ОПТИЧЕСКАЯ ПОДЛОЖКА, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
OPTICAL SUBSTRATE, SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING UNIT AND METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к оптической подложке, полупроводниковому светоизлучающему элементу и способу изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента. Более конкретно настоящее изобретение относится к оптической подложке, в которой в ее поверхности сформирована вогнуто-выпуклая структура, полупроводниковому светоизлучающему элементу, использующему ее, способу ее изготовления и способу предпочтительного управления ими.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В последние годы для того, чтобы повысить эффективность полупроводниковых светоизлучающих элементов, таких как органический светоизлучающий диод (ОСИД, OLED), люминесцентный элемент и светоизлучающий диод (СИД, LED), исследовались вопросы повышения эффективности выхода света от полупроводникового светоизлучающего элемента. Полупроводниковый светоизлучающий элемент, описанный выше, имеет структуру, в которой область с высоким показателем преломления, включающая внутри светоизлучающую часть, прослоена между областями с низким показателем преломления. Следовательно, свет, излучаемый светоизлучающей частью полупроводникового светоизлучающего элемента, вводится в волноводный режим, в котором излучаемый свет направляется волноводом внутри области с высоким показателем преломления, захватывается в области с высоким показателем преломления, поглощается в волноводном процессом, обращается в тепло и ослабляется. Как описано выше, в полупроводниковом светоизлучающем элементе является невозможным выводить излучаемый свет из полупроводникового светоизлучающего элемента, в результате чего эффективность вывода света значительно и неблагоприятно снижается.
[0003] В случае LED элемента, как будет описано далее, эффективность вывода света (light extraction efficiency, LEE) и внутренний квантовый выход (internal quantum efficiency, IQE), или эффективность вывода света LEE и эффективность инжекции электронов (electron injection efficiency, EIE) одновременно повышаются, и таким образом возможно изготавливать имеющий высокую эффективность LED элемент.
9
2
[0004] Полупроводниковый элемент на GaN (нитрид галлия), такой как LED голубого свечения, изготавливается осаждением слоя полупроводника n-типа, светоизлучающего слоя и слоя полупроводника p-типа на монокристаллической подложке эпитаксиальным выращиванием. В качестве монокристаллической подложки обычно используется монокристаллическая сапфировая подложка или монокристаллическая подложка из SiC (карбид кремния). Однако поскольку присутствует несоответствие решеток между сапфировым кристаллом и полупроводниковым кристаллом GaN, образуются дислокации внутри полупроводникового кристалла GaN (см., например, непатентный документ 1). Плотность дислокаций таковых доходит до 1×10 единиц/см. Дислокации обуславливают, что внутренний квантовый выход LED, то есть, эффективность излучения света полупроводника будет снижаться, в результате чего снижается внешний квантовый выход.
[0005] Показатель преломления слоя GaN полупроводника является более высоким, чем таковой для сапфировой подложки. Следовательно, препятствуют излучение света, генерируемого внутри светоизлучающего полупроводникового слоя, от границы раздела между сапфировой подложкой и слоем GaN полупроводника под углом, равным или более большим, чем критический угол. Другими словами, свет образует волноводную моду, и в волноводном процессе преобразовывается в тепло и ослабляется. Следовательно, эффективность вывода света снижается, в результате чего внешний квантовый выход снижается. Кроме того, когда подложка из SiC, имеющая значимо высокий показатель преломления, используется в качестве монокристаллической подложки, поскольку препятствуют излучение света от границы раздела между подложкой из SiC и слоем воздуха под углом, равным или более большим, чем критический угол, как в случае, где используется сапфировая подложка, то свет образует волноводную моду, и тем самым эффективность вывода света LEE снижается.
[0006] Другими словами, поскольку дислокационный дефект внутри полупроводникового кристалла обуславливает, что внутренний квантовый выход снизится, и образование волноводной моды обуславливает, что эффективность вывода света снизится, то внешний квантовый выход LED снижается значительно.
[0007] Следовательно, предлагается технология, в которой обеспечивается вогнуто-выпуклая структура в монокристаллической подложке, чтобы изменять направление оптического волновода в слое полупроводникового кристалла, и таким образом эффективность вывода света повышается (см., например, патентный документ 1).
[0008] Также предлагается технология, в которой размер вогнуто-выпуклой структуры, обеспечиваемой в монокристаллической подложке, имеет порядок нанометров, и таким образом конфигурация вогнуто-выпуклой структуры приводится в случайное расположение (см., например, патентный документ 2). Сообщается, что если размер конфигурации, обеспечиваемой на монокристаллической подложке, имеет порядок нанометров, по сравнению с конфигурацией порядка микрометров, эффективность излучения света LED повышается (см., например, патентный документ 2).
[0009] Кроме того, предлагается полупроводниковый светоизлучающий элемент на GaN, в котором для повышения эффективности инжекции электронов EIE обеспечивается вогнуто-выпуклая структура на верхней поверхности слоя полупроводника p-типа, чтобы снижать сопротивление контакта с прозрачной проводящей пленкой (см. патентный документ 3).
Документ известного уровня техники
Патентный документ
[0010] Патентный документ 1: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2003-318441
Патентный документ 2: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2007-294972
Патентный документ 3: Публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2005-259970
Непатентная литература
Непатентный документ 1: IEEE photo. Tech. Lett. (Технические записки по фотополупроводникам Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), 20, 13 (2008)
Непатентный документ 2: J. Appl. Phys. (Журнал «Прикладная Физика»), 103, 014314 (2008)
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача изобретения
2
3
2
[0012] В частности, в качестве факторов для определения EQE (внешний квантовый выход), указывающих эффективность излучения света светодиода, имеются EIE (эффективность инжекции электронов), IQE (внутренний квантовый выход) и LEE (эффективность вывода света). Среди них внутренний квантовый выход IQE зависит от плотности дислокаций, обусловленной несоответствием кристаллических решеток в полупроводниковом кристалле GaN. Эффективность вывода света LEE повышается нарушением волноводной моды внутри слоя полупроводникового кристалла GaN путем рассеяния света, обусловленного вогнуто-выпуклой структурой, обеспеченной в монокристаллической подложке. Кроме того, эффективность инжекции электронов EIE повышается снижением сопротивления переходного слоя между слоем полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой, сформированной с оксидом, таким как ITO (оксид индия и олова), ZnO (окись цинка), InO (окись индия) или SnO(диоксид олова). В частности, поскольку прозрачная проводящая пленка на ITO является проводником n-типа, барьер Шоттки легко образуется на границе раздела со слоем полупроводника p-типа, и таким образом его омическая характеристика снижается, в результате чего его контактное сопротивление легко увеличивается. Следовательно, вогнуто-выпуклая структура формируется на границе раздела со слоем полупроводника p-типа, чтобы увеличить площадь контакта, и таким образом омический контакт повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается. Другими словами, в качестве эффектов вогнуто-выпуклой структуры, обеспечиваемой в монокристаллической подложке, присутствуют следующие три эффекта: (1) улучшение внутреннего квантового выхода IQE снижением дислокаций внутри полупроводникового кристалла; (2) повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды; и (3) повышение эффективности инжекции электронов EIE путем повышения омического контакта.
9
2
2
8
2
2
8
2
8
2
[0013] Однако, в раскрытой в патентном документе 1 технологии, хотя эффективность вывода света LEE повышается согласно эффекту (2), эффект (1) снижения дислокаций внутри полупроводникового кристалла является низким. Причина, почему вогнутые и выпуклые участки обеспечиваются в поверхности монокристаллической подложки для снижения дислокационного дефекта, состоит в том, что режим роста при химическом осаждении из паровой фазы (CVD) в слое полупроводникового кристалла нарушается вогнутыми и выпуклыми участками, и дислокации, порождаемые при выращивании слоя полупроводникового кристалла, сталкиваются друг с другом и таким образом исчезают. Следовательно, хотя когда присутствуют несколько вогнутых и выпуклых участков, соответствующих плотности дислокаций, для уменьшения дислокаций эффективно, если присутствуют меньшее число вогнутых и выпуклых участков, чем плотность дислокаций, эффект дислокаций ограничивается. Например, когда плотность дислокаций в 1×10 единиц/см преобразовывается в 10 единиц/мкм порядка нанометров, и плотность дислокаций в 1×10 единиц/см преобразовывается в 1 единицу/мкм. Когда примерно 2 вогнутых и выпуклых участка обеспечиваются в 5 мкм × 5 мкм (5 мкм), плотность вогнутых и выпуклых участков составляет 0,08×10 единиц/см, тогда как, когда примерно 2 вогнутых и выпуклых участка обеспечиваются в 500 нм × 500 нм (500 нм), плотность вогнутых и выпуклых участков составляет 8×10 единиц/см. Как описано выше, когда размер вогнутых и выпуклых участков находится в интервале порядка нанометров, поскольку плотность дислокаций значительно уменьшена, это является эффективным для повышения внутреннего квантового выхода IQE.
[0014] Однако, когда плотность вогнутых и выпуклых участков снижена, эффект рассеяния света ослабляется, и таким образом эффект (2) удаления волноводной моды ослабляется. Длина волны излучения LED находится в пределах видимого диапазона спектра, и в частности длина волны излучения LED на GaN, используемая в LED белого свечения, составляет 450 нм - 500 нм. Чтобы получить достаточный эффект рассеяния света, размер вогнутых и выпуклых участков предпочтительно составляет примерно от двукратной до 20-кратной величины длины волны, и порядок нанометров обуславливает, что эффект снизится.
[0015] В раскрытой в патентном документе 3 технологии, поскольку интервал и глубина в вогнуто-выпуклой структуре должны иметь порядок нанометров, повышение эффективности выхода света LEE сформированной вогнуто-выпуклой структурой не является достаточным. Это происходит потому, что толщина слоя полупроводника p-типа должна составлять примерно несколько сотен нанометров с учетом величины своего коэффициента поглощения, и обязательно имеет тот же порядок, что и размер вогнуто-выпуклой структуры. С другой стороны, поскольку длина волны излучения LED находится в пределах видимого диапазона спектра (450 нм - 750 нм), вогнуто-выпуклая структура, размер которой примерно такой же, как таковой длины волны, неблагоприятно обуславливает, что эффективность вывода света LEE снизится.
[0016] Как описано выше, в традиционной технологии, среди трех эффектов относительно эффективности излучения света LED (1) повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеянием дислокаций внутри полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций; (2) повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды путем рассеяния света; и (3) повышения эффективности инжекции электронов EIE путем повышения омического контакта, в качестве эффекта (роли) вогнуто-выпуклой структуры в полупроводниковом светоизлучающем элементе, (1) и (2) находятся в соотношении компромиссного выбора, и (2) и (3) находятся в соотношении компромиссного выбора, в результате чего не всегда является возможным реализовать оптимальную структуру. Другими словами, в традиционной технологии, если внутренний квантовый выход IQE является более повышенным, неблагоприятно, что снижается эффект повышения эффективности выхода света LEE. Кроме того, если эффективность инжекции электронов EIE является более повышенной, эффект повышения эффективности выхода света LEE снижается.
[0017] Настоящее изобретение выполнено ввиду предшествующих положений, и объект настоящего изобретения состоит в обеспечении оптической подложки, полупроводникового светоизлучающего элемента и способа его изготовления, который может одновременно обеспечивать либо повышение эффективности выхода света LEE и повышение внутреннего квантового выхода IQE в LED элементе, либо повышение эффективности выхода света LEE и повышение эффективности инжекции электронов EIE, которые рассматриваются в качестве компромиссного выбора.
Средство для решения технической задачи изобретения
[0018] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности подложки, где, по меньшей мере, одна область вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество выпуклых участков, расположенных отстоящими друг от друга, и множество выпуклых участков включает в себя множество первых выпуклых участков, имеющих первую высоту, и множество вторых выпуклых участков, имеющих вторую высоту, меньшую, чем первая высота, средний интервал Pave между смежными первыми выпуклыми участками удовлетворяет формуле (1) ниже, и второй выпуклый участок имеет высоту hn выпуклой части, которая удовлетворяет отношению по формуле (2) ниже, со средней высотой Have выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры, и присутствует в вогнуто-выпуклой структуре с вероятностью Z, которая удовлетворяет формуле (3) ниже:
Формула (1)
50 нм ≤ Pave ≤1500 нм
Формула (2)
0,6 Have ≥hn≥0
Формула (3)
1/10000≤Z≤1/5.
[0019] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности на одной основной поверхности подложки, где, по меньшей мере, одна область вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество вогнутых участков, расположенных отстоящими друг от друга, и множество вогнутых участков включает в себя множество первых вогнутых участков, имеющих первую глубину, и множество вторых вогнутых участков, имеющих вторую глубину, меньшую, чем первая глубина, средний интервал Pave между смежными первыми вогнутыми участками удовлетворяет формуле (5) ниже, и второй вогнутый участок имеет глубину dn вогнутого участка, которая удовлетворяет отношению по формуле (6) ниже, со средней глубиной Dave вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры и присутствует в вогнуто-выпуклой структуре с вероятностью Z, которая удовлетворяет формуле (7) ниже:
Формула (5)
50 нм ≤Pave ≤1500 нм
Формула (6)
0,6 Dave ≥dn≥0
Формула (7)
1/10000≤Z≤1/5.
[0020] Согласно этим конфигурациям, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре меньшей длины, чем традиционная микроструктура, возможно (1) повысить внутренний квантовый выход IQE рассеянием дислокаций внутри слоя полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций. Поскольку также является возможным (3) увеличить удельную поверхность вогнуто-выпуклой структуры, то возможно улучшить снижение омической характеристики, обусловленное барьером Шоттки, образуемым на границе раздела между прозрачным проводящим материалом, таким как ITO, и слоем полупроводника p-типа, повысить омический контакт и повысить эффективность инжекции электронов EIE.
[0021] Кроме того, поскольку высоты или глубины для множества первых выпуклых участков или вогнутых участков вогнуто-выпуклой структуры не являются равномерными, и вторые выпуклые участки или вторые вогнутые участки, имеющие существенно отличающуюся высоту или глубину, предварительно задаются в некоторых местах с предопределенной вероятностью в позициях вторых выпуклых участков или вторых вогнутых участков, количество мод, нарушающих волноводную моду, увеличивается, и таким образом является возможным (2) обеспечивать оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света) и одновременно повышать эффективность вывода света LEE. Другими словами, поскольку возможно одновременно повышать либо внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE, либо эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, то возможно повышать внешний квантовый выход EQE для LED.
[0022] В частности средний интервал Pave равен или меньше, чем 1500 нм, и поэтому возможно повысить плотность вогнуто-выпуклой структуры. Таким образом, является возможным (1) рассеивать дислокации, создаваемые внутри слоя полупроводникового кристалла LED элемента, и снижать плотность дислокаций локально и макроскопически. Следовательно, возможно повышать внутренний квантовый выход IQE. Даже когда высота вогнуто-выпуклой структуры ограничивается несколькими сотнями нанометров, поскольку возможно увеличить удельную поверхность, является возможным (3) использовать снижение омической характеристики, обусловленное барьером Шоттки, образуемым на границе раздела между прозрачным проводящим материалом, таким как ITO, и слоем полупроводника p-типа, и повысить омический контакт, в результате чего возможно повысить эффективность инжекции электронов EIE.
[0023] С другой стороны, средний интервал Pave равен или больше, чем 50 нм, и вторые выпуклые участки или вторые вогнутые участки, имеющие существенно отличающуюся высоту или глубину, включены с предопределенной вероятностью, и таким образом увеличивается количество мод, нарушающих волноводную моду, и оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) может обеспечиваться для света, излучаемого от LED элемента, в результате чего возможно повысить эффективность вывода света LEE.
[0024] Также является возможным дополнительно применять оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее второму выпуклому участку или второму вогнутому участку. Другими словами, поскольку количество мод для волноводной моды оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) может быть увеличено, степень нарушения волноводной моды повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE значительно увеличивается. С другой стороны, когда длина волны излучаемого света внутри LED элемента существенно выше, чем вогнуто-выпуклая структура, вогнуто-выпуклая структура, как видно из излучаемого света, усредняется посредством приближения эффективной среды. Следовательно, невозможно ожидать существенное улучшение эффективности выхода света LEE. Однако обеспечивается второй выпуклый участок или второй вогнутый участок, и поэтому возможно сделать усредненный показатель преломления имеющим нарушение. Таким образом, является возможным создавать оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее нарушению среднего показателя преломления, и таким образом волноводная мода нарушается, в результате чего возможно повысить эффективность вывода света LEE.
[0025] Другими словами, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре удовлетворяет вышеуказанному диапазону, и тем самым плотность вогнуто-выпуклой структуры увеличивается, внутренний квантовый выход IQE повышается. Кроме того, поскольку удельная поверхность вогнуто-выпуклой структуры увеличивается, эффективность инжекции электронов EIE повышается. С другой стороны, поскольку обеспечивается сверхмалая вогнуто-выпуклая структура, и таким образом оптический эффект рассеяния ослабляется, эффект нарушения волноводной моды ослабляется. Однако второй выпуклый участок или второй вогнутый участок включаются с предопределенной вероятностью, и таким образом является возможным применить новое оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее второму выпуклому участку или второму вогнутому участку, в результате чего в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE, или состоянии, где поддерживается повышение эффективности инжекции электронов EIE, возможно повысить эффективность вывода света LEE. Кроме того, также является возможным снизить ток утечки полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0026] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя подложку и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности подложки, где, по меньшей мере, один участок вогнуто-выпуклой структуры включает в себя множество выпуклых участков, расположенных отстоящими друг от друга, по меньшей мере, один участок из множества выпуклых участков является уникальным выпуклым участком, который включает в себя один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов в поверхности, и средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре равен или больше, чем 1,5 мкм, но равен или меньше, чем 10 мкм.
[0027] В этой конфигурации, во-первых, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре является равным или большим, чем 1,5 мкм, но равным или меньшим, чем 10 мкм, размер выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры, как видно из излучаемого света полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается. Другими словами, поскольку рассеяние света или трассированность (требуемое прохождение) светового луча реализуется значительно, эффективность вывода света LEE повышается. Затем, поскольку вогнуто-выпуклая структура формируется с множеством выпуклых участков, слой полупроводникового кристалла может выращиваться от нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре, и поэтому является возможным стабилизировать рост слоя полупроводникового кристалла. Здесь, уникальный выпуклый участок включается в множество групп выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре. Как описано выше, поскольку уникальный выпуклый участок включается в множество групп выпуклых участков, выпуклый элемент или вогнутый элемент в поверхности уникального выпуклого участка нарушает режим роста, и таким образом дислокации в слое полупроводникового кристалла снижаются и внутренний квантовый выход IQE повышается. Следовательно, возможно одновременно повышать эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE.
[0028] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя основную часть подложки и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности основной части подложки, где вогнуто-выпуклая структура включает в себя: первую вогнуто-выпуклую структуру (L), которая обеспечивается на основной поверхности основной части подложки и сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих первый средний интервал (PL); и вторую вогнуто-выпуклую структуру (S), которая обеспечивается на поверхности, по меньшей мере, одного участка из выпуклого участка и вогнутого участка, формирующего первую вогнуто-выпуклую структуру (L), и которая сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих второй средний интервал (PS), и отношение (PL/PS) между первым средним интервалом (PL) и вторым средним интервалом (PS) больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000.
[0029] Согласно настоящему изобретению обеспечивается оптическая подложка, которая включает в себя основную часть подложки и вогнуто-выпуклую структуру, которая сформирована по части или всей поверхности основной части подложки, где вогнуто-выпуклая структура включает в себя: первую вогнуто-выпуклую структуру (S), которая обеспечивается на основной поверхности основной части подложки и сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, имеющих первый средний интервал (PL); и вторую вогнуто-выпуклую структуру (L), которая включает в себя множество выпуклых участков, которые обеспечиваются отстоящими друг от друга на поверхности первой вогнуто-выпуклой структуры (S) таким образом, что первая вогнуто-выпуклая структура (S) частично открыта (экспонируемой), и которая имеет второй средний интервал (PS), и отношение (PL/PS) между первым средним интервалом (PL) и вторым средним интервалом (PS) больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000.
[0030] В этой конфигурации, внутри поверхности одной вогнуто-выпуклой структуры, вогнуто-выпуклая структура для повышения внутреннего квантового выхода IQE и вогнуто-выпуклая структура для повышения эффективности вывода света LEE могут быть объединены в предопределенном отношении (взаимного) расположения. Следовательно, возможна одновременная реализация обеих функций. Другими словами, высокой плотности вогнуто-выпуклая структура и вогнуто-выпуклая структура, имеющая большие вариации в объеме, обеспечиваются в предопределенном отношении расположения, и поэтому является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE с помощью высокоплотной вогнуто-выпуклой структуры и одновременно повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры, имеющей широкие вариации в объеме.
[0031] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается полупроводниковый светоизлучающий элемент, включающий в себя, по меньшей мере, одну или несколько оптических подложек, описанных выше.
[0032] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается полупроводниковый светоизлучающий элемент, где на поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки, описанной выше, по меньшей мере, первый полупроводниковый слой, и второй полупроводниковый слой осаждают в этом порядке.
[0033] Согласно настоящему изобретению, обеспечивается способ изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, способ включает в себя: этап подготовки оптической подложки, описанной выше; этап оптической проверки подготовленной оптической подложки; и этап изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента с использованием оптически проверенной оптической подложки.
[0034] В этой конфигурации, поскольку возможно предварительно оценивать сверхмалую вогнуто-выпуклую структуру, которая содействует повышению внутреннего квантового выхода IQE, является возможным предварительно предсказывать класс рабочей характеристики полупроводникового светоизлучающего элемента, подлежащего изготовлению. Кроме того, поскольку возможно предварительно контролировать и управлять вогнуто-выпуклой структурой оптической подложки, то является возможным повысить выход готовых в изготовлении LED элемента.
Полезный эффект изобретения
[0035] Согласно настоящему изобретению, является возможным обеспечивать оптическую подложку и полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ их изготовления, который может одновременно добиваться либо повышения эффективности выхода света LEE и повышения внутреннего квантового выхода IQE в LED элементе, либо повышения эффективности выхода света LEE и повышения эффективности инжекции электронов EIE, которые рассматриваются как компромиссный выбор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0036] Фиг. 1 - схематичный вид в поперечном разрезе полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 2 - схематичный вид в поперечном разрезе другого примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 3 - схематичный вид в поперечном разрезе еще одного примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 4 - схематичный вид в поперечном разрезе оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 5 - график, показывающий связь между вероятностью Z существования второго выпуклого участка и током утечки в полупроводниковом светоизлучающем элементе, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 6 - схема, которая создается на основании электронной микрофотографии, полученной съемкой оптической подложки, в которой слой полупроводникового кристалла конкретно выращен на ее поверхности с тем, чтобы описать эффект оптической подложки согласно настоящему изобретению;
Фиг. 7 - схематический вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (I) согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 8 - схематичный вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (II) согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 9 - вид поперечного разреза по вертикали, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии III-III на Фиг. 7A и 7B;
Фиг. 10 - вид поперечного разреза по вертикали, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии IV-IV на Фиг. 8A и 8B;
Фиг. 11 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 12 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 13 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 14 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 15 - схематичное представление, показывающее область, используемую для подсчета количества выпуклых участков, при выполнении наблюдения со стороны поверхности сверхмалой вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 16 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 17 - схематичное представление, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 18 - схематичное представление, показывающее область, используемую для подсчета количества выпуклых участков, при выполнении наблюдения со стороны сверхмалой вогнуто-выпуклой поверхности оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 19 - иллюстративная схема, показывая отношения между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 20 - схематичное представление, показывающее конфигурации контуров, сформированных в области вогнуто-выпуклой структуры G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 21 - схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со своей передней поверхности;
Фиг. 22 - схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают с ее передней поверхности;
Фиг. 23 - схематичное представление, показывающее пример способа изготовления оптической подложки (I) согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 24 - иллюстративная схема, когда маска согласно базовому примеру настоящего изобретения и имеющая стойкость к жидкостному травлению используется в жидкостном травлении на сапфировой подложке;
Фиг. 25 - иллюстративная схема, когда многослойная маска изделия согласно настоящему варианту осуществления используется в жидкостном травлении сапфировой подложки;
Фиг. 26 - иллюстративная схема, когда многослойная маска изделия согласно настоящему варианту осуществления используется в жидкостном травлении сапфировой подложки;
Фиг. 27 - иллюстративная схема, когда маска, объем которой снижается, если выполняется жидкостное травление сапфировой подложки согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 28 - иллюстративная схема, показывающая отдельные этапы из примера способа изготовления оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления;
Фиг. 29 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 30 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 31 - схематичное представление, показывающее уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 32 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 33 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 34 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий другой пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 35 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий еще один пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 36 схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий следующий пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 37 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий очередной пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 38 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 39 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 40 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 41 - схематичный вид в поперечном разрезе вогнуто-выпуклой структуры, выполненном вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалу P, показанному на Фиг. 40;
Фиг. 42 - вид сверху примера оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 43 - схематичный вид в поперечном разрезе вогнуто-выпуклой структуры, выполненного вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалу P, показанному на Фиг. 42;
Фиг. 44 - вид сверху, когда оптическую подложку (IV) согласно четвертому варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры;
Фиг. 45 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 46 - схематичное представление, показывающее вогнуто-выпуклую структуру в оптической подложке (IV) согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 47 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг. 48 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки реализованного в примере 12;
Фиг. 49 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки, реализованного в примере 12; и
Фиг. 50 - схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий отдельные этапы способа изготовления оптической подложки согласно примеру 16.
Лучший вариант осуществления изобретения
Настоящие изобретатели и другие остановили внимание на факте, что в оптической подложке с наличием вогнуто-выпуклой структуры повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеиванием дислокаций внутри полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций путем изменения размера интервала в вогнуто-выпуклой структуре и повышение эффективности выхода света LEE удалением волноводной моды путем рассеяния света находятся в отношении компромиссного выбора. Настоящие изобретатели и другие также остановили внимание на факте, что с учетом ослабления излучаемого света вследствие поглощения для того, чтобы снизить омическое сопротивление для повышения омического контакта, является необходимым обеспечить сверхмалую вогнуто-выпуклую структуру, интервал которой является малым, но в вогнуто-выпуклой структуре, интервал которой является малым, эффективность вывода света LEE снижается. Затем, настоящие изобретатели и другие установили, что интервал между выпуклыми участками или вогнутыми участками в вогнуто-выпуклой структуре находится в пределах предопределенного диапазона, и вогнуто-выпуклая структура обеспечивается таким образом, что вогнутые участки, высота вогнутого участка которых меньше, чем средняя высота выпуклого участка, или вогнутые участки, глубина вогнутого участка которых меньше, чем средняя глубина вогнутого участка, присутствуют с предопределенной вероятностью, в результате чего является возможным реализовывать повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеиванием дислокаций внутри полупроводникового кристалла и снижением плотности дислокаций, и повышение эффективности выхода света LEE путем удаления волноводной моды оптическим рассеянием света или повышение эффективности инжекции электронов EIE путем повышения омического контакта и повышение эффективности выхода света LEE путем удаления волноводной моды при помощи рассеяния света. Затем, они завершили настоящее изобретение.
[0038] Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан подробно ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Оптическая подложка согласно настоящему изобретению будет описана подробно со ссылкой на чертежи. Оптическая подложка по настоящему изобретению представляет собой подложку, которая прилегает к светоизлучающему полупроводниковому слою, то есть, подложку, которая является смежной с любым слоем из полупроводника n-типа, светоизлучающим полупроводниковым слоем и слоем полупроводника p-типа в полупроводниковом светоизлучающем элементе, сформированном, по меньшей мере, с одним или несколькими слоями полупроводника n-типа, по меньшей мере, одним или несколькими слоями полупроводника p-типа и одним или несколькими светоизлучающими полупроводниковыми слоями.
[0039] Например, Фиг. 1 представляет схематичный вид в поперечном разрезе полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления.
[0040] Как показано на Фиг. 1, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 100 на вогнуто-выпуклой структуре 102, обеспеченной на основной поверхности оптической подложки 101, последовательно осаждены слой 103 полупроводника n-типа, светоизлучающий полупроводниковый слой 104 и слой 105 полупроводника p-типа. На слое 105 полупроводника p-типа сформирована прозрачная проводящая пленка 106. Электрод-катод (отрицательный) 107 сформирован на поверхности слоя 103 полупроводника n-типа, и электрод-анод (положительный) 108 сформирован на поверхности прозрачной проводящей пленки 106. Слой 103 полупроводника n-типа, светоизлучающий полупроводниковый слой 104 и слой 105 полупроводника p-типа, последовательно осажденные на оптической подложке 101, именуются осажденным полупроводниковым слоем 110.
[0041] Хотя на Фиг. 1, на вогнуто-выпуклой структуре 102, обеспеченной на одной основной поверхности оптической подложки 101, полупроводниковые слои 103, 104 и 105 являются осажденными последовательно, на другой основной поверхности, противоположной поверхности, на которой обеспечена вогнуто-выпуклая структура 102 оптической подложки 101, полупроводниковые слои могут осаждаться последовательно.
[0042] Фиг. 2 представляет схематичный вид в поперечном разрезе другого примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления. Как показано на Фиг. 2, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 200 на подложке 201 слой 202 полупроводника n-типа, светоизлучающий полупроводниковый слой 203 и слой 204 полупроводника p-типа осаждены последовательно. На слое 204 полупроводника p-типа, обеспечивается прозрачная проводящая пленка 206, которая является оптической подложкой по настоящему варианту осуществления, имеющей вогнуто-выпуклую структуру 205 на основной поверхности в контакте со слоем 204 полупроводника p-типа. Электрод-катод 207 сформирован на поверхности слоя 202 полупроводника n-типа, и электрод-анод 208 сформирован на поверхности прозрачной проводящей пленки 206.
[0043] Хотя на Фиг. 2 основная поверхность, на которой обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 205 прозрачной проводящей пленки 206, прилегает к слою 204 полупроводника p-типа, вогнуто-выпуклая структура 205 для прозрачной проводящей пленки 206 может обеспечиваться на основной поверхности противоположной слою 204 полупроводника p-типа.
[0044] Фиг. 3 представляет схематичный вид в поперечном разрезе другого примера полупроводникового светоизлучающего элемента, который применяет оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления. Как показано на Фиг. 3, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 300 на подложке 301 последовательно осаждены слой 302 полупроводника n-типа, светоизлучающий полупроводниковый слой 303 и слой 304 полупроводника p-типа, являющийся оптической подложкой по настоящему изобретению, в которой вогнуто-выпуклая структура 305 обеспечивается на основной поверхности, противоположной светоизлучающему полупроводниковому слою 303. Электрод-катод 306 сформирован на основной поверхности, на противоположной стороне к основной поверхности в контакте со слоем 302 полупроводника n-типа подложки 301, и электрод-анод 307 сформирован на поверхности слоя 304 полупроводника p-типа.
[0045] Хотя полупроводниковые светоизлучающие элементы 100, 200 и 300, показанные на Фиг. 1-3, являются примерами случая, где оптическая подложка по настоящему варианту осуществления применена к полупроводниковому светоизлучающему элементу двойной гетероструктуры, осажденная структура осажденного полупроводникового слоя не ограничивается этими примерами. Между оптическими подложками 101, 201 и 301 и слоем 302 полупроводника n-типа может обеспечиваться неиллюстрируемый буферный слой.
[0046] Конфигурация оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления затем будет описана со ссылкой на чертежи. Фиг. 4 представляет схематичный вид в поперечном разрезе оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления; Фиг. 4A показывает случай, где в одной поверхности оптической подложки 400 имеется вогнуто-выпуклая структура 401, и Фиг. 4B показывает случай, где обе поверхности оптической подложки 400 имеют вогнуто-выпуклую структуру 401. Как показано на Фиг. 4B, вогнуто-выпуклая структура 401 может обеспечиваться на обеих поверхностях оптической подложки 400. Здесь, вогнуто-выпуклая структура 401, которая удовлетворяет объему настоящего изобретения, предпочтительно формируется на, по меньшей мере, одной поверхности оптической подложки 400.
[0047] Причиной, почему оптическая подложка согласно настоящему варианту осуществления используется либо для повышения внутреннего квантового выхода IQE, либо для одновременного повышения эффективности инжекции электронов EIE и эффективности вывода света LEE, состоит в следующем.
[0048] Внутренний квантовый выход IQE снижается дислокациями, создаваемыми несоответствием (несоответствием решеток) между постоянной решетки для оптической подложки и постоянной решетки для слоя полупроводникового кристалла. Здесь, когда на поверхности оптической подложки обеспечивается вогнуто-выпуклая структура, имеющая такую же плотность, как плотность дислокаций или более высокую, возможно нарушить режим роста кристалла слоя полупроводникового кристалла, и возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла в соответствии с вогнуто-выпуклой структурой. Другими словами, является возможным уменьшить плотность дислокаций и микроскопически, и макроскопически. Следовательно, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE.
[0049] Эффективность инжекции электронов EIE снижается увеличением контактного сопротивления вследствие барьера Шоттки. Оптическая подложка обеспечивается на наиболее удаленной поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента, имеющего осажденный слой полупроводника, сконфигурированный осаждением, по меньшей мере, двух или большего числа полупроводниковых слоев и светоизлучающего слоя, и таким образом площадь контакта прозрачной проводящей пленки или контактной площадки, сформированной на поверхности, увеличивается в соответствии с удельной поверхностью вогнуто-выпуклой структуры, в результате чего возможно уменьшить сопротивление перехода. Следовательно, омический контакт повышается, и поэтому является возможным повысить эффективность инжекции электронов EIE.
[0050] Однако, чтобы либо повысить внутренний квантовый выход IQE, либо повысить эффективность инжекции электронов EIE, необходимо обеспечить сверхмалую вогнуто-выпуклую структуру порядка нанометров. Как для того, чтобы либо повысить внутренний квантовый выход IQE, либо повысить эффективность инжекции электронов EIE, плотность и удельная поверхность вогнуто-выпуклой структуры повышаются, размер вогнуто-выпуклой структуры, если смотреть от длины волны излучаемого света уменьшается, в результате чего эффект оптического рассеяния снижается. Другими словами, поскольку эффект нарушения волноводной моды снижается, степень, до которой повышается эффективность вывода света LEE, уменьшается.
[0051] Здесь, настоящие изобретатели и другие установили, что путем добавления частичного нарушения к основной вогнуто-выпуклой структуре, является возможным добавить новое оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее нарушению, к функции (повышения внутреннего квантового выхода IQE или повышения эффективности инжекции электронов EIE сверхмалой вогнуто-выпуклой структурой), реализуемой оригинальной вогнуто-выпуклой структурой. Конкретно, поскольку с помощью высокоплотной вогнуто-выпуклой структуры возможно и повысить внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE (исходную функцию), и применить новое оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее нарушению вогнуто-выпуклой структуры (второй выпуклый участок или второй вогнутый участок), в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE или эффективности инжекции электронов EIE, является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Настоящий принцип будет описан подробно ниже с включением фактических исследований.
[0052] Когда длина волны света является примерно равной или меньшей, чем размер вогнуто-выпуклой структуры, в качестве оптического явления имеет место дифракция света. С другой стороны, когда длина волны света является достаточно большой, создается эффект приближения эффективной среды.
[0053] В ранее рассмотренном случае, в микроскопическом масштабе, таком как каждая вогнуто-выпуклая структура, происходит дифракция света, тогда как в случае высоко регулярного расположения, количество мод дифракции света ограничено. Другими словами, количество точек дифракции, которые нарушают волноводную моду, ограничено. С другой стороны, когда включается нарушение, считается, что количество мод дифракции света, соответствующих нарушению, увеличивается. Конкретно, когда наблюдение выполняют в макроскопическом масштабе, таком как несколько десятков микрометров, поскольку наблюдают среднее излучение излучаемого света, обусловленное множеством мод дифракции света, вогнуто-выпуклая структура, включающая нарушение, создает оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света). В таком оптическом рассеянии (дифракции света или рассеянии света) эффект нарушения волноводной моды является значительным. Более конкретно, поскольку излучаемый свет, в котором волноводная мода нарушена значительно, снижает вероятность, что волноводная мода образуется вновь, является возможным значительно повысить эффективность вывода света LEE. С другой стороны, в последнем случае, по оценкам усредненное распределение показателя преломления образует распределение, соответствующее нарушению вогнуто-выпуклой структуры. Следовательно, поскольку свет действует, как если бы присутствовала среда, имеющая показатель преломления приближения эффективной среды с огибающей, соответствующей распределению, является возможным заново реализовывать оптическое явление (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее распределению, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE.
[0054] Например, в вогнуто-выпуклой структуре, которая сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, расположенных в форме гексагональной решетки, средний интервал которой Pave составляет 460 нм, как видно из света, имеющего длину волны 550 нм, происходит дифракция света, соответствующая среднему интервалу Pave. Следовательно, в качестве визуального наблюдения, наблюдался яркий блеск (цвет дифракции), соответствующий дифрагировавшему свету (в дальнейшем также называемый "исходное оптическое явление"). Затем, второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок) были добавлены к вогнуто-выпуклой структуре. В этом случае было подтверждено, что в дополнение к исходному оптическому явлению (явлению дифракции света), соответствующему среднему интервалу Pave, был дополнительно включен рассеивающий компонент, соответствующий второму выпуклому участку (или второму вогнутому участку). Здесь, в результате оптического измерения с использованием света длины волны (например, 550 нм), которая была примерно равной среднему интервалу Pave, и которая создала дифракцию света, было подтверждено, что по сравнению со случаем, где целевой была вогнуто-выпуклая структура без второго выпуклого участка (или второго вогнутого участка), степень рассеяния в случае, где целевой была вогнуто-выпуклая структура с наличием второго выпуклого участка (или второго вогнутого участка), увеличилась в большей степени. Считают, что если смотреть из света, имеющего длину волны 550 нм, выпуклый участок в вогнуто-выпуклой структуре функционирует в качестве точки дифракции, тогда как когда регулярность расположения выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре является высокой, количество мод дифракции ограничивается схемой расположения. С другой стороны, по оценкам, когда второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок) включен в вогнуто-выпуклую структуру, количество мод дифракции увеличивается, и включается дисперсия. Например, мутность для сапфировой подложки, в которой множество выпуклых участков, имеющих средний интервал Pave в 300 нм, выполнялось в форме регулярной гексагональной решетки, была величиной в половину мутности сапфировой подложки, в которой множество выпуклых участков, имеющих средний интервал Pave 300 нм, были расположены в форме регулярной гексагональной решетки и которая включала второй выпуклый участок, рассеянный с процентной долей 1% и имеющий высоту 0 нм. Когда визуальное наблюдение было выполнено, лиловый цвет дифракции, соответствующий среднему интервалу Pave, был подтвержден, тогда как при включении второго выпуклого участка, добавлялась мутность к лиловому цвету дифракции. Из описанного выше было установлено, что если используется вогнуто-выпуклая структура, включающая второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок), возможно реализовывать оптическое рассеяние. Другими словами, даже когда используется сверхмалая вогнуто-выпуклая структура, возможно нарушать волноводную моду рассеянием, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE.
[0055] Например, вогнуто-выпуклая структура, которая сформирована с множеством выпуклых участков и вогнутых участков, расположенных в форме гексагональной решетки, средний интервал Pave которой составляет 200 нм, как видно из света, имеющего длину волны 550 нм, усредняется согласно эффекту приближения эффективной среды. Когда вогнуто-выпуклая структура обеспечивалась на прозрачной подложке, и выполнялось визуальное наблюдение, наблюдалась прозрачная подложка, в которой отражалось очень немного света. Это обычно называют антиотражающей пленкой или микрорельефной. Это происходит потому, что вогнуто-выпуклая структура, которая является достаточно меньше, чем длина волны света, усредняется действием приближения эффективной среды, как видно из света. Здесь, было подтверждено, что когда вогнуто-выпуклая структура включает в себя второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок) в дополнение к исходному оптическому явлению (антиотражающему эффекту), соответствующему среднему интервалу Pave, компонент рассеяния, соответствующий второму выпуклому участку (или второму вогнутому участку), был включен дополнительно. Другими словами, в результате оптического измерения с использованием света с длиной волны (например, 550 нм) достаточно большей, чем средний интервал Pave, было подтверждено, что компонент рассеяния значительно снижался. Считается что, когда используется вогнуто-выпуклая структура, лишенная второго выпуклого участка (или второго вогнутого участка), проявляется действие приближения эффективной среды, и таким образом измерение становится эквивалентным оптическому измерению для тонкой пленки, имеющей равномерный показатель преломления приближения эффективной среды Nema в пределах поверхности. С другой стороны, когда вогнуто-выпуклая структура, включающая второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок) являлась целевой, подлежащей измерению, было подтверждено, что компонент рассеяния увеличивался. Считается, что поскольку распределение добавляется к показателю преломления приближения эффективной среды Nema, свет, используемый для оптического измерения, действует как если бы измерялась среда, которая имеет показатель преломления приближения эффективной среды Nema с огибающей, соответствующей второму выпуклому участку (или второму вогнутому участку). Например, мутность для выпуклых участков, расположенных в форме регулярной гексагональной решетки, имеющей средний интервал Pave в 200 нм, была в 0,65 раза более высокой, чем мутность для вогнуто-выпуклой структуры, имеющей средний интервал Pave в 200 нм и включающей второй выпуклый участок. В результате визуального наблюдения вогнуто-выпуклая структура без второго выпуклого участка была значимо прозрачной, тогда как, когда вогнуто-выпуклая структура включает в себя второй выпуклый участок, подтверждалась мутность. Из описанного выше установлено, что если используется вогнуто-выпуклая структура, включающая второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок), то возможно реализовывать оптическое рассеяние. Другими словами, даже если вогнуто-выпуклая структура меньше, чем длина волны света, является возможным нарушать волноводную моду рассеянием, в результате чего возможно повысить эффективность вывода света LEE.
[0056] Как описано выше, установлено, что второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок) добавляется к вогнуто-выпуклой структуре, и поэтому является возможным заново добавить рассеяние, соответствующее второму выпуклому участку (или второму вогнутому участку). Другими словами, поскольку даже в высокоплотной вогнуто-выпуклой структуре, которая не может достаточно нарушать волноводную моду первоначально, включается второй выпуклый участок (или второй вогнутый участок), и таким образом является возможным реализовать рассеяние, соответствующее второму выпуклому участку (или второму вогнутому участку), в состоянии, где поддержан внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE, является возможным повысить эффективность вывода света LEE.
[0057] Как описано выше, предлагается, что второй выпуклый участок добавляется к вогнуто-выпуклой структуре, и таким образом внутренний квантовый выход IQE может повышаться сверхмалой вогнуто-выпуклой структурой, и что эффективность вывода света LEE может быть повышена оптическим рассеянием (дифракцией света или рассеянием света) заново созданным вторым выпуклым участком. Явление, которое наблюдалось, когда слой полупроводникового кристалла был сформирован в пленку на оптической подложке, включающей второй выпуклый участок, затем будет описываться.
[0058] Хотя подробно описано далее, было обнаружено, что вероятность Z существования для второго выпуклого участка равна или меньше, чем предопределенное значение, и таким образом ток утечки полупроводникового светоизлучающего элемента увеличивается больше, Другими словами, объектом настоящего изобретения является повышение IQE, описанного выше, повышение LEE и снижение тока утечки.
[0059] Фиг. 5 представляет график, показывающий связь между вероятностью Z существования для второго выпуклого участка и током утечки в полупроводниковом светоизлучающем элементе, применяющем оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления. Вероятность Z существования для второго выпуклого участка использовалась в качестве параметра, и на сапфировой подложке (оптической подложке) буферный слой, слой uGaN, слой nGaN, слой MQW и pGaN слой были сформированы в пленку способом химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD). Затем, оксиды индия и олова (ITO) формировались в пленку, выполнялось вытравливание мезаструктур и в заключение был сформирован рисунок (соединительной) металлизации, состоящий из Cr/Ti/Au (хром/титан/золото). В этом состоянии измерялся ток утечки. Фиг. 5 является схемой, показывающей эффект вероятности Z существования для второго выпуклого участка относительно тока утечки, где горизонтальная ось представляет вероятность Z существования, и вертикальная ось представляет значение тока утечки. Фиг. 5 показывает, что когда вероятность Z существования является низкой, ток утечки увеличивается больше, и показывается удовлетворительная (вольт-амперная) диодная характеристика. Также установлено, что если вероятность Z существования повышается от начальной точки, которая является областью, где вероятность Z существования составляет примерно 1/5, ток утечки быстро увеличивается. Например, ток утечки, когда вероятностью Z существования является 1/3,3, был в 1,7-2,9 раз больше, чем таковой, когда вероятность Z существования составляет 1/55. Другими словами, было подтверждено, что диодная характеристика значительно ухудшилась. Здесь, когда вероятность Z существования использовалась в качестве параметра и проверялся рост слоя полупроводникового кристалла, было подтверждено, что если вероятность Z существования была более высокой, специфический рост слоя полупроводникового кристалла происходит из окрестности второго выпуклого участка. Здесь, специфический рост означает, что скорость роста выше, чем таковая вокруг.
[0060] Фиг. 6 является схемой, которая создана на основании электронной микрофотографии, полученной съемкой оптической подложки, в которой слой полупроводникового кристалла специфически выращен на ее поверхности с тем, чтобы описать эффект оптической подложки согласно настоящему изобретению. Оптическая подложка 600, показанная на Фиг. 6A и 6B, имеет вогнуто-выпуклую структуру, в которой вероятность Z существования составляет 1/3,3. Это соответствует случаю, где вероятность Z существования составляет 0,3 на графике, показанном на Фиг. 5. Фиг. 6A показывает, что выпуклая неровность 603 образуется на самой дальней поверхности слоя 602 полупроводникового кристалла от сапфировой подложки 601. Неровность 603 обусловлена слоем полупроводникового кристалла, который быстро выращивается образованием агрегации вторых выпуклых участков из-за высокой вероятности Z существования. С другой стороны, Фиг. 6B показывает, что вогнутая неровность 604 образуется на самой дальней поверхности слоя 602 полупроводникового кристалла от сапфировой подложки 601. Это обусловлено столкновением слоев полупроводниковых кристаллов, специфически растущих во втором выпуклом участке вследствие того, что агрегации вторых выпуклых участков, образуемых согласно высокой вероятности Z существования, являются смежными. Когда происходит специфический рост слоев полупроводниковых кристаллов, описанных выше, диодная характеристика полупроводникового светоизлучающего элемента снижается, и ток утечки увеличивается. Из описанного выше установлено, делая вероятность Z существования равной или меньшей, чем предопределенное значение, возможно уменьшить смещение p-n перехода в слое полупроводникового кристалла, то есть, смещение ширины запрещенной (энергетической) зоны в зонной диаграмме, в результате чего является возможным более удовлетворительно снизить ток утечки.
[0061] Конфигурация оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на Фиг. 7. Фиг. 7A представляет схематичный вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 7A, оптическая подложка (I) 1 сформирована по существу в конфигурации плоской пластины. Оптическая подложка (I) 1 включает в себя основную часть подложки 11 и вогнуто-выпуклую структуру 12, обеспеченную на одной поверхности основной части подложки 11. Вогнуто-выпуклая структура 12 сформирована с множеством выпуклых участков 13, которые являются независимыми друг от друга, и непрерывно вогнутых участков 14, обеспеченных между выпуклыми участками 13. Выпуклые участки 13 расположены с предопределенным интервалом друг от друга. Вогнуто-выпуклая структура 12 расположена в направлении толщины основной части подложки 11.
[0062] Будет описана конфигурация оптической подложки (II) 2 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 8A представляет схематичный вид в перспективе, показывающий оптическую подложку (II) 2 согласно второму варианту осуществления. Как показано на Фиг. 8A, оптическая подложка (II) 2 включает в себя основную часть подложки 21 и вогнуто-выпуклую структуру 22, обеспеченную на поверхности основной части подложки 21. Вогнуто-выпуклая структура 22 сформирована с множеством вогнутых участков 23, которые являются независимыми друг от друга, и непрерывно выпуклых участков 24, обеспеченных между вогнутыми участками 23. Вогнуто-выпуклая структура 22 расположена в направлении толщины основной части подложки 21 и включает в себя множество вогнутых участков 23, являющихся углубленными (канавками). Вогнутые участки 23 являются независимыми друг от друга, и расположены с предопределенным интервалом друг от друга.
[0063] В оптических подложках (I) 1 и (II) 2, описанных выше, поверхность основных частей подложек 11 и 21 может обрабатываться, чтобы обеспечить вогнуто-выпуклые структуры 12 и 22, или вогнуто-выпуклые структуры 12 и 22 могут добавляться отдельно на поверхности основных частей подложек 11 и 21.
[0064] Например, если обрабатывается сапфировая подложка, то и основные части 11 и 21 подложек, и вогнуто-выпуклые структуры 12 и 22 сформированы из сапфира. Например, когда в многослойном изделии, сформированном с сапфировой подложкой, слоем полупроводника n-типа, светоизлучающим слоем, слоем полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой, обрабатывается прозрачная проводящая пленка, вогнуто-выпуклые структуры 12 и 22 формируются с прозрачной проводящей пленкой. Эти состояния иллюстрируются на Фиг. 7A и 8A.
[0065] Например, в многослойном изделии, сформированном с сапфировой подложкой, слоем полупроводника n-типа, светоизлучающим слоем, слоем полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой, вогнуто-выпуклые структуры 12 и 22 могут добавляться отдельно на прозрачной проводящей пленке. Это состояние иллюстрируется на Фиг. 7B и 8B. В этом случае, материалы прозрачной проводящей пленки и вогнуто-выпуклой структуры могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга.
[0066] Конфигурация вогнуто-выпуклых структур 12 и 22 в оптических подложках (I) 1 и (II) 2 согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения затем будет описана со ссылкой на Фиг. 9 и 10. Фиг. 9 представляет вид вертикального поперечного разреза, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии III-III на Фиг. 7A и 7B, и схематично показывает конфигурацию вогнуто-выпуклой структуры 12. Фиг. 10 представляет вид вертикального поперечного разреза, выполненного вдоль длинной и короткой пунктирной линии IV-IV на Фиг. 8A и 8B, и схематично показывает конфигурацию вогнуто-выпуклой структуры 22.
Оптическая подложка (I) 1
Оптическая подложка (I) 1 согласно первому варианту осуществления сначала будет описана. Как показано на Фиг. 9, в поперечном сечении множество выпуклых участков 131, 132, 133 и 134 расположены по одной линии с интервалом друг от друга. Области между выпуклыми участками 131-134 соединены непрерывно вогнутыми участками 14.
[0068] Различные символы и определение терминов, показанных на Фиг. 9, будут описаны ниже.
Scv
Знак Scv, показанный на Фиг. 9, обозначает среднюю позицию выпуклого участка. Выпуклые участки расположены в направлении толщины основной части подложки 11. Средняя позиция Scv выпуклого участка означает среднюю позицию в плоскости вершин 13a выпуклой части для выпуклых участков 131-134 в вогнуто-выпуклой структуре 12, и плоскость является плоскостью, параллельной направлению поверхности основной части подложки 11.
[0069] Среднюю позицию Scv выпуклого участка определяют согласно следующему определению. Сначала, на поверхности (именуемой в дальнейшем вогнуто-выпуклой структурной поверхностью), на которой сформирована вогнуто-выпуклая структура 12 оптической подложки (I) 1, берется квадратная область 50 мкм × 50 мкм, параллельная основной поверхности основной части подложки 11. Затем, квадратная область 50 мкм × 50 мкм разделяется на двадцать пять квадратных областей 10 мкм × 10 мкм. Затем, 5 областей произвольно выбирают из двадцати пяти квадратных областей 10 мкм × 10 мкм. Здесь, выбранные квадратные области 10 мкм × 10 мкм именуются как область A, область B, область C, область D и область E. После этого, область A наблюдают с большим увеличением и увеличивают до тех пор, пока, по меньшей мере, 100 выпуклых участков 13 не наблюдаются четко. Затем, 10 выпуклых участков 13 произвольно выбирают из наблюдаемых выпуклых участков 13, и определяют высоту каждого из выпуклых участков 13. Наибольшую высоту среди 10 измеренных выпуклых участков 13 из области A, полагают являющейся ha. На области B, области C, области D и области E также выполняют такую же операцию, как на области A, и определяют hb, hc, hd и he. Средняя позиция Scv выпуклого участка, показанная на Фиг. 9, находится выше средней позиции Scc вогнутого участка, которая будет описана ниже, то есть, является позицией, которая смещена от средней позиции Scc вогнутого участка на расстояние, соответствующее (ha+hb+hc+hd+he)/5 в направлении вершины 13a выпуклого участка 13. Вершина 13a каждого из выпуклых участков 13 может быть определена путем измерения, использующего действие Tilt (наклон) в наблюдении с использованием сканирующего электронного микроскопа для поперечного сечения оптической подложки (I) 1, в наблюдении с использованием атомно-силового микроскопа для поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки (I) 1 или в наблюдении сканирующим электронным микроскопом поверхности оптической подложки (I) 1.
[0070] Как показано на Фиг. 9, высоты множества выпуклых участков 131-134 являются по существу одинаковыми, но не однородными, и второй выпуклый участок 133, высота которого является низкой, является смешанным. На Фиг. 9 средняя позиция Scv выпуклого участка для выпуклых участков 131-134 ниже вершин 13a выпуклых участков 13 в первых выпуклых участках 131 132 и 134. Это показывает из вышеуказанного определения случай, где распределение присутствует в значениях высот первых выпуклых участков 131, 132 и 134. С другой стороны, хотя не показано, когда распределение присутствует в значениях высот первых выпуклых участков 131, 132 и 134, средняя позиция Scv выпуклого участка может находиться немного выше вершин 13a первых выпуклых участков 131, 132 и 134. Кроме того, хотя не показано, когда высоты первых выпуклых участков 131, 132 и 134 являются по существу однородными или однородными, средняя позиция Scv выпуклого участка является по существу равной или абсолютно равной вершинам 13a первых выпуклых участков 131, 132 и 134.
[0071] Scc
Знак Scc, показанный на Фиг. 9, обозначает среднюю позицию вогнутого участка. Средняя позиция Scc вогнутого участка означает среднее значение позиции в плоскости для вершин вогнутого участка 14a вогнутых участков 14 в вогнуто-выпуклой структуре 12, и плоскость является плоскостью, параллельной направлению поверхности оптической подложки (I) 1. Вогнутые участки 14 являются непрерывно вогнутыми друг с другом, и выпуклые участки 131-134 отделены друг от друга вогнутыми участками 14. Средняя позиция Scc вогнутого участка предпочтительно определяется из среднего значения из 10 вершин вогнутого участка 14a. Вершина 14a каждого из вогнутых участков 14 может быть определена путем наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа для поперечного сечения оптической подложки (I) 1 или путем наблюдения с помощью атомно-силового микроскопа для поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки (I) 1. Среднее значение в настоящем описании означает среднее арифметическое. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого в пределах диапазона, который будет описан ниже. Средняя позиция Scv выпуклого участка является позицией, которая сдвинута от средней позиции Scc наблюдаемого и измеряемого вогнутого участка на расстояние, соответствующее (ha+hb+hc+hd+he)/5 к вершине 13a выпуклого участка 13.
[0072] Icv
Символ Icv, показанный на Фиг. 9, обозначает линейный сегмент на плоской поверхности, образованной средней позицией Scv выпуклого участка. Следовательно, линейный сегмент Icv является плоскостью, параллельной направлению поверхности основной части подложки 11.
[0073] Have
Знак Have, показанный на Фиг. 9, обозначает среднюю высоту выпуклого участка. Средняя высота Have выпуклого участка является расстоянием между средней позицией Scv выпуклого участка и средней позицией Scc вогнутого участка. Следовательно, средняя высота Have выпуклого участка имеет значение (ha+hb+hc+hd+he)/5, вычисляемое, если определена средняя позиция Scv выпуклого участка.
[0074] hn
Знак hn, показанный на Фиг. 9, обозначает высоту выпуклого участка каждого из выпуклых участков 131-134. Высота hn выпуклого участка означает расстояние между центром 13b нижней части каждого из выпуклых участков 131-134 в средней позиции Scc вогнутого участка и вершиной 13a выпуклого участка 13. Другими словами, высота hn выпуклого участка соответствует высоте вершины 13a для каждого из выпуклых участков 131-134 относительно средней позиции Scc вогнутого участка. Например, когда направление толщины оптической подложки (I) 1 не является параллельным линейному сегменту, соединяющему центр 13b нижней части выпуклого участка 13 и вершину 13a выпуклого участка 13, высота hn для каждого из выпуклых участков 13 определена, как изложено ниже. Как показано на выпуклом участке 132, сначала точку пересечения между линейным сегментом, параллельным направлению толщины оптической подложки (I) 1, и контуром выпуклого участка 132 полагают являющейся X. Затем, точку пересечения между линейным сегментом, проходящим через точку пересечения X, и средней позицией Scc вогнутого участка, полагают являющейся Y. Когда линейный сегмент перемещается параллельно направлению поверхности в рамках средней позиции Scc вогнутого участка, расстояние между точкой пересечения X и точкой пересечения Y изменяется. Максимальным значением расстояния между точкой пересечения X и точкой пересечения Y является hn.
[0075] ϕcv
Знак ϕcv, показанный на Фиг. 9, обозначает ширину нижней части первых выпуклых участков 131, 132 и 134 в средней позиции Scc вогнутого участка. Здесь, ширина ϕcv нижней части определена, как изложено ниже. Как показано на выпуклом участке 134, сначала устанавливается произвольная точка E на контуре нижней части выпуклого участка 134. Затем, устанавливается произвольная точка F, отличная от точки E на контуре. В случае, где точка E фиксирована, а точка F сдвигается на контуре, расстояние, когда расстояние между точкой E и точкой F максимизировано, предполагается являющимся шириной ϕcv нижней части. Значение, получаемое путем произвольного выбора 10 выпуклых участков 13, определения ширины ϕcv нижней части для каждого из выпуклых участков 13 и их арифметического усреднения является средним значением ϕcv-ave ширины нижней части. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
[0076] tcv
Знак tcv, показанный на Фиг. 9, обозначает кратчайшее расстояние между контурами первого выпуклого участка 132 и первого выпуклого участка 134, смежных друг с другом через второй выпуклый участок 133 на линейном сегменте Icv. Другими словами, знак tcv означает расстояние на линейном сегменте Icv между первыми вогнутыми участками 132 и 134 через второй выпуклый участок 133. На Фиг. 9, (1) сначала, линейный сегмент Icv в пределах плоской поверхности, образованной со средней позицией Scv выпуклого участка, проходит через множество первых вогнутых участков 131, 132 и 134. Здесь, точки пересечения между первым выпуклым участком 132 и линейным сегментом Icv обозначены A и B на Фиг. 9. (2) Затем, точки пересечения между первым выпуклым участком 134, смежным через второй выпуклый участок 133 с первым выпуклым участком 132 на линейном сегменте Icv, и линейным сегментом Icv обозначены C и D на Фиг. 9. (3) Когда линейный сегмент Icv рассматривают с одного направления, точки пересечения A, B, C и D последовательно располагаются по одной линии, и среди них расстояние между точками пересечения B и C задается как tcv. Внимание сосредоточено на 5 произвольных вторых выпуклых участках 133, tcv измеряется для 5 произвольных точек для каждого из вторых выпуклых участков 133 и среднее арифметическое для них, то есть, среднее арифметическое 25 точек определено в виде tcv-ave. Здесь, tcv-ave представляет масштаб для указания размера агрегации вторых выпуклых участков, и в частности tcv-ave является расстоянием, которое легко измеряется, когда поперечное сечение оптической подложки наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже. Когда средняя позиция Scv выпуклого участка находится немного выше вершин 13a первых выпуклых участков 131, 132 и 134, расстояние tcv и его среднее арифметическое tcv-ave определяют в качестве расстояния Tcv или его среднего арифметического значения Tcv-ave.
[0077] Tcv
Знак Tcv, показанный на Фиг. 9, обозначает кратчайшее расстояние между выпуклой вершиной 13a первого выпуклого участка 132 и вершиной 13a первого выпуклого участка 134, смежных друг с другом на линейном сегменте Icv через второй выпуклый участок 133. Другими словами, знак Tcv означает интервал между первыми выпуклыми участками 132 и 134, смежными друг с другом на линейном сегменте Icv через второй выпуклый участок 133. Когда средняя позиция Scv выпуклого участка находится немного выше вершин 13a первых выпуклых участков 131, 132 и 134, знак Tcv представляет кратчайшее расстояние между точкой пересечения (J) между линейным сегментом, проходящим через вершину 13a первого выпуклого участка 132 и параллельным направлению толщины оптической подложки (I) 1, и линейным сегментом Icv и точкой пересечения (K) между линейным сегментом, проходящим через вершину 13a первого выпуклого участка 134, смежного через второй выпуклый участок 133 с первым выпуклым участком 132, и параллельным направлению толщины оптической подложки (I) 1 и линейным сегментом Icv. Другими словами, знак Tcv означает интервал между вершинами 13a первых выпуклых участков 132 и 134, смежных друг с другом через второй выпуклый участок 133, внутри плоскости, параллельной направлению поверхности основной части подложки 11. Внимание сосредоточено на 5 произвольных вторых выпуклых участках 133, Tcv измеряется для 5 произвольных точек для каждого из вторых выпуклых участков 133 и их среднее арифметическое, то есть, среднее арифметическое для 25 точек определяется в виде Tcv-ave. Здесь, Tcv-ave является масштабом для указания размера агрегации вторых выпуклых участков, и в частности Tcv-ave является расстоянием, которое легко измеряется, когда поверхность оптической подложки (I) 1 наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
[0078] P
Знак P, показанный на Фиг. 9, обозначает кратчайший интервал между двумя первыми выпуклыми участками 131 и 132, смежными друг с другом, из множества первых выпуклых участков 131, 132 и 134, без второго выпуклого участка 133 на пути прохождения. Средний интервал Pave, будет описан подробно позже.
[0079] Различие между первым выпуклым участком и вторым выпуклым участком
Будет описано различие между первыми выпуклыми участками 131, 132 и 134 и вторым выпуклым участком 133, высота которого меньше, чем у них. В вогнуто-выпуклой структуре 12 согласно настоящему варианту осуществления, как показано на Фиг. 9, высоты hn выпуклых участков для множества выпуклых участков 131-134 не являются однородными, и как во втором выпуклом участке 133, показанном на Фиг. 9, его высота hn выпуклой части меньше, чем таковая для выпуклых участков 131, 132 и 134, имеющих по существу одинаковую высоту выпуклой части; другими словами, выпуклый участок (в дальнейшем именуемый минимальным выпуклым участком), высота hn выпуклой части которого меньше, чем средняя высота Have выпуклого участка, присутствует с предопределенной вероятностью. Здесь, минимальный выпуклый участок определен как второй выпуклый участок, и выпуклый участок, который не соответствует минимальному выпуклому участку, определен как первый выпуклый участок. Выпуклый участок, высота hn выпуклой части которого удовлетворяет формуле (2) ниже для средней высоты Have выпуклого участка, соответствующий расстоянию между средней позицией Scv выпуклого участка и средней позицией Scc вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре 12, определен как минимальный выпуклый участок. Удовлетворяется ли формула (2) ниже, может быть определено путем наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа для поперечного сечения оптической подложки или наблюдения с помощью атомно-силового микроскопа для вогнуто-выпуклой структуры 12 оптической подложки (I) 1. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
Формула (2)
0,6 Have≥hn≥0
[0080] Из определения, второй выпуклый участок является выпуклым участком, высота которого hn меньше, чем средняя высота Have выпуклого участка. Другими словами, во вторых выпуклых участках, высоты выпуклых участков могут быть постоянными, или множество высот вторых выпуклых участков может быть распределенным. Подобным образом, высоты первых выпуклых участков могут быть постоянными, или множество высот первых выпуклых участков может быть распределенным.
[0081] Оптическая подложка (II)
Оптическая подложка (II) 2, показанная на Фиг. 8, и по второму варианту осуществления затем будет описана со ссылкой на Фиг. 10. Как показано на Фиг. 10, в поперечном сечении оптической подложки (II) 2, множество вогнутых участков 231-234 расположены по одной линии друг независимо от друга. Выпуклые участки 24 присутствуют между вогнутыми участками 231-234, и вогнутые участки 231-234 отделены друг от друга.
[0082] Определения различных символов и терминов, показанных на Фиг. 10, будут описаны ниже.
Scv
Знак Scv, показанный на Фиг. 10, обозначает среднюю позицию выпуклого участка для выпуклых участков 24. Средняя позиция Scv выпуклого участка означает среднюю позицию в плоскости для вершин 24a выпуклых участков 24 в вогнуто-выпуклой структуре 22, и плоскость является плоскостью, параллельной направлению поверхности основной части подложки 21. Средняя позиция Scv выпуклого участка предпочтительно определяется из среднего значения 10 вершин 24a. Средняя позиция Scv выпуклого участка задается как в первом варианте осуществления. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
[0083] Scc
Знак Scc, показанный на Фиг. 10, обозначает среднюю позицию вогнутого участка для множества вогнутых участков 231-234. Средняя позиция Scc вогнутого участка означает среднюю позицию в плоскости вершин 23a вогнутых участков 231-234 в вогнуто-выпуклой структуре 22, и плоскость является плоскостью, параллельной направлению поверхности основной части подложки 21. Средняя позиция Scc вогнутого участка определяется согласно следующему определению. Сначала, на поверхности, на которой сформирована вогнуто-выпуклая структура 22 оптической подложки (II) 2, берется квадратная область 50 мкм × 50 мкм, параллельная основной поверхности основной части подложки 21. Затем, квадратная область 50 мкм × 50 мкм разделяется на двадцать пять квадратных областей 10 мкм × 10 мкм, не являющихся перекрываемыми. Затем, 5 областей произвольно выбирают из двадцати пяти областей 10 мкм × 10 мкм. Здесь, выбранные квадратные области 10 мкм × 10 мкм именуются областью A, областью B, областью C, областью D и областью E. После этого, область A наблюдают с большим увеличением, и увеличивают до тех пор, пока, по меньшей мере, 100 вогнутых участков 23 не наблюдаются четко. Затем, 10 вогнутых участков произвольно выбирают из наблюдаемых вогнутых участков 23 и определяют глубину каждого из вогнутых участков 23. Максимальную глубину среди измеренных 10 вогнутых участков 23 из области A полагают являющейся da. На области B, области C, области D и области E, также выполняют такие же операции, как на области A, и определяют db, dc, dd и de. Средняя позиция Scc вогнутого участка находится ниже средней позиции Scv выпуклого участка, которая уже была описана, то есть, является позицией, которая сдвинута от средней позиции Scv выпуклого участка на расстояние, соответствующее (da+db+dc+dd+de)/5 к нижней части вогнутых участков 23.
[0084] Как показано на Фиг. 10, глубины для множества вогнутых участков 231-234 являются по существу одинаковыми, но не однородными, и второй вогнутый участок 233, чья глубина является малой, является смешанным. Таким образом, средняя позиция Scc вогнутого участка для вогнутых участков 231-234 находится ниже, чем вершины 23a первых вогнутых участков 231, 232 и 234. Это показывает, из вышеуказанного определения, случай, где распределение присутствует в высотах первых вогнутых участков. С другой стороны, хотя не показано, когда распределение присутствует в высотах первых вогнутых участков, средняя позиция Scc вогнутого участка может находиться немного ниже вершин 23a первых вогнутых участков 231, 232 и 234. Кроме того, хотя не показано, когда глубины первых вогнутых участков являются по существу однородными или однородными, средняя позиция Scc вогнутого участка является по существу равной или абсолютно равной вершинам 23a первых вогнутых участков 231, 232 и 234.
[0085] Icc
Знак Icc, показанный на Фиг. 10, обозначает линейный сегмент на плоской поверхности, образуемой средней позицией Scc вогнутого участка. Следовательно, линейный сегмент Icc является плоскопараллельным направлению поверхности основной части подложки 21.
[0086] Dave
Знак Dave, показанный на Фиг. 10, обозначает среднюю глубину вогнутого участка для вогнутых участков 231-234. Средняя глубина Dave вогнутого участка является расстоянием между средней позицией Scv выпуклого участка и средней позицией Scc вогнутого участка. Следовательно, средняя глубина Dave вогнутого участка имеет значение (da+db+dc+dd+de), вычисляемое, если определена средняя позиция Scc вогнутого участка.
[0087] dn
Знак dn, показанный на Фиг. 10, обозначает глубину вогнутого участка для множества вогнутых участков 231-234. Глубина dn вогнутого участка означает расстояние между центром 23b полой части каждого из вогнутых участков 231-234 в средней позиции Scv выпуклого участка и вершиной 23a вогнутых участков 231-234. Другими словами, глубина dn вогнутого участка является глубиной каждого из вогнутых участков 231-234 относительно средней позиции Scv выпуклого участка. Когда направление толщины оптической подложки (II) 2 не является параллельным линейному сегменту, соединяющему центр 23b полой части вогнутых участков 231-234 и вершину 23a, глубина dn каждого из вогнутых участков 231-234 задается, как изложено ниже. Как показано в вогнутом участке 232, сначала точку пересечения между линейным сегментом, параллельным направлению толщины оптической подложки (II) 2, и внешним контуром вогнутого участка 232 полагают являющейся Y. Затем точку пересечения между линейным сегментом, проходящим через точку пересечения Y, и средней позицией Scv выпуклого участка полагают являющейся X. Когда линейный сегмент перемещается параллельно направлению поверхности в пределах средней позиции Scv выпуклого участка Scv, расстояние между точкой пересечения X и точкой пересечения Y изменяется. Максимальным значением расстояния между точкой пересечения X и точкой пересечения Y является dn.
[0088] ϕcc
Знак ϕcc, показанный на Фиг. 10, обозначает ширину полой части первых вогнутых участков 231, 232 и 234 в средней позиции Scv выпуклого участка. Здесь, ширина ϕcc полой части задается, как изложено ниже. Как показано в вогнутом участке 234, сначала устанавливается произвольная точка E на контуре полой части вогнутого участка 234. Затем, устанавливается произвольная точка F, отличная от точки E на контуре. В случае, где точка E является фиксированной и точка F сдвигается на контуре, расстояние, когда расстояние между точкой E и точкой F максимизируется, полагают являющимся шириной ϕcc полой части. Значение, получаемое путем произвольного выбора 10 вогнутых участков 23, определения ширины ϕcc полой части для каждого из вогнутых участков 23 и их арифметического усреднения, является средним значением ϕcc-ave ширины полой части. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
[0089] tcc
Знак tcc, показанный на Фиг. 10, обозначает кратчайшее расстояние между контурами первых вогнутых участков 232 и 234, смежных друг с другом на линейном сегменте Icc. Другими словами, знак tcc означает расстояние на линейном сегменте Icc между первыми вогнутыми участками, смежными друг с другом через второй вогнутый участок 233. На Фиг. 10, (1) сначала линейный сегмент Icc в пределах плоской поверхности, образованной средней позицией Scc вогнутого участка, проходит через множество первых вогнутых участков 231, 232 и 234. Здесь, точки пересечения между первым вогнутым участком 232 и линейным сегментом Icc обозначены A и B на Фиг. 10. (2) Затем, точки пересечения между первым вогнутым участком 234, смежным через второй вогнутый участок 233 с первым вогнутым участком 232 на линейном сегменте Icc и линейном сегменте Icc, обозначены C и D на Фиг. 10. (3) Когда линейный сегмент Icc рассматривают с одного направления, точки пересечения A, B, C и D последовательно расположены по одной линии, и среди них, расстояние между точками пересечения B и C задается как tcc. Внимание сосредоточено на 5 произвольных вторых вогнутых участках 233, tcc измеряется для 5 произвольных точек для каждого из вторых вогнутых участков 233 и их среднее арифметическое, то есть, среднее арифметическое значение для 25 точек задается как tcc-ave. Здесь, tcc-ave является масштабом для указания размера агрегации вторых вогнутых участков, и в частности tcc-ave является расстоянием, которое легко измеряется, когда поперечное сечение оптической подложки (II) 2 наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже. Когда средняя позиция Scc вогнутого участка находится немного ниже вершин 23a первых вогнутых участков 231, 232 и 234, расстояние tcc и его среднее арифметическое tcc-ave, определяется как расстояние Tcc или его среднее арифметическое значение Tcc-ave.
[0090] Tcc
Знак Tcc, показанный на Фиг. 10, обозначает кратчайшее расстояние между средней частью полой части первого вогнутого участка 232 и средней частью полой части первого вогнутого участка 234, смежных друг с другом на линейном сегменте Icc через второй вогнутый участок 233. Другими словами, знак Tcc означает интервал между первыми вогнутыми участками 232 и 234, смежными друг с другом на линейном сегменте Icc через второй вогнутый участок 233. Когда средняя позиция Scc вогнутого участка находится немного ниже вершин 23a первых вогнутых участков 231, 232 и 234, знак Tcc представляет кратчайшее расстояние между точкой пересечения (L) между линейным сегментом, проходящим среднюю часть полой части первого вогнутого участка 232 и параллельным направлению толщины оптической подложки (II) 2, и линейным сегментом Icc и точкой пересечения (M) между линейным сегментом, проходящим через среднюю часть полой части первого вогнутого участка 234, смежного через второй вогнутый участок 233 с первым вогнутым участком 232, и параллельным направлению толщины оптической подложки (II) 2, и линейным сегментом Icc. Другими словами, знак Tcc означает интервал между средними частями полой части первых вогнутых участков 232 и 234, смежных друг с другом через второй вогнутый участок 233 внутри плоскости, параллельной направлению поверхности основной части подложки 21. Внимание сосредоточено на 5 произвольных вторых вогнутых участках 233, Tcc измеряется для 5 произвольных точек для каждого из вторых вогнутых участков 233 и их среднее арифметическое, то есть, среднее арифметическое 25 точек задается как Tcc-ave. Здесь, Tcc-ave является масштабом для указания размера агрегации вторых вогнутых участков 233, и в частности Tcc-ave является расстоянием, которое легко измерить, когда поверхность оптической подложки наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа. Наблюдение, описанное выше, задается в качестве выполняемого внутри диапазона, который будет описан ниже.
[0091] P
Знак P, показанный на Фиг. 10, обозначает интервал между двумя первыми вогнутыми участками, смежными друг с другом, из множества первых вогнутых участков 231, 232 и 234. Средний интервал Pave будет описан подробно далее.
[0092] Различие между первым вогнутым участком и вторым вогнутым участком
Будет описано различие между первым вогнутым участком и вторым вогнутым участком, глубина которого меньше, чем таковая первого вогнутого участка. В вогнуто-выпуклой структуре 22 согласно второму варианту осуществления, как показано на Фиг. 10, глубины dn вогнутого участка для множества вогнутых участков 231-234 не являются однородными, и как во втором вогнутом участке 233, показанном на Фиг. 10, его глубина dn вогнутого участка меньше, чем таковая для множества вогнутых участков 231, 232 и 234, имеющих по существу одинаковую глубину; другими словами, вогнутый участок (в дальнейшем именуемый минимальным вогнутым участком), для которого глубина dn вогнутого участка меньше Dave, присутствует с предопределенной вероятностью. Здесь, минимальный вогнутый участок определен как второй вогнутый участок, и вогнутый участок, который не соответствует минимальному вогнутому участку, определен как первый вогнутый участок. Вогнутый участок, глубина dn вогнутого части которого удовлетворяет нижеприведенной формуле (6) для средней глубины Dave вогнутого участка, соответствующей расстоянию между средней позицией Scv выпуклого участка и средней позицией Scc вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре 22, определен как минимальный вогнутый участок. Удовлетворяется ли нижеприведенная формула (6), может быть определено путем наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа для поперечного сечения оптической подложки (II) 2 или путем наблюдения с помощью атомно-силового микроскопа для вогнуто-выпуклой структуры 22 оптической подложки. Наблюдение, описанное выше, задается как выполняемое внутри диапазона, который будет описан ниже.
Формула (6)
0,6 Dave≥dn≥0
[0093] Из определения, второй вогнутый участок 233 является вогнутым участком 23, глубина dn которого меньше Dave. Другими словами, во вторых вогнутых участках 233, глубины вогнутых участков могут быть постоянными, или множество глубин вторых вогнутых участков может быть распределенным. Подобным образом, глубины первых вогнутых участков 231, 232 и 234 могут быть постоянными, или множество глубин первых вогнутых участков может быть распределенным.
[0094] Средний интервал Pave
Затем будут описаны средний интервал Pave между первыми выпуклыми участками 131, 132 и 134 в оптической подложке (I) 1 и первыми вогнутыми участками 231, 232 и 234 в оптической подложке (II) 2, обсужденной выше. Хотя в последующем описании, для удобства будут иллюстрироваться выпуклые участки 13 в оптической подложке (I) 1, интервал между вогнутыми участками 23 в оптической подложке (II) 2 является таким же.
[0095] Как уже было описано, в оптических подложках (I) 1 и (II) 2 множество первых выпуклых участков 131, 132 и 134 (вогнутых участков 231, 232 и 234) и второй выпуклый участок 133 (вогнутый участок 233), чья высота меньше (глубина меньше), чем таковая для первых выпуклых участков 131, 132 и 134 (вогнутые участки 231, 232 и 234), являются смешанными. Второй выпуклый участок (вогнутый участок) является минимальным выпуклым участком (вогнутым участком), который уже был описан. Средний интервал Pave в вогнуто-выпуклых структурах (I) 12, и (II) 22 определен для первых выпуклых участков 13 (вогнутых участков 23).
A1B1
A1B1
A2B2
ANBN
A1B1
A2B2
ANBN
[0096] Как показано на Фиг. 11, когда вогнуто-выпуклая структура 12 является структурой, в которой множество выпуклых участков 13 расположены неравномерно и в которой вторые выпуклые участки 51 являются смешанными, расстояние P между центром некоторого первого выпуклого участка A1 и центром некоторого первого выпуклого участка B1, ближайшего к первому выпуклому участку A1, определен как интервал P. Однако когда как показано на Фиг. 11, множество выпуклых участков 13 расположены неравномерно, и интервал отличается в зависимости от выбранного первого выпуклого участка, выбирают несколько произвольных первых выпуклых участков A1, A2, …AN, измеряют интервалы P, P, … P между выбранными первыми выпуклыми участками A1, A2, …AN и первыми выпуклыми участками B1, B2, …BN, ближайшими к ним, и их среднее арифметическое полагают являющимся средним интервалом Pave в вогнуто-выпуклой структуре 12. Другими словами, интервал P задается таким образом, что (P+P+…+P)/N=P. Хотя на Фиг. 11 множество выпуклых участков 13 расположены неравномерно, может быть принято расположение в форме треугольной решетки, квадратной решетки или гексагональной решетки или расположение, где их показатель решетки регулярно изменяется.
A1B1
A1B1
A2B2
ANBN
[0097] Как показано на Фиг. 12, когда вогнуто-выпуклая структура 12 является линейной и пространственной структурой, длина выпуклого участка во втором выпуклом участке 61 (длина второго выпуклого участка в продольном направлении) равна или меньше, чем таковая первого выпуклого участка. Здесь, даже когда вторая выпуклая линия частично включена в некоторую первую выпуклую линию, интервал P задается как кратчайшее расстояние P между линией центров некоторой первой выпуклой линии A1 и линией центров первой выпуклой линии B1, самой близкой к этой первой выпуклой линии A1. Однако, как показано на Фиг. 12, когда интервал отличается в зависимости от выбранной выпуклой линии, выбирают множества произвольных первых выпуклых линий A1, A2, …AN, измеряют интервалы между выбранными первыми выпуклыми линиями A1, A2, …AN и первыми выпуклыми линиями B1, B2, …BN, смежными с ними, и их среднее арифметическое полагают являющимся средним интервалом Pave в вогнуто-выпуклой структуре 12. Другими словами, интервал P задается таким образом, что (P+P+…+P)/N=P.
[0098] Числом N первых выпуклых участков, которые выбирают в качестве выборок, когда определяют вышеуказанное среднее арифметическое, предпочтительно является 10.
[0099] Вероятность Z существования
Вероятность Z существования (вероятность существования) для вторых выпуклых участков или вторых вогнутых участков затем будет описана. Здесь, когда вероятность существования второго выпуклого участка или второго вогнутого участка определяется фактическим наблюдением, используются термины, описанные выше. Другими словами, в диапазоне измерений для вычисления вероятности Z существования для вторых выпуклых участков или вторых вогнутых участков, которые будут описываться ниже, дается определение терминов, описанных выше.
[0100] 1. Вогнуто-выпуклую структуру наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа, первые выпуклые участки (или первые вогнутые участки, то же справедливо для последующего описания) и вторые выпуклые участки (или вторые вогнутые участки, то же справедливо для последующего описания) выделяют. Различие между первыми выпуклыми участками и вторыми выпуклыми участками было уже описано. Здесь, когда сторону поверхности вогнуто-выпуклой структуры в оптической подложке можно непосредственно наблюдать, вогнуто-выпуклую структуру наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа, и таким образом отличают вторые выпуклые участки. С другой стороны, когда слой полупроводникового кристалла обеспечивается на вогнуто-выпуклой структуре в оптической подложке, и таким образом слой полупроводникового кристалла не может быть удален, поперечное сечение оптической подложки наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа, и отличают вторые выпуклые участки.
[0101] 2. Из множества первых выпуклых участков произвольно выбирают 10 первых выпуклых участков и измеряют интервал P. Среднее арифметическое измеренных 10 интервалов P является средним интервалом Pave. Интервал P является кратчайшим интервалом между двумя первыми выпуклыми участками, смежными друг с другом, среди первых выпуклых участков, без второго выпуклого участка вдоль пути прохождения.
[0102] 3. Из наблюдения квадратной области в 10-кратный вычисленный средний интервал Pave, то есть, области, соответствующей 10 Pave × 10 Pave, произвольно выбирают 5 вторых выпуклых участков. Здесь полагают, что в область, соответствующую 10 Pave × 10 Pave, область, где измеряется средний интервал Pave, включается обязательно. Выбирается только второй выпуклый участок, в котором его полный контур присутствует внутри 10 Pave × 10 Pave. В случае, где средний интервал Pave является длинным, когда в наблюдении области 10 Pave × 10 Pave выпуклые участки являются неясными, и таким образом возникает проблема в выборе второго выпуклого участка или измерении Tcv (или tcv), например, четыре области (размером) 5 Pave × 5 Pave наблюдают и объединяют, и тем самым является возможным наблюдать область 10 Pave × 10 Pave. Для каждого из выбранных вторых выпуклых участков произвольно измеряют Tcv (или tcv) в 5 точках. Другими словами, поскольку для каждого из выбранных вторых выпуклых участков Tcv (или tcv) измеряется произвольно в 5 точках, 25 порций данных измерений относительно Tcv (или tcv) накапливают. Средним арифметическим этих 25 порций по Tcv (или tcv) является Tcv-ave (или tcv-ave). Когда в области, соответствующей 10 Pave × 10 Pave, присутствуют только N (<5) вторых выпуклых участков, выбирают N вторых выпуклых участков, затем Tcv (или tcv) измеряют произвольно в 5 точках. Другими словами, поскольку для каждого из выбранных вторых выпуклых участков Tcv (или tcv) измеряют произвольно в 5 точках, накапливают 5×N порций данных измерений по Tcv (или tcv). Средним арифметическим полученного Tcv (или tcv) является Tcv-ave (или tcv-ave). Между прочим, tcv является кратчайшим расстоянием между контурами первых выпуклых участков, смежных друг с другом на линейном сегменте Icv через второй выпуклый участок, и является особо полезным, когда поперечное сечение оптической подложки наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа, или когда поверхность наблюдают с помощью атомно-силового микроскопа. С другой стороны, Tcv является кратчайшим расстоянием внутри плоскости, параллельной направлению поверхности основной части подложки 11 между вершинами 13a первых выпуклых участков 132 и 134, смежных друг с другом через второй выпуклый участок 133, и принятым, когда наблюдают поверхность оптической подложки.
[0103] 4. Когда наблюдают поверхность оптической подложки, подсчитывают число (N1) первых выпуклых участков и число (N2) вторых выпуклых участков, присутствующих в квадратной области 10-кратной вычисленному Tcv-ave (или tcv-ave), то есть, области, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave (или 10 tcv-ave × 10 tcv-ave), и таким образом вычисляют вероятность Z существования вторых выпуклых участков. Здесь, внутри области 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, область, используемая для вычисления Tcv-ave, включается обязательно. Первые выпуклые участки и вторые выпуклые участки, контуры которых находятся полностью внутри 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, подсчитывают внутри 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave. Вероятность Z существования дается в виде N2/(N1+N2). В настоящем описании, (N2/N2)/[(N1+N2)/N2]=1/[1+(N1/N2)], числитель вероятности Z существования представлен 1 унифицированным образом. В случае, где Tcv-ave является большим, когда в наблюдении в области 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, выпуклые участки являются неясными и таким образом возникает проблема в подсчете первых выпуклых участков и вторых выпуклых участков, например, четыре области 5 Tcv-ave × 5Tcv-ave наблюдают и объединяют, и тем самым является возможным наблюдать область 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave.
[0104] Способ вычисления вероятности Z существования для вторых выпуклых участков, обсужденных выше, будет описан со ссылкой на чертежи. Хотя ниже будет описан случай, где вогнуто-выпуклая структура в оптической подложке сформирована с множеством выпуклых участков, то же справедливо для случая, где вогнуто-выпуклая структура сформирована с множеством вогнутых участков. Фигуры Фиг. 13-15 являются схематичными представлениями, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры. Фигуры Фиг. 13-15 являются моделируемыми представлениями изображения, полученного выполнением наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа.
[0105] 1. Сначала, как показано на Фиг. 13, различают первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. Поскольку в наблюдении с использованием сканирующего электронного микроскопа нельзя получить информацию о направлении высоты (трехмерное направление), осуществляют наклон во время наблюдения, и тем самым является возможным различать первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. С другой стороны, поскольку в наблюдении с использованием атомно-силового микроскопа информация о направлении высоты (трехмерное направление) детектируется с помощью зонда, возможно различать с помощью полученного изображения первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. Хотя на Фиг. 13 вторые выпуклые участки 72 расположены нерегулярно, расположение вторых выпуклых участков 72 не ограничивается этим расположением, и вторые выпуклые участки 72 также могут быть расположены регулярно.
[0106] 2. Затем, из множества первых выпуклых участков 71 произвольно выбирают 10 первых выпуклых участков (на Фиг. 13, первые выпуклые участки 71, пронумерованные от 1 до 10). Для каждого из выбранных первых выпуклых участков 71 (1-10), измеряют интервал P (на Фиг. 13, P1-P10). Среднее арифметическое значение измеренных 10 интервалов P, то есть, (P1+P2+…+P10)/10 является средним интервалом Pave.
[0107] 3. Как показано на Фиг. 14, из наблюдения по квадратной области 73 размером в 10 вычисленных средних интервалов Pave, то есть, области 73, соответствующей 10 Pave × 10 Pave, произвольно выбирают 5 вторых выпуклых участков 72. Здесь, полагают, что в область 73, соответствующую 10 Pave × 10 Pave, область, где измеряется средний интервал Pave, включается обязательно. Выбирается только второй выпуклый участок, в котором его полный контур присутствует внутри области 73, соответствующей 10 Pave × 10 Pave. Другими словами, как показано на Фиг. 14, из вторых выпуклых участков, в которых все области, используемые для выбора среднего интервала Pave, наблюдают внутри 10 Pave × 10 Pave, и в которых контуры полностью присутствуют внутри области 10 Pave × 10 Pave, произвольно выбирают 5 вторых выпуклых участков 72 (на Фиг. 14 вторые выпуклые участки 72, пронумерованные от 1 до 5). Затем, для каждого из выбранных вторых выпуклых участков 72 (1-5), Tcv (или tcv) измеряют произвольно в 5 точках. Например, с помощью данных, полученных из наблюдения с использованием атомно-силового микроскопа, является возможным измерить Tcv (или tcv). Приведением в действие наклона в наблюдении с использованием сканирующего электронного микроскопа, чтобы различать первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72, возможно измерить Tcv. Здесь для удобства полагают, что измеряется Tcv. Другими словами, для каждого из выбранных вторых выпуклых участков 72 (1-5), Tcv измеряют произвольно в 5 точках. На Фиг. 14 Tcv, измеряемый для второго выпуклого участка 72 с номером 2 и второго выпуклого участка 72 с номером 5, иллюстрируется в качестве типичного примера. Как показано на Фиг. 14, пять единиц Tcv для первых выпуклых участков 71, смежных с выбранным вторым выпуклым участком 72, измеряют индивидуально. Например, для второго выпуклого участка 72 с номером 2 измеряют Tcv 21-Tcv 25, и для второго выпуклого участка 72 с номером 5 измеряют Tcv 51-Tcv 55. Аналогично, для каждого из вторых выпуклых участков 72 с номерами 1, 3 и 4, измеряют пять единиц Tcv. Следовательно, накапливают 25 порций данных измерений по Tcv. Средним арифметическим значением 25 единиц полученных Tcv является Tcv-ave.
[0108] 4. Как показано на Фиг. 15, подсчитывают число (N1) первых выпуклых участков и число (N2) вторых выпуклых участков, присутствующих в квадратной области размером в 10 вычисленных Tcv-ave, то есть, области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave. Здесь, как проиллюстрировано на Фиг. 15, в области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, область 73, используемая для вычисления Tcv-ave, включается обязательно. Полагают, что контуры первых выпуклых участков 71 и вторых выпуклых участков 72, подсчитанных в области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, полностью присутствуют в области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave. На Фиг. 15 число N1 первых выпуклых участков 71 составляет 433, и число N2 вторых выпуклых участков 72 составляет 52. Следовательно, вероятность Z существования для вторых выпуклых участков 72 дается в виде N2/(N1+N2)=52/(52+433)=1/9,3.
[0109] Фигуры Фиг. 16 и 17 являются схематичными представлениями, когда оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры. Фигуры Фиг. 16 и 17 являются смоделированными видами изображения, полученного выполнением наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа или атомно-силового микроскопа, и по сравнению с вогнуто-выпуклой структурой, иллюстрируемой на Фиг. 13-15, большее число вторых выпуклых участков присутствует и накоплено. Даже в этом случае, вероятность Z существования определяют согласно определению, описанному выше.
[0110] 1. Сначала, как показано на Фиг. 16, различают первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. Поскольку в наблюдении с использованием сканирующего электронного микроскопа информацию о направлении высоты (трехмерное направление) нельзя получить, осуществляют наклон во время наблюдения, и тем самым является возможным различать первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. С другой стороны, поскольку в наблюдении с использованием атомно-силового микроскопа информация о направлении высоты (трехмерное направление) детектируется с помощью зонда, является возможным различать с помощью полученного изображения первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72. Хотя на Фиг. 16, вторые выпуклые участки 72 расположены нерегулярно, расположение вторых выпуклых участков 72 не ограничивается этим расположением, и вторые выпуклые участки 72 также могут располагаться регулярно.
[0111] 2. Затем, из множества первых выпуклых участков 71 произвольно выбирают 10 первых выпуклых участков (на Фиг. 16, первые выпуклые участки 71, пронумерованные от 1 до 10). Для каждого из выбранных первых выпуклых участков 71 измеряют интервал P (на Фиг. 16, P1-P10). Среднее арифметическое значение измеренных 10 интервалов P, то есть, (P1+P2+…+P10)/10 является средним интервалом Pave.
[0112] 3. Как показано на Фиг. 17, из наблюдения по квадратной области 73 размером в 10 вычисленных средних интервалов Pave, то есть, области 73, соответствующей 10 Pave × 10 Pave, произвольно выбирают 5 вторых выпуклых участков 72. Здесь полагают, что в область 73, соответствующую 10 Pave × 10 Pave, область, где измеряют средний интервал Pave, включается обязательно. Выбирается только второй выпуклый участок 72, в котором его полный контур присутствует внутри 10 Pave × 10 Pave. Другими словами, как показано на Фиг. 17, из вторых выпуклых участков 72, в которых все области, используемые для выбора среднего интервала Pave, наблюдают внутри 10 Pave × 10 Pave и в которых контуры полностью присутствуют внутри диапазона 10 Pave × 10 Pave, произвольно выбирают 5 вторых выпуклых участков 72 (на Фиг. 17, вторые выпуклые участки 72, пронумерованные от 1 до 5). Затем, для каждого из выбранных вторых выпуклых участков Tcv или tcv измеряют произвольно в 5 точках. Например, с помощью данных, полученных из наблюдения с использованием атомно-силового микроскопа, является возможным измерить Tcv или tcv. Приведением в действие наклона в наблюдении с использованием сканирующего электронного микроскопа, чтобы различать первые выпуклые участки 71 и вторые выпуклые участки 72, является возможным измерить Tcv. Здесь, для удобства полагают, что измеряется Tcv. Другими словами, для каждого из выбранных вторых выпуклых участков 72 Tcv измеряют произвольно в 5 точках. На Фиг. 17 Tcv, измеренный для второго выпуклого участка 72 с номером 3, проиллюстрирован в качестве типичного примера. Как показано на Фиг. 17, пять единиц Tcv для первых выпуклых участков 71, смежных с выбранным вторым выпуклым участком 72, индивидуально измеряют. Например, для второго выпуклого участка 72 с номером 3 измеряют Tcv 31-Tcv 35. Аналогично, для каждого из вторых выпуклых участков 72 с номерами 1, 2, 4 и 5 измеряют пять единиц Tcv. Следовательно, накапливают 25 порций данных измерений относительно Tcv. Средним арифметическим значением 25 единиц полученных Tcv является Tcv-ave.
[0113] 4. Фиг. 18 является схематичным представлением, показывающим область, используемую для подсчета количества выпуклых участков при выполнении наблюдения со стороны сверхмалой вогнуто-выпуклой поверхности оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления. Как показано на Фиг. 18, подсчитывают число (N1) первых выпуклых участков и число (N2) вторых выпуклых участков, присутствующих в квадратной области 74 размером в 10 вычисленных Tcv-ave, то есть, области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave. Здесь, как проиллюстрировано на Фиг. 18, в область 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, область 73, используемая для вычисления Tcv-ave включается обязательно. Полагают, что контуры первых выпуклых участков 71 и вторых выпуклых участков 72, подсчитываемых внутри области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, полностью присутствуют в области 74, соответствующей 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave. На Фиг. 18, число N1 первых выпуклых участков составляет 2944, и число N2 вторых выпуклых участков составляет 498. Следовательно, вероятность Z существования вторых выпуклых участков дается в виде N2/(N1+N2)=498/(498+2944)=1/6,9. В частности, как на Фиг. 18, в случае, где Tcv-ave является большим, когда в наблюдении области 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave, выпуклые участки неясны и таким образом возникает проблема в подсчете первых выпуклых участков и вторых выпуклых участков, например, как показано на Фиг. 18, четыре области 76 размером 5 Tcv-ave × 5 Tcv-ave наблюдают и объединяют, и тем самым является возможным наблюдать область 74 размером 10 Tcv-ave × 10 Tcv-ave.
[0114] Оптическая подложка (I) согласно первому варианту осуществления
Характеристика вогнуто-выпуклой структуры 12 в оптической подложке (I) 1, показанной на Фиг. 7A и согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения будет описана ниже с использованием описанных выше символов и определения терминов. Сначала, в вогнуто-выпуклых 2 структурах 12, средний интервал Pave, удовлетворяет формуле (1) ниже.
Формула (1)
50 нм≤Pave≤1500 нм
[0115] Когда средний интервал Pave равен или больше, чем 50 нм, оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) повышается, и эффективность вывода света LEE повышается, тогда как когда средний интервал Pave равен или меньше, чем 1500 нм, внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE в полупроводниковом светоизлучающем элементе повышается. Даже когда вероятность Z существования вторых вогнутых участков является высокой, поскольку возможно удерживать большим размер агрегации вторых выпуклых участков или удерживать длинным интервал между агрегациями вторых выпуклых участков со средним интервалом Pave, не превышающим 1500 нм, возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, в результате чего является возможным удовлетворительно поддерживать ток утечки.
[0116] Когда средний интервал Pave равен или больше, чем 50 нм, расстояние (Tcv или tcv) между первыми выпуклыми участками, смежными друг с другом через вторые выпуклые участки, оптически увеличивается. Когда средний интервал Pave является достаточно более коротким, чем длина волны 50 нм, поскольку вогнуто-выпуклая структура 12 усредняется в терминах оптического излучения, вогнуто-выпуклая структура 12 действует как тонкая пленка, имеющая средний показатель преломления (усредненный показатель преломления). Конкретно, поскольку в терминах света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом, в области, где средний интервал Pave является коротким настолько, чтобы составлять примерно 50 нм, вогнуто-выпуклая структура 12 ведет себя как тонкая пленка (плоская пленка) со средним показателем преломления, оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) является весьма сниженным, в результате чего эффект нарушения волноводной моды снижается. Другими словами, оно является сниженным достаточно, чтобы повысить эффективность вывода света LEE. Однако, в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления первые выпуклые участки 131, 132 и 134 и второй выпуклый участок 133 являются смешанными (см. Фиг. 9). В этом случае, по оценкам средний показатель преломления создает нарушение, соответствующее второму выпуклому участку 133, рассеянному в первых выпуклых участках 131, 132 и 134. Другими словами, свет, излучаемый полупроводниковым светоизлучающим элементом, ведет себя, как будто присутствует вещество, соответствующее распределению для усредненного показателя преломления. Когда средний интервал Pave равен или больше, чем 50 нм, смежное расстояние (Tcv или tcv), описанное выше, является надлежаще длинным в терминах длины волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. Конкретно, поскольку распределение для усредненного показателя преломления, описанного выше, является распределением для надлежащего масштаба (распределение, большее, чем средний интервал Pave) в терминах длины волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом, излучаемый свет показывает оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее распределению для усредненного показателя преломления, и количество мод для нарушения волноводной моды увеличивается, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. В терминах дополнительного достижения этого эффекта, чтобы повысить эффективность вывода света LEE, средний интервал Pave предпочтительно равен или больше, чем 100 нм, более предпочтительно равен или больше, чем 200 нм и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 250 нм.
[0117] Когда средний интервал Pave равен или меньше, чем 1500 нм, плотность и удельная поверхность вогнуто-выпуклой структуры 12 повышаются. Соответственно, является возможным рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла, и тем самым является возможным уменьшить локальные и макроскопические плотности дислокаций, в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах дополнительного достижения эффекта, описанного выше, средний интервал Pave является предпочтительно равным или меньшим, чем 1000 нм, более предпочтительно равным или меньшим, чем 900 нм, и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 800 нм. В частности предпочтительно, когда средний интервал Pave равен или меньше, чем 550 нм, является возможным снизить размер агрегации вторых выпуклых участков, и средний интервал Pave наиболее предпочтительно равен или меньше, чем 400 нм. Поскольку большая удельная поверхность обуславливает увеличение площади контакта, сопротивление перехода уменьшается, в результате чего является возможным повысить эффективность инжекции электронов EIE. В терминах дополнительного достижения эффекта, описанного выше, средний интервал Pave является предпочтительно равным или меньшим, чем 1000 нм, более предпочтительно равным или меньшим, чем 800 нм и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 550 нм.
[0118] Другими словами, вышеуказанный диапазон удовлетворяется, и таким образом дислокации в слое полупроводникового кристалла рассеиваются, плотность дислокаций снижается и внутренний квантовый выход IQE повышается, и одновременно оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) вызывает нарушение волноводной моды, и является возможным повысить эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE в полупроводниковом светоизлучающем элементе. Вышеуказанный диапазон удовлетворяется, и таким образом поскольку омический контакт повышается, эффективность инжекции электронов EIE повышается, и одновременно оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) вызывает нарушение волноводной моды, и является возможным повысить эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE в полупроводниковом светоизлучающем элементе.
[0119] В вогнуто-выпуклой структуре 12 согласно первому варианту осуществления, как показано на Фиг. 9, высоты hn выпуклых участков в множестве выпуклых участков 131-134 не являются однородными, и как со вторым выпуклым участком (минимальным выпуклым участком) 133, показанным на Фиг. 9, минимальный выпуклый участок 133, высота hn выпуклой части которого меньше, чем у первых выпуклых участков 131, 132 и 134, имеющих по существу одинаковую высоту выпуклого участка, то есть, чья высота hn выпуклой части меньше, чем средняя высота Have выпуклого участка, присутствует с предопределенной вероятностью Z существования. Другими словами, в вогнуто-выпуклой структуре 12 согласно первому варианту осуществления, высота hn выпуклой части для минимального выпуклого участка 133 удовлетворяет формуле (2) ниже для средней высоты Have выпуклого участка, соответствующий расстоянию средней позиции Scv выпуклого участка и средней позиции Scc вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре 12, и вероятность Z существования для минимальных выпуклых участков 133 удовлетворяет формуле (3) ниже.
Формула (2)
0,6 Have≥hn≥0
Формула (3)
1/10000≤Z≤1/5
[0120] Присутствие минимального выпуклого участка 133, чья высота hn выпуклой части удовлетворяет формуле (2), позволяет обеспечить оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света) с помощью повышения внутреннего квантового выхода IQE или эффективности инжекции электронов обеспеченный EIE. Как уже было описано, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, необходимо рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и уменьшать плотность дислокаций. Это требует малого среднего интервала Pave. С другой стороны, чтобы повысить эффективность инжекции электронов EIE снижением потерь, обусловленных поглощением света полупроводникового светоизлучающего элемента, необходимо увеличить удельную поверхность сверхмалой вогнуто-выпуклой структурой, чтобы увеличить омический контакт. Однако, вогнуто-выпуклая структура, имеющая малый средний интервал Pave, аппроксимируется в виде тонкой пленки, имеющей усредненный показатель преломления для света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. Следовательно, определяют критический угол, соответствующий разности между средним показателем преломления и показателем преломления слоя полупроводникового кристалла, и образуется волноводная мода. Однако, присутствие минимального выпуклого участка 133 обуславливает наличие распределения у усредненного показателя преломления. В этом случае свет, излучаемый полупроводниковым светоизлучающим элементом, может вести себя, как если там присутствует вещество, соответствующее распределению для среднего показателя преломления. Другими словами, даже малый средний интервал Pave может вести себя, как если бы там присутствовала структура, более большая, чем малый средний интервал Pave. В вогнуто-выпуклой структуре с размером, по существу равным или большим, чем длина волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом, и порядка нанометров, волноводная мода нарушается дифракцией света. Однако, считается, что минимальный выпуклый участок 133 включен, и тем самым является возможным увеличить количество мод дифракции света и заставить моду включать в себя дисперсию. Следовательно, поскольку волноводная мода локально нарушается дифракцией света, и макроскопически извлекается рассеянием света, является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Следовательно, минимальный выпуклый участок 133 присутствует, и тем самым является возможным рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла, снижать плотность дислокаций и повышать внутренний квантовый выход IQE, и одновременно возможно нарушать волноводную моду оптическим рассеянием и повышать эффективность вывода света LEE. Кроме того, минимальный выпуклый участок 133 присутствует, и тем самым является возможным увеличить удельную поверхность, снизить омическое сопротивление и повысить эффективность инжекции электронов EIE, и одновременно возможно нарушать волноводную моду оптическим рассеянием и повысить эффективность вывода света LEE.
[0121] В терминах дополнительного достижения оптического рассеяния (дифракция света или рассеяния света) согласно описанному выше принципу, высота hn выпуклой части минимального выпуклого участка 133 предпочтительно удовлетворяет 0,4 Have≥hn, более предпочтительно удовлетворяет 0,3 Have≥hn и наиболее предпочтительно удовлетворяет 0,1 Have≥hn. Наиболее предпочтительным состоянием является состояние, где hn есть 0. Когда высотой hn для минимального выпуклого участка 133 является 0, трудно различать минимальный выпуклый участок 133 и первые выпуклые участки 131, 132 и 134. В этом случае, используется средний интервал Pave первых выпуклых участков 131, 132 и 134, создается квадратная область 3 Pave × 3 Pave, и включаются минимальные выпуклые участки 133, соответствующие разностному значению, наблюдаемому когда эту область перемещают, и количество первых выпуклых участков 131, 132 и 134 снижено. Сначала, подсчитывают число первых выпуклых участков 131, 132 и 134, когда все (области) 3 Pave × 3 Pave включены в первые выпуклые участки 131, 132 и 134. Здесь, число полагают являющимся Nmax. Затем, если область 3 Pave × 3 Pave перемещают, подсчитывается число первых выпуклых участков 131, 132 и 134. Здесь, полагают, что подсчитано Ndec единиц первых выпуклых участков 131, 132 и 134. Также полагают, что в этой же области подсчитано N2 единиц минимальных выпуклых участков 133, удовлетворяющих hn>0. Здесь, если Ndec+N2<Nmax, это означает, что присутствуют вторые выпуклые участки, которые не могли подлежать подсчету. Другими словами, Nmax-(Ndec+N2) представляет вторые выпуклые участки, удовлетворяющие hn=0.
[0122] В частности считается, что вероятность Z существования для минимальных выпуклых участков 133, удовлетворяющих формуле (2), удовлетворяют формуле (3), и таким образом в усредненном показателе преломления, нарушение (количество точек рассеяния), присутствующее внутри тонкой пленки, или количество мод света и дисперсии дифракции, увеличивается, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE на основании добавления дисперсии. В терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света), вероятность Z существования предпочтительно удовлетворяет 1/3000≤Z≤1/10, более предпочтительно удовлетворяет 1/1000≤Z≤1/10 и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1/500≤Z≤1/10. В частности предпочтительно, вероятность Z существования для минимальных выпуклых участков 133 равна или меньше, чем 1/100, количество мод, которые нарушают волноводную моду, увеличивается, и таким образом эффект нарушения волноводной моды повышается больше. Наиболее предпочтительно, вероятность Z существования равна или меньше, чем 1/60. Когда вероятность Z существования равна или больше, чем 1/5,5, поскольку эффект снижения специфического роста слоя полупроводникового кристалла повышается, является возможным более удовлетворительно поддерживать ток утечки. С этой точки зрения вероятность Z существования более предпочтительно равна или больше, чем 1/10.
[0123] В оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, расстояние tcv-ave, описанное выше, более предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcv-ave≤9,5 Pave для среднего интервала Pave для первых выпуклых участков.
[0124] Как показано на Фиг. 9, поскольку расстояние tcv-ave обозначает кратчайшее расстояние между контурами первого выпуклого участка 132 и выпуклого участка 134, смежных друг с другом на линейном сегменте Icv через минимальный выпуклый участок 133, показано, что размеру минимального выпуклого участка 133, присутствующего между ними, препятствуют превышение максимального значения 9,5 Pave.
[0125] Расстояние tcv-ave удовлетворяет вышеуказанному диапазону, и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность инжекции электронов EIE, тогда как поддерживается повышение эффективности вывода света LEE на основании добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света). Когда расстояние tcv-ave больше, чем 1,0 Pave, разность в объеме между первыми выпуклыми участками 131, 132 и 134 и минимальным выпуклым участком 133 увеличивается. Следовательно, нарушение усредненного показателя преломления или дисперсия оптической моды дифракции становится заметным (значительным), и свет, излучаемый полупроводниковым светоизлучающим элементом, показывает оптическое рассеяние, соответствующее нарушению, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. С другой стороны, когда расстояние tcv-ave равно или меньше, чем 9,5 Pave, поскольку возможно снизить локальную плотность дислокаций, создаваемых внутри слоя полупроводникового кристалла, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, когда расстояние tcv-ave равно или меньше, чем 9,5 Pave, поскольку возможно эффективно увеличить удельную поверхность, и таким образом омическое сопротивление снижается, чтобы сделать омический контакт удовлетворительным, эффективность инжекции электронов, EIE повышается. В терминах дополнительного достижения этого эффекта расстояние tcv-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave≤tcv-ave≤7,5 Pave. Кроме того, расстояние tcv-ave является масштабом для указания размера агрегации минимальных выпуклых участков 133. Здесь, когда минимальные выпуклые участки 133 агрегируются, и их размер превышает предопределенное значение, граница p-n-перехода на основании специфического роста слоя полупроводникового кристалла может смещаться. В этом случае, характеристика тока утечки снижается. Кроме того, с этой точки зрения, расстояние tcv-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcv-ave≤4,5 Pave, более предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcv-ave≤3,0 Pave и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcv-ave≤1,5 Pave.
[0126] Предпочтительно, в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, высота hn выпуклой части для минимального выпуклого участка 133 удовлетворяет 0,4 Have≥hn≥0, вероятность Z существования удовлетворяет 1/3000≤Z≤1/10 и расстояние tcv-ave удовлетворяет 1,0 Pave<tcv-ave≤4,5 Pave. В этом случае, разность в объеме между первым выпуклым участком и минимальным выпуклым участком 133 увеличивается, и локальное нарушение усредненного показателя преломления и оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) в минимальном выпуклом участке 133 увеличивается, в результате чего возможно обеспечить улучшенное рассеяние порядка нанометров. Одновременно, поскольку вероятность Z существования удовлетворяет вышеуказанному диапазону, является возможным увеличить количество точек рассеяния или количество мод дифракции света, присутствующих в тонкой пленке для усредненного показателя преломления, и степень рассеяния целостно повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается. Кроме того, поскольку расстояние tcv-ave удовлетворяет вышеуказанному диапазону, возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и снижать локальную плотность дислокаций, в результате чего возможно достижение эффекта повышения внутреннего квантового выхода IQE путем добавления наноструктуры. Кроме того, поскольку расстояние tcv-ave удовлетворяет вышеуказанному диапазону, даже в вогнуто-выпуклой структуре порядка нанометров удельная поверхность эффективно увеличивается, и таким образом омический контакт делается удовлетворительным, в результате чего эффективность инжекции электронов EIE повышается. Другими словами, является возможным одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE, эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE для LED.
[0127] Кроме того, в этом случае, в терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) порядка нанометров, высота hn минимального выпуклого участка 133 предпочтительно удовлетворяет 0,1 Have≥hn≥0. Даже в этом случае, поскольку вероятность существования и диапазон расстояния tcv-ave удовлетворяются путем повышенного рассеяния порядка нанометров, является возможным повысить эффективность вывода света LEE посредством целостного оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) и реализовывать высокий внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE.
[0128] В оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, расстояние Tcv-ave, описанное выше, предпочтительно удовлетворяет нижеприведенной формуле (4) для среднего интервала Pave между первыми выпуклыми участками 131, 132 и 134.
Формула (4)
1,0 Pave<Tcv-ave≤11 Pave
[0129] Здесь, как показано на Фиг. 9, поскольку расстояние Tcv-ave обозначает кратчайшее расстояние между вершинами первого выпуклого участка 132 и выпуклого участка 134, смежных друг с другом на линейном сегменте Icv через минимальный выпуклый участок 133, показывается, что размеру минимального выпуклого участка 133, присутствующего между ними, препятствуют превышение максимального значения 11 Pave.
[0130] Расстояние Tcv-ave является значением, которое не зависит от градиента участков боковой поверхности из множества выпуклых участков. Здесь, расстояние Tcv-ave является значением, более большим, чем расстояние tcv-ave. С учетом рассмотрения, уделенного аспекту, подробности которого будут описываться ниже, расстояние Tcv-ave примерно в 1,15 раз больше расстояния tcv-ave для множества выпуклых участков. Следовательно, как уже было описано, эффект, образуемый фактом, что расстояние tcv-ave равно или меньше, чем 9,5 Pave, аналогично реализуется в диапазоне, в котором расстояние Tcv-ave является равным или меньшим, чем 11 Pave.
[0131] Расстояние Tcv-ave удовлетворяет формуле (4), и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность инжекции электронов EIE, тогда как повышение эффективности выхода света LEE поддерживается на основании добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света). Когда расстояние, Tcv-ave больше, чем 1,0 Pave, разность в объеме между первым выпуклым участком и минимальным выпуклым участком 133 увеличивается. Следовательно, нарушение усредненного показателя преломления или дисперсия оптической моды дифракции становится заметным, и свет, излучаемый полупроводниковым светоизлучающим элементом показывает рассеяние, соответствующее нарушению, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. С другой стороны, когда расстояние Tcv-ave равно или меньше, чем 11 Pave, поскольку возможно снизить локальную плотность дислокаций, создаваемых внутри слоя полупроводникового кристалла, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, когда расстояние Tcv-ave равно или меньше, чем 11 Pave, поскольку возможно ограничивать размер агрегации минимальных выпуклых участков 133, возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла. Следовательно, поскольку возможно уменьшить смещение границы p-n перехода, более конкретно, зоны в зонной диаграмме, является возможно удовлетворительно поддерживать ток утечки, в результате чего возможно улучшить диодную характеристику. Кроме того, когда расстояние Tcv-ave является равным или меньшим, чем 11 Pave, поскольку возможно эффективно увеличить удельную поверхность, и таким образом омическое сопротивление снижается, чтобы сделать омический контакт удовлетворительным, эффективность инжекции электронов EIE повышается. В терминах дополнительного достижения этого эффекта, расстояние Tcv-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave≤Tcv-ave≤9,5 Pave. Кроме того, расстояние Tcv-ave является масштабом для указания размера агрегации минимальных выпуклых участков 133. Здесь, когда минимальные выпуклые участки 133 агрегируются, формируется агрегация, в которой высота выпуклого участка меньше. В этом случае оптическое рассеяние уменьшается. Это происходит потому, например, что когда оптическое рассеяние является дифракцией света, если высота выпуклого участка увеличивается, интенсивность дифракции света увеличивается. Кроме того, с этой точки зрения, расстояние Tcv-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcv-ave≥7,5 Pave, более предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcv-ave≤5,5 Pave и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcv-ave≤3,5 Pave.
[0132] Предпочтительно, в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, высота hn выпуклой части для минимального выпуклого участка 133 удовлетворяет формуле (9) ниже, вероятность Z существования удовлетворяет формуле (10) ниже и расстояние Tcv-ave удовлетворяет формуле (11). В этом случае высота hn выпуклой части для минимального выпуклого участка 133 удовлетворяет формуле (9), и таким образом разность в объеме между первыми выпуклыми участками 131, 132 и 134 и минимальным выпуклым участком 133 увеличивается, и локальное нарушение усредненного показателя преломления и оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) в минимальном выпуклом участке 133 увеличивается, в результате чего возможно обеспечить улучшенное рассеяние порядка нанометров. Одновременно, поскольку вероятность Z существования удовлетворяет формуле (10), является возможным увеличить количество точек рассеяния или количество мод дифракции света, присутствующих в тонкой пленке для усредненного показателя преломления, и степень рассеяния целостно повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE увеличивается. Кроме того, поскольку расстояние Tcv-ave удовлетворяет формуле (11), является возможным рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и снижать локальную плотность дислокаций, в результате чего возможно достижение эффекта повышения внутреннего квантового выхода IQE путем добавления наноструктуры. Кроме того, поскольку расстояние Tcv-ave удовлетворяет формуле (11), даже в вогнуто-выпуклой структуре порядка нанометров удельная поверхность эффективно увеличивается, и таким образом омический контакт делается удовлетворительным, в результате чего эффективность инжекции электронов EIE повышается. Другими словами, формулы (9)-(11) одновременно удовлетворяются, и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE, эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE для LED. Кроме того, когда формулы (9)-(11) удовлетворяются одновременно, поскольку возможно повысить размер агрегации минимальных выпуклых участков 133 и дисперсию агрегированных минимальных выпуклых участков 133, является возможным уменьшить область перехода специфически выращенных слоев полупроводниковых кристаллов, в результате чего возможно уменьшить дефект в форме трещины, создаваемой в слое полупроводникового кристалла. Таким образом, степень p-n перехода повышается, и тем самым является возможным в большей степени снизить ток утечки.
Формула (9)
0,4 Have≥hn≥0
Формула (10)
1/3000≤Z≤1/7,5
Формула (11)
1,0 Pave<Tcv-ave≤7,5 Pave
[0133] Кроме того, в этом случае, высота hn выпуклой части минимального выпуклого участка 133 предпочтительно удовлетворяет нижеприведенной формуле (12) в терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) порядка нанометров. Даже в этом случае, поскольку вероятность Z существования, показанная в формуле (10), и диапазон расстояния Tcv-ave, показанный в формуле (11), удовлетворяются путем рассеяния, повышенного на порядок нанометров, является возможным повысить эффективность вывода света LEE посредством целостного оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) и реализовать высокий внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE.
Формула (12)
0,2 Have≥hn≥0
[0134] Кроме того, соотношение (конфигурацических) размеров Have/ϕcv-ave является отношением между средним значением ϕcv-ave значений ширины нижних частей первых выпуклых участков 131, 132 и 134 в вогнуто-выпуклой структуре 12 и средним значением Have высот выпуклых участков. Отношение ширины к длине Have/ϕcv-ave предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,1, но равный или меньший, чем 3,0 в следующих терминах: разность в объеме между первыми выпуклыми участками и минимальным выпуклым участком 133 увеличивается, нарушение усредненного показателя преломления или оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) делается значительным, рассеяние обеспечивается гарантированным внутренним квантовым выходом IQE или эффективностью инжекции электронов EIE, и внешний квантовый выход EQE повышается. В частности в терминах дополнительного достижения этого эффекта отношение ширины к длине Have/ϕcv-ave предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 2,5, более предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 1,5, и наиболее предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 1,2.
[0135] Поскольку внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE одновременно повышаются согласно вышеуказанному принципу, конфигурация выпуклого участка 13 в вогнуто-выпуклой структуре 12 не ограничивается, и таким образом следующие конфигурации могут быть приняты: конус, конусообразный элемент, где часть боковой поверхности конуса имеет ступенчатый наклон, конусообразный элемент, где участок боковой поверхности конуса является выпуклым вверх, конусообразный элемент, где нижняя поверхность конуса искривлена, конусообразный элемент, где контур нижней поверхности конуса имеет три или более точек перегиба, цилиндр, многоугольник, пирамида и подобное. В частности предпочтительно, в терминах большего повышения внутреннего квантового выхода IQE, вершины 13a выпуклых участков 13 являются непрерывно и гладко соединенными, то есть, являются угловыми участками, где радиус кривизны для вершин выпуклых участков 13 превышает нуль.
[0136] Боковая поверхность выпуклого участка может быть гладкой, или другие вогнутые и выпуклые участки могут дополнительно обеспечиваться на боковой поверхности выпуклого участка.
[0137] В терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE нижняя часть вогнутого участка 14 в вогнуто-выпуклой структуре 12 предпочтительно имеет плоскую поверхность. В этом случае, поскольку возможно удовлетворительно поддерживать начальное состояние роста слоя полупроводникового кристалла, возможно в большей степени получать эффект рассеивающих дислокаций благодаря вогнуто-выпуклой структуре. В частности поскольку в выпуклых участках, ближайших друг к другу, кратчайшее расстояние между участками наружных краев нижних частей выпуклых участков равно или больше, чем 30 нм, и таким образом начальное состояние роста слоя полупроводникового кристалла, особенно зародышеобразование может быть удовлетворительно поддержано, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE повышается. Расстояние более предпочтительно равно или больше, чем 60 нм, и таким образом зародышеобразование и рост зародышей могут быть удовлетворительными, и являются наиболее предпочтительно равными или большими, чем 80 нм.
[0138] Когда плоская поверхность (именуемая в дальнейшем "плоская поверхность B") нижней поверхности вогнутого участка 14 в вогнуто-выпуклой структуре (I) 12 является по существу параллельной поверхности (именуемой в дальнейшем "параллельная поверхность устойчивого роста"), примерно параллельной поверхности устойчивого роста первого полупроводникового слоя, обеспеченного на вогнуто-выпуклой структуре (I) 12, поскольку нарушение режима роста первого полупроводникового слоя вблизи вогнутого участка 14 в вогнуто-выпуклой структуре (I) 12 увеличивается, и тем самым является возможным эффективно уменьшить дислокации внутри первого полупроводникового слоя, в результате чего внутренний квантовый выход IQE повышается. Поверхность устойчивого роста относится к поверхности, скорость роста для которой является самой низкой в материале, подлежащим выращиванию. В целом, известно, что поверхность устойчивого роста появляется в виде фасетчатой поверхности в середине выращивания. Например, в сложном нитрид галлиевом полупроводнике плоская поверхность, параллельная оси A, такая как плоскость M, является поверхностью устойчивого роста. Поверхностью устойчивого роста для слоя GaN полупроводника является плоскость M (1-100), (01-10) и (-1010) гексагонального кристалла, и является одной из плоских поверхностей, параллельных оси A. В зависимости от условий выращивания другая плоская поверхность, включающая ось A, которая является плоской поверхностью, отличной от плоскости M в слое GaN полупроводника, может быть поверхностью устойчивого роста.
[0139] Минимальные выпуклые участки 133 могут быть расположены нециклически или циклически. Когда они расположены нециклически, нециклическое нарушение происходит в усредненном показателе преломления, и таким образом волноводная мода нарушается в виде рассеяние света. Степень взаимного повышения дифракции света, которая происходит в минимальном выпуклом участке 133, уменьшается, и таким образом оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) повышается. С другой стороны, когда они расположены циклически (например, в форме тетрагональной решетки или гексагональной решетки), поскольку усредненный показатель преломления циклически нарушается, волноводная мода нарушается в виде дифракции света, соответствующей циклической характеристике. В любом случае, как описано выше, высота hn минимального выпуклого участка 133, расстояние Tcv-ave (или в расстояние tcv-ave) и вероятность Z существования удовлетворяются, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Хотя в зависимости от применения, например, когда желательно управлять углом, под которым свет излучается полупроводниковым светоизлучающим элементом, минимальные выпуклые участки 133 предпочтительно расположены циклически, тогда как, чтобы эффективно нарушать волноводную моду оптическим рассеянием (дифракцией света или рассеянием света), чтобы повысить эффективность вывода света LEE, минимальные выпуклые участки 133 предпочтительно расположены нециклически.
[0140] Оптическая подложка (II) согласно второму варианту осуществления
Характеристика вогнуто-выпуклой структуры (II) 22 в оптической подложке (II) 2, показанной на Фиг. 8, и согласно второму варианту осуществления затем будет описана. Сначала, вследствие того же эффекта, как в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, средний интервал Pave между вогнутыми участками 23 удовлетворяет формуле (5) ниже.
Формула (5)
50 нм≤Pave≤1500 нм
[0141] По той же причине, что и в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления для того, чтобы больше повысить внутренний квантовый выход IQE и удовлетворительно поддерживать ток утечки, средний интервал Pave предпочтительно равен или меньше, чем 1000 нм, предпочтительно равен или меньше, чем 800 нм, более предпочтительно равен или меньше, чем 550 нм и наиболее предпочтительно равен или меньше, чем 400 нм. Кроме того, по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1, для того, чтобы повысить эффективность инжекции электронов EIE, средний интервал Pave предпочтительно равен или меньше, чем 1000, более предпочтительно равен или меньше, чем 800 нм и наиболее предпочтительно равен или меньше, чем 550 нм. Подобным образом для того, чтобы повысить эффективность вывода света LEE, средний интервал P предпочтительно равен или больше, чем 100 нм, более предпочтительно равен или больше, чем 200 нм и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 250 нм.
[0142] В вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 согласно второму варианту осуществления, как показано на Фиг. 10, глубина dn вогнутого участка для множества вогнутых участков 231-234 не является однородной, и как во вторых вогнутых участках (минимальных вогнутых участках) 233, показанных на Фиг. 10, глубина dn вогнутого участка меньше, чем таковая первых вогнутых участков 231, 232 и 234, имеющих по существу одинаковую глубину. Другими словами, минимальные вогнутые участки 233, имеющие глубину dn вогнутого участка меньшую, чем средняя глубина Dave вогнутого участка, присутствуют с предопределенной вероятностью Z. Конкретно, в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 согласно второму варианту осуществления, глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 удовлетворяет нижеприведенной формуле (6) для средней глубины Dave вогнутого участка, соответствующей средней позиции Scv выпуклого участка и средней позиции Scc вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22, и вероятность Z существования, с которой присутствуют минимальные вогнутые участки 233, удовлетворяет формуле (7) ниже.
Формула (6)
0,6 Dave≥dn≥0
Формула (7)
1/10000≤Z≤1/5
[0143] Согласно присутствию минимальных вогнутых участков 233, глубина dn вогнутого участка которых удовлетворяет формуле (6), по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1 по первому варианту осуществления, с внутренней квантовой эффективностью IQE или эффективностью инжекции электронов обеспеченный EIE является возможным обеспечить оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света). Здесь, в терминах большего достижения оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света), глубина dn вогнутого участка предпочтительно удовлетворяет 0,4 Dave≥dn≥0, более предпочтительно удовлетворяет 0,3 Dave≥dn≥0 и наиболее предпочтительно удовлетворяет 0,1 Dave≥dn≥0.
[0144] В частности вероятность Z существования для минимальных вогнутых участков 233, удовлетворяющих формуле (6), удовлетворяют формуле (7), и таким образом, по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1 по первому варианту осуществления, является возможным реализовать эффективность вывода света LEE на основании добавления оптического рассеяния. Здесь, в терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света), вероятность Z существования предпочтительно удовлетворяет 1/3000≤Z≤1/10, более предпочтительно удовлетворяет 1/1000≤Z≤1/10 и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1/500≤Z≤1/10. В частности предпочтительно, вероятность Z существования для минимальных вогнутых участков 233 равна или меньше, чем 1/100, и таким образом количество мод, нарушающих волноводную моду, увеличивается, и эффект нарушения волноводной моды повышается. Вероятность Z существования наиболее предпочтительно равна или меньше, чем 1/60. Когда вероятность Z существования равна или больше, чем 1/5,5, поскольку эффект снижения специфического роста слоя полупроводникового кристалла повышается, возможно удовлетворительно поддерживать ток утечки. С этой точки зрения вероятность Z является более предпочтительно равной или большей, чем 1/10.
[0145] В оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления, по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1 по первому варианту осуществления, расстояние tcc-ave, описанное выше, удовлетворяет 1,0 Pave<tcc-ave≤9,5 Pave для среднего интервала Pave между первыми вогнутыми участками 23.
[0146] Как показано на Фиг. 10, поскольку расстояние tcc-ave обозначает кратчайшее расстояние между контурами первого вогнутого участка 232 и вогнутого участка 234, смежными друг с другом на линейном сегменте Icc, показывается, что количеству минимальных вогнутых участков 233, присутствующих между ними, препятствуют превышение максимального значения 9,5 Pave.
[0147] Расстояние tcc удовлетворяет 1,0 Pave<tcc-ave≤9,5 Pave, и таким образом, по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1 по первому варианту осуществления, является возможным одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE и эффективность инжекции электронов EIE, тогда как поддерживается повышение эффективности выхода света LEE, добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света). В терминах дополнительного достижения этого эффекта расстояние tcc-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave≤tcc-ave≤7,5 Pave. Кроме того, расстояние tcc-ave является масштабом для указания размера агрегации минимальных вогнутых участков 233. Здесь, когда минимальные вогнутые участки 233 агрегируются, и их размер превышает предопределенное значение, граница p-n-перехода на основании специфического роста слоя полупроводникового кристалла может смещаться. В этом случае характеристика тока утечки снижается. Кроме того, с этой точки зрения, расстояние tcc-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcc-ave≤4,5 Pave, более предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcc-ave≤3,0 Pave, и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<tcc-ave≤1,5 Pave.
[0148] Предпочтительно, в оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 удовлетворяет 0,4 Dave≥dn≥0, вероятность Z существования удовлетворяет 1/3000≤Z ≤1/10 и расстояние tcc-ave удовлетворяет 1,0 Pave≤tcc-ave≤4,5 Pave. В этом случае, разность в объеме между первыми вогнутыми участками 231, 232 и 234 и минимальным вогнутым участком 233 увеличивается с тем, чтобы глубина вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 удовлетворяла предопределенному диапазону, и соответственно нарушение усредненного показателя преломления или оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) в минимальном вогнутом участке 233 делается значительным. Следовательно, возможно обеспечить улучшенное рассеяние порядка нанометров. Одновременно, поскольку вероятность Z существования удовлетворяет вышеуказанному диапазону, является возможным увеличить количество точек рассеяния или количество мод дифракции света, присутствующих в тонкой пленке для усредненного показателя преломления, и степень рассеяния целостно повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE увеличивается. Кроме того, поскольку расстояние tcc-ave удовлетворяет предопределенному диапазону, возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и снижать локальную плотность дислокаций, в результате чего возможно достижение эффекта повышения внутреннего квантового выхода IQE путем добавления наноструктуры. Другими словами, является возможным одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE, эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE для LED.
[0149] Кроме того, в этом случае, в терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) порядка нанометров, глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 предпочтительно удовлетворяет 0,1 Dave≥dn≥0. Даже в этом случае, поскольку удовлетворяются вероятность Z существования и диапазон для расстояния tcc, путем рассеяния, расширенного на порядок нанометров, является возможным повысить эффективность вывода света LEE посредством целостного оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) и реализовать высокий внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE.
[0150] В оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления, расстояние Tcc-ave, описанное выше, предпочтительно удовлетворяет нижеприведенной формуле (8) для среднего интервала Pave между первыми вогнутыми участками.
Формула (8)
1,0 Pave≤Tcc-ave≤11 Pave
[0151] Здесь, как показано на Фиг. 10, поскольку расстояние Tcc-ave обозначает кратчайшее расстояние между участками вершин для первого вогнутого участка 232 и вогнутого участка 234, смежными друг с другом на линейном сегменте Icc через вторые вогнутые участки 233, показывается, что размеру минимального вогнутого участка 233, присутствующего между ними, препятствуют превышению максимального значения 11 Pave. Расстояние Tcc-ave является значением, которое не зависит от градиента участков боковых поверхностей для множества вогнутых участков. Здесь, расстояние Tcc-ave имеет значение, которое является более высоким, чем расстояние tcc-ave. С учетом рассмотрения, уделенного аспекту, подробности которого будут описываться ниже, расстояние Tcc-ave является примерно в 1,15 раза больше расстояния tcc-ave для множества вогнутых участков. Следовательно, как уже было описано, эффект, создаваемый фактом, что расстояние tcc-ave равно или меньше, чем 9,5 Pave, реализуется аналогично в диапазоне, в котором расстояние Tcc-ave равно или меньше, чем 11 Pave.
[0152] Расстояние Tcc-ave удовлетворяет формуле (8), и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность инжекции электронов EIE, тогда как поддерживается повышение эффективности выхода света LEE добавлением оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света). Когда расстояние Tcc-ave больше, чем 1,0 Pave, разность в объеме между первыми вогнутыми участками 231, 232 и 234 и минимальным вогнутым участком 233 увеличивается. Следовательно, нарушение усредненного показателя преломления или дисперсия оптической моды дифракции становится значительной, и свет, излучаемый полупроводниковым светоизлучающим элементом, показывает рассеяние, соответствующее нарушению, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. С другой стороны, когда расстояние Tcc-ave равно или меньше, чем 11 Pave, поскольку возможно снизить локальную плотность дислокаций, создаваемых внутри слоя полупроводникового кристалла, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, когда расстояние Tcc-ave равно или меньше, чем 11 Pave, поскольку возможно ограничить размер агрегации минимальных вогнутых участков 233, возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла. Следовательно, поскольку возможно уменьшить смещение p-n перехода, более конкретно, зоны в зонной диаграмме, является возможным удовлетворительно поддерживать ток утечки, в результате чего возможно улучшить диодную характеристику. Кроме того, когда расстояние Tcc-ave равно или меньше, чем 11 Pave, поскольку возможно эффективно увеличить удельную поверхность, и таким образом омическое сопротивление снижается, чтобы сделать омический контакт удовлетворительным, эффективность инжекции электронов EIE повышается. В терминах дополнительного достижения этого эффекта расстояние Tcc-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave≤Tcc-ave≤9,5 Pave. Кроме того, расстояние Tcc-ave является масштабом для указания размера агрегации минимальных вогнутых участков 233. Здесь, когда минимальные вогнутые участки 233 агрегируются, формируется агрегация, в которой глубина вогнутого участка является меньшей. В этом случае оптическое рассеяние уменьшается. Это происходит потому, например, что когда оптическое рассеяние является дифракцией света, поскольку глубина вогнутого участка увеличивается, интенсивность дифракции света увеличивается. Кроме того, с этой точки зрения, расстояние Tcc-ave предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcc-ave≤7,5 Pave, более предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcc-ave≤5,5 Pave и наиболее предпочтительно удовлетворяет 1,0 Pave<Tcc-ave≤3,5 Pave.
[0153] Предпочтительно, в оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 удовлетворяет формуле (13) ниже, вероятность Z существования удовлетворяет формуле (14) ниже, и расстояние, Tcc-ave удовлетворяет формуле (15). В этом случае, глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 удовлетворяет формуле (13), и таким образом разность в объеме между первыми вогнутыми участками 231, 232 и 234 и минимальным вогнутым участком 233 увеличивается, и локальное нарушение для усредненного показателя преломления и оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) в минимальном вогнутом участке 233 увеличивается, в результате чего возможно обеспечить улучшенное рассеяние порядка нанометров. Одновременно, поскольку вероятность Z существования удовлетворяет формуле (14), является возможным увеличить количество точек рассеяния или количество мод дифракции света, присутствующих в тонкой пленке для усредненного показателя преломления, и степень рассеяния целостно повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE увеличивается. Кроме того, поскольку расстояние Tcc-ave удовлетворяет формуле (15), возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и снижать локальную плотность дислокаций, в результате чего возможно достижение эффекта повышения внутреннего квантового выхода IQE путем добавления наноструктуры. Кроме того, поскольку расстояние Tcc-ave удовлетворяет формуле (15), даже в вогнуто-выпуклой структуре порядка нанометров удельная поверхность эффективно увеличивается, и таким образом омический контакт делается удовлетворительным, в результате чего эффективность инжекции электронов EIE повышается. Другими словами, формулы (13)-(15) удовлетворяются одновременно, и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE, эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE для LED. Кроме того, когда формулы (13)-(15) удовлетворяются одновременно, поскольку возможно повысить размер агрегации минимальных вогнутых участков 233 и дисперсию агрегированных минимальных вогнутых участков 233, является возможным уменьшить примыкание слоев специфически выращиваемых полупроводниковых кристаллов, в результате чего возможно снизить дефект в виде трещины, создаваемой в слое полупроводникового кристалла. Таким образом, качество p-n перехода повышается, и тем самым является возможным больше снизить ток утечки.
Формула (13)
10,4 Have≥dn≥0
Формула (14)
1/3000≤Z≤1/7,5
Формула (15)
1,0 Pave≤Tcc-ave≤7,5 Pave
[0154] Кроме того, в этом случае глубина dn вогнутого участка для минимального вогнутого участка 233 предпочтительно удовлетворяет нижеприведенной формуле (16) в терминах добавления оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) порядка нанометров. Даже в этом случае, поскольку удовлетворяются вероятность Z существования, показанная в формуле (14), и диапазон расстояния Tcc-ave, показанный в формуле (15), путем рассеяния, расширенного на порядок нанометров, является возможным повысить эффективность вывода света LEE посредством целостного оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) и реализовать высокий внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE.
Формула (16)
0,2 Dave≥dn≥0
[0155] Кроме того, отношение ширины к длине Dave/ϕcc-ave для первых вогнутых участков 231, 232 и 234 является отношением между средней шириной ϕcc-ave полых частей первых вогнутых участков 231, 232 и 234 в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 и средней глубиной Dave вогнутого участка. Отношение ширины к длине Dave/ϕcc-ave предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,1, но равный или меньший, чем 3,0 по той же причине, что и оптическая подложка (I) 1 по первому варианту осуществления. В частности в терминах дополнительного достижения этого эффекта отношение ширины к длине Dave/ϕcc-ave предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 2,5, более предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 1,5, и наиболее предпочтительно попадает в диапазон, равный или больший, чем 0,5, но равный или меньший, чем 1,2.
[0156] Поскольку внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE одновременно повышается согласно вышеуказанному принципу, конфигурация вогнутого участка 23 в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 не ограничивается, и таким образом могут быть приняты следующие конфигурации: конус, конусообразный элемент, где участок боковой поверхности ступенчато скошен, конусообразный элемент, где участок боковой поверхности конуса является выпуклым вверх, конусообразный элемент, где нижняя поверхность конуса искривлена, конусообразный элемент, где конфигурация контура нижней поверхности конуса имеет три или более точек перегиба, цилиндр, многоугольник, пирамида и подобное. В частности в терминах большего повышения внутреннего квантового выхода IQE является предпочтительным принять либо вогнуто-выпуклую структуру (II) 22, в которой участок вершины выпуклого участка 24 имеет плоскую поверхность, и радиус кривизны вершины вогнутого участка 23 превышает нуль, или вогнуто-выпуклую структуру (II) 22, в которой вершины 24a выпуклых участков 24 являются непрерывно и плавно соединенными, и в которой нижний участок вогнутого участка 23 имеет плоскую поверхность.
[0157] Боковая поверхность вогнутого участка может быть гладкой, или могут дополнительно обеспечиваться другие вогнутые и выпуклые участки на боковой поверхности вогнутого участка. Нижняя часть вогнутого участка 23 предпочтительно имеет плоскую поверхность. В частности, когда площадь плоской поверхности в нижней части вогнутого участка 23 переводится в площадь круга, диаметр его окружности равен или больше, чем 30 нм, и тем самым является возможным удовлетворительно поддерживать начальный рост слоя полупроводникового кристалла, в результате чего возможно повысить эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE. В тех же терминах диаметр более предпочтительно равен или больше, чем 60 нм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 80 нм.
[0158] Когда плоская поверхность, имеющая нижнюю часть вогнутого участка 23 в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22, или плоская поверхность, имеющая вершинную часть выпуклого участка 24 (именуемая в дальнейшем "плоская поверхность B"), является параллельной поверхности (именуемой в дальнейшем "параллельная поверхность устойчивого роста"), примерно параллельной поверхности устойчивого роста первого полупроводникового слоя, обеспеченного на вогнуто-выпуклой структуре (II) 22, поскольку нарушение режима роста первого полупроводникового слоя вблизи вогнутого участка 23 в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 увеличивается, и тем самым является возможным эффективно уменьшить дислокации внутри первого полупроводникового слоя, внутренний квантовый выход IQE повышается. Поверхность устойчивого роста относится к поверхности, скорость роста для которой является самой низкой в материале, подлежащим выращиванию. В целом, известно, что поверхность устойчивого роста появляется в виде фасетчатой поверхности в середине выращивания. Например, в сложном полупроводнике из нитрида галлия плоская поверхность, параллельная оси A, такая как плоскость M, является поверхностью устойчивого роста. Поверхность устойчивого роста полупроводникового слоя GaN является плоскостью M (1-100), (01-10) и (-1010) гексагонального кристалла, и является одной из плоских поверхностей, параллельных оси A. В зависимости от условий выращивания другая плоская поверхность, включающая в себя ось A, которая является плоской поверхностью, отличной от плоскости M, полупроводниковый слой GaN может быть поверхностью устойчивого роста.
[0159] Минимальные вогнутые участки 233 могут быть расположены нециклически или циклически по той же причине, что и в оптической подложке (I) 1.
[0160] В оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления и оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления, описанному выше, в части или целых поверхностях оптических подложек (I) 1 и (II) 2 обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (I) 12 и (II) 22, описанная выше. Частью или целым, упомянутым здесь, является следующее.
[0161] Оптические подложки (I) 1 и (II) 2 согласно вариантам осуществления, описанным выше, имеют вогнуто-выпуклые структуры, описанные выше, и согласно настоящим вариантам осуществления - в части или целых поверхностях оптических подложек. Другими словами, поверхности оптических подложек могут быть целиком покрыты (заняты) вогнуто-выпуклыми структурами, описанными выше, или вогнуто-выпуклые структуры, описанные выше, могут обеспечиваться в части поверхностей оптических подложек. В последующем описании вогнуто-выпуклая структура, описанная выше, упоминается как вогнуто-выпуклая структура G, и вогнуто-выпуклая структура, которая не соответствует вогнуто-выпуклой структуре, описанной выше, упоминается как вогнуто-выпуклая структура B.
[0162] По меньшей мере, в часть оптических подложек (I) 1 и (II) 2 включается вогнуто-выпуклая структура G. Другими словами, поверхности оптических подложек полностью могут быть покрыты вогнуто-выпуклыми структурами G, или их часть может быть покрыта таковыми. Здесь, область, которая не является покрытой вогнуто-выпуклыми структурами G, упоминается как "область не-G". Здесь, область не-G формируется с вогнуто-выпуклой структурой B и/или плоским участком. Даже когда область не-G обеспечивается в части поверхности оптической подложки, поскольку в области, покрытой вогнуто-выпуклыми структурами G, возможно реализовать уже описанные эффекты, является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE и снизить ток утечки.
[0163] (α) Предпочтительно, когда используется средний интервал Pave, вогнуто-выпуклая структура G, обеспеченная в поверхности оптической подложки, обеспечивается, по меньшей мере, внутри области, имеющей площадь 10 Pave × 10 Pave, и таким образом добиваются эффектов, описанных выше. Другими словами, например, когда наблюдают поверхность оптической подложки с помощью сканирующего электронного микроскопа, внутренняя часть области, имеющей площадь 10 Pave × 10 Pave, предпочтительно сформирована с вогнуто-выпуклыми структурами G. В частности сумма вогнуто-выпуклых структур G, заполняющих внутреннюю часть области, имеющей площадь 10 Pave × 10 Pave, предпочтительно удовлетворяет отношению или размеру вогнуто-выпуклых структур G, которое будет описано ниже. Другими словами, область, имеющая площадь 10 Pave × 10 Pave, формируется с вогнуто-выпуклыми структурами G, и может обеспечиваться множество областей, описанных выше. В частности площадью предпочтительно является 20 Pave × 20 Pave, и более предпочтительно 25 Pave × 25 Pave, поскольку эффект нарушения режима роста слоя полупроводникового кристалла и эффект повышения оптического рассеяния, обусловленный вогнуто-выпуклыми структурами G, делается значительным. Даже в этом случае, сумма вогнуто-выпуклых структур G предпочтительно удовлетворяет отношению или размеру вогнуто-выпуклых структур G, который будет описан ниже. Кроме того, предпочтительно, область, имеющая площадь 50 Pave × 50 Pave или более, или более предпочтительно 75 Pave × 75 Pave или более, формируется с вогнуто-выпуклыми структурами G, и таким образом в области не-G, смежной с областью, покрытой вогнуто-выпуклыми структурами G, повышаются внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE. Настоящий эффект достигается в большей степени, если область увеличивается от 100 Pave × 100 Pave или более до 150 Pave × 150 Pave или более, и до 450 Pave × 450 Pave или более. Даже в этих случаях, сумма вогнуто-выпуклых структур G предпочтительно удовлетворяет отношению или размеру вогнуто-выпуклых структур G, которое будет описано ниже.
[0164] (β) Когда область не-G обеспечивается в области, покрытой вогнуто-выпуклыми структурами G, соотношение площадей не-G к вогнуто-выпуклой структуре G равно или меньше, чем 1/5. Таким образом, является возможным добиться эффекта вогнуто-выпуклой структуры G. В терминах большего достижения того же эффекта отношение более предпочтительно равно или меньше, чем 1/10, более предпочтительно равно или меньше, чем 1/25, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 1/50. Когда отношение равно или меньше, чем 1/100, возможно больше повысить эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE. В частности предпочтительно, когда отношение равно или меньше, чем 1/500, и более предпочтительно равно или меньше, чем 1/1000, равномерность света, излучаемого из ядра полупроводникового светоизлучающего элемента, повышается. В тех же терминах отношение предпочтительно является равным или меньшим, чем 1/10000, предпочтительно равным или меньшим, чем 1/100000 и предпочтительно равным или меньшим, чем 1/1000000. Нижнее предельное значение конкретно не ограничивается; нижнее предельное значение предпочтительно меньше, поскольку если нижнее предельное значение меньше, то есть, является более близким к 0, эффект вогнуто-выпуклой структуры G делается более значительным.
[0165] (γ) Отношение вогнуто-выпуклой структуры G к поверхности оптической подложки является предпочтительно равным или большим, чем 0,002%, поскольку можно добиться уже описанного эффекта вогнуто-выпуклой структуры G, хотя он зависит от конфигурации контура или размера полупроводникового светоизлучающего элемента. В частности, поскольку оптическая подложка включает в себя вогнуто-выпуклую структуру G с (процентным) отношением в 0,02% или более, и более предпочтительно - с отношением 0,2% или более, и таким образом дисперсия дислокаций внутри слоя полупроводникового кристалла повышается, равномерность внутреннего квантового выхода IQE повышается. Кроме того, точки рассеяния оптических волн рассеиваются, и таким образом равномерность эффективности выхода света LEE повышается. Соответственно, повышаются внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE в области не-G, и таким образом это является предпочтительным. Кроме того, оптическая подложка включает в себя вогнуто-выпуклую структуру G с отношением 2,3% или больше, и более предпочтительно - с отношением 10% или больше, и тем самым является возможным в большей степени получать эффект, описанный выше. Поскольку, когда отношение равно или больше, чем 20%, равномерность в плоскости для слоя полупроводникового кристалла, сформированного в пленку на оптической подложке, повышается, повышается выход изделий в получении полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE одновременно повышаются. В терминах большего достижения настоящего эффекта, 30% или более вогнуто-выпуклой структуры G включается предпочтительно, 40% или более включаются более предпочтительно, и 50% или более включаются наиболее предпочтительно. Когда включаются 60% или более вогнуто-выпуклой структуры G, передача эффекта вогнуто-выпуклой структуры G поверх области не-G повышается. Другими словами, слой полупроводникового кристалла, в котором дислокации уменьшаются вогнуто-выпуклыми структурами G, передается на область не-G, и таким образом степень повышения внутреннего квантового выхода IQE поверх области не-G увеличивается. С другой стороны, поскольку увеличивается дисперсия границы раздела между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G, повышается оптическое рассеяние на границе раздела. Следовательно, эффективность вывода света LEE также повышается. В терминах большего достижения эффекта, описанного выше, 70% или более вогнуто-выпуклой структуры G включается предпочтительно, 80% или более включается более предпочтительно и 90% или более включается наиболее предпочтительно. Если включено 100% вогнуто-выпуклой структуры G, то есть, когда поверхность оптической подложки полностью покрывают вогнуто-выпуклые структуры G, поскольку слой полупроводникового кристалла равномерно выращивается внутри плоскости оптической подложке, осуществляется содействие равномерности степени повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE. Другими словами, кривая распределения рабочей характеристики для полупроводникового светоизлучающего элемента становится острой.
-6
2
-6
2
-6
2
-6
2
-6
2
-6
2
-6
2
-6
2
-3
2
-3
2
-3
2
[0166] (δ) Будет описываться случай, где оптическая подложка используется в качестве подложки LED. Здесь, вогнуто-выпуклая структура G, включенная в поверхность оптической подложки, предпочтительно равна или больше, чем 0,0025×10м. Этот диапазон удовлетворяется, и таким образом выход светового излучения, когда его рассматривают относительно микросхемы LED, увеличивается. Хотя он зависит от размера и наружной конфигурации микросхемы LED, его можно определить исходя из вероятности, что излучаемый свет, направляемый внутри микросхемы LED, сталкивается с вогнуто-выпуклыми структурами G. Когда этот диапазон удовлетворяется, начальный рост слоя полупроводникового кристалла, сформированного в пленку на вогнуто-выпуклой структуре G, делается удовлетворительным. Другими словами, поскольку зародышеобразование и скорость роста слоя полупроводникового кристалла могут быть снижены вогнуто-выпуклыми структурами G, дислокации уменьшаются, и внутренний квантовый выход IQE повышается. В терминах большего достижения эффекта, описанного выше, вогнуто-выпуклая структура G, включенная в поверхность оптической подложки, предпочтительно равна или больше, чем 0,01×10 м, более предпочтительно равна или больше, чем 0,04×10 м и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,09×10 м. Кроме того, поскольку, когда вогнуто-выпуклая структура G равна или больше, чем 0,9×10 м, равномерность в плоскости слоя полупроводникового кристалла, сформированного в пленку на оптической подложке, повышается, выход годных в получении полупроводникового светоизлучающего элемента, в котором повышаются внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE одновременно, повышается. В терминах большего достижения эффекта, описанного выше, вогнуто-выпуклая структура G более предпочтительно равна или больше, чем 9×10 м и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 90×10 м. Когда вогнуто-выпуклая структура G равна или больше, чем 900×10 м и более предпочтительно равна или больше, чем 1,8×10 м, повышается передача эффекта вогнуто-выпуклой структуры G поверх области не-G. Другими словами, слой полупроводникового кристалла, в котором дислокации уменьшаются вогнуто-выпуклыми структурами G, передается в область не-G, и таким образом степень повышения внутреннего квантового выхода IQE поверх области не-G увеличивается. С другой стороны, поскольку дисперсия границы раздела между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G увеличивается, оптическое рассеяние на границе раздела повышается. Следовательно, эффективность вывода света LEE также повышается. В частности, когда вогнуто-выпуклая структура G равна или больше, чем 3,6×10 м, и более предпочтительно равна или больше, чем 7,5×10 м, даже если используется участок наружного края подложки LED, возможно получать удовлетворительный LED. Одна или несколько вогнуто-выпуклых структур G, которые удовлетворяют размеру вогнуто-выпуклой структуры G, описанной выше, обеспечиваются на поверхности оптической подложки, и является возможным получать подложку LED, с помощью которой возможно изготавливать высокоэффективный LED. Может обеспечиваться множество вогнуто-выпуклых структур G, которые удовлетворяют размеру вогнуто-выпуклой структуры G, описанной выше. В этом случае, по меньшей мере, одна вогнуто-выпуклая структура G удовлетворяет размеру, описанному выше. В частности 50% или более структур из вогнуто-выпуклых структур G предпочтительно удовлетворяют диапазону для размера, описанного выше, и 100% вогнуто-выпуклых структур G наиболее предпочтительно удовлетворяют диапазону значений размера, описанного выше.
[0167] Соотношение по расположению между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G конкретно не ограничивается при условии, что оно удовлетворяет описанному выше. Например, имеется соотношение ниже. Когда рассматривается вогнуто-выпуклая структура G и область не-G, в качестве соотношения расположения между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G, может быть схема размещения, которая будет описана ниже. Вогнуто-выпуклая структура G относится к агрегации вогнуто-выпуклых структур G, которые удовлетворяют одному или нескольким пунктам из α, β, γ и δ, то есть, области вогнуто-выпуклой структуры G. Когда как показано на Фиг. 19, области 502 не-G обеспечиваются в рамках области 501 вогнуто-выпуклой структуры G, пока области 502 не-G удовлетворяют отношению, описанному в β, обсужденному выше, их форма, регулярность и нерегулярность не ограничиваются. Фиг. 19 является иллюстративной схемой, показывающей соотношения между вогнуто-выпуклой структурой G и областью не-G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления. На Фиг. 19A и 19B, в области 501 вогнуто-выпуклой структуры G размещены несколько областей 502 не-G, контуры которых являются неопределенными. На Фиг. 19C, в области 501 вогнуто-выпуклой структуры G обеспечивается область 502 не-G в форме решетки. На Фиг. 19D в области 501 вогнуто-выпуклой структуры G сформированы несколько по существу круговых областей 502 не-G.
[0168] Конфигурация контура области 501 вогнуто-выпуклой структуры G конкретно не ограничивается. Другими словами, конфигурация границы раздела между областью 501 вогнуто-выпуклой структуры G и областями 502 не-G не ограничивается. Следовательно, например, примеры конфигурации границы раздела между областью 501 вогнуто-выпуклой структуры G и областями 502 не-G включают в себя n-угольник (n≥3), не-n-угольник (n≥3), форму решетки и форму линии. N-угольник может быть регулярным n-угольником или нерегулярным n-угольником.
[0169] Фиг. 20 является схематичным представлением, показывающим конфигурации контуров, сформированных в области вогнуто-выпуклой структуры G на оптической подложке согласно настоящему варианту осуществления. Например, примеры четырехугольника включают в себя регулярный четырехугольник (квадрат), прямоугольник, параллелограмм, трапецоид и форму, в которой одна или несколько пар сторон, противолежащих друг другу, в четырехугольнике не являются параллельными. Кроме того, когда в n-угольнике (n≥3), n имеет значение 4 или больше, включаются конфигурации, как показано на Фиг. 20A-20D. Фиг. 20A представляет четырехугольник, Фиг. 20B представляет шестиугольник, Фиг. 20C представляет восьмиугольник и Фиг. 20D представляет двенадцатиугольник. Примеры не-n-угольника включают в себя структуры, которые включают угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0, такие как круг и овал, конфигурацию, в которой углы n-угольника описанного выше, скруглены (конфигурация, в которой углы n-угольника, описанного выше, превышают 0) или n-угольник, описанный выше, который включает закругленный угол (участок, радиус кривизны которого превышает 0). Следовательно, например, включаются конфигурации, иллюстрируемые на Фиг. 20E-20H. В качестве конфигурации контуров области не-G, могут быть приняты конфигурации контуров агрегации вогнуто-выпуклых структур G, описанных выше.
[0170] Сначала, имеется состояние, где область 501 вогнуто-выпуклой структуры G окружена или чередуется с областями 502 не-G. Фиг. 21 представляет схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают с передней поверхности. Фигуры Фиг. 21A-21F показывают состояния, где область 501 вогнуто-выпуклой структуры G окружена областью 502 не-G. Как показано на Фиг. 21A, область 501 вогнуто-выпуклой структуры G может обеспечиваться на поверхности оптической подложки 500, и наружная сторона таковой может быть сформирована областью 502 не-G. Область 501 вогнуто-выпуклой структуры G предпочтительно удовлетворяет отношению, описанному выше. Область 501 вогнуто-выпуклой структуры G также удовлетворяет размеру, который уже был описан. Как показано на Фиг. 21B или 21C, на поверхности оптической подложки несколько областей 501 вогнуто-выпуклых структур G могут быть размещены отстоящими друг от друга, и область между областями 501 вогнуто-выпуклых структур G и вне областей 501 вогнуто-выпуклых структур G может быть заполненная областью 502 не-G. В этом случае, общая площадь вогнуто-выпуклой структуры G предпочтительно удовлетворяет нормативной величине, описанной выше. По меньшей мере, одна вогнуто-выпуклая структура G предпочтительно удовлетворяет уже описанному размеру, и все вогнуто-выпуклые структуры G более предпочтительно удовлетворяют уже описанному размеру. Когда обеспечивается несколько вогнуто-выпуклых структур G, как показано на Фиг. 21C, области 501 вогнуто-выпуклых структур G могут быть расположены регулярно, или как показано на Фиг. 21D, области 501 вогнуто-выпуклых структур G могут быть расположены нерегулярно. Примеры регулярного расположения включают квадратное расположение, гексагональное расположение, расположение, в котором эти расположения продолжаются в направлении одной оси, или расположение, в котором эти схемы размещения продолжаются в направлениях двух осей. Кроме того, хотя конфигурация контура области 501 вогнуто-выпуклой структуры G является круговой на Фиг. 21A-21D, как показано на Фиг. 2IE, может быть принята неопределенная форма. Например, примеры конфигурации контура области 501 вогнуто-выпуклой структуры G могут включать в себя n-угольник (n≥3), n-угольник (n≥3), углы которого скруглены, круг, овал, конфигурацию линии, звезды и решетки. Как показано на Фиг. 2IF, может быть принято расположение, в котором область 501 вогнуто-выпуклой структуры G окружена областями 502 не-G, ее периферия окружена областью 501 вогнуто-выпуклой структуры G, и кроме того ее периферия окружена областями 502 не-G. Хотя на Фиг. 21A-2ID, области 501 вогнуто-выпуклых структур G являются круговыми, в качестве конфигурации контура области 501 вогнуто-выпуклой структуры G могут быть приняты конфигурации, которые были описаны со ссылкой на Фиг. 20.
[0171] Фиг. 22 представляет схематичный вид сверху, показывающий состояние, где оптическую подложку согласно настоящему варианту осуществления наблюдают с передней поверхности. Фиг. 22 показывает случай, где область 501 вогнуто-выпуклой структуры G чередуется с областями 502 не-G. Как показано на Фиг. 22A и 22B, область 501 вогнуто-выпуклой структуры G может обеспечиваться на поверхности оптической подложки 500, и наружная сторона таковой может быть сформирована с областью 502 не-G. Вогнуто-выпуклая структура G предпочтительно удовлетворяет нормативной величине, описанной выше. Вогнуто-выпуклая структура G также предпочтительно удовлетворяет уже описанному размеру. Как показано на Фиг. 22C, на поверхности оптической подложки 500 несколько областей 501 вогнуто-выпуклых структур G могут быть размещены отстоящими друг от друга, и область между областями 501 вогнуто-выпуклых структур G и вне областей 501 вогнуто-выпуклых структур G может заполняться областью 502 не-G. В этом случае, общая площадь вогнуто-выпуклой структуры G предпочтительно удовлетворяет нормативной величине, описанной выше. По меньшей мере, одна вогнуто-выпуклая структура G предпочтительно удовлетворяет уже описанному размеру, и все вогнуто-выпуклые структуры G более предпочтительно удовлетворяют уже описанному размеру. Как показано на Фиг. 22D, области 501 вогнуто-выпуклых структур G могут быть размещены непрерывно с тем, чтобы содержать области 502 не-G. В этом случае, площадь вогнуто-выпуклых структур G предпочтительно удовлетворяет нормативной величине, описанной выше. Вогнуто-выпуклая структура G также предпочтительно удовлетворяет уже описанному размеру. Конфигурация границы раздела между областью 501 вогнуто-выпуклой структуры G и областью 502 не-G может быть прямой или быть искривленной, как показано на Фиг. 22E. Примеры конфигурации области 501 вогнуто-выпуклой структуры G включают в себя прямую конфигурацию, конфигурацию решетки и конфигурацию петли. Как показано на Фиг. 22F, область 501 вогнуто-выпуклой структуры G может чередоваться с областями 502 не-G, ее внешнее окружение может быть чередоваться с областями 501 вогнуто-выпуклых структур G и кроме того, ее внешнее окружение может быть чередоваться с областями 502 не-G. Хотя на Фиг. 22, контуры, сформированные областями 501 вогнуто-выпуклых структур G, вычерчены прямыми линиями или схематичными линиями, могут быть приняты конфигурации, описанные со ссылкой на Фиг. 20.
[0172] Даже когда обеспечивается несколько описанных выше областей 501 вогнуто-выпуклых структур G, конфигурация границы раздела между каждой из областей 501 вогнуто-выпуклых структур G и областью 502 не-G может быть одной или отличающейся для каждой из областей 501 вогнуто-выпуклых структур G.
[0173] В соотношении расположении между областью 501 вогнуто-выпуклой структуры G и областью 502 не-G, описанной выше, случай, где область 501 вогнуто-выпуклой структуры G окружена областями 502 не-G, и случай, где область 501 вогнуто-выпуклой структуры G чередуется с областями 502 не-G, может быть смешанной.
[0174] Когда как показано на Фиг. 21F и 22F, первые области 502 не-G обеспечиваются вне области 501 (G1) вогнуто-выпуклой структуры G, кроме того вторые области 501 (G2) вогнуто-выпуклых структур G обеспечиваются снаружи и кроме того, области 502 не-G обеспечиваются снаружи, вторые области 501 вогнуто-выпуклых структур G (G2) могут быть разрывными.
[0175] Область не-G может быть сформирована с вогнуто-выпуклой структурой B, плоским участком или вогнуто-выпуклой структурой B и плоским участком.
[0176] Вогнуто-выпуклая структура G может быть вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 согласно первому варианту осуществления или вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 согласно второму варианту осуществления. Вогнуто-выпуклая структура B может быть вогнуто-выпуклой структурой (III), описанной ниже, и соответствующей третьему варианту осуществления и/или вогнуто-выпуклой структуре (IV) согласно первому варианту осуществления.
[0177] Хотя в описании выше, все конфигурации контуров оптической подложки 500 вычерчены прямоугольными, конфигурация оптической подложке 500 не ограничивается этими конфигурациями, и могут быть приняты круг, конфигурация, которая включает дугу с кривизной окружности и прямую линию, n-угольник (n≥3), не-n-угольник(n≥3), конфигурация решетки и линии. N-угольник может быть регулярным n-угольником или нерегулярным n-угольником. Например, примеры четырехугольника включают регулярный четырехугольник (квадрат), прямоугольник, параллелограмм, трапецоид и конфигурации, в которой одна или несколько пар сторон, противолежащих друг другу в четырехугольнике, не являются параллельными. Кроме того, когда в n-угольнике (n≥3), n имеет значение 4 или больше, включаются конфигурации, как показано на Фиг. 20A-20D. Фиг. 20A показывает четырехугольник, Фиг. 20B показывает шестиугольник, Фиг. 20C показывает восьмиугольник, и Фиг. 20D показывает двенадцатиугольник. Не-n-угольник является структурой, не имеющей углов, такой как круг, овал, конфигурация, в которой углы описанного выше n-угольника скруглены (конфигурация, в которой радиус кривизны углов описанного выше n-угольника превышает 0) или описанный выше n-угольник (n≥3), который включает закругленный угол (угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0). Следовательно, например, включаются конфигурации, проиллюстрированные на Фиг. 20F-20H. Среди них может предпочтительно приниматься конфигурация, симметричная относительно линии.
[0178] Материалы и способы обработки основной части подложки 11 и вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 в оптической подложке (I) 1, показанной на Фиг. 7A, и согласно первому варианту осуществления и использующих их полупроводниковый элемент будут описываться ниже. В частности конфигурация, отличная от описанной ниже, является такой же, как в оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления.
[0179] Сначала, в оптической подложке (I) 1, основная часть подложки 11 и вогнуто-выпуклая структура (I) 12 могут быть сформированы из одинакового материала или могут быть индивидуально сформированы из различного материала. Основная часть подложки 11 может обрабатываться непосредственно, чтобы обеспечить вогнуто-выпуклую структуру (I) 12, или слой вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 может добавляться отдельно на основной части подложки 11. Когда слой вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 обеспечивается отдельно на основной части подложки 11, возможно принять способ формирования предопределенного слоя в пленку на основной части подложки 11 и непосредственной обработки слоя, сформированного в пленку, способ отдельного выращивания слоя с тем, чтобы сформировать вогнуто-выпуклую структуру (I) 12 на основной части подложки 11, или способ обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 путем переноса с тем, чтобы формировать вогнуто-выпуклую структуру (I) 12 на основной части подложки 11.
[0180] Примеры способа обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 путем обработки включают в себя способ электронно-лучевой литографии (способ EB), способ фотолитографии, использующий термочувствительный резист, способ термической литографии, использующий термочувствительный резист, способ интерференционного экспонирования, способ нанопечатной литографии, способ выполнения обработки через маску, создаваемую самоорганизацией, способ обработки наночастиц в качестве маски, способ нанопечатной литографии, который использует форму-оригинал (штамп), имеющую на своей поверхности вогнуто-выпуклую структуру, содержащую слой маски внутри вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры и которая не требует обработки остаточной пленки.
[0181] Примеры способа отдельного обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 на основной части подложки 11, как показано на Фиг. 7B, включают в себя способ нанопечати, способ разделения макро-слоя, способ разделения микро-слоя, способ осаждения дополнительного слоя и способ наложения (такой как способ покрытия центрифугированием или способ покрытия погружением) сверхмалых частиц или смеси сверхмалых частиц и органического вещества. Может использоваться следующий способ: с помощью способа вакуумного формирования пленки (такого как способ напыления, способ осаждения распылением или способа MOCVD) или жидкостный способ (такого как способ литьем или способ покрытия центрифугированием) металл, оксид металла, AIN, нанесенный центрифугированием углерод, нанесенное центрифугированием стекло, SiC или подобное формируются в пленку, и к слою, сформированного в пленку, применяются способ электронно-лучевой литографии (способ EB), способ фотолитографии, использующий термочувствительный резист, способ термической литографии, использующий термочувствительный резист, способ нанопечатной литографии, способ нанопечатной литографии, который использует форму-оригинал, имеющую на своей поверхности вогнуто-выпуклую структуру, содержащую слой маски внутри вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры и которая не требует обработки остаточной пленки, или подобное. Следующий способ может использоваться: вогнуто-выпуклая структура, выполненная из смолы или подобного, предварительно формируется на основной части подложки 11 для обработки остаточной пленки, после этого с помощью способа вакуумного формирования пленки (такого как способ напыления, способ осаждения распылением или способ MOCVD) или жидкостного способа (такого как способ литьем или способ покрытия методом центрифугирования) металл, оксид металла, AIN, нанесенный центрифугированием углерод, нанесенное центрифугированием стекло, SiC и подобное вносится в вогнутую часть, и затем слой смолы отслаивается.
[0182] В оптических подложках (I) 1 и (II) 2 согласно настоящему варианту осуществления, материал основной части подложки конкретно не ограничивается при условии, что может использоваться в качестве основания полупроводникового светоизлучающего элемента. Примеры основного материала, который может использоваться, включают в себя: сапфир, SiC, SiN, GaN, W-Cu (вольфрам-медь), кремний, оксид цинка, оксид магния, оксид марганца, оксид циркония, железо с оксидном магния и цинком, алюминий с оксидом магния, диборид циркония, оксид галлия, оксид индия, литий-галлиевый оксид, литий-алюминиевый оксид, неодим-галлиевый оксид, оксид лантан-алюминий-стронций-тантал, стронций-титановый оксид, оксид титана, гафний, вольфрам, молибден, GaP и GaAs. Среди них, в терминах согласования параметров решетки со слоем полупроводника предпочтительно наносится основной материал, такой как сапфир, GaN, GaP, GaAs или SiC. Кроме того, он может использоваться отдельно, или может использоваться подложка гетерогенной структуры, в которой другой основной материал обеспечивается на основных частях 11 и 21 подложки, использующих их. В качестве кристаллографической плоскости основной части подложки 11 при необходимости может выбираться плоскость, пригодная для полупроводникового светоизлучающего элемента. Например, в сапфировой подложке, может быть принята кристаллографическая плоскость, такая как c-плоскость, m-плоскость и a-плоскость и плоскости, в которых эти плоскости имеют угол наклона.
[0183] В полупроводниковом светоизлучающем элементе, использующем оптические подложки (I) 1 и (II) 2 согласно настоящему варианту осуществления, конкретно не ограничивается материал слоя полупроводника p-типа, при условии, что может использоваться в качестве слоя полупроводника p-типа, пригодного для LED. Например, возможно применять материалы, полученные, легированием одноэлементных полупроводников, таких как кремний и германий, и сложных полупроводников, таких как группа III-V, группа II-VI и группа VI-VI, различными элементами по необходимости.
2
3
2
[0184] В полупроводниковом светоизлучающем элементе, использующем оптические подложки (I) 1 и (II) 2 согласно настоящему варианту осуществления, конкретно не ограничивается материал прозрачной проводящей пленки при условии, что может использоваться в качестве прозрачной проводящей пленки, пригодной для LED. Например, возможно применять металлические тонкие пленки, такие как электрод Ni/Au, проводящие оксидные пленки, такие как ITO, ZnO, InO, SnO, IZO и IGZO. В частности исходя из прозрачности и проводимости предпочтительно используется ITO.
[0185] Материалы вогнуто-выпуклых структур (I) 12 и (II) 22, когда слои вогнуто-выпуклых структур (I) 12 и (II) 22 формируются отдельно в оптических подложках (I) 1 и (II) 22, конкретно не ограничиваются, если они могут использоваться в качестве полупроводникового светоизлучающего элемента. Примеры материалов, которые могут использоваться, включают в себя неорганические частицы (металлические частицы, металлооксидные частицы), неорганический наполнитель, алкоксид металла, алкоксид металла, такой как кремнийорганический аппрет, AlN, SiC, нанесенное центрифугированием стекло (кремний), нанесенный центрифугированием углерод, GaN, нитридный полупроводник, AlN, GaAsP, GaP, AlGaAs, InGaN, GaN, AlGaN, ZnSe и AlHaInP.
[0186] Среди них состояние, где материалы более предпочтительны в качестве полупроводникового светоизлучающего элемента, является случаем, где материалы основных частей подложек 11 и 21 и вогнуто-выпуклых структур (I) 12 и (II) 22 являются одинаковыми, и основные части подложек 11 и 21 являются сапфиром, SiC или нитридным полупроводником, или случаем, где основные части подложек 11 и 21 являются сапфиром, SiC или нитридным полупроводником, и вогнуто-выпуклые структуры (I) 12 и (II) 22 являются нитридным полупроводником.
[0187] Затем будет описан полупроводниковый светоизлучающий элемент, использующий оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления.
[0188] Полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно настоящему варианту осуществления включает в себя, по меньшей мере, одну или несколько оптических подложек (I) 1 и (II) 2, описанных выше, и согласно настоящему варианту осуществления. Оптическая подложка согласно настоящему варианту осуществления включается в конфигурацию, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE, эффективность инжекции электронов EIE и эффективность вывода света LEE. Кроме того, возможно снизить ток утечки.
[0189] Полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно настоящему варианту осуществления включает в себя осажденный слой полупроводника, который формируется осаждением, например, на основной поверхности подложки, по меньшей мере, двух или большего количества полупроводниковых слоев и светоизлучающих слоев. Осажденный полупроводниковый слой включает в себя слой вогнуто-выпуклый структуры, содержащий точечные участки (островки), сформированные с множеством выпуклых участков или вогнутых участков, продолжающихся от наиболее удаленной поверхности относительно основной поверхности полупроводникового слоя в направлении вовне поверхности, и слой вогнуто-выпуклый структуры соответствует вогнуто-выпуклой структуре для оптической подложки (I) 1 и (II) 2 согласно варианту осуществления, описанному выше. Осажденный полупроводниковый слой был описан со ссылкой на Фиг. 1-3.
[0190] В полупроводниковом светоизлучающем элементе согласно настоящему варианту осуществления слой полупроводника n-типа конкретно не ограничивается при условии, что может использоваться в качестве слоя полупроводника n-типа, пригодного для LED. Например, возможно применять материалы, полученные легированием одноэлементных полупроводников, таких как кремний и германий, и сложных полупроводников, таких как группа III-V, группа II-VI и группа VI-VI, различными элементами по мере необходимости. На слое полупроводника n-типа и слое полупроводника p-типа могут обеспечиваться по необходимости непроиллюстрированные плакированный слой n-типа и плакированный слой p-типа.
[0191] Светоизлучающий полупроводниковый слой конкретно не ограничивается при условии наличия у него характеристик излучения света, как у LED. Например, в качестве светоизлучающего полупроводникового слоя может применяться слой полупроводника, такой как AsP, GaP, AlGaAs, InGaN, GaN, AlGaN, ZnSe, AlHaInP или ZnO. Светоизлучающий полупроводниковый слой может легироваться различными элементами по необходимости согласно характеристикам.
x
1-x
[0192] Когда слой полупроводника n-типа, и слой полупроводника p-типа последовательно обеспечиваются на поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки, буферный слой низкотемпературного выращивания (например, AlGaN, 0≤x≤1) может обеспечиваться на поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки. На буферном слое низкотемпературного выращивания может обеспечиваться нелегированный полупроводниковый слой (например, беспримесный GaN). Другими словами, слой полупроводника n-типа, описанный выше, полагают включающим в себя буферный слой низкотемпературного выращивания и нелегированный полупроводниковый слой.
[0193] Эти осажденные полупроводниковые слои (слой полупроводника n-типа, и слой полупроводника p-типа) могут формироваться в пленку на поверхности оптической подложки известной технологией. Например, в качестве способа формирования пленки, могут применяться способ химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD), способ эпитаксии из гидридно-паровой фазы (HVPE) и способ молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE).
[0194] В полупроводниковом светоизлучающем элементе согласно настоящему изобретению структура, описанная относительно Фиг. 1-3, является базовой структурой, и кроме того, вогнуто-выпуклая структура может добавляться отдельно на границе раздела для снижения полного отражения. Отдельно обеспечиваемая вогнуто-выпуклая структура не ограничивается при условии, что она не оказывает негативное влияние на внутренний квантовый выход IQE, эффективность вывода света LEE и эффективность инжекции электронов EIE полупроводникового светоизлучающего элемента. Например, в терминах повышения рассеяния и дополнительного повышения эффективности выхода света LEE средний интервал отдельно обеспечиваемой вогнуто-выпуклой структуры предпочтительно в 50 раз или более больше длины волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. В этом случае является возможным использовать рассеяние света в качестве оптического явления. Когда требуется одновременно реализовать эмиссию света в конкретном направлении и повышение эффективности выхода света LEE, средний интервал отдельно обеспечиваемой вогнуто-выпуклой структуры предпочтительно в 0,8 раза или более, но в 50 раз или менее больше длины волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. В этом случае, является возможным использовать дифракцию света в качестве оптического явления. В терминах повышения эффективности выхода света и снижения времени для создания обеспечиваемой отдельно вогнуто-выпуклой структуры, средний интервал отдельно обеспечиваемой вогнуто-выпуклой структуры предпочтительно в 0,8 раза или менее больше длины волны света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. В этом случае, чтобы больше повысить эффективность вывода света, предпочтительно удовлетворять требованиям вогнуто-выпуклой структуры согласно настоящему изобретению.
[0195] Затем будет описываться способ изготовления оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления. Способ изготовления, который будет описан ниже, является примером, и способ изготовления оптической подложки (I) 1 не ограничивается этим способом.
[0196] Фиг. 23 является схематичным представлением, показывающим пример способа изготовления оптической подложки (I) 1. Сначала изготавливают цилиндрическую форму-оригинал 31, в которой термореактивный резист (слой резиста) равномерно формируется в пленку на ее поверхности. Затем, в состоянии, когда цилиндрическая форма-оригинал 31 вращается, тогда как импульсный лазер применяется из участка 32 применения (излучения) лазера к поверхности цилиндрической формы-оригинала 31, выполняется сканирование в направлении оси цилиндра цилиндрической формы-оригинала 31. Согласно частоте вращения цилиндрической формы-оригинала 31 и частоте импульсов импульсного лазера рисунок 33 записывается с произвольными интервалами в слое резиста на наружной периферической поверхности цилиндрической формы-оригинала 31 в направлении вращения. Здесь, путем установки, в одном периоде операции применения x импульсов и после этого не применения y импульсов, установки в одном периоде, операции применения x импульсов мощностью q и применения y импульсов мощностью r или выполнения операции над лазерным излучением, подаваемым с некоторой частотой таким образом, что импульсы не создаются случайным образом, или энергия импульса изменяется, является возможным произвольно задавать расстояние Tcv-ave или tcv-ave, или расстояние Tcc-ave или tcc-ave и высоту hn выпуклой части или глубину dn вогнутого участка в оптических подложках (I) 1 и (II) 2 и вероятность Z существования минимального выпуклого участка 133 или минимальных вогнутых участков 233, показанных на фигурах Фиг. 9 и 10. Поскольку импульсный лазер сканируется в направлении оси цилиндра цилиндрической формы-оригинала 31, когда цилиндрическая форма-оригинал 31 входит в поворот в 360 градусов от произвольной позиции, участок 32 применения лазера смещается в направлении оси цилиндра.
[0197] Способ переноса рисунка 33, полученного как описано выше, на основную часть подложки 11 конкретно не ограничивается, и например, может использоваться способ нанопечатной литографии. Если используется этот способ нанопечатной литографии, то используется (печатная) форма с наличием на своей поверхности вогнуто-выпуклой структуры, содержащей слой маски внутри вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры, и тем самым является возможным исключать удаление остаточной пленки.
[0198] Когда используется способ нанопечатной литографии, рисунок 33 (вогнуто-выпуклая структура) переносится на пленку с цилиндрической формы-оригинала 31, имеющей рисунок 33, полученный как описано выше, и таким образом создается смоляная форма. Затем, полученная смоляная форма используется в качестве фотошаблона, основная часть подложки 11 обрабатывается способом нанопечатной литографии, и таким образом возможно изготавливать оптическую подложку (I) 1. С помощью этого способа является возможным повысить эффективность использования формы для снижения неравномерности основной части подложки 11.
[0199] Способ переноса рисунка 33 с цилиндрической формы-оригинала 31 на смоляную форму конкретно не ограничивается, и например, может применяться способ непосредственной нанопечати (получения оттиска). Примеры способа непосредственной нанопечати включают в себя способ термической нанопечати и способ фотонанопечати.
[0200] В способе термической нанопечати внутренняя часть цилиндрической формы-оригинала 31 заполняется термореактивной смолой, при этом нагретой с заданной температурой, цилиндрическая форма-оригинал 31 охлаждается, затем отвержденная термореактивная смола освобождается из формы, и таким образом является возможным получать смоляную форму в виде пленки или рулона. В способе фотонанопечати излучение с заранее заданной длиной волны подается на фотосшиваемую смолу, которой заполнена внутренняя часть цилиндрической формы-оригинала 31, фотосшиваемая смола отверждается, затем отвержденная фотосшиваемая смола освобождается из цилиндрической формы-оригинала 31, и тем самым является возможным получать смоляную форму в виде пленки или рулона.
[0201] Предпочтительно используется способ смоляной формы, поскольку повторный перенос легко выполняется. "Повторный перенос" здесь означает одно любое из (1) и (2), либо оба таковых: (1) изготавливать множество единиц переноса вогнуто-выпуклого рельефа путем обратного переноса со смоляной формы (+) имеющей конфигурацию выпукло-вогнутого рисунка (рельефа) или (2) получать, особенно когда отверждаемая смоляная композиция используется в качестве агента переноса, элемент переноса (-), получаемый обращением из смоляной формы (+), затем использовать элемент переноса (-) в качестве смоляной формы (-), чтобы получать элемент переноса (+), получаемый обращенным переносом, и выполнять повторяющийся перенос обращения рисунка A/B/A/B/…/ (A обозначает конфигурацию выпукло-вогнутого рисунка, и B обозначает конфигурацию выпукло-вогнутого рисунка).
[0202] Кроме того, в качестве примера имеется способ формовки гальванически, например, Ni на смоляной форме, полученной как описано выше, чтобы создать получаемую гальваноформовкой плоского вида форму, и использовать полученную гальваноформовкой плоскую форму, чтобы формовать рельеф способом нанопечатной литографии. Случай, где формируется получаемая гальваноформовкой форма, является предпочтительным в том, что срок службы цилиндрической формы-оригинала 31, которая является исходной формой, увеличивается. Кроме того, также является возможным изготавливать смоляную форму путем обработки полученной гальваноформованной формы в цилиндрической конфигурации и выполнения на цилиндрической гальваноформованной форме операции получения смоляной формы, описанной выше.
[0203] В качестве примера способа использования смоляной формы, полученной как описано выше, для обработки основной части подложки 11 способом нанопечатной литографии имеется следующий способ.
[0204] Слой резиста сначала формируется на основной части подложки 11. Затем, сторона вогнуто-выпуклой структурной поверхности смоляной формы вдавливается (штампуется) на слой резиста. Альтернативно, слой резиста формируется в пленку на стороне вогнуто-выпуклой структурной поверхности смоляной формы, и слой резиста, сформированный в пленку, наносится слоем и вдавливается на основной части подложки 11. В отпрессованном состоянии лучи энергии, такие как ультрафиолетового (УФ, UV) излучения, подаются на слой резиста, и таким образом слой резиста отверждается. Затем, смоляная форма освобождается от основной части подложки 11, и таким образом получают многослойное изделие из слоя резиста/основной части подложки 11, на которое перенесена вогнуто-выпуклая структура. Затем, остаточная пленка слоя резиста в многослойном изделии удаляется со стороны поверхности слоя резиста. Например, возможно удалять остаточную пленку способом травления, использующим газообразный кислород. В качестве травления, использующего газообразный кислород, существует травление с использованием кислородной плазмы, и может выполняться кислородным травлением или способом ICP-RIE (индуктивно связанной плазмы - реактивного ионного травления, Inductively coupled plasma reactive ion etching). После этого, рисунок в резисте, сформированный на основной части подложки 11, используется в качестве маски, и основная часть подложки 11 обрабатывается способом травления.
3
2
3
2
[0205] Способ травления конкретно не ограничивается при условии, что слой резиста используется в качестве маски, и таким образом вогнутые и выпуклые участки формируются в основной части подложки 11, и возможно применять жидкостное травление, сухое травление и т.п. В частности, поскольку вогнутые и выпуклые участки могут формоваться глубоко в основной части подложки 11, способ сухого травления является предпочтительным. Среди способов сухого травления анизотропное сухое травление является предпочтительным, и предпочтительно ICP-RIE или ECM-RIE. Химически активный газ, используемый в сухом травлении, конкретно не ограничивается при условии, что он вступает в реакцию с основной частью подложки, и например, предпочтительны BCl, Cl, CHFили смесь этих газов, и Ar, O или подобный могут смешиваться по необходимости. С другой стороны, жидкостное травление применяется, и тем самым является возможным уменьшать повреждение основной части подложки 11. Способ выполнения жидкостного травления будет описываться далее.
[0206] В качестве другого способа использования смоляной формы для обработки основной части подложки 11 способом нанопечатной литографии следующий способ представлен в качестве примера.
[0207] Слой (1) резиста является первым формируемым на основной части подложки 11. Затем, слой (2) резиста формируется на слое (1) резиста. Затем, сторона поверхности вогнуто-выпуклой структуры из смоляной формы вдавливается на слой (2) резиста. Затем, когда, по меньшей мере, один любой из слоя (1) резиста и слоя (2) резиста является фотополимеризуемым резистом, в отпрессованном состоянии, лучи энергии, например, ультрафиолетовое излучение, применяются к слою (1) резиста и слою (2) резиста. Затем, смоляная форма освобождается из основной части подложки 11, и таким образом получают многослойное изделие из слоя (2) резиста/слоя (1) резиста/основной части подложки 11, на которую перенесена вогнуто-выпуклая структура. Когда слоем (2) резиста является наносимый центрифугированием на стекло (SOG), водородный силсесквиоксан (hydrogen silsesquioxane, HSQ), силсесквиоксан, имеющий органическую группу (O-HSQ), и золь-гелевый материал, такой как алкоксид металла, прессование выполняется примерно при комнатной температуре, и после этого форма может освобождаться. Остаточная пленка слоя (2) резиста удаляется со стороны поверхности слоя (2) резиста. Например, возможно удалять остаточную пленку способом травления, использующим газообразный кислород. В качестве травления с использованием газообразного кислорода, имеется травление с использование кислородной плазмы, и может выполняться кислородным травлением или способом ICP-RIE (индуктивно связанной плазмы - реактивного ионного травления). После этого, рельеф в резисте, сформированный на слое (1) резиста, используется в качестве маски, и слой (1) резиста обрабатывается способом травления. Например, возможно протравить слой (1) резиста способом травления с использованием газообразного кислорода. В качестве травления с использованием газообразного кислорода, имеется травление с использованием кислородной плазмы, и может выполняться кислородным травлением или способом ICP-RIE. Структура, сформированная с обработанными слоем (1) резиста и слоем (2) резиста, рассматривается в качестве маски, применяется способ травления, и таким образом основная часть подложки 11 может быть обработана.
[0208] При условии, что структура, сформированная со слоем (1) резиста и слоем (2) резиста, используется в качестве маски, и таким образом вогнутые и выпуклые участки могут быть сформированы в основной части подложки 11, в качестве способа травления может использоваться такой же способ, как и способ травления, описанный выше.
[0209] В качестве способа нанопечатной литографии, при следующих условиях может использоваться форма, имеющая на своей поверхности вогнуто-выпуклую структуру, содержащую слой маски внутри вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры, и тем самым является возможным не выполнять обработку остаточной пленки.
[0210] Смоляная форма, описанная в способе нанопечатной литографии, изготавливается по способу, описанному выше. Затем, материал слоя разбавленной маски (слой (2) резиста) наносится на поверхность вогнуто-выпуклой структуры смоляной формы, и растворитель удаляется. Посредством этой операции возможно помещать слой маски (слой (2) резиста) внутри вогнутого участка смоляной формы. Форма, содержащая слой маски (слой (2) резиста) внутри вогнутого участка смоляной формы, наносится слоем и вдавливается в основную часть подложки 11, на которой слой (1) резиста сформирован в пленку. Альтернативно, на поверхности вогнуто-выпуклой структуры в форме-оригинале, содержащей слой маски (слой (2) резиста) внутри вогнутого участка смоляной формы, слой (1) разбавленной маски формируется в пленку, и растворитель удаляется. Затем, слой (1) резиста наносится слоем в основную часть подложки 11. Затем, энергетическое излучение, такое как ультрафиолетовое излучение, применяется к слою маски (слой (2) резиста) и слою (1) резиста, и смоляная форма освобождается. Сухое травление выполняется на полученном слое маски (слое (2) резиста/слое (1) резиста)/основной части подложки 11 со стороны поверхности слоя маски (слой (2) резиста), и тем самым является возможным получить рисунок, сформированный со слоем маски (слоем (2) резиста/слоем (1) резиста). Другими словами, в этой операции, обработка остаточной пленки слоя маски (слой (2) резиста) не выполняется. Затем, рисунок, сформированный со слоем маски (слоем (2) резиста/слоем (1) резиста), рассматривается в качестве маски, применяется способ травления, и таким образом основная часть подложки 11 может быть обработана. В качестве способа травления на основной части подложки 11 может использоваться такой же способ, как способ нанопечатной литографии, описанный выше и травление, использующее газообразный кислород. В качестве травления с использованием газообразного кислорода имеется травление с использованием кислородной плазмы, и может выполняться способом кислородного травления или ICP-RIE.
[0211] Применяется способ нанопечатной литографии, и тем самым является возможным легко формировать минимальный выпуклый участок 133 нециклически. В способе нанопечатной литографии операция ламинирования вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 для формы и основной части подложки 11 резистом выполняется обязательно. Прижимающее усилие, когда выполняется операция ламинирования, регулируется, и тем самым является возможным смешивать пузырьковые включения в вогнуто-выпуклой структуре формы в произвольным образом. Кроме того, пузырьковое включение предварительно смешивается в резисте, и таким образом также возможно вносить пузырьковое включение в форму. Здесь, фотосшиваемая смола используется в качестве резиста, и таким образом препятствуют отверждению резиста пузырьковой части. Другими словами, форма освобождается. После покрытия (облучения) излучением света, и таким образом происходит повреждение переноса в резисте в месте, соответствующем части вогнуто-выпуклой структуры формы, где пузырьковые включения являются смешанными. Таким образом, возможно получить рисунок в резисте, имеющий нециклический минимальный выпуклый участок 133 на оптической подложке. Хотя образование минимального выпуклого участка 133 или минимального вогнутого участка 233 посредством механизма, описанного выше, может быть управляемым по необходимости согласно условиям операции ламинирования, в частности предпочтительно, что угол контакта с поверхностью формы из фотосшиваемой смолы равен или больше, чем 60 градусов, поскольку управление делается легким. В частности в терминах нарушения текучести фотосшиваемой смолы в вогнутую часть формы и эффективного изготовления минимального выпуклого участка 133 или минимального вогнутого участка 233, угол контакта предпочтительно равен или больше, чем 80 градусов, и более предпочтительно равен или больше, чем 85 градусов. Предпочтительно, что угол контакта равен или больше, чем 90 градусов, поскольку давление во время ламинирования используется в качестве параметра, и управление на минимальном выпуклом участке 133 или минимальном вогнутом участке 233 улучшается. В тех же терминах угол контакта наиболее предпочтительно равен или больше, чем 92 градуса. С другой стороны, верхнее предельное значение определяется по размеру агрегации минимальных выпуклых участков 133 или минимальных вогнутых участков 233. В терминах удовлетворения размеру агрегации, описанному выше, угол контакта является предпочтительно равным или меньшим, чем 120 градусов, более предпочтительно равным или меньшим, чем 112 градусов и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 102 градуса. Рисунок используется в качестве маски, основная часть подложки 11 обрабатывается, и таким образом является возможным непосредственно формировать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую минимальный выпуклый участок 133 на основной части подложки 11. Когда смоляная формы создается из цилиндрической формы-оригинала способом фотонанопечати, принимают способ, описанный выше, и таким образом является возможным создавать смоляную форму, имеющую минимальный выпуклый участок 133. Смоляная форма, имеющая минимальный выпуклый участок 133, используется в качестве шаблона, основная часть подложки 11 обрабатывается способом нанопечатной литографии, и тем самым является возможным непосредственно формировать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую минимальный выпуклый участок 133, на основной части подложки 11.
[0212] Теперь будут описываться способ жидкостного травления и маска, пригодная для жидкостного травления, относительно травления на основной части подложки, описанной выше.
[0213] Когда рисунок маски создается на основной части подложки 11 вышеуказанным способом, и основная часть подложки 11 вытравливается жидкостным травлением, поскольку по сравнению со способом сухого травления, травление выполняется точно по рисунку маски, вогнуто-выпуклая структура, имеющая усеченный выпуклый участок, может быть сформирована без основной части подложки 11 непосредственно ниже вытравливаемой маски. По сравнению с вогнуто-выпуклой структурой, имеющей усеченный выпуклый участок, в вогнуто-выпуклой структуре, имеющей тентообразный («шатровый») выпуклый участок, возможно эффективнее реализовывать эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффект снижения тока утечки, описанные выше.
[0214] Здесь, используется многослойная маска изделия, которая будет описана ниже, и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок, даже если используется жидкостное травление. С помощью вогнуто-выпуклой структуры, имеющей тентообразный выпуклый участок, согласно уже описанному принципу, является возможным одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE и уменьшать специфический рост слоя полупроводникового кристалла или эффективно снижать столкновение специфически выращенных слоев полупроводниковых кристаллов.
[0215] Многослойная маска изделия является маской многослойного изделия, которая используется, когда осуществляется жидкостное травление основной части подложки, и включает первый слой маски, обеспеченный на основной части подложки и второй слой маски, обеспеченный на первом слое маски. Первый слой маски формируется материалом, который выше по стойкости к травлению по отношению к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении, чем основная часть подложки, но ниже по стойкости к травлению, чем второй слой маски. В последующем обсуждении для пояснения принципа жидкостного травления описание будет даваться с использованием сапфировой подложки в качестве примера основной части подложки.
[0216] С этой многослойной маской изделия в сапфировой подложке область, которая не вытравливается жидкостным способом из-за присутствия многослойной маски изделия во время начала жидкостного травления, вытравливается жидкостным способом, если объем первого слоя маски, сформированного материалом, который не является стойким к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении, снижается. Здесь, объем первого слоя маски снижается, и таким образом плоскость на участке верхней поверхности (участок верхней рабочей поверхности), формируемая в сапфировой подложке, уменьшается после подвергания травлению, и тем самым является возможным получить вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок. Следовательно, возможно получать вогнуто-выпуклую структуру (I) 12 (в дальнейшем также именуемую вогнуто-выпуклой структурой (I)) оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления или вогнуто-выпуклую структуру 22 (в дальнейшем также именуемую вогнуто-выпуклой структурой (II)) оптической подложки (II) 2 согласно второму варианту осуществления, которые эффективно реализуют эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффект снижения тока утечки.
[0217] Сначала будет описана маска, используемая в травлении. В целом, относительно маски для травления, используется материал, который имеет стойкость к травлению. Другими словами, для выполнения травления путем регулирования интервала, конфигурации или подобного в рисунке маски, чтобы переносить конфигурацию, соответствующую рисунку маски, необязательно, чтобы маска имела стойкость к травлению. Таким образом, для маски для жидкостного травления сапфировой подложки рассматривается материал, являющийся стойким к условиям жидкостного травления. В качестве маски, использующей материал, являющийся стойким к условиям жидкостного травления, может использоваться, например, маска, в которой селективность травления между материалом, подлежащим травлению, и маской равна или больше, чем 10, и селективность травления предпочтительно равна или больше, чем 20.
[0218] Для жидкостного травления сапфировой подложки обычно используются травильный раствор, получаемый нагревом серной кислоты или фосфорной кислоты в чистом виде или раствора, получаемого их смешиванием. Следовательно, оксид кремния, нитрид кремния, ароматический полимид или подобное, которые являются стойкими к травильному раствору, используются в качестве материалов маски.
[0219] На Фиг. 24 показана иллюстративная схема, когда маска согласно базовому примеру настоящего изобретения и с наличием стойкости к жидкостному травлению используется в жидкостном травлении сапфировой подложки. Фиг. 24A показывает состояние перед началом жидкостного травления. Как показано на Фиг. 24A, на сапфировой подложке 511 обеспечивается маска 512, имеющая конфигурацию, соответствующую рисунку маски. Маской 512 является маска, которая имеет стойкость к жидкостному травлению, и в которой селективность травления между сапфировой подложкой 511 и маской 512 равна или больше, чем 10.
[0220] Фиг. 24B показывает состояние, когда жидкостное травление завершено. Когда сапфировая подложка 511 подвергаются жидкостному травлению из состояния, показанного на Фиг. 24A, травление выполняется точно по рисунку маски для маски 512. Следовательно, сапфировая подложка 511 непосредственно ниже маски 512 не вытравляется, и как показано на Фиг. 24B, в сапфировой подложке 511 после подвергания травлению формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая усеченный выпуклый участок с плоскостью на участке верхней поверхности («столообразный» участок). Используется вогнуто-выпуклая структура, которая имеет тентообразный выпуклый участок, где столообразный участок является малым по сравнению с усеченным выпуклым участком, описанным выше, или по существу нет столообразного участка, и пленка, в которой выполняется эпитаксиальное выращивание, используется на сапфировой подложке 511, чтобы создать светоизлучающий элемент, в результате чего эффективность излучения света светоизлучающего элемента повышается больше. Это происходит потому, что эффект нарушения режима роста слоя полупроводникового кристалла повышается, и возможно уменьшить слой полупроводникового кристалла, который быстро выращивается от вершины выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре. Когда обеспечивается тентообразный выпуклый участок, плоская поверхность вершины минимального выпуклого участка 133, описанного выше и показанного на Фиг. 9, может быть уменьшена. С другой стороны, в оптической подложке (II) 2, описанной выше, и согласно второму варианту осуществления, когда обеспечивается тентообразный выпуклый участок, плоская поверхность вершины выпуклого участка может быть уменьшена. В этом случае, легко уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, и таким образом диодная характеристика полупроводникового светоизлучающего элемента повышается.
[0221] Следовательно, используется способ жидкостного травления, который будет описан ниже, и тем самым является возможным формировать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок, в сапфировой подложке. Таким образом, является возможным одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE и получать полупроводниковый светоизлучающий элемент, имеющий малый ток утечки.
[0222] На фигурах Фиг. 25 и 26 показаны иллюстративные схемы, когда многослойная маска изделия согласно настоящему варианту осуществления используется в жидкостном травлении сапфировой подложки. Фиг. 25A является схемой, показывающей состояние перед началом жидкостного травления. Как показано на Фиг. 25A, на сапфировой подложке 511 многослойная маска 513 изделия, в которой осаждены первый слой 513a маски и второй слой 513b маски и маска 514 имеет конфигурацию, соответствующую рисунку маски.
[0223] Маска 514 обеспечивается с тем, что перенос рисунка выполняется на втором слое 513b маски в многослойной маске 513 изделия. Рисунок для маски 514 формируется применением способа использования УФ-чувствительный резистного материала или резистного материала термореактивного типа для формирования рисунка экспонированием, способа использования формы отдельно для переноса рисунка на УФ-чувствительный резистный материал или т.п.
[0224] Затем, маска 514 используется для выполнения переноса рисунка во второй слой 513b маски в многослойной маске 513 изделия (см. Фиг. 25B). Многослойная маска 513 изделия, показанная на Фиг. 25B, является многослойной маской изделия согласно настоящему варианту осуществления. Перенос рисунка во второй слой 513b маски может выполняться сухим травлением точно и легко. Следовательно, в качестве материала второго слоя 513b маски является подходящим материал, который легко вытравляется сухим травлением. Кроме того, материал, который не воздействует на жидкостное травление, которое затем выполняется на сапфировой подложке 511, является предпочтительным. Например, материалом второго слоя 513b маски, описанной выше, является, по меньшей мере, выбранным из группы, состоящей из кремния, оксида кремния, нитрида кремния и ароматического полимида.
[0225] Затем, второй слой 513b маски, на который был выполнен перенос рисунка, используется в качестве маски, и первый слой 513a маски и сапфировая подложка 511 подвергаются жидкостному травлению (см. фигуры Фиг. 25C, 26A и 26B). Первый слой 513a маски формируется материалом, который выше по стойкости к травлению по отношению к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, чем сапфировая подложка 511, но меньше по стойкости к травлению чем второй слой 513b маски. Например, селективность между первым слоем 513a маски и сапфировой подложкой 511 равна или больше, чем 10, и предпочтительно равна или больше, чем 20, и селективность между вторым слоем 513b маски и сапфировой подложкой 511 меньше, чем 10, предпочтительно равна или меньше, чем 5, и более предпочтительно равна или меньше, чем 3. Селективность делают находящейся внутри вышеуказанного диапазона, и таким образом становится легко управлять тентообразными вогнутыми и выпуклыми участками. Возможно выбирать селективность согласно конфигурации (например, интервалу и глубине) сапфировой подложки 511 формируемой согласно объему используемой маски, времени травления и подобному.
[0226] Первый слой 513a маски сконфигурирован таким образом, что если сапфировая подложка 511 подвергаются жидкостному травлению, ее объем постепенно уменьшается. Например, материал первого слоя 513a маски, описанной выше, является, по меньшей мере, одним выбранным из группы, состоящей из германия, олова, свинца, сурьмы, висмута, селена, теллура, ванадия, ниобия, хрома, молибдена и вольфрама и их оксидов. Среди них, в терминах селективности травления, материалом первого слоя 513a маски является предпочтительно, по меньшей мере, один выбранный из хрома, молибдена и вольфрама и их оксидов, более предпочтительно - любой из хрома, вольфрама и их оксидов, и наиболее предпочтительно - хром и оксид хрома.
[0227] В настоящем изобретении материал, не обладающий стойкостью к травлению, и материал с наличием стойкости к травлению, смешиваются, чтобы добиться требуемой стойкости, и таким образом является возможным получить первый слой 513a маски. В этом случае, отношение смеси является регулируемым, и тем самым является возможным управлять скоростью уменьшения объема из-за травления маски, в результате чего возможно формировать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок. В качестве материала маски в этом случае, например, смесь оксида вольфрама и оксида кремния, и смесь оксида хрома и оксида кремния являются подходящими. Например, в комбинации оксида вольфрама и оксида кремния, когда вольфрам в оксиде вольфрама и кремний в оксиде кремния выражаются мольной долей (%), вольфрам предпочтительно равен или больше, чем 50% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей, более предпочтительно равен или больше, чем 65% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей, дополнительно предпочтительно равен или больше, чем 80% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 95% мольных долей, но равен или меньше, чем 100% мольных долей.
[0228] Комбинация, которая является наиболее предпочтительной в многослойной маске 513 изделия, является такой, что материалом первого слоя 513a маски является оксид хрома или хром, и что материалом второго слоя 513b маски является оксид кремния
[0229] Фиг. 25C является схемой, показывающей состояние в середине жидкостного травления. Когда сапфировая подложка 511 подвергается жидкостному травлению из состояния, показанного на Фиг. 25C, объем первого слоя 513a маски в многослойной маске 513 изделия постепенно уменьшается, поскольку выполняется жидкостное травление. Поскольку жидкостное травление выполняется точно по рисунку маски для первого слоя 513a маски, если первый слой 513a маски уменьшается, то сапфировая подложка 511 участка, где уменьшается первый слой 513a маски, вытравляется.
[0230] Фиг. 26A является схемой, показывающей состояние в середине жидкостного травления. Поскольку объем первого слоя 513a маски снижается, второй слой 513b маски нельзя оставлять на первом слое 513a маски, и второй слой 513b маски выходит в травильный раствор. Однако, поскольку второй слой 513b маски формируется из материала, который не воздействует на травильный раствор, на жидкостное травление сапфировой подложки 511 влияние не оказывается.
[0231] Фиг. 26B является схемой, показывающей состояние после завершения жидкостного травления. Жидкостное травление далее выполняется из состояния, показанного на Фиг. 26A, и в результате первый слой 513a маски уменьшается, если выполняется жидкостное травление, весь вытравляется и удаляется. Как показано на Фиг. 26B, сапфировая подложка 511 вытравляется, если многослойная маска 513 изделия уменьшается и удаляется, и в сапфировой подложке 511, после подвергания травлению, формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая тентообразный выпуклый участок с вершиной. На сапфировой подложке 511, где формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая тентообразный выпуклый участок с вершиной, как описано выше, пленка, на которой выполняется эпитаксиальное выращивание, используется для изготовления светоизлучающего элемента, в результате чего является возможным повысить эффективность излучения света светоизлучающего элемента. Вершина здесь включает в себя угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0.
[0232] Площадь плоскости на участке верхней поверхности (столообразный участок) в вогнуто-выпуклой структуре, имеющей тентообразный выпуклый участок, сформированный в сапфировой подложке 511, после подвергания жидкостному травлению, может регулироваться коэффициентом уменьшения маски многослойного 513 изделия. Здесь, вогнуто-выпуклая структура, имеющая тентообразный выпуклый участок, относится к вогнуто-выпуклой структуре, где выпуклый участок вогнуто-выпуклой структуры сконфигурирован в виде, например, конфигурации конуса, конфигурации пирамиды, конфигурация усеченного конуса и т.п. Вершина в пирамидальной конфигурации может быть угловым участком, радиус кривизны которого имеет значение 0, или может быть закругленным углом, радиус кривизны которого превышает 0. В частности, когда вершиной является закругленный угол, радиус кривизны которого превышает 0, эффект снижения растрескивания, создаваемого внутри слоя полупроводникового кристалла, повышается, в результате чего возможно увеличить долговременную надежность полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0233] Кроме того, в вогнуто-выпуклой структуре, имеющей тентообразный выпуклый участок, соотношение площадей (значение, получаемое делением площади столообразного участка на площадь нижней поверхности вогнуто-выпуклой структуры) между нижней поверхностью и верхней поверхностью (столообразным участком) вогнуто-выпуклой структуры, предпочтительно равно или меньше, чем 0,3, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,2, дополнительно предпочтительно равно или меньше, чем 0,1 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,05. Соотношение площадей между нижней поверхностью и верхней поверхностью вогнуто-выпуклой структуры уменьшается, и таким образом формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая усеченный выпуклый участок, в результате чего эффект повышения эффективности излучения света светоизлучающего элемента повышается.
[0234] Толщину пленки для маски многослойного 513 изделия, можно выбирать по необходимости в соответствии с тентообразной структурой целевого объекта, скоростью травления маски 513, интервалом в рисунке или подобным.
4
[0235] В качестве травильного раствора, используемого в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, являются предпочтительными фосфорная кислота, серная кислота или их смесь при температуре, равной или большей, чем 200°C, но равной или меньшей, чем 300°C. В целом, фосфорная кислота, серная кислота или их смесь используются при комнатной температуре, и таким образом невозможно протравить сапфировую подложку 511. С другой стороны, когда фосфорная кислота, серная кислота или их смесь нагреты до 200°C или более, образуется оксикислота (пирофосфорная кислота, пиросерная кислота), она действует на сапфировую подложку 511, и тем самым является возможным протравить сапфировую подложку 511. Однако, когда фосфорная кислота, серная кислота или их смесь нагреты до 300°C или более, образуется метакислота, и осаждается лизат, такой как AlPO, в результате чего эффективность травления сапфировой подложки 511 значительно снижается, или травление останавливается. Следовательно, раствором для травления, используемым в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, является предпочтительно фосфорная кислота, серная кислота или их смесь при температуре, равной или большей, чем 200°C, но равной или меньшей, чем 300°C.
[0236] Как описано выше, изделие с многослойной маской используется для жидкостного травления, и таким образом внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света, LEE повышаются, и возможно обеспечить оптическую подложку, имеющую низкое значение тока утечки. Кроме того, даже когда применяется способ жидкостного травления, который будет описан ниже, подобным образом, внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE повышаются, и возможно обеспечить оптическую подложку, имеющую низкое значение тока утечки.
[0237] На Фиг. 27 показана иллюстративная схема, когда снижается объем маски, если выполняется жидкостное травление сапфировой подложки, согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 27A является схемой, показывающей состояние перед началом жидкостного травления. Как показано на Фиг. 27A, на сапфировой подложке 511 обеспечивается маска 516, имеющая конфигурацию, соответствующую маске. Маска 516 является маской, объем которой снижается, если травление выполняется.
[0238] Фиг. 27B является схемой, показывающей состояние в середине жидкостного травления. Когда сапфировая подложка 511 подвергается жидкостному травлению из состояния, показанного на Фиг. 27A, объем маски 516 постепенно уменьшается, если травление выполняется. Поскольку жидкостное травление выполняется точно по маске для маски 516, как показано на Фиг. 27B, если маска 516 уменьшается, сапфировая подложка 511 участка, где маска 516 уменьшается, также вытравляется.
[0239] Фиг. 27C является схемой, показывающей состояние, где вся маска 516 вытравлена. Жидкостное травление далее выполняется из состояния, показанного на Фиг. 27B, и в результате маска 516 уменьшенная, если травление выполняется, вся вытравляется и удаляется. Как показано на Фиг. 27C, сапфировая подложка 511 вытравляется, если маска 516 уменьшается и удаляется, и в сапфировой подложке 511, после подвергания травлению, формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая полный тентообразный выпуклый участок с вершиной. На сапфировой подложке 511, где формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая тентообразный выпуклый участок с вершиной, как описано выше, пленка, на которой выполняется травление, используется для создания светоизлучающего элемента, в результате чего является возможным повысить эффективность излучения света светоизлучающего элемента.
[0240] В качестве маски 516, например, используется маска, объем которой постепенно уменьшается после начала жидкостного травления сапфировой подложки 511. Когда объем маски 516 уменьшается на 50% или более, жидкостное травление полагают подлежащим завершению. Селективность между маской 516, описанной выше, и сапфировой подложкой 511 составляет меньше, чем 10. Используется маска 516, описанная выше, и таким образом в сапфировой подложке 511 область, которая не вытравлена жидкостным способом из-за присутствия исходной маски 516, является вытравленной жидкостным способом, поскольку объем маски 516 уменьшается. Здесь, объем маски 516 уменьшается на 50% или более, и столообразный участок, сформированный в сапфировой подложке 511, уменьшается после подвергания травлению, в результате чего возможно получить вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок.
[0241] Площадь плоскости на участке верхней поверхности (столообразном участке) в вогнуто-выпуклой структуре, имеющей тентообразный выпуклый участок, сформированный в сапфировой подложке 511 после жидкостного травления, может регулироваться коэффициентом уменьшения маски 516. Здесь, вогнуто-выпуклая структура, имеющая тентообразный выпуклый участок, относится к вогнуто-выпуклой структуре, где выпуклый участок вогнуто-выпуклой структуры сконфигурирован в виде, например, конфигурации конуса, конфигурации пирамиды, конфигурация усеченного конуса и т.п.
[0242] Кроме того, в вогнуто-выпуклой структуре, имеющей тентообразный выпуклый участок, соотношение площадей (значение, получаемое делением площади столообразного участка на площадь нижней поверхности вогнуто-выпуклой структуры) между нижней и верхней поверхностью (столообразным участком) вогнуто-выпуклой структуры, предпочтительно равно или меньше, чем 0,3, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,2, дополнительно предпочтительно равно или меньше, чем 0,1 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,05. Соотношение площадей между нижней поверхностью и верхней поверхностью вогнуто-выпуклой структуры уменьшается, и таким образом формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая усеченный выпуклый участок, в результате чего эффект повышения эффективности излучения света светоизлучающего элемента повышается.
[0243] В качестве маски 516, чей объем снижается, если травление выполняется, по сравнению со временем, когда жидкостное травление сапфировой подложки 511 начинается, маска, объем которой снижается на 80% или более на момент времени завершения, более является предпочтительной, и маска, объем которой снижается на 100%, является наиболее предпочтительной. Другими словами, маска, объем которой снижается на 100%, относится к состоянию, где при завершении жидкостного травления сапфировой подложки 511 маска 516 является удаленной. Управление выполняется таким образом, что маска 516 удаляется, когда жидкостное травление завершено, и тем самым является возможным сформировать в сапфировой подложке 511 вогнуто-выпуклую структуру, имеющую полный тентообразный выпуклый участок.
[0244] Толщина пленки маски 516 может выбираться по необходимости в соответствии с тентообразной структурой целевого объекта, скоростью травления маски 516, интервалом в рисунке или подобным.
4
[0245] В качестве травильного раствора, используемого в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, являются предпочтительными фосфорная кислота, серная кислота или их смесь при температуре, равной или больше, чем 200°C, но равной или меньшей, чем 300°C. Обычно фосфорная кислота, серная кислота или их смесь используются при комнатной температуре, и таким образом невозможно протравить сапфировую подложку 511. С другой стороны, когда фосфорная кислота, серная кислота или их смесь нагреты до 200°C или больше, образуется оксикислота (пирофосфорная кислота, пиросерная кислота), она действует на сапфировую подложку 511, и тем самым является возможным протравить сапфировую подложку 511. Однако, когда фосфорная кислота, серная кислота или их смесь нагреты до 300°C или больше, образуется метакислота, и осаждается лизат, такой как AlPO, в результате чего эффективность травления сапфировой подложки 511 значительно снижается, или травление останавливается. Следовательно, раствором для травления, используемым в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, является предпочтительно фосфорная кислота, серная кислота или их смесь при температуре, равной или большей, чем 200°C, но равной или меньшей, чем 300°C.
[0246] Ниже будут описываться способы A и B изготовления оптической подложки, в которых способ травления подложки, уменьшающий при этом объем маски, является другим.
[0247] Способ A изготовления
В способе A изготовления, в способе травления подложки, уменьшающем при этом объем маски, маска формируется материалом, обладающим стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки, и жидкостное травление сапфировой подложки и травление маски поочередно выполняются.
[0248] Здесь, выражение "обладает стойкостью" означает, что для травильного раствора, используемого в жидкостном травлении сапфировой подложки, селективность между маской и сапфировой подложкой равна или больше, чем 10. Когда селективность равна или больше, чем 10, легко управлять тентообразными вогнутыми и выпуклыми участками, и более предпочтительно, селективность равна или больше, чем 20. Селективность может выбираться согласно конфигурации (например, интервалу и глубине) сапфировой подложки, сформированной согласно объему используемой маски, времени травления и подобному.
[0249] Фиг. 28 является иллюстративной схемой, показывающей отдельные этапы из примера способа изготовления оптической подложки согласно настоящему варианту осуществления. Фигуры Фиг. 28A и 28B показывают случай, где используется маска 517, и сапфировая подложка 511 подвергается жидкостному травлению. Маска 517 формируется материалом, обладающим стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки 511. Фиг. 28 является схемой, показывающей состояние перед началом жидкостного травления. Как показано на Фиг. 28A, на сапфире, обеспечивается маска 517, имеющая конфигурацию, соответствующую маске.
[0250] Сначала, как показано на Фиг. 28B, на сапфировой подложке 511 выполняется первый цикл жидкостного травления. Здесь, маска 517 не вытравляется, поскольку маска 517 обладает стойкостью к травильному раствору. Затем, как показано на Фиг. 28C, маска 517 вытравляется, и таким образом объем маски 517 снижается. Затем, как показано на Фиг. 28D, в состоянии, где объем маски 517 снижен, на сапфировой подложке 511, выполняется второй цикл жидкостного травления. Здесь, поскольку объем маски 517 уменьшается, и таким образом часть сапфировой подложки 511 является незащищенной, сапфировая подложка 511 жидкостно вытравляется. Затем, как показано на Фиг. 28E, травление полностью выполняется, пока маска 517 не будет удалена. В этом состоянии жидкостное травление выполняется на сапфировой подложке 511, и таким образом в сапфировой подложке 511 формируется вогнуто-выпуклая структура, имеющая полный тентообразный выпуклый участок с вершиной, как показано на Фиг. 28F.
[0251] Посредством увеличения количества этапов из Фиг. 28A-28E возможно управлять вогнуто-выпуклой структурой, имеющей тентообразный выпуклый участок.
[0252] Поскольку сапфировая подложка 511 обладает высокой стойкостью к различным условиям травления, является возможным выбирать условия травления маски 517 в широком диапазоне.
[0253] Вышеописанный материал маски 517, обладающий стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки 511, может выбираться любым из кремния, оксида кремния, нитрида кремния, золота, серебра, платины, палладия, рутения и ароматического полимида.
[0254] В качестве способа травления маски 517, описанной выше, возможно применять сухое травление или жидкостное травление. Способ травления маски 517 предпочтительно выбирается в соответствии с материалом маски 517.
[0255] Например, будет описан случай, где маска 517 формируется с оксидом кремния. Когда маска 517 вытравливается сухим способом, если используется фтористый травильный газ, возможно осуществлять травление только маски 517 без травления сапфировой подложки 511. Когда маска 517 вытравливается жидкостным способом, если используется раствор фтористоводородной кислоты, возможно осуществлять травление только маски 517 без травления сапфировой подложки 511.
2
[0256] Например, когда маска 517 формируется с благородным металлом, возможно осуществлять травление только маски 517 царской водкой или подобным. Когда маска 517 формируется с другим металлом, возможно осуществлять травление только маски 517 обычным кислотным или щелочным раствором. Когда маска 517 формируется с ароматическим полимидом, возможно осуществлять травление только маски 517 газом O.
[0257] Когда сухое травление используется в качестве способа травления маски 517, материал, с помощью которого формируется маска 517, является предпочтительно кремнием, оксидом кремния, нитридом кремния или ароматическим полимидом, и наиболее предпочтительно - оксидом кремния в терминах устойчивости и легкости пленкообразования.
[0258] Когда жидкостное травление используется в качестве способа травления маски 517, материал, с которым формируется маска 517, является предпочтительно золотом, серебром, платиной, палладием или рутением, и наиболее предпочтительно - золотом, серебром или платиной в терминах устойчивости и легкости пленкообразования.
[0259] Как описано выше, условия травления маски 517 выбирают по необходимости, и жидкостное травление сапфировой подложки 511 и травление маски 517 могут выполняться поочередно.
[0260] Способ B изготовления
В способе B изготовления, в способе травления подложки, уменьшающем при этом объем маски, маска формируется с материалом, не обладающим стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки, и жидкостное травление сапфировой подложки и травление маски выполняются одновременно.
[0261] Здесь, выражение "не обладает стойкостью" означает, что для травильного раствора, используемого в жидкостном травлении сапфировой подложки, селективность между маской и сапфировой подложкой меньше, чем 10. Когда селективность меньше, чем 10, легко управлять тентообразными вогнутыми и выпуклыми участками. Селективность может выбираться согласно форме (например, интервалу и глубине) сапфировой подложки, сформированной в соответствии с объемом используемой маски, времени травления и подобного.
[0262] Когда используется маска, сформированная материалом, не обладающим стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки, травильный раствор, используемый в жидкостном травлении сапфировой подложки, вызывает постепенное уменьшения объема маски одновременно с жидкостным травлением сапфировой подложки, в результате чего возможно управлять конфигурацией столообразного участка, сформированного в сапфировой подложке. По сравнению со случаем, где используется маска 517 согласно способу A изготовления, поскольку возможно снизить количество этапов, является возможным увеличить эффективность технологического процесса.
[0263] Вышеописанный материал маски, которой не обладает стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки, может быть сформирован, по меньшей мере, с одним материалом, выбранным из группы, состоящей из, например, германия, олова, свинца, сурьмы, висмута, селена, теллура, ванадия, ниобия, хрома, молибдена и вольфрама и их оксидов.
[0264] В терминах характеристик проявления материалом маски является предпочтительно хром, молибден, вольфрам или их оксид, более предпочтительно - хром, вольфрам или их оксид, и наиболее предпочтительно - оксид хрома или хром.
[0265] В настоящем изобретении материал маски, не обладающий стойкостью к травильному раствору, и материал маски, который обладает стойкостью травильному раствору, смешиваются и тем самым является возможным добиться требуемой стойкости.
[0266] Является возможным выбирать смесь этих материалов и материал маски 517, обладающий стойкостью к травильному раствору, используемому в жидкостном травлении сапфировой подложки 511 согласно способу A изготовления. В этом случае, отношением смеси управляют, и тем самым является возможным управлять скоростью уменьшения объема травления маски, в результате чего возможно формировать вогнуто-выпуклую структуру, имеющую тентообразный выпуклый участок. В качестве материала маски в этом случае, например, являются подходящими смесь оксида вольфрама и оксида кремния и смесь оксида хрома и оксида кремния. Например, в комбинации оксида вольфрама и оксида кремния, когда вольфрам в оксида вольфрама и кремнии в оксида кремния выражается мольной долей (%), вольфрам предпочтительно равен или больше, чем 50% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей, более предпочтительно равен или больше, чем 65% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей, дополнительно предпочтительно равен или больше, чем 80% мольных долей, но равен или меньше, чем 95% мольных долей и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 95% мольных долей, но равен или меньше, чем 100% мольных долей.
[0267] Приняв способ, описанный выше, возможно легко изготавливать подложку для полупроводникового светоизлучающего элемента согласно настоящему изобретению, и путем осаждения полупроводникового слоя и светоизлучающего слоя на изготовленной подложке для полупроводникового светоизлучающего элемента, возможно изготавливать полупроводниковый светоизлучающий элемент. Здесь, когда полупроводниковый светоизлучающий элемент изготавливают, является предпочтительным подготавливать подложку для полупроводникового светоизлучающего элемента, выполняя после этого этап оптической проверки подложки для полупроводникового светоизлучающего элемента и затем изготавливать полупроводниковый светоизлучающий элемент.
[0268] Как уже было описано, поскольку вогнуто-выпуклая структура согласно настоящему изобретению включает в себя минимальный выпуклый участок 133 (или минимальный вогнутый участок 233), независимо от сверхмалой вогнуто-выпуклой структура, является возможным реализовать оптическое рассеяние. Следовательно, оптическая подложка подготавливается, после этого выполняется оптическое измерение, и тем самым является возможным заблаговременно уяснить (зафиксировать) точность вогнуто-выпуклой структуры. Например, когда для того, чтобы одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE, вогнуто-выпуклая структура обеспечивается сапфировой подложкой, оптическое измерение выполняется на сапфировой подложке, компонент рассеяния оптического измерения оценивается, и тем самым является возможным уяснить точность вогнуто-выпуклой структуры. Следовательно, возможно предварительно предсказывать класс рабочей характеристики LED элемента, подлежащего изготовлению. Поскольку возможно отсортировывать оптическую подложку, которая не может использоваться, выход годных повышается. Здесь, оптическое измерение может выполняться путем использования или измерения на пропускание, или измерения на отражение. В измерении пропускания предпочтительно детектируется компонент рассеяния проходящего света. Следовательно, является предпочтительным или непосредственно оценивать компонент рассеяния, или использовать мутность. В частности мутность предпочтительна, потому что может использоваться известное коммерческое устройство. Мутность определяется из полной пропускаемости T света, который пропускается через образец-пробу после приложения источником света, и пропускаемости D света, который распространяется и рассеивается в пробе и от поверхности пробы, и мутность определяется в виде значения мутности H=D/T×100. Их характеристики установлены документом JIS K 7105, и их возможно более легко измерять коммерчески доступным турбидиметром (например, NDH-10,025DP, выпускаемым корпорацией Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). Поскольку существенное в мутности составляет компонент рассеяния проходящего света при условии, что доступно устройство, которое детектирует компонент рассеяния проходящего света, когда свет входит в оптическую подложку, возможно количественно определять присутствие минимального выпуклого участка 133 (или минимального вогнутого участка 233), описанного выше. В частности, когда измеряют более тонкое распределение, свет на входе предпочтительно принуждают входить под заранее заданным углом вместо принуждения входить вертикально. С другой стороны, в измерении отражения, предпочтительно использовать или компонент регулярного (зеркального) отражения, или компонент рассеянного отражения. Компонент регулярного отражения используется, и тем самым является возможным оценивать точность конфигурации контура вогнуто-выпуклой структуры, и компонент рассеянного отражения используется, и тем самым является возможным оценивать точность распределения объема вогнуто-выпуклой структуры. То, какой из них принимается, может выбираться по необходимости в соответствии с используемой вогнуто-выпуклой структурой и назначением. Также является возможным использовать пропорцию компонента рассеянного отражения и компонента регулярного отражения, (компонент рассеянного отражения - регулярный компонент отражения), (компонент рассеянного отражения - регулярный компонент отражения)/регулярный компонент отражения, (компонент рассеянного отражения - регулярный компонент отражения)/компонент рассеянного отражения и подобное. В оптическом измерении, описанном выше, длина волны источника света увеличивается на средний интервал Pave вогнуто-выпуклой структуры, и тем самым является возможным вывести эффект минимального выпуклого участка 133 (или минимального вогнутого участка 233). Поскольку это означает, что эффект минимального выпуклого участка 133 (или минимального вогнутого участка 233) оценивается «чисто», это означает, что возможно выполнять высокоточное управление. Даже в измерении отражения, поскольку его выход увеличивается, предпочтительно выполняется измерение с наклонным входом.
[0269] Как описано выше, в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, средний интервал Pave между выпуклыми участками 13 в вогнуто-выпуклой структуре (I) 12 устанавливается внутри диапазона, обозначенного формулой (1), описанной ранее, и таким образом когда полупроводниковый слой обеспечивается в поверхности оптической подложки (I) 1, нарушается режим роста в химическом осаждении из паровой фазы (CVD) для слоя полупроводника, и дислокационные дефекты, обусловленные фазой роста, сталкиваются и исчезают, в результате чего возможно создавать эффект снижения дислокационного дефекта. Дислокационный дефект внутри полупроводникового кристалла снижается, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE полупроводникового светоизлучающего элемента. Здесь, поскольку возможно либо уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, либо уменьшить столкновение специфически выращиваемых слоев полупроводниковых кристаллов, также является возможным снизить ток утечки. Кроме того, в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления средний интервал Pave между выпуклыми участками 13 в вогнуто-выпуклой структуре (I) 12 устанавливается внутри диапазона, обозначенного формулой (1), описанной ранее, и таким образом площадь контакта между оптической подложкой (I) 1 и электродом увеличивается, и омическое сопротивление снижается. Поскольку омический контакт делается удовлетворительным соответственно, является возможным повысить эффективность инжекции электронов EIE.
[0270] В оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления подобным образом, средний интервал Pave между вогнутыми участками 23 в вогнуто-выпуклой структуре (II) 22 устанавливается внутри диапазона, обозначенного формулой (5), описанной ранее, и тем самым является возможным получать такие же эффекты.
[0271] В оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления минимальные выпуклые участки 133, высота hn выпуклой части которых удовлетворяет формуле (2), описанной ранее, присутствуют с вероятностью Z существования, которая удовлетворяет формуле (3), описанной ранее, и таким образом точки, где показатель преломления резко и локально изменяется, организованы с вероятностью Z существования. Таким образом, рассеяние света происходит в свете, излучаемом от светоизлучающего слоя, и волноводную мода разрешают этим рассеянием света, с помощью чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Как описано выше, поскольку внутренний квантовый выход IQE или эффективность инжекции электронов EIE повышается, и эффективность вывода света LEE повышается одновременно, внешний квантовый выход EQE повышается, и является возможным изготавливать высокоэффективное светоизлучающее устройство.
[0272] Даже в оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления, минимальные вогнутые участки 233, глубина dn вогнутого участка которых удовлетворяет формуле (6), описанной ранее, присутствуют с вероятностью Z существования, которая удовлетворяет формуле (7), и таким образом получают такие же эффекты.
[0273] Оптическая подложка (III) согласно третьему варианту осуществления
Затем будет описываться оптическая подложка (III) согласно третьему варианту осуществления. Оптическая подложка (III) согласно третьему варианту осуществления используется, и тем самым является возможным одновременно повышать эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, оптическая подложка (III) согласно третьему варианту осуществления используется, и тем самым возможно повысить производительность полупроводникового светоизлучающего элемента. Кроме того, вогнуто-выпуклая структура в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления включает в себя минимальный выпуклый участок, описанный в первом варианте осуществления, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE и удовлетворительно поддерживать ток утечки.
[0274] В полупроводниковом светоизлучающем элементе вогнуто-выпуклая структура с высокой плотностью размещения делает возможным повышение внутреннего квантового выхода IQE, тогда как используется рассеяние света, обусловленное вогнуто-выпуклой структурой, объем которой значительно изменяется, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Другими словами, когда высокоплотная вогнуто-выпуклая структура обеспечивается для повышения внутреннего квантового выхода IQE, изменение объема вогнуто-выпуклой структуры уменьшается, и оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) снижается, в результате чего повышение эффективности выхода света LEE ограничено. Это можно объяснить оптическим явлением в свете, излучаемом полупроводниковым светоизлучающим элементом. Это происходит потому, что хотя вогнуто-выпуклая структура, имеющая достаточную плотность, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, имеет примерно такой же или малый масштаб, как длина волны излучаемого света, если длина волны излучаемого света увеличивается относительно размера вогнуто-выпуклой структуры, эффект приближения эффективной среды создается в качестве оптического явления, в результате чего оптическое рассеяние снижается. С другой стороны, когда изменение объема вогнуто-выпуклой структуры увеличивается, и таким образом эффективность вывода света LEE повышается, поскольку плотность вогнуто-выпуклой структуры снижается, эффект рассеивающихся дислокаций снижается, в результате чего повышение внутреннего квантового выхода IQE является ограниченным.
[0275] Из описанного выше было выявлено, что является важным добавить участок, который также может повысить внутренний квантовый выход IQE, к вогнуто-выпуклой структуре, имеющей значительный эффект повышения эффективности выхода света LEE, чтобы повысить внешний квантовый выход EQE полупроводникового светоизлучающего элемента. Затем, настоящее изобретение было выполнено.
[0276] В третьем варианте осуществления для того, чтобы повышать эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE, уникальный выпуклый участок включается в несколько групп выпуклых участков в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления. Конкретно, оптическая подложка согласно третьему варианту осуществления включает в себя основную часть подложки и вогнуто-выпуклую структуру, сформированную по части или всей поверхности основной части подложки, вогнуто-выпуклая структура включает в себя несколько групп выпуклых участков, расположенных отдельно друг от друга, несколько групп выпуклых участков, описанных выше, включают в себя уникальный выпуклый участок, который будет описан ниже, и средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре является равным или большим, чем 1,5 мкм, но равным или меньшим, чем 10 мкм. Уникальный выпуклый участок является выпуклым участком, в котором, по меньшей мере, один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов включены в поверхность выпуклого участка.
[0277] В этой конфигурации, сначала, поскольку средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре является равным или большим, чем 1,5 мкм, но равным или меньшим, чем 10 мкм, размер выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре увеличен, как видно из света, излучаемого полупроводниковым светоизлучающим элементом. Другими словами, поскольку рассеяние света или трассированность светового луча реализуется значительно, эффективность вывода света LEE повышается. Затем, поскольку вогнуто-выпуклая структура формируется с множеством выпуклых участков, слой полупроводникового кристалла может выращиваться с нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре, и тем самым является возможным стабилизировать рост слоя полупроводникового кристалла. Здесь, уникальный выпуклый участок включен в несколько групп выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре. Здесь, уникальный выпуклый участок относится к выпуклому участку, в котором, по меньшей мере, один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов включены в поверхность выпуклого участка. Как описано выше, уникальный выпуклый участок включается в несколько групп выпуклых участков, и таким образом внутренний квантовый выход IQE повышается. Это возможно происходит потому, что выпуклый элемент или вогнутый элемент в поверхности уникального выпуклого участка нарушает режим роста, и таким образом дислокации в слое полупроводникового кристалла уменьшаются. Следовательно, вышеуказанные требования удовлетворяются одновременно, и тем самым является возможным одновременно повысить эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, вогнуто-выпуклая структура (в дальнейшем также именуемая вогнуто-выпуклой структурой (III)) оптической подложки (III) согласно третьему варианту осуществления включает в себя уникальный выпуклый участок, и таким образом по сравнению со случаем, где уникальный выпуклый участок не включен, рассеяние света повышается. Это происходит потому, что когда оптические свойства рассматривают в микроскопическом масштабе, таком как один уникальный выпуклый участок, выпуклый элемент или вогнутый элемент, обеспеченный в поверхности уникального выпуклого участка, вызывает значительное изменение направления прохождения света. Следовательно, на стадии до изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, оптическая проверка выполняется на оптической подложке (III), например, измеряют изменения коэффициента отражения или мутности, и тем самым является возможным предварительно предсказать точность вогнуто-выпуклой структуры (III) в оптической подложке (III). Другими словами, поскольку рабочая характеристика полупроводникового светоизлучающего элемента может быть ранжирована без изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, возможно повысить эффективность производства полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0278] Предпочтительно, в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления, уникальный выпуклый участок включает, в поверхности выпуклого участка, по меньшей мере, один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов, и доля покрытия выпуклых элементов или вогнутых элементов в поверхности выпуклого участка больше, чем 0%, но меньше, чем 100%.
[0279] В этой конфигурации возможно больше повысить эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE уникальным выпуклым участком. Сначала, когда долей покрытия выпуклых элементов или вогнутых элементов в уникальном выпуклом участке поверх поверхности выпуклого участка является 0%, поскольку множество групп выпуклых участков в оптической подложке (III) не включают уникальный выпуклый участок, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE не реализуется. С этой точки зрения доля покрытия больше, чем 0%. Затем, когда доля покрытия выпуклых элементов или вогнутых элементов в уникальном выпуклом участке поверх поверхности выпуклого участка составляет 100%, поверхность уникального выпуклого участка выпуклые элемент или вогнутые элементы покрывают без какого-либо промежутка. В этом случае, неровность поверхности уникального выпуклого участка быстро ухудшается, и таким образом излучаемый свет, который образует с вогнуто-выпуклой структурой (III) волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла, изменяется случайным образом во всех направлениях. Это происходит потому, что отношение излучаемого света, формирующего волноводную моду вновь, увеличивается. Более конкретно, считают, что количество света, проходящего вверх или вниз полупроводникового светоизлучающего элемента, уменьшается, и что количество света, проходящего к боковой поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается.
[0280] Кроме того, предпочтительно в оптической подложке (III) больше, чем 0%, но меньше 100% или менее, для уникального выпуклого участка включаются в выпуклый участок в вогнуто-выпуклой структуре.
[0281] В этой конфигурации является возможным больше повысить эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE с помощью уникального выпуклого участка. Сначала, когда отношением присутствия уникальных выпуклых участков в множестве выпуклых участков является 0%, поскольку несколько групп выпуклых участков в оптической подложке (III) не включают уникальный выпуклый участок, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE не реализуется. С этой точки зрения отношение присутствия составляет больше, чем 0%. Затем, когда отношением присутствия уникальных выпуклых участков во множестве выпуклых участков является 100%, вогнуто-выпуклая структура формируется единственно с уникальным выпуклым участком. В этом случае, нарушение среднего показателя преломления формируется поверх множества поверхностей выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре (III) для каждого из выпуклых участков. Таким образом, направление прохождения излучаемого света, образующего волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла, нарушается, и эффективность выхода излучаемого света от полупроводникового светоизлучающего элемента снижается. Более конкретно, по оценкам количество света, проходящего вверх или вниз полупроводникового светоизлучающего элемента, уменьшается, и что количество света, проходящего к боковой поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается.
[0282] Вогнуто-выпуклая структура (III) в оптической подложке (III) формируется с множеством групп выпуклых участков, отстоящих друг от друга. Здесь, группа выпуклых участков вогнуто-выпуклой структуры (III) в оптической подложке (III) составляет, по меньшей мере, 100 выпуклых участков. Конкретно, по меньшей мере, 100 выпуклых участков включаются в поверхность оптической подложки (III), и эти выпуклые участки удовлетворяют среднему интервалу Pave, который будет описан ниже, и включают уникальный выпуклый участок, который будет описан ниже, в результате чего оптическая подложка (III) формируется. Вогнуто-выпуклая структура (III) формируется со 100 или большим числом выпуклых участков, и тем самым является возможным и повысить эффективность вывода света LEE, и повысить внутренний квантовый выход IQE, описанный выше. Кроме того, возможно добиться повышения производительности полупроводникового светоизлучающего элемента, описанного выше. Было возможно определять из вероятности, что излучаемый свет, формирующий волноводную моду внутри полупроводникового светоизлучающего элемента, входит в столкновение с вогнуто-выпуклой структурой (III). В частности в терминах более эффективного нарушения волноводной моды, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, вогнуто-выпуклая структура (III) предпочтительно формируется с 1000 или большим числом выпуклых участков, более предпочтительно формируется с 4000 или большим числом выпуклых участков и наиболее предпочтительно формируется с 6000 или большим числом выпуклых участков. Другими словами, оптическая подложка (III) предпочтительно сконфигурирована таким образом, что даже если всю поверхность оптической подложки (III) покрывает вогнуто-выпуклая структура (III) или вогнуто-выпуклая структура (III) частично обеспечивается, вогнуто-выпуклая структура (III) формируется с группами выпуклых участков, которые удовлетворяют количеству выпуклых участков, описанных выше.
[0283] Здесь, в качестве конфигурации выпуклого участка, могут быть приняты следующие конфигурации: конус, конусообразный элемент, где участок боковой поверхности конуса является ступенчато наклонным, конусообразный элемент, где участок боковой поверхности конуса является выпуклым вверх, конусообразный элемент, где нижняя поверхность конуса искривлена, n-угольная пирамида, n-угольная пирамида, в которой угловой участок нижней поверхности n-угольной пирамиды скруглен так, что его радиус кривизны превышает 0, конусообразный элемент, где конфигурация контура нижней поверхности конуса имеет три или большее число точек перегиба, усеченный конус, имеющий конфигурацию нижней поверхности, вписанную в конусообразный элемент, цилиндр или многоугольный столбец, имеющий конфигурацию нижней поверхности, вписанную в конусообразный элемент и т.п. Эти конусообразные элементы могут быть в виде усеченного конуса. Эти конусообразные элементы могут включать угловой участок, в котором радиус кривизны его вершины является 0, или угловой участок, который скруглен так, что радиус кривизны его вершины превышает 0. В частности предпочтительно, поскольку обеспечивается угловой участок, который скруглен так, что радиус кривизны его вершины превышает 0, и таким образом изменение объема вогнуто-выпуклой структуры (III), если смотреть из слоя полупроводникового кристалла полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается, эффект нарушения волноводной моды увеличивается. Кроме того, в частности в терминах повышения эффективности выхода света LEE и уменьшения растрескивания, создаваемого выращиванием слоя полупроводникового кристалла, в качестве конфигурации выпуклого участка являются предпочтительными следующие конфигурации: конус, конусообразный элемент, где кривизна вершины конуса превышает 0, усеченный конус, треугольная пирамида, конусообразный элемент, где кривизна вершины треугольной пирамиды превышает 0, шестиугольная пирамида, конусообразный элемент, где кривизна вершины шестиугольной пирамиды превышает 0, и выпуклый участок, который является верхней поверхностью выпуклого участка, которая является многоугольной конфигурацией, имеющей большее число сторон, чем таковое для многоугольной конфигурации нижней поверхности выпуклого участка. Более предпочтительно, в треугольной пирамиде, конусообразный элемент, где кривизна вершины треугольной пирамиды превышает 0, шестиугольная пирамида и конусообразный элемент, где кривизна вершины шестиугольной пирамиды превышает 0, многоугольная форма нижней поверхности выпуклого участка сформирована с угловым участком, кривизна которого превышает 0. Кроме того, следующие конфигурации являются предпочтительными: конус, конусообразный элемент, где кривизна вершины конуса превышает 0, конусообразный элемент, где кривизна вершины треугольной пирамиды превышает 0, и выпуклый участок, где нижняя поверхность выпуклого участка является по существу треугольной и верхняя поверхность выпуклого участка является по существу круглой. Более предпочтительно в конусообразном элементе, где кривизна вершины треугольной пирамиды превышает 0, треугольная форма нижней поверхности выпуклого участка формируется с угловым участком, кривизна которого превышает 0. "По существу треугольник" означает, что кривизна углового участка треугольника превышает 0. Вогнуто-выпуклая структура (III) формируется с выпуклой частью, описанной выше, и таким образом является возможным создавать оптическое рассеяние или трассированность светового луча для излучаемого света, формирующего волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла наклонной поверхностью нижней поверхности вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (III) оптической подложки (III) и боковой поверхностью выпуклого участка, выступающей из нее. Таким образом, поскольку излучаемый свет в волноводной моде, захваченной внутри светоизлучающего полупроводникового слоя, может излучаться конкретно в направлении толщины полупроводникового светоизлучающего элемента, эффективность вывода света LEE повышается.
[0284] С этой точки зрения средний интервал Pave между множеством выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре (III) равен или больше, чем 1,5 мкм, но равен или меньше, чем 10 мкм. Поскольку когда средний интервал Pave равен или больше, чем 1,5 мкм, возможно эффективно реализовать оптическое рассеяние или трассированность светового луча, описанные выше, степень повышения эффективности выхода света LEE увеличивается. В тех же терминах средний интервал Pave предпочтительно равен или больше, чем 2,0 мкм, более предпочтительно равен или больше, чем 2,5 мкм и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 2,8 мкм. С другой стороны, верхнее предельное значение определяется внутренней квантовой эффективностью IQE и воздействует в соответствии с изготовлением полупроводникового светоизлучающего элемента. Поскольку средний интервал Pave равен или меньше, чем 10 мкм, и таким образом растрескивание, создаваемое, когда выращивается слой полупроводникового кристалла, снижается, внутренний квантовый выход IQE может быть повышен. В частности в терминах достижения этого эффекта и снижения времени для пленкообразования слоя полупроводникового кристалла средний интервал Pave более предпочтительно равен или меньше, чем 8 мкм, и наиболее предпочтительно равен или меньше, чем 5,5 мкм.
[0285] Здесь, средний интервал Pave является средним арифметическим интервалов P. Интервал P является расстоянием от выпуклого участка (выпуклый участок A), выбранного из множества выпуклых участков, до выпуклого участка B, который является ближайшим к выпуклому участку A. Здесь, расстояние между выпуклыми участками является расстоянием между средними частями вершин выпуклых участков. Когда вершина присутствует в выпуклом участке, расстояние является расстоянием между вершинами, тогда как когда плоская поверхность присутствует на вершине выпуклого участка, оно является расстоянием между центрами плоских поверхностей. Средний интервал Pave является средним арифметическим интервалов P. Средний интервал Pave вычисляется согласно следующему определению. Сначала наблюдают поверхность вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки (III). Здесь, для наблюдения могут использоваться сканирующий электронный микроскоп, лазерный микроскоп или цифровой микроскоп. Поверхность вогнуто-выпуклой структуры наблюдают, и кратность увеличения увеличивают, пока, по меньшей мере, 100 выпуклых участков не смогут четко наблюдаться. После этого, выбирают 100 выпуклых участков внутри наблюдаемого изображения. Затем, 10 выпуклых участков произвольно выбирают из выбранных 100 выпуклых участков, и интервалы P, описанные выше, вычисляют для каждого из выпуклых участков. Средний интервал Pave является средним арифметическим вычисленных 10 интервалов P (P1, P2… и P10), то есть, дается как (P1+P2+…+P10)/10. Уникальный выпуклый участок, включенный в вогнуто-выпуклую структуру (III), который будет описан ниже, определяют исходя из 100 выпуклых участков, используемых для вычисления среднего интервала Pave. Другими словами, выбранные 100 выпуклых участков анализируют более подробно, и таким образом определяют уникальный выпуклый участок, в результате чего получают отношение для уникального выпуклого участка (отношение уникальных выпуклых участков, включенных в 100 выпуклых участков). Аналогично, 100 выпуклых участков анализируют более подробно, и таким образом состояние поверхности уникального выпуклого участка уяснено.
[0286] Затем будет описана высота выпуклого участка. Высота выпуклого участка определена в виде средней высоты выпуклого участка. Здесь, определение средней высоты выпуклого участка дается согласно использованию 100 выпуклых участков, используемых для вычисления среднего интервала Pave. Определение среднего дается, как изложено ниже. Сначала 10 выпуклых участков произвольно выбирают из 100 выпуклых участков. Затем, высоту измеряют для каждого из выпуклых участков. Здесь, высота является кратчайшим расстоянием между поверхностью B нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре и поверхностью T, проходящей через вершину вогнутого участка и параллельную поверхности B. Средняя высота выпуклого участка является средним арифметическим вычисленных 10 высот H (H1, H2… и H10), то есть, дается как (H1+H2+…+H10)/10.
[0287] Средняя высота выпуклого участка предпочтительно в 0,1 раза или более, но 1,5 раза или менее больше среднего интервала Pave. Поскольку когда средняя высота выпуклого участка в 0,1 раза или более больше, оптическая сила рассеяния или трассированность светового луча увеличивается, повышение эффективности выхода света LEE увеличивается. С другой стороны, поскольку, когда средняя высота выпуклого участка в 1,5 раза или менее больше, рост слоя полупроводникового кристалла стабилизируется, эффект снижения растрескивания, создаваемого внутри слоя полупроводникового кристалла, повышается, в результате чего эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE повышается. В терминах того же эффекта средняя высота выпуклого участка более предпочтительно больше в 0,3 раза или более, но 1,3 раза или менее, и наиболее предпочтительно больше в 0,45 раза или более, но 1,0 раза или менее.
[0288] Затем будет описан диаметр нижней части выпуклого участка. Диаметр нижней части выпуклого участка определен как средний диаметр. Здесь, средняя высота определена согласно использованию 100 выпуклых участков, используемых для определения среднего Pave. Определение среднего дается, как изложено ниже. Сначала, 10 выпуклых участков произвольно выбирают из 100 выпуклых участков. Затем, диаметр нижней части выпуклого участка измеряют для каждого из выпуклых участков. Здесь, диаметр нижней части выпуклого участка является диаметром нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре. Максимальное расстояние от некоторой точки контура нижней части выпуклого участка до другой точки является диаметром нижней части выпуклого участка. Средний диаметр является средним арифметическим диаметров вычисленных 10 нижних частей выпуклых участков. ϕ(ϕ1, ϕ2, … и ϕ10) то есть, дается как (ϕ1+ϕ2+…+ϕ10)/10.
[0289] Средний диаметр нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (III) предпочтительно в 0,1 раза или более, но в 0,9 раза или менее больше среднего интервала Pave. Поскольку когда средний диаметр больше в 0,1 раза или более, оптическая сила рассеяния или трассированность светового луча, увеличивается, эффективность вывода света LEE повышается. С другой стороны, когда средний диаметр больше в 0,9 раза или менее, рост слоя полупроводникового кристалла делается удовлетворительным. В терминах того же эффекта средний диаметр нижней части выпуклого участка более предпочтительно в 0,3 раза или более, но в 0,8 раза или менее больше среднего интервала Pave, и наиболее предпочтительно больше в 0,5 раза или более, но 0,8 раза или менее.
[0290] Затем будет описан уникальный выпуклый участок, включенный в вогнуто-выпуклую структуру (III). Здесь, "уникальный выпуклый участок, включенный в вогнуто-выпуклую структуру (III)", означает, что например, когда вогнуто-выпуклая структура (III) формируется с Z выпуклыми участками, Y уникальных выпуклых участков включаются в Z выпуклых участков. Как будет описано ниже, Z=100. Конкретно, когда неуникальный выпуклый участок упоминается как нормальный выпуклый участок, нормальные выпуклые участки и уникальные выпуклые участки составляют вогнуто-выпуклую структуру (III), общее количество выпуклых участков в нормальных выпуклых участках и уникальных выпуклых участках представляет количество выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре (III).
[0291] Вогнуто-выпуклая структура (III) формируется с группой выпуклых участков, включающей уникальный выпуклый участок, и тем самым является возможным не только повысить эффективность вывода света LEE, но также и повысить внутренний квантовый выход IQE. Это возможно происходит потому, что выпуклый элемент или вогнутый элемент в поверхности уникального выпуклого участка нарушают режим роста слоя полупроводникового кристалла, и таким образом дислокации в слое полупроводникового кристалла снижаются. Кроме того, поскольку уникальный выпуклый участок включен, по сравнению со случаем, где уникальный выпуклый участок не включен, рассеяние света увеличивается. Следовательно, выполняют оптические проверки для оптической подложки (III) согласно третьему варианту осуществления, например, проверка с использованием коэффициента отражения и проверка с использованием мутности, и тем самым является возможным заблаговременно уяснить точность оптической подложки (III). Таким образом, на этапе, предшествующем изготовлению полупроводникового светоизлучающего элемента, вогнуто-выпуклая структура (III) в оптической подложке (III) может быть отсортирована, в результате чего возможно повысить эффективность производства полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0292] Уникальный выпуклый участок определяют исходя из 100 выпуклых участков, используемых для вычисления среднего Pave, и снимают характеристики. Сначала, 100 выпуклых участков наблюдают более подробно. Здесь, используется сканирующий электронный микроскоп, лазерный микроскоп или цифровой микроскоп. Наблюдаются все 100 выпуклых участков, и выпуклые участки, которые удовлетворяют определению, описанному ниже, определяют являющимися уникальными выпуклыми участками. Доля покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке, описанном ниже, задается как среднее арифметическое долей покрытия для отдельных уникальных выпуклых участков, включенных в 100 выпуклых участков. Отношение присутствия уникального выпуклого участка, описанного ниже, является вероятностью присутствия для уникального выпуклого участка, включенного в 100 выпуклых участков. Конкретно, когда включены Y (≥1) уникальных выпуклых участков, вероятностью присутствия является Y/100*100=Y%. Когда какой-либо уникальный выпуклый участок не распознается в наблюдении 100 выпуклых участков, наблюдаются K (K>100) выпуклых участков, включая 100 выпуклых участков, и осуществляется поиск уникального выпуклого участка. K последовательно увеличивается до 300, до 500, до 1000, до 2000, до 5000 и затем до 10000. Если нет уникального выпуклого участка, который можно наблюдать в наблюдении до 10000, вероятность присутствия уникального выпуклого участка полагают являющейся 0%. Конкретно, если уникальные выпуклые участки распознаются в момент K=300, когда количество уникальных выпуклых участков, описанное выше, полагают являющимся Y, вероятностью присутствия является Y/300×100=Y/3%. Здесь, если уникальный выпуклый участок не присутствует в 300 выпуклых участках, когда полагают K=500, вероятность существования определяют как Y/5%. Аналогично, если уникальный выпуклый участок не присутствует в момент K=500, когда полагают K=1000, вероятность существования определяют как Y/10%. После этого, если нет уникального выпуклого участка, который присутствует подобным образом, значение K увеличивают.
[0293] В терминах дополнительного достижения эффекта уникального выпуклого участка, доля покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента, обеспеченного в поверхности уникального выпуклого участка, составляет предпочтительно больше, чем 0%, но меньше, чем 100%. Здесь, доля покрытия относится к занятости плоской поверхности выпуклого элемента и вогнутого элемента в поверхности выпуклого участка. Конкретно, если площадь плоской поверхности в наблюдении некоторого уникального выпуклого участка от стороны верхней поверхности выпуклого участка полагать являющейся S, и затем полную площадь плоской поверхности выпуклого элемента и вогнутого элемента, расположенного в поверхности уникального выпуклого участка внутри наблюдаемого изображения полагать являющейся Si, доля покрытия составляет (Si/S)×100.
[0294] Фиг. 29 является схематичным представлением, показывающим уникальный выпуклый участок в оптической подложке согласно третьему варианту осуществления. На Фиг. 29 выбран и показан один уникальный выпуклый участок 520. Фигуры Фиг. 29A и 29B показывают случай, где уникальный выпуклый участок 520 наблюдают со стороны боковой поверхности, и Фиг. 29C и 29D показывают случай, где уникальный выпуклый участок 520 наблюдают со стороны его вершины. Изображением, полученным наблюдением уникального выпуклого участка 520 по Фиг. 29A со стороны вершины, является Фиг. 29C, и полученным наблюдением уникального выпуклого участка 520 по Фиг. 29B со стороны вершины, является Фиг. 29D.
[0295] На Фиг. 29A, два выпуклых элемента (или вогнутых элемента; то же справедливо в последующем описании) 521 и 522 присутствуют в участке боковой поверхности уникального выпуклого участка 520. Изображением, полученным наблюдением уникального выпуклого участка 520 со стороны вершины, является Фиг. 29C, и в этом примере, конфигурация контура нижней части уникального выпуклого участка 520 является окружностью. Если площадь, охваченную контуром уникального выпуклого участка 520 в изображении плоской поверхности, полученного наблюдением уникального выпуклого участка 520 со стороны вершины полагать являющейся S, и площади выпуклого элемента и вогнутого элемента полагать являющимися Si1 и Si2, доля покрытия дается в виде (Si1+Si2)/S×100.
[0296] Подобным образом, на Фиг. 29B, три выпуклых элемента 523, 524 и 525 присутствуют в участке боковой поверхности уникального выпуклого участка 520. Изображением, полученным наблюдением уникального выпуклого участка 520 со стороны вершины, является Фиг. 29D, и в этом примере, конфигурация контура нижней части уникального выпуклого участка 520 является треугольником. Если площадь, охваченную контуром уникального выпуклого участка 520 в изображении плоской поверхности, полученного наблюдением уникального выпуклого участка 520 со стороны вершины, полагать являющейся S, и площади выпуклых элементов 523, 524 и 525 полагать являющимися Si1, Si2, и Si3, доля покрытия дается в виде (Si1+Si2+Si3)/S×100.
[0297] Доля покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке в поверхности уникального выпуклого участка превышает 0, и таким образом поскольку несколько групп выпуклых участков в оптической подложке (III) включают в себя уникальный выпуклый участок, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE реализуется согласно принципу, описанному выше. С другой стороны, доля покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке в поверхности уникального выпуклого участка составляет меньше, чем 100%, и таким образом поскольку присутствует поверхность выпуклого участка, которая не покрыта выпуклым элементом, или вогнутым элементом, возможно снизить увеличение неровности поверхности выпуклого участка. Соответственно, вогнуто-выпуклая структура (III) в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления нарушает направление прохождения излучаемого света, формирующего волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла, и эффективность излучения вовне излучаемого света полупроводникового светоизлучающего элемента повышается. В тех же терминах доля покрытия предпочтительно равна или меньше, чем 90%, более предпочтительно равна или 5 меньше, чем 80% и наиболее предпочтительно равна или меньше, чем 50%. Кроме того, в тех же терминах, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 0,01%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,1% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,15%. В полупроводниковом светоизлучающем элементе, в частности, когда требуется, чтобы был повышен внутренний квантовый выход, в самом широком диапазоне, описанном выше, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 50%, но равна или меньше, чем 90%, более предпочтительно равна или больше, чем 60%, но равна или меньше, чем 86% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 70%, но равна или меньше, чем 84%. Когда удовлетворяют этим диапазонам, повышается эффект нарушения режима роста слоя полупроводникового кристалла выпуклым элементом или вогнутым элементом в уникальном выпуклом участке, и возможно вызывать столкновение дислокаций друг с другом в окрестности уникального выпуклого участка и таким образом уменьшать их. С другой стороны, когда конкретно требуется, чтобы была повышена эффективность вывода света, в самом широком диапазоне, описанном выше, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 30%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 10% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 5%. Поскольку этим диапазонам удовлетворяют, и тем самым является возможным снизить повторное образование волноводной моды излучаемым светом, когда волноводную моду нарушают, эффективность вывода света повышается больше.
[0298] В третьем варианте осуществления отношение присутствия уникального выпуклого участка в множестве выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре (III) предпочтительно больше, чем 0%, но меньше, чем 100%. Отношение присутствия уникального выпуклого участка в множестве выпуклых участков составляет больше, чем 0%, является возможным реализовать эффект уникального выпуклого участка, описанного выше. С другой стороны, отношение присутствия составляет меньше, чем 100%, и таким образом, поскольку возможно уменьшить нарушение среднего показателя преломления, формируемого в поверхности выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (III), возможно нарушать направление прохождения излучаемого света, образующего волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла, и таким образом увеличить количество света, проходящего вверх или вниз полупроводникового светоизлучающего элемента. В тех же терминах вероятность существования предпочтительно равна или меньше, чем 90%, более предпочтительно равна или меньше, чем 80% и наиболее предпочтительно равна или меньше, чем 50%. В тех же терминах вероятность существования предпочтительно равна или больше, чем 0,01%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,1% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,15%. В полупроводниковом светоизлучающем элементе, в частности когда требуется, чтобы был повышен внутренний квантовый выход, в самом широком диапазоне, описанном выше, вероятность существования предпочтительно равна или больше, чем 50%, но равна или меньше, чем 95%, более предпочтительно равна или больше, чем 60%, но равна или меньше, чем 90% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 70%, но равна или меньше, чем 80%. Когда этим диапазонам удовлетворяют, повышается эффект нарушения режима роста слоя полупроводникового кристалла выпуклым элементом или вогнутым элементом в уникальном выпуклом участке, и возможно вызывать столкновение дислокаций друг с другом вблизи уникального выпуклого участка и таким образом уменьшать их. С другой стороны, когда конкретно требуется, чтобы была повышена эффективность вывода свет, в самом широком диапазоне, описанном выше, вероятность существования предпочтительно равна или больше, чем 0,025%, но равна или меньше, чем 30%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,05%, но равна или меньше, чем 10% и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 5%. Поскольку этим диапазонам удовлетворяют, и тем самым возможно уменьшить повторное образование волноводной моды излучаемым светом, когда волноводную моду нарушают, эффективность вывода света повышается больше.
[0299] Уникальным выпуклым участком является выпуклый участок, который включает в своей поверхности, по меньшей мере, один или несколько выпуклых элементов или вогнутых элементов, из числа множества выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре (III) согласно третьему варианту осуществления. Фиг. 30 является схематичным представлением, показывающим уникальный выпуклый участок в оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления. На Фиг. 30 показана поверхность одного уникального выпуклого участка 520, и уникальный выпуклый участок 520 наблюдается с боковой поверхности. Участки, обозначенные разрывными линиями на Фиг. 30, являются выпуклым элементом 527 или вогнутым элементом 526 в поверхности выпуклого участка, который характеризует уникальный выпуклый участок 520. Фиг. 30A показывает случай, где выпуклый элемент 526 сформирован в конфигурации линии. Здесь, выпуклый элемент 526 находится между двумя разрывными линиями. Фиг. 30B показывает случай, где выпуклый элемент 527 формируется в конфигурации круга или овала. Фигуры Фиг. 30C и 30D являются схематичными представлениями, показывающими случаи, где изменено направление наблюдения уникального выпуклого участка 520, показанного на Фиг. 30B,. Фиг. 30C показывает вогнутый элемент 526, и Фиг. 30D показывает выпуклый элемент 527.
[0300] Конфигурация контура выпуклого элемента или вогнутого элемента, включенного в уникальный выпуклый участок, конкретно не ограничивается, и может быть n-угольником (n≥3), n-угольником (n≥3) с наличием углового участка, радиус кривизны которого превышает 0, конфигурацией прямой линии, конфигурацией кривой линии или конфигурацией кривой линии частично с наличием острия в кривой линии. Фиг. 31 является схематичным представлением, показывающим уникальный выпуклый участок в оптической подложке согласно третьему варианту осуществления. Здесь, острие относится к угловому участку. Другими словами, "форма кривой линии частично с наличием острия в кривой линии" является состоянием, как показано на Фиг. 31, где смешаны участок 528a гладкой кривой линии и угловой участок 528b. Угловой участок 528b может быть скруглен таким образом, что его радиус кривизны превышает 0. Хотя на Фиг. 31 показан только один угловой участок 528b, могут обеспечиваться несколько угловых участков.
[0301] Когда два или большее число вогнутых элементов или выпуклых элементов включаются в уникальный выпуклый участок 520, их конфигурации могут быть одинаковыми или могут отличаться. Могут включаться только выпуклые элементы или только вогнутые элементы, или выпуклые элементы и вогнутые элементы могут смешиваться.
[0302] Когда два или большее число уникальных выпуклых участка 520 включены в вогнуто-выпуклую структуру (III), выпуклые элементы или вогнутые элементы в уникальных выпуклых участках 520 могут быть отличными друг от друга, или одинаковыми друг с другом по конфигурации.
[0303] Высота или глубина выпуклого элемента или вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке 520 является предпочтительно большей, чем 0, но меньшей, чем средняя высота H выпуклого участка. Здесь, высота выпуклого элемента является расстоянием, которое продолжается, если поверхность участка невыпуклого элемента в уникальном выпуклом участке 520 полагают являющейся опорной поверхностью, от опорной поверхности к позиции выпуклого элемента, самого дальнего от опорной поверхности. С другой стороны, глубина вогнутого элемента является расстоянием, которое продолжается, если поверхность участка невогнутого элемента в уникальном выпуклом участке 520 полагают являющейся опорной поверхностью, от опорной поверхности к позиции вогнутого элемента, самого дальнего от опорной поверхности. Высота или глубина выпуклого элемента или вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке 520 превышает 0, и тем самым является возможным добиться эффекта уникального выпуклого участка 520, описанного выше. С другой стороны, поскольку высота или глубина меньше, чем средняя высота H выпуклого участка, и таким образом равномерность оптического рассеяния повышается, повышение эффективности выхода света LEE повышается. Кроме того, поскольку возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, устойчивость p-n перехода повышается, и диодная характеристика улучшается. Другими словами, является возможным снизить ток утечки. В тех же терминах, высота или глубина выпуклого элемента или вогнутого элемента предпочтительно равна или больше, чем 10 нм, более предпочтительно равна или больше, чем 30 нм и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 50 нм. Кроме того, в терминах того же эффекта высота или глубина предпочтительно равна или меньше, чем половина средней высоты H выпуклого участка, более предпочтительно равна или меньше, чем одна пятая и наиболее предпочтительно равна или меньше, чем одна десятая.
[0304] Схема размещения уникальных выпуклых участков 520 конкретно не ограничивается, и уникальные выпуклые участки 520 могут быть расположены либо регулярно, либо нерегулярно относительно множества выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре оптической подложки согласно третьему варианту осуществления. Уникальные выпуклые участки могут быть расположены таким образом, что уникальные выпуклые участки являются смежными друг с другом, то есть, формируется агрегация из двух или большего числа, или уникальные выпуклые участки являются рассредоточенными.
[0305] Выпуклый элемент или вогнутый элемент в уникальном выпуклом участке 520 предпочтительно обеспечивается, по меньшей мере, в верхней части выпуклого участка в уникальном выпуклом участке. Высоту уникального выпуклого участка 520 полагают являющейся hn. Поверхность, получаемую перемещением поверхности нижней части выпуклого участка в уникальном выпуклом участке 520 к стороне вершины выпуклой части на hn/3, полагают являющейся опорной поверхностью. Часть, включенная в стороне вершины выпуклого участка от опорной поверхности, является верхней частью выпуклого участка. По меньшей мере, выпуклый элемент или вогнутый элемент обеспечивается в верхней части выпуклого участка в уникальном выпуклом участке, и таким образом повышается эффект увеличения эффективности выхода света LEE, уже описанный. Это происходит потому, что выпуклый элемент или вогнутый элемент обеспечивается в верхней части выпуклого участка, и таким образом нарушение показателя преломления слоя полупроводникового кристалла увеличивается. В частности предпочтительно, когда hn/3 является hn/2, и более предпочтительно является hn/1,5, эффект нарушения направления прохождения излучаемого света, образующего волноводную моду, повышается. В терминах большего достижения эффекта, описанного выше, 30% или больше от выпуклого элемента или вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке предпочтительно обеспечиваются только в верхней части выпуклого участка, 60% или больше являются более предпочтительно обеспечиваемыми только в верхней части выпуклого участка и 85% или больше наиболее предпочтительно обеспечивается только в верхней части выпуклого участка.
[0306] Затем будет описываться схема размещения выпуклых участков в третьем варианте осуществления. Расположение выпуклых участков определяют из соотношения между внутренней квантовой эффективностью IQE и эффективностью выхода света LEE. В терминах повышения эффективности выхода света LEE расположением выпуклых участков является предпочтительно или симметричное, или по существу симметричное относительно, по меньшей мере, одной оси, то есть, линии. В частности расположение выпуклых участков является предпочтительно или симметричным, или по существу симметричным относительно двух осей, перпендикулярных друг другу, то есть, линиям. Расположение выпуклых участков является наиболее предпочтительно или симметричным, или по существу симметричным относительно трех осей, перекрывающих друг друга на угол поворота в 60 градусов × n (n≥l), то есть, линий. Вогнуто-выпуклую структуру (III) образуют выпуклыми участками, удовлетворяющими такому расположению, и тем самым является возможным сделать оптическое отражение, или оптическое рассеяние значительно действующим на излучаемый свет, образующий волноводную моду. Другими словами, поскольку возможно уменьшить повторное создание волноводной моды излучаемым светом, когда волноводную моду нарушают, эффективность вывода света LEE повышается больше. Кроме того, поскольку возможно повысить равномерность расстояния между выпуклыми участками друг от друга, возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, в результате чего эффект снижения тока утечки повышается. Среди них, предпочтительно, когда расположение является или симметричным, или по существу симметричным относительно трех осей, перекрывающих друг друга на угол поворота в 60 градусов × n (n≥l), дополнительно достигается описанный выше эффект. Примеры такого расположения включает в себя расположение в виде регулярной гексагональной решетки, расположение в виде полурегулярной гексагональной решетки и расположение, в котором, когда ось A расположения и ось B расположения, полученная вращением на 90 градусов относительно оси расположения A, присутствуют в регулярной гексагональной решетке, модуляция происходит с периодическими интервалами в направлениях осей A и B.
[0307] Выпуклый участок с такой же концепцией, как минимальный выпуклый участок 133 (см. Фиг. 9), описанный в первом варианте осуществления, включен в вогнуто-выпуклую структуру (III) оптической подложки (III), и таким образом эффективность вывода света LEE повышается больше, и вероятность существования становится находящейся внутри диапазона, описанного в первом варианте осуществления, и тем самым является возможным снизить ток утечки. В частности включается минимальный выпуклый участок, который является уникальным выпуклым участком, и таким образом эти эффекты дополнительно повышаются. Здесь, минимальный выпуклый участок в третьем варианте осуществления является выпуклым участок, высота выпуклой части которого меньше, чем средняя высота H выпуклого участка, и который конкретно имеет высоту 0,6 H или менее. Минимальный выпуклый участок может быть определен наблюдением вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки с помощью атомно-силового микроскопа. Способ подсчета минимальных выпуклых участков, когда определяется вероятность существования минимального выпуклого участка, является таким же для как априорной вероятности уникального выпуклого участка, описанной выше.
[0308] Материал оптической подложки (III) является таким же, как таковой оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления.
[0309] В полупроводниковом светоизлучающем элементе, использующем оптическую подложку (III), оптическая подложка (I) и вогнуто-выпуклая структура (I) в первом варианте осуществления предпочтительно заменяется оптической подложкой (III) и вогнуто-выпуклой структурой (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0310] Будет описываться способ изготовления вогнуто-выпуклой структуры (III) оптической подложки (III). Способ изготовления вогнуто-выпуклой структуры (III), включающей уникальный выпуклый участок, можно классифицировать на два способа. Первый способ состоит в том, чтобы создать вогнуто-выпуклую структуру без уникального выпуклого участка, и после этого обработать часть обычного выпуклого участка в уникальный выпуклый участок. Второй способ состоит в том, чтобы создать вогнуто-выпуклую структуру, включающую уникальный выпуклый участок. В любом из способов является возможным изготавливать ее способом, который уже был описан в первом варианте осуществления. В частности предпочтительно принять способ фотолитографии. В качестве способа фотолитографии, может применяться один из известных обычных способов. Среди них микрочастицы и примеси рассеиваются в фоторезисте, и тем самым является возможным эффективно изготавливать уникальный выпуклый участок. Создается вогнуто-выпуклая структура, не имеющая уникальный выпуклый участок, или вогнуто-выпуклая структура, почти не имеющая уникальный выпуклый участок, микрорельеф вдавливается или вычищается на вогнуто-выпуклой структуре, и тем самым является возможным сформировать уникальный выпуклый участок. Средний интервал в микрорельефе меньше, чем средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре (III), и тем самым является возможным эффективно создавать уникальный выпуклый участок. В частности средний интервал в микрорельефе более предпочтительно в 0,8 раза или менее меньше, чем таковой в вогнуто-выпуклой структуре (III), более предпочтительно в 0,5 раза или менее меньше, чем таковой в вогнуто-выпуклой структуре (III) и наиболее предпочтительно в 0,3 раза или менее меньше, чем таковой в вогнуто-выпуклой структуре (III). В качестве микрорельефа может использоваться форма, описанная в первом варианте осуществления. Микрорельеф, описанный выше, вдавливают или вычищают, и таким образом часть обычного выпуклого участка обрабатывается в уникальный выпуклый участок. Среди прочего твердость материала микрорельефа предпочтительно выше, чем таковая оптической подложки.
[0311] Оптическая подложка (IV) согласно четвертому варианту осуществления
Затем будет описываться оптическая подложка (IV) согласно четвертому варианту осуществления. Оптическая подложка (IV) используется, и тем самым является возможным одновременно повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE. Поскольку возможно уменьшить образование растрескивания в слое полупроводникового кристалла, возможно увеличить долговременную надежность полупроводникового светоизлучающего элемента. Кроме того, вогнуто-выпуклая структура оптической подложке (IV) включает вогнуто-выпуклую структуру (I) 12 оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления или вогнуто-выпуклую структуру (II) 22 оптической подложки (II) 2 согласно второму варианту осуществления, описанному выше, и тем самым является возможным больше повысить эффективность вывода света LEE и более удовлетворительно поддерживать ток утечки.
[0312] В полупроводниковом светоизлучающем элементе используется высокоплотная вогнуто-выпуклая структура, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE, и с другой стороны используется рассеяние света, обусловленное вогнуто-выпуклой структурой, имеющей значительные вариации в объеме, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Другими словами, когда для того, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, обеспечивается высокоплотная вогнуто-выпуклая структура, вариации объема вогнуто-выпуклой структуры уменьшаются, и оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света) уменьшается, в результате чего повышение эффективности выхода света LEE ограничивается. Это может быть объяснено оптическим явлением как видно из света, излучаемого из полупроводникового светоизлучающего элемента. Это происходит потому, что хотя вогнуто-выпуклая структура, имеющая достаточную плотность, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, по масштабу примерно равна или меньше, чем длина волны излучаемого света, поскольку длина волны излучаемого света увеличивается относительно вогнуто-выпуклой структуры, эффект приближения эффективной среды действует в качестве оптического явления, оптическое рассеяние уменьшается. С другой стороны, когда вариации объема вогнуто-выпуклой структуры повышаются, чтобы повысить эффективность вывода света LEE, то поскольку плотность вогнуто-выпуклой структуры снижается, эффект рассеивающихся дислокаций уменьшается, в результате чего повышение внутреннего квантового выхода IQE является ограниченным.
[0313] Из описанного выше было выявлено, для того, чтобы одновременно повышать внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE с тем, чтобы повысить внешний квантовый выход EQE полупроводникового светоизлучающего элемента, является важным, чтобы обеспечивались вогнуто-выпуклая структура, которая может повысить внутренний квантовый выход IQE, и вогнуто-выпуклая структура, которая может повысить эффективность вывода света LEE, и вогнуто-выпуклые структуры размещались так, чтобы не ухудшать свои функции. Таким образом, оптическая подложка (IV) согласно четвертому варианту осуществления была выполнена.
[0314] В оптической подложке (IV) согласно четвертому варианту осуществления, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE, используется разность между средними интервалами Pave в множестве вогнуто-выпуклых структур, включенных в оптическую подложку. Конкретно, в оптической подложке (IV) согласно четвертому варианту осуществления обеспечиваются вогнуто-выпуклая структура (L), имеющая средний интервал PL, и вогнуто-выпуклая структура (S), имеющая средний интервал PS, и таким образом средний интервал PL и средний интервал PS делают отличающимися внутри заранее заданного диапазона отношения.
[0315] Здесь, вогнуто-выпуклая структура (L), имеющая более высокий средний интервал Pave, реализует функцию повышения эффективности выхода света LEE, и вогнуто-выпуклая структура (S), имеющая более низкий средний интервал Pave, реализует функцию повышения внутреннего квантового выхода IQE. Кроме того, чтобы для функций вогнуто-выпуклых структур (L, S) добиться синергетического действия по дополнению друг друга, то есть, для повышения эффективности выхода света LEE, которое не будет снижаться вогнуто-выпуклой структурой (S) для повышения внутреннего квантового выхода IQE, и чтобы для внутреннего квантового выхода IQE, который не будет снижаться вогнуто-выпуклой структурой (L) для повышения эффективности вывода света LEE, в, по меньшей мере, части поверхности одной вогнуто-выпуклой структуры (L или S), обеспечивается другая вогнуто-выпуклая структура (S или L).
[0316] Фигуры Фиг. 32A и 32B являются схематичным видом в поперечном разрезе, показывающим пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления. В оптической подложке 710, показанной на Фиг. 32A и 32B, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 обеспечивается на основной поверхности основной части подложки 702, и вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 формируется с первой вогнуто-выпуклой структурой (именуемой в дальнейшем вогнуто-выпуклая структура (L)) и второй вогнуто-выпуклой структурой (именуемой в дальнейшем вогнуто-выпуклая структура (S)). Вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с выпуклыми участками 703 (или вогнутыми участками 704), обеспеченными отстоящими друг от друга, и вогнутыми участками 704 (или выпуклым участком 703), соединяющим смежные выпуклые участки 703 (или вогнутые участки 704). Множество выпуклых участков 703 (или вогнутых участков 704) имеет средний интервал PL.
[0317] С другой стороны, вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с множеством выпуклых участков 705 (или вогнутых участков 706), обеспеченных на поверхности выпуклых участков 703 и вогнутых участков 704 вогнуто-выпуклой структуры (L), и вогнутых участков 706 (или выпуклых участков 705), соединяющих множества выпуклых участков 705 (или вогнутых участков 706). Множество выпуклых участков 705 (или вогнутых участков 706) имеет средний интервал PS. На Фиг. 32A вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхностях вершин множества выпуклых участков 703 и нижних частях вогнутых участков 704. С другой стороны, на Фиг. 32B, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вершине выпуклого участка 703, соединяющего множества независимых вогнутых участков 704. Вогнуто-выпуклая структура (S) не ограничивается примерами Фиг. 32A и 32B, и предпочтительно обеспечивается на, по меньшей мере, одном участке из выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704.
[0318] Вогнуто-выпуклая структура (S) может обеспечиваться на боковой поверхности выпуклого участка 703, соединяющей выпуклый участок 703 и нижнюю часть вогнутого участка 704. Когда вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на боковой поверхности выпуклого участка 703, по оценкам эффект нарушения волноводной моды дополнительно повышается, и направление прохождения нарушенного излучаемого света может больше изменяться к направлению толщины полупроводникового светоизлучающего элемента. Следовательно, легко выбирать уплотнитель, когда полупроводниковый светоизлучающий элемент корпусируют.
[0319] В частности предпочтительно, первая вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 703, отстоящих друг от друга, и выпуклые участки 705 или вогнутые участки 706 второй вогнуто-выпуклой структуры (S) обеспечиваются, по меньшей мере, на нижней части первой вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0320] В этом случае рост слоя полупроводникового кристалла может начинаться с начальной точки, то есть, нижней поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на нижней поверхности вогнутого участка 704, и тем самым возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла, является возможным уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S). Кроме того, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 703, возможно уменьшить растрескивание в окрестности выпуклого участка 703 в слое полупроводникового кристалла, выращиваемого от нижней части вогнутого участка 704. Другими словами, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и повысить надежность полупроводникового светоизлучающего элемента. Как будет описано ниже, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяют соотношению заранее заданных средних интервалов, оптическое рассеяние увеличивается. В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается, по меньшей мере, на нижней части вогнутого участка 704, возможно в большей степени нарушать волноводную моду рассеянием света или оптическим отражением, и тем самым является возможным уменьшить канализирование волноводной моды снова, в результате чего эффективность вывода света LEE одновременно повышается.
[0321] Предпочтительно, первая вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 704, отстоящих друг от друга, и выпуклые участки 705 или вогнутые участки 706 второй вогнуто-выпуклой структуры (S) обеспечиваются, по меньшей мере, на вершине выпуклого участка 703 первой вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0322] В этом случае, рост слоя полупроводникового кристалла может начинаться с начальной точки, то есть, вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вершине выпуклого участка 703, и тем самым возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла, является возможным уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S). Здесь, слой полупроводникового кристалла, выращиваемый от вершины выпуклого участка 703, является удовлетворительным по росту по сравнению с кристаллом полупроводника, выращиваемым от нижней части вогнутого участка 704. Следовательно, внутренний квантовый выход IQE эффективно повышается. В зависимости от условий выращивания слоя полупроводникового кристалла является возможным эффективно связывать слой полупроводникового кристалла, выращиваемый от нижней части вогнутого участка 704, и слой полупроводникового кристалла, выращиваемый от вершины выпуклого участка 703. В этом случае, является возможным эффективно уменьшить растрескивание в слое полупроводникового кристалла в окрестности выпуклого участка 703. В зависимости от условий выращивания слоя полупроводникового кристалла легко создавать промежуток внутри вогнутого участка 704. В этом случае, точность удаления, когда оптическая подложка (IV) 710 удаляется, например, отслаиванием с помощью лазерного излучения, повышается. Как будет описано ниже, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяют соотношению заранее заданных средних интервалов, оптическое рассеяние увеличивается. В частности поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством вогнутых участков 704, вариации в объеме повышаются, и таким образом эффект нарушения волноводной моды повышается, в результате чего повышается эффективность вывода света LEE.
[0323] В оптической подложке (IV) 710, описанной выше, и согласно четвертому варианту осуществления, доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно больше, чем 0, но меньше, чем 100%.
[0324] В этом случае, поскольку в выпуклом участке 703 или вогнутом участке 704 вогнуто-выпуклой структуры (L) вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается обязательно, согласно описанному выше принципу возможно эффективно повысить внутренний квантовый выход IQE и уменьшить растрескивание внутри слоя полупроводникового кристалла. С другой стороны, препятствуют заполнению всего выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L) вогнуто-выпуклой структурой (S). Таким образом, возможно уменьшить снижение вогнуто-выпуклой структурой (S) эффекта повышения эффективности выхода света LEE, создаваемого вогнуто-выпуклой структурой (L). Другими словами, эффект одновременного повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE повышается больше.
[0325] Среди них, предпочтительно, в оптической подложке (IV) 710 диаметр выпуклого участка 705 во второй вогнуто-выпуклой структуре (S) уменьшается, по мере того как он продолжается от нижней части к вершине.
[0326] В этой конфигурации является возможным уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла, выращиваемом от вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S), и уменьшить растрескивание в окрестности выпуклого участка 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S) слоя полупроводникового кристалла. Следовательно, возможно увеличить долговременную надежность полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0327] Когда, по меньшей мере, одна структура из вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L) является вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 согласно первому варианту осуществления или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 согласно второму варианту осуществления, описанному выше, поскольку повышение эффективности выхода света LEE повышается больше, и возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, то возможно более удовлетворительно снизить ток утечки. В частности когда, по меньшей мере, вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяет вогнуто-выпуклой структуре (I) 12, дополнительно добиваются эффекта, описанного выше.
[0328] Фиг. 32C представляет схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий другой пример оптической подложки (IV). В оптической подложке 710 вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 обеспечивается на основной поверхности основной части подложки 702, и вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 формируется с первой вогнуто-выпуклой структурой (именуемой в дальнейшем вогнуто-выпуклой структурой (S)) и второй вогнуто-выпуклой структурой (именуемой в дальнейшем вогнуто-выпуклой структурой (L)). Вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с выпуклыми участками 705, обеспеченными отстоящими друг от друга, и вогнутым участком, 706 соединяющим смежные выпуклые участки 705. Выпуклые участки 705 множества имеют средний интервал PS.
[0329] С другой стороны, вогнуто-выпуклые структуры (L) обеспечиваются отстоящими друг от друга так, что на поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S) часть вогнуто-выпуклой структуры (S) является экспонируемой и формируется с множеством выпуклых участков 703, обеспеченных на выпуклых участках 705 и вогнутых участках 706 вогнуто-выпуклой структуры (S). Выпуклые участки 703 множества имеют средний интервал PL.
[0330] Когда, по меньшей мере, одна структура из вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L) является вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления, или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 оптической подложки (II) согласно второму варианту осуществления, описанному выше, поскольку повышение эффективности выхода света LEE повышается больше и возможно уменьшить специфический рост слоя полупроводникового кристалла, то возможно более удовлетворительно снизить ток утечки. В частности когда, по меньшей мере, вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяет вогнуто-выпуклой структуре (I) 12, дополнительно добиваются эффекта, описанного выше.
[0331] Отношение между средним интервалом PL вогнуто-выпуклой структуры (L) и средним интервалом PS вогнуто-выпуклой структуры (S) в оптической подложке (IV) 710, описанной выше со ссылкой на Фиг. 32A, 32B и 32C, является большим, чем 1, но равным или меньшим, чем 2000. Когда отношение больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и повысить эффективность вывода света LEE. В частности в терминах увеличения разности между средним интервалом PL и средним интервалом PS, чтобы уменьшить проблему относительно повышения эффективности выхода света LEE, обусловленного вогнуто-выпуклой структурой (S), и проблему относительно внутреннего квантового выхода IQE, обусловленного вогнуто-выпуклой структурой (L), отношение (PL/PS) предпочтительно равно или больше, чем 1,1, более предпочтительно равно или больше, чем 1,5, и дополнительно предпочтительно равно или больше, чем 2,5. Кроме того, в терминах повышения точности обработки вогнуто-выпуклой структуры (S), чтобы больше повысить внутренний квантовый выход IQE, отношение (PL/PS) предпочтительно равно или больше, чем 5,5, более предпочтительно равно или больше, чем 7,0, и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 10. С другой стороны, в терминах повышения оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) вогнуто-выпуклой структурой (S), для достижения повышения внутреннего квантового выхода IQE вогнуто-выпуклой структурой (S) и повышения эффективности выхода света LEE вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S), отношение (PL/PS) предпочтительно равно или меньше, чем 700, более предпочтительно равно или меньше, чем 300, и дополнительно предпочтительно равно или больше, чем 100. Кроме того, в терминах увеличения вариаций объема вогнуто-выпуклой структуры (L), повышения плотности вогнуто-выпуклой структуры (S) и повышения точности обработки вогнуто-выпуклой структуры (L) и вогнуто-выпуклой структуры (S), отношение (PL/PS) предпочтительно равно или меньше, чем 50, более предпочтительно равно или меньше, чем 40, и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 30. Когда диапазону отношения (PL/PS) между средним интервалом PS вогнуто-выпуклой структуры (S) и средним интервалом PL вогнуто-выпуклой структуры (L) удовлетворяют, считается, что рост слоя полупроводникового кристалла, баланс скорости роста в окрестности вершины выпуклого участка 703 в слое полупроводникового кристалла делается удовлетворительным. Другими словами, поскольку напряженное состояние на слое полупроводникового кристалла снижается, возможно снизить трещины в слое полупроводникового кристалла.
[0332] Полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно четвертому варианту осуществления затем будет описываться со ссылкой на чертежи. Фиг. 34 представляет схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно четвертому варианту осуществления. Хотя в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, обеспеченной на поверхности оптической подложки (IV) 710, показывается только конфигурация контура вогнуто-выпуклой структуры (L) для удобства, как показано на Фиг. 32A-32C, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 формируется с вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S). Полупроводниковый светоизлучающий элемент, который получен заменой вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 согласно первому варианту осуществления, вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 согласно второму варианту осуществления или вогнуто-выпуклой структурой (III) согласно третьему варианту осуществления, уже описанными, является также полупроводниковым светоизлучающим элементом согласно четвертому варианту осуществления.
[0333] Как показано на Фиг. 33, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 700 вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 обеспечивается на поверхности оптической подложки (IV) 710. На поверхности, включающей вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720, последовательно осаждены оптическая подложка (IV) 710, первый полупроводниковый слой 730, светоизлучающий полупроводниковый слой 740 и второй полупроводниковый слой 750. Здесь, свет, генерируемый в светоизлучающем полупроводниковом слое 740, выводится из второго полупроводникового слоя 750 или оптической подложки (IV) 710. Кроме того, первый полупроводниковый слой 730 и второй полупроводниковый слой 750 являются полупроводниковыми слоями, которые отличаются друг от друга. Здесь, первый полупроводниковый слой 730 предпочтительно сглаживает вогнуто-выпуклую структурная поверхность 720. Поскольку первый полупроводниковый слой 730 обеспечивается, чтобы выравнивать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720, и таким образом имеется возможность отражать действие первого полупроводникового слоя 730 как полупроводника на светоизлучающем полупроводниковом слое 740 и втором полупроводниковом слое 750, внутренний квантовый выход IQE повышается.
[0334] Как показано на Фиг. 34, первый полупроводниковый слой 730 может быть сформирован слоем 731 нелегированного первого полупроводника и слоем 732 легированного первого полупроводника. Фиг. 34 показывает поперечное сечение из другого примера полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому настоящему варианту осуществления. В этом случае, как показано на Фиг. 34, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 800 оптическая подложка (IV) 710, слой 731 нелегированного первого полупроводника и слой 732 легированного первого полупроводника последовательно осаждены, и тем самым является возможным не только достижение повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффекта снижения искривления, но также и уменьшения времени для изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента 800. Здесь, поскольку слой 731 нелегированного первого полупроводника обеспечивается, чтобы выравнивать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720, и тем самым возможно отражать действие слоя 731 нелегированного первого полупроводника в качестве полупроводника на слое 732 легированного первого полупроводника, светоизлучающем полупроводниковом слое 740 и втором полупроводниковом слое 750, внутренний квантовый выход IQE повышается.
[0335] Кроме того, как показано на Фиг. 35, слой 731 нелегированного первого полупроводника предпочтительно включает в себя буферный слой 733. Фиг. 35 представляет схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий другой пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 35, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 810 буферный слой 733 обеспечивается на вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, и затем слой 731 нелегированного первого полупроводника и слой 732 легированного первого полупроводника осаждены последовательно, и таким образом зародышеобразование и рост центра кристаллизации, которые являются начальными условиями роста кристалла первого полупроводникового слоя 730, делаются удовлетворительными, и действие первого полупроводникового слоя 730, как полупроводника, повышается, в результате чего степень повышения внутреннего квантового выхода IQE повышается. Здесь, хотя буферный слой 733 может размещаться, чтобы сглаживать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720, поскольку скорость роста буферного слоя 733 является низкой, в терминах снижения времени на изготовление полупроводникового светоизлучающего элемента 810 вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 предпочтительно сглаживается слоем 731 нелегированного первого полупроводника, обеспеченного на буферном слое 733. Слой 731 нелегированного первого полупроводника обеспечивается, чтобы сглаживать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720, и тем самым является возможным отражать действие слоя 731 нелегированного первого полупроводника как полупроводника на слое 732 легированного первого полупроводника, светоизлучающем полупроводниковом слое 740 и втором полупроводниковом слое 750, в результате чего внутренний квантовый выход IQE повышается. Хотя на Фиг. 35 буферный слой 733 размещен так, чтобы покрывать поверхность вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, буферный слой 733 может частично обеспечиваться на поверхности вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720. В частности буферный слой 733 может предпочтительно обеспечиваться на нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720.
[0336] Хотя полупроводниковые светоизлучающие элементы 700, 800 и 810, показанные на Фиг. 33-35, являются примерами, где применяется полупроводниковый светоизлучающий элемент двойной гетероструктуры, многослойная структура из первого полупроводникового слоя 730, светоизлучающего полупроводникового слоя 740 и второго полупроводникового слоя 750 не ограничивается этими примерами.
[0337] Фиг. 36 - схематичное представление поперечного сечения, показывающее другой пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 36, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 820, прозрачная проводящая пленка 760 может обеспечиваться на втором полупроводниковом слое 750, электрод-анод 770 может обеспечиваться на поверхности прозрачной проводящей пленки 760, и электрод-катод 780 может обеспечиваться на поверхности первого полупроводникового слоя 730. Хотя расположение прозрачной проводящей пленки 760, электрод-анод 770 и электрод-катод 780 является ограниченным, поскольку может оптимизироваться полупроводниковым светоизлучающим элементом по необходимости, обычно они обеспечиваются, как проиллюстрировано на Фиг. 36.
[0338] Кроме того, хотя в полупроводниковом светоизлучающем элементе 820, показанном на Фиг. 36, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 обеспечивается между оптической подложкой (IV) 710 и первым полупроводниковым слоем 730, как показано на Фиг. 37, другая поверхность вогнуто-выпуклой структуры может дополнительно обеспечиваться. Фиг. 37-схематичное представление поперечного сечения, показывающее другой пример полупроводникового светоизлучающего элемента согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 37, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 830 в качестве вогнуто-выпуклой структуры, которая обеспечивается отдельно, присутствует следующая вогнуто-выпуклая структура:
Вогнуто-выпуклая структура 801, которая обеспечивается на поверхности оптической подложки (IV) 710 на противоположной стороне по отношению к светоизлучающему полупроводниковому слою 740
Вогнуто-выпуклая структура 802, которая обеспечивается между вторым полупроводниковым слоем 750 и прозрачной проводящей пленкой 760
Вогнуто-выпуклая структура 803, которая обеспечивается на поверхности прозрачной проводящей пленки 760
Вогнуто-выпуклая структура 804, которая обеспечивается между прозрачной проводящей пленкой 760 и электродом-анодом 770
Вогнуто-выпуклая структура 805, которая обеспечивается между первым полупроводниковым слоем 730 и электродом-катодом 780
Вогнуто-выпуклая структура 806, которая обеспечивается на поверхности электрода-анода 770
Вогнуто-выпуклая структура 807, которая обеспечивается на поверхности электрода-катода 780
Вогнуто-выпуклая структура 808, которая обеспечивается на боковых поверхностях первого полупроводникового слоя 730, светоизлучающем полупроводниковом слое 740, втором полупроводниковом слое 750 и оптической подложке (IV) 710
[0339] В дополнение к вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, дополнительно обеспечивается, по меньшей мере, одна структура из вогнуто-выпуклых структур 801-808, и тем самым является возможным реализовать эффекты, соответствующие вогнуто-выпуклым структурам 801-808, которые будут описаны ниже.
[0340] Поскольку вогнуто-выпуклая структура 801 обеспечивается, чтобы повысить эффективность вывода света LEE, внутренний квантовый выход IQE повышается, и тем самым является возможным эффективно выводить излучаемый свет из полупроводникового светоизлучающего элемента 830. Другими словами, является возможным более эффективно выводить из полупроводникового светоизлучающего элемента 830 свет, излучаемый эффективно согласно повышению внутреннего квантового выхода IQE с помощью вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720. Кроме того, также возможно уменьшить искривление полупроводникового светоизлучающего элемента 830. Следовательно, в полупроводниковом светоизлучающем элементе 830, использующем оптическую подложку (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, предпочтительно обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 801.
[0341] Поскольку обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 802, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE, внешний квантовый выход EQE значительно увеличивается. Кроме того, поскольку диффузия электронов в прозрачной проводящей пленке 760 повышается, является возможным увеличить размер микросхемы полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0342] Вогнуто-выпуклая структура 803 обеспечивается, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Следовательно, предпочтительно, в полупроводниковом светоизлучающем элементе, использующем оптическую подложку (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, дополнительно обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 803. Поскольку вогнуто-выпуклая структура 803 формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 согласно первому варианту осуществления или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 согласно второму варианту осуществления, уже описанному выше, даже если прозрачная проводящая пленка 760 является тонкой, возможно удовлетворительно реализовать оптическое рассеяние, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE.
[0343] Поскольку вогнуто-выпуклая структура 804 обеспечивается, и тем самым является возможным увеличить площадь контакта между прозрачной проводящей пленкой 760 и электродом-анодом 770, возможно уменьшить разделение электрода-анода 770. Кроме того, поскольку омическое сопротивление снижается, и тем самым возможно повысить омический контакт, является возможным повысить эффективность инжекции электронов EIE, в результате чего возможно повысить внешний квантовый выход EQE. Следовательно, предпочтительно, в полупроводниковых светоизлучающих элементах 700, 800, 810, 820 и 830, использующих оптическую подложку (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, дополнительно обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 804. Как уже было описано, вогнуто-выпуклая структура 804 может быть вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22. Даже в этом случае, эффективность инжекции электронов EIE повышается, и реализуется оптическое рассеяние, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE.
[0344] Поскольку вогнуто-выпуклая структура 805 обеспечивается, чтобы увеличить площадь контакта между первым полупроводниковым слоем 730 и электродом-катодом 780, возможно уменьшить разнесение для электрода-катода 780.
[0345] Поскольку вогнуто-выпуклая структура 806 обеспечивается, чтобы увеличить прочность крепления межсоединений, подсоединенных к электроду-аноду 770, возможно уменьшить разнесение.
[0346] Поскольку вогнуто-выпуклая структура 807 обеспечивается, чтобы повысить прочность крепления межсоединений, обеспеченных на поверхности электрода-катода 780, возможно уменьшить разнесение.
[0347] Поскольку обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 808, и тем самым является возможным увеличить количество света, излучаемого с боковых поверхностей первого полупроводникового слоя 730, светоизлучающего полупроводникового слоя 740, второго полупроводникового слоя 750 и оптической подложки (IV) 710, возможно уменьшить отношение для излучаемого света, который ослабляется и удаляется в волноводной моде. Следовательно, эффективность вывода света LEE повышается, и тем самым является возможным повысить внешний квантовый выход EQE.
[0348] Как описано выше, используется оптическая подложка (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE полупроводниковых светоизлучающих элементов 700, 800, 810, 820 и 830. Кроме того, по меньшей мере, одна из вогнуто-выпуклых структур 801-808, описанных выше, обеспечивается дополнительно, и тем самым является возможным реализовать эффекты, создаваемые вогнуто-выпуклыми структурами 801-808. В частности, в терминах дополнительного повышения эффективности выхода света LEE, по меньшей мере, одна структура из вогнуто-выпуклой структуры 801 и вогнуто-выпуклой структуры 803 предпочтительно обеспечивается. В части дополнительного повышения эффективности инжекции электронов EIE, предпочтительно обеспечивается вогнуто-выпуклая структура 804. По меньшей мере, любая из вогнуто-выпуклых структур, описанных выше, является предпочтительно вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 согласно первому варианту осуществления, вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 согласно второму варианту осуществления или вогнуто-выпуклой структурой (III) согласно третьему варианту осуществления, описанным выше.
[0349] Оптическая подложка (IV) 710 может быть удалена из многослойного изделия, где электрод формируется на экспонируемой поверхности второго полупроводникового слоя 750 в полупроводниковых светоизлучающих элементах 700, 800 и 810 иллюстрируемых на Фиг. 33-36, описанных выше, и где основной материал-подложка размещен на экспонируемой поверхности электрода. Удаление оптической подложки (IV) 710 может осуществляться отслаиванием с использованием лазерного излучения либо полным растворением или частичным растворением оптической подложки (IV) 710. Здесь, принята оптическая подложка (IV) 710, и тем самым является возможным сформировать полое пространство внутри вогнутого участка 704. В этом случае, точность отслаивания лазерным излучением повышается. В частности, когда кремниевая подложка принята в качестве оптической подложки (IV) 710, удаление растворением предпочтительно в терминах точности вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720. Оптическая подложка (IV) 710 удаляется этим способом, и тем самым является возможным дополнительно повысить эффективность выхода света LEE в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE. Это происходит потому, что имеются значительные разности в показателе преломления между оптической подложкой (IV) 710, первым полупроводниковым слоем 730, светоизлучающим полупроводниковым слоем 740 и вторым полупроводниковым слоем 750. Оптическая подложка (IV) 710 удаляется, и тем самым является возможным образовывать светоизлучающий полупроводниковый слой, в котором первый полупроводниковый слой 730 является поверхностью излучения света. В этом случае, свет излучается через вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 по настоящему изобретению. В частности, поскольку градиент показателя преломления между первым полупроводниковым слоем 730 и окружающей средой (например, уплотнителем) делается плавным вогнуто-выпуклой структурой (S), имеющей высокую плотность, и возможно реализовать оптическое рассеяние, обусловленное вогнуто-выпуклой структурой (L), имеющей широкие вариации в объеме, возможно больше повысить эффективность вывода света LEE.
[0350] Теперь будут описаны термины и выражения, используемые в описании элементов полупроводниковых светоизлучающих элементов 700, 800, 810, 820 и 830.
[0351] Конфигурация оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления затем будет описана. Как в случае с оптической подложкой (I) 1 из первого варианта осуществления, оптической подложкой (II) 2 из второго варианта осуществления и оптической подложкой (III) согласно третьему варианту осуществления, в оптической подложке (IV) согласно четвертому варианту осуществления, как показано на Фиг. 4A и 4B, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 (знак 401 на Фиг. 4A) предпочтительно обеспечивается, по меньшей мере, на одной стороне оптической подложке (IV) 710 (знак 400 на Фиг. 4A), и вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720, как показано на Фиг. 32A-32C, предпочтительно формируется с вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S).
[0352] Как показано на Фиг. 4B, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 (знак 401 на Фиг. 4B) может обеспечиваться на обеих сторонах оптической подложки (IV) 710 (знак 400 на Фиг. 4B). В этом случае, как показано на Фиг. 32A-32C, по меньшей мере, одна из вогнуто-выпуклых структурных поверхностей 720 предпочтительно формируется с вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S).
[0353] Оптическая подложка (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления используется в полупроводниковых светоизлучающих элементах 700, 800, 810, 820 и 830, и таким образом внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE одновременно повышаются. Причина этого состоит в следующем.
[0354] Внутренний квантовый выход IQE снижается дислокациями, создаваемыми несоответствием (несоответствием параметров решетки) между постоянной решетки для оптической подложки и постоянной решетки для слоя полупроводникового кристалла. Здесь, когда на поверхности оптической подложки, обеспечивается вогнуто-выпуклая структура, имеющая примерно такую же плотность, как плотность дислокаций, или более высокую, возможно нарушать режим роста кристалла светоизлучающего полупроводникового слоя и возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла в соответствии с вогнуто-выпуклой структурой. Другими словами, является возможным уменьшить плотность дислокаций и микроскопически и макроскопически. Следовательно, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE.
[0355] Однако, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, необходимо обеспечить сверхмалую вогнуто-выпуклую структуру, имеющую высокую плотность. Поскольку плотность вогнуто-выпуклой структуры повышается, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, объем вогнуто-выпуклой структуры, как видно из длины волны излучаемого света, снижается, в результате чего эффект оптического рассеяния снижается. Другими словами, поскольку эффект нарушения волноводной моды снижается, степень повышения эффективности выхода света LEE снижается.
[0356] Хотя, подобным образом, чтобы повысить эффективность вывода света LEE, необходимо нарушать волноводную моду оптическим рассеянием, чтобы повысить оптическое рассеяние, необходимо увеличить вариации объема вогнуто-выпуклой структуры, и плотность вогнуто-выпуклой структуры снижается, в результате чего степень повышения внутреннего квантового выхода IQE уменьшается.
[0357] Здесь, настоящие изобретатели и другие установили, что внутри поверхности одной вогнуто-выпуклой структуры, вогнуто-выпуклая структура для повышения внутреннего квантового выхода IQE и вогнуто-выпуклая структура для повышения эффективности вывода света LEE объединяются, чтобы иметь заранее заданные соотношения расположения, и чтобы таким образом было возможным одновременно реализовывать их функции. Конкретно, вогнуто-выпуклая структура (вогнуто-выпуклая структура (S)), имеющая высокую плотность, и вогнуто-выпуклая структура (вогнуто-выпуклая структура (L)), имеющая широкие вариации в объеме обеспечиваются с тем, чтобы иметь заранее заданные позиционные соотношения, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (вогнуто-выпуклой структуры (S)), имеющей высокую плотность, и одновременно повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (вогнуто-выпуклой структуры (L)), имеющей широкие вариации в объеме. Кроме того, включаются минимальный выпуклый участок или минимальная вогнутый участок, и тем самым является возможным реализовать оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света). Другими словами, вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, описанными выше, и тем самым является возможным поддерживать эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE и больше повысить эффективность вывода света LEE.
[0358] С другой стороны, вогнуто-выпуклая структура (L) удовлетворяет вогнуто-выпуклой структуре (I) 12 или вогнуто-выпуклой структуре (II) 22, и таким образом, в зависимости от среднего интервала вогнуто-выпуклой структуры (L) возможно увеличить, например, количество мод дифракции света. В этом случае считается, что поскольку эффект изменения направления прохождения света в волноводной моде, канализируемого внутри слоя полупроводникового кристалла, увеличивается, рассеяние света увеличивается, и таким образом эффективность вывода света LEE повышается.
[0359] Следовательно, вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, и таким образом эффект повышения эффективности выхода света добавляется к эффекту повышения внутреннего квантового выхода, тогда как вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22 и таким образом повышение эффективности выхода света LEE делается более значительным. Здесь, как будет описано ниже, вогнуто-выпуклая структура (L) является структурой, более крупной, чем вогнуто-выпуклая структура (S). Другими словами, с вогнуто-выпуклой структурой (L) является возможным повысить эффективность вывода света LEE оптически с помощью любого явления из дифракции света, рассеяния света и трассированности светового луча. В таком случае поскольку эффект повышения эффективности выхода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L) является значительным, степень дополнительного повышения эффективности выхода света, когда вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, явно снижается. Следовательно, по меньшей мере, вогнуто-выпуклая структура (S) предпочтительно формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22.
[0360] Когда вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12, по сравнению со случаем, где вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE увеличивается больше. Это происходит потому, что поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12, и таким образом слой полупроводникового кристалла может выращиваться от нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S), то дисперсии дислокаций оказывается большее содействие.
[0361] Кроме того, когда вогнуто-выпуклая структура (S) или вогнуто-выпуклая структура (L) формируются с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, с помощью уже описанного механизма является возможным снизить ток утечки. Это происходит потому, что для вогнуто-выпуклой структуры (I) 12 или вогнуто-выпуклой структуры (II) 22 удовлетворяются условия для уменьшения специфического роста слоя полупроводникового кристалла, или является возможным уменьшить столкновение слоев полупроводниковых кристаллов, специфически выращиваемых. Другими словами, поскольку возможно уменьшить нарушение на границе p-n перехода, диодная характеристика улучшается.
[0362] Теперь будет описана вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 оптической подложки (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления.
[0363] Вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 формируется с двумя вогнуто-выпуклыми структурами, имеющими различные средние интервалы Pave. Здесь, две вогнуто-выпуклые структуры именуются как вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S). Средним интервалом вогнуто-выпуклой структуры (L) является PL, и средним интервалом вогнуто-выпуклой структуры (S) является PS. Средний интервал PS и средний интервал PL отличаются друг от друга, и отношение (PL/PS) удовлетворяет заранее заданному диапазону. Кроме того, соотношения расположения между вогнуто-выпуклой структурой (S) и вогнуто-выпуклой структурой (L) удовлетворяют любому из следующих случаев.
1. Вогнуто-выпуклая структура (S) размещается на, по меньшей мере, одной из поверхностей множества выпуклых участков (на Фиг. 32, знак 703) и вогнутых участков (на Фиг. 32, знак 704) в вогнуто-выпуклой структуре (L).
2. Вогнуто-выпуклые структуры (L) обеспечиваются отстоящими друг от друга таким образом, что часть вогнуто-выпуклой структуры (S) является экспонируемой на поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S) (Фиг. 32C)
[0364] В четвертом варианте осуществления средний интервал PL в вогнуто-выпуклой структуре (L) значительно больше по длине, чем средний интервал PS в вогнуто-выпуклой структуре (S). Конкретно, отношение (PL/PS) между средним интервалом PL вогнуто-выпуклой структуры (L) и средним интервалом PS вогнуто-выпуклой структуры (S) больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000. Поскольку отношение больше, чем 1, но равно или меньше, чем 2000, и таким образом одна из вогнуто-выпуклых структур позволяет реализовываться эффекту другой вогнуто-выпуклой структуры без запрета, возможно одновременно увеличить повышение внутреннего квантового выхода IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) и повышение эффективности выхода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L). Кроме того, в терминах увеличения разности между средним интервалом PL и средним интервалом PS, чтобы смягчить проблему повышения эффективности выхода света LEE, обусловленную вогнуто-выпуклой структурой (S) и проблему внутреннего квантового выхода IQE, обусловленную вогнуто-выпуклой структурой (L), отношение (PL/PS) предпочтительно равно или больше, чем 1,1, более предпочтительно равно или больше, чем 1,5 и дополнительно предпочтительно равно или больше, чем 2,5. Кроме того, в терминах повышения точности обработки вогнуто-выпуклой структуры (S), для большего повышения внутреннего квантового выхода IQE, отношение (PL/PS) предпочтительно равно или больше, чем 5,5, более предпочтительно равно или больше, чем 7,0 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 10. С другой стороны, в терминах повышения оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) вогнуто-выпуклой структурой (S) для достижения повышения внутреннего квантового выхода IQE вогнуто-выпуклой структурой (S) и повышения эффективности выхода света LEE вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S) отношение (PL/PS) предпочтительно равно или меньше, чем 700, более предпочтительно равно или меньше, чем 300, и дополнительно предпочтительно равно или больше, чем 100. Кроме того, в терминах увеличения вариаций объема вогнуто-выпуклой структуры (L), повышения плотности вогнуто-выпуклой структуры (S) и повышения точности обработки вогнуто-выпуклой структуры (L) и вогнуто-выпуклой структуры (S), отношение (PL/PS) предпочтительно равно или меньше, чем 50, более предпочтительно равно или меньше, чем 40, и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 30.
[0365] <Характеристика вогнуто-выпуклой структуры>
Характеристика вогнуто-выпуклой структуры, общей в вогнуто-выпуклой структуре (L) и вогнуто-выпуклой структуре (S) вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 в оптической подложке (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, теперь будет описана. В последующем описании, если конкретно не определено иное, каждая вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S) именуется просто "вогнуто-выпуклая структура".
[0366] Конфигурация и расположение вогнуто-выпуклых структур для вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 не ограничиваются при условии, что вогнуто-выпуклая структура включает в себя вогнутую часть и вогнутую часть, и при условии, что соотношение расположения и отношение (PL/PS) в вогнуто-выпуклой структуре (S) и вогнуто-выпуклой структуре (L) удовлетворяют заранее заданным диапазонам, как описано выше, эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE могут быть увеличены, тогда как повышение этого поддерживается. Следовательно, например, возможно принять линейную и пространственную структуру, где размещены несколько гребнеобразных элементов, структуру решетки, где несколько гребнеобразных элементов пересекают друг друга, точечную структуру, где размещены несколько структур точечной конфигурации (выпуклый участок, выступ), структуру с выемкой, где организованы несколько структур конфигурации с выемкой (вогнутый участок) и подобное. Примеры точечной структуры и структуры с выемкой включает в себя конус, цилиндр, квадратную пирамиду, прямоугольную призму, гексагональную пирамиду, гексагональный столбец, n-угольную пирамиду (n≥3), n-угольной столбец (n≥3), конфигурацию двух колец и "многокольцевую конфигурацию". Примеры также включает в себя конфигурацию, где диаметр ее нижней поверхности искривлен, конфигурацию, где угловой участок нижней поверхности n-угольника имеет радиус кривизны, превышающий 0, и скруглен, конфигурацию, где ее боковая поверхность искривлена, и конфигурацию, где ее вершина имеет радиус кривизны, превышающий 0, и скруглен. Кроме того, по меньшей мере, одна структура из вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L) формируется с вогнуто-выпуклой структурой (I) 12 или вогнуто-выпуклой структурой (II) 22, описанными выше, и таким образом эффективность вывода света LEE повышается больше.
[0367] Точечная структура является структурой, где множество выпуклых участков размещаются независимо друг от друга. Другими словами, отдельные выпуклые участки отделены непрерывно вогнутой частью. Отдельные выпуклые участки могут быть плавно соединенными непрерывно вогнутой частью. С другой стороны, структура с выемкой является структурой, где несколько вогнутых участков размещаются независимо друг от друга. Другими словами, отдельные вогнутые участки отделены непрерывно выпуклой частью. Отдельные вогнутые участки могут быть плавно соединены непрерывно выпуклой частью.
[0368] Какая структура из «точечной» структуры и структуры «с выемкой» выбирается, может быть выбрано по необходимости в соответствии с устройством, используемым в изготовлении полупроводникового светоизлучающего элемента и применении полупроводникового светоизлучающего элемента. В частности, когда требуется повышенный внутренний квантовый выход IQE, вогнуто-выпуклая структура является предпочтительно структурой точечной конфигурации. Это происходит потому, что для повышения внутреннего квантового выхода IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), имеющей средний интервал PS, необходимо содействовать дисперсии дислокаций плотностью вогнуто-выпуклой структуры (S). Кроме того, это также, потому что даже вогнуто-выпуклая структура (L), имеющая средний интервал PL большой длины, позволяет, что будет порождаться рост слоя полупроводникового кристалла в горизонтальном направлении (эпитаксиальное боковое приращивание), будут уменьшаться растрескивания в вершине выпуклого участка и будет повышаться внутренний квантовый выход IQE. С другой стороны, когда особенно требуется повышение эффективности вывода света LEE, вогнуто-выпуклые структур, является предпочтительно структурой «с выемкой». Это происходит потому, что в структуре «с выемкой» изменения в показателе преломления, если смотреть из слоя полупроводникового кристалла, являются подходящими относительно оптического рассеяния. В качестве комбинации (вогнуто-выпуклая структура (L), вогнуто-выпуклая структура (S)) из вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L), может приниматься любая комбинация из (точечная структура, точечная структура), (структура с выемкой, структура с выемкой), (точечная структура, структура с выемкой) и (структура с выемкой, точечная структура).
[0369] В частности, чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE, вогнуто-выпуклая структура (S) является предпочтительно структурой, из числа структур точечной конфигурации, у которой нет плоской поверхности на вершине выпуклого участка. Здесь, примеры структуры, у которой нет плоской поверхности на вершине выпуклого участка, включают случай, где вершиной выпуклого участка является угловой участок, радиус кривизны которого равен 0, и случай, где вершиной выпуклого участка является угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0. В частности случай, где у вершины выпуклого участка имеется угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0, является предпочтительным, поскольку когда у вершины выпуклого участка имеется угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0, в окрестности выпуклого участка 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S) эффект образования дислокаций в слое полупроводникового кристалла, сталкивающихся друг с другом, повышается. Кроме того, для большего повышения внутреннего квантового выхода IQE, нижняя часть вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) предпочтительно имеет плоскую поверхность. Размер плоской поверхности предпочтительно равен или больше, чем 30 нм. Здесь, размер плоской поверхности определен как кратчайшее расстояние между участками наружного края нижних частей выпуклых участков, ближайших друг к другу. Поскольку размер плоской поверхности равен или больше, чем 30 нм, и тем самым является возможным удовлетворительно поддерживать начальный рост слоя полупроводникового кристалла, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE увеличивается. В тех же терминах размер плоской поверхности более предпочтительно равен или больше, чем 60 нм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 80 нм.
[0370] Предпочтительно для уменьшения образования растрескиваний в первом слое полупроводника, обеспеченном в вогнуто-выпуклой структуре, диаметр выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре, обеспеченной в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, уменьшается, по мере того как выпуклый участок продолжается от нижней части к вершине. Более предпочтительно угол наклона изменяется на двух или большем числе стадий от нижней части выпуклого участка к вершине выпуклого участка. Наиболее предпочтительно, угол наклона участка боковой поверхности для выпуклого участка изменяется более плавно, по мере того как выпуклый участок продолжается от нижней части выпуклого участка к вершине выпуклого участка.
[0371] Когда плоская поверхность (именуемая в дальнейшем "плоская поверхность B") нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре является параллельной поверхности (именуемой в дальнейшем "параллельная поверхность устойчивого роста"), примерно параллельной поверхности устойчивого роста первого полупроводникового слоя, обеспеченного на вогнуто-выпуклой структуре, поскольку нарушение режима роста первого полупроводникового слоя в окрестности вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре увеличивается, и тем самым является возможным эффективно уменьшить дислокации внутри первого полупроводникового слоя с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), в результате чего внутренний квантовый выход IQE повышается. Поверхность устойчивого роста относится к поверхности, скорость роста для которой является низшей в материале, подлежащим выращиванию. Обычно известно, что поверхность устойчивого роста появляется в виде фасетчатой поверхности в середине выращивания. Например, в сложном нитрид галлиевом полупроводнике плоская поверхность, параллельная оси A, такая как плоскость M, является поверхностью устойчивого роста. Поверхность устойчивого роста полупроводникового слоя GaN является плоскостью M(1-100), (01-10) и (-1010) гексагонального кристалла, и является одной из плоских поверхностей, параллельных оси A. В зависимости от условий выращивания другая плоская поверхность, включающая ось A, которая является плоской поверхностью, отличной от плоскости M полупроводникового слоя GaN, может быть поверхностью устойчивого роста.
[0372] <Средний интервал Pave>
A1B1-1
A1B1-6
AMBM-1
AMBM-k
A1B1-1
A3B3-k
Фигуры Фиг. 38 и 39 являются видами сверху примера оптической подложки (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, если смотреть со стороны поверхности вогнуто-выпуклой структуры. Когда как показано на Фиг. 38, вогнуто-выпуклая структура вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 формируется с точечной структурой, где размещены несколько выпуклых участков 720a, расстояния P-P между центром некоторого выпуклого участка A1 и центрами выпуклых участков B1-1-B1-6, смежных с выпуклым участком A1, определены как интервалы P. Среднее арифметическое интервалов P представляет средний интервал Pave. Сначала на вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 оптической подложки (IV) 710 берется квадратная область 50 мкм × 50 мкм, параллельная основной поверхности оптической подложки (IV) 710. Затем, квадратная область 50 мкм × 50 мкм разделяется на двадцать пять квадратных областей 10 мкм × 10 мкм, не являющихся перекрываемыми. Затем, произвольно выбирают 5 областей из двадцати пяти областей 10 мкм × 10 мкм. Здесь, выбранные квадратные области 10 мкм × 10 мкм именуются областью A, областью B, областью C, областью D и областью E. После этого, область A наблюдают при большом увеличении, и оно увеличивается до тех пор, пока, по меньшей мере, 100 вогнутых участков четко не наблюдаются. Затем, 3 вогнутых участка произвольно выбирают из наблюдаемых вогнутых участков (A1, A2 и A3). (2) Интервалы от P до P между выпуклым участком AM и выпуклыми участками (BM-1-BM-k), смежными с выпуклым участком AM (1≤M≤10), измеряют. (3) Для выпуклых участков A1-A3, как в (2), измеряют интервалы P. (4) Среднее арифметическое интервалов P-P полагают являющимся средним интервалом PA в области A. Такая же операция выполняется на областях B-E, и таким образом определяют средние интервалы PA-PE. Средним интервалом Pave является (PA+PB+PC+PD+PE)/5. Здесь, k полагают являющимся равным или большим, чем 4, но равным или меньшим, чем 6. В структуре с выемкой средний интервал Pave, может задаваться заменой выпуклого участка, описанного в точечной структуре на полую часть вогнутого участка.
A1B1-1
A1B1-2
AMBM-1
AMBM-1
A1B1-1
A3B3-2
[0373] Как показано на Фиг. 39, когда вогнуто-выпуклая структура в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 является линейной и пространственной структурой, интервалы P определены как кратчайшие расстояния P и P между линией центров некоторой выпуклой линии A1 и осевыми линиями от выпуклой линии B1-1 до выпуклой линии B1-2, смежной с выпуклой линией A1. Среднее арифметическое интервалов P представляет средний интервал Pave. Сначала, на поверхности вогнуто-выпуклой структуры оптической подложки (IV) 710 берется квадратная область 50 мкм × 50 мкм, параллельная основной поверхности оптической подложки (IV) 710. Затем, квадратную область 50 мкм × 50 мкм разделяют на двадцать пять квадратных областей 10 мкм × 10 мкм, не являющихся перекрываемыми. Затем, произвольно выбирают 5 областей из двадцати пяти областей 10 мкм × 10 мкм. Здесь, выбранные квадратные области 10 мкм × 10 мкм именуются областью A, областью B, областью C, областью D и областью E. После этого, область A наблюдают при большом увеличении, и оно увеличивается до тех пор, пока, по меньшей мере, 10 выпуклых линий четко не наблюдаются. Затем, произвольно выбирают 3 выпуклые линии из наблюдаемых выпуклых линий (A1, A2 и A3). (2) Измеряют интервалы P-P между выпуклой линией AM и выпуклыми линиями (BM-1-BM-2), смежными с выпуклой линией AM (1≤M≤3). (3) Для выпуклых линий A1-A3, как в (2), измеряют интервалы P. (4) Среднее арифметическое интервалов P - P полагают являющимся средним интервалом PA в области A. Такая же операция выполняется на областях B-E, и таким образом определяют средние интервалы от PA до PE. Средним интервалом Pave является (PA+PB+PC+PD+PE)/5.
[0374] Средний интервал PS вогнуто-выпуклой структуры (S) полагают вычисляемым из интервалов P, измеренных для вогнуто-выпуклой структуры (S), и средний интервал PL вогнуто-выпуклой структуры (L) полагают вычисляемым из интервалов P, измеренных для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0375] <Высота H>
Высота вогнуто-выпуклой структуры задается как кратчайшее расстояние между средней позицией нижних частей вогнутых участков в вогнуто-выпуклой структуре и средней позицией вершин выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре. 10 или большее число образцов (выборок) предпочтительно используются, когда вычисляют среднюю позицию. Высоту вогнуто-выпуклой структуры (S) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (S) для вогнуто-выпуклой структуры (S), и высоту вогнуто-выпуклой структуры (L) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (L) для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0376] <Ширина Icvt вершины выпуклого участка, ширина Icct отверстия вогнутого участка, ширина Icvb нижней части выпуклого участка и ширина Iccb нижней части вогнутого участка>
Фиг. 40 показывает вид сверху, когда вогнуто-выпуклая структура в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 является точечной структурой. Линейный сегмент, обозначенный прерывистой линией, показанный на Фиг. 40, является расстоянием между центром некоторого выпуклого участка 720a и центром выпуклого участка 720a, ближайшего к выпуклому участку 720a, и означает интервал P, описанный выше. Фигуры Фиг. 41A и 41B являются схематичными представлениями поперечного сечения вогнуто-выпуклой структуры, выполненного вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалам P, показанным на Фиг. 40.
[0377] Как показано на Фиг. 41A, ширина Icvt вершины выпуклого участка задается как ширина вершины выпуклого участка, и ширина Icct отверстия вогнутого участка задается как значение разности (P-Icvt) между интервалом P и шириной Icvt вершины выпуклого участка.
[0378] Как показано на Фиг. 41B, ширина Icvb нижней части выпуклого участка задается как ширина нижней части выпуклого участка, и ширина Iccb нижней части вогнутого участка задается как значение разности (P-Icvb) между интервалом P и шириной Icvb нижней части выпуклого участка.
[0379] Фиг. 42 показывает вид сверху, когда вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 является структурой с выемкой. Линейный сегмент, обозначенный прерывистой линией, показанный на Фиг. 42, является расстоянием между центром некоторого выпуклого участка 720b и центром выпуклого участка 720b, ближайшего к выпуклому участку 720b, и означает интервал P, описанный выше. Фигуры Фиг. 43A и 43B являются схематичными представлениями поперечного сечения вогнуто-выпуклой структуры 720, выполненного вдоль позиции линейного сегмента, соответствующей интервалам P, показанным на Фиг. 42.
[0380] Как показано на Фиг. 43A, ширина Icct отверстия вогнутого участка задается как диаметр отверстия вогнутого участка 720b, и ширина Icvt вершины выпуклого участка задается как значение разности (P-Icct) между интервалом P и шириной Icct отверстия вогнутого участка.
[0381] Как показано на Фиг. 43B, ширина Icvb нижней части выпуклого участка задается как ширина нижней части выпуклого участка, и ширина Iccb нижней части вогнутого участка задается как значение разности (P-Icvb) между интервалом P и шириной Icvb нижней части выпуклого участка.
[0382] Ширину Icvt вершины выпуклого участка, ширину Icct отверстия вогнутого участка, ширину Icvb нижней части выпуклого участка и ширину Iccb нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (S) для вогнуто-выпуклой структуры (S). Ширину Icvt вершины выпуклого участка, ширину Icct отверстия вогнутого участка, ширину Icvb нижней части выпуклого участка и ширину Iccb нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (L) для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0383] <Режим нагрузки>
Режим нагрузки выражается в виде отношения (Icvb/P) между шириной Icvb нижней части выпуклого участка и интервалом P. Полагают, что режим нагрузки вогнуто-выпуклой структуры (S) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (S) для вогнуто-выпуклой структуры (S), и что режим нагрузки вогнуто-выпуклой структуры (L) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (L) для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0384] <Отношение ширины к длине>
Когда вогнуто-выпуклая структура в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 является точечной структурой, отношение ширины к длине задается как отношение высоты вогнуто-выпуклой структуры H/Icvb, использующее Icvb, описанное выше. С другой стороны, когда вогнуто-выпуклая структура является структурой с выемкой, отношение ширины к длине задается как отношение глубины вогнуто-выпуклой структуры/Icct, использующее Icct, описанное выше. Полагают, что отношение ширины к длине вогнуто-выпуклой структуры (S) измеряют для вогнуто-выпуклой структуры (S), и что отношение ширины к длине вогнуто-выпуклой структуры (L) измеряют для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0385] <Диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка>
Фигуры Фиг. 44A к 44E показывают изображения вида сверху, когда оптическую подложку (IV) 710 наблюдают со стороны вогнуто-выпуклой структуры. Выпуклый участок в вогнуто-выпуклой структуре в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 может быть искривленным. Контур (именуемый в дальнейшем контуром нижней части выпуклого участка), когда вогнуто-выпуклая структуру 25 наблюдают со стороны вогнуто-выпуклой структурной поверхности, обозначена "A" на Фиг. 44A к 44E. Здесь, когда выпуклый контур A нижней части не является идеальной окружностью, вписанная окружность и описанная окружность на выпуклом контуре A нижней части не совпадают друг с другом. На Фиг. 44A-44E, вписанная окружность обозначена "B", и описанная окружность обозначена "C".
[0386] Диаметр вписанной окружности B на выпуклом контуре A нижней части определен как диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка. Здесь, ϕin полагают являющимся диаметром вписанной окружности B, когда размер вписанной окружности B является наибольшим. Вписанная окружность B является окружностью, которая расположена внутри выпуклого контура A нижней части, и контактирует с частью выпуклого контура A нижней части, и с запретом выхода за выпуклый контур A нижней части.
[0387] С другой стороны, диаметр описанной окружности C на контуре A выпуклой нижней части определен как диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка. Здесь ϕout полагают являющимся диаметром описанной окружности C, когда размер описанной окружности C является наибольшим. Описанная окружность C является окружностью, которая расположена вне выпуклого контура A нижней части и контактирует с частью выпуклого контура A нижней части, и с запретом входа во внутреннюю часть выпуклого контура A нижней части.
[0388] Полагают, что диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (S) для вогнуто-выпуклой структуры (S), и что диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (L) для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0389] Когда вогнуто-выпуклая структура формируется с множеством вогнутых участков, термин "нижняя часть выпуклого участка", описанный выше, может быть заменен термином "нижняя часть вогнутого участка".
<Угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка>
Угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка определяют согласно параметрам конфигурации вогнуто-выпуклой структуры, описанной выше. Угол Θ наклона боковой поверхности вогнутого участка определяют таким же образом. Угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (S) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (S) для вогнуто-выпуклой структуры (S), и угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) измеряют с использованием образцов, используемых для определения среднего интервала Pave вогнуто-выпуклой структуры (L) для вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0391] <Нарушение вогнуто-выпуклой структуры>
Вогнуто-выпуклая структура в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 может включать нарушение, описанное ниже. Поскольку нарушение включается, и таким образом оптическое рассеяние (рассеяние света или дифракция света) повышается, эффект нарушения волноводной моды повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается больше. Хотя нарушение может быть включено в одну структуру из вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L), или может быть включено и в обе таковые, в терминах поддержания повышения IQE и в большего повышения эффективности выхода света LEE нарушение предпочтительно включается в, по меньшей мере, вогнуто-выпуклую структуру (S).
[0392] Оценено, что когда вогнуто-выпуклая структура (L) включает нарушение, количество мод дифракции света, конкретно, количество мод излучаемого света, образующего волноводную моду, увеличивается. Чтобы для волноводной моды, которая подлежит нарушению, повысить эффективность вывода света LEE, излучаемый свет, в котором нарушается волноводная мода, образует волноводную моду снова, и таким образом необходимо уменьшить поглощение светоизлучающим полупроводниковым слоем и вторым полупроводниковым слоем. Конкретно, в излучаемом свете, в котором нарушается волноводная мода, и который выводится из полупроводникового светоизлучающего элемента, пока он не будет выводиться из полупроводникового светоизлучающего элемента, необходимо уменьшить кратность (число раз) отражения излучаемого света волноводной модой. Оценено, что поскольку в вогнуто-выпуклой структуре (L) имеется нарушение, и таким образом количество мод дифракции света увеличивается, число раз, которое происходит отражение, уменьшается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается больше.
[0393] Считается, что поскольку в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеется нарушение, и тем самым возможно заново обеспечить оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света), соответствующее нарушению в вогнуто-выпуклой структуре (S), возможно поддерживать повышение внутреннего квантового выхода IQE и больше повысить эффективность вывода света LEE. Когда оптическое явление излучаемого света на вогнуто-выпуклой структуре (S) обусловлено дифракцией света, эффективность вывода света LEE повышается согласно принципу, описанному относительно вогнуто-выпуклой структуры (L). С другой стороны, когда действует приближение эффективной среды, по оценкам нарушение для показателя преломления может быть введено в тонкую пленку для показателя преломления приближения эффективной среды. Другими словами, поскольку нарушение показателя преломления действует в качестве точки рассеяния, реализуется оптическое рассеяние, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается.
[0394] Когда нарушение в вогнуто-выпуклой структуре имеет цикличность, заново реализуемое оптическое рассеяние вызывается дифракцией света, тогда как если нарушение в вогнуто-выпуклой структуре имеет низкую регулярность, заново реализуемое оптическое рассеяние вызывается рассеянием света.
[0395] Элементы вогнуто-выпуклой структуры, имеющей нарушение, не ограничиваются, и примеры элементов, которые вызывают нарушение вогнуто-выпуклой структуры, включает в себя: интервал P, режим нагрузки, отношение ширины к длине, ширину Icvt вершины выпуклого участка, ширину Icvb нижней части выпуклого участка, ширину Icct отверстия вогнутого участка, ширину Iccb нижней части вогнутого участка, угол наклона боковой поверхности выпуклого участка, число раз, которое угол наклона боковой поверхности выпуклого участка переключается, диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, высоту выпуклого участка, площадь вершины выпуклого участка, количество микровыступов (плотность) на поверхности выпуклого участка и информацию (например, конфигурацию выпуклого участка), которую можно оценивать из его отношения или расположения вогнуто-выпуклых структур.
[0396] Среди этих элементов интервал P означает нарушение в схеме размещения вогнуто-выпуклых структур, и элементы, отличные от интервала P, означают нарушение в конфигурации вогнуто-выпуклой структуры. Нарушение таковой может быть нарушением элементов только одного типа, описанных выше, или может быть объединенным нарушением. В частности предпочтительно, в терминах большего достижения оптического рассеяния, эффективного разбиения волноводной моды и повышения эффективности выхода света LEE, что несколько элементов одновременно удовлетворяет нарушению, указанному формулой (A), которая будет описана ниже. Предпочтительно, среди них, когда интервалы P, режим нагрузки, высота H, аспект, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка или отношение (ϕout/ϕin) имеют нарушение, считается, что оптическое рассеяние, обусловленное увеличением количества мод дифракции, или оптическое рассеяние, обусловленное распределением показателя Nema преломления приближения эффективной среды, увеличивается, и таким образом эффект нарушения волноводной моды, увеличивается. Среди них два или большее число нарушений включаются одновременно, и таким образом повышение эффективности выхода света LEE может делаться более значительным. Среди них, предпочтительно, когда любое из интервала P, высоты H, диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка имеет нарушение, удовлетворяющее формуле (A), которая будет описана ниже, эффект оптического рассеяния делается значительным. Более предпочтительно, присутствует нарушение, обусловленное их комбинацией.
[0397] Нарушение элементов, которое вызывает нарушение вогнуто-выпуклой структуры, имеет (стандартное отклонение/среднее арифметическое), указанное формулой (A) меньше. В формуле (A) (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для вогнуто-выпуклой структуры является значением для элементов вогнуто-выпуклой структуры. Например, когда вогнуто-выпуклая структура формируется с тремя элементами A, B и C, в качестве стандартного отклонения для элемента A/среднее арифметическое для элемента A (стандартное отклонение/среднее арифметическое) задается как отношение стандартного отклонения и среднего арифметического для одного и того же элемента.
0,025≤(стандартное отклонение/среднее арифметическое)≤0,8 (A)
[0398] (Среднее арифметическое)
Когда полагают, что N измерениями в распределении некоторого элемента (случайной величины) являются x1, x2… и xn, значение среднего арифметического задается формулой ниже.
[0399] [Формула 1]
[0400] (Стандартное отклонение)
Когда полагают, что N измерениями в распределении некоторого элемента (случайная величина) являются x1, x2… и xn, стандартное отклонение задается формулой ниже с использованием значения среднего арифметического, определенного как описано выше.
[0401] [Формула 2]
[0402] Число N выборок, когда вычисляется среднее арифметическое, задается как 10. Число выборок, когда вычисляется стандартное отклонение, полагают являющимся, таким же, число N выборок, когда вычисляется среднее арифметическое.
[0403] (Стандартное отклонение/среднее арифметическое), то есть, коэффициент вариации задается не как значение внутри поверхности оптической подложки, а как значение для локальной части оптической подложке. Другими словами, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) вычисляется не измерением N точек поверх поверхности оптической подложки, а выполняется локальное наблюдение относительно оптической подложки, и вычисляется (стандартное отклонение/среднее арифметическое) внутри диапазона наблюдения. Здесь, локальный диапазон, используемый в наблюдении, задается как диапазон примерно в 5-50 раз больше среднего интервала P вогнуто-выпуклой структуры. Например, когда средний интервал P составляет 300 нм, наблюдение выполняется в диапазоне наблюдения 1500 нм - 15000 нм. Следовательно, например, считывается полевое изображение 2500 нм, считанное изображения используется, чтобы определять стандартное отклонение и среднее арифметическое, и вычисляется (стандартное отклонение/среднее арифметическое). В частности нарушение измеряют исходя из области, используемой для вычисления среднего интервала Pave. Для нарушения вогнуто-выпуклой структуры (S) используется средний интервал PS, и для нарушения вогнуто-выпуклой структуры (L) используется средний интервал PL.
[0404] Нарушение добавляется к вогнуто-выпуклой структуре, и тем самым является возможным добавить оптическое рассеяние (рассеяние света или дифракцию света), соответствующее нарушению. Если в нарушении есть регулярность, новое оптическое рассеяние обусловлено дифракцией света, тогда как, если в нарушении есть нерегулярность, новое оптическое рассеяние обусловлено рассеянием света. Формула (A) выше обозначает нормированные изменения в некотором элементе вогнуто-выпуклой структуры. Это непосредственно связано с компонентом оптического рассеяния. Другими словами, диапазон в формуле (A) выше удовлетворяется, и тем самым является возможным нарушать волноводную моду оптическим рассеянием, соответствующим нарушению, в результате чего возможно больше повысить эффективность вывода света LEE.
[0405] Хотя оптимальное значение (стандартное отклонение/среднее арифметическое) присутствует для каждого из элементов вогнуто-выпуклой структуры, формула (A) удовлетворяется независимо от элемента, который вызывает нарушение вогнуто-выпуклой структуры, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Здесь, нижнее предельное значение определено по степени повышения эффективности выхода света LEE, и верхнее предельное значение определено по степени поддержания повышения внутреннего квантового выхода IQE. В терминах большего уменьшения эффектов условий изготовления LED элемента и типа оптической подложки, и таким образом увеличения и внутреннего квантового выхода IQE, и эффективности вывода света LEE, нижнее предельное значение более предпочтительно равно или больше, чем 0,03. С другой стороны, верхнее предельное значение предпочтительно равно или меньше, чем 0,5, предпочтительно равно или меньше, чем 0,35, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,25, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,15.
[0406] Предпочтительно, один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из интервала P, диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметра ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка и высоты H, удовлетворяют формуле (A) выше, и тем самым является возможным увеличить интенсивность реализации нового оптического рассеяния на основании нарушения вогнуто-выпуклой структуры. Другими словами, является возможным повысить эффективность вывода света LEE в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE. Это происходит потому, что для увеличения оптического рассеяния, обусловленного нарушением вогнуто-выпуклой структуры, являются важными показатель преломления вариаций объема вогнуто-выпуклой структуры. Элемент, описанный выше, получает нарушение, и тем самым является возможным увеличить показатель преломления вариаций объема вогнуто-выпуклой структуры, в результате чего возможно увеличить контрастность в части, соответствующей увеличению количества мод дифракции света, или нарушение показателя Nema преломления приближения эффективной среды. Другими словами, является возможным увеличить оптическое рассеяние и повысить эффективность вывода света LEE. В частности с помощью интервала P и высоты H легко добавить регулярное нарушение. В этом случае путем регулярного нарушения является возможным использовать дифракцию света в качестве нового оптического рассеяния. Нарушение элемента, описанного выше, обеспечивается в, по меньшей мере, одной структуре из вогнуто-выпуклой структуры (L) и вогнуто-выпуклой структуры (S), и тем самым является возможным увеличить оптическое рассеяние. В частности в терминах повышения с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE и дополнительного повышения с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L) эффективности вывода света LEE, по меньшей мере, вогнуто-выпуклая структура (S) предпочтительно включает в себя нарушение элемента, описанного выше.
[0407] Принятие любого значения в формуле (A), удовлетворяющего диапазону выше, выбирается различными способами в соответствии с состоянием поверхности оптической подложки и назначением, и возможно выбрать оптимальную структуру. Например, в выборе для одновременного повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE, когда оптическая подложка устройство CVD или условия CVD, которые относительно вряд ли вызовут дислокационный дефект, могут применяться, высокое (стандартное отклонение/среднее арифметическое) в рамках объема, удовлетворяющего формуле (A) выше, предпочтительно принимается, чтобы повысить эффект рассеяния света. Когда могут применяться оптическая подложка устройства CVD или условия устройства CVD, которые относительно вероятно вызовут дислокационный дефект, низкое (стандартное отклонение/среднее арифметическое) в рамках объема, удовлетворяющего формуле (A) выше, предпочтительно принимается с тем, чтобы снижать дислокационный дефект и повышать внутренний квантовый выход IQE.
[0408] Предпочтительно, вогнуто-выпуклая структура с нарушением, удовлетворяющим формулу (A) выше, включается, по меньшей мере, в вогнуто-выпуклую структуру, имеющую короткий средний интервал P, и тем самым является возможным поддерживать повышение внутреннего квантового выхода IQE и одновременно больше повышать эффективность вывода света LEE.
[0409] Теперь будут описаны вогнуто-выпуклая структура (S) и вогнуто-выпуклая структура (L) вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720.
[0410] Фиг. 45 является схематичным представлением поперечного сечения, показывающим пример оптической подложки согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 45A-45C, в поверхности оптической подложки (IV) 710 обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (L), имеющая большие вариации в объеме, и на, по меньшей мере, одном участке из выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 вогнуто-выпуклой структуры (L) обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (S), имеющая высокую плотность структуры. В этой конфигурации, возможно повысить с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) внутренний квантовый выход IQE и повысить с помощью оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света), обусловленного вогнуто-выпуклой структурой (L), эффективность вывода света LEE. На Фиг. 45A 45C показаны примеры расположения вогнуто-выпуклой структуры (S) и вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0411] В частности предпочтительно первая вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 703, отстоящих друг от друга, и выпуклые участки 705 или вогнутые участки 706 второй вогнуто-выпуклой структуры (S) обеспечиваются, по меньшей мере, на нижней части вогнутого участка 704 первой вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0412] В этом случае, рост слоя полупроводникового кристалла может начинаться от начальной точки, то есть, нижней поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на нижней поверхности вогнутого участка 704, и таким образом, возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла, возможно уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S). Кроме того, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 703, возможно уменьшить растрескивание в окрестности выпуклого участка 703 в слое полупроводникового кристалла, выращиваемом от нижней части вогнутого участка 704. Другими словами, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и повысить надежность полупроводникового светоизлучающего элемента. Поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяют соотношению заранее заданных средних интервалов, оптическое рассеяние увеличивается. В частности, поскольку обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (S), по меньшей мере, на нижней части вогнутого участка 704 возможно в большей степени нарушать волноводную моду рассеянием света или оптическим отражением, и тем самым является возможным уменьшить канализирование волноводной моды снова, в результате чего эффективность вывода света LEE одновременно повышается.
[0413] Предпочтительно, первая вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством выпуклых участков 704, отстоящих друг от друга, и выпуклые участки 705 или вогнутые участки 706 второй вогнуто-выпуклой структуры (S) обеспечиваются, по меньшей мере, на вершине выпуклого участка 703 первой вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0414] В этом случае, рост слоя полупроводникового кристалла может начинаться с начальной точки, то есть, вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вершине выпуклого участка 703, и тем самым возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла, является возможным уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S). Здесь, слой полупроводникового кристалла, выращиваемый от вершины выпуклого участка 703, является удовлетворительным в выращивании по сравнению с полупроводниковым кристаллом, выращиваемым от нижней части вогнутого участка 704. Следовательно, внутренний квантовый выход IQE эффективно повышается. Кроме того, легко создавать полое пространство внутри вогнутого участка 704. В этом случае, точность удаления, когда оптическая подложка (IV) 710 удаляется, например, отслаиванием лазерным излучением, повышается. Поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) и вогнуто-выпуклая структура (S) удовлетворяют соотношению заранее заданных средних интервалов, оптическое рассеяние увеличивается. В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством вогнутых участков 704, вариации в объеме увеличиваются больше, и таким образом эффект нарушения волноводной моды повышается, в результате чего эффективность вывода света LEE повышается.
[0415] В оптической подложке (IV) 710, описанной выше, доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно больше, чем 0, но меньше, чем 100%.
[0416] В этом случае, поскольку в выпуклом участке 703 или вогнутом участке 704 вогнуто-выпуклой структуры (L), вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается обязательно, согласно описанному выше принципу возможно эффективно повысить внутренний квантовый выход IQE. С другой стороны, препятствуют заполнению всего выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L) вогнуто-выпуклой структурой (S). Таким образом, возможно уменьшить снижение с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) эффекта повышения эффективности выхода света LEE, создаваемого вогнуто-выпуклой структурой (L). Другими словами, эффект одновременного повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE повышается больше.
[0417] В частности в терминах снижения увеличения неровности поверхности вогнуто-выпуклой структуры (L) и нарушения направления прохождения излучаемого света, образующего волноводную моду внутри слоя полупроводникового кристалла, доля покрытия, предпочтительно равна или меньше, чем 90%, более предпочтительно равна или меньше, чем 80% и наиболее предпочтительно равна или меньше, чем 50%. Кроме того, в терминах достижения эффекта повышения внутреннего квантового выхода IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), снижения величины используемого слоя полупроводникового кристалла и повышения производительности слоя полупроводникового кристалла, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 0,01%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,15%. В полупроводниковом светоизлучающем элементе, в частности когда требуется повышение внутреннего квантового выхода, в самом широком диапазоне, описанном выше, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 50%, но равна или меньше, чем 90%, более предпочтительно равна или больше, чем 60%, но равна или меньше, чем 86%, и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 70%, но равна или меньше, чем 84%. Когда этим диапазонам удовлетворяют, эффект нарушения режима роста слоя полупроводникового кристалла выпуклым элементом повышается, и возможно вызывать столкновение дислокаций друг с другом в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S) и таким образом снижать их. Кроме того, повышается эффект обеспечения оптического рассеяния нарушением или эффект снижения специфического роста слоя полупроводникового кристалла. С другой стороны, когда особо требуется повышение эффективности вывода света в самом широком диапазоне, описанном выше, доля покрытия предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 30%, более предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 10%, и наиболее предпочтительно равна или больше, чем 0,1%, но равна или меньше, чем 5%. Поскольку этим диапазонам удовлетворяют, и тем самым является возможным уменьшить повторное образование волноводной моды излучаемым светом там, где волноводная мода нарушена, эффективность вывода света повышается больше.
[0418] Здесь, доля покрытия относится к занятости плоской поверхности выпуклого участка 705 и вогнутого участка 706 вогнуто-выпуклой структуры (S) в поверхности выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 вогнуто-выпуклой структуры (L). Конкретно, если площадь плоской поверхности выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704, окружающая контур выпуклого участка 703, в наблюдении некоторого выпуклого участка 703 со стороны верхней поверхности полагать являющейся S, и затем полную площадь плоской поверхности выпуклого участка 705 и вогнутого участка 706 вогнуто-выпуклой структуры (S) внутри наблюдаемого изображения полагать являющейся Si, доля покрытия составляет (Si/S)×100.
[0419] Фиг. 46 является схематичным представлением, показывающим вогнуто-выпуклую структуру в оптической подложке (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 46A показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, конкретно, случай, где вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на нижней поверхности вогнутого участка 704. В этом примере конфигурация контура нижней части выпуклого участка 703 и конфигурация контура нижней части выпуклого участка 705 являются круговыми. Площадь выпуклого участка 703 в изображении плоской поверхности, наблюдаемом со стороны вершины выпуклого участка 703, и вогнутого участка 704, окружающего контуры выпуклого участка 703, полагают являющейся S. Здесь, площадь S является площадью многоугольника 841, полученного соединением центральных частей вершин других выпуклых участков 703, смежных с некоторым выпуклым участком 703. Если общую площадь областей, сформированных контурами нижних частей выпуклых участков 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S), включенными в площадь S или общую площадь контуров выемок для вогнутых участков 706, полагать являющейся Si, доля покрытия дается в виде (Si/S)×100. Хотя Фиг. 46A иллюстрирует случай, где вогнуто-выпуклая структура (S) расположена только на нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L), расположение вогнуто-выпуклой структуры (S) не ограничивается этой конфигурацией, как уже было описано. Подобным образом, Фиг. 46B показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых вогнутых участков 704, конкретно, случай, где вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на верхней поверхности выпуклого участка 703. В этом примере конфигурация контура выемки вогнутого участка 704 и конфигурация контура нижней части выпуклого участка 703 являются круговыми. Площадь вогнутого участка 704 в изображении плоской поверхности, наблюдаемом со стороны вершины выпуклого участка 703, и выпуклого участка 703, окружающего контуры вогнутого участка 704 полагают являющейся S. Здесь, площадь S является площадью многоугольника 841 полученного, соединением центральных частей контуров выемок других вогнутых участков 704, смежных с некоторым вогнутым участком 704. Если общую площадь областей, сформированных контурами нижних частей выпуклых участков 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S), включенных в площадь S, или общую площадь контуров выемок для вогнутых участков 706 полагать являющейся Si, доля покрытия дается в виде Si/S×100. Хотя Фиг. 46B иллюстрирует случай, где вогнуто-выпуклая структура (S) расположена только на вершине выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), схема размещения вогнуто-выпуклой структуры (S) не ограничивается этой конфигурацией, как уже было описано.
[0420] Когда как показано на Фиг. 46B, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается только на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), площадь верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 в наблюдении со стороны вершины выпуклого участка 703 полагают являющейся S, общую из площадей плоской поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S), включенных в верхнюю поверхность вершины выпуклого участка 703, имеющих площадь S, полагают являющейся Si, и тем самым является возможным определять доля покрытия Si/S×100. Эта доля покрытия именуется долей T покрытия на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703. Подобным образом, когда как показано на Фиг. 46A, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается только на нижней поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), площадь нижней поверхности вогнутого участка 704 в наблюдении со стороны вершины выпуклого участка 705 полагать являющейся S, общую из площадей плоской поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S), включенных в нижнюю поверхность вогнутого участка 704, имеющих площадь S, полагать являющейся Si, и тем самым является возможным определять доля покрытия (Si/S×100). Эта доля покрытия именуется долей покрытия B на нижней поверхности вогнутого участка 704. Доля T покрытия на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 и доля покрытия B на нижней поверхности вогнутого участка 704 предпочтительно равны или больше, чем 1%, но равны или меньше, чем 90%. В частности в терминах удовлетворительного повышения внутреннего квантового выхода IQE и повышения вывода излучения света для полупроводникового светоизлучающего элемента, доля T покрытия на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 и доля покрытия B на нижней поверхности вогнутого участка 704 предпочтительно равны или больше, чем 3%, но равны или меньше, чем 60%, более предпочтительно равны или больше, чем 5%, но равны или меньше, чем 55% и наиболее предпочтительно равны или больше, чем 10%, но равны или меньше, чем 40%. Даже когда вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вершине выпуклого участка 703 и боковая поверхность выпуклого участка 703 и нижняя часть вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) или доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) на нижней поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно удовлетворяют доле T покрытия на верхней поверхности вершины выпуклого участка 703 и доле покрытия B на нижней поверхности вогнутого участка 704.
[0421] Когда в вогнуто-выпуклой структуре (L) несколько выпуклых участков 703 обеспечиваются отдельно на основной части подложки 702 вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с основной поверхностью основной части подложки 702 и несколькими выпуклыми участками 703. В этом случае, несколько выпуклых участков 703 соответствует выпуклому участку в вогнуто-выпуклой структуре (L), и участок, который присутствует между выпуклыми участками 703 и с которого экспонируется основная поверхность основной части подложки 702, соответствует вогнутому участку 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L).
[0422] С другой стороны, когда основная часть подложки 702 непосредственно обрабатывается, чтобы обеспечить вогнуто-выпуклую структуру (L), материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основной части подложки 702 являются одинаковыми.
[0423] Фиг. 45A показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, и вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Фиг. 45B показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, и вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Фиг. 45C показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, и вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L).
[0424] Как показано на Фиг. 45A, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вогнутом участке 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), и тем самым является возможным удовлетворительно повысить внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, и тем самым является возможным уменьшить растрескивание в слое полупроводникового кристалла. Это происходит потому, что рост слоя полупроводникового кристалла начинается вогнутой частью 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Другими словами, поскольку возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла в вогнутом участке 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), то возможно рассеивать дислокации. Хотя на Фиг. 45A, вогнуто-выпуклая структура (S) не показана на участке боковой поверхности выпуклого участка 703, вогнуто-выпуклая структура (S) может обеспечиваться на боковой поверхности выпуклого участка 703. В этом случае по оценкам эффект нарушения волноводной моды дополнительно увеличивается, и что возможно больше изменить направление прохождения нарушенного и излучаемого света к направлению толщины полупроводникового светоизлучающего элемента. Следовательно, легко выбирать уплотнитель, когда полупроводниковый светоизлучающий элемент корпусируется.
[0425] Когда вогнуто-выпуклая структура (L) формируется из того же материала, что и основная часть подложки 702, для того, чтобы уменьшались дислокации, создаваемые от вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), диаметр выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно уменьшается, по мере того как выпуклый участок 703 продолжается от нижней части к вершине. В частности предпочтительно, вершина выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) непрерывно соединена с частью боковой поверхности выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), то есть, ширина Icvt вершины выпуклого участка приближается к 0. Хотя вогнуто-выпуклая структура (L) может быть в конфигурации круга, конической конфигурации, n-угольного столбца (n≥3) или n-угольной пирамиды, среди них, в терминах повышения равномерности роста первого полупроводникового слоя 730 и уменьшения растрескивания и дислокаций, создаваемых внутри первого полупроводникового слоя 730, вогнуто-выпуклая структура (L) предпочтительно имеет конфигурацию любую из конической конфигурации, круговой, треугольной призмы, треугольной пирамиды, гексагональной призмы и гексагональной пирамиды. Вершина пирамиды, описанной выше, может быть угловым участком, радиус кривизны которого есть 0, или угловым участком, радиус кривизны которого превышает 0, и который скруглен. В частности в случае конфигурации пирамиды, поскольку включен угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0, и тем самым является возможным уменьшить растрескивание, создаваемые при выращивании слоя полупроводникового кристалла, долговременная надежность полупроводникового светоизлучающего элемента повышается. В частности предпочтительно, в этих формах, угол наклона участка боковой поверхности выпуклого участка 703 имеет одну или больше, но пять или меньше точек переключения. Более предпочтительно, он имеет одну или больше, но три или меньше точек переключения. Участок боковой поверхности выпуклого участка 703 может иметь выпуклость вместо выполнения в форме прямой линии.
[0426] С другой стороны, когда вогнуто-выпуклая структура (L) и основная часть подложки 702 формируется из различных материалов, выпуклый участок 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) может иметь не только конфигурацию, такую как коническая форма или n-угольной столбец (n≥3), но также и конфигурацию, такую как круг или n-угольная пирамида (n≥3), где ширина Icvt вершины выпуклого участка и ширина Icvb нижней части выпуклого участка являются по существу одинаковыми. В частности предпочтительно, в терминах увеличения равномерности роста первого полупроводникового слоя 730 и уменьшения трещин и дислокаций, создаваемых внутри первого полупроводникового слоя 730, выпуклый участок 703 имеет предпочтительно конфигурацию любую из конической конфигурации, круговой, треугольной призмы, треугольной пирамиды, гексагональной призмы и гексагональной пирамиды. В терминах снижения трещин, создаваемых внутри первого полупроводникового слоя, диаметр выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно уменьшается, по мере того как выпуклый участок 703 продолжается от нижней части к вершине. В частности предпочтительно, в этих конфигурациях, угол наклона участка боковой поверхности выпуклого участка 703 имеет одну или больше, но пять или меньше точек переключения. Более предпочтительно, он имеет одну или больше, но три или меньше точек переключения. Участок боковой поверхности выпуклого участка 703 может иметь выпуклость вместо того, чтобы иметь конфигурацию прямой линии. Когда вогнуто-выпуклая структура (L) и основная часть подложки 702 формируются из различных материалов, абсолютное значение |nL-ns| разности между показателем nL преломления вогнуто-выпуклой структуры (L) и показателем ns преломления основной части подложки предпочтительно равно или больше, чем 0,1. Диапазон, описанный выше, удовлетворяется, и тем самым является возможным увеличить оптическое присутствие вогнуто-выпуклой структуры (L), если смотреть из слоя полупроводникового кристалла. Другими словами, поскольку оптическое рассеяние увеличивается, эффект нарушения волноводной моды увеличивается. Кроме того, легко разработать вывод света из направления боковой поверхности полупроводникового светоизлучающего элемента или вывод света из направления верхней поверхности.
[0427] Предпочтительно, в терминах большего повышения внутреннего квантового выхода IQE, вогнуто-выпуклая структура (S), обеспеченная в нижней части вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), является точечной структурой, которая формируется с множеством выпуклых участков 705, и нижняя часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеет плоскую поверхность. Кроме того, предпочтительно, диаметр выпуклого участка 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S) уменьшается, по мере того как выпуклый участок 705 продолжается от нижней части к вершине, и таким образом более способствуют дисперсии дислокаций. Наиболее предпочтительно, ширина Icvt вершины выпуклого участка приближается к 0, и вершина и участок боковой поверхности выпуклого участка 705 являются непрерывными. В боковой поверхности выпуклого участка 705, угол наклона боковой поверхности выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) становится более крутым в направлении от вершины к нижней части выпуклого участка 705 в вогнуто-выпуклой структуре (L), и тем самым является возможным уменьшить растрескивания, создаваемые внутри первого полупроводникового слоя 730.
[0428] Даже если как показано на Фиг. 45B, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается в выпуклом участке 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), и таким образом плоская поверхность присутствует на вершине выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), возможно удовлетворительно повысить внутренний квантовый выход IQE. Это происходит потому, что рост слоя полупроводникового кристалла начинается с плоской поверхности в вогнуто-выпуклой структуре (L). Другими словами, поскольку возможно нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла на плоской поверхности вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), возможно рассеивать дислокации в выпуклом участке 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В слое полупроводникового кристалла, выращиваемом от нижней части вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), возможно уменьшить дислокации выращиванием слоя полупроводникового кристалла в горизонтальном направлении. Следовательно, плотность дислокаций в слое полупроводникового кристалла снижается, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В этом случае, чтобы содействовать росту слоя полупроводникового кристалла, нижняя часть вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно имеет плоскую поверхность. Кроме того, вершина выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно меньше, чем нижняя часть. Предпочтительно, в терминах удовлетворительного поддержания внутреннего квантового выхода IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), вогнуто-выпуклая структура (S) является точечной структурой, сформированной с множеством выпуклых участков 705, нижняя часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеет плоскую поверхность. Кроме того, предпочтительно, когда диаметр выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (S) уменьшается, по мере того как выпуклый участок 703 продолжает от нижней части к вершине, осуществляется содействие дисперсии дислокаций. Наиболее предпочтительно, ширина Icvt вершины выпуклого участка приближается к 0, и вершина и участок боковой поверхности выпуклого участка 703 являются непрерывными. Хотя вогнуто-выпуклая структура (L) может быть в форме круга, конической конфигурации, n-угольного столбца (n≥3) или n-угольной пирамиды, среди них, в терминах повышения равномерности роста первого полупроводникового слоя 730 и снижения растрескивания и дислокаций, создаваемых внутри первого полупроводникового слоя 730, вогнуто-выпуклая структура (L) предпочтительно имеет конфигурацию любую из конической, круговой, треугольной призмы, треугольной пирамиды, гексагональной призмы и гексагональной пирамиды. Вершина пирамиды, описанной выше, может быть угловым участком, радиусом кривизны которого является 0, или угловым участком, радиус кривизны которого превышает 0 и который скруглен. В частности в случае пирамидальной конфигурации, поскольку включен угловой участок, радиус кривизны которого превышает 0, и тем самым является возможным уменьшить растрескивание, создаваемые, когда выращивается слой полупроводникового кристалла, долговременная надежность полупроводникового светоизлучающего элемента повышается. В частности предпочтительно, в этих формах, угол наклона участка боковой поверхности в выпуклом участке 703 имеет одну или больше, но пять или меньше точек переключения. Более предпочтительно, она имеет одну или больше, но три или меньше точек переключения. Участок боковой поверхности выпуклого участка 703 может иметь выпуклость вместо того, чтобы быть в форме прямой линии. Когда вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на вершине выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), поскольку легко в большей степени удалять оптическую подложку (IV) 710, например, отслаиванием лазерным излучением, является возможным увеличить интенсивность излучения света на (единицу) входную мощность полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0429] С помощью структуры, показанной на Фиг. 45C, возможно объединить эффекты, реализуемые структурами по Фиг. 45A и 45B, описанным выше.
[0430] Хотя Фиг. 45 иллюстрирует случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых выпуклых участков 703, вогнуто-выпуклая структура (L) может формироваться с множеством независимых вогнутых участков 704.
[0431] Фиг. 47 представляет схематичный вид в поперечном разрезе, показывающий пример оптической подложки согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 47 показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых вогнутых участков 704, и где вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Фиг. 47B показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых вогнутых участков 704, и где вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Фиг. 47C показывает случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых вогнутых участков 704, и где вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности выпуклого участка 703 и вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L).
[0432] Как показано на Фиг. 47A, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на выпуклом участке 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), и тем самым является возможным удовлетворительно повысить внутренний квантовый выход IQE. Кроме того, вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с множеством независимых вогнутых участков 704, и таким образом легко сформировать полое пространство внутри вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L). В этом случае точность удаления оптической подложке лазерным отслаиванием повышается. Кроме того, когда полое пространство сформировано, поскольку разность в показателе преломления между слоем полупроводникового кристалла и полым пространством значительно увеличивается, степень повышения эффективности выхода света, LEE резко увеличивается. То же справедливо для вогнуто-выпуклой структуры, показанной на Фиг. 47B или 47C.
[0433] Как описано выше, основная функция вогнуто-выпуклой структуры (S) состоит в повышении внутреннего квантового выхода IQE. Следовательно, материал вогнуто-выпуклой структуры (S) является предпочтительно таким же, как материал основной части подложки 702 оптической подложки (IV) 710. С другой стороны, основная функция вогнуто-выпуклой структуры (L) состоит в повышении вывода света LEE. Следовательно, материал вогнуто-выпуклой структуры (L) может быть таким же или отличающимся от материала основной части подложки 702 для оптической подложки (IV) 710. Например, каждая вогнуто-выпуклая структура (S) и вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с сапфиром, SiC (карбидом кремния), нитридным полупроводником, Si (кремнием) или шпинелью; вогнуто-выпуклая структура (S) формируется с сапфиром, SiC, нитридным полупроводником, Si или шпинелью, и вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с SiO.
[0434] Конкретно предпочтительно, схема размещения вогнуто-выпуклой структуры (L) и вогнуто-выпуклой структуры (S) для повышения и внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE, описанным выше, удовлетворяет следующему расположению и форме.
[0435] <Вогнуто-выпуклая структура (S)>
Основная функция вогнуто-выпуклой структуры (S) состоит в повышении внутреннего квантового выхода IQE. Следовательно, когда удовлетворяется плотность (средний интервал PS) вогнуто-выпуклой структуры (S), описанной ниже, ее размещение не ограничивается, и возможно принять гексагональное размещение, квазигексагональное размещение, квазитетрагональное размещение, квадратное размещение, размещение, полученное комбинацией этих размещений, или размещение, имеющее низкую регулярность. В частности предпочтительно, если регулярность размещения вогнуто-выпуклой структуры (S) снижена, также является возможным реализовать эффект оптического рассеяния посредством вогнуто-выпуклой структуры (S).
[0436] Средний интервал PS вогнуто-выпуклой структуры (S) имеет показатель, которое обозначает плотность вогнуто-выпуклой структуры (S). Вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается, и тем самым является возможным нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла, и поскольку возможно рассеивать дислокации в соответствии с вогнуто-выпуклой структурой (S), возможно уменьшать дислокации и микроскопически, и макроскопически, в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE.
[0437] Средний интервал PS предпочтительно равен или больше, чем 50 нм, но равным или меньшим, чем 1500 нм. В частности, когда средний интервал PS равен или меньше, чем 1500 нм, плотность вогнуто-выпуклой структуры (S) повышается. Соответственно, возможно рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла, и поскольку возможно уменьшать плотность дислокаций и микроскопически, и макроскопически, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах достижения эффекта, описанного выше, средний интервал PS является предпочтительно равным или меньшим, чем 1200 нм, более предпочтительно - равным или меньшим, чем 900 нм, и наиболее предпочтительно - равным или меньшим, чем 750 нм. С другой стороны, средний интервал PS вогнуто-выпуклой структуры (S) равен или больше, чем 50 нм, и тем самым является возможным увеличивать оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света) как вогнуто-выпуклая структура (S). Другими словами, поскольку возможно к отражению добавить оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света), обусловленное вогнуто-выпуклой структурой (L), или оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света), обусловленное вогнуто-выпуклой структурой (S), эффективность вывода света LEE повышается больше. В терминах достижения эффекта, описанного выше, средний интервал PS предпочтительно равен или больше, чем 200 нм, более предпочтительно равен или больше, чем 300 нм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 350 нм.
[0438] Нарушение, описанное выше, добавляется к интервалу P вогнуто-выпуклой структуры (S), и тем самым является возможным в большей степени увеличить оптическое рассеяние (дифракцию света или рассеяние света) вогнуто-выпуклой структурой (S) в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE вогнуто-выпуклой структурой (S). Другими словами, поскольку эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) увеличивается, степень повышения и внутреннего квантового выхода IQE, и повышения эффективности выхода света LEE как вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 оптической подложки увеличивается. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) для интервала P вогнуто-выпуклой структуры (S) составляет в самом широком диапазоне, описанном выше, (0,025 или более, но 0,8 или менее), предпочтительно является равным или большим, чем 0,03, но равным или меньшим, чем 0,4. В частности, когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или больше, чем 0,03, вклад в эффективность вывода света LEE делается удовлетворительным, тогда как когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или меньше, чем 0,4, вклад во внутренний квантовый выход IQE делается удовлетворительным. В тех же терминах, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или больше, чем 0,035, и более предпочтительно равно или больше, чем 0,04. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) более предпочтительно равно или меньше, чем 0,35, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,25 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,15.
[0439] Нарушение интервала P в вогнуто-выпуклой структуре (S) может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Например, в вогнуто-выпуклой структуре, включающей уникальную структуру, которая нерегулярно содержит гексагональное размещение, квазигексагональное размещение, квазитетрагональное размещение и квадратное размещение, регулярность нарушения интервала P в вогнуто-выпуклой структуре снижается, и рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, вогнуто-выпуклой структуре, включающей уникальную структуру, где в регулярном гексагональном размещении, интервал P периодически увеличивается и уменьшается, нарушение интервала P имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния. Например, когда в регулярном гексагональном размещении, которое является базовой структурой, часть с нерегулярным гексагональным размещением (например, квадратное размещение), которая является уникальной структурой, размещается локально, уникальная структура рассеивается нерегулярно, и таким образом регулярность нарушения интервала P в вогнуто-выпуклой структуре снижается, в результате чего рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, когда в регулярном гексагональном размещении, которое является базовой структурой, часть с нерегулярным гексагональным размещением (например, квадратное размещение), которая является уникальной структурой, размещается локально, и уникальная структура обеспечивается регулярно, нарушение интервала P в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеет высокую регулярность, и таким образом дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния.
[0440] Отношение (Icvt/Icct) между шириной Icvt вершины выпуклого участка и шириной Icct отверстия вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) является предпочтительно более малым, и наиболее предпочтительно по существу составляет 0 нм. Icvt/Icct=0 означает Icvt=0 нм. Однако, например, даже если Icvt измеряют сканирующим электронным микроскопом, является невозможным измерить 0 нм точно. Следовательно, Icvt здесь полагают включающим все случаи, где нельзя достичь разрешающей способности измерения. Когда отношение (Icvt/Icct) равно или меньше, чем 3, возможно эффективно повысить внутренний квантовый выход IQE. Это происходит потому, что дислокации, создаваемые сверху вершины выпуклого участка 705 в вогнуто-выпуклой структуре (S), уменьшаются, дисперсия дислокаций повышается, и микроскопические и макроскопические плотности дислокаций уменьшаются. Кроме того, (Icvt/Icct) равно или меньше, чем 1, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Это происходит потому, что распределение показателя преломления вогнуто-выпуклой структуры (S), сформированной с оптической подложкой (IV) 710 и слоем полупроводникового кристалла, является надлежащим, как видно из излучаемого света. В терминах значительного повышения и внутреннего квантового выхода IQE, и эффективности вывода света LEE, описанных выше, (Icvt/Icct) является равным или меньшим, чем 0,4, более предпочтительно равным или меньшим, чем 0,2 и дополнительно предпочтительно равным или меньшим, чем 0,15.
[0441] Предпочтительно, нижняя часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеет плоскую поверхность, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и уменьшить разность между устройствами пленкообразования полупроводникового кристалла. Чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE в LED элементе, необходимо рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и уменьшать микроскопические и макроскопические плотности дислокаций. Здесь, начальными условиями этих физических явлений являются зародышеобразование и рост ядра, когда слой полупроводникового кристалла формируется в пленку химическим осаждением из паровой фазы (CVD). Поскольку плоская поверхность включается в нижнюю часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S), и тем самым является возможным более предпочтительно вызывать зародышеобразование, возможно в большей степени реализовывать эффект уменьшения дислокаций внутри слоя полупроводникового кристалла с помощью плотности вогнуто-выпуклой структуры (S). Следовательно, возможно больше повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах описанного выше, отношение (Icvb/Iccb) между шириной Icvb нижней части выпуклого участка и шириной Iccb нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) является предпочтительно равным или меньшим, чем 5. В частности в терминах большего содействия росту слоя полупроводникового кристалла, где нижняя часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S) является опорной плоскостью, (Icvb/Iccb) является более предпочтительно равным или меньшим, чем 2, и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 1. Размер этой плоской поверхности предпочтительно равен или больше, чем 30 нм. Здесь, размер плоской поверхности задается как кратчайшее расстояние между участками наружного края для нижних частей выпуклых участков 705, ближайших друг к другу. Поскольку размер плоской поверхности равен или больше, чем 30 нм, и тем самым является возможным удовлетворительно поддерживать начальный рост слоя полупроводникового кристалла, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE увеличивается. В тех же терминах размер плоской поверхности более предпочтительно равен или больше, чем 60 нм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 80 нм.
[0442] Кроме того, когда ширина Icvt вершины выпуклого участка меньше, чем ширина Icvb нижней части выпуклого участка, легко одновременно удовлетворять отношению (Icvt/Icct) и отношению (Icvb/Iccb), описанным выше, в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE согласно уже описанному механизму.
[0443] Когда вогнуто-выпуклая структура (S) является точечной структурой, легко контролировать ширину Icvt вершины выпуклого участка и ширину Icvb нижней части выпуклого участка, и легко одновременно удовлетворить отношению (Icvt/Icct) и отношению (Icvb/Iccb), в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE согласно уже описанному механизму.
[0444] В терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE режим нагрузки, выраженный отношением (Icvb/P) между шириной Icvb нижней части выпуклого участка и интервалом P, является предпочтительно равным или большим, чем 0,03, но равным или меньшим, чем 0,83. Когда отношение равно, или больше, чем 0,03, эффект нарушения моды кристалла для слоя полупроводникового кристалла увеличивается, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах того же эффекта отношение (Icvb/P) более предпочтительно равно или больше, чем 0,17, и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,33. С другой стороны, когда отношение равно или меньше, чем 0,83, возможно удовлетворительно выполнять зародышеобразование и рост ядра химическим осаждением из паровой фазы на слое полупроводникового кристалла, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах того же эффекта отношение (Icvb/P) более предпочтительно равно или меньше, чем 0,73, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,6.
[0445] Предпочтительно, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяет формуле (A) выше, и тем самым возможно эффективно реализовать оптическое рассеяние. То, что диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка имеет нарушение, означает, что режим нагрузки получает нарушение.
[0446] Отношение ширины к длине является равным или большим, чем 0,1, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S) посредством оптического рассеяния. В частности в терминах большего повышения эффективности выхода света LEE новым оптическим рассеянием посредством нарушения высоты H вогнуто-выпуклой структуры (S) и нарушения интервала P вогнуто-выпуклой структуры (S), описанными выше, отношение ширины к длине предпочтительно равно или больше, чем 0,3, более предпочтительно равно или больше, чем 0,5 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,8. С другой стороны, предпочтительно, отношение ширины к длине равно или меньше, чем 5, и тем самым является возможным уменьшить плотность дислокаций, уменьшить время для изготовления вогнуто-выпуклой структуры (S) и уменьшить величину полупроводникового кристалла. В терминах того же эффекта отношение ширины к длине более является предпочтительно равным или меньшим, чем 2, 5, и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 1,5.
[0447] Предпочтительно, когда высота H имеет нарушение, которое удовлетворяет формуле (A) выше, оптическое рассеяние эффективно увеличивается. В этом случае, соотношение геометрических размеров получает нарушение одновременно. Нарушение высоты H вогнуто-выпуклой структуры (S) может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Другими словами, нарушение соотношения геометрических размеров может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Например, когда имеется вогнуто-выпуклая структура (S), которая имеет высоту H0 центра (среднюю), минимальную высоту H1 и максимальную высоту H2, и которая включает уникальную структуру, в которой высота H находится внутри вышеуказанного диапазона, и которая имеет низкую регулярность и нарушение, регулярность нарушения высоты H вогнуто-выпуклой структуры (S) снижается, и рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, в вогнуто-выпуклой структуре, включающей уникальную структуру, где высота H периодически увеличивается и уменьшается, нарушение высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния. Например, когда в базовой структуре, которая является агрегацией высоты H1, уникальная часть высоты H2 размещается локально, уникальная часть рассеивается нерегулярно, и таким образом регулярность нарушения высоты H в вогнуто-выпуклой структуре (S) снижается, в результате чего рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, когда в базовой структуре, которая является агрегацией высоты H1, уникальная часть высоты H2 размещается локально, и уникальная часть обеспечивается регулярно, нарушение высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния.
[0448] Отношение (ϕout/ϕin) между диаметром ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметром ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка является масштабом для указания искривления контура A нижней части выпуклого участка. Отношение (ϕout/ϕin) предпочтительно равно или больше, чем 1, но равно или меньше, чем 3. Когда отношение (ϕout/ϕin) равно 1, контур A нижней части выпуклого участка является идеальной окружностью. В этом случае, поскольку в проектном решении для вогнуто-выпуклой структуры (S) возможно выполнять предпочтительно действие оптического моделирования, легко разработать LED элемент. В терминах повышения эффективности выхода света LEE отношение (ϕout/ϕin) является предпочтительно больше, чем 1. С другой стороны, отношение (ϕout/ϕin) равно или меньше, чем 3, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. То, что отношение (ϕout/ϕin) является высоким, означает, что диаметр нижней части выпуклого участка значительно искривлен. Другими словами, это означает, что ширина Icvb нижней части выпуклого участка и ширина Iccb нижней части вогнутого участка, описанные выше, изменяются в зависимости от направления измерения. В частности поскольку ширина Iccb нижней части вогнутого участка, является важной как опорная плоскость для роста слоя полупроводникового кристалла, диапазону, описанному выше, необходимо удовлетворять. С этой точки зрения отношение (ϕout/ϕin) предпочтительно равно или меньше, чем 3, более предпочтительно равно или меньше, чем 2 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 1,5.
[0449] В терминах применения нарушения диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка к повышению эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S), которое является фактором нарушения, в самом широком диапазоне, описанном выше (0,025-0,8), предпочтительно равно или больше, чем 0,03, но равно или меньше, чем 0,4. В частности когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или больше, чем 0,03, вклад в эффективность вывода света LEE делается удовлетворительным, тогда как когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или меньше, чем 0,4, вклад во внутренний квантовый выход IQE делается удовлетворительным. В тех же терминах (стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или больше, чем 0,04, более предпочтительно равно или больше, чем 0,05 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,06. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или меньше, чем 0,35, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,25 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,15.
[0450] В терминах применения нарушения отношения (ϕout/ϕin) к повышению эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для отношения (ϕout/ϕin) вогнуто-выпуклой структуры, которое является фактором для нарушения, в самом широком диапазоне, описанном выше (0,025 к 0,8), предпочтительно равно или больше, чем 0,03, но равно или меньше, чем 0,35. В частности когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или больше, чем 0,03, вклад в эффективность вывода света LEE делается удовлетворительным, тогда как когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или меньше, чем 0,35, вклад во внутренний квантовый выход IQE делается удовлетворительным. В тех же терминах (стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или больше, чем 0,04, более предпочтительно равно или больше, чем 0,05 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,06. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или меньше, чем 0,25, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,15 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,10.
[0451] Предпочтительно, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяют диапазону, описанному выше, и тем самым является возможным увеличить интенсивность реализации нового оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) на основании нарушения вогнуто-выпуклой структуры (S). Другими словами, является возможным повысить эффективность вывода света LEE в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE. Это происходит потому, что для увеличения оптического рассеяния, обусловленного нарушением вогнуто-выпуклой структуры (S), вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (S) являются важными. Элемент, описанный выше, получает нарушение, и тем самым является возможным увеличить вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (S), в результате чего возможно увеличить контрастность в части, соответствующей увеличению количества мод дифракции света, или нарушение показателя преломления приближения эффективной среды Nema. Другими словами, является возможным увеличить оптическое рассеяние и повысить эффективность вывода света LEE.
[0452] Предпочтительно, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и высота H, описанные выше, удовлетворяют диапазону формулы (A) выше, и таким образом вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (S), описанной выше, увеличиваются, и степень повышения эффективности выхода света, LEE увеличивается больше. В терминах того же эффекта диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка, высота H и интервал P предпочтительно удовлетворяют диапазону формулы (A) выше, и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, высота H, интервал P и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка более предпочтительно удовлетворяют диапазону формулы (A) выше.
[0453] Предпочтительно, в терминах эффективности внутреннего квантового выхода IQE время для изготовления вогнуто-выпуклой структуры (S) и количество используемого полупроводникового кристалла, высота H выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) в два раза или менее больше интервала P. В частности, когда высота H равна или меньше, чем средний интервал PS, распределение показателя преломления вогнуто-выпуклой структуры (S) является надлежащим, как видно из излучаемого света, и тем самым возможно больше повысить эффективность вывода света LEE. С этой точки зрения высота H вогнуто-выпуклой структуры (S) более предпочтительно в 0,8 раза или менее, больше среднего интервала PS и наиболее предпочтительно в 0,6 раза или менее, больше среднего интервала PS.
[0454] В терминах применения нарушения высоты H к повышению эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для высоты H вогнуто-выпуклой структуры (S), которое является фактором для нарушения, в самом широком диапазоне, описанном выше (0,025-0,8), предпочтительно равно или больше, чем 0,03, но равно или меньше, чем 0,40. В частности когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или больше, чем 0,03, вклад в эффективность вывода света LEE делается удовлетворительным, тогда как когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или меньше, чем 0,4, вклад в эффективность внутреннего квантового выхода IQE делается удовлетворительным. В тех же терминах, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или больше, чем 0,04, более предпочтительно равно или больше, чем 0,05 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,12. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) является предпочтительно равным или меньшим, чем 0,35, более предпочтительно равным или меньшим, чем 0,30 и наиболее предпочтительно равным или меньшим, чем 0,25.
[0455] Предпочтительно высота H, описанная выше, удовлетворяет диапазону, описанному выше, и тем самым является возможным увеличить интенсивность реализации нового оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) на основании нарушения вогнуто-выпуклой структуры (S). Другими словами, является возможным повысить эффективность вывода света LEE в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE. Это происходит потому, что для увеличения оптического рассеяния, обусловленного нарушением вогнуто-выпуклой структуры (S), вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (S) являются важными. Элемент, описанный выше, получает нарушение, и тем самым является возможным увеличить вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (S), в результате чего возможно увеличить контрастность в части, соответствующей увеличению количества мод дифракции света или нарушения показателя преломления приближения эффективной среды Nema. Другими словами, возможно увеличить оптическое рассеяние и повысить эффективность вывода света LEE. В частности предпочтительно, поскольку высота H и интервал P удовлетворяют формуле (A) выше, и таким образом эффект оптического рассеяния увеличивается, эффективность вывода света LEE повышается больше. В терминах того же принципа, более предпочтительно, высота H, интервал P и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяют формуле (A) выше, и более предпочтительно, высота H, интервал P, диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка, и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяют формуле (A) выше.
[0456] Нарушение высоты H может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Например, когда имеется вогнуто-выпуклая структура (S), которая имеет (среднюю) высоту H0 центра, минимальную высоту H1 и максимальную высоту H2, и которая включает уникальную структуру, в которой высота H находится внутри вышеуказанного диапазона, и которая имеет низкую регулярность и нарушение, регулярность нарушения высоты H вогнуто-выпуклой структуры (S) снижается, и рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, в вогнуто-выпуклой структуре (S), включающей уникальную структуру, где высота H периодически увеличивается и уменьшается, нарушение для высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния. Например, когда в базовой структуре, которая является агрегацией с высотой H1, уникальная часть для высоты H2 размещена локально, уникальная часть рассеивается нерегулярно, и таким образом регулярность для нарушения высоты H в вогнуто-выпуклой структуре (S) снижается, в результате чего рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, когда в базовой структуре, которая является агрегацией с высотой H1, уникальная часть высоты H2 размещена локально, и уникальная часть обеспечивается регулярно, нарушение для высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния.
[0457] Угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка 705 определяют согласно параметрам конфигурации вогнуто-выпуклой структуры (S), описанной выше. В частности предпочтительно, угол наклона изменяется несколькими ступеньками от вершины к нижней части выпуклого участка 705. Например, когда точки перегиба, в которых у боковой поверхности выпуклого участка 705 имеется кривая с одной вытянутой вверх выпуклостью, количеством углов наклона является два. Включаются углы наклона с большим количеством ступенек, описанных выше, и тем самым возможно больше увеличить эффект оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) нарушением вогнуто-выпуклой структуры, в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Согласно материалам оптической подложки (IV) 710 и слою полупроводникового кристалла, угол наклона боковой поверхности выпуклого участка 705 можно выбирать исходя из поверхности кристалла, которая появляется на боковой поверхности. В этом случае, считается, что рост слоя полупроводникового кристалла делается удовлетворительным, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE.
[0458] <Вогнуто-выпуклая структура (L)>
Основная функция вогнуто-выпуклой структуры (L) состоит в повышении эффективности вывода света LEE. Следовательно, структурой является предпочтительно структура, в которой явление оптического рассеяния (рассеяние света или дифракция света) или явление отражения эффективно образуются в свете, излучаемом от полупроводникового светоизлучающего элемента, и возможно принять вогнуто-выпуклую структуру (L), которая будет описана ниже.
[0459] В терминах эффективной реализации оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) или отражения, средний интервал PL вогнуто-выпуклой структуры (L), предпочтительно равен или больше, чем 1000 нм, но равен, или меньше, чем 100 мкм. В частности в терминах более значительной реализации дифракции света для эффективного нарушения волноводной моды и таким образом повышения эффективности выхода света LEE, средний интервал PL предпочтительно равен или больше, чем 1200 нм, более предпочтительно равен или больше, чем 1500 нм и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 2000 нм. С другой стороны, в терминах времени для изготовления вогнуто-выпуклой структуры (L) и количества используемого слоя полупроводникового кристалла, верхнее предельное значение предпочтительно равно или меньше, чем 50 мкм, более предпочтительно равно, или меньше, чем 20 мкм, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 10 мкм.
[0460] Считается, что когда нарушение, описанное выше, добавляется к интервалу P вогнуто-выпуклой структуры (L), и таким образом принцип повышения эффективности вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L) зависит от оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света), степень повышения эффективности выхода света LEE увеличивается больше. Это относят к факту, что эффективность вывода света LEE является существом изменения направления прохождения излучаемого света, который многократно отражается волноводной модой. Другими словами, чтобы эффективно повысить эффективность вывода света LEE, необходимо выводить излучаемый свет, доходящий до вогнуто-выпуклой структуры (L) от полупроводникового светоизлучающего элемента без формирования снова волноводной моды. Также необходимо уменьшить кратность с, которой излучаемый свет отражается, когда волноводную моду нарушают, пока он не будет выведен из полупроводникового светоизлучающего элемента. Считается, что поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) имеет нарушение, и таким образом число мод дифракции света вогнуто-выпуклой структурой (L) увеличивается, увеличивается разнообразие направления прохождения излучаемого света. Считается, что, поскольку это означает уменьшение вероятности, что излучаемый свет, доходящий до вогнуто-выпуклой структуры (L), образует волноводную моду снова, является возможным управлять ослаблением, обусловленным поглощением излучаемого света в первом полупроводником слое 730, светоизлучающем полупроводниковом слое 740 и втором полупроводниковом слое 750. В терминах описанного выше (стандартного отклонения/среднего арифметического) для интервала P вогнуто-выпуклой структуры (L), в самом широком диапазоне, описанном выше (0,025 или больше, но 0,8 или меньше), является предпочтительно равным или большим, чем 0,03, но равным или меньшим, чем 0,5. В частности, когда (стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или больше, чем 0,03, вклад в эффективность вывода света LEE делается удовлетворительным, тогда как, когда ((стандартное отклонение/среднее арифметическое) равно или меньше, чем 0,4, вклад во внутренний квантовый выход IQE делается удовлетворительным. В тех же терминах (стандартное отклонение/среднее арифметическое) предпочтительно равно или больше, чем 0,035 и более предпочтительно равно или больше, чем 0,04. (Стандартное отклонение/среднее арифметическое) более предпочтительно равно или меньше, чем 0,35, более предпочтительно равно или меньше, чем 0,25 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,15.
[0461] У нарушения интервала P вогнуто-выпуклой структуры (L) может иметься высокая регулярность или низкая регулярность, как в случае нарушения интервала P вогнуто-выпуклой структуры (S), описанного выше.
[0462] В качестве схемы размещения вогнуто-выпуклой структуры (L) в терминах повышения эффективности выхода света LEE возможно принять гексагональное размещение, квазигексагональное размещение, квазитетрагональное размещение, квадратное размещение, размещение, полученное, комбинацией этих размещений, или размещение, имеющее низкую регулярность. В частности в терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE даже с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L), предпочтительно принято гексагональное размещение. Также является возможным принять размещение, получаемое частичным прореживанием выпуклых участков из множества выпуклых участков, обеспеченных в гексагональном размещении. Приняв такое размещение, возможно снизить увеличение прямого потенциала полупроводникового светоизлучающего элемента. Например, имеется размещение, в котором в состоянии, где выпуклый участок обеспечивается на узле решетки для гексагональной решетки, центральный узел гексагональной решетки с высокой плотностью упакован единицами, не имеющими выпуклого участка.
[0463] Ширина вершины выпуклого участка Icvt вогнуто-выпуклой структуры (L) конкретно не ограничивается материалом вогнуто-выпуклой структуры (L) при условии, что вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на выпуклом участке 703 вогнуто-выпуклой структуры (L). Это происходит потому, что когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основной части подложки 702 являются различными, первый полупроводниковый слой 730 выращивается от поверхности, к которой основная часть подложки 702 является открытой. С другой стороны, происходит это потому, что когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основная часть подложки 702 являются одинаковыми, дислокации, создаваемые от вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), могут быть уменьшены вогнуто-выпуклой структурой (S). Когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основная часть подложки 702 являются одинаковыми, в терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE независимо от размещения вогнуто-выпуклой структуры (S) относительно вогнуто-выпуклой структуры (L), отношение (Icvt/Icct) между шириной Icvt вершины выпуклого участка и шириной Icct отверстия вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L) предпочтительно минимизировано, и фактически отношением наиболее предпочтительно является 0. Icvt/Icct=0 означает Icvt=0 нм. Однако, например, даже когда Icvt измеряют сканирующим электронным микроскопом, невозможно измерить 0 нм точно. Следовательно, Icvt здесь полагают включающим все случаи, когда разрешающая способность измерения недостижима. Когда отношение (Icvt/Icct) равно или меньше, чем 3, возможно удовлетворительно поддерживать пленкообразование полупроводникового светоизлучающего элемента. Это происходит потому, что возможно уменьшить величину полупроводникового кристалла, выращиваемого от вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L). Кроме того, (Icvt/Icct) равно или меньше, чем 1, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Это происходит потому, что распределение показателя преломления вогнуто-выпуклой структуры (L), сформированной с оптической подложкой (IV) 710 и слоем полупроводникового кристалла, является надлежащим, как видно из излучаемого света. В терминах значительного повышения и внутреннего квантового выхода IQE, и эффективности вывода света LEE, описанных выше, (Icvt/Icct) является равным или меньшим, чем 0,4, более предпочтительно равным или меньшим, чем 0,2 и дополнительно предпочтительно равным или меньшим, чем 0,15.
[0464] Предпочтительно, в случае, где материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основной части подложки 702 являются одинаковыми, когда нижняя часть вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L) имеет плоскую поверхность, является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и уменьшить разность между устройствами пленкообразования полупроводникового кристалла. Чтобы повысить внутренний квантовый выход IQE в LED элементе, необходимо рассеивать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла и уменьшать микроскопические и макроскопические плотности дислокаций. Здесь, начальными условиями этих физических явлений являются зародышеобразование и выращивание, когда слой полупроводникового кристалла формируется в пленку химическим осаждением (CVD). Поскольку плоская поверхность включена в нижнюю часть вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (L), и тем самым возможно предпочтительно порождать зародышеобразование, является возможным стабилизировать рост слоя полупроводникового кристалла. Следовательно, возможно больше повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах описанного выше, отношение (Icvb/Iccb) между шириной Icvb нижней части выпуклого участка и шириной Iccb нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) предпочтительно равным или меньшим, чем 5. В частности в терминах большего содействия росту слоя полупроводникового кристалла, где нижняя часть вогнутого участка 704 в вогнуто-выпуклой структуре (S) является опорной плоскостью, (Icvb/Iccb) более предпочтительно равно или меньше, чем 2, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 1.
2
2
[0465] С другой стороны, когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основная часть подложки 702 являются различными, вогнуто-выпуклая структура (L) частично обеспечивается на основной части подложки 702, то есть, экспонируемая поверхность присутствует на основной части подложки 702, и таким образом реализуется рост первого полупроводникового слоя 730. Следовательно, вогнуто-выпуклая структура (L), когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основной части подложки 702 являются различными, формируется с множеством выпуклых участков, обеспеченных на основной части подложки 702, и экспонируемой основной частью подложки 702, где выпуклый участок не обеспечивается. Например, когда основная часть подложки 702 формируется из сапфира, SiC, нитридного полупроводника, Si или шпинели, возможно обеспечить выпуклый участок 703, который формируется из SiO. Другими словами, вогнуто-выпуклая структура (L) формируется с основной частью подложки 702 и SiO.
[0466] Кроме того, когда ширина Icvt вершины выпуклого участка меньше, чем и ширина Icvb нижней части выпуклого участка, легко одновременно удовлетворять отношению (Icvt/Icct) и отношению (Icvb/Iccb), описанным выше, в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE согласно уже описанному механизму. Когда ширина Icvt вершины выпуклого участка меньше, чем ширина Icvb нижней части выпуклого участка, поскольку возможно эффективно реализовать рост слоя полупроводникового кристалла в горизонтальном направлении, эффект снижения плотности дислокаций, дополнительно повышается, и степень повышения внутреннего квантового выхода IQE увеличивается.
[0467] Когда вогнуто-выпуклая структура (L) является точечной структурой, легко контролировать ширину вершины выпуклого участка Icvt и ширину Icvb нижней части выпуклого участка, и легко одновременно удовлетворять отношению (Icvt/Icct) и отношению (Icvb/Iccb), в результате чего является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и эффективность вывода света LEE согласно уже описанному механизму.
[0468] В терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE режим нагрузки, выраженный отношением (Icvb/P) между шириной Icvb нижней части выпуклого участка и интервалом P, предпочтительно является равным или большим, чем 0,03, но равным или меньшим, чем 0,83. Когда отношение равно, или больше, чем 0,03, устойчивость роста слоя полупроводникового кристалла увеличивается, и эффект роста слоя полупроводникового кристалла в горизонтальном направлении увеличивается. В терминах того же эффекта отношение (Icvb/P) более предпочтительно равно или больше, чем 0,17, и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,33. С другой стороны, когда отношение равно или меньше, чем 0,83, возможно удовлетворительно выполнять зародышеобразование и выращивание ядра химическим осаждением на слое полупроводникового кристалла, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. В терминах того же эффекта отношение (Icvb/P) более предпочтительно равно или меньше, чем 0,73, и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 0,6.
[0469] Диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, и ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяют формуле (A) выше, и тем самым является возможным эффективно реализовать оптическое рассеяние, в результате чего возможно эффективно повысить эффективность вывода света LEE. То, что диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка имеет нарушение, означает, что режим нагрузки получает нарушение.
[0470] Отношение ширины к длине равно или больше, чем 0,1, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L) посредством оптического рассеяния. В частности в терминах большего увеличения повышения эффективности выхода света LEE новым оптическим рассеянием через нарушение высоты H вогнуто-выпуклой структуры (L) и нарушение интервала P вогнуто-выпуклой структуры (L), описанной выше, отношение ширины к длине предпочтительно равно или больше, чем 0,3, более предпочтительно равно или больше, чем 0,5 и наиболее предпочтительно равно или больше, чем 0,8. С другой стороны, предпочтительно, отношение ширины к длине равно или меньше, чем 5, и тем самым является возможным уменьшить время для изготовления вогнуто-выпуклой структуры (L) и уменьшить величину полупроводникового кристалла. В терминах того же эффекта отношение ширины к длине более предпочтительно равно или меньше, чем 2, и наиболее предпочтительно - равно или меньше, чем 1,5.
[0471] Предпочтительно, когда высота H имеет нарушение, которое удовлетворяет формуле (A) выше, оптическое рассеяние эффективно увеличивается, как описано относительно вогнуто-выпуклой структуре (S). В этом случае, отношение ширины к длине получает нарушение одновременно. Нарушение высоты H вогнуто-выпуклой структуры (L) может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Другими словами, нарушение соотношения геометрических размеров может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Например, когда имеется вогнуто-выпуклая структура (L), которая имеет высоту H0 центра, минимальную высоту H1 и максимальную высота H2, и она включает уникальную структуру, в которой высота H находится внутри вышеуказанного диапазона и которая имеет низкую регулярность и нарушение, регулярность нарушения высоты H вогнуто-выпуклой структуры (L) снижается, и рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, в вогнуто-выпуклой структуре (L), включающей уникальную структуру, где высота H периодически увеличивается и уменьшается, нарушение высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния. Например, когда в базовой структуре, которая является агрегацией высотой H1, уникальная часть высотой H2 размещается локально, уникальная часть рассеивается нерегулярно, и таким образом регулярность нарушения высоты H в вогнуто-выпуклой структуре (L) снижается, в результате чего рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, когда в базовой структуре, которая является агрегацией с высотой H1, уникальная часть с высотой H2 размещена локально, и уникальная часть обеспечивается регулярно, нарушение для высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния.
[0472] Отношение (ϕout/ϕin) между диаметром ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметром ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка является масштабом для указания искривления контура A выпуклой нижней части. Отношение (ϕout/ϕin) предпочтительно равно или больше, чем 1, но равно или меньше, чем 10. Когда отношение (ϕout/ϕin) равно 1, контур A нижней части выпуклого участка является идеальной окружностью. В этом случае, поскольку в проектном решении для вогнуто-выпуклой структуры (L) возможно выполнить предпочтительно действие оптического моделирования, легко разработать LED элемент. В терминах повышения эффективности выхода света LEE отношение (ϕout/ϕin) предпочтительно больше, чем 1. С другой стороны, отношение (ϕout/ϕin) равно или меньше, чем 10, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. Высокое значение отношения (ϕout/ϕin) означает, что диаметр нижней части выпуклого участка 703 значительно искривлен. Другими словами, это означает, что ширина Icvb нижней части выпуклого участка и ширина Iccb нижней части вогнутого участка, описанные выше, изменяются в зависимости от направления измерения. В частности, поскольку ширина Iccb нижней части вогнутого участка является важной в качестве опорной плоскости для выращивания слоя полупроводникового кристалла, требуется удовлетворять диапазону, описанному выше. С этой точки зрения отношение (ϕout/ϕin) предпочтительно равно или меньше, чем 5, более предпочтительно равно или меньше, чем 3 и наиболее предпочтительно равно или меньше, чем 2.
[0473] В терминах применения нарушения диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка к увеличению повышения эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для диаметра ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L), которое является фактором для нарушения, может удовлетворять диапазону, описанному для вогнуто-выпуклой структуры (S).
[0474] В терминах применения нарушения отношения (ϕout/ϕin) к увеличению повышения эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для отношения (ϕout/ϕin) вогнуто-выпуклой структуры (L), которое является фактором для нарушения, может удовлетворять диапазону, описанному для вогнуто-выпуклой структуры (S).
[0475] Предпочтительно, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка, удовлетворяют диапазону, описанному выше, и тем самым является возможным увеличить интенсивность реализации нового оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) на основании нарушения вогнуто-выпуклой структуры (L). Это происходит потому, что для увеличения оптического рассеяния, обусловленного нарушением вогнуто-выпуклой структуры (L), являются важными вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (L). Элемент, описанный выше, имеет нарушение, и тем самым является возможным увеличить вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (L), в результате чего возможно увеличить число мод дифракции света. Другими словами, является возможным увеличить оптическое рассеяние и повысить эффективность вывода света LEE.
[0476] Предпочтительно, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, и высота H, описанные выше, удовлетворяют диапазону формулы (A) выше, и таким образом вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (L), описанной выше, увеличиваются, и степень повышения эффективности выхода света LEE увеличивается больше. В терминах того же эффекта диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, высота H и интервал P предпочтительно удовлетворяют диапазону формулы (A) выше, и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, высота H, интервал P и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка более предпочтительно удовлетворяют диапазону формулы (A) выше.
[0477] Предпочтительно, в терминах времени для изготовления вогнуто-выпуклой структуры (L) и количества используемого полупроводникового кристалла, высота H выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) в два раза или менее больше среднего интервала P. В частности, когда высота H равна или меньше, чем средний интервал PL, распределение показателя преломления вогнуто-выпуклой структуры (L) является надлежащим, как видно из излучаемого света, и тем самым является возможным больше повысить эффективность вывода света LEE. С этой точки зрения высота H вогнуто-выпуклой структуры (L) более предпочтительно в 0,8 раза или менее больше среднего интервала P и наиболее предпочтительно в 0,6 раза или менее больше среднего интервала P.
[0478] В терминах применения нарушения высоты H к повышению эффективности выхода света LEE в состоянии, где внутренний квантовый выход IQE поддерживается механизмом, описанным выше, (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для высоты H вогнуто-выпуклой структуры (L), которое является фактором для нарушения, может удовлетворять диапазону, описанному для вогнуто-выпуклой структуры (S).
[0479] Предпочтительно, высота H, описанная выше, удовлетворяет диапазону, описанному выше, и тем самым является возможным увеличить интенсивность реализации нового оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света) на основании нарушения вогнуто-выпуклой структуры (L). Это происходит потому, что для увеличения оптического рассеяния, обусловленного нарушением вогнуто-выпуклой структуры (L), являются важными вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (L). Элемент, описанный выше, получает нарушение, и тем самым возможно увеличить вариации объема вогнуто-выпуклой структуры (L), в результате чего является возможным увеличить число мод дифракции света. Другими словами, является возможным увеличить оптическое рассеяние и повысить эффективность вывода света LEE. В частности предпочтительно, поскольку высоты H и интервал P удовлетворяют формуле (A) выше, и таким образом эффект оптического рассеяния увеличивается, эффективность вывода света LEE повышается больше. В терминах того же принципа, более предпочтительно, что высота H, интервал P и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка, удовлетворяют формуле (A) выше, и более предпочтительно, что высота H, интервал P, диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка и диаметр ϕout описанной окружности нижней части выпуклого участка/диаметр ϕin вписанной окружности нижней части выпуклого участка удовлетворяют формуле (A) выше.
[0480] Нарушение высоты H может иметь высокую регулярность или низкую регулярность. Например, когда имеется вогнуто-выпуклая структура (L), которая имеет высоту H0 центра, минимальную высоту H1 и максимальную высоту H2, и она включает уникальную структуру, в которой высота H находится внутри вышеуказанного диапазона, и которая имеет низкую регулярность и нарушение, регулярность нарушения высоты H вогнуто-выпуклой структуры (L) является сниженной, и рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, в вогнуто-выпуклой структуре (L), включающей уникальную структуру, где высота H периодически увеличивается и уменьшается, нарушение высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния. Например, когда в базовой структуре, которая является агрегацией с высотой H1, уникальная часть высотой H2 размещена локально, уникальная часть рассеивается нерегулярно, и таким образом регулярность для нарушения высоты H в вогнуто-выпуклой структуре (L) снижается, в результате чего рассеяние света может быть реализовано в виде нового оптического рассеяния. С другой стороны, когда в базовой структуре, которая является агрегацией с высотой H1, уникальная часть с высотой H2 размещена локально, и уникальная часть обеспечивается регулярно, нарушение для высоты H имеет высокую регулярность, и дифракция света может быть реализована в виде нового оптического рассеяния.
[0481] Угол Θ наклона боковой поверхности выпуклого участка 703 определяют согласно параметрам конфигурации вогнуто-выпуклой структуры (L), описанной выше. В частности предпочтительно угол наклона изменяется многоступенчато от вершины к нижней части выпуклого участка 703. Например, когда точки перегиба, в которых у боковой поверхности выпуклого участка 705 имеется кривая с одной вытянутой вверх выпуклостью, количеством углов наклона является два. Углы наклона большого количества ступенек, описанных выше, включаются, и таким образом возможно больше увеличить эффект оптического рассеяния (дифракцию света или рассеяние света) нарушением вогнуто-выпуклой структуры (L), в результате чего является возможным повысить эффективность вывода света LEE. Согласно материалам оптической подложки (IV) 710 и слоя полупроводникового кристалла, угол наклона боковой поверхности выпуклого участка 703 может выбираться исходя из поверхности кристалла, которая появляется на боковой поверхности. В этом случае, считается, что рост слоя полупроводникового кристалла делается удовлетворительным, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE.
[0482] Фиг. 32C является схематичным представлением поперечного сечения, показывающим другой пример оптической подложки (IV) согласно четвертому варианту осуществления. Как показано на Фиг. 32C, на поверхности оптической подложки (IV) 710 обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (S), имеющая высокую плотность структуры, и на, по меньшей мере, части поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S) обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (L), имеющая широкие вариации в объеме. Более конкретно, на основной поверхности основной части подложки 702 в оптической подложке (IV) 710 сформирована вогнуто-выпуклая структура (S), формируемая с множеством выпуклых участков 705 и вогнутых участков 706, кроме того, несколько выпуклых участков 703 сформированы отстоящими друг от друга таким образом, что поверхность вогнуто-выпуклой структуры (S) является частично раскрытой, и таким образом формируется вогнуто-выпуклая структура (L).
[0483] В этой конфигурации является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), раскрытой между выпуклыми участками 703 вогнуто-выпуклой структуры (L), и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L) посредством оптического рассеяния (дифракции света или рассеяния света).
[0484] Как показано на Фиг. 32C, вогнуто-выпуклая структура (L) обеспечивается на стороне поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S), и таким образом является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE и повысить эффективность вывода света LEE. Это происходит потому, что возможно рассеивать и уменьшать дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла с помощью вогнуто-выпуклой структуры (S), и также возможно нарушать волноводную моду оптическим рассеянием вогнуто-выпуклой структурой (L).
[0485] Когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основная часть подложки 702 являются различными, вогнуто-выпуклая структура (L) может быть структурой в конфигурации, такой как диск или n-угольной столбец (n≥3), где ширина Icvt вершины выпуклого участка и ширина Icvb нижней части выпуклого участка являются по существу одинаковыми. В частности предпочтительно, в терминах снижения растрескиваний, создаваемых внутри первого полупроводникового слоя 730, что ширина Icvt вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) меньше, чем ширина Icvb нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L).
[0486] С другой стороны, когда материалы вогнуто-выпуклой структуры (L) и основная часть подложки 702 являются одинаковыми, для того, чтобы уменьшать дислокации, создаваемые от вершины выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L), вершина выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) меньше, чем его нижняя часть. В частности предпочтительно, вершина выпуклого участка 703 в вогнуто-выпуклой структуре (L) непрерывно соединена с участком боковой поверхности таковой, то есть, выпуклая ширина вершины части, ширина Icvt вершины выпуклого участка приближается к 0.
[0487] Кроме того, в терминах большего повышения внутреннего квантового выхода IQE даже с помощью вогнуто-выпуклой структуры (L), вогнуто-выпуклая структура (L) является предпочтительно точечной структурой, сформированной с множеством выпуклых участков 703. Это происходит потому, что выращиванием в горизонтальном направлении возможно уменьшить дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла, выращиваемого от вогнутого участка 704, обеспеченного между выпуклыми участками 703. В терминах того же эффекта ширина Icvt вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) предпочтительно меньше, чем ширина Icvb нижней части выпуклого участка.
[0488] С другой стороны, предпочтительно, в терминах повышения внутреннего квантового выхода IQE, что вогнуто-выпуклая структура (S) является точечной структурой, сформированной с множеством выпуклых участков 705, нижняя часть вогнутого участка 706 в вогнуто-выпуклой структуре (S) имеет плоскую поверхность. Кроме того, предпочтительно, что ширина Icvt вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (S) меньше, чем ширина Icvb нижней части выпуклого участка, и таким образом осуществляется содействие дисперсии дислокаций. Наиболее предпочтительно, ширина Icvt вершины выпуклого участка приближается к 0, и вершина выпуклого участка 705 и участок боковой поверхности являются непрерывными. Размер плоской поверхности предпочтительно равен или больше, чем 30 нм. Здесь, размер плоской поверхности задается как кратчайшее расстояние между участками наружного края в нижних частях выпуклых участков 705, ближайших друг к другу. Поскольку размер плоской поверхности равен или больше, чем 30 нм, и тем самым является возможным удовлетворительно поддерживать начальный рост слоя полупроводникового кристалла, эффект повышения внутреннего квантового выхода IQE увеличивается. В тех же терминах размер плоской поверхности более предпочтительно равен или больше, чем 60 нм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 80 нм.
[0489] Как описано выше, основная функция вогнуто-выпуклой структуры (S) состоит в повышении внутреннего квантового выхода IQE. Следовательно, материал вогнуто-выпуклой структуры (S) является предпочтительно материалом оптической подложки (IV) 710. С другой стороны, основная функция вогнуто-выпуклой структуры (L) состоит в повышении вывода света LEE. Следовательно, материал вогнуто-выпуклой структуры (L) может быть одинаковым или отличающимся от материала оптической подложки (IV) 710.
[0490] Конкретно предпочтительно, что размещение вогнуто-выпуклой структуры (L) и вогнуто-выпуклой структуры (S) для повышения и внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE вогнуто-выпуклой структурной поверхностью 720, описанной выше и показанной на Фиг. 32C, удовлетворяет следующему размещению и конфигурации.
[0491] <Вогнуто-выпуклая структура (S)>
Основная функция вогнуто-выпуклой структуры (S) состоит в повышении внутреннего квантового выхода IQE. Следовательно, в терминах того же эффекта, возможно принять размещение и конфигурацию вогнуто-выпуклой структуры (S), описанной со ссылкой на Фиг. 45-45C.
[0492] <Вогнуто-выпуклая структура (L)>
Основная функция вогнуто-выпуклой структуры (L) состоит в повышении эффективности вывода света LEE. Следовательно, в терминах того же самого эффекта, возможно принять размещение и конфигурацию вогнуто-выпуклой структуры (L), описанной со ссылкой на Фиг. 45-45C.
[0493] Затем будет описан случай, где оптическая подложка согласно четвертому варианту осуществления применяется к полупроводниковому светоизлучающему элементу (LED). Вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 формирована с вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S), и таким образом оптическая подложка согласно настоящему варианту осуществления реализует два основных эффекта.
[0494] (1) Повышение внутреннего квантового выхода IQE
Является возможным нарушать режим роста слоя полупроводникового кристалла с помощью сверхмалой вогнуто-выпуклой структуры (S). Таким образом, возможно удалять в окрестности вогнуто-выпуклой структуры (S) дислокации, создаваемые из-за несоответствия решеток между слоем полупроводникового кристалла и оптической подложки. Другими словами, дислокации внутри слоя полупроводникового кристалла рассеиваются в соответствии с вогнуто-выпуклой структурой (S), и плотность дислокаций снижается. Считается, что это повышает внутренний квантовый выход IQE.
[0495] (2) Повышение эффективности выхода света LEE
С помощью вогнуто-выпуклой структуры (L), имеющей широкие вариации в объеме, возможно удалять волноводную моду излучаемого света, создаваемого внутри слоя полупроводникового кристалла, оптическим рассеянием (дифракцией света или рассеянием света). Это означает, что направление прохождения излучаемого света, который может проходить только в заранее заданном направлении вследствие волноводной моды, изменяется. Другими словами, свет, излучаемый от светоизлучающего слоя, выводится из элемента оптическим рассеянием, обусловленным вогнуто-выпуклой структурой (L).
[0496] Как описано со ссылкой на Фиг. 32C и 45A-45C, вогнуто-выпуклая структурная поверхность 720 сформирована с вогнуто-выпуклой структурой (L) и вогнуто-выпуклой структурой (S), и тем самым является возможным одновременно реализовать эффекты (1) и (2), указанные выше. Другими словами, реализуется повышение внутреннего квантового выхода IQE, и тем самым является возможным повысить эффективность вывода света LEE в состоянии, где поддерживается повышение внутреннего квантового выхода IQE.
[0497] Другими словами, является возможным повысить эффективность непосредственно излучения света и эффективно выводить излучаемый свет из LED. Следовательно, элемент LED, изготавливаемый с оптической подложкой (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, имеет небольшую величину тепловыделения. Небольшая величина тепловыделения означает, что возможно не только повысить долговременную стабильность LED элемента, но также и снизить нагрузку (например, избыточное обеспечение теплообразующего элемента) на измерения тепловыделения.
[0498] В оптической подложке (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления, в качестве материала основной части подложки 702 может быть принят такой же материал, как в оптической подложке (I) 1 согласно первому варианту осуществления, оптической подложке (II) 2 согласно второму варианту осуществления и оптической подложке (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0499] Оптическая подложка (IV) 710 может быть удалена, по меньшей мере, на этапе после осаждения первого полупроводникового слоя 730. Поскольку оптическая подложка (IV) 710 удалена, и таким образом эффект нарушения волноводной моды увеличивается, эффективность вывода света LEE повышается значительно. В этом случае, предпочтительно, что поверхность, через которую свет излучается из полупроводникового светоизлучающего элемента, находится на стороне первого полупроводникового слоя 730, если смотреть из светоизлучающего полупроводникового слоя 740.
2
[0500] В качестве материала вогнуто-выпуклой структуры, когда материалы основной части подложки 702 и вогнуто-выпуклой структура являются различными, например, могут использоваться материал основной части подложки 702, описанной выше, SiO или подобный.
[0501] Затем будет описан полупроводниковый светоизлучающий элемент, к которому применяется оптическая подложка (IV) согласно четвертому варианту осуществления.
[0502] В полупроводниковом светоизлучающем элементе согласно четвертому варианту осуществления, по меньшей мере, одна или несколько оптических подложек (IV) 710, описанных выше, включаются в конфигурацию. Оптические подложки (IV) 710 включены в конфигурацию, и тем самым является возможным добиться повышения внутреннего квантового выхода IQE и повышения эффективности выхода света LEE.
[0503] Полупроводниковый светоизлучающий элемент согласно четвертому варианту осуществления включает в себя осажденный слой полупроводника, сформированный осаждением, например, на вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, по меньшей мере, двух или большего числа слоев полупроводников и светоизлучающих полупроводниковых слоев.
[0504] В полупроводниковом светоизлучающем элементе согласно четвертому варианту осуществления, в качестве слоя полупроводника n-типа можно принять слой полупроводника n-типа из полупроводникового светоизлучающего элемента, использующего оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления, оптическую подложку (II) 2 согласно второму варианту осуществления или оптическую подложку (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0505] Светоизлучающий полупроводниковый слой 740 конкретно не ограничивается, если только имеет характеристики излучения света как у LED; может быть принят светоизлучающий полупроводниковый слой в полупроводниковом светоизлучающем элементе, использующем оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления, оптическую подложку (II) 2 согласно второму варианту осуществления или оптическую подложку (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0506] Материал слоя полупроводника p-типа конкретно не ограничивается при условии, что может использоваться в качестве слоя полупроводника p-типа, пригодного для LED. Например, может быть принят слой полупроводника p-типа полупроводникового светоизлучающего элемента, использующего оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления, оптическую подложку (II) 2 согласно второму варианту осуществления или оптическую подложку (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0507] Материал прозрачной проводящей пленки 760 конкретно не ограничивается при условии, что может использоваться в качестве прозрачной проводящей пленки, пригодной для LED. Например, может быть принята прозрачная проводящая пленка полупроводникового светоизлучающего элемента, использующего оптическую подложку (I) 1 согласно первому варианту осуществления, оптическую подложку (II) 2 согласно второму варианту осуществления или оптическую подложку (III) согласно третьему варианту осуществления.
[0508] Осажденный слой полупроводника (слой полупроводника n-типа, и слой полупроводника p-типа) может быть сформирован в пленку на поверхности в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 710 известной технологией. Например, в качестве способа пленкообразования может применяться способ химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD), способ эпитаксии из гидридно-паровой фазы (HVPE) и способ молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE).
[0509] Будут описаны вогнуто-выпуклые структуры 801 - 808 в полупроводниковом светоизлучающем элементе 830, обсужденном выше. В качестве конфигурации контура и схемы размещения вогнуто-выпуклой структуры вогнуто-выпуклой структуры 801, могут быть приняты конфигурация контура и схема размещения вогнуто-выпуклой структуры в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, описанной выше. Когда излучаемый свет, который отражается от поверхности, противолежащей светоизлучающему полупроводниковому слою 740 оптической подложки (IV) 710, выводится вогнуто-выпуклой структурой 801 в виде оптического явления, любое из приближения эффективной среды, дифракции света и рассеяния света может быть принято. Когда длину волны излучаемого света полагают являющейся λ, и средний интервал P в вогнуто-выпуклой структуре 801 по существу удовлетворяет P/λ≤0,5, может выполняться обработка как для приближения эффективной среды. В этом случае невозможно удалить критический угол. Однако, когда характеристики излучения света регулируют с помощью вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, и излучаемый свет направлен по существу вертикально, эффективность вывода света LEE значительно увеличивается. С другой стороны, предпочтительно, используется дифракция света или рассеяние света, и таким образом эффект нарушения волноводной моды увеличивается. В частности более предпочтительно, что для вогнуто-выпуклой структуры 801 используется оптическое рассеяние (дифракция света или рассеяние света). Следовательно, средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре 801 предпочтительно равен или больше, чем 200 нм, но равен или меньше, чем 50 мкм, более предпочтительно равен или больше, чем 450 нм, но равен или меньше, чем 10 мкм, и наиболее предпочтительно равен или больше, чем 800 нм, но равен или меньше, чем 5 мкм.
[0510] В качестве вогнуто-выпуклых структур 802-808, могут быть приняты конфигурация, схема размещения, размер и подобное из вогнуто-выпуклой структуры для вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720, описанной выше, и таким образом является возможным реализовать эффекты (повышения эффективности инжекции электронов EIE, повышения эффективности выхода света LEE, увеличения площади полупроводникового светоизлучающего элемента, снижения электрического разделения и снижения разнесения межсоединений), соответствующие вогнуто-выпуклой структуре.
[0511] В четвертой оптической подложке (IV) 710, описанной выше, вогнуто-выпуклые структуры (вогнуто-выпуклые структуры (S) и вогнуто-выпуклые структуры (L)), описанные выше, размещены на части или всей поверхности оптической подложки. Часть или целое, упомянутые здесь, являются такими же, как в описании оптической подложки (I) 1 согласно первому варианту осуществления и оптической подложки (II) 2 согласно второму варианту осуществления. Выражения, используемые в описании, предпочтительно изменяются по необходимости с тем, чтобы применяться к четвертому варианту осуществления.
[0512] Затем будет описываться способ изготовления оптической подложки (IV) 710 согласно четвертому варианту осуществления.
[0513] Способ изготовления оптической подложки (IV) 710 согласно настоящему варианту осуществления не ограничивается, если только удовлетворяются условия, описанные выше, и включается вогнуто-выпуклая структура.
[0514] В случае оптической подложки (IV) 710, создается вогнуто-выпуклая структура (L), затем создается вогнуто-выпуклая структура (S), и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720. Способ изготовления вогнуто-выпуклой структуры (L) можно разделить на два случая.
[0515] (1) Случай, где основная часть подложки непосредственно обрабатывается, чтобы обеспечить вогнуто-выпуклую структуру (L)
Примеры способа непосредственной обработки основной части подложки 702, чтобы обеспечить вогнуто-выпуклую структуру (L), включают в себя способ переноса, способ фотолитографии, способ термической литографии, способ электронно-лучевого экспонирования, способ интерференционного экспонирования, способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски и способ литографии с использованием самоорганизующейся структуры в качестве маски. В частности, предпочтительно, в терминах точности обработки и скорости обработки вогнуто-выпуклой структуры в основной части подложки 702, принимается способ фотолитографии или способ переноса. В качестве способа травления, может приниматься любой способ из жидкостного травления и сухого травления. В частности, когда поверхностная ориентация для боковой поверхности выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L) точно регулируется, предпочтительно принимается жидкостное травление. Способ переноса будет описываться далее.
[0516] (2) Случай, где вогнуто-выпуклая структура (L) отдельно обеспечивается на основной части подложки
Примеры способа отдельного обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (L) на основной части подложки 702 включают в себя способ переноса; способ формирования на основной части подложки 702 тонкой пленки, содержащей частицы, и после этого удаления связующего материала, заполняющего области между частицами; способ частичного удаления резиста, сформированного в пленку, на основной части подложки 702, заполнения удаленной части материалом вогнуто-выпуклой структуры (L) (например, напыление, способ осаждения распылением или способ гальваноформовки) и в заключение удаления резиста; и способ формирования материала вогнуто-выпуклой структуры (L) в пленку на подложке и непосредственной обработки материала вогнуто-выпуклой структуры (L), сформированной в пленку.
[0517] С помощью способа, описанного выше, создается вогнуто-выпуклая структура (L), затем создается вогнуто-выпуклая структура (S), и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720.
[0518] Примеры способа обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (S) на вогнуто-выпуклой структуре (L) включают в себя способ переноса, способ фотолитографии, способ термической литографии, способ электронно-лучевого экспонирования, способ интерференционного экспонирования, способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски и способ литографии с использованием самоорганизующейся структуры в качестве маски. В частности предпочтительно, в терминах точности обработки и скорости обработки вогнуто-выпуклой структуры в основной части подложки 702 принимается способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски или способ переноса. Способ переноса будет описываться далее.
[0519] Создается вогнуто-выпуклая структура (L), затем создается вогнуто-выпуклая структура (S), и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720.
[0520] Примеры способа обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (S) включают в себя способ переноса, способ фотолитографии, способ термической литографии, способ электронно-лучевого экспонирования, способ интерференционного экспонирования, способ литографии, с использованием наночастиц в качестве маски и способ литографии с использованием самоорганизующейся структуры в качестве маски. В частности предпочтительно, в терминах точности обработки и скорости обработки вогнуто-выпуклой структуры в основной части подложки 702, принимается способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски или способ переноса. Способ переноса будет описываться далее.
[0521] Вогнуто-выпуклая структура (L) создается в основной части подложки 702, включающей вогнуто-выпуклую структуру (S), и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720.
[0522] Вогнуто-выпуклая структура (S) в основной части подложки 702 дополнительно обрабатывается, и таким образом является возможным изготавливать вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720. Примеры способа дополнительной обработки вогнуто-выпуклой структуры (S) включают в себя способ переноса, способ фотолитографии, способ термической литографии, способ электронно-лучевого экспонирования, способ интерференционного экспонирования, способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски и способ литографии с использованием самоорганизующейся структуры в качестве маски. В частности предпочтительно, в терминах точности обработки и скорости обработки вогнуто-выпуклой структуры в оптической подложке (IV) 710, принимается способ фотолитографии или способ переноса. Способ переноса будет описываться далее.
[0523] Когда, как описано со ссылкой на Фиг. 7B, оптическая подложка (IV) 710 отдельно обеспечивается слоем вогнуто-выпуклый структуры, имеющим вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720 в основной части подложки 702, то создается вогнуто-выпуклая структура (S), затем создается вогнуто-выпуклая структура (L) и таким образом возможно изготовить вогнуто-выпуклую структурную поверхность 720.
[0524] Примеры способа обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (S) включают в себя способ переноса, способ фотолитографии, способ термической литографии, способ электронно-лучевого экспонирования, способ интерференционного экспонирования, способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски и способ литографии с использованием самоорганизующейся структуры в качестве маски. В частности предпочтительно, в терминах точности обработки и скорости обработки вогнуто-выпуклой структуры в вогнуто-выпуклой структурной поверхности 720 принимается способ литографии с использованием наночастиц в качестве маски или способ переноса принят. Способ переноса будет описываться далее.
[0525] Вогнуто-выпуклая структура (L) отдельно обеспечивается на подложке, включающей вогнуто-выпуклую структуру (S), и таким образом возможно изготавливать оптическую подложку (IV) 710.
[0526] Примеры способа отдельного обеспечения вогнуто-выпуклой структуры (L) включают в себя способ переноса и способ формирования на основной части подложки 702 тонкой пленки, содержащей частицы, и после этого удаления связующего материала, заполняющего области между частицами. Примеры также включают в себя способ частичного удаления резиста, образованного в пленку на основной части подложки 702, заполнения удаленной части материалом вогнуто-выпуклой структуры (S) (например, напыление, способ осаждения распылением или способ формовки гальванически) и в заключение - удаления резиста. Примеры также включают в себя способ формирования материала вогнуто-выпуклой структуры (L) в пленку и непосредственной обработки пленки вогнуто-выпуклой структуры (L), сформированной в пленку.
[0527] (Способ переноса)
Способ переноса задается в виде способа, включающего в себя способ осуществления переноса на обрабатываемый элемент (основную часть подложки), сверхмалого рисунка (микрорельефа) формы, имеющей микрорельеф на своей поверхности. Конкретно, способ переноса является способом, который включает в себя, по меньшей мере, способ нанесения слоя (ламинирования) микрорельефа формы и обрабатываемого элемента через элемент переноса и способ отделения формы. Более подробно, способ переноса может быть разделен на два случая.
[0528] Первым является случай, где элемент переноса, перенесенный на обрабатываемый элемент, используется в качестве постоянного агента. В этом случае, материалы основной части подложки и вогнуто-выпуклой структуры являются различными. Обычно, вогнуто-выпуклую структуру оставляют в качестве постоянного агента, и используют в качестве полупроводникового светоизлучающего элемента. Предпочтительно, поскольку полупроводниковый светоизлучающий элемент используется в течение длительного периода нескольких десятков тысяч часов, когда элемент переноса используется в качестве постоянного агента, материал элемента переноса содержит металлический элемент. В частности предпочтительно, в сырьевом материале содержится алкоксид металла, который дает реакцию гидролиза-поликонденсации, или конденсат алкоксида металла, и таким образом действие в качестве постоянного агента повышается.
2
3
2
3
[0529] В качестве второго, имеется способ печатной литографии. Способ печатной литографии является способом, который включает в себя: способ переноса микрорельефа формы на обрабатываемый элемент; способ обеспечения маски для обработки обрабатываемого элемента травлением; и способ травления обрабатываемого элемента. Например, когда используется один тип элемента переноса, обрабатываемый элемент и форма сначала ламинируются через посредство элемента переноса. Затем, элемент переноса отверждается нагревом или (УВ) излучением, и форма освобождается. Вогнуто-выпуклая структура элемента переноса вытравляется, например, кислородным травлением, и таким образом обрабатываемый элемент является частично вскрытым (экспонированным). После этого, элемент переноса используется в качестве маски, и обрабатываемый элемент обрабатывается травлением. В качестве способа обработки здесь могут быть приняты сухое травление или жидкостное травление. Когда требуется большая высота вогнуто-выпуклой структуры, является полезным сухое травление. Например, когда используются два типа элемента переноса, первый слой элемента переноса сначала формируется в пленку на обрабатываемом элементе. Затем, первый слой элемента переноса и форма ламинируются через посредство второго элемента переноса. После этого, элемент переноса отверждается нагревом или (УВ) излучением, и форма освобождается. Вогнуто-выпуклая структура второго элемента переноса вытравляется, например, кислородным травлением, и таким образом первый элемент переноса является частично вскрытым. После этого, второй элемент переноса используется в качестве маски, и первый слой элемента переноса обрабатывается сухим травлением. После этого элемент переноса используется в качестве маски, и обрабатываемый элемент обрабатывается травлением. В качестве способа обработки здесь могут быть приняты сухое травление или жидкостное травление. Когда требуется большая высота вогнуто-выпуклой структуры, является полезным сухое травление. Можно принять в качестве способа переноса, способ изготовления листового материала с нанообработкой, включающего слой маски и слой резиста, чтобы использовать листовой материал. Здесь, листовой материал с нанообработкой является листом, в котором размещен слой маски, чтобы заполнять внутреннюю часть вогнутого участка микрорельефа формы, и на микрорельефе формы, заполненной слоем маски, слой резиста формируется в пленку, чтобы выравнивать микрорельеф. Этап ламинирования листового материала с нанообработкой на обрабатываемый элемент и этап отделения формы включаются, по меньшей мере, в этом порядке, и тем самым является возможным получать многослойное изделие, состоящее из обрабатываемого элемента/слоя резиста/слоя маски. Сначала обработка сухим травлением выполняется со стороны поверхности слоя маски полученного многослойного изделия, и таким образом обрабатываемый элемент является частично вскрытым. Здесь, в качестве первой обработки сухим травлением, можно принять кислородное травление, использующее кислород. Затем, обрабатываемый элемент может подвергаться нанообработке сухим травлением или жидкостным травлением. В частности принимается сухое травление, и тем самым является возможным обеспечить наноструктуру, имеющую высокое отношение ширины к длине на обрабатываемом элементе. Например, когда обрабатываемым элементам является сапфировая подложка, в качестве газа, используемого для сухого травления, могут использоваться газ Cl, газ BCl или смесь газа Cl и газа BCl. Кроме того, Ar может добавляться к этим газам. Используется этот тип листового материала с нанообработкой, и таким образом повышается однородность обработки в плоскости. Слой маски листового материала с нанообработкой может содержать металлический элемент, такой как Ti, Si или Zr, и могут быть выбраны алкоксид металла или кремнийорганический аппрет. В качестве слоя резиста могут быть приняты фотоотверждаемая смола или термоотверждаемая смола.
[Примеры]
[0530] <Изготовление цилиндрической формы-оригинала (исходной формы для изготовления смоляной формы)>
В качестве основного элемента цилиндрической исходной формы использовался цилиндр из кварцевого стекла диаметром 80 мм и длиной 50 мм. На поверхности цилиндра из кварцевого стекла была сформирована вогнуто-выпуклая структура, как изложено ниже, способом литографии с прямым формированием рисунка, использующим далее импульс полупроводника, и были изготовлены три типа цилиндрических исходных форм (цилиндрических форм-оригиналов 1-3).
[0531] Сначала, три цилиндра (1)-(3) из кварцевого стекла промывались, и на каждой из поверхностей очищенных барабанов из кварцевого стекла (1)-(3), слой резиста был сформирован в пленку способом осаждения распылением. В качестве целевого объекта использовалась CuO (окись меди), (содержащая Si 8% от массы), и способ осаждения распылением выполнялся с мощностью радиочастоты (RF) 100 Вт. Толщина пленки слоя резиста после пленкообразования была установлена в 20 нм.
[0532] Затем, тогда как цилиндры из кварцевого стекла (1)-(3) вращали с линейной скоростью s=1,0 м/с, слой резиста экспонировался экспонирующим полупроводниковым лазером, имеющим длину волны 405 нм. Цилиндр кварцевого стекла (1) был экспонирован таким образом, что интервал в направлении вдоль окружности был установлен в 200 нм, и интервал в направлении вдоль цилиндра был установлен в 173 нм. Цилиндр кварцевого стекла (2) был экспонирован таким образом, что интервал в направлении вдоль окружности был установлен в 460 нм, и интервал в направлении вдоль цилиндра был установлен в 398 нм. Цилиндр из кварцевого стекла (3) был экспонирован таким образом, что интервал в направлении по окружности был установлен в 700 нм, и интервал в направлении вдоль цилиндра был установлен в 606 нм. Кроме того, относительно импульсов в направлении по окружности, x импульсов подавались с постоянной энергией приложения, и затем обеспечивалось время, в течение которого y импульсов не подавались. Этот x импульсов и y импульсов (мнимых импульсов) были установлены на один период, и выполнялось экспонирование.
6
[0533] После экспонирования осуществлялось проявление слоя резиста цилиндров из кварцевого стекла (1)-(3). Проявление слоя резиста выполнялось с использованием 0,03%-ого по весу водного раствора глицина в условиях, в которых время обработки составляло 240 секунд. Затем, слой проявленного резиста использовался в качестве маски, и осуществлялось сухое травление цилиндров из кварцевого стекла (1)-(3). Сухое травление выполнялось травильным газом SF (гексафторид серы) в условиях, в которых давление обрабатывающего (технологического) газа составляло 1 Па, мощность в обработке составляла 300 Вт, и время обработки составляло 3-10 минут. Затем, цилиндры из кварцевого стекла (1)-(3) с вогнуто-выпуклой структурой, обеспеченной на поверхности, обрабатывались соляной кислотой с водородным показателем (pH) 1 в течение шести минут, и таким образом только слой остаточного резиста отделялся от цилиндров из кварцевого стекла (1)-(3), в результате чего были изготовлены цилиндрические формы-оригиналы (формы переноса) (1)-(3).
[0534] <Изготовление смоляной формы>
Материал Durasurf HD-1101Z, производимый компанией Daikin Chemical Industry Company), который является фтористым материалом обработки отслаивания поверхности, применялся к поверхности полученных цилиндрических форм-оригиналов (1)-(3), и их выдерживали при нагреве 60°C в течение 1 часа, оставляли при комнатной температуре в течение 24 часов и иммобилизировали. После этого их трижды промывали Durasurf HD-ZV (производимым компанией Daikin Chemical Industry Company), и подвергали обработке по отслаиванию.
[0535] Затем, полученные цилиндрические формы-оригиналы (1)-(3) использовались для изготовления рулонообразной смоляной формы. Сначала, фтористая добавка (производимая компанией Daikin Chemical Industry Company, Optool DAC HP), (EO-модифицированный) триакрилат (triacrylate) триметилолпропана (Toagosei Co., Ltd., M350), 1-гидрокси циклогексил бензофенон (1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone) (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 184) и 2-бензил-диметиламино-1-(4-морфолинофенил)-бутанон-1 (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 369) смешивались в отношении 15:100:5,5:2,0 частей на единицу массы, и таким образом была подготовлена фотоотверждаемая смола. Затем, фотоотверждаемую смолу наносили на имеющую легкую адгезию поверхность из полиэтилентерефталатной (PET) пленки (A4100, производимой компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 6 мкм.
2
[0536] Затем PET пленки, полученные нанесением фотоотверждаемой смолы на цилиндрические формы-оригиналы (1)-(3), придавливали прижимным валиком (0,1 МПа), и использовалось устройство УФ экспонирования (производимое компанией Fusion UV Systems Japan Inc., H valve), чтобы применять ультрафиолетовые лучи таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 600 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, в результате чего светоотверждение выполнялось непрерывно. В результате, были получены рулонообразные смоляные формы (1)-(3), в которых вогнуто-выпуклая структура была обращенно перенесена на поверхность. Рулонообразные прозрачные смоляные формы (1)-(3) имели длину 200 м и ширину 300 мм. В последующем описании прозрачные рулонообразные смоляные формы (1)-(3) также именуются просто смоляными формами (1)-(3).
[0537] Когда рулонообразные смоляные формы (1)-(3) наблюдали сканирующим электронным микроскопом, который будет описываться далее, в рулонообразной прозрачной смоляной форме (1) с использованием исходной формы (1) были выполнены выпуклые участки, в которых форма профиля составляла ϕ180 нм, и средняя высота Have выпуклого участка составляла 200 нм. В рулонообразной прозрачной смоляной форме (2) с использованием формы-оригинала (2) были организованы выпуклые участки, в которых форма профиля составляла ϕ430 нм и средняя высота Have выпуклого участка составляла 460 нм. В рулонообразной прозрачной смоляной форме (3) с использованием формы-оригинала (3) были организованы выпуклые участки, в которых форма профиля составляла ϕ650 нм, и средняя высота Have выпуклого участка составляла 700 нм. В качестве примера изготавливаемой рулонообразной прозрачной смоляной формы, получали снимок сканирующим электронным микроскопом рулонообразной прозрачной смоляной формы (3), и таким образом наблюдали верхнюю поверхность. В результате этого было установлено, что были организованы несколько выпуклых участков, имеющих средний интервал 700 нм, и выпуклые участки, высота которых была крайне малой, то есть, минимальные выпуклые участки были рассредоточенными. Считается, что этот минимальный выпуклый участок соответствует части, к которой не прикладывались импульсы полупроводникового лазера. В наблюдении сканирующим электронным микроскопом минимальный выпуклый участок может быть определен осуществлением действия Tilt и выполнением наблюдения атомным-силовым микроскопом отдельно.
<Сканирующий электронный микроскоп>
Устройство: HITACHI s-5500
Ускоряющее напряжение: 10 кВ
Режим: Обычный
[0538] <Изготовление обращенной смоляной формы>
Фтористая добавка (производимая компанией Daikin Chemical Industry Company, Optool DAC HP), триметилолпропан (EO-модифицированный) триакрилат (Toagosei Co., Ltd., M350), 1-гидрокси циклогексил бензофенон (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 184) и 2-бензил-2-диметиламино-1-(4-морфолинофенил)-бутанон-l, (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 369) смешивались в отношении 17,5:100:5,5:2,0 частей на единицу массы, и таким образом была подготовлена фотоотверждаемая смола. Затем, фотоотверждаемую смолу наносили на имеющую легкую адгезию поверхность PET пленки (A4100, производимой компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 2 мкм.
2
[0539] Затем, PET пленки, полученные нанесением фотоотверждаемой смолы на рулонообразные прозрачные смоляные формы (1)-(3), вдавливали прижимным валиком (0,1 МПа), и использовалось устройство УФ экспонирования (производимое компанией Fusion UV Systems Japan Inc., H valve), чтобы применять ультрафиолетовые лучи, таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 600 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, в результате чего светоотверждение непрерывно выполнялось. В результате, были получены прозрачные смоляные формы (в дальнейшем также именуемые "обращенные смоляные формы") (1)-(3), в которых вогнуто-выпуклая структура была обращенно перенесена на поверхность. Обращенные смоляные формы (1)-(3) имели длину 200 м и ширину 300 мм.
[0540] Когда поверхности полученных обращенных смоляных форм (1)-(3) наблюдали сканирующим электронным микроскопом, в обращенной смоляной форме (1) размещались вогнутые участки, в которых диаметр отверстия вогнутого участка составлял ϕ 180 нм, и средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 200 нм. В обращенной смоляной форме (2), были организованы вогнутые участки, в которых диаметр отверстия вогнутого участка составлял ϕ430 нм, и средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 460 нм. В обращенной смоляной форме (3) были организованы вогнутые участки, в которых диаметр отверстия вогнутого участка составлял ϕ650 нм, и средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 700 нм. Путем наблюдения установлено, что обращенные смоляные формы (1)-(3) являлись изображениями переноса вогнуто-выпуклых структур, наблюдаемых в рулонообразных прозрачных смоляных формах (1)-(3) и включающих в себя несколько выпуклых участков. Минимальный выпуклый участок обращенной смоляной формы аналогично может быть определен и измерением с выполнением операции Tilt в наблюдении сканирующим электронным микроскопом, и наблюдением атомно-силовым микроскопом.
[0541] <Пример 1>
На сапфировую подложку c-плоскости, имеющую диаметр ϕ2 и толщину 0,33 мм, материал маски наносился способом покрытия центрифугированием (2000 оборотов в минуту, 20 секунд), чтобы сформировать слой резиста. В качестве материала маски использовался наносимый раствор, который был разведен пропилен- гликоль-монометил эфиром таким образом, что содержание твердых веществ фоточувствительной смоляной композиции составляло 5% массы.
[0542] В качестве фоточувствительной смоляной композиции, следующие смешивались и использовались: 20 весовых частей 3-этил-3 {[3-этилокситан-3-ил) метокси] метил} окситан (OXT-221, производимый компанией Toagosei Co., Ltd.); 80 весовых частей 3′,4′-эпокси-циклогексан-карбоновой кислоты -3,4-диакрилаэпокси-циклогексил-метила (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.); 50 весовых частей фенокси-акрилат-диэтиленгликоля (Aronix (зарегистрированный товарный знак) M-101A, производимый компанией Toagosei Co., Ltd.); 50 весовых частей этилен оксид-модифицированного дифенилолпропан-диакрилата (Aronix (зарегистрированный товарный знак) M-211B, производимый компанией Toagosei Co., Ltd.); 8 весовых частей DTS-102 (производимого компанией Midori Kagaku Co., Ltd.); 1 весовую часть 1,9-дибутоксиантрацен (ANTHRACURE (зарегистрированный товарный знак) UVS-1331, Kawasaki Kasei Co., Ltd.); 5 весовых частей Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 184 (производимый компанией Ciba Company); 4 весовые части Optool (зарегистрированный товарный знак) (содержание твердых веществ 20%, производимый компанией Daikin Chemical Industry Company).
2
[0543] На сапфировой подложке, где был сформирован слой резиста, обращенная смоляная форма была вырезана, чтобы иметь размер 70 мм × 70 мм (70 мм), и была ламинирована. Для ламинирования использовалось устройство нанесения пленки (производимое компанией Suntech Co., Ltd., ТМ-S2), и нанесение пленки выполнялось в условиях, в которых прижимное усилие ламинирования составляло 90 Н, и скорость ламинирования составляла 1,5 м/с. Затем, обращенная смоляная форма/слой резиста/сапфировая подложка, которые были ламинированы и интегрированы, была уложена слоем между двумя прозрачными силиконовыми пластинами (твердость 20) размером 70 мм × t10 мм. В этом состоянии использовалось устройство нанопечати (производимое компанией Engineering System Co., Ltd., EUN-4200), чтобы выполнять штамповку под давлением 0,05 МПа. В прессованном состоянии ультрафиолетовые лучи подавались со стороны обращенной смоляной формы на слой 2500 мДж/см, и таким образом слой резиста отверждался. После отверждения слоя резиста прозрачные кремниевые пластины и обращенный смоляной формы отделяли, и получали многослойное изделие резист/сапфир, где был отформован рисунок.
[0544] Затем, выполнялось травление с кислородом на полученном рисунке слоя резиста, и таким образом остаточная пленка был удаляется. После этого, осуществлялось травление сапфировой подложки с помощью устройства реактивного ионного травления (RIE-101iPH, производимого компанией Samco Co. Ltd.). Травление выполнялось при следующих условиях.
2
2
3
Травильный газ: Cl/(Cl+BCl)=0,1
Расход газа: 10 стандартных кубических сантиметров в минуту
Давление при травлении: 0,1 Па
Антенна: 50 Вт
Смещение: 50 Вт
[0545] После травления поверхность и поперечное сечение сапфировой подложки (оптическая подложка) наблюдали сканирующим электронным микроскопом. Сапфировая подложка (A), изготавливаемая с использованием обращенной смоляной формы (1), имела среднюю высоту Have выпуклого участка в 104 нм и средний интервал Pave 200 нм. Минимальное значение высоты hn выпуклого участка составляло 0 нм, поскольку считается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Для минимального выпуклого участка, соответствующего hn=0 нм, наблюдали нижнюю поверхность минимального выпуклого участка. Контур нижней поверхности был по существу круговым, и неровность наблюдалась на нижней поверхности. Таким образом, hn = 0 нм не означает, что в части, соответствующей минимальному выпуклому участку, ничего нет. Другими словами, это состояние в 0 нм является состоянием, где hn приближается к 0 нм. Вероятность Z существования для минимального выпуклого участка была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/6,6. С другой стороны, расстояние (tcv) включалось в диапазон между 1,0 P-4P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0546] В сапфировой подложке (B), изготавливаемой с использованием обращенной смоляной формы (2), средняя высота Have выпуклого участка составляла 300 нм и средний интервал Pave составлял 460 нм. Минимальное значение высоты hn выпуклого участка составляло 0 нм, поскольку считается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Как в случае, где использовалась обращенная смоляная форма (1), hn=0. Вероятность Z существования в hn=0 нм была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/1000. С другой стороны, расстояние tcv находилось в диапазоне между 1,0 P-3P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0547] В сапфировой подложке (C), изготовленной с использованием обращенной смоляной формы (3), средняя высота Have выпуклого участка составляла 392 нм и средний интервал Pave-700 нм. Минимальным значением высоты hn выпуклого участка являлось 0 нм, поскольку оценивается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Как в случае, где использовалась обращенная смоляная форма (1), hn=0. Вероятность Z существования для hn=0 нм была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/48,6. С другой стороны, расстояние tcv находилось в диапазоне между 1,0 P-3 P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0548] <Пример 2>
В изготовлении оптических подложек (A)-(C) согласно примеру 1 выполнялась такая же операция для создания сапфировой подложки за исключением того, что обращенные смоляные формы (1)-(3) были изменены на смоляные формы (1)-(3). Поверхность и поперечное сечение полученных сапфировых подложек наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа.
[0549] В сапфировой подложке (D), изготовленной с использованием смоляной формы (1), средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 105 нм и средний интервал Pave-200 нм. Минимальное значение глубины dn вогнутого участка составляло 0 нм, поскольку оценивается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Для минимального вогнутого участка, соответствующего dn=0 нм, наблюдалась нижняя часть минимального вогнутого участка. Поскольку неровность наблюдали в нижней части, контур минимального вогнутого участка, который возможно было наблюдать, являлся по существу круговым. Таким образом, dn=0 нм не означает, что в части, соответствующей минимальному вогнутому участку, что-либо присутствует. Другими словами, это состояние 0 нм является состоянием, где dn приближается к 0 нм. Вероятность Z существования dn=0 нм была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/6,4. С другой стороны, расстояние tcc находилось в диапазоне между 1,0 P-4P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0550] В сапфировой подложке (E), изготовленной с использованием смоляной формы (2), средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 299 нм и средний интервал Pave - 460 нм. Минимальное значение глубины dn вогнутого участка составляло 0 нм, поскольку оценивается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Минимальный вогнутый участок при dn=0 нм был таким же, как в случае, где использовалась смоляная форма (1). Вероятность Z существования dn=0 нм была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/1000. С другой стороны, расстояние tcc находилось в диапазоне между 1,0 P-3P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0551] В сапфировой подложке (E), изготовленной с использованием смоляной формы (3), средняя глубина Dave вогнутого участка составляла 392 нм и средний интервал Pave - 700 нм. Минимальное значение глубины dn вогнутого участка составляло 0 нм, поскольку оценивается, что он являлся частью, к которой импульс не применялся. Минимальный вогнутый участок при dn=0 нм был таким же, как в случае, где использовался смоляной формы (1). Вероятность Z существования dn=0 нм была определена из наблюдения поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результатом являлось значение Z=1/50. С другой стороны, расстояние tcc находилось в диапазоне между 1,0 P-3P. Результаты показаны в таблице 1 ниже.
[0552] Значения терминов, используемых в таблице 1, являются следующими.
Подложка: контрольный знак для изготавливаемой оптической подложки
Pave: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре
Have: средняя высота, когда вогнуто-выпуклая структура имеет структуру точечной конфигурации
Dave: средняя глубина, когда вогнуто-выпуклая структура имеет структуру в конфигурации с выемкой
hn или dn: минимальная высота для наблюдаемого минимального выпуклого участка или минимальная глубина для наблюдаемого минимального вогнутого участка
Z: вероятность существования для минимального выпуклого участка или минимального вогнутого участка
tcv: расстояние между обычными выпуклыми участками при размещенном между ними минимальным выпуклым участком
tcc: расстояние между обычными вогнутыми участками при размещенном между ними минимальным вогнутым участком
Tcv-ave: среднее значение расстояния между вершинами обычных выпуклых участков при размещенном между ними минимальным выпуклым участком
Tcc-ave: среднее значение расстояния между средними частями нижней части обычных вогнутых участков при размещенном между ними минимальным вогнутым участком
[0553] <Пример 3> (Изготовление полупроводникового светоизлучающего элемента)
На сапфировых подложках (оптические подложки (A)-(F)), полученных по примерам 1 и 2, следующие были осаждены постоянно способом химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD): (1) низкотемпературный буферный слой AlGaN, (2) слой GaN n-типа, (3) плакированный слой AlGaN n-типа, (4) светоизлучающий слой InGaN (MQW (множественная квантовая яма)), (5) плакированный слой AlGaN p-типа, (6) слой GaN p-типа и (7) слой ITO, и полупроводниковый светоизлучающий элемент (A) был изготовлен. Вогнутые и выпуклые участки на сапфировой подложке встраивались и сглаживались в условиях пленкообразования, когда (2) слой GaN p-типа был осажден. Затем, полупроводниковый светоизлучающий элемент (A) подвергался травлению и присоединялась контактная площадка. В этом состоянии использовалась зондовая установка для пропускания тока 20 миллиампер между контактной площадкой p-типа и контактной площадкой n-типа и измерялся выход светового излучения полупроводникового светоизлучающего элемента (A). Коэффициент выхода светового излучения для полупроводникового светоизлучающего элемента по примеру 3 показан в таблице 3 ниже.
[0554] <Сравнительный пример 1>
Сапфировая подложка (G) изготавливалась как в примере 1 кроме формирования светоизлучающего полупроводникового слоя на плоской сапфировой подложке. Результаты оценивания показаны в таблице 2 ниже.
[0555] <Сравнительный пример 2>
Сапфировая подложка (H) изготавливалась как в примере 1 за исключением того, что вогнуто-выпуклые структуры в гексагональном размещении с диаметром 3 мкм, интервалом (P) в 6 мкм и высотой выпуклого участка 2 мкм были обеспечены обычным способом фотолитографии на сапфировой подложке. Результаты оценки показаны в таблице 2 ниже.
[0556] <Сравнительный пример 3>
Сапфировая подложка (I) (оптическая подложка) изготавливалась как в примере 1 за исключением того, что мощность для каждого цикла приложения импульса в литографии с прямым формированием рисунка была установлена постоянной. Результаты оценки показаны в таблице 2 ниже.
[0557] Значения терминов, используемых в таблице 2, являются следующими.
Подложка: контрольный знак для изготавливаемой оптической подложки
Pave: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре
Have: средняя высота, когда вогнуто-выпуклая структура имеет структуру точечной конфигурации
Dave: средняя глубина, когда вогнуто-выпуклая структура имеет структуру конфигурации с выемкой
hn или dn: минимальная высота наблюдаемого минимального выпуклого участка или минимальная глубина наблюдаемого минимального вогнутого участка
Z: вероятность существования минимального выпуклого участка или минимального вогнутого участка
tcv, tcc: расстояние между обычными выпуклыми участками при помещенном между ними минимальном выпуклом участке, расстояние между обычными вогнутыми участками при помещенном между ними минимальном вогнутом участке
[0558] <Сравнительный пример 4>
Полупроводниковые светоизлучающие элементы (G)-(I) изготавливались как в примере 3 за исключением того, что использовались сапфировые подложки, полученные по сравнительным примерам 1-3, и измерялся выход светового излучения. Результаты этого показаны в таблице 3 ниже. В таблице 3 ниже, выход в сравнительном примере 1 полагают являющимся 1, и показан коэффициент выхода светового излучения. Полупроводниковые светоизлучающие элементы (A), (B), (C), (G), (H) и (I) изготавливались с сапфировыми подложками (A), (B), (C), (G), (H) и (I).
[0559]
Таблица 1
Подложка
Pave [нм]
Have
Dave [нм]
hn или dn [нм]
Z
tcv
tcc
Tcv-ave
Tcc-ave
Пример 1
A
200
104
-
→0
1/6,6
1,0P~4P
-
2,7Pave
-
B
460
300
-
→0
1/1000
1,0P~3P
-
2,5Pave
-
C
700
392
-
→0
1/48,6
1,0P~3P
-
2,6Pave
-
Пример 2
D
200
-
105
→0
1/6,4
-
1,0P~4P
-
2,6Pave
E
460
-
299
→0
1/1000
-
1,0P~3P
-
2,5Pave
F
700
-
392
→0
1/50
-
1,0P~3P
-
2,6Pave
hn и dn представляют минимальное значение
[0560]
Таблица 2
Подложка
Pave [нм]
Have
Dave [нм]
hn или dn [нм]
Z
tcv,tcc
Сравнительный пример 1
G
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 2
H
6000
2000
-
2000
→0
-
Сравнительный пример 3
I
200
200
-
200
→0
-
hn и dn представляют минимальное значение
[0561]
Таблица 3
Элемент
Коэффициент выхода светового излучения
Пример 3
A
1,43
B
1,54
C
1,60
Сравнительный пример 4
G
1,00
H
1,35
I
1,40
[0562] Таблица 3 показывает, что по сравнению с традиционной плоской сапфировой подложкой (сравнительный пример 1), сапфировая подложка (сравнительный пример 2) с наличием вогнутых и выпуклых участков порядка микрометров и сапфировая подложка (сравнительный пример 3) с наличием однородных вогнутых и выпуклых участков порядка нанометров, в сапфировой подложке (оптическая подложка (A)) согласно примеру 1 возможно получить высокий коэффициент эффективности излучения света. Этот результат происходит возможно потому, что средний интервал Pave в вогнуто-выпуклой структуре делают находящимся внутри заранее заданного диапазона, и тем самым является возможным снизить количество дислокационных дефектов в слое полупроводника, сформированного в пленку на сапфировой подложке, и вогнуто-выпуклая структура обеспечивается таким образом, что выпуклые участки, в которых высота выпуклого участка hn меньше, чем средняя высота Have выпуклого участка, то есть, минимальные выпуклые участки, присутствуют с заранее заданной вероятностью, и тем самым является возможным удалять волноводную моду с помощью рассеяния света и таким образом повышать эффективность вывода света. Хотя в таблице 3 показаны результаты только примера 1, было установлено, что даже при использовании сапфировой подложки из других примеров, высокий коэффициент выхода светового излучения был показан аналогично. Другие преимущества изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента, установлены из этого исследования путем использования сапфировых подложек, изготовленных по примерам 1 и 2. Сначала, по сравнению с сапфировой подложкой (сравнительный пример 2), имеющей вогнутые и выпуклые участки порядка микрометров, было возможным снизить величину используемого слоя полупроводникового кристалла и улучшить время для изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента. Кроме того, было установлено, что возможно удовлетворительно уменьшать трещины, создаваемые внутри слоя полупроводникового кристалла. Это возможно происходит потому, что возможно уменьшить напряжение на границе раздела между сапфировой подложкой и слоем полупроводникового кристалла.
[0563] <Пример 4>
Способ, отличный от способов в примерах 1-3, описанных выше, использовался для создания сапфировой подложки, имеющей минимальный выпуклый участок.
[0564] <Изготовление формы-оригинала (исходной формы для изготовления смоляной формы)>
В качестве основного элемента формы-оригинала, использовался такой же, как в примерах 1 и 2. Как в примерах 1 и 2 была сформирована пленка резиста.
[0565] Затем, при вращении цилиндра из кварцевого стекла с линейной скоростью s=1,0 м/с, слой резиста экспонировался экспонирующим полупроводниковым лазером, имеющим длину волны 405 нм. Здесь, выполнялась регулировка с тем, что интервал в направлении по окружности был установлен в 300 нм, и интервал в осевом направлении соответствовал регулярному гексагональному размещению. Энергия приложения импульса была установлена постоянной.
[0566] После экспонирования слой резиста на цилиндре из кварцевого стекла проявляли индивидуально. Условия проявления и последующего сухого травления были установлены такими же, как в примерах 1 и 2.
[0567] <Изготовление смоляной формы>
На поверхности полученной формы-оригинала выполнялась такая же обработка по отслоению, как в примерах 1 и 2.
[0568] Затем, полученная цилиндрическая форма-оригинал использовалась для создания рулонной смоляной формы. Условия изготовления смоляной формы были установлены такими же, как в примерах 1 и 2, кроме следующих двух пунктов.
2
1. Величина накопленной энергии излучения в применении ультрафиолетового излучения была установлена в 1200 мДж/см.
2. Прижимающее усилие прижимным валиком было установлено в 0,01 МПа.
[0569] В последующем описании смоляная форма с микрорельефом, сформированным с множеством выпуклых участков, именуется рулонообразной смоляной формой G1.
[0570] Когда рулонообразную смоляную форму G1 наблюдали с помощью атомно-силового микроскопа (AFM), было установлено, что минимальные выпуклые участки были рассеяны нециклически. Средний интервал Pave между первыми выпуклыми участками составлял 300 нм. Вероятность Z существования минимальных выпуклых участков в рулонообразной смоляной форме G1 составляла 1/11,1, и Tcv-ave составлял 2,5 Pave. Как описано выше, установлено, что даже если несколько вогнутых участков являются циклически и по существу постоянно обеспечиваемыми на поверхности формы-оригинала, прижимающее усилие, когда припрессовывается нанооттиск, регулируется, и таким образом является возможным обеспечивать минимальные выпуклые участки на смоляном шаблоне легко и нециклически.
[0571] <Изготовление обращенной смоляной формы>
2
Затем, рулонообразная смоляная форма G1 использовалась в качестве шаблона, и была изготовлена обращенная смоляная форма. Условия изготовления обращенной смоляной формы были установлены такими же, как в примерах 1 и 2 за исключением того, что величина накопленной энергии излучения в подаче ультрафиолетового излучения было установлена в 1300 мДж/см. В последующем описании обращенная смоляная форма, имеющая микрорельеф с множеством вогнутых участков, именуется рулонообразной смоляной формой G2.
[0572] <Изготовление пленки с нанообработкой>
Разбавляющий раствор материала 2 ниже наносили на наноструктурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2. Затем, разбавляющий раствор материала 3 ниже наносили на наноструктурную поверхность рулонообразной смоляной формы, содержащей материал 2 внутри наноструктуры, и получали пленку с нанообработкой.
[0573] Материал 2-TTB:3APTMS:SH710:I.184:I.369=65,2 г:34,8 г:5,0 г:1,9 г:0,7 г
Материал 3 - Связующий полимер :SR833:SR368:I.184:1.369=77,1 г:11,5 г:11,5 г:1,47 г:0,53 г
Связующий полимер: метилэтилкетоновый раствор двухкомпонентного сополимера из 80% по массе бензилметакрилата и 20% по массе метакриловой кислоты (содержание твердых веществ 50%, среднемассовая молекулярная масса - 5600, эквивалент кислоты - 430, степень дисперсности - 2,7)
TTB: титан (IV) мономер тетрабутоксид (tetrabutoxide) (производимый компанией Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
SH710: фенил-модифицированный силикон (производимый компанией Dow Corning Toray Co., Ltd.)
3APTMS: 3-акрилоксипропилтриметоксисилан (3-acryloxypropyl trimethoxysilane) (KBM5103 (производимый компанией Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.))
I. 184: 1-гидрокси-циклогексил-бензофенон (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 184)
I. 369: 2-бензил-2-диметиламино-l-(4-морфолинофенил)-бутанон-l (производимый корпорацией BASF Corp., Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 369)
- SR833: трициклодекандиметанол (tricyclodecanedimethanol) диакрилат (SR833 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
SR368: трис (2-гидроксиэтил) изоцианурат триакрилат (SR833 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
[0574] Использовалось такое же устройство, как в изготовлении рулонообразной смоляной формы G1, и таким образом материал 2, разбавленный пропилен-гликоль-монометил-эфиром (PGME), были непосредственно нанесен на наноструктурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2. Концентрация разбавления здесь была установлена таким образом, что содержание сухого вещества, содержащегося в сырьевом материале покрытия (материал 2, разбавленный PGME) на единицу площади, был на 20% меньше, чем объем наноструктуры на единицу площади. После покрытия рулонообразную смоляную форму пропускали через воздуходувную сушильную камеру при 80°C в течение 5 минут, и рулонообразную смоляную форму, содержащую материал 2 внутри наноструктуры, сматывали и комплектовали.
[0575] Затем, рулонообразную смоляную форму, содержащую материал 2 внутри наноструктуры, разматывали, и использовалось то же устройство, как в изготовлении рулонообразной смоляной формы G1, и таким образом материал 3, разбавленный PGME и метилэтилкетоном (MEK), непосредственно наносили на наноструктурную поверхность. Концентрация разбавления здесь была установлена так, что расстояние между границей раздела между материалом 2, размещенным внутри наноструктуры, и нанесенным материалом 3 и поверхностью материала 3 составляло 500 нм. После покрытия рулонообразную смоляную форму пропускали через воздуходувную сушильную камеру при 80°C в течение 5 минут, и полипропиленовую покровную пленку пригоняли к поверхности материала 3, и рулонообразную смоляную форму сматывали и комплектовали. Температура при посадке покровной пленки была установлена в 30°C.
[0576] Когда выполнялись наблюдения на полученной пленке с нанообработкой с помощью сканирующего электронного микроскопа, просвечивающего электронного микроскопа и рентгеновской спектроскопии на основе энергетической дисперсии, было установлено, что материал 2 располагался для заполнения внутренней части вогнутого участка в наноструктуре. Кроме того, было установлено, что материал 3 был сформирован в пленку с тем, чтобы заполнять и выравнивать наноструктуру имеющий вид пленки смоляной формы G2 и материал 2.
[0577] <Изготовление оптической подложки>
Изготовленная пленка с нанообработкой использовалась для изготовления оптической подложки. В качестве оптической подложки использовалось c-плоскость сапфировой подложки.
2
[0578] UV-O3 обработку выполняли на сапфировой подложке в течение 5 минут, и таким образом, частицы на поверхности удалялись, и сапфировая подложка делалась гидрофильной. Затем, поверхность из материала 3 пленки с нанообработкой ламинировали на сапфировую подложку. В этот момент ламинирование выполнялось при нагреве сапфировой подложки до 80°C. Затем, использовался источник света - ртутная лампа высокого давления, чтобы подавать свет поверх рулонообразной смоляной формы G2 так, что величина суммарного излучения составляла 1200 мл/см. После этого, рулонообразную смоляную форма G2 отделяли, и получали многослойное изделие, состоящее из материала 2/материала 3/сапфировой подложки.
3
3
[0579] Затем, травление с использованием газообразного кислорода выполнялось со стороны поверхности материала 2, материал 2 рассматривался в качестве маски для выполнения нанообработки на материале 3, и поверхность сапфировой подложки частично вскрывалась. Травление с кислородом выполнялось в условиях, в которых давление составляло 1 Па, и мощность составляла 300 Вт. После этого, выполнялось реактивное ионное травление, использующее газ BCl, со стороны поверхности материала 2, и таким образом выполнялась нанообработка на сапфире. Травление, использующее BCl, выполнялось в условиях, в которых ICP составляло 150 Вт, BIAS - 50 Вт, и давление - 0,2 Па, и использовалось устройство реактивного ионного травления (RIE-101iPH, изготавливаемое компанией Samco Co., Ltd.).
[0580] В заключение, выполнялась промывка с использованием раствора, получаемого смешиванием серной кислоты и перекиси водорода в весовом отношении 2:1, затем выполнялась промывка с использованием чистой воды, и таким образом получали оптическую подложку.
[0581] Когда изготовленную оптическую подложку наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа, путем наблюдения установили, что несколько выпуклых участков обеспечивались на поверхности сапфировой подложки, и что минимальные выпуклые участки были рассредоточенными. Средняя высота Have выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре составляла 150 нм. Минимальная высота hn выпуклой части наблюдалась находящейся в диапазоне 0 нм - 30 нм (0,2 Have). Примерно 70% от минимальных выпуклых участков имели высоту 0 нм, и остающиеся примерно 30% имели высоту примерно 30 нм. Вероятность существования для минимальных выпуклых участков составляла 1/12,5, и Tcv-ave составляло 2,5 Pave. Расстояние (tcv) между первыми выпуклыми участками, смежными друг с другом через минимальный выпуклый участок, было больше, чем 300 нм (Pave), но равно или меньше, чем 900 нм (3 Pave). Вышеуказанные результаты аналогично могли наблюдаться с помощью сканирующего электронного микроскопа с использованием Tilt.
3
[0582] В наблюдении поверхности с помощью сканирующего электронного микроскопа минимальные выпуклые участки, имеющие высоту 0 нм, и минимальные выпуклые участки, имеющие высоту 30 нм, наблюдались в нескольких первых выпуклых участков. Минимальные выпуклые участки определяли и многоаспектным наблюдением (поперечного сечения) с помощью сканирующего электронного микроскопа и наблюдением атомно-силовым микроскопом. Путем наблюдения установлено, что в первых выпуклых участках, конфигурации не были равномерными, и были разрушенными. Это нарушение наблюдалось в виде распределения отдельных высот выпуклых участков, распределения конфигураций контура выпуклой нижней части в отдельных выпуклых участках и распределения позиций вершин в отдельных выпуклых участках. Конфигурация контура выпуклой нижней части была неопределенной, чтобы иметь несколько точек перегиба. Это может регулироваться балансом условий сухого травления, использующего материал 3, описанный выше, и BCl. Считается, что, поскольку нарушение первого выпуклого участка, описанного выше, приводит к нарушению усредненного показателя преломления, эффективность вывода света LEE повышается больше.
[0583] Как в примере 3, полупроводниковый светоизлучающий элемент был собран, и была оценена эффективность излучения света. Способ оценки был таким же, как в примере 3. Было установлено, что когда выход полупроводникового светоизлучающего элемента (G) в сравнительном примере 4, полагали являющимся 1, выход полупроводникового светоизлучающего элемента в примере 4 был примерно 1,8. Можно считать, что это происходит потому, что причина, почему выход полупроводникового светоизлучающего элемента в примере 4 был больше, чем выход полупроводникового светоизлучающего элемента (A) в примере 3, состояла в увеличении среднего интервала Pave. Конкретно, считается, что средний интервал Pave был коротким, чтобы составлять 300 нм, и таким образом было поддержано повышение внутреннего квантового выхода IQE рассеянием дислокаций в слое полупроводникового кристалла и снижение локальной плотности дислокаций, тогда как средний интервал Pave увеличился от 200 нм до 300 нм, и таким образом разность в объеме между минимальным выпуклым участком и первым выпуклым участком увеличилась, то есть, нарушение усредненного показателя преломления сделалось значительным, была обеспечена большая величина рассеяния и таким образом эффективность вывода света LEE была значительно увеличенной. Фактически, когда плотность дислокаций измеряли с помощью просвечивающего электронного микроскопа, было установлено, что в полупроводниковом светоизлучающем элементе (A) и полупроводниковом светоизлучающем элементе в примере 4, их плотности дислокаций были равны друг другу внутри диапазона погрешности измерения. Было установлено, что даже в примере 4, как в примере 3, возможно снизить величину используемого слоя полупроводникового кристалла и уменьшить время для изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента.
[0584] <Пример 5>
Как в примере 4, была изготовлена рулонообразная смоляная форма G1. Здесь, прижимающее усилие прижима, когда получали рулонообразную смоляную форму G1, было установлено в 0,01 МПа, и толщина пленки наносимой фотоотверждаемой смолы (толщина пленки, соответствующей содержанию твердой фазы), изменялась внутри диапазона 3000 нм - 300 нм. Здесь, когда толщина примененного пленки была равна или меньше, чем 1500 нм, фотоотверждаемую смолу разбавляли растворителем смеси из пропилен-гликоль-монометил-эфира и ацетона, и таким образом толщина пленки была скорректирована. Рулонообразную смоляную форму G1 наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа и атомно-силового микроскопа, и таким образом вероятность существования минимального выпуклого участка была определена. Было установлено, что вероятность существования минимального выпуклого участка можно регулировать, чтобы находилась внутри диапазона 1/3,3-1/50000.
[0585] Затем, как в примере 4, была изготовлена рулонообразная смоляная форма G2. Затем, в примере 4, применяемое устройство было изменено на настольное устройство со стержнем для нанесения покрытия, и рулонообразная смоляная форма G2 подвергалась обработке в пленку с нанообработкой. Кроме того, как в примере 4, пленка с нанообработкой использовалась для обработки сапфировой подложки, и таким образом получали оптическую подложку.
[0586] Полученную оптическую подложку наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа и атомно-силового микроскопа. Результаты показаны в таблице 4. Затем, как в примере 4, изготавливали полупроводниковый светоизлучающий элемент и определяли световую отдачу излучения света. Внутренний квантовый выход IQE измерялся в зависимости от интенсивности PL (излучения фотонов/Photo Luminescence). Внутренний квантовый выход IQE был определен (число фотонов, излучаемых от полупроводникового светоизлучающего элемента в единицу времени/число электронов, инжектируемых в единицу времени). В настоящем описании, показателем для оценивания внутреннего квантового выхода был принят IQE, (интенсивность PL, измеренная при интенсивности 300 K/PL, измеренной при 10 K). Для того чтобы определять воздействия на эффективность вывода света LEE и внутренний квантовый выход IQE, отношение вывода излучения света делили на внутреннюю квантовую эффективность IQE, и таким образом вычисляли эффективность вывода света. Результаты показаны в таблице 4. В таблице 4 информация, такая как Tcv-ave и вероятность Z существования минимального выпуклого участка, вычислялась согласно определениям, приведенным в тексте описания.
[0587] Значения терминов, использованных в таблице 4, являются следующими.
Номер: контрольный знак для изготавливаемой оптической подложки
Z: вероятность присутствия минимального выпуклого участка
Tcv-ave: среднее значение для расстояний между вершинами обычных выпуклых участков, размещенных между минимальными выпуклыми участками
IQE: внутренний квантовый выход
Отношение IEE: коэффициент эффективности вывода света
[0588]
Таблица 4
Номер
Z
Tcv-ave [нм]
IQE [%]
Коэффициент LEE
Коэффициент выхода светового излучения
Пример 5
1
1/50000
2,59 Pave
89
1,04
1,42
2
1/5000
2,62 Pave
89
1,06
1,45
3
1/1000
2,60 Pave
86
1,16
1,54
4
1/500
2,66 Pave
84
1,21
1,57
5
1/55
2,98 Pave
81
1,27
1,58
6
1/50
3,13 Pave
80
1,29
1,59
7
1/49
3,56 Pave
78
1,33
1,6
8
1/25
9,19 Pave
80
1,34
1,65
9
1/19
5,21 Pave
75
1,41
1,63
10
1/14
3,98 Pave
73
1,42
1,59
11
1/7,6
6,76 Pave
74
1,34
1,53
12
1/5,4
4,99 Pave
71
1,29
1,41
13
1/3,3
5,21 Pave
69
1,30
1,38
Сравнительный пример 4
элемент G
0
-
60
1
1
[0589] Следующее установлено из таблицы 4. Сначала, если вероятность Z существования уменьшается, внутренний квантовый выход, IQE повышается. Даже когда вероятность Z существования составляет 1/3,3, каковое является максимумом, по сравнению с элементом G в примере 4, внутренний квантовый выход IQE является достаточно высоким. Происходит это потому, что вогнуто-выпуклая микроструктура, имеющая средний интервал Pave 300 нм, делает возможным нарушение режима роста слоя полупроводникового кристалла, и дислокации принуждались сталкиваться друг с другом в окрестности выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре и удалялись. Это было фактически установлено наблюдением посредством просвечивающего электронного микроскопа. С другой стороны, вероятность Z существования увеличивается, и таким образом отношение для минимального выпуклого участка увеличивается. В этом случае, слой полупроводникового кристалла формируется в пленку, таким образом, что второй выпуклый участок уплощается, и после этого вершина первого выпуклого участка уплощается. Другими словами, оценивается, что увеличивается плотность внутреннего напряжения, создаваемого из-за близости второго выпуклого участка к окрестности первого выпуклого участка. Следовательно, считается, что кристаллизация слоя полупроводникового кристалла снижается, и таким образом внутренний квантовый выход IQE снижается.
[0590] Затем, хотя как вероятность Z существования увеличивается, эффективность вывода света LEE повышается, снижение повышения эффективности выхода света LEE начинается, когда вероятность существования Z=1/7,6. Независимо от вероятности Z существования, по сравнению с элементом G в примере 4, эффективность вывода света LEE повышается. Это возможно происходит потому, что вогнуто-выпуклая структура, имеющая средний интервал Pave в 300 нм, вызывает изменение направления прохождения излучаемого света внутри слоя полупроводникового кристалла из-за дифракции света. С другой стороны, поскольку вероятность Z существования увеличивается, отношение для минимального выпуклого участка увеличивается, возможно происходит потому что, поскольку это заставляет распределение, соответствующее распределению минимальных выпуклых участков быть добавленным к среднему показателю преломления, возможно выводить свет, образующий волноводную моду дифракцией света и рассеянием света. Здесь, когда вероятность Z существования чрезмерно увеличивается, поскольку отношение для минимального выпуклого участка увеличивается, средний объем вогнуто-выпуклой структуры снижается. Другими словами, можно считать, что поскольку интенсивность дифракции света снижается, то эффективность вывода света LEE снижается.
[0591] Как описано выше, обеспечивается вогнуто-выпуклая структура, и тем самым является возможным повысить внутренний квантовый выход IQE. Здесь, установлено, что когда минимальный выпуклый участок обеспечивается для повышения внутреннего квантового выхода IQE, имеется диапазон, в котором эффективность вывода света LEE является оптимальной согласно вероятности Z существования. Кроме того, установлено, что когда вероятность Z существования для минимального выпуклого участка является чрезмерно высокой, внутренний квантовый выход IQE снижается. Как описано выше, имеется надлежащий диапазон для отношения на выходе вывода излучения света для вероятности Z существования. Установлено в этом исследовании, что отношение на выходе вывода излучения света значительно повышается, когда вероятность Z существования находится в диапазоне 1/5,4-1/5000. В частности установлено, что отношение на выходе вывода излучения света более заметно повышается, когда вероятность Z существования находится в диапазоне 1/7,6 к 1/1000. Происходит потому, что внешний квантовый выход EQE, описанный выше, задается произведением внутреннего квантового выхода IQE и эффективности вывода света LEE, и причина наличия оптимального значения для вероятности Z существования происходит из исследования, описанного выше.
[0592] Кроме того, когда наблюдали и анализировали рост слоя полупроводникового кристалла, было установлено, что вероятность Z существования становится находящейся внутри вышеуказанного диапазона, и тем самым является возможным больше увеличить ток утечки полупроводникового светоизлучающего элемента. На сапфировой подложке (оптической подложке), буферный слой, слой uGaN, слой nGaN, слой MQW и слой pGaN формировались в пленку посредством способа MOCVD, ITO был сформирован в пленку, выполнялось вытравливание мезаструктур и в заключение был сформирован рисунок металлизации контактных площадок, состоящий из Cr/Ti/Au. В этом состоянии измерялся ток утечки. Как показано на Фиг. 5, установлено, что когда вероятность Z существования составляет низкой, ток утечки повышается, и показывается удовлетворительная диодная характеристика. Установлено, что когда вероятность Z существования увеличивается от начальной точки примерно в 1/5, ток утечки быстро возрастает. Например, ток утечки, когда вероятность Z существования составляет 1/3,3, был в 1,7-2,9 раза больше, чем в случае, где вероятность Z существования составляет 1/55. Другими словами, было установлено, что диодная характеристика значительно снижалась. Здесь, когда проверялся рост слоя полупроводникового кристалла, было установлено, что если вероятность Z существования увеличивается, специфический рост слоя полупроводникового кристалла происходит из окрестности минимального выпуклого участка. Здесь, специфический рост означает, что скорость роста является более высокой, чем таковая в окружении. Фигуры Фиг. 6A и 6B показывает результаты наблюдения специфически выращиваемого слоя полупроводникового кристалла с помощью сканирующего поперечное сечение электронного микроскопа. На Фиг. 6A показан случай, где вероятность Z существования составляет 1/3,3 (вероятность Z на Фиг. 5 соответствует 0,3 и №13 в таблице 4). На Фиг. 6A, установлено, что специфический рост заставляет образование выпуклой неровности на самой дальней поверхности слоя полупроводникового кристалла от оптической подложки (сапфировой подложки). Он является слоем полупроводникового кристалла, который быстро выращивается образованием агрегации вторых выпуклых участков, обусловленных высокой вероятностью Z существования. С другой стороны, на Фиг. 6B, установлено, что вогнутая неровность создается в поверхности на самой дальней стороне оптической подложки специфически выращиваемого слоя полупроводникового кристалла. Она создается благодаря факту, что агрегации вторых выпуклых участков, обусловленные высокой вероятностью Z существования, являются смежными, и таким образом слои полупроводникового кристалла, специфически выращиваемые во втором выпуклом участке, сталкиваются друг с другом. Из описанного выше установлено, что вероятность Z существования устанавливается равной или меньшей, чем заранее заданное значение, и тем самым является возможным уменьшить смещение границы p-n-перехода слоя полупроводникового кристалла, то есть, смещение ширины запрещенной зоны в зонной диаграмме, в результате чего возможно удовлетворительно снизить ток утечки.
[0593] <Пример 6>
Сначала, UV-O3 обработка выполнялась на зеркальной поверхности одной стороны зеркальной поверхности c-плоскости сапфира (под углом: 0,2°), и таким образом поверхность становилась гидрофильной, и частицы удалялись. Затем, наночастицы рассеивались в новолачной смоле для фоторезиста. Затем, новолачная смола, где были рассеяны наночастицы, была сформирована в пленку на сапфировой подложке способом покрытия центрифугированием и подвергалась термообработке на горячей пластине при 120°C. Затем, выполнялась литография, и таким образом большое количество конических точек, размещенных по регулярной гексагональной схеме со средним интервалом 3,2 мкм, создавалось на сапфировой подложке. Когда выполнялось наблюдение с помощью сканирующего электронного микроскопа, были установлены обычные выпуклые участки и уникальные выпуклые участки. Из наблюдения сканирующим электронным микроскопом обычные выпуклые участки усреднено являлись точечной структурой ниже.
Вершина точки являлась угловым участком, радиус кривизны которого превышал 0, и являвшийся скругленным.
Конфигурация контура нижней части точки была по существу круговой.
Боковая поверхность точки имела двухступенчатый угол наклона. Двухступенчатый угол наклона на стороне нижней части точки имел наклон, угол наклона которого был меньше, чем у стороны верхней части.
Диаметр нижней части точки составлял 1,7 мкм.
2
[0594] В примере 6, были изменены концентрация и форма наночастиц, которые были рассеяны в новолачной смоле. По отношению к конфигурации наночастица была задана круговой и также была задана конфигурируемой по наполнителю. Круговой частицей являлась частица TiO, имеющая средний диаметр частицы 25 нм. С другой стороны, конфигурируемой наполнителем частицей являлся стержень ZnO, имеющий длину 100 нм в направлении продольной оси. Концентрация наночастиц изменялась в диапазоне 0,01%-3%. Таким образом, коэффициент присутствия уникальных выпуклых участков и доля покрытия выпуклого элемента или вогнутого элемента, обеспеченного в уникальном выпуклом участке, регулировались.
[0595] Результаты наблюдений изготавливаемых оптических подложек с помощью сканирующего электронного микроскопа и атомно-силового микроскопа показаны в таблицах 5 и 6. Таблица 5 организована таким образом, что отношение присутствия уникального выпуклого участка являлось параметром, и таблица 6 организована таким образом, что доля покрытия выпуклого элемента или вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке являлась параметром. Хотя в таблицах 5 и 6 не показано, что высота или глубина выпуклого элемента или вогнутого элемента, обеспеченного в поверхности уникального выпуклого участка, наблюдавшегося с помощью сканирующего электронного микроскопа и атомно-силового микроскопа, находятся в диапазоне 10 нм - 400 нм. В частности содержалось наибольшее число выпуклых элементов или вогнутых элементов размером 10 нм - 50 нм, и в порядке убывания, элементы 50 нм - 100 нм, элементы 100 нм - 150 нм, и элементы 150 нм - 400 нм. Выпуклые элементы и вогнутые элементы, находящиеся в окрестности вершины уникального выпуклого участка и находящиеся в окрестности нижней части уникального выпуклого участка, были смешанными, и выпуклые элементы и вогнутые элементы, находящиеся в окрестности вершины, были более высокими по величине отношения.
[0596] Значения терминов, используемых в таблицах 5 и 6, являются следующими.
Обычный выпуклый участок: из множества точек вогнуто-выпуклой структуры, точка, которая не является уникальным выпуклым участком
Pave: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре
Have: средняя высота в вогнуто-выпуклой структуре
ϕave: среднее значение диаметров нижних частей точек в вогнуто-выпуклой структуре
Уникальный выпуклый участок: выпуклый участок, имеющий выпуклый элемент или вогнутый элемент в поверхности
Существование: присутствует ли уникальный выпуклый участок;  - означает, что уникальный выпуклый участок включен, и ×-означает, что уникальный выпуклый участок не включен
Доля покрытия: занятость плоской поверхности выпуклых элементов и вогнутых элементов в поверхности уникального выпуклого участка
P/R: отношение присутствия для уникального выпуклого участка
N: число выпуклых участков, подсчитанных путем определения отношения присутствия уникального выпуклого участка
Отношение: отношение присутствия для уникального выпуклого участка
[0597] В сравнительном примере 5 в таблицах 5 и 6, обеспечивалась оптическая подложка, в которой наночастицы не добавлялись к новолачной смоле для фоторезиста, которая изготавливалась выполнением литографии, и в которой уникальный выпуклый участок не присутствовал.
[0598] Затем, как в примере 5, были определены коэффициент эффективности вывода света, эффективность вывода света и эффективность внутренний квантовый выход. Результаты показаны в таблицах 5 и 6.
[0599]
Таблица 5
Уникальный выпуклый участок
IQE [%]
Отношение LEE
Коэффициент выхода светового излучения
Обычный выпуклый участок
Существование
Доля покрытия [%]
P/R
Номер
Pave [мкм]
Have [мкм]
ϕave[мкм]
N [штук]
Отношение [%]
Сравнительный пример 5
3,2
1,6
1,7
×
100
0
60
1,00
1
1
3,2
1,6
1,7
ο
0,02
100
1
70
0,98
1,14
2
3,2
1,6
1,7
ο
0,34
100
2
76
0,96
1,21
3
3,2
1,6
1,7
ο
1,76
100
1
74
0,99
1,22
4
3,2
1,6
1,7
ο
7,05
100
3
72
0,99
1,19
5
3,2
1,6
1,7
ο
8,65
100
2
73
0,99
1,2
6
3,2
1,6
1,7
ο
0,02
100
2
69
0,95
1,09
Доля покрытия: занятость плоской поверхности выпуклых элементов и вогнутых элементов в поверхности уникального выпуклого участка
[0600]
Таблица 6
Уникальный выпуклый участок
IQE [%]
Отношение LEE
Коэффициент выхода светового излучения
Обычный выпуклый участок
Существование
Доля покрытия [%]
P/R
Номер
Pave [мкм]
Have [мкм]
ϕave[мкм]
N [штук]
Отношение [%]
Сравнительный пример 5
3,2
1,6
1,7
×
-
100
0
60
1,00
1
7
3,2
1,6
1,7
ο
1,76
10000
0,01
61
1,01
1,03
8
3,2
1,6
1,7
ο
1,76
5000
0,02
64
1,17
1,25
9
3,2
1,6
1,7
ο
1,66
1000
0,1
63
1,18
1,24
10
3,2
1,6
1,7
ο
1,47
1000
0,2
65
1,16
1,26
11
3,2
1,6
1,7
ο
1,89
1000
0,4
64
1,17
1,25
12
3,2
1,6
1,7
ο
1,91
1000
0,9
66
1,10
1,21
13
3,2
1,6
1,7
ο
1,65
100
2
68
1,05
1,19
14
3,2
1,6
1,7
ο
1,77
100
9
73
0,95
1,15
15
3,2
1,6
1,7
ο
1,65
100
26
72
0,94
1,13
16
3,2
1,6
1,7
ο
1,89
100
57
71
0,90
1,06
17
3,2
1,6
1,7
ο
2,41
100
97
74
0,83
1,02
Доля покрытия: занятость плоской поверхности выпуклых элементов и вогнутых элементов в поверхности уникального выпуклого участка
[0601] Таблицы 5 и 6 показывают следующее. Уникальный выпуклый участок включен, и таким образом коэффициент выхода светового излучения увеличивается. Таблица 5 показывает, что когда доля покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента увеличивается, внутренний квантовый выход IQE повышается. Это возможно происходит потому, что в выпуклом элементе или вогнутом элементе уникального выпуклого участка режим роста слоя полупроводникового кристалла нарушается. Однако, в случае, где доля покрытия составляла 35,3%, показанная в № 6 таблицы 5, внутренний квантовый выход IQE был немного сниженным. Возможно это происходит потому, что когда один уникальный выпуклый участок является сосредоточенным, неровность на его поверхности увеличивается, и таким образом нарушение роста слоя полупроводникового кристалла чрезмерно увеличивается. Другими словами, считается, что, что напряжение, обусловленное нарушением роста слоя полупроводникового кристалла, оказывается значительно, и таким образом образуются дефекты в кристалле. Таблица 6 показывает, что когда отношение для уникального выпуклого участка увеличивается, коэффициент выхода светового излучения увеличивается. Это возможно происходит потому, что увеличивается рассеяние света, обусловленное уникальным выпуклым участком. В частности в уникальном выпуклом участке, выпуклый элемент или вогнутый элемент на его поверхности является причиной случайности, когда волноводную моду нарушают, чтобы увеличиться. Другими словами, считается, что происходит это потому, что рассеяние света было способно получить приоритет над дифракцией света. Однако, небольшое уменьшение в коэффициент выхода светового излучения начиналось примерно, когда отношение присутствия уникального выпуклого участка, показанного в №14 таблицы 6, превышает 9%. Происходит это потому, что эффективность вывода света LEE снижается, как установлено из отношения LEE. Причина, почему происходит этот тип явления, состоит вероятно в том, что когда чрезмерное число уникальных выпуклых участков присутствуют, увеличивается вероятность того, что излучаемый свет, направление прохождения которого было однажды нарушено, формирует волноводную моду снова, и свет, излучаемый на боковую поверхность участка полупроводникового светоизлучающего элемента, увеличивается, в результате чего легко происходит ослабление поглощением.
[0602] Из описанного выше установлено в частности, что долей покрытия выпуклого элемента и вогнутого элемента в уникальном выпуклом участке является соответственно 0,02% - 8,65%. Установлено, что из них, доля покрытия составляет 0,34% - 8,65%, и таким образом коэффициент выхода светового излучения повышается. С другой стороны, установлено, что в частности отношением присутствия уникального выпуклого участка является примерно 0,02% к 26%, и из них отношение присутствия составляет 0,02%-0,9%, и таким образом коэффициент выхода светового излучения повышается больше.
[0603] Кроме того, когда рост слоя полупроводникового кристалла проверяли более подробно, было установлено, что когда используется оптическая подложка, включающая уникальный выпуклый участок, по сравнению со случаем, где используется оптическая подложка без уникального выпуклого участка, возможно уменьшить растрескивание в окрестности выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре слоя полупроводникового кристалла.
[0604] <Примеры 7 и 8>
Была изготовлена оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структуру в своей поверхности, подложку использовали для создания полупроводникового светоизлучающего элемента (LED), и эффективность LED сравнивали.
[0605] В следующем исследовании, для того, чтобы была изготовлена оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структуру в своей поверхности, была изготовлена вогнуто-выпуклая структура L, и затем вогнуто-выпуклая структура S была изготовлена на поверхности вогнуто-выпуклой структуры L.
[0606] Изготовление вогнуто-выпуклой структуры L
2
2
На C-плоскости (0001) сапфировой подложки пленка SiO, использующаяся в качестве маски для травления, была сформирована в пленку, и формирование рисунка выполнено способом фотолитографии. Затем, маска из пленки SiO использовалась для травления сапфировой подложки, и таким образом была изготовлена вогнуто-выпуклая структура L. Травление выполнялось жидкостным травлением, и в качестве травильного раствора использовалась кислотная смесь из серной кислоты и фосфорной кислоты. Температура раствора составляла примерно 295°C.
[0607] Изготовленную вогнуто-выпуклую структуру L наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Результаты были систематизированы в таблице 7. В вогнуто-выпуклой структуре L по примеру 7, выпуклые участки были размещены на узлах решетки в гексагональной решетке, имеющей интервал PL в 3000 нм, средняя высота выпуклого участка составляла 1500 мкм, и ширина Icvb нижней части выпуклого участка составляла 1500 мкм. На боковой поверхности выпуклого участка был обеспечен двухступенчатый угол наклона. Угол наклона боковой поверхности переключался один раз от вершины выпуклого участка к нижней части выпуклого участка. Установка параметров была выполнена так, что это переключение заставляет угол наклона становиться крутым. С другой стороны, в примере 8, выпуклый участок не обеспечивается в средней части решетки в гексагональной решетке. Конкретно, была изготовлена структура, в которой, единицы где нет выпуклого участка в центре гексагональной решетки, и выпуклые участки присутствуют в узлах решетки, образующих контур гексагональной решетки, являются плотно упакованными. Средний интервал и высота являются такими, как показано в таблице 7. Состояние боковой поверхности выпуклого участка было таким же, как в примере 7.
[0608] Значения терминов, используемых в таблице 7, являются следующими.
Расположение: схема размещения выпуклых участков в вогнуто-выпуклой структуре L
PL: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре L
Have: средняя высота в вогнуто-выпуклой структуре L
Icvb: ширина нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры L
[0609]
Таблица 7
Вогнуто-выпуклая структура L
Расположение
PL [мкм]
Have [мкм]
Icvb [мкм]
Пример 7
выпуклые участки на узлах решетки в треугольной решетке
3
1,5
1,5
Пример 8
выпуклые участки на узлах решетки в треугольной решетке; когда ее рассматривают как гексагональную решетку, никакой выпуклый участок не находится в центральной точке гексагональной решетки
4
1,22
1,22
[0610] Изготовление вогнуто-выпуклой структуры S
Вогнуто-выпуклая структура S была изготовлена на поверхности вогнуто-выпуклой структуры L.
[0611] (1) Была изготовлена цилиндрическая форма-оригинал, и (2) способ легкого (оптического) переноса применялся к цилиндрической форме-оригиналу, чтобы получать рулонообразную смоляную форму. (3) После этого, рулонообразная смоляная форма подвергалась обработке в пленку с нанообработкой для оптической подложки. Затем, (4) пленка с нанообработкой использовалась для формирования маски на оптической подложке, включающей вогнуто-выпуклую структуру L, сушки, и выполнялось травление через полученную маску, в результате чего была изготовлена оптическая подложка, включающая, в поверхности, вогнуто-выпуклую структурную поверхность вогнуто-выпуклой структуры L и вогнуто-выпуклой структуры S.
[0612] (1) Изготовление цилиндрической формы-оригинала
Выполнялась такая же операция, как в примере 1, и таким образом была получена цилиндрическая форма-оригинал.
[0613] (2) Изготовление рулонообразной смоляной формы
Изготовленная цилиндрическая форма-оригинал использовалась в качестве (эталонного) шаблона, применялся способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразную смоляную форму G1 получали в непрерывном режиме. Затем, рулонообразная смоляная форма G1 использовалась в качестве шаблона, выполнялся способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразную смоляную форму G1 получали в непрерывном режиме.
2
2
[0614] Рулонообразная смоляная форма была изготовлена как в примере 4. Однако, толщина пленки нанесенной фотоотверждаемой смолы была установлена в 5 мкм, и величина суммарного излучения в подаче ультрафиолетового излучения было установлена в 1500 мДж/см. Затем, рулонообразную смоляную форму G1 использовали в качестве шаблона, и таким образом получали рулонообразную смоляную форму G2. Рулонообразная смоляная форма была изготовлена как в примере 4. Однако, толщина пленки наносимой фотоотверждаемой смолы была установлена в 3 мкм, и величина суммарного излучения в подаче ультрафиолетового излучения была установлена в 1200 мДж/см.
[0615] (3) Изготовление пленки с нанообработкой
Рулонообразная смоляная форма G2 подвергалась обработке в пленку нанообработки. Использовалась такая же процедура, как в примере 4. При применении материала 3, расстояние между границей раздела между материалом 2, размещенным внутри наноструктуры, и примененными материалом 3 и поверхностью материала 3, было установлено в 1800 нм, и после нанесения покрытия из материала 3, рулонообразную смоляную форму G2 пропускали через воздуходувную сушильную камеру при 95°C в течение 5 минут.
[0616] (4) Нанообработка оптической подложки, включающей вогнуто-выпуклую структуру L
Использовалась изготовленная пленка с нанообработкой, и была предпринята обработка оптической подложки, включающей вогнуто-выпуклую структуру L. В качестве оптической подложки, включающей вогнуто-выпуклую структуру L, использовалась подложка, показанная в таблице 7.
2
[0617] UV-O3 обработка выполнялась на сапфировой подложке, включающей вогнуто-выпуклую структуру L, в течение 5 минут, и таким образом частицы на поверхности удалялись, и сапфировая подложка делалась гидрофильной. Затем, поверхность материала 3 пленки с нанообработкой ламинировали на сапфировую подложку, включающую вогнуто-выпуклую структуру L. В это время выполнялось ламинирование, при этом сапфировая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структуру L была нагрета до 115°C. Затем, использовался источник света - ртутная лампа с высоким давлением, чтобы подавать свет поверх рулонного смоляной формы G2, таким образом, что величина суммарного излучения составляла 1200 мДж/см. После этого, рулонообразную смоляную форму G2 отделяли.
3
2
[0618] Затем, травление с использованием газообразного кислорода выполнялось со стороны поверхности материала 2 полученного многослойного изделия (многослойное изделие, состоящее из материала 2/материала 3/подложки), материал 2 рассматривался в качестве маски для выполнения нанообработки на материале 3, и поверхность вогнуто-выпуклой структуры L была частично раскрытой. Травление с кислородом выполнялось в условиях давления в 1 Па и мощности в 300 Вт. Затем, реактивное ионное травление, использующее смесь из газа BCl и газа Cl, выполнялось со стороны поверхности материала 2, и таким образом нанообработка выполнялась на сапфировой подложке, включающей вогнуто-выпуклую структуру L. Травление выполнялось в условиях, в которых ICP 150 Вт, BIAS был 50 Вт, и давлением были 0,2 Па, и использовалось устройство реактивного ионного травления (RIE-101IPH, производимое Samco Co., Ltd.).
[0619] В заключение, выполнялась промывка с использованием раствора, получаемого смешиванием серной кислоты и перекиси водорода в весовом отношении 2: 1, и таким образом была получена сапфировая оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклой структурную поверхность вогнуто-выпуклой структуры L и вогнуто-выпуклой структуры S. Форма вогнуто-выпуклой структуры, создаваемой на сапфировой подложке, в основном регулировалась скоростью заполнения материала 2 пленки с нанообработкой и толщиной пленки материала 3.
[0620] Сапфировую оптическую подложку, включающую поверхность вогнуто-выпуклую структурную поверхность, наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Вогнуто-выпуклые структуры S были сформированы по всей поверхности вогнуто-выпуклой структуры L. Было установлено, что вогнуто-выпуклая структура S в окрестности вершины вогнуто-выпуклой структуры L выше по высоте и равномерности, чем вогнуто-выпуклая структура S в окрестности нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры L. Вогнуто-выпуклая структура S является структурой, в которой угол в среднем не присутствует в контуре нижней части выпуклого участка, и контур выпуклой нижней части является не круговым, а изогнутым. Высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S, ширина Icvb нижней части выпуклого участка и доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в вогнуто-выпуклой структуре L показаны в таблице 8. В таблице 8 показаны высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S, ширина Icvb нижней части выпуклого участка и величина вогнуто-выпуклой структуры S, сформированной в нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры L для вогнуто-выпуклой структуры S.
[0621] Значения терминов, используемых в таблице 8, являются следующими.
PS: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре S
Have: средняя высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S
Icvb: ширина нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры S
PL/PS: отношение между средним интервалом (PL) в вогнуто-выпуклой структуре L и средним интервалом (PS) в вогнуто-выпуклой структуре S
Доля покрытия: доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в выпуклом участке и вогнутом участке вогнуто-выпуклой структуры L
[0622]
Таблица 8
Вогнуто-выпуклая структура S
PL/PS
Доля покрытия [%]
PS [нм]
Have (нм)
Icvb (нм)
Пример 7
300
60
90
10
2,18
Пример 8
200
80
100
20
7,1
[0623] На полученной сапфировой оптической подложке следующие непрерывно осаждались способом MOCVD: (1) низкотемпературный буферный слой AlGaN, (2) слой GaN p-типа, (3) плакированный слой AlGaN n-типа, (4) светоизлучающий слой InGaN (MQW), (5) плакированный слой AlGaN p-типа, (6) слой GaN p-типа и (7) слой ITO. Вогнутые и выпуклые участки на сапфировой подложке находились в условиях пленкообразования, в котором они вкраплялись и выравнивались, когда (2) слой GaN p-типа осаждался. Кроме того, выполнялось травление, и подсоединялась контактная площадка.
[0624] В этом состоянии использовалось зондовое устройство для пропускания тока 20 миллиампер между контактной площадкой (электрода) р-типа и контактной площадкой (электрода) n-типа, и измерялся выход светового излучения. Результаты были систематизированы в таблицах 9 и 10.
[0625] В сравнительных примерах 6 и 7, показанных в таблице 9 и 10, изготавливалась оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структурную поверхность, сформированную только с вогнуто-выпуклой структурой L. Оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структурную поверхность, сформированную с вогнуто-выпуклой структурой, соответствующей вогнуто-выпуклой структуре L по примеру 7, использовалась в сравнительном примере 6. Оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структурную поверхность, сформированную с вогнуто-выпуклой структурой, соответствующей вогнуто-выпуклой структуре L по примеру 8, использовалась в сравнительном примере 7.
[0626] Таблица 9 показывает выход светового излучения для LED, использующего оптическую подложку в примере 7 согласно настоящему изобретению, когда коэффициент выхода светового излучения для LED, использующего оптическую подложку сравнительного примера 6, полагают являющимся 1. Таблица 10 показывает выход светового излучения для LED, использующего оптическую подложку в примере 8 согласно настоящему изобретению, когда коэффициент выхода светового излучения для LED, использующего оптическую подложку сравнительного примера 7, полагают являющимся 1.
[0627] Внутренний квантовый выход IQE была определена по интенсивности PL. Внутренний квантовый выход IQE задавался согласно (числу фотонов, излучаемых от полупроводникового светоизлучающего элемента в единицу времени/число электронов, введенных в полупроводниковый светоизлучающий элемент в единицу времени). В настоящем описании, в качестве показателя для оценивания внутреннего квантового выхода был принят IQE, (интенсивность PL, измеренная при 300 K/интенсивность PL, измеренная при 10 K).
[0628]
Таблица 9
Коэффициент выхода светового излучения
IQE [%]
Пример 7
1,28
75
Сравнительный пример 6
1
60
[0629]
Таблица 10
Коэффициент выхода светового излучения
IQEM
Пример 8
1,39
82
Сравнительный пример 7
1
60
[0630] Таблицы 9 и 10 показывают, что по сравнению с оптической подложкой сравнительных примеров 6 и 7, включающей вогнуто-выпуклой структурную поверхность, сформированную только вогнуто-выпуклой структурой L, в сравнительных примерах 7 и 8 использовалась оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структурную поверхность, сформированную вогнуто-выпуклой структурой S и вогнуто-выпуклой структурой L, и таким образом интенсивность излучения света была повышенной. Установлено, что одной из причин является то, что внутренний квантовый выход IQE повышается. Считается, что внутренний квантовый выход IQE повышается, поскольку эффекту уменьшения дислокаций в слое полупроводникового кристалла, выращиваемом от вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре L, содействует вогнуто-выпуклая структура S. Кроме того, установлено, что степень повышения внутреннего квантового выхода IQE больше, чем степень повышения интенсивности излучения света. Считается, что это происходит потому, что поскольку вогнуто-выпуклая структура S имеет нарушение на вогнуто-выпуклой структуре L, добавляется рассеяние света, и таким образом эффективность вывода света LEE повышается больше.
[0631] <Пример 9>
Вогнуто-выпуклая структура (L) в примере 9 была изготовлена как в примере 7, и вогнуто-выпуклая структура (S) далее создавалась на вогнуто-выпуклой структуре (L). Здесь, способ изготовления вогнуто-выпуклой структуры (S) был задан таким же, как в примере 7, и наноструктура пленки с нанообработкой была изменена. Наноструктура пленки с нанообработкой задавалась в параметре, оптическая подложка была получена как в примере 7, и полупроводниковый светоизлучающий элемент был изготовлен и оценен. Вогнуто-выпуклая структура (S) создавалась на вершине выпуклого участка, боковой поверхности выпуклого участка и нижней части вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L).
[0632] Результаты наблюдения изготовленной оптической подложки с помощью сканирующего электронного микроскопа и коэффициент выхода светового излучения показаны в таблице 11. Вогнуто-выпуклая структура (L) является такой же, как в примере 7 из таблицы 7.
[0633] Значения терминов, используемых в таблице 11, являются следующими.
PS: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре S
Have: средняя высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S
Icvb: ширина нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры S
PL/PS: отношение между средним интервалом (PL) в вогнуто-выпуклой структуре L и средним интервалом (PS) в вогнуто-выпуклой структуре S
Доля покрытия: процентная доля вогнуто-выпуклой структуры S в выпуклом участке и вогнутом участке вогнуто-выпуклой структуры L
[0634]
Таблица 11
Номер
Вогнуто-выпуклая структура S
PL/PS
Доля покрытия [%]
Коэффициент выхода светового излучения
PS [нм]
Have [нм]
Icvb [нм]
Пример 9
1
200
60
90
15,0
12,6
1,29
2
300
120
140
10,0
14,7
1,31
3
500
220
300
6,0
24,6
1,42
4
700
300
360
4,3
17,4
1,44
5
900
420
480
3,3
18,8
1,41
6
1200
540
720
2,5
26,7
1,12
1
2500
710
1450
1,2
21,2
1,02
[0635] В таблице 11, в частности примерно когда PL/PS превышает 2,5 (№ 6 в таблице 6), увеличивается искривление конфигурации вогнуто-выпуклой структуры (S), и соответственно вогнуто-выпуклая структура (L) также искажается. С этой точки зрения было установлено, что когда вогнуто-выпуклая структура (S) размещена на поверхности вогнуто-выпуклой структуры (L), сформированной с множеством выпуклых участков, PL/PS предпочтительно, превышает 2,5. В частности когда PL/PS было равным или большим, чем 3,3, точность конфигурации вогнуто-выпуклой структуры (S) повышалась больше, и когда PL/PS было равным или большим, чем 6,0, устойчивость конфигурации находилась в насыщении.
[0636] Коэффициент выхода светового излучения, показанный единицей в примере 7 из таблицы 7, полагают являющимся 1. Сначала, установлено, что коэффициент выхода светового излучения в каждой оптической подложке увеличивается. Хотя если PL/PS снижается, коэффициент выхода светового излучения увеличивается, коэффициент выхода светового излучения немного уменьшается после PL/PS=6,0. Во-первых, причиной, почему коэффициент выхода светового излучения увеличивается, является оптическое рассеяние, обусловленное вогнуто-выпуклой структурой (L), имеющей широкие вариации в объеме порядка микрометров. Здесь, вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на поверхности вогнуто-выпуклой структуры (L). В частности можно считать, что это происходит потому, что поскольку вогнуто-выпуклая структура (S) также обеспечивалась на нижней поверхности выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L), когда выращивали слой полупроводникового кристалла, в окрестности нижней части вогнутого участка вогнуто-выпуклой структуры (L), режим роста полупроводникового кристалла может быть нарушен, и таким образом дислокации были эффективно удалены. Было установлено, что если PL/PS увеличивался, внутренний квантовый выход IQE повышался, и PL/PS по существу имело насыщение при PL/PS=10. Другими словами, когда PL/PS увеличивается, внутренний квантовый выход IQE насыщается после некоторого времени. Однако, поскольку увеличение PL/PS означает, что объем, как видно из света, излучаемого от полупроводникового светоизлучающего элемента, снижается, то оптическое рассеяние снижается. Следовательно, можно считать, что появляется требуемый диапазон для вывода излучения света.
[0637] <Пример 10>
Была изготовлена оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структуру (S) только на верхней поверхности вершины выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L).
2
2
[0638] Сначала, была изготовлена рулонообразная смоляная форма G2, как в примере 4. Однако, толщина пленки наносимой фотоотверждаемой смолы была установлена в 4 мкм, и величина суммарного излучения в подаче ультрафиолетового излучения была установлена в 1800 мДж/см. Затем, рулонообразная смоляная форма G1 использовалась в качестве шаблона, и получали рулонообразную смоляную форму G2. Рулонообразная смоляная форма также была изготовлена как в примере 4 за исключением того, что толщина пленки наносимой фотоотверждаемой смолы была установлена в 2 мкм, и величина суммарного излучения в подаче ультрафиолетового излучения была установлена в 1300 мДж/см.
[0639] (3) Изготовление пленки с нанообработкой
Рулонообразная смоляная форма G2 была подвергнута обработке в пленку с нанообработкой. Использовалась такая же процедура, как в примере 4. При применении материала 3, расстояние между границей раздела между материалом 2, размещенным внутри наноструктуры и нанесенным материалом 3 и поверхностью материала 3 было установлено в 350 нм, и после слоя покрытия материала 3, рулонообразная смоляная форма G2 пропускалась через воздуходувную сушильную камеру при 95°C в течение 5 минут.
[0640] (4) Нанообработка оптической подложки
Использовалась изготовленная пленка с нанообработкой, оптическая подложка подвергалась обработке, и была изготовлена вогнуто-выпуклая структура (S).
2
[0641] UV-O3 обработка выполнялась на зеркальной поверхности для c-плоскости одной стороны зеркальной поверхности сапфировой подложки в течение 5 минут, и таким образом частицы на поверхности удалялись, и сапфировая подложка делалась гидрофильной. Затем, поверхность материала 3 пленки с нанообработкой ламинировали на сапфировую подложку. В этот момент ламинирование выполнялось при нагреве сапфировой подложки до 110°C. Затем, использовался источник света - ртутная лампа с высоким давлением, чтобы подавать свет поверх рулонообразной смоляной формы G2 таким образом, что величина суммарного излучения составляла 1400 мДж/см. После этого, рулонообразная смоляная форма G2 отделялась.
3
2
[0642] Затем, выполнялось травление с использованием газообразного кислорода со стороны поверхности материала 2 полученного многослойного изделия (многослойное изделие, состоящее из материала 2/материала 3/подложки), материал 2 рассматривался в качестве маски для выполнения нанообработки на материале 3, и поверхность сапфировой подложки частично вскрывалась. Травление с кислородом выполнялось в условиях давления в 1 Па и мощности в 300 Вт. Затем, реактивное ионное травление, использующее смешанный газ из газа BCl и газа Cl, выполнялось со стороны поверхности материала 2, и таким образом нанообработка выполнялась на сапфировой подложке, включающей вогнуто-выпуклую структуру S. Травление выполнялось в условиях, в которых величинами были для ICP-150 Вт, для BIAS-50 Вт, и давления - 0,2 Па, и использовалось устройство реактивного ионного травления (RIE-101IPH, производимое Samco Co., Ltd.).
[0643] В заключение, выполнялась промывка с использованием раствора, получаемого смешиванием серной кислоты и перекиси водорода в весовом отношении 2:1, и таким образом была получена сапфировая оптическая подложка, включающая вогнуто-выпуклую структурную поверхность вогнуто-выпуклой структуры S. Форма вогнуто-выпуклой структуры (S), создаваемой на сапфировой подложке, в основном регулировалась скоростью заполнения материала 2 пленки с нанообработкой и толщиной пленки материала 3.
[0644] Затем, новолачную смолу для фоторезиста формовали в пленку на вогнуто-выпуклой структуре (S) способом покрытия центрифугированием, и подвергали термообработке предварительно отжигом на горячей пластине в 120°C. Затем, выполнялась литография, и таким образом вогнуто-выпуклая структура (L) была изготовлена. Здесь, фоторезист проявляли отрицательно и использовали, и таким образом вогнуто-выпуклая структура (L) была сформирована в точечную конфигурацию, и фоторезист проявляли положительно, и таким образом вогнуто-выпуклая структура (L) была сформирована в конфигурацию с выемкой. В любом случае, была создана регулярная гексагональная схема расположения, имеющая средний интервал 3,2 мкм.
[0645] Полученную оптическую подложку наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Вогнуто-выпуклая структура точечной конфигурации (L) имела следующее состояние точечной конфигурации.
Средний интервал Pave составлял 3,2 мкм, и было создано регулярное гексагональное размещение.
Диаметр нижней части точки составлял 2,4 мкм, и конфигурация нижней части была по существу круговой.
Нижняя часть вогнутого участка между точками была плоской.
Была сформирована конфигурация усеченного конуса с плоской поверхностью на вершине точки. Плоская поверхность на вершине точки была по существу круговой, и ее диаметр составлял 1,6 мкм.
Точечная вершина была по существу круглой столообразной, и вогнуто-выпуклая структура (S) размещалась только на точечной вершине.
[0646] С другой стороны, вогнуто-выпуклая структура (L) с отверстием конфигурации имела следующее состояние конфигурации с выемкой.
Средний интервал Pave составлял 3,2 мкм, и было создано регулярное гексагональное размещение.
Диаметр открытой части (окна) выемки составлял 1,5 мкм, и конфигурация открытой части была по существу круговой.
Глубина выемки составляла 1,4 мкм.
Вершина выпуклого участка между выемками была плоской, и вогнуто-выпуклая структура (S) размещалась только на плоской поверхности.
Конфигурация выемки была конической с по существу круговой нижней поверхностью, и вершина конуса являлась угловым участком, радиус кривизны которого превышал 0.
[0647] Результаты для вогнуто-выпуклой структуры (S), когда вогнуто-выпуклая структура (L) имела точечную конфигурацию, показаны в таблице 12 вместе с коэффициентом выхода светового излучения. Коэффициент выхода светового излучения, показываемый единицей в примере 7 в таблице 7, полагают являющимся 1.
[0648] Значения терминов, используемых в таблице 12, являются следующими.
PS: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре S
Have: средняя высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S
Icvb: ширина нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры S
PL/PS: отношение между средним интервалом (PL) в вогнуто-выпуклой структуре L и средним интервалом (PS) в вогнуто-выпуклой структуре S
Доля 1 покрытия: доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в выпуклом участке и вогнутом участке вогнуто-выпуклой структуры L
Доля 2 покрытия: доля T покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в верхней поверхности вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры L
[0649]
Таблица 12
№
Вогнуто-выпуклая структура S
PL/PS
Доля 1 покрытия [%]
Доля 2 покрытия [%]
Коэффициент выхода светового излучения
PS [нм]
Have [нм]
Icvb [нм]
8
300
30
60
10,7
0,2
3,1
1,18
9
300
40
90
10,7
0,5
7,1
1,21
10
300
60
120
10,7
0,9
12,6
1,32
11
300
80
150
10,7
1,5
19,6
1,36
12
300
110
180
10,7
2,1
28,3
1,41
13
300
140
200
10,7
2,6
34,9
1,44
14
300
180
240
10,7
3,8
50,2
1,3
15
300
200
260
10,7
4,5
59,0
1,19
Доля 1 покрытия: доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в вогнуто-выпуклой структуре L
Доля 2 покрытия: доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка
[0650] Таблица 12 показывает, что если доля покрытия увеличивается, выход светового излучения увеличивается. Это происходит потому, как уже описано, возможно уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла вогнуто-выпуклой структурой (S). В частности, поскольку вогнуто-выпуклая структура (L) имеет точечную конфигурацию, плоская поверхность присутствует на выпуклом участке вогнуто-выпуклой структуры (L) точечной конфигурации, и вогнуто-выпуклая структура (S) обеспечивается на плоской поверхности, рост слоя полупроводникового кристалла от верхней части вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) может быть сделан удовлетворительным. Считается, что происходит потому, что действует эффект снижения разряда энергии ядра слоя полупроводникового кристалла в нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S). Следовательно, является возможным немного замедлить скорость роста слоя полупроводникового кристалла от верхней части вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L) по сравнению со скоростью роста слоя полупроводникового кристалла, выращиваемого от нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L). Таким образом, можно считать, что делается возможным удовлетворительно связывать слой полупроводникового кристалла, выращиваемый от нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L) и слой высококачественного полупроводникового кристалла, выращиваемый от верхней части вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры (L), в результате чего дислокации уменьшаются, и внутренний квантовый выход повышается. Фактически было установлено путем наблюдения просвечивающим электронным микроскопом, что если доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) увеличивалась, дислокации уменьшались. Однако, интенсивность выхода светового излучения снижалась после того, как доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка становилась 50,2% (№14 в таблице 12). Можно считать, что происходит это потому, что когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка, то есть, занятость плоской поверхности вогнуто-выпуклой структуры (S) внутри поверхности вогнуто-выпуклой структуры (L), для которой обеспечивается вогнуто-выпуклая структура (S), является чрезмерно высокой, действие разряда энергии слоя полупроводникового кристалла в нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S) значительно снижается. Другими словами, считается, что на стадии, где зародышеобразование для слоя полупроводникового кристалла переходит в рост, скорость разряда энергии ядра приложена к выпуклой нижней части в вогнуто-выпуклой структуре (S). Выход светового излучения снижался после того, как доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка составляла 7,1% (№9 в таблице 12). Можно считать, что это происходит потому, что оптическое рассеяние снижалось, то есть, эффективность вывода света уменьшалась. Было установлено путем косвенного исследования, из измерения мутности только на вогнуто-выпуклой структуре (S), что рассеяние снижалось.
[0651] Из описанного выше установлено, что конкретно, когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка находится в диапазоне 12,6%-50,2%, выход светового излучения увеличивается, и среди прочего, когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка находится в диапазоне 19,6%-34,9%, выход светового излучения увеличивается больше.
[0652] Результаты по вогнуто-выпуклой структуре (S) при конфигурации с выемкой для вогнуто-выпуклой структуры (L) показаны в таблице 1 вместе со коэффициентом выхода светового излучения. Коэффициент выхода светового излучения, показанный единицей в примере 7 в таблице 7, полагают являющимся 1.
[0653] Значения терминов, используемых в таблице 13, являются следующими.
PS: средний интервал в вогнуто-выпуклой структуре S
Have: средняя высота выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре S
Icvb: ширина нижней части выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры S
PL/PS: отношение между средним интервалом (PL) в вогнуто-выпуклой структуре L и средним интервалом (PS) в вогнуто-выпуклой структуре S
Доля 1 покрытия: доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в выпуклом участке и вогнутом участке вогнуто-выпуклой структуры L
Доля 2 покрытия: доля T покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в верхней поверхности вершины выпуклого участка вогнуто-выпуклой структуры L
[0654]
Таблица 13
Номер
Вогнуто-выпуклая структура S
PL/PS
Доля 1 покрытия [%]
Доля 2 покрытия [%]
Коэффициент выхода светового излучения
PS [нм]
Have [нм]
Icvb [нм]
8
300
30
60
10,7
3,1
3,1
1,17
9
300
40
90
10,7
7,1
7,1
1,19
10
300
60
120
10,7
12,6
12,6
1,28
11
300
80
150
10,7
19,6
19,6
1,33
12
300
110
180
10,7
28,3
28,3
1,38
13
300
140
200
10,7
34,9
34,9
1,42
14
300
180
240
10,7
50,2
50,2
1,29
15
300
200
260
10,7
59,0
59,0
1,16
Доля 1 покрытия: доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры S в вогнуто-выпуклой структуре L
Доля 2 покрытия: доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка
[0655] Таблица 13 показывает, если доля покрытия увеличивается, выход светового излучения увеличивается. Это происходит потому, как уже описано, возможно уменьшить дислокации в слое полупроводникового кристалла вогнуто-выпуклой структурой (S). Было фактически установлено посредством наблюдения просвечивающим электронным микроскопом, что если доля покрытия вогнуто-выпуклой структуры (S) увеличивалась, дислокации уменьшались. Однако, интенсивность выхода светового излучения снижалась, после того, как доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка становилась 50,2% (№14 в таблице 13). Можно считать, что это происходит потому, что когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка является чрезмерно высокой, действие разряда энергии слоя полупроводникового кристалла в выпуклой нижней части в вогнуто-выпуклой структуре (S) значительно снижается. Другими словами, считается, что на этапе, где зародышеобразование слоя полупроводникового кристалла переходит к росту, скорость разряда энергии ядра приложена к нижней части выпуклого участка в вогнуто-выпуклой структуре (S). Выход светового излучения снижался после того, как доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка составляла 7,1% (№9 в таблице 13). Можно считать, что это происходит потому, что оптическое рассеяние снижалось, то есть, эффективность вывода света уменьшалась. Было установлено, косвенным исследованием, из измерения мутности только на вогнуто-выпуклой структуре (S), что рассеяние снижалось.
[0656] Из описанного выше установлено, что особенно когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка находится в диапазоне 12,6%-50,2%, выход светового излучения увеличивается, и в том числе, когда доля T покрытия верхней поверхности вершины выпуклого участка находится в диапазоне 19,6%-34,9%, выход светового излучения увеличивается больше.
[0657] Когда слой полупроводникового кристалла проверяли более подробно в состоянии после того, как слой полупроводникового кристалла был сформирован в пленку, наблюдалось полое пространство внутри вогнутого участка в вогнуто-выпуклой структуре (L). Следовательно, можно считать, что разность показателя преломления со слоем полупроводникового кристалла увеличивается, и таким образом эффективность вывода света легко повышается. Было установлено, что после того, как слой полупроводникового кристалла был сформирован в пленку, когда установочный базовый элемент подсоединялся к поверхности слоя полупроводникового кристалла, применялось излучение лазера со стороны сторону оптической подложки, и таким образом на оптической подложке выполнялась отслаивание лазерным излучением, оптическая подложка могла быть легко отделяемой. Можно считать, что это происходит потому, что присутствие полого пространства, которое уже описано, снижало непосредственный контакт между оптической подложкой и слоем полупроводникового кристалла.
[0658] <Пример 11>
В качестве материала многослойной маски изделия, был выбран оксид хрома для первого слоя маски, и оксид кремния был выбран для второго слоя маски. Для травильного раствора, используемого для жидкостного травления первого слоя маски (слой оксида хрома) и сапфировой подложки, который будет описан далее, селективность травления между оксидом хрома и сапфировой подложкой составляет 3, и селективность травления между оксидом кремния и сапфировой подложкой составляет 20 или более.
[0659] Сначала, s пленку оксида хрома в 50 нм формировали способом осаждения распылением, и затем были подготовлены две сапфировые подложки, где была сформирована пленка оксида кремния в 50 нм. На одной из них УФ-чувствительный резист (PAK-02; производимый компанией Toyo Gosei Co., Ltd.) был сформирован в пленку способом центрифугирования. На другой пленке резист термореактивного типа CuO-8%Si был сформирован в пленку способом осаждения распылением.
2
[0660] В сапфировой подложке, на которой УФ-чувствительный резист был сформирован в пленку, рисунок переносился на УФ-чувствительный резист с использованием нанопечатной формы. Остаточная пленка УФ-чувствительного резиста удалялась сухим травлением, использующим газ O. После этого, рисунок УФ-чувствительного резиста использовался в качестве маски, и рисунок переносился на второй слой маски (слой оксида кремния) сухим травлением, использующим фтористый газ.
[0661] С другой стороны, в сапфировой подложке, на которой резист CuO-8%Si термореактивного типа был сформирован в пленку, рисунок формировался устройством экспонирования, и после этого выполнялось проявление с использованием 3%-го по весу раствора из смеси оксалата аммония и глицина, чтобы сформировать рисунок. После этого, рисунок в резисте термореактивного типа использовался в качестве маски, и рисунок переносился на второй слой маски (слой оксида кремния) сухим травлением, использующим фтористый газ.
[0662] Хотя в качестве интервалов в рисунке на сей раз, использовались пять интервалов 200 нм, 460 нм, 700 нм, 2 мкм и 5 мкм, для выполнения операции, интервал в рисунке может быть изменен по необходимости, и настоящее изобретение не получает ограничения по конфигурации рисунка.
[0663] Затем, второй слой маски (слой оксида кремния) использовался в качестве маски, и таким образом жидкостное травление выполнялось на первом слое маски (слое оксида хрома) и сапфировой подложке. Жидкостный травильный раствор, получаемый смешиванием фосфорной кислоты и серной кислоты в отношении 1:3 объемных процентов, нагревали до 230°C и использовали, и таким образом выполнялось жидкостное травление в течение 4 минут.
[0664] Следовательно, во всех интервалах, сапфировая подложка вытравлялась в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной конфигурации, вершина которой является точечной.
[0665] <Пример 12>
В качестве материала маски, смесь, состоящая из оксида кремния и оксида вольфрама, была выбрана для первого слоя маски, и оксид кремния был выбран для второго слоя маски. В качестве отношения состава маски, отношение между кремнием и вольфрамом были установлены в 9% мольных долей :1% мольных долей. Для травильного раствора, используемого для жидкостного травления первого слоя маски (слоя оксида кремния) и сапфировой подложки, которая будет описана далее, селективность травления между смесью, состоящей из оксида кремния и оксидом вольфрама и сапфировой подложкой составляла 3, и селективность травления, между оксидом кремния и сапфировой подложкой составляла 20 или более.
[0666] Фигуры Фиг. 48 и 49 являются схематичными представлениями поперечного сечения, показывающими отдельные этапы способа изготовления оптической подложки, выполняемого в примере 12.
[0667] Как показано на Фиг. 48A, посредством способа осаждения распылением, сначала первый слой маски 902a из смеси, состоящей из оксида кремния и оксида вольфрама, был сформирован в пленку так, чтобы иметь толщину пленки 50 нм, и была подготовлена сапфировая подложка 901, на которой был второй слой маски 902b из оксида кремния толщиной пленки 50 нм. Первый слой маски 902a и второй слой маски 902b вместе именуются многослойной маской 902 изделия.
[0668] Затем, был подготовлен листовой материал 906, имеющий структуру, показанную на Фиг. 48A. Листовой материал 906 сформирован со смоляной формой 905, маской 903 и маской 904. Здесь, маска 904 может выполняться по необходимости. В качестве материала смоляной формы 905 и маски 903, например, является предпочтительной UV-отверждаемая смола. В качестве материала маски 904, например, является предпочтительным неорганический материал, сформированный с материалом золь-гель или подобным. Маска 904 может обеспечиваться для повышения стойкости маски 903 к сухому травлению, когда остаточная пленка удаляется и когда рисунок переносится на второй слой маски 902b, который будет описываться далее. В настоящем примере, в качестве смоляной формы 905 использовался материал A, который будет описываться далее, в качестве маски 904 использовался материал B, который будет описываться далее, и в качестве маски 903, использовался материал C, который будет описан далее. Рисунок для листового материала 906 был изготовлен с выбором интервала в 360 нм. Хотя интервал в рисунке на сей раз составлял 360 нм, интервал в рисунке может быть изменен по необходимости, и настоящее изобретение не получает какое-либо ограничение из конфигурации рисунка.
[0669] В настоящем примере использовались следующие материалы.
DACHP: OPTOOL DAC HP (производимый компанией Daikin Chemical Industry Company)
M350: триметилолпропан (EO-модифицированный) триакрилат (производимый компанией Toagosei Co., Ltd., M350)
I.184: Irgacure 184 (производимый корпорацией BASF Corp.)
I. 369: Irgacure 369 (производимый корпорацией BASF Corp.)
TTB: тетрабутоксид титана
3APTMS: KBM5103 (производимый компанией Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.)
SH710: фенил-модифицированный силикон (производимый компанией Dow Corning Toray Co., Ltd.)
SR833: трициклодеканедиметанол диакрилат (tricyclodecanedimethanol diacrylate) (SR833 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
SR368: трис (2-гидроксиэтил) изоцианурат триакрилат (SR368 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
2
[0670] Листовой материал 906, описанный выше, был ламинирован на второй слой маски 902b нагревом сапфировой подложки 41 до 80°C и применением УФ-излучения (500 мДж/см).
2
[0671] Затем, как показано на Фиг. 48B, смоляная форма 905 отделялась, и после этого остаточная пленка на основании вогнутого участка в маске 903 удалялась кислородным травлением, и как показано на Фиг. 48C, поверхность второго слоя маски 902b была частично вскрытой. Травление кислородом выполнялось в условиях, в которых давление составляло 1 Па, и использовался газ O.
6
[0672] Затем, сухим травлением с использованием маски 903 и маски 904 в качестве масок и газа SF, как показано на Фиг. 48D, рисунок переносился на второй слой 902b маски. Сухое травление выполнялось в условиях, в которых давление составляло 5 Па, и время - 2 минуты.
[0673] Затем, как показано на Фиг. 49 A и 49B, второй слой маски 902b использовался в качестве маски, и выполнялось жидкостное травление на первом слое 902a маски и сапфировой подложке 901. В качестве травильного раствора в жидкостном травлении для первого слоя маски 902a и сапфировой подложки 901, нагревали до 230°C и использовали раствор, получаемый смешиванием фосфорной кислоты и серной кислоты в отношении 1:1 объемных процентов. Жидкостное травление выполнялось в течение 3 минут. Здесь, первый слой маски 902a был полностью удален. Жидкостное травление выполнялось в состоянии, где маски 903 и 904 были оставлены на первом слое маски 902a и втором слое маски 902b (многослойная маска 902 изделия). Однако, даже если маски 903 и 904 были предварительно удалены, получают те же результаты.
[0674] Следовательно, поверхность полученной сапфировой подложки 901 была вытравлена с интервалом 360 нм, в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной, вершина которой является точечной.
[0675] Листовой материал 906 может изготавливаться по одному листу или может изготавливаться в виде рулона. В частности листовой материал 906 предпочтительно изготавливается в виде рулона, поскольку это является пригодным для массового производства. В настоящем примере этапы изготовления рулонного листового материала 906 будут описываться ниже.
[0676] (1) Цилиндрическая форма-оригинал была изготовлена, и (2) применялся способ легкого переноса к цилиндрической форме-оригиналу для изготовления рулонообразной смоляной формы. (3) После этого, рулонообразная смоляная форма подвергалась обработке в элемент с нанообработкой (пленка с нанообработкой) в оптической подложке.
[0677] (1) Изготовление цилиндрической формы-оригинала
6
Способом литографии с прямым формированием рисунка с использованием полупроводникового лазера на поверхности цилиндра из кварцевого стекла была сформирована вогнуто-выпуклая структура. Сначала, на поверхности цилиндра из кварцевого стекла слой резиста был сформирован в пленку способом осаждения распылением. В способе осаждения распылением, в качестве целевого объекта (слоя резиста), использовалась CuO (содержащая Si в 8% массы) диаметром 3 дюйма, использовалась мощность радиочастоты (RF) в 100 Вт, и слой резиста 20 нм был сформирован в пленку. Затем, при вращении цилиндра из кварцевого стекла использовали полупроводниковый лазер с длиной волны в 405 нм, чтобы выполнять экспонирование. Затем, слой резиста после экспонирования проявляли. Проявление слоя резиста выполнялось с использованием 0,03%-ого по весу водного раствора глицина в течение 240 секунд. Затем, слой проявленного резиста использовался в качестве маски, и слой травления (кварцевое стекло) вытравлялся сухим травлением. Сухое травление выполнялось в условиях, в которых SF использовался в качестве травильного газа, рабочее давление газа составляло 1 Па, рабочая мощность составляла 300 Вт и время обработки составляло 5 минут. В заключение, только слой остаточного резиста отделялся от цилиндра из кварцевого стекла, в котором на его поверхности вогнуто-выпуклая структура обеспечивалась, с использованием серной кислоты с показателем pH 1. Время отделения было установлено в 6 минут.
[0678] Durasurf HD-1101Z (производимый компанией Daikin Chemical Industry Company), который является фтористым разделительным материалом (антиадгезивом), наносили на полученный цилиндр кварцевого стекла, и вместе прогревали при 60°C в течение 1 часа, его оставляли при комнатной температуре на 24 часа и иммобилизировали. После этого трижды осуществлялась промывка материалом Durasurf HD-ZV (производимым компанией Daikin Chemical Industry Company), и получали цилиндрическую форму-оригинал.
[0679] (2) Изготовление рулонообразной смоляной формы
Изготовленная цилиндрическая форма-оригинал использовалась в качестве шаблона, применялся способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразная смоляная форма G1 изготавливалась в непрерывном режиме. Затем, рулонообразная смоляная форма G1 использовалась в качестве шаблона, выполнялся способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразную смоляную форму G2 получали в непрерывном режиме. Смоляная форма G2 была получена, и таким образом была получена такая же конфигурация рисунка, как у цилиндрической формы-оригинала. Способ изготовления смоляных форм G1 и G2 будет описан ниже подробно.
2
[0680] Материал A, указанный ниже, наносили на имеющую легкую адгезию поверхность PET пленки из A-3100 (производимого компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 5 мкм. Затем, PET пленку, на которую был нанесен материал A, придавливали прижимным валиком к цилиндрической форме-оригиналу, и устройство экспонирования УФ-излучением, производимое Fusion UV Systems Japan Inc., (H valve), использовалось для подачи ультрафиолетового излучения таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 1500 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, и таким образом выполнялось светоотверждение в непрерывном режиме, в результате чего получали рулонообразную смоляную форму G1, в которой вогнуто-выпуклая структура была перенесена на поверхность (200 м длиной и 300 мм шириной).
[0681] Затем, рулонообразная смоляная форма G1 рассматривалась в качестве шаблона, способ фотонанопечати применялся в непрерывном режиме, и таким образом была изготовлена рулонообразная смоляная форма G2.
2
[0682] Материал A, указанный ниже, наносили на имеющую легкую адгезию поверхность PET пленки A-3100 (производимой компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 3 мкм. Затем, PET пленка, на которую наносили материал A, придавливалась прижимным валиком (0,1 МПа) к поверхности вогнуто-выпуклой структуры рулонообразной смоляной формы G1, и устройство экспонирования УФ-излучением, производимое Fusion UV Systems Japan Inc., (H valve), использовалось для подачи ультрафиолетового излучения таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 1200 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, и таким образом выполнялось светоотверждение в непрерывном режиме, в результате чего были получены несколько рулонообразных смоляных форм G2, в котором вогнуто-выпуклая структура была перенесена на поверхность (200 м длиной и 300 мм шириной).
Материал - DACHP:M350:1.184:1.369=17,5 г: 100 г: 5,5 г: 2,0 г
[0683] (3) Изготовление пленки с нанообработкой
Разбавляющий (разбавленный) раствор материала B ниже наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2. Затем, разбавляющий раствор материала C ниже наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2, содержащее материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, и получали пленку с нанообработкой.
Материал B-TTB:3APTMS:SH710:1.184:1.369=65,2 г: 34,8 г: 5,0 г: 1,9 г: 0,7 г
Материал C - Связующий полимер: SR833:SR368:I.184:I.369=77,1 г:11,5 г:11,5 г:1,47 г:0,53 г
Связующий полимер: раствор метилэтилкетона двухкомпонентного сополимера из бензилметакрилата в 80% массы и метакриловой кислоты в 20% массы (содержание твердых веществ - 50%, среднемассовая молекулярная масса - 56000, эквивалент кислоты - 330, степень дисперсности - 2,7)
[0684] Использовалось такое же устройство, как в (2) изготовлении рулонообразной смоляной формы, описанном выше, и таким образом материал B, разбавленный материалом PGME, непосредственно наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной форма G2 (смоляной формы 5). Концентрация разбавления здесь устанавливалась так, что содержание сухого вещества, содержащегося в сырьевом материале покрытия (материале B, разбавленным PGME) на единицу площади, было на 20% меньше, чем объем вогнуто-выпуклой структуры на единицу площади. После покрытия рулонообразную смоляную форму G2 пропускали через воздуходувную сушильную камеру при 80°C в течение 5 минут, и рулонообразную смоляную форму G2, содержащую материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, сматывали и комплектовали.
[0685] Затем, рулонообразная смоляная форма G2, содержащая материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, разматывалась, и использовалось такое же устройство как в (2) изготовлении рулонообразной смоляной формы, и таким образом материал C, разбавленный с PGME и MEK, непосредственно наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность. Концентрация разбавления здесь была установлена так, что расстояние между границей раздела между материалом B, размещенным внутри вогнуто-выпуклой структуры и нанесенного материала C, и поверхностью материала C, составляло 400 нм - 800 нм. После покрытия рулонообразную смоляную форму пропускали через воздуходувную сушильную камеру в 80°C в течение 5 минут, и полипропиленовую покровную пленку пригоняли к поверхности материала C, и рулонообразную смоляную форму сматывали и комплектовали.
[0686] На Фиг. 48A, маска 903 соответствует материалу C, маска 904 соответствует материалу B, и смоляная форма 905 соответствует материалу A.
[0687] <Пример 13>
В качестве материала маски был выбран оксид кремния, который является материалом, имеющим стойкость к травильному раствору, используемому для жидкостного травления сапфировой подложки. Относительно раствора для жидкостного травления сапфировой подложки, которая будет описано далее, селективность травления между оксидом кремния и сапфировой подложкой составляет 20 или более.
[0688] Сначала, были подготовлены две сапфировые подложки, где была сформирована пленка оксида кремния в 50 нм. На одной из них УФ-чувствительный резист (PAK-02; производимый компанией Toyo Gosei Co., Ltd.) был сформирован в пленку способом покрытия центрифугированием. На другой - резист термореактивного типа CuO - 8% Si был сформирован в пленку способом осаждения распылением.
2
[0689] В сапфировой подложке, на которой УФ-чувствительный резист был сформирован в пленку, шаблон переносили на УФ-чувствительный резист путем использования нанопечатной формы. Остаточная пленка УФ-чувствительного резиста удалялась сухим травлением с использованием газа O. После этого рисунок в УФ-чувствительном резисте использовался в качестве маски, и рисунок переносился на оксид кремния сухим травлением с использованием фтористого газа.
[0690] С другой стороны, в сапфировой подложке, на которой резист термореактивного типа CuO-8% Si был сформирован в пленку, рисунок формировался устройством экспонирования, и после этого выполнялось проявление с использованием 3%-ого по весу раствора смеси из оксалата аммония и глицина, чтобы сформировать рисунок. После этого, рисунок в резисте термореактивного типа использовался в качестве маски, и рисунок переносился на оксид кремния сухим травлением с использованием фтористого газа.
[0691] Хотя в качестве интервалов рисунка на сей раз использовались пять интервалов 200 нм, 460 нм, 700 нм, 2 мкм и 5 мкм, для выполнения операции, интервал в рисунке может быть изменен по необходимости, и настоящее изобретение не получает ограничения по конфигурации рисунка.
4
[0692] Затем, слой оксида кремния использовался в качестве маски, и таким образом жидкостное травление выполнялось на сапфировой подложке. Раствор для жидкостного травления для сапфировой подложки, получаемый смешиванием фосфорной кислоты и серной кислоты в отношении 1:3 объемных процентов, нагревали до 230°C и использовали, и травление маски выполнялось сухим травлением при 20 Па с использованием газа CF. Травление сапфировой подложки сначала выполнялось в течение 30 секунд, и после этого выполнялось травление маски в течение 10 секунд. Этап, описанный выше, повторялся 6 раз, и как только маска оксида кремния была удалена, травление сапфировой подложки завершалось.
[0693] Следовательно, во всех интервалах, поверхность сапфировой подложки была вытравлена в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной, вершина которой является точечной.
[0694] <Пример 14>
В качестве материала маски был выбран оксид хрома, который является материалом без стойкости к травильному раствору, используемому для жидкостного травления сапфировой подложки. Относительно раствора для жидкостного травления для сапфировой подложки, которая будет описано далее, селективность травления между оксидом хрома и сапфировой подложкой составляла 3.
[0695] Сначала была подготовлена сапфировая подложка, где пленка из оксида хрома в 50 нм была сформирована способом осаждения распылением. На сапфировой подложке резист термореактивного типа CuO-8% Si был сформирован в пленку способом осаждения распылением. Формирование рисунка с использованием материала резиста термореактивного типа выполнялось как в примере 1.
[0696] Затем рисунок в резисте термореактивного типа использовался в качестве маски, и рисунок переносился на оксид хрома жидкостным травлением с использованием водного раствора нитрата церия.
[0697] После этого оксид хрома использовался в качестве маски, и выполнялось жидкостное травление сапфировой подложки. Жидкостное травление сапфировой подложки выполнялось при тех же самых условиях, как в примере 1, в течение 3 минут. В этот момент оксид хрома полностью удалялся, и он находился в состоянии перетравленного.
[0698] Следовательно, во всех интервалах поверхность сапфировой подложки была вытравлена в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной, вершина которой является точечной.
[0699] <Пример 15>
В качестве материала маски была выбрана смесь, состоящая из оксида кремния и оксида вольфрама, не имеющая стойкости к травильному раствору, используемому для жидкостного травления сапфировой подложки 20. В качестве отношения состава маски, отношение между кремнием и вольфрамом были установлены в 9% мольных долей :1% мольных долей. Относительно раствора для травления для сапфировой подложки, которая будет описана далее, селективность травления между смесью, состоящей из оксида кремния и вольфрамовой оксидом, и сапфировой подложкой составляла 3.
[0700] Сначала была подготовлена сапфировая подложка, где смесь, состоящая из оксида кремния и оксида вольфрама, была сформирована в пленку так, чтобы получить пленку толщиной 50 нм. На сапфировой подложке резист термореактивного типа CuO - 8%Si был сформирован в пленку способом распыления. Формирование рисунка с использованием материала резиста термореактивного типа производилось с выбором интервала 460 нм в примере 1. Хотя в качестве интервала рисунка на сей раз использовался интервал 460 нм для выполнения операции, интервал в рисунке может быть изменен по необходимости, и настоящее изобретение не получает ограничения по конфигурации рисунка.
6
[0701] Затем, рисунок в резисте термореактивного типа, использовался в качестве маски, и сухим травлением с использованием газа SF рисунок переносился на смесь из оксида кремния и оксида вольфрама. Сухое травление выполнялось в условиях, в которых давлением были 5 Па, и время составляло 2 минуты.
[0702] Затем, смесь оксида кремния и оксида вольфрама использовалась в качестве маски, и выполнялось жидкостное травление на сапфировой подложке. В качестве раствора жидкостного травления для сапфировой подложки раствор, получаемый смешиванием фосфорной кислоты и серной кислоты в отношении 1:1 объемных процентов нагревали до 230°C и использовали. Жидкостное травление выполнялось в течение 3 минут. Здесь, смесь оксида кремния и оксида вольфрама полностью удалялась.
[0703] Следовательно, когда осуществлялась съемка и наблюдение поверхности полученной сапфировой подложки с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), она была вытравлена с интервалом 460 нм в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной, вершина которой является точечной.
[0704] <Пример 16>
В качестве материала маски, была выбрана такая же смесь, как в примере 3, состоящая из оксида кремния и оксида вольфрама, не имеющая стойкости к травильному раствору, используемому для жидкостного травления сапфировой подложки. В качестве отношения состава маски, соотношение между кремнием и вольфрамом было установлено в 9% мольных долей :1% мольных долей. Относительно раствора для жидкостного травления для сапфировой подложки, которая будет описана далее, селективность травления между смесью, состоящей из оксида кремния и вольфрамовой оксидом, и сапфировой подложкой составляла 3.
[0705] На Фиг. 50 приведено схематичное представление поперечного сечения, показывающее отдельные этапы способа изготовления оптической подложки согласно примеру 16. Как показано на Фиг. 50A, была подготовлена сапфировая подложка 911, где маска 912 из смеси оксида кремния и оксида вольфрама способом распыления была сформирована в пленку так, чтобы иметь толщину 50 нм.
[0706] Затем, был подготовлен тонколистовой материал 916 со структурой, показанной на Фиг. 50A. Тонколистовой материал 916 формируется со смоляной формой 915, маской 913 и маской 914. Здесь, маска 914 может размещаться по необходимости. В качестве материала смоляной формы 915 и маски 913, например, является предпочтительной УФ-отверждаемая смола. В качестве материала маски 914, например, является предпочтительным неорганический материал, сформированный с материалом золь-гель или подобным. Маска 914 может обеспечиваться для повышения стойкости к сухому травлению маски 913, когда удаляется остаточная пленка и когда рисунок переносится на маску 912, которая будет описываться далее. В настоящем примере, в качестве смоляной формы 915 использовался материал, который будет описан далее, в качестве маски 914 использовался материал B, который будет описан далее, и в качестве маски 913 использовался материал C, который будет описан далее. Рисунок для листового материала 916 создавался с выбором интервала 460 нм. Хотя интервал в рисунке на сей раз составлял 460 нм, интервал в рисунке может быть изменен по необходимости, и настоящее изобретение не получает ограничения от конфигурации рисунка.
[0707] В настоящем примере использовались следующие материалы.
DACHP: OPTOOL DAC HP (производимый компанией Daikin Chemical Industry Company)
M350: триметилолпропан (EO-модифицированный) триакрилат (производимый компанией Toagosei Co., Ltd., M350),
I. 184: Irgacure 184 (производимый корпорацией BASF Corp.)
I. 369: Irgacure 369 (производимый корпорацией BASF Corp.)
TTB: тетрабутоксид титана
3APTMS: KBM5103 (производимый компанией Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.)
SH710: фенил-модифицированный силикон (производимый компанией Dow Corning Toray Co., Ltd.)
SR833: трициклодеканедиметанол диакрилат (SR833 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
SR368: трис (2-гидроксиэтил) изоцианурат триакрилат (SR368 (производимый компанией SARTOMER Co., Ltd.))
2
[0708] Тонколистовой материал 916, описанный выше, был ламинирован на маску 912 при нагреве сапфировой подложки 911 до 80°C и с применением УФ-излучения (500 мДж/см).
2
[0709] Затем, как показано на Фиг. 503, смоляную форму 915 отделяли, и после этого остаточная пленка на нижней части вогнутого участка в маске 913 удалялась кислородным травлением, и как показано на Фиг. 50C, поверхность маски 912 была частично вскрытой. Кислородное травление выполнялось в условиях давления в 1 Па и использования газа O.
6
[0710] Затем, сухим травлением с использованием маски 913 и маски 914 в качестве масок и газа SF, как показано на Фиг. 50D, рисунок переносился на маску 912. Сухое травление выполнялось в условиях давления в 5 Па и времени в 2 минуты.
[0711] Затем, маска 912 использовалась в качестве маски, и выполнялось жидкостное травление на сапфировой подложке 911. В качестве раствора для жидкостного травления для сапфировой подложки 911, нагревали до 230°C и использовали раствор, получаемый смешиванием фосфорной кислоты и серной кислоты в отношении 1:1 объемных процентов. Жидкостное травление выполнялось в течение 3 минут. Здесь, маска 912 полностью удалялась. Жидкостное травление выполнялось в состоянии, где маски 913 и 914 оставлялись на маске 912. Однако, даже если маски 913 и 914 были предварительно удалены, получают такие же результаты.
[0712] Следовательно, поверхность полученной сапфировой подложки 911 была вытравлена с интервалом 460 нм в виде вогнуто-выпуклой конфигурации, то есть, тентообразной, вершина которой является точечной.
[0713] Тонколистовой материал 916 может изготавливаться по одному листу или может изготавливаться в виде рулона. В частности тонколистовой материал 916 предпочтительно изготавливается в виде рулона, поскольку это является пригодным для массового производства. В настоящем примере этапы изготовления рулонного тонколистового материала 916 будут описываться ниже.
[0714] (1) Была изготовлена цилиндрическая форма-оригинал, и (2) способ легкого переноса применялся к цилиндрической форме-оригиналу для изготовления рулонообразной смоляной формы. (3) После этого рулонообразная смоляная форма подвергалась обработке в элемент с нанообработкой (пленку с нанообработкой) для оптической подложки.
[0715] (1) Изготовление цилиндрической формы-оригинала
6
Способом литографии с прямым формированием рисунка с использованием полупроводникового лазера на поверхности цилиндра из кварцевого стекла была сформирована вогнуто-выпуклая структура. Сначала на поверхности цилиндра из кварцевого стекла слой резиста был сформирован в пленку способом распыления. В способе распыления в качестве целевого объекта (слоя резиста) использовалась CuO (содержащая Si 8% от массы) диаметром 3 дюйма, использовалась мощность RF 100 Вт, и слой резиста 20 нм был сформирован в пленку. Затем, при вращении цилиндра из кварцевого стекла использовался полупроводниковый лазер с длиной волны 405 нм, чтобы выполнять экспонирование. Затем, слой резиста после экспонирования проявляли. Проявление слоя резиста выполнялось с использованием 0,03%-го по весу водного раствора глицина в течение 240 секунд. Затем, слой проявленного резиста использовался в качестве маски, и слой травления (кварцевое стекло) вытравлялся сухим травлением. Сухое травление выполнялось в условиях, в которых SF использовался в качестве травильного газа, давление рабочего газа составляло 1 Па, мощность в обработке составляла 300 Вт, и время обработки составляло 5 минут. В заключение, только слой остаточного резиста отделяли от цилиндра из кварцевого стекла, в котором вогнуто-выпуклая структура обеспечивалась на его поверхности, с использованием серной кислоты с показателем pH 1. Время разделения было установлено в 6 минут.
[0716] Durasurf HD-1101Z (производимый компанией Daikin Chemical Industry Company), который является фтористым разделительным материалом, наносили на полученный цилиндр из кварцевого стекла и нагревали вместе при 60°C в течение 1 часа, оставляли при комнатной температуре на 24 часа и иммобилизировали. После этого, трижды осуществлялась промывка материалом Durasurf HD-ZV (производимым компанией Daikin Chemical Industry Company), и цилиндрическая форма-оригинал была получена.
[0717] (2) Изготовление рулонообразной смоляной формы
Изготовленная цилиндрическая форма-оригинал использовалась в качестве шаблона, применялся способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразная смоляная форма G1 создавалась в непрерывном режиме. Затем, рулонообразную смоляную форму G1 использовали в качестве шаблона, выполняли способ фотонанопечати, и таким образом рулонообразную смоляную форму G2 получали в непрерывном режиме. Смоляную форму G2 получали, и таким образом получали такую же конфигурацию рисунка, как у цилиндрической формы-оригинала. Способ изготовления смоляных форм G1 и G2 будет описан подробно ниже.
2
[0718] Материал A, указанный ниже, наносили на имеющую легкую адгезию поверхность PET пленки A-4100 (производимой компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 5 мкм. Затем, PET пленка, на которой был нанесен материал A, придавливалась прижимным валиком к цилиндрической форме-оригиналу, и устройство экспонирования УФ-излучением, производимое Fusion UV Systems Japan Inc., (H valve), использовалось для подачи ультрафиолетового излучения таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 1500 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, и таким образом выполнялось светоотверждение в непрерывном режиме, в результате чего получали рулонообразную смоляную форму G1, в которой вогнуто-выпуклая структура была перенесена на поверхность (200 м длиной, и 300 мм шириной).
[0719] Затем, рулонообразная смоляная форма G1 рассматривалась в качестве шаблона, в непрерывном режиме применялся способ фотонанопечати, и таким образом изготавливали рулонообразную смоляную форму G2.
2
[0720] Материал, указанный ниже, носился на имеющую легкую адгезию поверхность PET пленки A-4100 (производимой компанией Toyobo Co., Ltd.: ширина 300 мм и толщина 100 мкм) с микрорифленым покрытием (производимым компанией Yasui Seiki Co., Ltd.) таким образом, что толщина нанесенной пленки составляла 3 мкм. Затем, PET пленку, на которой был нанесен материал A, придавливали прижимным валиком (0,1 МПа) к вогнуто-выпуклой структурной поверхности рулонообразной смоляной формы G1, и устройство экспонирования УФ-излучением, производимое компанией Fusion UV Systems Japan Inc., (H valve), использовалось для подачи ультрафиолетового излучения таким образом, что величина накопленной экспозиции под источником света в центре составляла 1200 мДж/см при атмосферном давлении, при температуре 25°C, при влажности 60%, и таким образом выполнялось светоотверждение в непрерывном режиме, в результате чего были получены несколько рулонообразных смоляных форм G2, в которых вогнуто-выпуклая структура была перенесена на поверхность (200 м длиной, и 300 мм шириной).
Материал - DACHP:M350:1.184:1.369=17,5 г:100 г:5,5 г:2,0 г
[0721] (3) Изготовление пленки с нанообработкой
Разбавляющий раствор материала B ниже наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2. Затем, разбавляющий раствор материала C ниже наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2, содержащей материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, и получали пленку с нанообработкой.
Материал B-TTB:3APTMS:SH710:1.184:1.369=65,2 г:34,8 г:5,0 г:1,9 г:0,7 г
Материал C - Связующий полимер:SR833:SR368:1.184:I. 369=77,1 г:11,5 г:11,5 г:1,47 g:0,53g
Связующий полимер: метилэтилкетоновый раствор двухкомпонентного сополимера из 80% по массе бензилметакрилата и 20% по массе метакриловой кислоты (содержание твердых веществ 50%, среднемассовая молекулярная масса 56000, кислотный эквивалент 430, степень дисперсности 2,7)
[0722] Использовалось такое же устройство, как в (2) изготовлении рулонообразной смоляной формы, описанном выше, и таким образом материал B, разбавленный PGME, непосредственно наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность рулонообразной смоляной формы G2 (смоляной формы 5). Концентрация разбавления здесь была установлена так, что содержание сухого вещества, содержавшегося в сырьевом материале покрытия (материал B, разбавленный PGME) на единицу площади, было на 20% меньше, чем объем вогнуто-выпуклой структуры на единицу площади. После покрытия рулонообразную смоляную форму G2 пропускали через воздуходувную сушильную камеру в 80°C в течение 5 минут, и рулонообразную смоляную форму G2, содержащую материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, сматывали и комплектовали.
[0723] Затем рулонообразную смоляную форму G2, содержащую материал B внутри вогнуто-выпуклой структуры, разматывали, и то же самое устройство как в (2) изготовлении рулонообразной смоляной формы использовалось, и таким образом материал C, разбавленный материалами PGME и MEK (метилэтилкетон), непосредственно наносили на вогнуто-выпуклую структурную поверхность. Концентрация разбавления здесь была установлена так, что расстояние между границей раздела между размещенным внутри вогнуто-выпуклой структуры материалом B и примененным материалом C и поверхностью материала C составляло 400 нм - 800 нм. После покрытия рулонообразную смоляную форму пропускали через воздуходувную сушильную камеру в 80°C в течение 5 минут, и полипропиленовая покровная пленка пригонялась к поверхности материала C, и рулонообразную смоляную форму сматывали и комплектовали.
[0724] На Фиг. 50A маска 913 соответствует материалу C, маска 914 соответствует материалу B, и смоляная форма 915, соответствует материалу A.
[0725] Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и являются возможными различные модификации. В вариантах осуществления, описанных выше, размеры, конфигурации и подобное, иллюстрируемые на сопроводительных чертежах, не ограничиваются, и возможны модификации по необходимости внутри области, где добиваются эффектов настоящего изобретения. В других конфигурациях модификации возможны по необходимости без выхода за рамки объекта настоящего изобретения.
[0726] Например, хотя в вышеуказанных вариантах осуществления был описан случай, где сапфировая подложка подвергается жидкостному травлению, подложка для формирования вогнуто-выпуклой структуры не является ограничением этой конфигурации, и являются возможными модификации по необходимости. Например, даже когда подложка, имеющая структуру шпинели, подложка, имеющая структуру перовскита (например, алюминат иттрия), подложка GaN, подложка SiC и подобное, которые в целом используются в полупроводниках и подобном, подвергаются жидкостному травлению, используется способ, в котором, если происходит жидкостное травление, объем маски постепенно уменьшается, и тем самым является возможным избегать образования вогнуто-выпуклой структуры с заостренной вершиной и формировать тентообразную вогнуто-выпуклую структуру.
Промышленная применимость
[0727] Настоящее изобретение имеет эффект в том, что дислокации в слое полупроводника рассеиваются, и таким образом плотность дислокаций снижается, чтобы повышать внутренний квантовый выход IQE, что волноводная мода удаляется рассеянием света, чтобы повышать эффективность вывода света LEE, и что таким образом является возможным повысить эффективность излучения света для LED, и конкретно в том, что может надлежаще использоваться для полупроводникового светоизлучающего элемента на основе GaN, применяемого к LED синего свечения, LED пурпурного свечения и LED белого свечения.
[0728] Настоящая заявка основана на японской заявке на патент №2012-084208, поданной 2 апреля 2012, японской заявке на патент №2012-103489, поданной 27 апреля 2012, японской заявке на патент №2012-103490, поданной 27 апреля 2012, японской заявке на патент №2012-227295, поданной 12 октября 2012, японской заявке на патент №2012-5 267377, поданной 6 декабря 2012, японской заявке на патент №2012-267488, поданной 6 декабря 2012 и японской заявке на патент №2012-280241, поданной 21 декабря 2012, содержание которых включено в сюда путем ссылки.