(57)【要約】【課題】微細な凹凸構造を有する基板上に第一半導体を成長させる際に、平坦化し、平坦性の優れたＬＥＤ用半導体テンプレート基板を提供すること。【解決手段】ＬＥＤ用半導体テンプレート基板（８０）は、主面の少なくとも一部に、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部（２１）と平坦部（２２）とからなる凹凸構造（２０）を具備するベース基板（１０）と、凹凸構造上に形成された第一半導体層（３０）とを有し、凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍ＜ＰＧａｖｅ＜４００ｎｍであり、かつ、複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであり、複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°を満たす。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面の少なくとも一部に、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部と平坦部とからなる凹凸構造を具備するベース基板と、前記凹凸構造上に形成された第一半導体層とを有し、
前記凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍ＜ＰＧａｖｅ＜４００ｎｍであり、かつ、
前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであり、
前記複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、前記第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°を満たすことを特徴とするＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項２】
前記平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、２５ｎｍ≦ＰＧａｖｅ≦３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項３】
前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、３００ｎｍ≦Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項４】
前記複数の凸部における、凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）と凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）との比率（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）が、０．６０≦（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）≦０．９６を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項５】
前記凸部の頂部が、曲率半径０超の角部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項６】
前記ｎ回対称のｎが、ｎ＝３、ｎ＝４、又はｎ＝６であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項７】
前記ベース基板の全体又は一部の材質が、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、又はグラファイトであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項８】
前記ベース基板の材質がサファイアであり、前記ベース基板の主面がｃ面であ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ＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項９】
前記第一半導体層が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項１０】
前記第一半導体層が、Ｇａ及びＮを含む六方晶で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いて作製されることを特徴とするＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦性の優れたＬＥＤ用半導体テンプレート基板、及び、それを用いたＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤに代表されるＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体素子は、サファイア等の単結晶基板上にエピタキシャル成長でｎ型第一半導体、発光層、ｐ型第一半導体を積層して製造される。しかしながら、例えば、サファイアとＧａＮとの間には、格子定数の差が大きく、この格子不整合によって貫通転位が発生する（例えば、非特許文献１参照）。この転位密度は、１×１０９個／ｃｍ２にまで達する。この転位によって、ＬＥＤ内部での内部量子効率が下がり、結果として、ＬＥＤの発光効率が下がってしまうことが知られている。
【０００３】
また、ＧａＮ系半導体層の屈折率は、サファイア基板よりも大きいため、半導体発光層内で発生した光は、サファイア基板との界面から、臨界角以上の角度では出射せず、導光モードとなって減衰し、結果として外部量子効率が低下する問題があった。
【０００４】
そこで、半導体に発生する転位を抑制し、半導体層での光の導波方向を変えて、外部量子効率を上げる為に、基板に凹凸を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、基板に設ける凹凸構造の大きさをナノサイズとし、凹凸構造のパターンをランダム配置としたサファイア基板も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、基板に設けるパターンサイズをナノサイズにすることで、マイクロサイズのパターンの場合よりＬＥＤの発光効率が向上することが報告されており（例えば、非特許文献２参照）、同時に基板上のパターン加工時間を短縮することができる。
【０００６】
これらとは別に、サファイア基板上に、半導体層を気相成長させて青色発光ダイオードを作製する際には、一般的には、サファイア基板上にＧａＮ系、又は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）系のバッファー層を数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の範囲で成膜した後、第一半導体として、アンドープＧａＮ層、及び／又は、Ｓｉ等がドープされたｎ型半導体ＧａＮ層を成膜し、その後、発光層及びｐ型半導体層を含む残りのＬＥＤ層構造が成膜される。しかしながら、発光層はナノオーダーの極めて薄い層である為、発光層を成膜する為の下地となる第一半導体の表面平坦性が低いと、発光層の厚みや組成に乱れが生じ、リーク電流等のＬＥＤ基本特性に悪影響を与えることが考えられる。
【０００７】
以上のことから、ＬＥＤの場合、微細な凹凸構造を有する基板上に、より平坦性の高い第一半導体層を成長させる技術が望まれる。特に前記凹凸構造がナノサイズである場合は、第一半導体の成長過程が複雑になることが予想されるが、そのような詳細な報告はされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１８４４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４９７２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ｐｈｏｔｏ．  Ｔｅｃｈ．  Ｌｅｔｔ．，２０，１３（２００８）
【非特許文献２】Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，１０３，０１４３１４（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、微細な凹凸構造を有する基板上に第一半導体を成長させる際に、表面平坦性の優れたＬＥＤ用半導体テンプレート基板を提供することを目的とする。また、本発明のＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いて、発光出力が高く、かつ、Ｉｒ、即ち逆バイアスをかけた際のリーク電流の小さいＬＥＤ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】
【００１１】
本発明のＬＥＤ用半導体テンプレート基板は、主面の少なくとも一部に、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部と平坦部とからなる凹凸構造を具備するベース基板と、前記凹凸構造上に形成された第一半導体層とを有し、前記凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍ＜ＰＧａｖｅ＜４００ｎｍであり、かつ、前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであり、前記複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、前記第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°を満たすことを特徴とする。
【００１２】
このように、所定の範囲のＰａｖｅにおいて、ベース基板の凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）の範囲、及び、複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）の範囲を適正化することで、ＬＥＤ用半導体テンプレート基板の表面の平坦性を高めることができる。
【００１３】
本発明では、前記平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、２５ｎｍ≦ＰＧａｖｅ≦３００ｎｍであることが好ましい。
【００１４】
また本発明では、前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、３００ｎｍ≦Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであることが好ましい。
【００１５】
また本発明では、前記複数の凸部における、凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）と凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）との比率（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）が、０．６０≦（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）≦０．９６を満たすことが好ましい。
【００１６】
また本発明では、前記凸部の頂部が、曲率半径０超の角部であることが好ましい。
【００１７】
また本発明では、前記ｎ回対称のｎが、ｎ＝３、ｎ＝４、又はｎ＝６であることが好ましい。
【００１８】
また本発明では、前記ベース基板の全体又は一部の材質が、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、又はグラファイトであることが好ましい。
【００１９】
また本発明では、前記ベース基板の材質がサファイアであり、前記ベース基板の主面がｃ面であることが好ましい。
【００２０】
また本発明では、前記第一半導体層が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成されていることが好ましい。
【００２１】
また本発明では、前記第一半導体層が、Ｇａ及びＮを含む六方晶で形成されていることが好ましい。
【００２２】
また本発明のＬＥＤ素子は、上記ＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いて作製されることを特徴とする。本発明のＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いることで、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させ、かつ、Ｉｒを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、微細な凹凸構造を有する基板を用いてＬＥＤ用半導体テンプレート基板を作製する際に、該半導体テンプレート基板表面の平坦性を高めることができる。また本発明のＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いることで、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させ、かつ、Ｉｒを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態に係るｎ回対称の配列を有する凸部の説明図である。
【図２】図１Ｃのベース基板上の第一半導体成長初期段階の説明図である。
【図３】本実施の形態に係る凸部配列軸（Ｌａ）の説明図である。
【図４】本実施の形態に係る第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）の説明図である。
【図５】本実施の形態に係るＬａとＬｂのなす角（Θ）の説明図である。
【図６】本実施の形態に係る六回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。
【図７】本実施の形態に係る四回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。
【図８】本実施の形態に係るＬＥＤ用半導体テンプレート基板の断面概略図である。
【図９】本実施の形態に係るＬＥＤ素子の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、本明細書で使用されている記号（ＰＧａｖｅ、Ｐａｖｅ、Ｈａｖｅ、Ｂａｖｅ、Θ、Ｌａ、Ｌｂ、ＡＳａｖｅ、Ｄｕｔｙ）に関する定義は後述する。
【００２６】
本実施の形態に係るＬＥＤ用半導体テンプレート基板は、主面の少なくとも一部に、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部と平坦部とからなる凹凸構造を具備するベース基板と、凹凸構造上に形成された第一半導体層とを有する。
【００２７】
本実施の形態に係る第一半導体層とは、ベース基板上に、直接、又は凸部平均高さ（Ｈａｖｅ）未満の厚みのバッファー層を介して、凸部平均高さ（Ｈａｖｅ）よりも厚く成長する半導体層のことを意味し、第一半導体層が成膜されたベース基板を、半導体テンプレート基板と称する。なお、本実施の形態に係る第一半導体とは、前記第一半導体層を形成する半導体を指すものとする。
【００２８】
以下、本発明に関する内容を細分化し、詳細に説明する。
＜凹凸構造＞
本実施の形態に係る凹凸構造は、ベース基板の主面の少なくとも一部に、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部と、平坦部を有する。ここで凸部から見て凹部の位置が平坦部に該当する。平坦部は、ベース基板の主面に対して平行な単結晶面であることが好ましく、表面が平坦な半導体テンプレート基板を得る上で効果的である。また、隣接する凸部間の隙間に第一半導体を均一に結晶成長させる観点から、複数の凸部は夫々独立していることが好ましい。
【００２９】
また本実施の形態では、凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍよりも大きく４００ｎｍよりも小さい値とされるが、その理由については後述する。
【００３０】
＜ｎ回対称の配列＞
本実施の形態に係る「ｎ回対称」とは、「回転対称」であることを意味する。このため、ｎは２以上の正の整数である。複数の凸部が何回転対称かに関しては、その表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡等により観察することで確認することができる。例えば、ｎ回対称の配列を有する複数の凸部とは、ベース基板に垂直なある軸を中心に、（３６０／ｎ）°回転させた時に、回転前後で同一の凸部配列となる、又は、他の配列軸に重なる性質をもつことを指す。ここで、「実質的にｎ回対称の配列」とは、ベース基板に垂直な軸を中心に、（３６０／ｎ）°回転させた時に、回転前後で完全に同一の凸部配列だけでなく、回転前後で±１５°以内ずれる凸部配列も含む。
【００３１】
本発明は、前記複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）のなす角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°であることを特徴とする。
【００３２】
このようになす角（Θ）を調整することで、本発明の効果を得ることができるため、複数の凸部は実質的にｎ回対称性を有することが必要である。図１は、本実施の形態に係るｎ回対称の配列を有する凸部の説明図である。図１Ａに３回対称の配列を有する凸部の例を、図１Ｂに４回対称の配列を有する凸部の例を、図１Ｃに６回対称の配列を有する凸部の例を示す。図１の各図に示す符号１が、ベース基板を示し、符号２が凸部を示し、符号３が平坦部を示す。
【００３３】
＜凸部形状＞
本実施の形態に係るベース基板の凸部形状は、ベース基板の平坦部に第一半導体の成長核を効率よく形成させる観点から、凸部底部の平坦部の面積が凸部頂部の面積よりも大きいことが好ましい。
【００３４】
また、凸部頂部は曲率半径が０超の角部であることが好ましい。ここで、曲率半径が０超の角部とは、凸部頂部が、曲面より構成されることを意味する。例えば、凸部先端の丸まった円錐状体、レンズ状体、ドーム状体及び砲弾体が挙げられる。また、凸部側面を観察した際、凸部頂部から凸部底部にかけて側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化していることが好ましい。側面が膨らみ湾曲することによって、凸部側面は連続した同一結晶面の露出が少なくなり、第一半導体の成長が凹凸構造の平坦部から優先して成長するようになることから、本発明の効果が得られやすい。仮に凹凸構造の凸部頂部が平坦面、即ちテーブルトップ形状の場合でも、本発明における平坦性向上の効果を奏するが、テーブルトップの場合には、第一半導体は凸部底部の平坦面と凸部頂部の平坦面の両方から成長することになり、ベース基板面垂直方向への第一半導体の成長高さのばらつきが大きくなる。従って、より平坦性の高い半導体テンプレート基板を得る観点から、凸部頂部の形状は、曲率半径が０超の角部であることが好ましい（後述の図８参照）。
【００３５】
また、テーブルトップの凸部頂部の平坦面の面積が小さければ、凸部頂部の平坦面から成長する第一半導体の成長量が必然的に少なくなるため、ベース基板面に対する垂直方向への第一半導体の成長高さのばらつきが抑制されて平坦化され易くなることから、テーブルトップの凸部を有するベース基板を用いる場合には、個々の凸部頂部の面積が、７８５０ｎｍ２以下であることが好ましく、更に好ましくは、１９６２ｎｍ２以下であることが好ましい。
【００３６】
本実施の形態に係る凹凸構造の凸部の底部形状の例として、凸部をベース基板主面の上部から観察した際に、ｎ角形（ｎ≧３）、角の丸まったｎ角形（ｎ≧３）、円、楕円、線状、星状、格子状等の形状を挙げることができる。中でも、凸部底部の平坦部からベース基板面内方向へ、第一半導体を均一に結晶成長させる観点から、凸部底部の形状は円形であることが好ましい。同様に、テーブルトップの凸部頂部の平坦部の形状の例として、ｎ角形（ｎ≧３）、角の丸まったｎ角形（ｎ≧３）、円、楕円、線状、星状、格子状等の形状を挙げることができる。
【００３７】
＜凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）＞
本実施の形態に係るベース基板においては、ベース基板上の凹凸構造の最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）が、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍを満たすことが好ましい。安定した凸部形状を製造する観点から、Ｐａｖｅは５０ｎｍより大きいことが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以上であり、更に好ましくは２００ｎｍ以上であり、最も好ましくは３００ｎｍ以上である。また、本発明は後述するように、ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい範囲において、ＬａとＬｂの成す角（Θ）を制御することによる平坦性向上の効果を得ることが可能となる。また、ＰＧａｖｅを一定とした場合、Ｐａｖｅが大きくなるにつれて、ベース基板主面上の平坦部の割合が減ることを意味する。従って、第一半導体がベース基板上に良好に核成長する為の平坦部を確保し平坦性を高める観点から、Ｐａｖｅは１８００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
なお、前記平均ピッチ（Ｐａｖｅ）は、以下の定義に従い算出される。ベース基板上の複数の凸部の内、（１）任意の３０個の凸部Ａ１，Ａ２，…Ａ３０を選択する。（２）凸部ＡＭ（１≦Ｍ≦３０）に最隣接する凸部（ＢＭ）の頂部同士の間隔ＰＡＭＢＭを測定する（例えば図１を参照）。（３）凸部Ａ１〜凸部Ａ３０についても、（２）と同様に間隔Ｐを測定する。（４）間隔ＰＡ１Ｂ１〜ＰＡ３０Ｂ３０の相加平均値を平均ピッチ（Ｐａｖｅ）とする。
【００３９】
＜凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）＞
本明細書に係る最隣接する凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）は、前記平均ピッチ（Ｐａｖｅ）と、後述する凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）との差（Ｐａｖｅ−Ｂａｖｅ）と定義する。この時、ＰＧａｖｅ＜Ｐａｖｅとする。パターンギャップ（ＰＧ）自体は、例えば図１に示す部分を指すが、上記の定義により求めた平均化されたパターンギャップを本実施の形態では、凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）としている。
【００４０】
本実施の形態に係るベース基板は、少なくとも複数の凸部と平坦部とを具備し、前記複数の凸部の内、最隣接する凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値であることを特徴とする。理由を、以下の具体例とともに説明する。
【００４１】
図２は、図１Ｃのベース基板上の第一半導体成長初期段階の説明図である。例として、図２に示すように、六回対称の配列を有する複数の凸部（正六方配列されたドット）２と平坦部３とからなる凹凸構造を具備するベース基板１上に、単純六方のブラベー格子を成長単位とする第一半導体４を気相成長させる際、平坦部３には連続して同一単結晶面が露出している場合、図２に示すように平坦部３の露出面積の大きい領域から優先的に第一半導体４が成長する。平坦部３から成長する複数の島状の第一半導体４同士が会合して第一半導体層を形成しようとする際に、最隣接する複数の凸部２間が狭すぎることによって凸部２が立体障害となり、ベース基板面内での第一半導体層の均一成長が阻害されることを防止し、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得る観点から、ＰＧａｖｅは５ｎｍより大きいことが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上であり、更に好ましくは２５ｎｍ以上であり、いっそう好ましくは２９ｎｍ以上である。
【００４２】
また、ＰＧａｖｅが大きい場合には、隣接する凸部２間に第一半導体４が成長しやすくなるため凸部２による立体障害の影響を緩和することができる。従って、後述するＬａとＬｂの成す角（Θ）を制御することによる平坦性向上の効果を得る観点から、ＰＧａｖｅが４００ｎｍより小さい値であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、ＰＧａｖｅが小さい程、ベース基板上の凹凸構造（凸部と平坦部）の内、凸部の面積比が大きいことを意味する為、ＬＥＤの光取り出し効率を高める観点からも、ＰＧａｖｅが３００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
＜凸部の平均アスペクト比（ＡＳａｖｅ）＞
前記ベース基板上の複数の凸部の平均アスペクト比（ＡＳａｖｅ）は、０．１以上５．０以下であることが好ましい。本明細書におけるＡＳａｖｅとは、凸部平均高さ（Ｈａｖｅ）を凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）で割った値と定義する。
【００４４】
ＡＳａｖｅの計測の仕方は、ベース基板上の任意の凸部を断面ＳＥＭ観察によって３０点観察し、ベース基板主面平坦部から凸部頂部までの高さを３０点測定し、その相加平均値を、凸部平均高さ（Ｈａｖｅ）とする。また、ベース基板上の任意の凸部を、ベース基板主面の上面から平面ＳＥＭ観察によって３０点観察し、それぞれの凸部底部に対する外接円の直径を３０点測定し、その相加平均値を、凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）とする。なお、Ｈａｖｅ及びＢａｖｅの単位はいずれもｎｍとする。
【００４５】
まず、前記ＡＳａｖｅが０．１以上であることにより、発光層より発生したフォトンから見た凸部の体積が大きくなることから、本実施の形態における半導体テンプレート基板をＬＥＤに適用する際、光取り出し効率ＬＥＥを向上させることができる。特に、ＡＳａｖｅが０．３以上であれば、発光光に対する光回折のモード数を増加させ散乱性を強くできるため好ましい。同様の観点から、ＡＳａｖｅは０．４以上であることがより好ましく、最も好ましくは０．５以上である。一方で、ＡＳａｖｅが５．０以下にすることにより、凸部側面の傾斜角度を小さく管理することができる。これにより、隣接する凸部間での第一半導体層の成長がしやすくなり、かつ、ＬＥＤ素子を得る際に凸部がベース基板から脱離することで発生するパーティクルを抑制できると考えらえる。同様の理由から、ＡＳａｖｅは３．０以下であることよりが好ましく、２．０以下であることがさらに好ましく、１．１以下であることが最も好ましい。
【００４６】
＜凹凸構造のＤｕｔｙ＞
前記ベース基板上の凸部と平坦部の比率として、前記凸部底部平均径（Ｂａｖｅ）と最隣接する凸部間の平均ピッチ（Ｐａｖｅ）との比率（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）をＤｕｔｙと定義する。本実施の形態に係る半導体テンプレート基板を用いてＬＥＤ素子を作製する場合、光取り出し効率ＬＥＥを向上させるためには、導波する発光光のモードを乱す必要がある。ここで、発光光の進行方向を効果的に乱し、導波モードを崩し、光取り出し効率ＬＥＥを向上させることを考えると、Ｄｕｔｙは所定の値より大きいことが好ましい。また、本発明は、ベース基板上の極めて狭い凸部間に、第一半導体の結晶成長をし易くすることで、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得ることができることから、ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい条件を満たす範囲で、Ｄｕｔｙが大きい方が、後述するＬａとＬｂの成す角（Θ）を制御することによる平坦性向上の効果が得られることになる。
【００４７】
上記理由から、Ｄｕｔｙは０．５５以上であることが好ましく、より好ましくは０．６０以上であり、更に好ましくは、０．７０以上であり、最も好ましくは０．８０以上である。また、Ｐａｖｅが一定の際に、Ｄｕｔｙが大きくなるにつれて、ベース基板に占める平坦部の割合が低くなる。その結果、第一半導体層が結晶成長する際に、下地となる平坦部の結晶方位を引き継ぎにくくなり、結晶方位が乱れ易くなることで平坦化が困難となる。従って、ベース基板上の狭い凸部間に第一半導体を良好に結晶成長させて、平坦化をする観点から、Ｄｕｔｙは、０．９６以下であることが好ましく、より好ましくは、０．９５以下であり、更に好ましくは０．９４以下である。
【００４８】
＜ＬａとＬｂとの成す角（Θ）＞
本実施の形態に係る複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、ベース基板上に成長させる第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°となるよう、前記複数の凸部を配列させることによって、表面平坦性の高いＬＥＤ用の半導体テンプレート基板を得ることができる。そして本実施の形態に係る半導体テンプレート基板を用いてＬＥＤ素子を作製することで、発光出力が高く、Ｉｒを抑制することが可能なＬＥＤ素子を得ることができる。
【００４９】
＜複数の凸部の配列軸（Ｌａ）＞
本実施の形態に係る複数の凸部の配列軸（Ｌａ）とは、ベース基板上に形成された前記ｎ回対称の配列を有する複数の凸部の内、最隣接する凸部の頂部間をベース基板の主面に対して平行方向に結んだ軸と定義する。図３は、本実施の形態に係る凸部配列軸（Ｌａ）の説明図である。例として図３Ａに、六回対称性の配列（正六方配列）を有する複数の凸部２を表面に有するベース基板１を示し、配列軸Ｌａを記載した。この場合、特定の凸部２に対してＬａ−１、Ｌａ−２、Ｌａ−３の３つの凸部２の配列軸が存在することになる。更に、図３Ｂに、四回対称性を有する複数の凸部２を表面に有するベース基板１を例示し、配列軸Ｌａを記載した。この場合、特定の凸部に対してＬａ−１、Ｌａ−２の２つの凸部２の配列軸が存在することになる。
【００５０】
＜第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）＞
本実施の形態に係る、ベース基板上に成長させる第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）について説明する。一般的に、結晶は、格子の点対称性に着目した７つの晶系（三斜晶、単斜晶、斜方晶、六方晶、三方晶、正方晶、立方晶）と１４のブラベー格子（単純三斜、単純単斜、底心単斜、単純斜方、体心斜方、面心斜方、底心斜方、単純六方、単純菱面体、単純正方、体心正方、単純立方、体心立方、面心立方）に分類される。従って、ベース基板上に、第一半導体が結晶成長する際、上記１４種類のブラベー格子の内、何れかのブラベー格子を結晶成長単位として、ベース基板上に第一半導体が成長する。
【００５１】
以下に、本明細書における第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）の定義を記載する。まず、ベース基板上に成長する第一半導体のブラベー格子に着目し、ベース基板主面の結晶面に実質的に平行な面内に存在するｎ点（ｎは３〜６の整数）のブラベー格子の頂点同士を結んでｎ角形を作る。この時、ｎ角形の面積が最大となるように頂点同士を結ぶ。その後、ｎ角形のｎ個の角をそれぞれ二等分する直線をベース基板主面の結晶面に実質的に平行な面内に引き、直線を本明細書における結晶成長軸（Ｌｂ）とする。第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）と、複数の凸部の配列軸（Ｌａ）を所定の角度に制御する観点から、ブラベー格子は凸部配列の回転対称性に対応させるために、六方晶の単純六方、三方晶の単純菱面体、立方晶の単純立方、体心立方及び面心立方の少なくともいずれか１種であることが好ましい。中でも複数の凸部が六回対称の配列を有するベース基板を用いる場合は、ブラベー格子は単純六方の第一半導体のｃ軸がベース基板主面の結晶面に対して垂直となることが好ましい。また、複数の凸部が四回対称の配列を有するベース基板を用いる場合には、ブラベー格子が単純立方、体心立方及び面心立方の少なくともいずれか１種であることが好ましく、この場合、（００Ｘ）面（Ｘは１以上の正の整数）がベース基板主面の結晶面に対して平行となることが好ましい。
【００５２】
具体例として、ベース基板上に単純六方のブラベー格子を結晶成長単位として成長する第一半導体の結晶成長軸の決め方を示す。図４は、本実施の形態に係る第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）の説明図である。図４Ａにベース基板１の主面の結晶面１ａに対して、単純六方のブラベー格子５を有する第一半導体のｃ軸が垂直になるように結晶成長する場合を想定する。なお、簡易的に説明をするため、ベース基板１上の凹凸構造は図４Ａには表記していない。ベース基板１の主面の結晶面１ａに実質的に平行な面内に存在するブラベー格子５の頂点は、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６の６点が存在する。これら６点の頂点を結んだ多角形の面積が最大となるよう六角形を結び、形成した６つのそれぞれの角を二等分する直線を引くと、６本の結晶成長軸Ｌｂ−１、Ｌｂ−２、Ｌｂ−３、Ｌｂ−４、Ｌｂ−５、Ｌｂ−６が得られる。この場合、Ｌｂ−１とＬｂ−４、Ｌｂ−２とＬｂ−５、Ｌｂ−３とＬｂ−６は同一成長軸とみなせる為、実質的には、３つの結晶成長軸が存在することになる。
【００５３】
同様に、ベース基板の主面の結晶面に対して単純立方のブラベー格子５を有する第一半導体が図４Ｂのように成長する場合の例を示す。簡易的に説明をするため、図４Ｂにおいてもベース基板１上の凹凸構造は無い基板を想定して説明する。ベース基板１の主面の結晶面１ａに実質的に平行な面内に存在するブラベー格子５の頂点は、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の４つが存在する。これら４点の頂点を結んだ多角形の面積が最大となるよう四角形を結び、形成した４つのそれぞれの角を二等分する直線を引くと、４本の結晶成長軸Ｌｂ−１、Ｌｂ−２、Ｌｂ−３、Ｌｂ−４が得られるが、Ｌｂ−１とＬｂ−３、Ｌｂ−２とＬｂ−４は同一軸とみなせるため、実質的には、２本の結晶成長軸が存在することになる。
【００５４】
＜Θの最適な値＞
本発明では、複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、ベース基板上に成長させる第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°となるよう、複数の凸部をベース基板主面上に配列させることで表面平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られることを見出した。上述したように、ベース基板上の特定の凸部に着目した場合、凸部配列軸（Ｌａ）と結晶成長軸（Ｌｂ）は、それぞれ複数存在し得る。本明細書において、ＬａとＬｂの成す角（Θ）が７０°＜Θ≦９０°を満たすとは、複数存在するＬｂの内、何れのＬｂに対しても、７０°＜Θ≦９０°を満たすＬａが存在することと定義する。図５は、本実施の形態に係るＬａとＬｂのなす角（Θ）の説明図である。また、図５に示すようにＬａとＬｂのなす角が９０°でない時、Θは、Θ１とΘ２の２通り（Θ１＜Θ２）考えられる。その場合は、小さい方の角（Θ１＜９０°）を、本明細書におけるＬａとＬｂの成す角（Θ）と定義する。また、上述したように、複数のＬａと複数のＬｂが存在するため、特定のＬｂに対してΘが複数存在する場合は、考えられるΘ（≦９０°）の中で最も大きい角度を本明細書におけるΘと定義する。
【００５５】
上述したＬａとＬｂの定義を踏まえ、前記Θが、７０°＜Θ≦９０°の時に半導体テンプレート基板表面の平坦性が向上する理由を、具体例と共に以下に考察する。図６は、本実施の形態に係る六回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。図６ＡにΘ＝９０°の場合を、図６ＢにΘ＝６０°の場合を示した。図６Ａ及び図６Ｂは、ベース基板１の主面の平坦部３の結晶面がｃ面サファイアである場合を想定しており、凸部２の底部の形状は円形で、凸部２の頂部は曲率半径が０超の角部である場合を想定して例示している。サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって第一半導体４のＧａＮを気相成長させる場合には、連続的に同一結晶面が露出しているサファイアｃ面の平坦部３から優先的にＧａＮが成長する。ｃ面サファイア基板上に、ＧａＮを気相成長させる場合、サファイア基板のｃ軸方向と六方晶（単純六方）のＧａＮのｃ軸方向が一致するように成長することから、ベース基板１の主面の結晶面に平行な面内に存在するＧａＮのブラベー格子５の頂点同士を結ぶと六角形を形成することができる。そこで、簡易的に、図６Ａ及び図６Ｂに成長するＧａＮのブラベー格子（結晶成長単位）５を六角形で示した。なお、六角形のサイズはわかり易く図示するために、意図的に実際のブラベー格子５より大きく図示している。
【００５６】
まず、図６ＡのΘ＝９０°の場合、図中の領域Ａに着目すると、２つの異なるＧａＮの島状成長核が、最隣接する凸部２間で会合する際に、２つの異なるＧａＮのブラベー格子（結晶成長単位）５の六角形の角と角が対向した状態で会合し、この時、凸部２間の狭いスペースにＧａＮが成長しやすくなることを見出した。単純六方のブラベー格子５を有するＧａＮは、図６Ａに示すように凹凸構造を有するベース基板１のｃ面露出面積の大きい箇所に優先的に成長核を形成し、ブラベー格子５が集合体となり島状ＧａＮを形成し、隣接する島状ＧａＮ同士が会合することによって平坦化が進む。その際、ＧａＮ｛１−１Ｘ｝面（Ｘは正の整数）に対するＧａＮ｛１１Ｙ｝面（Ｙは正の整数）の成長速度が相対的に速く、Θ＝９０°の方がΘ＝６０°の場合と比較して、凸部２による立体障害が緩和され隣接する島状ＧａＮ同士が会合しやすくなることが考えられる。そして、個々の島状ＧａＮがサファイアｃ軸方向へ高く成長して高さばらつきが大きくなる前に、隣り合うＧａＮの成長核同士が会合及び平坦化することによって、ＧａＮの平坦化が効率的に行われ、平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られると考えられる。
【００５７】
一方で、図６ＢのΘ＝６０°の場合、図中の領域Ｂに着目すると、２つの異なるＧａＮの島状成長核が、最隣接する凸部２間で会合する際に、２つの異なるＧａＮのブラベー格子（結晶成長単位）５の六角形の辺と辺が対向した状態で会合し、特に凸部２間のギャップが狭い場合において凸部２間の狭いスペースにＧａＮが成長しにくくなる。単純六方のブラベー格子５を有するＧａＮは、図６Ｂに示すように凹凸構造を有するベース基板１のｃ面露出面積の大きい箇所に優先的に成長核を形成し、ブラベー格子５が集合体となり島状ＧａＮを形成する。隣接する島状ＧａＮ同士が会合することによって平坦化が進むが、その際、ＧａＮ｛１−１Ｘ｝面（Ｘは正の整数）に対するＧａＮ｛１１Ｙ｝面（Ｙは正の整数）の成長速度が相対的に速く、Θ＝６０°の方がΘ＝９０°と比較して、凸部２による立体障害を受けやすくなることが考えられる。これにより隣接する島状ＧａＮ同士の会合に時間を要し、会合する前の段階で、個々の島状ＧａＮがサファイアｃ軸方向へ高く成長し高さばらつきが大きくなる為、Θ＝６０°はΘ＝９０°と比較して平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られにくいと考えられる。なお、本実施例及び比較例で作製した鏡面成長が確認された半導体テンプレート基板は、Θ＝６０°及びΘ＝９０°に関わらず、いずれの検討結果でも断面ＳＥＭ観察より、凸部間の第一半導体の埋め込みは良好に行われていた。
【００５８】
上述した理由から、Θは７０°より大きいことが好ましく、より好ましくは７５°以上であり、更に好ましくは８０°以上であり、最も好ましくは９０°である。
【００５９】
前記Θが、７０°＜Θ≦９０°となることが好ましい別の例を説明する。図７は、本実施の形態に係る四回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。図７Ａ及び図７Ｂに、四回対称の配列を有する複数の凸部２と平坦部３を有するベース基板１上に立方晶の単純立方（体心立方及び面心立方でも良い）のブラベー格子５をもつ第一半導体４を成長させる場合の、Θの違いによる影響を説明する。ここでは、凸部２の底部の形状は円形で、凸部２の頂部は曲率半径が０超の角部である場合を想定している。ベース基板１上に単純立方の第一半導体４を気相成長させる場合には、連続的に同一結晶面が露出しているベース基板１の主面の平坦部３から優先的に第一半導体４が成長する。なお、本例示ではベース基板１の主面の結晶面と、第一半導体４の｛００Ｘ｝面（Ｘは正の整数）が実質的に平行面となるように第一半導体４が成長する場合を想定している。この場合、ベース基板１の主面の結晶面に平行な面内に存在する第一半導体４のブラベー格子５の頂点を結ぶと正方形を形成することができる。正方形は結晶成長単位の格子頂点に由来しており、図７Ａ中に四角形で表している。図７ＡのΘ＝９０°の場合、図中の領域Ａに着目すると、単純立方のブラベー格子５が集合体をつくり、第一半導体成長核をつくり、成長初期段階の２つの異なる第一半導体成長核が、最隣接する凸部間で会合する際に、ブラベー格子の四角形の角と角が対向した状態で会合する為、特に凸部２間のギャップが狭い場合において第一半導体４の結晶成長核同士が会合しやすくなる。
【００６０】
一方で、図７ＢのΘ＝４５°の場合、図中の領域Ｂに着目すると、成長初期段階の２つの異なる第一半導体成長核が、最隣接する凸部２間で会合して凸部２間を埋める際に、ブラベー格子５の正方形の辺と辺が対向した状態で会合する為、特に凸部２間のギャップが狭い場合において第一半導体４の結晶成長核同士の会合がされにくくなる。従って、Θ＝４５°の場合、第一半導体４の結晶成長核同士の会合がされて、平坦化が進む前の段階で、第一半導体４の｛００１｝面の成長が進むことで、個々の成長核の高さばらつきが大きくなり平坦化されにくくなると考えられる。従って、図６での説明と同様、凸部２の配列軸（Ｌａ）と第一半導体４の結晶成長軸（Ｌｂ）の成す角Θは、７０°＜Θ≦９０°を満たし、具体的には、Θは７０°より大きいことが好ましく、より好ましくは７５°以上であり、更に好ましくは８０°以上であり、最も好ましくは９０°である。
【００６１】
＜Θの確認方法＞
以下に示すΘの確認方法は一例であり、上述した結晶成長軸（Ｌｂ）に関してはその他の確認方法を用いても良い。
【００６２】
まず初めに、ベース基板上に晶系及びブラベー格子の種類が既知の第一半導体層を結晶成長させて、通常のアウトオブプレーンＸＲＤ（Ｘ線回折）にて２θ／θ測定を行い、ベース基板上に成長した第一半導体層表面の結晶成長面を特定し、その後、インプレーンＸＲＤ測定にて、面内の回折ベクトルの方向を特定する。
【００６３】
本実施例及び比較例の全てに関して、使用したΘの確認方法を、以下に具体的として説明する。ａ面のオリフラ（オリエンテーションフラット）を有しかつ、ｎ回対称の配列を有する複数の凸部とｃ面平坦部を具備し、主面をｃ面とするサファイア基板上に、ＧａＮをＭＯＣＶＤにて気相成長させて半導体テンプレート基板を作製した。一般的にｃ面サファイア基板上にＧａＮを気相成長させる場合は、サファイアのｃ面と六方晶（単純六方）のＧａＮのｃ面が平行となるように成長することが知られている。作製した半導体テンプレート基板を、通常のアウトオブプレーンＸＲＤ（Ｘ線回折）にて２θ／θ測定を行い、ベース基板主面の結晶面に平行に成長しているＧａＮの成長面が（００Ｘ）面（Ｘは正の整数）であることが確認できた。次いで、インプレーンＸＲＤ測定にて、半導体テンプレート基板表面の面内の回折ベクトルの方向を特定し、単純六方のｍ軸及びａ軸方向を特定し、これにより、前述した半導体結晶成長軸（Ｌｂ）の方向を特定することができた。この場合、前記ａ軸がＬｂとなる。また、前記オリフラの向きに対する前記複数の凸部の配列軸（Ｌａ）のなす角を予めＳＥＭ観察で特定しておき、かつ、上記ＸＲＤ測定によってオリフラの向きに対する半導体テンプレート基板表面（ＧａＮ）の面内の回折ベクトルの方向を測定することによって、ＬａとＬｂの成す角Θを特定した。尚、Θの角を確認した後に、Θを変更する際には、上記ｃ面サファイアのａ面に対してＧａＮのｍ面が平行成長することを確かめた上で、サファイアオリフラ（ａ面）と複数の凸部の配列軸（Ｌａ）の成す角を調整することによって、Θの異なる半導体テンプレート基板を得た。
【００６４】
図８は、本実施の形態に係るＬＥＤ用半導体テンプレート基板の断面概略図である。本実施の形態に係るＬＥＤ用半導体テンプレート基板８０は、ベース基板１０を有する。ベース基板１０の主面の少なくとも一部は、実質的にｎ回対称の配列を有する複数の凸部２１と平坦部２２とからなる凹凸構造２０を成している。各凸部２１間の凹部の部分が平坦部２２を構成している。
【００６５】
図８に示すように、凹凸構造２０の表面上には第一半導体層３０が形成され、複数の凸部２１及び平坦部２２が、第一半導体層３０により覆われている。なお第一半導体層３０は、第一半導体とベース基板の材質が異なるヘテロ成長の場合には、双方の格子定数の差異を緩和させるため、Ｈａｖｅ未満の厚みのバッファー層３３を介してベース基板１０上に成長させることが好ましい。
【００６６】
本実施の形態では、図８に示すＬＥＤ用半導体テンプレート基板８０において、凸部２１間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）が、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値とされている。
【００６７】
また複数の凸部２１の配列軸（Ｌａ）と、第一半導体層３０の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）が、７０°＜Θ≦９０°を満たしている。
【００６８】
これにより、半導体テンプレート基板８０の表面（図８では第一半導体層３０の表面３０ａを指す）の平坦性を高めることができる。
【００６９】
以下、本実施の形態に係るＬＥＤ用の半導体テンプレート基板８０の各構成について詳細に説明する。
【００７０】
＜ベース基板＞
ベース基板の材質は、特に制限はないが次に示す材質が例示できる。サファイア、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、グラファイト、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン（Ｓｉ）、銅タングステン（Ｗ−Ｃｕ）、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、ＧａＰ、又はＧａＡｓ等の基板を用いることができる。なかでも、ＬＥＤ用途でベース基板上に第一半導体としてＩＩＩ−Ｖ族半導体を成長させる場合には、入手性及び格子定数の観点から一般的にＬＥＤのベース基板として使用されている、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、グラファイトの何れかの材質のベース基板を使用することが好ましく、中でもサファイア基板が好ましく、六方晶の第一半導体を成長させる場合は、凸部配列の回転対称性の観点から、ｃ面を主面とするサファイア基板であることが最も好ましい。また、本発明の効果を得られる範囲でベース基板は不純物や意図的な添加元素を加えても良い。
【００７１】
なお、本明細書に係るベース基板の材質については、第一半導体を成長させるベース基板の凹凸構造の凸部底部に観察される平坦部表面までが上述した材質で形成され、凸部の材質が上記材質以外であってもよい。即ちベース基板は、凸部が一体に形成されていても別体で形成されていてもよい。凸部が別体の場合は、表面が平坦な基板上に凸部を所定の配列にて形成することができる。また凸部が別体の場合、例えば以下の製造方法で説明するように、凸部を転写材の永久剤として残すことができる。
【００７２】
また、本発明において、半導体テンプレート基板の表面の平坦性を高める効果は、ベース基板上の複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、その上に成長させる第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）とのなす角（Θ）を所定の範囲に制御することによって得られる。従って本発明では、使用するベース基板の材質を特に限定するものではない。あくまで、第一半導体の結晶成長軸（Ｌｂ）と、凸部配列軸（Ｌａ）との相対関係によって効果が決まる。従って、例えばサファイア基板の主面がａ面、ｍ面又はｒ面のサファイア基板を用いた場合においても、ＬａとＬｂとのなす角が７０°＜Θ≦９０°を満たすよう制御することによって、本発明の効果が得られる。
【００７３】
ベース基板の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、２インチφ、４インチφ、６インチφ、及び８インチφが挙げられる。これらは、円盤状であっても、結晶方位の印としてオリフラ（オリエンテーションフラット）のついた形状であってもよい。複数の凸部配列軸（Ｌａ）を制御するためには、予め結晶方位のわかるオリフラがついたベース基板を用いることが好ましい。例えば、一般的なサファイア基板は、サファイアａ面に対応したオリフラが設けられている。
【００７４】
＜凹凸構造の作製方法＞
なお、本実施の形態に係るベース基板の製造方法においては、表面に微細パターンを具備するモールドを使用した転写法によって、ベース基板表面に凹凸構造を形成することが好ましい。
【００７５】
ベース基板の凹凸構造は、転写法、フォトリソグラフィ法、熱リソグラフィ法、電子線描画法、干渉露光法、ナノ粒子をマスクとしたリソグラフィ法、自己組織化構造をマスクとしたリソグラフィ法等により製造することができる。特に、ベース基板の凹凸構造の加工精度や加工速度の観点から、転写法を採用すると好ましい。
【００７６】
凹凸構造を作製するのに転写法を採用することにより、過大な装置や制御機構を使用することなく、ベース基板を製造することができる。特に、転写法を採用することにより、製造困難な、６インチ以上の径を有すベース基板を精度高く効率よく製造できる。
【００７７】
本実施の形態に係る転写法とは、表面に凹凸構造を具備したモールドの、凹凸構造を被処理体（凹凸構造を作製する前のベース基板）に転写する工程を含む方法として定義する。即ち、モールドの凹凸構造と被処理体とを転写材を介し貼合する工程と、モールドを剥離する工程とを少なくとも含む方法である。
【００７８】
より具体的に、転写法は２つに分類することができる。第１に、被処理体に転写付与された転写材を永久剤として使用する場合である。この場合、被写体と凹凸構造とを構成する材料は異なることとなる。また、凹凸構造は永久剤として残り、ＬＥＤ素子として使用されることを特徴とする。ＬＥＤ素子は、数万時間と長期に渡り使用することから、転写材を永久剤として使用する場合、転写材を構成する材料は、金属元素を含むと好ましい。特に、加水分解・重縮合反応を生じる金属アルコキシドや、金属アルコキシドの縮合体を原料に含むことにより、永久剤としての性能が向上するため好ましい。第２に、ナノインプリントリソグラフィ法が挙げられる。ナノインプリントリソグラフィ法は、モールドのテクスチャーを被処理体上に転写する工程と、エッチングにより被処理体を加工するためのマスクを設ける工程と、被処理体をエッチングする工程と、を含む方法である。例えば、転写材を１種類用いる場合、まず被処理体とモールドとを、転写材を介し貼合する。続いて、熱や光（ＵＶ）により転写材を硬化させ、モールドを剥離する。転写材から構成される凹凸構造に対して酸素アッシングに代表されるエッチングを行い、被処理体を部分的に露出させる。その後、転写材をマスクとして、エッチングにより被処理体を加工する。この際の加工方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングを採用できる。凹凸構造の高さを高くしたい場合はドライエッチングが有用である。また、例えば転写材を２種類用いる場合、まず被処理体上に第１転写材層を成膜する。続いて、第１転写材層とモールドとを、第２転写材を介して貼合する。その後、熱や光（ＵＶ）により転写材を硬化させ、モールドを剥離する。第２転写材から構成される凹凸構造に対して酸素アッシングに代表されるエッチングを行い、第１転写材を部分的に露出させる。続いて、第２転写材層をマスクとして、第１転写材層をドライエッチングによりエッチングする。その後、転写材をマスクとして、エッチングにより被処理体を加工する。この際の加工方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングを採用できるが、凹凸構造の高さを高くしたい場合はドライエッチングが有用である。
【００７９】
以上説明したように、転写法を採用することで、モールドの凹凸構造を被処理体に反映させることができるため、良好なベース基板を得ることができる。
【００８０】
インプリントモールドの材質は特に限定されず、非フレキシブルなガラス、石英、サファイア、ニッケルや、フレキシブルな樹脂を使用することができる。中でも、フレキシブルなモールドを使用することで、モールドのテクスチャーの転写精度が向上し、かつ、ベース基板が具備する凹凸構造の精度が向上するため、好ましい。
【００８１】
＜第一半導体の成長＞
ベース基板への第一半導体の気相成長方法は、特に限定されないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によって形成することができる。ベース基板上にＬＥＤ構造を成膜する場合には、成膜速度を制御して膜厚を管理する必要があるため、ＭＯＣＶＤ法が好ましい。
【００８２】
本発明は、ベース基板上の複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、その上に成長させる第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）とのなす角（Θ）を所定の範囲に調整することで、平坦性の高いＬＥＤ用半導体テンプレート基板が得られることから、ベース基板上に気相成長させる半導体の種類に関しては制限を受けるものでは無い。第一半導体の例としては、ＩＩＩ−Ｖ族系半導体（ＩＩＩ族元素としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等、Ｖ族元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等）が例示でき、ベース基板にｃ面を主面とし六回対称性を有する複数の凸部を有するサファイア基板を用いた場合には、凸部配列の回転対称性の観点から第一半導体は六方晶のアンドープＧａＮであることが好ましい。第一半導体は、種々のドーパントを加えたｎ型半導体又はｐ型半導体であっても良く、ｎ型半導体のＧａＮに関してドーパントは、モノシラン、ジシラン、トリメチルシラン等が例示できる。また、その他の第一半導体として、ＺｎＳｅや、Ｓｉ、Ｇｅ等の元素半導体も例示でき、更に、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体も原理上適用できる。
【００８３】
本実施の形態において、第一半導体とベース基板の材質が異なるヘテロ成長の場合には、双方の格子定数の差異を緩和させる為、第一半導体は、Ｈａｖｅ未満の厚みのバッファー層を介してベース基板上に成長させることが好ましい。前記バッファー層の厚みが、Ｈａｖｅより薄い場合、ベース基板平坦部上に成長させる第一半導体がベース基板主面に平行方向に成長する際に、ベース基板上の複数の凸部によって立体障害を受けることから、Θを制御することによる平坦性向上の効果が得られる。ベース基板にサファイア基板を用いる場合には、前記バッファー層は、ＭＯＣＶＤにて成長させるＧａＮ系、又はＡｌＮ系の低温バッファー層を用いることが好ましい。なお、前記バッファー層はＭＯＣＶＤにて低温成長させる以外に、スパッタにて成長させることもできる。
【００８４】
＜半導体テンプレート基板を用いたＬＥＤ素子の作製＞
図９は、本実施の形態に係るＬＥＤ素子の断面概略図の一例である。図９に示すように、ＬＥＤ素子１００は、ベース基板１０及び第一半導体層３０を有する半導体テンプレート基板８０と、第二半導体層３５と、発光層４０と、第三半導体層５０と、透明導電膜６０と、第一電極７０と、第二電極８５と、を有して構成される。第一半導体層３０は、例えばアンドープ半導体層であり、第二半導体層３５は、例えば、ｎ型半導体層であり、第三半導体層５０は、例えば、ｐ型半導体層である。係る場合、第一電極７０がｐ電極であり、第二電極８５がｎ電極である。なお、透明導電膜６０は形成されていなくてもよい。
【００８５】
図９に示すＬＥＤ素子１００をフェースアップ実装した場合においては、発光層４０にて発生した発光光は、第三半導体層５０側又はＬＥＤ素子１００の端部から取り出される。さらに、第一半導体層３０と第二半導体層３５とは互いに異なる半導体層である。
【００８６】
ＬＥＤ素子は、多数のＬＥＤ素子が一体的に形成された積層基板からレーザーを用いて発光素子単位に分断し個々に素子化して製造される。
【００８７】
本実施の形態では、ベース基板１０の凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）の範囲及び、複数の凸部の配列軸（Ｌａ）と、第一半導体層３０の結晶成長軸（Ｌｂ）との成す角（Θ）の範囲を適正化したことで、半導体テンプレート基板８０の表面の平坦性を高めることができる。この結果、半導体テンプレート基板８０を用いて作製したＬＥＤ素子１００は、Ｉｒが抑制される効果を奏する。Ｉｒは、電極７０、８５間に逆バイアス電圧を印加した状態で測定されるリーク電流である。本実施の形態では、半導体テンプレート基板８０の表面の平坦性を向上させることができ、その結果、半導体テンプレート基板８０上に形成される各層を所定厚にて適切に積層形成することが可能である。従って各層の界面を高精度に密接形成することができ、リーク電流の発生を抑制することが可能になる。
【実施例】
【００８８】
以下、本発明について、実施例に基づきさらに詳述するが、これらは説明のために記述されるものであって、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。
【００８９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例及び比較例の共通部分について説明する。以下の説明において使用する記号は、以下の意味を示す。
・ＤＡＣＨＰ…フッ素含有ウレタン（メタ）アクリレート（ＯＰＴＯＯＬ（登録商標）  ＤＡＣ  ＨＰ（ダイキン工業社製））
・Ｍ３５０…トリメチロールプロパン（ＥＯ変性）トリアクリレート（東亞合成社製）
・Ｉ．１８４…１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標、以下同じ）  １８４（ＢＡＳＦ社製））
・Ｉ．３６９…２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１（Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ３６９（ＢＡＳＦ社製））
・ＴＴＢ…チタニウム（ＩＶ）テトラブトキシドモノマー（和光純薬工業社製）
・ＳＨ７１０…フェニル変性シリコーン（東レ・ダウコーニング社製）
・３ＡＰＴＭＳ…３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ５１０３（信越シリコーン社製））
・ＤＩＢＫ…ジイソブチルケトン
・ＰＧＭＥ…プロピレングリコールモノメチルエーテル
・ＭＥＫ…メチルエチルケトン
・ＭＩＢＫ…メチルイソブチルケトン
・ＤＲ８３３…トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（ＳＲ８３３（ＳＡＲＴＯＭＥＲ社製））
・ＳＲ３６８…トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（ＳＲ８３３（ＳＡＲＴＯＭＥＲ社製））
【００９０】
＜実施例及び比較例＞
表面に種々の凹凸構造を具備するベース基板を作製し、ベース基板上に第一半導体を気相成長させ、半導体テンプレート基板を作製した。作製した半導体テンプレート基板の前記Θを求めた。Θの求め方は、前述した＜Θの確認方法＞と同様の手法で求めた。
【００９１】
その後、半導体テンプレート基板上にＬＥＤ素子を構成する各層を成長させ、ＬＥＤ特性に関して比較評価を行った。
【００９２】
以下の検討においては、表面に凹凸構造を具備するベース基板を作製するために、まず（１）円筒状マスターモールドを作製し、（２）円筒状マスターモールドに対して光転写法を適用して、リール状樹脂モールドを作製した。（３）その後、リール状樹脂モールドを光学基材のナノ加工用フィルムへと加工した。続いて、（４）ナノ加工用フィルムを使用し、被処理体（凹凸構造を作製する前のベース基板）にマスクを形成し、得られたマスクを介してドライエッチングを行うことで、表面に凹凸構造を具備するベース基板を作製した。（５）ベース基板上に第一半導体を気相成長させて半導体テンプレート基板を作製し、最後に（６）半導体テンプレート基板を用いてＬＥＤ素子を作製し、以下の（７）、（９）の各性能を評価した。
【００９３】
（１）円筒状マスターモールドの作製
半導体レーザーを用いた直接描画リソグラフィ法により円筒状石英ガラスの表面に、凹凸構造を形成した。まず円筒状石英ガラス表面上に、スパッタリング法によりレジスト層を成膜した。スパッタリング法は、ターゲット（レジスト層）として、φ３インチのＣｕＯ（８ａｔｍ％Ｓｉ含有）を用いて、ＲＦ１００Ｗの電力で実施し、２０ｎｍのレジスト層を成膜した。その後、一度円筒状石英ガラスの全面を露光した。続いて、円筒状石英ガラスを回転させながら、波長４０５ｎｍ半導体レーザーを用い露光を行った。次に、露光後のレジスト層を現像した。レジスト層の現像は、０．０３ｗｔ％のグリシン水溶液を用いて、２４０ｓｅｃ間、処理を行った。次に、現像したレジスト層をマスクとし、ドライエッチングによるエッチング層（石英ガラス）のエッチングを行った。ドライエッチングは、エッチングガスとしてＳＦ６を用い、処理ガス圧１Ｐａ、処理電力３００Ｗ、処理時間５分の条件で実施した。最後に、表面に凹凸構造が付与された円筒状石英ガラスから、レジスト層残渣のみを、ｐＨ１の塩酸を用い剥離した。剥離時間は６分間とした。
【００９４】
得られた円筒状石英ガラスの凹凸構造に対し、フッ素系離型剤であるオプツール（登録商標）ＨＤ−２１００ＴＨ（ダイキン化学工業社製）を塗布し、６０℃で１時間加熱後、室温で２４時間静置し固定化した。その後、オプツールＨＤ−ＴＨ（ダイキン化学工業社製）で３回洗浄し、円筒状マスターモールドを得た。
【００９５】
（２）リール状樹脂モールドの作製
作製した円筒状マスターモールドを鋳型とし、光ナノインプリント法を適用し、連続的にリール状樹脂モールドＧ１を作製した。続いて、リール状樹脂モールドＧ１をテンプレートとして、光ナノインプリント法により、連続的にリール状樹脂モールドＧ２を得た。
【００９６】
ＰＥＴフィルムＡ−４１００（東洋紡社製：幅３００ｍｍ、厚さ１００μｍ）の易接着面にマイクログラビアコーティング（廉井精機社製）により、塗布膜厚５μｍになるように以下に示す材料１を塗布した。次いで、円筒状マスターモールドに対し、材料１が塗布されたＰＥＴフィルムをニップロールで押し付け、大気下、温度２５℃、湿度６０％で、ランプ中心下での積算露光量が１５００ｍＪ／ｃｍ２となるように、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン株式会社製のＵＶ露光装置（Ｈバルブ）を用いて紫外線を照射し、連続的に光硬化を実施した。そして表面にテクスチャーが転写されたリール状樹脂モールドＧ１（長さ２００ｍ、幅３００ｍｍ）を得た。
材料１…  ＤＡＣＨＰ：Ｍ３５０：Ｉ．１８４：Ｉ．３６９＝１７．５ｇ：１００ｇ：５．５ｇ：２．０ｇ
【００９７】
次に、リール状樹脂モールドＧ１をテンプレートとして見立て、光ナノインプリント法を適用し連続的に、リール状樹脂モールドＧ２を作製した。
【００９８】
ＰＥＴフィルムＡ−４１００（東洋紡社製：幅３００ｍｍ、厚さ１００μｍ）の易接着面にマイクログラビアコーティング（廉井精機社製）により、材料１を塗布膜厚３μｍになるように塗布した。次いで、リール状樹脂モールドＧ１の凹凸構造面に対し、材料１が塗布されたＰＥＴフィルムをニップロール（０．１ＭＰａ）で押し付け、大気下、温度２５℃、湿度６０％で、ランプ中心下での積算露光量が１２００ｍＪ／ｃｍ２となるように、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン株式会社製ＵＶ露光装置（Ｈバルブ）を用いて紫外線を照射し、連続的に光硬化を実施した。そして表面に凹凸構造が転写されたリール状樹脂モールドＧ２（長さ２００ｍ、幅３００ｍｍ）を複数得た。
【００９９】
（３）ナノ加工用フィルムの作製
リール状樹脂モールドＧ２の凹凸構造面に対して、下記材料２の希釈液を塗工した。続いて、材料２を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドＧ２の凹凸構造面上に、下記材料３の希釈液を塗工し、ナノ加工用フィルムを得た。
材料２…ＴＴＢ：３ＡＰＴＭＳ：ＳＨ７１０：Ｉ．１８４：Ｉ．３６９＝６５．２ｇ：３４．８ｇ：５．０ｇ：１．９ｇ：０．７ｇ
材料３…Ｂｉｎｄｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒ：ＳＲ８３３：ＳＲ３６８：Ｉ．１８４：Ｉ．３６９＝７７．１ｇ：１１．５ｇ：１１．５ｇ：１．４７ｇ：０．５３ｇ
Ｂｉｎｄｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒ…ベンジルメタクリレート８０質量％、メタクリル酸２０質量％の２元共重合体のメチルエチルケトン溶液（固形分５０％、重量平均分子量５６０００、酸当量４３０、分散度２．７）
【０１００】
（２）のリール状樹脂モールドの作製と同様の装置を使用し、ＰＧＭＥにて希釈した材料２を、リール状樹脂モールドＧ２のテクスチャー面上に直接塗工した。ここで、希釈濃度は、単位面積当たりの塗工原料（ＰＧＭＥにて希釈した材料２）中に含まれる固形分量が、単位面積当たりの凹凸構造の体積よりも２０％以上小さくなるように設定した。塗工後、８０℃の送風乾燥炉内を５分間かけて通過させ、材料２を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドＧ２を巻き取り回収した。
【０１０１】
続いて、材料２を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドＧ２を巻き出すと共に、（２）のリール状樹脂モールドの作製と同様の装置を使用し、ＰＧＭＥ及びＭＥＫにて希釈した材料３を、テクスチャー面上に直接塗工した。ここで、希釈濃度は、テクスチャー内部に配置された材料２と塗工された材料３の界面と、材料３の表面と、の距離が４００ｎｍ〜８００ｎｍになるように設定した。塗工後、８０℃の送風乾燥炉内を５分間かけて通過させ、材料３の表面にポリプロピレンから成るカバーフィルムを合わせ、巻き取り回収した。
【０１０２】
（４）ベース基板の作製
作製したナノ加工用フィルムを使用し、ベース基板の表面凹凸構造付与を試みた。被処理体（凹凸構造を作製する前のベース基板）としては、表面がｃ面であるサファイア基板を使用した。サファイア基板には２インチサイズの片面研磨サファイア基板を用いた。
【０１０３】
サファイア基板に対しＵＶ−Ｏ３処理を５分間行い、表面のパーティクルを除去すると共に、親水化した。続いて、ナノ加工用フィルムの材料３表面を、サファイア基板に対して貼合した。この時、サファイア基板を８０℃に加温した状態で貼合した。続いて、高圧水銀灯光源を使用し、積算光量が１２００ｍＪ／ｃｍ２になるように、リール状樹脂モールドＧ２越しに光照射した。その後、リール状樹脂モールドＧ２を剥離した。
【０１０４】
得られた積層体（材料２／材料３／基板からなる積層体）の材料２面側より酸素ガスを使用したエッチングを行い、材料２をマスクとして見立て材料３をナノ加工し、サファイア基板表面を部分的に露出させた。酸素エッチンングとしては、圧力１Ｐａ，電力３００Ｗの条件にてサファイア基板表面を部分的に露出させるよう時間を調整し、エッチングを行った。続いて、材料２面側からＢＣｌ３ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ−１０１ｉＰＨ、サムコ株式会社製）を行い、サファイア基板表面をナノ加工した。ＢＣｌ３を使用したエッチングは、ＩＣＰ：１５０Ｗ、ＢＩＡＳ：５０Ｗ、圧力０．２Ｐａの条件にて、実施例及び比較例で使用したサファイア基板上の凹凸構造となるようにエッチング時間を調整した。
【０１０５】
最後に、硫酸及び過酸化水素水を２：１の重量比にて混合した溶液にて洗浄し、凹凸構造を表面に具備するベース基板を得た。なお、サファイア上に作製される凹凸構造の形状は、主に、円筒状マスターモールドに作製した凹凸構造の形状、樹脂モールドを製造する際のニップ圧条件、ナノ加工用フィルムの材料２の充填率と材料３の膜厚と反応性イオンエッチングのエッチング時間により適宜制御した。
【０１０６】
（５）半導体テンプレート基板の作製
（４）にて得られたベース基板上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、以下の順序で第一半導体を成膜した。まず初めに、ベース基板に対し、１０００℃〜１１５０℃の温度にて水素ガスによるサーマルクリーングを行った。続いて４５０〜５５０℃にて、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びＮＨ３（アンモニア）を原料ガスとしてＧａＮの低温バッファー層（厚み３０ｎｍ）を成膜した。低温バッファー層の成膜厚みは、いずれの実施例及び比較例の凸部平均高さ（Ｈａｖｅ）より薄い厚みであり、低温バッファー層の成膜によってベース基板上の凹凸が平坦化されることが無い条件設定とした。
【０１０７】
その後、ＴＭＧとＮＨ３を原料ガスとして１０００℃〜１１５０℃にて第一半導体であるアンドープＧａＮを成膜して平坦面を形成し、半導体テンプレート基板を得た。なお、本明細書における実施例、比較例及び参考例においては、ベース基板上の凸部の配列軸（Ｌａ）と第一半導体層の結晶成長軸（Ｌｂ）のなす角（Θ）に対する、半導体テンプレート基板表面の平坦性の影響を確認するため、意図的に第一半導体までの成膜条件を同一条件に統一してＭＯＣＶＤ成膜した。
【０１０８】
得られた半導体テンプレート基板の表面平坦性を、ＡＦＭによって２００μｍ×２００μｍの視野で観察し、その際の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）を測定して比較評価を行った。なお、第一半導体成膜後に第一半導体によって平坦化がされず、半導体テンプレート基板表面が目視段階で鏡面成長していなかった場合、即ち半導体テンプレート基板表面の凹凸により白濁した場合のみ、比較例の評価結果に、鏡面成長せずと記載した。記載がない検討結果に関しては、いずれも目視にて鏡面成長が確認された。
【０１０９】
（６）半導体テンプレート基板を用いたＬＥＤ素子の作製
（５）にて得られた半導体テンプレート基板上に、ＳｉドープのＧａＮ（ｎ型半導体）を第一半導体の成膜温度と同一温度で５μｍ成膜した。続いて、８００℃〜８５０℃でＳｉドープＧａＮ層とＳｉドープＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（ｘ＝０．０５〜０．１０）の積層周期構造である歪超格子構造を成膜した。さらに、７５０℃〜８００℃でＳｉドープＧａＮ層とＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（ｘ＝０．１２〜０．１６）の積層周期構造である多重量子井戸（ＭＱＷ）を成膜した。ＭＱＷのＧａＮ層及びＩｎＸＧａ１−ＸＮ層の厚みは、それぞれ、１３ｎｍと３ｎｍに設定した。さらに、１０５０℃〜１１５０℃で、ＭｇドープＡｌＧａＮ層（エレクトロブロッキング層）及びＭｇドープＧａＮ層をｐ型半導体層として１１０ｎｍの総厚みにて成膜した。続いて、ｐ型半導体表面にＩＴＯを成膜し、各種エッチング加工を経た後に電極パットを設け、フェースアップタイプの０．３５ｍｍＬＥＤ素子（ウエハ状態）を得た。なお、本実施の形態における実施例、比較例及び参考例においては、いずれも（５）、（６）に示した成膜条件は統一して比較評価した。
【０１１０】
（７）Ｉｒの測定
２インチのサファイア基板上に得られたＬＥＤ素子１００００個以上に対して、オートプローバを用いてｐ電極パッドとｎ電極パッドの間に―５Ｖ（逆バイアス）印加した際のリーク電流（Ｉｒ）を測定した。その際のリーク電流が、０．２３μＡ未満であった素子の割合（％）を、Ｉｒ収率（％）として測定した。
【０１１１】
（８）ＬＥＤ素子のパッケージング
また、上記Ｉｒ測定後、サファイア裏面研磨及びダイシングを行い、前記１００００個以上のＬＥＤ素子の内、２０個をＴＯ缶にダイボンド材を用いて実装をした後、Ａｕワイヤーにてボンディングし、ＬＥＤパッケージを作製した。
【０１１２】
（９）発光出力の測定
（８）によって得られたＬＥＤパッケージに関して、２０ｍＡの電流を順方向に流した際の発光出力の相加平均値（Ｐ０）を積分球によって求め、後述する参考例１に対する発光出力比を求めた。なお、本実施例、比較例及び参考例１のＬＥＤ素子の発光ピーク波長の相加平均値は、いずれも４５０±１０ｎｍであることを確認した。表１〜表３に、後述するフラットサファイア基板を用いた場合の参考例の発光出力の相加平均値（Ｐ１）に対する、本実施の形態に係る実施例又は比較例の各々の発光出力の相加平均値の比率（Ｐ０／Ｐ１）が、１．１以上であれば○、１．１未満であれば×と示した。
【０１１３】
（参考例１）
参考例として、ベース基板として表面がｃ面で凹凸構造が無いフラットサファイア基板を用いて（５）、（６）と同様に作製したＬＥＤパッケージ２０個に、２０ｍＡの電流を順方向に流した際の発光出力の相加平均値（Ｐ１）を積分球によって求め、発光出力比を求めた。
【０１１４】
後述する実施例１〜１７及び比較例１〜１２に関して、鏡面成長した半導体テンプレート基板の断面をＳＥＭ観察したところ、いずれの条件においても凹凸構造と第一半導体との界面に空隙は確認されず、第一半導体によって良好に埋め込みがなされていた。
【０１１５】
なお、実施例及び比較例で使用したサファイア基板上の凹凸構造に関する情報として、ｎ値（ｎ回対称の配列を有する複数の凸部）、Ｐａｖｅ、ＰＧａｖｅ、Ｈａｖｅ、Ｂａｖｅ、Ｄｕｔｙ（比率（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ））、凸部頂部形状を、表１〜表３に記載した。
【０１１６】
【表１】
2016111354.tif 000003
【０１１７】
【表２】
2016111354.tif 000004
【０１１８】
【表３】
2016111354.tif 000005
【０１１９】
（実施例１〜実施例８、及び、比較例１〜比較例４）
表１の、実施例１〜実施例８、及び、比較例１〜比較例４は、ＬａとＬｂの成す角（Θ）の最適な範囲を調べた結果である。図１Ｃで説明した平坦部と正六方配列（六回対称の配列）された複数の凸部からなるサファイア基板（主面はｃ面）を用いて、ＬａとＬｂの成す角（Θ）を６０°〜９０°まで変化させた。なお、第一半導体層は、単純六方のブラベー格子を成長単位とした。成す角（Θ）は、各表に示す「ベース基板表面凹凸構造」の各条件を変化させることで変化させることができた。
【０１２０】
また、実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例４の凸部形状をＳＥＭで断面観察したところ、個々の凸部の形状は、凸部頂部から凸部底部にかけての側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化しており、凸部頂部は曲率半径０超の角部であった。
【０１２１】
実施例１〜実施例８のΘが９０°、８５°、７５°の時には、ＲＭＳは低く、半導体テンプレート基板表面の平坦性が高い結果となった。一方で、比較例１〜比較例４のΘが６０°の時は、ＲＭＳが高くなる傾向が確認された。従って、平坦性の高いＬＥＤ用半導体テンプレート基板を得る観点からΘが、７０°＜Θ≦９０°を満たすことが好ましいことがわかった。
【０１２２】
また、半導体テンプレート基板表面の平坦性が高くなることで、ＬＥＤ用半導体テンプレート基板を用いて作製したＬＥＤ素子のＩｒ収率が高まる傾向が確認された。また、実施例１〜実施例８、及び、比較例１〜比較例４では、ＬＥＤ素子の発光出力が参考例１のフラットサファイアを用いて作製したＬＥＤ素子の発光出力よりも１０％以上高いことが確認された。従って、ＬａとＬｂの成す角（Θ）を所定の範囲にすることによって、平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られ、半導体テンプレート基板を用いて作製したＬＥＤ素子は、発光出力が高く、かつ、Ｉｒ収率の高い基板が得られることがわかった。また、実施例１〜実施例８、及び、比較例１〜比較例４では、いずれも半導体テンプレート基板の表面が鏡面成長（白濁が無い）していることが目視で確認された。
【０１２３】
（実施例９〜実施例１６、及び、比較例５〜比較例１１）
表２の実施例９〜実施例１６、及び、比較例５〜比較例１１は、ＰＧａｖｅの最適な範囲を調査した結果である。実施例９〜実施例１６、及び、比較例５〜比較例１１では、図１Ｃで説明した平坦部と正六方配列（六回対称の配列）された複数の凸部からなるサファイア基板（主面はｃ面）を用いて、凸部間の平均パターンギャップ（ＰＧａｖｅ）を変化させた。その時に、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果の有無、また、Ｉｒ収率及び発光出力比について確認した。なお、実施例９〜実施例１６、及び、比較例５〜比較例１１の凸部形状をＳＥＭで断面観察した。その結果、個々の凸部の形状は、凸部頂部から凸部底部にかけての側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化しており、凸部頂部は曲率半径０超の角部であった。
【０１２４】
まずは、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果の有無を確認した。確認方法としては、ベース基板の表面に凹凸構造を有する種々の基板に関して、Θ＝９０°の半導体テンプレート基板を作製した。そして、半導体テンプレート基板の表面の自乗平均面粗さ（ＲＭＳΘ９０°）、半導体テンプレート基板を用いたＬＥＤ素子のＩｒ収率、及び、発光出力比を求めた。その際、ベース基板の表面に凹凸構造を有する種々の基板に関して、Θ＝６０°の半導体テンプレート基板も作製し、自乗平均面粗さ（ＲＭＳΘ６０°）を求めた。そして、ＲＭＳΘ９０°／ＲＭＳΘ６０°の値が０．９０以下であった場合に、Θ制御による半導体テンプレート基板の表面の平坦性向上効果を有するとした。
【０１２５】
ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値を満たす実施例９〜実施例１６においては、ＲＭＳΘ９０°／ＲＭＳΘ６０°の値が０．９０以下の値を示し、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果を有することが確認された。一方で、ＰＧａｖｅ≧４００ｎｍを満たす比較例９〜比較例１１においては、ＲＭＳΘ９０°／ＲＭＳΘ６０°の値より、Θを制御することによる半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果が低いことが確認された。これは、最隣接する凸部間のＰＧａｖｅが大きくなることによって、第一半導体が凸部間で成長しやすくなるため、Θの制御による半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果が少なくなることが考えられる。
【０１２６】
また、同一のＰａｖｅ同士で比較する場合、ＰＧａｖｅが大きくなるにつれて、ベース基板主面に対する凸部が占める面積が小さくなる為、ＬＥＤ素子の発光出力比に関しても下がる傾向が確認された。従って、発光出力を高める観点からも、ＰＧａｖｅが４００ｎｍより小さい値であることが好ましい。
【０１２７】
また、ＰＧａｖｅ≦５ｎｍを満たす比較例５〜比較例８においては、最隣接する凸部間が極めて狭い為、第一半導体が結晶成長する為に十分な基板平坦面が確保できず、凸部間での第一半導体の結晶成長が凸部の立体障害によって阻害される。このため、半導体テンプレート基板表面が鏡面成長せず、目視にて白濁が観察される結果となった。なお、半導体テンプレート基板表面が鏡面成長されなかったものに関しては、表２に鏡面成長せずと記載し、その他はいずれも目視にて鏡面成長していることが確認された。
【０１２８】
なお、比較例８は、ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値であり、かつ、７０°＜Θ≦９０°を満たしているが、Ｐａｖｅが３０００ｎｍと大きい為、相対的にベース基板面に占める平坦部の割合が少なくなっている。その為、第一半導体がベース基板の結晶方位を引き継いで結晶成長する為に必要な平坦面が十分確保できず、鏡面成長しない結果となった。このことから、ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値のとき、Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであることが好ましく、安定したパターン形状を有するベース基板を製造する観点から、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅであることが好ましい。
【０１２９】
また、実施例１３と比較例１０より、半導体テンプレートをＬＥＤに使用した場合、光取り出し効率を高めて発光出力を高める観点から、０．６０≦Ｄｕｔｙであることが好ましい。
【０１３０】
また、比較例５〜比較例８より、第一半導体がベース基板の結晶方位を引き継いで結晶成長する為に必要な平坦面が十分確保する観点から、Ｄｕｔｙ≦０．９６であることが好ましい。
【０１３１】
上記結果より、ＰＧａｖｅが、５ｎｍより大きく４００ｎｍより小さい値であること、７０°＜Θ≦９０°、及び５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍを満たすことによって、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得ることができ、半導体テンプレート基板を用いて作製したＬＥＤ素子は発光出力が高く、かつＩｒ収率が高い素子となることがわかった。
【０１３２】
またＰＧａｖｅは、２５ｎｍ≦ＰＧａｖｅ≦３００ｎｍであることがより好ましいとわかった。さらに、ＰＧａｖｅは、２９ｎｍ≦ＰＧａｖｅ≦３００ｎｍであることが好ましい。またＤｕｔｙは、０．６０≦（Ｂａｖｅ／Ｐａｖｅ）≦０．９６であることが好ましいとわかった。またＰａｖｅは、５０ｎｍ＜Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであることが好ましく、３００ｎｍ≦Ｐａｖｅ≦１８００ｎｍであることがより好ましいとわかった。
【０１３３】
（実施例１７、及び、比較例１２）
表３の実施例１７、及び、比較例１２は、ベース基板上の好ましい凸部形状を調査した結果である。実施例１７、及び、比較例１２は、図１Ｃで説明した平坦部と正六方配列（六回対称の配列）された複数の凸部からなるサファイア基板（主面はｃ面）をベース基板として用いており、表１と同じであるが、凸部形状が異なる。表３では、凸部頂部が円状（１００ｎｍφ）に平坦（テーブルトップ）の円錐台形状のものを使用しているのに対して、表１では、曲率半径０超の角部を用いている。
【０１３４】
表１と表３で、ｎ、Ｐａｖｅ、ＰＧａｖｅ、Ｈａｖｅ、Ｂａｖｅ、Ｄｕｔｙ及びΘが全て略同じ条件の半導体テンプレート基板同士である実施例３と実施例１７を比較すると、凸部頂部形状が先端の丸まった角部を有する実施例３のほうが、実施例１７に比べてＲＭＳの値が低くなる傾向にあることがわかった。また、半導体テンプレート基板を用いて作製したＬＥＤ素子同士を比較すると、凸部頂部形状が先端の丸まった角部を有する方がＩｒ収率が高くなることから、凸部頂部形状は、曲率半径０超の角部であることが好ましいとわかった。また、実施例１７と比較例１２より、凸部頂部形状がテーブルトップであっても、Θの制御による平坦性向上の効果が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明のＬＥＤ用半導体テンプレート基板はＬＥＤ素子の作製に適用することができる。これにより、発光出力が高く、かつ、Ｉｒ、即ち逆バイアスをかけた際のリーク電流の小さいＬＥＤ素子を製造することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  ベース基板
２、２１  凸部
３、２２  平坦部
４  第一半導体
５  ブラベー格子
１０  ベース基板
２０  凹凸構造
３０  第一半導体層
３３  バッファー層
３５  第二半導体層
４０  発光層
５０  第三半導体層
６０  透明導電膜
７０  第一電極
８０  半導体テンプレート基板
８５  第二電極
１００  ＬＥＤ素子
【図１】
2016111354.tif 000006
【図２】
2016111354.tif 000007
【図３】
2016111354.tif 000008
【図４】
2016111354.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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