JP2015204363A

JP2015204363A - Light-emitting element, and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2015204363A
Application number: JP2014082795A
Authority: JP
Inventors: 吉田　武史; Takeshi Yoshida; 武史吉田
Original assignee: Showa Shinku Co Ltd
Current assignee: Showa Shinku Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-11-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a light-emitting element having a high light extraction efficiency; and a method for manufacturing such a light-emitting element.SOLUTION: A light-emitting element comprises: a light-emitting part formed by a semiconductor; a transparent protection film formed on a surface of the light-emitting part; and a filler for sealing up the light-emitting part and the transparent protection film. Of the transparent protection film, at least a layer in contact with the filler is a layer composed of a collection of nano structures extending from the side of the light-emitting part like posts. The nano structures are formed by deposited material. The layer composed of a nano structure collection can be obtained by oblique vapor deposition arranged so that deposition is performed while rotating an inclined substrate.

Description

本発明は、発光素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.

発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子は、一般に、半導体により形成された発光部が、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの充填材で封止された構造を有する。また、発光部と充填材との間に、透明保護膜を設けたものも知られている。このような構造において、発光部を構成する半導体とその外側の保護膜または充填材との間の屈折率差、さらには保護膜と充填材との間の屈折率差が、光を有効に取り出す上で問題となる。すなわち、屈折率差が大きいと、界面で全反射する臨界角が小さくなり、界面と垂直に近い角度の光でないと光を有効に取り出すことができなくなる。 A light emitting element such as a light emitting diode (LED) generally has a structure in which a light emitting portion formed of a semiconductor is sealed with a filler such as a silicone resin or an epoxy resin. Moreover, what provided the transparent protective film between the light emission part and the filler is also known. In such a structure, the refractive index difference between the semiconductor constituting the light emitting portion and the protective film or filler on the outside, and further the refractive index difference between the protective film and the filler effectively extract light. It becomes a problem above. That is, if the refractive index difference is large, the critical angle for total reflection at the interface decreases, and light cannot be effectively extracted unless the light is at an angle close to the interface.

発光部からの光を有効に取り出す技術として、特許文献１には、高屈折率半導体と充填材であるエポキシ樹脂との間に高屈折率材料による保護膜を設け、屈折率が段階的に異なる傾斜機能膜を形成することが開示されている。特許文献２には、実施例１４として、保護膜に凹凸を形成した構造が開示され、この構造により、光取り出し効率が向上することが記載されている。 As a technique for effectively extracting light from the light emitting portion, Patent Document 1 provides a protective film made of a high refractive index material between a high refractive index semiconductor and an epoxy resin that is a filler, and the refractive index varies stepwise. It is disclosed to form a functionally gradient film. Patent Document 2 discloses a structure in which unevenness is formed on a protective film as Example 14, and it is described that the light extraction efficiency is improved by this structure.

特開２００１−２０３３９２号公報JP 2001-203392 A 特許第３９８５７４２号Japanese Patent No. 3985742 特開２０１１−１５０１５４号公報JP 2011-150154 A

特許文献１に記載の技術は、高屈折率半導体と保護膜との屈折率差を小さくできる。しかし、保護膜とその外側の充填材との間の屈折率差は、大きいままである。特許文献２に記載の技術は、一度成膜した保護膜を凹凸に加工する必要がある。このため、工程が複雑となり、製造装置も複雑となってしまう。 The technique described in Patent Document 1 can reduce the difference in refractive index between the high refractive index semiconductor and the protective film. However, the refractive index difference between the protective film and the outer filler remains large. In the technique described in Patent Document 2, it is necessary to process the protective film once formed into irregularities. For this reason, a process becomes complicated and a manufacturing apparatus will also become complicated.

本発明は、このような課題を解決し、光取り出し効率の高い発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such problems and provide a light-emitting element having high light extraction efficiency and a method for manufacturing the same.

本発明の第１の観点によると、半導体により形成された発光部と、この発光部の表面に形成された透明保護膜と、発光部および透明保護膜を封止する充填材と、を備え、透明保護膜の少なくとも充填材に接する層は、発光部側から柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、このナノ構造体は、蒸着材料からなることを特徴とする発光素子が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a light emitting part formed of a semiconductor, a transparent protective film formed on the surface of the light emitting part, and a filler for sealing the light emitting part and the transparent protective film, The layer in contact with at least the filler of the transparent protective film is an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a column shape from the light emitting portion side, and the nanostructure is made of a vapor deposition material. The

ナノ構造体は、発光部の発光波長以下の周期で形成されていることが望ましい。 The nanostructure is desirably formed with a period equal to or shorter than the emission wavelength of the light emitting portion.

集合層は、蒸着材料の膜充填密度が異なって積層された複数の層を含むことができる。この場合、発光部側よりも充填材に近い層ほど膜充填度が低いことが望ましい。 The aggregate layer can include a plurality of layers stacked with different film packing densities of the vapor deposition material. In this case, it is desirable that the layer closer to the filler than the light emitting portion side has a lower film filling degree.

本発明の第２の観点によると、半導体基板上に形成された発光部の表面に透明保護膜を形成する保護膜形成工程と、発光部および透明保護膜を充填材で封止する封止工程と、を有し、保護膜形成工程は、発光部が形成された半導体基板を回転可能に配置する配置工程と、配置工程で配置された半導体基板と蒸着材料源との角度を調整する角度調整工程と、角度が調整された半導体基板の発光素子上に、蒸着材料源からの蒸着材料を蒸着させる蒸着工程と、を有し、蒸着工程では、半導体基板を継続的または断続的に回転させながらその半導体基板の発光部上に蒸着材料を蒸着させる、ことを特徴とする発光素子の製造方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a protective film forming step of forming a transparent protective film on the surface of the light emitting portion formed on the semiconductor substrate, and a sealing step of sealing the light emitting portion and the transparent protective film with a filler And the protective film forming step includes an arrangement step of rotatably arranging the semiconductor substrate on which the light emitting portion is formed, and an angle adjustment for adjusting an angle between the semiconductor substrate arranged in the arrangement step and the vapor deposition material source A vapor deposition step of depositing a vapor deposition material from a vapor deposition material source on the light emitting element of the semiconductor substrate whose angle is adjusted, and in the vapor deposition step, the semiconductor substrate is rotated continuously or intermittently. There is provided a method for manufacturing a light emitting device, characterized in that a vapor deposition material is deposited on a light emitting portion of the semiconductor substrate.

蒸着工程では、半導体基板の発光部上に蒸着材料をらせん状、または、ジグザグ状に蒸着させ、最終的に、発光部から柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することが望ましい。角度調整工程では、半導体基板の角度を調整することにより、発光素子に蒸着される蒸着材料の膜充填密度を設定することができる。 In the vapor deposition step, it is desirable to deposit a vapor deposition material on the light emitting portion of the semiconductor substrate in a spiral or zigzag manner, and finally form an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a column shape from the light emitting portion. In the angle adjustment step, the film filling density of the vapor deposition material deposited on the light emitting element can be set by adjusting the angle of the semiconductor substrate.

本発明によれば、光取り出し効率の高い発光素子およびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a light emitting element with high light extraction efficiency and its manufacturing method can be provided.

本発明の実施の形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting element which concerns on embodiment of this invention. 図１に示す発光素子における光の経路を説明する図である。It is a figure explaining the path | route of the light in the light emitting element shown in FIG. 透明保護膜の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a transparent protective film. 透明保護膜の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a transparent protective film. 透明保護膜の形成に用いられる薄膜形成装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the thin film formation apparatus used for formation of a transparent protective film.

図１は、本発明の実施の形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。この発光素子は、半導体により形成された発光部１を備え、その表面には配線２が設けられている。発光部は、例えば発光ダイオードである。発光部１の詳細な構造は省略する。また、配線２は、図１ではひとつだけ示し、他は図示を省略する。発光部１および配線２の表面には、透明保護膜３が形成されている。透明保護膜３のうち、配線２の部分はエッチングにより除去され、金属バンプ４を介してリード線（図示せず）が接続されている。発光部１および透明保護膜３、ならびに金属バンプ４は、充填材５により、素子パッケージ（図示せず）内に封止されている。透明保護膜３の少なくとも充填材に接する層は、発光部側から柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層であり、このナノ構造体は、蒸着材料からなる。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. This light emitting element includes a light emitting portion 1 formed of a semiconductor, and wiring 2 is provided on the surface thereof. The light emitting unit is, for example, a light emitting diode. The detailed structure of the light emitting unit 1 is omitted. Further, only one wiring 2 is shown in FIG. 1, and the others are not shown. A transparent protective film 3 is formed on the surfaces of the light emitting unit 1 and the wiring 2. Of the transparent protective film 3, the portion of the wiring 2 is removed by etching, and a lead wire (not shown) is connected through a metal bump 4. The light emitting unit 1, the transparent protective film 3, and the metal bump 4 are sealed in an element package (not shown) with a filler 5. The layer in contact with at least the filler of the transparent protective film 3 is an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a columnar shape from the light emitting portion side, and the nanostructure is made of a vapor deposition material.

例えば青色発光ダイオードの場合、発光部１の半導体材料として、窒化ガリウムＧａＮが用いられる。ＧａＮの屈折率は２．５であり、透明保護膜３としては、特許文献２に示された二酸化ジルコニウムＺｒＯ_２のほか、窒化シリコンＳｉＮや、五酸化タンタルＴａ_２Ｏ_５、五酸化ニオブＮｂ_２Ｏ_５などが用いられる。ＳｉＮの非屈折率は２．０である。充填材５としては、例えばシリコーン樹脂が用いられる。シリコーン樹脂の屈折率は１．４ないし１．５である。 For example, in the case of a blue light emitting diode, gallium nitride GaN is used as the semiconductor material of the light emitting unit 1. The refractive index of GaN is 2.5, and as the transparent protective film 3, in addition to zirconium dioxide ZrO ₂ disclosed in Patent Document 2, silicon nitride SiN, tantalum pentoxide Ta ₂ O ₅ , niobium pentoxide Nb ₂ O ₅ or the like is used. The non-refractive index of SiN is 2.0. As the filler 5, for example, a silicone resin is used. The refractive index of the silicone resin is 1.4 to 1.5.

図２は、図１に示す発光素子における光の経路を説明する図である。発光部１が発光ダイオードの場合、そのｐｎ接合では指向性のない光が発生する。発生した光のうち、透明保護膜３に対して入射角が小さい光だけが、透明保護膜３に入射し、充填材５を経由して外部に出力される。透明保護膜３に対して入射角の大きい光は、反射され、発光部１内で多重反射されることになる。透明保護膜３とは反対側に向かった光は、発光部１の裏面で反射されるが、その反射光も、透明保護膜３に対して入射角が小さい場合だけ、透明保護膜３に入射する。透明保護膜３と充填材５との間でも、同様のことが生じる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a light path in the light-emitting element shown in FIG. When the light emitting unit 1 is a light emitting diode, light having no directivity is generated at the pn junction. Of the generated light, only light having a small incident angle with respect to the transparent protective film 3 enters the transparent protective film 3 and is output to the outside via the filler 5. Light having a large incident angle with respect to the transparent protective film 3 is reflected and multiple-reflected within the light emitting unit 1. Light directed to the opposite side of the transparent protective film 3 is reflected on the back surface of the light emitting unit 1, but the reflected light is also incident on the transparent protective film 3 only when the incident angle is small with respect to the transparent protective film 3. To do. The same thing occurs between the transparent protective film 3 and the filler 5.

発光部１から外部への光取り出し効率を高めるには、発光部１と透明保護膜３との屈折率差が小さく、かつ、透明保護膜３と充填材５との屈折率差も小さいことが望ましい。そこで本実施の形態では、透明保護層３の材料として屈折率が発光部１の屈折率と近いものを用い、少なくとも充填材側をナノ構造体の集合層とする。これにより、透明保護膜３の屈折率を段階的に変化させることができ、光の取り出し効率を高めることができる。 In order to increase the light extraction efficiency from the light emitting unit 1 to the outside, the refractive index difference between the light emitting unit 1 and the transparent protective film 3 is small, and the refractive index difference between the transparent protective film 3 and the filler 5 is also small. desirable. Therefore, in the present embodiment, a material having a refractive index close to that of the light emitting portion 1 is used as a material for the transparent protective layer 3, and at least the filler side is an aggregate layer of nanostructures. Thereby, the refractive index of the transparent protective film 3 can be changed in steps, and the light extraction efficiency can be increased.

ナノ構造体の集合層およびその成膜方法については、特許文献３に詳しい。本実施の形態では、透明保護層３の形成に、特許文献３に示された方法を利用する。 The assembly layer of nanostructures and the film formation method thereof are described in detail in Patent Document 3. In the present embodiment, the method disclosed in Patent Document 3 is used for forming the transparent protective layer 3.

図３は、透明保護層３の一例を示す図である。この透明保護層３は、発光部１上に均質に成膜された第一層１１と、この第一層１１上に成膜された第二層１２からなる。第二層１２は、複数のナノ構造体１３の集合層として成膜される。第一層１１および第二層１２は、共に蒸着材料からなる蒸着膜により形成される。第一層１１および第二層１２の蒸着材料は同じでもよく、別でもよい。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the transparent protective layer 3. The transparent protective layer 3 includes a first layer 11 that is uniformly formed on the light emitting unit 1 and a second layer 12 that is formed on the first layer 11. The second layer 12 is formed as an aggregate layer of a plurality of nanostructures 13. Both the first layer 11 and the second layer 12 are formed of a vapor deposition film made of a vapor deposition material. The vapor deposition materials of the first layer 11 and the second layer 12 may be the same or different.

ナノ構造体１３は、その幅が例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍであって、第一層１１の略垂直方向に柱状に延びるように形成されている。このように、ナノ構造体１３が発光部１に略垂直方向に柱状に延びているので、波長ムラが生じにくくなる。ナノ構造体１３は、後述するように、発光部１が形成された基板を回転させることにより形成される。このため、第一層１１上に蒸着材料がらせん状に蒸着され、最終的に、第一層１１の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体１３の集合層が成膜される。 The nanostructure 13 has a width of, for example, several tens of nanometers to several hundreds of nanometers, and is formed to extend in a columnar shape in a substantially vertical direction of the first layer 11. As described above, since the nanostructure 13 extends in a columnar shape in a direction substantially perpendicular to the light emitting portion 1, wavelength unevenness is less likely to occur. As will be described later, the nanostructure 13 is formed by rotating the substrate on which the light emitting unit 1 is formed. For this reason, the vapor deposition material is spirally deposited on the first layer 11, and finally an aggregate layer of a plurality of nanostructures 13 extending in a columnar shape in the substantially vertical direction of the first layer 11 is formed.

ナノ構造体１３の集合層である第二層１２は、全体として、蒸着材料と空気とが一定割合で混合している。この混合割合（薄膜の膜充填密度）により、第二層１２全体の屈折率が決定される。なお、後述するように、蒸着源である坩堝と基板との角度（後述する基板角度Ｃ）を変えることにより、第一層１１の上に成膜される第二層１２の膜充填密度を変化させることができる。このため、第二層１１は、その膜充填密度、すなわち、後述する基板角度Ｃを調整することにより、所望の屈折率に設定可能である。 As a whole, the second layer 12, which is an aggregate layer of the nanostructures 13, is a mixture of the vapor deposition material and air at a constant rate. The refractive index of the entire second layer 12 is determined by the mixing ratio (film packing density of the thin film). As will be described later, the film packing density of the second layer 12 formed on the first layer 11 is changed by changing the angle between the crucible as the vapor deposition source and the substrate (substrate angle C described later). Can be made. Therefore, the second layer 11 can be set to a desired refractive index by adjusting the film filling density, that is, the substrate angle C described later.

ここで、一般に、ナノ構造体の集合層からなる薄膜の膜充填密度Ｐは、
Ｐ＝（ｎ−ｎ_０）／（ｎ_ｍ−ｎ_０）
で表される。ｎは所望する薄膜の屈折率、ｎ_０は空気の屈折率、ｎ_ｍは蒸着材料のバルクの屈折率である。 Here, generally, the film packing density P of a thin film composed of an aggregate layer of nanostructures is:
P = (n−n ₀ ) / (n _m −n ₀ )
It is represented by n is the refractive index of the desired thin film, n ₀ is the refractive index of air, and n _m is the refractive index of the bulk of the vapor deposition material.

例えば、蒸着材料としてＳｉＮを用いた場合、ＳｉＮの屈折率が２．０、空気の屈折率が１である。第二層１２の屈折率を例えば１．８にしたいとすると、第二層１２の膜充填密度を、Ｐ＝（１．８−１）／（２．０−１）＝０．８とすればよい。この膜充填密度が得られるように、蒸着時の基板角度Ｃを調整する。 For example, when SiN is used as the vapor deposition material, the refractive index of SiN is 2.0 and the refractive index of air is 1. If the refractive index of the second layer 12 is, for example, 1.8, the film packing density of the second layer 12 is P = (1.8-1) / (2.0-1) = 0.8. That's fine. The substrate angle C during vapor deposition is adjusted so that this film packing density is obtained.

第二層１２は、ナノ構造体１３が第一層１１に対して略垂直方向に柱状に延びるように形成されているので、波長ムラが生じにくくなる。加えて、第二層１２の屈折率を調整することができるので、発光部１からの光取り出し効率が高くなるように最適な屈折率を容易に実現することができる。 The second layer 12 is formed so that the nanostructure 13 extends in a columnar shape in a substantially vertical direction with respect to the first layer 11, so that wavelength unevenness is less likely to occur. In addition, since the refractive index of the second layer 12 can be adjusted, the optimum refractive index can be easily realized so that the light extraction efficiency from the light emitting unit 1 is increased.

ナノ構造体１３の集合層は、一層に限定されるものではなく、複数の集合層からなる積層構造としてもよい。この場合、集合層を構成するナノ構造体１３の幅（膜充填密度）の異なる層を複数層積層することが好ましい。この場合、発光部１側よりも充填材５に近い層ほど膜充填度が低いことが望ましい。このような膜充填度とすることで、透明保護膜３の屈折率を段階的に変化させることができ、光の取り出し効率を高めることができる。 The aggregate layer of the nanostructures 13 is not limited to a single layer, and may have a laminated structure including a plurality of aggregate layers. In this case, it is preferable to stack a plurality of layers having different widths (film filling densities) of the nanostructures 13 constituting the aggregate layer. In this case, it is desirable that the layer closer to the filler 5 than the light emitting portion 1 side has a lower film filling degree. By setting it as such a film filling degree, the refractive index of the transparent protective film 3 can be changed in steps, and the extraction efficiency of light can be improved.

図４は、透明保護膜３の他の例を示す図である。この例では、透明保護膜３が三層構造となっており、図３に示した第二層１２の上に、さらに第三層１４が成膜されている。第三層１４は、第二層１２のナノ構造体１３よりも細い複数のナノ構造体１５から構成されている。第三層１４は、その膜充填密度が第二層１２の膜充填密度よりも低くなるように成膜されている。このような膜充填密度は、第三層１４を成膜する際の基板角度Ｃを、第二層１２を成膜する際の基板角度Ｃよりも大きくすることにより得られる。膜充填密度をこのように変えることにより、透明保護膜３の屈折率を段階的に変化させることができ、光の取り出し効率を高めることができる。 FIG. 4 is a diagram showing another example of the transparent protective film 3. In this example, the transparent protective film 3 has a three-layer structure, and a third layer 14 is further formed on the second layer 12 shown in FIG. The third layer 14 includes a plurality of nanostructures 15 that are thinner than the nanostructures 13 of the second layer 12. The third layer 14 is formed so that its film packing density is lower than the film packing density of the second layer 12. Such a film packing density can be obtained by making the substrate angle C when forming the third layer 14 larger than the substrate angle C when forming the second layer 12. By changing the film packing density in this way, the refractive index of the transparent protective film 3 can be changed stepwise, and the light extraction efficiency can be increased.

図５は、透明保護膜３の形成に用いられる薄膜形成装置２１の概要を示す図である。この薄膜形成装置２１は、斜方蒸着と呼ばれる成膜を行うものであり、真空槽２２と、公転ドーム２３と、回転板２４と、坩堝２５と、電子銃２６と、水晶膜厚計２７と、制御部２８と、を備えている。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of a thin film forming apparatus 21 used for forming the transparent protective film 3. This thin film forming apparatus 21 performs film formation called oblique deposition, and includes a vacuum chamber 22, a revolving dome 23, a rotating plate 24, a crucible 25, an electron gun 26, a quartz film thickness meter 27, The control unit 28 is provided.

真空槽２２は、導体により構成され、接地された密閉容器から構成されている。真空槽２２は、公転ドーム２３、回転板２４、坩堝２５、電子銃２６、水晶膜厚計２７等を収容し、ガス導入口３１と排気口３２とを備えている。 The vacuum chamber 22 is composed of a conductor and a grounded sealed container. The vacuum chamber 22 accommodates a revolution dome 23, a rotating plate 24, a crucible 25, an electron gun 26, a crystal film thickness meter 27, and the like, and includes a gas introduction port 31 and an exhaust port 32.

ガス導入口３１は、図示しないガス供給装置に接続され、真空槽２２の内部にアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）等の放電ガス、プロセスガス等の任意のガスを導入する。酸化物を蒸着する場合、蒸着材料がＳｉＯ_２の場合には、真空槽へのガス導入は行わなくても問題ないが、蒸着材料がＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５などのように、酸素が電子銃により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からガスを導入することが好ましい。排気口３２は、図示しない真空ポンプなどの排気装置に接続され、真空槽２２内のガスを排気する。 The gas inlet 31 is connected to a gas supply device (not shown), and introduces an arbitrary gas such as a discharge gas such as argon (Ar) and oxygen (O ₂ ) and a process gas into the vacuum chamber 22. When the oxide is deposited, if the deposition material is SiO ₂ , there is no problem even if the gas is not introduced into the vacuum chamber, but the deposition material is Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ or the like. In addition, it is preferable to introduce gas from the gas inlet 31 for oxygen that is easily separated by the electron gun. The exhaust port 32 is connected to an exhaust device such as a vacuum pump (not shown), and exhausts the gas in the vacuum chamber 22.

公転ドーム２３は、ドーム状に形成されている。公転ドーム２３には、図示しない公転ドーム回転機構が設けられており、成膜処理の間、公転ドーム２３を所定の回転数で回転させる。 The revolution dome 23 is formed in a dome shape. The revolution dome 23 is provided with a revolution dome rotation mechanism (not shown), and the revolution dome 23 is rotated at a predetermined rotational speed during the film forming process.

回転板２４は、公転ドーム２３に接続されている。回転板２４には、成膜対象の基板２９として、表面に発光部１が形成された半導体基板が配置される。なお、基板２９は、回転板２４近傍に保持する構成であってもよい。回転板２４には、図示しない回転機構が設けられており、成膜処理の間、回転板２４を所定の回転数で回転させる。この回転板２４の回転により基板２９が回転する。このように、基板２９自身が回転することにより、基板２９に垂直なナノ構造体からなる薄膜の蒸着が可能になる。また、基板２９自身が回転しないと、坩堝２５と基板２９との距離Ａ、Ｂの差によって、ナノ構造体からなる薄膜の膜厚が不均一になるが、基板２９を回転させることにより、薄膜の膜厚を均一に保つことができる。このような構造により、基板２９上に、膜厚、ナノ構造体の均一性に優れた薄膜を形成することができる。また、回転板２４近傍には、図示しない基板加熱用ヒータが設けられており、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱することができる。 The rotating plate 24 is connected to the revolution dome 23. On the rotating plate 24, a semiconductor substrate having the light emitting unit 1 formed on the surface is disposed as a substrate 29 to be deposited. The substrate 29 may be configured to be held near the rotating plate 24. The rotating plate 24 is provided with a rotating mechanism (not shown), and rotates the rotating plate 24 at a predetermined number of revolutions during the film forming process. The substrate 29 is rotated by the rotation of the rotating plate 24. As described above, the rotation of the substrate 29 itself makes it possible to deposit a thin film made of a nanostructure perpendicular to the substrate 29. Further, if the substrate 29 itself does not rotate, the film thickness of the thin film made of the nanostructure becomes non-uniform due to the difference between the distances A and B between the crucible 25 and the substrate 29. However, by rotating the substrate 29, the thin film The film thickness can be kept uniform. With such a structure, a thin film having excellent film thickness and nanostructure uniformity can be formed on the substrate 29. A substrate heating heater (not shown) is provided in the vicinity of the rotating plate 24, and the substrate 29 arranged on the rotating plate 24 can be heated to a desired temperature by the substrate heating heater.

坩堝２５には、プロセスに応じた種類の蒸着材料が充填されている。透明保護膜３を形成するためには、例えば屈折率の高いＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を用いる。複数の坩堝２５を配置し、それぞれに異種の蒸着材料を充填してもよい。 The crucible 25 is filled with a type of vapor deposition material according to the process. In order to form the transparent protective film 3, for example, ZrO ₂ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ , Nb ₂ O ₅ or the like having a high refractive index is used. A plurality of crucibles 25 may be arranged and filled with different kinds of vapor deposition materials.

電子銃２６は、坩堝２５内の蒸着材料に電子を衝突させ、蒸発温度まで加熱する。水晶膜厚計２７は、蒸着された薄膜の膜厚を測定、及び成膜速度を制御する。制御部２８は、プロセッサ（ＭＰＵ、ＣＰＵ等）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェースなどから構成されている。制御部２８は、この薄膜形成装置２１の動作手順を規定する制御データを格納し、薄膜形成装置２１内の各部に制御信号を供給して、薄膜形成装置２１内の各部を制御する。 The electron gun 26 collides electrons with the vapor deposition material in the crucible 25 and heats it to the evaporation temperature. The quartz film thickness meter 27 measures the film thickness of the deposited thin film and controls the film forming speed. The control unit 28 includes a processor (MPU, CPU, etc.), RAM, ROM, an interface, and the like. The control unit 28 stores control data that defines the operation procedure of the thin film forming apparatus 21, supplies a control signal to each part in the thin film forming apparatus 21, and controls each part in the thin film forming apparatus 21.

次に、以上のような薄膜形成装置２１を用いた場合を例に、透明保護膜３の形成方法、特に第二層１２、第三層１４の成膜方法について説明する。なお、前述のように、薄膜形成装置２１内の各部は、制御部２８に制御されている。このため、制御部２８が、以下の薄膜形成装置２１内の各部を制御する。 Next, a method for forming the transparent protective film 3, particularly a method for forming the second layer 12 and the third layer 14, will be described by taking the case of using the thin film forming apparatus 21 as described above as an example. As described above, each unit in the thin film forming apparatus 21 is controlled by the control unit 28. For this reason, the control part 28 controls each part in the following thin film forming apparatuses 21.

まず、回転板２４に、基板２９（表面に発光部１が形成された半導体基板）を配置する。次に、蒸着源である坩堝２５と基板２９の角度（図５の基板角度Ｃ）を調整する。この基板角度Ｃを変化させることにより、形成される薄膜の膜充填密度を所望の値に調整することができ、屈折率を調整することができる。例えば、基板角度Ｃを大きくすることにより、薄膜の膜充填密度が低くなり、屈折率を小さくすることができる。 First, the substrate 29 (semiconductor substrate on which the light emitting unit 1 is formed) is disposed on the rotating plate 24. Next, the angle between the crucible 25 serving as a vapor deposition source and the substrate 29 (substrate angle C in FIG. 5) is adjusted. By changing the substrate angle C, the film filling density of the thin film to be formed can be adjusted to a desired value, and the refractive index can be adjusted. For example, by increasing the substrate angle C, the film packing density of the thin film can be lowered and the refractive index can be reduced.

坩堝２５には、形成する薄膜に応じた蒸着材料を充填する。次に、真空槽２２内を図示しない排気装置によって、例えば、１Ｐａ〜１×１０^−５Ｐａ程度の高真空領域まで排気する。また、基板加熱用ヒータにより、回転板２４に配置された基板２９を所望の温度に加熱する。 The crucible 25 is filled with a vapor deposition material corresponding to the thin film to be formed. Next, the inside of the vacuum chamber 22 is exhausted to a high vacuum region of about 1 Pa to 1 × 10 ⁻⁵ Pa, for example, by an exhaust device (not shown). Further, the substrate 29 disposed on the rotating plate 24 is heated to a desired temperature by the substrate heating heater.

続いて、図示しない公転ドーム回転機構により公転ドーム２３を所定の回転数で回転させるとともに、図示しない回転機構により回転板２４を所定の回転数で回転させる。続いて、電子銃２６から電子ビームを坩堝２５内の蒸着材料へ照射し、蒸着材料を蒸発温度まで昇温させる。なお、蒸着材料が、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５などのように、酸素が電子ビーム照射により乖離しやすいものについては、ガス導入口３１からＯ_２ガスを導入することが好ましい。 Subsequently, the revolution dome 23 is rotated at a predetermined rotation number by a revolution dome rotation mechanism (not shown), and the rotating plate 24 is rotated at a predetermined rotation number by a rotation mechanism (not shown). Subsequently, an electron beam is irradiated from the electron gun 26 onto the vapor deposition material in the crucible 25 to raise the temperature of the vapor deposition material to the evaporation temperature. Incidentally, the vapor deposition _material, such as TiO 2, _Ta 2 _{O 5,} oxygen for those easily deviate by electron beam irradiation, it is preferred to introduce the _{O 2} gas from the gas inlet 31.

蒸着材料が蒸発温度まで昇温されると、蒸着材料は真空槽２２内を飛散し、基板２９上に堆積することで、緻密な蒸着膜を形成する。形成された蒸着膜は、水晶膜厚計２７により、その膜厚を測定する。そして、水晶膜厚計２７により所定の膜厚が形成されていることが測定されると、電子銃２６ならびに図示しない基板加熱用ヒータなどを停止させる。最後に、真空槽２２内の温度を冷却し、真空槽２２内に大気を導入した後、薄膜が形成された基板２９を取り出す。これにより、基板２９に薄膜が形成できる。 When the vapor deposition material is heated up to the evaporation temperature, the vapor deposition material scatters in the vacuum chamber 22 and is deposited on the substrate 29 to form a dense vapor deposition film. The film thickness of the deposited film is measured by a quartz film thickness meter 27. Then, when it is measured by the quartz film thickness meter 27 that the predetermined film thickness is formed, the electron gun 26 and the heater for heating the substrate (not shown) are stopped. Finally, the temperature in the vacuum chamber 22 is cooled and the atmosphere is introduced into the vacuum chamber 22, and then the substrate 29 on which the thin film is formed is taken out. Thereby, a thin film can be formed on the substrate 29.

このような薄膜成形において、発光部１が形成された半導体基板を基板２９として用い、基板角度Ｃを０から順次大きくすることで、発光部１上に、均質な第一層１１と、発光部１の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層からなる第二層１２以降の層とを、容易に成膜することができる。 In such thin film molding, the semiconductor substrate on which the light emitting unit 1 is formed is used as the substrate 29, and the substrate angle C is sequentially increased from 0, so that the homogeneous first layer 11 and the light emitting unit are formed on the light emitting unit 1. It is possible to easily form the first and second layers 12 and subsequent layers composed of an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a columnar shape in a substantially vertical direction.

以上の実施の形態によれば、高屈折率半導体に近い屈折率の透明保護膜３を斜方蒸着により形成し、基板を傾斜かつ回転させながら膜を成長させている。このような成膜方法を用いることで、簡単な工程かつ簡素な装置で、透明保護膜３の屈折率を最適に設定することができ、光取り出し効率を向上させることができる。また、斜方蒸着では、ナノ構造体の柱状の部分の周期、すなわち凹凸の周期を、可視光の波長以下とすることができる。凹凸の周期を特に発光部１の発光波長以下の周期とすることで、凹凸間での光の反射や干渉が生じることなく、発光部１からの光を有効に取り出すことができる。 According to the above embodiment, the transparent protective film 3 having a refractive index close to that of a high refractive index semiconductor is formed by oblique deposition, and the film is grown while the substrate is inclined and rotated. By using such a film forming method, the refractive index of the transparent protective film 3 can be optimally set with a simple process and a simple apparatus, and the light extraction efficiency can be improved. Further, in oblique deposition, the period of the columnar part of the nanostructure, that is, the period of the irregularities can be made equal to or less than the wavelength of visible light. By setting the period of the irregularities to be a period that is not more than the emission wavelength of the light emitting unit 1, light from the light emitting unit 1 can be effectively extracted without causing light reflection or interference between the irregularities.

以上の説明では、成膜方法として、透明保護膜３の第一層１１と第二層１２以降とを基板角度Ｃを変えるだけで連続して成膜する場合を例に説明したが、第一層１１については、他のどのような方法で成膜してもよい。 In the above description, the case where the first layer 11 and the second layer 12 and subsequent layers of the transparent protective film 3 are continuously formed only by changing the substrate angle C has been described as an example of the film forming method. The layer 11 may be formed by any other method.

また、以上の説明では、基板２９を一定速度で回転させ、基板２９上の発光部１に蒸着材料をらせん状に蒸着するものとしたが、発光部１上に均一な厚さのナノ構造体の集合層からなる薄膜が形成できれば、他の方法を利用することもできる。例えば、基板２９を停止させた状態で一定時間（ｔ）成膜し、基板２９を６０度（α）回転させて一定時間成膜し、更に基板２９を６０度回転させて一定時間成膜する、という動作を繰り返すように、基板１２を断続的に回転させてもよい。この場合、基板２９上の発光部１に蒸着材料をジグザグ状に蒸着させ、最終的に発光部１の略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を成膜することができる。また、基板回転角度αと時間ｔとを変更することで、薄膜の状態（屈折率等）を変えることができるため、所望の状態の薄膜構造体を形成することができる。 In the above description, the substrate 29 is rotated at a constant speed, and the vapor deposition material is spirally deposited on the light emitting portion 1 on the substrate 29. However, the nanostructure having a uniform thickness on the light emitting portion 1 is used. Other methods may be used as long as a thin film composed of the aggregate layer can be formed. For example, film formation is performed for a certain time (t) with the substrate 29 stopped, film formation is performed for a certain time by rotating the substrate 29 by 60 degrees (α), and film formation is performed for a certain time by further rotating the substrate 29 by 60 degrees. The substrate 12 may be intermittently rotated so as to repeat the operation. In this case, a vapor deposition material is vapor-deposited in a zigzag manner on the light emitting portion 1 on the substrate 29, and finally, an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a columnar shape in a substantially vertical direction of the light emitting portion 1 can be formed. In addition, by changing the substrate rotation angle α and the time t, the state of the thin film (refractive index or the like) can be changed, so that a thin film structure in a desired state can be formed.

以上の説明では、公転ドーム２３を回転させるとともに回転板２４を回転させた場合を例にしたが、例えば、回転板２４のみを回転させてもよい。この場合にも、基板２９上に、その略垂直方向に柱状に延びる複数のナノ構造体の集合層を形成することができる。 In the above description, the case where the revolution dome 23 is rotated and the rotating plate 24 is rotated is taken as an example. However, for example, only the rotating plate 24 may be rotated. Also in this case, an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a columnar shape in the substantially vertical direction can be formed on the substrate 29.

１発光部
２配線
３透明保護膜
４金属バンプ
５充填材
１１第一層
１２第二層
１３、１５ナノ構造体
１４第三層
２１薄膜形成装置
２２真空槽
２３公転ドーム
２４回転板
２５坩堝
２６電子銃
２７水晶膜厚計
２８制御部
２９基板
３１ガス導入口
３２排気口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission part 2 Wiring 3 Transparent protective film 4 Metal bump 5 Filler 11 1st layer 12 2nd layer 13, 15 Nanostructure 14 3rd layer 21 Thin film formation apparatus 22 Vacuum chamber 23 Revolving dome 24 Rotating plate 25 Crucible 26 Electron Gun 27 Crystal film thickness meter 28 Control unit 29 Substrate 31 Gas inlet 32 Exhaust port

Claims

A light emitting part formed of a semiconductor;
A transparent protective film formed on the surface of the light emitting part;
A filler for sealing the light emitting part and the transparent protective film;
With
The layer in contact with at least the filler of the transparent protective film is an aggregate layer of a plurality of nanostructures extending in a columnar shape from the light emitting part side,
The said nanostructure consists of vapor deposition materials. The light emitting element characterized by the above-mentioned.

2. The light emitting device according to claim 1, wherein the nanostructure is formed with a period equal to or less than a light emission wavelength of the light emitting portion.

3. The light emitting device according to claim 1, wherein the aggregate layer includes a plurality of layers stacked with different film packing densities of vapor deposition materials. 4.

4. The light-emitting element according to claim 3, wherein the plurality of layers are formed such that a layer closer to the filler than the light-emitting portion side is formed with a lower film filling degree.

A protective film forming step of forming a transparent protective film on the surface of the light emitting portion formed on the semiconductor substrate;
The protective film forming step includes
An arrangement step of rotatably arranging the semiconductor substrate;
An angle adjustment step of adjusting an angle between the semiconductor substrate and the deposition material source arranged in the arrangement step;
A deposition step of depositing a deposition material from the deposition material source on the light emitting unit on the semiconductor substrate, the angle of which is adjusted;
Have
In the vapor deposition step, vapor deposition material is vapor-deposited on the light emitting part while continuously or intermittently rotating the semiconductor substrate.
A method for manufacturing a light-emitting element.

6. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein in the vapor deposition step, a vapor deposition material is vapor-deposited on the light emitting portion in a spiral shape or a zigzag shape, and finally, a plurality of nano-particles extending from the light emitting portion in a columnar shape. A method for manufacturing a light-emitting element, comprising forming an aggregate layer of a structure.

7. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein in the angle adjusting step, a film filling density of a vapor deposition material deposited on the light emitting portion is set by adjusting an angle of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a light-emitting element.