突状构造体、衬底、其制造方法、及发光元件

技术领域

本发明涉及一种突状构造体、衬底、其制造方法、及发光元件。

本申请案主张基于2018年9月14日在日本提出申请的日本专利特愿2018-172847号的优先权，并将其内容援引至此。

背景技术

用于发光二极管等的半导体发光元件通常以透明树脂制密封材(透镜等)密封。密封材有时具有提高光提取效率的功能。

半导体发光元件中，发出紫外线区域的光的发光元件因紫外线较高的光能而用于各种领域。特别是深紫外线(DUV)区域的光，具有较强的杀菌作用，期待在医疗领域等用于病毒的杀菌等。

但发光元件存在光提取效率低的问题。此外，由于作为有机材料的密封材容易因紫外线而劣化，故不期望将通过密封材提高光提取效率的方法应用于发光元件。

作为能够提高半导体发光元件的光提取效率的半导体发光元件用衬底，提出以下者。

·一种半导体发光元件用衬底，其具有供形成包含半导体层的发光构造体的发光构造体形成面，且所述发光构造体形成面具备平坦部、从所述平坦部突出的多个大径突部、及多个小径突部，所述多个小径突部中的至少一部分从所述大径突部的外表面突出(专利文献1)。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]国际公开第2015/053363号

发明内容

[发明所要解决的问题]

专利文献1的半导体发光元件用衬底包含无机材料，故不容易因紫外线区域的光而劣化。但具备专利文献1的半导体发光元件用衬底、及半导体层的发光元件存在紫外线区域的光提取角度窄的问题。

另外，专利文献1中并未记载将大径突部及多个小径突部形成在衬底的光提取面。

本发明的目的在于：提供一种获得不容易因紫外线区域的光而劣化且光提取效率及光提取角度优异的发光元件的突状构造体及衬底、所述衬底的制造方法及使用所述衬底的发光元件。

[解决问题的技术手段]

本发明具有以下态样。

[1]一种突状构造体，包含无机材料，

区分为圆顶部、及位在所述圆顶部之下的基础部，且

所述圆顶部的表面具有以100～1000nm的平均间距排列有多个凸部的微细凹凸构造，

所述圆顶部的高度(nm)相对于所述圆顶部的宽度(nm)的比为0.25～0.6，

所述基础部的侧面相对于高度方向的倾斜角为0度以上且低于21度，将所述突状构造体在高度方向上进行16分割时的每1区隔的所述倾斜角的变化量低于10度，

所述基础部的高度(nm)相对于所述基础部的宽度(nm)的比为0.1～0.25，

所述基础部的宽度(nm)相对于所述微细凹凸构造的平均间距(nm)的比为3～60。

[2]根据所述[1]的突状构造体，其中所述基础部(nm)的高度相对于所述突状构造体的高度(nm)的比为0.18～0.44。

[3]根据所述[1]或[2]的突状构造体，其中所述突状构造体的高度为400～3500nm。

[4]根据所述[1]至[3]中任一项的突状构造体，其中所述无机材料为蓝宝石。

[5]一种衬底，包含无机材料且具有光提取面，且

所述光提取面具有平坦部、及从所述平坦部突出的多个突状构造体，

所述多个突状构造体包含根据所述[1]至[4]中任一项的突状构造体。

[6]一种衬底的制造方法，其是在包含无机材料的基材之上形成以100～1000nm的平均间距排列有多个蚀刻掩膜的第1蚀刻掩膜图案，

对所述第1蚀刻掩膜图案进行干式蚀刻，在所述基材形成排列有多个凸部的微细凹凸构造，

在形成有所述微细凹凸构造的基材之上形成第2蚀刻掩膜图案，该第2蚀刻掩膜图案包含覆盖2个以上的所述凸部的尺寸的多个蚀刻掩膜，

对所述第2蚀刻掩膜图案以偏压电力X

[7]根据[6]的衬底的制造方法，其中在形成所述第2蚀刻掩膜图案之前，在所述微细凹凸构造之上涂布热固性涂布材料，通过加热处理使所述热固性涂布材料硬化。

[8]一种衬底的制造方法，其是在包含无机材料的基材之上形成以100～1000nm的平均间距排列有多个蚀刻掩膜的第1蚀刻掩膜图案，

在所述第1蚀刻掩膜图案之上涂布热固性涂布材料，通过加热处理使所述热固性涂布材料硬化，在其硬化物之上形成第2蚀刻掩膜图案，该第2蚀刻掩膜图案包含覆盖2个以上的所述蚀刻掩膜的尺寸的多个蚀刻掩膜，

对所述第1蚀刻掩膜图案、所述热固性涂布材料的硬化物、及所述第2蚀刻掩膜图案以偏压电力X

[9]根据[6]至[8]中任一项的衬底的制造方法，其中使用涂布型蚀刻掩膜材料分别形成所述第1蚀刻掩膜图案及所述第2蚀刻掩膜图案。

[10]一种发光元件，其具有所述[5]的衬底、及半导体层。

[发明的效果]

根据本发明，可提供一种获得不容易因紫外线区域的光而劣化且光提取效率及光提取角度优异的发光元件的突状构造体及衬底、所述衬底的制造方法及使用所述衬底的发光元件。

附图说明

图1是一实施方式的发光元件的示意截面图。

图2是一实施方式的衬底的第2主面(光提取面)的示意局部俯视图。

图3是图2中的位置III-III上的示意截面图。

图4是一实施方式的突状构造体的示意截面图。

图5是对一实施方式的衬底中的突状构造体的平均间距等的测定方法进行说明的示意俯视图(在三角格子的情况下)。

图6是对一实施方式的衬底中的突状构造体的平均间距等的测定方法进行说明的示意俯视图(在正方格子的情况下)。

图7是对一实施方式的衬底的制造方法进行说明的图。

图8是对一实施方式的突状构造体的作用进行说明的图。

图9是在实施例1中获得的衬底的扫描式电子显微镜像，且是从斜视方向对衬底的第2主面进行摄影而得的图像。

图10是实施例1中用在倾斜角θ的测定的扫描式电子显微镜像之一。

具体实施方式

以下，参照随附图式，并示出实施方式对本发明进行说明。

另外，图1～8中的尺寸比为了便于说明，与实际的尺寸比不同。

「光提取角度」表示从半导体层向衬底的第1主面以任意入射角入射的光中，可从衬底的第2主面(光提取面)提取的光的入射角。

图1是一实施方式的发光元件100的示意截面图。图2是图1所示的发光元件100所具备的衬底10的第2主面(光提取面)的示意局部俯视图。图3是图2中的位置III-III上的示意截面图。图4是衬底10的第2主面所具有的突状构造体1的示意截面图。图5～6是对突状构造体1的平均高度及平均间距的测定方法进行说明的示意俯视图。

本实施方式的发光元件100具备衬底10、及半导体层20。

半导体层20积层在衬底10的第1主面10a。

半导体层20是从衬底10侧依次积层n型半导体层21、半导体发光层23、p型半导体层25而构成。

在p型半导体层25积层有p侧电极31。

n型半导体层21的一部分露出，在n型半导体层21的露出面，积层有n侧电极33。

发光元件100通过树脂层110、120接合于子安装衬底130。树脂层110将p侧电极31与子安装衬底130接合，树脂层120将n侧电极33与子安装衬底130接合。

(衬底)

衬底10包含无机材料。因此，衬底10不容易因紫外线区域的光(以下，也称为UV光)而劣化。此外，该衬底10在发光元件100的制造步骤中的热、机械、化学及光学耐受性也优异。

作为无机材料，可透射UV光即可，例如为选自由Al

衬底10的厚度例如可为0.1～1.5mm。

衬底10具有第1主面10a及其相反侧的第2主面10b。第1主面10a是供形成半导体层20的面。第2主面10b是光提取面。

第1主面10a具有沿着1个结晶面扩展的平面。所述平面在衬底10的晶系为六方晶系时，例如为选自由c面、m面、a面、及r面所组成的群的1者相连的平面，在衬底10的晶系为立方晶系时，例如为选自由(001)面、(111)面、及(110)面所组成的群的1者相连的平面。另外，所述平面所具有的结晶面也可为较所述指数面更高指数面，只要为适合赋予半导体层20结晶性的1个结晶面即可。

所述平面所具有的结晶面促进半导体层20在第1主面10a之上具有结晶性。

如图2～3所示，第2主面10b具有平坦部3、及从平坦部3突出的多个突状构造体1。因此，第2主面10b具有包含平坦部3及多个突状构造体1的凹凸构造。

平坦部3是基于原子力显微镜(AFM)的测定结果，将其区域内的中点的表面高度与其区域内的任意点的表面高度连接的直线的相对于第2主面10b的倾斜度为±10度以下的区域。

如图4所示，突状构造体1区分为圆顶部5、及位于圆顶部5之下的基础部7。

在对突状构造体1进行显微镜观察时，在突状构造体1的侧面，遍及突状构造体1的全周观察到倾斜角急剧变化的高度位置。可将其假定为倾斜角变更线，在倾斜角变更线之上下将突状构造体区分为基础部与圆顶部。

圆顶部5大致形成为截球形状，在俯视下，随着从圆顶部5的外缘向中心接近，高度变高。

圆顶部5的表面具有微细凹凸构造。微细凹凸构造包含多个凸部5a。多个凸部5a分别形成为截球形状。多个凸部5a沿着圆顶部5的表面排列。

多个凸部5a在俯视下周期性地二维排列而形成二维格子构造。二维排列表示多个凸部5a的排列方向为同一面内的至少2个方向。在相邻的凸部5a之间可存在平坦面，也可不存在平坦面。

作为二维格子构造，可列举：排列方向为2个方向，且其交叉角度为90°的正方格子构造；排列方向为3个方向，且其交叉角度为60°的三角格子(也称为六方格子)构造等。由于排列方向较多者的光提取效率优异，故优选三角格子构造。

但圆顶部5及多个凸部5a的形状分别不限定于如图所示的大致截球形状。圆顶部5及多个凸部5a的形状可为截球形状(半球体形状、大致半球体形状、椭圆体形状等)、圆锥形状、多角锥(例如四角锥～六角锥)形状、正弦波形状、或以其等为基本的衍生形状等。

微细凹凸构造的平均间距P

圆顶部5的高度L

圆顶部5的高度L

基础部7大致形成为圆锥台形状。

但基础部7的形状并不限定于如图所示的圆锥台形状。基础部7的形状可为圆柱形状、圆锥台形状、多角柱(例如四角柱～六角柱)形状、角锥台(例如四角锥台～六角锥台)形状、或以其等为基本的衍生形状等。例如，可为在俯视下的外形呈凹凸状起伏的形状。

另外，基础部7的最上部的俯视下的外形与圆顶部5的最下部的俯视下的外形相同。

基础部7的侧面7a从圆顶部5的最下部的外缘向下方延伸并连接于平坦部3。

侧面7a相对于突状构造体1的高度方向(第2主面10b的法线方向)的倾斜角θ为0度以上且低于21度，且将突状构造体1在高度方向上进行16分割时的每1区隔的倾斜角θ的变化量低于10度。通过具有具有该侧面7a的基础部7，与不具有基础部7的情况相比，可扩大来从半导体层20的UV光提取角度，提高UV光的利用效率。

倾斜角θ优选1度以上且低于20度，更优选2度以上且低于18度。

在基础部7中，将突状构造体1在高度方向上进行16分割时的每1区隔的倾斜角θ的变化量优选低于10度，更优选低于5度。

基础部7的高度L

基础部7的宽度W(nm)相对于圆顶部5的微细凹凸构造的平均间距P

基础部7的宽度W优选800～6350nm，更优选850～6000nm。基础部7的宽度W典型的是突状构造体1的宽度。如果W为所述范围的下限值以上，则UV光提取效率更优异。如果W为所述范围的上限值以下，则对于为了将W限于所需的范围而所需的加工，可扩大其所采用的方法的范围。

基础部7的高度L

突状构造体1的高度L优选400～3500nm，更优选500～3000nm。如果L为所述范围的下限值以上，则UV光提取效率更优异。如果L为所述范围的上限值以下，则UV光提取效率更优异。

衬底10中的多个突状构造体1的L

于第2主面10b中，多个突状构造体1与多个凸部5a同样形成二维格子构造。

另外，多个突状构造体1也可不必形成二维格子构造。例如，多个突状构造体1也可随机排列。

多个突状构造体1的平均间距优选1000～5500nm，更优选2000～4400nm。如果平均间距为所述范围内，则UV光提取效率更优异。

相邻的突状构造体1间的平坦部3的平均宽度优选50～1100nm，更优选100～1000nm。如果平坦部3的平均宽度为所述范围内，则UV光提取效率更优异。此外，容易进行为了将平坦部3的平均宽度限于所需的范围而所需的加工。

＜测定方法＞

所述特性的测定方法如下所述。

衬底10的第2主面10b的多个突状构造体1的平均间距为突状构造体1的中心距离的平均值，通过以下的测定方法求出。

使用切片机或聚焦离子束装置(FIB)，以使切断面通过相邻的2个以上突状构造体1的方式将衬底10相对于第2主面10b垂直切断，获得具有切断面的1边为10mm左右的大致正方形的小片样品。

在多个突状构造体1呈格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选与格子方向不同的方向。通过设为与格子方向不同的方向，容易观察多个突状构造体1的剖面形状。

例如，在多个突状构造体1b呈三角格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选于图5中s1～s3所示的方向进行切断。

在多个突状构造体1b呈正方格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选于图6中s11～s12所示的方向进行切断。

继而，从上表面以扫描式电子显微镜(SEM)观察所述小片样品，以能够观察的突状构造体1于每1图像可测定20～30个的倍率获得第2主面10b的表面图像。继而，从利用所述扫描式电子显微镜所得的第2主面10b的图像，选择20对相邻的突状构造体1，求出各相邻的突状构造体1的中心间的距离P。将以此方式求出的20个距离P的平均值设为平均间距。

在多个突状构造体1呈格子状排列的情况下，相邻的突状构造体1是沿着格子方向相邻的突状构造体1。

例如，在多个突状构造体1b呈三角格子状排列的情况下，相邻的突状构造体1是沿着图5中t1～t3所示的方向相邻的突状构造体1。

在多个突状构造体1b呈正方格子状排列的情况下，相邻的突状构造体1是沿着图6中t11～t12所示的方向相邻的突状构造体。

圆顶部5的表面的微细凹凸构造的平均间距为相邻的凸部5a的中心距离的平均值，与所述突状构造体1的平均间距的测定方法相同，通过从以能够观察的微细凹凸构造于每1图像可测定20～30个的倍率获得的表面图像，测定相邻的凸部5a的顶点间的距离而求出。

突状构造体1的高度L、基础部7的宽度W等按照以下顺序求出。

首先，使用切片机或聚焦离子束装置(FIB)，以使切断面通过1个突状构造体1的俯视中央附近的方式将衬底10相对于第2主面10b垂直切断，获得1边为10mm左右的大致正方形的小片样品。

在多个突状构造体1呈格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选与格子方向不同的方向。通过设为与格子方向不同的方向，容易观察多个突状构造体1的剖面形状。

例如，在多个突状构造体1b呈三角格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选于图5中s1～s3所示的方向进行切断。

在多个突状构造体1b呈正方格子状排列的情况下，用以获得小片样品的切断方向优选于图6中s11～s12所示的方向进行切断。

继而，取得所获得的小片样品的切断面的扫描式电子显微镜(SEM)图像。此时，设为获得1至3个能够从切断面观察突状构造体1的最高点的突状构造体1的倍率，拍摄复数张利用SEM所得的剖面图像。然后，从各剖面图像中选择共20个突状构造体1，求出该等各突状构造体1的高度。但于切断面的位置为不于小片样品侧残留突状构造体1的最高点的位置的情况下，无法观察到最高点，故不选择此种构造体。此外，由于不容易观察隐藏在其他构造体阴影中的构造体，故不选择。仅选择20个可从切断面观察到最高点的构造体，求出该等各突状构造体1的高度L。

各突状构造体1的高度L是以该突状构造体1的最下部为基准的该突状构造体1的最高点的高度。能够从切断面观察到的突状构造体1的最下部可分别于两侧相邻的突状构造体1之间掌握，故其等的中间高度成为突状构造体1的最下部。即，于将以与一侧相邻的突状构造体1之间的最下部A为基准的突状构造体1的最高点的高度设为L

相邻的突状构造体1间的最下部在与相邻的突状构造体1之间存在平坦面的情况下，该平坦面与突状构造体1的交界为该相邻的突状构造体1间的最下部。在相邻的突状构造体1不存在平坦面的情况下，在与相邻的突状构造体1之间最低的点为与该相邻的突状构造体1之间的最下部。

以此方式求出的20个突状构造体1的高度L的平均值为平均高度。

此外，所述20个突状构造体的最下部的宽度为基础部7的宽度W，20个突状构造体的基础部7的宽度W的平均值为基础部7的平均宽度。

从所述获得的利用SEM所得的剖面图像中抽取共10个突状构造体1的剖面。

关于各突状构造体1的剖面，使用图像测量软件求出以突状构造体1的最下部为基准的突状构造体1的最高点的高度L，将高度L进行16分割，针对以最下部为基准的高度为L的1/16至16/16之间的16区间(0/16～1/16、1/16～2/16、2/16～3/16、…、15/16～16/16)的各者，求出突状构造体1表面(侧面)的切线，求出以平坦面为基准的垂线与所述切线所成的角度(倾斜角)。

从测定结果获得各区间的平均值，由此求出在高度方向上进行16分割的每1区间的倾斜角。

从最下部起将满足倾斜角为0度以上且低于21度、且将突状构造体1在高度方向上16分割时的每1区隔的倾斜角的变化量为10度以下的条件的区间连续的范围设为基础部7，将倾斜角及其变化量的任一者或两者不满足所述条件的区间设为圆顶部5，将该等区间的交界的高度设为倾斜角变更线的高度。

对突状构造体1之一侧面(从最高点至宽度方向之一侧的表面)与另一侧面(从最高点至宽度方向之一侧的表面)的各者进行所述测定。在倾斜角及其变化量满足所述条件的区间于一侧面与另一侧面不同的情况下，即倾斜角变更线的高度不同的情况下，其等的中间高度成为倾斜角变更线的高度。

此外，在突状构造体1的剖面，将以最下部为基准的突状构造体1的最高点视作突状构造体的高度L，将倾斜角变更线的高度视作基础部7的高度L

基础部7的宽度W是在突状构造体1的剖面中突状构造体1的最下部的宽度。

衬底10所具有的突状构造体1的圆顶部5的高度L

另外，也可代替使用软件，改为对所述图像进行印刷，通过量角器测定倾斜角。

＜衬底的制造方法＞

作为制造衬底10的方法，例如可列举以下制造方法I或II。

制造方法I：

一种衬底的制造方法，其是在包含无机材料的基材之上形成以100～1000nm的平均间距排列有多个蚀刻掩膜的第1蚀刻掩膜图案，

对所述第1蚀刻掩膜图案进行干式蚀刻，在所述基材形成排列有多个凸部的微细凹凸构造，

在形成有所述微细凹凸构造的基材之上形成第2蚀刻掩膜图案，该第2蚀刻掩膜图案包含覆盖2个以上的所述凸部的尺寸的多个蚀刻掩膜，

对所述第2蚀刻掩膜图案以偏压电力X

制造方法II：

一种衬底的制造方法，其是在包含无机材料的基材之上形成以100～1000nm的平均间距排列有多个蚀刻掩膜的第1蚀刻掩膜图案，

在所述第1蚀刻掩膜图案之上涂布热固性涂布材料，通过加热处理使所述热固性涂布材料硬化，在其硬化物之上形成第2蚀刻掩膜图案，该第2蚀刻掩膜图案包含覆盖2个以上的所述蚀刻掩膜的尺寸的多个蚀刻掩膜，

对所述第1蚀刻掩膜图案、所述热固性涂布材料的硬化物、及所述第2蚀刻掩膜图案以偏压电力X

在制造方法I、II中，偏压电力X

于偏压电力X

以下，示出制造方法I之一实施方式。另外，制造方法I并不限定于以下之一实施方式。

如图7所示，本实施方式的制造方法具有以下步骤。图7是表示制造方法I之一实施方式中的步骤(a)～(g)的示意截面图。

步骤(a)：在包含无机材料的基材70A的第2主面涂布第1蚀刻掩膜材料，形成第1蚀刻掩膜81的步骤。

步骤(b)：将第1蚀刻掩膜81图案化，形成多个点状蚀刻掩膜82a以平均间距100～1000nm排列的第1蚀刻掩膜图案82的步骤。

步骤(c)：对第1蚀刻掩膜图案82进行干式蚀刻，于基材70A的第2主面形成多个凸部71a，获得于第2主面具有包含多个凸部71a的微细凹凸构造71的基材70B的步骤。

步骤(d)：在基材70B的微细凹凸构造71之上涂布第2蚀刻掩膜材料，形成第2蚀刻掩膜83的步骤。

步骤(e)：将第2蚀刻掩膜83图案化，形成排列有分别覆盖多个凸部71a的尺寸的多个点状蚀刻掩膜84a的第2蚀刻掩膜图案84的步骤。

步骤(f)：对第2蚀刻掩膜图案84以偏压电力X

步骤(g)：步骤(f)之后，以偏压电力X

本实施方式的制造方法可视需要进而具有以下步骤(h)。

步骤(h)：步骤(c)之后，在基材70B的微细凹凸构造71之上涂布热固性涂布材料，通过加热处理使热固性涂布材料硬化的步骤。

在进行步骤(h)的情况下，在步骤(d)中，于构成微细凹凸构造71的多个凸部71a之间的间隙被热固性涂布材料的硬化物填埋的状态下，形成第2蚀刻掩膜83。

通过对第1蚀刻掩膜图案82的干式蚀刻而形成的多个凸部71a与构成圆顶部5的表面的微细凹凸构造的多个凸部5a相对应。

在对第2蚀刻掩膜图案84的高偏压电力X

由此，获得于第2主面具有多个突状构造体1及平坦部3的衬底10。

制造方法II例如在所述实施方式中，可通过进行以下步骤(i)代替步骤(c)而实施。

步骤(i)：于第1蚀刻掩膜图案82上涂布热固性涂布材料，通过加热处理使热固性涂布材料硬化的步骤。

当进行步骤(i)时，成为构成第1蚀刻掩膜图案82的多个蚀刻掩膜82a之间的间隙被热固性涂布材料的硬化物填埋的状态。

在进行步骤(i)的情况下，在步骤(d)中，于热固性涂布材料的硬化物之上涂布第2蚀刻掩膜材料，形成第2蚀刻掩膜83。此外，在步骤(f)中，不仅对第2蚀刻掩膜图案84，而且对热固性涂布材料的硬化物、第1蚀刻掩膜图案的全部进行干式蚀刻。在步骤(f)中，形成基础部7后，与形成圆顶部5并行地形成多个凸部71a。因此，仅在步骤(f)进行用以在衬底形成突状构造体1的干式蚀刻即可。

以下，对各步骤详细地进行说明。

步骤(a)：

作为第1蚀刻掩膜材料，可从公知的蚀刻掩膜材料中，考虑基材70A与蚀刻掩膜82a的蚀刻选择比、蚀刻掩膜的图案化方法等而适当选定。

作为第1蚀刻掩膜材料，优选涂布型蚀刻掩膜材料。涂布型蚀刻掩膜材料为在涂布阶段具有黏性的液体状，是指在涂布后通过通常使用的加热处理、UV照射处理、臭氧处理、溶胶凝胶法等硬化方法而成为固体形态者。因此，可将液体涂布于基材70A上，可在基材70A上形成均匀的层。

作为涂布型蚀刻掩膜材料，例如可列举阻剂材料及旋涂玻璃材料。

作为阻剂材料，可使用通常使用者，例如可列举包含有机无机混合材料的光阻。从公知的感旋光性功能性高分子材料等中适当选择并使用可适宜地图案化并且适合作为蚀刻步骤中的掩膜的材料。阻剂材料例如为包含聚合物、感光剂、添加剂、及溶剂的混合物。

作为旋涂玻璃材料，可使用通常使用者，例如可使用硅酸盐系旋涂玻璃材料、硅氧烷系旋涂玻璃材料等。

第1蚀刻掩膜81的厚度例如可为100～1000nm。

步骤(b)：

第1蚀刻掩膜81的图案化可通过纳米压印法、光微影法等公知的方法实施。

在纳米压印法中，例如将在表面具有特定的图案的纳米压印模具的所述表面压入于第1蚀刻掩膜81，在该状态下使第1蚀刻掩膜81硬化，其后，通过取下纳米压印模具而将第1蚀刻掩膜81图案化。于第1蚀刻掩膜包含涂布型蚀刻掩膜材料的情况下，作为硬化方法，可使用通常使用的加热处理、UV照射处理、臭氧处理、溶胶凝胶法等。

在光微影法中，例如隔着特定图案的光罩曝光第1蚀刻掩膜81，并进行显影，由此将第1蚀刻掩膜81图案化。

步骤(c)：

步骤(c)中的干式蚀刻例如在对蚀刻掩膜82a与基材70A的两者进行蚀刻的条件下进行。

如果对第1蚀刻掩膜图案82进行干式蚀刻，则进行基材70A的第2主面的未被蚀刻掩膜82a覆盖的部分与蚀刻掩膜82a的蚀刻，获得于基材70A的与蚀刻掩膜82a对应的位置具有凸部71a的基材70B。

干式蚀刻条件可通过调节例如压力、电浆电力、偏压电力、蚀刻气体种、蚀刻气体流量、蚀刻时间等而调节凸部71a的高度及宽度等。

蚀刻气体可以能够对蚀刻掩膜82a与基材70A的两者进行蚀刻的方式，根据该等材质等从公知的蚀刻气体中适当选择。

例如在基材包含蓝宝石，蚀刻掩膜82a包含涂布型蚀刻掩膜材料的硬化物的情况下，作为蚀刻气体，可使用BCl

步骤(c)中的干式蚀刻优选通过较基材70A的第2主面的水平方向而垂直方向的蚀刻速度大的向异性蚀刻进行。

作为可使用的蚀刻装置，只要是反应性离子蚀刻装置、离子束蚀刻装置等可进行各向异性蚀刻者，且能够产生最小20W左右的偏压电场者，则对电浆产生的方式、电极的构造、腔室的构造、高频电源的频率等规格无特别限制。

干式蚀刻的蚀刻选择比(基材70A的蚀刻速度/蚀刻掩膜82a的蚀刻速度)无特别限制，可根据干式蚀刻条件进行调整。

干式蚀刻可在蚀刻掩膜82a消失时结束，也可在蚀刻掩膜82a消失前结束。

于在蚀刻掩膜82a消失前结束干式蚀刻的情况下，干式蚀刻之后，将所形成的基材70B上残留的蚀刻掩膜82a去除。

步骤(h)：

如果在步骤(c)中形成的微细凹凸构造71之上涂布热固性涂布材料，并进行加热处理，则微细凹凸构造71的凸部71a间的间隙被热固性涂布材料的硬化物填埋。如果预先用热固性涂布材料的硬化物填埋凸部71a间的间隙，则在步骤(g)中的干式蚀刻时容易残留凸部71a。

即，根据第2蚀刻掩膜材料的种类，蚀刻掩膜84a较硬，且与基材70B的蚀刻速率的差变小(例如，在蚀刻掩膜84a包含涂布型蚀刻掩膜材料的硬化物的情况下)。在此情况下，如果凸部71a间的间隙被蚀刻掩膜84a填埋，则在利用干式蚀刻进行的蚀刻掩膜84a的去除完成的时点，凸部71a也于某种程度上被蚀刻而变小。

作为步骤(h)中使用的热固性涂布材料h(以下，也称为热固性涂布材料h)，例如可列举包含热固性成分的涂布材料、包含树脂成分及溶剂的涂布材料等。如果涂布包含热固性成分的涂布材料，并进行加热处理，则热固性成分反应(例如聚合)而硬化。如果涂布包含树脂成分及溶剂的涂布材料，并进行加热处理，则溶剂被去除而硬化。包含热固性成分的涂布材料也可包含溶剂。

作为热固性成分，可从无机系热固性成分及有机系热固性成分中适当选择进行使用，例如可列举硅烷系烷氧化物、钛酸酯系烷氧化物、铝酸盐系烷氧化物及该等的水解物等烷氧化物系化合物群、及聚硅氧树脂系化合物群。

作为树脂成分，例如可列举乙烯系树脂、聚苯乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、聚缩醛系树脂、丙烯酸系树脂、乙酸纤维素系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚对苯二甲酸乙二酯系树脂、聚酰胺系树脂、聚胺酯系树脂、及氟系树脂。

作为热固性涂布材料h，优选其硬化物较蚀刻掩膜84a柔软，且与基材70B的蚀刻速率的差较大者。例如，优选能够将下述式(1)所示的选择比A设为大于1的值者，更优选能够设为1.2以上10.0以下的值者。如果热固性涂布材料h的硬化物具有此种选择比，则在步骤(g)进行干式蚀刻时，蚀刻掩膜84a的去除完成后，热固性涂布材料h的硬化物的部分较凸部71a更早被蚀刻。因此，在利用干式蚀刻进行的蚀刻掩膜84a及热固性涂布材料h的硬化物的去除完成的时点，凸部71a以充分的尺寸残留。

选择比A＝热固性涂布材料h的硬化物的干式蚀刻速率/蚀刻掩膜84a的干式蚀刻速率…(1)

步骤(d)：

作为第2蚀刻掩膜材料，与第1蚀刻掩膜材料相同，可从公知的蚀刻掩膜材料中，考虑基材70B与蚀刻掩膜84a的蚀刻选择比、蚀刻掩膜的图案化方法等而适当选定。第1蚀刻掩膜材料与第2蚀刻掩膜材料可相同，也可不同。

第2蚀刻掩膜83的厚度例如可为1000～5500nm。

步骤(e)：

第2蚀刻掩膜83的图案化与第1蚀刻掩膜81的图案化相同，可通过公知的方法实施。

第2蚀刻掩膜83的图案化方法可与第1蚀刻掩膜81的图案化方法相同，也可不同。

步骤(f)、(g)：

步骤(f)、(g)中的干式蚀刻可与步骤(c)中的干式蚀刻相同实施。但步骤(g)中用于干式蚀刻的偏压电力X

步骤(i)：

作为步骤(i)中使用的热固性涂布材料(以下，也称为热固性涂布材料i)，可列举与热固性涂布材料h相同者。

作为热固性涂布材料i，优选其硬化物的蚀刻速率大于蚀刻掩膜82a、蚀刻掩膜84a各者的蚀刻速率者。例如，优选能够将下述式(2)所示的选择比B、下述式(3)所示的选择比C分别设为大于1的值者，更优选能够设为1.2以上10.0以下的值者。如果热固性涂布材料i的硬化物具有此种选择比，则在步骤(g)进行干式蚀刻时，在蚀刻掩膜84a被蚀刻，热固性涂布材料的硬化物的界面露出之后，热固性涂布材料的蚀刻较蚀刻掩膜82a优先进行，可在仅残存蚀刻掩膜82a的状态下，进行基材70B的蚀刻。

选择比B＝热固性涂布材料i的硬化物的蚀刻速率/蚀刻掩膜82a的干式蚀刻速率…(2)选择比C＝热固性涂布材料i的硬化物的蚀刻速率/蚀刻掩膜84a的干式蚀刻速率…(3)

(半导体层)

半导体层20通过供给电流使载子再耦合而发出UV光。作为UV光，优选深紫外线区域的光(DUV光)(波长200～350nm)。

作为形成半导体层20的各层的半导体，可列举GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN等。

半导体层20也可包含未图示的缓冲层及顶盖层。缓冲层积层在衬底10的第1主面10a，使第1主面10a的结晶性反映于除缓冲层以外的半导体层。

作为具体的半导体层20的构成例，可列举包含GaN、AlN等的缓冲层、包含n-GaN、n-AlGaN等的n型半导体层21(包覆层)、包含InGaN、GaN等的半导体发光层23、包含未掺杂GaN、p-GaN等的p型半导体层25(包覆层)、包含掺杂Mg的AlGaN、掺杂Mg的GaN的顶盖层依次积层而成的多层膜。

(发光元件的制造方法)

发光元件100例如可通过具有在衬底10的第1主面10a形成半导体层20的步骤的制造方法制造。

在半导体层20的形成中，在衬底10的第1主面10a上依次形成n型半导体层21、半导体发光层23、p型半导体层25。形成该等半导体层的方法为外延生长法或反应性溅镀法等。

外延生长法为气相外延生长法、液相外延生长法、分子束外延生长法等。在气相外延生长法中，流动原料气体的氛围产生半导体层的形成材料，使半导体层的形成材料以结晶的形式在第1主面10a上生长。于液相外延生长法中，包含半导体层的形成材料的过饱和溶液一面保持固相与液相的平衡状态，一面使半导体层的形成材料以结晶的形式在第1主面10a上生长。在分子束外延生长法中，包含半导体层的构成元素的分子或原子的射束在第1主面10a上照射，使化合物半导体层的形成材料以结晶的形式在第1主面10a上生长。

反应性溅镀法中，对包含半导体层的构成元素的靶进行溅射，通过从靶溅射的粒子与气相中的杂质元素的反应，产生半导体层的形成材料。

形成n型半导体层21的方法只要是添加有n型杂质的外延生长法或反应性溅镀法即可。形成p型半导体层25的方法只要是添加有p型杂质的外延生长法或反应性溅镀法即可。

＜作用效果＞

衬底10由于包含无机材料，故不容易因来从半导体层20的UV光而劣化。此外，由于衬底10在作为光提取面的第2主面10b具有突状构造体1，故使用衬底10的发光元件100的UV光提取效率及光提取角度优异。

先前，在半导体发光元件中，于光提取面与空气的界面，成为从半导体层放射的光中的以临界角以上的角度入射至光提取面的光返回衬底内而重复多次反射的波导示意，光提取效率降低。尤其，由于半导体的折射率较构成衬底的无机材料(蓝宝石等)大，故临界角较小。例如在与衬底10的第1主面10a相接的半导体为AlN，衬底10为蓝宝石衬底的情况下，波长310nm的光的临界角为53度，无法提取入射角较其大的光，光提取效率极低。

临界角是指在光从折射率较大处朝向较小处(例如从半导体层朝向衬底)时，产生全反射的最小的入射角。临界角θ

θ

式中，n

在发光元件100中，由于光提取面具有突状构造体1，故即便从衬底10的第1主面10a侧入射至第2主面10b的平坦部3的入射光的入射角大于临界角，通过突状构造体1，相对于光提取面的入射角也为临界角以下。因此，与不具有突状构造体1的情况相比，全反射得以抑制。此外，突状构造体1的圆顶部5的表面的微细凹凸构造作为绕射光栅发挥功能，可提取波导示意的光。通过该等效果，获得优异的光提取效率。

此外，入射至突状构造体1的光在突状构造体1的基础部7的侧面7a与空气的界面反射。例如于与第1主面10a相接的半导体为AlN，衬底10为蓝宝石衬底，基础部7的侧面7a的倾斜角为4度的情况下，如图7所示，以53度的入射角入射至衬底10的第1主面的光相对于突状构造体1的侧面7a以57度入射并被反射。反射光相对于与第2主面10b平行的面以较临界角大的61度的入射角入射，故可从第2主面10b提取。

因此，即便不使用容易因UV光而劣化的有机材料(密封材等)，也可通过衬底10本身增大光提取角度。

以上，示出实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限定在所述实施方式。所述实施方式中的各构成及该等的组合等为一例，能够于不脱离本发明的主旨的范围内进行构成的附加、省略、置换、及其他变更。

例如本发明的发光元件所具备的半导体层并不限定于图1所示者。半导体层所具有的功能优选包含n型导电性、p型导电性、及使载子再耦合的活性。半导体层中的积层构造可为活性层隔于具有n型导电性的n型半导体层21与具有p型导电性的p型半导体层25之间的双异质构造，也可为多个量子井构造重叠而成的多重量子井构造。

[实施例]

以下，使用实施例更详细地对本发明进行说明，但本发明并不限定于该等实施例。

＜实施例1＞

于直径为2英寸、厚度为0.43mm的蓝宝石衬底的第2主面上旋转涂布公知的光阻材料作为第1蚀刻掩膜材料，以公知的纳米压印法图案化，进行UV照射，形成包含使所述光阻材料硬化的硬化物的第1蚀刻掩膜图案。第1蚀刻掩膜图案为直径400nm的多个圆柱状蚀刻掩膜以平均间距430nm排列且形成三角格子构造者。

继而，通过对第1蚀刻掩膜图案进行干式蚀刻，形成平均间距为430nm的微细凹凸构造。具体而言，在压力为1Pa、蚀刻气体为BCl

继而，在所述微细凹凸构造上旋转涂布公知的光阻材料作为第2蚀刻掩膜材料，通过公知的纳米压印法图案化，进行UV照射，形成包含使所述光阻材料硬化的硬化物的第2蚀刻掩膜图案。第2蚀刻掩膜图案为直径2.1μm的多个圆柱状蚀刻掩膜以平均间距3.0μm排列且形成三角格子者。

继而，对第2蚀刻掩膜图案进行干式蚀刻获得衬底。具体而言，首先，于压力为1Pa、蚀刻气体为BCl

图8中表示从斜视方向对衬底的第2主面进行摄影而得的图像，该图像是实施例1中获得的衬底的扫描式电子显微镜像。

此外，按照所述顺序获得切断衬底10而得的小片样品，对20个突状构造体各者测定L、L

图9中表示用在倾斜角θ的测定的扫描式电子显微镜像之一。此外，表1中，表示关于该图像中所示的突状构造体的倾斜角的测定结果。

通过MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有机金属化学气相沉积)法于所获得的衬底上(与突状构造体面为相反面侧)积层AlN层，继而依次积层n型半导体层、活性层、p型半导体层，进而形成p电极、n型电极，制作发光元件。

按照以下顺序评估发光元件的配光特性。将结果示于表3。

配光特性的评估：通过切晶将所获得的发光元件芯片化并安装于安装衬底。通过朝日分光公司制造的配光测定装置IMS-5000对该安装衬底进行照度测定(配光特性θ正交)，确认累计固定角度范围内的照度所得的值(标准化)。

＜实施例2＞

将第1蚀刻掩膜图案的平均间距设为600nm，除此以外，进行与实施例1相同的操作，制作衬底及发光元件，进行各种评估。

＜比较例1＞

以偏压电力500W进行对第2蚀刻掩膜图案的干式蚀刻，不进行偏压电力的切换，除此以外，进行与实施例1相同的操作，制作衬底及发光元件，进行各种评估。

[表1]

[表2]

[表3]

实施例1～2及比较例1中制作的发光元件的配光特性于将-90°≦θ＜-60°与60°＜θ≦90°的累计值相对比较时，发现相对于比较例1，实施例1中上升4％，实施例2中上升7％。作为结果，通过控制基础部的倾斜角度，可提高低角度的光提取效率。

[产业上的可利用性]

本发明的发光元件可用于利用紫外线的各种领域。特别是在发光的UV光为DUV光的情况下，DUV光发挥不受太阳光的影响的对细菌及病毒的杀菌作用、利用光聚合反应的树脂硬化等作用，故对于光通讯领域、医疗领域、分析用途等有用。

[符号的说明]

1 突状构造体

3 平坦部

5 圆顶部

7 基础部

10 衬底

10a 第1主面

10b 第2主面

20 半导体层

100 发光元件。