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特許6308220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】6308220
(24)【登録日】2018年3月23日
(45)【発行日】2018年4月11日
(54)【発明の名称】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 33/22 20100101AFI20180402BHJP
C30B 29/38 20060101ALI20180402BHJP
【ＦＩ】
H01L33/22
C30B29/38 D
【請求項の数】16
【全頁数】53
(21)【出願番号】特願2015-541634(P2015-541634)
(86)(22)【出願日】2014年10月9日
(86)【国際出願番号】JP2014077067
(87)【国際公開番号】WO2015053363
(87)【国際公開日】20150416
【審査請求日】2016年12月28日
(31)【優先権主張番号】特願2013-213492(P2013-213492)
(32)【優先日】2013年10月11日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2014-62605(P2014-62605)
(32)【優先日】2014年3月25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】梶田 康仁
(72)【発明者】
【氏名】篠塚 啓
(72)【発明者】
【氏名】大 紘太郎
【審査官】
小濱 健太
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１２−１２４２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１０９４９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／１０５７８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００７−０１９３１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２２３１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１３００２７（ＪＰ，Ａ）
(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】
第１の粒径を有する第１の粒子から構成される第１の単粒子膜をマスクとして用いて基板の上面をエッチングする第１工程と、
前記第１の粒径とは異なる第２の粒径を有した第２の粒子から構成される第２の単粒子膜をマスクとして用いて前記基板の前記上面をエッチングする第２工程と、
を含み
前記第１の単粒子膜を前記第２の単粒子膜に積み重ねて形成する工程をさらに含み、
前記第１工程のエッチングと前記第２工程のエッチングとを同時に実施する
半導体発光素子用基板の製造方法。
前記第１の粒径とは異なる第２の粒径を有した第２の粒子から構成される第２の単粒子膜をマスクとして用いて前記基板の前記上面をエッチングする第２工程と、
を含み
前記第１の単粒子膜を前記第２の単粒子膜に積み重ねて形成する工程をさらに含み、
前記第１工程のエッチングと前記第２工程のエッチングとを同時に実施する
半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項2】
前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも大きい
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項3】
前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも小さい
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項4】
前記第１の粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、
前記第２の粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２の粒径は、前記第１の粒径の１／５０以上１／３以下であ
る
請求項２に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
前記第２の粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２の粒径は、前記第１の粒径の１／５０以上１／３以下であ
る
請求項２に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項5】
前記第１の粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２の粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、
前記第１の粒径は、前記第２の粒径の１／１０以上１／３以下である
請求項３に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
前記第２の粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、
前記第１の粒径は、前記第２の粒径の１／１０以上１／３以下である
請求項３に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項6】
前記第１の単粒子膜および第２の単粒子膜の少なくとも１つが消滅する前に、前記第１工程のエッチングと前記第２工程のエッチングとを終了する
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項7】
前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも小さく、
前記第２工程のエッチングは、前記第２の粒子が消滅する前に終了する
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
前記第２工程のエッチングは、前記第２の粒子が消滅する前に終了する
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項8】
前記第１工程と前記第２工程とによって、
前記基板の上面に、
前記基板の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た複数の大径突部と、
前記大径突部よりも小さい複数の小径突部と、を形成し、
前記複数の小径突部は、前記大径突部の外表面から突き出た第１の小径突部を含む
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
前記基板の上面に、
前記基板の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た複数の大径突部と、
前記大径突部よりも小さい複数の小径突部と、を形成し、
前記複数の小径突部は、前記大径突部の外表面から突き出た第１の小径突部を含む
請求項１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項9】
前記複数の小径突部は、前記平坦部から突き出た第２の小径突部を含む
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】
前記大径突部は、前記平坦部に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなる錐体形状を有する
請求項８または９に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項８または９に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項11】
前記大径突部は、前記平坦部に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなり、前記先端に平坦な面を有する錐台形状を有する
請求項８または９に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項８または９に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項12】
前記第１の小径突部は、前記大径突部の外表面の中で前記平坦な面以外に位置する
請求項１１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項１１に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項13】
前記複数の小径突部は、前記複数の小径突部が突き出る面に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなる錐体形状を有する
請求項８から１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項８から１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項14】
前記複数の小径突部は、前記複数の小径突部が突き出る面に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなり、前記先端に平坦な面を有する錐台形状を有する
請求項８から１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
請求項８から１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項15】
前記第１工程と前記第２工程とによって、
前記基板の上面には、前記平坦部から突き出るブリッジ部がさらに形成され、前記ブリッジ部は前記平坦部上にて互いに隣接する前記大径突部同士を連結する
請求項８から１４のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
前記基板の上面には、前記平坦部から突き出るブリッジ部がさらに形成され、前記ブリッジ部は前記平坦部上にて互いに隣接する前記大径突部同士を連結する
請求項８から１４のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。
【請求項16】
請求項８から１５のいずれか１項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であって、前記基板の前記上面に前記エッチングによる段差が形成される工程と、
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。
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】
本開示の技術は、半導体発光素子に用いられる基板の製造方法、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子用基板、および、半導体発光素子に関する。【背景技術】
【0002】
近年、例えば発光ダイオード等に利用される半導体発光素子の開発が進んでいる。半導体発光素子は、例えば、特許文献１に記載のように、基板と、基板上に積層された発光構造体とを備えている。基板は、例えばサファイアや炭化珪素等から形成され、発光構造体は、例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の積層体である。発光構造体が電流の供給を受けるとき、発光構造体は光を放出し、放出された光は基板を透過して半導体発光素子の外部に取り出される。【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１−４９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方で、発光構造体にて生じた光は、発光構造体と基板との屈折率の差に起因して、発光構造体と基板との界面で全反射を起こすことがある。こうした全反射が繰り返されると、発光構造体にて生じた光が発光構造体の内部で減衰してしまうため、半導体発光素子における光の取り出し効率が低下する。【0005】
本開示の技術は、半導体発光素子における光の取り出し効率を高めることの可能な半導体発光素子用基板の製造方法、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子用基板、および、半導体発光素子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】
【0006】
上記課題を解決する半導体発光素子用基板の製造方法は、第１の粒径を有する第１の粒子から構成される第１の単粒子膜をマスクとして用いて基板の上面をエッチングする第１工程と、前記第１の粒径とは異なる第２の粒径を有した第２の粒子から構成される第２の単粒子膜をマスクとして用いて前記基板の前記上面をエッチングする第２工程と、を含む。【0007】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の単粒子膜を前記基板の前記上面に形成する工程と、前記第２の単粒子膜を前記第１工程後に前記基板の前記上面に形成する工程と、をさらに含み、前記第１工程のエッチングの後に前記第２工程のエッチングを実施することが好ましい。【0008】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の単粒子膜を前記第２の単粒子膜に積み重ねて形成する工程をさらに含み、前記第１工程のエッチングと前記第２工程のエッチングとを同時に実施してもよい。【0009】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも大きくてもよい。上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも小さくてもよい。
【0010】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、前記第２の粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記第２の粒径は、前記第１の粒径の１／５０以上１／３以下であることが好ましい。【0011】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記第２の粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、前記第１の粒径は、前記第２の粒子の粒径の１／１０以上１／３以下であることが好ましい。【0012】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１工程および第２工程の少なくとも１つの工程では、当該工程のマスクとして用いられる単粒子膜が消滅する前に、前記単粒子膜を前記基板の上面から取り除くことが好ましい。【0013】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の粒径は、前記第２の粒径よりも小さく、前記第２工程のエッチングは、前記第２の粒子が消滅する前に終了してもよい。【0014】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１工程と前記第２工程とによって、前記基板の上面に、前記基板の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た複数の大径突部と、前記大径突部よりも小さい複数の小径突部と、を形成し、前記複数の小径突部は、前記大径突部の外表面から突き出た第１の小径突部を含むことが好ましい。【0015】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記複数の小径突部は、前記平坦部から突き出た第２の小径突部を含んでもよい。上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記大径突部は、前記平坦部に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなる錐体形状を有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おいて、前記大径突部は、前記平坦部に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなり、前記先端に平坦な面を有する錐台形状を有することが好ましい。【0017】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記複数の小径突部は、前記複数の小径突部が突き出る面に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなる錐体形状を有することが好ましい。【0018】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１の小径突部は、前記大径突部の外表面の中で前記平坦な面以外に位置してもよい。上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記複数の小径突部は、前記複数の小径突部が突き出る面に接続する基端と先端とを有し、前記基端から前記先端に向かって細くなり、前記先端に平坦な面を有する錐台形状を有することが好ましい。
【0019】
上記半導体発光素子用基板の製造方法において、前記第１工程と前記第２工程とによって、前記基板の上面には、前記平坦部から突き出るブリッジ部がさらに形成され、前記ブリッジ部は前記平坦部上にて互いに隣接する前記大径突部同士を連結することが好ましい。【0020】
上記課題を解決する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であって、前記基板の前記上面に前記エッチングによる段差が形成される工程と、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。【0021】
上記課題を解決する半導体発光素子用基板は、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、前記基板の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た複数の大径突部と、前記大径突部よりも小さい複数の小径突部と、を備え、前記複数の小径突部のうちの少なくとも一部は、前記大径突部の外表面から突き出ている第１の小径突部である。【0022】
上記半導体発光素子用基板において、前記大径突部の外表面における前記第１の小径突部の位置が前記大径突部の基端に近いほど、前記第１の小径突部の高さが低いことが好ましい。【0023】
上記半導体発光素子用基板において、前記大径突部の外表面における前記第１の小径突部の位置が前記大径突部の基端に近いほど、前記大径突部の外表面における前記第１の小径突部の有する幅が大きいことが好ましい。【0024】
上記課題を解決する半導体発光素子は、上記半導体発光素子用基板と、半導体層を含む発光構造体と、を備え、前記半導体発光素子用基板は、前記発光構造体を支持する。【発明の効果】
【0025】
本開示の技術によれば、半導体発光素子における光の取り出し効率を高めることができる。さらに、本開示の技術によれば、半導体発光素子用基板上の成膜を容易にし、結晶欠陥を低減でき、かつ半導体発光素子における光の取り出し効率を高めることができる。【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本開示の技術における第１の実施形態の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図2】第１の実施形態の半導体発光素子用基板の断面構造を拡大して示す断面図である。
【図3】第１の実施形態の半導体発光素子用基板における小径突部を拡大して示す正断面図である。
【図4】第１の実施形態の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図5】本開示の技術における第１の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図6】本開示の技術における第２の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図7】本開示の技術における第３の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図8】本開示の技術における第４の変形例の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図9】本開示の技術における第４の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図10】本開示の技術における第５の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図11】本開示の技術における第５の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図12】本開示の技術における第６の変形例の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図13】本開示の技術における第６の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図14】第２の実施形態の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図15】本開示の技術における第７の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図16】本開示の技術における第８の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図17】本開示の技術における第９の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図18】本開示の技術における第１０の変形例の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図19】本開示の技術における第１０の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図20】本開示の技術における第１１の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図21】本開示の技術における第１１の変形例の半導体発光素子用基板の断面構造を示す断面図である。
【図22】本開示の技術における第１２の変形例の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図23】本開示の技術における第１２の変形例の半導体発光素子用基板の平面構造を示す平面図である。
【図24】本開示の技術における第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子膜形成工程にて、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示す模式図である。
【図25】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子膜形成工程にて、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示す模式図である。
【図26】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子エッチング工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行された後の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図27】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子エッチング工程にて、単粒子膜および半導体発光素子用基板がエッチングされる途中の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図28】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子エッチング工程にてエッチングされた半導体発光素子用基板を示す模式図である。
【図29】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、小径粒子エッチング工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行された後の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図30】第３の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、小径粒子エッチング工程にてエッチングされた半導体発光素子用基板を示す模式図である。
【図31】本開示の技術における第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、小径粒子エッチング工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行された後の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図32】第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、小径粒子エッチング工程にて、単粒子膜および半導体発光素子用基板がエッチングされる途中の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図33】第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、小径粒子エッチング工程にてエッチングされた半導体発光素子用基板を示す模式図である。
【図34】第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子エッチング工程にて、単粒子膜が発光構造体形成面に移行された後の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図35】第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、大径粒子エッチング工程にてエッチングされた半導体発光素子用基板を示す模式図である。
【図36】本開示の技術における第５の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、単粒子膜が発光構造体形成面に移行されたときの半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図37】第５の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、単粒子膜および半導体発光素子用基板がエッチングされる途中の半導体発光素子用基板の状態を示す模式図である。
【図38】第５の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法の一工程を模式的に示す図であって、エッチングされた半導体発光素子用基板を示す模式図である。
【図39】本開示の技術における第５の実施形態の半導体発光素子の断面構成を示す断面図である。
【図40】実施例１の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図41】実施例１の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図42】実施例２の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図43】実施例２の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図44】実施例３の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図45】実施例３の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図46】実施例４の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図47】実施例４の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図48】実施例５の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図49】実施例５の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図50】実施例６の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を基板に直交する方向から撮影した画像である。
【図51】実施例６の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を斜視方向から撮影した画像である。
【図52】実施例６の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真であって、半導体発光素子用基板を正面方向から撮影した画像である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
［半導体発光素子用基板の構成］図１に示されるように、半導体発光素子用の基板である素子用基板１１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。
【0029】
素子用基板１１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１１を形成する材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＺｒＢ２、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｎ、ＡｌＮ、および、ＣｒＢ２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１１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。【0030】
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、多数の大径突部１２、多数の小径突部１３、および、平坦部１４から構成されている。【0031】
平坦部１４は、１つの結晶面に沿って広がる平面である。素子用基板１１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、および、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１１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、および、（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。平坦部１４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。【0032】
複数の大径突部１２の各々は、平坦部１４から突き出ている。複数の大径突部１２の各々は、平坦部１４に接続する基端から先端に向かって細くなる錐体形状を有している。複数の小径突部１３の一部は、平坦部１４から突き出ており、複数の小径突部１３の残りは、大径突部１２から突き出ている。複数の小径突部１３の各々は、大径突部１２もしくは平坦部１４に接続する基端から先端に向かって細くなる錐体形状を有している。発光構造体形成面１１Ｓと対向する平面視において、小径突部１３に外接する円の半径は、大径突部１２に外接する円の半径よりも小さい。
【0033】
なお、突部１２，１３の各々が有する形状は、半球形状であってもよいし、円錐形状であってもよいし、角錐形状であってもよい。換言すれば、突部１２，１３の頂点を通り、かつ、平坦部１４と垂直な平面によって突部１２，１３が切断された際に、その断面である垂直断面に現れる母線は、曲線であっても直線であってもよく、突部１２，１３の頂点を頂点とする三角形と、突部１２，１３の頂点を通る半円とによって囲まれる領域に位置すればよい。また、大径突部１２と小径突部１３との形状は互いに異なっていてもよい。さらに、大径突部１２の各々が有する形状は互いに異なっていてもよく、小径突部１３の各々が有する形状は互いに異なっていてもよい。【0034】
図２に示されるように、互いに隣り合う大径突部１２の間の距離であって、平坦部１４と平行な方向に沿った距離は、大径突部１２のピッチＰＬである。大径突部１２の外表面や平坦部１４の表面は、小径突部１３と接続する面である。小径突部１３と接続する面の法線方向において、その小径突部１３と接続する面と、その小径突部１３の表面との間の距離の最大値は、その小径突部１３の高さＨＳである。複数の小径突部１３の各々において高さＨＳを有する部位は、その小径突部１３の頂点であり、互いに隣り合う小径突部１３の頂点間の距離であって、平坦部１４と平行な方向に沿った距離は、小径突部１３のピッチＰＳである。【0035】
大径突部１２のピッチＰＬの最頻値は、３００ｎｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、小径突部１３のピッチＰＳの最頻値は、１００ｎｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。突部１２，１３のピッチＰＬ，ＰＳが上記の範囲であれば、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１２，１３が形成される。【0036】
大径突部１２のピッチＰＬ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、平坦部１４に沿った面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ＰＬ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ピッチＰＬ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ＰＬが計測され、こうして得られた計測値の平均値が、ピッチＰＬ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。【0037】
同様に、小径突部１３のピッチＰＳの最頻値は、大径突部１２の外表面もしくは平坦部１４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に基づいて上記と同様の画像処理が行われることによって求められる。【0038】
大径突部１２の平坦部１４からの高さＨＬは、１００ｎｍ以上４．０μｍ以下であることが好ましく、小径突部１３におけるその小径突部１３が接続している大径突部１２の外表面もしくは平坦部１４からの高さＨＳは、１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。突部１２，１３の高さＨＬ，ＨＳが上記の範囲であれば、発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射が抑えられやすい。なお、大径突部１２の高さＨＬおよび小径突部１３の高さＨＳの各々は、上記垂直断面において、突部１２，１３の基端の両端を結ぶ直線と直交する方向に沿った突部１２，１３の最大の長さである。【0039】
大径突部１２の高さＨＬ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、平坦部１４に沿った面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個以上の大径突部１２に対して、大径突部１２における頂点の高さと、その大径突部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大径突部１２の高さが計測され、合計で２５以上の大径突部１２の高さが計測される。そして、２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、大径突部１２における高さＨＬの最頻値は求められる。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。【0040】
同様に、小径突部１３の高さＨＳの最頻値は、大径突部１２の外表面もしくは平坦部１４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に基づいて上記と同様の画像処理が行われることによって求められる。【0041】
大径突部１２と接続している複数の小径突部１３において、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、上記垂直断面において、大径突部１２の基端の両端を結ぶ線分の長さは、大径突部１２の幅ＤＬであり、小径突部１３の基端の両端を結ぶ線分の長さは、小径突部１３の幅ＤＳである。大径突部１２の外表面と接続している複数の小径突部１３において、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。この際に、大径突部１２と接続している複数の小径突部１３のなかで小径突部１３の位置が大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど、小径突部１３の高さＨＳが小さく、かつ、小径突部１３の幅ＤＳが大きく、小径突部１３の形状は扁平である。【0042】
なお、小径突部１３の頂点を通り、かつ、平坦部１４と平行な面によって小径突部１３が切断された際に、その断面において、小径突部１３の基端の両端を結ぶ線分の長さは、大径突部１２との接続位置に関わらずほぼ一定であることが好ましい。この場合、複数の小径突部１３においては、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど小径突部１３の高さＨＳが小さく、かつ、小径突部１３の幅ＤＳが大きい。そして、複数の小径突部１３のなかで、小径突部１３の位置が大径突部１２の先端に近い小径突部１３ほど、小径突部１３の形状は、略半球形状であり、小径突部１３の位置が大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど、大径突部１２の先端から基端へ向かって延びる略半楕円体形状である。換言すれば、複数の小径突部１３のなかで大径突部１２の基端に近い小径突部１３では、大径突部１２の外表面に、小径突部１３が大径突部１２の先端から基端へ向かって延びるスジ状や滴状に形成される。【0043】
また、平坦部１４の距離（ＰＬ−ＤＬ）とピッチＰＬとの比（（ＰＬ−ＤＬ）／ＰＬ）は、１／１０以上１／２以下が好ましく、１／６以上１／３以下がより好ましい。大径突部１２の幅ＤＬに対する高さＨＬの比は、大径突部１２のアスペクト比であり、小径突部１３の幅ＤＳに対する高さＨＳの比は、小径突部１３のアスペクト比である。大径突部１２のアスペクト比は、０．３以上０．９以下であることが好ましく、０．５以上０．８以下であることがより好ましい。大径突部１２の頂上付近の小径突部１３のアスペクト比は、０．３以上０．９以下であることが好ましく、０．５以上０．８以下であることがより好ましい。大径突部１２のアスペクト比が０．５以上、小径突部１３のアスペクト比が０．５以上であれば、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、大径突部１２のアスペクト比が０．６以下、小径突部１３のアスペクト比が０．６以下であれば、突部１２，１３の間への発光構造体を構成する半導体層、特にバッファ層、アンドープＧａＮによる埋め込みが容易に行われる。
【0044】
上述したスジ状や滴状を有した小径突部１３の形状について図３を参照して詳細に説明する。図３に示されるように、大径突部１２の表面と対向する正面視において、小径突部１３は、大径突部１２の表面において大径突部１２の先端から基端へ向かって延びる長軸を有する、略楕円形状を有している。各小径突部１３の形状は、その位置に応じて異なっている。大径突部１２の先端近くに位置する小径突部１３ほど、円形に近い形状を有している。楕円形状を有した複数の小径突部１３の各々において、大径突部１２の先端に最も近い部位は、小径突部１３の先端１３ｆであり、大径突部１２の基端に最も近い部位は、小径突部１３の基端１３ｂである。楕円形状を有した小径突部１３において、先端１３ｆと基端１３ｂとの間の距離は長軸方向における幅であり、先に記載した小径突部１３の幅ＤＳである。
【0045】
楕円形状を有した小径突部１３において、先端１３ｆと基端１３ｂとの間の中央は、小径突部１３の中央部位１３Ｍである。大径突部１２の周方向において、楕円形状を有した小径突部１３の有する両端部の間の距離は短軸方向に沿った幅であり、小径突部１３の短径幅ＷＳである。複数の小径突部１３の各々において、最も大きい短径幅ＷＳを有する最大幅部位は、小径突部１３の長軸方向において、中央部位１３Ｍと基端１３ｂとの間に位置する。各小径突部１３の長軸方向の幅ＤＳにおける最大幅部位の位置は、小径突部１３ごとに異なる。例えば、大径突部１２と接続する複数の小径突部１３のなかで、大径突部１２の先端に近い小径突部１３ほど、最大幅部位は中央部位１３Ｍに近く、反対に、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど、最大幅部位は基端１３ｂに近い。各小径突部１３の長軸方向の幅ＤＳにおける高さＨＳを有する部位、すなわち、頂点の位置も小径突部１３ごとに異なっており、大径突部１２の先端に近い小径突部１３ほど、頂点の位置は先端１３ｆに近い。
【0046】
図４に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径突部１２の外周縁からは、小径突部１３が突き出ている。すなわち、大径突部１２と、その大径突部１２に接続している小径突部１３とから構成される突部の外形は、凹凸状に波打っている。【0047】
大径突部１２と小径突部１３とは、規則的に配列されていてもよく、不規則に並んでいてもよい。発光構造体形成面１１Ｓでの光の全反射を抑えるためには、大径突部１２と小径突部１３との各々が、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、２次元に最密充填されていることが好ましい。こうした構造によれば、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つの小径突部１３に集中することも抑えられるため、小径突部１３に必要とされる機械的な強度も抑えられる。【0048】
［半導体発光素子用基板の作用］第１の実施形態の素子用基板１１を用いた半導体発光素子では、発光構造体形成面１１Ｓが平坦である場合と比較して、発光構造体形成面１１Ｓの大径突部１２が形成されている部分では、発光構造体にて生じた光の発光構造体形成面１１Ｓへの入射角は小さくなる。その結果、光の入射角が臨界角より大きくなることが抑えられるので、発光構造体と素子用基板１１との界面で全反射が繰り返されることが抑えられる。
【0049】
また、発光構造体形成面１１Ｓが小径突部１３を有していることによって、上述のような光の反射角度の変化に加えて、発光構造体にて生じた光は小径突部１３に当たって回折を起こしやすくなる。特に、第１の実施形態では、平坦部１４からも小径突部１３が突き出ているため、こうした光の回折がより起こりやすい。【0050】
このように、発光構造体形成面１１Ｓが大径突部１２と小径突部１３とを有していることによって、発光構造体にて生じた光の進む方向が分散されるため、発光構造体と素子用基板１１との界面で全反射が抑えられる結果、光の取り出し効率を高めることができる。【0051】
また、小径突部１３の形状は、大径突部１２の先端から基端へ向かって扁平になるため、大径突部１２の先端よりも基端の方が、大径突部１２の外表面における凹凸がなだらかになる。したがって、大径突部１２の先端よりも基端の方が、隣接する小径突部１３の間に形成される溝の深さが浅くなる。そのため、発光構造体形成面１１Ｓにバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜される際に、大径突部１２の基端付近にて、上記溝がバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層で埋まりやすくなる。したがって、小径突部１３の位置に関わらず隣接する小径突部１３の間に形成される溝の深さが一定である場合と比較して、バッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層の成膜が均一に進む。【0052】
また、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径突部１２と小径突部１３とから構成される突部の外形が凹凸状に波打っているため、発光構造体形成面１１Ｓにバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜される際に結晶欠陥が生じることが抑えられる。通常、結晶成長によってバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜される際、発光構造体形成面１１Ｓの平坦な部分を起点として、その平坦面に平行な方向と垂直な方向とに結晶成長が進む。ここで、複数の平坦な部分で生じた結晶が平坦面に平行な方向に進んでぶつかる際に結晶転位が起こりやすいが、この際に、発光構造体形成面１１Ｓの凹凸構造が障害となって結晶転位の進む方向が規制される。その結果、結晶転位が、その起こりやすい方向に進んで結晶欠陥が増大することが抑えられる。特に、第１の実施形態では、上記突部の外形が凹凸状に波打った複雑な形状であるため、こうした結晶欠陥の抑制効果が高い。
【0053】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、以下の効果が得られる。（１）発光構造体形成面１１Ｓが大径突部１２と小径突部１３とを有しているため、光の反射や回折等によって、発光構造体にて生じた光の進む方向が分散される。その結果、発光構造体と素子用基板１１との界面での全反射が抑えられるため、光の取り出し効率を高めることができる。
【0054】
（２）平坦部１４からも小径突部１３が突き出ているため、（１）の効果が高められる。（３）大径突部１２の先端から基端へ向かって、小径突部１３の高さＨＳが小さくなるため、大径突部１２の外表面における凹凸がなだらかになる。その結果、バッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜されやすくなる。また、大径突部１２の先端から基端へ向かって、小径突部１３の幅ＤＳが大きくなるため、大径突部１２の外表面における凹凸は、よりなだらかになる。
【0055】
（４）発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径突部１２と小径突部１３とから構成される突部の外形が凹凸状に波打っているため、発光構造体形成面１１Ｓにバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜される際に結晶欠陥が生じることが抑えられる。【0056】
（第１の変形例）図５を参照して、第１の実施形態の変形例である第１の変形例について説明する。第１の変形例は、第１の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0057】
図５に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。大径突部２２が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0058】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0059】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。（第２の変形例）
図６を参照して、第１の実施形態の変形例である第２の変形例について説明する。第２の変形例は、第１の実施形態と比較して、小径突部の形状が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0060】
図６に示されるように、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。小径突部２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、小径突部２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、小径突部２３の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0061】
上記の構成においても、大径突部１２と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部２３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部１２の外表面と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部２３ほど大きいことが好ましい。【0062】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。（第３の変形例）
図７を参照して、第１の実施形態の変形例である第３の変形例について説明する。第３の変形例は、第１の実施形態と比較して、大径突部と小径突部の形状が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0063】
図７に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。また、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。【0064】
突部２２，２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、突部２２，２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２と小径突部２３とが、互いに異なる錐台形状を有していてもよい。さらに、大径突部２２の各々が有する形状は互いに異なっていてもよく、小径突部２３の各々が有する形状は互いに異なっていてもよい。【0065】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど大きいことが好ましい。【0066】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。（第４の変形例）
図８および図９を参照して、第１の実施形態の変形例である第４の変形例について説明する。第４の変形例は、第１の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0067】
図８に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面２２Ｓを有している。大径突部２２が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0068】
大径突部２２の有する平坦な面２２Ｓは、１つの結晶面に沿って広がる平面である。素子用基板１１の結晶系が六方晶系であるとき、平坦な面２２Ｓは、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、および、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１１の結晶系が立方晶系であるとき、平坦な面２２Ｓは、例えば、（００１）面、（１１１）面、および、（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、平坦な面２２Ｓ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。【0069】
大径突部２２の外表面に位置する複数の小径突部１３は、大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。大径突部２２において平坦部１４に接続する基端２２Ｅには、１段目の小径突部１３が、大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。また、大径突部２２の外表面において、１段目の小径突部１３よりも大径突部２２の先端に近い部位には、２段目の小径突部１３が、これもまた大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。【0070】
図９が示すように、大径突部２２の外表面に位置する複数の小径突部１３は、大径突部２２の外表面の中で平坦な面２２Ｓ以外から突き出ている。複数の小径突部１３の各々は、大径突部２２の外表面に接続する基端から先端に向かって細くなる錐体形状を有している。なお、大径突部２２の外表面において、複数の小径突部１３は、１段目の小径突部１３のみから構成されてもよいし、３段以上の小径突部１３から構成されてもよい。【0071】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0072】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。しかも、大径突部２２の先端が平坦な面２２Ｓを有するため、大径突部２２の先端において、半導体層が結晶性を有することを促すことが可能である。【0073】
（第５の変形例）図１０、および、図１１を参照して、第１の実施形態の変形例である第５の変形例について説明する。第５の変形例は、第１の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0074】
図１０に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面２２Ｓを有している。また、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面を有している。【0075】
大径突部２２、および、小径突部２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２、および、小径突部２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２と小径突部２３とが、互いに異なる錐台形状を有していてもよい。さらに、大径突部２２の各々が有する形状は互いに異なっていてもよく、小径突部２３の各々が有する形状は互いに異なっていてもよい。【0076】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど大きいことが好ましい。【0077】
なお、図１１に示されるように、小径突部２３の中で２段目の小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面を有している一方で、小径突部２３の中で、平坦部１４から突き出る小径突部２３、および、１段目の小径突部２３は、小径突部２３を形成するための条件を簡便に設定できる観点において、錐体形状であることが好ましい。【0078】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。しかも、大径突部２２の先端が平坦な面２２Ｓを有するため、大径突部２２の先端において、半導体層が結晶性を有することを促すことが可能である。また、小径突部２３の先端が平坦な面を有するため、小径突部２３の先端においても、半導体層が結晶性を有することを促すことが可能である。【0079】
（第６の変形例）図１２を参照して、第１の実施形態の変形例である第６の変形例について説明する。第６の変形例は、第１の実施形態と比較して、発光構造体形成面１１Ｓがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0080】
図１２に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓが有する凹凸構造には、大径突部１２、小径突部１３、平坦部１４に加えて、多数のブリッジ部１５が含まれている。複数のブリッジ部１５の各々は、平坦部１４から突き出て、かつ、互いに隣り合う大径突部１２の間を連結している。ブリッジ部１５は、錐体形状を有する大径突部１２の中心同士を結ぶ突条形状を有し、ブリッジ部１５の高さは、大径突部１２の高さよりも低い。なお、ブリッジ部１５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。ブリッジ部１５の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。
【0081】
こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られる。また、ブリッジ部１５が形成されることによって、発光構造体にて生じた光がブリッジ部１５の位置でも反射等によって進む方向を変えるため、光の取り出し効率がより高められる。また、ブリッジ部１５が形成されることによって、発光構造体形成面１１Ｓの凹凸構造がより複雑になるため、大径突部１２と小径突部１３とから構成される突部の外形が凹凸状であることによる効果と同様に、結晶欠陥の抑制効果が高められる。【0082】
なお、第１の実施形態、および、第１〜第６の変形例が組み合わされてもよい。例えば、第１〜第５の変形例の半導体発光素子用基板に、第６の変形例のブリッジ部１５が設けられてもよい。また例えば、１つの半導体発光素子用基板に、第１の実施形態の大径突部１２と小径突部１３とからなる突部と、第１〜第５の変形例の各々における大径突部と小径突部とからなる突部とが混在していてもよい。【0083】
（第２の実施形態）図１３および図１４を参照して、本開示の技術の第２の実施形態として、半導体発光素子用基板の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、小径突部の配置が異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0085】
大径突部１２の形状や配置に関する条件は、第１の実施形態の大径突部１２の形状や配置と同様である。また、小径突部１３の形状や配置に関する条件は、第１の実施形態における大径突部１２と接続している小径突部１３の形状や配置と同様である。【0086】
すなわち、第２の実施形態においても、大径突部１２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、上記垂直断面において、大径突部１２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0087】
図１４に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、平坦部１４には、小径突部１３が形成されていない。大径突部１２の外周縁からは、小径突部１３が突き出ており、大径突部１２と、その大径突部１２に接続している小径突部１３とから構成される突部の外形は、凹凸状に波打っている。【0088】
［半導体発光素子用基板の作用］第２の実施形態では、平坦部１４に小径突部１３が形成されていないため、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、平坦な部分の面積が増える。上述のように、発光構造体形成面１１Ｓにバッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層が成膜される際には、発光構造体形成面１１Ｓの平坦な部分を起点として、結晶成長が進む。この点、第２の実施形態は、第１の実施形態よりも、発光構造体形成面１１Ｓにて平坦な部分が多いため、バッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層の成膜が行いやすい。
【0089】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における（１）、（３）、（４）の効果に加えて、以下の効果が得られる。（５）平坦部１４に小径突部１３が形成されていないため、発光構造体形成面１１Ｓにて平坦な部分の面積が増加する結果、バッファ層、アンドープＧａＮを含む半導体層の成膜が行いやすい。
【0090】
（第７の変形例）図１５を参照して、第２の実施形態の変形例である第７の変形例について説明する。第７の変形例は、第２の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0091】
図１５に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。大径突部２２が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0092】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0093】
すなわち、第７の変形例は、第１の変形例にて平坦部１４に小径突部１３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）、（３）、（４）の効果と、第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。
【0094】
（第８の変形例）図１６を参照して、第２の実施形態の変形例である第８の変形例について説明する。第８の変形例は、第２の実施形態と比較して、小径突部の形状が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0095】
図１６に示されるように、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。小径突部２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、小径突部２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、小径突部２３の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0096】
上記の構成においても、大径突部１２と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部２３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部１２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部１２の基端に近い小径突部２３ほど大きいことが好ましい。【0097】
すなわち、第８の変形例は、第２の変形例にて平坦部１４に小径突部２３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）、（３）、（４）の効果と、第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。
【0098】
（第９の変形例）図１７を参照して、第２の実施形態の変形例である第９の変形例について説明する。第９の変形例は、第２の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0099】
図１７に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。また、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分が平坦に形成され、頂点を有していない。【0100】
大径突部２２、および、小径突部２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２、および、小径突部２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２と小径突部２３とが、互いに異なる錐台形状を有していてもよい。さらに、大径突部２２の各々が有する形状は互いに異なっていてもよく、小径突部２３の各々が有する形状は互いに異なっていてもよい。【0101】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部２３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部２３ほど大きいことが好ましい。【0102】
すなわち、第９の変形例は、第２の変形例にて平坦部１４に小径突部２３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）、（３）、（４）の効果と、
第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。
【0103】
（第１０の変形例）図１８および図１９を参照して、第２の実施形態の変形例である第１０の変形例について説明する。第１０の変形例は、第２の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0104】
図１８に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面２２Ｓを有している。大径突部２２が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。【0105】
大径突部２２の有する平坦な面２２Ｓは、１つの結晶面に沿って広がる平面である。素子用基板１１の結晶系が六方晶系であるとき、平坦な面２２Ｓは、例えば、ｃ面、ｍ面、ａ面、および、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１１の結晶系が立方晶系であるとき、平坦な面２２Ｓは、例えば、（００１）面、（１１１）面、および、（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、平坦な面２２Ｓ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。【0106】
大径突部２２の外表面に位置する複数の小径突部１３は、大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。大径突部２２において平坦部１４に接続する基端２２Ｅには、１段目の小径突部１３が、大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。また、大径突部２２の外表面において、１段目の小径突部１３よりも大径突部２２の先端に近い部位には、２段目の小径突部１３が、これもまた大径突部２２の周方向に沿って並んでいる。【0107】
図１９が示すように、大径突部２２の外表面に位置する複数の小径突部１３は、大径突部２２の外表面の中で平坦な面２２Ｓ以外から突き出ている。複数の小径突部１３の各々は、大径突部２２の外表面に接続する基端から先端に向かって細くなる錐体形状を有している。なお、大径突部２２の外表面において、複数の小径突部１３は、１段目の小径突部１３のみから構成されてもよいし、３段以上の小径突部１３から構成されてもよい。【0108】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部１３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0109】
すなわち、第１０の変形例は、第４の変形例にて平坦部１４に小径突部１３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。しかも、半導体層の結晶成長において平坦部１４が有する機能と同様の機能を平坦な面２２Ｓが有する。そのため、大径突部２２の先端上の半導体層に対して、平坦部１４上の半導体層に求められる結晶性と同様の結晶性を与えることが可能である。
【0110】
（第１１の変形例）図２０、および、図２１を参照して、第２の実施形態の変形例である第１１の変形例について説明する。第１１の変形例は、第２の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0111】
図２０に示されるように、大径突部２２は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面２２Ｓを有している。また、小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面を有している。【0112】
大径突部２２、および、小径突部２３が有する形状は、半球の頂部が切り取られた形状であってもよいし、円錐台形状や、角錐台形状であってもよい。換言すれば、上記垂直断面にて、大径突部２２、および、小径突部２３の側面を構成する母線は、曲線であっても直線であってもよい。また、大径突部２２と小径突部２３とが、互いに異なる錐台形状を有していてもよい。さらに、大径突部２２の各々が有する形状は互いに異なっていてもよく、小径突部２３の各々が有する形状は互いに異なっていてもよい。【0113】
上記の構成においても、大径突部２２と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部２３の高さＨＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど小さいことが好ましい。また、垂直断面において、大径突部２２の外表面と接続している複数の小径突部１３においては、小径突部２３の幅ＤＳは、大径突部２２の基端に近い小径突部１３ほど大きいことが好ましい。【0114】
なお、図２１に示されるように、小径突部２３の中で２段目の小径突部２３は、錐台形状であって、先端部分に平坦な面を有している一方で、小径突部２３の中で、平坦部１４から突き出る小径突部２３、および、１段目の小径突部２３は、小径突部２３を形成するための条件を簡便に設定できる観点において、錐体形状であることが好ましい。【0115】
すなわち、第１１の変形例は、第５の変形例にて平坦部１４に小径突部２３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。しかも、半導体層の結晶成長において平坦部１４が有する機能と同様の機能を平坦な面２２Ｓと、小径突部２３の先端とが有する。そのため、大径突部２２の先端上の半導体層と、小径突部２３の先端上の半導体層とに対して、平坦部１４上の半導体層に求められる結晶性と同様の結晶性を与えることが可能である。
【0116】
（第１２の変形例）図２２、および、図２３を参照して、第２の実施形態の変形例である第１２の変形例について説明する。第１２の変形例は、第２の実施形態と比較して、発光構造体形成面１１Ｓがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明し、第２の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0117】
図２２に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓが有する凹凸構造には、大径突部１２、小径突部１３、平坦部１４に加えて、多数のブリッジ部１５が含まれている。複数のブリッジ部１５の各々は、平坦部１４から突き出て、かつ、互いに隣り合う大径突部１２の間を連結している。ブリッジ部１５は、錐体形状を有する大径突部１２の中心同士を結ぶ突条形状を有し、ブリッジ部１５の高さは、大径突部１２の高さよりも低い。なお、ブリッジ部１５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。ブリッジ部１５の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。
【0118】
また、図２３に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓが有する凹凸構造には、錐台形状を有する大径突部２２と、錐体形状を有する小径突部２３と、平坦部１４とに加えて、上述した多数のブリッジ部１５が含まれてもよい。ブリッジ部１５は、錐台形状を有する大径突部２２の中心同士を結ぶ突条形状を有し、ブリッジ部１５の高さは、大径突部２２の高さよりも低い。錐台形状を有する大径突部２２とブリッジ部１５とを有する構成は、大径突部２２の先端に平坦な面を形成するための条件を簡便に設定できる観点において好ましい。【0119】
すなわち、第１２の変形例は、第６の変形例にて平坦部１４に小径突部２３が形成されていない構成を有する。こうした構成によっても、第１の実施形態における（１）、（３）、（４）の効果と、第２の実施形態における（５）の効果に準じた効果が得られる。また、ブリッジ部１５が形成されることによって、発光構造体にて生じた光がブリッジ部１５の位置でも反射等によって進む方向を変えるため、光の取り出し効率がより高められる。また、ブリッジ部１５が形成されることによって、発光構造体形成面１１Ｓの凹凸構造がより複雑になるため、大径突部１２と小径突部１３とから構成される突部の外形が凹凸状であることによる効果と同様に、結晶欠陥の抑制効果が高められる。
【0120】
なお、第２の実施形態、および、第７〜第１２の変形例が組み合わされてもよい。例えば、第７〜第１１の変形例の半導体発光素子用基板に、第１２の変形例のブリッジ部１５が設けられてもよい。また例えば、１つの半導体発光素子用基板に、第２の実施形態の大径突部１２と小径突部１３とからなる突部と、第７〜第１１の変形例の各々における大径突部と小径突部とからなる突部とが混在していてもよい。【0122】
［半導体素子用基板の製造方法］半導体発光素子用基板の製造方法は、互いに異なる大きさの２種類の粒子を用いて基板をエッチングする大径粒子工程と小径粒子工程とを含む。
【0123】
大径粒子工程は、大径粒子膜形成工程と第１工程の一例である大径粒子エッチング工程とを含み、小径粒子工程は、小径粒子膜形成工程と第２工程の一例である小径粒子エッチング工程とを含む。【0124】
大径粒子膜形成工程では、発光構造体形成面１１Ｓに大径の粒子から構成される単粒子膜が形成され、大径粒子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。小径粒子膜形成工程では、大径粒子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１１Ｓに小径の粒子から構成される単粒子膜が形成され、小径粒子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がさらにエッチングされる。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。【0125】
［大径粒子膜形成工程］大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子ＳＬ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、ポリスチレン、ＰＭＭＡ等の熱可塑性樹脂と、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類と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。
【0126】
大径粒子ＳＬは、無機粒子であることが好ましい。大径粒子ＳＬが無機粒子であれば、大径粒子ＳＬ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。【0127】
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、ＺｒＢ２、ＣｒＢ２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。【0128】
なお、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬの形状が安定している点で、大径粒子ＳＬ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。【0129】
大径粒子ＳＬの粒径は、上述の各実施形態および変形例にて例示した大きさの大径突部１２を形成するためには、３００ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。大径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。
【0130】
・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
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。
【0131】
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１１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。【0132】
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。【0133】
大径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、大径粒子膜の面積の拡張性、大径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。【0134】
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。
【0135】
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。【0136】
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。【0137】
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、大径突部１２のピッチＰＬ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。【0138】
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。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大径粒子ＳＬが分散されている。大径粒子ＳＬ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。大径粒子ＳＬ、および、溶剤が疎水性を有する構成であれば、大径粒子ＳＬ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。
【0139】
大径粒子ＳＬが無機粒子であるとき、大径粒子ＳＬの表面は、通常、親水性である。そのため、大径粒子ＳＬが無機粒子であるとき、大径粒子ＳＬ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。大径粒子ＳＬ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。【0140】
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。【0141】
図２４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、大径粒子ＳＬが水面Ｌに沿って単層で展開する。この際に、水面に分散した大径粒子ＳＬが集結するとき、互いに隣り合う大径粒子ＳＬ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、互いに隣り合う大径粒子ＳＬ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ＦＬが形成される。【0142】
なお、分散液における大径粒子ＳＬ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。分散液における大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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。【0143】
また、大径粒子膜形成工程は、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、大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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、結晶転位などが修復されもする。
【0144】
水面Ｌに形成された単粒子膜ＦＬは、単層状態を保ちながら素子用基板１１に移し取られる。単粒子膜ＦＬを素子用基板１１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ＦＬの主面とが略平行に保たれ、単粒子膜ＦＬの上方から、発光構造体形成面１１Ｓが単粒子膜ＦＬと接触する。そして、疎水性を有する単粒子膜ＦＬ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ＦＬが素子用基板１１に移し取られる。あるいは、単粒子膜ＦＬ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ＦＬ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ＦＬが移し取られる。【0145】
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ＦＬ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ＦＬ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。【0146】
図２５に示されるように、ＬＢトラフ法では、まず、素子用基板１１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１１が浸漬されて、水面Ｌに単粒子膜ＦＬが形成される。そして、素子用基板１１が立てられた状態で、素子用基板１１が徐々に上方に引き上げられることによって、単粒子膜ＦＬが素子用基板１１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ＦＬ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ＦＬ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、大径粒子ＳＬの六方充填構造が連続することになる。【0147】
なお、図２５では、素子用基板１１の両面に単粒子膜ＦＬ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ＦＬは移し取られればよい。また、単粒子膜ＦＬは、水面Ｌにて単層に形成されているため、素子用基板１１の引き上げ速度などが多少変動しても、単粒子膜ＦＬが崩壊して多層化するおそれはない。【0148】
発光構造体形成面１１Ｓに移し取られた単粒子膜ＦＬに対しては、単粒子膜ＦＬ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ＦＬ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大径粒子ＳＬと発光構造体形成面１１Ｓとが接合される方法や、大径粒子ＳＬが発光構造体形成面１１Ｓと融着する焼結法が用いられる。【0149】
バインダーを用いる固定方法では、単粒子膜ＦＬ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ＦＬを構成する大径粒子ＳＬ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ＦＬ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、互いに隣り合う大径粒子ＳＬ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、大径粒子ＳＬ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。【0150】
焼結法では、単粒子膜ＦＬを移し取った素子用基板１１が加熱されて、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬが、発光構造体形成面１１Ｓに融着する。この際に、素子用基板１１の加熱温度は、大径粒子ＳＬを形成する材料と、素子用基板１１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１１が空気中で加熱されるとき、素子用基板１１や大径粒子ＳＬ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１１を加熱することが好ましい。【0151】
［大径粒子エッチング工程］図２６に示されるように、単層の大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬは、発光構造体形成面１１Ｓに形成される。単粒子膜ＦＬは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径粒子ＳＬが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。
【0152】
大径粒子エッチング工程では、大径粒子ＳＬと素子用基板１１が共にエッチングされる条件でエッチングを行ってもよいが、好ましくは、素子用基板１１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ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングされる。この際に、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬの粒径は、選択的なエッチングによって縮小し、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間には、新たな間隙が形成される。【0153】
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、大径粒子ＳＬ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。大径粒子ＳＬ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１１がサファイアであり、大径粒子ＳＬがシリカである場合には、ＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３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。また、素子用基板１１をエッチングすることの必要に応じて、Ａｒなどの希ガスやＯ２などの添加ガスをエッチングガスに加えることが好ましい。なお、エッチングガスは、これらに限定されること無く、単粒子膜ＦＬを構成する粒子の材質に応じて適宜選択されるものである。【0154】
図２７に示されるように、次に、縮径された大径粒子ＳＬ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。この際に、発光構造体形成面１１Ｓは、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。【0155】
ここで、発光構造体形成面１１Ｓでは、発光構造体形成面１１Ｓと対向する大径粒子ＳＬの部位が、大径粒子ＳＬの中心から遠い部位であるほど、先にエッチングが進行する。そして、大径粒子ＳＬの消滅に伴って、大径粒子ＳＬの中心と対向する領域でも、エッチングが進行する。【0156】
図２８に示されるように、結果として、発光構造体形成面１１Ｓでは、大径粒子ＳＬの中心と対向していた部分を頂点とした半球形状を有する原型突部１６が形成される。原型突部１６は、大径突部１２の原型となる。原型突部１６のピッチＰＬは、単粒子膜ＦＬにて互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の間隔と同等であり、原型突部１６の配置もまた、大径粒子ＳＬの配置と同様である。また、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた領域は、エッチングガスに曝される時間が特に長いため、エッチングの進行度合いが大きくなる結果、平坦になる。【0157】
大径粒子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、大径粒子ＳＬのエッチング速度よりも高いことが好ましい。大径粒子ＳＬ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１１がサファイアであり、大径粒子ＳＬがシリカである場合、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩ、ＨＣｌ、Ａｒ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。なお、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングに用いられるエッチングガスは、これらに限定されること無く、素子用基板１１を形成する材料に応じて適宜選択されるものである。【0158】
［小径粒子膜形成工程］小径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する小径粒子ＳＳは、大径粒子ＳＬと粒径が異なる。一方で、小径粒子ＳＳの材料は上述の大径粒子膜形成工程にて例示した各種の材料が用いられる。
【0159】
小径粒子ＳＳの粒径は、上述の各実施形態および変形例にて例示した大きさの小径突部１３を形成するためには、１００ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。そして、小径粒子ＳＳの粒径は、大径粒子ＳＬの粒径の１／５０以上１／３以下であることが好ましい。小径粒子ＳＳの粒径が大径粒子ＳＬの粒径の１／５０以上であれば、小径粒子ＳＳの大きさが適度に確保されるため、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜がマスクとして機能しやすい。また、小径粒子ＳＳの粒径が大径粒子ＳＬの粒径の１／３以下であれば、形成される大径突部１２に対して小径突部１３が大きくなりすぎないため、第１の実施形態にて説明した大径突部１２による光の反射角度を調整する効果や、小径突部１３による光の回折を引き起こす効果が突部１２，１３ごとに得られやすい。【0160】
小径粒子膜形成工程では、大径粒子膜形成工程にて例示した単粒子膜形成方法のいずれか１つを用いて、原型突部１６が形成された発光構造体形成面１１Ｓに、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが形成される。発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＦＳを形成する方法としては、大径粒子膜形成工程と同様に、ＬＢトラフ法が好ましい。こうした単粒子膜ＦＳの形成方法における各種の条件は、大径粒子膜形成工程にて例示した条件と同様の条件が適用される。【0161】
［小径粒子エッチング工程］図２９に示されるように、単層の小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳは、大径粒子エッチング工程によって原型突部１６が形成された発光構造体形成面１１Ｓに形成される。単粒子膜ＦＳは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、小径粒子ＳＳが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。小径粒子ＳＳは、原型突部１６の外表面上と、互いに隣接する原型突部１６の間の平坦な部分とに並ぶ。
【0162】
小径粒子エッチング工程では、大径粒子エッチング工程と同様の流れによって、小径粒子ＳＳ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。まず、好ましくは素子用基板１１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ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングされる。この際に、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳの粒径は、選択的なエッチングによって縮小し、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間には、新たな間隙が形成される。なお、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は、大径粒子エッチング工程にて例示した条件と同様の条件が適用される。
【0163】
次に、縮径された小径粒子ＳＳ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。この際に、発光構造体形成面１１Ｓは、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。【0164】
発光構造体形成面１１Ｓでは、発光構造体形成面１１Ｓと対向する小径粒子ＳＳの部位が、小径粒子ＳＳの中心から遠い部位であるほど、先にエッチングが進行する。そして、小径粒子ＳＳの消滅に伴って、小径粒子ＳＳの中心と対向する領域でも、エッチングが進行する。【0165】
図３０に示されるように、結果として、発光構造体形成面１１Ｓでは、原型突部１６の形状に追従した形状を有する大径突部１２と、小径粒子ＳＳと対向していた部分に位置し、錐体形状を有する小径突部１３と、互いに隣接する原型突部１６の間の平坦な部分に対応する位置に位置する平坦部１４とが形成される。上述のように、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＦＳが形成された状態において、小径粒子ＳＳは、原型突部１６の外表面上と、互いに隣接する原型突部１６の間の平坦な部分とに並ぶため、小径突部１３は、大径突部１２の外表面上と、平坦部１４上とに形成される。【0166】
ここで、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＦＳが形成された状態において、小径粒子ＳＳは、半球形状の原型突部１６の外表面に沿って並んでいるため、原型突部１６の基端付近では、発光構造体形成面１１Ｓに垂直な方向に、１個よりも多い小径粒子ＳＳが重なって配置される。原型突部１６の先端から基端に向かって、垂直方向における小径粒子ＳＳの重なりは多くなるため、原型突部１６の先端から基端に向かうに連れて、発光構造体形成面１１Ｓがエッチングガスに曝される時間は短くなる。その結果、原型突部１６の先端から基端に向かうに連れてエッチングの進行が遅くなるため、原型突部１６の先端から基端に向かって、小径突部１３の高さは小さくなる。また、垂直方向に小径粒子ＳＳが重なることによって、小径粒子ＳＳによって覆われてエッチングの進行が遅くなる領域が拡大する。その結果、原型突部１６の先端から基端に向かって、小径突部１３の幅は大きくなる。【0167】
なお、発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされる際のエッチング条件は、大径粒子エッチング工程にて例示した条件と同様の条件が適用される。以上説明したように、第３の実施形態の製造方法によって、第１の実施形態の半導体発光素子用基板が製造される。
【0168】
なお、大径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＬを発光構造体形成面１１Ｓから除去してから、小径粒子膜形成工程に進んでもよい。【0169】
具体的には、単粒子膜ＦＬの除去工程では、３０ｋＨｚ以上１．５ＭＨｚ以下、好ましくは４０ｋＨｚ以上９００ｋＨｚ以下の超音波洗浄、１ＭＰａ以上１５ＭＰａ、好ましくは５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の高圧洗浄、またはワイピング、具体的にはコットン製の布やＰＶＡ製のブラシによる接触洗浄等の方法を用いて単粒子膜ＦＬを物理的に除去してもよく、ＣＦ４等のガスを使用したドライエッチングやＨＦ等を使用したウェットエッチング等の方法を用いて、化学的に単粒子膜ＦＬのみを選択的に除去してもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、単粒子膜ＦＬが除去される直前まで大径粒子ＳＬと対向していた領域は、エッチングされないため、平坦になる。したがって、先端部分が平坦な大径突部２２が形成される。こうした製造方法によれば、第１の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0170】
また、小径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＳを発光構造体形成面１１Ｓから除去してもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、単粒子膜ＦＳが除去される直前まで小径粒子ＳＳと対向していた領域の中央は、エッチングされないため、平坦になる。したがって、先端部分が平坦な小径突部２３が形成される。こうした製造方法によれば、第２の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0171】
また、大径粒子エッチング工程と小径粒子エッチング工程の双方において、粒子の消滅前にエッチングを停止してもよい。すなわち、大径粒子エッチング工程では、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＬを発光構造体形成面１１Ｓから除去してから、小径粒子膜形成工程に進む。そして、小径粒子エッチング工程では、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＳを発光構造体形成面１１Ｓから除去する。この場合、先端部分が平坦な大径突部２２と先端部分が平坦な小径突部２３とが形成される。こうした製造方法によれば、第３の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0172】
また、上述の製造方法では、大径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓが含む領域のうち、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた第１の領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた第２の領域が平坦になるまでエッチングを行う例を説明した。これに代えて、これらの領域のエッチングの進行度合いの差を利用すると、ブリッジ部１５が形成される。具体的には、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた第１の領域は、大径粒子ＳＬによってマスクされないため、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた第２の領域よりもエッチングの進行度合いがやや大きくなる。特に、上記の隙間が大きい場合ほど、エッチングの進行度合いの差が大きくなる。また、エッチングガスの変更によっても、このエッチングの進行度合いの差は変わる。したがって、大径粒子ＳＬの粒径やエッチングガスの種類等のエッチング条件を調整することによって、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた第２の領域のうち、互いに隣り合う大径粒子ＳＬが接している部分と対向していた領域は、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた第１の領域よりも窪みが浅くなる。これにより、ブリッジ部１５が形成される。こうした製造方法によれば、第６の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0173】
また、上述の製造方法およびその変形例において、互いに隣接する原型突部１６の間の平坦な部分に、エッチングガスによってエッチングされないマスクを形成した後に、小径粒子膜形成工程および小径粒子エッチング工程を実施してもよい。こうした製造方法によれば、平坦部１４に小径突部１３が形成されていない第２の実施形態および第７〜第９の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0174】
なお、第３の実施形態では、大径粒子膜形成工程が第１粒子膜形成工程であり、大径粒子エッチング工程が第１粒子エッチング工程であり、小径粒子膜形成工程が第２粒子膜形成工程であり、小径粒子エッチング工程が第２粒子エッチング工程である。【0175】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、以下の効果が得られる。（６）互いに異なる大きさの２種類の粒子を用いて基板をエッチングすることによって、上記の（１），（３），（４）の効果が得られる半導体発光素子用基板を製造することができる。
【0176】
（７）大径粒子ＳＬを用いたエッチング工程の後に、小径粒子ＳＳを用いたエッチング工程が行われる。こうした製造方法は、平坦部１４にも小径突部１３が形成された半導体発光素子用基板、すなわち、上記（２）の効果が得られる半導体発光素子用基板の製造に適している。【0177】
（８）大径粒子ＳＬの粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、小径粒子ＳＳの粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、かつ、小径粒子ＳＳの粒径は、大径粒子ＳＬの粒径の１／５０以上１／３以下である。こうした構成によれば、上記の（１）の効果が発揮されやすい形状の突部１２，１３が形成できる。【0178】
（９）大径粒子エッチング工程および小径粒子エッチング工程の少なくとも一方において、単粒子膜が消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜を発光構造体形成面１１Ｓから取り除くと、錐台形状の突部２２，２３が形成される。こうした製造方法によれば、単粒子膜が消滅するまでエッチングを行う場合と比較して、短い時間で、上記（１），（３），（４）に準じた効果を得られる半導体発光素子用基板が製造できる。
【0179】
（第４の実施形態）図３１〜図３５を参照して、本開示の技術の第４の実施形態として、半導体発光素子用基板の製造方法の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と比較して、大径粒子工程と小径粒子工程の順番が異なる。以下では、第３の実施形態との相違点を中心に説明し、第３の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0180】
［半導体素子用基板の製造方法］第４の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法では、大径粒子工程よりも先に小径粒子工程が行われる。
【0181】
小径粒子工程は、小径粒子膜形成工程と小径粒子エッチング工程とを含み、大径粒子工程は、大径粒子膜形成工程と大径粒子エッチング工程とを含む。小径粒子膜形成工程では、発光構造体形成面１１Ｓに小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが形成され、小径粒子エッチング工程では、単粒子膜ＦＳ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。大径粒子膜形成工程では、小径粒子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１１Ｓに大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬが形成され、単粒子膜ＦＬをマスクとして発光構造体形成面１１Ｓがさらにエッチングされる。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。
【0182】
［小径粒子膜形成工程］小径粒子工程にて用いられる単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳの粒径や材料は、第３の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。ただし、第４の実施形態においては、小径粒子ＳＳの粒径は、大径粒子ＳＬの粒径の１／１０以上１／３以下であることが好ましい。第４の実施形態では、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳをマスクとしたエッチングが先に行われるため、発光構造体形成面１１Ｓに形成される原型突部の大きさは、第３の実施形態の原型突部の大きさよりも小さい。そして、この小さい原型突部が、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬをマスクとしたエッチングが行われる間、エッチングガスに曝される。小径粒子ＳＳの粒径が大径粒子ＳＬの粒径の１／１０以上であれば、大径粒子エッチング工程を経ても、原型突部が消滅することなく、小径突部１３として十分な大きさの突部が形成される。
【0183】
小径粒子膜形成工程では、第３の実施形態にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、発光構造体形成面１１Ｓに小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが形成される。【0184】
［小径粒子エッチング工程］図３１に示されるように、単層の小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳは、発光構造体形成面１１Ｓに形成される。単粒子膜ＦＳは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、小径粒子ＳＳが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。
【0185】
小径粒子エッチング工程では、まず、好ましくは素子用基板１１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ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングされる。この際に、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳの粒径は、選択的なエッチングによって縮小し、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間には、新たな間隙が形成される。なお、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は、第３の実施形態にて例示した条件と同様の条件が適用される。【0186】
図３２に示されるように、次に、縮径された小径粒子ＳＳ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。この際に、発光構造体形成面１１Ｓは、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。発光構造体形成面１１Ｓでは、発光構造体形成面１１Ｓと対向する小径粒子ＳＳの部位が、小径粒子ＳＳの中心から遠い部位であるほど、先にエッチングが進行する。そして、小径粒子ＳＳの消滅に伴って、小径粒子ＳＳの中心と対向する領域でも、エッチングが進行する。【0187】
図３３に示されるように、結果として、発光構造体形成面１１Ｓでは、小径粒子ＳＳの中心と対向していた部分を頂点とした半球形状を有する原型突部１７が形成される。原型突部１７のピッチＰＳは、単粒子膜ＦＳにて互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間の間隔と同等であり、原型突部１７の配置もまた、小径粒子ＳＳの配置と同様である。また、小径粒子ＳＳが縮径される前の状態において、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの隙間と対向していた領域、および、小径粒子ＳＳの外表面の付近と対向していた領域は、エッチングガスに曝される時間が特に長いため、エッチングの進行度合いが大きくなる結果、平坦になる。【0188】
なお、発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされる際のエッチング条件は、第３の実施形態にて例示した条件と同様の条件が適用される。［大径粒子膜形成工程］
大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子ＳＬの粒径や材料は、第３の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。
【0189】
大径粒子膜形成工程では、第３の実施形態にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、原型突部１７が形成された発光構造体形成面１１Ｓに、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬが形成される。ここで、第３の実施形態では、原型突部１６の大きさに対して、その上に配置される小径粒子ＳＳの大きさは小さいが、第４の実施形態では、原型突部１７の大きさに対して、その上に配置される大径粒子ＳＬの大きさは大きい。したがって、第３の実施形態よりも第４の実施形態の方が、原型突部の形成後に発光構造体形成面１１Ｓに形成される単粒子膜が平坦になりやすく、発光構造体形成面１１Ｓに粒子が規則正しく並びやすい。結果として、第３の実施形態よりも第４の実施形態の方が、発光構造体形成面１１Ｓにおける突部１２，１３の配置の均一性が高められる。【0190】
［大径粒子エッチング工程］図３４に示されるように、単層の大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬは、小径粒子エッチング工程によって原型突部１７が形成された発光構造体形成面１１Ｓに形成される。単粒子膜ＦＬは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径粒子ＳＬが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。
【0191】
大径粒子エッチング工程では、まず、好ましくは素子用基板１１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ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングされる。この際に、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬの粒径は、選択的なエッチングによって縮小し、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間には、新たな間隙が形成される。なお、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は、第３の実施形態にて例示した条件と同様の条件が適用される。【0192】
次に、縮径された大径粒子ＳＬ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。この際に、発光構造体形成面１１Ｓは、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。【0193】
発光構造体形成面１１Ｓでは、発光構造体形成面１１Ｓと対向する大径粒子ＳＬの部位が、大径粒子ＳＬの中心から遠い部位であるほど、先にエッチングが進行する。そして、大径粒子ＳＬの消滅に伴って、大径粒子ＳＬの中心と対向する領域でも、エッチングが進行する。【0194】
図３５に示されるように、結果として、発光構造体形成面１１Ｓでは、大径粒子ＳＬの中心と対向していた部分を頂点とした錐体形状を有する大径突部１２と、原型突部１７の位置に対応した位置に位置する小径突部１３とが形成される。大径突部１２のピッチＰＬは、単粒子膜ＦＬにて互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の間隔と同等であり、大径突部１２の配置もまた、大径粒子ＳＬの配置と同様である。【0195】
ここで、大径突部１２の中心から発光構造体形成面１１Ｓに平行な方向の外側に向かって、発光構造体形成面１１Ｓがエッチングガスに曝される時間は長くなる。その結果、大径突部１２の先端から基端に向かって、原型突部１７に対するエッチングの進行度合いが大きくなるため、大径突部１２の先端から基端に向かって、小径突部１３の高さは小さくなる。また、エッチングの進行度合いの差に起因して、大径突部１２の外表面が傾斜していくため、傾斜に沿って、小径突部１３の形状が延びる。その結果、大径突部１２の先端から基端に向かって、小径突部１３の幅は大きくなる。【0196】
また、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた領域は、エッチングガスに曝される時間が特に長い。原型突部１７と大径粒子ＳＬとの大きさの差が大きいと、これらの領域は、大径粒子ＳＬのエッチングが進む間に、原型突部１７が消滅するまでエッチングが進行して平坦になる。その結果、平坦部１４には小径突部１３が形成されない。【0197】
なお、発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされる際のエッチング条件は、第３の実施形態にて例示した条件と同様の条件が適用される。以上説明したように、第４の実施形態の製造方法によって、第２の実施形態の半導体発光素子用基板が製造される。
【0198】
なお、大径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＬを発光構造体形成面１１Ｓから除去してもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、単粒子膜ＦＬが除去される直前まで大径粒子ＳＬと対向していた領域は、エッチングされないため、平坦な部分に形成された原型突部１７が残る。したがって、先端部分が平坦な大径突部２２が形成される。こうした製造方法によれば、第７の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0199】
また、小径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＳを発光構造体形成面１１Ｓから除去してから、大径粒子膜形成工程に進んでもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、単粒子膜ＦＳが除去される直前まで小径粒子ＳＳと対向していた領域は、エッチングされないため、平坦になる。したがって、先端部分が平坦な小径突部２３が形成される。こうした製造方法によれば、第８の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0200】
また、大径粒子エッチング工程と小径粒子エッチング工程の双方において、粒子の消滅前にエッチングを停止してもよい。すなわち、小径粒子エッチング工程では、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＳを発光構造体形成面１１Ｓから除去してから、大径粒子膜形成工程に進む。そして、大径粒子エッチング工程では、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングが開始された後、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬがエッチングによって消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止して、続いて単粒子膜ＦＬを発光構造体形成面１１Ｓから除去する。この場合、先端部分が平坦な大径突部２２と先端部分が平坦な小径突部２３とが形成される。こうした製造方法によれば、第９の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0201】
また、第４の変形例の製造方法として説明した方法のように、大径粒子エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓが含む領域のうち、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた領域のエッチングの進行度合いの差を利用すると、ブリッジ部１５が形成される。こうした製造方法によれば、第１２の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0202】
なお、小径粒子ＳＳと大径粒子ＳＬとの粒径の差が小さいと、原型突部１７と大径粒子ＳＬとの大きさの差が小さくなる。その結果、大径粒子エッチング工程では、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた領域でも、原型突部１７が残って小径突部１３が形成される。こうした製造方法によれば、第１の実施形態、第１〜第３、第６の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0203】
なお、第４の実施形態では、小径粒子膜形成工程が第１粒子膜形成工程であり、小径粒子エッチング工程が第１工程の一例である第１粒子エッチング工程である。大径粒子膜形成工程が第２粒子膜形成工程であり、大径粒子エッチング工程が第２工程の一例である第２粒子エッチング工程である。【0204】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、第３の実施形態の（６），（９）の効果に加えて、以下の効果が得られる。（１０）小径粒子ＳＳを用いたエッチング工程の後に、大径粒子ＳＬを用いたエッチング工程が行われる。こうした製造方法は、平坦部１４に小径突部１３が形成されない半導体発光素子用基板、すなわち、上記（５）の効果が得られる半導体発光素子用基板の製造に適している。また、先のエッチング工程が行われた発光構造体形成面１１Ｓに形成される単粒子膜が平坦になりやすく、発光構造体形成面１１Ｓに粒子が規則正しく並びやすいため、発光構造体形成面１１Ｓにおける突部１２，１３の配置の均一性が高められる。
【0205】
（１１）大径粒子ＳＬの粒径は３００ｎｍ以上５μｍ以下であり、小径粒子ＳＳの粒径は１００ｎｍ以上１μｍ以下であり、かつ、小径粒子ＳＳの粒径は、大径粒子ＳＬの粒径の１／１０以上１／３以下である。こうした構成によれば、上記の（１）の効果が発揮されやすい大きさの突部１２，１３が形成できる。【0206】
（第５の実施形態）図３６〜図３８を参照して、本開示の技術の第５の実施形態として、半導体発光素子用基板の製造方法の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第４の実施形態と比較して、各単粒子膜を形成する工程と、各単粒子膜をマスクとしてエッチングする工程との順番が異なる。以下では、第４の実施形態との相違点を中心に説明し、第４の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0207】
［半導体素子用基板の製造方法］第５の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法では、大径粒子膜形成工程よりも先に小径粒子膜形成工程が行われる。そして、小径粒子膜形成工程と大径粒子膜形成工程とが順に行われた後に、小径粒子ＳＳからなる単粒子膜ＦＳをマスクにしたエッチングである第１工程と、大径粒子ＳＬからなる単粒子膜ＦＬをマスクにしたエッチングである第２工程とが同時に行われる。
【0208】
小径粒子膜形成工程では、発光構造体形成面１１Ｓに小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが形成される。大径粒子膜形成工程では、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳに、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬが積み重ねられる。【0209】
エッチング工程では、単粒子膜ＦＬをマスクとして発光構造体形成面１１Ｓがエッチングされ、かつ、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間に位置する単粒子膜ＦＳ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。【0210】
図３６に示されるように、まず、小径粒子膜形成工程にて、単層の小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが、発光構造体形成面１１Ｓに形成される。小径粒子膜形成工程では、第４の実施形態にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＦＳが形成される。小径粒子ＳＳの粒径や材料は、第４の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。単粒子膜ＦＳは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、小径粒子ＳＳが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。【0211】
次いで、大径粒子膜形成工程にて、単層の大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬが、単粒子膜ＦＳの上に積み重ねられる。大径粒子膜形成工程では、第４の実施形態にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、発光構造体形成面１１Ｓに単粒子膜ＦＬが形成される。大径粒子ＳＬの粒径や材料は、第４の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。大径粒子膜形成工程では、第４の実施形態にて例示した単粒子膜形成方法と同様の方法によって、単粒子膜ＦＳの上に単粒子膜ＦＬが積み重ねられる。大径粒子ＳＬの粒径や材料は、第４の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。単粒子膜ＦＬは、発光構造体形成面１１Ｓの平面視にて、大径粒子ＳＬが２次元に最密充填された六方充填構造を有している。【0212】
これら２つの単粒子膜ＦＳ，ＦＬの積み重なりによって、発光構造体形成面１１Ｓは、大径粒子ＳＬによって覆われる部分と、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間において小径粒子ＳＳによって覆われる部分と、いずれの粒子ＳＳ，ＳＬにも覆われない部分とが区画される。【0213】
図３７に示されるように、エッチング工程では、まず、好ましくは素子用基板１１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ＦＳと単粒子膜ＦＬとがエッチングされる。これによって、単粒子膜ＦＬを構成する大径粒子ＳＬの粒径が縮小し、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間には、新たな間隙が形成される。この際に、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間を通じたエッチングによって、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳの粒径も縮小し、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間にも、新たな間隙が形成される。結果として、縮径された大径粒子ＳＬ、および、縮径された小径粒子ＳＳ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。【0214】
次いで、素子用基板１１、単粒子膜ＦＳ、および、単粒子膜ＦＬがエッチングされるエッチング条件で、各々のエッチングが進められる。この際に、発光構造体形成面１１Ｓは、互いに隣り合う小径粒子ＳＳの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜ＦＳを構成する小径粒子ＳＳもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。発光構造体形成面１１Ｓでは、小径粒子ＳＳの中心から遠い部位であるほど、先にエッチングが進行する。こうしたエッチングの進行は、大径粒子ＳＬの中心から遠い部位であるほど速い。そして、小径粒子ＳＳの消滅に伴って、小径粒子ＳＳの中心と対向する領域でも、エッチングが進行する。【0215】
図３８に示されるように、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の中央では、小径粒子ＳＳが最も速く消滅する。そして、大径粒子ＳＬが消滅する前にエッチングが終了する。【0216】
この際に、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の中央では、エッチングガスに曝される時間が特に長く、小径粒子ＳＳの消滅後においてエッチングの進行度合いが大きくなる。こうした領域は、大径粒子ＳＬのエッチングが引き続き進む間に、小径粒子ＳＳのマスクによって形成された段差が消滅して平坦になる。その結果、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の中央に、平坦部１４が形成される。【0217】
一方で、平坦部１４の周囲では、平坦部１４よりもエッチングガスに曝される時間が短く、しかも、大径粒子ＳＬの中心に近い部位ほど、エッチングガスに曝される時間は短い。こうしたエッチングの進行度合いの差によって、平坦部１４に囲まれる部位には、平坦部１４から突き出た錐台形状を有する大径突部２２が形成される。大径突部２２のピッチＰＬは、単粒子膜ＦＬにて互いに隣り合う大径粒子ＳＬの間の間隔と同等であり、大径突部２２の配置もまた、大径粒子ＳＬの配置と同様である。【0218】
また、大径突部２２の外表面には、小径粒子ＳＳの中心と対向していた部分を頂点とした半球形状を有する小径突部１３が形成される。上述したように、エッチングの進行度合いの差に起因して、大径突部２２の外表面が傾斜していくため、傾斜に沿って、小径突部１３の形状が延びる。その結果、大径突部２２の先端から基端に向かって、小径突部１３の幅は大きくなる。そして、発光構造体形成面１１Ｓにおいて、縮小した大径粒子ＳＬによって覆われる部分には、エッチング工程前と同じ平坦な面が残る。【0219】
なお、第５の実施形態においては、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳをマスクとしたエッチングと、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬをマスクとしたエッチングとが同時に行われる。そのため、小径粒子ＳＳをマスクにしたエッチングによって小径突部１３が形成される間、大径粒子ＳＬは、大径突部２２の先端を平坦な面として保護し続ける。それゆえに、第４の実施形態のように、小径粒子ＳＳの粒径が、大径粒子ＳＬの粒径の１／１０以上１／３以下でなくとも、小径突部１３として十分な大きさの突部が形成される。
【0220】
以上説明したように、第５の実施形態の製造方法によって、第１０の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。なお、エッチング工程において、小径粒子ＳＳのマスクによって形成された段差が平坦部１４において消滅し、かつ、大径突部２２の外周面に縮径した小径粒子ＳＳが残っているときに、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止してもよい。この場合、縮径した小径粒子ＳＳと対向していた領域は、錐台形状を有する小径突部２３として残る。こうした製造方法によれば、第１１の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。
【0221】
この際に、小径粒子ＳＳのマスクによって形成された段差が平坦部１４において消滅するためには、小径粒子ＳＳのマスクによって形成される段差に対して、平坦部１４におけるエッチングの量が十分に大きいことが求められる。こうしたエッチングの条件下においては、１段目の小径突部２３のマスクとして機能した小径粒子ＳＳもまた、平坦部１４の段差と共に消滅しやすくなる。一方で、２段目の小径突部２３のマスクとして機能する小径粒子ＳＳは、１段目の小径突部２３のマスクとして機能する小径粒子ＳＳよりも消滅しにくい。それゆえに、第１１の変形例において記載したように、小径突部２３の中で２段目の小径突部２３は、錐台形状である一方で、１段目の小径突部２３は、錐体形状であることが好ましい。こうした構成であれば、小径突部２３を形成するためのエッチング条件に対する制約を抑えることが可能でもある。なお、３段以上の小径突部２３を有する構成においても同じく、小径突部２３の含まれる段数が小さいほど、小径突部２３が錐体形状であることが好ましい。【0222】
また、エッチング工程において、小径粒子ＳＳが消滅した後であって、かつ、小径粒子ＳＳのマスクによって形成された段差が平坦部１４に残っているときに、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止してもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて小径粒子ＳＳと対向していた領域は、小径突部１３として残る。こうした製造方法によれば、第４の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。【0223】
また、エッチング工程において、小径粒子ＳＳが消滅する前に、発光構造体形成面１１Ｓのエッチングを停止してもよい。この場合、発光構造体形成面１１Ｓにおいて小径粒子ＳＳと対向していた領域は、錐台形状を有する。こうした製造方法によれば、第５の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。なお、この際に、大径突部２２が形成されるためには、小径粒子ＳＳにおけるエッチングの量が、大径粒子ＳＬにおけるエッチングの量に比べて適切に大きいことが求められる。こうしたエッチングの条件下においては、１段目の小径突部２３のマスクとして機能した小径粒子ＳＳや、平坦部１４から突き出る小径突部２３のマスクとして機能した小径粒子ＳＳもまた、大径粒子ＳＬのエッチングと共に消滅しやすくなる。一方で、２段目の小径突部１３のマスクとして機能する小径粒子ＳＳは、１段目の小径突部２３のマスクとして機能する小径粒子ＳＳよりも消滅しにくい。それゆえに、第５の変形例において記載したように、小径突部２３の中で２段目の小径突部２３は、錐台形状である一方で、１段目の小径突部２３は、錐体形状であることが好ましい。こうした構成であれば、小径突部２３を形成するためのエッチング条件に対する制約を抑えることが可能でもある。なお、３段以上の小径突部２３を有する構成においても同じく、小径突部２３の含まれる段数が小さいほど、小径突部２３が錐体形状であることが好ましい。【0224】
また、第６の変形例の製造方法として説明した方法のように、エッチング工程において、発光構造体形成面１１Ｓが含む領域のうち、大径粒子ＳＬが縮径される前の状態において、互いに隣り合う大径粒子ＳＬの隙間と対向していた領域、および、大径粒子ＳＬの外表面の付近と対向していた領域のエッチングの進行度合いの差を利用すると、ブリッジ部１５が形成される。【0225】
なお、エッチング前、および、エッチング途中において、大径突部２２の外表面から小径粒子ＳＳが落ちないように、単粒子膜ＦＳに単粒子膜ＦＬを積み重ねる前に、小径粒子ＳＳを固定するためのバインダーを、単粒子膜ＦＳに予め塗布してもよい。この際に、発光構造体形成面１１Ｓに小径粒子ＳＳを固定するためのバインダーは、樹脂、シランカップリング剤などである。こうしたバインダーは、発光構造体形成面１１Ｓに小径粒子ＳＳを固定する機能を有し、かつ、小径粒子ＳＳよりも速いエッチング速度を有していればよい。【0226】
以上説明したように、第５の実施形態によれば、第４の実施形態の（６），（９）の効果に加えて、以下の効果が得られる。（１２）小径粒子ＳＳをマスクに用いたエッチングと、大径粒子ＳＬをマスクに用いたエッチングとが同時に行われるため、これらのエッチングが各別に行われる方法と比べて、製造工程の工程数を少なくすることが可能である。
【0227】
（１３）発光構造体形成面１１Ｓにエッチングが施される期間の全体にわたり、大径突部２２の先端は、大径粒子ＳＬによって覆われ続ける。それゆえに、発光構造体形成面１１Ｓが有する結晶面と、大径突部２２の先端が有する結晶面との間において、面方位を整合させることが容易である。【0228】
なお、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳと、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬとをマスクにするエッチングは、大径粒子ＳＬが消滅するまで行われてもよい。この場合、大径粒子ＳＬと対向していた領域は、錐体形状を有する大径突部１２として残る。こうした製造方法によれば、第１の実施形態、第２の実施形態、第１〜第３の変形例、および、第７〜第９の変形例の各々に記載した半導体発光素子用基板が製造される。
【0229】
また、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬが発光構造体形成面１１Ｓに積み重ねられ、大径粒子ＳＬから構成される単粒子膜ＦＬに、小径粒子ＳＳから構成される単粒子膜ＦＳが積み重ねられてもよい。この場合、大径粒子ＳＬの表面が小径粒子ＳＳをマスクにしてエッチングされるため、発光構造体形成面１１Ｓのマスクとして機能する大径粒子ＳＬの外表面そのものに凹凸が形成される。こうした製造方法であっても、第１の実施形態、第２の実施形態、第１〜第３の変形例、および、第７〜第９の変形例の各々に記載した半導体発光素子用基板が製造される。【0231】
［半導体発光素子］図３９に示されるように、半導体発光素子は、素子用基板１１を基材として有している。素子用基板１１としては、上述の各実施形態および変形例の半導体発光素子用基板が用いられる。半導体発光素子は、素子用基板１１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。
【0232】
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。【0233】
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。【0234】
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。具体的な半導体層の構成例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ等からなるバッファ層、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ等からなるｎ型の導電性を有する層（クラッド層）、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなる発光層、アンドープＧａＮ、ｐ−ＧａＮ等からなるｐ型の導電性を有する層（クラッド層）、ＭｇドープＡｌＧａＮ、ＭｇドープＧａＮからなるキャップ層が順次積層されてなる多層膜が挙げられる。【0235】
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、青色領域の光を、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。【0236】
（第７の実施形態）本開示の技術の第７の実施形態として、半導体発光素子の製造方法の実施形態について説明する。
【0237】
［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、上述の各実施形態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１１を製造する工程と、素子用基板１１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。
【0238】
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。【0239】
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ＡｓＨ３やＰＨ３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。【0240】
（実施例）上述した半導体発光素子用基板、半導体発光素子、および、その製造方法について、以下に挙げる具体的な実施例を用いて説明する。
【0241】
＜実施例１：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：あり、大径突部の形状：錐体、小径突部の形状：錐体）＞大径粒子工程の後に、小径粒子工程を行って、実施例１の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0242】
［大径粒子工程］直径２インチ、厚さ０．４２ｍｍのサファイア基板上に、φ１．０μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子を国際公開第２００８／００１６７０号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。
【0243】
具体的には、平均粒径が１．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝２．６９％）の球形コロイダルシリカの３.０質量％水分散体（分散液）を用意した。【0244】
ついで、この分散液に濃度５０質量％の臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（界面活性剤）を２．５ｍｍｏｌ／Ｌとなるように加え、３０分攪拌して、コロイダルシリカ粒子の表面に臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムを吸着させた。この際、臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の０．０４倍となるように分散液と臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムとを混合した。【0245】
ついで、この分散液に、この分散液の体積と同体積のクロロホルムを加え十分に攪拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。こうして得られた濃度１．５質量％の疎水化コロイダルシリカ分散液を、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽（ＬＢトラフ装置）中の液面（下層水として水を使用、水温２５℃）に滴下速度０．０１ｍｌ／秒で滴下した。なお、水槽の下層水には、あらかじめ上記サファイア基板を浸漬しておいた。
【0246】
滴下中より、超音波（出力１２０Ｗ、周波数１．５ＭＨｚ）を下層水中から水面に向けて照射して粒子が２次元的に最密充填するのを促しつつ、分散液の溶剤であるクロロホルムを揮発させ、単粒子膜を形成させた。【0247】
ついで、この単粒子膜を可動バリアにより拡散圧が１８ｍＮｍ−１になるまで圧縮し、サファイア基板を５ｍｍ／分の速度で引き上げ、単粒子膜を基板の片面上に移し取り、コロイダルシリカからなる単粒子膜エッチングマスク付きのサファイア基板を得た。【0248】
こうして得られたサファイア基板を加工するドライエッチングを行った。具体的には、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアス３００Ｗ、圧力１Ｐａ、Ｃｌ２ガスにてＳｉＯ２マスク/サファイア基板をドライエッチング加工し、複数の大径の原型突部（錐体形状）を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、最頻ピッチ１．０μｍ、構造高さ０．４μｍ、平坦部距離０．２２μｍであった。
【0249】
［小径粒子工程］ついで、平均粒径が３０５ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．４％）を用いて、原型突部を備えるサファイア基板上に、大径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例１の半導体発光素子用基板を得た。大径突部頂上付近の小径突部は、最頻ピッチ３００ｎｍ、構造高さ１２０ｎｍ、平坦部距離６０ｎｍであった。
【0250】
［半導体発光素子の形成］こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例１の半導体発光素子を完成した。各ＧａＮ系の半導体層は、一般に広く利用されるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成した。ＭＯＣＶＤ法においては、アンモニアガスとＩＩＩ族元素のトリメチルガリウム、トリメチルアンモニウム、トリメチルインジウムなどのアルキル化合物ガスを、７００℃〜１０００℃の温度環境でサファイア基板上に供給して熱分解反応させ、基板上で目的の結晶をエピタキシャル成長により成膜する。
【0251】
ｎ型半導体層としては、低温成長バッファ層としてＡｌ０．９Ｇａ０．１Ｎを１５ｎｍ、アンドープＧａＮを４．５μｍ、ｎクラッド層としてＳｉドープＧａＮを３μｍ、アンドープＧａＮを２５０ｎｍを順次積層した。【0252】
活性層としては、再結合の確率を高くするためバンドギャップの狭い層を数層挟んで内部量子効率の向上を行う多重量子井戸を形成した。その構成としては、アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（量子井戸層）を４ｎｍ、ＳｉドープＧａＮ（バリア層）１０ｎｍの膜厚で交互に成膜し、アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎが９層、ＳｉドープＧａＮが１０層となるように積層した。【0253】
ｐ型半導体層としては、ＭｇドープＡｌＧａＮを１５ｎｍ、アンドープＧａＮを２００ｎｍ、ＭｇドープＧａＮを１５ｎｍ積層した。ｎ電極を形成する領域において、最表層であるｐ型半導体層のＭｇドープＧａＮからｎ型半導体層のアンドープＧａＮまでをエッチング除去し、ＳｉドープのＧａＮ層を露出させた。この露出面にＡｌとＷからなるｎ電極を形成し、ｎ電極上にＰｔとＡｕからなるｎパッド電極を形成した。
【0254】
ｐ型半導体層の表面全面にＮｉとＡｕからなるｐ電極を形成し、ｐ電極上にＡｕからなるｐパッド電極を形成した。以上の操作でベアチップの状態の半導体素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を形成した。
【0255】
図４０および図４１は、実施例１の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図４０および図４１に示されるように、実施例１では、半導体発光素子用基板の上面に、錐体形状の大径突部と小径突部とが形成されている。また、小径突部は大径突部の外表面と平坦部とに形成されている。【0256】
＜実施例２：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：あり、大径突部の形状：錐台、小径突部の形状：錐体）＞大径粒子工程の後に、小径粒子工程を行って、実施例２の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0257】
［大径粒子工程］直径２インチ、厚さ０．４２ｍｍのサファイア基板上に、φ３．０μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子を国際公開第２００８／００１６７０号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。
【0258】
具体的には、平均粒径が３．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝０．８５％）の球形コロイダルシリカの３.０質量％水分散体（分散液）を用意した。【0259】
ついで、この分散液に濃度５０質量％の臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（界面活性剤）を２．５ｍｍｏｌ／Ｌとなるように加え、３０分攪拌して、コロイダルシリカ粒子の表面に臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムを吸着させた。この際、臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの質量がコロイダルシリカ粒子の質量の０．０４倍となるように分散液と臭素化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムとを混合した。【0260】
ついで、この分散液に、この分散液の体積と同体積のクロロホルムを加え十分に攪拌して、疎水化されたコロイダルシリカを油相抽出した。こうして得られた濃度１．５質量％の疎水化コロイダルシリカ分散液を、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽（ＬＢトラフ装置）中の液面（下層水として水を使用、水温２５℃）に滴下速度０．０１ｍｌ／秒で滴下した。なお、水槽の下層水には、あらかじめ上記サファイア基板を浸漬しておいた。
【0261】
滴下中より、超音波（出力１２０Ｗ、周波数１．５ＭＨｚ）を下層水中から水面に向けて照射して粒子が２次元的に最密充填するのを促しつつ、分散液の溶剤であるクロロホルムを揮発させ、単粒子膜を形成させた。【0262】
ついで、この単粒子膜を可動バリアにより拡散圧が１８ｍＮｍ−１になるまで圧縮し、サファイア基板を５ｍｍ／分の速度で引き上げ、単粒子膜を基板の片面上に移し取り、コロイダルシリカからなる単粒子膜エッチングマスク付きのサファイア基板を得た。【0263】
こうして得られたサファイア基板を加工するドライエッチングを行った。具体的には、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアス３００Ｗ、圧力１Ｐａ、Ｃｌ２ガスにてＳｉＯ２マスク/サファイア基板をドライエッチング加工し、途中でアンテナパワー１５００Ｗ、バイアス８０Ｗ、圧力５Ｐａの条件に変更し、ＣＦ４ガスにて粒子のみをドライエッチング加工し、大径の原型突部（錐台形状）を備えるサファイア基板を得た。原型突部は、最頻ピッチ３μｍ、構造高さ０．７μｍ、平坦部距離０．３μｍであった。【0264】
［小径粒子工程］ついで、平均粒径が４０３ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．1％）を用いて、原型突部を備えるサファイア基板上に、実施例１の小径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例２の半導体発光素子用基板を得た。大径突部頂上付近の小径突部は、最頻ピッチ４００ｎｍ、構造高さ１６０ｎｍ、平坦部距離８０ｎｍであった。
【0265】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例２の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0266】
図４２および図４３は、実施例２の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図４２および図４３に示されるように、実施例２では、半導体発光素子用基板の上面に、錐台形状の大径突部と錐体形状の小径突部とが形成されている。また、小径突部は大径突部の外表面と平坦部とに形成されている。【0267】
＜実施例３：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：なし、大径突部の形状：錐体、小径突部の形状：錐体）＞小径粒子工程の後に、大径粒子工程を行って、実施例３の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0268】
平均粒径が４０３ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．１％）を用い、直径２インチ、厚さ０．４２ｍｍのサファイア基板上に、実施例２の小径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行った。ついで、平均粒径が３．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝０．８５％）を用い、複数の小径の原型突部を備えるサファイア基板上に、粒子マスクが消滅するまでエッチングを行う以外は実施例２の大径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例３の半導体発光素子用基板を得た。大径突部は、錐体形状であって、最頻ピッチ３．０μｍ、構造高さ１．５μｍ、平坦部距離０．５μｍであった。【0269】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例３の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0270】
図４４および図４５は、実施例３の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図４４および図４５に示されるように、実施例３では、半導体発光素子用基板の上面に、錐体形状の大径突部と小径突部とが形成されている。また、小径突部は大径突部の外表面のみに形成されている。また、半導体発光素子用基板の上面には、ブリッジ部が形成されている。【0271】
＜実施例４：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：なし、大径突部の形状：錐台、小径突部の形状：錐体）＞小径粒子工程の後に、大径粒子工程を行って、実施例４の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0272】
平均粒径が４０３ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．１％）を用い、直径２インチ、厚さ０．４２ｍｍのサファイア基板上に、実施例２の小径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行った。ついで、平均粒径が３．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝０．８５％）を用い、複数の小径の原型突部を備えるサファイア基板上に、実施例２の大径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例４の半導体発光素子用基板を得た。大径突部は、錐台形状であった。【0273】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例４の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0274】
図４６および図４７は、実施例４の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図４６および図４７に示されるように、実施例４では、半導体発光素子用基板の上面に、錐台形状の大径突部と錐体形状の小径突部とが形成されている。また、小径突部は大径突部の外表面のみに形成されている。また、半導体発光素子用基板の上面には、ブリッジ部が形成されている。【0275】
＜実施例５：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：なし、大径突部の形状：錐台、先端が平坦な面、小径突部の形状：錐体）＞小径粒子ＳＳからなる単粒子膜ＦＳをマスクにしたエッチングである第１工程と、大径粒子ＳＬからなる単粒子膜ＦＬをマスクにしたエッチングである第２工程とを同時に進めて、実施例５の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0276】
平均粒径が３９５ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．０２％）を用い、直径が２インチ、厚さが０．４２ｍｍのサファイア基板上に、実施例１における単粒子膜ＦＳの形成工程と同じ方法によって、単粒子膜ＦＳを得た。【0277】
次いで、平均粒径が３．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝１．６６％）を用い、単粒子膜ＦＳを有するサファイア基板上に、実施例１における単粒子膜ＦＬの形成工程と同じ方法で単粒子膜ＦＬを得た。【0278】
こうして得られたサファイア基板に対して、単粒子膜ＦＳ，ＦＬをマスクにしたドライエッチングを施し、大径粒子ＳＬが消滅する前にエッチングを終了した。具体的には、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアス３００Ｗ、圧力１Ｐａ、Ｃｌ２ガスにてＳｉＯ２マスク/サファイア基板をドライエッチング加工し、そのエッチングの途中でバイアスを８０Ｗに変更し、かつ、圧力を５Ｐａに変更し、ＣＦ４ガスにて粒子のみをドライエッチング加工し、実施例５の半導体発光素子用基板を得た。大径突部は、錐台形状であって、大径突部の先端は平坦な面を有していた。【0279】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例５の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0280】
図４８および図４９は、実施例５の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図４８および図４９に示されるように、実施例５では、半導体発光素子用基板の上面に、錐台形状を有し、かつ、先端に平坦な面を有する大径突部と、錐体形状の小径突部とが形成されている。【0281】
＜実施例６：半導体発光素子の作製（平坦部の小径突部：なし、大径突部の形状：錐体、小径突部の形状：錐体）＞小径粒子ＳＳからなる単粒子膜ＦＳをマスクにしたエッチングである第１工程と、大径粒子ＳＬからなる単粒子膜ＦＬをマスクにしたエッチングである第２工程とを同時に進めて、実施例６の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
【0282】
平均粒径が３９５ｎｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝３．０２％）を用い、直径が２インチ、厚さが０．４２ｍｍのサファイア基板上に、実施例１における単粒子膜ＦＳの形成工程と同じ方法によって、単粒子膜ＦＳを得た。【0283】
次いで、平均粒径が３．０２μｍのＳｉＯ２コロイダルシリカ粒子（粒径の変動係数＝１．６６％）を用い、単粒子膜ＦＳを有するサファイア基板上に、実施例１における単粒子膜ＦＬの形成工程と同じ方法で単粒子膜ＦＬを得た。【0284】
こうして得られたサファイア基板に対して、単粒子膜ＦＳ，ＦＬをマスクにしたドライエッチングを施し、大径粒子ＳＬが消滅した後にエッチングを終了した。具体的には、アンテナパワー１５００Ｗ、バイアス３００Ｗ、圧力１Ｐａ、Ｃｌ２ガスにてＳｉＯ２マスク/サファイア基板をドライエッチング加工し、実施例６の半導体発光素子用基板を得た。大径突部、および、小径突部の各々が、錐体形状を有していた。【0285】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、実施例６の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0286】
図５０から図５２は、実施例６の半導体発光素子用基板の走査型電子顕微鏡写真を示す。図５０から図５２の各々に示されるように、実施例６では、半導体発光素子用基板の上面に、錐体形状を有する大径突部と、錐体形状を有する小径突部とが形成されている。【0287】
＜比較例１：半導体発光素子の作製（大径突部：なし、小径突部：なし）＞基板としてサファイア基板を用い、大径粒子工程と小径粒子工程とを行わずに、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、比較例１の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。
【0288】
＜比較例２：半導体発光素子の作製（大径突部：錐体、小径突部：なし）＞基板としてサファイア基板を用い、小径粒子工程を行わない以外は実施例３と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、複数の錐体形状の大径突部を設けたサファイア基板である比較例２の半導体発光素子用基板を得た。
【0289】
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、実施例１と同じ構成のｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次積層し、続いてｐ電極およびｎ電極を形成して、比較例２の半導体発光素子（一つの素子のサイズが３００μｍ×３５０μｍ）を完成した。【0290】
＜評価方法＞［外部量子効率］
各実施例、比較例で得られた半導体発光素子（樹脂包埋前のベアチップ）をベアチップのまま小型プローバー（ＥＳＳテック社製ｓｐ−０−２Ｌｓ）にマウントし、オープンプローブにて駆動電流２０−４０ｍＡで点灯させた。光取り出し効率向上効果を確認するため、外部量子効率を、ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製スペクトラフレクト積分球とＣＤＳ−６００型分光器にて測定した。
【0291】
［螺旋転位密度および刃状転位密度］各実施例、比較例の半導体発光素子用基板上に製膜されたＧａＮにおいて、そのチルト（成長方位の結晶軸の傾き）分布、ツイスト（表面面内の結晶軸の回転)分布を、リガク製水平型Ｘ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂを使用し、ロッキングカーブ法にて評価を行い、螺旋転位密度ρ ｓｃｒｅｗ（ｃｍ−２）および刃状転位密度ρ ｅｄｇｅ（ｃｍ−２）を求めた。なお、バーガースベクトルはｂ ｓｃｒｅｗ（ｃｍ）：５．１８５×１０−８、ｂ ｅｄｇｅ（ｃｍ）：３．１８９×１０−８を用いた。螺旋転位密度を求めたチルト測定および刃状転位密度を求めたツイスト測定においては、それぞれスリット受光幅１．０ｍｍを使用した。チルト測定の走査角度（ω）は±５°、ツイスト測定での走査角度（φ）は±０．５°を使用した。測定した結晶面は螺旋転位密度についてはＧａＮ（００２）面、刃状転位密度についてはＧａＮ（３０２）面を用いた。
【0292】
実施例１〜６、および、比較例１，２の半導体発光素子用基板上に形成された大径突部と小径突部の形状的な特徴を表１に示す。なお、表１において、小径突部の最頻ピッチＰＳ、高さＨＳ、幅ＤＳは、大径突部頂上付近の小径突部について測定した。【0293】
また、外部量子効率、螺旋転位密度および刃状転位密度の評価結果を表２に示す。【0294】
【表1】
【0295】
【表2】
【0296】
表２に示されるように、大径突部と小径突部とを有する半導体発光素子用基板が用いられた実施例１〜６の半導体発光素子では、大径突部と小径突部との双方を有さない比較例１の半導体発光素子、および、小径突部を有さない比較例２の半導体発光素子と比較して、光取り出し効率が向上し、螺旋転位密度および刃状転位密度が小さくなることが確認された。したがって、半導体発光素子用基板が大径突部と小径突部とを有することにより、光取り出し効率が向上し、かつ、結晶欠陥が低減できることが示された。【符号の説明】
【0297】
ＳＬ…大径粒子、ＳＳ…小径粒子、ＦＬ，ＦＳ…単粒子膜、ＰＬ，ＰＳ…ピッチ、１１…素子用基板、１１Ｓ…発光構造体形成面、１２，２２…大径突部、１３，２３…小径突部、１４…平坦部、１５…ブリッジ部、１６，１７…原型突部、２１…発光構造体。【図1】
【図2】
【図3】
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