Подложка для оптической системы и полупроводниковое светоизлучающее устройство - RU2565328C1

Чертежи

Показать все 28 чертежа(ей)

Описание

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к подложке для оптической системы и полупроводниковому светоизлучающему устройству и, в частности, к подложке для оптической системы с тонкой структурой, сформированной на ее поверхности, полупроводниковому светоизлучающему устройству, использующему подложку, наноимпринтный штамп, применяемый для подложки и устройства, и к устройству экспонирования для приготовления штампа.

Уровень техники

[0002] Полупроводниковое устройство на основе GaN, типизированное СИД синего свечения, изготавливается наслаиванием n-слоя, светоизлучающего слоя и p-слоя на монокристаллическую подложку посредством эпитаксиального выращивания, и в качестве подложки обычно используются подложка из монокристаллического сапфира и подложка из монокристаллического SiC. Однако, например, поскольку существует несоответствие решеток между кристаллом сапфира и кристаллом полупроводника на основе GaN, возникают дислокации вследствие несоответствия решеток (см., например, непатентный документ 1). Плотность дислокаций достигает 1×10⁹/см². Наличие дислокаций приводит к снижению внутренней квантовой эффективности внутри СИД, и в результате, снижается относительная световая эффективность СИД.

[0003] Кроме того, поскольку показатель преломления слоя полупроводника на основе GaN больше, чем у сапфировой подложки, свет, генерируемый в полупроводниковом светоизлучающем слое, не излучается под углами, большими или равными критическому углу от границы раздела с сапфировой подложкой, свет становится волноводной модой и ослабляется, и проблема состоит в том, что, в результате, внешняя квантовая эффективность снижается. Между тем, в случае использования, в качестве монокристаллической подложки, подложки SiC, показатель преломления значительно больше, чем у слоя воздуха, свет не излучается под углами, большими или равными критическому углу от границы раздела между подложкой SiC и слоем воздуха. Поэтому, как и в случае использования сапфировой подложки, излучаемый свет, генерируемый в полупроводниковом светоизлучающем слое, становится волноводной модой и ослабляется, и проблема состоит в том, что внешняя квантовая эффективность снижается.

[0004] Поэтому предложен метод, согласно которому подложка снабжается вогнутостями и выпуклостями, которые не развивают дефекты в полупроводнике для изменения световодного направления света в слое полупроводника, что позволяет повысить внешнюю квантовую эффективность (см., например, патентный документ 1).

[0005] Кроме того, предложен другой метод для сапфировой подложки, в котором размер вогнутовыпуклой структуры, обеспеченной на подложке, находится в нанометровом диапазоне, и рисунок вогнутовыпуклой структуры выполнен в случайной компоновке (см., например, патентный документ 2). Кроме того, известно, что, когда размер рисунка, обеспеченного на подложке, находится в нанометровом диапазоне, относительная световая эффективность СИД возрастает по сравнению с подложкой с рисунком в микрометровом диапазоне (см., например, непатентный документ 2). Кроме того, предложено полупроводниковое устройство на основе GaN, в котором на верхней поверхности слоя полупроводника p-типа обеспечена вогнутовыпуклая структура для снижения сопротивления контакта с прозрачной проводящей пленкой (см., например, патентный документ 3).

Документы уровня техники

Патентные документы

[0006]

[Патентный документ 1] публикация японской патентной заявки, не прошедшей экспертизу № 2003-318441

[Патентный документ 2] публикация японской патентной заявки, не прошедшей экспертизу № 2007-294972

[Патентный документ 3] публикация японской патентной заявки, не прошедшей экспертизу № 2005-259970

Непатентные документы

[0007]

[Непатентный документ 1] IEEE photo. Tech. Lett., 20, 13 (2008)

[Непатентный документ 2] J. Appl. Phys., 103, 014314 (2008)

Раскрытие изобретения

Задачи изобретения

[0008] Факторами, определяющими внешнюю квантовую эффективность EQE, указывающую относительную световую эффективность СИД, являются эффективность инжекции электронов EIE, внутренняя квантовая эффективность IQE и эффективность вывода света LEE. Из этих факторов, внутренняя квантовая эффективность IQE зависит от плотности дислокаций, обусловленной несоответствием решеток кристалла полупроводника на основе GaN. Эффективность вывода света LEE повышается благодаря распределению волноводной моды внутри слоя кристалла полупроводника на основе GaN за счет рассеяния света вследствие вогнутовыпуклой структуры, обеспеченной на подложке. Кроме того, эффективность инжекции электронов EIE повышается за счет снижения сопротивления на границе раздела между слоем полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой, состоящей из оксида, например, ITO, ZnO, In₂O₃ или SnO₂. В частности, поскольку прозрачные проводящие материалы, например ITO, являются проводящими материалами n-типа, существует тенденция к формированию барьера Шоттки на границе раздела со слоем полупроводника p-типа, омическое свойство, таким образом, уменьшается, и контактное сопротивление демонстрирует тенденцию к повышению. Поэтому на границе раздела со слоем полупроводника p-типа формируется вогнутовыпуклая структура для увеличения площади контакта, и омический контакт усиливается.

[0009] Другими словами, в качестве ролей (эффектов) вогнутовыпуклой структуры в полупроводниковом светоизлучающем устройстве, можно указать (1) повышение внутренней квантовой эффективности IQE за счет уменьшения плотности дислокаций внутри кристалла полупроводника, (2) повышение эффективности вывода света LEE за счет выделения волноводной моды, и (3) повышение эффективности инжекции электронов EIE за счет улучшения омического контакта.

[0010] Однако, согласно методу, описанному в патентном документе 1, обеспечивается повышение эффективности вывода света LEE вследствие эффекта (2), но эффект (1) уменьшения плотности дислокаций невелик. Причина, по которой плотность дислокационных дефектов снижается за счет обеспечения вогнутостей и выпуклостей на поверхности подложки, состоит в том, что вогнутости и выпуклости вносят нарушения в режим выращивания методом CVD (химического осаждения из паровой фазы) слоя полупроводника на основе GaN, и в том, что дислокационные дефекты, связанные с послойным выращиванием, сталкиваются и исчезают. Поэтому наличие вогнутостей и выпуклостей в соответствии с количеством дефектов эффективно снижает плотность дефектов. Однако, когда количество вогнутостей и выпуклостей меньше чем количество дефектов, эффект уменьшения плотности дислокаций ограничен. Например, переходя в нанометровый диапазон, плотность дислокаций 1×10⁹/см² соответствует 10/мкм², и плотность дислокаций 1×10⁸/см² соответствует 1/мкм². Когда в 5 мкм ×5/мкм (□5 мкм) обеспечено около двух вогнутовыпуклых фрагментов, плотность вогнутовыпуклого рисунка составляет 0,08×10⁸/см², и когда в 500 нм ×500 нм (□500 нм) обеспечено около двух вогнутовыпуклых фрагментов, плотность вогнутовыпуклого рисунка составляет 8×10⁸/см². Таким образом, когда вогнутовыпуклый рисунок выполнен с шагом нанометрового диапазона, это оказывает значительное влияние на снижение плотности дислокаций.

[0011] Однако, при высокой плотности вогнутовыпуклого рисунка, уменьшается эффект рассеяния света и уменьшается эффект (2) выделения волноводной моды. Длины волны светового излучения СИД находятся в видимом диапазоне, и длины волны светового излучения СИД на основе GaN, в частности, используемые в СИД белого свечения, составляют от 450 нм до 500 нм. Для получения достаточного эффекта рассеяния света, вогнутовыпуклый рисунок, предпочтительно, имеет размер примерно от 2 до 20 длин волны, и эффект в нанометровом диапазоне невелик.

[0012] Кроме того, согласно методу, описанному в патентном документе 3, необходимо, чтобы шаг и глубина формы рисунка были порядка нанометров, и сформированный рисунок не обеспечивает нужного повышения эффективности вывода света. Дело в том, что необходимо устанавливать толщину слоя полупроводника p-типа равной примерно несколько сот нанометров по причине значения коэффициента поглощения, и толщина обязательно оказывается одного порядка с размером рисунка. Между тем, длины волны светового излучения СИД находятся в диапазоне видимого света (от 450 нм до 750 нм), и в том же рисунке, что и длины волны, проблема состоит в снижении его эффективности вывода света.

[0013] Таким образом, согласно традиционным методам, в отношении трех факторов влияния на относительную световую эффективность СИД т.е. (1) повышения внутренней квантовой эффективности IQE за счет уменьшения плотности дислокаций внутри кристалла полупроводника, (2) повышения эффективности вывода света LEE за счет выделения волноводной моды вследствие рассеяния света, и (3) повышения эффективности инжекции электронов EIE за счет улучшения омического контакта, в ролях вогнутовыпуклой структуры в полупроводниковом светоизлучающем устройстве, для размера шага вогнутовыпуклого рисунка, (1) и (3), и (2) находятся в компромиссном соотношении, и не всегда говорят, что получается оптимальная структура. Другими словами, в традиционных тонкоструктурных изделиях, проблема состоит в недостаточном повышении относительной световой эффективности СИД.

[0014] Настоящее изобретение сделано ввиду вышеописанных обстоятельств, и задачей изобретения является обеспечение подложки для оптической системы, снабженной тонкоструктурным изделием, и полупроводниковое светоизлучающее устройство использующее подложку, которая повышает относительную световую эффективность СИД путем повышения внутренней квантовой эффективности IQE за счет уменьшения количества дислокационных дефектов в слое полупроводника, при выделении волноводной моды за счет рассеяния света для повышения эффективности вывода света LEE, или которая повышает относительную световую эффективность СИД за счет улучшения омического контакта слоя полупроводника p-типа для повышения эффективности инжекции электронов EIE.

Пути решения проблемы

[0015] Подложка для оптической системы согласно настоящему изобретению отличается тем, что снабжена тонкоструктурным слоем, включающим в себя точки, состоящие из множества выпуклых участков или вогнутых участков, проходящих в направлении от главной поверхности подложки наружу поверхности, где тонкоструктурный слой образует множество точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Py в первом направлении на главной поверхности подложки, тогда как множество точечных линий образует множество точечных линий, размещенных с шагом Px во втором направлении, ортогональном первому направлению, на главной поверхности подложки, и один из шага Py и шага Px является постоянным интервалом нанометрового диапазона, тогда как другой является непостоянным интервалом нанометрового диапазона, или оба они являются непостоянными интервалами нанометрового диапазона.

[0016] В подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, непостоянный интервал нанометрового диапазона, предпочтительно, имеет переменную ширину δ.

[0017] В подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы шаг Py с непостоянным интервалом был равен расстоянию между центрами соответствующих точек, шаг Px с непостоянным интервалом был равен расстоянию среди множества точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Py, шаг Py и шаг Px больше диаметра каждой точки, шаги Pyn среди, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2a+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), отвечали соотношению следующего уравнения (1), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированных с шагами с Py1 по Pyn размещены в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, шаги Pxn среди, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2a+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1) отвечали соотношению следующего уравнения (2), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точечных линий, сформированных с шагами с Px1 по Pxn, размещены во втором направлении.

Py1···>Pyn (1)

Px1···>Pxn (2)

[0018] Кроме того, в подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы шаг Py с непостоянным интервалом был равен расстоянию между центрами соответствующих точек, шаг Px с непостоянным интервалом был равен расстоянию среди множества точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Py, шаг Py и шаг Px больше диаметра каждой точки, шаги Pyn среди, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2a+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1) отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (1), тогда как группы точек, сформированные с шагами с Py1 по Pyn, сформированы повторяющимся размещением длиннопериодического блока Lyz в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, шаги Pxn среди, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2a+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1) отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (2), тогда как группы точечных линий, сформированные с шагами с Px1 по Pxn, сформированы повторяющимся размещением длиннопериодического блока Lxz во втором направлении.

[0019] Кроме того, в подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы диаметр каждой из точек увеличивался или уменьшался в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, диаметры Dyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (3), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированных с диаметрами с Dy1 по Dyn точек, размещены в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, диаметры Dxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (4), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированные с диаметрами с Dx1 по Dxn точек, размещены во втором направлении.

Dy1···>Dyn (3)

Dx1···>Dxn (4)

[0020] Помимо прочего, в подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы диаметр каждой из точек увеличивался или уменьшался в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, диаметры Dyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (3), тогда как группы точек, сформированные с диаметрами с Dy1 по Dyn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lyz в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, диаметры Dxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (4), тогда как группы точек, сформированные с диаметрами с Dx1 по Dxn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lxz во втором направлении.

[0021] Кроме того, в подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы высота каждой из точек увеличивалась или уменьшалась в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, высоты Hyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (5), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированные с высотами с Hy1 по Hyn точек, размещены в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, высоты Hxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (6), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированных с диаметрами с Hx1 по Hxn точек, размещены во втором направлении.

Hy1···>Hyn (5)

Hx1···>Hxn (6)

[0022] Кроме того, в подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, предпочтительно, чтобы высота каждой из точек увеличивалась или уменьшалась в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, высоты Hyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (5), тогда как группы точек, сформированные с высотами с Hy1 по Hyn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lyz в первом направлении, когда шаг Py является непостоянным интервалом, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, высоты Hxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (6), тогда как группы точек, сформированные с высотами с Hx1 по Hxn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lxz во втором направлении.

[0023] Кроме того, подложка для оптической системы, отвечающая изобретению, отличается тем, что снабжена тонкоструктурным слоем, включающим в себя множество точек, состоящее из множества выпуклых участков или вогнутых участков, проходящих в направлении от главной поверхности подложки наружу поверхности, где тонкоструктурный слой образует точечные линии, так что множество точек размещено с постоянными интервалами Py в первом направлении на главной поверхности подложки, точечные линии обеспечены параллельно с шагом Px постоянного интервала во втором направлении, ортогональном первому направлению, и величина α1 сдвига в первом направлении между соседними первой точечной линией и второй точечной линией отличается от величины α2 сдвига в первом направлении между второй точечной линией и третьей точечной линией, соседствующей со второй точечной линией.

[0024] В этом случае, предпочтительно, чтобы разность между величиной α1 сдвига и величиной α2 сдвига не была постоянной.

[0025] В подложке для оптической системы, отвечающей изобретению, как описано выше, предпочтительно, чтобы каждый из шага Py и шага Px принимал значения от 100 нм до 1000 нм.

[0026] Кроме того, полупроводниковое светоизлучающее устройство, отвечающее изобретению, отличается тем, что включает в себя, по меньшей мере, одну или более подложек для оптической системы, отвечающих изобретению как описано ранее в конфигурации.

[0027] Штамп для импринтинга, отвечающий изобретению, представляет собой штамп для импринтинга для изготовления подложки для оптической системы, отвечающей изобретению, как описано ранее, путем формирования с переносом, и отличается тем, что имеет форму, согласующуюся с точками, расположенными на главной поверхности подложки для оптической системы.

[0028] Устройство экспонирования, отвечающее изобретению, представляет собой устройство экспонирования, которое подвергает импульсному экспонированию лазерным светом поверхность элемента в виде валика, покрытую слоем резиста, согласно точечному рисунку, соответствующему точечному рисунку, расположенному на поверхности штампа для импринтинга для изготовления подложки для оптической системы, отвечающей изобретению, как описано ранее, путем формирования с переносом, и формирует экспонированный рисунок, состоящий из множества экспонированных участков на слое резиста, и отличается тем, что снабжено секцией управления вращением, которая вращает элемент в виде валика вокруг центральной оси, участком обрабатывающей головки, который применяет упомянутый лазерный свет, средством сдвига в направлении оси для смещения участка обрабатывающей головки в направлении длинной оси элемента в виде валика, и секцией управления экспонированием, которая повторяет импульсное экспонирование на основании импульсного сигнала, модулированного по фазе на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением секции управления вращением, и управляет участком обрабатывающей головки для формирования экспонированного рисунка вдоль окружности элемента в виде валика.

[0029] Устройство экспонирования, отвечающее изобретению, предпочтительно, снабжено средством сдвига в направлении оси для смещения участка обрабатывающей головки в направлении длинной оси элемента в виде валика с периодически изменяющейся скоростью сдвига и/или секцией управления экспонированием, которая повторяет импульсное экспонирование на основании импульсного сигнала, управляемой на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением секции управления вращением, и управляет участком обрабатывающей головки для формирования экспонированного рисунка вдоль окружности элемента в виде валика.

[0030] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно из длины и интервала экспонированного рисунка, сформированного вдоль окружности элемента в виде валика, управлялось множеством длин импульса в отношении импульсного сигнала.

[0031] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы шаг и размер экспонированного рисунка, сформированного вдоль окружности элемента в виде валика, составляли от 50 нм до 1 мкм.

[0032] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы слой резиста для покрытия поверхности элемента в виде валика состоял из термореактивного резиста.

[0033] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы длина волны лазерного света была меньше или равна 550 нм.

[0034] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы лазерный свет фокусировался объективом, и автоматически фокусировался так, чтобы поверхность элемента в виде валика находилась в пределах глубины фокуса.

[0035] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы лазер, используемый в участке обрабатывающей головки, являлся полупроводниковым лазером.

[0036] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы лазер, используемый в участке обрабатывающей головки, являлся эксимерным лазером одного из XeF, XeCl, KrF, ArF и F₂.

[0037] В устройстве экспонирования, отвечающем изобретению, предпочтительно, чтобы лазерное излучение, используемое в участке обрабатывающей головки, являлось одной из второй гармоники, третьей гармоники и четвертой гармоники лазера Nd:YAG.

Положительный результат изобретения

[0038] Согласно настоящему изобретению, благодаря тонкоструктурному слою, обеспеченному в подложке для оптической системы и полупроводниковому светоизлучающему устройству, благодаря повышению внутренней квантовой эффективности IQE за счет уменьшения количества дислокационных дефектов в слое полупроводника, или улучшению омического контакта слоя полупроводника p-типа для повышения эффективности инжекции электронов EIE, и выделению волноводной моды за счет рассеяния света для повышения эффективности вывода света LEE, можно повысить относительную световую эффективность СИД.

[0039] Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематичный вид в разрезе полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления;

Фиг. 2 - другой схематичный вид в разрезе полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления;

Фиг. 3 - еще один схематичный вид в разрезе полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления;

Фиг. 4 - схематичный вид в перспективе, демонстрирующий пример подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 5 - схематичный вид в перспективе, демонстрирующий другой пример подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 6 - схематичный вид в плане подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 7 - график среднего шага в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 8 - другой схематичный вид в плане подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 9 - схематичный вид, демонстрирующий компоновку множества точек подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1, при наблюдении в направлении оси X;

Фиг. 10 - схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 11 - схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки точек во втором направлении в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 12 - схематичный вид, демонстрирующий другой пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 13 - схематичный вид, демонстрирующий еще один пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 14 - схематичный вид, демонстрирующий еще один пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 15 - схематичный вид, демонстрирующий еще один пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 16 - схематичный вид, демонстрирующий еще один пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 17 - схематичный вид, демонстрирующий еще один пример компоновки множества точек в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 18 - схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки точек, имеющих разные диаметры точек во втором направлении в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 19 - схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки точек, имеющих разные высоты точек во втором направлении в подложке для оптической системы согласно варианту осуществления 1;

Фиг. 20 - схематичный вид в плане подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 2;

Фиг. 21 - схема конфигурации устройства экспонирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 22 - пояснительные диаграммы для объяснения примера для установления опорного импульсного сигнала и модулированного импульсного сигнала с использованием, в качестве опорного сигнала, Z-фазного сигнала двигателя шпинделя в устройстве экспонирования согласно этому варианту осуществления;

Фиг. 23 - пояснительная диаграмма для объяснения примера для установления фазомодулированного импульсного сигнала из опорного импульсного сигнала и модулированного импульсного сигнала в устройстве экспонирования согласно этому варианту осуществления;

Фиг. 24 - пояснительный вид для объяснения примера скорости сдвига участка обрабатывающей головки для применения лазерного света в устройстве экспонирования согласно этому варианту осуществления;

Фиг. 25 - фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, вогнутовыпуклой структуры примера подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления; и

Фиг. 26 - фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, вогнутовыпуклой структуры другого примера подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

[0040] Варианты осуществления настоящего изобретения будут конкретно описаны ниже.

[0041] Подложка для оптической системы согласно этому варианту осуществления отличается тем, что снабжена тонкоструктурным слоем, включающим в себя точки, состоящие из множества выпуклых участков или вогнутых участков, проходящих в направлении от главной поверхности подложки наружу поверхности, где тонкоструктурный слой образует множество точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Py в первом направлении на главной поверхности подложки, тогда как множество точечных линий образует множество точечных линий, размещенных с шагом Px во втором направлении, ортогональном первому направлению, на главной поверхности подложки, и один из шага Py и шага Px является постоянным интервалом нанометрового диапазона, тогда как другой является непостоянным интервалом нанометрового диапазона, или оба они являются непостоянными интервалами нанометрового диапазона.

[0042] Согласно этой конфигурации, поскольку на поверхности подложки для оптической системы обеспечена вогнутовыпуклая структура нанометрового диапазона, режим выращивания методом CVD слоя полупроводника нарушается при обеспечении слоя полупроводника на поверхности подложки для оптической системы, дислокационные дефекты, связанные с ростом фазы, сталкиваются и исчезают, и можно создавать эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов. Благодаря снижению плотности дислокационных дефектов внутри кристалла полупроводника можно повысить внутреннюю квантовую эффективность IQE полупроводникового светоизлучающего устройства.

[0043] Кроме того, поскольку подложка для оптической системы, имеющая вогнутости и выпуклости нанометрового диапазона, обеспечена на самой верхней поверхности полупроводникового светоизлучающего устройства, имеющего наслоенный слой полупроводника, сформированный наслаиванием, по меньшей мере, двух или более слоев полупроводника и светоизлучающего слоя, площадь контакта с прозрачной проводящей пленкой или контактной площадкой, сформированной на поверхности, возрастает, и можно снижать контактное сопротивление.

[0044] Кроме того, поскольку шаг Py и шаг Px или любой из них является непостоянным интервалом, периодичность нанометрового диапазона испытывает возмущения в вогнутостях и выпуклостях, обеспеченных на поверхности подложки для оптической системы, и, таким образом, можно сильно развивать свойство рассеяния света в отношении излучаемого света из слоя полупроводника. Волноводная мода выделяется благодаря свойству рассеяния света, и можно повысить эффективность вывода света LEE.

[0045] В случае, когда один из шага Py и шага Px является постоянным интервалом, и другой из них является непостоянным интервалом, по сравнению со случаем, когда шаг Py и шаг Px являются непостоянными интервалами, вогнутовыпуклый интервал нанометрового диапазона уменьшается. Таким образом, эффект рассеяния света за счет возмущения периодичности уменьшается, но увеличивается эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD или площади контакта с прозрачной проводящей пленкой или контактной площадкой, и можно усилить эффект снижения контактного сопротивления.

[0046] Между тем, в случае, когда шаг Py и шаг Px являются непостоянными интервалами, ослабевает эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD или эффект снижения контактного сопротивления, но можно усилить эффект рассеяния света вследствие возмущения периодичности.

[0047] В отношении того, сделать ли шаг Py и шаг Px непостоянными интервалами или один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом, путем выбора различных способов в соответствии с состоянием поверхности подложки для оптической системы и целью, можно выбирать оптимальную структуру. Например, при выборе дислокационных дефектов или эффекта рассеяния света, в случае подложки для оптической системы, устройства CVD или условий CVD, когда возникновение дислокационных дефектов относительно затруднено, для усиления эффекта рассеяния света, можно применять структуру, чтобы сделать шаг Py и шаг Px непостоянными интервалами. Между тем, в случае подложки для оптической системы, устройства CVD или условий CVD, которые имеют тенденцию развивать относительно больше дислокационных дефектов, для усиления эффекта уменьшения плотности дислокационных дефектов можно применять структуру, чтобы сделать один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом.

[0048] Кроме того, при выборе контактного сопротивления или эффекта рассеяния света, путем выбора различных способов в соответствии с условиями генерации и типами прозрачной проводящей пленки или контактной площадки и самого верхнего слоя полупроводника, можно выбирать оптимальную структуру. Например, в случае комбинации слоя полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленки с относительно хорошими омическими характеристиками, для усиления эффекта рассеяния света можно применять структуру, чтобы сделать шаг Px и шаг Py непостоянными интервалами. Между тем, напротив, в случае, когда омические характеристики невысоки, для усиления эффекта снижения контактного сопротивления путем увеличения площади контакта, можно применять структуру, чтобы сделать один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом.

[0049] Подложка для оптической системы согласно этому варианту осуществления будет конкретно описана ниже. Подложка для оптической системы является подложкой, граничащей с полупроводниковым светоизлучающим устройством и является подложкой, граничащей с одним из слоя полупроводника n-типа, светоизлучающего слоя полупроводника и слоя полупроводника p-типа полупроводникового светоизлучающего устройства, состоящего из, по меньшей мере, одного или более слоев полупроводника n-типа, по меньшей мере, одного или более слоев полупроводника p-типа и одного или более светоизлучающих слоев.

[0050] Например, на Фиг. 1 показан схематичный вид в разрезе полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления. Как показано на Фиг. 1, в полупроводниковом светоизлучающем устройстве 100 слой 103 полупроводника n-типа, светоизлучающий слой 104 полупроводника и слой 105 полупроводника p-типа последовательно наслоены на тонкоструктурный слой 102, обеспеченный на одной главной поверхности подложки 101 для оптической системы. Кроме того, прозрачная проводящая пленка 106 сформирована на слое 105 полупроводника p-типа. Кроме того, катод 107 сформирован на поверхности слоя 103 полупроводника n-типа, и анод 108 сформирован на поверхности прозрачной проводящей пленки 106. Кроме того, слой 103 полупроводника n-типа, светоизлучающий слой 104 полупроводника и слой 105 полупроводника p-типа последовательно наслоенные на подложку 101 для оптической системы, именуются наслоенным слоем 110 полупроводника.

[0051] Кроме того, на Фиг. 1, слои 103, 104 и 105 полупроводника последовательно наслоены на тонкоструктурный слой 102, обеспеченный на одной главной поверхности подложки 101 для оптической системы, и слои полупроводника могут быть последовательно наслоены на другую главную поверхность, противоположную поверхности подложки 101 для оптической системы, на которой обеспечен тонкоструктурный слой 102.

[0052] На Фиг. 2 показан схематичный вид в разрезе другого примера полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления. Как показано на Фиг. 2, в полупроводниковом светоизлучающем устройстве 200, слой 202 полупроводника n-типа, светоизлучающий слой 203 полупроводника и слой 204 полупроводника p-типа последовательно наслоены на подложку 201 для оптической системы. Кроме того, на слое 204 полупроводника p-типа обеспечена прозрачная проводящая пленка 206, которая является подложкой для оптической системы этого варианта осуществления, имеющей тонкоструктурный слой 205 на главной поверхности, контактирующий со слоем 204 полупроводника p-типа. Кроме того, катод 207 сформирован на поверхности слоя 202 полупроводника n-типа, и анод 208 сформирован на поверхности прозрачной проводящей пленки 206.

[0053] На Фиг. 2, главная поверхность, снабженная тонкоструктурным слоем 205 прозрачной проводящей пленки 206, граничит со слоем 204 полупроводника p-типа, и слой может быть обеспечен на главной поверхности, противоположной слою 204 полупроводника p-типа.

[0054] На Фиг. 3 показан схематичный вид в разрезе еще одного примера полупроводникового светоизлучающего устройства, к которому присоединена подложка для оптической системы этого варианта осуществления. Как показано на Фиг. 3, в полупроводниковом светоизлучающем устройстве 300 на подложку 301 для оптической системы последовательно наслоены слой 302 полупроводника n-типа, светоизлучающий слой 303 полупроводника и слой 304 полупроводника p-типа, которая является подложкой для оптической системы, отвечающей изобретению, где тонкоструктурный слой 305 обеспечен на главной поверхности, противоположной светоизлучающему слою 303 полупроводника. Катод 306 сформирован на главной поверхности на стороне, противоположной главной поверхности, контактирующей со слоем 302 полупроводника n-типа подложки 301 для оптической системы, и анод 307 сформирован на поверхности слоя 304 полупроводника p-типа.

[0055] Полупроводниковые светоизлучающие устройства 100, 200 и 300, показанные на Фиг. 1-3, являются примерами применения подложки для оптической системы этого варианта осуществления к полупроводниковому светоизлучающему устройству двойной гетероструктуры, но многослойная структура наслоенного слоя полупроводника не ограничивается этим. Кроме того, между подложкой и слоем полупроводника n-типа может быть обеспечен не показанный буферный слой.

[0056] Конфигурация подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения будет конкретно описана ниже со ссылкой на Фиг. 4. На Фиг. 4 показан схематичный вид в перспективе, демонстрирующий пример подложки 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1. Как показано на Фиг. 4, подложка 1 для оптической системы, по существу, имеет форму пластины и снабжена подложкой 11 и тонкоструктурным слоем 12, обеспеченным на одной главной поверхности подложки 11. Тонкоструктурный слой 12 включает в себя множество выпуклых участков 13 (линии 13-1~13-N выпуклых участков), выступающих вверх от главной поверхности подложки 11. Выпуклые участки 13 размещены с соответствующими конкретными интервалами.

[0057] Тонкоструктурный слой 12 может быть сформирован на главной поверхности подложки 11 отдельно, или подложка 11 может непосредственно обрабатываться для формирования слоя.

[0058] Кроме того, на Фиг. 4 показан пример, в котором тонкая структура тонкоструктурного слоя 12 состоит из множества выпуклых участков 13, но изобретение не ограничивается этим, и тонкая структура тонкоструктурного слоя 12 может состоять из множества вогнутых участков. На Фиг. 5 показан схематичный вид в перспективе, демонстрирующий другой пример подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 1. Как показано на Фиг. 5, подложка 1a для оптической системы, по существу, имеет форму пластины и снабжена подложкой 11a и тонкоструктурным слоем 12a, обеспеченным на одной главной поверхности подложки 11a. Тонкоструктурный слой 12a включает в себя множество вогнутых участков 14 (линии 14-1~14-N вогнутых участков), углубленных в сторону главной поверхности подложки 11a от поверхности S тонкоструктурного слоя 12a. Вогнутые участки 14 размещены с соответствующими конкретными интервалами.

[0059] Тонкоструктурный слой 12a может быть сформирован на главной поверхности подложки 11a отдельно, или подложка 11a может непосредственно обрабатываться для формирования слоя.

[0060] Далее, выпуклые участки 13 или вогнутые участки 14, соответственно образующие тонкую структуру тонкоструктурных слоев 12, 12a в подложках 1, 1a для оптической системы, именуются “точками”.

[0061] На Фиг. 6 показан схематичный вид в плане подложки 1 для оптической системы. Как показано на Фиг. 6, точки (выпуклые участки 13 или вогнутые участки 14) образуют множество точечных линий (линии 13-1~13-N выпуклых участков или линии 14-1~14-N выпуклых участков), в которых множество точек размещено с непостоянными интервалами Py (шагами Py1, Py2, Py3,···) в первом направлении D1 на главной поверхности подложки 11. Кроме того, каждая точечная линия размещена с непостоянными интервалами (шагами Px1, Px2, Px3, ···) во втором направлении D2, ортогональном первому направлению D1, на главной поверхности подложки 11.

[0062] Кроме того, в подложке для оптической системы этого варианта осуществления, непостоянные интервалы нанометрового диапазона, предпочтительно, имеют переменную ширину δ. В частности, на Фиг. 6, шаги Py1, Py2, Py3 находятся в диапазоне Pyav±δ.

[0063] Фиг. 7 иллюстрирует график среднего шага. Здесь, переменная ширина δ принимает значение, в три раза превышающее среднеквадратическое отклонение σ шагов Py среди множества точек, образующих точечную линию 13-1 в первом направлении D1, и определяется как значение, вычисленное путем измерения шаг Py в 100 или более точках в первом направлении D1. Кроме того, переменная ширина δ, предпочтительно, меньше среднего шага Pyav. В частности, когда переменная ширина δ составляет от 1% до 50% среднего шага Pyav, размеры шагов Py среди множества точек, образующих точечную линию 13-1 находятся в умеренном диапазоне, и можно демонстрировать эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD и эффект снижения контактного сопротивления. Кроме того, когда переменная ширина δ составляет от 5% до 30% среднего шага Pyav, можно получить эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD и эффект снижения контактного сопротивления, и дополнительно получить эффект рассеяния света, и такой диапазон предпочтителен.

[0064] Вышеупомянутое описание является описанием шага Py в первом направлении D1, и относительно второго направления D2, Px определяется чтением Py с Px.

[0065] На Фиг. 8 показан другой схематичный вид в плане подложки 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1. Как показано на Фиг. 8, в вогнутовыпуклой структуре 12 обеспечено множество параллельных точечных линий с 32-1 по 32-N, в которых множество точек 31 размещено в направлении оси Y, принадлежащих внутренней части главной поверхности самой подложки 11. Множество точек 31, принадлежащих каждой из точечных линий с 32-1 по 32-N, размещено с непостоянными интервалами с отличающимися друг от друга шагами (Py1, Py2, Py3). Кроме того, обеспечены параллельные точечные линии с 32-1 по 32-N с шагом Px постоянного интервала в направлении оси X (втором направлении), ортогональном направлению оси Y на главной поверхности самой подложки 11.

[0066] Другими словами, в подложке 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1 множество точек 31, принадлежащих каждой из точечных линий с 32-1 по 32-N, размещено с непостоянными интервалами Py1, Py2, Py3 в направлении оси Y, тогда как точечные линии с 32-1 по 32-N обеспечены с постоянными интервалами в направлении оси X. Благодаря этой конфигурации в случае наблюдения самой подложки 11 с направления оси X, поскольку множество точек 31 взаимно отклоняется и размещено нерегулярно на главной поверхности S, периодичность рисунка повторения уменьшается среди множества точек, размещенного на главной поверхности S самой подложки 11. Например, шаги Па и Pb в наклонном направлении на главной поверхности S самой подложки 11 являются разными значениями. Таким образом, можно снижать плотность дислокаций внутри кристалла полупроводника, обеспеченного на подложке 1 для оптической системы, что позволяет повысить внутреннюю квантовую эффективность IQE. Кроме того, поскольку вогнутовыпуклая структура имеет размеры нанометрового порядка, можно увеличить площадь поверхности и можно уменьшить контактное сопротивление. Кроме того, поскольку свойство рассеяния света повышается благодаря вогнутовыпуклой структуре 12, можно повысить эффективность вывода света LEE путем выделения волноводной моды вследствие рассеяния.

[0067] На Фиг. 9 показан схематичный вид, демонстрирующий компоновку множества точек, при наблюдении с первого направления D1, подложку 1 для оптической системы варианта осуществления 1, в которой множество точек имеет множество точечных линий, размещенных с шагом Px постоянного интервала во втором направлении D2, при этом размещенных с шагом Py, имеющим переменную ширину δ в направлении оси Y. На Фиг. 9, множество точек 31 делится на точки, принадлежащие точечной линии 32-1 (изображенной сплошными линиями на фигуре), точки, принадлежащие точечной линии 32-2 (изображенной одноточечно-штриховыми линиями на фигуре), и точки, принадлежащие точечной линии 32-3 (изображенной двухточечно-штриховыми линиями на фигуре). Множество точек 31, принадлежащих одной и той же точечной линии, размещены с непостоянными интервалами Py1, Py2, Py3 в направлении оси Y. Таким образом, множество точек 31 взаимно отклоняется и размещено нерегулярно как показано на Фиг. 9, компоновка испытывает возмущения, что позволяет создавать эффект рассеяния света.

[0068] На Фиг. 10 показан схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки (точечного рисунка) множества точек 31, образующих вогнутовыпуклую структуру 12 в подложке 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1. На Фиг. 10 показан пример, в котором шаг Py и шаг Px точек 31 по существу, равны, и переменная ширина δ составляет 20% от Pyav. Как показано на Фиг. 10, также, когда точечные линии 32-a и 32-b выровнены с постоянными интервалами, которые являются шагами Px, следует понимать, что шаг Py между точками 31 в направлении оси Y не имеет периодичности. Таким образом, благодаря наличию множества точек 31, можно подавлять дислокационные дефекты внутри кристалла полупроводника, обеспеченного на подложке 1 для оптической системы, и, дополнительно, благодаря возмущению компоновки множества точек 31, можно создавать эффект рассеяния света.

[0069] Здесь описан пример компоновки точечных линий во втором направлении D2, размещенных с непостоянными интервалами с отличающимися друг от друга шагами Px. На Фиг. 11 показан схематичный вид, демонстрирующий пример компоновки точечных линий во втором направлении D2. Как показано на Фиг. 11, в точечных линиях (DL на Фиг. 11) во втором направлении D2, восемь линий размещены с конкретными интервалами (шагами Px), и восемь точечных линий размещены с повторением. Блок, состоящий из множества (z) точечных линий именуется длиннопериодическим блоком Lxz (где z - положительное целое число). Кроме того, в точках в первом направлении D1, которые размещены с непостоянными интервалами с отличающимися друг от друга шагами Py, благодаря использованию длиннопериодического блока Lyz, можно разместить точки таким же образом, как в нижеследующем описании.

[0070] Шаг Px это расстояние между соседними точечными линиями. Здесь, соотношение следующего уравнения (1) выполняется для шагов Pxn из, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точечных линий (3≤n≤2a или 3≤n≤2a+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1) в длиннопериодическом блоке Lxz.

Px1···>Pxn (1)

[0071] Кроме того, диаметр каждой точки меньше шага Pxn. Отрезок, состоящий из шагов от Px1 до Pxn, образует длиннопериодический блок Lxz.

[0072] На Фиг. 11 показан случай, когда длиннопериодический блок Lxz состоит из восьми точечных линий, например, случай m=8. В этом случае, поскольку n=7 и a=3, в длинном периоде L1, соотношение следующего уравнения (2) выполняется для шагов Pxn между точечными линиями.

Px1Px4Px6>Px7 (2)

[0073] Кроме того, шаги Px в длиннопериодическом блоке Lxz устанавливаются так, чтобы максимальный сдвиг фазы δ, выраженный разностью между максимальным значением (Px(max)) и минимальным значением (Px(min)) шага Px, удовлетворял условию (Px(min))0,01<δ<(Px(min))×0,66, предпочтительно, (Px(min))×0,02<δ<(Px(min))×0,5, и более предпочтительно, (Px(min))×0,1<δ<(Px(min))×0,4.

[0074] Например, в длиннопериодическом блоке L1, как показано на Фиг. 11, Pxn между точечными линиями выражается, как описано ниже.

Px1=Px(min)

Px2=Px(min)+δa

Px3=Px(min)+δb=Px(max)

Px4=Px(min)+δc

Px5=Px(min)+δd

Px6=Px(min)+δe

Px7=Px(min)+δf

[0075] Кроме того, значения от δa до δf удовлетворяют условию Px(min)0,01<(δa~δf)

[0076] Кроме того, максимальное значение z в длиннопериодическом блоке Lxz или длиннопериодическом блоке Lyz устанавливается так, чтобы удовлетворять условию 4≤z≤1000, предпочтительно, 4≤z≤100, и более предпочтительно, 4≤z≤20.

[0077] Кроме того, длиннопериодические блоки Lxz и Lyz в первом направлении D1 и втором направлении D2 не обязаны быть идентичны друг другу.

[0078] В подложке 1 для оптической системы этого варианта осуществления, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна или более групп точек, имеющих вышеупомянутый длиннопериодический блок Lyz, были размещены в первом направлении D1, и чтобы, по меньшей мере, одна или более групп точечных линий, имеющих вышеупомянутый длиннопериодический блок Lxz, были размещены во втором направлении D2.

[0079] Компоновка, размещенная с непостоянными интервалами с шагами Py, определяется чтением точечных линий с точками в примере компоновки точечных линий во втором направлении, размещенной с непостоянными интервалами с отличающимися друг от друга шагами Px, как описано выше.

[0080] В подложке 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1, точки, образующие тонкую структуру тонкоструктурного слоя 12 (12a), могут размещаться с шагами Px и Py непостоянных интервалов, как описано выше в первом направлении D1 и втором направлении D2 (см. Фиг. 12), и также могут размещаться с шагами непостоянных интервалов, как описано выше, в одном из первого направления D1 и второго направления D2, при этом размещаясь с шагами постоянных интервалов в другом направлении (см. Фиг. 13). Кроме того, на Фиг. 13, точки в первом направлении D1 размещены с непостоянными интервалами, и точечные линии во втором направлении D2 размещены с постоянными интервалами.

[0081] Кроме того, можно применять компоновку, в которой соседние первая точечная линия и вторая точечная линия или первая точечная линия и третья точечная линия выровнены (см. Фиг. 14, 15, 16 и 17).

[0082] В случае, когда один из шага Py и шага Px является постоянным интервалом, и другой из них является непостоянным интервалом, по сравнению со случаем, когда шаг Py и шаг Px являются непостоянными интервалами, вогнутовыпуклый интервал нанометрового диапазона уменьшается. Таким образом, эффект рассеяния света за счет возмущения периодичности уменьшается, но можно дополнительно усиливать эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD, и эффект снижения контактного сопротивления слоя полупроводника p-типа вследствие увеличения площади контакта.

[0083] Между тем, в случае, когда шаг Py и шаг Px являются непостоянными интервалами, эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD и эффект снижения контактного сопротивления слоя полупроводника p-типа вследствие увеличения площади контакта ослабевают, но можно дополнительно усиливать эффект рассеяния света вследствие возмущения периодичности.

[0084] В отношении того, сделать ли шаг Py и шаг Px непостоянными интервалами или один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом, путем выбора различных способов в соответствии с состоянием поверхности подложки 1 для оптической системы, характеристик устройства CVD, условий генерации прозрачной проводящей пленки или анода и слоя полупроводника p-типа и пр., можно выбирать оптимальную структуру. Например, в случае подложки 1 для оптической системы, устройства CVD или условий CVD, когда возникновение дислокационных дефектов относительно затруднено, для усиления эффекта рассеяния света, можно применять структуру, чтобы сделать шаг Py и шаг Px непостоянными интервалами. Между тем, в случае подложки 1 для оптической системы, устройства CVD или условий CVD, которые имеют тенденцию развивать относительно больше дислокационных дефектов, для усиления эффекта уменьшения плотности дислокационных дефектов, можно применять структуру, чтобы сделать один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом.

[0085] Кроме того, при выборе контактного сопротивления или эффекта рассеяния света, путем выбора различных способов в соответствии с условиями генерации и типами прозрачной проводящей пленки или контактной площадки и самого верхнего слоя полупроводника, можно выбирать оптимальную структуру. Например, в случае слоя полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленки или анода с относительно хорошими омическими характеристиками, для усиления эффекта рассеяния света, можно применять структуру, чтобы сделать шаг Px и шаг Py непостоянными интервалами. Между тем, в случае слоя полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленки или анода, омические характеристики которых относительно невысоки, для усиления эффекта снижения контактного сопротивления, можно применять структуру, чтобы сделать один из шага Py и шага Px непостоянным интервалом.

[0086] Кроме того, в случае компоновки, в которой расстояние между точками в первом направлении или расстояние между точечными линиями во втором направлении D2 является постоянным интервалом, отношение шагов непостоянных интервалов к шагу постоянного интервала, предпочтительно, находится в конкретном диапазоне.

[0087] Здесь описан пример, в котором точки в первом направлении D1 размещены с постоянными интервалами Pyc, и точечные линии во втором направлении D2 размещены с непостоянными интервалами Px. В этом случае, предпочтительно, чтобы отношение шагов Px непостоянных интервалов к шагу Pyc постоянного интервала составляло от 85% до 100%. Когда отношение шагов Px непостоянных интервалов к шагу Pyc постоянного интервала равно 85% или более, перекрывание соседних точек мало, и такие отношения предпочтительны. Кроме того, когда отношение шагов Px непостоянных интервалов к шагу Pyc постоянного интервала равно 100% или менее, коэффициент заполнения выпуклых участков 13, образующих точки, повышается, и такие отношения предпочтительны. Кроме того, более предпочтительно, чтобы отношение шагов Px непостоянных интервалов к шагу Pyc постоянного интервала составляло от 90% до 95%.

[0088] Кроме того, когда один длиннопериодический блок Lxz или Lyz состоит из пяти или более точек (количество шагов Px или Py, принадлежащих ему, больше или равно четырем), длиннопериодические изменения показателя преломления длинны волны света, генерируемого внутри полупроводникового светоизлучающего слоя, становится больше нанометрового диапазона, проявляется тенденция к рассеянию света, и поэтому такой случай предпочтителен. Между тем, для получения достаточной эффективности вывода света LEE, предпочтительно, чтобы длиннопериодический блок Lxz или Lyz состоял из 1,001 или менее точек (количество шагов Px или Py, принадлежащих ему, было равно 1000 или менее.)

[0089] В подложке 1 для оптической системы (1a) согласно варианту осуществления 1, благодаря выполнению вышеописанных соотношений тонкой структуры тонкоструктурного слоя 12 (12a), эффект рассеяния света является достаточным, в то время как разность плотностей областей точек (выпуклых участков 13 или вогнутых участков 14) уменьшается, и поэтому имеет место эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов. В результате, плотность дислокационных дефектов в слое полупроводника уменьшается вследствие вогнутостей и выпуклостей нанометрового диапазона, тогда как периодичность нанометрового диапазона испытывает возмущения, и можно сильно развивать свойство рассеяния света в отношении излучаемого света из слоя полупроводника.

[0090] Кроме того, в подложке 1 для оптической системы (1a) согласно варианту осуществления 1, благодаря выполнению вышеописанных соотношений тонкой структуры тонкоструктурного слоя 12 (12a), эффект рассеяния света является достаточным, в то время как контактное сопротивление уменьшается за счет увеличения площади контакта вследствие разности плотностей областей точек (выпуклых участков 13 или вогнутых участков 14), периодичность нанометрового диапазона одновременно испытывает возмущения, и можно сильно развивать свойство рассеяния света в отношении излучаемого света из слоя полупроводника.

[0091] Далее описана форма точки (вогнутовыпуклой структуры), образующей тонкую структуру тонкоструктурного слоя 12 (12a) подложки 1 для оптической системы (1a) согласно варианту осуществления 1. Формы выпуклого участка 13 и вогнутого участка 14 не имеют конкретных ограничений, при условии, что формы находятся в объеме, который позволяет получать эффекты настоящего изобретения, и допускают необходимые изменения в соответствии с вариантами использования. В качестве форм выпуклого участка 13 и вогнутого участка 14 можно, например, использовать форму столбика, форму отверстия, форму конуса, форму пирамиды, форму эллиптического конуса и пр.

[0092] В форме точки (вогнутовыпуклой структуры), образующей тонкую структуру тонкоструктурного слоя 12 (12a) подложки 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы диаметр каждой из точек увеличивался/уменьшался в соответствии с шагом Py и/или шагом Px.

[0093] Пример, в котором диаметр точки увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом будет конкретно описан ниже.

[0094] В подложке 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы, когда шаг Py является непостоянным интервалом, диаметры Dyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (3), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированных с диаметрами с Dy1 по Dyn точек, размещены в первом направлении D1, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, диаметры Dxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (4), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированные с диаметрами с Dx1 по Dxn точек, размещены во втором направлении D2.

Dy1···>Dyn (3)

Dx1···>Dxn (4)

[0095] Кроме того, в подложке 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы, когда шаг Py является непостоянным интервалом, диаметры Dyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (3), тогда как группы точек, сформированные с диаметрами с Dy1 по Dyn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lyz в первом направлении D1, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, диаметры Dxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (4), тогда как группы точек, сформированные с диаметрами с Dx1 по Dxn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lxz во втором направлении D2.

[0096] На Фиг. 18 показан случай, когда длиннопериодический блок Lxz состоит из восьми точечных линий, например, случай m=8. В этом случае, поскольку n=7 и a=3, в длинном периоде L1, соотношение вышеупомянутого уравнения (4) выполняется для диаметра Dxn каждой из точек, образующих точечную линию.

[0097] На Фиг. 18, когда интервал между соседними точками расширяется, диаметр точки уменьшается, и когда интервал между точками сужается, диаметр точки увеличивается. В диапазоне увеличения/уменьшения, в котором увеличивается и уменьшается диаметр точки, в случае чрезмерного увеличения, соседние точки контактируют друг с другом, и такой случай не является предпочтительным. В случае чрезмерного уменьшения, эффективность вывода света уменьшается, и такой случай не является предпочтительным. В случае, когда отклонение от среднего диаметра точек в одном и том же длиннопериодическом блоке Lxz не превышает ±20%, эффективность вывода света увеличивается, и такой случай предпочтителен.

[0098] Благодаря вышеупомянутой конфигурации, возмущение периодичности вследствие точек в отношении излучаемого света велико, и эффективность вывода света увеличивается в полупроводниковом светоизлучающем устройстве.

[0099] Кроме того, в форме точки (вогнутовыпуклой структуры), образующей тонкую структуру тонкоструктурного слоя 12 (12a) подложки 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы высота каждой из точек увеличивалась/уменьшалась в соответствии с шагом Py и/или шагом Px.

[0100] Пример, в котором высота точки увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом, будет конкретно описан ниже.

[0101] В подложке 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы, когда шаг Py является непостоянным интервалом, высоты Hyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (5), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированные с высотами с Hy1 по Hyn точек, размещены в первом направлении D1, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, высоты Hxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению следующего уравнения (6), тогда как, по меньшей мере, одна или более групп точек, сформированных с диаметрами с Hx1 по Hxn точек, размещены во втором направлении D2.

Hy1···>Hyn (5)

Hx1···>Hxn (6)

[0102] Кроме того, в подложке 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы, когда шаг Py является непостоянным интервалом, высоты Hyn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (5), тогда как группы точек, сформированные с высотами с Hy1 по Hyn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lyz в первом направлении D1, и чтобы, когда шаг Px является непостоянным интервалом, высоты Hxn точек, по меньшей мере, четырех или более и m или менее соседних точек (3≤n≤2a или 3≤n≤2а+1, где m и a являются положительными целыми числами, и n=m-1), образующих шаг, отвечали соотношению вышеупомянутого уравнения (6), тогда как группы точек, сформированные с высотами с Hx1 по Hxn точек, размещены с повторением в длиннопериодическом блоке Lxz во втором направлении D2.

[0103] На Фиг. 19 показан случай, когда длиннопериодический блок Lxz состоит из восьми точечных линий, например, случай m=8. В этом случае, поскольку n=7 и a=3, в длинном периоде L1, соотношение вышеупомянутого уравнения (6) выполняется для высоты Hxn каждой из точек, образующих точечную линию.

[0104] На Фиг. 19, когда интервал между соседними точками расширяется, высота точки уменьшается, и когда интервал между точками сужается, высота точки увеличивается. В диапазоне увеличения/уменьшения, в котором высота точки увеличивается и уменьшается, в случае чрезмерного увеличения, флуктуации эффективности вывода света велики на участке, и такой случай не является предпочтительным. В случае чрезмерного уменьшения, эффект повышения эффективности вывода света вследствие увеличения/уменьшения высоты точки уменьшается, и такой случай не является предпочтительным. В случае, когда отклонение от средней высоты точек в одном и том же длиннопериодическом блоке Lxz не превышает ±20%, эффективность вывода света увеличивается без флуктуаций, и такой случай предпочтителен.

[0105] Благодаря вышеупомянутой конфигурации, возмущение периодичности вследствие точек в отношении излучаемого света велико, и эффективность вывода света увеличивается в полупроводниковом светоизлучающем устройстве.

[0106] Кроме того, подложка 1 для оптической системы (1a) согласно этому варианту осуществления отличается тем, что снабжена тонкоструктурным слоем 12 (12a), включающим в себя множество точек, состоящее из множества выпуклых участков 13 или вогнутых участков 14, проходящих в направлении от главной поверхности подложки 11 (11a) наружу поверхности, где тонкоструктурный слой 12 (12a) образует точечные линии, таким образом, что множество точек размещено с постоянными интервалами Py в первом направлении D1 на главной поверхности подложки 11 (11a), точечные линии обеспечены параллельно с шагом Px постоянного интервала во втором направлении D2, ортогональном первому направлению D1, и величина α1 сдвига в первом направлении D1 между соседними первой точечной линией и второй точечной линией отличается от величины α2 сдвига в первом направлении D1 между второй точечной линией и третьей точечной линией, соседствующей со второй точечной линией.

[0107] Согласно этой конфигурации, во-первых, шаг Py и шаг Px оба имеют постоянный интервал, и имеют периодическую структуру, тогда как величины α1 и α2 сдвига в первом направлении D1 между точечными линиями отличаются друг от друга, таким образом, возникает возмущение периодичности в компоновке множества точек, образующих тонкоструктурный слой 12 (12a), что позволяет создавать эффект рассеяния света.

[0108] Кроме того, согласно этой конфигурации, в тонкоструктурном слое 12 (12a), поскольку на поверхности подложки обеспечено множество точечных линий, обеспеченных параллельно с шагом Px постоянного интервала в нанометровом диапазоне, при обеспечении слоя полупроводника на поверхности подложки, режим выращивания методом CVD слоя полупроводника нарушается, и дислокационные дефекты, связанные с ростом фазы, сталкиваются и исчезают. Таким образом, можно уменьшить плотность дислокационных дефектов в кристалле полупроводника, и, таким образом, можно увеличить внутреннюю квантовую эффективность IQE полупроводникового светоизлучающего устройства.

[0109] Кроме того, поскольку сформированы вогнутости и выпуклости нанометрового диапазона, можно дополнительно усиливать эффект снижения контактного сопротивления слоя полупроводника p-типа вследствие увеличения площади контакта.

[0110] На Фиг. 20 показан схематичный вид в плане подложки для оптической системы согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения. В подложке 60 для оптической системы согласно варианту осуществления 2, множество точек 61 размещено с постоянными интервалами с шагом Py в направлении оси Y на главной поверхности самой подложки и образует точечные линии с 62-1 по 62-N. Точечные линии с 62-1 по 62-N обеспечены параллельно с шагом Px постоянного интервала в направлении оси X, ортогональном направлению оси Y, на главной поверхности самой подложки. Затем линии размещаются так, чтобы создавать величину α сдвига (разность положений) в направлении оси Y между соседствующими друг с другом точечными линиями.

[0111] Другими словами, в подложке 60 для оптической системы согласно варианту осуществления 2, вогнутовыпуклая структура обеспечена таким образом, что величина α1 сдвига в направлении оси Y между первой точечной линией 62-1 и второй точечной линией 62-2, соседствующими друг с другом в направлении оси X, отличается от величины α2 сдвига между второй точечной линией 62-2 и третьей точечной линией 62-3, соседствующей со второй точечной линией 62-2.

[0112] Благодаря этой конфигурации, шаги с P1 по P3 среди множества точек 61 в наклонном направлении на главной поверхности самой подложки являются нерегулярными, в результате чего, периодичность рисунка повторения снижается, и, таким образом, свойство рассеяния света вследствие вогнутовыпуклой структуры дополнительно усиливается.

[0113] Кроме того, в подложке 60 для оптической системы согласно варианту осуществления 2, предпочтительно, чтобы разность между величиной α1 сдвига и величиной α2 сдвига не была постоянной. Благодаря этой конфигурации, периодичность компоновки множества точек 61, образующих вогнутовыпуклую структуру, т.е. периодичность рисунка повторения, дополнительно снижается, можно дополнительно усиливать эффект рассеяния света, что позволяет повысить эффективность вывода света полупроводникового светоизлучающего устройства. Кроме того, можно создавать эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD.

[0114] Кроме того, в подложке 60 для оптической системы согласно варианту осуществления 2, шаг Py и шаг Px обеспечены с постоянными интервалами. Поэтому, по сравнению со случаем, когда только шаг Px является постоянным интервалом, и шаг Py в направлении оси Y имеет переменную ширину δ и является непостоянным интервалом в подложке 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1, интервалы между точками 61 уменьшаются. Таким образом, эффект рассеяния света вследствие возмущения периодичности ослабевает, но можно дополнительно усиливать эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD.

[0115] Помимо прочего, по сравнению с подложкой 1 для оптической системы согласно варианту осуществления 1, в котором шаг Py является непостоянным интервалом, эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов вследствие режима выращивания методом CVD ослабевает, но можно дополнительно усиливать эффект рассеяния света вследствие возмущения периодичности компоновки множества точек 61.

[0116] В этом случае, предпочтительно, чтобы разность между величиной α1 сдвига и величиной α2 сдвига не была постоянной. Благодаря этой конфигурации, эффект рассеяния света дополнительно усиливается, и, таким образом, можно выделить волноводную моду и дополнительно повысить эффективность вывода света.

[0117] Кроме того, в подложках для оптической системы согласно вышеописанным вариантам осуществления 1 и 2, предпочтительно, чтобы каждый из шага Px и шага Py принимал значения от 100 нм до 1000 нм. Когда шаги Px и Py находятся в этом диапазоне, вогнутости и выпуклости нанометрового диапазона обеспечены на поверхности подложки для оптической системы, и, таким образом, можно уменьшить количество дислокационных дефектов в слое полупроводника в случае, когда слой полупроводника обеспечен на поверхности подложки для оптической системы. Благодаря тому, что шаги Px и Py составляют 100 нм или более, эффективность вывода света LEE СИД увеличивается, и возникает эффект уменьшения плотности дислокационных дефектов, который способствует повышению относительной световой эффективности. Кроме того, благодаря тому, что шаги Px и Py составляют 1000 нм или менее, поддерживается эффект снижения количества дислокационных дефектов.

[0118] Также, когда подложка для оптической системы обеспечена на самой верхней поверхности полупроводникового светоизлучающего устройства, предпочтительно, чтобы каждый из шага Px и шага Py принимал значения от 100 нм до 1000 нм. Для подавления ослабления светового излучения вследствие коэффициента поглощения, слою полупроводника p-типа, обеспеченному на самой верхней поверхности полупроводникового светоизлучающего устройства, придается толщина, по существу, несколько микрон. Поэтому, необходимо регулировать глубину вогнутостей и выпуклостей, обеспеченных на поверхности слоя полупроводника p-типа, в пределах 1000 нм или менее. Поскольку аспектное отношение, то есть отношение между шагами Px и Py и глубиной, предпочтительно, равно 1 или более, для повышения эффективности вывода света, предпочтительно, чтобы каждый из шага Px и шага Py принимал значения от 100 нм до 1000 нм. Кроме того, в случае, когда каждый из шага Px и шага Py равен 1000 нм или менее, повышается слипание между слоем 204 полупроводника p-типа и прозрачной проводящей пленкой 206, которая является подложкой для оптической системы согласно этому варианту осуществления на Фиг. 2 или слоем 304 полупроводника p-типа, который является подложкой для оптической системы согласно этому варианту осуществления, и анодом 307 на Фиг. 3, и такой случай предпочтителен.

[0119] Далее описаны принципы, согласно которым эффективность вывода света повышается за счет подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления.

[0120] Как описано ранее, благодаря обеспечению тонкоструктурного слоя, состоящего из вогнутостей и выпуклостей (точек) нанометрового диапазона на подложке для оптической системы, можно получить эффект повышения эффективности вывода света LEE путем выделения волноводной моды вследствие рассеяния света.

[0121] Благодаря повторяющемуся размещению длиннопериодического блока Lxz, состоящего из множества точек, показатель преломления изменяет каждый длиннопериодический блок Lxz, и имеет место такой же эффект, как в случае, когда множество точек, образующих длиннопериодический блок Lx, повторяется как единичный блок. Другими словами, в случае множества точек размером порядка длины волны, поскольку можно объяснить поведение света средним распределением показателя преломления (эффективной средней аппроксимацией), при вычислении пространственного распределения среднего показателя преломления, свет подвергается такому же влиянию, как если бы множество точек длиннопериодического блока Lxz повторялось как единичный блок. Множество точек, размещенных таким образом в длиннопериодическом блоке Lxz, демонстрирует эффект рассеяния света.

[0122] Кроме того, в подложке для оптической системы согласно этому варианту осуществления, диаметр каждой из точек увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом. Пространственное распределение среднего показателя преломления изменяется в зависимости от объемной доли конфигурационного блока. Поэтому во множестве точек длиннопериодического блока Lxz, когда объем каждой точки изменяется, изменение распределения среднего показателя преломления возрастает в соответствии с этим, и эффект рассеяния света дополнительно возрастает даже в одном и том же длиннопериодическом блоке Lxz. Этот эффект характеризуется увеличением диаметра точек когда шаги между точками малы, или уменьшением диаметра точек, когда шаги между точками велики.

[0123] Кроме того, в подложке для оптической системы согласно этому варианту осуществления, высота точки также увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом между точками. Также и в этом случае, по той же причине, что описано выше, за счет увеличения высоты точек, когда шаги между точками малы, или уменьшения высоты точек, когда шаги между точками велики, распределение среднего показателя преломления внутри длиннопериодического блока Lxz велико, и эффект рассеяния света возрастает.

[0124] Помимо прочего, в компоновке, в которой длиннопериодический блок Lxz, состоящий из множества точек, размещен с повторением, в случае увеличения или уменьшения, как диаметра каждой из точек, так и высоты точки, как описано выше в соответствии с шагом, различие в распределении показателя преломления, описанном эффективной средней аппроксимации, дополнительно возрастает, и такой случай предпочтителен. В этом случае, за счет увеличения диаметра точки и высоты точек, когда шаги между точками малы, или уменьшения диаметра точек и высоты точек, когда шаги между точками велики, в пространственном распределении среднего показателя преломления, различие в объемной доле конфигурационного блока велико, эффект рассеяния света дополнительно возрастает, и такой случай предпочтителен.

[0125] В подложке для оптической системы согласно этому варианту осуществления, материалы самой подложки не имеют конкретных ограничений, при условии, что можно использовать материалы в качестве подложки для полупроводникового светоизлучающего устройства. Например, можно использовать подложки из сапфира, SiC, SiN, GaN, кремния, оксида цинка, оксида магния, оксида марганца, оксида циркония, железа, гальванизированного оксидом марганца, оксида магния-алюминия, борида циркония, оксида галлия, оксида индия, оксида лития-галлия, оксида лития-алюминия, оксида неодима-галлия, оксида лантана-стронция-алюминия-тантала, оксида стронция-титана, оксиа титана, гафния, вольфрама, молибдена, GaP, GaAs и пр. Среди материалов, с точки зрения согласования параметров решетки со слоем полупроводника, предпочтительно применять подложки из сапфира, GaN, GaP, GaAs, SiC и пр. Кроме того, подложку можно использовать саму по себе, или можно использовать подложку гетероструктуры, в которой другая подложка обеспечена на самой подложке с использованием материалов.

[0126] Кроме того, в подложке для оптической системы согласно этому варианту осуществления, материалы слоя полупроводника p-типа не имеют конкретных ограничений, при условии, что можно использовать материалы в качестве слоя полупроводника p-типа, пригодного для СИД. Например, можно применять элементные полупроводники, например, кремний и германий, и, при необходимости, материалы, полученные легированием различными элементами полупроводниковых соединений группы III-V, группы II-VI, группы VI-VI и пр.

[0127] В подложке для оптической системы согласно этому варианту осуществления, материалы прозрачной проводящей пленки не имеют конкретных ограничений, при условии, что можно использовать материалы в качестве прозрачной проводящей пленки, пригодной для СИД. Например, можно применять тонкие пленки металла в качестве Ni/Au электрода и пр., проводящие оксидные пленки ITO, ZnO, In₂O₃, SnO₃, IZO, IGZO и пр., и т.д. В частности, с точки зрения прозрачности и удельной проводимости, предпочтителен ITO.

[0128] Далее описано полупроводниковое светоизлучающее устройство, к которому присоединена подложка для оптической системы согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0129] Полупроводниковое светоизлучающее устройство согласно этому варианту осуществления включает в себя, по меньшей мере, одну или более подложек для оптической системы согласно этому варианту осуществления как описано выше в конфигурации. Благодаря включению подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления в конфигурацию, можно получить повышение IQE, повышение EIE и повышение LEE.

[0130] Например, полупроводниковое светоизлучающее устройство согласно этому варианту осуществления имеет наслоенный слой полупроводника, образованный наслаиванием, по меньшей мере, двух или более слоев полупроводника и светоизлучающего слоя на главную поверхность подложки. Затем наслоенный слой полупроводника снабжается тонкоструктурным слоем, включающим в себя точки, состоящие из множества выпуклых участков или вогнутых участков, проходящих в направлении от главной поверхности самого верхнего слоя полупроводника наружу поверхности, и тонкоструктурный слой соответствует тонкой структуре подложки для оптической системы согласно вышеупомянутым вариантам осуществления. Наслоенный слой полупроводника описан выше со ссылкой на Фиг. 1-3.

[0131] В полупроводниковом светоизлучающем устройстве согласно этому варианту осуществления, в качестве слоя полупроводника n-типа, материалы не имеют конкретных ограничений, при условии, что можно использовать материалы в качестве слоя полупроводника n-типа, пригодного для СИД. Например, можно применять элементные полупроводники, например, кремний и германий, и, при необходимости, материалы, полученные легированием различными элементами полупроводниковых соединений группы III-V, группы II-VI, группы VI-VI и пр. Кроме того, при необходимости, можно обеспечить слой полупроводника n-типа и слой полупроводника p-типа соответственно с плакирующим слоем n-типа и плакирующим слоем p-типа, который не показан.

[0132] В качестве светоизлучающего слоя полупроводника, материалы не имеют конкретных ограничений, при условии, что материалы имеют свойство излучения света, как и СИД. Например, в качестве светоизлучающего слоя полупроводника, можно применять слои полупроводника из AsP, GaP, AlGaAs, InGaN, GaN, AlGaN, ZnSe, AlHaInP, ZnO и пр. Кроме того, светоизлучающий слой полупроводника, при необходимости, можно легировать различными элементами в соответствии с характеристиками.

[0133] Наслаиваемый слой полупроводника (слой полупроводника n-типа, светоизлучающий слой полупроводника и слой полупроводника p-типа) можно осаждать на поверхность подложки общеизвестными методами. Например, в качестве метода осаждения, можно применять метод выращивания из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD), гибридный метод выращивания из паровой фазы (HVPE), метод эпитаксиального выращивания с помощью молекулярного пучка (MBE) и пр.

[0134] Далее описан способ изготовления подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления. Кроме того, представленный ниже способ изготовления является примером, и способ изготовления подложки для оптической системы не ограничивается этим.

[0135] Устройство экспонирования используется при изготовлении подложки для оптической системы. Устройство экспонирования согласно этому варианту осуществления представляет собой устройство экспонирования для импульсного экспонирования элемента в виде валика с поверхностью, покрытой слоем резиста, лазерным светом и формирования экспонированного рисунка, состоящего из множества экспонированных участков, на слое резиста, устройство экспонирования отличается тем, что снабжено секцией управления вращением, которая вращает элемент в виде валика вокруг центральной оси, участком обрабатывающей головки, который применяет лазерный свет, средством сдвига в направлении оси для смещения участка обрабатывающей головки в направлении длинной оси элемента в виде валика, и секцией управления экспонированием, которая повторяет импульсное экспонирование на основании импульсного сигнала, модулированного по фазе на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением секции управления вращением, и управляет участком обрабатывающей головки для формирования экспонированного рисунка вдоль окружности элемента в виде валика.

[0136] Кроме того, устройство экспонирования согласно этому варианту осуществления представляет собой устройство экспонирования для импульсного экспонирования элемента в виде валика с поверхностью, покрытой слоем резиста, лазерным светом и формирования экспонированного рисунка, состоящего из множества экспонированных участков, на слое резиста, устройство экспонирования отличается тем, что снабжено секцией управления вращением, которая вращает элемент в виде валика вокруг центральной оси, участком обрабатывающей головки, который применяет лазерный свет, средством сдвига в направлении оси для смещения участка обрабатывающей головки в направлении длинной оси элемента в виде валика с периодически изменяющейся скоростью сдвига, и секцией управления экспонированием, которая повторяет импульсное экспонирование на основании импульсного сигнала, управляемая на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением секции управления вращением, и управляет участком обрабатывающей головки для формирования экспонированного рисунка вдоль окружности элемента в виде валика.

[0137] Сначала, со ссылкой на Фиг. 21, будет описано устройство экспонирования для формирования наноимпринтного штампа согласно этому варианту осуществления. На Фиг. 21 показана схема конфигурации устройства экспонирования согласно этому варианту осуществления.

[0138] Устройство экспонирования согласно этому варианту осуществления подвергает поверхность элемента в виде валика, покрытую слоем резиста, воздействию импульсного лазерного света, где точечный рисунок для формирования на поверхности штампа для импринтинга для изготовления подложки для оптической системы отвечает вышеупомянутому варианту осуществления, путем формирования с переносом, и формирует экспонированный рисунок, состоящий из множества экспонированных участков на слое резиста

[0139] Здесь, штамп для импринтинга имеет точки, форма которых соответствует точкам для формирования на главной поверхности подложки для оптической системы согласно вышеупомянутым вариантам осуществления. Другими словами, точечный рисунок формируется на поверхности штампа для импринтинга. Этот точечный рисунок переносится на главную поверхность подложки для оптической системы для формирования множества точек тонкоструктурного слоя. Для формирования точечного рисунка на штампе для импринтинга, с использованием описанного ниже устройства экспонирования, экспонируется слой резиста, который обеспечен на поверхности подложки для штампа для импринтинга.

[0140] Как показано на Фиг. 21, устройство 400 экспонирования захватывает элемент 401 в виде валика, покрытый слоем резиста, с помощью участка захвата валика, не показан, и снабжено секцией 402 управления вращением, участком 403 обрабатывающей головки, секцией 404 механизма сдвига и секцией 405 управления экспонированием. Секция 402 управления вращением вращает элемент 401 в виде валика в центре элемента 401 в виде валика в качестве оси. Участок 403 обрабатывающей головки применяет лазерный свет для экспонирования слоя резиста элемента 401 в виде валика. Секция 404 механизма сдвига сдвигает участок 403 обрабатывающей головки с управляемой скоростью в направлении длинной оси элемента 401 в виде валика. Секция 405 управления экспонированием управляет импульсными сигналами лазерного экспонирования с помощью участка 403 обрабатывающей головки, на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением элемента 401 в виде валика секцией 402 управления вращением.

[0141] Обработка элемента 401 в виде валика с помощью устройства 400 экспонирования осуществляется путем применения импульсного лазерного излучения из участка 403 обрабатывающей головки, при вращении элемента 401 в виде валика. Участок 403 обрабатывающей головки сдвигается в направлении длинной оси элемента 401 в виде валика механизмом 404 сдвига, одновременно с применением импульсного лазера. Рисунок 406 записывается с произвольными шагами на слое резиста внешней периферии элемента 401 в виде валика в направлении вращения, из скорости вращения элемента 401 в виде валика и частоты импульсного лазера. Это шаг Py в первом направлении D1 в штампе для наноимпринтинга с непрерывной подачей материала.

[0142] Кроме того, поскольку сканирование производится в направлении длинной оси элемента 401 в виде валика, когда элемент 401 в виде валика совершает один оборот из произвольного положения, участок 403 обрабатывающей головки смещается в направлении длинной оси. Это шаг Px во втором направлении D2 в штампе для наноимпринтинга с непрерывной подачей материала. По сравнению с длиной окружности элемента 401 в виде валика, шаги Py и Px рисунка 406 составляют порядка нанометров и, таким образом, чрезвычайно малы, что позволяет формировать линейчатый рисунок, где величина сдвига в первом направлении D1 отличается при наблюдении в направлении длинной оси, при поддержании шага Py в первом направлении D1. Кроме того, как описано выше, поскольку шаги Py и Px рисунка 406 чрезвычайно малы по сравнению с длиной окружности элемента 401 в виде валика, первое направление D1 и второе направление D2, по существу, ортогональны.

[0143] Элемент 401 в виде валика получается за счет обеспечения элемента, сформированного в форме цилиндра с осью вращения, и в качестве материалов, можно применять металл, углеродный сердечник, стекло, кварц и пр. Элемент 401 в виде валика требует точности обработки, допускающей высокую скорость вращения, и поэтому предпочтительными в качестве материалов являются металл, углеродный сердечник и пр. Кроме того, можно покрывать только участок цилиндрической поверхности, подвергающийся лазерному экспонированию с другим материалом. В частности, когда используется термореактивный резист, для усиления эффекта теплоизоляции, предпочтительно применять материалы с более низкой теплопроводностью, чем у металла, примерами которых являются стекло, кварц, оксид, нитрид и пр. Можно также использовать слой, которым покрыта цилиндрическая поверхность, в качестве слоя травления для травления со слоем резиста, описанным ниже, в качестве маски.

[0144] Резист для покрытия элемента 401 в виде валика не имеет конкретных ограничений, при условии, что резист можно экспонировать лазерным светом, и можно применять фотоотверждаемые резисты, резисты светоусиливающего типа, термореактивные резисты и пр. В частности, термореактивные резисты позволяют формировать рисунок с длинами волны, меньшими длины волны лазерного света, и являются предпочтительными.

[0145] В качестве термореактивных резистов, предпочтительны органические резисты или неорганические резисты. Слой резиста, сформированный из этих резистов, может быть однослойной структурой или многослойной структурой, полученной путем объединения множества слоев резиста. Кроме того, при необходимости, можно изменять выбор резиста согласно процессу, необходимой точности обработки и пр. Например, органические резисты позволяют осуществлять покрытие с помощью валикового приспособления для нанесения покрытия и т.п. при формировании слоя резиста для покрытия элемента 401 в виде валика, что облегчает обработку. Однако существуют ограничения на вязкость резиста вследствие нанесения покрытия на муфту, и трудно добиться точности и управляемости толщины покрытия или многослойного покрытия.

[0146] В качестве органических резистов, описанных в “Latest Resist Material Handbook”, опубликованном Johokiko Co., Ltd. и “Photo-polymer Handbook”, Kogyo Chosakai Publishing Co., Ltd., примерами которых являются новолачные смолы, смеси новолачных смол и диазонафтохинона, смолы на основе метакрилата, смолы на основе полистирола, смолы на основе полиэтилена, смолы на основе фенола, смолы на основе полиимида, смолы на основе полиамида, силиконовые смолы, смолы на основе полиэфира, эпоксидные смолы, смолы на основе меламина и смолы на основе винила.

[0147] Между тем, неорганические резисты пригодны для обеспечения слоя резиста для покрытия элемента 401 в виде валика методом испарения с помощью резистивного нагрева, методом электронно-лучевого напыления, парофазным методом, например, методом CVD и т.п. Поскольку эти методы базируются на вакуумной обработке, хотя количество этапов требуется для формирования на муфте, можно регулировать толщину пленки с точностью, и упрощается наслаивание в многослойной структуре.

[0148] Различные неорганические резистные материалы можно выбирать в соответствии с температурой реакции. Например, в качестве неорганических резистных материалов можно использовать Al, Si, P, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, In, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, Ag, Au и их сплавы. Кроме того, в качестве неорганических резистных материалов можно применять оксиды, нитриды, оксиды азота, крбиды, гидросульфиды, сульфид, фториды и хлориды Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Te, Ba, Hf, Ta, Вт, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Sm, Gd, Tb и Dy, и смеси таких соединений.

[0149] Когда в качестве резиста для покрытия элемента 401 в виде валика используется термореактивный резист, в случае экспонирования импульсным сигналом, который модулируется по фазе на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением, описанного ниже, диаметр каждой из точек, образующих рисунок, увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, и, таким образом, предпочтительна термореактивная смола. В случае использования термореактивного резиста, хотя явный механизм увеличения/уменьшения диаметра точки в соответствии с шагом неизвестен, предполагается механизм, описанный ниже.

[0150] В случае термореактивного резиста, изменение в материале, образующем слой резиста происходит за счет подвода тепловой энергии лазера, применяемого к участку применения, и рисунок формируется путем изменения характеристик травления. При этом не вся подводимая тепловая энергия используется для изменения слоя резиста, и часть ее сохраняется и переносится в соседнюю область. Поэтому тепловая энергия в области слоя резиста является суммой подводимой тепловой энергией, подаваемой лазером, и энергии теплопередачи из соседней области. При формировании рисунка нанометрового диапазона, вкладом этой энергии теплопередачи нельзя пренебречь, вклад теплопередачи обратно пропорционален расстоянию между точками, образующими рисунок, и, в результате, диаметр полученного рисунка оказывается в зависимости от расстояния между соседними точками.

[0151] Здесь, когда расстояние между точками изменяется посредством фазовой модуляции, вклад энергии теплопередач, как описано выше, изменяется для каждой точки. Когда расстояние между точками велико, вклад энергии теплопередачи мал, и диаметр точки уменьшается. Когда расстояние между точками мало, вклад энергии теплопередачи велик, и диаметр точки увеличивается.

[0152] Кроме того, когда слой травления, описанный ниже, обеспечивается с использованием термореактивного резиста в качестве резиста для покрытия элемента 401 в виде валика, и глубина обработки рисунка регулируется, таким же образом, как описано ранее, в случае экспонирования импульсным сигналом, который модулируется по фазе на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением, высота каждой из точек, образующих рисунок, увеличивается или уменьшается в соответствии с шагом Py и/или шагом Px, и, таким образом, предпочтителен термореактивный резист. В случае совместного использования термореактивного резиста и слоя травления, хотя механизм увеличения/уменьшения высоты точки в соответствии с шагом Px неизвестен, его можно объяснить исходя из того, что диаметр точки увеличивается/уменьшается в соответствии с расстоянием между точками, как описано выше.

[0153] Другими словами, при формировании рисунка нанометрового диапазона, глубина травления увеличивается или уменьшается в соответствии с диаметром точки, и существует тенденция увеличения глубины травления с увеличением диаметра точки и уменьшения глубины травления с уменьшением диаметра точки. В частности, эта тенденция заметна, когда в качестве метода травления применяется сухое травление. Предполагается, что замена травителя или удаление продуктов травления осуществляется не быстро.

[0154] Как описано ранее, при использовании термореактивного резиста, диаметр точки мал, когда расстояние между точками велико, и диаметр точки велик, когда расстояние между точками мало. Поскольку существует тенденция увеличения или уменьшения глубины травления в соответствии с диаметром точки, в результате, глубина точки мала, когда расстояние между точками велико, и глубина точки велика, когда расстояние между точками мало.

[0155] Вышеописанные эффекты увеличения/уменьшения расстояния между точками, диаметра точки и глубины точки заметны, когда средний шаг мал. Предполагается, что вышеупомянутый эффект энергии теплопередачи увеличивается.

[0156] В настоящем изобретении, можно применять в качестве штампа для наноимпринтинга с непрерывной подачей материала без модификации, путем использования слоя резиста для покрытия элемента 401 в виде валика, или можно формировать рисунок посредством травления поверхностной подложки элемента 401 в виде валика с использованием слоя резиста в качестве маски.

[0157] За счет обеспечения слоя травления на элементе 401 в виде валика, можно свободно регулировать глубину обработки рисунка, и выбирать толщину пленки, наиболее пригодную для обработки в качестве толщины термореактивного резиста. Другими словами, регулируя толщину слоя травления, можно свободно регулировать глубину обработки. Кроме того, можно регулировать глубину обработки слоем травления, и поэтому, толщину пленки, обеспечивающую легкие экспонирование и проявку, можно выбирать для слоя термореактивного резиста.

[0158] Длина волны лазера, используемая в участке 403 обрабатывающей головки для осуществления экспонирования, предпочтительно, принимает значения от 150 нм до 550 нм. Кроме того, в отношении минимизации длины волны и легкой доступности, предпочтительно использовать полупроводниковый лазер. Длина волны полупроводникового лазера предпочтительно принимает значения от 150 нм до 550 нм. Дело в том, что когда длина волны меньше 150 нм, выходная мощность лазера мала, и трудно экспонировать слой резиста, которым покрыт элемент 401 в виде валика. С другой стороны, когда длина волны больше 550 нм, невозможно сделать так, чтобы диаметр пятна лазера составлял 500 нм или менее, и трудно сформировать малый экспонированный участок.

[0159] Между тем, для формирования экспонированного участка с малым размером пятна, предпочтительно использовать газовый лазер в качестве лазера, используемого в участке 403 обрабатывающей головки. В частности, в газовых лазерах на XeF, XeCl, KrF, ArF и F₂, длины волны равны 351 нм, 308 нм, 248 нм, 193 нм и 157 нм и, таким образом, малы, что позволяет фокусировать свет в пятне чрезвычайно малого размера, и поэтому такие лазеры предпочтительны.

[0160] Кроме того, в качестве лазера, используемого в участке 403 обрабатывающей головки, можно использовать вторую гармонику, третью гармонику и четвертую гармонику лазера Nd:YAG. Длины волны второй гармоники, третьей гармоники и четвертой гармоники лазера Nd:YAG равны, соответственно, 532 нм, 355 нм, и 266 нм, и позволяют получить малый размер пятна.

[0161] В случае формирования тонкого рисунка в слое резиста, обеспеченном на поверхности элемента 401 в виде валика, посредством экспонирования, точность поворотной позиции элемента 401 в виде валика весьма высока, и для облегчения изготовления сначала регулируется оптическая система лазера, чтобы поверхность элемента находилась в пределах глубины фокуса. Однако очень трудно поддерживать точность размеров валика и точность вращения соответствующие задаче наноимпринтинга. Поэтому, предпочтительно, чтобы лазерное излучение, используемое при экспонировании, концентрировалось объективом, и устанавливать режим автофокусировки, чтобы поверхность элемента 401 в виде валика всегда находилась в пределах глубины фокуса.

[0162] Секция 402 управления вращением не имеет конкретных ограничений, при условии, что секция является устройством, имеющим функцию вращения элемента 401 в виде валика в центре валика в качестве оси, и например, пригоден двигатель шпинделя и т.п.

[0163] В качестве секции 404 механизма сдвига, которая сдвигает участок 403 обрабатывающей головки в направлении длинной оси элемента 401 в виде валика, секция 404 не имеет конкретных ограничений, при условии, что секция способна сдвигать участок 403 обрабатывающей головки с управляемой скоростью, и пригодными примерами являются линейный серводвигатель и пр.

[0164] В устройстве 400 экспонирования, как показано на Фиг. 21, секция 405 управления экспонированием управляет позицией экспонированного участка с использованием импульсного сигнала, модулированного по фазе на основании опорного сигнала, таким образом, что экспонированный рисунок, сформированный на поверхности элемента 401 в виде валика, синхронизируется с вращением (например, вращением двигателя шпинделя) секции 402 управления вращением. В качестве опорного сигнала, можно использовать выходной импульс из кодера, синхронизированный с вращением двигателя шпинделя.

[0165] Например, можно регулировать импульсный сигнал, который модулируется по фазе, на основании опорного сигнала, синхронизированного с вращением, как описано ниже.

[0166] Соотношение между Z-фазным сигналом двигателя шпинделя, опорным импульсным сигналом и модулированным импульсным сигналом будет описано со ссылкой на Фиг. 22A-22C. Используя Z-фазный сигнал в качестве опорного, импульсный сигнал с частотой в m раз (целое число m>2) большей, чем у сигнала, является опорным импульсным сигналом, и импульсный сигнал с частотой n раз (целое число m/n>k и k>1) большей, чем у сигнала является модулированным импульсным сигналом. Каждый из опорного импульсного сигнала и модулированного импульсного сигнала является кратным целым частоты Z-фазного сигнала, и поэтому интегральный импульсный сигнал существует в течение времени, когда элемент 401 в виде валика совершает один оборот вокруг центральной оси.

[0167] Далее, со ссылкой на Фиг. 23, будет описано соотношение между опорным импульсным сигналом, модулированным импульсным сигналом и фазомодулированным импульсным сигналом. Когда фаза опорного импульсного сигнала периодически увеличивается или уменьшается с длиной волны модулированного импульсного сигнала, сигнал является фазомодулированным импульсным сигналом. Например, когда частота fY0 опорных импульсов выражается следующим уравнением (7) и частота fYL модуляции выражается следующим уравнением (8), частотно-модулированный импульсный сигнал fY выражается следующим уравнением (9).

fY0=Asin(ω0t+Φ0) (7)

fYL=Bsin(ω1t+Φ1) (8)

fY=Asin(ω0t+Φ0+Csin(ω1t)) (9)

Кроме того, согласно следующему уравнению (10), можно также получить фазомодулированный импульсный сигнал fY′ суммированием синусоидальной волны, полученной из модулированного импульсного сигнала, с частотой fY0 опорных импульсов.

fY′=fY0+C′sin(t·fYL/fY0x2π) (10)

[0168] Кроме того, суммированием синусоидальной волны, полученной из длины волны LYL модулированного импульсного сигнала, с длиной волны LY0 импульса опорного импульса, можно получить длину волны LY фазомодулированного импульсного сигнала.

[0169] Как показано на Фиг. 23, полученный фазомодулированный импульсный сигнал представляет собой сигнал, в котором интервал импульса опорного импульсного сигнала увеличивается или уменьшается периодически в соответствии с интервалом сигнала модулированного импульсного сигнала.

[0170] Кроме того, устройство 400 экспонирования может быть выполнено с возможностью управления импульсным сигналом лазерного экспонирования с помощью участка 403 обрабатывающей головки с использованием опорного импульсного сигнала с определенной частотой вместо фазомодулированного импульсного сигнала, и периодического увеличения или уменьшения скорости сдвига участка 403 обрабатывающей головки секцией 404 механизма сдвига. В этом случае, например, как показано на Фиг. 24, скорость сдвига участка 403 обрабатывающей головки периодически увеличивается или уменьшается. Скорость сдвига, показанная на Фиг. 24, является примером скорости сдвига эталонной скорости сдвига ±σ. Скорость сдвига, предпочтительно, синхронизируется с вращением элемента 401 в виде валика и, например, регулируется таким образом, что скорость в Z-фазном сигнале равна скорости, показанной на Фиг. 24.

[0171] Вышеупомянутое описание соответствует случаю, когда рисунок 406 регулируется периодической фазовой модуляцией, и также можно формировать рисунок 406 посредством случайной фазовой модуляции, которая не является периодической. Например, в первом направлении D1, шаг Py обратно пропорционален частоте импульсов. Поэтому, когда случайная частотная модуляция осуществляется на частоте импульсов так, что максимальный сдвиг фазы равен 1/10, шаг Py имеет максимальную переменную δ1, которая составляет 1/10 шага Py, и можно получить рисунок, в котором шаг Py увеличивается и уменьшается случайным образом.

[0172] Для частоты управления опорного сигнала, синхронизированного с вращением, модулированный импульсный сигнал может управляться опорным сигналом с кратной частотой, например, для каждого оборота валика, или может управляться только начальным опорным сигналом, установленным в начальное время экспонирования. В случае управления только начальным опорным сигналом, когда модуляции подвергается скорость вращения секции 402 управления вращением, фазовой модуляции подвергается импульсный сигнал экспонирования. Дело в том, что регулировка вращения осуществляется в нанометровом диапазоне, и поэтому, даже при минимальной вариации электрического потенциала секции 402 управления вращением, происходит и накапливается вариация шага нанометрового диапазона. В случае шага рисунок с шагом 500 нм, когда длина внешней окружности валика равна 250 мм, лазерное экспонирование осуществляется 500000 раз, и отклонение всего лишь в 1 нм на каждые 10000 раз приводит к отклонению в 50 нм.

[0173] Также в пределах одного шага и одинаково длинного периода, регулируя частоту управления опорного сигнала, можно приготовить тонкую структуру с компоновкой, показанной на Фиг. 12 или 14. В случае формирования тонкой структуры с компоновкой, показанной на Фиг. 12, частота управления опорного сигнала уменьшается. Между тем, в случае формирования тонкой структуры с компоновкой, показанной на Фиг. 14, частота управления опорного сигнала возрастает. Поэтому, в компоновке, показанной на Фиг. 14, фазы (позиции) во втором направлении D2 соответствующих точек совпадают, и в компоновке, показанной на Фиг. 12, происходят отклонения по фазе (позиции) во втором направлении D2 соответствующих точек. Соотношение между компоновками, показанными на Фиг. 13 и 15, одинаково.

[0174] Кроме того, по той же причине, когда шаг Py в первом направлении D1 и шаг Px во втором направлении равны друг другу, как в подложке 60 для оптической системы согласно варианту осуществления 2, как показано на Фиг. 20, величина α1 сдвига в направлении оси Y между первой точечной линией 62-1 и второй точечной линией 62-2, соседствующими друг с другом в направлении оси X, и величина α2 сдвига между второй точечной линией 62-2 и третьей точечной линией 62-3, соседствующей со второй точечной линией 62-2 обеспечены отличающимися друг от друга, и разность между величиной α1 сдвига и величиной α2 сдвига не является постоянной.

[0175] Согласно этой конфигурации, шаги с P1 по P3 среди множества точек 61 в наклонном направлении на главной поверхности самой подложки являются нерегулярными, в результате чего, периодичность рисунка повторения снижается, и свойство рассеяния света вследствие вогнутовыпуклой структуры дополнительно усиливается.

[0176] Элемент 401 в виде валика со слоем резиста, обеспеченным на поверхности, экспонируемой устройством 400 экспонирования проявляется, и слой травления подвергается травлению посредством сухого травления с использованием проявленного слоя резиста в качестве маски. После травления, удаляя остаточный слой резиста, можно получить штамп для наноимпринтинга с непрерывной подачей материала.

[0177] В качестве способа переноса рисунка 406, полученного, как описано выше, на заранее определенную подложку и получения подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления, способ не имеет конкретных ограничений. Например, рисунок переносится на поверхность заранее определенной подложки методом наноимприн-литографии, подложка подвергается травлению посредством сухого травления с использованием перенесенного участка рисунок в качестве маски, и, таким образом, можно переносить рисунок 406 на подложку. В частности, элемент 401 в виде валика со сформированным рисунком 406 используется как цилиндрический штамп (штамп для наноимпринтинга с непрерывной подачей материала). Слой резиста, состоящий из органических материалов, формируется на стороне поверхности подложки, цилиндрический штамп прижимается к слою резиста, рисунок 406 переносится на слой резиста, затем слой резиста и подложка травятся со стороны поверхности для формирования тонкой вогнутовыпуклой структуры на стороне поверхности подложки, что позволяет получить подложку для оптической системы этого варианта осуществления.

[0178] Кроме того, вместо непосредственного переноса рисунка 406 на подложку с цилиндрического штампа (элемента 401 в виде валика), существует другой способ, предусматривающий перенос рисунка 406 один раз на пленку, формирование смоляного штампа, затем формирование рисунка на подложке методом наноимприн-литографии с использованием этого смоляного штампа, и получение подложки для оптической системы согласно этому варианту осуществления. Согласно этому способу, можно повысить эффективность использования штампа и игнорировать плоскостность подложки, и поэтому в качестве способа переноса рисунка на подложку, метод наноимприн-литографии с использованием смоляного штампа является более предпочтительным.

[0179] Способ переноса рисунка 406 с цилиндрического штампа на смоляной штамп не имеет конкретных ограничений, и например, можно применять метод прямого наноимпринтинга. В качестве метода прямого наноимпринтинга, можно применять метод теплового наноимпринтинга, состоящий в заполнении рисунка 406 цилиндрического штампа термореактивной смолой при нагревании ее до заранее определенной температуры, охлаждении цилиндрического штампа, и затем, освобождении отвержденной термореактивной смолы для переноса, и метод фотонаноимпринтинга, состоящий в облучении фотоотверждаемой смолы, заполняющей рисунок 406 цилиндрического штампа, светом заранее определенной длины волны, отверждении фотоотверждаемой смолы, и затем, освобождении отвержденной фотоотверждаемой смолы с цилиндрического штампа для переноса.

[0180] Цилиндрический штамп (элемент 401 в виде валика) является цельным цилиндрическим штампом, и поэтому особенно пригоден для последовательного переноса на смоляные штампы посредством наноимпринтинга с непрерывной подачей материала.

[0181] Кроме того, существует способ приготовления гальванопластического штампа из смоляного штампа путем переноса на него рисунка 406 методом гальванопластики, и формирования рисунка методом наноимприн-литографии с использованием этого гальванопластического штампа. В случае формирования гальванопластического штампа, такой случай предпочтителен в отношении продления срока службы цилиндрического штампа, который является исходным штампом, и также в отношении схемы однократного формирования гальванопластического штампа, поскольку возможно игнорировать плоскостность подложки, способ дополнительного формирования смоляного штампа предпочтителен.

[0182] Кроме того, согласно способу смоляного штампа, легко осуществлять повторяющийся перенос, и такой способ предпочтителен. Здесь “повторяющийся перенос” означает любой или оба из (1) изготовления множества материалов переноса вогнутовыпуклого рисунка, обратно переносимых со смоляного штампа (+), имеющей вогнутовыпуклый рисунок, и (2), в частности, в случае использования отверждаемого смоляного состава в качестве агента переноса, получения материала переноса (-) инвертированного со смоляного штампа (+), затем использования материала переноса (-) в качестве смоляного штампа (-) для получения обратно переносимого материала переноса (+) и осуществления инверсного переноса рисунка повторения выпукновогнутый /вогнутовыпуклый/ выпукновогнутый /вогнутовыпуклый/∙∙∙/.

[0183] После формирования рисунка на стороне поверхности подложки с использованием слоя резиста, вогнутости и выпуклости формируются на подложке посредством травления с использованием слоя резиста в качестве маски. В качестве метода травления, методы не имеют конкретных ограничений, при условии, что методы позволяют формировать вогнутости и выпуклости на подложке с использованием слоя резиста в качестве маски, и можно применять жидкостное травление, сухое травление и пр. В частности, поскольку можно глубоко формировать вогнутости и выпуклости подложки, предпочтительны методы сухого травления. Из методов сухого травления, предпочтительно анизотропное сухое травление, и предпочтительны ICP-RIE и ECM-RIE. В качестве реакционноспособного газа, используемого в сухом травлении, газы не имеют конкретных ограничений, при условии, что газы реагируют с материалами подложки. Предпочтительны BCl₃, Cl₂, CHF₃ или их смесь, и, при необходимости, можно смешивать Ar, O₂ и пр.

[0184] [Примеры]

Настоящее изобретение будет конкретно описано ниже на основании примеров, приведенных для пояснения результатов изобретения. Кроме того, материалы, используемые составы, этапы обработки и пр. в примерах являются иллюстративными и могут применяться на практике с необходимыми модификациями. Кроме того, необходимые модификации можно применять на практике без отклонения от объема изобретения. Поэтому изобретение вовсе не ограничивается нижеследующими примерами.

[0185] [Пример 1]

(Приготовление цилиндрического штампа (приготовление штампа для приготовления смоляного штампа))

[0186] В качестве подложки цилиндрического штампа использовали цилиндрический валик из кварцевого стекла диаметром 80 мм и длиной 50 мм. Тонкую структуру (тонкую вогнутовыпуклую структуру) сформировали на поверхности цилиндрического валика из кварцевого стекла методом литографии прямым рисованием с использованием полупроводникового импульсного лазера следующим способом.

[0187] Сначала осадили слой резиста на тонкую структуру на поверхности кварцевого стекла методом напыления. Метод напыления осуществляли с мощностью РЧ 100 Вт с использованием CuO (включающего в себя 8 atm% Si) в качестве мишени (слоя резиста). Толщина пленки слоя резиста после осаждения составляла 20 нм. Цилиндрический штамп, приготовленный вышеописанным образом, экспонировали в следующих условиях, вращая с линейной скоростью s=1,0 м/с.

длина волны полупроводникового лазера экспонирования: 405 нм

мощность лазера экспонирования: 3,5 мВт

шаг Px в направлении оси X: 398 нм

переменная ширина δ2 в отношении шага Px в направлении оси X: 80 нм

длинный период PxL в направлении оси X переменной ширины δ2: 5 мкм

шаг Py в направлении оси Y: 460 нм

переменная ширина δ1 в отношении шага Py в направлении оси Y: 100 нм

длинный период PyL в направлении оси Y переменной ширины δ1: 5 мкм

[0188] Шаг Py в направлении оси Y определяется, как описано ниже.

[0189] Время T, необходимое для одного периметра, измеряется с использованием Z-фазного сигнала двигателя шпинделя в качестве начала отсчета, длина периметра L вычисляется из линейной скорости s, и получается следующее уравнение (11).

L=Txs (11)

[0190] Предполагая, что шаг мишени равен Py, значение 0,1% или менее шага Py мишени прибавляется для регулировки, в результате чего, L/Py является целым числом, и эффективный шаг Py′ получается согласно следующему уравнению (12).

L/Py′=m (m является целым числом) (12)

[0191] В отношении шага Py мишени и эффективного шага Py′, хотя, строго говоря, Py≠Py′, поскольку

L/PyL′=n (n является целым числом) (13)

[0192] Также и в этом случае, хотя, строго говоря, PyL≠PyL′, поскольку

[0193] Затем, из эффективного шага Py′, частота fY0 опорных импульсов и частота fYL модуляции вычисляются согласно уравнениям (14) и (15).

fy0=s/Py′ (14)

fyL=s/PyL′ (15)

[0194] Наконец, из уравнений (14) и (15), частота импульсов fy по истечении времени t от Z-фазного сигнала двигателя шпинделя определяется согласно уравнению (16).

fy=fy0+δ1xsin(tx(fyL/fy0)×2π) (16)

[0195] Осевая скорость подачи в направлении оси X определяется, как описано ниже.

[0196] Время T, необходимое для одного периметра, измеряется с использованием Z-фазного сигнала двигателя шпинделя в качестве начала отсчета, и опорная скорость подачи Vx0 в осевом направлении определяется из шага Px в направлении оси X согласно следующему уравнению (17).

Vx0=Px/T (17)

[0197] Осевая скорость подачи Vx в момент времени t определяется из длинного периода PxL в направлении оси X согласно следующему уравнению (18), и осуществляется сканирование.

Vx=Vx0+Vδ2·sin(Px/PxLxtx2π) (18)

[0198] Здесь, Vδ2 является переменной шириной скорости в длинном периоде PxL в направлении оси X и выражается через переменную ширину δ2 шага длинного периода PxL, Px и Vx0 согласно следующему уравнению (19).

Vδ2=δ2×Vx0/Px (19)

[0199] Затем проявили слой резиста. Проявку слоя резиста осуществляли с использованием 0,03 вес% водного раствора глицина при условии времени обработки 240 секунд. Затем, с использованием проявленного слоя резиста в качестве маски, травление слоя травления осуществляли посредством сухого травления. Сухое травление осуществляли с использованием SF₆ в качестве газа травления в условиях давления газа обработки 1 Па, мощности обработки 300 Вт и времени обработки 5 минут. Затем только остаточный слой резиста удаляли с цилиндрического штампа, снабженного тонкой структурой на поверхности, при условии 6 минут с использованием раствора соляной кислоты с pH1 для приготовления цилиндрического штампа (штампа для переноса).

[0200] (Приготовление смоляного штампа)

Полученную поверхность цилиндрического валика из кварцевого стекла (штампа для переноса) покрывали Durasurf HD-1101Z (производства Daikin Industries, Ltd.), нагретым до 60°C, в течение 1 часа и затем оставляли при комнатной температуре на 24 часа для фиксации. Затем три раза осуществляли очистку с использованием Durasurf HD-ZV (производства Daikin Industries, Ltd.) и осуществляли обработку освобождения.

[0201] Затем смоляной штамп в виде барабана приготавливали из полученного штампа в виде цилиндра. OPTOOL DAC HP (производства Daikin Industries, Ltd.), триметилолпропан-триакрилат (производства TOAGOSEI Co., Ltd. M350), и Irgacure 184 (производства Ciba) смешивали в соотношении 10:100:5 весовых частей для приготовления фотоотверждаемой смолы. Затем фотоотверждаемую смолу наносили на высокоадгезивную поверхность пленки ПЭТ (A4100, производства Toyobo Co., Ltd.: шириной 300 мм, толщиной 100 мкм) посредством покрытия Micro Gravure (производства Yasui Seiki Co., Ltd.) в результате чего, толщина покрытия пленки составляла 6 мкм.

[0202] Затем пленку ПЭТ, покрытую фотоотверждаемой смолой, прижимали к штампу в виде цилиндра (цилиндрический штамп) с помощью прижимного валика (0,1 МПа), и облучали ультрафиолетовыми лучами при температуре 25°C и влажности 60% при атмосферном давлении с использованием устройства УФ экспонирования (производства Fusion UV Systems Japan Co., Ltd., H bulb), в результате чего, суммарная величина экспонирования под центром лампы составляла 600 мДж/см², фотоотверждение осуществляли последовательно и получили штамп из прозрачной смолы в виде барабана (длиной 200 м, шириной 300 мм) с тонкой структурой, обратно переносимой на поверхность.

[0203] Наблюдая смоляной штамп с помощью растрового электронного микроскопа, выпуклые участки формы сечения с Φ400 нм и h800 нм сформировали в периодической структуре, имеющей следующую длиннопериодическую структуру.

шаг Px в направлении оси X: 398 нм

переменная ширина δ2 в отношении шага Px в направлении оси X: 80 нм

длинный период PxL в направлении оси X переменной ширины δ2: 5 мкм

шаг Py в направлении оси Y: 460 нм

переменная ширина δ1 в отношении шага Py в направлении оси Y: 100 нм

длинный период PyL в направлении оси Y переменной ширины δ1: 5 мкм

[0204]

(Электронный микроскоп)

устройство; HITACHI s-5500

Ускоряющее напряжение; 10 кВ

режим; нормальный

[0205]

(Приготовление инвертированного смоляного штампа)

Затем, OPTOOL DAC HP (производства Daikin Industries, Ltd.), триметилолпропан-триакрилат (производства TOAGOSEI Co., Ltd. M350), и Irgacure 184 (производства Ciba) смешивали в соотношении 10:100:5 весовых частей для приготовления фотоотверждаемой смолы. Фотоотверждаемую смолу наносили на высокоадгезивную поверхность пленки ПЭТ (A4100, производства Toyobo Co., Ltd.: шириной 300 мм, толщиной 100 мкм) посредством покрытия Micro Gravure (производства Yasui Seiki Co., Ltd.) в результате чего, толщина покрытия пленки составляла 2 мкм.

[0206] Затем пленку ПЭТ, покрытую фотоотверждаемой смолой, прижимали к вышеупомянутому смоляному штампу в виде барабана прижимным валиком (0,1 МПа), и облучали ультрафиолетовыми лучами при температуре 25°C и влажности 60% при атмосферном давлении с использованием устройства УФ экспонирования (производства Fusion UV Systems Japan Co., Ltd., H bulb), в результате чего, суммарная величина экспонирования под центром лампы составляла 600 мДж/см², фотоотверждение осуществляли последовательно и получили лист штампа из прозрачной смолы (длиной 200 мм, шириной 300 мм) с тонкой структурой, обратно переносимой на поверхность.

[0207] (Наноимприн-литография)

Материалы маски наносили на C-плоскостную сапфировую подложку толщиной Φ2” 0,33 мм методом нанесения покрытия центрифугированием (2000 об/мин, 20 секунд) для формирования слоя резиста. В качестве материалов маски был подготовлен раствор покрытия, полученный разведением монометиловым простым эфиром пропиленгликоля, в результате чего доля твердого вещества в составе фоточувствительной смолы составила 5% по весу.

[0208] (Состав фоточувствительной смолы)

В качестве состава фоточувствительной смолы, смешивалось и использовалось 20 весовых частей 3-этил-3-{[3-этилокситан-3-ил)метокси]метил} окситана (OXT-221, производства TOAGOSEI Co., Ltd.), 80 весовых частей 3′,4′-эпоксициклогексан-карбоновой кислоты 3,4-эпоксициклогексилметила (производства Wako Pure Chemical Industries Co., Ltd.), 50 весовых частей феноксидиэтиленгликольакрилата (Aronix (зарегистрированный товарный знак), M-101A, производства Toagosei Co., Ltd.), 50 весовых частей модифицированного оксидом этилена бисфенол-A-диакрилата (Aronix (зарегистрированный товарный знак), M-211B, производства Toagosei Co., Ltd.), 8 весовых частей DTS-102 (производства Midori Kagaku Co., Ltd.), 1 весовая часть 1,9-дибутоксиантрацена (Anthracure (зарегистрированный товарный знак) UVS-1331, производства Kawasaki Kasei Chemicals), 5 весовых частей Irgacure (зарегистрированный товарный знак) 184 (производства Ciba) и 4 весовых части OPTOOL (зарегистрированный товарный знак) DAC HP (доля твердого вещества 20%, производства Daikin Industries, Ltd.).

[0209] Лист штампа из прозрачной смолы разрезали на куски 70 мм × 70 мм (□70 мм) и наслаивали на сапфировую подложку со сформированным слоем резиста. Для наслаивания использовали машину наслаивания листов (TMS-S2) производства Sun-Tec Co., Ltd. и наслаивание осуществляли с прижимной силой наслаивания 90 Н и скоростью наслаивания 1,5 м/с. Затем, объединенные наслоенные штамп из прозрачной смолы/слой резиста/сапфировую подложку помещали между двумя прозрачными силиконовыми пластинами (класса твердости 20) размером □ 70 мм × t 10 мм. В этом состоянии, с использованием устройства наноимпринтинга (EUN-4200) производства Engineering System Co., Ltd., результант прижимали с давлением 0,05 МПа. В прижатом состоянии, ультрафиолетовые лучи направляли со стороны штампа из прозрачной смолы с 2500 мДж/см² для отверждения слоя резиста. После отверждения, прозрачные силиконовые пластины и штамп из прозрачной смолы удаляли для получения многослойного изделия резиста/сапфира с рисунком, сформированным на C-плоскости.

[0210] (Травление)

Используя устройство реактивного ионного травления (RIE-101iPH, производства SAMCO Inc.), сапфир травили при следующих условиях травления.

Газ травления: Cl₂/(Cl₂+BCl₃)=0,1

расход газа: 10 куб.см/мин

давление травления: 0,1 Па

антенна: 50 Вт

смещение: 50 Вт

[0211] После травления, наблюдая сечение сапфировой подложки с помощью электронного микроскопа, выпуклые участки формы сечения с Φ400 нм и h=250 нм, были в периодической структуре, включающей в себя такую же длиннопериодическую структуру, как в штампе из прозрачной смолы в виде барабана, используемой в наноимпринтинге.

[0212] (Формирование полупроводникового светоизлучающего устройства)

На полученной сапфировой подложке, посредством MOCVD, последовательно наслаивали (1) низкотемпературный буферный слой AlGaN, (2) слой GaN n-типа, (3) плакирующий слой AlGaN n-типа, (4) светоизлучающий слой InGaN (MQW), (5) плакирующий слой AlGaN p-типа, (6) слой GaN p-типа, и (7) слой ITO. Вогнутости и выпуклости на сапфировой подложке внедряли в наслоенный (2) слой GaN n-типа, и создавали уплощенное условие осаждения. Кроме того, осуществляли обработку травлением и присоединяли контактные площадки.

[0213] В этом состоянии, используя щуп, пропускали ток 20 мА между положительной контактной площадкой и отрицательной контактной площадкой и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения относительно сравнительного примера 1.

[0214] [Пример 2]

Цилиндрический штамп, приготовленный согласно примеру 1, экспонировали в следующих условиях, вращая с линейной скоростью s=3,0 м/с.

длина волны полупроводникового лазера экспонирования: 405 нм

мощность лазера экспонирования: 3,5 мВт

шаг Px в направлении оси X: 173 нм

переменная ширина δ2 в отношении шага Px в направлении оси X: 17 нм

длинный период PxL в направлении оси X переменной ширины δ2: 5 мкм

шаг Py в направлении оси Y: 200 нм

переменная ширина δ1 в отношении шага Py в направлении оси Y: 20 нм

длинный период PyL в направлении оси Y переменной ширины δ1: 5 мкм

[0215] После этого, посредством такой же операции, как в примере 1, получили штамп из прозрачной смолы в виде барабана (длиной 200 м, шириной 300 мм) с тонкой структурой, обратно переносимой на поверхность.

[0216] Наблюдая смоляной штамп с помощью растрового электронного микроскопа, выпуклые участки формы сечения с Φ150 нм ±15 нм и h260 нм ±30 нм сформировали в периодической структуре, имеющей следующую длиннопериодическую структуру.

шаг Px в направлении оси X: 173 нм

переменная ширина δ2 в отношении шага Px в направлении оси X: 17 нм

длинный период PxL в направлении оси X переменной ширины δ2: 5 мкм

шаг Py в направлении оси Y: 200 нм

переменная ширина δ1 в отношении шага Py в направлении оси Y: 20 нм

длинный период PyL в направлении оси Y переменной ширины δ1: 5 мкм

[0217] Максимальные значения диаметра точки и высоты точки наблюдали в точках с наименьшим расстоянием от точки до окружающих точек, минимальные значения диаметра точки и высоты точки наблюдали в точках с наибольшим расстоянием от точки до окружающих точек, и диаметры точек между ними демонстрировали такую же кривую модуляции, как в модуляции переменной ширины расстояния между точками.

[0218] После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали согласно примеру 1 и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения.

[0219] [Пример 3]

Цилиндрический штамп, приготовленный согласно примеру 1, экспонировали в следующих условиях, вращая с линейной скоростью s=1,0 м/с.

длина волны полупроводникового лазера экспонирования: 405 нм

мощность лазера экспонирования: 3,5 мВт

шаг Px в направлении оси X: 260 нм

переменная ширина δ2 в отношении шага Px в направлении оси X: 26 нм

длинный период PxL в направлении оси X переменной ширины δ2: 3.64 мкм

шаг Py в направлении оси Y: 300 нм

переменная ширина δ1 в отношении шага Py в направлении оси Y: 30 нм

длинный период PyL в направлении оси Y переменной ширины δ1: 4,2 мкм

[0220] Затем, аналогично примеру 1, получили штамп из прозрачной смолы в виде барабана (длиной 200 м, шириной 300 мм) с обратно переносимой поверхностной структурой.

[0221] Затем поверхность приготовленного штампа из прозрачной смолы в виде барабана наблюдали с помощью растрового электронного микроскопа. Фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, показана на Фиг. 25. На Фиг. 25 показана фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа, вогнутовыпуклой структуры в виде в плане. Как можно видеть из Фиг. 25, в этой тонкой структуре, выпуклые участки нанометрового диапазона разместили с непостоянными интервалами, как в направлении оси Y (вертикальном направлении), так и в направлении оси X (горизонтальном направлении), и в каждом шаге, вышеупомянутые шаги повторялись с длинным периодом.

[0222] После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали согласно примеру 1 и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения.

[0223] [Пример 4]

Цилиндрический штамп, приготовленный согласно примеру 1, экспонировали в следующих условиях, вращая с линейной скоростью s=1,0 м/с.

длина волны полупроводникового лазера экспонирования: 405 нм

мощность лазера экспонирования: 3,5 мВт

шаг Px в направлении оси X: 200 нм

шаг Py в направлении оси Y: 200 нм

[0224] Регулировку опорного сигнала шага Py производили только первоначально.

[0225] Затем, аналогично примеру 1, получили штамп из прозрачной смолы в виде барабана (длиной 200 м, шириной 300 мм) с обратно переносимой поверхностной структурой.

[0226] Затем поверхность приготовленного штампа из прозрачной смолы в виде барабана наблюдали с помощью растрового электронного микроскопа. На Фиг. 26 показана фотография, сделанная с помощью электронного микроскопа. Как можно видеть из Фиг. 26, в этой тонкой структуре, выпуклые участки разместили в форме линий с установленным шагом Py в направлении оси Y (вертикальном направлении). Кроме того, следует понимать, что линейчатые выпуклые участки неоднократно снабжались заранее определенным шагом Px в направлении оси X (горизонтальном направлении). Кроме того, следует понимать, что величины α сдвига были нерегулярными среди линейчатых выпуклых участков, размещенных рядом друг с другом в направлении оси X.

шаг Px в направлении оси X: 200 нм

шаг Py в направлении оси Y: 200 нм

[0227] После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали согласно примеру 1 и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения.

[0228] [Пример 5]

При приготовлении цилиндрического штампа, случайные сигналы накладывали на частоту светового излучения полупроводникового лазера экспонирования, и шаг Py в направлении оси Y снабжали переменной шириной δ, как описано ниже.

шаг Py в направлении оси Y: 200 нм ± 10 нм

[0229] После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали согласно примеру 1 и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения.

[0230] [Пример 6]

Подложку SiC (подложку для оптической системы) и полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали, как в примере 4, за исключением того, что подложка состояла из SiC, и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения.

[0231] [Пример 7]

Как и в примере 1, получили лист штампа из прозрачной смолы (длиной 200 м, шириной 300 мм) с тонкой структурой, обратно переносимой на поверхность.

[0232] (Формирование наслоенного слоя полупроводника)

На C-плоскостной сапфировой подложке толщиной Φ2” 0,37 мм, посредством MOCVD, последовательно наслаивая (1) низкотемпературный буферный слой AlGaN, (2) слой GaN n-типа, (3) плакирующий слой AlGaN n-типа, (4) светоизлучающий слой InGaN (MQW), (5) плакирующий слой AlGaN p-типа, и (6) слой GaN p-типа, сформировали наслоенный слой полупроводника.

[0233] (Наноимприн-литография)

Материалы маски наносили на (6) слой GaN p-типа самой верхней поверхности полученного наслоенного слоя полупроводника методом нанесения покрытия центрифугированием (2000 об/мин, 20 секунд) для формирования слоя резиста. В качестве материалов маски был подготовлен раствор покрытия, полученный разведением монометиловым простым эфиром пропиленгликоля, в результате чего доля твердого вещества в составе фоточувствительной смолы составила 5% по весу. В качестве состава фоточувствительной смолы, использовали тот же состав, как в примере 1.

[0234] Лист штампа из прозрачной смолы разрезали на куски 70 мм × 70 мм (□70 мм) и наслаивали на поверхность GaN со сформированным слоем резиста. Для наслаивания использовали машину наслаивания листов (TMS-S2) производства Sun-Tec Co., Ltd. и наслаивание осуществляли с прижимной силой наслаивания 90 Н и скоростью наслаивания 1,5 м/с. Затем, объединенные наслоенные штамп из прозрачной смолы/слой резиста/слой GaN /сапфировую подложку помещали между двумя прозрачными силиконовыми пластинами (класса твердости 20) размером □ 70 мм × t 10 мм. В этом состоянии, с использованием устройства наноимпринтинга (EUN-4200) производства Engineering System Co., Ltd., результант прижимали с давлением 0,05 МПа. В прижатом состоянии, ультрафиолетовые лучи направляли со стороны штампа из прозрачной смолы с 2500 мДж/см² для отверждения слоя резиста. После отверждения, прозрачные силиконовые пластины и штамп из прозрачной смолы удаляли для получения многослойного изделия резист/GaN/сапфир с рисунком, сформированным на C-плоскости.

[0235] (Травление)

Используя устройство реактивного ионного травления (RIE-101iPH, производства SAMCO Inc.), слой GaN полупроводника травили при следующих условиях травления.

Газ травления: Cl₂/(Cl₂+BCl₃)=0,1

расход газа: 10 куб.см/мин

давление травления: 0,1 Па

антенна: 50 Вт

смещение: 50 Вт

[0236] После травления, когда наблюдение с помощью электронного микроскопа осуществляли на поверхности GaN, выпуклые участки формы сечения с Φ400 нм и h=50 нм, были в периодической структуре, включающей в себя такую же длиннопериодическую структуру, как в штампе из прозрачной смолы в виде барабана, используемой в наноимпринтинге.

[0237] (Формирование полупроводникового светоизлучающего устройства)

Слой ITO дополнительно сформировали на поверхности GaN поверхности наслоенного слоя полупроводника с вогнутовыпуклым рисунком, сформированным напылением в качестве прозрачной проводящей пленки. Кроме того, осуществляли обработку травлением и присоединяли контактные площадки.

[0238] В этом состоянии, используя щуп, пропускали ток 20 мА между положительной контактной площадкой и отрицательной контактной площадкой и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения этого примера 7 относительно описанного ниже сравнительного примера 1.

[0239] [Пример 8]

Как и в примере 1, получили лист штампа из прозрачной смолы (длиной 200 м, шириной 300 мм) с тонкой структурой, обратно переносимой на поверхность.

[0240] (Формирование наслоенного слоя полупроводника)

На C-плоскостной сапфировой подложке толщиной Φ2” 0,37 мм, посредством MOCVD, последовательно наслаивая (1) низкотемпературный буферный слой AlGaN, (2) слой GaN n-типа, (3) плакирующий слой AlGaN n-типа, (4) светоизлучающий слой InGaN (MQW), (5) плакирующий слой AlGaN p-типа, (6) слой GaN p-типа и (7) слой ITO, сформировали наслоенный слой полупроводника.

[0241] (Наноимприн-литография)

Материалы маски наносили на (7) слой ITO самой верхней поверхности полученного наслоенного слоя полупроводника методом нанесения покрытия центрифугированием (2000 об/мин, 20 секунд) для формирования слоя резиста. В качестве материалов маски был подготовлен раствор покрытия, полученный разведением монометиловым простым эфиром пропиленгликоля, в результате чего доля твердого вещества в составе фоточувствительной смолы составила 5% по весу. Состав фоточувствительной смолы был того же состава, как в примере 1.

[0242] Лист штампа из прозрачной смолы разрезали на куски 70 мм × 70 мм (□70 мм) и наслаивали на поверхность ITO со сформированным слоем резиста. Для наслаивания использовали машину наслаивания листов (TMS-S2) производства Sun-Tec Co., Ltd. и наслаивание осуществляли с прижимной силой наслаивания 90 Н и скоростью наслаивания 1,5 м/с. Затем, объединенные наслоенные штамп из прозрачной смолы/слой резиста/слой ITO/слой GaN/сапфировую подложку помещали между двумя прозрачными силиконовыми пластинами (класса твердости 20) размером □ 70 мм × t 10 мм. В этом состоянии, с использованием устройства наноимпринтинга (EUN-4200) производства Engineering System Co., Ltd., результант прижимали с давлением 0,05 МПа. В прижатом состоянии, ультрафиолетовые лучи направляли со стороны штампа из прозрачной смолы с 2500 мДж/см² для отверждения слоя резиста. После отверждения, прозрачные силиконовые пластины и штамп из прозрачной смолы удаляли для получения многослойного изделия резист/ITO/GaN/сапфир с рисунком, сформированным на C-плоскости.

[0243] (Травление)

Используя устройство реактивного ионного травления (RIE-101iPH, производства SAMCO Inc.), слой ITO травили при следующих условиях травления.

Газ травления: Cl₂/(Cl₂+BCl₃)=0,1

расход газа: 10 куб.см/мин

давление травления: 0,1 Па

антенна: 50 Вт

смещение: 50 Вт

[0244] После травления, когда наблюдение с помощью электронного микроскопа осуществляли на поверхности ITO, выпуклые участки формы сечения с Φ400 нм и h=50 нм, были в периодической структуре, включающей в себя такую же длиннопериодическую структуру, как в штампе из прозрачной смолы в виде барабана, используемой в наноимпринтинге.

[0245] (Формирование полупроводникового светоизлучающего устройства)

Обработку травлением дополнительно осуществляли на поверхности ITO поверхности наслоенного слоя полупроводника со сформированным вогнутовыпуклым рисунком, и присоединяли контактные площадки.

[0246] В этом состоянии, используя щуп, пропускали ток 20 мА между положительной контактной площадкой и отрицательной контактной площадкой и измеряли выход светового излучения. В Таблице 1 показан относительный выход светового излучения этого примера 8 относительно описанного ниже сравнительного примера 1.

[0247] [Сравнительный пример 1]

формировали полупроводниковые светоизлучающие слои на нормальной плоской сапфировой подложке при тех же условиях, что и в примере 1, и измеряли выход светового излучения тем же способом, что и в примере 1.

[0248] [Сравнительный пример 2]

Вогнутовыпуклую структуру гексагональной компоновки диаметром 3 мкм, шагом 6 мкм и высотой 2 мкм обеспечивали на сапфировой подложке обычным фотолитографическим методом. После этого, формировали полупроводниковые светоизлучающие слои при тех же условиях, что и в примере 1, и измеряли выход светового излучения тем же способом, что и в примере 1.

[0249] [Сравнительный пример 3]

Тем же способом, что и в примере 1, тонкую структуру (тонкую вогнутовыпуклую структуру) нанорисунка формировали на поверхности кварцевого стекла методом литографии прямым рисованием с использованием полупроводникового лазера. Шаги в направлении оси X и в направлении оси Y были одинаковыми, и была сделана гексагональная компоновка без изменений шага.

шаг в направлении X Px: 398 нм

шаг в направлении Y Py: 460 нм

После этого, теми же способами, что и в примере 1, формировали полупроводниковые светоизлучающие слои, и измеряли выход светового излучения.

[0250] [Сравнительный пример 4]

Тонкую структуру (тонкую вогнутовыпуклую структуру) нанорисунка формировали на поверхности кварцевого стекла методом литографии прямым рисованием с использованием полупроводникового лазера. Шаги в направлении оси X и в направлении оси Y были одинаковыми, и была сделана гексагональная компоновка без изменений шага.

шаг в направлении X Px: 200 нм

шаг в направлении Y Py: 200 нм

Как и в примере 1 кроме вышеупомянутого отношения, приготавливали сапфировую подложку (подложку для оптической системы) и полупроводниковое светоизлучающее устройство, и измеряли выход светового излучения. Результат показан в Таблице 1.

[0251] [Сравнительный пример 5]

Вогнутовыпуклую структуру гексагональной компоновки диаметром 3 мкм, шагом 6 мкм и высотой 50 нм обеспечивали на слое GaN p-типа на сапфировой подложке обычным фотолитографическим методом. После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство формировали при тех же условиях, что и в примере 7, и измеряли выход светового излучения тем же способом, что и в примере 7.

[0252] [Сравнительный пример 6]

Вогнутовыпуклую структуру гексагональной компоновки диаметром 3 мкм, шагом 6 мкм и высотой 50 нм обеспечивали на наслоенном слое полупроводника, используемом в примере 8, обычным фотолитографическим методом. После этого, полупроводниковое светоизлучающее устройство приготавливали при тех же условиях, что и в примере 8, и измеряли выход светового излучения тем же способом, что и в примере 8.

[0253] В таблице 1 показаны отношения светового излучения, причем выход сравнительного примера равен “1”. Из таблицы 1 можно видеть, что для подложек для оптической системы (примеры 1 - 6) согласно этому варианту осуществления, по сравнению с традиционной плоской сапфировой подложкой (сравнительный пример 1), сапфировая подложка, имеющая вогнутости и выпуклости микронного диапазона (сравнительный пример 2), и сапфировая подложка, имеющая вогнутости и выпуклости нанометрового диапазона без изменений шага (сравнительный пример 3), можно уменьшить количество дислокационных дефектов в слоях полупроводника, сформированных на сапфировой подложке, дополнительно имеется возможность выделения волноводной моды вследствие рассеяния света, обусловленного вогнутовыпуклым рисунком с возмущенной периодичностью, и для повышения эффективности вывода света, и что, таким образом, можно получать полупроводниковые светоизлучающие устройства, имеющие высокую относительную световую эффективность.

[0254] Кроме того, из таблицы 1, следует, что для полупроводниковых светоизлучающих устройств (примеры 7 и 8) согласно этому варианту осуществления, по сравнению с традиционным плоским самым верхним слоем (сравнительный пример 1), самый верхний слой GaN, имеющий вогнутости и выпуклости в микронном диапазоне (сравнительный пример 4), и самый верхний слой ITO, имеющий вогнутости и выпуклости в микронном диапазоне (сравнительный пример 5), можно снижать контактное сопротивление с прозрачной проводящей пленкой и положительной контактной площадкой, для выделения волноводной моды вследствие рассеяния света, обусловленного вогнутовыпуклым рисунком с возмущенной периодичностью, и для повышения эффективности вывода света, и что, таким образом, обеспечивается высокая относительная световая эффективность.

[0255] Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутыми вариантами осуществления и допускает практическое применение с различными модификациями. В вышеупомянутых вариантах осуществления, размер, форма и пр., показанные на прилагаемых чертежах этим не ограничиваются, и допускают, при необходимости, модификацию в объеме, демонстрирующем результаты изобретения. Кроме того, изобретение допускает практическое осуществление с необходимыми модификациями без отклонения от объема изобретения.

Промышленное применение

[0256] Согласно настоящему изобретению, благодаря тонкоструктурному слою, обеспеченному в подложке для оптической системы и полупроводниковому светоизлучающему устройству, благодаря повышению внутренней квантовой эффективности IQE за счет уменьшения количества дислокационных дефектов в слое полупроводника, или улучшению омического контакта слоя полупроводника p-типа для повышения эффективности инжекции электронов EIE, и выделению волноводной моды за счет рассеяния света для повышения эффективности вывода света LEE, можно повысить относительную световую эффективность СИД. Соответственно, подложка для оптической системы и полупроводниковое светоизлучающее устройство, отвечающие изобретению, имеют высокую относительную световую эффективность, таким образом, допуская эффективное практическое использование электрической мощности, и способны значительно способствовать энергосбережению.

[0257] Настоящая заявка основана на японских патентных заявках №№ 2011-188803 и 2011-188804, поданных 31 августа 2011 г., японской патентной заявке № 2011-229121, поданной 18 октября 2011 г., японских патентных заявках №№ 2012-27548, 2012-27549 и 2012-27550, поданных 10 февраля 2012 г., и японской патентной заявке № 2012-89230, поданной 10 апреля 201 г., содержание которых полностью и явно включено сюда посредством ссылки.

Реферат

Подложка для оптической системы снабжена тонкоструктурным слоем, включающим в себя точки, состоящие из множества выпуклых или вогнутых участков, проходящих в направлении от главной поверхности подложки наружу поверхности, причем тонкоструктурный слой имеет множество точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Py в первом направлении на главной поверхности подложки, в то же время имея множество точечных линий, в которых множество точек размещено с шагом Px во втором направлении, ортогональном первому направлению, на главной поверхности подложки, один из шага Py и шага Px является постоянным интервалом нанометрового диапазона, тогда как другой является непостоянным интервалом нанометрового диапазона, или оба они являются непостоянными интервалами нанометрового диапазона. Изобретение повышает относительную световую эффективность СИД, одновременно повышая внутреннюю квантовую эффективность IQE за счет уменьшения количества дислокационных дефектов в слое полупроводника. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 26 ил., 1 табл.

Формула