接觸提高而改善。
即，作為半導體發光元件之凹凸構造之作用(效果)，可列舉：(1)藉由減少半導體結晶內之錯位而改善內部量子效率IQE、(2)藉由解除導波模式而改善光提取效率LEE、(3)藉由提高歐姆接觸而改善電子注入效率EIE。
然而，於專利文獻1所記載之技術中，雖然藉由(2)之效果使光提取效率LEE得以改善，但(1)之錯位減少之效果較小。藉由於基材表面設置凹凸可使錯位缺陷減少之理由在於：由於凹凸導致GaN系半導體層之CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)成長模式紊亂，使得伴隨層成長而產生之錯位缺陷衝突而消失。因此，只要存在相當於缺陷數之凹凸對於缺陷減少便有效，但若為少於缺陷數之凹凸之數，則錯位減少之效果有限。例如，錯位密度1×109個/cm2若換算成奈米級則相當於10個/μm2，錯位密度1×108個/cm2相當於1個/μm2。若於5μm×5μm(5μm見方)中設置2個左右凹凸，則凹凸圖案密度為0.08×108個/cm2，若於500nm×500nm(500nm見方)中設置2個左右凹凸，則凹凸圖案密度為8×108個/cm2。如此，若將凹凸之尺寸設為奈米級之間距，則對錯位密度之減少有較大效果。
然而，若凹凸圖案密度變密，則相對於光之散射效果減少，(2)之導波模式解除之效果受損。LED之發光波長為可見光域，尤其是白色LED中所使用之GaN系LED之發光波長為450~500nm。為了獲得充 分之光散射效果，凹凸圖案較佳為波長之2~20倍左右，若為奈米級則效果較小。
又，於專利文獻3中所記載之技術中，必需將圖案形狀之間距及深度設定為奈米級，且藉由所形成之圖案對光提取效率之改善並不充分。其原因在於：必需將p型半導體層之厚度根據其吸收係數之大小設定為數百nm左右，必然地，其變成與圖案之大小同等之等級。另一方面，LED之發光波長為可見光範圍(450nm~750nm)，從而存在於與波長同定之圖案中，其光提取效率變低之問題。
從而，於先前之技術中，關於相對於LED發光效率之3個效果：(1)藉由減少半導體結晶內之錯位而改善內部量子效率IQE、(2)藉由利用光散射解除導波模式而改善光提取效率LEE、(3)藉由提高歐姆接觸而改善電子注入效率EIE，於半導體發光元件之凹凸構造之作用中，相對於凹凸間距之大小，(1)及(3)與(2)存在折衷之關係，並不一定可謂其為最佳構造。即，於先前之微細構造體中，存在無法充分地提高LED之發光效率之課題。
本發明係鑒於該點而完成者，其目的在於提供一種既可藉由減少半導體層中之錯位缺陷數而改善內部量子效率IQE，亦可藉由利用光散射解除導波模式提高光提取效率LEE而使LED之發光效率提高、或者藉由使p型半導體層之歐姆接觸提高來提高電子注入效率EIE而使LED之發光效率提高，且具備微細構造體之光學用基材及使用該光學用基材之半導體發光元件。
本發明之光學用基材具備微細構造層，其包含由自基材主表面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部所構成之點；上述微細構造層於上述基材主表面內之第1方向上，構成有上述複數個點以間距Py排列而成之複數個點行(dot array)，另一方面，於與上述基材主表面內之 上述第1方向正交之第2方向上，構成有上述複數個點行以間距Px排列而成之複數個點行，且就上述間距Py及上述間距Px而言可任一者為奈米級之固定間隔另一者為奈米級之不定間隔，或可均為奈米級之不定間隔。
於本發明之光學用基材中，較佳為上述奈米級之不定間隔係變動幅度δ。
於本發明之光學用基材中，較佳為不定間隔之上述間距Py與各點之中心間之距離相等，不定間隔之上述間距Px與上述複數個點以上述間距Py排列而成之複數個點行間距離相等，且上述間距Py及上述間距Px大於各點之直徑，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(1)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述間距Py1~Pyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(2)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述間距Px1~Pxn而構成之點行群：Py1<Py2<Py3<...<Pya>...>Pyn (1)
Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (2)。
又，於本發明之光學用基材中，較佳為不定間隔之上述間距Py與各點之中心間之距離相等，不定間隔之上述間距Px與上述複數個點以上述間距Py排列而成之複數個點行間距離相等，且上述間距Py及上述間距Px大於各點之直徑，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(1)之關係，並且於上述第1方向上，以上述間距Py1~Pyn而構成之點群係重複長週 期單位Lyz地排列而構成，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(2)之關係，並且於上述第2方向上，以上述間距Px1~Pxn而構成之點行群係重複長週期單位Lxz地排列而構成。
又，於本發明之光學用基材中，較佳為上述點各自之直徑係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(3)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Dy1~Dyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(4)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Dx1~Dxn而構成之點群：Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (3)
Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (4)。
又，於本發明之光學用基材中，較佳為上述點各自之直徑係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(3)之關係，並且於上述第1方向上，以長週期單位Lyz重複地排列有以上述點徑Dy1~Dyn而構成之點群，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(4)之關係，並且於上述第2方向上，以長週期單位Lxz重複地排列 有以上述點徑Dx1~Dxn而構成之點群。
又，於本發明之光學用基材中，較佳為上述點各自之高度係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(5)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述點高度Hy1~Hyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(6)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Hx1~Hxn而構成之點群：Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (5)
Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (6)。
又，於本發明之光學用基材中，較佳為上述點各自之高度係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(5)之關係，並且於上述第1方向上，以長週期單位Lyz重複地排列有以上述點高度Hy1~Hyn而構成之點群，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(6)之關係，並且於上述第2方向上，以長週期單位Lxz重複地排列有以上述點高度Hx1~Hxn而構成之點群。
又，本發明之光學用基材之特徵在於：具備微細構造層，其包含由自基材之主表面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部所構成之複數個點；上述微細構造層於上述基材之主表面內之第1方向上構成有 上述複數個點以固定間隔Py排列而成之點行，且於與上述第1方向正交之第2方向上以固定間隔之間距Px排列設置該等點行，鄰接之第1點行及第2點行間之上述第1方向上之偏移量α1與上述第2點行及鄰接於上述第2點行之第3點行間之上述第1方向上之偏移量α2互不相同。
於該情形時，較佳為上述偏移量α1與上述偏移量α2之差量不固定。
於上述本發明之光學用基材中，上述間距Py及上述間距Px分別較佳為100nm以上、1000nm以下。
又，於本發明之半導體發光元件中，特徵在於：構成中包含至少1個以上之上述本發明之光學用基材。
本發明之壓印用模具之特徵在於：其係用以藉由轉印賦形製造上述本發明之光學用基材之壓印用模具，且該壓印用模具具有與配置於該光學用基材主表面上之點嵌合之形狀。
本發明之曝光裝置之特徵在於：其係用以藉由轉印賦形製造上述本發明之光學用基材，並針對與配置於壓印用模具表面之點圖案對應之點圖案，藉由雷射光使利用光阻劑層而被覆之輥狀構件之表面脈衝曝光，從而於上述光阻劑層上形成包含複數個曝光部之曝光圖案之曝光裝置；且包括：旋轉控制部，其使上述輥狀構件繞中心軸旋轉；加工頭部，其照射上述雷射光；軸方向移動機構，其使上述加工頭部沿著上述輥狀構件之長軸方向移動；及曝光控制部，其根據與上述旋轉控制部之旋轉同步之基準信號，基於經過相位調變所得之脈衝信號而重複脈衝曝光，而控制上述加工頭部以沿著上述輥狀構件之圓周形成上述曝光圖案。
於本發明之曝光裝置中，較佳為包括：軸方向移動機構，其使上述加工頭部沿著上述輥狀構件之長軸方向以週期性地變化之移動速度移動；及/或曝光控制部，其基於根據與上述旋轉控制部之旋轉同 步之基準信號而控制之脈衝信號而重複脈衝曝光，而控制上述加工頭部以沿著上述輥狀構件之圓周形成上述曝光圖案。
於本發明之曝光裝置中，較佳為沿著上述輥狀構件之圓周而形成之上述曝光圖案之長度及間隔中之至少一者係相對於上述脈衝信號，利用複數個脈衝長而控制。
於本發明之曝光裝置中，較佳為沿著上述輥狀構件之圓周而形成之上述曝光圖案之間距及尺寸係50nm以上1μm以下。
於本發明之曝光裝置中，較佳為被覆上述輥狀構件之表面之上述光阻劑層包含熱反應型光阻劑。
於本發明之曝光裝置中，較佳為上述雷射光之波長係550nm以下。
於本發明之曝光裝置中，較佳為上述雷射光係藉由物鏡而聚焦，且係以於其焦點深度內存在上述輥狀構件之表面之方式自動調焦。
於本發明之曝光裝置中，較佳為用於上述加工頭部之雷射係半導體雷射。
於本發明之曝光裝置中，較佳為用於上述加工頭部之雷射係XeF、XeCl、KrF、ArF、F2準分子雷射中之任一者。
於本發明之曝光裝置中，較佳為用於上述加工頭部之雷射係Nd：YAG雷射之2倍波、3倍波、4倍波中之任一者。
根據本發明，藉由光學用基材及半導體發光元件中所具備之微細構造層，可藉由減少半導體層中之錯位缺陷數而改善內部量子效率IQE，或者可使p型半導體層之歐姆接觸提高而改善電子注入效率EIE，且可藉由光散射解除導波模式而提高光提取效率LEE，藉此使LED之發光效率提高。
1‧‧‧光學用基材
1a‧‧‧光學用基材
11‧‧‧基材
11a‧‧‧基材
12‧‧‧微細構造層
12a‧‧‧微細構造層
13‧‧‧凸部(點)
13-1~13-N‧‧‧凸部行
14‧‧‧凹部(點)
14-1~14-N‧‧‧凹部行
31‧‧‧點
32-1~32-N‧‧‧點行
32-a‧‧‧點行
32-b‧‧‧點行
61‧‧‧點
62-1~62-N‧‧‧點行
100‧‧‧體發光元件
101‧‧‧光學用基材
102‧‧‧微細構造層
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
200‧‧‧半導體發光元件
201‧‧‧基材
202‧‧‧n型半導體層
203‧‧‧發光半導體層
204‧‧‧p型半導體層
205‧‧‧微細構造層
206‧‧‧透明導電膜
207‧‧‧陰極電極
208‧‧‧陽極電極
300‧‧‧半導體發光元件
301‧‧‧基材
302‧‧‧n型半導體層
303‧‧‧發光半導體層
304‧‧‧p型半導體層
305‧‧‧微細構造層
306‧‧‧陰極電極
307‧‧‧陽極電極
400‧‧‧曝光裝置
401‧‧‧輥狀構件
402‧‧‧旋轉控制部
403‧‧‧加工頭部
404‧‧‧移動機構部
405‧‧‧曝光控制部
406‧‧‧圖案
D1‧‧‧第1方向
D2‧‧‧第2方向
DL‧‧‧點行
Dx1~Dxn‧‧‧點徑
Dy1~Dyn‧‧‧點徑
Hx1~Hxn‧‧‧點徑
Hy1~Hyn‧‧‧點高度
L1‧‧‧長週期單位
L2‧‧‧長週期單位
P1~P3‧‧‧間距
Pa‧‧‧間距
Pb‧‧‧間距
Px‧‧‧不定間隔
Px1、Px2、Px3、...‧‧‧間距
Py‧‧‧不定間隔
Py1、Py2、Py3、...‧‧‧間距
S‧‧‧基材本體之主表面
X、Y、Z‧‧‧軸
α1‧‧‧偏移量
α2‧‧‧偏移量
δ‧‧‧變動幅度
圖1係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之剖視示意圖。
圖2係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之剖視示意圖。
圖3係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之剖視示意圖。
圖4係表示第1實施形態之光學用基材之一例之立體示意圖。
圖5係表示第1實施形態之光學用基材之另一例之立體示意圖。
圖6係第1實施形態之光學用基材之平面示意圖。
圖7係第1實施形態之光學用基材之平均間距之概念圖。
圖8係第1實施形態之光學用基材之平面示意圖。
圖9係表示自X軸方向觀察第1實施形態之光學用基材時之複數個點之配置之示意圖。
圖10係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖11係表示第1實施形態之光學用基材之第2方向上之點之配置例之示意圖。
圖12係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖13係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖14係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖15係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖16係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖17係表示第1實施形態之光學用基材之複數個點之配置之一例之示意圖。
圖18係表示第1實施形態之光學用基材之第2方向上之具有不同點徑之點的配置例之示意圖。
圖19係表示第1實施形態之光學用基材之第2方向上之具有不同點高度之點的配置例之示意圖。
圖20係第2實施形態之光學用基材之平面示意圖。
圖21係本發明之實施形態之曝光裝置之概略構成圖。
圖22A~C係說明以本實施形態之曝光裝置之主軸馬達之Z相信號為基準信號而設定基準脈衝信號、調變脈衝信號之一例之說明圖。
圖23係說明自本實施形態之曝光裝置之基準脈衝信號與調變脈衝信號設定相位調變脈衝信號之一例之說明圖。
圖24係說明本實施形態之曝光裝置之照射雷射光之加工頭部的移動速度之一例之說明圖。
圖25係本實施形態之光學用基材之實施例之凹凸構造之電子顯微鏡照片。
圖26係本實施形態之光學用基材之實施例之凹凸構造之電子顯微鏡照片。
以下，對本發明之實施形態具體地進行說明。
本實施形態之光學用基材之特徵在於：具備微細構造層，其包含由自基材主表面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部所構成之點；上述微細構造層於上述基材主表面內之第1方向上，構成有上述複數個點以間距Py排列而成之複數個點行，另一方面，於與上述基材主表 面內之上述第1方向正交之第2方向上，構成有上述複數個點行以間距Px排列而成之複數個點行，且就上述間距Py及上述間距Px而言可任一者為奈米級之固定間隔另一者為奈米級之不定間隔，或可均為奈米級之不定間隔。
根據該構成，奈米級之凹凸構造設置於光學用基材表面，藉此當於光學用基材表面設置半導體層時，導致半導體層之CVD成長模式紊亂，使得伴隨相成長而產生之錯位缺陷衝突而消失，從而可產生錯位缺陷之減少效果。藉由半導體結晶內之錯位缺陷之減少，可提高半導體發光元件之內部量子效率IQE。
又，具有奈米級之凹凸之光學用基材設置於具有將至少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之半導體發光元件之最表面，藉此該光學用基材與構成於其表面之透明導電膜或電極焊墊之接觸面積增大，從而可降低接觸電阻。
進而，由於間距Py與間距Px兩者、或其中任一者為不定間隔，故而設置於光學用基材表面之凹凸之於奈米級上之週期性變得紊亂，從而對於來自半導體層中之發光，可發現光散射性較強。藉由該光散射性可解除導波模式從而提高光提取效率LEE。
於間距Py及間距Px中任一者為固定間隔，而另一者為不定間隔之情形時，與間距Py及間距Px均為不定間隔之情形相比而言，奈米級之凹凸間隔變小。藉此，週期性之紊亂所達成之光散射效果降低，但可進一步提昇藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果、或使與透明導電膜或電極焊墊之接觸面積增大而進一步提昇接觸電阻之減少效果。
另一方面，於間距Py及間距Px均為不定間隔之情形時，藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果、或接觸電阻之減少效果降低，但可進一步提昇藉由週期性之紊亂而達成之光散射效果。
是將間距Py與間距Px兩者設為不定間隔還是將間距Py或間距Px中任一者設為不定間隔可基於光學用基材之表面狀態、目的進行各種選擇，而選擇最佳構造。例如，在錯位缺陷與光散射效果之選擇中，於比較難以產生錯位缺陷之光學用基材、CVD裝置或CVD條件之情形時，為了提昇光散射效果，只要採用將間距Py與間距Px兩者設為不定間隔之構造即可。又，於比較易於大量產生錯位缺陷之光學用基材、CVD裝置或CVD裝置條件之情形時，為了提昇錯位缺陷之減少效果，只要採用將間距Py或間距Px中任一者設為不定間隔之構造即可。
又，於接觸電阻與光散射效果之選擇中，可基於透明導電膜或電極焊墊與最表層半導體層之生成條件或種類進行各種選擇，而選擇最佳構造。例如，於歐姆特性比較良好之p型半導體層與透明導電膜之組合之情形時，為了提昇光散射效果，只要採用將間距Px與間距Py兩者設為不定間隔之構造即可。又，相反地於歐姆特性不良之情形時，為了提昇藉由增大接觸面積而達成之接觸電阻之效果，只要採用將間距Py或間距Px中任一者設為不定間隔之構造即可。
以下，對本實施形態之光學用基材詳細地進行說明。所謂光學用基材係指與半導體發光元件鄰接之基材，且係與包含至少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層以上之發光層之半導體發光元件之n型半導體層、發光半導體層、p型半導體層中之任一者鄰接之基材。
例如，圖1係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之剖視示意圖。如圖1所示，於半導體發光元件100中，於設置在光學用基材101之一主表面上之微細構造層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，分別於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 積層於光學用基材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，於圖1中，於設置在光學用基材101之一主表面上之微細構造層102上依序積層有半導體層103、104、105，但於與光學用基材101之設置有微細構造層102之面相對之另一主表面上亦可依序積層半導體層。
圖2係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之另一例之剖視示意圖。如圖2所示，於半導體發光元件200中，在基材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，設置有作為於與p型半導體層204相接之一主表面上具有微細構造層205之本實施形態之光學用基材的透明導電膜206。又，分別於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。
於圖2中，透明導電膜206之設置有微細構造層205之主表面與p型半導體層204鄰接，但亦可設置於與p型半導體層204相對之主表面。
圖3係應用有本實施形態之光學用基材之半導體發光元件之另一例之剖視示意圖。如圖3所示，於半導體發光元件300中，在基材301上依序積層有n型半導體層302、發光半導體層303、及作為於與發光半導體層303相對之主表面上設置有微細構造層305之本發明之光學用基材的p型半導體層304。分別於基材301之與n型半導體層302相接之主表面之相反側之主表面形成有陰極電極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係於雙異質構造之半導體發光元件上應用有本實施形態之光學用基材之例，但積層半導體層之積層構造並不限定於此。又，於基材與n型半導體層之間， 亦可設置未圖示之緩衝層。
其次，參照圖4，對本發明之第1實施形態之光學用基材之構成詳細地進行說明。圖4係表示第1實施形態之光學用基材1之一例之立體示意圖。如圖4所示，光學用基材1大體具有平板形狀，包含基材11、及設置於該基材11之一主表面上之微細構造層12。微細構造層12包含自基材11之主表面向上方突出之複數個凸部13(凸部行13-1~13-N)。凸部13分別隔開特定之間隔而配置。
微細構造層12既可另外形成於基材1之主表面上，亦可直接加工基材11而形成。
再者，於圖4中，對微細構造層12之微細構造係由複數個凸部13所構成之例進行有圖示，但並不限於此，微細構造層12之微細構造亦可係由複數個凹部所構成。圖5係表示第1實施形態之光學用基材之另一例之立體示意圖。如圖5所示，光學用基材11a大體具有平板形狀，包含基材11a、及設置於該基材11a之一主表面上之微細構造層12a。微細構造層12a包含自微細構造層12a之表面朝向S基材11a主表面側凹陷之複數個凹部14(凹部行14-1~14-N)。凹部14分別隔開特定之間隔而配置。
微細構造層12a既可另外形成於基材11a之主表面上，亦可直接加工基材11a而形成。
以下，將光學用基材1、1a之構成微細構造層12、12a之微細構造之凸部13或凹部14稱為「點」。
圖6係光學用基材1之平面示意圖。如圖6所示，點(凸部13或凹部14)於基材11主表面內之第1方向D1上，構成複數個點以不定間隔Py(間距Py1、Py2、Py3、...)排列而成之複數個點行(凸部行13-1~13-N或凹部行14-1~14-N)。又，各點行於基材11主表面內在與第1方向D1正交之第2方向D2上，以不定間隔Px(間距Px1、Px2、Px3、...)配 置。
又，於本實施形態之光學用基材中，較佳為奈米級之不定間隔係變動幅度δ。具體而言於圖6中，間距Py1、Py2、Py3為Pyav±δ之範圍。
圖7表示平均間距之概念圖。此處，變動幅度δ係第1方向D1上之點13-1間之間距Py的標準偏差σ之3倍之值，係藉由對100點以上之第1方向D1之間距Py進行測量而算出之值定義。又，變動幅度δ較佳為小於平均間距Pyav。尤其是，若變動幅度δ為平均間距Pyav之1%以上50%以下之範圍，則複數個點13-1間之間距Py之大小處於適度之範圍，故而可發現藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果與接觸電阻之減少效果。進而，若變動幅度δ為平均間距Pyav之5%以上30%以下之範圍，則藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果與接觸電阻之減少效果、進而光散射效果均可獲得，故而更佳。
以上係關於第1方向D1之間距Py之記敍，關於第2方向D2，係將Py替換成Px而定義。
圖8係第1實施形態之光學用基材1之平面示意圖。如圖8所示，於凹凸構造12中，排列設有複數個由複數個點13在屬於基材本體11之主表面內之Y軸方向上排列而成之點行32-1~32-N。屬於各點行32-1~32-N之複數個點31以互不相同之間距(Py1、Py2、Py3)不定間隔地排列。又，各點行32-1~32-N於基材本體11主表面內在與Y軸方向正交之X軸方向(第2方向)上，以固定間隔之間距Px排列設置。
即，於第1實施形態之光學用基材1中，屬於各點行32-1~32-N之複數個點31在Y軸方向上以不定間隔Py1、Py2、Py3配置，並且各點行32-1~32-N在X軸方向上以固定間隔Px設置。藉由該構成，於自X軸方向觀察基材本體11之情形時，在主表面S上複數個點31相互偏移而不規則地配置，故而配設於基材本體11之主表面S內之複數個點間之 重複圖案之週期性降低。例如，基材本體11之主表面S內之傾斜方向之間距Pa、Pb成為不同之值。藉此，可減少設置於光學用基材1上之半導體結晶內之轉移，故而可提高內部量子效率IQE。又，因其係奈米級故表面積增加，從而可減少接觸電阻。又，凹凸構造12所造成之光散射性提昇，故而可藉由散射解除導波模式由此提高光提取效率LEE。
圖9係表示自第1方向D1觀察於第2方向上具有上述複數個點以固定間隔之間距Px排列而成之複數個點行且於Y軸方向上以具有變動幅度δ之間距Py排列之第1實施形態之光學用基材1時的複數個點之配置之示意圖。圖9中，複數個點31分為屬於點行32-1者(圖中實線所示)、屬於點行32-2者(圖中單點虛線所示)、及屬於點行32-3者(圖中兩點虛線所示)。屬於同一點行之複數個點31於Y軸方向上以不定間隔Py1、Py2、Py3配置。藉此，如圖9所示複數個點31相互偏移而不規則地配置，藉由使配置紊亂可展現光散射效果。
圖10係表示構成第1實施形態之光學用基材1之凹凸構造12之複數個點31之配置(點圖案)之一例之示意圖。於圖10中，表示出各點31之間距Py及間距Px大致相等且變動幅度δ為間距Pyav之20%之例。如圖10所示，可知：即便各點行32-a、32-b以間距Px固定間隔地排列，Y軸方向之點31間之間距Py亦不具週期性。從而，藉由複數個點31之存在，可抑制設置於光學用基材1上之半導體結晶內之錯位缺陷，進而，藉由使複數個點31之配置紊亂可展現光散射效果。
此處，對以互不相同之間距Px不定間隔地配置之第2方向之點行之配置例進行說明。圖11係表示第2方向D2之點行之配置例之示意圖。如圖11所示，第2方向D2之點行(圖11中DL)係每8行以特定之間隔(間距Px)配置，且重複配置有8行點行。將由該複數(z)行點行所構成之單位稱為長週期單位Lxz(其中，z為正整數)。再者，對於以互不 相同之間距Py不定間隔地配置之第1方向D1之點，亦可使用長週期單位Lyz，與以下之說明同樣地配置。
間距Px係鄰接之點行間之距離。此處，對於長週期單位Lxz中之至少鄰接之4個以上m個以下之點行間之間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)，以下之式(1)之關係成立：Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (1)。
再者，各點之直徑小於間距Pxn。間距Px1至Pxn之長度構成長週期單位Lxz。
圖11表示長週期單位Lxz係由8行點行所構成之情形即m=8之情形。於該情形時，n=7、a=3，故而於長週期L1中，對於點行間之間距Pxn，以下之式(2)之關係成立：Px1<Px2<Px3>Px4>Px5>Px6>Px7 (2)。
又，長週期單位Lxz中之間距Px係以藉由間距Px之最大值(Px(max))與最小值(Px(min))之差而表示之最大相位偏移δ滿足(Px(min))×0.01<δ<(Px(min))×0.66，較佳為(Px(min))×0.02<δ<(Px(min))×0.5，更佳為(Px(min))×0.1<δ<(Px(min))×0.4之方式設定。
例如，於圖11所示之長週期單位L1中，各點行間之間距Pxn係以如下之方式表示：Px1=Px(min)
Px2=Px(min)+δa
Px3=Px(min)+δb=Px(max)
Px4=Px(min)+δc
Px5=Px(min)+δd
Px6=Px(min)+δe
Px7=Px(min)+δf。
其中，δa至δf之值滿足Px(min)×0.01<(δa~δf)<Px(min)×0.5。關於鄰接之長週期單位L2亦相同。
又，長週期單位Lxz、或長週期單位Lyz中之z之最大值係以滿足4≦z≦1000，較佳為4≦z≦100，更佳為4≦z≦20之方式設定。
再者，第1方向D1及第2方向D2上之長週期單位Lxz及Lyz無需彼此相同。
於本實施形態之光學用基材1中，較佳為在第1方向D1上，至少排列有1個以上之具有上述長週期單位Lyz之點群，在第2方向D2上，至少排列有1個以上之具有上述長週期單位Lxz之點群。
間距Py之不定期間隔地配置之配置係藉由於上述所說明之以互不相同之間距Px不定間隔地配置之第2方向上之點行之配置例中，將點行替換成點而定義。
於第1實施形態之光學用基材1中，構成微細構造層12(12a)之微細構造之點既可為第1方向D1、第2方向D2均以如上述所說明之不定間隔之間距Px、Py配置(參照圖12)，亦可為第1方向D1、第2方向D2中之僅任一者以如上述所說明之不定間隔之間距配置，而另一者以固定間隔之間距配置(參照圖13)。再者，於圖13中，第1方向D1上之點係以不定間隔配置，第2方向D2上之點行係固定間隔地配置。
進而，亦可形成鄰接之第1點行及第2點行間、或第1點行及第3點行對齊之配置。(參照圖14、圖15、圖16、圖17)
於間距Py及間距Px中之任一者為固定間隔，另一者為不定間隔之情形時，與間距Py及間距Px均為不定間隔之情形相比，奈米級之凹凸間隔變小。藉此，週期性之紊亂所達成之光散射效果降低，但可進一步提昇藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果與藉由接觸面積增大而達成之p型半導體層之接觸電阻之減少效果。
另一方面，於間距Py及間距Px均為不定間隔之情形時，藉由 CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果與藉由接觸面積增大而達成之p型半導體層之接觸電阻之減少效果降低，但可進一步提高週期性之紊亂所達成之光散射效果。
是將間距Py與間距Px兩者設為不定間隔，抑或是將間距Py或間距Px中之任一者設為不定間隔可根據光學用基材1之表面狀態、CVD裝置之特性、透明導電膜或陽極電極及p型半導體層之生成條件等進行各種選擇，而選擇最佳構造。例如，於比較難以產生錯位缺陷之學用基材1、CVD裝置或CVD條件之情形時，為了提昇光散射效果，只要採用將間距Py與間距Px兩者設為不定間隔之構造即可。又，於比較易於大量產生錯位缺陷之光學用基材1、CVD裝置或CVD條件之情形時，為了提昇錯位缺陷之減少效果，只要採用將間距Py或間距Px中之任一者設為不定間隔之構造即可。
又，於接觸電阻與光散射效果之選擇中，可根據透明導電膜或電極焊墊與最表層半導體層之生成條件或種類進行各種選擇，而選擇最佳構造。例如，於歐姆特性比較良好之p型半導體層與透明導電膜或陽極電極之情形時，為了提昇光散射效果，可採用將間距Py與間距Px兩者設為不定間隔之構造。又，於歐姆特性比較不良之p型半導體層與透明導電膜或陽極電極之情形時，為了提昇接觸電阻減少效果，可採用將間距Py或間距Px中之任一者設為不定間隔之構造。
又，於第1方向D1之點間距離、或第2方向D2之點行間距離中之任一者以固定間隔配置之情形時，不定間隔之間距相對於固定間隔之間距之比較佳為特定之範圍內。
此處，對第1方向D1之點係以固定間隔Pyc配置，第2方向D2之點行係以不定間隔Px配置之例進行說明。於該情形時，不定間隔之間距Px相對於固定間隔之間距Pyc之比較佳為85%~100%之範圍內。若不定間隔之間距Px相對於固定間隔之間距Pyc之比為85%以上，則鄰接 之點間之重合變小故而較佳。又，若不定間隔之間距Px相對於固定間隔之間距Pyc之比為100%以下，則構成點之凸部13之填充率提高故而較佳。再者，不定間隔之間距Px相對於固定間隔之間距Pyc之比更佳為90%~95%之範圍內。
又，若1個長週期單位Lxz或Lyz係由5個以上點構成(所屬之間距Px或Py為4以上)，則於半導體發光層內產生之光之折射率之長週期之變動疏遠於奈米級，易於產生光散射故而較佳。另一方面，為了獲得充分之光提取效率LEE，長週期單位Lxz、或Lyz較佳為由1001個以下點構成(所屬之間距Px或Py為1000以下)。
第1實施形態之光學用基材1(1a)藉由滿足如上之微細構造層12(12a)之微細構造之關係，而使得光散射效果充分，且由於點(凸部13或凹部14)之疏密變小故而產生錯位缺陷之減少效果。其結果，於利用奈米級之凹凸減少半導體層中之錯位缺陷之同時，奈米級之週期性變得紊亂，對於來自半導體層中之發光，可發現光散射性較強。
進而第1實施形態之光學用基材1(1a)藉由滿足如上之微細構造層12(12a)之微細構造之關係，而使得光散射效果充分，且於為了藉由點(凸部13或凹部14)之疏密使接觸面積增加而減少接觸電阻之同時，奈米級之週期性變得紊亂，對於來自半導體層中之發光，可發現光散射性較強。
繼而，對構成第1實施形態之光學用基材1(1a)之微細構造層12(12a)之微細構造之點形狀(凹凸構造)進行說明。凸部13及凹部14之形狀只要為可獲得本發明之效果者之範圍便不特別限定，可根據用途適時變更。作為凸部13及凹部14之形狀，例如，可使用柱體形狀、孔穴形狀，圓錐形狀、角錐形狀及橢圓錘形狀等。
於構成本實施形態之光學用基材1(1a)之微細構造層12(12a)之微細構造之點形狀(凹凸構造)中，點各自之直徑較佳為與間距Py及/或間 距Px對應而增減。
以下，對與間距對應而增減之點之直徑之例詳細地進行說明。
於本實施形態之光學用基材1(1a)中，在間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(3)之關係，並且於第1方向D1上，至少排列有1個以上以點徑Dy1~Dyn構成之點群，在間距Px為不定間隔之情形時，較佳為至少構成鄰接之4個以上m個以下間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(4)之關係，並且於第2方向D2上，至少排列有1個以上以點徑Dx1~Dxn構成之點群：Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (3)
Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (4)。
進而，於本實施形態之光學用基材中，在間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(3)之關係，並且於第1方向D1上，以長週期單位Lyz重複排列有以點徑Dy1~Dyn構成之點群，且在間距Px為不定間隔之情形時，較佳為至少構成鄰接之4個以上m個以下間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(4)之關係，並且於第2方向D2上，以長週期單位Lxz重複排列有以點徑Dx1~Dxn構成之點群。
圖18表示長週期單位Lxz係由8行點行所構成之情形即m=8之情形。於該情形時，n=7、a=3，故而於長週期L1中，對於構成點行之各點之徑Dxn，上式(4)之關係成立。
於圖18中，若鄰接之點間隔變寬，則點徑變小，若點間隔變窄則點徑變大。增減之點徑之增減範圍若過大則變成與鄰接之點相接故而不佳，若過小，則光提取效率降低故而不佳。若相對於相同之長週 期單位Lxz內之點之平均徑，為±20%以內，則光提取效率增加故而不佳。
藉由上述構成，點相對於發光之光之週期性之紊亂變大，半導體發光元件之光提取效率增加。
又，於構成本實施形態之光學用基材1(1a)之微細構造層12(12a)之微細構造的點形狀(凹凸構造)中，各點各自之高度較佳為相對於間距Py及/或間距Px而增減。
以下，對與間距對應而增減之點高度之例，詳細地進行說明。
於本實施形態之光學用基材1(1a)中，較佳為：於間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(5)之關係，並且於第1方向D1上，至少排列有1個以上之以點高度Hy1~Hyn而構成之點群，於間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(6)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Hx1~Hxn而構成之點群：Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (5)
Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (6)。
進而，於本實施形態之光學用基材1(1a)中，較佳為：於間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(5)之關係，並且於第1方向D1上，以長週期單位Lyz重複地排列有以點高度Hy1~Hyn而構成之點群，於間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1。其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足上式(6)之關係， 並且於第2方向上，以長週期單位Lxz重複地排列有以點高度Hx1~Hxn而構成之點群。
圖19表示長週期單位Lxz係由8行點行所構成之情形即m=8之情形。於該情形時，n=7、a=3，故而於長週期L1中，對於構成點行之各點之高度Hxn，上式(6)之關係成立。
於圖19中，若鄰接之點間隔變寬，則點高度變小，若點間隔變窄則點高度變大。可增減之點高度之增減範圍若過大則該部分之光提取效率之不均變大故而不佳，若過小則點高度之增減所達成之光提取效率之提高效果降低故而不佳。若相對於相同之長週期單位Lxz內之點之平均高度為±20%以內，則光提取效率均勻地增加故而較佳。
藉由上述構成，點相對於發光之光之週期性之紊亂變大，半導體發光元件之光提取效率增加。
又，於本實施形態之光學用基材1(1a)中，特徵在於：具備微細構造層12(12a)，其包含由自基材11(11a)之主表面向面外方向延伸之複數個凸部13或凹部14所構成之複數個點；微細構造層12(12a)於基材11(11a)之主表面內之第1方向D1上構成有複數個點以固定間隔Py排列而成之點行，且於與第1方向D1正交之第2方向D2上以固定間隔之間距Px排列設置該等點行，鄰接之第1點行及第2點行間之第1方向D1上之偏移量α1與第2點行及鄰接於第2點行之第3點行間之第1方向D1上之偏移量α2互不相同。
根據該構成，首先，間距Py及間距Px均為固定間隔，且具有週期構造，另一方面各點行間之第1方向D1上之偏移量α1、α2互不相同，故而構成微細構造層12(12a)之複數個點之配置之週期性紊亂，可產生光散射效果。
又，根據該構成，於微細構造層中，以奈米級之固定間隔間距Px排列設置之複數個點行設置於基材之表面，故而當於該基材之表面 設置半導體層時，導致半導體層之CVD成長模式紊亂，使得伴隨相成長而產生之錯位缺陷衝突而消失。藉此，可減少半導體結晶內之錯位缺陷，故而可提昇半導體發光元件之內部量子效率IQE。
又，因係由奈米級之凹凸所形成，故可進一步提昇接觸面積增大所達成之p型半導體層之接觸電阻之減少效果。
圖20係本發明之第2實施形態之光學用基材之平面示意圖。於第2實施形態之光學用基材60中，複數個點61在基材本體之主表面內之Y軸方向上以間距Py固定間隔之間距Py地排列，從而構成點行62-1~62-N。各點行62-1~62-N於基材本體之主表面內在與Y軸方向正交之X軸方向上以固定間隔之間距Px排列設置。而且，以於相互鄰接之點行間在Y軸方向上產生偏移量α(位置差)之方式排列。
即，於第2實施形態之光學用基材60中，凹凸構造係以於X軸方向上鄰接之第1點行62-1及第2點行62-2之間之Y軸方向上之偏移量α1與第2點行62-2及鄰接於該第2點行62-2之第3點行62-3之間之偏移量α2互不相同之方式設置。
藉由該構成，基材本體之主表面內之傾斜方向之複數個點61間之間距P1~間距P3變得不規則，重複圖案之週期性減少，故而凹凸構造所造成之光散射性進一步加強。
又，於第2實施形態之光學用基材60中，較佳為偏移量α1與偏移量α2之差量不固定。藉由該構成，可使構成凹凸構造之複數個點62之配置之週期性即重複圖案之週期性進一步減少，進而可增強光散射性，故而可使半導體發光元件之光提取效率提高。又，可發現藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果。
又，於第2實施形態之光學用基材60中，以使間距Py及間距Px均成為固定間隔之方式設置。因此，於第1實施形態之光學用基材1中僅間距Px為固定間隔，與Y軸方向之間距Py具有變動幅度δ而為不定間 隔之情形相比，點60之間隔變小。藉此，週期性之紊亂所達成之光散射效果降低，但可進一步提昇藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果。
又，與間距Py為不定間隔之第1實施形態之光學用基材1比較起來，藉由CVD成長模式而達成之錯位缺陷之減少效果降低，但可進一步提昇複數個點61之配置之週期性之紊亂所達成之光散射效果。
於該情形時，較佳為偏移量α1與偏移量α2之差量不固定。藉由該構成，光散射效果進而提高，故而可解除導波模式而進一步提高光提取效率。
又，於上述本發明之第1及第2實施形態之光學用基材中，間距Px及間距Py分別較佳為100nm以上1000nm以下。若間距Px、Py處於該範圍內，則藉由將奈米級之凹凸設置於光學用基材表面，可減少於光學用基材表面設置有半導體層之情形時之半導體層中之錯位缺陷數。藉由使間距Px、Py為100nm以上，可使LED之光提取效率LEE提高，從而出現有助於發光效率提高之減少錯位缺陷之效果。又，藉由使間距Px、Py為1000nm以下，而維持減少錯位缺陷數之效果。
於光學用基材設置於半導體發光元件之最表面之情形時，間距Px、Py亦分別較佳為100nm以上1000nm以下。為了抑制吸收係數所造成之發光之光衰減，設置於半導體發光元件之最表面之p型半導體層大體構成為數μm之厚度。因此設置於p型半導體層表面之凹凸之深度必需抑制於1000μm以下。為了提高光提取效率，間距Px、間距Py與深度之比即縱橫比較佳為1以上，故而間距Px及間距Py較佳為100nm以上1000nm以下。進而若間距Px、間距Py為1000nm以下，則圖2之p型半導體層204與作為本實施形態之光學用基材之透明導電膜206、或作為圖3之本實施形態之光學用基材之p型半導體層304與陽極電極307之接著性提昇故而較佳。
繼而，藉由本實施形態之光學用基材，對光提取效率提高之原理進行說明。
如上所述，於光學用基材上，設置包含奈米級之凹凸(點)之微細構造層，藉此可獲得藉由光散射解除導波模式從而改善光提取效率LEE之效果。
藉由將由複數個點所構成之長週期單位Lxz重複排列，而使折射率每個長週期單位Lxz地變化，從而產生與構成長週期單位Lxz之複數個點成為1個單位而重複之情形時相同之效果。換而言之，於與波長為相同程度之複數個點之情形時，利用平均之折射率分佈可說明光之舉動(有效媒質近似)，故而若計算空間之平均折射率分佈，則恰好以長週期單位Lxz之複數個點作為1個單位而重複之方式作用於光。如此以長週期單位Lxz而排列之複數個點發揮光散射效果。
進而，於本實施形態之光學用基材中，點各自之直徑與間距相應而增減。空間之平均折射率分佈係取決於構成單位之體積分率而變化，故而於長週期單位Lxz之複數個點中，若各點之體積變化，則相應地平均折射率分佈之變化變大，即便為相同之長週期單位Lxz，亦使光散射效果進一步增強。該效果於點間間距較窄之情形時，藉由擴大點之直徑可更明顯，於點間間距較寬之情形時，藉由縮小點之直徑可更顯著。
進而，於本實施形態之光學用基材中，點之高度亦與點間間距相應而增減。於該情形時亦與上述理由同樣地，當點間間距較窄之情形時，若擴大點高度，當點間間距較寬之情形時，若縮小點高度，則長週期單位Lxz內之平均折射率分佈變大，從而使光散射效果增加。
進而，於將由複數個點所構成之長週期單位Lxz重複排列之排列中，若使上述點各自之直徑與點之高度兩者與間距相應而增減，則藉由有效媒質近似而記敍之折射率分佈之差進而變大故而較佳。於該情 形時，當點間間距較窄之情形時，若擴大點之直徑與點之高度，當於點間間距較寬之情形時，若縮小點之直徑與點之高度，則於空間之平均折射率分佈中，構成單位之體積分率之差變大，光散射效果進一步提高故而較佳。
於本實施形態之光學用基材中，基材本體之材質只要為可作為半導體發光元件用基材使用者便不特別限制。可使用例如：藍寶石、SiC、SiN、GaN、矽、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鋯、氧化錳鋅鐵、氧化鎂鋁、硼化鋯、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化釹鎵、氧化鑭鍶鋁鉭、氧化鍶鈦、氧化鈦、鉿、鎢、鉬、GaP、GaAs等基材。其中自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，既可以單體使用，亦可作為於使用該等之基材本體上另外設置基材而成之異質構造之期待。
又，於本實施形態之光學用基材中，p型半導體層之材質只要係可作為適於LED之p型半導體層而使用者，便不特別限制。例如可應用於矽、鍺等元素半導體、及III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半導體中適當地摻雜有各種元素而成者。
於本實施形態之光學用基材中，透明導電膜之材質只要係可作為適於LED之透明導電膜而使用者，便不特別限制。例如，可應用Ni/Au電極等金屬薄膜、或ITO、ZnO、In2O3、SnO2、IZO、IGZO等導電性氧化物膜等。自透明性、導電性之觀點而言尤佳為ITO。
其次，對應用有本發明之實施形態之光學用基材之半導體發光元件進行說明。
於本實施形態之半導體發光元件中，構成中包含至少一個以上之上述本實施形態之光學用基材。藉由將本實施形態之光學用基材放入構成中，可謀求IQE之提高、EIE之構造、LEE之提高。
本實施形態之半導體發光元件例如於基材主表面上，具有至少將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。而且，積層半導體層具備微細構造層，其包含由自最表面半導體層主表面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部所構成之點；該微細構造層相當於上述實施形態之光學用基材之微細構造。關於積層半導體層，如使用圖1~圖3所說明般。
於本實施形態之半導體發光元件中，作為n型半導體層，只要係可作為適於LED之n型半導體層而使用者，便不特別限制。例如，可應用於矽、鍺等元素半導體、III-V族、II-VI族、VI-VI族等化合物半導體等中適當地摻雜有各種元素而成者。又，於n型半導體層、p型半導體層上，可適當地設置未圖示之n型包覆層、p型包覆層。
作為發光半導體層，只要係作為LED具有發光特性者，便不特別限定。例如，作為發光半導體層，可應用AsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等半導體層。又，於發光半導體層上，亦可適當地根據特性而摻雜各種元素。
該等積層半導體層(n型半導體層、發光半導體層、及p型半導體層)可藉由公知之技術於基材表面製膜。例如，作為製膜方法，可應用有機金屬氣相成長法(MOCVD，Metallo-Organic Chemica Vapor Deposition)、氫化物氣相成長法(HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy)、分子束磊晶成長法(MBE，Molecular Beam Epitaxy)等。
繼而，對本實施形態之光學用基材之製造方法進行說明。其中，以下所示之製造方法僅為一例，光學用基材之製造方法並不限定於此。
於光學用基材之製造中可使用曝光裝置。本實施形態之曝光裝置之特徵在於：其係利用雷射光使表面由光阻劑層被覆之輥狀構件脈衝曝光，於上述光阻劑層上形成包含複數個曝光部之曝光圖案之曝光 裝置，且包括：旋轉控制部，其使上述輥狀構件繞中心軸旋轉；加工頭部，其照射上述雷射光；軸方向移動機構，其使上述加工頭部沿著上述輥狀構件之長軸方向移動；及曝光控制部，其根據與上述旋轉控制部之旋轉同步之基準信號，基於經過相位調變所得之脈衝信號而重複脈衝曝光，而控制上述加工頭部以沿著上述輥狀構件之圓周形成上述曝光圖案。
又，本實施形態之曝光裝置之特徵在於：其係利用雷射光使表面由光阻劑層被覆之輥狀構件脈衝曝光，於上述光阻劑層上形成包含複數個曝光部之曝光圖案之曝光裝置，且包括：旋轉控制部，其使上述輥狀構件繞中心軸旋轉；加工頭部，其照射上述雷射光；軸方向移動機構，其使上述加工頭部沿著上述輥狀構件之長軸方向以週期性地變化之移動速度移動；及曝光控制部，其基於根據與上述旋轉控制部之旋轉同步之基準信號而控制之脈衝信號而重複脈衝曝光，而控制上述加工頭部以沿著上述輥狀構件之圓周形成上述曝光圖案。
首先，參照圖21，對本實施形態之奈米壓印模具形成用之曝光裝置進行說明。圖21係本實施形態之曝光裝置之概略構成圖。
本實施形態之曝光裝置係針對用以藉由轉印賦形製造上述實施形態之光學用基材之形成於壓印用模具之表面之點圖案，利用雷射光使由光阻劑層被覆之輥狀構件之表面脈衝曝光而於上述光阻劑層上形成包含複數個曝光部之曝光圖案者。
此處，壓印用模具具有與形成於上述實施形態之光學用基材之主表面上之點對應之形狀之點。換而言之，於壓印用模具之表面形成點圖案，並將該點圖案轉印於光學用基材之主表面上，而形成微細構造層之複數個點。為了於壓印用模具上形成點圖案，使用以下所說明之曝光裝置，使設置於壓印用模具用之基材之表面之光阻劑層曝光。
如圖21所示，曝光裝置400係藉由未圖示之輥握持部握持住被覆 有光阻劑層之輥狀構件401，且包含旋轉控制部402、加工頭部403、移動機構部404、及曝光控制部405。旋轉控制部402以輥狀構件401之中心為軸，使輥狀構件401旋轉。加工頭部403照射雷射光，使輥狀構件401之光阻劑層曝光。移動機構部404使加工頭部403沿著輥狀構件401之長軸方向，以控制速度移動。曝光控制部405根據與旋轉控制部402所控制之輥狀構件401之旋轉同步之基準信號，控制加工頭部403所進行之雷射曝光之脈衝信號。
藉由曝光裝置400對輥狀構件401進行之加工係於使輥狀構件401旋轉之狀態下，藉由自加工頭部403照射脈衝雷射而進行。加工頭部403一面照射脈衝雷射，一面藉由移動機構部404，沿著輥狀構件401之長軸方向移動。利用輥狀構件401之轉數及脈衝雷射之頻率，於旋轉方向上之輥狀構件401之外周面之光阻劑層上以任意之間距記錄圖案406。此成為捲軸式奈米壓印模具之第1方向D1之間距Py。
進而，沿著輥狀構件401之長軸方向進行掃描，故而若輥狀構件401自任意之位置環繞1周，則加工頭部403於長軸方向上偏移。此成為捲軸式奈米壓印模具之第2方向D2之間距Px。與輥狀構件401之周長比較起來，圖案406之間距Py、Px非常地小及至奈米級，故而既可維持第1方向D1之間距Py，且若於長軸方向上觀察則可形成第1方向D1之偏移量偏移之行狀圖案。進而，如上所述，圖案406之間距Py、Px與輥狀構件401之周長比較起來非常小，故而第1方向D1與第2方向D2實質上正交。
輥狀構件401係於形成為圓筒狀之構件中具備旋轉軸者，作為材質，可應用金屬、碳芯、玻璃、石英等。由於輥狀構件401必需可高旋轉之加工精度，故而材質較佳為金屬、碳芯等。進而，亦可利用不同之材料僅被覆會被雷射曝光之圓筒表面部。尤其是於使用熱反應型光阻劑時，為了提昇隔熱效果較佳為應用熱導率低於金屬之熱導率之 材料，可列舉玻璃、石英、氧化物、氮化物等。亦可將被覆於圓筒表面之層作為以下述光阻劑層為光罩而進行蝕刻之蝕刻層使用。
被覆輥狀構件401之光阻劑只要為可藉由雷射光得到曝光者，便不特別限定，可應用光硬化型光阻劑、光增幅型光阻劑、熱反應型光阻劑等。尤其是由於熱反應型光阻劑可以小於雷射光之波長之波長形成圖案故而較佳。
熱反應型光阻劑較佳為有機光阻劑或無機光阻劑。藉由該等光阻劑而形成之光阻劑層既可為單層構造，亦可為將複數個光阻劑層組合而成之多層構造。再者，選擇哪種光阻劑可根據步驟或要求加工精度等而適當地變更。例如，有機光阻劑於形成被覆輥狀構件401之光阻劑層時，可利用輥塗機等進行塗佈故而步驟簡便。其中，為了塗佈於套筒上光阻劑之黏性有所限制，從而塗佈厚精度及控制或對多層進行塗敷較為困難。
作為有機光阻劑，如(股份)資訊機構發行刊物「最新光阻劑材料小冊」或(股份)工業調查會「感光聚合物手冊」中所載，可列舉：酚醛樹脂或酚醛樹脂與鄰疊氮萘醌之混合物、甲基丙烯酸酯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚乙烯系樹脂、苯酚系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚矽氧樹脂、聚酯系樹脂、環氧系樹脂、三聚氰胺系樹脂、乙烯系樹脂等。
另一方面，無機光阻劑較佳為藉由電阻加熱蒸鍍法或電子束濺鍍法、CVD法等氣相法等而設置被覆輥狀構件401之光阻劑層。該等方法基本上為真空製程，故而為了形成於套筒上需要工時，但可精度良好地控制膜厚，又，易於多層地積層。
無機光阻劑材料可根據使其反應之溫度進行各種選擇。例如，作為無機光阻劑材料，可列舉：Al、Si、P、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、Ag、Au及該等之合金。又，無 機光阻劑材料亦可應用Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Te、Ba、Hf、Ta、W、Pt、Au、Pb、Bi、La、Ce、Sm、Gd、Tb、Dy之氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硫化物、硫氧化物、氟化物、氯化物、或該等之混合物。
若使用熱反應型光阻劑，作為被覆輥狀構件401之光阻劑，則於利用根據與下述旋轉同步之基準信號而相位調變所得之脈衝信號進行曝光之情形時，形成圖案之點各自之直徑係與間距Py及/或間距Px對應而增減故而較佳。於使用熱反應型光阻劑之情形時，點之直徑與間距對應而增減之明確之機制不明，但可作如下推測。
於熱反應型光阻劑之情形時，藉由使藉由自照射部照射之雷射之熱能而形成光阻劑層之材料上產生變化，並使蝕刻特性改變而形成圖案。此時，所照射之熱並非全部用於光阻劑層之變化，而是一部分被蓄熱並導熱至鄰接之區域。因此，鄰接之區域內之熱能量除照射能量以外，還包括來自鄰接之區域之導熱能量。於奈米級之圖案形成中，無法忽視該導熱能量之貢獻，導熱之貢獻與形成圖案之點間距離成反比，故而作為結果，所得之圖案徑受到鄰接之點間距離之影響。
此處，若點間距離藉由相位調變而改變，則上述導熱能量之貢獻對於每點而言不同，若點間距離較寬，則導熱能量之貢獻變小，且點徑變小，若點間距離較窄，則導熱能量之貢獻變大，故而點徑變大。
又，若使用熱反應型光阻劑作為被覆輥狀構件401之光阻劑，並設置下述蝕刻層，而控制圖案之加工深度，則於與上述同樣，利用根據與旋轉同步之基準信號而相位調變所得之脈衝信號進行曝光之情形時，形成圖案之點各自之高度係與間距Py及/或間距Px對應而增減故而較佳。於併用熱反應型光阻劑與蝕刻層之情形時，點之直徑與間距 Px對應而增減之機制不明，但自上述之點徑相應於點間距離而增減之情況可說明。
即，於奈米級之圖案化中，存在蝕刻深度與點徑相應地增減，若點徑變寬則蝕刻深度變深，若點徑變窄則蝕刻深度變淺之傾向。尤其是蝕刻方法為乾式蝕刻時較顯著。其原因認為係未迅速地進行蝕刻劑之更換、或蝕刻生成物之脫附。
如上所述，若使用熱反應型光阻劑，則若點間距離較寬則點徑變小，若點間距離較窄，則點徑變大。由於存在蝕刻深度與點徑相應地增減之傾向，因此作為結果，若點間距離較寬，則點深度變淺，若點間距離較窄，則點深度變深。
若平均間距變小，則以上點間距離、點徑、點深度之增減之影響較顯著。其原因推定係上述導熱能量之影響變大之故。
於本發明中，既可利用被覆輥狀構件401之光阻劑層直接作為捲軸式奈米壓印模具而應用，又，亦可將光阻劑層作為遮罩，藉由蝕刻輥狀構件401之表面基材而形成圖案。
藉由於輥狀構件401上設置蝕刻層，可自由地控制圖案之加工深度，且可選擇熱反應光阻劑層之厚度為對於加工而言最佳之膜厚。即，藉由控制蝕刻層之厚度，可自由地控制加工深度。又，由於加工深度可於蝕刻層上進行控制，故而熱反應型光阻劑層只要選擇易於曝光或顯影之膜厚即可。
進行曝光之加工頭部403中所使用之雷射較佳為波長150nm以上550nm以下。又，自波長之小型化及取得之容易度而言，較佳為使用半導體雷射。半導體雷射之波長較佳為150nm以上550nm以下。其原因在於：當波長短於150nm之情形時，雷射之輸出變小，難以使被覆輥狀構件401之光阻劑層曝光。另一方面，其原因在於：當波長長於550nm之情形時，無法將雷射之光點徑設定為500nm以下，從而難以 形成較小之曝光部。
另一方面，為了形成光點大小較小之曝光部，作為加工頭部403中所使用之雷射，較佳為使用氣體雷射。尤其是XeF、XeCl、KrF、ArF、F2之氣體雷射之波長為351nm、308nm、248nm、193nm、157nm較短，可集光成非常小之光點大小故而較佳。
又，作為加工頭部403中所使用之雷射，可使用Nd：YAG雷射之2倍波、3倍波、4倍波。Nd：YAG雷射之2倍波、3倍波、4倍波之波長分別為532nm、355nm、266nm，可獲得可較小之光點大小。
當在設置於輥狀構件401之表面之光阻劑層上藉由曝光形成微細圖案之情形時，輥狀構件401之回錯位置精度非常高，若首先以使得焦點深度內存在構件表面之方式調整雷射之光學系則容易製造。然而，保持適合於奈米壓印之程度之輥尺寸精度、旋轉精度非常困難。因此，較佳為用於曝光之雷射係藉由物鏡而聚焦並以輥狀構件401表面於焦點深度之中持續存在之方式得到自動調焦。
旋轉控制部402只要為具有使輥狀構件401以輥之中心為軸而旋轉之功能之裝置便不特別限制，例如，較佳為主軸馬達等。
作為使加工頭部403於輥狀構件401之長軸方向上移動之移動機構部404，只要為可以受到控制之速度移動加工頭部403便不特別限制，較佳可列舉線性伺服馬達等。
於圖21所示之曝光裝置400中，形成於輥狀構件401之表面上之曝光圖案係根據與旋轉控制部402之旋轉(例如，主軸馬達之旋轉)同步之基準信號，藉由經過相位調變所得之脈衝信號利用曝光控制部405控制曝光部之位置。作為基準信號，可使用來自與主軸馬達之旋轉同步之編碼器之輸出脈衝。
根據與旋轉同步之基準信號而相位調變所得之脈衝信號例如可以如下之方式而控制。
使用圖22A~22C，對主軸馬達之Z相信號與基準脈衝信號、調變脈衝信號之關係進行說明。以Z相信號為基準，其m倍(m>2之整數)之頻率之脈衝信號為基準脈衝信號，n倍(m/n>k且k>1之整數)頻率之脈衝信號為調變脈衝信號。基準脈衝信號、調變脈衝信號均為Z相信號之頻率之整數倍，故而於輥狀構件401繞中心軸旋轉1圈之時間內存在整數個脈衝信號。
繼而，使用圖23，對基準脈衝信號與調變脈衝信號、相位調變脈衝信號之關係進行說明。若使基準脈衝信號之相位以調變脈衝信號之波長週期性地增減，則成為相位調變脈衝信號。例如，若利用如下之式(7)表示基準脈衝頻率fY0，利用如下之式(8)表示調變頻率fYL，則經過頻率調變所得之調變脈衝信號fY係利用如下之式(9)而表示：
又，如以下之式(10)所表示，藉由於基準脈衝頻率fY0上加算自調變脈衝信號獲得之正弦曲線亦可獲得相位調變脈衝信號fY：fY'=fY0+C'sin(t．fYL/fY0×2π) (10)。
進而，藉由於基準脈衝之脈衝波長LY0上加算自調變脈衝信號之波長LYL獲得之正弦曲線，可獲得相位調變脈衝信號之波長LY。
如圖23所示，所得之相位調變脈衝信號成為與調變脈衝信號之信號間隔相應地，基準脈衝信號之脈衝間隔週期性地增減之信號。
又，於曝光裝置400中，無論相位調變所得之脈衝信號如何，均可形成使用固定頻率之基準脈衝信號控制加工頭部403所發出之雷射曝光之脈衝信號，使移動機構部404所控制之加工頭部403之移動速度週期性地增減之構成。於該情形時，例如，如圖24所示，使加工頭部403之移動速度週期性地增減。圖24所圖示之移動速度係基準移動速 度±σ之移動速度之例。該移動速度較佳為與輥狀構件401之旋轉同步，例如，以Z相信號之速度成為圖24所示之速度之方式控制。
以上係藉由週期性之相位調變而控制圖案406之情形，亦可藉由非週期性而是隨機之相位調變形成圖案406。例如於第1方向D1上，間距Py與脈衝頻率成反比，故而若對脈衝頻率以使最大相位偏移成為1/10之方式進行隨機之頻率調變，則間距Py具有間距Py之1/10之最大變動幅度δ1，從而可隨機地獲得間距Py增減之圖案。
關於與旋轉同步之基準信號之控制頻度，既可藉由輥每1周等複數次以上之頻度之基準信號，控制調變脈衝信號，亦可僅利用於曝光初期設定之初期之基準信號控制。於僅利用初期之基準信號控制之情形時，當旋轉控制部402之轉數產生調變之情形時，曝光脈衝信號上會發生相位調變。其原因在於：其為奈米級之旋轉控制，故而即便旋轉控制部402之稍許之電位變動，亦會發生奈米級之間距變動，該變動被積算。假設於500nm間距之圖案間距之情形時，若輥外周長為250mm，則形成50萬次之雷射曝光，即便每1萬次偏移1nm，亦形成50nm之偏移。
即便為相同之間距、相同之長週期，亦可藉由基準信號之控制頻度之調整，製作圖12及圖14所示之配置之微細構造。於形成圖12所示之配置之微細構造之情形時，降低基準信號之控制頻度，於形成圖14所示之配置之微細構造之情形時提高基準信號之控制頻度。因此，於圖14所示之配置中，相當之點之第2方向之相位(位置)一致，於圖12所示之配置中，相當之點之第2方向之相位(位置)發生偏移。圖13及圖15所示之配置之關係亦相同。
進而，基於相同之理由，第1方向之間距Py、第2方向之間距Px係即便各者為等間距，亦如圖20所示之第2實施形態之光學用基材60般，以於X軸方向上鄰接之第1點行62-1及第2點行62-2之間之Y軸方向 之偏移量α1與第2點行62-2及鄰接於該第2點行62-2之第三點行62-3之間之偏移量α2互不相同之方式設置，偏移量α1與偏移量α2之差量不固定。
藉由該構成，基材本體之主表面內之傾斜方向之複數個點61間之間距P1~間距P3變得不規則，重複圖案之週期性減少，故而凹凸構造所造成之光散射性進一步加強。
藉由曝光裝置400，使設置於表面之光阻劑層被曝光之輥狀構件401顯影，將所顯影之光阻劑層作為光罩，藉由乾式蝕刻對蝕刻層進行蝕刻。蝕刻後，若將殘渣之光阻劑層除去，則可獲得捲軸式奈米壓印模具。
作為將以上述方式獲得之圖案406轉印於特定之基材上而獲得本實施形態之光學用基材之方法並不特別限定，例如，可藉由奈米壓印微影法於特定之基材表面轉印圖案，將轉印圖案部分作為光罩，藉由乾式對蝕刻基材進行蝕刻，藉此將圖案406轉印於基材上。具體而言，將形成有圖案406之輥狀構件401作為圓筒型模具(捲軸式奈米壓印模具)而使用。可於基材之表面側形成包含有機材料之光阻劑層，於該光阻劑層上按壓圓筒型模具，將圖案406轉印於光阻劑層上之後，自表面側對光阻劑層及基材進行蝕刻，藉此於基材之表面側形成微細凹凸構造，而製作本發明之光學用基材。
又，亦可列舉：並非自圓筒型模具(輥狀構件401)將圖案406轉印於直接基材上，而是將圖案406一次性轉印於膜上，形成樹脂模具，之後藉由使用該樹脂模具之奈米壓印微影法於基材上形成圖案，獲得本實施形態之光學用基材之方法。根據該方法，可提高模具之利用效率，並可吸收基材之平坦性，故而作為將圖案轉印於基材上之方法，更佳為利用樹脂模具至奈米壓印微影法。
作為自圓筒型模具於樹脂模具上轉印圖案406之方法，並不特別 限定，例如，可應用直接奈米壓印法。作為直接奈米壓印法，可列舉：一面於特定溫度下加熱一面於圓筒型模具之圖案406中填充熱硬化性樹脂，將使圓筒型模具冷卻之後硬化之熱硬化性樹脂脫模而轉印之熱奈米壓印法、或對填充於圓筒型模具之圖案406中之光硬化性樹脂照射特定之波長之光，使光硬化性樹脂硬化，之後自圓筒型模具將硬化之光硬化性樹脂脫模而轉印之光奈米壓印法。
圓筒型模具(輥狀構件401)係無縫之圓筒狀模具，故而尤佳為藉由捲軸式奈米壓印連續轉印樹脂模具。
又，亦可列舉：藉由電鑄自轉印有圖案406之樹脂模具製作電鑄模具，藉由該電鑄模具使用奈米壓印微影法形成圖案之方法。於形成電鑄模具之情形時，對會延長成為原型之圓筒型模具之壽命之方面較佳，於一次性形成電鑄模具之方式中，亦可吸收基材之平坦性，故而較佳為進而形成樹脂模具之方法。
進而，於樹脂模具法中，重複轉印較為容易故而較佳。此處之「重複轉印」係指(1)自具有凸凹圖案形狀之樹脂模具(+)，製造複數個經過轉印反轉之凹凸圖案轉印物，或(2)尤其於使用硬化性樹脂組成物作為轉印劑之情形時，獲得自樹脂模具(+)反轉所得之轉印體(-)，其次將轉印體(-)作為樹脂模具(-)，獲得反轉轉印所得之轉印體(+)，重複圖案反轉轉印凸凹/凹凸/凸凹/凹凸/.../中之任一者、或兩者。
在藉由光阻劑層於基材之表面側形成圖案之後，將光阻劑層作為光罩，於蝕刻藉由基材形成凹凸。作為蝕刻方法，只要將光阻劑層作為光罩而於基材上可形成凹凸，便不特別限定，可應用濕式蝕刻、乾式蝕刻等。尤其是由於可將基材之凹凸形成得較深故而乾式蝕刻法較佳。於乾式蝕刻法之中較佳為異向性乾式蝕刻，較佳為ICP-RIE、ECM-RIE。作為用於乾式蝕刻之反應氣體，只要與基材之材質反應，便不特別限定，較佳為BCl3、Cl2、CHF3、或該等混合氣體，可適當 地混合Ar、O2等。
[實施例]
以下，對為了明確本發明之效果而進行之實施例與本發明一併更詳細地進行說明。再者，實施例之材料、使用組成、處理步驟等僅為例示，可適當地變更而實施。另外，只要不脫離本發明之範圍，可適當地變更而實施。因此，本發明絲毫不因以下之實施例而受到限定。
[實施例1] (圓筒狀模子製作(樹脂模具製作用鑄模之製作))
作為圓筒狀模子之基材，使用直徑80mm、長度50mm之圓筒型石英玻璃輥。於該圓筒型石英玻璃輥表面，藉由利用如下之方法使用半導體脈衝雷射之直接描畫微影法而形成有微細構造(微細凹凸構造)。
首先，於該石英玻璃表面之微細構造上藉由濺鍍法成膜光阻劑層。濺鍍法係使用CuO(含有8atm% Si)，作為靶細胞(光阻劑層)，於RF100W之電力下實施。成膜後之光阻劑層之膜厚為20nm。一面使以如上之方式製作而成之圓筒狀模子以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下曝光。
曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：398nm
相對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：80nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：460nm
相對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：100nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm
Y軸方向間距Py係以如下之方式決定。
以主軸馬達之Z相信號為基準，測定1周所需之時間T，自線速度s計算周長L，獲得如下之式(11)。
L=T×s(11)
將目標間距設為Py，以使L/Py為整數之方式滿足目標間距Py之0.1%以下之值而進行調整，藉由如下之式(12)獲得實效間距Py'。
L/Py'=m(m為整數)(12)
所謂目標間距Py與實效間距Py'嚴格而言係Py≠Py'，但L/Py≒107，故而Py/Py'≒10-7，實質上可作為相等者而處理。同樣地，長週期PyL亦以使L/PyL成為整數之方式藉由如下之式(13)獲得實效長週期PyL'。
L/PyL'=n(n為整數) (13)
於該情形時，亦嚴格地使PyL≠PyL'、L/PyL≒105，故而PyL/PyL'≒10-5，實質上可作為相等者處理。
其次自實效間距Py'，藉由式(14)、(15)，算出基準脈衝頻率fy0、調變頻率fyL。
fy0=s/Py'(14)
fyL=s/PyL'(15)
最後，自式(14)、(15)，自主軸馬達之Z相信號之經過時間t之脈衝頻率fy係以式(16)之方式決定。
fy=fy0+δ1×sin(t×(fyL/fy0)×2π)(16)
X軸方向之軸送給速度係以如下之方式決定。
以主軸馬達之Z相信號為基準，測定1周所需之時間T，自X軸方向間距Px，軸方向之基準送給速度Vx0係以如下之式(17)之方式決定。
Vx0=Px/T(17)
自X軸方向之長週期PxL，藉由如下之式(18)決定時刻t之軸送給速度Vx，並進行掃描。
Vx=Vx0+Vδ2‧sin(Px/PxL×t×2π)(18)
此處，Vδ2係x軸方向之長週期PxL之速度變動幅度，係藉由長週期PxL之間距變動幅度δ2、Px、Vx0，利用如下之式(19)表示。
Vδ2=δ2×Vx0/Px(20)
其次，顯影光阻劑層。光阻劑層之顯影係使用0.03wt%之清洗水溶液，於處理時間240秒之條件下實施。接著，將已顯影之光阻劑層作為光罩，進行藉由乾式蝕刻形成蝕刻層之蝕刻。乾式蝕刻係使用SF6作為蝕刻氣體，於處理氣壓1Pa、處理電力300W、處理時間5分之條件下實施。其次，自表面賦予有微細構造之圓筒狀模子，利用pH 1之鹽酸於6分鐘之條件下僅剝離殘渣之光阻劑層而製作圓筒模具(轉印用模具)。
(樹脂模具之製作)
對所得之圓筒狀之石英玻璃輥表面(轉印用模具)，塗佈Durasurf HD-1101Z(大金化學工業公司製造)，於60℃下加熱1小時後，於室溫下靜置24小時，固定化。其後，利用Durasurf HD-ZV(大金化學工業公司製造)清洗3次，實施脫模處理。
其次，自所得之圓筒模具製作轉盤狀樹脂模具。將OPTOOL DAC HP(大金工業公司製造)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(東亞合成公司製造M350)及Irgacure 184(Ciba公司製造)以使用重量份表示為10：100：5之比例混合而製備光硬化性樹脂。其次，藉由微凹版塗層(廉井精機公司製造)，以使塗佈膜厚成為6μm之方式將該光硬化性樹脂塗佈於PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)膜(A4100，東洋紡公司製造：寬度300mm，厚度100μm)之易接著面。
繼而，利用夾輥(0.1MPa)對圓筒模具(圓筒狀模子)，按壓塗佈有 光硬化性樹脂之PET膜，並於大氣下、溫度25℃、濕度60%之環境下，以使燈中心下之積算曝光量成為600mJ/cm2之方式，使用UV(ultraviolet，紫外線)曝光裝置(Fusion UV system．Japan公司製造，H閥)照射紫外線連續地實施光硬化，而獲得表面反轉轉印有微細構造之轉盤狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
利用掃描型電子顯微鏡觀察樹脂模具發現：剖面形狀為 400nm、h800nm之凸部係以具有如下之長週期構造之週期構造而形成：X軸方向間距Px：398nm
相對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：80nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：460nm
相對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：100nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm。
(電子顯微鏡)
裝置；HITACHI s-5500
加速電壓；10kV
模式；標準
(反轉樹脂模具之製作)
其次，將OPTOOL DAC HP(大金工業公司製造)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(東亞合成公司製造M350)、及Irgacure 184(Ciba公司製造)以使用重量份表示為10：100：5之比例混合而製備光硬化性樹脂。藉由微凹版塗層(廉井精機公司製造)，以使塗佈膜厚成為2μm之方式將該光硬化性樹脂塗佈於PET膜(A4100，東洋紡公司製造：寬度300mm，厚度100μm)之易接著面。
繼而，利用夾輥(0.1MPa)將塗佈有光硬化性樹脂之PET膜按壓於上述轉盤狀樹脂模具上，並於大氣下、溫度25℃、濕度60%之環境 下，以使燈中心下之積算曝光量成為600mJ/cm2之方式，使用UV曝光裝置(Fusion UV system．Japan公司製造，H閥)照射紫外線連續地實施光硬化，而獲得表面反轉轉印有微細構造之透明樹脂模具片材(長度200mm，寬度300mm)。
(奈米壓印微影)
於 2"厚度0.33mm之C面藍寶石基材上，藉由旋轉塗敷法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，而形成光阻劑層。光罩材料係以使感光性樹脂組成物之固形物成分成為5重量%之方式製作使用丙二醇單甲醚稀釋而成之塗佈溶液。
(感光性樹脂組成物)
作為感光性樹脂組成物，係將3-乙基-3{[3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基]甲基}氧雜環丁烷(OXT-221，東亞合成公司製造)20重量份、3',4'-環氧環己甲酸3,4-環氧環己基甲基(和光純藥公司製造)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、環氧乙烷改性雙苯酚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(綠色化學公司製造)8重量份、1,9-二乙氧基蒽(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)DACHP(20%固形物成分，大金工業公司製造)4重量份混合而使用。
將透明樹脂模具片材切割成70mm×70mm(70mm見方)而貼合於形成有光阻劑層之藍寶石基材上。對於貼合而言，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，利用2片70mm×t10mm見方之透明聚矽氧板(硬度20)夾挾貼合而一體化之透明樹脂模具/光阻劑層/藍寶石基材。於該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05 MPa之壓力進行壓製。於壓製之狀態下，自透明樹脂模具側以2500mJ/cm2照射紫外線，使光阻劑層硬化。硬化後，將透明聚矽氧板與透明樹脂模具剝離，而獲得呈C面狀地形成有圖案之光阻劑/藍寶石積層體。
(蝕刻)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)，於下述蝕刻條件下蝕刻藍寶石：蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線：50w
偏壓：50w。
蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察藍寶石基材之剖面發現：剖面形狀 400nm、h=250nm之凸部係包含與奈米壓印中所使用之轉盤狀透明樹脂模具相同之長週期構造之週期構造。
(半導體發光元件之形成)
於所得之藍寶石基材上，藉由MOCVD，連續地積層有(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層。設定為於(2)n型GaN層之積層時填埋藍寶石基材上之凹凸而使其平坦化之製膜條件。進而，進行蝕刻加工而安裝電極焊墊。
於該狀態下，使用探測器使p電極焊墊與n電極焊墊之間流過20mA之電流而測定發光輸出。將該例與比較例1之發光輸出比表示於表1中。
[實施例2]
一面使與實施例1同樣地製作之圓筒狀模子以線速度s=3.0m/sec 旋轉，一面於以下之條件下對其進行曝光：曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：173nm
相對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：17nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：200nm
相對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：20nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm。
以下，藉由與實施例1相同之操作，而獲得表面反轉轉印有微細構造之轉盤狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
利用掃描型電子顯微鏡觀察樹脂模具發現：剖面形狀為 150nm±15nm、h260nm±30nm之凸部係以具有如下之長週期構造之週期構造而形成：X軸方向間距Px：173nm
相對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：17nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：5μm
Y軸方向間距Py：200nm
相對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：20nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：5μm。
點徑與點高度之最大值係與最周圍之點間距離較窄之點中觀察，點徑與點高度之最小值係與最周圍之點間距離較寬之點中觀察，其間之點徑表現出與點間距離之變動幅度之調變相同之調變曲線。
以下，與實施例1同樣地製作半導體發光元件，並測定發光輸出。將發光輸出比表示於表1中。
[實施例3]
一面使與實施例1同樣地製作之圓筒狀模子以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下對其進行曝光：曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：260nm
相對於X軸方向間距Px之變動幅度δ2：26nm
變動幅度δ2之X軸方向之長週期PxL：3.64μm
Y軸方向間距Py：300nm
相對於Y軸方向間距Py之變動幅度δ1：30nm
變動幅度δ1之Y軸方向之長週期PyL：4.2μm
其次與實施例1同樣地，獲得反轉轉印有表面構造之轉盤狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
其次，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所製作之轉盤狀透明樹脂模具之表面。將電子顯微鏡照片表示於圖25中。圖25係俯視之凹凸構造之電子顯微鏡照片。如自圖25可知，於該微細構造中，Y軸方向(上下方向)、X軸方向(左右方向)均以不定間隔排列有奈米級之凸部，就各間距而言，上述間距係以長週期重複排列。
以下，與實施例1同樣地製作半導體發光元件，並測定發光輸出。將發光輸出比表示於表1中。
[實施例4]
一面使與實施例1同樣地製作之圓筒狀模子以線速度s=1.0m/sec旋轉，一面於以下之條件下對其進行曝光：曝光用半導體雷射波長：405nm
曝光雷射功率：3.5mW
X軸方向間距Px：200nm
Y軸方向間距Py：200nm。
將間距Py之基準信號之控制僅設定為初期。
其次與實施例1同樣地，獲得反轉轉印有表面構造之轉盤狀透明樹脂模具(長度200m，寬度300mm)。
其次，藉由掃描型電子顯微鏡觀察所製作之轉盤狀透明樹脂模具之表面。將電子顯微鏡照片表示於圖26中。如自圖26可知，於該微細構造中，在Y軸方向(上下方向)上以所設定之間距Py呈行狀地排列有凸部。又，可知，該行狀之凸部係於X軸方向(左右方向)上以特定之間距Px重複設置。又，可知，於在X軸方向上鄰接排列而成之行狀之凸部間，偏移量α不規則。
X軸方向間距Px：200nm
Y軸方向間距Py：200nm。
以下，與實施例1同樣地製作半導體發光元件，併發測定光輸出。將發光輸出比表示於表1中。
[實施例5]
於圓筒狀模具之製作中，將隨機之信號重疊於曝光用半導體雷射之發光頻率上，並於Y軸方向之間距Py上設置有下述所示之變動幅度δ：Y軸方向間距Py：200nm±10nm。
以下，與實施例1同樣地製作半導體發光元件，並測定發光輸出。將發光輸出比表示於表1中。
[實施例6]
除將基材設定為SiC以外，其他與實施例4同樣地製作SiC基材(光學用基材)及半導體發光元件，並測定發光輸出。將發光輸出比表示於表1中。
[實施例7]
與實施例1同樣地，獲得表面反轉轉印有微細構造之透明樹脂模 具片材(長度200m，寬度300mm)。
(積層半導體層之形成)
於 2"厚度0.37mm之C面藍寶石基材上，藉由MOCVD，連續地積層有(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層，而形成積層半導體層。
(奈米壓印微影)
於所得之積層半導體層之最表面之(6)p型GaN層上，藉由旋轉塗敷法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，而形成光阻劑層。光罩材料係以使感光性樹脂組成物之固形物成分成為5重量%之方式製作使用丙二醇單甲醚稀釋而成之塗佈溶液。緩效性樹脂組成物係使用與實施例1為同一組成者。
將透明樹脂模具片材切割成70mm×70mm(70mm見方)而貼合於形成有光阻劑層之GaN面上。對於貼合而言，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，利用2片70mm×t10mm見方之透明聚矽氧板(硬度20)夾挾貼合而一體化之透明樹脂模具/光阻劑層/GaN層/藍寶石基材。於該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。於壓製之狀態下，自透明樹脂模具側以2500mJ/cm2照射紫外線，使光阻劑層硬化。硬化後，將透明聚矽氧板與透明樹脂模具剝離，而獲得呈C面狀地形成有圖案之光阻劑/GaN/藍寶石積層體。
(蝕刻)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)，於下述蝕刻條件下蝕刻GaN半導體層：蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線：50w
偏壓：50w。
蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察GaN面上發現，剖面形狀 400nm、h=50nm之凸部係包含與奈米壓印中所使用之轉盤狀透明樹脂模具相同之長週期構造之週期構造。
(半導體發光元件之形成)
於形成有凹凸圖案之積層半導體層表面之GaN面上，進而藉由濺鍍形成ITO層作為透明導電膜。進而，進行蝕刻加工而安裝電極焊墊。
於該狀態下，使用探測器使p電極焊墊與n電極焊墊之間流過20mA之電流而測定發光輸出。將該實施例7與下述比較例1之發光輸出比表示於表1中。
[實施例8]
與實施例1同樣地，獲得表面反轉轉印有微細構造之透明樹脂模具片材(長度200m，寬度300mm)。
(積層半導體層之形成)
於 2"厚度0.37mm之C面藍寶石基材上，藉由MOCVD，連續地積層有(1)AlGaN低溫緩衝層、(2)n型GaN層、(3)n型AlGaN包覆層、(4)InGaN發光層(MQW)、(5)p型AlGaN包覆層、(6)p型GaN層、(7)ITO層，而形成積層半導體層。
(奈米壓印微影)
於所得之積層半導體層之最表面之(7)ITO層上，藉由旋轉塗敷法(2000rpm，20秒)塗佈光罩材料，而形成光阻劑層。光罩材料係以使感光性樹脂組成物之固形物成分成為5重量%之方式製作使用丙二醇 單甲醚稀釋而成之塗佈溶液。感光性樹脂組成物與實施例1為同一組成。
將透明樹脂模具片材切割成70mm×70mm(70mm見方)而貼合於形成有光阻劑層之ITO面上。對於貼合而言，使用Suntec公司製造之膜貼合裝置(TMS-S2)，以貼合夾力90N、貼合速度1.5m/s進行貼合。其次，利用2片70mm×t10mm見方之透明聚矽氧板(硬度20)夾挾貼合而一體化之透明樹脂模具/光阻劑層/ITO層/GaN層/藍寶石基材。於該狀態下，使用Engineering System公司製造之奈米壓印裝置(EUN-4200)，以0.05MPa之壓力進行壓製。於壓製之狀態下，自透明樹脂模具側以2500mJ/cm2照射紫外線，使光阻劑層硬化。硬化後，將透明聚矽氧板與透明樹脂模具剝離，而獲得呈C面狀地形成有圖案之光阻劑/ITO/GaN/藍寶石積層體。
(蝕刻)
使用反應性離子蝕刻裝置(RIE-101iPH，Samco股份有限公司製造)，於下述蝕刻條件下蝕刻ITO層：蝕刻氣體：Cl2/(Cl2+BCl3)=0.1
氣體流量：10sccm
蝕刻壓力：0.1Pa
天線：50w
偏壓：50w。
蝕刻後，利用電子顯微鏡觀察ITO面上發現：剖面形狀 400nm、h=50nm之凸部係包含與奈米壓印中所使用之轉盤狀透明樹脂模具相同之長週期構造之週期構造。
(半導體發光元件之形成)
於形成有凹凸圖案之積層半導體層表面之ITO面上，進而，進行蝕刻加工而安裝電極焊墊。
於該狀態下，使用探測器使p電極焊墊與n電極焊墊之間流過20mA之電流而測定發光輸出。將該實施例8與下述比較例1之發光輸出比表示於表1中。
[比較例1]
於與實施例1相同之條件下在通常之平坦之藍寶石基材上形成半導體發光層，利用相同之方法測定發光輸出。
[比較例2]
藉由通常之光微影法，將直徑3μm、間距6μm、高度2μm之六方配置之凹凸構造設置於藍寶石基材上。其後，於與實施例1相同之條件下形成半導體發光層，利用相同之方法測定發光輸出。
[比較例3]
利用與實施例1相同之方法，藉由使用半導體雷射之直接描畫微影法將奈米圖案之微細構造(微細凹凸構造)形成於石英玻璃表面。X軸方向、Y軸方向之間距相同，故而形成無間距變動之六方排列。
X軸方向間距Px：398nm
Y軸方向間距Py：460nm
其後，利用與實施例1相同之方法，形成半導體發光層，測定發光輸出。
[比較例4]
藉由使用半導體雷射之直接描畫微影法將奈米圖案之微細構造(微細凹凸構造)形成於石英玻璃表面。X軸方向、Y軸方向之間距相同，故而形成無間距變動之六方排列。
X軸方向間距Px：200nm
Y軸方向間距Py：200nm
除上述以外，其他與實施例1同樣地製作藍寶石基材(光學用基材)及半導體發光元件，而測定發光輸出。將結果表示於表1中。
[比較例5]
藉由通常之光微影法，將直徑3μm、間距6μm、高度50nm之六方配置之凹凸構造設置於藍寶石基材上之p型GaN層上。其後，於與實施例7相同之條件下形成半導體發光元件，利用相同之方法測定發光輸出。
[比較例6]
藉由通常之光微影法，將直徑3μm、間距6μm、高度50nm之六方配置之凹凸構造設置於實施例8中所使用之積層半導體層上。其後，於與實施例8相同之條件下製作半導體發光元件，並於相同之方向上測定發光輸出。
表1係將比較例1之輸出設為1，作為發光輸出比而表示。自表1可知，根據本實施形態之光學用基材(實施例1~實施例6)，與先前之平坦之藍寶石基材(比較例1)、具有μ級之凹凸之藍寶石基材(比較例2)、具有無間距變動之奈米級之凹凸之藍寶石基材(比較例3)相比，可減少於藍寶石基材上成膜之半導體層中之錯位缺陷數，又，可藉由使週期性紊亂之凹凸圖案所引發之光散射解除導波模式而提高光提取效率，故而可獲得具有較高之發光效率之半導體發光元件。
又，自表1可知，根據本實施形態之半導體發光元件(實施例7、8)，與先前之平坦之最表層(比較例1)、具有微米級之凹凸之GaN最表層(比較例4)、具有微米級之凹凸之ITO最表層(比較例5)相比，可減少透明導電膜、p電極焊墊之接觸電阻，又，可藉由使週期性紊亂之凹凸圖案所引發之光散射解除導光模式而提高光提取效率，故而具有較高之發光效率。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，可各式各樣地進行變更而實施。於上述實施形態中，對於附圖上所圖示之大小或形狀等，並不限定於此，可於發揮本發明之效果之範圍內適當地變更。另外，只要不脫離本發明之目的之範圍便可適當地變更而實施。
[產業上之可利用性]
根據本發明，藉由光學用基材、及半導體發光元件中所具備之微細構造層，可藉由減少半導體層中之錯位缺陷數而改善內部量子效率IQE，或者可使p型半導體層之歐姆接觸提高而改善電子注入效率EIE，且可藉由光散射解除導波模式而提高光提取效率LEE，藉此使LED之發光效率提高。從而，本發明之光學用基材及半導體發光元件具有較高之發光效率，故而可進行電力之有效活用，可對節能做出較 大貢獻。
本申請案係基於2011年8月31日申請之日本專利特願2011-188803及日本專利特願2011-188804、2011年10月18日申請之日本專利特願2011-229121、2012年2月10日申請之日本專利特願2012-27548、日本專利特願2012-27549及日本專利特願2012-27550、以及2012年4月10日申請之日本專利特願2012-89230。該等內容全部包含於此。
1‧‧‧光學用基材
11‧‧‧基材
12‧‧‧微細構造層
13-1~13-N‧‧‧凸部行(點行)
S‧‧‧基材本體之主表面
X、Y、Z‧‧‧軸

Claims (8)

  1. 一種樹脂模具，其特徵在於：具備微細構造層，該微細構造層包含由自基材主表面向面外方向延伸之複數個凸部或凹部所構成之點；上述微細構造層於上述基材主表面內之第1方向上，構成有上述複數個點以間距Py排列且上述複數個點的中心係互為一致之複數個直線狀之點行，另一方面，於與上述基材主表面內之上述第1方向正交之第2方向上，構成有上述複數個點行以間距Px排列而成之複數個點行，且上述間距Py及上述間距Px可係任一者為奈米級之固定間隔另一者為奈米級之不定間隔，或可均為奈米級之不定間隔。
  2. 如請求項1之樹脂模具，其中上述奈米級之不定間隔為變動幅度δ。
  3. 如請求項1之樹脂模具，其中不定間隔之上述間距Py與各點之中心間之距離相等，不定間隔之上述間距Px與上述複數個點以上述間距Py排列而成之複數個點行間距離相等，且上述間距Py及上述間距Px大於各點之直徑，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(1)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述間距Py1~Pyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(2)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述間距Px1~Pxn而構成之點行群： Py1<Py2<Py3<...<Pya>...>Pyn (1) Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (2)。
  4. 如請求項1之樹脂模具，其中不定間隔之上述間距Py與各點之中心間之距離相等，不定間隔之上述間距Px與上述複數個點以上述間距Py排列而成之複數個點行間距離相等，且上述間距Py及上述間距Px大於各點之直徑，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(1)之關係，並且於上述第1方向上，以上述間距Py1~Pyn而構成之點群係重複長週期單位Lyz地排列而成之構成，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少鄰接之4個以上m個以下之上述點間之上述間距Pxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(2)之關係，並且於上述第2方向上，以上述間距Px1~Pxn而構成之點行群係重複長週期單位Lxz地排列而成之構成：Py1<Py2<Py3<...<Pya>...>Pyn (1) Px1<Px2<Px3<...<Pxa>...>Pxn (2)。
  5. 如請求項3之樹脂模具，其中上述點各自之直徑係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(3)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Dy1~Dyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中， m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(4)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述點徑Dx1~Dxn而構成之點群：Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (3) Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (4)。
  6. 如請求項4之樹脂模具，其中上述點各自之直徑係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(3)之關係，並且於上述第1方向上，以長週期單位Lyz重複地排列有以上述點徑Dy1~Dyn而構成之點群，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點徑Dxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(4)之關係，並且於上述第2方向上，以長週期單位Lxz重複地排列有以上述點徑Dx1~Dxn而構成之點群：Dy1<Dy2<Dy3<...<Dya>...>Dyn (3) Dx1<Dx2<Dx3<...<Dxa>...>Dxn (4)。
  7. 如請求項5之樹脂模具，其中上述點各自之高度係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(5)之關係，並且於上述第1方向上，至少排列有1個以上之以上述點高度Hy1~Hyn而構成之點群，於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上 m個以下之上述間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(6)之關係，並且於上述第2方向上，至少排列有1個以上之以上述點高度Hx1~Hxn而構成之點群：Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (5) Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (6)。
  8. 如請求項6之樹脂模具，其中上述點各自之高度係與間距Py及/或間距Px對應而增減，於上述間距Py為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hyn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(5)之關係，並且於上述第1方向上，以長週期單位Lyz重複地排列有以上述點高度Hy1~Hyn而構成之點群，且於上述間距Px為不定間隔之情形時，至少構成鄰接之4個以上m個以下之上述間距之點高度Hxn(3≦n≦2a或3≦n≦2a+1，其中，m、a為正整數，n=m-1)滿足下式(6)之關係，並且於上述第2方向上，以長週期單位Lxz重複地排列有以上述點高度Hx1~Hxn而構成之點群：Hy1<Hy2<Hy3<...<Hya>...>Hyn (5) Hx1<Hx2<Hx3<...<Hxa>...>Hxn (6)。
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