(57)【要約】【課題】低コストかつ均一性の高い光制御構造を作成する。【解決手段】  光透過層１０に被覆層Ｑと感電子線レジストＲを形成し、これらの上に周期パターンを有するステンシルマスクＭをセットする。このステンシルマスクＭの上から全体に電子線を照射することにより、ステンシルマスクＭの周期パターンを感電子線レジストＲに転写することができる。次いで、現像した感電子線レジストＲをエッチングレジストとして被覆層Ｑのエッチングを行い、さらにエッチング後の被覆層Ｑをエッチングレジストとして光透過層１０のエッチングを行う。これにより、光透過層１０にてステンシルマスクＭに忠実で均一性に優れる周期構造１１を形成することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過層を形成し、
この光透過層上に所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、
このマスクに対して電子線を照射して上記光透過層に周期構造を形成することを特徴とする光制御構造の作成方法。
【請求項２】
上記光透過層と上記マスクとの間に形成された感電子線レジストを上記電子線により選択的に感光させ、現像することを特徴とする請求項１に記載の光制御構造の作成方法。
【請求項３】
上記光透過層と上記感電子線レジストとの間に上記光透過層とは異なる材料の被覆層を形成することを特徴とする請求項２に記載の光制御構造の作成方法。
【請求項４】
上記被覆層は導電性材料によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の光制御構造の作成方法。
【請求項５】
上記被覆層は上記感電子線レジストをエッチングレジストマスクとしてエッチングされることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の光制御構造の作成方法。
【請求項６】
上記光透過層はエッチングされた上記被覆層をエッチングレジストマスクとしてエッチングされることを特徴とする請求項５に記載の光制御構造の作成方法。
【請求項７】
上記マスクと上記感電子線レジストとの間に隙間をあけつつ電子線を照射することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の光制御構造の作成方法。
【請求項８】
上記マスクは薄板状に形成されるとともに剛性を確保するための肉厚部を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光制御構造の作成方法。
【請求項９】
光透過層を形成し、この光透過層上に、当該光透過層を透過する光の波長以下の空間周期で電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、このマスクに対して電子線を照射することにより形成された周期構造を具備することを特徴とする光制御構造。
【請求項１０】
光透過層を形成し、この光透過層上に所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、このマスクに対して電子線を照射することにより形成された周期構造を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
窒化物半導半導体層を有するともに、照射された電子線が当該窒化物半導半導体層に及ぶことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光制御構造の作成方法、光制御構造および半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光取り出し面に周期構造を形成することにより、光取り出し面における反射を抑制して発光ダイオードの光取り出し効率を向上させることが提案されている。光取り出し効率を十分に向上させるためには、周期構造の空間周期を光の波長スケールで形成する必要があり、光取り出し面に微細加工を行う必要があった。製造コストや手間において好適な微細加工の手法として、光取り出し面上にＡｕ薄膜を被覆し、Ａｕ薄膜を加熱する手法が提案されている（例えば、特許文献１、参照。）。
Ａｕ薄膜を加熱することにより、運動エネルギーを受けたＡｕが自己組織化し、波長スケールの微細な周期マスクが形成できる。そして、この周期マスクをエッチングマスク等として使用することにより、光の波長スケールの周期構造を低コストかつ容易に作成することが可能であった。
【特許文献１】国際公開出願ＷＯ２００６／０２５２７７パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、Ａｕ薄膜の自己組織化においては、周期構造の周期にばらつきが大きく、その結果、発光ダイオードごとに明るさが不均一となったり、発光ダイオードの部位ごとの明るさが不均一となったりするという問題があった。また、周期構造の形状を任意に制御することができないという問題があった。
この発明は、上記課題にかんがみてなされたものであり、低コストかつ均一性の高い光制御構造を作成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
こうした目的を達成するため、請求項１にかかる発明では、光透過層を形成し、この光透過層上に、所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、このマスクに対して電子線を照射して上記光透過層に周期構造を形成する構成としてある。
上記のように構成した請求項１の発明において、光が透過可能な光透過層が形成され、この光透過層上にマスクがセットされる。マスクは、所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させる。すなわち、マスクは所定の周期ごとに電子線を透過／遮断する。これにより、光透過層に周期パターンを転写することができ、当該光透過層において当該周期パターンを有する周期構造を形成することができる。
【０００５】
また、請求項２にかかる発明では、上記光透過層と上記マスクとの間に形成された感電子線レジストを上記電子線により選択的に感光させ、現像する構成としてある。
上記のように構成した請求項２の発明において、光透過層とマスクとの間に感電子線レジストを形成する。そして、電子線を照射することにより、マスクによって選択的に透過された電子線を感電子線レジストに照射することができ、当該感電子線レジストを選択的に感光させることができる。感光後の感電子線レジストを現像することにより、マスクの周期パターンを感電子線レジストに転写することができ、感電子線レジストをレジストとして光透過層に周期パターンを転写することができる。
【０００６】
さらに、請求項３にかかる発明では、上記光透過層と上記感電子線レジストとの間に上記光透過層とは異なる材料の被覆層を形成する構成としてある。
上記のように構成した請求項３の発明において、光透過層と上記感電子線レジストとの間に被覆層が形成され、この被覆層の材料が光透過層と異なるものとされる。まず、光透過層と感電子線レジストとの間に被覆層が形成されるため、現像を行った感電子線レジストによって周期パターンを被覆層に転写することができる。さらに、周期パターンが転写された被覆層をマスクとして、光透過層に周期パターンを転写することができる。光透過層と被覆層は材料が異なるため、被覆層を光透過層に周期パターンを形成するためのレジストマスクとして使用することができる。なお、少なくとも一層の被覆層が形成されればよく、異種の材料によって複数層の被覆層を形成するようにしてもよい。
【０００７】
また、請求項４にかかる発明では、上記被覆層は導電性材料によって形成される構成としてある。
上記のように構成した請求項４の発明において、被覆層を導電性材料とすることにより、電子線照射時におけるチャージアップを防止することができる。例えば、金属材料を被覆層に使用することにより、良好な導電性を得ることができる。
【０００８】
さらに、請求項５にかかる発明では、上記被覆層は上記感電子線レジストをエッチングレジストマスクとしてエッチングされる構成としてある。
上記のように構成した請求項５の発明において、周期パターンが転写された感電子線レジストをエッチングレジストマスクとして被覆層をエッチングすることにより、周期パターンを被覆層に転写することができる。
【０００９】
また、請求項６にかかる発明では、上記光透過層はエッチングされた上記被覆層をエッチングレジストマスクとしてエッチングされる構成としてある。
上記のように構成した請求項６の発明において、さらに周期パターンが転写された被覆層をエッチングレジストマスクとして光透過層をエッチングすることにより、周期構造を光透過層に形成することができる。
【００１０】
また、請求項７にかかる発明では、上記マスクと上記感電子線レジストとの間に隙間をあけつつ電子線を照射する構成としてある。
上記のように構成した請求項７の発明において、マスクと感電子線レジストとの間に隙間をあけることにより、電子線の照射によって気化した電子線レジストを外部に放出することができる。
【００１１】
さらに、請求項８にかかる発明では、上記マスクは薄板状に形成されるとともに剛性を確保するための肉厚部を有する構成としてある。
上記のように構成した請求項８の発明において、マスクを薄板状に形成することにより、２次元の周期パターンを精度よく再現することができる。さらに、このマスクに肉厚部を設けることにより、マスクの剛性を向上させることができ、周期パターンの面均一性を確保することができる。
【００１２】
さらに、請求項９にかかる発明では、光透過層を形成し、この光透過層上に、所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、このマスクに対して電子線を照射することにより形成された周期構造を具備する光制御構造として本発明を特定している。すなわち、上述した光制御構造の作成方法によって作成された光制御構造としても本発明を具体化することができる。
【００１３】
また、請求項１０にかかる発明では、光透過層を形成し、この光透過層上に所定の周期パターンで電子線を選択的に透過させるマスクをセットし、このマスクに対して電子線を照射することにより形成された周期構造を具備する半導体発光素子として本発明を特定している。上述した手法によって作成された周期構造を有する半導体発光素子として本発明を具体化することが可能である。むろん、請求項１０の周期構造を作成する際に、請求項２から請求項８の手法を適用することも可能である。
【００１４】
さらに、請求項１１にかかる発明では、窒化物半導半導体層を有するともに、照射された電子線が当該窒化物半導半導体層に及ぶ構成としてある。
上記のように構成した請求項１１の発明において、周期パターンを形成するための電子線を窒化物半導体層にも及ぶようにする。これにより、工程を追加することなく、電子線が及んだ窒化物半導体層に含まれる水素を外部に放出させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１および請求項９の発明によれば、低コストかつ均一性の高い周期構造を作成することができる。
請求項２の発明によれば、周期パターンを有する感電子線レジストによって周期的な光制御構造を形成することができる。
請求項３の発明によれば、光透過層とは異なる材料の被覆層をレジストマスクとして光透過層のパターン形成を行うことができる。
請求項４の発明によれば、電子線によるチャージアップを防止できる。
請求項５の発明によれば、エッチングによって被覆層に周期パターンを転写することができる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、エッチングによって光制御構造を形成することができる。
請求項７の発明によれば、気化した感電子線レジストによってマスクの精度が劣化することが防止できる。
請求項８の発明によれば、周期パターンの面均一性を実現することができる。
請求項１０の発明によれば、発光効率の高い半導体発光素子を提供することができる。
請求項１１の発明によれば、工程を追加することなく窒化物半導体層から水素を放出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態：
（２）第２の実施形態：
（３）変形例：
（４）まとめ：
【００１８】
（１）第１の実施形態
図１は、本発明の一実施形態にかかる光制御構造を模式的に示している。同図において、光制御構造１００は光透過層１０を有しており、平面状の光透過層１０の上側の表面に周期構造１１が形成されている。周期構造１１は多数の略円錐状の凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・によって構成されており、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が光透過層１０の表面に沿った方向に対して周期的に配列されている。凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が配列する平均周期は、例えば２００ｎｍとされている。なお、平均周期は、例えば光透過層１０の表面に沿った方向において互いに隣接する凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の平均ピーク間距離で定義される。光透過層１０はＳｉＣ基板であり、ＳｉＣ結晶は光を透過させることが可能である。また、周期構造１１もＳｉＣで形成されている。
【００１９】
図２は、周期構造１１を走査電子顕微鏡によって側方から撮影した写真を示している。同図において、周期構造１１を構成する凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・は安定した周期で配列されているとともに、形状が略円錐状となっている。凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の平均的なボトム直径は１５０ｎｍであり、平均高さは４００ｎｍとされている。周期構造１１の平均周期は２００ｎｍであるが、波長が約３００〜７８０ｎｍに分布する近紫外光および可視光の波長をＳｉＣ結晶の屈折率で除算することにより得られる可視光の光学波長の３倍よりも十分に小さい値となっている。このように、透過する光の光学波長に対して小さい周期構造１１を形成することにより、光がＳｉＣ結晶界面にて急激な屈折率変化を感じることを抑制し、当該界面にて反射することが防止できる。従って、光透過層１０に入射した近紫外光および可視光を効率よく周期構造１１から外部に取り出すことができ、周期構造１１を形成しない場合に比べ約４倍の光透過効率を有する光制御構造１００を実現することができる。
【００２０】
次に、周期構造１１の製造方法について説明する。図３は、周期構造１１を作成するための工程フローを模式的に示している。図３ａにおいて、光透過層１０としてのＳｉＣ基板が用意される。図３ｂにおいて、光透過層１０の表面の全面にわたってＥＢ蒸着法等によってＡｕを蒸着することにより被覆層Ｑを形成する。被覆層Ｑは厚みが均一となるように形成されていればよく、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍの厚みとされる。被覆層Ｑが形成できると、図３ｃに示すように被覆層Ｑの上に感電子線レジストＲを形成する。感電子線レジストＲも厚みが均一に形成されており、例えば数百ｎｍ〜２μｍの厚とされる。感電子線レジストＲは被覆層Ｑ上に液状の感電子線レジスト材をスピンコートし、仮硬化させることにより形成される。次に、図３ｄに示すように感電子線レジストＲ上にステンシルマスクＭをセットする。感電子線レジストＲ表面とステンシルマスクＭとの間には約１０μｍの隙間があけられる。
【００２１】
図４は、ステンシルマスクＭを斜めから見て示している。ステンシルマスクＭは、例えばダイヤモンドやＳｉＣで形成されており、厚みが約１０μｍの薄板状となっている。ステンシルマスクＭにおいては多数の円形状の開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・が形成されており、これらの開口径は１００ｎｍとされている。開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・はステンシルマスクＭにおいて均等に配置されている。本実施形態においては、互いに最も隣接する３個の開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１によって正三角形が形成できるように開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・が配置された周期パターンとなっており、隣接する開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の各中心間距離は一定で約２００ｎｍとされている。ステンシルマスクＭは、厚みが一様な薄板状に形成されているが、正方格子状の肉厚部Ｍ２において部分的に厚みが厚くなっている。本実施形態において、ＳｉＣ基板（光透過層１０）上における１０×１０ｍｍの有効範囲に対して一括して周期構造１１を作成し、その後、所要の大きさにダイシングすることにより、周期構造１１を有する多数の半導体素子を製造する。そのため、ステンシルマスクＭも１０×１０ｍｍの有効範囲を有することとなる。
【００２２】
このようなステンシルマスクＭは、厚みに対して面積が大きいため、感電子線レジストＲ上に間隔をあけてセットすると下方に撓むおそれがある。しかし、正方格子状の肉厚部Ｍ２が全体に剛性を向上させているため、ステンシルマスクＭが下方に撓み、感電子線レジストＲとステンシルマスクＭとの間隔が不均一になることが防止できる。肉厚部Ｍ２においては開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・が設けられないが、肉厚部Ｍ２の位置を後に行うダイシングのブレード通過位置にするとともに、肉厚部Ｍ２の幅をダイシングのブレードの幅よりも狭くすることにより、ダイシング後の各素子が有する周期構造１１にて凸部１１ａが分布しないエリアを生じさせないようにすることができる。本実施形態において肉厚部Ｍ２は、上方に隆起しているが下方または上下に隆起していてもよい。また、下方に隆起させた場合、肉厚部Ｍ２の下端を感電子線レジストＲに到達させることにより、肉厚部Ｍ２が感電子線レジストＲとのスペーサの機能をなすようにしてもよい。周期構造１１を作成する有効範囲は１０×１０ｍｍに限られるものではなく、それ以上の大きさとし、生産効率の向上を図ってもよい。
【００２３】
ステンシルマスクＭがセットされると、図５ａに示すようにステンシルマスクＭの上方からステンシルマスクＭに向けて電子線を照射する。電子線はステンシルマスクＭ上において例えばスポット径が１ｍｍのスポット状に照射されるため、実際には電子線を幅および奥行き方向に走査させることにより、ステンシルマスクＭの全面わたって電子線を照射することとなる。電子線を走査させることにより、ステンシルマスクＭに対しては一様に電子線が照射されるが、ステンシルマスクＭの開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・のみ電子線がそのまま透過し、感電子線レジストＲに到達することとなる。すなわち、照射した電子線がステンシルマスクＭによって選択的に感電子線レジストＲに到達させられる。
【００２４】
感電子線レジストＲにおける開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の直下は選択的に電子線に晒され、それ以外の部分は電子線に晒されないこととなる。感電子線レジストＲにおいて電子線に晒された部位は電子線によって感光する。感電子線レジストＲは、ネガタイプであり感光すると現像液耐性が生じる。感電子線レジストＲが感光する際に感電子線レジストＲに含まれていた溶剤が揮発することとなるが、感電子線レジストＲとステンシルマスクＭとの間に隙間があることによって揮発成分が拡散しやすくなり、揮発成分によってステンシルマスクＭが汚染されることが防止できる。従って、本発明のように、広い面積にわたる全体に密度の高い周期パターンの感光をさせて、感電子線レジストＲの揮発成分が多くなる場合でも、ステンシルマスクＭの耐久性を向上させることができる。
【００２５】
電子線が照射される感電子線レジストＲに対して下方からＡｕで形成された被覆層Ｑが接触しているため、感電子線レジストＲにおいて電子線によるチャージアップが防止できる。すなわち、被覆層Ｑは光透過層１０の全面を被覆しているため、例えば光透過層１０の端部を接地させておけば、被覆層Ｑを介して電子をグランドに流出させることができる。ＳｉＣ結晶は、Ｓｉ結晶と比較して導電性が良好でないため、ＳｉＣ結晶にて導電性を有する被覆層Ｑを形成しておくことの意義は大きい。電子線の照射が完了すると、所定の現像液を用いて感電子線レジストＲを現像する。すると、図５ｂに示すように電子線が照射されなかった部位が現像液に溶出し、電子線が照射された部位が残留することとなる。
【００２６】
図６は、現像後の感電子線レジストＲを走査電子顕微鏡によって上方から撮影した写真を示している。なお、灰色に写っている部分が現像によって除去された部位であり、黒の部分が感電子線レジストＲの感光部であって現像後に残留した部位である。同図において、ステンシルマスクＭをセットしたときに開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の直下にあった部位のみが現像によって残留している。すなわち、ステンシルマスクＭの周期パターンが感電子線レジストＲに反転して転写されている。被覆層Ｑによってチャージアップが防止されるため、現像後のコントラストをはっきりとさせることができる。次に、図５ｃに示すように、現像後の感電子線レジストＲをエッチングレジストとして、例えばＣｌ2をエッチングガスとした反応性イオンエッチングを行う。現像によって感電子線レジストＲが除去された部位のみがＣｌ2に晒されることとなるため、図６と同様に被覆層ＱにステンシルマスクＭの反転周期パターンを転写することができる。なお、光透過層１０と感電子線レジストＲは、Ｃｌ2へのエッチング耐性を有している。
【００２７】
さらに、図５ｄ，図５ｅに示すように、被覆層Ｑをエッチングレジストとして、例えばＣＦ4をエッチングガスとした反応性イオンエッチングを行うことにより、被覆層Ｑの周期パターンを光透過層１０に転写する。被覆層Ｑを構成するＡｕは、光透過層１０を構成するＳｉＣ結晶よりも、ＣＦ4へのエッチング耐性を有しているため、被覆層Ｑに被覆されない光透過層１０を選択的にエッチングすることができる。そして、光透過層１０のエッチング深さが約４００ｎｍとなるとことでエッチングを終了させる。光透過層１０は４００ｎｍよりも厚いため、光透過層１０を貫通することなく光透過層１０の表面に周期的なエッチング溝と、周期的な凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が形成されることとなる。
【００２８】
凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・は、エッチングされなかった部位に相当するため、図６の感光部を突出させた凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が形成されることとなる。ただし、エッチングが厚み方向に進行するにつれて、サイドエッチングも進行して角が取られるため、最終的に凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が略円錐状に形成される。図６にて示した感電子線レジストＲの感光部の中心位置が最もサイドエッチングが到達しにくく、各凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の頂点が形成される。
【００２９】
ある程度、サイドエッチングが進行すると被覆層Ｑと光透過層１０との接点が失われ、被覆層Ｑが除去されることとなる。以上により直径が１００ｎｍで高さが４００ｎｍの略円錐状の凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・が平均周期２００ｎｍで配列した周期構造１１を形成されたこととなる。凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の直径はサイドエッチングの程度によって調整することができる。従来では、電子線を各部位に走査する際に電子線をオン／オフさせることによりパターニングを行っていたのに対して、上記のようにステンシルマスクＭと電子線を使用してパターニングを行うことにより周期構造１１の生産性を従来のものより向上させることができる。特に、周期構造１１を必要とする光デバイスにおいては、広い面積において一様に周期構造１１を形成する必要があるため、生産性の向上が望まれていた。
【００３０】
また、ステンシルマスクＭの周期パターンに忠実に周期構造１１が形成できるため、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の形状の均一性が良好である。本実施形態のパターン形成手法によれば、周期構造１１の平均周期の標準偏差を、平均周期の２０％以下とすることができる。また、ステンシルマスクＭの開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の形状に対する再現性がよいため、開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の形状を変更することにより、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の形状を種々のものに変更することができる。例えば、開口Ｍ１，Ｍ１，Ｍ１・・・の形状を調整することにより、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の形状を三角錐、四角錐としたＭｏｔｈ−ｅｙｅ構造とすることができる。一方、エッチング速度や被覆層Ｑの光透過層１０に対するエッチングレートを調整することにより、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の形状を種々のものに変更することができる。例えば、被覆層Ｑの材料をＣＦ4へのエッチング耐性が極めて高いものに変更することにより、サイドエッチングを抑制し、凸部１１ａ，１１ａ，１１ａ・・・の形状を円柱、三角柱、四角柱とし、フォトニック結晶も形成することができる。
【００３１】
光透過層１０としてＳｉＣ結晶を使用するものを例示したが、むろん他の材料において周期構造１１を形成することができる。例えば、サファイアやＧａＮやＧａ2Ｏ3やＧａＮにおいても光が透過することが可能であり、これらの材料においても本発明の手法によって周期構造１１を形成することができる。また、光透過層１０をエッチングするためのエッチングレジストとして被覆層Ｑを使用したが、光透過層１０をエッチングするためのエッチングレジストとして感電子線レジストＲをそのまま使用することも可能である。ただし、感電子線レジストＲとのエッチングレートが確保しにくいＳｉＣ結晶においては、Ａｕ等をエッチングレジストとして使用することが望ましい。本実施形態において、感光することによって現像液耐性が与えられるネガ型の感電子線レジストＲを使用したが、感光することによって現像液耐性が失われるポジ型の感電子線レジストＲを使用することも可能である。ステンシルマスクＭが周期パターンを有すれば、それをポジ型で転写しても、ネガ型で転写しても、最終的に周期的な周期構造１１が形成できることに相違はない。
【００３２】
さらに、本実施形態ではＣｌ2およびＣＦ4によりエッチングを行っているが、どのようなエッチングガスを用いてもよい。また、エッチングは化学反応を利用したウェットエッチングや、加速したイオンや微粒子をぶつけることによる物理的なエッチング方法を用いることも可能である。本実施形態においては、現像によって除去されなかった感電子線レジストＲを被覆層Ｑのエッチング後に剥離する処理を行っていないが、最終的に被覆層Ｑとともに除去されるため、問題はない。ただし、感電子線レジストＲが、後の工程において汚染源等になる場合には、早い段階で感電子線レジストＲを剥離しておくことが望ましい。
【００３３】
（２）第２の実施形態：
第一の実施形態においては極めて高い透過率を有するＳｉＣ基板を光制御構造として作成したが、このような光制御構造を他の構造と組み合わせることも可能である。図７は、光制御構造を組み込んだ半導体発光素子の一例としての白色発光ダイオードの構造を模式的に示している。同図において、白色発光ダイオード２００は基板１１０と第１蛍光層１１０ａと第２蛍光層１１０ｂとバッファ層１１２と第１コンタクト層１１３と第１クラッド層１１４と多重量子井戸活性層１１５と電子ブロック層１１６と第２クラッド層１１７と第２コンタクト層１１８とｐ電極１１９とｎ電極１２０とから構成されている。なお、基板１１０が本発明の光透過層を構成し、基板１１０の下面に周期構造１１１が形成されている。
【００３４】
最下層を構成する板状の基板１１０は、ＳｉＣ結晶で構成されており、その上にＳｉＣの近接昇華法によって第１蛍光層１１０ａを成長させる。その際にホウ素と窒素をドープさせる。第１蛍光層１１０ａの成長が完了すると、さらに近接昇華法によってＳｉＣのステップフロー成長を継続し、第２蛍光層１１０ｂを形成する。第２蛍光層１１０ｂの成長においては、アルミニウムと窒素をドープさせる。第２蛍光層１１０ｂ上に、ＡｌＧａＮで構成されたバッファ層１１２と、ｎ−ＧａＮで構成された第１コンタクト層１１３と、ｎ−ＡｌＧａＮで構成された第１クラッド層１１４と、ＧａＩｎＮ／ＧａＮで構成された多重量子井戸活性層１１５と、ｐ−ＡｌＧａＮで構成された電子ブロック層１１６と、ｐ−ＡｌＧａＮで構成された第２クラッド層１１７と、ｐ−ＧａＮで構成された第２コンタクト層１１８とが例えば有機金属化合物気相成長法によって連続的に積層されている。
【００３５】
第２コンタクト層１１８表面にはＮｉ／Ａｕからなるｐ電極１１９が積層されている。また、第２コンタクト層１１８から第１コンタクト層１１３の途中までの所定領域を厚み方向にエッチングすることにより、第１コンタクト層１１３を表面に露出させるとともに、同露出した部位にＮｉ／Ａｕからなるｎ電極１２０を形成している。以上のようにして各層が形成されると、基板１１０の下面に周期構造１１１を形成する。周期構造１１１は第一の実施形態と同様の手法によって形成することができる。すなわち、ステンシルマスクを基板１１０の下面に形成した被覆層および感電子線レジストに被せた状態で電子線を照射し、現像・エッチングを順次行うことにより、ステンシルマスクの周期パターンを基板１１０の下面に転写することができる。最後に、ダイシングを行うことにより、個々の白色発光ダイオード２００に分割する。前実施形態において説明したように、ステンシルマスクＭによれば広い有効範囲に対して一括して周期構造１１１を形成することができるため、周期構造１１１を形成した後に個片化を行えばよい。
【００３６】
以上のようにして形成された白色発光ダイオード２００のｐ電極１１９とｎ電極１２０に順方向の電圧を印加すると、第１コンタクト層１１３と第２コンタクト層１１８によって挟まれた各層１１４〜１１７に電流が供給され、多重量子井戸活性層１１５において、例えば波長３８５ｎｍの近紫外光が放出される。放出された近紫外光はそれぞれアクセプタ不純物とドナー不純物がドープされた第１蛍光層１１０ａと第２蛍光層１１０ｂに入射し、これらの層にて吸収される。第１蛍光層１１０ａと第２蛍光層１１０ｂにおいては、多重量子井戸活性層１１５にて発光された近紫外光を励起光としてドナー電子とアクセプタ正孔が再結合し、蛍光が発光されることとなる。
【００３７】
第１蛍光層１１０ａのアクセプタ不純物がホウ素であるため、ドナー不純物としての窒素との不純物準位に応じた緑色から赤色にかけての広い波長スペクトルを持つ蛍光が出力される。一方、第２蛍光層１１０ｂのアクセプタ不純物がアルミニウムであり、ドナー不純物としての窒素との不純物準位に応じた青色から緑色にかけての広い波長スペクトルを持つ蛍光が出力される。これらの蛍光が合成され、演色性の良好な白色光を得ることができる。得られた白色光は基板１１０の下面を介して外部に取り出され、表示や照明等に利用される。基板１１０の下面には周期構造１１１が形成されているため、基板１１０の下面における白色光の反射を防止することができ、極めて高い光の取り出し効率を実現することができる。なお、白色光には幅広い波長成分が含まれるが、周期構造１１１の平均周期を２００ｎｍとすることにより、いずれの波長成分も効率よく取り出すことができる。また、周期構造１１１の均一性が良好であるため、単一の白色発光ダイオード２００内の各部位の明るさを均一とすることができる。また、個片化された個々の白色発光ダイオード２００間においても明るさを均一とすることができる。
【００３８】
本実施形態では、他の層１１０ａ，１１０ｂ，１１２〜１２０を積層した後に周期構造１１１を形成したが、予め基板１１０に周期構造１１１を形成しておいてから、その後、周期構造１１１の反対面に他の層１１０ａ，１１０ｂ，１１２〜１２０を積層してもよい。むろん、本発明の光制御構造に組み合わせることが可能な半導体発光素子は、３族窒化物半導体に限られるものではなく、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体やＡｌＧａＡｓ系半導体やＩｎＧａＡｓ系半導体や２−６化合物系半導体など他の半導体発光素子においても適用することができる。各半導体発光素子に適用する場合、これらのバンドギャップエネルギーに対応する波長に応じた周期の周期パターンを形成したステンシルマスクを用意すればよい。
【００３９】
（３）変形例：
図８は、変形例にかかる半導体発光素子の一例としての白色発光ダイオードの構造を模式的に示している。同図において、前実施形態とほぼ同様な白色発光ダイオード２００が形成されている。すなわち、前実施形態と同様に白色発光ダイオード３００は基板２１０と第１蛍光層２１０ａと第２蛍光層２１０ｂとバッファ層２１２と第１コンタクト層２１３と第１クラッド層２１４と多重量子井戸活性層２１５と電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８とｐ電極２１９とｎ電極２２０とから構成されている。また、各層の素材も前実施形態と同様となっている。ただし、ｎ電極２２０が基板２１０の下面に形成されている点と、ｐ電極２１９がメッシュ状の半透明電極である点と、第２コンタクト層２１８（光透過層）の上面に周期構造２１１が形成されている点において前実施形態と相違している。なお、ｐ電極２１９は周期構造２１１の形成後に積層する。
【００４０】
周期構造２１１はｐ−ＧａＮで構成された第２コンタクト層２１８上に形成されるが、ＧａＮとエッチングレートが大きいエッチングガスや被覆層の素材を選択することより、前実施形態と同様の周期構造２１１を形成することができる。反射率の高いＮｉ／Ａｕで形成されたｎ電極２２０が基板２１０の下面に形成されているため、白色蛍光に変換された光は上方にｎ電極２２０と基板２１０との界面にて上方に反射され、最上層の第２コンタクト層２１８から外部に取り出されることとなる。ｐ電極２１９は半透明とされているため、第２コンタクト層２１８からの光の取り出しを妨げないとともに、第２コンタクト層２１８に形成された周期構造２１１によって良好な光取り出し効率を実現することができる。
【００４１】
本変形例において周期構造２１１が形成される側には、ｐ−ＡｌＧａＮで構成された電子ブロック層２１６と、ｐ−ＡｌＧａＮで構成された第２クラッド層２１７と、ｐ−ＧａＮで構成された第２コンタクト層２１８が積層されている。周期構造２１１を形成する際には、ステンシルマスクをセットして第２コンタクト層２１８の上方から電子線を照射することとなるが、その際にステンシルマスクを貫通した電子線の一部が電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８にも及ぶこととなる。電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８は、結晶成長中に窒素源としてアンモニアが使用されるとともに、ｐ型化のために例えばマグネシウムを添加することによって形成される。
【００４２】
ところが、このアンモニアに含まれる水素が窒素とともに各層に混入しマグネシウムと結合することにより、マグネシウムによるｐ型化が妨げられる。これに対して、上述したように周期構造２１１を形成する際の電子線が電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８に及ぶと、この電子線の作用によって電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８に混入した水素を外部に放出させることができる。すなわち、周期構造２１１のパターニングに利用する電子線を、パターニングのみならず、電子ブロック層２１６と第２クラッド層２１７と第２コンタクト層２１８のｐ型化にも共用することができる。
【００４３】
（４）まとめ：
光透過層１０に被覆層Ｑと感電子線レジストＲを形成し、これらの上に周期パターンを有するステンシルマスクＭをセットする。このステンシルマスクＭの上から全体に電子線を照射することにより、ステンシルマスクＭの周期パターンを感電子線レジストＲに転写することができる。次いで、現像した感電子線レジストＲをエッチングレジストとして被覆層Ｑのエッチングを行い、さらにエッチング後の被覆層Ｑをエッチングレジストとして光透過層１０のエッチングを行う。これにより、光透過層１０にてステンシルマスクＭに忠実で均一性に優れる周期構造１１を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】光制御構造を示す構造模式図である。
【図２】周期構造を走査電子顕微鏡によって撮影した写真である。
【図３】周期構造作成の工程フローを説明する図である。
【図４】ステンシルマスクの斜視図である。
【図５】周期構造作成の工程フローを説明する図である。
【図６】現像後の感電子線レジストを走査電子顕微鏡によって撮影した写真である。
【図７】第２の実施形態にかかる白色発光ダイオードの構造を示す構造模式図である。
【図８】変形例にかかる白色発光ダイオードの構造を示す構造模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１１０，２１０…基板、１１０ａ，１１０ｂ，２１０ａ，２１０ｂ…蛍光層、１１，１１１，２１１…周期構造、１００…光制御構造、２００，３００…白色発光ダイオード，１１２，２１２…バッファ層、１１３，２１３…第１コンタクト層、１１４，２１４…第１クラッド層、１１５，２１５…多重量子井戸活性層、１１６，２１６…電子ブロック層、１１７，２１７…第２クラッド層、１１８，２１８…第２コンタクト層、１１９，２１９…ｐ電極、１２０，２２０…ｎ電極、２００…白色発光ダイオード、Ｍ…ステンシルマスク，Ｒ…感電子線レジスト、Ｑ…被覆層
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図６】
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