子或者四角格子作為正多邊形，通過模擬的方式計算了一個邊的長度和光取出效率的關(guān)系。具體地，將光的波長設(shè)為450nm，計算了 GaN系半導體和藍寶石襯底的界面的從GaN系半導體向藍寶石襯底的透射率。
[0172]其結(jié)果，假想的三角格子中，將一個邊的長度設(shè)為460nm以下的情況和設(shè)為550nm以上且800nm以下的情況時具有比較良好的透射率。另外，假想的四角格子中，將一個邊的長度設(shè)為500nm以下的情況時具有比較良好的透射率。
[0173]圖10是表示假想的三角格子為等腰三角形時的等邊的長度和光取出效率的關(guān)系的曲線圖。
[0174]如圖10所示，將假想的三角格子作為等腰三角形，通過模擬的方式計算了等邊的長度和光取出效率的關(guān)系。具體地，將底邊的長度設(shè)為600nm、光的波長設(shè)為450nm，計算了GaN系半導體和藍寶石襯底的界面的從GaN系半導體向藍寶石襯底的透射率。
[0175]其結(jié)果，與將假想的三角格子作為正三角形時的情況同樣，將等邊的長度設(shè)為460nm以下的情況和設(shè)為550nm以上且800nm以下的情況時具有比較良好的透射率。
[0176]另外，當?shù)妊切蔚牡冗叺拈L度和正三角形的一個邊的長度相同時，將三角格子作為等腰三角形的情況一方透射率稍高。具體地，在等邊以及一個邊的長度為400nm時、460nm時、500nm時、700nm透射率分別提高4%、5%、1%、1%。此外，等腰三角形的底邊為600nm而等邊也為600nm時，與正三角形具有相等的透射率。另外，等邊為800nm時，與一個邊為800nm的正三角形是大體相等的透射率。
[0177]由此，可理解為，假想的三角格子中，等腰三角形一方比正三角形的光取出效率更高。此時，等腰三角形的等邊以及底邊分別優(yōu)選為460nm以下、或者550nm以上且800nm以下。另外，認為在460nm以下的區(qū)域和550nm以上且800nm以下的區(qū)域中，光的入射角度和透射率的關(guān)系呈現(xiàn)出不同的傾向。即，更優(yōu)選等腰三角形的等邊以及底邊的一方設(shè)為460nm以下，而另一方設(shè)為550nm以上且800nm以下。
[0178]在本實施方式中，如圖7(c)所示，垂直化蛾眼面2a的各凸部2c具有:從平坦部2b向上方延伸的側(cè)面2d、從側(cè)面2d的上端向凸部2c的中心側(cè)彎曲延伸的彎曲部2e、和與彎曲部2e連續(xù)地形成的平坦的上面2f。如后述，通過由側(cè)面2d和上面2f的會合部形成角的彎曲部2e形成前的凸部2c的濕式蝕刻去掉角，由此形成彎曲部2e。此外，也可以實施濕式蝕刻，直至平坦的上面2f消失，凸部2c的上側(cè)全體為彎曲部2e。本實施方式中，具體而言，各凸部2c的基端部的直徑為380nm，高度為350nm。藍寶石襯底2的垂直化蛾眼面2a除各凸部2c外均為平坦部2b，并助長半導體的橫方向成長。
[0179]另外，藍寶石襯底2的背面的透射蛾眼面2g在俯視時以各凸部2i的中心為三角形的頂點的位置的方式以規(guī)定的周期排列形成于假想的三角格子的交點。各凸部2i的最短周期比從發(fā)光層14發(fā)出的光的光學波長的2倍小。本實施方式中，構(gòu)成假想的三角格子的正三角形的一個邊的長度為300nm。即，各凸部2i的最短周期為300nm。從發(fā)光層14發(fā)出的光的波長為450nm，藍寶石的折射率為1.78，因此，其光學波長為252.8nm。S卩，透射蛾眼面2g中的最短的周期比發(fā)光層14的光學波長的2倍小。此外，蛾眼面的周期只要為光學波長的2倍以下，就可以抑制界面的菲涅耳反射。菲涅耳反射抑制作用，只要凸部2i的最短周期比光學波長的2倍小就能夠充分獲得。另外，如果將凸部2i的全部周期都設(shè)為比光學波長的2倍小，則能夠獲得更大的菲涅耳反射抑制作用。透射蛾眼面2g的周期隨著光學波長從2倍趨近于1倍，菲涅耳反射的抑制作用增大。如果藍寶石襯底2的外部是樹脂及空氣，則透射蛾眼面2g的周期只要是光學波長的1.25倍以下，就可以得到與1倍以下大體相同的菲涅耳反射的抑制作用。
[0180]在此，參照圖11?圖13C，對LED元件1用的藍寶石襯底2的制作方法進行說明。圖11是用于加工藍寶石襯底的等離子體蝕刻裝置的概略說明圖。
[0181]如圖11所示，等離子體蝕刻裝置91為感應(yīng)耦合型(ICP)，具有:保持藍寶石襯底2的平板狀的襯底保持臺92、收納襯底保持臺92的容器93、經(jīng)由石英板96設(shè)置在容器93的上方的線圈94、與襯底保持臺92連接的電源95。線圈94為立體螺旋形的線圈，從線圈中央供給高頻率電力，線圈外周的末端接地。蝕刻對象的藍寶石襯底2直接或經(jīng)由輸送用托盤載置于襯底保持臺92。在襯底保持臺92內(nèi)裝有用于冷卻藍寶石襯底2的冷卻機構(gòu)，通過冷卻控制部97控制。容器93具有供給口，可供給02氣、Ar氣等各種氣體。
[0182]通過該等離子體蝕刻裝置1進行蝕刻時，在襯底保持臺92上載置藍寶石襯底2后，排出容器93內(nèi)的空氣形成減壓狀態(tài)。而且，向容器93內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體，調(diào)整容器93內(nèi)的氣體壓力。之后，向線圈94及襯底保持臺92供給規(guī)定時間的高輸出的高頻電力，生成反應(yīng)氣體的等離子體98。通過該等離子體98進行藍寶石襯底2的蝕刻。
[0183]接著，參照圖12、圖13A、圖13B及圖13C，對使用等離子體蝕刻裝置1的蝕刻方法進行說明。
[0184]圖12是表示蝕刻方法的流程圖。如圖12所示，本實施方式的蝕刻方法包含下述工序:掩模層形成工序S1、抗蝕劑膜形成工序S2、圖案形成工序S3、殘膜除去工序S4、抗蝕劑改質(zhì)工序S5、掩模層的蝕刻工序S6、藍寶石襯底的蝕刻工序S7、掩模層除去工序S8、彎曲部形成工序S9。
[0185]圖13A表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(a)表示加工前的藍寶石襯底，(b)表示在藍寶石襯底上形成掩模層的狀態(tài)，(c)表示在掩模層上形成抗蝕劑膜的狀態(tài)，(d)表示使模型與抗蝕劑膜接觸的狀態(tài)，(e)表示在抗蝕劑膜形成有圖案的狀態(tài)。
[0186]圖13B表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(f)表示除去抗蝕劑膜的殘膜的狀態(tài)，(g)表示使抗蝕劑膜改質(zhì)的狀態(tài)，(h)表示以抗蝕劑膜為掩模蝕刻掩模層的狀態(tài)，(i)表示以掩模層為掩模蝕刻藍寶石襯底的狀態(tài)。此外，改質(zhì)后的抗蝕劑膜在圖中通過涂抹來表現(xiàn)。
[0187]圖13C表示藍寶石襯底及掩模層的蝕刻方法的過程，(j)表示以掩模層為掩模進一步蝕刻藍寶石襯底的狀態(tài)，(k)表示從藍寶石襯底除去殘留的掩模層的狀態(tài)，(1)表示對藍寶石襯底實施濕式蝕刻的狀態(tài)。
[0188]首先，如圖13A(a)所示，準備加工前的藍寶石襯底2。在蝕刻之前，用規(guī)定的清洗液清洗藍寶石襯底2。本實施方式中，藍寶石襯底2為藍寶石襯底。
[0189]接著，如圖13A (b)所示，在藍寶石襯底2上形成掩模層30 (掩模層形成工序:S1)。本實施方式中，掩模層30具有:藍寶石襯底2上的S1jl 31、Si0jl 31上的Ni層32。各層31、112的厚度是任意的，但例如可以將S1jl設(shè)為lnm以上lOOnm以下，將Ni層32設(shè)為lnm以上200nm以下。另外，掩模層30也可以形成單層。掩模層30通過濺射法、真空蒸鍍法、CVD法等形成。
[0190]接著，如圖13A(c)所示，在掩模層30上形成抗蝕劑膜40(抗蝕劑膜形成工序:S2)。本實施方式中，作為抗蝕劑膜40使用熱塑性樹脂，通過旋涂法以均勻的厚度形成?？刮g劑膜40例如由環(huán)氧系樹脂構(gòu)成，厚度例如為lOOnm以上300nm以下。此外，作為抗蝕劑膜40也可以使用光固化性樹脂。
[0191]然后，使抗蝕劑膜40與藍寶石襯底2—起加熱軟化，如圖13A(d)所示，用模型50沖壓抗蝕劑膜40。在模型50的接觸面形成有凹凸構(gòu)造51，抗蝕劑膜40沿著凹凸構(gòu)造51變形。
[0192]之后，一直保持沖壓狀態(tài)，使抗蝕劑膜40與藍寶石襯底2 —起冷卻固化。然后，通過將模型50從抗蝕劑膜40剝離，如圖13A(e)所示，在抗蝕劑膜40上轉(zhuǎn)印凹凸構(gòu)造41(圖案形成工序:S3)。在此，凹凸構(gòu)造41的周期為1 μπι以下。本實施方式中，凹凸構(gòu)造41的周期為460nm。另外，在本實施方式中，凹凸構(gòu)造41的凸部43的直徑為lOOnm以上300nm以下，例如為230nm。另外，凸部43的高度為lOOnm以上300nm以下，例如為250nm。在該狀態(tài)下，在抗蝕劑膜40的凹部形成有殘膜42。
[0193]如上所述，將形成有抗蝕劑膜40的藍寶石襯底2安裝于等離子體蝕刻裝置1的襯底保持臺92。然后，例如，通過等離子體灰化除掉殘膜42，如圖13B(f)所示，使被加工材料即掩模層30露出(殘膜除去工序:S4)。本實施方式中，作為等離子體灰化的處理氣體使用02氣。這時，抗蝕劑膜40的凸部43也受灰化的影響，凸部43的側(cè)面44不與掩模層30的表面垂直，僅傾斜規(guī)定的角度。
[0194]而且，如圖13B(g)所示，在改質(zhì)用條件下，使抗蝕劑膜40暴露在等離子體中，使抗蝕劑膜40改質(zhì)，提高蝕刻選擇比(抗蝕劑改質(zhì)工序:S5)。本實施方式中，作為抗蝕劑膜40的改質(zhì)用的處理氣體使用Ar氣。另外，本實施方式中，作為改質(zhì)用條件，用于向藍寶石襯底2側(cè)感應(yīng)等離子體的電源95的偏壓輸出設(shè)定為比后述的蝕刻用條件低。
[0195]之后，在蝕刻用條件下曝露在等離子體內(nèi)，以蝕刻選擇比提高的抗蝕劑膜40為掩模進行作為被加工材料的掩模層30的蝕刻(掩模層的蝕刻工序:S6)。本實施方式中，作為抗蝕劑膜40的蝕刻用的處理氣體使用Ar氣。由此，如圖13B(h)所示，在掩模層30上形成圖案33。
[0196]在此，對于改質(zhì)用條件和蝕刻用條件，可以適當變更處理氣體、天線輸出、偏壓輸出等，但，如本實施方式，優(yōu)選使用相同的處理氣體而變更偏壓輸出。具體而言，對于改質(zhì)用條件，如果將處理氣體設(shè)為Ar氣，將線圈94的天線輸出設(shè)為350W，將電源95的偏壓輸出設(shè)為50W，則可觀察到抗蝕劑膜40的固化。此外，對于蝕刻用條件，如果將處理氣體設(shè)為Ar氣，將線圈94的天線輸出設(shè)為350W，將電源95的偏壓輸出設(shè)為100W，則可觀察到掩模層30的蝕刻。另外，對于蝕刻用條件，除降低偏壓輸出外，即使還降低天線輸出，或減少氣體流量，也可進行抗蝕的固化。
[0197]接著，如圖13B(i)所示，以掩模層30為掩模，進行藍寶石襯底2的蝕刻(藍寶石襯底的蝕刻工序:S7)。本實施方式中，在掩模層30上殘留抗蝕劑膜40的狀態(tài)下進行蝕刻。另外，進行作為處理氣體使用BC13氣體等氯系氣體的等離子體蝕刻。
[0198]而且，如圖13C(j)所示，如果蝕刻繼續(xù)進行，則在藍寶石襯底2上形成垂直化蛾眼面2a。本實施方式中，垂直化蛾眼面2a的凹凸構(gòu)造的高度為350nm。此外，也可以使凹凸構(gòu)造的高度比350nm大。在此，凹凸構(gòu)造的高度例如假設(shè)小到如300nm，則如圖13B(i)所示，也可以在抗蝕劑膜40殘留的狀態(tài)下結(jié)束蝕刻。
[0199]在本實施方式中，通過掩模層30的S1jl 31，助長側(cè)面蝕刻，垂直化蛾眼面2a的凸部2c的側(cè)面2d傾斜。另外，通過抗蝕劑膜40的側(cè)面43的傾斜角還可以控制側(cè)面蝕刻的狀態(tài)。此外，如果將掩模層30作為Ni層32的單層，則可以使凸部2c的側(cè)面2d形成與主面大體垂直。
[0200]另外，在本實施方式中，通過Ni層32的厚度來控制凸部2c的基端部的大小。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過控制作為金屬掩膜的Ni層32的厚度，能夠調(diào)整凸部2c的基端部的直徑。圖14是表示使Ni層的厚度改變時的凸部的基端部的直徑和凸部的高度的關(guān)系的曲線圖。試驗中全部使用同一個模型50，使Ni層32的厚度和凸部2c的高度改變而獲取了數(shù)據(jù)。具體而言，將Ni等32的厚度設(shè)為50nm、75nm、lOOnm的三種類，將凸部2c的高度設(shè)為400nm、500nm、600nm、700nm的四種類。此外，對于蝕刻后的凸部2c的高度，也存在沒有達到像嚴格期望的高度的試驗品。如圖14所示，可理解為Ni層32的厚度越厚，則凸部2c的基端部的直徑越大。由此，可以無需改變模型50的型狀，就能夠使凸部2c的基端部變化。
[0201]之后，如圖13C(k)所示，使用規(guī)定的剝離液，除去殘留于藍寶石襯底2上的掩模層30 (掩模層除去工序:S8)。本實施方式中，通過使用高溫的硝酸，除去Ni層32之后，使用氫氟酸除去S1jl 31。另外，即使抗蝕劑膜40殘留于掩模層30上，也可以通過高溫的硝酸與Ni層32 —起除去，但在抗蝕劑膜40的殘留量多的情況下，優(yōu)選通過02灰化預先除去抗蝕劑膜40。
[0202]而且，如圖13C(1)所示，通過濕式蝕刻，除去凸部2c的角而形成彎曲部(彎曲部形成工序:S9)。在此，蝕刻液是任意的，例如可以使用加熱到170°C左右的磷酸水溶液即所謂的“熱磷酸”。此外，該彎曲部形成工序可以適當省略。經(jīng)過以上的工序，可制作表面具有凹凸構(gòu)造的藍寶石襯底2。
[0203]根據(jù)該藍寶石襯底2的蝕刻方法，因?qū)⒖刮g劑膜40曝露在等離子體使其改質(zhì)，所以可以提高掩模層30和抗蝕劑膜40的蝕刻的選擇比。由此，容易對掩模層30實施細微、深的形狀的加工，可以充分厚地形成微細的形狀的掩模層30。
[0204]另