JP2003258296A - Light-emitting element and manufacturing method thereof - Google Patents

Light-emitting element and manufacturing method thereof

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JP2003258296A
JP2003258296A JP2002379576A JP2002379576A JP2003258296A JP 2003258296 A JP2003258296 A JP 2003258296A JP 2002379576 A JP2002379576 A JP 2002379576A JP 2002379576 A JP2002379576 A JP 2002379576A JP 2003258296 A JP2003258296 A JP 2003258296A
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light
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明 藤本
Hitoshi Sugiyama
仁 杉山
Kenichi Ohashi
健一 大橋
Junichi Tonoya
純一 戸野谷
Hiroyuki Suzuki
啓之 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form an irregular structure of a nanometer size on the surface of a light-emitting element or the like, and to improve the light emission efficiency characteristics. <P>SOLUTION: Irregularities on the surface of the light-emitting element are formed as follows so that a refractive index changes smoothly from bulk. More specifically, the average diameter of the irregularities is smaller than the light wavelength (1); the pitch of the irregularities is irregular (2); the height of the irregularities and the position of a bottom surface are set to the light wavelength or less and have a variance from an average value (3). Such an element surface contains block copolymer or graft copolymer, and is obtained by forming a thin film on the surface of the light-emitting element by using a resin composition for forming a micro phase separation structure in a self organization manner, selectively removing at least one phase of the micro phase separation structure of the thin film formed on the surface, and etching the surface of the light-emitting device with the remaining phase as an etching mask. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、素子内部で発生し
た光を高効率で外部に取り出すことにより、高発光効率
特性を実現する発光素子およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device which realizes a high luminous efficiency characteristic by extracting light generated inside the device to the outside with high efficiency, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来技術】発光素子などを構成する化合物半導体は屈
折率が非常に高く、多くの発光素子等は、表面及び界面
での反射による光の損失の問題が生じている。このため
素子内部で発生した光を外部に取り出すことが困難であ
る。例えばガリウムリン(GaP)などの化合物の屈折
率は3.5程度もあり、全反射のため光の19%しか取
り出すことができない。その対策として、一般に発光素
子等の表面に反射防止膜として屈折率1.5程度の単層
膜を形成することが行われている。しかしながら、この
発光素子では発光表面と単層膜の屈折率差が比較的大き
いことから、充分であるとはいえない。
2. Description of the Related Art A compound semiconductor that constitutes a light emitting element has a very high refractive index, and many light emitting elements and the like have a problem of light loss due to reflection on a surface and an interface. Therefore, it is difficult to extract the light generated inside the element to the outside. For example, a compound such as gallium phosphide (GaP) has a refractive index of about 3.5, and due to total reflection, only 19% of light can be extracted. As a countermeasure, a single layer film having a refractive index of about 1.5 is generally formed on the surface of a light emitting element or the like as an antireflection film. However, in this light emitting device, since the difference in the refractive index between the light emitting surface and the monolayer film is relatively large, it cannot be said to be sufficient.

【0003】光の取り出し効率を上げるために、発光素
子の表面にナノメートルサイズの規則的構造を施すこと
により高透過することが検討されている(非特許文献1
参照)。しかしながら、反射防止効果がある規則的構造
は、ナノメートルサイズのため最新のエキシマレーザー
を用いた光リソグラフィでさえ限界に近い値であるた
め、電子ビームによる描画・エッチング等で作製しなけ
ればならない。このため、製造コストは高く、生産性も
悪く実用的ではない。また、規則的構造をナノサイズで
作製しなくてはならないことから、プロセスに対する余
裕が無い。
In order to increase the light extraction efficiency, it has been studied to provide a light emitting device with a regular structure of a nanometer size so as to allow high light transmission (Non-Patent Document 1).
reference). However, the regular structure having an antireflection effect has a value close to the limit even in the photolithography using the latest excimer laser due to its nanometer size, and therefore, it has to be formed by drawing / etching with an electron beam. Therefore, the manufacturing cost is high, the productivity is poor, and it is not practical. In addition, there is no room for the process because the regular structure has to be formed in nano size.

【0004】また、発光表面を粗面化する技術として一
般的に、塩酸、硫酸、過酸化水素、もしくはこれらの混
合液で表面処理をして、粗面化する技術が知られている
(特許文献1、特許文献2参照)。しかしながらこれら
の方法は、基板の結晶性の影響を受け、露出面方位によ
り粗面化できる面とできない面が発生する。このため常
に発光面が粗面化できるとは限らず、光取り出し効率の
向上には制約があった。
As a technique for roughening the light emitting surface, a technique for roughening the surface by treating the surface with hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrogen peroxide or a mixed solution thereof is generally known (patented. Reference 1 and Patent Reference 2). However, these methods are affected by the crystallinity of the substrate, and a surface that can be roughened and a surface that cannot be roughened are generated depending on the orientation of the exposed surface. Therefore, the light emitting surface cannot always be roughened, and there is a limitation in improving the light extraction efficiency.

【0005】[0005]

【非特許文献1】 Applied Physics
Letters,142,vol78,2001,Jp
n.J.Appl.Phys.,L735,vol3
9,2000
[Non-Patent Document 1] Applied Physics
Letters, 142, vol78, 2001, Jp
n. J. Appl. Phys. , L735, vol3
9,2000

【特許文献1】 特開2000−299494号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299494

【特許文献2】 特開平4−354382号公報[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 4-354382

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発光素子を
構成する半導体層の光放射側最外層表面または該光放射
側最外層上に形成された無機光透過性層表面にナノメー
トルサイズの凹凸構造を形成することにより、発光素子
等の発光効率特性を改善するものである。本発明は、ま
た、このような高発光効率の素子の製造を、安い製造コ
ストで、且つ高い生産性をもって実現するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to the outermost surface of the light emitting side of the semiconductor layer constituting the light emitting device or the surface of the inorganic light transmitting layer formed on the outermost layer of the light emitting side to have a nanometer size. By forming the concavo-convex structure, the light emitting efficiency characteristics of the light emitting element and the like are improved. The present invention also realizes the production of such a device having high luminous efficiency at a low production cost and high productivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の本発明は、発光素
子を構成する半導体層の光放射側最外層表面または該光
放射側最外層上に形成された無機光透過性層表面に微細
な凹凸が施された素子であり、該表面が下記の2条件を
備えた表面性を有することを特徴とする発光素子であ
る。 (1)凹凸の凸部の平均回転半径〈R〉(ただし、
〈R〉=ΣR/ΣRn 、nは任意の回転半径
を有する凸部の個数)は、光波長の1/20以上1/2
以下で、かつ、その回転半径の分散度σ(ただし、σ
=〈R〉/(ΣRn /Σn)、nは任意の回転
半径を有する凸部の個数)が、1.05以上2以下であ
ること。 (2)凹凸の凸部の平均高さ〈H〉(ただし、〈H〉=
ΣH/ΣHn、nは任意の高さ有する凸部の
個数)は、光波長の1/10以上1以下で、その高さの
分散度σ(ただし、σ=〈H〉/(ΣHn/Σn
)、nは任意の高さ有する凸部の個数)が、1.0
5以上2以下であること。
A first aspect of the present invention is a luminescent element.
Surface of the outermost layer on the light emitting side of the semiconductor layer constituting the child or the light
Fine on the surface of the inorganic light-transmitting layer formed on the outermost layer on the radiation side.
Is an element with various irregularities, and the surface has the following two conditions.
A light emitting element having a surface property provided
It (1) Average turning radius <R> (where
<R> = ΣRTwonR/ ΣRn R, NRIs an arbitrary turning radius
Is 1/20 or more and 1/2 of the light wavelength.
Below, and the degree of dispersion σ of the radius of gyrationR(However, σ
R= <R> / (ΣRn R/ ΣnR), NRIs any rotation
The number of convex portions having a radius) is 1.05 or more and 2 or less.
To do. (2) Average height of convex and concave portions <H> (where <H> =
ΣHTwonH/ ΣHnH, NRIs a convex part with an arbitrary height
The number is 1/10 or more and 1 or less of the light wavelength, and
Dispersion σH(However, σH= <H> / (ΣHnH/ Σn
H), NRIs the number of convex portions having an arbitrary height) is 1.0
Must be 5 or more and 2 or less.

【0008】第2の本発明は、ブロックコポリマーまた
はグラフトコポリマーを含有する樹脂であって、ミクロ
相分離構造を自己組織的に形成する樹脂組成物を用いて
発光素子の表面に薄膜を形成し、表面に形成された該薄
膜のミクロ相分離構造の少なくとも一方の相を選択的に
除去して、残りをエッチングマスクとして用いて該発光
素子の表面をエッチングすることを特徴とする発光素子
の製造方法である。
A second aspect of the present invention is a resin containing a block copolymer or a graft copolymer, which is used to form a thin film on the surface of a light emitting device by using a resin composition which self-assembles a microphase-separated structure. A method for manufacturing a light emitting device, characterized in that at least one phase of the microphase-separated structure of the thin film formed on the surface is selectively removed, and the surface of the light emitting device is etched by using the rest as an etching mask. Is.

【0009】前記第2の本発明において、前記ブロック
コポリマーまたはグラフトコポリマーの数平均分子量
が、10万以上1000万以下であることが望ましい。
また、前記第2の本発明において、前記樹脂組成物が、
前記ブロックコポリマーまたは前記グラフトコポリマー
に、これらのコポリマーを構成するモノマーを重合した
低分子量ホモポリマーを添加したものであることが望ま
しい。さらに、ドライエッチングのみで必要な凹凸を作
成するためには、前記ブロックコポリマーまたはグラフ
トコポリマーを構成する複数のポリマー鎖のうち少なく
とも2種のポリマー鎖について、各ポリマー鎖を構成す
るモノマー単位のN/(N−N)の比が1.4以上
である(ただし、Nはモノマー単位の総原子数、N
モノマー単位の炭素原子数、Nはモノマー単位の酸素
原子数)ことが望ましい。
In the second aspect of the present invention, the block copolymer or graft copolymer preferably has a number average molecular weight of 100,000 or more and 10,000,000 or less.
Moreover, in the said 2nd this invention, the said resin composition is,
It is desirable that a low molecular weight homopolymer obtained by polymerizing the monomers constituting the copolymer is added to the block copolymer or the graft copolymer. Furthermore, in order to create the necessary unevenness only by dry etching, at least two kinds of polymer chains among the plurality of polymer chains forming the block copolymer or the graft copolymer should have N / N of monomer units forming each polymer chain. is the ratio of (N C -N O) is 1.4 or more (where, N is the total number of atoms in the monomer units, N C is the number of carbon atoms of the monomer units, N O is number of oxygen atoms in the monomer units) is desirable.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に本発明の原理について説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The principle of the present invention will be described below.

【0011】本発明では発光素子の光取り出し効率を高
めるため、発光素子の表面構造を検討した結果、次のよ
うな構造が最適であることが判明し本発明を完成するに
至ったものである。すなわち、本発明の発光素子は、発
光素子を構成する半導体層の光放射側最外層表面または
該光放射側最外層上に形成された無機光透過性層表面に
微細な凹凸が施された素子であり、該表面に以下のよう
な2つの条件を満たす形状をもつ発光素子である。すな
わち、凹凸の凸部の平均回転半径〈R〉(ここで、
〈R〉は、〈R〉=ΣR/ΣRn、nは任意
の回転半径を有する凸部の個数で定義される)は光波長
の1/20より大きく、かつ、1/2より小さく、また
凸部の回転半径の分散度σ(ここで、σは、σ
〈R〉/(ΣRn/Σn)、nは任意の回転半径
を有する凸部の個数で定義される)は、1.05以上2
以下である。
In the present invention, as a result of studying the surface structure of the light emitting device in order to improve the light extraction efficiency of the light emitting device, the following structure was found to be optimum, and the present invention was completed. . That is, the light emitting device of the present invention is a device in which fine unevenness is applied to the light emitting side outermost layer surface of the semiconductor layer constituting the light emitting device or the inorganic light transmitting layer surface formed on the light emitting side outermost layer. And the surface has a shape satisfying the following two conditions. That is, the average turning radius <R> (where,
<R> is defined as <R> = ΣR 2 n R / ΣRn R , where n R is defined by the number of convex portions having an arbitrary radius of gyration) is greater than 1/20 of the light wavelength and 1/2 Smaller and the degree of dispersion of the radius of gyration of the convex portion σ R (where σ R is σ R =
<R> / (ΣRn R / Σn R), n R is defined by the number of protrusions having any rotation radius) is 1.05 or more 2
It is the following.

【0012】なお、本発明においては、光として可視光
のみならず、紫外光についても、適用することができ
る。従って、上記光波長としては、300nm以上80
0nm以下の範囲とすることが適切であり、上記平均回
転半径の範囲は、15nm以上400nm以下の範囲と
なる。また、凹凸の凸部の平均高さ〈H〉(ここで、
〈H〉は、〈H〉=ΣH/ΣHn、nは任意
の高さ有する凸部の個数で定義される)は光波長の1/
10より大きく、1より小さく、また凸部の高さの分散
度σ(ここで、σは、σ=〈H〉/(ΣHn
Σn)、nは任意の高さ有する凸部の個数で定義さ
れる)は、1.05以上2以下である。
In the present invention, not only visible light but also ultraviolet light can be applied as light. Therefore, the light wavelength is 300 nm or more and 80
It is appropriate that the range is 0 nm or less, and the range of the average radius of gyration is a range of 15 nm or more and 400 nm or less. Also, the average height <H> (where,
<H> is defined as <H> = ΣH 2 n H / ΣHn H , and n R is defined by the number of convex portions having an arbitrary height.
Greater than 10 and less than 1, and the degree of dispersion of the height of the convex portion σ H (where σ H is σ H = <H> / (ΣHn H /
Σn H ), n R is defined by the number of convex portions having an arbitrary height) is 1.05 or more and 2 or less.

【0013】上記本発明において、微細な凹凸を施す表
面を発光素子を構成する半導体層の光放射側最外層表面
としたのは、発光素子からの光放射を効率的に外部に取
り出すためには、光伝達経路を構成する複数の物質の接
合界面において屈折率が大きく異なっている(例えば
1.5以上異なっている)界面で、光の伝達損失が大き
くなるため、その界面を構成する表面に微細な凹凸を設
けるものである。この界面としては、発光素子を構成す
る半導体層と空気層との界面、あるいは、発光素子を保
護するためのプラスチックなどの保護膜を形成している
場合には、半導体層と保護膜との界面などが挙げられ
る。
In the present invention, the surface on which fine irregularities are formed is the outermost surface of the semiconductor layer constituting the light emitting element on the light emitting side in order to efficiently take out the light emitting from the light emitting element to the outside. , The interface where the refractive index is greatly different (for example, different by 1.5 or more) at the joint interface of a plurality of substances that form the light transmission path, the light transmission loss becomes large, so It is to provide fine irregularities. The interface is the interface between the semiconductor layer forming the light emitting element and the air layer, or the interface between the semiconductor layer and the protective film when a protective film such as plastic for protecting the light emitting element is formed. And so on.

【0014】本発明は光の取り出し効率の向上を意図し
たものであり、その表面構造を定義するには、光が反応
する大きさをパラメータとして取り扱う必要がある。こ
の目的には、構造体の回転半径が最適であり、表面凹凸
の形状を構造物の回転半径で規定することによって、光
の取り出し効率を最も適切に表現できることに想到した
ものである。すなわち、本発明の表面構造体の凸部の半
径を回転半径で定義する。そして、種々の異なる形状
も、回転半径が等しければ、本発明の作用が等しくな
る。回転半径の定義は、理化学辞典第5版(岩波書店)
に記載がある。
The present invention is intended to improve the light extraction efficiency, and in order to define the surface structure, it is necessary to treat the magnitude of light reaction as a parameter. For this purpose, it is conceived that the radius of gyration of the structure is optimum, and that the light extraction efficiency can be most appropriately expressed by defining the shape of the surface irregularities by the radius of gyration of the structure. That is, the radius of the convex portion of the surface structure of the present invention is defined by the radius of gyration. And, even if various different shapes have the same radius of gyration, the operation of the present invention becomes equal. The radius of gyration is defined by RIKEN 5th edition (Iwanami Shoten).
There is a description in.

【0015】本発明において、凸部の回転半径は次のよ
うに定義される。すなわち、凹凸のある面に対して、一
番高い凸部の頂点から凹部の低い部分を円周状に囲んで
いく。具体的には、分子間力顕微鏡で得られた凹凸像よ
り、凸部の頂点を中心に凹部の部分を線引きしていく。
この部分を画像処理し、さらに重心を割り出す。重心か
ら凹部までの距離を換算し、モーメントをとり計算した
ものが回転半径であり、Rと定義する。これらの構造物
の回転半径は、公知の光散乱法によって求めることがで
きる。すなわち、散乱ベクトルをqとして、散乱光強度
I(q)を測定し、これをlnI(q)をqに対して
プロットすると、その傾きから回転半径を求めることが
できる(Guinierプロット:参考資料「ポリマー
アロイ」高分子学会編東京化学同人 1981年 73
ページ参照)。また、この散乱像はフーリエ空間の相関
を測定しているのであるから、電子顕微鏡画像のフーリ
エ変換によっても同様に回転半径を得ることができる
(参考資料:理化学辞典第5版(岩波書店)参照)。
In the present invention, the radius of gyration of the convex portion is defined as follows. That is, with respect to the uneven surface, the highest convex portion is surrounded by the lowest concave portion in a circular shape. Specifically, the concave portion is drawn around the apex of the convex portion from the concave-convex image obtained by the intermolecular force microscope.
Image processing is performed on this portion to determine the center of gravity. The radius of gyration is calculated by calculating the moment by converting the distance from the center of gravity to the concave portion, which is defined as R. The radius of gyration of these structures can be determined by a known light scattering method. That is, if the scattered vector is q, the scattered light intensity I (q) is measured, and if lnI (q) is plotted against q 2 , the radius of gyration can be obtained from the inclination (Guinier plot: reference material). "Polymer Alloy" edited by The Polymer Society of Tokyo, Tokyo Kagaku Dojin, 1981 73
See page). In addition, since this scattered image measures the correlation in Fourier space, the radius of gyration can be obtained by the Fourier transform of the electron microscope image as well (see Reference: Rikagaku Dictionary 5th Edition (Iwanami Shoten)). ).

【0016】光の散乱を生じる表面構造において、表面
構造体の大きさが大きい物ほど光に対して影響が大き
く、その効果は大きさの2乗に比例する。そのため、平
均回転半径〈R〉は、発光素子の発光光の波長の1/2
0の以上であることが好ましい。平均回転半径〈R〉
が、これより小さいとレイリー散乱領域を外れてしま
い、凹凸の効果が急速に失われてしまう。より好ましい
範囲は、光の波長の1/10程度以上であることが望ま
しい。また、平均回転半径〈R〉が大きく光の波長レベ
ルの1/2程度、つまり光と同等になると、光が凹凸そ
のものの形を認識するようになるため、屈折率勾配(グ
ラジュエントインデックス)の効果が失われてしまい好
ましくない。さらに、平均回転半径〈R〉は、光が凹凸
の形を全く認識しない大きさである光の波長の1/4程
度以下が望ましい。
In the surface structure that causes light scattering, the larger the size of the surface structure, the greater the influence on light, and the effect is proportional to the square of the size. Therefore, the average radius of gyration <R> is 1/2 of the wavelength of the light emitted from the light emitting element.
It is preferably 0 or more. Average turning radius <R>
However, if it is smaller than this, it goes out of the Rayleigh scattering region, and the effect of the unevenness is rapidly lost. A more preferable range is about 1/10 or more of the wavelength of light. In addition, when the average radius of gyration <R> is large and is about 1/2 of the wavelength level of light, that is, when it becomes equivalent to light, the light comes to recognize the shape of the unevenness itself, and therefore the refractive index gradient (gradient index). The effect of is lost, which is not preferable. Further, the average radius of gyration <R> is preferably about 1/4 or less of the wavelength of the light, which is a size at which the light does not recognize the shape of the unevenness.

【0017】また、本発明の発光素子表面には種々の大
きさの凹凸が存在することを特徴とする。すなわち、本
発明の発光素子の表面は、凹凸の大きさが完全に揃って
いない方が都合が好ましい。その理由は次の通りであ
る。すなわち、物体表面の凹凸構造の特定の大きさで
は、光が特定の散乱角を持って散乱することが知られて
いる。この時の散乱光強度の角度依存性は、次のBes
sel関数で記述される。 Φ(u)=(3/u)[sin(u)−ucos
(u)] そして、集合体からの散乱光は、これらの和であるか
ら、特定の大きさに揃った構造からは、特定の角度に散
乱が現れる結果になる。この時、構造体の大きさにある
程度の分布があると、これらの散乱に分布関数がたたみ
込み(コンボルーション:理化学辞典 岩波書店参照)
されるため、特定の角度に散乱が現れることがなくな
る。これは見方を変えれば、表面界面での反射等の光の
波長依存性がなくなることでもある。このような本発明
の効果が得られる表面の構造を得るための条件として
は、σ =〈R〉/(ΣRn/Σn)で定義される
分散度に依存する。ここで、n はRの大きさを持つ構
造の個数である。この分散度が、1.05以上である
と、先のベッセル関数とのコンボリューションを行なっ
た場合、散乱角に対して散乱光の谷の部分がなくなり、
適切であることがわかった。しかしながら、この値が2
を越えてくるとランダムな構造となってしまい、反射防
止能が著しく低下することがわかった。
Further, various kinds of large particles are formed on the surface of the light emitting device of the present invention.
It is characterized by the presence of unevenness in the texture. I.e. the book
The surface of the light-emitting device of the invention has a completely uniform size of irregularities.
It is convenient not to do so. The reason is as follows
It That is, with a certain size of the uneven structure of the object surface
Is known to scatter light with a certain scattering angle
There is. The angle dependence of the scattered light intensity at this time is
It is described by the sel function. Φ (u) = (3 / uThree) [Sin (u) -ucos
(U)] And is the scattered light from the aggregate the sum of these?
Therefore, from the structure that is aligned in a specific size, it can be scattered at a specific angle.
The result is a disturbance. At this time, depending on the size of the structure
Given the degree of distribution, the distribution function folds into these scatters.
Included (Convolution: see Iwanami Shoten, the dictionary of science and chemistry)
Therefore, scattering does not appear at a specific angle.
It From a different point of view, this is due to the reflection of light at the surface interface.
It also means that there is no wavelength dependence. The present invention as described above
As a condition for obtaining the structure of the surface where the effect of
Is σ R= <R> / (ΣRnR/ ΣnR) Defined by
Depends on the degree of dispersion. Where n RHas a size of R
It is the number of structures. This dispersity is 1.05 or more
And convolve with the above Bessel function
If there are no scattered light valleys for the scattering angle,
Turned out to be appropriate. However, this value is 2
When it crosses over, it becomes a random structure,
It was found that the stopping power was significantly reduced.

【0018】また、高さに関しても同様の議論が当ては
まる。本発明の構造の大きさは光の波長より小さいた
め、光は個々の凹凸ではなく、平均値を感じることにな
る。このため、屈折率の高い発光層と屈折率の低い媒体
が存在するとき、光が感じる屈折率は凹凸がある発光面
に対して平行の面での屈折率の平均値となる。この屈折
率の平均値が発光層から滑らかに減少し、外部に達する
のが望ましい。このような屈折率のグラジュエントを得
るには、凹凸の上下の面すなわち高さが綺麗に揃ってい
るより、ある程度のばらつきがあるほうが望ましい。こ
のように発光素子表面の構造としては、凹凸の凸部の平
均高さ〈H〉(ここで、〈H〉=ΣH /ΣH
)は、光波長の1/10より大きく、1より小さ
く、その高さの分散度σH(ここで、σ=〈H〉/
(ΣHn/Σn))は、1.05以上2以下である
ことが必要である。また、屈折率のグラジュエントを付
けるためには、凹凸の形は円錐形に近い方が望ましい。
平均の高さを2乗平均で規定するのは、光が大きい構造
に反応するため重み付けをした結果である。平均高さ
〈H〉は光の波長の1/10の以上が良い。これより小
さいと、屈折率が非常に短い距離で変化することにな
り、グラジュエントインデックスとして効果がなくなっ
てしまうこれは前述の回転半径と同じ原理であり、凹凸
の効果が急速になくなってしまう。凹凸の効果は凹凸の
大きさの2乗で効くため、本発明の効果を保つには平均
高さは、光の波長の1/5程度以上であることが望まし
い。一方、平均高さが余り高いと、屈折率勾配(グラジ
ュエントインデックス)の効果がなくなってしまう。そ
のため、平均高さは、光が凹凸の形を全く認識しない高
さである光の波長の1/2以下程度がのぞましい。
The same argument applies to the height.
Maru The size of the structure of the present invention is smaller than the wavelength of light.
Therefore, the light does not feel the individual irregularities, but the average value.
It Therefore, the light emitting layer having a high refractive index and the medium having a low refractive index
When there is, the refractive index that light feels is uneven
Is the average value of the refractive index on a plane parallel to. This refraction
The average value of the rate decreases smoothly from the light emitting layer and reaches the outside
Is desirable. To obtain a gradient of such a refractive index
The top and bottom surfaces of the unevenness, that is, the height is
It is desirable to have some variation rather than This
As the structure of the light emitting element surface,
Uniform height <H> (where <H> = ΣHTwon H/ ΣH
nH) Is larger than 1/10 of the light wavelength and smaller than 1.
The degree of dispersion σH (where σH= <H> /
(ΣHnH/ ΣnH)) Is 1.05 or more and 2 or less
It is necessary. Also, add a gradient of refractive index
In order to remove the unevenness, it is desirable that the shape of the unevenness is close to a conical shape.
The average height is defined by the root mean square structure.
Is the result of weighting to react to. Average height
<H> is preferably 1/10 or more of the wavelength of light. Less than this
Otherwise, the refractive index will change over a very short distance.
Is no longer effective as a gradient index
This is the same principle as the above-mentioned turning radius,
The effect of disappears rapidly. The effect of unevenness is
Since it works with the square of the size, the average value is required to keep the effect of the present invention.
The height should be about 1/5 of the wavelength of light or more.
Yes. On the other hand, if the average height is too high, the refractive index gradient (gradient
The effect of the Student Index) disappears. So
Therefore, the average height is the height at which the light does not recognize the uneven shape.
The desired wavelength is about 1/2 or less of the wavelength of light.

【0019】このように、必要な凹凸パターンの大きさ
が光の波長以下であり、ある程度の不規則性を有しつつ
完全にランダムであってはならないような微細な凹凸構
造を、人為的にかつ経済的に形成することは、極めて困
難である。このような点を鑑みて検討した結果、自然界
に存在する自己組織化力を利用することによって実現で
きることが判明した。このような自然界の自己組織力を
実現するには、本発明者らが開発したブロックコポリマ
ーを用いる方法により容易に達成できることに着目して
本発明の発光素子の製造方法を完成したものである(特
開2000−100419号公報参照)。このように、
ブロックコポリマーの自己組織化パターンを利用する
と、エキシマレーザーを用いた露光装置や電子線描画装
置など大きな設備投資が必要でなく、化合物半導体で用
いられている装置とプロセスがそのまま使えるため、適
応が容易である。
As described above, a fine uneven structure in which the size of the required uneven pattern is not more than the wavelength of light and which must not be completely random while having some irregularity is artificially formed. And it is extremely difficult to form economically. As a result of studying in consideration of such a point, it was found that it can be realized by utilizing the self-organizing force existing in nature. In order to realize such a self-organizing force in the natural world, we have completed the method for producing a light-emitting device of the present invention, focusing on the fact that the method using a block copolymer developed by the present inventors can be easily achieved ( See JP-A-2000-100419). in this way,
The use of the self-assembly pattern of block copolymers makes it easy to adapt because it does not require a large capital investment such as exposure equipment using an excimer laser or electron beam lithography equipment, and the equipment and processes used for compound semiconductors can be used as they are. Is.

【0020】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0021】[発光素子]本発明の発光素子は、発光ダ
イオード(LED)や、半導体レーザ(LD)などの半
導体発光素子である。この発光素子の1例を図1に示
す。図中10は、n型のGaP基板であり、この基板1
0上にn型InAlPクラッド層11、InGaP活性
層12、p型InAlPクラッド層13などを含むヘテ
ロ構造部14が形成され、その上にp型のGaP電流拡
散層15が形成されている。電流拡散層15上の一部に
はp側電極(上部電極)16が形成され、基板10の裏
面側にはn側電極(下部電極)17が形成されている。
そして活性層12における発光光は、電流拡散層15の
電極16を形成していない面から取り出すようになって
いる。ここまでの基本構成は従来素子と実質的に同じで
あるが、これに加えて本実施の形態では、電流拡散層1
5の電極16を形成していない露出表面に微小凹凸18
が形成されている。そしてこの表面の凹凸構造が前述の
平均回転半径、および平均高さを有する表面となってい
る。電流拡散層15の電極16を形成していない露出表
面にさらに電流拡散層と屈折率が同等の無機光透過性層
(図示せず)を形成して、この無機光透過性層表面に微
小凹凸が形成されていてもよい。工程の簡便さや光取り
出し効率の高さから、電流拡散層15の電極16を形成
していない露出表面に直接、微小凹凸を形成したほうが
よい。
[Light Emitting Element] The light emitting element of the present invention is a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser (LD). An example of this light emitting element is shown in FIG. In the figure, 10 is an n-type GaP substrate, and this substrate 1
0, a heterostructure portion 14 including an n-type InAlP clad layer 11, an InGaP active layer 12, a p-type InAlP clad layer 13 and the like is formed, and a p-type GaP current diffusion layer 15 is formed thereon. A p-side electrode (upper electrode) 16 is formed on a part of the current diffusion layer 15, and an n-side electrode (lower electrode) 17 is formed on the back surface side of the substrate 10.
The emitted light in the active layer 12 is taken out from the surface of the current diffusion layer 15 on which the electrode 16 is not formed. The basic structure up to this point is substantially the same as that of the conventional element, but in addition to this, in the present embodiment, the current spreading layer 1
No. 5 electrode 16 is not formed on the exposed surface
Are formed. The uneven structure of this surface is a surface having the above-mentioned average radius of gyration and average height. An inorganic light transmitting layer (not shown) having a refractive index equal to that of the current diffusing layer is further formed on the exposed surface of the current diffusing layer 15 on which the electrode 16 is not formed, and fine irregularities are formed on the surface of the inorganic light transmitting layer. May be formed. It is better to form the fine irregularities directly on the exposed surface of the current diffusion layer 15 on which the electrode 16 is not formed, because of the simplicity of the process and the high light extraction efficiency.

【0022】[発光素子の製造方法]次にこのような発
光素子の製造方法について説明する。まず、図2(1)
に示すようにn−GaP基板上10に、ヘテロ構造部1
4と電流拡散層15をエピタキシャル成長させ、電流拡
散層15上の一部にp側電極16を形成し、基板10の
裏面側にn側電極17を形成するこれまでの工程は、従
来方法と基本的に同様である。次いで、図2(1)に示
す基板に対し、図2(2)に示すように、ミクロ相分離
構造組成物であるブロックコポリマーを溶剤に溶解した
溶液をスピンコートで塗布した後、プリべークして溶剤
を気化することにより、マスク材料層21を形成する。
続いて窒素雰囲気中でアニールを行い、ブロックコポリ
マーの相分離を行なう。次いで、相分離したブロックコ
ポリマー付き基板をエッチングガス流通下でRIEする
ことにより相分離した膜のブロックコポリマーをエッチ
ングする。この時、ブロックコポリマーを構成する複数
のポリマーフラグメントのエッチング速度の差によりい
ずれかのポリマーフラグメントの相が選択的にエッチン
グされるため、図2(3)に示すように、パターン22
が残る。次いで、図2(4)に示すように、エッチング
除去されずに残ったポリマーフラグメントのパターン2
2をマスクにして、所要のエッチングガスによりRIE
すると、電流拡散層15の表面に微細な凹凸パターン1
8が形成される。使用するガスは、Clのみではな
く、BCl、NあるいはArガスを添加してもエッ
チングできる。この後、Oアッシャーにより残ったポ
リマーフラグメントを除去することにより前記図1に示
す構造が得られる(図2(5))。
[Method for Manufacturing Light-Emitting Element] Next, a method for manufacturing such a light-emitting element will be described. First, Fig. 2 (1)
As shown in FIG. 1, the hetero structure 1 is formed on the n-GaP substrate 10.
4 and the current diffusion layer 15 are epitaxially grown, the p-side electrode 16 is formed on a part of the current diffusion layer 15, and the n-side electrode 17 is formed on the back surface side of the substrate 10. Is the same. Then, as shown in FIG. 2 (2), a solution of a block copolymer, which is a microphase-separated structure composition, dissolved in a solvent is spin-coated on the substrate shown in FIG. Then, the mask material layer 21 is formed by evaporating the solvent.
Then, annealing is performed in a nitrogen atmosphere to perform phase separation of the block copolymer. Then, the block-copolymer of the phase-separated film is etched by performing RIE on the phase-separated substrate with the block copolymer, under an etching gas flow. At this time, the phase of any one of the polymer fragments is selectively etched due to the difference in the etching rate of the plurality of polymer fragments forming the block copolymer. Therefore, as shown in FIG.
Remains. Then, as shown in FIG. 2 (4), the pattern 2 of the polymer fragment left without being removed by etching.
RIE with 2 as a mask and the required etching gas
Then, the fine concavo-convex pattern 1 is formed on the surface of the current diffusion layer 15.
8 is formed. Not only Cl 2 but also BCl 3 , N 2 or Ar gas is used as the gas to be used for etching. After that, the remaining polymer fragment is removed by an O 2 asher to obtain the structure shown in FIG. 1 (FIG. 2 (5)).

【0023】[ミクロ相分離構造形成性樹脂組成物]上
述したように、本発明では、ブロックコポリマーまたは
グラフトコポリマーの薄膜を形成してミクロ相分離(ブ
ロックコポリマーの分子内での相分離)させた後、1つ
のポリマー相を選択的に除去し、これによりナノメート
ルサイズのパターンを有する多孔質膜を形成する。得ら
れた多孔質膜は下地をエッチングしてパターンを転写す
るためのマスクとして用いることができる。本発明にお
いて、ミクロ相分離構造から1つのポリマー相を選択的
に除去するには、2つのポリマー相の間での、ドライエ
ッチング速度の差、エネルギー線に対する分解性の差、
または熱分解性の差を利用する。いずれの方法でも、リ
ソグラフィー技術を用いる必要がないので、スループッ
トが高く、コストを低減することができる。
[Micro-Phase Separation Structure-Forming Resin Composition] As described above, in the present invention, a thin film of a block copolymer or a graft copolymer is formed for micro phase separation (phase separation within the molecule of the block copolymer). Thereafter, one polymer phase is selectively removed, thereby forming a porous film having a nanometer-sized pattern. The obtained porous film can be used as a mask for etching the base and transferring the pattern. In the present invention, in order to selectively remove one polymer phase from the microphase-separated structure, a difference in dry etching rate between the two polymer phases and a difference in decomposability with respect to energy rays,
Alternatively, the difference in thermal decomposability is used. In either method, since it is not necessary to use a lithography technique, the throughput is high and the cost can be reduced.

【0024】まず、ブロックコポリマーまたはグラフト
コポリマーについて説明する。ブロックコポリマーと
は、複数のホモポリマー鎖がブロックとして結合した直
鎖コポリマーをいう。ブロックコポリマーの代表例は、
繰り返し単位Aを有するAポリマー鎖と繰り返し単位B
を有するBポリマー鎖とが末端どうしで結合した、−
(AA・・AA)−(BB・・BB)−という構造を持
つA−B型ジブロックコポリマーである。3種以上のポ
リマー鎖が結合したブロックコポリマーを用いてもよ
い。トリブロックコポリマーの場合、A−B−A型、B
−A−B型、A−B−C型のいずれでもよい。1種また
は複数種のポリマー鎖が中心から放射状に延びたスター
型のブロックコポリマーを用いてもよい。ブロックが4
つ以上の(A−B)n型または(A−B−A)n型など
のブロックコポリマーを用いてもよい。グラフトコポリ
マーは、あるポリマーの主鎖に、他のポリマー鎖が側鎖
としてぶら下がった構造を有する。グラフトコポリマー
では、側鎖に数種類のポリマーをぶら下げることができ
る。また、A−B型、A−B−A型、B−A−B型など
のブロックコポリマーにCポリマー鎖がぶら下がったよ
うなブロックコポリマーとグラフトコポリマーの組み合
わせでもよい。
First, the block copolymer or graft copolymer will be described. The block copolymer refers to a linear copolymer in which a plurality of homopolymer chains are linked as a block. Typical examples of block copolymers are
A polymer chain having repeating unit A and repeating unit B
A B polymer chain having a
It is an AB type diblock copolymer having a structure of (AA ... AA)-(BB ... BB)-. A block copolymer in which three or more types of polymer chains are bonded may be used. In the case of triblock copolymer, ABA type, B
Any of -AB type and ABC type may be used. A star-type block copolymer in which one or more polymer chains extend radially from the center may be used. 4 blocks
One or more block copolymers such as (AB) n type or (ABA) n type may be used. The graft copolymer has a structure in which a polymer main chain hangs from another polymer chain as a side chain. In the graft copolymer, several kinds of polymers can be hung on the side chain. Further, a combination of a block copolymer and a graft copolymer in which a C polymer chain is hung in an AB type, ABA type, BAB type block copolymer or the like may be used.

【0025】ブロックコポリマーは、グラフトコポリマ
ーと比較して、分子量分布の狭いポリマーを得やすく、
組成比も制御しやすいので好ましい。なお、以下におい
てはブロックコポリマーについて説明することが多い
が、ブロックコポリマーに関する記載はそのままグラフ
トコポリマーにも適用できる。ブロックコポリマーやグ
ラフトコポリマーは種々の重合法で合成できる。最も好
ましい方法はリビング重合法である。リビングアニオン
重合法またはリビングカチオン重合法では、1種のモノ
マーをアニオンまたはカチオンを生成する重合開始剤に
より重合を開始させ、他のモノマーを逐次的に添加する
ことによりブロックコポリマーを合成することができ
る。モノマーとしては、例えばビニル化合物やブタジエ
ンなどの二重結合を有するモノマー、エチレンオキシド
などの環状エーテルモノマー、または環状オリゴシロキ
サンモノマーなどが用いられる。リビングラジカル重合
法を用いることもできる。リビング重合法では、分子量
やコポリマー比を精密に制御することができ、分子量分
布の狭いブロックコポリマーを合成することができる。
リビング重合法を用いる際には、溶媒を金属ナトリウム
などの乾燥剤で十分乾燥し、凍結乾燥や不活性ガスなど
のバブリングなどの方法により酸素の混入を防止するこ
とが好ましい。重合反応は、不活性ガス気流下におい
て、好ましくは2気圧以上の加圧条件下で行うことが好
ましい。加圧条件は、反応容器外からの水分や酸素など
の混入を効果的に防止することができ、かつ反応プロセ
スを比較的低コストで実施できるので好ましい。
The block copolymer is easy to obtain a polymer having a narrow molecular weight distribution as compared with the graft copolymer,
It is preferable because the composition ratio can be easily controlled. In addition, although the block copolymer is often described below, the description about the block copolymer can be applied to the graft copolymer as it is. Block copolymers and graft copolymers can be synthesized by various polymerization methods. The most preferred method is the living polymerization method. In the living anionic polymerization method or the living cationic polymerization method, a block copolymer can be synthesized by initiating polymerization of one type of monomer with a polymerization initiator that generates an anion or cation and sequentially adding other monomers. . As the monomer, for example, a monomer having a double bond such as a vinyl compound or butadiene, a cyclic ether monomer such as ethylene oxide, or a cyclic oligosiloxane monomer is used. A living radical polymerization method can also be used. In the living polymerization method, the molecular weight and the copolymer ratio can be precisely controlled, and a block copolymer having a narrow molecular weight distribution can be synthesized.
When the living polymerization method is used, it is preferable to sufficiently dry the solvent with a desiccant such as sodium metal and to prevent oxygen contamination by a method such as freeze-drying or bubbling with an inert gas. The polymerization reaction is preferably carried out under an inert gas stream, preferably under a pressurized condition of 2 atm or more. The pressurizing condition is preferable because it is possible to effectively prevent mixing of water and oxygen from the outside of the reaction vessel and to carry out the reaction process at a relatively low cost.

【0026】ポリマー鎖どうしを接続する化学的な結合
は、結合強度の面から共有結合が好ましく、特に炭素−
炭素結合または炭素−ケイ素結合であることがより好ま
しい。ブロックコポリマーやグラフトコポリマーの合成
方法は一般的なラジカル重合法に比べて装置やスキルが
必要なため、主に研究室レベルで用いられており、コス
ト面から工業的な応用はごく限られている。しかし、電
子産業のように付加価値の高い製品を製造する分野で
は、ブロックコポリマーやグラフトコポリマーを用いて
も十分な費用対効果が得られる。
The chemical bond connecting the polymer chains is preferably a covalent bond from the viewpoint of bond strength, particularly carbon-
More preferably, it is a carbon bond or a carbon-silicon bond. Block copolymers and graft copolymers are mainly used at the laboratory level because they require more equipment and skills than general radical polymerization methods, and their industrial application is very limited in terms of cost. .. However, in the field of manufacturing high value-added products such as the electronics industry, even block copolymers and graft copolymers can be sufficiently cost-effective.

【0027】フローリー−ハギンス(Flory−Ha
ggins)の理論によれば、一般的にAポリマーおよ
びBポリマーが相分離するには混合の自由エネルギーΔ
Gが正にならなければならない。AポリマーとBポリマ
ーとが相溶しにくく、2つのポリマー鎖の斥力が強いと
相分離を起こしやすい。また、ブロックコポリマーの重
合度が大きいほどミクロ相分離を起こしやすので、分子
量には下限値がある。ただし、相分離構造を形成する各
相のポリマーは、必ずしも相互に非相溶である必要はな
い。これらのポリマーの前駆体ポリマーが相互に非相溶
であれば、ミクロ相分離構造を形成することができる。
前駆体ポリマーを用いて相分離構造を形成した後に、加
熱、光照射、触媒添加などにより反応させて目的のポリ
マーに変換することができる。この際、反応条件を適切
に選択すれば、前駆体ポリマーによって形成された相分
離構造が破壊されることはない。AポリマーおよびBポ
リマーの組成比が50:50のときに最も相分離が起こ
りやすい。これは、最も形成しやすいミクロ相分離構造
がラメラ構造であることを意味する。逆に、一方のポリ
マーの組成を非常に高くして、他方のポリマーからなる
小さい島を含む海島構造を形成することは困難な場合が
ある。したがって、所望のミクロ相分離構造を得るため
には、ブロックコポリマーの分子量が重要な要因とな
る。
Flory-Haggins
According to the theory of Ggins), generally, the free energy Δ of mixing is required for phase separation of A polymer and B polymer.
G must be positive. It is difficult for the A polymer and the B polymer to be compatible with each other, and when the repulsive force between the two polymer chains is strong, phase separation is likely to occur. Further, since the larger the degree of polymerization of the block copolymer is, the more easily microphase separation occurs, the molecular weight has a lower limit value. However, the polymers of each phase forming the phase-separated structure do not necessarily have to be mutually incompatible. If the precursor polymers of these polymers are incompatible with each other, a microphase-separated structure can be formed.
After forming a phase-separated structure using a precursor polymer, it can be converted into a target polymer by reacting by heating, light irradiation, catalyst addition, or the like. At this time, if the reaction conditions are appropriately selected, the phase-separated structure formed by the precursor polymer is not destroyed. Phase separation is most likely to occur when the composition ratio of the A polymer and the B polymer is 50:50. This means that the microphase-separated structure that is most easily formed is the lamella structure. Conversely, it may be difficult to make the composition of one polymer very high to form a sea-island structure containing small islands of the other polymer. Therefore, the molecular weight of the block copolymer is an important factor in obtaining the desired microphase-separated structure.

【0028】本発明ではナノメートルサイズの構造の大
きさをパターニングするために、通常のブロックポリマ
ーより大きな分子量のものを用いる。このため必要な分
子量は、数平均分子量が10万以上1000万以下であ
る。これはすなわち、請求項3のブロックコポリマーま
たはグラフトコポリマーの数平均分子量が10万以上1
000万以下であることを特徴とするブロックコポリマ
ーまたはグラフトコポリマーを用いることを特徴とする
製造方法のことである。このとき、分子量が10万を下
回ると、本発明の方法で必要とする大きさに十分達しな
い。また、1000万より大きいと粘度などが非常に高
く、自己組織的に構造を形成することが不可能になる。
このため所望のパターンを得ることができない。本発明
では自己組織化パターンを得た後、エッチングを用いて
基板を加工する。自己組織化パターンは基板に対して水
平方向の大きさより、垂直方向が大きいパターンを得る
のは難しいため、分子量が小さく自己組織化構造が小さ
いと、それに合わせてポリマー膜の膜厚が薄くなってし
まう。このため、自己組織化でできるパターンが小さい
と、薄いエッチングマスクをもちいる必要があり、エッ
チング工程に困難が生じる。このため、分子量は40万
より大きい方が、エッチングが容易になる。また、本発
明のポリマーは一般的にリビングアニオン重合法により
合成される。このため、水と酸素を非常に嫌う。しか
し、モノマーには水や酸素が多少含まれていて、これを
完全に除去するのは非常に困難である。このため、分子
量300万以上のポリマーの重合は非常に困難である。
また、分子量300万をこえるとポリマーを溶液にした
ときの粘度が非常に高く、溶媒の濃度を十分に上げるこ
とができない。このため、塗布、乾燥時に塗りむらが現
れることがある。
In the present invention, in order to pattern the size of a nanometer-sized structure, one having a higher molecular weight than a usual block polymer is used. Therefore, the necessary molecular weight is such that the number average molecular weight is 100,000 or more and 10 million or less. This means that the block copolymer or graft copolymer of claim 3 has a number average molecular weight of 100,000 or more 1
It is a manufacturing method characterized by using a block copolymer or a graft copolymer characterized by being 10 million or less. At this time, if the molecular weight is less than 100,000, the size required by the method of the present invention will not be sufficiently reached. If it is more than 10 million, the viscosity will be so high that it will be impossible to form a structure in a self-organizing manner.
Therefore, a desired pattern cannot be obtained. In the present invention, after obtaining the self-assembled pattern, the substrate is processed by using etching. Since it is difficult to obtain a pattern in which the self-assembled pattern is larger in the vertical direction than in the horizontal direction with respect to the substrate, if the molecular weight is small and the self-assembled structure is small, the film thickness of the polymer film becomes thin accordingly. I will end up. Therefore, if the pattern formed by self-organization is small, it is necessary to use a thin etching mask, which makes the etching process difficult. Therefore, when the molecular weight is larger than 400,000, etching becomes easier. Further, the polymer of the present invention is generally synthesized by the living anion polymerization method. For this reason, they dislike water and oxygen very much. However, the monomer contains some water and oxygen, and it is very difficult to completely remove it. Therefore, it is very difficult to polymerize a polymer having a molecular weight of 3,000,000 or more.
Further, if the molecular weight exceeds 3,000,000, the viscosity of the polymer when it is made into a solution is so high that the concentration of the solvent cannot be sufficiently increased. Therefore, uneven coating may appear during application and drying.

【0029】しかし、ブロックコポリマーの分子量を厳
密に制御して重合することは非常に困難である。そこ
で、合成されたブロックコポリマーの分子量を測定し、
所望の組成比となるように一方のホモポリマーをブレン
ドして組成比を調整してもよい。ホモポリマーの添加量
は、ブロックコポリマー100重量部に対して、100
重量部以下、好ましくは50重量部以下、より好ましく
は10重量部以下に設定する。ホモポリマーの添加量が
多すぎると、ミクロ相分離構造を乱すおそれがある。
However, it is very difficult to polymerize the block copolymer by strictly controlling the molecular weight. Therefore, the molecular weight of the synthesized block copolymer was measured,
One of the homopolymers may be blended so that the desired composition ratio is obtained, and the composition ratio may be adjusted. The amount of the homopolymer added is 100 with respect to 100 parts by weight of the block copolymer.
The amount is set to not more than 50 parts by weight, preferably not more than 50 parts by weight, more preferably not more than 10 parts by weight. If the amount of the homopolymer added is too large, the microphase-separated structure may be disturbed.

【0030】また、ブロックコポリマーを構成する2種
のポリマーの溶解度に差が大きすぎると、A−Bブロッ
クコポリマーとAホモポリマーの相分離が起こりうる。
この相分離を極力避けるためには、Aホモポリマーの分
子量を下げることが好ましい。これは、分子量の小さい
Aホモポリマーをブレンドすると、フローリー−ハギン
スの式におけるエントロピー項の負の値が大きくなり、
A−BブロックコポリマーとAホモポリマーとが混合し
やすくなるためである。また、Aホモポリマーの分子量
はブロックコポリマー中のAブロックの分子量より小さ
い方が熱力学的には安定である。熱力学的安定性を考え
ると、Aホモポリマーの分子量は、A−Bブロックコポ
リマーを構成するAポリマーの分子量の2/3より小さ
いことがより好ましい。一方、Aホモポリマーの分子量
が1000を下回るとA−BブロックコポリマーのBポ
リマーにも溶解するおそれがあるため好ましくない。ま
た、ガラス転移温度を考慮するとAホモポリマーの分子
量は、3000以上であることがより好ましい。これら
ブロックコポリマーの組成比の調整及び相分離の防止に
関する技術の詳細については後述する。
If the two polymers constituting the block copolymer have too large a difference in solubility, phase separation between the AB block copolymer and the A homopolymer may occur.
In order to avoid this phase separation as much as possible, it is preferable to lower the molecular weight of the A homopolymer. This is because when a homopolymer having a small molecular weight is blended, the negative value of the entropy term in the Flory-Huggins equation becomes large,
This is because it becomes easy to mix the AB block copolymer and the A homopolymer. The molecular weight of the A homopolymer is thermodynamically stable when it is smaller than that of the A block in the block copolymer. Considering thermodynamic stability, the molecular weight of the A homopolymer is more preferably smaller than 2/3 of the molecular weight of the A polymer forming the AB block copolymer. On the other hand, if the molecular weight of the A homopolymer is less than 1000, it may be dissolved in the B polymer of the AB block copolymer, which is not preferable. Further, considering the glass transition temperature, the molecular weight of A homopolymer is more preferably 3000 or more. Details of the technique relating to the adjustment of the composition ratio of these block copolymers and the prevention of phase separation will be described later.

【0031】以下、本発明において用いられるミクロ相
構造形成性樹脂組成物の例を説明する。まず、ドライエ
ッチング速度の差が大きい2種以上のポリマー鎖を含む
ブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーからなる
ミクロ相構造形成性樹脂組成物について説明する。本発
明のミクロ相構造形成性樹脂組成物は、それぞれのモノ
マー単位のN/(Nc−No)の値(ここで、Nはモノ
マー単位の総原子数、Ncはモノマー単位の炭素原子
数、Noはモノマー単位の酸素原子数)の比が1.4以
上である2つのポリマー鎖を有するブロックコポリマー
またはグラフトコポリマーを含有する。2つのポリマー
鎖についてN/(Nc−No)の値の比が1.4以上で
あるという要件は、ミクロ相分離構造を形成する各ポリ
マー鎖のエッチング選択比が大きいことを意味する。す
なわち、上記の要件を満たすミクロ相構造形成性樹脂組
成物をミクロ相分離させた後にドライエッチングする
と、1つのポリマー相が選択的にエッチングされ、他の
ポリマー相が残る。
Examples of the microphase structure-forming resin composition used in the present invention will be described below. First, a microphase structure-forming resin composition composed of a block copolymer or a graft copolymer containing two or more kinds of polymer chains having a large difference in dry etching rate will be described. The microphase structure-forming resin composition of the present invention has a value of N / (Nc-No) of each monomer unit (where N is the total number of atoms of the monomer unit, Nc is the number of carbon atoms of the monomer unit, No. Contains a block or graft copolymer having two polymer chains with a ratio of the number of oxygen atoms in the monomer units of 1.4 or more. The requirement that the ratio of the N / (Nc-No) values for the two polymer chains is 1.4 or more means that the etching selectivity of each polymer chain forming the microphase-separated structure is large. That is, when the microphase-structure-forming resin composition satisfying the above requirements is microphase-separated and then dry-etched, one polymer phase is selectively etched and the other polymer phase remains.

【0032】以下、N/(Nc−No)というパラメー
ターについて、より詳細に説明する。Nはポリマーのセ
グメント(モノマー単位に相当)当たりの原子の総数、
Ncは炭素原子数、Noは酸素原子数である。このパラ
メーターは、ポリマーのドライエッチング耐性を示す指
標であり、この値が大きいほどドライエッチングによる
エッチング速度が大きくなる(ドライエッチング耐性が
低下する)。つまり、エッチング速度Vetchと上記
パラメーターとの間には、 Vetch∝N/(Nc−No) という関係がある。この傾向は、Ar、O、CF
などの各種エッチングガスの種類にほとんど依存し
ない(J.Electrochem.Soc.,13
0,143(1983))。エッチングガスとしては、
上記の文献に記載されているAr、O、CF、H
のほかにも、C、CHF、CH 、CF
Br、N、NF、Cl、CCl、HBr、SF
などを用いることができる。なお、このパラメーター
と、シリコン、ガラス、金属などの無機物のエッチング
とは無関係である。以下化学式を参照して具体的なパラ
メーター値を計算する。ポリスチレン(PS)のモノマ
ー単位はCであるから16/(8−0)=2であ
る。ポリイソプレン(PI)のモノマー単位はC
であるから13/(5−0)=2.6である。ポリメタ
クリル酸メチル(PMMA)のモノマー単位はC
であるから15/(5−2)=5である。したがっ
て、PS−PMMAのブロックコポリマーでは、PSの
エッチング耐性が高く、PMMAのみがエッチングされ
やすいことが予想できる。例えば、CFを30scc
mの流量で流し、圧力を1.33Pa(0.01Tor
r)に設定し、進行波150W、反射波30W、の条件
でリアクティブイオンエッチング(RIE)を行うと、
PMMAはPSに対して数倍程度のエッチング速度を示
すことが確認されている。
Below, the parameter N / (Nc-No)
Will be described in more detail. N is the polymer
Total number of atoms per segment (equivalent to monomer units),
Nc is the number of carbon atoms, and No is the number of oxygen atoms. This para
The meter is a finger indicating the dry etching resistance of the polymer.
The larger the value, the more dry etching
Higher etching rate (dry etching resistance
descend). That is, the etching rate Vetch and the above
Between the parameters Vetch∝N / (Nc-No) There is a relationship. This tendency is due to Ar, OTwo, CFFour,
HTwoAlmost depends on the type of various etching gas such as
No (J. Electrochem. Soc., 13
0,143 (1983)). As the etching gas,
Ar, O described in the above documentsTwo, CFFour, HTwo
Besides, CTwoF6, CHFThree, CHTwoF Two, CFThree
Br, NTwo, NFThree, ClTwo, CClFour, HBr, SF
6Etc. can be used. Note that this parameter
And etching of inorganic materials such as silicon, glass and metal
Has nothing to do with. Refer to the chemical formula below for specific parameters.
Calculate the meter value. Polystyrene (PS) monomer
ー Unit is C8H8Therefore, 16 / (8-0) = 2.
It The monomer unit of polyisoprene (PI) is C5H8
Therefore, 13 / (5-0) = 2.6. Polymeta
The monomer unit of methyl acrylate (PMMA) is C5OTwo
H8Therefore, 15 / (5-2) = 5. According to
In the block copolymer of PS-PMMA,
High etching resistance, only PMMA is etched
It can be expected to be easy. For example, CFFour30 scc
Flow at a flow rate of m, and pressure is 1.33 Pa (0.01 Tor
r), traveling wave 150W, reflected wave 30W
When reactive ion etching (RIE) is performed in
PMMA shows several times faster etching rate than PS
It has been confirmed that

【0033】このようにして、本発明で用いるのに適し
たブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーを含有
し、ミクロ相分離構造を形成するナノ構造形成組成物で
あって、前記ブロックコポリマーまたはグラフトコポリ
マーを構成する複数のポリマー鎖のうち少なくとも2種
のポリマー鎖について、各ポリマー鎖を構成するモノマ
ー単位のN/(N−N)の比が1.4以上である
(ただし、Nはモノマー単位の総原子数、Nはモノマ
ー単位の炭素原子数、Nはモノマー単位の酸素原子
数)ミクロ相分離形成性樹脂組成物を得ることができ
る。また、これを用いて、ドライまたはウェットエッチ
ングして成形体中に形成されたミクロ相分離構造のうち
少なくとも1種の相を選択的に除去して、ミクロ相分離
構造を保持した多孔質構造体を形成することができる。
Thus, a nanostructure-forming composition containing a block or graft copolymer suitable for use in the present invention, forming a microphase-separated structure, which constitutes said block or graft copolymer. for at least two polymer chains of the plurality of polymer chains, the ratio is 1.4 or more N / monomer units constituting each polymer chain (N C -N O) (however, N is the total of the monomeric units The number of atoms, N C is the number of carbon atoms in the monomer unit, and N O is the number of oxygen atoms in the monomer unit.) A microphase-separation-forming resin composition can be obtained. Further, using this, at least one phase of the micro phase separation structure formed in the molded body by dry or wet etching is selectively removed, and the porous structure having the micro phase separation structure is retained. Can be formed.

【0034】[改善されたミクロ相分離構造形成性樹脂
組成物]上記のミクロ相分離構造形成性樹脂組成物を用
いて、前述の発光素子の製造方法によれば、後述する実
施例に見られるように優れた発光光率の素子を製造する
ことができることが明かとなる。しかしながら、前記ミ
クロ相分離構造形成性樹脂組成物に用いたブロックコポ
リマーの分子量は非常に高く、このためブロックコポリ
マーのミクロ相分離構造(分子内相分離構造)を作成す
るのに、長いアニール時間を必要とする。また、アニー
ル終了後のミクロ相分離構造においても十分規則正しい
構造を有するとは言えず、さらに改善の余地があった。
[Improved Micro-Phase Separation Structure-Forming Resin Composition] Using the above-mentioned micro-phase separation structure-forming resin composition, the above-mentioned method for producing a light-emitting device can be found in Examples described later. It becomes clear that it is possible to manufacture a device having such an excellent emission light rate. However, the molecular weight of the block copolymer used in the resin composition capable of forming a microphase-separated structure is very high. Therefore, it takes a long annealing time to form the microphase-separated structure (intramolecular phase-separated structure) of the block copolymer. I need. Further, it cannot be said that the microphase-separated structure after the annealing has a sufficiently regular structure, and there is room for further improvement.

【0035】本発明者らはこれらの問題を解決するた
め、様々な検討を重ねた結果、超高分子量ブロックコポ
リマーに低分子量のホモポリマーを添加することによ
り、アニール時間が劇的に短くなることを見出した。ま
た、アニール後の構造の規則正しさも向上することを確
認した。
The inventors of the present invention have conducted various studies in order to solve these problems, and as a result, the addition of a low molecular weight homopolymer to an ultrahigh molecular weight block copolymer dramatically shortens the annealing time. Found. It was also confirmed that the regularity of the structure after annealing was improved.

【0036】すなわち改善されたミクロ相分離構造形成
性樹脂組成物は、前記ブロックコポリマーまたは前記グ
ラフトコポリマーに、低分子量ホモポリマーを添加した
ものである。この低分子量ホモポリマーは、前記ブロッ
クコポリマーまたは前記グラフトコポリマーを構成する
複数のモノマーの内の1種のホモポリマーであることが
望ましい。また、望ましい低分子量ホモポリマーの分子
量は、1000以上30000以下である。この低分子
量ホモポリマーの分子量が15000を下回った場合、
前述の2種のポリマーの溶解度差に起因する相分離の現
象により、所望の相分離パターンが得られず、一方、低
分子量ホモポリマーの分子量が30000を上回った場
合、ブロックコポリマーと概低分子量ホモポリマー間の
マクロな相分離の現象により同様に所期の効果を発揮し
ない。
That is, the improved resin composition capable of forming a microphase-separated structure is a composition obtained by adding a low molecular weight homopolymer to the block copolymer or the graft copolymer. This low molecular weight homopolymer is preferably one homopolymer of a plurality of monomers constituting the block copolymer or the graft copolymer. The desirable low molecular weight homopolymer has a molecular weight of 1,000 or more and 30,000 or less. If the molecular weight of this low molecular weight homopolymer is below 15,000,
The desired phase separation pattern cannot be obtained due to the phenomenon of phase separation due to the difference in solubility between the above-mentioned two polymers. Due to the phenomenon of macroscopic phase separation between polymers, the desired effect is not exerted either.

【0037】この低分子量ホモポリマーとしては、ブロ
ックコポリマーまたはグラフトコポリマーとして、PS
−PMMAコポリマーを用いた場合には、PSホモポリ
マー、及びPMMAホモポリマーのいずれか一種、ある
いはこれらの混合物で用いることができる。同様にPS
−PIコポリマーを用いた場合には、PSホモポリマ
ー、及びPIホモポリマーのいずれか一種、あるいはこ
れらの混合物を用いることができる。
As the low molecular weight homopolymer, PS copolymers such as block copolymers or graft copolymers can be used.
When a PMMA copolymer is used, any one of PS homopolymer and PMMA homopolymer, or a mixture thereof can be used. Similarly PS
When the -PI copolymer is used, any one of PS homopolymer and PI homopolymer, or a mixture thereof can be used.

【0038】以下、改善されたミクロ相分離構造形成性
樹脂組成物の詳細について説明する。本発明のブロック
コポリマーを用いたLED表面を本発明の表面凹凸の平
均回転半径及び平均高さについて最適範囲となるような
形状に加工するグレーデッドインデックス(GI)加工
では、ブロックコポリマーのアニール時間の長さが問題
になっている。これはGI加工には直径百nm前後のド
ットパターンの都合が良いのであるが、これには非常に
分子量の高いブロックコポリマーを使う必要がある。例
えば、直径110nm程度の凹凸パターンを作成するた
めに、ポリスチレン(PS)の分子量が30万程度、ポ
リメタクリル酸メチル(PMMA)の分子量が80万程
度の超高分子量ブロックコポリマーが必要であった。こ
のようにポリマー全体の分子量が、100万を超えるよ
うな分子では、自己組織化にかけるアニール時間が非常
に長くなっていた。これは自己組織化によってミクロ相
分離構造が発生するためには、ポリマーの主鎖が動きA
ポリマーはAポリマー、BポリマーはBポリマーで凝集
し、ドメインを形成する必要があるためである。しか
し、ポリマーの分子量が高くなることは、分子鎖が長く
なることを意味し、すなわちポリマー鎖同士の絡み合い
が発生する確率が高くなることを意味している。この絡
み合いの効果の物理的検証は、P.de Gennes
のScalingConcept in Polyme
r Physics (CornellUnivers
ity Press 1979)(邦訳 高分子の物理
学 ド・ジャン著 吉岡書店)に書かれている。基本的
には高分子量化することにより、鎖の絡み合い点が急速
に増加し、これに伴いポリマー鎖がお互いに束縛され動
けなくなり、アニール時の自己組織化の進行が著しく遅
くなるためである。これはGI作成用に設計されたブロ
ックコポリマーのように超高分子量のもの特有の問題で
あった。また、分子の本質的な問題であるため、アニー
ル時間の長時間化は避けられないように見えた。
The details of the improved microphase-separated structure-forming resin composition will be described below. In the graded index (GI) processing for processing the LED surface using the block copolymer of the present invention into a shape such that the average turning radius and average height of the surface irregularities of the present invention are in the optimum range, the annealing time of the block copolymer is changed. Length is a problem. This is because a dot pattern with a diameter of about 100 nm is convenient for GI processing, but this requires the use of a block copolymer having a very high molecular weight. For example, in order to form a concavo-convex pattern having a diameter of about 110 nm, an ultra high molecular weight block copolymer having a molecular weight of polystyrene (PS) of about 300,000 and a molecular weight of polymethylmethacrylate (PMMA) of about 800,000 was required. As described above, when the molecular weight of the entire polymer exceeds 1,000,000, the annealing time required for self-assembly is extremely long. This is because the polymer main chain moves because the microphase-separated structure is generated by self-assembly.
This is because the polymer needs to be aggregated with the A polymer and the B polymer with the B polymer to form a domain. However, an increase in the molecular weight of the polymer means an increase in the molecular chain, that is, an increase in the probability of entanglement of the polymer chains. A physical verification of the effect of this entanglement is given in P. de Genenes
No Scaling Concept in Polymer
r Physics (CornellUnivers
ty Press 1979) (Japanese translation: Physics of polymers by De Jean, Yoshioka Shoten). This is because, basically, by increasing the molecular weight, the entanglement points of the chains rapidly increase, and accordingly, the polymer chains are bound to each other and cannot move, and the progress of self-assembly during annealing remarkably slows down. This was a problem peculiar to ultra-high molecular weight compounds such as block copolymers designed for making GI. In addition, since it is an intrinsic problem of the molecule, it seems that long annealing time cannot be avoided.

【0039】しかし発明者らは、絡み合い点の数を減ら
すことにより、粘度を下げることができると考えた。し
かし絡み合い点を減らすために分子量を下げると、相分
離構造の大きさが小さくなってしまうため不可能であ
る。そこで本発明では片方のポリマーが球状の構造をと
るA−Bブロックコポリマーが作る相分離構造を用いて
いる。このときA−Bブロックコポリマーにおいて、A
ポリマーとBポリマーの長さのうちBポリマーの方が短
いとすると、Bポリマーが少数相となり球状のドメイン
を形成する。この少数相であるBポリマーが作る球状構
造の大きさが重要である。このため、Bポリマーの分子
量を変えずにAポリマーの分子量のみを小さくすること
により、絡み合い点が少なくなる。しかしこの方法で
は、Bポリマーのつくる構造の形状が変化してしまうた
め、Aホモポリマーを添加することにより解決される。
この結果、超高分子量のブロックコポリマーを合成しな
くても、直径が100nm以上のパターンを作成するこ
とができる。しかし、高分子量のポリマーをリビング重
合法で合成するのは困難である。このため、Aのホモポ
リマーに加えてBホモポリマーを添加することもでき
る。このとき、A−BブロックコポリマーとAホモポリ
マーとBホモポリマーのなかのA成分とB成分の比を常
に一定に保っていれば、同じ形状のパターンを得ること
ができる。ただし、この場合少数相であるAホモポリマ
ーを添加すると、パターンの規則性が劣化するため、添
加量は重量比で全ポリマー量の10%以下の方が好まし
い。
However, the inventors thought that the viscosity could be lowered by reducing the number of entanglement points. However, it is impossible to reduce the molecular weight in order to reduce the entanglement points, because the size of the phase separation structure becomes small. Therefore, in the present invention, a phase-separated structure formed by an AB block copolymer in which one polymer has a spherical structure is used. At this time, in the AB block copolymer, A
If the B polymer is shorter than the lengths of the polymer and the B polymer, the B polymer becomes a minor phase and forms a spherical domain. The size of the spherical structure formed by this minority phase B polymer is important. Therefore, the entanglement points are reduced by reducing only the molecular weight of the A polymer without changing the molecular weight of the B polymer. However, in this method, the shape of the structure formed by the B polymer is changed, and this can be solved by adding the A homopolymer.
As a result, a pattern having a diameter of 100 nm or more can be formed without synthesizing an ultrahigh molecular weight block copolymer. However, it is difficult to synthesize a high molecular weight polymer by the living polymerization method. Therefore, the B homopolymer can be added in addition to the A homopolymer. At this time, if the ratio of the A component and the B component among the A-B block copolymer, the A homopolymer, and the B homopolymer is always kept constant, the pattern having the same shape can be obtained. In this case, however, the addition of the minority phase A homopolymer deteriorates the regularity of the pattern. Therefore, the addition amount is preferably 10% or less of the total polymer amount by weight.

【0040】しかしながら、超高分子量のブロックコポ
リマーを用いているため起こる本技術特有の問題があ
る。FlorryHagginsの理論によると、高分
子量になるとエントロピーが減少するため、相対的に反
発力が強くなってしまう。このため、A−Bブロックコ
ポリマーとAホモポリマーもしくはBホモポリマーの間
に斥力が働き、数μm程度のマクロな相分離を起こして
しまう。このようなときは、SBSゴムで見られるよう
なサラミのような構造が発現する。このため、我々が必
要とする100nm程度の大きさのミクロ像分離構造が
できなくなってしまう。
However, there is a problem peculiar to the present technology caused by using the ultra-high molecular weight block copolymer. According to the theory of Flory Haggins, the entropy decreases at high molecular weight, so the repulsive force becomes relatively strong. Therefore, repulsive force acts between the A-B block copolymer and the A homopolymer or B homopolymer, causing macroscopic phase separation of about several μm. In such a case, a salami-like structure such as that found in SBS rubber appears. For this reason, the micro image separation structure of the size of about 100 nm that we need cannot be formed.

【0041】これを解決するためには、A−Bブロック
コポリマーに対し斥力が働かない程度まで、Aホモポリ
マーの分子量を下げる必要があることがわかった。この
ような措置を取ることにより、Aホモポリマーは初めて
A−BブロックコポリマーのA相に溶解し、あたかもA
−Bブロックコポリマー単体がつくるようなミク相分離
構造が発生する。
In order to solve this, it has been found that it is necessary to reduce the molecular weight of the A homopolymer to such an extent that the repulsive force does not act on the AB block copolymer. By taking such a measure, the A homopolymer dissolves in the A phase of the AB block copolymer for the first time, and it is as if
-A Miku phase-separated structure, which the B block copolymer alone forms, is generated.

【0042】最近ではリビングラジカル重合法でもブロ
ックコポリマーを合成することができるようになってい
る。この重合方法はリビングアニオン法に比べ合成が容
易であるが、分子量分布が広くなるという欠点がある。
我々はこの重合法で合成したポリマーについても検討し
た結果、分子量分布に関して意外な知見を得ることがで
きた。
Recently, block copolymers can be synthesized by the living radical polymerization method. This polymerization method is easier to synthesize than the living anion method, but has a drawback that the molecular weight distribution is wide.
As a result of examining the polymer synthesized by this polymerization method, we were able to obtain an unexpected finding regarding the molecular weight distribution.

【0043】リビングアニオン法で重合すると分子量分
布の狭いポリマーを得ることができる。この方法で重合
したブロックコポリマーに、低分子量のホモポリマーを
加えると、図10に示すように分子量のピークは当然2
つになる。これをあたかも1種のポリマーとして分子量
分布を測定すると、分子量分布の基準になるMw/Mn
(重量平均分子量/数平均分子量)の値は大きくなる。
しかし、ホモポリマーの分子量が十分に小さければ、A
とBの間でミクロ相分離がおこり、大きさのかなり揃っ
たドメインが発生する。
Polymerization by the living anion method makes it possible to obtain a polymer having a narrow molecular weight distribution. When a low molecular weight homopolymer is added to the block copolymer polymerized by this method, the molecular weight peak naturally becomes 2 as shown in FIG.
Become one When the molecular weight distribution is measured as if it were one kind of polymer, Mw / Mn which is the standard of the molecular weight distribution
The value of (weight average molecular weight / number average molecular weight) becomes large.
However, if the molecular weight of the homopolymer is small enough, A
Microphase separation occurs between B and B, resulting in domains of fairly uniform size.

【0044】これに対して、リビングラジカル法で作成
したポリマーは分子量分布も広く、Mw/Mnの値も大
きい。これを薄膜状にして、パターニングしたものを観
察すると、様々な大きさのドメインができ、均一な直径
の円状のパターンができないことがわかった。これは、
様々な分子量のポリマーが混在しているが、これらが一
様に混ざっていないため、場所により分子量が異なる結
果になったため、発生するドメインの大きさに分布がで
きたものと考えられる。
On the other hand, the polymer prepared by the living radical method has a wide molecular weight distribution and a large value of Mw / Mn. When this was made into a thin film and observed by patterning, it was found that domains of various sizes were formed and a circular pattern of uniform diameter could not be formed. this is,
Although the polymers with various molecular weights are mixed, it is considered that the distribution of the sizes of the generated domains was possible because the molecular weights were different depending on the locations because they were not mixed uniformly.

【0045】このように、同じようにMw/Mnが大き
いポリマーでも、ラジカル重合法などで作ったブロック
ポリマーと本発明の組成とでは、結果に大きな差がある
ことがわかった。以上の結果から、本発明は以下のよう
な条件で初めて効果を発揮することがわかった。すなわ
ち、Aの分子量がBより大きい超高分子量A−Bブロッ
クコポリマーに対して十分に低分子量の多数相のAもし
くはBホモポリマーを混合した組成である。
As described above, it was found that even with a polymer having a large Mw / Mn, there is a large difference in the results between the block polymer prepared by the radical polymerization method and the composition of the present invention. From the above results, it was found that the present invention exhibits its effect only under the following conditions. That is, it is a composition in which a multi-phase A or B homopolymer having a sufficiently low molecular weight is mixed with an ultrahigh molecular weight AB block copolymer in which the molecular weight of A is larger than B.

【0046】ここでA−Bブロックコポリマーの平均分
子量は非常に大きく、具体的には30万以上である。ま
た、分子量分布は狭く、Mw/Mnは1.2以下であ
る。これに加えるホモポリマーの分子量はA−Bブロッ
クコポリマーの1/10以下であることが必要である。
このホモポリマーに関しては、リビングアニオン法で重
合した狭分散のものである必要はなく、ラジカル法で重
合したもので良い。
Here, the average molecular weight of the AB block copolymer is very large, specifically, 300,000 or more. The molecular weight distribution is narrow, and Mw / Mn is 1.2 or less. The molecular weight of the homopolymer added to this should be 1/10 or less of that of the AB block copolymer.
This homopolymer need not be a narrow dispersion polymerized by the living anion method, but may be one polymerized by the radical method.

【0047】発明者らはさらに検討を加えていくうち
に、以下のような事実も見出した。一般的に欠陥のない
構造を作成しようと思うと、当然きちっとしたものを作
る必要がある。本技術においても、できるだけ規則性の
高いブロックコポリマーのパターンを得るために、Mw
/Mnが1に近い分子量の揃ったポリマーを合成してき
た。実際に発明者らが特開2001−151834で公
開したハードディスク用のブロックコポリマーでは、分
子量分布の狭いブロックポリマーを用いた方が規則性の
高いパターンを得ることができる。
The inventors have found the following facts during further study. In general, if you want to create a flawless structure, you obviously need to create one. Also in the present technology, in order to obtain a pattern of the block copolymer having the highest regularity, Mw
Polymers with a uniform molecular weight of / Mn close to 1 have been synthesized. In fact, in the block copolymer for a hard disk disclosed by the inventors in JP 2001-151834 A, a highly regular pattern can be obtained by using a block polymer having a narrow molecular weight distribution.

【0048】しかしながら、超高分子量のポリマーでは
絡み合い点が多く、有限の時間で完全な規則構造を得る
ことは不可能である。このため、低分子量のホモポリマ
ーを添加したものの方が早く構造形成され、例えば10
時間程度の現実的なアニール時間では、規則性が向上す
ることがわかった。このため、本発明は分子量が30万
以上の超高分子量のブロックコポリマーが作る相分離構
造の規則性を高めるのにも有効である。
However, the ultra-high molecular weight polymer has many entanglement points, and it is impossible to obtain a perfect ordered structure in a finite time. For this reason, the structure to which the low molecular weight homopolymer is added is formed earlier, for example, 10
It was found that the regularity was improved when the annealing time was realistic. Therefore, the present invention is also effective for enhancing the regularity of the phase separation structure formed by the ultra-high molecular weight block copolymer having a molecular weight of 300,000 or more.

【0049】[ミクロ相分離構造形成組成物薄膜の形
成]本発明のミクロ相構造形成性樹脂組成物からなる薄
膜を形成するには、発光素子表面に上記樹脂組成物の均
一溶液を塗布することが好ましい。均一溶液を用いれ
ば、製膜時の履歴が残ることを防ぐことができる。溶液
中に比較的大きな粒子径のミセルなどが生成して塗布液
が不均一であると、不規則な相分離構造が混入して規則
的なパターン形成が困難であったり、規則的なパターン
を形成するのに時間がかかるため好ましくない。
[Formation of Micro-Phase Separation Structure-Forming Composition Thin Film] To form a thin film of the micro-phase structure-forming resin composition of the present invention, a uniform solution of the above resin composition is applied to the surface of the light emitting device. Is preferred. If a uniform solution is used, it is possible to prevent the history of film formation from remaining. If the coating solution is non-uniform due to the formation of micelles with a relatively large particle size in the solution, an irregular phase separation structure mixes in, making it difficult to form a regular pattern or creating a regular pattern. It is not preferable because it takes time to form.

【0050】本発明のミクロ相構造形成性樹脂組成物で
あるブロックコポリマーを溶解する溶媒は、ブロックコ
ポリマーを構成する2種のポリマーに対して良溶媒であ
ることが望ましい。ポリマー鎖どうしの斥力は2種のポ
リマー鎖の溶解度パラメーターの差の2乗に比例する。
そこで、2種のポリマーに対する良溶媒を用いれば、2
種のポリマー鎖の溶解度パラメーターの差が小さくな
り、系の自由エネルギーが小さくなって相分離に有利に
なる。ブロックコポリマーの薄膜を作製する場合には、
均一溶液を調製できるように、150℃以上の例えば、
エチルセロソルブアセテート(ECA)、プロピレング
リコールモノメチルエーテルアセテート(PGME
A)、エチルラクテート(EL)などの高沸点を有する
溶媒を用いることが好ましい。形成したミクロ相分離構
造形成性組成物薄膜の膜厚は、狙いとする表面凹凸の回
転半径の2倍ないし3倍の範囲が好ましい。この膜厚が
この範囲をはずれた場合、所望の平均半径を有する凹凸
構造を得ることが難しい。
The solvent for dissolving the block copolymer which is the resin composition for forming a microphase structure of the present invention is preferably a good solvent for the two kinds of polymers constituting the block copolymer. The repulsive force between polymer chains is proportional to the square of the difference in solubility parameter between two polymer chains.
Therefore, if a good solvent for two types of polymers is used,
The difference in the solubility parameter of the polymer chains of the seed becomes small, and the free energy of the system becomes small, which is advantageous for phase separation. When making a thin film of block copolymer,
So that a homogeneous solution can be prepared
Ethyl cellosolve acetate (ECA), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGME
It is preferable to use a solvent having a high boiling point such as A) or ethyl lactate (EL). The thickness of the formed microphase-separated structure-forming composition thin film is preferably in the range of 2 to 3 times the radius of gyration of the target surface irregularities. If this film thickness deviates from this range, it is difficult to obtain an uneven structure having a desired average radius.

【0051】[ミクロ相分離構造の形成]ブロックコポ
リマーまたはグラフトコポリマーのミクロ相分離構造は
以下のような方法により作製できる。例えば、ブロック
コポリマーまたはグラフトコポリマーを適当な溶媒に溶
解して塗布溶液を調製し、この塗布溶液を基板上に塗布
し乾燥して膜を形成する。この膜をポリマーのガラス転
移温度以上の温度でアニールすることによって、良好な
相分離構造を形成することができる。コポリマーを溶融
状態にし、ガラス転移温度以上相転移温度以下の温度で
アニールしてミクロ相分離させた後、室温でミクロ相分
離構造を固定してもよい。コポリマーの溶液をゆっくり
とキャストさせることでミクロ相分離構造を形成するこ
ともできる。コポリマーを溶融し、ホットプレス法、射
出成形法、トランスファー成形法などの方法によって、
所望の形状に成形した後、アニールしてミクロ相分離構
造を形成することもできる。このようにして形成したミ
クロ相分離構造を利用してナノメートルサイズの構造体
を形成する手段については、本発明者らが特許出願を行
っている特開2000−100419号公報に詳細に記
載しており、本発明においてもこの手段を採用すること
ができる。
[Formation of Micro Phase Separation Structure] The micro phase separation structure of the block copolymer or graft copolymer can be prepared by the following method. For example, a block copolymer or a graft copolymer is dissolved in a suitable solvent to prepare a coating solution, and the coating solution is coated on a substrate and dried to form a film. A good phase separation structure can be formed by annealing this film at a temperature not lower than the glass transition temperature of the polymer. The copolymer may be put in a molten state, annealed at a temperature of not less than the glass transition temperature and not more than the phase transition temperature to cause microphase separation, and then the microphase separation structure may be fixed at room temperature. It is also possible to form a microphase-separated structure by slowly casting a solution of the copolymer. By melting the copolymer, by hot pressing, injection molding, transfer molding, etc.
After being formed into a desired shape, it can be annealed to form a microphase-separated structure. Means for forming a nanometer-sized structure using the microphase-separated structure thus formed is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-100419 filed by the present inventors. Therefore, this means can also be adopted in the present invention.

【0052】本発明ではパターントランスファー法も有
効な方法である。詳しくは、本発明者らが特許出願を行
っている特開2000−100419号公報に詳細に記
載しており、本発明においてもこの手段を採用すること
ができる。具体的には、概化合物半導体の基板上にエッ
チング耐性の異なる層(パターントランスファー層)を
塗布し、さらに本発明のブロックコポリマー層を塗布す
る。この時、パターントランスファー層には、SOG
(スピンオングラス)を始め、特開2000−1004
19号に示したような材料を用いることができる。ブロ
ックコポリマー層をドライもしくはウエットでエッチン
グし、ブロックコポリマーの1つの相のみを選択的に除
去し、凹凸パターンを形成する。次に、この有機物であ
るポリマーのパターンをマスクにして、パターントラン
スファー層をエッチングする。例えば、フッ素系、もし
くは塩素系、もしくは臭素系ガスを用いると、有機物を
マスクにして、SOGなどのパターントランスファー層
をエッチングすることができる。このような、結果ブロ
ックコポリマーのミクロ相分離パターンを、パターント
ランスファー層に転写することが可能である。次にこの
パターンが転写されたパターントランスファー層をマス
クにして、基板をエッチングする。このような方法は、
炭素系ポリマー材料とエッチング選択比をとることがで
きない金属を含む化合物等のエッチングに有効である。
また、パターントランスファー層を複数用いることで、
エッチング耐性の異なる材料を積層させ、アスペクト比
が高いパターンを得ることも可能である。
The pattern transfer method is also an effective method in the present invention. The details are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-100419 filed by the present inventors, and this means can also be adopted in the present invention. Specifically, a layer having a different etching resistance (pattern transfer layer) is applied on a substrate of a compound semiconductor, and then the block copolymer layer of the present invention is applied. At this time, the pattern transfer layer may include SOG.
(Spin-on-glass) and JP-A-2000-1004
Materials such as those shown in No. 19 can be used. The block copolymer layer is dry or wet etched to selectively remove only one phase of the block copolymer to form an uneven pattern. Next, the pattern transfer layer is etched using the organic polymer pattern as a mask. For example, when a fluorine-based gas, a chlorine-based gas, or a bromine-based gas is used, the pattern transfer layer such as SOG can be etched using the organic material as a mask. Such a microphase separation pattern of the resulting block copolymer can be transferred to the pattern transfer layer. Next, the substrate is etched using the pattern transfer layer to which this pattern is transferred as a mask. Such a method
It is effective for etching a compound containing a metal that cannot have an etching selection ratio with a carbon-based polymer material.
Further, by using a plurality of pattern transfer layers,
It is also possible to stack materials having different etching resistances to obtain a pattern having a high aspect ratio.

【0053】[0053]

【実施例】(参考例)上記本発明の発光面の凹凸構造の
状況と、輝度効果の関係を検証するために、以下の参考
実験を行った。すなわち、形状の効果を探るために様々
なパターンをGaP基板の発光面に施したものを用意し
た。各々のパターンに応じたブロックコポリマーを合成
するのは非常に困難なため、かわりに電子線描画をもち
いた。本実験には、モデル系として電子線用レジスト
(フジフィルム製:FEP−301)を用い、パターン
ジェネレーターを装備した50kVの加速電圧を持つ電
子線露光装置でナノメートルオーダーのパターンを発生
させた。この露光装置を用いると任意のパターンが得ら
れるため、大きさや大きさの分布について、所望のパタ
ーンを得ることができる。また、ここに用いた電子線レ
ジストは、ポリヒドロキシスチレンをベースポリマーに
用いたもので、ポリスチレンとドライエッチングに対す
る耐性が近いため、ブロックコポリマーを用いたパター
ンとほぼ同じエッチング形状が再現できる。なお、基板
のエッチングは実施例3と同様の条件で行った。なお、
本素子の発光波長は650nmであった。
EXAMPLES (Reference Example) The following reference experiment was conducted in order to verify the relationship between the condition of the uneven structure of the light emitting surface of the present invention and the luminance effect. That is, in order to explore the effect of shape, various patterns were prepared on the light emitting surface of the GaP substrate. Since it is very difficult to synthesize block copolymers according to each pattern, electron beam drawing was used instead. In this experiment, an electron beam resist (FEP-301 manufactured by Fuji Film) was used as a model system, and a nanometer-order pattern was generated by an electron beam exposure apparatus equipped with a pattern generator and having an acceleration voltage of 50 kV. Since an arbitrary pattern can be obtained by using this exposure apparatus, a desired pattern can be obtained in terms of size and size distribution. Further, the electron beam resist used here uses polyhydroxystyrene as a base polymer, and since the resistance to dry etching is close to that of polystyrene, almost the same etching shape as the pattern using the block copolymer can be reproduced. The substrate was etched under the same conditions as in Example 3. In addition,
The emission wavelength of this device was 650 nm.

【0054】パターンの大きさによる違いよる輝度への
効果を測定した。値は発光層表面に凹凸を全くつけなか
った値を基準値1とし、比較したものである。パターン
の大きさは回転半径の平均値の2倍、2〈R〉で表して
いる。この結果を表1に示す。
The effect on brightness due to the difference in pattern size was measured. The value is compared with the reference value 1 as a value in which no unevenness is formed on the light emitting layer surface. The size of the pattern is represented by 2 <R>, which is twice the average value of the radius gyrations. The results are shown in Table 1.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】表1の結果から明らかなように、輝度の効
果は、2〈R〉が大きくなるにつれて上がることがわか
る。これは光がパターンの大きさに反応しているためで
ある。しかし、パターンが波長程度からさらに大きくな
ると、散乱光が多くなることが観察された。特に素子表
面から垂直に発射される光は少なくなっていき、輝度が
下がることが観察された。上記結果から、波長650n
mの光のとき本発明で好ましい平均回転半径〈R〉は、
25nm以上250nm以下(直径では50nm以
上500nm以下)であることが判明した。
As is clear from the results shown in Table 1, the luminance effect increases as 2 <R> increases. This is because the light responds to the size of the pattern. However, it was observed that the scattered light increased as the pattern became larger from the wavelength range. In particular, it was observed that the amount of light emitted vertically from the surface of the device decreased and the brightness decreased. From the above results, wavelength 650n
The average radius of gyration <R> which is preferable in the present invention when light of m is
It was found to be 25 nm or more and 250 nm or less (diameter is 50 nm or more and 500 nm or less).

【0057】次にパターンの大きさの分布の違いよる輝
度への効果を測定した。測定はパターンの大きさが11
0nmと200nmのものを用いた。輝度効果の値は、
発光層表面の凹凸の大きさの分布が全くないサンプルの
発光値を基準値1とし、比較したものである。その結果
を表2に示す。
Next, the effect on the brightness due to the difference in the pattern size distribution was measured. The pattern size is 11
Those of 0 nm and 200 nm were used. The value of the brightness effect is
The light emission value of a sample having no unevenness size distribution on the surface of the light emitting layer was used as a reference value 1 for comparison. The results are shown in Table 2.

【0058】[0058]

【表2】 [Table 2]

【0059】表2の結果から明らかなように、輝度の効
果は、パターンの大きさが同じであっても分布が大きく
なるにつれて上がることがわかる。しかし、分布が大き
くなりすぎると輝度が落ちてきた。
As is clear from the results shown in Table 2, the effect of luminance increases as the distribution increases even if the pattern size is the same. However, when the distribution became too large, the brightness decreased.

【0060】次に、パターンの高さの違いよる輝度への
効果を測定した。輝度効果の値は、発光層表面に凹凸を
全くつけなかった値を基準値1とし、比較したものであ
る。その結果を表3に示す。
Next, the effect on the brightness due to the difference in pattern height was measured. The value of the brightness effect is compared by using the value in which no unevenness is formed on the surface of the light emitting layer as the reference value 1. The results are shown in Table 3.

【0061】[0061]

【表3】 [Table 3]

【0062】表3の結果から明らかなように、輝度への
効果は、<H>が大きくなるにつれて上がることがわか
る。これは値が大きくなるにつれて、屈折率のグラジュ
エントできあがってきているからである。しかし、パタ
ーンの高さが波長より大きくなると、発光層表面が白濁
しているが観察された。このため散乱が強く起こってい
た。特に素子表面から垂直に発射される光は非常に少な
くなっていくことが観察された。
As is clear from the results in Table 3, the effect on luminance increases as <H> increases. This is because the gradient of the refractive index is being created as the value increases. However, when the height of the pattern became larger than the wavelength, it was observed that the surface of the light emitting layer became cloudy. Because of this, scattering was occurring strongly. In particular, it was observed that the light emitted vertically from the device surface became very small.

【0063】次に、パターンの高さの分布の違いよる輝
度への効果を測定した。発光層表面の凹凸の高さの分布
が全くないサンプルの発光値を基準値1とし、比較した
ものである。その結果を表4に示す。
Next, the effect on the brightness due to the difference in the distribution of the pattern heights was measured. The light emission value of the sample having no unevenness height distribution on the light emitting layer surface was used as the reference value 1 for comparison. The results are shown in Table 4.

【0064】[0064]

【表4】 [Table 4]

【0065】表4の結果から明らかなように、輝度の効
果は、パターンの高さが同じであっても分布が大きくな
るにつれて上がることがわかる。これは、パターンの高
さが揃わないことで、逆に屈折率のグラジュエントがで
きるためと考えられる。しかし、分布が大きすぎると、
急激に散乱が多くなり輝度が下がる傾向が見られた。
As is clear from the results shown in Table 4, the effect of luminance increases as the distribution increases even if the pattern height is the same. It is considered that this is because the heights of the patterns are not uniform and, conversely, a gradient of the refractive index can be formed. But if the distribution is too large,
There was a tendency that the amount of scattering suddenly increased and the brightness decreased.

【0066】以下本発明を実施例によりさらに説明す
る。また、本実施例では回転半径の2倍にあたるものが
直径である。 (実施例1)本発明の実施例について図面を参照して説
明する。図2(1)に示すように一方の面(下面)に電
極17を有するGaAsあるいはGaPの化合物半導体
基板10と、この基板上に発光層14、電流拡散層15
をエビタキャル成長で形成させ、電流拡散層上に電極1
6と配線電極パターン19を有する構造の半導体発光素
子基板がある。この化合物半導体基板は、n−GaAs
あるいはn−GaPあるいはp−GaPを用いて、その
上にn−InAlPあるいはp−InAlPクラッド
層、InGaAlPの活性層、発光層がヘテロ構造で多
層に形成され、発光層上には、p−InAlPあるいは
p−GaPあるいはn−InGaAlPの電流拡散層1
5が積層されている。
The present invention will be further described below with reference to examples. In this embodiment, the diameter is twice the radius of gyration. (Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2A, a GaAs or GaP compound semiconductor substrate 10 having an electrode 17 on one surface (lower surface), a light emitting layer 14, and a current diffusion layer 15 on this substrate.
Are formed by Evita cal growth and the electrode 1 is formed on the current spreading layer.
There is a semiconductor light emitting element substrate having a structure having 6 and a wiring electrode pattern 19. This compound semiconductor substrate is n-GaAs
Alternatively, n-GaP or p-GaP is used, and an n-InAlP or p-InAlP clad layer, an InGaAlP active layer, and a light emitting layer are formed on the light emitting layer in a multi-layered structure, and p-InAlP is formed on the light emitting layer. Alternatively, p-GaP or n-InGaAlP current diffusion layer 1
5 are stacked.

【0067】この発光素子基板に、ブロックコポリマー
を溶剤に溶解した溶液をスピンコートで基板に回転数2
500rpmで塗布した後、110℃、90秒でプリベ
ークして溶剤を気化した。このブロックコポリマーはポ
リスチレン(PS)とポリメタクリル酸メチル(PMM
A)で構成されている。PSの分子量は154800で
あり、PMMAの分子量は392300でありMw/M
nは1.08である。次に窒素雰囲気中で、210℃、
4時間のアニールを行い、ブロックコポリマー8のPS
とPMMAの相分離を行った(図2(2))。
A solution of a block copolymer dissolved in a solvent was spin-coated on this light-emitting device substrate, and the substrate was rotated at a rotation speed of 2
After coating at 500 rpm, the solvent was vaporized by prebaking at 110 ° C. for 90 seconds. This block copolymer is made of polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMM).
A). The molecular weight of PS is 154800 and the molecular weight of PMMA is 392300. Mw / M
n is 1.08. Next, in a nitrogen atmosphere, at 210 ° C,
After annealing for 4 hours, PS of block copolymer 8
And PMMA were phase-separated (Fig. 2 (2)).

【0068】この相分離したプロックコポリマー付基板
を、CF30sccm、圧力1.33Pa(10mT
orr)、パワー=100WでRIEすることにより、
相分離した膜のPSとPMMAをエッチングした。この
時、PSとPMMAのエッチング速度差により、PMM
Aが選択的にエッチングされ、PSのパターンが残る
(図2(3))。このPSのパターンをマスクにして、
Cl=100sccm、0.65Pa(5mTor
r)、パワー=300Wで約30secRIEすると、
電流拡散層15に微細なパターンが形成された。使用す
るガスはClのみでなく、BClあるいはArガス
を添加してもエッチングできる(図2(4))。この
後、Oアッシャーにより残ったPSを除去した。この
結果、化合物半導体の基板4の電極、配線パターン以外
の表面に、突起の直径(2〈R〉)が50〜70nm程
度、σが1.3、周期が100nm位の分布で、高さ
(〈H〉)が60〜150nm程度、σが1.7の微
小な凹凸が形成できた(図2(5))。これを素子加工
し、表面加工を行っていない発光ダイオードと比較した
ところ、10個平均で21%の輝度向上が見られた。
This phase-separated substrate with block copolymer was treated with CF 4 of 30 sccm and pressure of 1.33 Pa (10 mT).
oror), power = 100 W, by RIE,
The PS and PMMA of the phase-separated film were etched. At this time, due to the difference in etching rate between PS and PMMA, PMM
A is selectively etched, leaving a PS pattern (FIG. 2C). Using this PS pattern as a mask,
Cl 2 = 100 sccm, 0.65 Pa (5 mTorr
r), when power = 300 W and RIE for about 30 sec,
A fine pattern was formed on the current spreading layer 15. Not only Cl 2 but also BCl 3 or Ar gas is used as a gas to be used for etching (FIG. 2 (4)). After that, the remaining PS was removed by an O 2 asher. As a result, on the surface of the compound semiconductor substrate 4 other than the electrodes and the wiring pattern, the diameter (2 <R>) of the protrusion is about 50 to 70 nm, σ R is 1.3, and the period is about 100 nm. Fine irregularities having (<H>) of about 60 to 150 nm and σ H of 1.7 were formed (FIG. 2 (5)). When this was device-processed and compared with a light-emitting diode which was not surface-processed, a brightness improvement of 21% was observed on the average of ten.

【0069】(実施例2)また、実施例1と同様の方法
で作製し相分離したブロックコポリマー付き基板を、O
30sccm、圧力13.3Pa(100mTor
r)、パワー=100WでRIEすることにより、相分
離したPSとPMMAをエッチングする。O エッチン
グしたものはCFと比較して基板を削ることはできな
いが、その代わりPMMAを選択的にエッチングするこ
とができる。その後、実施例1と同様のプロセスを行っ
た。この結果、実施例と同様のパターンを得ることがで
きた。突起の直径(2〈R〉)が60nm程度、σ
1.2、周期が100nm位の分布で、高さ(〈H〉)
が110nm程度、σが1.4の微小な凹凸が形成で
きた。これを素子加工し、表面加工を行っていない発光
ダイオードと比較したところ、10個平均で25%の輝
度向上が見られた。
(Example 2) Further, the same method as in Example 1
The phase-separated substrate with block copolymer prepared in
Two30 sccm, pressure 13.3 Pa (100 mTorr
r), power = 100 W, RIE
Etch the separated PS and PMMA. O TwoEtch
CF is CFFourCan't scrape the board compared to
However, instead, the PMMA may be selectively etched.
You can Then, the same process as in Example 1 is performed.
It was As a result, a pattern similar to that of the example can be obtained.
Came. The diameter of the protrusion (2 <R>) is about 60 nm, σRBut
1.2, distribution with a period of about 100 nm, height (<H>)
Is about 110 nm, σHBut with a minute unevenness of 1.4
Came. This is an element processed, and light emission without surface processing
25% brighter on average when compared to 10 diodes
The improvement was seen.

【0070】(実施例3)実施例1で用いた発光ダイオ
ードであるGaPの発光層表面にPS:315000、
PMMA:785000の分子量をもつブロックコポリ
マーを溶剤に溶かした液をスピンコート法でGaP基板
に3000rpmで塗布した後、110℃、90秒でプ
リベークして溶剤を気化し150nmの膜厚を得た。次
に窒素雰囲気中で210℃、4時間のアニールを行い、
PSとPMMAの相分離を行い、直径110nm程度の
PSのドットパターンを形成した。この相分離したプロ
ックコポリマー付きGaP基板を、O30sccm、
圧力13.3Pa(100mTorr)、パワー=10
0Wの条件下でRIEすることにより、相分離したPS
とPMMAをエッチングする。Oエッチングしたもの
はGaP基板を削ることはできないが、その代わりPM
MAを選択的にエッチングすることができる。PSとP
MMAのエッチング速度比は1:4であることから、P
MMAが選択的にエッチングされ、PSのパターンが残
ることになり、その厚さは約130nmであった。この
PSのパターンをマスクにして、容量結合プラズマ(I
CP:Inductive Coupled Plas
ma)を用いて、BCl/Cl =5/20scc
m、0.266Pa(2mTorr)、入射電力/バイ
アス電力=100/100Wで2分間を行うと、幅10
0nm、高さ300nmのパターンが形成された。その
後Oアッシャーにより残ったPSを除去した。この結
果、GaPの発光層表面に、図4の写真に示したような
パターンを得ることができた。凸部の直径(2〈R〉)
は110nm、σは1.1、高さ(〈H〉)は300
nm、σは1.2であった。これを素子加工し、表面
加工を行っていない発光ダイオードと比較したところ、
10個平均で55%の輝度向上が見られた。
(Example 3) The light emitting diode used in Example 1
PS: 315000 on the surface of the GaP light emitting layer
PMMA: Block copolymer with a molecular weight of 785,000
GaP substrate by spin coating method
After applying 3000 rpm to the
It was rebaked to vaporize the solvent and obtain a film thickness of 150 nm. Next
And anneal at 210 ° C for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
Phase separation of PS and PMMA
A dot pattern of PS was formed. This phase separated professional
GaP substrate with a block copolymerTwo30 sccm,
Pressure 13.3Pa (100mTorr), Power = 10
By RIE under the condition of 0 W, phase-separated PS
And etch PMMA. OTwoEtched
Can not cut the GaP substrate, but instead PM
The MA can be selectively etched. PS and P
Since the etching rate ratio of MMA is 1: 4, P
MMA is selectively etched, leaving PS pattern
The thickness was about 130 nm. this
Capacitively coupled plasma (I
CP: Inductive Coupled Plas
ma) with BClThree/ Cl Two= 5 / 20scc
m, 0.266 Pa (2 mTorr), incident power / by
When ass power = 100 / 100W for 2 minutes, width 10
A pattern of 0 nm and a height of 300 nm was formed. That
After OTwoThe remaining PS was removed by an asher. This conclusion
As a result, on the surface of the GaP light emitting layer, as shown in the photograph of FIG.
I got the pattern. Diameter of convex part (2 <R>)
Is 110 nm, σRIs 1.1 and the height (<H>) is 300
nm, σHWas 1.2. This is processed into an element, and the surface
Compared with the unprocessed light emitting diode,
A 10% average brightness improvement of 55% was observed.

【0071】(実施例4)また、実施例3と同様の方法
で作製し相分離したブロックコポリマー付き基板を、B
Cl/Cl=5/20sccm、0.266Pa
(2mTorr)、入射電力/バイアス電力=100/
100WでRIEすることにより、相分離したPSとP
MMAをエッチングした。PSとPMMAのエッチング
速度比は1:4であることから、PMMAが選択的にエ
ッチングされ、PSのパターンが残ることになる。その
後、実施例1と同様のプロセスを行った。この結果、化
合物半導体発光層表面に、凸部の直径(2〈R〉)は1
10nm、σは1.1、高さ(〈H〉)は380n
m、σは1.6の凹凸が得られた。このプロセスで
は、BCl/ClのRIEで一括してPMMAの除
去、化合物半導体発光層表面に凹凸が形成できた。これ
を素子加工し、表面加工を行っていない発光ダイオード
と比較したところ、10個平均で50%の輝度向上が見
られた。
Example 4 In addition, a substrate with a block copolymer prepared in the same manner as in Example 3 and phase-separated was
Cl 3 / Cl 2 = 5 / 20sccm, 0.266Pa
(2 mTorr), incident power / bias power = 100 /
By RIE at 100W, phase-separated PS and P
The MMA was etched. Since the etching rate ratio of PS and PMMA is 1: 4, PMMA is selectively etched and the PS pattern remains. Then, the same process as in Example 1 was performed. As a result, the diameter (2 <R>) of the protrusion is 1 on the surface of the compound semiconductor light emitting layer.
10 nm, σ R is 1.1, and height (<H>) is 380 n
An unevenness of 1.6 was obtained for m and σ H. In this process, PMMA was removed at once by RIE of BCl 3 / Cl 2 and irregularities were formed on the surface of the compound semiconductor light emitting layer. When this was device-processed and compared with a light-emitting diode which was not surface-processed, an improvement in luminance of 50% was observed on average for ten LEDs.

【0072】(実施例5)また、実施例1と同様の方法
で作製し、相分離したブロックコポリマー付き基板に、
出力2MeVの電子線を一括全面照射し、PMMAの主
鎖を切断した。現像液(メチルイソブチルケトン−イソ
プロピルアルコール混合溶液)で現像し、リンスし、P
MMAだけを溶解除去しPSのパターンを残した。その
後、リン酸中60℃でエッチングを行った。この結果、
凸部の直径(2〈R〉)は80nm、σは1.4、平
均頂点間距離は180nm、高さ(〈H〉)は120n
m、σは1.3であった。輝度の向上は10%程度で
あった。しかし、本材料と本プロセスはウエットプロセ
スでも可能であり、十分効果があることを示している。
(Example 5) Further, a substrate with a block copolymer prepared in the same manner as in Example 1 and subjected to phase separation was prepared.
The main chain of PMMA was cut by irradiating the entire surface with an electron beam with an output of 2 MeV. Develop with a developing solution (methyl isobutyl ketone-isopropyl alcohol mixed solution), rinse, and
Only MMA was removed by dissolution, leaving a PS pattern. Then, etching was performed at 60 ° C. in phosphoric acid. As a result,
The diameter (2 <R>) of the convex portion is 80 nm, σ R is 1.4, the average distance between vertices is 180 nm, and the height (<H>) is 120 n.
m and σ H were 1.3. The improvement in brightness was about 10%. However, this material and this process can be used in a wet process, which shows that they are sufficiently effective.

【0073】(実施例6)また、ブロックコポリマーと
して、ポリスチレン(PS)−ポリイソプレン(PI)
を用いた。PSの分子量は450000、PIの分子量
は1230000、Mw/Mnは1.07であった。実
施例3と同様の方法で相分離したブロックコポリマー付
き基板を作成した。オゾンで相分離したPS−PIブロ
ックコポリマーのうち、PIを選択的にオゾン酸化除去
をした。このPSのパターンをマスクにして、容量結合
プラズマ(ICP:Inductive Couple
dPlasma)を用いて、BCl/Cl=5/2
0sccm、0.266Pa(2mTorr)、入射電
力/バイアス電力=100/100Wで2分間を行う
と、パターンが形成された。その後Oアッシャーによ
り残ったPSを除去した。この結果、GaPの発光層表
面に、図4に示したようなパターンを得ることができ
た。凸部の直径(2〈R〉)は140nm、σは1.
1、高さ(〈H〉)は500nm、σは1.3であっ
た。これを素子加工し、表面加工を行っていない発光ダ
イオードと比較したところ、10個平均で75%の輝度
向上が見られた。
Example 6 Polystyrene (PS) -polyisoprene (PI) was used as a block copolymer.
Was used. The molecular weight of PS was 450,000, the molecular weight of PI was 1230000, and Mw / Mn was 1.07. In the same manner as in Example 3, a phase-separated substrate having a block copolymer was prepared. Among the PS-PI block copolymers phase-separated with ozone, PI was selectively removed by ozone oxidation. Using this PS pattern as a mask, capacitively coupled plasma (ICP: Inductive Couple)
dPlasma), BCl 3 / Cl 2 = 5/2
A pattern was formed when 0 sccm, 0.266 Pa (2 mTorr) and incident power / bias power = 100/100 W were performed for 2 minutes. After that, the remaining PS was removed by an O 2 asher. As a result, a pattern as shown in FIG. 4 could be obtained on the surface of the GaP light emitting layer. The diameter of the convex portion (2 <R>) is 140 nm, and σ R is 1.
1, the height (<H>) was 500 nm, and σ H was 1.3. When this was device-processed and compared with a light-emitting diode which was not surface-processed, an improvement in luminance of 75% was observed on average for ten LEDs.

【0074】本方法は、PIのモノマーが水を吸いにく
いことから、重合時に高分子量のものがPMMAに比べ
重合しやすい。このため、パターンを大きくすることが
容易である。本方法ではブロックコポリマーの作るパタ
ーンの大きさと同じ程度の厚みの膜にしなければならな
い。このため大きなパターンであれば、化合物半導体に
転写するパターンの高さを高くすることができる。ま
た、PIの代わりにポリブタジエン(PB)を用いても
ほぼ同じ構造が得られた。
In this method, since the PI monomer does not easily absorb water, a polymer having a high molecular weight is more likely to polymerize than PMMA during the polymerization. Therefore, it is easy to make the pattern large. In this method, the film must be as thick as the size of the pattern made by the block copolymer. Therefore, if the pattern is large, the height of the pattern transferred to the compound semiconductor can be increased. In addition, almost the same structure was obtained by using polybutadiene (PB) instead of PI.

【0075】(実施例7)図3に示すように、実施例1
と同様の構造でInGaAlPが発光表面に製膜されて
いる発光素子基版に、3層用レジスト31(日産化学A
RCXHRiC−11)を塗布し、500nm厚の膜を
形成した。これをオーブン内で300℃で1分間ベーク
を行った。次にこの上にスピンオングラス(SOG)3
2(東京応化OCD T−7)を110nmスピンコー
トし、ホットプレート上で200℃60秒、さらに30
0℃60秒間ベークした。さらに実施例3と同じブロッ
クコポリマーを溶剤に溶解した溶液をスピンコートで基
板に回転数2500rpmで塗布した後、110℃、9
0秒でプリベークして溶剤を気化した。次に窒素雰囲気
中で、210℃、4時間のアニ−ルを行い、ブロックコ
ポリマー8のPSとPMMAの相分離を行った(図3
(2))。
(Embodiment 7) As shown in FIG.
A three-layer resist 31 (NISSAN CHEMICAL A
RCXHRiC-11) was applied to form a 500 nm thick film. This was baked in an oven at 300 ° C. for 1 minute. Then spin on glass (SOG) 3
2 (Tokyo Ohka OCD T-7) was spin-coated at 110 nm, and then on a hot plate at 200 ° C. for 60 seconds, and further 30 seconds.
It was baked at 0 ° C. for 60 seconds. Further, a solution prepared by dissolving the same block copolymer as in Example 3 in a solvent was applied to the substrate by spin coating at a rotation speed of 2500 rpm, and then 110 ° C., 9
The solvent was vaporized by pre-baking at 0 seconds. Next, in a nitrogen atmosphere, annealing was performed at 210 ° C. for 4 hours to perform phase separation of PS and PMMA of the block copolymer 8 (FIG. 3).
(2)).

【0076】この相分離したプロックコポリマー付基板
を、O30sccm、圧力13.3Pa(100mT
orr)、パワー=100WでRIEすることにより、
相分離した膜のPSとPMMAをエッチングした(図3
(3))。この時、PSとPMMAのエッチング速度差
により、PMMAが選択的にエッチングされ、PSのパ
ターンが残る。次にこのPSのパターンをマスクにし
て、CF30sccm、圧力1.33Pa(10mT
orr)、パワー=100WでSOGをエッチングし
た。さらにO30sccm、圧力1.33Pa(10
mTorr)、パワー=100WでRIEすると、下層
のレジスト膜がエッチングされ、高さ500nmの柱状
のパターンを得ることができた。次にBCl/N
23:7sccm、0.200Pa(1.5mTor
r)、パワー=500Wでエッチングを行った(図3
(4))。最後に酸素でアッシングを行い、ポリマーを
除去した(図3(5))。なお、SOGはその前のBC
/Nエッチングで、削られてなくなっていて問題
にはならなかった。この結果、普通のエッチング方法で
は難しいInGaAlPのエッチングを行うことができ
た。エッチング後の形状は凸部の直径(2〈R〉)は1
10nm、σは1.1、高さ(〈H〉)は320n
m、σは1.4であった。
This phase-separated substrate with block copolymer was treated with O 2 at 30 sccm and a pressure of 13.3 Pa (100 mT).
oror), power = 100 W, by RIE,
The PS and PMMA of the phase-separated film were etched (Fig. 3
(3)). At this time, the PMMA is selectively etched due to the difference in etching rate between PS and PMMA, and the PS pattern remains. Next, using this PS pattern as a mask, CF 4 30 sccm, pressure 1.33 Pa (10 mT
orr), and SOG was etched with power = 100 W. Further, O 2 30 sccm, pressure 1.33 Pa (10
When RIE was performed at mTorr) and power = 100 W, the lower resist film was etched, and a columnar pattern having a height of 500 nm could be obtained. Then BCl 3 / N 2 =
23: 7 sccm, 0.200 Pa (1.5 mTorr
r) and power = 500 W for etching (FIG. 3).
(4)). Finally, ashing was performed with oxygen to remove the polymer (FIG. 3 (5)). In addition, SOG is BC before that
With l 3 / N 2 etching, there was no problem as it was removed by scraping. As a result, etching of InGaAlP, which is difficult with the ordinary etching method, could be performed. The shape after etching has a convex portion with a diameter (2 <R>) of 1
10 nm, σ R is 1.1, and height (<H>) is 320 n
m and σ H were 1.4.

【0077】(実施例8)実施例1と同様の構造のIn
GaAlPが発光表面に製膜されている発光素子基版
に、スピンオングラス(SOG)32(東京応化OCD
T−7)を110nmスピンコートし、ホットプレー
ト上で200℃60秒、さらに300℃60秒間ベーク
した。さらに実施例3と同じブロックコポリマーを溶剤
に溶解した溶液をスピンコートで基板に回転数2500
rpmで塗布した後、110℃、90秒でプリベークし
て溶剤を気化した。次に窒素雰囲気中で、210℃、4
時間のアニ−ルを行い、ブロックコポリマー8のPSと
PMMAの相分離を行った(図3(2))。この相分離
したプロックコポリマー付基板を、O30sccm、
圧力13.3Pa(100mTorr)、パワー=10
0WでRIEすることにより、相分離した膜のPSとP
MMAをエッチングした(図3(3))。この時、PS
とPMMAのエッチング速度差により、PMMAが選択
的にエッチングされ、PSのパターンが残る。次にこの
PSのパターンをマスクにして、CF30sccm、
圧力1.33Pa(10mTorr)、パワー=100
WでSOGをエッチングした。次にBCl/N=2
3:7sccm、0.200Pa(1.5mTor
r)、パワー=500Wでエッチングを行った(図3
(4))。最後に酸素でアッシングを行い、ポリマーを
除去した(図3(5))。この結果、エッチング後の形
状は凸部の直径(2〈R〉)は120nm、σは1.
1、高さ(〈H〉)は300nm、σは1.3の、図
5の写真に見るような、円錐状のパターンが得られた。
このような形状は、屈折率のグラジュエントを付けるの
に有利である。このサンプルとパターンを付けなかった
サンプルの発光効率を比較したところ、輝度が80%向
上していることが確認された。
(Embodiment 8) In having the same structure as that of Embodiment 1
A spin-on-glass (SOG) 32 (Tokyo Oka OCD) is formed on a light-emitting element substrate having GaAlP formed on the light-emitting surface.
T-7) was spin-coated at 110 nm and baked on a hot plate at 200 ° C. for 60 seconds and further at 300 ° C. for 60 seconds. Further, a solution prepared by dissolving the same block copolymer as in Example 3 in a solvent was spin-coated on the substrate at a rotation speed of 2500.
After applying at rpm, the solvent was vaporized by prebaking at 110 ° C. for 90 seconds. Next, in a nitrogen atmosphere, 210 ° C., 4
Annealing was performed for a period of time to carry out phase separation of PS and PMMA of the block copolymer 8 (FIG. 3 (2)). The phase-separated substrate with block copolymer was treated with O 2 30 sccm,
Pressure 13.3Pa (100mTorr), Power = 10
By performing RIE at 0 W, the PS and P of the phase-separated film were
The MMA was etched (FIG. 3 (3)). At this time, PS
PMMA is selectively etched due to the difference in etching rate between PMMA and PMMA, and the PS pattern remains. Next, using this PS pattern as a mask, CF 4 30 sccm,
Pressure 1.33Pa (10mTorr), Power = 100
The SOG was etched with W. Next, BCl 3 / N 2 = 2
3: 7 sccm, 0.200 Pa (1.5 mTorr
r) and power = 500 W for etching (FIG. 3).
(4)). Finally, ashing was performed with oxygen to remove the polymer (FIG. 3 (5)). As a result, the shape after etching has a diameter of the convex portion (2 <R>) of 120 nm and a σ R of 1.
1, a height (<H>) of 300 nm and a σ H of 1.3, a conical pattern as shown in the photograph of FIG. 5 was obtained.
Such a shape is advantageous for providing a gradient of refractive index. When the luminous efficiency of this sample and the sample without the pattern were compared, it was confirmed that the luminance was improved by 80%.

【0078】(実施例9)ポリスチレン(PS)とポリ
メタクリル酸メチル(PMMA)で構成されているジブ
ロックコポリマーをリビングアニオン重合法で合成し
た。リビングアニオン重合は、s−ブチルリチウムを開
始剤にして、−78℃の不活性ガス雰囲気下でPSを重
合し、その後PMMAを重合させる方法で重合した。P
Sの分子量は300000であり、PMMAの分子量は
420000であった。この分子量は重合中に適宜少量
を抜き出し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ
(GPC)でRIとUVにより測定した。最終生成物は
ほとんどがPS−PMMAブロックコポリマーであった
が、GPCのUVプロフィールよりPSのホモポリマー
が数%観察された。これは、合成の過程でPSを重合し
終わってから、MMAを添加する際に活性点が失活する
ためであり、このためPSのホモポリマーが残存してい
る(サンプル1)。
(Example 9) A diblock copolymer composed of polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA) was synthesized by the living anion polymerization method. In living anionic polymerization, s-butyllithium was used as an initiator to polymerize PS in an inert gas atmosphere at -78 ° C, and then PMMA was polymerized. P
The molecular weight of S was 300,000 and the molecular weight of PMMA was 420,000. This molecular weight was measured by RI and UV by gel permeation chromatography (GPC) after extracting a small amount during the polymerization. Although most of the final products were PS-PMMA block copolymers, a few% homopolymer of PS was observed from the UV profile of GPC. This is because the active sites are deactivated when MMA is added after the PS has been polymerized in the process of synthesis, and therefore the PS homopolymer remains (Sample 1).

【0079】サンプル1をTHFに溶解し10%の溶液
にした。これにn−ヘキサンを攪拌しながらTHFとヘ
キサンの重量比で約1:1になるまで加え、ポリマーの
一部が析出するようにした。これを1時間くらい攪拌し
たのち、濾過し固形分を取り出した。この結果、狭い分
子量分布を持つPS−PMMAジブロックポリマーを得
ることができた(サンプル2)。
Sample 1 was dissolved in THF to prepare a 10% solution. To this, n-hexane was added with stirring until the weight ratio of THF and hexane was about 1: 1 so that a part of the polymer was precipitated. After stirring this for about 1 hour, the solid content was taken out by filtration. As a result, a PS-PMMA diblock polymer having a narrow molecular weight distribution could be obtained (Sample 2).

【0080】同様に分子量の異なるPS−PMMAジブ
ロックコポリマーをリビングアニオン重合法で合成し
た。PSの分子量は315000であり、PMMAの分
子量は785000であった。サンプル1と同様に、P
Sのホモポリマーが数%含有しているため、同様の方法
で精製し、狭い分子量分布を持つPS−PMMAジブロ
ックポリマーを得た(サンプル3)。
Similarly, PS-PMMA diblock copolymers having different molecular weights were synthesized by the living anion polymerization method. The molecular weight of PS was 315,000 and the molecular weight of PMMA was 785,000. Similar to sample 1, P
Since the homopolymer of S was contained in several%, it was purified by the same method to obtain a PS-PMMA diblock polymer having a narrow molecular weight distribution (Sample 3).

【0081】比較サンプルとして、リビングラジカル重
合法でPS−PMMAジブロックコポリマーを合成し
た。このサンプルはPMMAを重合してから、PSを重
合させるため、PMMAのホモポリマーが不純物として
混ざる。このため、PMMAを除去するため、サンプル
2と同様の方法で分子量の差による溶解性の違いを利用
してPMMAのホモポリマーを取り除いた。このサンプ
ルのPSの分子量は330000であり、PMMAの分
子量は750000であり、Mw/Mnは2であった。
As a comparative sample, a PS-PMMA diblock copolymer was synthesized by the living radical polymerization method. In this sample, since PMMA is polymerized and then PS is polymerized, a homopolymer of PMMA is mixed as an impurity. Therefore, in order to remove PMMA, the homopolymer of PMMA was removed in the same manner as in Sample 2 by utilizing the difference in solubility due to the difference in molecular weight. The molecular weight of PS of this sample was 330000, the molecular weight of PMMA was 750000, and Mw / Mn was 2.

【0082】添加するPMMAはアニオン重合法とラジ
カル重合法の2種の重合方法で合成したものを用意し
た。
The PMMA to be added was prepared by two polymerization methods, an anionic polymerization method and a radical polymerization method.

【0083】基板としては発光素子用基板として用いら
れるガリウムリン(GaP)およびガリウム砒素(Ga
As)を用いた。サンプルとして用意したサンプル1〜
4のブロックコポリマーを各々プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に溶解し
た。各ポリマーの濃度は3重量%であった。この溶液を
スピンコートで基板に回転数2500rpmで塗布した
後、110℃、90秒間ホットプレート上でベークして
溶剤を気化した。次にオーブンを用いて、210℃で4
0時間のアニールを窒素雰囲気中で行い、膜中のブロッ
クコポリマーのPSとPMMAの相分離を行った。
As the substrate, gallium phosphide (GaP) and gallium arsenide (Ga) used as the substrate for the light emitting element are used.
As) was used. Sample 1 prepared as a sample
Each of the four block copolymers was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA). The concentration of each polymer was 3% by weight. This solution was spin-coated on a substrate at a rotation speed of 2500 rpm, and then baked on a hot plate at 110 ° C. for 90 seconds to vaporize the solvent. Next, using an oven,
Annealing was performed for 0 hours in a nitrogen atmosphere to perform phase separation of PS and PMMA of the block copolymer in the film.

【0084】この結果、サンプル1のものは、1〜10
μm程度の周期の相分離パターンが観察された。このパ
ターンを分子間力顕微鏡(AFM)の位相モードで観察
した。この結果、1〜10μm程度の周期の相分離パタ
ーンの中に、2種類の異なるドメインが観察された。1
つのドメイン中では、100〜200nm程度の大きさ
のパターンが観察された。もう1方のドメイン中には何
も観察されなかった。1〜10μm程度のドメインをこ
の2つがつくり基板上に混在していた。この構造を、さ
らに観察したところ、さらに以下のことがわかった。1
00〜200nm程度の大きさのパターンはPSとPM
MAのブロックコポリマーが作ったパターンであり、何
も観察されなかったドメインは、ホモのPSで構成され
るドメインであった。これは、PS−PMMAブロック
コポリマーとPSホモポリマーがマクロに相分離し、さ
らにPS−PMMAブロックコポリマーがミクロ相分離
をおこなった結果と考えられる。
As a result, the sample 1 has 1 to 10
A phase separation pattern having a period of about μm was observed. This pattern was observed in the phase mode of an intermolecular force microscope (AFM). As a result, two different types of domains were observed in the phase separation pattern with a period of about 1 to 10 μm. 1
A pattern having a size of about 100 to 200 nm was observed in one domain. Nothing was observed in the other domain. Domains of about 1 to 10 μm were formed by these two and were mixed on the substrate. Further observation of this structure revealed the following. 1
Patterns of about 100 to 200 nm are PS and PM
The domain formed by the block copolymer of MA, in which nothing was observed, was a domain composed of homo PS. It is considered that this is because the PS-PMMA block copolymer and the PS homopolymer were macrophase-separated, and the PS-PMMA block copolymer was microphase-separated.

【0085】サンプル2は100〜200nm程度の大
きさのパターンが全面に観察された。形状は縞状から球
状のパターンであった。これは、精製によってPSホモ
ポリマーが除去され、ブロックコポリマーのみになった
ため、マクロな相分離はおこらなくなったためと考えら
れる。
In the sample 2, a pattern having a size of about 100 to 200 nm was observed on the entire surface. The shape was a striped to spherical pattern. It is considered that this is because the PS homopolymer was removed by the purification and only the block copolymer was formed, so that macroscopic phase separation did not occur.

【0086】サンプル3は直径100〜200nm程度
の大きさの球状のパターンが全面に観察された(図
6)。
In the sample 3, a spherical pattern having a diameter of about 100 to 200 nm was observed on the entire surface (FIG. 6).

【0087】サンプル4は直径が全く異なる大きさの球
状パターンが全面に観察された(図7)。サンプル4は
分子量分布が広いため、発生するミクロ相分離構造の大
きさにも相当のばらつきが生じていると考えられる。こ
れが、大きさの異なるミクロ相分離構造を発生させた原
因と考えられる。これまでの実験結果は、GaAs基板
でも全く同様の結果が得られた。また、Si基板では形
状が多少大きい傾向が見られたが、ほぼ同様の結果が得
られた。
In the sample 4, spherical patterns having completely different diameters were observed on the entire surface (FIG. 7). Since the sample 4 has a wide molecular weight distribution, it is considered that there is considerable variation in the size of the generated microphase-separated structure. This is considered to be the cause of the generation of microphase-separated structures having different sizes. The experimental results obtained so far have been quite similar to the GaAs substrate. Further, the Si substrate tended to have a slightly larger shape, but almost the same results were obtained.

【0088】(実施例10)サンプル2に低分子量のP
MMAホモポリマーを混合し、球状のパターンを形成さ
せた。用いたPMMAは以下の表5の通りである。
Example 10 Sample 2 had a low molecular weight P
The MMA homopolymer was mixed to form a spherical pattern. The PMMA used is as shown in Table 5 below.

【0089】[0089]

【表5】 [Table 5]

【0090】サンプル2とPMMAホモポリマーを重量
比で、6:4の割合で混合し、それぞれが3重量%のP
GMEA溶液になるように調整した。この溶液をスピン
コートでガリウムリン(GaP)基板に回転数2500
rpmで塗布した後、110℃、90秒でプリベークし
て溶剤を気化した。次に窒素雰囲気中で、210℃で4
0時間のアニールを行い、ブロックコポリマーのPSと
PMMAの相分離を行った。この結果をAFMの位相モ
ードで観察をおこなった。この結果、PMMA1〜4、
およびPMMA7〜9に関しては、110nm程度の直
径のPSの島が均一に分散したパターンが得られた。こ
れに対し、PMMA5、6、11、12では、1〜10
μm程度の周期のマクロな相分離に起因するパターンの
中に、2種類の異なるドメインが観察された。1つのド
メイン中では、100〜200nm程度の大きさのPS
−PMMAパターンが観察された。もう1方のドメイン
中には何も観察されず、位相像からPMMAのドメイン
であることがわかった。図8はサンプル2とPMMA3
の位相像である。また、PMMA9に関しては、一部に
マクロな相分離がみられた。以上の結果より、添加する
ホモポリマーの分子量は、余り大きいとPS−PMMA
ブロックのPMMAにPMMAホモポリマーが溶け込ま
ず、相分離を起こすことが確認された。
Sample 2 and PMMA homopolymer were mixed in a weight ratio of 6: 4, each containing 3 wt% of P.
It was adjusted to be a GMEA solution. This solution was spin-coated on a gallium phosphide (GaP) substrate at a rotation speed of 2500.
After applying at rpm, the solvent was vaporized by prebaking at 110 ° C. for 90 seconds. Then, in a nitrogen atmosphere at 210 ° C for 4
Annealing was performed for 0 hours to perform phase separation of PS and PMMA of the block copolymer. This result was observed in the phase mode of AFM. As a result, PMMA1-4,
Regarding PMMA 7 to 9, a pattern in which PS islands having a diameter of about 110 nm were uniformly dispersed was obtained. On the other hand, PMMAs 5, 6, 11, and 12 are 1 to 10
Two different domains were observed in the pattern resulting from macroscopic phase separation with a period of about μm. In one domain, PS with a size of about 100 to 200 nm
-PMMA pattern was observed. Nothing was observed in the other domain, and the phase image revealed that it was the domain of PMMA. Figure 8 shows sample 2 and PMMA3
Is a phase image of. In addition, with respect to PMMA9, some macroscopic phase separation was observed. From the above results, if the molecular weight of the homopolymer to be added is too large, PS-PMMA
It was confirmed that the PMMA homopolymer did not dissolve in the block PMMA and phase separation occurred.

【0091】(実施例11)実施例10でパターンが作
成されたPMMA1〜4、およびPMMA7〜9をもち
いて、実施例10と全く同様の組成でサンプル2と混合
し、同様のプロセスを用いてGaP上に薄膜化した。こ
の溶液をスピンコートでガリウム砒素(GaAs)基板
に回転数2500rpmで塗布した後、110℃、90
秒でプリベークして溶剤を気化した。次に窒素雰囲気中
で、210℃で1、2、4、8、16、40、100時
間のアニールを行い、ブロックコポリマーのPSとPM
MAの相分離を行った。この結果をAFMの位相モード
で観察をおこなった。なお、40時間アニールのサンプ
ルは実施例10のものを用いた。相分離パターンのPM
MAの直径を測定しその平均からのσ値を計算した。結
果を表6にまとめる。
(Example 11) Using PMMA1 to 4 and PMMA7 to 9 each having the pattern formed in Example 10, the same composition as in Example 10 was mixed with Sample 2, and the same process was used. A thin film was formed on GaP. This solution was applied to a gallium arsenide (GaAs) substrate by spin coating at a rotation speed of 2500 rpm, and then 110 ° C., 90
The solvent was vaporized by pre-baking in seconds. Next, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 210 ° C. for 1, 2, 4, 8, 16, 40, and 100 hours to obtain PS and PM of the block copolymer.
Phase separation of MA was performed. This result was observed in the phase mode of AFM. The sample annealed for 40 hours was that of Example 10. PM with phase separation pattern
The diameter of MA was measured and the σ value from the average was calculated. The results are summarized in Table 6.

【0092】[0092]

【表6】 [Table 6]

【0093】以上の結果より、分子量が10000〜2
0000程度の間のPMMAの添加が相分離パターンの
規則性を高めるのに効果があることがわかった。分子量
が30000より大きなPMMAでは、ブロックコポリ
マーとホモポリマーがマクロな相分離を起こし、所望の
規則パターンができない。また、添加するホモポリマー
の分子量分布の効果はほとんど見えなかった。
From the above results, the molecular weight is 10,000 to 2
It was found that the addition of PMMA during about 0000 was effective in enhancing the regularity of the phase separation pattern. With PMMA having a molecular weight of more than 30,000, the block copolymer and the homopolymer undergo macroscopic phase separation, and the desired ordered pattern cannot be obtained. Further, the effect of the molecular weight distribution of the added homopolymer was hardly visible.

【0094】(実施例12)実施例10でパターンが作
成されたPMMA3、およびPMMA8をもちいて、実
施例10と全く同様の組成でサンプル2と混合した。ま
た、ブロックコポリマーのみで球状パターンのできるサ
ンプル3も、3重量%のPGMEA溶液にした。この溶
液をスピンコートでガリウム砒素(GaAs)基板に回
転数2500rpmで塗布した後、110℃、90秒で
プリベークして溶剤を気化した。これらを3%水素含有
窒素雰囲気中で、240℃で8、100時間のアニール
を行い、ブロックコポリマーのPSとPMMAの相分離
を行った。また、210℃でも8、100時間のアニー
ルを行った。この結果をAFMの位相モードで観察をお
こなった。 相分離パターンのPMMAの直径を測定し
その平均からのσ値を計算した。結果を表7にまとめ
る。
Example 12 Using the PMMA3 and PMMA8 having the pattern formed in Example 10, the same composition as in Example 10 was mixed with Sample 2. In addition, Sample 3 in which a spherical pattern can be formed only by the block copolymer was also a 3 wt% PGMEA solution. This solution was spin-coated on a gallium arsenide (GaAs) substrate at a rotation speed of 2500 rpm, and then prebaked at 110 ° C. for 90 seconds to vaporize the solvent. These were annealed at 240 ° C. for 8 and 100 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% hydrogen to perform phase separation of PS and PMMA of the block copolymer. Also, annealing was performed at 210 ° C. for 8,100 hours. This result was observed in the phase mode of AFM. The diameter of PMMA in the phase separation pattern was measured, and the σ value from the average was calculated. The results are summarized in Table 7.

【0095】[0095]

【表7】 [Table 7]

【0096】以上の結果より、同程度の大きさのパター
ンができるものであれば、ブロックコポリマー単体より
ブロックコポリマーに低分子量のホモポリマーを添加し
たサンプルの方が、規則性が高いという結果がでた。単
体で球状のドメインができるブロックコポリマーの方
が、分子量分布も狭く形状の揃ったパターンが得られる
と考えられたが、実際には低分子のホモポリマーを添加
した方が、構造が揃っていた。無限時間アニールを続け
れば、パターンが揃うと考えられるが、アニール時間が
有限であればポリマーの流動性が大きくきいてくる。つ
まり、分子量が小さくなった分だけ、粘度が低くなり構
造形成に時間がかからなくなったと考えられる。
From the above results, it was found that the samples obtained by adding the low molecular weight homopolymer to the block copolymer had higher regularity than the block copolymer alone, as long as the patterns of the same size could be formed. It was It was thought that a block copolymer with a single spherical domain would have a narrower molecular weight distribution and a more uniform pattern, but in reality, the addition of a low molecular weight homopolymer resulted in a more uniform structure. . It is considered that the patterns will be aligned if the annealing is continued for an infinite period of time, but if the annealing time is finite, the fluidity of the polymer will greatly increase. In other words, it is considered that the viscosity was reduced and the structure formation did not take time as much as the molecular weight decreased.

【0097】(実施例13)本発明の実施例について図
2を参照して説明する。図2(1)に示すように一方の
面(下面)に電極17を有するGaAsあるいはGaP
の化合物半導体基板10と、この基板上に発光層14、
電流拡散層15をエビタキャル成長で形成させ、電流拡
散層上に電極16と配線電極パターン19を有する構造
の半導体発光素子基板がある。この化合物半導体基板
は、n−GaAsあるいはn−GaPあるいはp−Ga
Pを用いて、その上にn−InAlPあるいはp−In
AlPクラッド層、InGaAlPの活性層、発光層が
ヘテロ構造で多層に形成され、発光層上には、p−In
AlPあるいはp−GaPあるいはn−InGaAlP
の電流拡散層15が積層されている。
(Embodiment 13) An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, GaAs or GaP having an electrode 17 on one surface (lower surface).
The compound semiconductor substrate 10 of FIG.
There is a semiconductor light emitting element substrate having a structure in which the current diffusion layer 15 is formed by Ebita Cal growth and the electrode 16 and the wiring electrode pattern 19 are provided on the current diffusion layer. This compound semiconductor substrate is made of n-GaAs, n-GaP or p-Ga.
P is used, on which n-InAlP or p-In
An AlP clad layer, an InGaAlP active layer, and a light emitting layer are formed in a multi-layered structure having a hetero structure, and p-In is formed on the light emitting layer.
AlP or p-GaP or n-InGaAlP
Current diffusion layer 15 is laminated.

【0098】相分離ポリマーとして、サンプル2とPM
MA3ホモポリマーは重量比で、6:4の割合で混合
し、それぞれが3重量%のPGMEA溶液になるように
調整した。同様にサンプル2とPMMA8も、同様に調
整した。また、比較例として、サンプル3も3重量%の
PGMEA溶液になるように調整した。
Sample 2 and PM were used as the phase-separated polymer.
The MA3 homopolymer was mixed at a weight ratio of 6: 4 and adjusted so as to be a 3 wt% PGMEA solution. Similarly, Sample 2 and PMMA8 were similarly prepared. Further, as a comparative example, Sample 3 was also adjusted to be a 3 wt% PGMEA solution.

【0099】発光素子基板に、これらの溶液をスピンコ
ートで基板に回転数2500rpmで塗布した後、11
0℃、90秒でプリベークして溶剤を気化した。次に窒
素雰囲気中で、210℃、8時間のアニールを行い、ブ
ロックコポリマー8のPSとPMMAの相分離を行っ
た。
After applying these solutions to the light emitting element substrate by spin coating at a rotation speed of 2500 rpm, 11
The solvent was vaporized by pre-baking at 0 ° C. for 90 seconds. Next, annealing was performed at 210 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere to perform phase separation of PS and PMMA of the block copolymer 8.

【0100】この相分離したプロックコポリマー付基板
を、CF=30sccm、圧力1.33Pa(10m
Torr)、パワー=100WでRIEすることによ
り、相分離した膜のPSとPMMAをエッチングした。
この時、PSとPMMAのエッチング速度差により、P
MMAが選択的にエッチングされ、PSのパターンが残
る。このPSのパターンをマスクにして、Cl=10
0sccm、0.65Pa(5mTorr)、パワー=
300Wで約30secRIEすると、電流拡散層15
に微細なパターンが形成された。使用するガスはCl
のみでなく、BClあるいはArガスを添加してもエ
ッチングできる。この後、Oアッシャーにより残った
PSを除去した。この結果、化合物半導体の基板4の電
極、配線パターン以外の表面に、突起の直径が50〜7
0nm程度、σRが1.3、周期が100nm位の分布
で、高さが、60〜150nm程度、σHが1.7の微
小な凹凸が形成できた。これを素子加工し、表面加工を
行っていない発光ダイオードと比較したところ、10個
平均の輝度を比較した。結果を表8に示す。
This phase-separated substrate with block copolymer was treated with CF 4 = 30 sccm and pressure 1.33 Pa (10 m).
Torr) and power = 100 W were used to etch PS and PMMA of the phase-separated film by RIE.
At this time, due to the difference in etching rate between PS and PMMA, P
The MMA is selectively etched, leaving a pattern of PS. Cl 2 = 10 using this PS pattern as a mask
0 sccm, 0.65 Pa (5 mTorr), power =
RIE at 300 W for about 30 sec, current diffusion layer 15
A fine pattern was formed. The gas used is Cl 2
Not only that, etching can be performed by adding BCl 3 or Ar gas. After that, the remaining PS was removed by an O 2 asher. As a result, the diameter of the protrusion is 50 to 7 on the surface of the compound semiconductor substrate 4 other than the electrodes and the wiring pattern.
Fine irregularities having a distribution of about 0 nm, σR of 1.3 and a period of about 100 nm, a height of about 60 to 150 nm and a σH of 1.7 could be formed. When this was subjected to element processing and compared with a light emitting diode not subjected to surface processing, the average luminance of 10 pieces was compared. The results are shown in Table 8.

【0101】[0101]

【表8】 [Table 8]

【0102】これらの結果は、PS−PMMAのパター
ンの規則性がある程度高いため、作成されたグレーデッ
ドインデクス構造の効果が高く、輝度が上がったと考え
られる。
It is considered that these results indicate that the PS-PMMA pattern has a high degree of regularity to some extent, and thus the effect of the created graded index structure is high and the brightness is increased.

【0103】(実施例14)次に、相分離ポリマーとし
て、PS(ポリスチレン)−PI(ポリイソプレン)ジ
ブロックコポリマー(分子量(Mw)PS:23万、P
I:40万 Mw/Mn:1.06)を用い、低分子量
ホモポリマー(分子量Mw:2000、Mw/Mn:
1.45)としてPIポリマーを用いた例を示す。すな
わち、実施例9と同様にしてリビングアニオン重合法に
よってPS−PIジブロック重合ポリマーを作製し、こ
れに、一般的なラジカル重合法で作成されたPIの低分
子量ホモポリマーを添加し、PGEMEAに溶解させ溶
液化した。実施例13と同様にして、化合物半導体基板
上にPS−PIジブロックコポリマーとPIホモポリマ
ーの混合物を薄膜化し、熱アニールによってミクロ相分
離構造を作成した後、オゾン酸化法によって、PIを除
去し、基板上にPSのエッチングマスクを作成した。こ
の後、実施例13と同様にして、発光素子を作製した。
その結果、なにも発光面を加工しなかったサンプルにく
らべ約40%の輝度の向上が見られた。
(Example 14) Next, as a phase-separated polymer, PS (polystyrene) -PI (polyisoprene) diblock copolymer (molecular weight (Mw) PS: 230,000, P
I: 400,000 Mw / Mn: 1.06) and a low molecular weight homopolymer (molecular weight Mw: 2000, Mw / Mn:
An example using a PI polymer is shown as 1.45). That is, a PS-PI diblock polymer was prepared by the living anion polymerization method in the same manner as in Example 9, and a low molecular weight homopolymer of PI prepared by a general radical polymerization method was added to the PS-PI diblock polymer to prepare PGEMEA. It was dissolved and made into a solution. In the same manner as in Example 13, a mixture of PS-PI diblock copolymer and PI homopolymer was formed into a thin film on a compound semiconductor substrate, and a microphase-separated structure was formed by thermal annealing, and then PI was removed by an ozone oxidation method. A PS etching mask was formed on the substrate. After that, a light emitting device was produced in the same manner as in Example 13.
As a result, the brightness was improved by about 40% as compared with the sample in which the light emitting surface was not processed.

【0104】(実施例15)実施例9のリビングアニオ
ン重合法と同じ方法でポリスチレン(PS)とポリメタ
クリル酸メチル(PMMA)のジブロックコポリマーを
重合した。さらに加熱したシクロヘキサン中でPSなど
の未反応の成分を除去した。分子量は、PSが24万、
PMMAが73万、全ポリマーのMw/Mnは1.08
であった。これにMw15000のPMMAと、分子量
9000のPSのホモポリマーを添加したサンプルをG
aAs基板上に薄膜化した。PS−PMMAブロックコ
ポリマーとPMMAホモポリマーとPSホモポリマーの
混合率と、その結果得られたミクロ相分離パターンのP
Sの直径は以下のとおりである。
Example 15 A diblock copolymer of polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA) was polymerized by the same method as the living anion polymerization method of Example 9. Further, unreacted components such as PS were removed in heated cyclohexane. The molecular weight of PS is 240,000,
PMMA is 730,000, Mw / Mn of all polymers is 1.08
Met. A sample obtained by adding PMMA of Mw 15000 and homopolymer of PS of molecular weight 9000 to this is G
A thin film was formed on the aAs substrate. The mixing ratio of PS-PMMA block copolymer, PMMA homopolymer, and PS homopolymer, and the P of the resulting microphase separation pattern
The diameter of S is as follows.

【0105】[0105]

【表9】 [Table 9]

【0106】この結果、PSの球状パターンはPSの添
加によって、大きくなることがわかる。本発明で用いら
れるパターン形成方法は、膜厚はPSの球の直径と同じ
程度に設定する必要がある。このため、得られた直径と
ほぼ同じ膜厚になるように、ポリマーの濃度およびスピ
ンコートの回転数を調整して、電極を作成したGaP基
板上にポリマー薄膜を塗布した。これを同様の方法でア
ニールし膜中に相分離構造を発生させた。この相分離し
たプロックコポリマー付基板を、O30sccm、圧
力1.33Pa(10mTorr)、パワー=100W
でRIEすることにより、相分離したポリマー膜中のP
MMAを除去した。残ったPSのパターンをマスクにし
て、Cl100sccm、0.65Pa(5mTor
r)、パワー=300WでRIE行うと電流拡散層上に
微細なパターンが形成された。この後、Oアッシャー
により残ったPSを除去した。この結果、化合物半導体
の基板の電極、配線パターン以外の表面に、凹凸パター
ンが形成された。凹凸パターンの形状と、凹凸パターン
を形成していないサンプルと比較した輝度の向上は以下
の表10の通りであった。
As a result, it can be seen that the spherical pattern of PS is increased by adding PS. In the pattern forming method used in the present invention, the film thickness needs to be set to the same extent as the diameter of the PS sphere. Therefore, the concentration of the polymer and the rotation number of spin coating were adjusted so that the film thickness was almost the same as the obtained diameter, and the polymer thin film was applied onto the GaP substrate on which the electrode was formed. This was annealed by the same method to generate a phase separation structure in the film. This phase-separated substrate with a block copolymer was O 2 30 sccm, pressure 1.33 Pa (10 mTorr), power = 100 W.
By RIE with P, the phase-separated polymer film P
The MMA was removed. Using the remaining PS pattern as a mask, Cl 2 100 sccm, 0.65 Pa (5 mTorr)
r), RIE with power = 300 W formed a fine pattern on the current diffusion layer. After that, the remaining PS was removed by an O 2 asher. As a result, an uneven pattern was formed on the surface of the compound semiconductor substrate other than the electrodes and the wiring pattern. The shape of the concavo-convex pattern and the improvement in brightness as compared with the sample in which the concavo-convex pattern is not formed are shown in Table 10 below.

【0107】[0107]

【表10】 [Table 10]

【0108】このように、ブロックコポリマーの多数
相、少数相ともホモポリマー添加することで、ブロック
コポリマーの相分離パターンを大きくすることが可能で
あり、またこの結果、化合物半導体をエッチングするマ
スクとなるPSの高さを高くできることで、化合物半導
体を深くまでエッチングすることができる。この結果高
さの高い凹凸を得ることができ、より輝度が向上するこ
とがわかった。また、この方法は分子量を高くすること
が難しいときや、ロット間でのばらつきと低減するのに
効果がある。
As described above, by adding a homopolymer to both the majority phase and the minority phase of the block copolymer, it is possible to increase the phase separation pattern of the block copolymer, and as a result, it becomes a mask for etching the compound semiconductor. Since the height of PS can be increased, the compound semiconductor can be etched deeply. As a result, it was found that unevenness having a high height can be obtained and the brightness is further improved. In addition, this method is effective when it is difficult to increase the molecular weight, and it is effective in reducing variation between lots.

【0109】(実施例16)まず,以下のように,エッ
チングマスクとして,SiNxのパターンを単結晶Al
上に形成する.単結晶Al上にプラズマC
VD法でSiNxを200nm成膜し,その上にPS:
315000、PMMA:785000の分子量をもつ
ブロックコポリマーをPGMEAに溶かした液をスピン
コート法で単結晶Alに3000rpmで塗布し
た後、110℃、90秒でプリベークして溶剤を気化し
150nmの膜厚を得た。次に窒素雰囲気中で180
℃、4時間のアニールを行い、PSとPMMAの相分離
を行い、直径110nm程度のポリスチレンのドットパ
ターンを形成した。この相分離したプロックコポリマー
付き単結晶Al基板を、O30sccm、圧力
13.3Pa(100mTorr)、パワー=100W
の条件下でRIEすることにより、相分離したPS−P
MMAのうちPMMAを選択的にエッチングした。この
結果、凝集した0.1μm程度の大きさのポリスチレン
が0.1μm程度の間隔で残り,SiNxパターン形成
用のマスクとなる。
(Example 16) First, a SiNx pattern was used as an etching mask to form a single crystal Al as follows.
It is formed on 2 O 3 . Plasma C on single crystal Al 2 O 3
A 200 nm SiNx film is formed by the VD method, and PS:
315000, PMMA: A solution obtained by dissolving a block copolymer having a molecular weight of 785000 in PGMEA was applied to a single crystal Al 2 O 3 at 3000 rpm by a spin coating method, and then prebaked at 110 ° C. for 90 seconds to evaporate the solvent to 150 nm. The film thickness was obtained. Then 180 in a nitrogen atmosphere
Annealing was performed at 4 ° C. for 4 hours to perform phase separation between PS and PMMA to form a polystyrene dot pattern having a diameter of about 110 nm. This phase-separated single crystal Al 2 O 3 substrate with a block copolymer was O 2 30 sccm, pressure 13.3 Pa (100 mTorr), power = 100 W.
The phase-separated PS-P by RIE under the conditions
PMMA of MMA was selectively etched. As a result, the aggregated polystyrene having a size of about 0.1 μm remains at intervals of about 0.1 μm and becomes a mask for forming the SiNx pattern.

【0110】この試料に対し,Ar/CHF=185
/15sccm,40mTorr,100Wの条件で
6.5分間エッチングを行い,エッチングマスクとして
のSiNxパターンを形成した.次に,SiNxパター
ンをエッチングマスクとして,単結晶Alを,B
Cl/Ar=80/20sccm,30mTorr,
100Wの条件で20minエッチングを行った.その
結果,単結晶Al表面に平均直径110nm、平
均高さ200nmの凹凸形状を形成することができた。
この後、CVDプロセスでn−Al(0.4)Ga
(0.6)N(コンタクト層)、n−Al(0.35)
Ga(0.65)N(クラッド)、n−Al(0.2
8)Ga(0.72)N/n−Al(0.24)Ga
(0.76)N(SL活性層)、p−Al(0.4)G
a(0.6)N/p−Al(0.3)Ga(0.7)N
(SLクラッド層)、p−GaN(コンタクト層)を順
次積んでいった。電極を作成したのち、チップに切断
し、発光素子とした。作成した素子の構成図を図9に示
す。本発明の凹凸構造を作成しなかった発光素子と紫外
光(λ=300nm)の発光強度を比較した。この結
果、凹凸構造をつけたものの輝度は、凹凸加工しなかっ
たものにくらべ約30%向上していた。このように、本
発明により得られた構造は、UV光でも効果があること
が確認された。
For this sample, Ar / CHF 3 = 185
Etching was carried out for 6.5 minutes under the conditions of / 15 sccm, 40 mTorr and 100 W to form a SiNx pattern as an etching mask. Next, using the SiNx pattern as an etching mask, the single crystal Al 2 O 3 was added to the B
Cl 3 / Ar = 80/20 sccm, 30 mTorr,
Etching was performed for 20 minutes under the condition of 100W. As a result, a concavo-convex shape having an average diameter of 110 nm and an average height of 200 nm could be formed on the surface of the single crystal Al 2 O 3 .
After that, n-Al (0.4) Ga is formed by a CVD process.
(0.6) N (contact layer), n-Al (0.35)
Ga (0.65) N (clad), n-Al (0.2
8) Ga (0.72) N / n-Al (0.24) Ga
(0.76) N (SL active layer), p-Al (0.4) G
a (0.6) N / p-Al (0.3) Ga (0.7) N
(SL clad layer) and p-GaN (contact layer) were sequentially stacked. After forming the electrode, it was cut into chips to obtain a light emitting device. FIG. 9 shows a block diagram of the device thus prepared. The emission intensity of ultraviolet light (λ = 300 nm) was compared with that of a light-emitting element that did not have the uneven structure of the present invention. As a result, the brightness of the one having the concavo-convex structure was improved by about 30% as compared with the one not subjected to the concavo-convex processing. Thus, it was confirmed that the structure obtained according to the present invention is effective even with UV light.

【0111】(実施例17)実施例16で発光面に凹凸
を作成したUV−LEDに、蛍光体を載せることで、白
色光を出すようにした。用いた蛍光体は以下の表11の
通りである。
(Example 17) White light was emitted by placing a phosphor on the UV-LED in which unevenness was formed on the light emitting surface in Example 16. The phosphors used are as shown in Table 11 below.

【0112】[0112]

【表11】 [Table 11]

【0113】この蛍光体をLEDの発光面上に薄膜化
し、エポキシ樹脂で封止した。同様の蛍光体を使い、L
ED表面に凹凸構造をつけなかったLEDと白色光の輝
度を比較した。この結果、凹凸をつけたLEDの輝度の
方が、約25%ほど上回った。この結果、本発明により
得られた構造は、蛍光体を用いた白色LEDでも効果が
あることが確認された。
A thin film of this phosphor was formed on the light emitting surface of the LED and sealed with an epoxy resin. Using the same phosphor, L
The brightness of white light was compared with that of an LED having no uneven structure on the ED surface. As a result, the brightness of the LED with unevenness was higher by about 25%. As a result, it was confirmed that the structure obtained by the present invention is also effective for a white LED using a phosphor.

【0114】[0114]

【発明の効果】本発明によれば、凹凸の平均直径は発光
波長より小さく、凹凸のピッチは分布を持ち、凹凸の高
さおよび底面の位置は屈折率の滑らかな傾斜を持たせる
ため、光波長以下で平均値から幅を持たせることを特徴
とするナノ凹凸構造を表面に形成する。それによって、
発光素子等の高発光効率特性を実現する。また、ブロッ
クコポリマーまたはグラフトコポリマーを含有し、ミク
ロ相分離構造を自己組織化に作成するミクロ相分離構造
を形成するナノ構造形成組成物を用い、表面に形成され
た相分離構造の少なくとも1種の相を選択的に除去し
て、残りをエッチングマスクとして用いることにより、
露光装置を使わず、コストを安く、高い生産性を実現す
る製造方法である。
According to the present invention, the average diameter of the unevenness is smaller than the emission wavelength, the pitch of the unevenness has a distribution, and the height of the unevenness and the position of the bottom surface have a smooth slope of the refractive index. A nano concavo-convex structure characterized by having a width from the average value at a wavelength or less is formed on the surface. Thereby,
Achieve high luminous efficiency characteristics of light emitting devices and the like. In addition, a nanostructure-forming composition containing a block copolymer or a graft copolymer and forming a microphase-separated structure for self-assembling the microphase-separated structure is used, and at least one of the phase-separated structures formed on the surface is used. By selectively removing the phase and using the rest as an etching mask,
This is a manufacturing method that realizes high productivity without using an exposure apparatus, at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の発光素子の概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device of the present invention.

【図2】 本発明の発光素子の製造過程を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of the light emitting device of the present invention.

【図3】 本発明の発光素子の製造過程の他の例を示す
概略図。
FIG. 3 is a schematic view showing another example of the manufacturing process of the light emitting device of the present invention.

【図4】 本発明の一実施例によって得られた発光素子
の表面を観察した写真。
FIG. 4 is a photograph of observing the surface of a light emitting device obtained according to an example of the present invention.

【図5】 本発明の他の実施例によって得られた発光素
子の表面を観察した写真。
FIG. 5 is a photograph of a surface of a light emitting device obtained according to another embodiment of the present invention.

【図6】 本発明のさらに他の実施例で得られるミクロ
相分離構造を示す写真。
FIG. 6 is a photograph showing a microphase-separated structure obtained in still another example of the present invention.

【図7】 本発明のさらに他の実施例で得られるミクロ
相分離構造を示す写真。
FIG. 7 is a photograph showing a microphase-separated structure obtained in still another example of the present invention.

【図8】 本発明のさらに他の実施例で得られるミクロ
相分離構造を示す写真。
FIG. 8 is a photograph showing a microphase-separated structure obtained in still another example of the present invention.

【図9】 本発明のさらに他の実施例を示す発光素子の
断面図。
FIG. 9 is a sectional view of a light emitting device showing still another embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施例で用いる樹脂組成物の分子
量分布を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the molecular weight distribution of the resin composition used in the examples of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・基板 12・・・活性層 13・・・クラッド層 14・・・ヘテロ構造部 15・・・電流拡散層 16・・・上部電極 17・・・下部電極 18・・・微小凹凸 21・・・ミクロ構造形成性樹脂組成物薄膜 22・・・パターン 31・・・第1のレジスト膜 32・・・第2のレジスト膜 11 ... Substrate 12 ... Active layer 13 ... Clad layer 14 ... Heterostructure part 15 ... Current spreading layer 16 ... Upper electrode 17 ... Lower electrode 18 ... Micro unevenness 21 ... Microstructure-forming resin composition thin film 22 ... Pattern 31 ... First resist film 32 ... Second resist film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 仁 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 大橋 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 戸野谷 純一 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者 鈴木 啓之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 Fターム(参考) 5F004 BB13 DA01 DA04 DA11 DA23 DA26 DB23 EA28 EA37 EA38 EA40 5F041 AA03 CA04 CA12 CA34 CA35 CA37 CA74 CA77 CB36    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hitoshi Sugiyama             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Kenichi Ohashi             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Junichi Tonoya             33, Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Production Technology Center (72) Inventor Hiroyuki Suzuki             33, Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Production Technology Center F-term (reference) 5F004 BB13 DA01 DA04 DA11 DA23                       DA26 DB23 EA28 EA37 EA38                       EA40                 5F041 AA03 CA04 CA12 CA34 CA35                       CA37 CA74 CA77 CB36

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光素子を構成する半導体層の光放射側最
外層表面または該光放射側最外層上に形成された無機光
透過性層表面に微細な凹凸が施された素子であり、該表
面が下記の2条件を備えた表面性を有することを特徴と
する発光素子。 (1)凹凸の凸部の平均回転半径〈R〉(ただし、
〈R〉=ΣR/ΣRn 、nは任意の回転半径
を有する凸部の個数)は、光波長の1/20以上1/2
以下で、かつ、その回転半径の分散度σ(ただし、σ
=〈R〉/(ΣRn /Σn)、nは任意の回転
半径を有する凸部の個数)が、1.05以上2以下であ
ること。 (2)凹凸の凸部の平均高さ〈H〉(ただし、〈H〉=
ΣH/ΣHn、nは任意の高さ有する凸部の
個数)は、光波長の1/10以上1以下で、その高さの
分散度σ(ただし、σ=〈H〉/(ΣHn/Σn
)、nは任意の高さ有する凸部の個数)が、1.0
5以上2以下であること。
1. A light emitting side of a semiconductor layer constituting a light emitting device.
Inorganic light formed on the surface of the outer layer or on the outermost layer on the light emitting side
It is an element in which the surface of the transparent layer is provided with fine irregularities.
The surface has a surface property satisfying the following two conditions.
Light emitting element. (1) Average turning radius <R> (where
<R> = ΣRTwonR/ ΣRn R, NRIs an arbitrary turning radius
Is 1/20 or more and 1/2 of the light wavelength.
Below, and the degree of dispersion σ of the radius of gyrationR(However, σ
R= <R> / (ΣRn R/ ΣnR), NRIs any rotation
The number of convex portions having a radius) is 1.05 or more and 2 or less.
To do. (2) Average height of convex and concave portions <H> (where <H> =
ΣHTwonH/ ΣHnH, NRIs a convex part with an arbitrary height
The number is 1/10 or more and 1 or less of the light wavelength, and
Dispersion σH(However, σH= <H> / (ΣHnH/ Σn
H), NRIs the number of convex portions having an arbitrary height) is 1.0
Must be 5 or more and 2 or less.
【請求項2】ブロックコポリマーまたはグラフトコポリ
マーを含有し、ミクロ相分離構造を自己組織的に形成す
る樹脂組成物を用いて発光素子の表面に薄膜を形成し、
表面に形成された該薄膜のミクロ相分離構造の少なくと
も一方の相を選択的に除去し、残余の相をエッチングマ
スクとして用いて該発光素子の表面をエッチングするこ
とを特徴とする発光素子の製造方法。
2. A thin film is formed on the surface of a light emitting device using a resin composition containing a block copolymer or a graft copolymer and forming a microphase-separated structure in a self-assembled manner.
Manufacturing of a light emitting device, characterized in that at least one phase of the microphase-separated structure of the thin film formed on the surface is selectively removed and the surface of the light emitting device is etched using the remaining phase as an etching mask. Method.
【請求項3】ブロックコポリマーまたはグラフトコポリ
マーを含有し、ミクロ相分離構造を自己組織的に形成す
る樹脂組成物を用いて基板の表面に薄膜を形成し、表面
に形成された該薄膜のミクロ相分離構造の少なくとも一
方の相を選択的に除去し、残余の相をエッチングマスク
として用いて該基板表面をエッチングすることで形成さ
れた構造をもつ基板上に、発光素子材料を形成すること
を特徴とする発光素子の製造方法。
3. A thin film is formed on the surface of a substrate by using a resin composition containing a block copolymer or a graft copolymer and self-organizing a microphase-separated structure, and the microphase of the thin film formed on the surface. A light emitting device material is formed on a substrate having a structure formed by selectively removing at least one phase of the separation structure and etching the surface of the substrate using the remaining phase as an etching mask. And a method for manufacturing a light emitting device.
【請求項4】前記ブロックコポリマーまたはグラフトコ
ポリマーの数平均分子量が、10万以上1000万以下
であることを特徴とする請求項2記載の発光素子の製造
方法。
4. The method for producing a light emitting device according to claim 2, wherein the block copolymer or graft copolymer has a number average molecular weight of 100,000 or more and 10,000,000 or less.
【請求項5】前記ブロックコポリマーの重量平均分子量
と数平均分子量との比(Mw/Mn)が、1.2以下で
あることを特徴とする請求項4記載の発光素子の製造方
法。
5. The method for producing a light emitting device according to claim 4, wherein the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight of the block copolymer is 1.2 or less.
【請求項6】前記ブロックコポリマーまたは前記グラフ
トコポリマーが、リビングアニオン重合によって製造さ
れたものであることを特徴とする請求項4記載の発光素
子の製造方法。
6. The method for producing a light emitting device according to claim 4, wherein the block copolymer or the graft copolymer is produced by living anion polymerization.
【請求項7】前記ブロックコポリマーまたはグラフトコ
ポリマーを構成する複数のポリマー鎖のうち少なくとも
2種のポリマー鎖について、各ポリマー鎖を構成するモ
ノマー単位のN/(N−N)の比が1.4以上であ
る(ただし、Nはモノマー単位の総原子数、Nはモノ
マー単位の炭素原子数、Nはモノマー単位の酸素原子
数)ことを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれ
かに記載の発光素子の製造方法。
For 7. At least two polymer chains of the plurality of polymer chains constituting the block copolymer or graft copolymer, the ratio of N / (N C -N O) of the monomer units constituting each polymer chain 1 7 or more (where N is the total number of atoms in the monomer unit, N C is the number of carbon atoms in the monomer unit, and N 2 O is the number of oxygen atoms in the monomer unit). A method for manufacturing a light-emitting device according to any one of claims
【請求項8】前記ブロックコポリマーまたは前記グラフ
トコポリマーが、スチレンとメチルメタクリレートとの
コポリマーであることを特徴とする請求項6記載の発光
素子の製造方法。
8. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 6, wherein the block copolymer or the graft copolymer is a copolymer of styrene and methyl methacrylate.
【請求項9】前記樹脂組成物が、前記ブロックコポリマ
ーまたは前記グラフトコポリマーに、低分子量ホモポリ
マーを添加したものであることを特徴とする請求項2記
載の発光素子の製造方法。
9. The method for producing a light-emitting element according to claim 2, wherein the resin composition is the block copolymer or the graft copolymer to which a low molecular weight homopolymer is added.
【請求項10】前記低分子量ホモポリマーが、前記ブロ
ックコポリマーまたは前記グラフトコポリマーを構成す
る複数のモノマーの内の1種のホモポリマーであること
を特徴とする請求項2または請求項9記載の発光素子の
製造方法。
10. The light emission according to claim 2, wherein the low molecular weight homopolymer is one homopolymer of a plurality of monomers constituting the block copolymer or the graft copolymer. Device manufacturing method.
【請求項11】前記低分子量ホモポリマーの分子量(M
w)が、1000以上30000以下であることを特徴
とする請求項10記載の発光素子の製造方法。
11. The molecular weight of the low molecular weight homopolymer (M
11. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein w) is 1,000 or more and 30,000 or less.
【請求項12】前記低分子量ホモポリマーが、ポリメチ
ルメタクリレートおよび/もしくはポリスチレンである
ことを特徴とする請求項9または請求項11記載の発光
素子の製造方法。
12. The method for producing a light emitting device according to claim 9, wherein the low molecular weight homopolymer is polymethylmethacrylate and / or polystyrene.
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