(57)【要約】【課題】発光素子や発光素子モジュールの表面に正三角錐状の凸形状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる、インプリント用スタンパを提供する。【解決手段】波長３００〜６００ｎｍの光における透過率７０％以上のサファイアから成る基体の表面に複数の正三角錐状凹部を有すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長３００〜６００ｎｍの光における透過率７０％以上のサファイアから成る基体の表面に複数の正三角錐状凹部を有することを特徴とするインプリント用スタンパ。
【請求項２】
前記正三角錐状凹部の隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のインプリント用スタンパ。
【請求項３】
前記正三角錐状凹部の頂点が平面視して正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列していることを特徴とする請求項１または２に記載のインプリント用スタンパ。
【請求項４】
前記正三角錐状凹部の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、前記基体の表面を前記正三角錐状凹部の占める割合が、平面視して０．２％以上４３％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインプリント用スタンパ。
【請求項５】
前記正三角錐状凹部以外の表面をＮｉ及びＣｒの少なくとも一方で被覆したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のインプリント用スタンパ。
【請求項６】
窒化ガリウム系半導体から成る発光素子構成面の出射側の表面に、正三角錐状凸部を複数有していることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
前記正三角錐状凸部の隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記正三角錐状凸部が正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列していることを特徴とする請求項６または７の何れかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記正三角錐状凸部の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、正三角錐状凸部を有する部分における凸部が占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下であることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三角錐状の凹凸を形成するためのスタンパ及びそれを用いた発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層して形成された発光素子が知られている。通常このＬＥＤは、サファイア基板上にＧａＮバッファ層とｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮ層が順次結晶成長され、ＩｎＧａＮ活性層およびｐ型ＧａＮ層の一部がエッチングにより除去されて、底面にｎ型ＧａＮ層が露出され、そのｎ型ＧａＮ層の上にはｎ側電極が設けられ、ｐ型ＧａＮ層の上にはｐ側電極が設けられ、その一部の上にｐ型ボンディング電極が設けられている。
【０００３】
ｐ型電極とｎ型電極の間に順電圧をかけると、正孔と電子が注入され、ＩｎＧａＮ活性層で正孔と電子が再結合し、発光が生じる。この光は、ｐ側透明電極を通じてＬＥＤ外部に放射される。
【０００４】
しかし、このような構造では、光取り出し効率が悪いという問題があった。光取り出し効率とは、活性層で発生した光の内、ＬＥＤから外部に放出される割合である。光取り出し効率が悪い原因は、窒化ガリウムの屈折率が空気より大きいので、活性層からの光が窒化ガリウムと空気の界面で全反射し、ＬＥＤ内部に閉じこめられるためである。例えば、ＧａＮの屈折率は波長４５０ｎｍの光の場合は、約２．４５であるので、全反射の生じる臨界屈折角が約２３度と小さい。即ち、ＧａＮど空気との界面に対する法線から見て、この臨界角よりも大きい角度で活性層から放射された光は、ＧａＮと空気との界面で全反射されてしまうため、結果的に活性層から放出される光の約４％しかＬＥＤの外部に取り出せない。このため、従来の構造では、光取り出し効率が悪いと言う問題があった。
【０００５】
これを解決するために、上記ＬＥＤの透明電極の上に、二次元の周期的な構造の凹凸を形成することにより、ＬＥＤから放射された光をこの二次元の周期的な構造の凹凸部でＬＥＤの前方に回折させ、光取り出し効率を飛躍的に向上させる方法が提案されている。（特許文献１、特許文献３）。
【０００６】
また、他の方法として、発光素子の光放出面を被覆した透明な樹脂層に凹凸を形成する方法が提案されている。例えば、被覆した透明な樹脂層を介して発光素子を透明な基板に接合し、その透明な基板を通して樹脂層にレーザ光を照射し、レーザアブレーションによる凹凸が樹脂層に形成される方法がある（特許文献２）。
【０００７】
また、自己組織化したナノ凹凸構造を利用して、ＧａＡｓ系のＬＥＤ表面に凹凸を形成する方法もある（特許文献４、非特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−２９１３６８号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８２８９号公報
【特許文献３】特開２００５−５６７９号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８３８３号公報
【非特許文献１】東芝レビューＶｏｌ．６０Ｎｏ．１０（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したレーザアブレーションによる凹凸形成では、レーザエネルギーを発光素子表面に当て、熱エネルギーで表面を蒸発除去する方法であるため、発光素子の表面に、形状を制御して所望の再現性と精度が得られる加工をすることは、困難である。
【０００９】
また、自己組織化したナノ凹凸構造を利用する方法は、エッチング加工の容易なＧａＡｓ系のＬＥＤの加工には適しているが、サファイアやＧａＮ系のＬＥＤの加工にはエッチングレートが遅く、不向きである。
【００１０】
また他の方法として、微細加工と再現性の観点から、光リソグラフィによるパターニングとドライエッチングによる凹凸形状形成の方法があるが、ドライエッチングはプラズマを基板に対して垂直方向に加速して衝突させ、衝突のエネルギーにより基板表面の原子を除去する方法であるので、２次元的なパターンを垂直方向に掘り進む事はできるが、３次元的な凹凸形状の実現は困難であり、また、露光における光の波長に対する解像度の限界による微小凹凸形成の限界がある。
【００１１】
また、サファイアは絶縁体であるので静電気を帯び、大気中の微粒子を吸着して微細構造の形成の障害と成りやすいと言う問題がある。
【００１２】
さらに、インプリントプロセスでスタンパを引き離す工程で樹脂の剥がれが起きやすいと言う問題もある。
【００１３】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、発光素子や発光素子モジュールの表面に三角錐状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成できるインプリント用スタンパを提供すること、静電気を帯びにくく、大気中の微粒子を吸着しにくいインプリント用スタンパを提供すること、スタンパを引き離す工程で樹脂の剥がれが起きにくいインプリント用スタンパを提供すること及びそれを用いて作製した発光効率の高い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】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明のインプリント用スタンパは、波長３００〜６００ｎｍの光における透過率７０％以上のサファイアから成る基体の表面に複数の正三角錐状凹部を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明のインプリント用スタンパは、前記正三角錐状凹部の隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明のインプリント用スタンパは、前記正三角錐状凹部の頂点が平面視して正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列していることを特徴とする。
【００１７】
また本発明のインプリント用スタンパは、前記正三角錐状凹部の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、前記基体の表面を前記正三角錐状凹部が占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明のインプリント用スタンパは、前記正三角錐状凹部以外の表面をＮｉ及びＣｒの少なくとも一方で被覆したことを特徴とする。
【００１９】
また本発明の発光素子は、窒化ガリウム系半導体から成る発光素子構成面の出射側の表面に、正三角錐状凸部を複数有していることを特徴とする。
【００２０】
また本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部の隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部が正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列していることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、正三角錐状凸部を有する部分における凸部が占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に依れば、発光素子の光取り出し効率を大幅に向上させることができ、しかも
静電気を帯びにくく、大気中の微粒子を吸着しにくく、また、スタンパを引き離す工程で樹脂の剥がれが起きにくいインプリント用スタンパを提供することができる。
【００２４】
また、本発明によるインプリント用スタンパを用いてインプリントを行うことにより、発光素子や発光素子モジュールの表面に正三角錐状の凸形状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる。
【００２５】
その結果、発光装置から出射された光が周期的な正三角錐の凸部で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止できるので、発光素子の光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
第１の発明は、波長３００〜６００ｎｍの光における透過率が７０％以上のサファイアから成る基体の表面に複数の正三角錐状凹部を有するスタンパである。
【００２７】
当該スタンパは、所定の形状と厚みを持つＣ面サファイア基板を鏡面研磨した後、図２に示すように、必要に応じて表面に機械的なダメージを与えるブラスト加工などを施し、その後熱リン酸または熱水酸化カリウム融液中でエッチングを行うことにより図１および図３に示すような正三角錐状凹部１ｂを持つスタンパを作製する。ここで、波長３００〜６００ｎｍの光における透過率が７０％以上であるのは、インプリント時の位置合わせのため、透明であることが必要であり、また、光インプリント法を用いる場合は、紫外線領域での透過率が高い事が必要であるためである。このようにすることにより、このスタンパを光インプリント法にも熱インプリント法にもどちらにも用いることができ、また必要に応じて光インプリント法と熱インプリント法を組み合わせて用いることも可能である。また、サファイアを用いるのは、正三角錐状凹部１ｂを形成するのに適した材料であり、かつ、剛性が高く、インプリント工程で加圧しても変形しにくいので、高精度のインプリントができるためである。
【００２８】
第２の発明は  前記正三角錐状凹部１ｂの隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下のインプリント用スタンパである。これを用いて発光素子の表面に当該インプリント用スタンパの正三角錐状凹部１ｂに対応して、複数の正三角錐の凸部を形成することができる。この正三角錐の凸部は、隣り合う正三角錐の頂点間の距離が０．２μｍ以上８μｍ以下であるので、発光素子から出射された光が正三角錐の凸部で前方に回折され、発光素子表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。これは、当該凹凸の周期が、ＬＥＤ中におけるＬＥＤの発光波長の１倍〜２０倍の範囲内である場合には、光取り出し効率が増大することが、実験的に証明されていることに基づく（特許文献３）。例えば、ＧａＮ系のＬＥＤの発光波長は通常４００ｎｍ程度、ＡｌＧａＮ系のＬＥＤで２００〜３６５ｎｍ程度であるので、その１倍から２０倍の範囲は２００ｎｍから８０００ｎｍであり、この範囲で有ればこれらのＬＥＤの光取り出し効率を増大させることができるためである。
【００２９】
当該スタンパは、前記第１の発明と同じくブラスト加工法とウェットエッチングを組み合わせて作製するが、ブラスト加工の噴射剤の材質、粒径、加工時間などを最適化することにより作製することができる。例えば噴射剤の材質はアルミナや炭化珪素が適しており、粒径は３μｍから４０μｍ程度が適している。また、凹凸の平均的な周期は噴射剤の量と時間、噴射ノズルの走査方法、回数、時間などを最適化することにより制御することができる。
【００３０】
第３の発明は、前記正三角錐状凹部１ｂの頂点が平面視して正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列しているインプリント用スタンパである。正三角錐状凹部１ｂが周期的に配列していることにより、これを用いて作製したＬＥＤに擬似的にフォトニクス結晶的な作用が生じ、上記光取り出し効率を更に増大させることができる（特許文献３）。
【００３１】
当該スタンパは、前記第２の発明と同様な方法で作成できるが、前記ブラスト加工の前に、通常のフォトリソグラフィによるマスキングを行い、その後ブラスト加工を行うことにより、正方格子状または三角格子状等の周期的な配列を形成することができる。
【００３２】
即ち、透明なサファイア基板の片側にマスク材を形成し、フォトリソグラフィまたはナノインプリント法により、マスク材に周期的な開口部を開け、開口部に対して開口部よりも小さいサイズのブラスト材を照射することにより、サファイア基板に対して周期的な機械的ダメージを与えた後、熱リン酸または熱水酸化カリウムを用いてエッチングする事により前記複数の正三角錐状凹部１ｂを形成することができる。これは、ブラスト材によりサファイア基板表面に機械的なダメージを与えた後、エッチングを行うと、そこを起点にしてエッチングが進行し、Ｃ面のサファイア基板を用いた場合、その結晶的な性質によって、正三角錐のエッチピットが形成されるものである。図１は、このようにして作製した三角格子状に周期的に配列した正三角錐状凹部１ｂを持つスタンパを示す模式図である。図１の（ａ）は、スタンパの斜視図であり、その一部を拡大した図が（ｂ）であるが、正三角錐状凹部１ｂが三角格子状に周期的に配列されている。（ｃ）は、その断面を示す図である。
【００３３】
第４の発明は、前記正三角錐状凹部１ｂの一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、前記基体の表面を前記正三角錐状凹部１ｂが占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下であるインプリント用スタンパである。
【００３４】
正三角錐状凹部１ｂの大きさとスタンパ表面に占める面積の割合を最適化することにより、これを用いて作製したＬＥＤの光取り出し効率を増大させることができる。その、回折効果を生じさせるためにはその大きさの最小値がＬＥＤの発光波長程度以上である必要がある。この為、正三角錐状凹部１ｂの一辺の長さの最小値は０．２μｍ（２００ｎｍ）以上であることが望ましい。また、上記第３の発明により、正三角錐状凹部１ｂの周期の最大値が８μｍ（８０００ｎｍ）であるので、正三角錘の一辺の大きさが８μｍを越えると正三角錐状凹部１ｂ同士が重なってしまい、逆効果と成ってしまうので、最大値は８μｍに制限される。また、このような条件下でスタンパ表面を正三角錐状凹部１ｂが占める割合をシミュレーションにより０．２〜４３％の範囲となる。
【００３５】
第５の発明は、前記正三角錐状凹部１ｂ以外の表面をＮｉまたはＣｒの少なくとも何れかで被覆したインプリント用スタンパである。これらの金属の薄膜により、絶縁体であるサファイアに導電性を付与することができる。この為、サファイアが静電気を帯びて微粒子を吸着して微細構造の形成の障害となることを防ぐ効果がある。また、光インプリント法による場合は、金属膜直下のフォトレジストは硬化しないため、スタンパを引き離す工程で樹脂の剥がれを起きにくくすることができる。ここで用いる金属の材質としては、耐摩耗性からＮｉまたはＣｒが適しているが、サファイアとの密着性はＣｒの方がより好ましい。このため、Ｃｒを下地に用い、その上にＮｉを生成した多層膜を用いる事も可能である。これらの金属の薄膜は、前記正三角錐状凹部１ｂを持つサファイア製スタンパに凹部を埋めるようにレジストなどの保護膜を形成した後、スパッタ法で金属膜を形成し、その後余分なレジストとその上の金属膜をリフトオフすることにより作製することができる。
【００３６】
このようにして作製したスタンパを用いて、ＬＥＤの表面に光硬化型のフォトレジストを塗布し、インプリントを行った結果、ＬＥＤの表面に付着した０．５μｍ以上の微粒子はゼロであった。一方金属膜を形成しない従来法でインプリントを行うと、０．５μｍ以上の微粒子の付着は、５６０個／ｃｍ２と多く、ＬＥＤに凸部を形成する製造工程で歩留まりを低下させる原因に成ることが分かった。
【００３７】
第６の発明は、第１の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて作製した発光素子に関する。即ち、本発明の発光素子は、窒化ガリウム系半導体から成る発光素子構成面の出射側の表面に、正三角錐状凸部を複数有する発光素子である。
【００３８】
第１の発明により作製したスタンパを用いて発光素子として波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを作製した例を示す。サファイア基板を用いて、窒化ガリウム系の青色ＬＥＤを形成した基板の出射側の表面に熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂を塗布し、本発明によるスタンパを用いて図５に示すようにインプリントを行うことにより、図６のようにＬＥＤの表面に三角錐突起状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる。図５においてＬＥＤを形成した基板７の表面に紫外線硬化型樹脂８を塗布し、その上に本発明にかかるスタンパを静置し、必要な押圧１０をかける。その状態で紫外線９を照射することにより正三角錐状の凸部１９が形成される。
【００３９】
以下表１に基づいて説明する。
【表１】
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【００４０】
表１のＮｏ２は、光硬化型樹脂を用いてインプリントを行った結果である。三角錐の凸部の一辺の大きさは平均約１μｍ、三角錐間の平均距離は約４μｍ、凸部の面積はＬＥＤ表面約５％であった。このようにして、ＬＥＤの出射側表面に複数の正三角錐状の凸部を形成したので、これにより、ＬＥＤから出射された光が正三角錐の凸部で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができた。その結果、表１のＮｏ１に示す従来の出射側に凹凸のない構造（比較例）のＬＥＤと較べて、Ｎｏ２に示すように、発光強度を約１．１倍にすることができた。
【００４１】
第７の発明は、第２の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて作製した発光素子に関する。即ち、本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部の隣り合う頂点間の距離が平均で０．２μｍ以上８μｍ以下である発光素子である。本発明の発光素子は、第２の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて、熱ナノインプリント法または光ナノインプリント法により、窒化ガリウム系半導体から成る発光装置の出射側表面に複数の正三角錐状の突起を形成したものである。隣り合う正三角錐の頂点間の距離が０．２μｍ以上８μｍ以下であるので、更に効率よく発光素子から出射された光が正三角錐の凸部で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００４２】
第２の発明により作製したスタンパを用いて発光素子として波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを作製した例を示す。前記と同様に、サファイア基板を用いて窒化ガリウム系の青色ＬＥＤを形成した基板の出射側の表面に熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂を塗布し、本発明によるスタンパを用いてインプリントを行うことにより、ＬＥＤの表面に三角錐突起状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる。表１のＮｏ３は、第２の発明により作製したスタンパを用い、光インプリント法でＬＥＤを作製した結果である。三角錐の凸部の一辺の大きさは平均約１μｍ、三角錐間の平均距離は約２μｍ、凸部の面積はＬＥＤの約１０％であった。このようにして、ＬＥＤの出射側表面に複数の正三角錐状凸部２０を形成したので、これにより、ＬＥＤから出射された光が正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができた。その結果、表１のＮｏ３に示すように、従来の出射側に凹凸のない構造のＬＥＤと比較して発光強度を約１．５倍にすることができた。
【００４３】
第８の発明は、第３の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて作製した発光素子に関する。即ち、本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部２０が正方格子状または三角格子状をなすように周期的に配列している発光素子である。本発明の発光素子は、第３の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて、熱ナノインプリント法または光ナノインプリント法により、窒化ガリウム系半導体から成る発光装置の出射側表面に複数の正三角錐状の突起を形成したものである。これにより、正三角錐状凸部２０の頂点が正方格子状または三角格子状に周期的に配列しており、隣り合う正三角錐の頂点間の距離が０．２μｍ以上８μｍ以下であるので、発光素子から出射された光が周期的な正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【００４４】
第３の発明により作製したスタンパを用いて発光素子として波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを作製した例を示す。前記と同様に、サファイア基板を用いて窒化ガリウム系の青色ＬＥＤを形成した基板の出射側の表面に熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂を塗布し、本発明によるスタンパを用いてインプリントを行うことにより、ＬＥＤの表面に三角錐突起状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる。表１のＮｏ４は、第３の発明により作製したスタンパを用い、光インプリント法でＬＥＤを作製した結果である。正三角錐状凸部２０の一辺の大きさは平均約１μｍ、三角錐間の平均距離は約１．５μｍ、正三角錐状凸部２０の面積はＬＥＤの約１５％であった。このようにして、ＬＥＤの出射側表面に複数の正三角錐状凸部２０を形成したので、これにより、ＬＥＤから出射された光が正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができた。その結果、表１のＮｏ４に示すように、従来の出射側に凹凸のない構造のＬＥＤと比較して発光強度を約２倍にすることができた。
【００４５】
第９の発明は、第４の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて作製した発光素子に関する。即ち、本発明の発光素子は、前記正三角錐状凸部２０の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、正三角錐状凸部２０を有する部分における正三角錐状凸部２０が占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下である発光素子である。本発明の発光素子は、第４の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて、熱ナノインプリント法または光ナノインプリント法により、窒化ガリウム系半導体から成る発光素子の出射側表面に複数の正三角錐状の突起を形成したものである。これにより、窒化ガリウム系半導体から成る発光素子の正三角錐状凸部２０の頂点が正方格子状または三角格子状に周期的に配列しており、隣り合う正三角錐の頂点間の距離が０．２μｍ以上８μｍ以下であり、正三角錐状凸部２０の一辺の長さが平均で０．２μｍ以上８μｍ以下であり、正三角錐状凸部２０を有する範囲における正三角錐状凸部２０が占める割合が平面視して０．２％以上４３％以下であるので、発光素子から出射された光が周期的な正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができる。また、正三角錐一辺の長さが８μｍ以下であり、発光素子の発光層から正三角錐の頂点までの距離を近づける事ができるので、回折効果をさらに高めることができ、光取り出し効率の高い発光素子とする事ができる。
【００４６】
第４の発明により作製したスタンパを用いて発光素子として波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを作製した例を示す。前記と同様に、サファイア基板を用いて窒化ガリウム系の青色ＬＥＤを形成した基板の出射側の表面に熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂を塗布し、本発明によるスタンパを用いてインプリントを行うことにより、ＬＥＤの表面に三角錐突起状の微細構造の多重反射防止構造を再現性良く制御して形成することができる。表１のＮｏ５は、第４の発明により作製したスタンパを用い、光インプリント法でＬＥＤを作製した結果である。正三角錐状凸部２０の一辺の大きさは平均約１μｍ、三角錐間の平均距離は約１．０μｍ、正三角錐状凸部２０の面積はＬＥＤの約３０％であった。このようにして、図６に示すようにＬＥＤの出射側表面に複数の正三角錐状凸部２０を形成したので、これにより、ＬＥＤから出射された光が正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができた。その結果、表１のＮｏ５に示すように、従来の出射側に凹凸のない構造のＬＥＤと比較して発光強度を約３．５倍にすることができた。
【００４７】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
図１は、本発明のインプリント用スタンパの表面の詳細を示す模式図である。また、図３はこのインプリント用スタンパの断面を示す模式図である。このインプリント用スタンパを次の様な手順で作製した。先ず、ＥＦＧ法により、所定の大きさの板状のサファイアを引き上げた後、砥石を用いた研削加工により所定の大きさと厚みに加工した。次に、研磨剤としてダイヤモンドの砥粒を用いて、両面を鏡面加工した。次に、コロイダルシリカを用いてさらに両面のクロス研磨を行い、透明なサファイア基板を作製した。
【００４９】
次に、その透明なサファイア基板の片側にマスク材を塗布し、フォトリソグラフィ法で、マスク材に間隔が２μｍでサイズが１μｍの正方格子状の周期的な配列の開口部を開けた。
【００５０】
次に、その開口部に向けて平均直径０．５μｍの微細な硬質粒子を用いて図２に示すように、ブラスト加工を行った。その後、２５０℃の熱リン酸中で３０分間エッチングを行った。エッチング中にマスク材は熱リン酸にアタックされ、剥がれてしまったが、ブラスト加工によって受けたダメージを起点として、マスク材の開口部に対応する位置に周期的なエッチピットを形成することができた。そのエッチピットのサイズは一辺が約１μｍの正三角錐状であった。
【００５１】
（実施例２）
図４は、本発明の金属膜を形成したインプリント用スタンパを示す。このインプリント用スタンパは、スタンパの表面に形成された正三角錐状凹部１ｂ以外の表面部がＮｉ、Ｃｒ、ＴｉＣ、ＴｉＮの少なくとも何れかから成る薄膜で覆われている。本実施例では、フォトリソグラフィによって前記正三角錐状凹部１ｂを持つサファイア製スタンパの凹部を埋めるようにレジストなどの保護膜を形成した後、スパッタ法で膜厚０．１μｍのＮｉ膜を形成した。その後余分なレジストをその上のＮｉ膜と共に除去し、正三角錐状凹部１ｂを持ち、正三角錐状凹部１ｂ以外の表面がＮｉで覆われたスタンパを作製した。
【００５２】
（実施例３）
図６は、本発明のインプリント用スタンパを用いてＬＥＤ表面に正三角錐状凸部２０を形成した物の模式図である。本実施例では、第４の発明にかかるインプリント用スタンパを用いて波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤの表面に正三角錐状凸部２０を作製した。サファイア基板を用いて窒化ガリウム系の青色ＬＥＤを形成した基板の出射側の表面に光硬化型樹脂を塗布し、第４の発明によるスタンパを用いてインプリントを行い、ＬＥＤの表面に正三角錐状凸部２０を形成した。このようにして作製した正三角錐状凸部２０の一辺の大きさは平均約１μｍ、三角錐間の平均距離は約１．０μｍ、正三角錐状凸部２０の面積はＬＥＤの約３０％であった。このようにして、ＬＥＤの出射側表面に複数の正三角錐状凸部２０を形成したので、これにより、ＬＥＤから出射された光が正三角錐状凸部２０で前方に回折され、発光装置表面で全反射する事を防止でき、その結果、光取り出し効率を向上させることができた。その結果、表１のＮｏ５に示すように、従来の出射側に凹凸のない構造のＬＥＤと比較して発光強度を約３．５倍にすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のスタンパを示す図であり（ａ）はスタンパの斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部の拡大図、（ｃ）Ａ部の断面図である。
【図２】本発明に用いたブラスト法を示す図である。
【図３】本発明のスタンパ全体の断面図である。
【図４】本発明の不透明部を有するスタンパの断面図である。
【図５】本発明のスタンパを用いた光インプリント工程を示す図である。
【図６】本発明により作製した正三角錐状凸部を有するＬＥＤを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：サファイア基板
１ａ：表面
１ｂ：正三角錐状凹部
２：ブラスト噴射剤
３：ブラスト装置
４：スタンパ
５：凹部
６：不透明部
７：ＬＥＤ基板
８：紫外線硬化型樹脂
９：紫外線
１０：押圧
１１：サファイア基板
１２：ｎ型ＧａＮコンタクト層
１３：ｎ型電極
１４：ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５：ＧａＮ系半導体発光層（ＭＱＷ構造）
１６：ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７：ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８：ｐ型透明電極
１９：ｐ型電極
２０：正三角錐凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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