特許 6256220 半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6256220

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/16 20100101AFI20171227BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20171227BHJP

   H01L 33/20 20100101ALI20171227BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/16

   B82Y40/00

   H01L33/20

【請求項の数】11

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-124551(P2014-124551)

(22)【出願日】2014年6月17日

(65)【公開番号】特開2015-26826(P2015-26826A)

(43)【公開日】2015年2月5日

【審査請求日】2016年6月28日

(31)【優先権主張番号】特願2013-126958(P2013-126958)

(32)【優先日】2013年6月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000122298

【氏名又は名称】王子ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】八田 嘉久

(72)【発明者】

【氏名】篠塚 啓

(72)【発明者】

【氏名】梶田 康仁

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０００６８６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０９３６０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１４６５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１９３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９４２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６３９５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、
前記発光構造体形成面は、
１つの結晶面に沿って広がる平坦部と、
前記平坦部から突き出る２つの突部と、
前記平坦部から突き出る１つのブリッジ部と、を備え、
前記平坦部から突き出る量は、前記突部よりも前記ブリッジ部にて小さく、
前記２つの突部は、前記１つのブリッジ部によって連結されている
半導体発光素子用基板。

【請求項2】

前記突部は、前記平坦部と接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有し、
前記１つのブリッジ部は、前記１つのブリッジ部の連結する方向に沿って延びる突条形状を有する
請求項１に記載の半導体発光素子用基板。

【請求項3】

前記２つの突部を１つの突部対とし、
前記平坦部を囲う３つ以上の前記突部対を備える
請求項１または２に記載の半導体発光素子用基板。

【請求項4】

前記２つの突部を１つの突部対とし、
前記２つの突部における一方の突部が互いに共通である２つ以上の前記突部対を備える
請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体発光素子用基板。

【請求項5】

前記２つの突部における一方の突部が互いに共通である６つの前記突部対を備え、
前記６つの前記突部対を１つの突部群とし、
前記突部対を構成する７つの突部は、六方充填構造を有する
請求項４に記載の半導体発光素子用基板。

【請求項6】

複数の前記突部群が連続する複数の突部団を備え、
複数の前記突部団の各々では、前記突部群の並ぶ方向が互いに異なる
請求項５に記載の半導体発光素子用基板。

【請求項7】

半導体層を含む発光構造体と、
前記発光構造体を支持する半導体発光素子用基板と、を備え、
前記半導体発光素子用基板は、請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体発光素子用基板である
半導体発光素子。

【請求項8】

基板の上面に単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、
前記単粒子膜をマスクにして前記上面をエッチングするエッチング工程と、を含み、
前記単粒子膜形成工程では、
３つ以上の粒子に囲まれる隙間から露出する第１の露出部と、２つの粒子の間の隙間から露出する第２の露出部とを前記上面に区画し、
前記エッチング工程では、
前記上面でのエッチング量が、前記第２の露出部よりも第１の露出部で大きく、前記第１の露出部と前記第２の露出部との間に段差を形成する
半導体発光素子用基板の製造方法。

【請求項9】

前記単粒子膜は、処理済単粒子膜であり、
前記単粒子膜形成工程では、前記上面に未処理単粒子膜を形成した後に、前記上面に対して前記未処理単粒子膜を選択的にエッチングし、前記未処理単粒子膜を構成する複数の粒子の各々を縮小することによって前記処理済単粒子膜を形成する
請求項８に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。

【請求項10】

前記単粒子膜形成工程では、前記未処理単粒子膜をＬＢ法によって形成する
請求項９に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。

【請求項11】

請求項８から１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子用基板の製造方法によって半導体発光素子用基板を形成する工程と、
前記半導体発光素子用基板にて前記段差が形成された前記上面に、半導体層を含む発光構造体を形成する工程と、を含む
半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体発光素子用基板、半導体発光素子用基板を備える半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電流の供給によって発光する半導体発光素子は、例えば、III−Ｖ族半導体層の積層体である発光構造体を有している。この発光構造体を支持する半導体発光素子用基板は、サファイア、炭化珪素、あるいは、シリコンなどから形成されて、発光構造体を構成する半導体層などよりも、通常、低い屈折率を有している。

【0003】

発光構造体の生成する光の一部は、半導体発光素子用基板と発光構造体との間のこうした屈折率の差異に従い、半導体発光素子用基板と発光構造体との間で全反射を繰り返す。結果として、発光構造体の生成する光は、発光構造体の内部で減衰してしまう。半導体発光素子用基板は、発光構造体の形成される発光構造体形成面に微細な凹凸構造を有し、微細な凹凸構造での幾何光学的効果（反射・屈折）によって、全反射による光の減衰を抑えている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２８０６１１号公報

【特許文献2】特開２００３−３１８４４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、半導体発光素子用基板の有する微細な凹凸構造は、発光構造体形成面に並ぶ多数の突部から構成されている。微細な凹凸構造にて突部の数が多いほど、また、微細な凹凸構造にて突部同士の間隔が小さいほど、全反射の抑制効果は高まる。一方で、半導体発光素子用基板が有する微細な凹凸構造は、例えば、特許文献１、２に記載されるように、発光構造体形成面のドライエッチングによって形成され、ドライエッチングに用いられるマスクは、フォトリソグラフィーによって形成されている。この際に、マスクのサイズを小さくすることには限界があるため、凹凸構造の微細化にも自ずと限りがある。それゆえに、発光構造体の生成した光の取り出される効率を高める点では、上述された微細な凹凸構造でも、依然として改善の余地が残されている。

【0006】

本開示は、発光構造体が生成する光の取り出される効率を高めることの可能な半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための半導体発光素子用基板は、２つ以上の半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、前記発光構造体形成面は、１つの結晶面に沿って広がる平坦部と、前記平坦部から突き出る２つの突部と、前記平坦部から突き出る１つのブリッジ部と、を備える。そして、前記平坦部から突き出る量は、前記突部よりも前記ブリッジ部にて小さく、前記２つの突部は、前記１つのブリッジ部によって連結されている。

【0008】

上記半導体発光素子用基板にて、前記突部は、前記平坦部と接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有し、前記１つのブリッジ部は、前記１つのブリッジ部の連結する方向に沿って延びる突条形状を有することが好ましい。
上記半導体発光素子用基板にて、前記２つの突部を１つの突部対とし、前記平坦部を囲う３つ以上の前記突部対を備えることが好ましい。

【0009】

上記半導体発光素子用基板にて、前記２つの突部を１つの突部対とし、前記２つの突部における一方の突部が互いに共通である２つ以上の前記突部対を備えることが好ましく、３つ以上の前記突部対を備えることがより好ましく、４つ以上の前記突部対を備えることがさらに好ましい。

【0010】

上記半導体発光素子用基板にて、前記２つの突部における一方の突部が互いに共通である６つの前記突部対を備え、前記６つの前記突部対を１つの突部群とし、前記突部対を構成する７つの突部は、六方充填構造を有することが好ましい。

【0011】

上記半導体発光素子用基板にて、複数の前記突部群が連続する複数の突部団を備え、複数の前記突部団の各々では、前記突部群の並ぶ方向が互いに異なることが好ましい。

【0012】

上記半導体発光素子用基板にて、前記エッチング工程は、複数の前記第２の露出部の各々に対し、前記第２の露出部に対応する前記２つの粒子の間の隙間が大きいほど前記段差を小さくすることが好ましい。

【0013】

上記半導体発光素子用基板にて、前記１つのブリッジ部の頂面は、前記１つのブリッジ部の連結する方向に沿って延びる平面を含み、前記平面は、前記結晶面に沿って延びることが好ましい。
上記課題を解決するための半導体発光素子は、半導体層を含む発光構造体と、前記発光構造体を支持する上記半導体発光素子用基板とを備える。

【0014】

上記課題を解決するための半導体発光素子用基板の製造方法は、基板の上面に単粒子膜を形成する単粒子膜形成工程と、前記単粒子膜をマスクにして前記上面をエッチングするエッチング工程と、を含み、前記単粒子膜形成工程では、３つ以上の粒子に囲まれる隙間から露出する第１の露出部と、２つの粒子の間の隙間から露出する第２の露出部とを前記上面に区画し、前記エッチング工程では、前記上面でのエッチング量が、前記第２の露出部よりも第１の露出部で大きく、前記第１の露出部と前記第２の露出部との間に段差を形成する。

【0015】

上記半導体発光素子用基板の製造方法にて、前記単粒子膜は、処理済単粒子膜であり、前記単粒子膜形成工程では、前記上面に未処理単粒子膜を形成した後に、前記上面に対して前記未処理単粒子膜を選択的にエッチングし、前記未処理単粒子膜を構成する複数の粒子の各々を縮小することによって前記処理済単粒子膜を形成することが好ましい。

【0016】

上記半導体発光素子用基板の製造方法にて、前記エッチング工程は、複数の前記第２の露出部の各々に対し、前記第２の露出部に対応する前記間隔が大きいほど前記段差を大きくすることが好ましい。
上記半導体発光素子用基板の製造方法にて、前記単粒子膜形成工程では、前記未処理単粒子膜をＬＢ法によって形成することが好ましい。

【0017】

上記課題を解決するための半導体発光素子の製造方法は、上記半導体発光素子用基板の製造方法によって半導体発光素子用基板を形成する工程と、前記半導体発光素子用基板にて前記段差が形成された上面に、半導体層を含む発光構造体を形成する工程とを含む。

【発明の効果】

【0018】

本開示の技術における半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法によれば、発光構造体が生成する光の取り出される効率が高められる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示の技術における一実施の形態の半導体発光素子用基板にて半導体発光素子用基板の斜視構造の一部を拡大して示す部分斜視図である。

【図2】一実施の形態における半導体発光素子用基板の平面構造の一部を拡大して示す部分平面図である。

【図3】一実施の形態における半導体発光素子用基板の断面構造の一部を示す部分断面図であり、図２における３−３線から見た部分断面図である。

【図4】一実施の形態における半導体発光素子用基板の断面構造の一部を示す部分断面図であり、図２における４−４線から見た部分断面図である。

【図5】一実施の形態の半導体発光素子用基板の製造方法における単粒子膜の形成工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行される前の単粒子膜の状態を模式的に示す模式図である。

【図6】一実施の形態の半導体発光素子用基板の製造方法における単粒子膜の形成工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行される途中の半導体発光素子用基板の状態を模式的に示す模式図である。

【図7】一実施の形態の半導体発光素子用基板の製造方法における単粒子膜の形成工程にて形成される単粒子膜の平面構造の一部を示す部分平面図である。

【図8】一実施の形態の半導体発光素子用基板の製造方法における単粒子膜のエッチング工程にてエッチングされた単粒子膜の平面構造の一部を示す部分平面図である。

【図9】一実施の形態の半導体発光素子用基板の製造方法における発光構造体形成面のエッチング工程にてエッチングされた発光構造体形成面の平面構造の一部を示す部分平面図である。

【図10】一実施の形態における半導体発光素子の断面構造の一部を模式的に示す部分断面図である。

【図11】本開示の技術における変形例の半導体発光素子用基板にて半導体発光素子用基板の断面構造の一部を拡大して示す部分断面図であり、左側が一実施の形態にて説明される図３に対応する図であり、右側が一実施の形態にて説明される図４に対応する図である。

【図12】本開示の技術における変形例の半導体発光素子用基板にて半導体発光素子用基板の断面構造の一部を拡大して示す部分断面図であり、左側が一実施の形態にて説明される図３に対応する図であり、右側が一実施の形態にて説明される図４に対応する図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１から図１０を参照して、本開示における半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施の形態を説明する。

【0021】

［半導体発光素子用基板］
図１に示されるように、半導体発光素子用基板（以下、素子用基板１１Ｂと示す）は、１つの側面である発光構造体形成面１１Ｓを有している。半導体発光素子の製造工程にて、発光構造体形成面１１Ｓには、発光構造体が形成される。

【0022】

素子用基板１１Ｂを形成する材料は、半導体発光素子の製造工程にて、熱的、機械的、化学的、および、光学的な耐性を有している。素子用基板１１Ｂを形成する材料は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＺｒＢ_２、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｎ、ＡｌＮ、ＣｒＢ_２からなる群から選択される１種類である。なかでも、素子用基板１１Ｂを形成する材料は、機械的、熱的、化学的、および、光学的な耐性が相対的に高い点から、また、光透過性を有する点から、サファイアであることが好ましい。発光構造体形成面１１Ｓは、発光構造体に結晶性を与えることに適した結晶性を自身に有している。

【0023】

発光構造体形成面１１Ｓは、多数の微細な凹凸から構成される凹凸構造を有している。微細な凹凸は、発光構造体形成面１１Ｓの広がる方向に沿って繰り返されている。発光構造体形成面１１Ｓが有する凹凸構造は、多数の突部１２、多数のブリッジ部１３、および、多数の平坦部１４から構成されている。

【0024】

多数の平坦部１４の各々は、１つの結晶面に沿って広がる平面であり、１つの平面上に配置されている。素子用基板１１Ｂの結晶系が六方晶系であるとき、平坦部１４は、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、ｒ面からなる群から選択される１つが連続する平面である。素子用基板１１Ｂの結晶系が立方晶系であるとき、平坦部１４は、例えば、（００１）面、（１１１面）、（１１０）面からなる群から選択される１つが連なる平面である。なお、平坦部１４が有する結晶面は、上記指数面よりも高指数面であってもよく、発光構造体に結晶性を与えることに適した１つの結晶面であればよい。複数の平坦部１４の各々が有する結晶面は、発光構造体形成面１１Ｓの上で、半導体層が結晶性を有することを促す。

【0025】

［突起１２］
多数の突部１２の各々は、その突部１２に接続する平坦部１４から突き出て、かつ、平坦部１４に接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有している。複数の突部１２の各々は、半球形状を有している。

【0026】

なお、突部１２の有する形状は、半球形状に限らず、円錐形状であってもよいし、角錐形状であってもよい。また、突部１２の頂点を通り、かつ、発光構造体形成面１１Ｓと垂直な平面によって突部１２が切断された際に、その断面に現れる母線は、曲線であってもよい。突部１２の有する形状は、基端から先端に向かって細くなる多段形状であってもよし、さらには、先端から基端に向かう途中で一旦太くなる形状であってもよい。多数の突部１２の各々の有する形状は、互いに異なっていてもよい。

【0027】

互いに隣り合う突部１２の間の間隔は、突部１２のピッチである。ピッチの最頻値は、１００ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。突部１２のピッチが１００ｎｍ以上５μｍ以下であれば、発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射が抑えられる程度に、発光構造体形成面１１Ｓには、それに必要な配置および密度で突部１２が形成される。この際、突部１２と平坦部１４のバランスは適宜設計される。また、突部１２のピッチの最頻値が５μｍ以下であれば、多数の突部１２が視認されることが十分に抑えられ、また、素子用基板１１Ｂの厚さが不要に大きくなることが抑えられる。

【0028】

こうしたピッチの最頻値は、例えば、以下に示されるように、原子間力顕微鏡イメージに基づく画像処理によって求められる。まず、発光構造体形成面１１Ｓにて任意に選択された矩形領域に対して、原子間力顕微鏡イメージが得られる。この際に、原子間力顕微鏡イメージの得られる矩形領域にて、矩形領域の一辺の長さは、ピッチの最頻値の３０倍〜４０倍である。次に、フーリエ変換を用いた原子間力顕微鏡イメージの波形分離によって、原子間力顕微鏡イメージに基づく高速フーリエ変換像が得られる。次いで、高速フーリエ変換像における０次ピークと１次ピークとの間の距離が求められ、その距離の逆数が、１つの矩形領域における突部１２のピッチとして取り扱われる。そして、互いに異なる２５カ所以上の矩形領域についてピッチが計測され、こうして得られた計測値の平均値が、突部１２のピッチの最頻値である。なお、矩形領域同士は、少なくとも１ｍｍ離れていることが好ましく、５ｍｍ〜１ｃｍ離れていることが、より好ましい。

【0029】

多数の突部１２の各々における平坦部１４からの高さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。複数の突部１２の高さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であれば、発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射が抑えられやすい。突部１２の高さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であれば、発光構造体形成面１１Ｓに形成される半導体層では、突部１２の形成に起因する成膜欠陥の発生が抑えられる。

【0030】

こうした突部１２の高さの最頻値は、例えば、以下に示されるように、原子間力顕微鏡イメージに基づく画像処理によって求められる。まず、発光構造体形成面１１Ｓにて任意に選択される矩形領域に対して、原子間力顕微鏡イメージが得られ、その原子間力顕微鏡イメージから、凹凸構造の断面形状が得られる。次に、断面形状にて連続する５個以上の突部１２に対して、突部１２における頂点の高さと、その突部１２に接続する平坦部１４の高さとの差が計測される。次いで、互いに異なる５カ所以上の矩形領域についても同様に突部１２の高さが計測され、合計で２５以上の突部１２の高さが計測される。なお、矩形領域同士は、少なくとも１ｍｍ離れていることが好ましく、５ｍｍ〜１ｃｍ離れていることが、より好ましい。そして、二次元のフーリエ変換像を用いた赤道方向プロファイルが作成され、その一次ピークの逆数から、突部１２における高さの最頻値は求められる。

【0031】

［ブリッジ部１３］
多数のブリッジ部１３の各々は、ブリッジ部１３に接続する平坦部１４から突き出て、かつ、互いに隣り合う突部１２の間を連結している。多数のブリッジ部１３の各々の高さは、突部１２の高さよりも低く、かつ、半球形状を有する突部１２の中心同士を結ぶ突条形状を有している。なお、ブリッジ部１３の有する形状は、直線形状に限らず、曲線形状であってもよいし、折線形状であってもよい。多数のブリッジ部１３の各々の有する形状は、互いに異なっていてもよい。

【0032】

ブリッジ部１３の長手方向に沿った長さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。ブリッジ部１３の長手方向に沿った長さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であれば、発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射が抑えられやすい。ブリッジ部１３の短手方向に沿った長さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。ブリッジ部１３の短手方向に沿った長さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射が抑えられやすい。また、発光構造体が有する膜ストレスに対して十分に耐えられる程度に、ブリッジ部１３の機械的な強度が確保される。

【0033】

図２に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、複数の突部１２は、複数の突部対ＴＰを有している。１つの突部対ＴＰは、互いに隣り合う２つの突部１２から構成され、１つの突部対ＴＰに含まれる２つの突部１２は、１つのブリッジ部１３によって連結されている。発光構造体形成面１１Ｓにて、１つの平坦部１４は、３つの突部対ＴＰによって囲まれている。

【0034】

複数の突部１２は、複数の突部群ＴＧを有している。１つの突部群ＴＧは、６つの突部対ＴＰから構成されている。１つの突部群ＴＧでは、６つの突部対ＴＰにおける一方の突部１２が、互いに共通している。１つの突部群ＴＧを構成する７つの突部１２は、六方充填構造を有している。突部群ＴＧでは、６つの突部１２が、六角形の有する６つの頂点に配置され、かつ、６つの突部１２によって囲まれる部分に、１つの突部１２が配置されている。すなわち、複数の突部群ＴＧの各々では、中心となる１つの突部１２の周囲に、６つの突部１２が等配されている。そして、中心となる１つの突部１２から他の突部１２に向かって、６本のブリッジ部１３が、放射状に延びている。１つの突部群ＴＧにおいて、６本のブリッジ部１３の各々の高さは、ブリッジ部１３によって連結されている突部１２の間の間隔が大きいほど、低いことが好ましい。

【0035】

発光構造体形成面１１Ｓが、複数の突部群ＴＧを有する構成であれば、突部１２による全反射の抑制効果が高められる。また、発光構造体形成面１１Ｓに形成される発光構造体の膜ストレスが、１つの突部１２に集中することも抑えられる。そして、突部１２に必要とされる機械的な強度も抑えられる。

【0036】

複数の突部１２は、複数の突部団ＴＬを有している。複数の突部団ＴＬの各々は、２以上の突部群ＴＧから構成されている。複数の突部団ＴＬの各々では、互いに異なる２つの突部群ＴＧが、２つ以上の突部１２を互いに共有している。複数の突部団ＴＬの各々では、突部群ＴＧの並ぶ方向、１つの突部団ＴＬの占める面積、１つの突部団ＴＬの形状のいずれか１つ、好ましくはいずれか２つ、更に好ましくは全てが互いに異なっている。すなわち、発光構造体形成面１１Ｓでは、複数の突部団ＴＬの各々が、その大きさ、および、形状を含めてランダムに配置されている。１つの突部団ＴＬにおいて、複数のブリッジ部１３の各々の高さは、ブリッジ部１３によって連結されている突部１２の間の間隔が大きいほど、低いことが好ましい。

【0037】

発光構造体形成面１１Ｓが、複数の突部団ＴＬを有する構成であれば、発光構造体形成面１１Ｓに入る光の屈折が、発光構造体形成面１１Ｓ内にて平均化される程度に、微細な凹凸構造は、適度なランダム性を有している。そのため、全反射の抑制効果が、発光構造体形成面１１Ｓにて平均化される。これに加えて、１つの突部対ＴＰごとに、１つのブリッジ部１３が形成されているため、全反射の抑制効果は、さらに高められる。また、こうした多数のブリッジ部１３が形成される一方で、１つの平坦部１４は、３つのブリッジ部１３によって囲まれている。それゆえに、ブリッジ部１３が１カ所に偏ることが抑えられ、平坦部１４が１カ所で極端に少なくなることも抑えられる。結果として、発光構造体の結晶性が１カ所で極端に劣ることが抑えられ、かつ、発光構造体形成面１１Ｓでの全反射が抑えられる。

【0038】

なお、発光構造体形成面１１Ｓは、複数の突部団ＴＬの他に、孤立した突部群ＴＧを有してもよいし、孤立した突部１２を有してもよい。また、複数の突部団ＴＬの各々は、互いに同じ大きさを有していてもよいし、互いに同じ形状を有していてもよい。また、複数の突部団ＴＬの各々は、突部群ＴＧの並ぶ方向を互いに等しくしてもよく、互いに離れている構成であればよい。

【0039】

図３に示されるように、平坦部１４に対する突部１２の頂点の高さは、突部高さＨＴである。また、平坦部１４に対するブリッジ部１３の頂面１３Ｔの高さは、ブリッジ高さＨＢである。ブリッジ高さＨＢは、突部高さＨＴよりも低く、突部高さＨＴの半分よりも低いことが好ましい。ブリッジ高さＨＢは、ブリッジ部１３の延びる方向に沿って、ブリッジ部１３の略全体にわたり一定であることが好ましい。

【0040】

図４に示されるように、ブリッジ高さＨＢは、ブリッジ部１３の延びる方向と交差する方向に沿って一定でもある。こうしたブリッジ高さＨＢを有する頂面１３Ｔは、ブリッジ部１３の延びる方向に沿って延び、かつ、ブリッジ部１３の延びる方向と交差する方向に沿っても連続している。ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、平坦部１４と同じく、１つの結晶面に沿って延びる平面である。

【0041】

素子用基板１１Ｂの結晶系が六方晶系であるとき、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、平坦部１４と同じく、例えば、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面、Ｒ面からなる群から選択される１つが連続する平面である。素子用基板１１Ｂの結晶系が立方晶系であるとき、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、これもまた、平坦部１４と同じく、例えば、００１面、１１１面、１１０面からなる群から選択される１つが連なる平面である。

【0042】

ブリッジ部１３の頂面１３Ｔが、上述の結晶面を有する構成であれば、平坦部１４に加えて、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔにおいても、半導体層が結晶性を有することが促される。それゆえに、平坦部１４の一部が、ブリッジ部１３として利用される構成であっても、これに起因して半導体層の結晶性が低下することが抑えられる。

【0043】

［素子用基板１１Ｂの製造方法］
半導体発光素子用基板の製造方法は、単粒子膜形成工程とエッチング工程とを含む。単粒子膜形成工程では、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られる単粒子膜が形成される。また、単粒子膜形成工程では、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られた単粒子膜を未処理単粒子膜とし、未処理単粒子膜にエッチングを施して処理済単粒子膜を形成する。エッチング工程では、単粒子膜をマスクとして発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされる。以下、半導体発光素子用基板の製造方法に含まれる各工程を、処理の順に説明する。

【0044】

［単粒子膜ＰＦの形成工程］
単粒子膜を構成する粒子Ｐは、有機粒子、有機無機複合粒子、無機粒子からなる群から選択される１種類以上の粒子である。有機粒子を形成する材料は、例えば、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類からなる群から選択される１種類である。有機無機複合粒子を形成する材料は、例えば、ＳｉＣ、炭化硼素からなる群から選択される１種類である。

【0045】

粒子Ｐは、無機粒子であることが好ましい。粒子Ｐが無機粒子であれば、粒子Ｐからなる単粒子膜が選択的にエッチングされる工程にて、単粒子膜と発光構造体形成面１１Ｓとの間におけるエッチングの選択比が得られやすい。無機粒子を形成する材料は、例えば、無機酸化物、無機窒化物、無機硼化物、無機硫化物、無機セレン化物、金属化合物、金属からなる群から選択される１種類である。

【0046】

無機酸化物は、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、酸化亜鉛、酸化スズ、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）からなる群から選択される１種類である。無機窒化物は、例えば、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素からなる群から選択される１種類である。無機硼化物は、例えば、ＺｒＢ_２、ＣｒＢ_２からなる群から選択される１種類である。無機硫化物は、例えば、硫化亜鉛、硫化カルシウム、硫化カドミウム、硫化ストロンチウムからなる群から選択される１種類である。無機セレン化物は、例えば、セレン化亜鉛、セレン化カドミウムからなる群から選択される１種類である。金属粒子は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、および、Ｚｎからなる群から選択される１種類の粒子である。

【0047】

なお、粒子Ｐを形成する材料は、構成元素の一部が、それとは異なる他元素によって置換されてもよい。例えば、粒子Ｐを形成する材料は、シリコンとアルミニウムと酸素と窒素からなるサイアロンであってもよい。また、粒子Ｐは、互いに異なる材料からなる２種類以上の粒子の混合物であってもよい。また、粒子Ｐは、互いに異なる材料からなる積層体であってもよく、例えば、無機窒化物からなる無機粒子が、無機酸化物によって被覆された粒子であってもよい。また、粒子Ｐは、無機粒子の中にセリウムやユーロピウムなどの付活剤が導入された蛍光体粒子であってもよい。なお、上述した材料のなかでも、粒子Ｐの形状が安定している点で、粒子Ｐを形成する材料は、無機酸化物であることが好ましく、そのなかでもシリカがより好ましい。
単粒子膜形成工程には、下記３つの方法のいずれか１つが用いられる。
・ラングミュア−ブロジェット法（ＬＢ法）
・粒子吸着法
・バインダー層固定法

【0048】

ＬＢ法では、水よりも比重が低い溶剤のなかに粒子が分散した分散液が用いられ、まず、水の液面に分散液が滴下される。次いで、分散液から溶剤が揮発することによって、粒子からなる単粒子膜が水面に形成される。そして、水面に形成された単粒子膜が、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られることによって、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜が形成される。

【0049】

粒子吸着法では、まず、コロイド粒子の懸濁液のなかに素子用基板１１Ｂが浸漬される。次いで、発光構造体形成面１１Ｓと静電気的に結合した第１層目の粒子層のみが残されるように、第２層目以上の粒子が除去される。これによって、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜が形成される。

【0050】

バインダー層固定法では、まず、発光構造体形成面１１Ｓにバインダー層が形成されて、バインダー層上に粒子の分散液が塗布される。次いで、バインダー層が加熱によって軟化して、第１層目の粒子層のみが、バインダー層のなかに埋め込まれ、２層目以上の粒子が洗い落とされる。これによって、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜が形成される。

【0051】

単粒子膜形成工程に用いられる成膜方法は、下記式（１）に示される充填度合いＤ（％）を１５％以下とする方法がよい。なかでも、単層化の精度、膜形成に要する操作の簡便性、単粒子膜の面積の拡張性、単粒子膜が有する特性の再現性などの点から、ＬＢ法が好ましい。
充填度合いＤ［％］＝｜Ｂ−Ａ｜×１００／Ａ・・・（１）
式（１）において、Ａは粒子の平均粒径であり、Ｂは互いに隣り合う粒子間のピッチにおける最頻値であり、｜Ｂ−Ａ｜はＡとＢとの差の絶対値である。

【0052】

充填度合いＤは、単粒子膜において、粒子が最密充填されている度合いを示す指標である。充填度合いＤが小さいほど、粒子が最密充填されている度合いは高く、粒子の間隔が調整された状態であって、単粒子膜における粒子の配列の精度が高い。単粒子膜における粒子の密度を高める点から、充填度合いＤは、１０％以下であることが好ましく、１．０％以上３．０％以下であることがより好ましい。

【0053】

粒子の平均粒径Ａは、単粒子膜を構成する粒子の平均一次粒径である。粒子の平均一次粒径は、粒度分布のピークから求められる。粒度分布は、粒子動的光散乱法によって求められる粒度分布の近似から得られる。なお、充填度合いＤを１５％以下とするために、粒子における粒径の変動係数（標準偏差を平均値で除した値）は、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましい。

【0054】

粒子間のピッチにおける最頻値は、互いに隣り合う２つの粒子同士の頂点と頂点との間の距離の最頻値である。なお、粒子が球形であって、粒子間が隙間なく互いに接しているとき、互いに隣り合う粒子同士の頂点と頂点との間の距離は、互いに隣り合う粒子同士の中心と中心との間の距離である。なお、粒子間のピッチにおける最頻値は、突部１２のピッチと同様に、単粒子膜の原子間力顕微鏡イメージに基づいて得られる。
次に、単粒子膜を形成する方法の一例としてＬＢ法を用いる方法について説明する。

【0055】

まず、水が溜められた水槽と分散液とが準備される。分散液には、水よりも比重の低い溶剤のなかに粒子Ｐが分散されている。粒子Ｐの表面は、疎水性を有することが好ましく、分散媒における溶剤も、疎水性を有することが好ましい。粒子Ｐ、および、溶剤が疎水性を有する構成であれば、粒子Ｐの自己組織化が水面で進行して、２次元的に最密充填した単粒子膜が形成されやすくなる。分散媒における溶剤は、高い揮発性を有することが好ましい。揮発性が高く、かつ、疎水性である溶剤には、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルからなる群から選択される１種以上の揮発性有機溶剤が用いられる。

【0056】

粒子Ｐが無機粒子であるとき、粒子Ｐの表面は、通常、親水性である。そのため、粒子Ｐが無機粒子であるとき、粒子Ｐの表面は、疎水化剤によって疎水化されることが好ましい。粒子Ｐの疎水化に用いられる疎水化剤としては、例えば、界面活性剤や金属アルコキシシランなどが用いられる。

【0057】

分散液は、メンブランフィルターなどによって精密ろ過されて、分散液のなかに含まれる凝集粒子、すなわち、複数の１次粒子の集合である２次粒子が除去されていることが好ましい。精密ろ過されている分散液であれば、粒子が２層以上重なる箇所や、粒子が存在しない箇所が、単粒子膜にて生成されがたくなり、精度の高い単粒子膜が得られやすくなる。

【0058】

図５に示されるように、水面Ｌに分散液が滴下されて、分散液のなかの溶剤が揮発すると、粒子Ｐが水面Ｌに沿って単層で展開する。この際に、水面に分散した粒子Ｐが集結するとき、互いに隣り合う粒子Ｐの間には、その間に介在する溶剤に起因して、表面張力が作用する。その結果、互いに隣り合う粒子Ｐ同士は、ランダムに存在するのではなく、２次元的な自己組織化によって最密充填構造を形成する。これによって、２次元的に最密充填した単粒子膜ＰＦが形成される。

【0059】

なお、分散液における粒子Ｐの濃度は、１質量％以上４０質量％以下であることが好ましく、分散液の滴下される速度は、０．００１ｍｌ／秒以上１０ｍｌ／秒以下であることが好ましい。分散液における粒子Ｐの濃度および分散液の滴下される速度が上記範囲内であれば、粒子Ｐがクラスター状に凝集して２層以上に重なることが抑えられる。また、粒子Ｐが存在しない欠陥箇所が生じることが抑えられ、２次元に最密充填した単粒子膜が得られやすい。

【0060】

また、単粒子膜形成工程は、水面Ｌに超音波が照射される条件で実施されることが好ましい。水面Ｌに超音波が照射されながら分散液の溶剤が揮発すると、粒子Ｐの最密充填が進む。また、水面Ｌに超音波が照射されながら分散液の溶剤が揮発すると、粒子Ｐの軟凝集体が破壊されて、一度生成された点欠陥、線欠陥、または、結晶転移などが修復されもする。

【0061】

図６に示されるように、水面Ｌに形成された単粒子膜ＰＦは、単層状態を保ちながら素子用基板１１Ｂに移し取られる。単粒子膜ＰＦを素子用基板１１Ｂに移し取る方法は、例えば、疎水性を有する発光構造体形成面１１Ｓと単粒子膜ＰＦの主面とが略平行に保たれ、単粒子膜ＰＦの上方から、発光構造体形成面１１Ｓが単粒子膜ＰＦと接触する。そして、疎水性を有する単粒子膜ＰＦと、同じく疎水性を有する発光構造体形成面１１Ｓとの親和力によって、単粒子膜ＰＦが素子用基板１１Ｂに移し取られる。あるいは、単粒子膜ＰＦが形成される前に、あらかじめ水中に配置された発光構造体形成面１１Ｓと、水面Ｌとが略平行に配置され、単粒子膜ＰＦが水面Ｌに形成された後に、水面Ｌが徐々に下げられて、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＰＦが移し取られる。

【0062】

これらの方法であれば、特別な装置が使用されずに、単粒子膜ＰＦが発光構造体形成面１１Ｓに移し取られる。一方で、大面積の単粒子膜ＰＦがその最密充填状態を保ちながら発光構造体形成面１１Ｓに移し取られる点では、以下に示されるＬＢトラフ法が好ましい。

【0063】

図７に示されるように、ＬＢトラフ法では、まず、素子用基板１１Ｂが立てられた状態で、あらかじめ水面Ｌの下に素子用基板１１Ｂが浸漬されて、水面Ｌに単粒子膜ＰＦが形成される。そして、素子用基板１１Ｂが立てられた状態で、素子用基板１１Ｂが徐々に上方に引き上げることによって、単粒子膜ＰＦが素子用基板１１Ｂに移し取られる。この際に、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られた単粒子膜ＰＦは、その全体で完全な最密充填構造を有することは少ない。そのため、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られた単粒子膜ＰＦは、互いに区画された複数の膜要素から構成されて、複数の膜要素の各々で、粒子Ｐの六方充填構造が連続することになる。

【0064】

なお、図７では、素子用基板１１Ｂの両面に単粒子膜ＰＦが移し取られる状態が示されているが、少なくとも発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＰＦは移し取られればよい。また、単粒子膜ＰＦは、水面Ｌにて単層に形成されているため、素子用基板１１Ｂの引き上げ速度などが多少変動しても、単粒子膜ＰＦが崩壊して多層化するおそれはない。

【0065】

発光構造体形成面１１Ｓに移し取られた単粒子膜ＰＦに対しては、単粒子膜ＰＦを発光構造体形成面１１Ｓに固定する固定処理が行われてもよい。単粒子膜ＰＦを発光構造体形成面１１Ｓに固定する方法には、バインダーによって粒子Ｐと発光構造体形成面１１Ｓとが接合される方法や、粒子Ｐが発光構造体形成面１１Ｓと融着する焼結法が用いられる。

【0066】

バインダーを用いる固定方法では、単粒子膜ＰＦが移し取られた発光構造体形成面１１Ｓにバインダー溶液が供給されて、単粒子膜ＰＦを構成する粒子Ｐと発光構造体形成面１１Ｓとの間にバインダー溶液が浸透する。この際に、バインダーの使用量は、単粒子膜ＰＦの質量に対して０．００１倍以上０．０２倍以下であることが好ましい。このような使用量の範囲であれば、バインダーが多すぎて、互いに隣り合う粒子Ｐの間にバインダーが詰まってしまうことが抑えられ、かつ、粒子Ｐを発光構造体形成面１１Ｓに固定することができる。バインダーには、金属アルコキシシランや一般の有機バインダー、無機バインダーなどが用いられる。

【0067】

焼結法では、単粒子膜ＰＦを移し取った素子用基板１１Ｂが加熱されて、単粒子膜ＰＦを構成する粒子Ｐが、発光構造体形成面１１Ｓに融着する。この際に、素子用基板１１Ｂの加熱温度は、粒子Ｐを形成する材料と、素子用基板１１Ｂを形成する材料とに応じて、適宜決定される。なお、素子用基板１１Ｂが空気中で加熱されるとき、素子用基板１１Ｂや粒子Ｐが酸化する可能性がある。そのため、焼結法が用いられるときには、不活性ガスの雰囲気で素子用基板１１Ｂを加熱することが好ましい。

【0068】

［単粒子膜ＰＦのエッチング工程］
図７に示されるように、単層の粒子Ｐから構成される単粒子膜ＰＦは、発光構造体形成面１１Ｓに形成される。単粒子膜ＰＦは、半径Ｒ１を有する粒子Ｐの六方充填構造を有している。１つの六方充填構造は、７つの粒子Ｐから構成されている。六方充填構造では、６つの粒子Ｐが、六角形の有する６つの頂点に配置され、かつ、６つの粒子Ｐによって囲まれる部分に、１つの粒子Ｐが充填されている。すなわち、１つの六方充填構造では、中心となる１つの粒子Ｐの周囲に、６つの粒子Ｐが等配されている。

【0069】

立方充填構造は、三角形の有する３つの頂点に配置された３つの粒子Ｐを含んでいる。３つの粒子Ｐによって囲まれる空間は、単粒子膜ＰＦにて最小の隙間である。発光構造体形成面１１Ｓは、こうした最小の隙間を通して、外部に露出する第１の露出部Ｓ１を区画している。

【0070】

図８に示されるように、単粒子膜エッチング工程では、素子用基板１１Ｂが実質的にエッチングされないエッチング条件で、単粒子膜ＰＦを構成する粒子Ｐがエッチングされる。この際に、単粒子膜ＰＦを構成する粒子Ｐの粒径は、選択的なエッチングによって半径Ｒ２に縮小し、互いに隣り合う粒子Ｐの間には、新たな間隙が形成される。発光構造体形成面１１Ｓは、こうした新たな隙間を通して、外部に露出する第２の露出部Ｓ２を新たに区画している。なお、発光構造体形成面１１Ｓは、実質的にエッチングされず、粒子Ｐの縮径前と同じ状態を保つ。

【0071】

発光構造体形成面１１Ｓが実質的にエッチングされないエッチング条件では、粒子Ｐのエッチング速度に対する発光構造体形成面１１Ｓのエッチング速度の割合が、２５％以下であることが好ましい。粒子Ｐのエッチング速度に対する発光構造体形成面１１Ｓのエッチング速度の割合は、１５％以下であることがより好ましく、特に１０％以下であることが好ましい。なお、このようなエッチング条件は、反応性エッチングに用いられるエッチングガスを適切に選択すればよい。例えば、素子用基板１１Ｂがサファイアであり、粒子Ｐがシリカである場合には、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２、ＮＦ_３からなる群から選択される１種類以上のガスをエッチングガスとして用いればよい。

【0072】

［発光構造体形成面１１Ｓのエッチング工程］
図９に示されるように、エッチング工程では、縮径された粒子Ｐをマスクとして突部１２の発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされる。この際に、発光構造体形成面１１Ｓにて、第１の露出部Ｓ１は、互いに隣り合う３つの粒子Ｐに囲まれた隙間を通じて、エッチャントに曝される。発光構造体形成面１１Ｓにて、第２の露出部Ｓ２は、互いに隣り合う２つの粒子Ｐの間の隙間を通じて、エッチャントに曝される。そして、単粒子膜を構成する粒子Ｐもまた、エッチャントに曝される。

【0073】

ここで、第１の露出部Ｓ１は、第２の露出部Ｓ２よりも大きい領域であるため、第１の露出部Ｓ１のエッチング速度は、第２の露出部Ｓ２のエッチング速度よりも大きい。それゆえに、発光構造体形成面１１Ｓでは、第１の露出部Ｓ１のエッチングが、第２の露出部Ｓ２のエッチングよりも進行する。また、発光構造体形成面１１Ｓでは、第２の露出部Ｓ２のエッチングが、粒子Ｐに覆われた部分のエッチングよりも進行する。そして、複数の第１の露出部Ｓ１のなかでは、第１の露出部Ｓ１の大きさが大きいほど、第１の露出部Ｓ１でのエッチング速度は大きくなる。また、複数の第２の露出部Ｓ２のなかでは、第２の露出部Ｓ２の大きさが大きいほど、第２の露出部Ｓ２でのエッチング速度は大きくなる。

【0074】

結果として、発光構造体形成面１１Ｓには、深く窪んだ部分として、第１の露出部Ｓ１に平坦部１４が形成される。また、平坦部１４よりも浅く窪んだ部分として、第２の露出部Ｓ２にブリッジ部１３が形成される。そして、平坦部１４、および、ブリッジ部１３以外の部分として、半球形状を有する突部１２が形成される。複数のブリッジ部１３のなかでは、ブリッジ部１３によって連結される突部１２の間の間隔が大きいほど、ブリッジ部１３の高さが低くなる。

【0075】

なお、上述した単粒子膜ＰＦのエッチング工程にて、第２の露出部Ｓ２の大きさが変わると、それに続く発光構造体形成面１１Ｓのエッチング工程では、最終的に形成されるブリッジ部１３の高さが変わる。こうしたブリッジ部１３の高さの変更方法には、単粒子膜ＰＦのエッチング工程以外にも、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングで使用されるエッチングガスの変更が挙げられる。

【0076】

例えば、単粒子膜ＰＦのエッチング速度を下げ、かつ、素子用基板１１Ｂのエッチング速度を上げるガスが、発光構造体形成面１１Ｓのエッチング工程に用いられる。このとき、粒子Ｐのエッチング速度は、発光構造体形成面１１Ｓに対してさらに遅くなり、第２の露出部Ｓ２の広がる速度も、さらに遅くなる。結局は、第１の露出部Ｓ１におけるエッチングの進行度合いと、第２の露出部Ｓ２におけるエッチングの進行度合いとの間に大きな差が生じ、結果として、ブリッジ部１３の高さは高くなる。

【0077】

これに対して、単粒子膜ＰＦのエッチング速度を上げ、かつ、素子用基板１１Ｂのエッチング速度を下げるガスが、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングガスに用いられる。このとき、粒子Ｐのエッチング速度は、発光構造体形成面１１Ｓに対して近くなり、第２の露出部Ｓ２の広がる速度は、さらに速くなる。結局は、第１の露出部Ｓ１におけるエッチングの進行度合いと、第２の露出部Ｓ２におけるエッチングの進行度合いとの間の差は小さくなり、結果として、ブリッジ部１３の高さは低くなる。なお、この際に用いるガスは１種類のガスから構成されてもよいし、２種類以上のガスから構成されてもよい。

【0078】

さらに、上述した単粒子膜ＰＦのエッチング工程にて、ブリッジ部１３の高さの変更と、上述したエッチングガスの変更によるブリッジ部１３の高さの変更とが組み合わされてもよい。

【0079】

突部１２のピッチは、互いに隣り合う粒子Ｐの間の間隔と同等であり、突部１２の配置もまた、粒子Ｐの配置と同様である。また、ブリッジ部１３の配置は、互いに隣り合う粒子Ｐ同士の中心を結ぶ線上であり、ブリッジ部１３の形状は、互いに隣り合う粒子Ｐ同士の中心を結ぶ線状である。そして、発光構造体形成面１１Ｓのうち、単粒子膜の膜要素が積み重ねられた部分には、突部団ＴＬが形成され、粒子Ｐの六方充填構造が積み重ねられた部分には、突部群ＴＧが形成される。

【0080】

エッチング工程では、発光構造体形成面１１Ｓのエッチング速度が、粒子Ｐのエッチング速度よりも高いことが好ましい。粒子Ｐのエッチング速度に対する発光構造体形成面１１Ｓのエッチング速度の割合は、２００％以上であることが好ましく、３００％以下であることがより好ましい。なお、このようなエッチング条件は、反応性エッチングに用いられるエッチングガスを適切に選択すればよい。例えば、素子用基板１１Ｂがサファイアであり、粒子Ｐがシリカである場合、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＨＢｒ、ＨＩ、ＨＣｌからなる群から選択される１種類以上のガスをエッチングガスとして用いればよい。

【0081】

［半導体発光素子］
図１０に示されるように、半導体発光素子は、素子用基板１１Ｂを基材として有している。半導体発光素子は、素子用基板１１Ｂの発光構造体形成面１１Ｓに、発光構造体形成面１１Ｓの凹凸構造を覆う発光構造体２１を有している。発光構造体２１は、複数の半導体層から構成される積層体を有し、電流の供給によってキャリアを再結合させて発光する。複数の半導体層の各々は、発光構造体形成面１１Ｓから順に積み重ねられる。

【0082】

複数の半導体層の各々を形成する材料は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の化合物半導体であることが好ましい。なかでも、複数の半導体層の各々を形成する材料は、Ｖ族元素が窒素であるIII-Ｖ族半導体であることが好ましい。

【0083】

複数の半導体層の有する機能は、ｎ型の導電性と、ｐ型の導電性と、キャリアを再結合させる活性とを含むことが好ましい。複数の半導体層における積層構造は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層が挟まれたダブルヘテロ構造であってもよいし、複数の量子井戸構造が重ねられた多重量子井戸構造であってもよい。

【0084】

複数の半導体層は、バッファ層を含んでもよい。バッファ層は、発光構造体形成面１１Ｓに積層されて、発光構造体形成面１１Ｓの結晶性をバッファ層以外の半導体層に反映させる。

【0085】

半導体発光素子は、波長変換層を含んでもよい。波長変換層は、発光素子の上面のうち光の取り出される上面に積層されて、活性層にて生成された光の波長を調整する。例えば、活性層にて生成された光が、紫外線領域の光を多く含むとき、波長変換層は、紫外線領域の光を、照明用に適した白色の光に変換する。こうした波長変換層は、ピーク波長４１０〜４８３ｎｍの蛍光を発する青色蛍光体、ピーク波長４９０〜５５６ｎｍの蛍光を発する緑色蛍光体、および、ピーク波長５８５〜７７０ｎｍの蛍光を発する赤色蛍光体を含む。また、活性層にて生成された光が、青色領域の光を多く含むとき、波長変換層は、紫外線領域の光を、照明用に適した白色の光に変換する。こうした波長変換層は、ピーク波長５７０〜５７８ｎｍの蛍光を発する黄色蛍光体を含む。

【0086】

［半導体発光素子の製造方法］
半導体発光素子の製造方法は、上述の半導体発光素子用基板の製造方法によって素子用基板１１Ｂを製造する工程と、素子用基板１１Ｂの発光構造体形成面１１Ｓに発光構造体２１を形成する工程とを含んでいる。

【0087】

発光構造体２１における化合物半導体層を形成する方法は、エピタキシャル成長法や反応性スパッタ法などである。エピタキシャル成長法は、気相エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長法、分子線エピタキシャル成長法などである。反応性スパッタ法は、化合物半導体層の構成元素からなるターゲットをスパッタし、ターゲットからスパッタされた粒子と気相中の不純物元素との反応によって半導体層の形成材料を生成する。ｎ型半導体層を形成する方法は、ｎ型不純物の添加されるエピタキシャル成長法や反応性スパッタ法であればよい。ｐ型半導体層を形成する方法は、ｐ型不純物の添加されるエピタキシャル成長法や反応性スパッタ法であればよい。

【0088】

液相エピタキシャル成長法では、化合物半導体層の形成材料を含む過飽和溶液が、固相と液相との平衡状態を保ちながら、化合物半導体層の形成材料を発光構造体形成面１１Ｓ上に結晶として成長させる。気相エピタキシャル成長法では、原料ガスの流れる雰囲気が、化合物半導体層の形成材料を生成して、化合物半導体層の形成材料を発光構造体形成面１１Ｓ上に結晶として成長させる。分子線エピタキシャル成長法では、化合物半導体層の構成元素からなる分子または原子のビームが、発光構造体形成面１１Ｓ上を照射して、化合物半導体層の形成材料を発光構造体形成面１１Ｓ上に結晶として成長させる。なかでも、Ｖ族原料としてＡｓＨ_３やＰＨ_３のような水素化物を用いるハライド気相成長法は、成長する化合物半導体層の厚さが大きい点にて好ましい。

【0089】

ここで、発光構造体２１の結晶成長におけるブリッジ部１３の作用について述べる。
発光構造体２１を形成する工程において、まず、発光構造体形成面１１Ｓ、もしくは、発光構造体形成面１１Ｓに形成されたバッファ層の表面は、結晶成長面として機能する。そして、ＧａＮやｎ型ＧａＮなど平坦化層の結晶が結晶成長面に付着して、こうした平坦化層の結晶がエピタキシャル成長する。この際に、平坦化層の結晶は、結晶成長に伴う熱的摂動によって結晶成長面上を継続的に移動する。そして、平坦化層の結晶は結晶成長面上を移動する間にそれの結晶成長に乱れを生じ、螺旋転位や刃状転位などの結晶転位による欠陥を発生させる。発光構造体形成面１１Ｓに形成される複数の突部団ＴＬは、こうした平坦化層の結晶の動きを制限して、結晶転移による欠陥の発生率を抑える。特に、上述した素子用基板１１Ｂ、および、その製造方法によれば、複数の突部団ＴＬによる結晶の動きの制限に加えて、１つの突部対ＴＰごとにブリッジ部１３が形成されているため、平坦化層の結晶の動きはさらに制限されて、結晶転移による欠陥の発生はさらに抑えられる。

【0090】

上記実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）発光構造体形成面１１Ｓによる全反射は、ブリッジ部１３での幾何光学的効果（反射・屈折）によって抑えられる。それゆえに、発光構造体２１が生成する光の取り出される効率が高められる。

【0091】

（２）１つの突部１２に複数のブリッジ部１３が連結しているため、１つの突部１２に１つのブリッジ部１３が連結している構成と比べて、上記（１）に準じた効果がさらに高められる。

【0092】

（３）突部群ＴＧが六方充填構造を有し、六方充填構造を構成する突部１２の各々にブリッジ部１３が連結しているため、上記（１）に準じた効果がさらに高められる。
（４）突部１２の配置がランダム性を有するため、発光構造体形成面１１Ｓの面内において、上記（１）に準じた効果の均一性が高められる。
（５）ブリッジ部１３の頂面１３Ｔが結晶面であるため、突部１２の形成に起因して半導体層の成長が不足することが抑えられる。

【0093】

（６）互いに隣り合う粒子Ｐの間の隙間が広げられるエッチングによって、ブリッジ部１３を形成するための第２の露出部Ｓ２が形成される。それゆえに、１つの単粒子膜ＰＦは、突部１２、および、平坦部１４を形成するためのマスクと、ブリッジ部１３を形成するためのマスクとして機能する。結果として、突部１２を形成するためのマスクと、ブリッジ部１３を形成するためのマスクとが各別に必要とされる方法に比べて、素子用基板１１Ｂの製造に必要とされる工程数が少なくなる。

【0094】

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・単粒子膜ＰＦは、発光構造体形成面１１Ｓに移し取られる前に、第１の露出部Ｓ１を区画するための隙間と、第２の露出部Ｓ２を形成するための隙間とを予め有していてもよい。このような構成であれば、単粒子膜ＰＦを選択的にエッチングする工程が省かれる。

【0095】

・図１１の左側に示されるように、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、ブリッジ部１３の連結する方向と交差する方向から見て、平坦部１４に向けて窪んだ凹曲面であってもよい。要は、ブリッジ部１３は、突部１２の高さよりも低い高さを有して、互いに隣り合う突部１２の一部同士を連結する部分であればよい。

【0096】

・図１２の左側に示されるように、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、ブリッジ部１３の連結する方向と交差する方向から見て、平坦部１４に向けて窪んだ凹曲面であって、かつ、図１２の右側に示されるように、ブリッジ部１３の連続する方向から見て、平坦部１４から突き出た凸曲面であってもよい。要するに、ブリッジ部１３の頂面１３Ｔは、結晶面でなくともよい。

【0097】

・平坦部１４は、４つ以上の突部対ＴＰによって囲まれてもよい。さらに、平坦部１４は、突部対ＴＰによって囲まれていなくともよい。例えば、ブリッジ部１３の連結する方向と交差する方向にて、２つの平坦部１４が、１つのブリッジ部１３を挟む構造であってもよい。
・互いに隣り合う突部１２の間の間隔が互いに異なる突部対ＴＰにおいて、ブリッジ部１３の高さは、互いに等しくてもよい。

【符号の説明】

【0098】

Ｌ…水面、Ｐ…粒子、ＰＦ…単粒子膜、ＰＬ，ＰＳ…ピッチ、Ｓ１…第１の露出部、Ｓ２…第２の露出部、ＴＰ…突部対、ＴＧ…突部群、ＴＬ…突部団、１１Ｂ…素子用基板、１１Ｓ…発光構造体形成面、１２…突部、１３…ブリッジ部、１３Ｔ…頂面、１４…平坦部、２１…発光構造体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】