CN111261763A - 微发光元件及图像显示元件 - Google Patents

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Abstract

微发光元件在与光放出面侧相反一侧的面上配置有与第二导电层导通的第一金属膜,第一金属膜覆盖第二导电层,从形成在发光层的周围倾斜面到光放出面的第一导电层侧面的第一倾斜角度比倾斜面的第二倾斜角度大,倾斜面及第一导电层侧面均由第二金属膜覆盖,在倾斜面与第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。

Description

微发光元件及图像显示元件
技术领域
本发明涉及微发光元件及包含该微发光元件的图像显示元件。
背景技术
已提出一种在驱动电路基板(driving circuit substrate)上配置有多个构成像素的微发光元件的显示元件。例如,在专利文献1所公开的技术中,在硅基板上形成驱动电路,并在驱动电路上配置发出紫外光的微小的发光二极管(LED)阵列。另外,在所述技术中公开了通过在发光二极管阵列上设置将紫外光转换为红色、绿色及蓝色可见光的波长转换层(wavelength conversion layer)来显示彩色图像的小型显示元件。
此种显示元件虽然小型但具有亮度高且耐久性也高的特性。因此,希望作为用于眼镜型终端(glasses-like devices)、抬头显示器(HUD:Head-Up Display)等显示装置的显示元件。
作为此种显示元件的制造方法,由于驱动电路基板的材料与微发光元件的材料不同,因此通常采用在分别形成两者之后将其贴合的方法。关于对制造方法及制造成本产生较大影响的微发光元件的电极配置,提出了多种结构及其制造方法。例如,可列举:如专利文献1及2所公开那样将微发光元件的电极形成在不同面上的情况,或者如专利文献3所公开那样将微发光元件的电极形成在同一面上的情况等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本公开专利公报“日本专利特开2002-141492号公报(2002年5月17日公开)”
专利文献2:美国公开专利公报“第2016/0276329号说明书(2016年9月22日公开)”
专利文献3:国际公开专利公报“第2017/094461号说明书(2017年6月8日公开)”
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是,上述专利文献1、2所公开的微发光元件及显示元件的结构存在以下课题。首先,微发光元件的发光层中所产生的光中的较大比例(几十%)的光从微发光元件的侧面朝向相邻的微发光元件放出。这样的光被相邻的微发光元件吸收并从该微发光元件再放出,从而产生看起来就像是原本应发光的微发光元件以外的微发光元件在发光的光串扰。
在微发光元件彼此通过化合物半导体连接的情况下,光经由化合物半导体向相邻的微发光元件泄漏,从而产生同样的光串扰。因这样的光串扰而产生对比度下降及色纯度(color purity)下降的问题。
不仅由于从微发光元件侧面的光放出而损失大量光,而且由于光被封入在微发光元件内部,出现微发光元件所产生的光中向外部放出的光的比例下降而造成发光效率(light emission efficiency)降低的问题。这样的出光效率(light extractionefficiency)降低是因构成微发光元件的化合物半导体的折射率大于空气及树脂的折射率而产生的现象。由于发光效率降低而产生由消耗电力增加及发热引起的温度上升的问题。
本发明的一方案是鉴于上述问题点而完成的,其目的在于通过防止相互相邻的微发光元件间的光串扰,来防止对比度下降及色纯度降低,并且提高微发光元件的发光效率从而减少消耗电力。
解决问题的方案
为了解决上述课题,(1)本发明的一实施方式为一种微发光元件,其具有从光放出面侧起依次层叠了第一导电层、发光层及导电型与所述第一导电层相反的第二导电层而成的化合物半导体,其特征在于,在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,在所述发光层的周围形成有倾斜面,从所述倾斜面到所述光放出面为止的第一导电层侧面的第一倾斜角度比所述倾斜面的第二倾斜角度大,所述倾斜面及所述第一导电层侧面均由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
(2)本发明的某一实施方式是在所述(1)的构成的基础上的微发光元件,其特征在于,在所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间配置有第二透明绝缘膜。
(3)本发明的某一实施方式是在所述(2)的构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第二透明绝缘膜是由所述第一透明绝缘膜延伸至所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间而成者。
(4)本发明的一实施方式是一种微发光元件,其具有从光放出面侧起依次层叠了第一导电层、发光层及导电型与所述第一导电层相反的第二导电层而成的化合物半导体,其特征在于,在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,在所述发光层的周围形成有倾斜面,所述倾斜面延伸至所述光放出面且由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
(5)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(4)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,在所述第二导电层与所述第一金属膜之间配置有第三透明绝缘膜。
(6)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(5)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,在从与所述光放出面侧相反一侧俯视观察时,所述第二金属膜与所述第一金属膜重叠配置。
(7)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(6)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第一透明绝缘膜的膜厚为75nm以上。
(8)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(7)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第一透明绝缘膜的膜厚为400nm以上。
(9)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(3)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第二倾斜角度为60°以下。
(10)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(3)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第二倾斜角度为50°以下。
(11)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(10)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第一金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
(12)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(11)中任一构成的基础上,其特征在于,所述第二金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
(13)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(12)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第一透明绝缘膜是SiO2膜。
(14)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(3)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第一倾斜角度小于90°。
(15)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(14)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,所述第二金属膜与所述第一导电层导通。
(16)本发明的某一实施方式是在所述(15)的构成的基础上的微发光元件,其特征在于,在与所述光放出面侧相反一侧的面具有与所述第二金属膜导通的第二电极。
(17)本发明的某一实施方式是在所述(1)至所述(14)中任一构成的基础上的微发光元件,其特征在于,在所述第一导电层中的所述光放出面侧的面具有与所述第一导电层导通的由透明导电膜构成的光放出面侧电极。
(18)本发明的某一实施方式是一种图像显示元件,其特征在于,在所述(1)至所述(17)中任一构成的基础上,具有将所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,所述第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接。
(19)本发明的某一实施方式是一种图像显示元件,其特征在于,在所述(17)的构成的基础上,具有将所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,所述第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的外侧的表面配置有第二驱动电极,所述第二驱动电极与所述光放出面侧电极导通。
(20)本发明的某一实施方式是一种图像显示元件,其特征在于,在所述(16)的构成的基础上,具有将所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面,以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极及第二驱动电极,所述第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,所述第二电极与所述第二驱动电极连接。
发明效果
通过防止相互相邻的微发光元件间的光串扰,可防止对比度下降及色纯度降低,并提高微发光元件的发光效率从而减少消耗电力。
附图说明
图1的(a)是本发明第一实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。(b)是本发明第一实施方式的微发光元件的示意性剖视图。(c)是本发明第一实施方式的微发光元件的示意性俯视图。
图2的(a)至(g)是示出本发明第一实施方式的微发光元件的制造工序(manufacturing flow)的示意性剖视图。
图3的(a)至(e)是示出本发明第一实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图4的(a)是长方体结构的微发光元件的鸟瞰图,(b)是本发明第一实施方式的弯曲四棱台(Truncated bent pyramid type)结构的微发光元件100的鸟瞰图。
图5是示出出光效率对透明绝缘膜(transparent insulating film)的膜厚的依赖性的模拟结果的图。
图6的(a)至(e)是示出图1的(a)所示的图像显示元件中,出光效率对各部分的尺寸及角度的依赖性的模拟结果的图。
图7是本发明第二实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。
图8的(a)至(d)是示出本发明第二实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图9的(a)是本发明第三实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。(b)是本发明第三实施方式的微发光元件的示意性俯视图。
图10的(a)至(g)是示出本发明第三实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图11是本发明第四实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。
图12的(a)至(f)是示出本发明第四实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图13是本发明第五实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。
图14的(a)至(e)是示出本发明第五实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图15的(a)至(f)是示出图13所示的图像显示元件中,出光效率对各部分的尺寸及角度的依赖性的模拟结果的图。
图16的(a)至(d)是示出本发明第六实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图17的(a)至(d)是示出本发明第七实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图18的(a)是本发明第八实施方式的四棱台结构(Truncated pyramid type)的微发光元件的鸟瞰图,(b)是示出出光效率对倾斜角度的依赖性的模拟结果的图,(c)是示出出光效率对透明绝缘膜的膜厚的依赖性的模拟结果的图。
图19是本发明第九实施方式的图像显示元件的示意性剖视图。
图20的(a)至(f)是示出本发明第九实施方式的微发光元件的制造工序的示意性剖视图。
图21的(a)至(c)是示出本发明第九实施方式的图像显示元件的制造工序的示意性剖视图。
图22的(a)至(f)是示出本发明第十实施方式的微发光元件的制造工序的示意性剖视图。
图23的(a)至(j)是示出本发明第十一实施方式的微发光元件的制造工序的示意性剖视图。
图24的(a)至(i)是示出本发明第十二实施方式的微发光元件的制造工序的示意性剖视图。
具体实施方式
[第一实施方式]
(图像显示元件200的构成)
图1的(a)是本发明第一实施方式的图像显示元件200的示意性剖视图。图1的(b)是本发明第一实施方式的微发光元件100的示意性剖视图。图1的(c)是本发明第一实施方式的微发光元件100的示意性俯视图。以下以具有多个微发光元件100的图像显示元件200为例,使用图1至图6说明图像显示元件200。在图像显示元件200的构成的说明中,将光放出面(light emitting surface)称为上表面,将与光放出面侧相反一侧的面称为下表面,将除了上表面及下表面以外的侧方的面称为侧面。
如图1的(a)所示,图像显示元件200包含多个微发光元件100及驱动电路基板50。驱动电路基板50向位于像素区域1(pixel region)的微发光元件100供给电流并控制发光。像素区域1是微发光元件100以二维阵列状配置在驱动电路基板50上的区域,图像显示元件200具有像素区域1。
微发光元件100向与驱动电路基板50相反一侧放出光。在微发光元件100中的光放出面侧可以设置波长转换层、光扩散层(light diffusion layer)、彩色滤光片、微透镜等,但这些构件与本发明的一方案并无直接关系,因此未在图中示出。
驱动电路基板50由微发光元件驱动电路(micro light emitting elementdriving circuit)、行选择电路、列信号输出电路、图像处理电路及输入输出电路等构成。所述微发光元件驱动电路对向各微发光元件100供给的电流进行控制。所述行选择电路选择以二维矩阵状配置的微发光元件100的各行。所述列信号输出电路向各列输出发光信号。所述图像处理电路基于输入信号计算发光信号。
在驱动电路基板50中的接合面侧的表面配置有与微发光元件100连接的P侧电极(P-drive electrode)51(第一驱动电极)及N侧电极(N-drive electrode)52(第二驱动电极)。即,驱动电路基板50的表面面向微发光元件100中的与光放出面侧相反一侧的面。驱动电路基板50通常是形成有LSI的硅基板(半导体基板),能够以公知的技术制造,因此关于其功能及构成不作详述。
在驱动电路基板50中的像素区域1的表面以二维阵列状配置用于向微发光元件100供给电流的P侧电极51。另外,在驱动电路基板50中的像素区域1的外侧的表面(N连接区域3的表面)配置有N侧电极52。N侧电极52经由金属反射层20W与共用N电极(common N-electrode)40(光放出面侧电极)导通。
另外,作为微发光元件100的形状,可采用矩形、多边形、圆形、椭圆形等多种平面形状,但微发光元件100的上表面的沿长尺寸方向的最大长度是60μm以下。关于图像显示元件200,在像素区域1集成有3000个以上微发光元件100。
微发光元件100包含化合物半导体14。化合物半导体14通常通过从光放出面侧依次层叠N侧层(N-side layer)11(第一导电层)、发光层(light emission layer)12及P侧层(P-side layer)13(第二导电层)而构成。P侧层13具有与N侧层11相反的导电型。
化合物半导体14例如在微发光元件100以从紫外光到绿色的波段发光的情况下是氮化物半导体(AlInGaN系),在微发光元件100以从黄绿色到红色的波段发光的情况下是AlInGaP系的半导体。另外,化合物半导体14在微发光元件100以从红色到红外线的波段发光的情况下是AlGaAs系或GaAs系的半导体。
以下,关于化合物半导体14说明N侧层11配置在光放出面侧的构成,但也可以是P侧层13配置在光放出面侧的构成。N侧层11、发光层12及P侧层13分别通常不是单层而是包含多个层并优化,但由于与本发明的一方案并无直接关系,因此关于N侧层11、发光层12及P侧层13的详细结构不作详述。
通常情况下,发光层12由N型层(N-type layer)和P型层(P-type layer)夹入,但也可能存在N型层及P型层是非掺杂层或含有具有导电性相反的掺杂剂的层的情况。因此,在以下中,关于N型层及P型层分别记为N侧层及P侧层。
驱动电路基板50的表面是与多个微发光元件100接合的接合面(bondingsurface),贴合有多个微发光元件100。在本实施方式中,微发光元件100是所谓的上下电极型(vertical type;垂直型)。微发光元件100在一个面具有P电极(P-electrode)20P(第一电极),在另一面具有共用N电极40。
具体而言,在微发光元件100中,在光放出面侧配置有共用N电极40,在与光放出面侧相反一侧的面配置有P电极20P。微发光元件100的光放出面是微发光元件100的上表面,与微发光元件100的光放出面相反一侧是微发光元件100的下侧。P电极20P与P侧电极51以一对一的关系连接。
在像素区域1中,在微发光元件100的下表面配置与P侧层13连接的P电极20P,P电极20P经由连接材料(bonding material)70与驱动电路基板50上的P侧电极51连接,将从驱动电路基板50供给的电流向P侧层13传输。
从P侧层13中通过的电流进一步通过发光层12及N侧层11而流向共用N电极40,并在位于像素区域1外侧的N连接区域(N connection region)3中,流向驱动电路基板50的N侧电极52。按照这种方式,与由驱动电路基板50供给的电流量对应,微发光元件100以规定的强度发光。
另外,在图1中,通过与连接P电极20P与P侧电极51的结构相同的结构连接共用N电极40与N侧电极52,因此使用由与微发光元件100的材料相同的材料构成的虚设元件(dummyconnection element)101。通过该构成,能够简化微发光元件100与驱动电路基板50的连接工序。另外,共用N电极40与N侧电极52的连接方法也可以不同于P电极20P与P侧电极51的连接方法。另外,虚设元件101也可以加工为朝向图1的(a)或(b)中的纸面里侧方向较长地延伸的棒状。
P侧层13的下表面与P电极层(P-side metal layer)10(第一金属膜)相接。P电极层10需要将到达P侧层13下表面的光高效率地向上方反射,优选覆盖P侧层13下表面的一大半部分。P电极层10防止光朝向下方放出。P电极层10配置在与光放出面侧相反一侧的面,与P电极20P及P侧层13导通。P电极层10从与光放出面侧相反一侧的面覆盖P侧层13。
P电极层10可以是由单层形成的构成,也可以是由多个层形成的构成,但优选在P电极层10的与P侧层13相接的一侧,配置对于可见光的反射率大的金属层。例如,P电极层10在P侧层13侧具有以银或铝为主成分的金属层M1。为了在这些金属层M1与P侧层13之间实现良好的欧姆接触,也可以局部配置钯或镍等金属,或者配置非常薄的钯或镍等的金属膜。
共用N电极40由与N侧层11导通的透明导电层(transparent conductive layer)即透明导电膜构成。共用N电极40例如可以是ITO(Indium-Tin-Oxide、铟锡氧化物)、IZO(Indium-Zinc-Oxide、铟锌氧化物)等氧化物半导体,也可以是银纳米纤维膜等。
另外,共用N电极40也可以是配置在填充材料(filling material)60上部的网状金属薄膜。微发光元件100在N侧层11中的光放出面侧的面上具有共用N电极40。填充材料60填充于形成在多个微发光元件100之间的槽分离槽(isolation trench)18中。
微发光元件100分别由槽分离槽18分割。因此能够防止相互相邻的微发光元件100间发生光泄漏。发光层12的侧面的整个周围构成倾斜面(slope)16S的一部分。即,在发光层12的周围形成有倾斜面16S。倾斜面16S构成N侧层11的侧面的一部分、发光层12的侧面的整个周围及P侧层13的侧面的一部分的整个周围。如图1的(c)所示,在微发光元件100的平面形状为矩形状的情况下,一个微发光元件100的侧面的周围的一部分构成4个倾斜面16S。另外,优选P侧层13的侧面整体与发光层12同样地倾斜,但根据制造工序也可能存在P侧层13的下表面倾斜的情况。
另外,在本实施方式中,说明了微发光元件100的平面形状为矩形状的情况,而在微发光元件100的平面形状为多边形的情况下,构成多个倾斜面16S。具体来说,在微发光元件100的平面形状的多边形的角为N(N为自然数)个的情况下,构成N个倾斜面16S。
另外,在微发光元件100的平面形状为圆形的情况下,倾斜面16S由圆锥台的侧面构成。倾斜面16S的倾斜角度θe(第二倾斜角度)是大约40°以上55°以下,若考虑制造偏差等,则优选为35°以上60°以下。倾斜角度θe是倾斜面16S与发光层12的水平面S1(上表面)所成的角度。
如图1的(b)所示,倾斜面16S从P侧层13的侧面延伸至N侧层11的侧面的一部分,但未到达光放出面即微发光元件100的上表面。N侧层11的侧面的一部分构成N侧层侧面(sidesurface)11S(第一导电层侧面)。N侧层侧面11S从倾斜面16S到光放出面为止。
N侧层侧面11S的倾斜角度θb(第一倾斜角度)是比倾斜角度θe大的角度。倾斜角度θb小于90°且越小越好。在发光层12的水平面S1与N侧层11的水平面S2(上表面)平行的情况下,倾斜角度θb是N侧层侧面11S与N侧层11的水平面S2所成的角度。另一方面,在发光层12的水平面S1与N侧层11的水平面S2不平行的情况下,倾斜角度θb是N侧层侧面11S与N侧层11的水平面S2所成的角度。
但是,在微发光元件100的大小较小的情况(例如微发光元件100的上表面的长边为10μm以下的情况)下,若倾斜角度θb减小,则发光层12的水平面的面积缩小。若发光层12的水平面的面积缩小,则存在通过发光层12的电流的电流密度增加且内部量子效率降低的情况。由此,优选倾斜角度θb为70°以上85°以下程度。
倾斜面16S及N侧层侧面11S由透明绝缘膜17(第一透明绝缘膜)覆盖,透明绝缘膜17由金属反射层(第二金属膜)20W覆盖。即,倾斜面16S及N侧层侧面11S一起由金属反射层20W覆盖。透明绝缘膜17优选如SiO2等对于可见光而言透明且折射率小于化合物半导体14的物质。
透明绝缘膜17配置在倾斜面16S与金属反射层20W之间。透明绝缘膜17延伸至N侧层侧面11S与金属反射层20W之间。在此,关于透明绝缘膜17内配置在倾斜面16S与金属反射层20W之间的部分,称为第一透明绝缘膜,关于配置在N侧层侧面11S与金属反射层20W之间的部分,称为第二透明绝缘膜。在该情况下,第二透明绝缘膜由第一透明绝缘膜延伸至N侧层侧面11S与金属反射层20W之间而成。即,第一透明绝缘膜与第二透明绝缘膜成为一体。透明绝缘膜17的膜厚优选为75nm以上,特别是更优选为400nm以上。
金属反射层20W可以由单层构成,也可以由多个层构成。金属反射层20W优选在透明绝缘膜17侧即化合物半导体14侧具有以对于可见光的反射率大的银或铝为主成分的金属层M2。金属反射层20W需要遮光,其整体的厚度优选为几十nm以上。P电极20P及金属反射层20W为了制造工序的简化而使用相同材料,但也可以使用不同材料。
金属反射层20W优选在从与光放出面侧相反一侧俯视观察时与P电极层10重叠配置。在从与光放出面侧相反一侧俯视观察时,若金属反射层20W与P电极层10之间存在间隙,则光从该间隙放出到外部而导致光串扰,因此优选没有间隙。填充材料60也可以是透明材料。
通过金属反射层20W及P电极层10避免光从微发光元件100朝向底面方向及侧面方向放出,因此即使填充材料60是透明树脂,也能够防止发生光串扰。另一方面,在以往的微发光元件中利用填充材料防止光串扰,因此由于填充材料中产生的气泡而很难完全防止光串扰。
另外,在以往的微发光元件中,填充材料需要使用碳黑这样的光吸收材料、含有TiO2粒子的白树脂等特殊材料,为了防止在填充材料中产生气泡而需要延长填充时间。因此,由于填充材料价格昂贵等,导致制造成本升高。但是,在本发明的一方案中,填充材料60的材料选择变容易且填充材料60的制造变容易,因此与以往制造微发光元件的情况相比,能够使制造成本降低。
(微发光元件100的制造工序)
接下来,使用图2的(a)至(g)说明微发光元件100的制造工序。图2的(a)至(g)是示出本发明第一实施方式的微发光元件100的制造工序的示意性剖视图。在微发光元件100的制造工序的说明中,将P电极层10侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。
在图2的(a)至(g)的右侧示出像素区域1的剖视图,在图2的(a)至(g)的左侧示出N连接区域3的剖视图。如图2的(a)所示那样,通过在生长基板9上依次层叠N侧层11、发光层12及P侧层13而形成化合物半导体14,进而在化合物半导体14上堆积P电极层10。
在化合物半导体14上堆积P电极层10之后,如图2的(b)所示那样,对P电极层10、P侧层13、发光层12及N侧层11的一部分进行蚀刻,形成分割槽(separation trench)15。此时,包含发光层12的部分成为台面16。台面16由N侧层11、发光层12、P侧层13及P电极层10构成。如图1的(c)所示那样,从上表面侧观察沿上下方向及左右方向等间隔地形成分割槽15,台面16的形状成为四棱台形状。
但是,台面16的形状不限于四棱台,也可以是圆锥台或其他多边形的锥台。在像素区域1中,分割槽15分割微发光元件100,但在N连接区域3中,在分割的同时形成N接触槽(Ncontact trench)15N,然后在N接触槽15N中形成N接触孔19N。
台面16的侧面即倾斜面16S以倾斜面16S与发光层12的水平面所成的角度即倾斜角度θe成为例如50°的方式加工形成。另外,优选以倾斜角度θe为40°以上55°以下的方式形成倾斜面16S。通过利用倾斜面16S,使占据从发光层12发出的光的大部分且沿与发光层12的水平面平行的方向行进的光朝向光放出面反射,从而能够提高微发光元件100的出光效率。
在倾斜面16S与发光层12的水平面垂直的情况下,沿与发光层12的水平面平行的方向放出的光反复反射而不会被放出到外部。若倾斜角度θe倾斜大于45°,则从发光层12发出的光射入光放出面时的射入角度过大,在光放出面发生全反射,该光不会被放出到外部。另外,倾斜角度θe也可以在台面16的多个侧面的每个中不同。在该情况下,存在多个倾斜角度θe,优选多个倾斜角度θe中的最小角度为40°以上55°以下,此外更优选所有倾斜角度θe为40°以上55°以下。
在形成分割槽15后,如图2的(c)所示那样,形成分割微发光元件100的化合物半导体14的槽分离槽18。通过槽分离槽18而形成的N侧层11的侧面是N侧层侧面(N-side layerside surface)11S,N侧层侧面11S与生长基板9的水平面所成的角度即倾斜角度θb加工形成为例如80°。另外,优选以倾斜角度θb为70°以上85°以下的方式形成N侧层侧面11S。即,优选倾斜角度θb大于倾斜角度θe。
为了提高微发光元件100的出光效率,倾斜角度θb优选在大于倾斜角度θe的角度范围内尽可能小。另外,在后工序中,生长基板9被剥离,N侧层11与生长基板9的界面或N侧层11的加工面成为光放出面,因此倾斜角度θb等于N侧层侧面11S与光放出面所成的角度。
在图2的(c)中,槽分离槽18到达生长基板9,但也可以保留一定厚度的N侧层11。即,槽分离槽18也可以不到达生长基板9。在后工序的图3的(c)中,在将生长基板9剥离后,通过蚀刻、研磨等将剩余的N侧层11去除,从而能够如图1的(a)所示那样分割各微发光元件100。
形成了图像显示元件200的状态下的微发光元件100的形状很重要,而制造工序中途的微发光元件的形状演变并不重要。另外,N侧层侧面11S的倾斜角度θb也可以在N侧层11的多个侧面的每个中不同。在该情况下,优选存在多个倾斜角度θb且多个倾斜角度θb中的最小角度为70°以上85°以下,此外更优选全部倾斜角度θb为70°以上85°以下。
在形成槽分离槽18后,如图2的(d)所示那样,以覆盖生长基板9、N侧层11、发光层12、P侧层13及P电极层10的露出部分的方式堆积透明绝缘膜17。在此,以CVD法堆积400nm厚度的SiO2膜作为透明绝缘膜17。作为透明绝缘膜17,除了SiO2膜以外,也可以是SiN、SiON、SiCO或这些膜的层叠膜。为了使覆盖微发光元件100的侧面的透明绝缘膜17的厚度均匀,优选以CVD法形成透明绝缘膜17。
在堆积了透明绝缘膜17后,如图2的(e)所示那样,在像素区域1的台面16上形成P接触孔19P,在N连接区域3的N接触槽15N上形成N接触孔19N。具体来说,在N接触槽15N中,通过去除位于N侧层11上的透明绝缘膜17而形成N接触孔19N。此时,也可以在堆积于槽分离槽18底部的透明绝缘膜17上形成底部开口部19B。P接触孔19P到达P电极层10,N接触孔19N到达N接触槽15N的N侧层11。
进而,如图2的(f)所示地在透明绝缘膜17上堆积金属层20后,如图2的(g)所示地使金属层20图案化。由此,金属层20在P接触孔19P上被加工为P电极20P,在槽分离槽18的周围被加工为金属反射层20W,在N连接区域3被加工为N电极20N(第二电极)。
按照以上方式,通过执行一次透明绝缘膜17的堆积工序、两次金属层20的形成工序及四次光刻工序这样非常简单的制造工序而形成微发光元件100。此外,在N连接区域3中形成虚设元件101,如后所述,与驱动电路基板50的连接变得简单。
(图像显示元件200的制造工序)
接下来,使用图3说明图像显示元件200的制造工序。图3的(a)至(e)是示出本发明第一实施方式的图像显示元件200的制造工序的示意性剖视图。在图像显示元件200的制造工序的说明中,将生长基板9侧设为上方,将驱动电路基板50侧设为下方。
如图3的(a)所示,首先制造驱动电路基板50。驱动电路基板50例如在单晶硅基板(晶片)上通过通常的CMOS工艺形成。在此,微发光元件100及驱动电路基板50可以分别是晶片状态,也可以是微发光元件100以图像显示元件200为单位而单片化。另外,也可以是微发光元件100及驱动电路基板50双方以图像显示元件200为单位而单片化。
在制造了驱动电路基板50后,如图3的(b)所示那样,使微发光元件100及虚设元件101与驱动电路基板50贴合。在驱动电路基板50的P侧电极51及N侧电极52上形成连接材料70。P侧电极51及N侧电极52分别经由连接材料70与P电极20P及N电极20N物理性地电连接。此时,P电极20P及N电极20N分别以与对应的P侧电极51及N侧电极52重叠的方式精密地对准。
连接材料70是导电性连接构件,例如为金凸点,金或银等导电性浆料,各向异性导电膜(ACF:anisotropic conductive film),金、银、钯等的纳米粒子等。并且,如图3的(c)所示,通过剥离将生长基板9去除。生长基板9的去除可使用研削、研磨、等离子蚀刻、湿法刻蚀、牺牲层的湿法刻蚀、激光剥离等多种方法。此时,也可以进行将N侧层11的一部分去除等加工。
在将生长基板9去除后,如图3的(d)所示地利用填充材料60对各微发光元件100之间进行填充。其中,填充材料60例如使用透明的硅树脂。以微发光元件100的N侧层11露出的方式进行干法刻蚀及湿法清洗等。然后,如图3的(e)所示那样,以覆盖N侧层11、透明绝缘膜17、金属反射层20W及填充材料60的露出部分的方式堆积共用N电极40。其中,例如使用ITO膜作为共用N电极40。通过以上工序形成图像显示元件200。
(微发光元件100的发光效率)
对按照以上方式形成的微发光元件100的发光效率进行评价。关于微发光元件100,配置间距为10μm、形状为正方形、倾斜角度θb为80°、倾斜角度θe为50°、P侧层13的厚度为100nm、N侧层11的厚度为6μm。另外,N侧层11的上表面尺寸为8μm×8μm、倾斜面16S中的N侧层11所占部分的深度D为1μm。
深度D是沿着垂直方向(从微发光元件100的上表面朝向下表面的方向)的深度。化合物半导体14是氮化物半导体,N侧层11是GaN层,发光层12是由InGaN及GaN形成的多量子阱层,从发光层12发出的光的峰值波长是450nm。
图4的(a)是长方体结构的微发光元件的鸟瞰图,图4的(b)是本发明第一实施方式的弯曲四棱台结构的微发光元件100的鸟瞰图。将图4的(a)所示的长方体结构的微发光元件与图4的(b)所示的本发明第一实施方式的弯曲四棱台结构的微发光元件100进行对比。
在图4的(a)及图4的(b)的情况下,均将N侧层11的上表面尺寸设为8μm×8μm,且使用相同材料作为化合物半导体。在图4的(a)的情况和图4的(b)的情况下,除了形状不同以外,构成材料及形成工艺相同。但是,在图4的(a)的情况下,分割槽及槽分离槽加工为尽可能不倾斜。
在任一情况下,均在N侧层的上表面配置有含有散射材料的透明树脂层。另外,在任一情况下,均在微发光元件中同时点亮100行×100列的10000个元件,对全光束发光强度(total luminous flux intensity)进行评价。每一个微发光元件100的电流量是5μA。将测量结果示于下述的表1中。
【表1】
Figure BDA0002297425760000191
如表1所示,在图4的(b)的弯曲四棱台结构中,获得与图4的(a)的单纯的长方体结构相比而言为约3.6倍的外部量子效率。在图4的(b)的弯曲四棱台结构中,尽管与图4的(a)的长方体结构相比而言发光层的面积变为约1/3,但仍获得如此显著的改善,为了明确其理由,使用光线追踪法(Ray trace method)模拟出光效率。将其结果示于下述的表2中。另外,表1中的内部量子效率推定值是使用表2的出光效率,根据表1的外部量子效率计算得到的推定值。表2中所示的值是模拟值。
【表2】
Figure BDA0002297425760000192
Figure BDA0002297425760000201
出光效率表示从微发光元件的上表面向透明树脂层中放出的光量的比例,侧面吸收量表示由微发光元件的全部侧面的金属反射层20W吸收的光量的比例。下表面吸收量表示由微发光元件下表面的P电极层10吸收的光量的比例,内部吸收量表示由发光层12再次吸收的光量的比例。平均反射次数是直到从发光层12发出的光被放出到外部或者被金属反射层20W吸收为止,在化合物半导体14内部的反射次数的平均值。
表2的出光效率的倾向与表1的外部量子效率的倾向非常一致,认为外部量子效率的差异是出光效率差异的主因。仅以全反射临界角(critical total reflection angle)以下的角度向微发光元件的上表面射入的光被从微发光元件的上表面向外部放出。全反射临界角在从GaN向透明树脂层射入的光的情况下为37°左右。
在图4的(a)的长方体结构中,无论在内部反射几次,向微发光元件的上表面的射入角均恒定。因此,从发光层12沿水平方向发出的光不会放出到外部。相对于此,在图4的(b)的弯曲四棱台结构中,从发光层12沿水平方向发出的光由于倾斜面16S而向上方反射,以全反射临界角以下的角度射入光放出面并向外部放出。
此外,即使在从发光层12发光的初始状态该光不会被放出到外部的情况下,每当从发光层12发出的光被N侧层侧面11S反射,该光向微发光元件100的上表面射入的射入角度也会变化。因此,从发光层12发出的光在反复进行内部反射后向外部放出。因此能够大幅提高出光效率。
接下来,为了调查透明绝缘膜17所造成的影响,在本发明一方案的微发光元件100中,对出光效率对透明绝缘膜17的膜厚的依赖性进行了模拟。将使用SiO2作为透明绝缘膜17的情况的结果示于图5中。图5是示出出光效率对透明绝缘膜17的膜厚的依赖性的模拟结果的图。
在图5中,横轴是膜厚,纵轴是出光效率。在没有透明绝缘膜17的情况下,出光效率是63%。由此,在不具有透明绝缘膜17的弯曲四棱台结构中表现出远大于具有透明绝缘膜17的长方体结构的出光效率,这表明化合物半导体14的形状非常重要。
随着透明绝缘膜17的膜厚变厚,出光效率增加,但在透明绝缘膜17的膜厚为400nm以上的情况下变化很小。因此,透明绝缘膜17的膜厚最优选为400nm以上,但即使该膜厚为75nm以上,出光效率的降低率也在5%以内,因此所述膜厚为至少75nm以上即可。
作为透明绝缘膜17所带来的效果,认为是通过使微发光元件100侧面的反射率提高而使出光效率提高。另外,在长方体结构中,透明绝缘膜17所带来的效果非常弱。认为其原因在于:即使长方体结构的微发光元件侧面的反射率提高,向该微发光元件的上表面射入的角度也不变,由所述上表面全反射的光即便反复多次反射也是全反射,出光效率不会改善。因此,重要的是微发光元件100具有能够改变向其上表面射入的射入角度的倾斜面16S及倾斜的N侧层侧面11S。
接下来,将使用所述模拟而调查出光效率相对于微发光元件100各部分的尺寸及角度变化的结果示于图6中。图6的(a)至(e)是示出在图1的(a)所示的图像显示元件200中,出光效率对各部分的尺寸及角度的依赖性的模拟结果的图。在图6的(a)至(e)中还示出发光层12的面积相对于光放出面(N侧层11的上表面)的面积的比例(面积比)。图6的(a)至(e)的纵轴是出光效率或面积比。
在图6的(a)至(e)的任一情况下,只要没有特别说明,均是N侧层11的上表面的尺寸为8μm×8μm、N侧层11的厚度为6μm、P侧层13的厚度为0.1μm。另外,倾斜面16S的倾斜角度θe为50°、倾斜面16S中的N侧层11所占部分的深度D为1μm、N侧层侧面11S的倾斜角度θb为80°。
图6的(a)示出出光效率对N侧层侧面11S的倾斜角度θb的依赖性。图6的(a)的横轴是倾斜角度θb。如图6的(a)所示,N侧层侧面11S的倾斜角度θb越变小,出光效率越提高。N侧层侧面11S的倾斜角度θb优选为83°以下。
图6的(b)示出出光效率对倾斜面16S中的N侧层11所占部分的深度D的依赖性。图6的(b)的横轴是深度D。如图6的(b)所示,深度D越大出光效率越高。优选深度D为0.6μm以上。
图6的(c)示出出光效率对倾斜面16S的倾斜角度θe的依赖性。图6的(c)的横轴是倾斜角度θe。为了改善出光效率,倾斜角度θe优选为60°以下,更优选为50°以下。图6的(d)示出出光效率对N侧层11的厚度的依赖性。该厚度是沿着垂直方向(从微发光元件100的上表面朝向下表面的方向)的厚度。图6的(d)的横轴是N侧层11的厚度。N侧层11的厚度越大出光效率越高。N侧层11的厚度优选为3μm以上。
图6的(e)示出出光效率对P侧层13的厚度的依赖性。图6的(e)的横轴是P侧层13的厚度。P侧层13的厚度越大出光效率越高,但与图6的(a)至(d)所示的其他参数相比而言影响较小。
根据以上附图,本发明一方案的微发光元件100能够实现至少48%以上的出光效率。这相对于表2所示的长方体结构的出光效率而言为约2.7倍,表现出非常大的改善。此外,在本发明一方案的微发光元件100中,通过适当地选择微发光元件100的结构,能够实现70%以上的出光效率。
在本发明一方案的微发光元件100中,由倾斜面16S的一部分构成发光层12的侧面的整个周围,使从倾斜面16S到N侧层11的上表面的N侧层侧面11S以比倾斜面16S大的角度倾斜。另外,在微发光元件100中,以金属反射层20W覆盖倾斜面16S及N侧层侧面11S。
由此,能够防止微发光元件100间的光串扰,大幅提高出光效率。此外,通过在倾斜面16S及N侧层侧面11S与金属反射层20W之间配置透明绝缘膜17,能够进一步提高出光效率。
[第二实施方式]
(图像显示元件200a的构成)
以下使用图7及图8说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中所说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不重复其说明。在第二实施方式的图像显示元件200a中,如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:以晶片彼此的接合(wafer-to-wafer bonding)进行驱动电路基板50与微发光元件100a的贴合。通过使晶片彼此接合,具有能够抑制粉尘产生并实现高成品率的优点。
图7是本发明第二实施方式的图像显示元件200a的示意性剖视图。与微发光元件100不同,微发光元件100a被绝缘膜21掩埋,微发光元件100中的与光放出面相反一侧的面平坦。微发光元件100a与驱动电路基板50以平坦的接合面贴合。微发光元件100a的P镶嵌电极(P-damascene electrode)23P及N镶嵌电极(N-damascene electrode)23N分别与驱动电路基板50上的P侧电极51及N侧电极52接合。
P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N如后所述彼此通过同一工序形成,因此虽然形状、大小及深度不同,但是由相同布线材料(wiring material)构成。即,P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N彼此的由阻挡金属层、主要的导电层及覆盖层等构成的层叠结构相同。P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N的下表面构成为与绝缘膜21的下表面大致相同的平面。其他结构与第一实施方式的图像显示元件200类似。
驱动电路基板50侧的绝缘膜55中的接合面侧的表面也平坦,P侧电极51及N侧电极52的上表面构成为与绝缘膜55的上表面大致相同的平面。在绝缘膜21的下表面与P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N的下表面之间,只要能够实现微发光元件100a与驱动电路基板50的贴合,也可以存在稍微的高低差。驱动电路基板50侧的绝缘膜55的上表面与P侧电极51及N侧电极52的上表面的高低差也同样如此。
通常情况下,构成P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N的下表面的层与构成P侧电极51及N侧电极52的上表面的层的材料相同,作为这些层的材料,例如能够举出金(Au)、铜(Cu)及镍(Ni)等。
(图像显示元件200a的制造工序)
图8的(a)至(d)是示出本发明第二实施方式的图像显示元件200a的制造工序的示意性剖视图。在图8的(a)至(c)的图像显示元件200a的制造工序的说明中,将绝缘膜21侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。另外,在图8的(d)的图像显示元件200a的制造工序的说明中,将生长基板9侧设为上方,将驱动电路基板50侧设为下方。
在图8中仅示出像素区域1及N连接区域3,但图像显示元件200a的制造工序并非按各图像显示元件200a实施。在图像显示元件200a的制造工序中,优选将作为多个驱动电路基板50的晶片和作为多个微发光元件100a的晶片相互贴合,从而一次制造多个图像显示元件200。
微发光元件100a的制造工序的一部分与微发光元件100中的图2的(a)至(g)所示的工序相同。在微发光元件100a的制造工序中,在使金属层20图案化后,如图8的(a)所示地以覆盖P电极20P、透明绝缘膜17及金属反射层20W的露出部分的方式堆积绝缘膜21。
在堆积了绝缘膜21后,利用CMP法(Chemical-Mechanical-Polishing)使绝缘膜21的上表面平坦化。绝缘膜21例如是SiO2、SiN、SiON或这些膜的层叠膜。绝缘膜21的成膜可使用CVD法(Chemical Vapor Deposition、化学气相沉积法)、溅射法及涂布等多种成膜技术。
在使绝缘膜21平坦化之后,如图8的(b)所示地在P电极20P及N电极20N各自的上方,在绝缘膜21中分别形成P槽(P-trench)22P及N槽(N-trench)22N。P槽22P具有孔形状,到达P电极20P。N槽22N具有孔形状或线形状,到达N电极20N。
在形成P槽22P及N槽22N后,如图8的(c)所示地利用镶嵌法将金属膜埋入到P槽22P及N槽22N,由此形成P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N。该金属膜例如是钽(Ta)、钨(W)及氮化钛(TiN)等阻挡膜与铜的组合。另外,所述金属膜也可以是金(Au)或镍(Ni)等和与它们对应的阻挡膜的组合。
在镶嵌法中,在具有槽的基底结构上堆积金属薄膜,通过CMP法对金属薄膜进行研磨,从而能够在槽内保留金属薄膜,并使基底结构的上表面及金属薄膜的上表面平坦。按照以上方式,在P电极20P上配置P镶嵌电极23P,在N电极20N上配置N镶嵌电极23N。P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N由相互相同材料构成,P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N各自的上表面相对于驱动电路基板50中的成为接合面的表面而言平坦。
在形成P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N之后,如图8的(d)所示地使微发光元件100a及虚设元件101a与驱动电路基板50贴合。此时,P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N以分别与所对应的P侧电极51及N侧电极52重叠的方式精密对准。
配合微发光元件100a及虚设元件101a与驱动电路基板50的接合面的材料,通过表面的等离子清洗处理、利用离子照射的活化、加热及加压而使两片晶片贴合。在此后的工序中,与图3的(c)至(e)所示的工序同样地将生长基板9去除,形成共用N电极40。但是,在微发光元件100a的制造工序中,在微发光元件100a间堆积绝缘膜21,因此不需要填充材料60。
在图像显示元件200a的构成中,微发光元件100a的周围由金属反射层20W覆盖,因此即使在微发光元件100a之间堆积透明的绝缘膜,也能够防止相互相邻的微发光元件100a间的光泄漏。因此,即使使用SiO2等通常使用的绝缘膜,也能够防止产生对比度及色纯度降低的问题。
通过按照这种方式使晶片彼此贴合,能够减少粉尘产生并实现高成品率。例如,若以图像显示元件为单位使微发光元件单片化,则在其单片化工序中会产生大量粉尘。因此,在以图像显示元件为单位单片化的微发光元件与驱动电路基板的贴合工序中会发生如下问题:在接合面附着粉尘并由于接合而成品率显著降低。
若微发光元件100a及驱动电路基板50均处于晶片状态,则不会发生这样的问题。另外,在按各图像显示元件使微发光元件与驱动电路基板贴合的情况下,一次贴合处理需要1分钟到几分钟左右的时间,因此生产效率低。但是,在晶片彼此的贴合的处理中,成为一片晶片的多个微发光元件100a和成为一片晶片的多个驱动电路基板50同时接合,因此能够大幅提高生产效率。
另外,更优选作为多个微发光元件100a的晶片的材料及作为多个驱动电路基板50的晶片的材料相同。其原因在于:在晶片贴合时,存在需要加热的情况,若两个晶片的材料相同,则能够抑制由于热膨胀系数差引起的图案错位。此外,优选两个晶片的尺寸相同。其原因在于:若两个晶片的尺寸不同,则会在较大晶片侧出现无法使用的无效区域。
按照以上方式,在图像显示元件200a的构成中也与第一实施方式同样地,能够通过金属反射层20W而提高出光效率,且防止相互相邻的微发光元件100a间的光泄漏。此外,能够通过透明绝缘膜17进一步提高出光效率。
[第三实施方式]
(图像显示元件200b的构成)
以下使用图9及图10说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。在第三实施方式的图像显示元件200b中,如下方面与第二实施方式的图像显示元件200a不同:并未设有P电极20P和N电极20N,以及P镶嵌电极23P和N镶嵌电极23N分别与微发光元件100b的P电极层10和虚设元件101b的N侧层11直接连接。在图像显示元件200b中,除了这些方面以外与图像显示元件200a相同。
图9的(a)是本发明第三实施方式的图像显示元件200b的示意性剖视图。图9的(b)是本发明第三实施方式的微发光元件100b的示意性俯视图。在图像显示元件200b的构成中,能够省略形成P接触孔19P及N接触孔19N的工序,因此与第二实施方式的图像显示元件200a相比,能够缩短工序。
此外,容易如图9的(b)所示这样形成细长的矩形微发光元件100b。在第二实施方式的图像显示元件200a中,通过同一光刻工序来加工金属反射层20W与P电极20P,因此需要在金属反射层20W与P电极20P之间确保至少最小线宽的空间。因此必须减小P电极20P的宽度。
因此,若P电极层10的宽度变窄,则很难确保P电极20P的设置面积。但是,在图像显示元件200b的构成中,只要以不与金属反射层20W接触的方式形成P镶嵌电极23P即可,因而只要确保对准所需的空间即可。因此,与图像显示元件200a的构成相比而言,图像显示元件200b构成即使是P电极层10更窄的情况也能够应用。
(图像显示元件200b的制造工序)
图10的(a)至(g)是示出本发明第三实施方式的图像显示元件200b的制造工序的示意性剖视图。在图10的(a)至(e)的图像显示元件200b的制造工序的说明中,将金属层20侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。在图像显示元件200b的制造工序中,在经过图2的(a)至(d)所示的工序后,并未形成P接触孔19P,而是如图10的(a)所示地堆积金属层20。
在堆积了金属层20之后,如图10的(b)所示地将金属层20加工为金属反射层20W。此时,位于P电极层10上方及N接触槽15N上方的金属层20的部分被去除。然后如图10的(c)所示地以覆盖透明绝缘膜17及金属反射层20W的露出部分的方式堆积绝缘膜21,通过CMP法使绝缘膜21的上表面平坦化。
在使绝缘膜21的上表面平坦化之后,如图10的(d)所示地在位于像素区域1的P电极层10上形成P槽22P,在位于N连接区域3的N接触槽15N上形成N槽22N。具体来说,通过将位于P电极层10上的透明绝缘膜17及绝缘膜21去除而形成P槽22P,通过将位于N接触槽15N中N侧层11上的透明绝缘膜17及绝缘膜21去除而形成N槽22N。
进一步如图10的(e)所示地在P槽22P中形成P镶嵌电极23P,在N槽22N中形成N镶嵌电极23N。在形成P镶嵌电极23P及N镶嵌电极23N之后,如图10的(f)所示地使多个微发光元件100b与驱动电路基板50贴合。然后,如图10的(g)所示地将生长基板9去除,并以覆盖N侧层11、透明绝缘膜17、金属反射层20W及填充材料60的露出部分的方式堆积共用N电极40。
按照以上方式,在图像显示元件200b的构成中也与第二实施方式的图像显示元件200a同样地通过以晶片彼此贴合,从而能够提高生产性、减少粉尘产生并实现高成品率。
[第四实施方式]
(图像显示元件200c的构成)
以下使用图11及图12说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。在第四实施方式的图像显示元件200c中,如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:微发光元件100c在其下表面具有P电极20P及N电极20N。另外,在图11中,在图像显示元件200c中未填充填充材料60,但也可以与第一实施方式同样地填充填充材料60。
另外,在图像显示元件200c中,如下方面与图像显示元件200不同:驱动电路基板50c在像素区域1中具有N侧电极52,且在N侧层侧面11S的一部分具有在金属反射层20W与N侧层侧面11S之间不存在透明绝缘膜17的部分。在图像显示元件200c中,除了这些方面以外与图像显示元件200相同。
图11是本发明第四实施方式的图像显示元件200c的像素区域1的示意性剖视图。图像显示元件200c的构成具有如下的附加优点:不需要在将微发光元件100c贴合在驱动电路基板50c上之后形成共用N电极。在图像显示元件200c的构成中,如图11所示,金属反射层20W兼作为N电极20N(第二电极)。
即,微发光元件100c在与光放出面侧相反一侧的面上具有与金属反射层20W导通的N电极20N。另外,在驱动电路基板50c中的像素区域1的表面,以二维阵列状配置用于向微发光元件100c供给电流的P电极20P及N电极20N。
驱动电路基板50c在像素区域1内具有经由连接材料70与各微发光元件100c的P电极20P连接的P侧电极51,及经由连接材料70与兼用作N电极20N的金属反射层20W连接的N侧电极52。在图11中,将相邻的两个微发光元件100c的N电极20N与一个N侧电极52连接。
(图像显示元件200c的制造工序)
图12的(a)至(f)是示出本发明第四实施方式的图像显示元件200c的制造工序的示意性剖视图。在图12的(a)至(d)的图像显示元件200c的制造工序的说明中,将透明绝缘膜17侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。另外,在图12的(e)及(f)的图像显示元件200c的制造工序的说明中,将生长基板9侧设为上方,将驱动电路基板50c侧设为下方。
在图像显示元件200c的制造工序中,考虑经过图2的(a)至(d)所示工序后的图12的(a)所示的图像显示元件200c的状态。在该状态下,如图12的(b)所示那样,在P电极层10上形成P接触孔19P,在N侧层侧面11S的一部分形成N侧层11的底部开口部(bottomopening)19BN。
在图12的(b)中,将在位于相邻的微发光元件100c彼此相对侧的N侧层侧面11S设置的透明绝缘膜17的部分去除,使N侧层侧面11S露出。在图像显示元件200c的构成中,由于N侧层侧面11S倾斜,因此通过干法刻蚀法也能够对透明绝缘膜17进行蚀刻。
因此,能够高精度地调整底部开口部19BN的尺寸,将透明绝缘膜17的去除部分设为必要最小限度。另一方面,在N侧层侧面11S不倾斜而相对于生长基板9垂直的情况下,不得不使用湿法刻蚀,图案尺寸的控制性低。
接下来,在形成P接触孔19P及底部开口部19BN之后,如图12的(c)所示地以覆盖生长基板9、P电极层10、N侧层11及透明绝缘膜17的露出部分的方式堆积金属层20。进一步如图12的(d)所示地使用光刻法和各向异性干法刻蚀法对金属层20进行加工。通过按照这种方式对金属层20进行加工,从而在P接触孔19P上形成P电极20P,并形成覆盖位于倾斜面16S及N侧层侧面11S上的透明绝缘膜17的部分的金属反射层20W。金属反射层20W在底部开口部19BN中与N侧层11电接触。
在对金属层20进行了加工之后,如图12的(e)所示地将微发光元件100c和驱动电路基板50c经由连接材料70贴合。在使微发光元件100c与驱动电路基板50c贴合后,如图12的(f)所示地将生长基板9去除。其后也可以与其他实施方式同样地利用填充材料对微发光元件100c间进行填充。
在图像显示元件200c的构成中,在N侧层侧面11S的一部分具有在金属反射层20W与N侧层侧面11S之间不存在透明绝缘膜17的部分。即,金属反射层20W与N侧层11导通,更具体来说与N侧层侧面11S的至少一部分导通。
如果针对将N侧层侧面11S内的一个面的透明绝缘膜17全部取下的结构进行模拟,与由透明绝缘膜17覆盖N侧层侧面11S整个面的情况相比而言,出光效率的降低率为3%以下。因此,利用图像显示元件200c的构成的出光效率相比于以往的结构有利。
按照以上方式,图像显示元件200c的构成具有如下附加优点:不需要在使微发光元件100c与驱动电路基板50c贴合并将生长基板9去除后形成共用N电极40。
[第五实施方式]
(图像显示元件200d的构成)
以下使用图13至图15说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。在第五实施方式的图像显示元件200d中,如下方面与第四实施方式的图像显示元件200c不同:仅针对倾斜面16S及N侧层侧面11S中的倾斜面16S配置透明绝缘膜17。
另外,在图像显示元件200d中,如下方面与图像显示元件200c不同:使一个微发光元件100c的金属反射层20W(N电极20N)与一个N侧电极52连接。在图像显示元件200d中,除了这些方面以外与图像显示元件200c相同。
由此,N侧层侧面11S由金属反射层20W覆盖以防止光串扰,由于倾斜面16S及N侧层侧面11S的倾斜,能够实现比长方体结构大的出光效率。例如,相对于表2所示的长方体结构的出光效率17.9%,在图像显示元件200d的构成中,能够实现长方体结构的出光效率的约3.8倍即67.8%的出光效率。此外,图像显示元件200d的制造比第四实施方式的图像显示元件200c的制造容易。
图13是本发明第五实施方式的图像显示元件200d的像素区域1的示意性剖视图。如图13所示,微发光元件100d在其下表面具有P电极20P及N电极20N。驱动电路基板50d在微发光元件100d侧具有P侧电极51及N侧电极52,P侧电极51及N侧电极52分别与P电极20P及N电极20N一对一对应。图像显示元件200d的构成与图像显示元件200c同样地具有如下的附加优点:不需要在使微发光元件100d与驱动电路基板50d贴合并将生长基板9去除后形成共用N电极。
(图像显示元件200d的制造工序)
图14的(a)至(e)是示出本发明第五实施方式的图像显示元件200d的制造工序的示意性剖视图。在图14的(a)至(e)的图像显示元件200d的制造工序的说明中,将透明绝缘膜17侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。在图像显示元件200d的制造工序中,在经过图2的(a)及(b)的工序形成分割槽15之后,如图14的(a)所示地以覆盖N侧层11、发光层12、P侧层13及P电极层10的露出部分的方式堆积透明绝缘膜17。
在堆积了透明绝缘膜17之后,如图14的(b)所示地在分割槽15的底部,通过对透明绝缘膜17和N侧层11进行蚀刻而形成槽分离槽18。槽分离槽18优选到达生长基板9,使各微发光元件100d分离。在该阶段露出的N侧层11的面是N侧层侧面11S。槽分离槽18的倾斜角度即N侧层侧面11S的倾斜角度θb与图2的(c)同样地需要为80°左右。
在形成了槽分离槽18之后,如图14的(c)所示地在P电极层10上形成P接触孔19P。在形成P接触孔19P的工序中,不需要像第四实施方式的图12的(b)那样在N侧层侧面11S的透明绝缘膜17上形成底部开口部。因此,图像显示元件200d的制造比图像显示元件200c的制造容易。
在形成P接触孔19P之后,如图14的(d)所示地以覆盖生长基板9、P电极层10、N侧层11及透明绝缘膜17的露出部分的方式堆积金属层20。金属层20在P接触孔19P中与P电极层10电连接,在N侧层侧面11S中与N侧层11电连接。
进一步如图14的(e)所示地通过将成为P电极20P的部分周围的金属层20去除,从而金属层20被分割为P电极20P和金属反射层20W。金属反射层20W兼用作N电极20N。按照这种方式,各微发光元件100d具有P电极20P及N电极20N。此后的工序与第四实施方式的图像显示元件200c相同,因此省略说明。
将使用在第一实施方式中说明的模拟,调查微发光元件100d的出光效率相对于各部分的尺寸及角度的变化的结果示于图15中。图15的(a)至(e)是示出于图13所示的图像显示元件200d中,出光效率对各部分的尺寸及角度的依赖性的模拟结果的图。在图15的(a)至(f)中还示出发光层12的面积相对于光放出面(N侧层11的上表面)的面积的比例(面积比)。图15的(a)至(e)的纵轴是出光效率或面积比。
在图15的(a)至(f)的任一情况下,只要没有特别说明,均是N侧层11的上表面的尺寸为8μm×8μm、N侧层11的厚度为6μm、P侧层13的厚度为0.2μm。另外,倾斜面16S的倾斜角度θe为45°、倾斜面16S中的N侧层11所占部分的深度D为1μm、N侧层侧面11S的倾斜角度θb为80°。此外,透明绝缘膜17的膜厚为400nm。
图15的(a)示出出光效率对N侧层侧面11S的倾斜角度θb的依赖性。图15的(a)的横轴是倾斜角度θb。如图15的(a)所示,N侧层侧面11S的倾斜角度θb越小则出光效率越高。在倾斜角度θb为90°以下的情况下,出光效率为40%以上,能够实现长方体结构的出光效率17.9%的两倍以上的出光效率。此外,在倾斜角度θb为83°以下的情况下,能够实现60%以上的出光效率。
图15的(b)示出出光效率对倾斜面16S中的N侧层11所占部分的深度D的依赖性。图15的(b)的横轴是深度D。如图15的(b)所示,深度D越大则出光效率越高。通过使深度D为0.5μm以上,能够实现60%以上的出光效率。
图15的(c)示出出光效率对倾斜面16S的倾斜角度θe的依赖性。图15的(c)的横轴是倾斜角度θe。为了改善出光效率,倾斜角度θe优选为60°以下,由此能够实现60%以上的出光效率。倾斜角度θe更优选为50°以下。
图15的(d)示出出光效率对N侧层11的厚度的依赖性。该厚度是沿垂直方向(从微发光元件100d的上表面朝向下表面的方向)的厚度。图15的(d)的横轴是N侧层11的厚度。N侧层11的厚度越大则出光效率越高。N侧层11的厚度优选为3μm以上,由此能够实现60%以上的出光效率。
图15的(e)示出出光效率对P侧层13的厚度的依赖性。图15的(e)的横轴是P侧层13的厚度。P侧层13的厚度越大则出光效率越高,但与图15的(a)至(d)所示的其他参数相比影响较小。
图15的(f)示出出光效率对透明绝缘膜17的膜厚的依赖性。图15的(f)的纵轴及横轴分别是出光效率及透明绝缘膜17的膜厚。透明绝缘膜17的膜厚越大则出光效率越高,但膜厚为400nm的变化很小。因此,透明绝缘膜17的膜厚最优选为400nm以上,但与膜厚400nm以上的情况相比而言,在膜厚75nm以上的情况下出光效率降低也在2%以内,因此透明绝缘膜17的膜厚为至少75nm以上即可。
如图15的(a)至(f)所示,以图像显示元件200d的构成能够实现至少40%以上的出光效率。该出光效率相对于表2所示的长方体结构的出光效率17.9%而言为2.2倍,表现出光效率非常大的提高。此外,在图像显示元件200d的构成中,能够通过适当选择微发光元件100d的结构来实现60%以上的出光效率。
[第六实施方式]
(图像显示元件200e的构成)
以下使用图16说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。第六实施方式的图像显示元件200e在如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:将P电极层10变更为P电极层10e(第一金属膜)。在图像显示元件200e中,除此以外的方面与图像显示元件200相同。
在图像显示元件200e的构成中,在P侧层13与P电极层10e之间配置P侧透明绝缘膜(P-side transparent insulation layer)25(第三透明绝缘膜)。另外,在P侧透明绝缘膜25形成P电极层接触孔26。由此,将P侧层13与P电极层10e电连接。
根据所述说明可知,通过在金属反射层20W与化合物半导体14之间配置透明绝缘膜17,能够提高反射率并提高出光效率。然而,为了使P侧层13与P电极层10e电连接,无法在P侧层13的整个面配置透明绝缘膜。因此通过形成P电极层接触孔26以使P侧层13与P电极层10e局部连接,从而能够在使P侧层13与P电极层10e电连接的同时进一步提高出光效率。
(图像显示元件200e的制造工序)
图16的(a)至(d)是示出本发明第六实施方式的图像显示元件200e的制造工序的示意性剖视图。在图像显示元件200e的制造工序的说明中,将P侧层13侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。在图像显示元件200e的制造工序中,仅说明了P电极层10e的形成工序。除了P电极层10e的形成工序以外的其他工序能够应用其他实施方式中所说明的工序,因此省略说明。
图16的(a)示出在生长基板9上堆积有化合物半导体14的状态。优选图像显示元件200e的P侧层13的薄层电阻尽可能低,图像显示元件200e的P侧层13的厚度也可以比第一至第五实施方式中说明的P侧层13的厚度大。
接下来,如图16的(b)所示地在P侧层13上堆积P侧透明绝缘膜25。P侧透明绝缘膜25的材质及厚度也可以分别与透明绝缘膜17的材质及厚度相同。在堆积了P侧透明绝缘膜25之后,如图16的(c)所示地在P侧透明绝缘膜25的上表面形成P电极层接触孔26。P电极层接触孔26从P侧透明绝缘膜25到达P侧层13。
在P侧透明绝缘膜25的上表面内,优选P电极层接触孔26所占的面积比例少。例如,若以1μm的间距形成直径为0.1μm的P电极层接触孔26,则在P侧透明绝缘膜25的上表面内,P电极层接触孔26所占的面积比例为1/100左右。在该情况下,即使在P电极层接触孔26中埋设有金属层,也能够充分维持基于P侧透明绝缘膜25的出光效率。
另外,在P侧透明绝缘膜25的上表面内,P电极层接触孔26所占的面积比例越少,出光效率的提高效果大。但是,例如即使P电极层接触孔26占据P侧透明绝缘膜25上表面面积中的一半左右的面积,也能够充分维持出光效率。
在形成P电极层接触孔26后,如图16的(d)所示地以覆盖P侧透明绝缘膜25及P侧层13的露出部分的方式堆积P电极层10e。此时,也可以在P电极层接触孔26中埋入容易与P侧层13实现欧姆接触的钯(Pd)等金属材料,在该金属材料上堆积可见光反射率高的银或铝等金属层。
关于应用本方式的微发光元件及图像显示元件200e的结构及制造方法,与第一至第五实施方式中的任一方式组合即可,因此省略说明。通过将第一至第五实施方式中的任一方式与第六实施方式组合,能够进一步增强第一至第五实施方式中的任一方式所具有的出光效率的改善效果。
在下述表3中,将单独为第一实施方式的构成即没有P侧透明绝缘膜的情况,和第一实施方式的构成与第六实施方式的构成组合而成的构成即有P侧透明绝缘膜的情况进行对比。通过将第一实施方式的构成与第六实施方式的构成组合而成的构成,能够减少下表面吸收量并使出光效率提高5%左右。表3示出出光效率的模拟结果。
【表3】
Figure BDA0002297425760000361
Figure BDA0002297425760000371
[第七实施方式]
(图像显示元件200f的构成)
以下使用图17说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。在第七实施方式的图像显示元件200f中,P侧层13与P电极层10f(第一金属膜)的导通方法不同于第六实施方式的图像显示元件200e。在图像显示元件200f中,除了该导通方法以外与图像显示元件200e相同。
在图像显示元件200f的构成中,与图像显示元件200e的P侧层13相比,使P侧层13堆积更厚,针对P侧层13以形成柱(pillar)状结构的方式进行各向异性蚀刻而形成P侧层柱27。向P侧层柱27埋入P侧透明绝缘膜25f(第二透明绝缘膜),在P侧透明绝缘膜25f上堆积作为金属层的P电极层10f。
(图像显示元件200f的制造工序)
图17的(a)至(d)是示出本发明第七实施方式的图像显示元件200f的制造工序的示意性剖视图。在图像显示元件200f的制造工序的说明中,将P侧层13侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。在图像显示元件200f的制造工序中,如图17的(a)所示地在生长基板9上堆积化合物半导体14。P侧层13的厚度至少为100nm以上。
在堆积了化合物半导体14之后,如图17的(b)所示地使用光刻法和各向异性蚀刻法,以保留P侧层13的底部及P侧层柱27的方式对P侧层13进行蚀刻。P侧层柱27的高度为25nm以上1μm以下。从光放出面侧俯视观察时,优选多个P侧层柱27的上表面的总面积相对于P电极层10f的水平面的面积的比例较少,但即使是50%左右也能够获得出光效率的提高效果。
在对P侧层13进行了蚀刻后,如图17的(c)所示地在P侧层柱27之间堆积P侧透明绝缘膜25f,并使P侧层柱27的上部露出。例如,在堆积了P侧透明绝缘膜25f后,使用CMP法对P侧透明绝缘膜25f进行研磨,由此可使P侧层柱27的上部露出。
另外,也可以预先在P侧层柱27的上表面形成金属膜。例如,也可以在P侧层13的上表面堆积钯等金属,在对P侧层13进行加工以形成P侧层柱27的同时对该金属进行加工。由此,能够使所述金属作为用于使利用CMP法的研磨停止的止挡层发挥作用,能够实现P侧层13与所述金属的欧姆接触。
另外,也可以不使用光刻法,而在P侧层13的上表面分散配置金属纳米粒子,并以所配置的金属纳米粒子为掩模层对P侧层13进行各向异性蚀刻。若是具有直径为几十nm的金属纳米粒子,也可以不对P侧层13进行各向异性蚀刻,仅将P侧透明绝缘膜25f埋入到金属纳米粒子之间就能够获得出光效率的提高效果。在堆积了P侧透明绝缘膜25f之后,如图17的(d)所示地在P侧层柱27及P侧透明绝缘膜25f上堆积P电极层10f。
关于应用本方式的微发光元件及图像显示元件200f的结构及制造方法,只要与第一至第五实施方式中的任一方式组合即可,因此省略说明。通过将第一至第五实施方式中的任一方式与第七实施方式组合,能够进一步增强第一至第五实施方式中的任一方式所具有的出光效率的改善效果。
[第八实施方式]
(图像显示元件200g的构成)
以下使用图18说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。
第八实施方式的图像显示元件200g在如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:倾斜面16S的倾斜角度θe与N侧层侧面11S的倾斜角度θb大致相同。在图像显示元件200g中,除此以外的方面与图像显示元件200相同。倾斜面16S的倾斜角度θe与N侧层侧面11S的倾斜角度θb大致相同,从而倾斜面16S延伸至光放出面。此时,倾斜面16S由金属反射层20W覆盖,且在倾斜面16S与金属反射层20W之间配置透明绝缘膜17。
图18的(a)是本发明第八实施方式的四棱台结构(Truncated pyramid type)的微发光元件的鸟瞰图,图18的(b)是示出出光效率对倾斜角度的依赖性的模拟结果的图。图18的(c)是示出出光效率对透明绝缘膜的膜厚的依赖性的模拟结果的图。
如图18的(a)所示,图像显示元件200g所具有的微发光元件100g的形状是四棱台结构(Truncated pyramid type)。在图像显示元件200g的制造工序中,将图2的(b)及(c)所示的工序合并为一个工序,以倾斜角度θe与倾斜角度θb大致相同的方式形成槽分离槽即可。
(图像显示元件200g的制造工序)
在图像显示元件200g的制造工序中,除了形成槽分离槽的工序以外的其他制造工序与第一实施方式的图像显示元件200的制造工序相同。在图像显示元件200g的制造工序中,按照这种方式能够削减一个制造工序。另外,与通常图像显示元件200相比,N侧层侧面11S的倾斜角度θb减小,因此更容易将金属层20向堆积在N侧层侧面11S上的透明绝缘膜17堆积。
在下述的表4中,将长方体结构的微发光元件的发光特性与四棱台结构的微发光元件100g的发光特性进行对比。在长方体结构的微发光元件和微发光元件100g的任一情况下,均将N侧层11的上表面的尺寸设为8μm×8μm,化合物半导体使用相同的材料。在长方体结构的微发光元件和微发光元件100g的情况下,除了形状不同以外,构成材料及形成工艺相同。
但是,在长方体结构的微发光元件的情况下,分割槽及槽分离槽尽可能加工为不倾斜。另外,在微发光元件100g的情况下,通过槽分离槽18形成的N侧层11的侧面加工形成为倾斜角度θe、θb为大致80°。在任一情况下,均在N侧层11的上表面配置有透明树脂层。另外,在任一情况下,均在微发光元件中将100行×100列的10000个元件同时点亮,对全光束发光强度进行评价。每一个微发光元件100g中的电流量是5μA。将测量结果示于下述的表4中。
【表4】
Figure BDA0002297425760000401
如表4所示,在四棱台结构的微发光元件100g中,与单独的长方体结构的微发光元件相比,能够获得约2.7倍的外部量子效率。将使用光线追踪法(Ray trace method)模拟出光效率的结果示于表5中。另外,表4所示的内部量子效率推定值是使用表5所示的出光效率根据表4所示的外部量子效率计算出推定值。在四棱台结构的微发光元件100g中,与单纯的长方体结构的微发光元件相比,能够获得约3.0倍的出光效率。表5中所示的值是模拟值。
【表5】
Figure BDA0002297425760000402
Figure BDA0002297425760000411
如图18的(b)所示,倾斜角度θb越小则出光效率越高。在倾斜角度θb为82°以下的情况下,能够实现48%以上的出光效率。此外,在倾斜角度θb为75°以下的情况下,能够实现70%以上的出光效率。
如图18的(c)所示,在透明绝缘膜17的膜厚75nm以上时,能够实现48%以上的出光效率。图18的(c)的纵轴是出光效率,图18的(c)的横轴是透明绝缘膜17的膜厚。若透明绝缘膜的膜厚为400nm以上,则能够稳定地实现54%左右的出光效率。因此,优选透明绝缘膜17的膜厚为400nm以上。
另外,关于微发光元件100g的电极配置,可以是像第一实施方式或第二实施方式那样在光放出面侧配置共用N电极40(光放出面侧电极)的构成,也可以是像第四实施方式或第五实施方式那样通过使金属反射层20W与N侧层11电极接触而在与在光放出面侧相反一侧的面配置在N电极20N的构成。
[第九实施方式]
(图像显示元件200h的构成)
以下使用图19至图21说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。第九实施方式的图像显示元件200h在如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:除了共用N电极40以外仅具有单层电极层。在图像显示元件200h中,除此以外的方面与图像显示元件200相同。
图19是本发明第九实施方式的图像显示元件200h的示意性剖视图。如图19所示,图像显示元件200h具有的微发光元件100h具有P电极20P(第一金属膜)与金属反射层20W(第二金属膜)连接的结构。即,金属反射层20W兼用作P电极20P。在第一至第五实施方式中,第一金属膜和第二金属膜为彼此不同的金属膜且相互不接触,但在本实施方式中,第一金属膜与第二金属膜连续连接并构成为一体。
P电极20P与P侧层13直接接触。P电极20P覆盖微发光元件100h的P侧层13侧的表面,并隔着透明绝缘膜17覆盖倾斜面16S及N侧层侧面11S。由此能够防止相互相邻的微发光元件100h间的光泄漏,减少光串扰。另外,在P电极20P与倾斜面16S及N侧层侧面11S之间配置有透明绝缘膜17,能够实现高出光效率。
微发光元件100h为了防止P电极20P与共用N电极40的电短路而具有绝缘层61。为了减少光串扰,优选P电极20P覆盖N侧层侧面11S直到其上端。但是,如果没有绝缘层61,则P电极20P与共用N电极40在微发光元件100h的上端部短路。
因此,在像素区域1中,需要以覆盖微发光元件100h的上端部的方式设置绝缘层61。另一方面,在N连接区域3中优选N电极20N与共用N电极40接触,因此不需要设置绝缘层61。在位于N连接区域3的虚设元件101h中,N电极20N与共用N电极40的接触部可以是电流路径,也可以与第一实施方式的微发光元件100同样地使电流在N电极20N与共用N电极40之间经由N侧层11流通。
(微发光元件100h的制造工序)
图20的(a)至(f)是示出本发明第九实施方式的微发光元件100h的制造工序的示意性剖视图。微发光元件100h的制造工序与第一实施方式的微发光元件100的制造工序相比,除了未堆积P电极层10以外类似。以下仅说明微发光元件100h的制造工序与微发光元件100的制造工序的不同点。
在微发光元件100h的构成中,与微发光元件100的构成相比,由于薄层电阻高的P侧层13与P电极20P直接接触,因此优选P接触孔19P形成得尽可能大。在微发光元件100h的构成中,由于P电极20P与金属反射层20W为一体,因此在像素区域1及N连接区域3中不需要对金属层20进行图案加工。由于不需要堆积P电极层10且不需要对金属层20进行图案加工,因此微发光元件100的制造工序比微发光元件100的制造工序简单,能够降低制造成本。
(图像显示元件200h的制造工序)
图21的(a)至(c)是示出本发明第九实施方式的图像显示元件200h的制造工序的示意性剖视图。在图像显示元件200h的制造工序的说明中,将生长基板9侧设为上方,将驱动电路基板50侧设为下方。如图21的(a)所示地使用连接材料70使微发光元件100h的P电极20P与驱动电路基板50的P侧电极51连接的工序和图3的(b)所示的工序相同。
如图21的(b)所示地将生长基板9去除的工序也与图3的(c)所示的工序相同。但是,在图像显示元件200h的制造工序中,通过去除生长基板9的工序而使金属层20按各微发光元件100h分离,从而形成P电极20P。同样地,在N连接区域3中,通过去除生长基板9的工序而形成N电极20N。
在形成了P电极20P及N电极20N之后,与图3的(d)及(e)所示的工序同样地通过填充材料60对各微发光元件100h之间进行填充并形成共用N电极40。通常情况下,在涂布了填充材料60的阶段,在微发光元件100h的上表面残留有由填充材料60形成的树脂层,因此需要将在微发光元件100h的上表面残留的树脂层去除。在去除该树脂层的工序中,能够通过保留微发光元件100h之间的树脂层而在微发光元件100h之间形成绝缘层61。按照这种方式,绝缘层61的材料可以与填充材料60的材料相同,也可以不同。
在图20的(f)所示的工序中,也可以追加在堆积了金属层20后,将金属层20去除到距槽分离槽18的底部一定深度的工序。例如,通过光刻法在像素区域1内的槽分离槽18的底部开口,通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法对金属层20进行蚀刻。
在该情况下,在图21的(b)所示的工序中,也可以使P电极20P的上端部的位置位于N侧层11的上表面的更下方。其结果,P电极20P与共用N电极40变得不接触,因此可省略绝缘层61的形成。与P电极20P未完全覆盖N侧层侧面11S的情况相比,能够充分实现显著的光泄漏防止效果。按照以上方式,图像显示元件200h的构成由单层金属膜(电极层)构成,因此具有使制造工序简单且制造成本降低的附加优点。
[第十实施方式]
(图像显示元件200i的构成)
以下使用图22说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。第十实施方式的图像显示元件200i在如下方面与第一实施方式的图像显示元件200不同:一个微发光元件100i具有多个台面16。在图像显示元件200i中,除此以外的方面与图像显示元件200相同。
(微发光元件100i的制造工序)
图22的(a)至(f)是示出本发明第十实施方式的微发光元件100i的制造工序的示意性剖视图。在图像显示元件200i的制造工序的说明中,将P侧层13侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。使用图22说明微发光元件100i。在此,对一个微发光元件100i具有两个台面的情况进行说明,关于一个微发光元件100i具有3个以上台面的情况也同样如此。
另外,作为微发光元件100i的结构,使用与第九实施方式的微发光元件100h的结构类似的结构进行说明。微发光元件100i的结构也可以与第九实施方式以外的其他实施方式的微发光元件的结构类似。如图22的(b)所示,在形成构成倾斜面16S的分割槽15的同时,形成将一个微发光元件的发光层12分割为两个的内部分割槽15i。
内部分割槽15i形成得比分割槽15小。另外,内部分割槽15i的深度也可以比分割槽15的深度浅。在形成了分割槽15及内部分割槽15i之后,如图22的(c)所示地形成槽分离槽18。槽分离槽18仅形成在分割槽15的底部,未形成在内部分割槽15i的底部。按照这种方式,由分割槽15及槽分离槽18决定微发光元件100i的外形。另一方面,内部分割槽15i将一个微发光元件100i的发光层12分割为两个。
在形成了槽分离槽18之后,如图22的(d)所示地使透明绝缘膜17堆积,如图22的(e)所示地形成P接触孔19P。在此,在每个台面16均形成P接触孔19P。形成P接触孔19P的工序以后的工序,包括图像显示元件200i的制造工序在内与第九实施方式的图像显示元件200h的制造工序相同。另外,在N连接区域3中,图像显示元件200i所具有的虚设元件101i不需要是具有多个台面16的构成,可以是与第九实施方式的虚设元件101h相同的构成。
具有多个台面16的微发光元件100i在以下的(1)及(2)这样的情况下有用。(1)用于冗余修复。在各台面16配置相互独立的P电极20P,并按各台面16独立地驱动。在两个台面16内,电流不流入到未显示正常发光的一方。通过使电流仅流入一个正常台面,可大幅减少微发光元件100i的不良率。
(2)提高较大的微发光元件100i的发光效率。如图6的(b)所示,倾斜面16S的大小越大则出光效率越高。因此,大的微发光元件100i需要大的倾斜面。但是,形成大的倾斜面在制造技术上很难。因此,根据可制作的倾斜面的尺寸,以可最大限度地提高出光效率的程度形成多个台面16,通过多个台面16分割微发光元件的发光层12,提高微发光元件整体的出光效率。
[第十一实施方式]
(图像显示元件200j的构成)
以下使用图23说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。第十一实施方式的图像显示元件200j在如下方面与所述实施方式不同:覆盖倾斜面16S的透明绝缘膜17(第一透明绝缘膜)和覆盖N侧层侧面11S的第二透明绝缘膜28是不同构件。图像显示元件200j的构成在如下方面与图像显示元件200c的构成类似:在第四实施方式的微发光元件100c的N侧层侧面11S的一部分中,使金属反射层20W与N侧层侧面11S连接,并由金属反射层20W兼作为N电极20N。
另外,在图像显示元件200j的构成在如下方面与第六实施方式的图像显示元件200e的构成类似:在第六实施方式中,在P侧层13与P电极层10e之间配置有P侧透明绝缘膜25(第三透明绝缘膜)。因此,图像显示元件200j具有如下附加优点:不需要在使微发光元件与驱动电路基板贴合并将生长基板9去除后形成共用N电极40;并且能够通过P侧透明绝缘膜25进一步提高出光效率。
(微发光元件100j的制造工序)
图23的(a)至(j)是示出本发明第十一实施方式的微发光元件100j的制造工序的示意性剖视图。微发光元件100j包含在图像显示元件200j中。在微发光元件100j的制造工序的说明中,将P侧层13侧设为上方,将生长基板9侧设为下方。如图23的(a)所示,通过在生长基板9上依次层叠N侧层11、发光层12及P侧层13而层叠化合物半导体14。如第一实施方式这样的P电极层在该阶段不堆积。
在使化合物半导体14层叠之后,如图23的(b)所示地对P侧层13、发光层12及N侧层11的一部分进行蚀刻而形成分割槽15。此时,包含发光层12的部分成为台面16。台面16的侧面即倾斜面16S与其他实施方式同样地以倾斜角度θe倾斜。
在形成分割槽15之后,如图23的(c)所示地以覆盖N侧层11、发光层12及P侧层13的露出部分的方式堆积透明绝缘膜17。其后与第六实施方式同样地在堆积在台面16上部的透明绝缘膜17的部分形成P电极层接触孔26,并堆积P电极层10j。其结果成为图23的(d)所示的状态。微发光元件100j的透明绝缘膜17具有作为覆盖倾斜面16S的透明绝缘膜(第一透明绝缘膜)的作用及作为第六实施方式的P侧透明绝缘膜25(第三透明绝缘膜)的作用。
在堆积了P电极层10j之后,如图23的(e)所示地通过光刻法及干法刻蚀法将P电极层10j加工为P电极层图案10P。P电极层图案10P至少覆盖在台面16上部堆积的P侧层13,并覆盖倾斜面16S的至少一部分。
在将P电极层10j加工为P电极层图案10P之后,如图23的(f)所示地在分割槽15的底部形成槽分离槽18。P电极层图案10P的加工也可以与槽分离槽18的形成同时进行。槽分离槽18的侧面即N侧层侧面11S与其他实施方式同样地以倾斜角度θb倾斜。
在形成槽分离槽18之后,如图23的(g)所示地以覆盖透明绝缘膜17及P电极层图案10P的露出部分的方式堆积第二透明绝缘膜28。关于第二透明绝缘膜28,可应用与透明绝缘膜17相同的材料。在堆积了第二透明绝缘膜28之后,如图23的(h)所示地与第四实施方式的图12的(b)同样地在第二透明绝缘膜28上形成P接触孔19P及底部开口部19BN。
接下来,如图23的(i)所示地以覆盖N侧层11、透明绝缘膜17及第二透明绝缘膜28的露出部分的方式堆积金属层20,进一步如图23的(j)所示地将金属层20加工为兼用作P电极20P及N电极20N的金属反射层20W。这些工序与图12的(c)及(d)所示的工序相同。图像显示元件200j的制造工序与第四实施方式的图12的(e)及(f)所示的工序同样地通过连接材料70使微发光元件100j与驱动电路基板50c连接,并将生长基板9去除。
在图像显示元件200j的构成中,N侧层侧面11S的一大半由第二透明绝缘膜28覆盖,并由金属反射层20W覆盖第二透明绝缘膜28的外侧。另一方面,倾斜面16S的上部的一部分由透明绝缘膜17及P电极层图案10P覆盖,且倾斜面16S的下部的一部分由透明绝缘膜17及第二透明绝缘膜28覆盖,并由金属反射层20W覆盖第二透明绝缘膜28的外侧。
倾斜面16S的中央部的一部分由透明绝缘膜17及P电极层图案10P覆盖,并由第二透明绝缘膜28及金属反射层20W覆盖P电极层图案10P的外侧。P电极层图案10P与金属反射层20W相互重叠地配置,防止从光微发光元件100j向外部泄漏。
在图像显示元件200j的构成中,由透明绝缘膜17及第二透明绝缘膜28覆盖N侧层侧面11S的一大半、倾斜面16S及P侧层13的一大半,能够在第二透明绝缘膜28的外侧配置金属反射层20W作为反射率高的金属膜。由此能够防止光泄漏并实现非常高的出光效率。另外,在图像显示元件200j中,如图23的(j)所示地在N侧层侧面11S与金属反射层20W之间配置第二透明绝缘膜28。
[第十二实施方式]
(图像显示元件200k的构成)
以下使用图24说明本发明的其他实施方式。另外,为了便于说明,对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记而不再重复其说明。第十二实施方式的图像显示元件200k在如下方面与第十一实施方式的图像显示元件100j不同:覆盖倾斜面16S的透明绝缘膜17(第一透明绝缘膜)与P侧透明绝缘膜25(第三透明绝缘膜)的构成不同。另外,在图像显示元件200k中,金属电极与N侧层11连接的连接方法与图像显示元件100j不同,但能够实现与图像显示元件100j相同的效果。
(微发光元件100k的制造工序)
图24的(a)至(i)是示出本发明第十二实施方式的微发光元件100k的制造工序的示意性剖视图。微发光元件100k包含在图像显示元件200k中。经过与图23的(a)至(c)所示的工序相同的工序后的状态为图24的(a)所示的状态。
将在图24的(a)所示的工序的阶段形成的透明绝缘膜作为透明绝缘膜17A。接下来,如图24的(b)所示地在分割槽15的底部形成槽分离槽18。槽分离槽18的侧面即N侧层侧面11S与其他实施方式同样地以倾斜角度θb倾斜。优选在分割槽15的底部,在形成了槽分离槽18之后还保留有用于形成N接触孔19N的平坦部。
在形成了槽分离槽18之后,如图24的(c)所示地以覆盖N侧层侧面11S及透明绝缘膜17A的露出部分的方式堆积透明绝缘膜17B。进一步如图24的(d)所示地在堆积在分割槽15的平坦部的透明绝缘膜17A、17B的部分形成N接触孔19N。
在形成了N接触孔19N之后,如图24的(e)所示地以覆盖N侧层11及透明绝缘膜17A、17B的露出部分的方式堆积金属层20。在堆积了金属层20之后,如图24的(f)所示地使用光刻法及干法刻蚀法将金属层20图案加工为金属反射层20W。金属反射层20W覆盖N侧层侧面11S及倾斜面16S。金属反射层20W在N接触孔19N中与N侧层11电连接。金属反射层20W也可以覆盖槽分离槽18及分割槽15。
在对金属层20进行图案加工之后,如图24的(g)所示地以覆盖透明绝缘膜17B及金属反射层20W的露出部分的方式堆积透明绝缘膜17C,并通过CMP法使透明绝缘膜17C的表面平坦化。在使透明绝缘膜17C的表面平坦化之后,如图24的(h)所示地通过以P侧层13露出的方式去除透明绝缘膜17A、17B、17C而形成P电极层接触孔26。
另外,通过以金属反射层20W露出的方式去除透明绝缘膜17C而形成N电极层接触孔29。以覆盖P侧层13、透明绝缘膜17C及金属反射层20W的露出部分的方式堆积P电极层10k。堆积P电极层10k的工序与第六实施方式的图像显示元件200e中的堆积堆P电极层10e的工序同样地进行。在堆积了P电极层10k之后,如图24的(i)所示地通过对P电极层10k进行图案加工而形成P电极20P及N电极20N。
在图像显示元件200k的构成中,如图24的(i)所示,透明绝缘膜17B(第二透明绝缘膜)覆盖N侧层侧面11S,透明绝缘膜17A及透明绝缘膜17B的层叠膜(第一透明绝缘膜)覆盖倾斜面16S。另外,透明绝缘膜17A、透明绝缘膜17B及透明绝缘膜17C的层叠膜成为P侧透明绝缘膜(第三透明绝缘膜)。金属反射层20W与P电极20P在从与光放出面侧相反一侧俯视观察时相互重叠配置。
另外,图像显示元件200k的金属反射层20W的制造工序也可以采用镶嵌法。即,以在分割槽15及槽分离槽18中埋入金属层20的方式进行了堆积之后,通过CMP法使金属层20的表面平坦化,并使台面16上的透明绝缘膜17B露出,由此可形成金属反射层20W。在该情况下,不需要通过CMP法使透明绝缘膜17C的表面平坦化。另外,N电极层接触孔29的深度与P电极层接触孔26的深度的差异变小,具有容易同时形成N电极层接触孔29与P电极层接触孔26的优点。
[总结]
本发明第一方案的微发光元件具备从光放出面侧起依次层叠第一导电层、发光层及导电型与所述第一导电层相反的第二导电层而成的化合物半导体,在所述微发光元件中,在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,在所述发光层的周围形成有倾斜面,从所述倾斜面到所述光放出面为止的第一导电层侧面的第一倾斜角度比所述倾斜面的第二倾斜角度大,所述倾斜面及所述第一导电层侧面均由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
本发明第二方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,在所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间配置有第二透明绝缘膜。
本发明第三方案的微发光元件还可以是在所述第二方案的基础上,所述第二透明绝缘膜是由所述第一透明绝缘膜延伸至所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间而成者。
本发明第四方案的微发光元件具备从光放出面侧起依次层叠第一导电层、发光层及导电型与所述第一导电层相反的第二导电层而成的化合物半导体,在所述微发光元件中,在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,在所述发光层的周围形成有倾斜面,所述倾斜面延伸至所述光放出面且由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
本发明第五方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,在所述第二导电层与所述第一金属膜之间配置有第三透明绝缘膜。
本发明第六方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,在从与所述光放出面侧相反一侧俯视观察时,所述第二金属膜与所述第一金属膜重叠配置。
本发明第七方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述透明绝缘膜的膜厚为75nm以上。
本发明第八方案的微发光元件还可以是在所述第七方案的基础上,所述透明绝缘膜的膜厚为400nm以上。
本发明第九方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述第二倾斜角度为60°以下。
本发明第十方案的微发光元件还可以是在所述第九方案的基础上,所述第二倾斜角度为50°以下。
本发明第十一方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述第一金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
本发明第十二方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述第二金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
本发明第十三方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述透明绝缘膜是SiO2膜。
本发明第十四方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述第一倾斜角度小于90°。
本发明第十五方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,所述第二金属膜与所述第一导电层导通。
本发明第十六方案的微发光元件还可以是在所述第十五方案的基础上,在与所述光放出面侧相反一侧的面具有与所述第二金属膜导通的第二电极。
本发明第十七方案的微发光元件还可以是在所述第一方案的基础上,在所述第一导电层中的所述光放出面侧的面具有与所述第一导电层导通的由透明导电膜构成的光放出面侧电极。
本发明第十八方案的图像显示元件还可以是在所述第一至第十七方案任一方案的基础上,具有将所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接。
本发明第十九方案的图像显示元件还可以是在所述第十七方案的基础上,所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的外侧的表面配置有第二驱动电极,所述第二驱动电极与所述光放出面侧电极导通。
本发明第二十方案的图像显示元件还可以是在所述第十六方案的基础上,所述微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面上,以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极及第二驱动电极,配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,所述第二电极与所述第二驱动电极连接。
本发明并不限定于上述各实施方式,可在权利要求书所示的范围内实施多种变更,将不同实施方式分别公开的技术手段适当组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。此外,通过将各实施方式中分别公开的技术手段加以组合,可形成新的技术特征。
附图标记说明
100、100a、100b、100c、
100d、100g、100h、100i、100j、100k 微发光元件
1 像素区域
10、10e、10f、10j、10k P电极层(第一金属膜)
11 N侧层(第一导电层)
11S N侧层侧面(第一导电层侧面)
12 发光层
13 P侧层(第二导电层)
14 化合物半导体
16S 倾斜面
17 透明绝缘膜
20N N电极(第二电极)
20P P电极(第一电极)
20W 金属反射层
25、25f P侧透明绝缘膜
28 第二透明绝缘膜
40 共用N电极(光放出面侧电极)
50、50c、50d 驱动电路基板
51 P侧电极(第一驱动电极)
52 N侧电极(第二驱动电极)
200、200a、200b、200c、200d、
200e、200f、200g、200h、200i、200j、200k 图像显示元件
θb 倾斜角度(第一倾斜角度)
θe 倾斜角度(第二倾斜角度)

Claims (20)

1.一种微发光元件,其具有从光放出面侧起依次层叠了第一导电层、发光层、及与所述第一导电层的导电型相反的第二导电层而成的化合物半导体,其特征在于,
在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,
在所述发光层的周围形成有倾斜面,从所述倾斜面到所述光放出面为止的第一导电层侧面的第一倾斜角度是大于所述倾斜面的第二倾斜角度的角度,
所述倾斜面及所述第一导电层侧面均由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
在所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间配置有第二透明绝缘膜。
3.根据权利要求2所述的微发光元件,其特征在于,
所述第二透明绝缘膜是所述第一透明绝缘膜延伸至所述第一导电层侧面与所述第二金属膜之间的膜。
4.一种微发光元件,其具有从光放出面侧起依次层叠了第一导电层、发光层及导电型与所述第一导电层相反的第二导电层而成的化合物半导体,其特征在于,
在与所述光放出面侧相反一侧的面上配置有与所述第二导电层导通的第一金属膜,所述第一金属膜覆盖所述第二导电层,
在所述发光层的周围形成有倾斜面,所述倾斜面延伸至所述光放出面且由第二金属膜覆盖,在所述倾斜面与所述第二金属膜之间配置有第一透明绝缘膜。
5.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
在所述第二导电层与所述第一金属膜之间配置有第三透明绝缘膜。
6.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
在从与所述光放出面侧相反一侧俯视观察时,所述第二金属膜与所述第一金属膜重叠配置。
7.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第一透明绝缘膜的膜厚为75nm以上。
8.根据权利要求7所述的微发光元件,其特征在于,
所述第一透明绝缘膜的膜厚为400nm以上。
9.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第二倾斜角度为60°以下。
10.根据权利要求9所述的微发光元件,其特征在于,
所述第二倾斜角度为50°以下。
11.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第一金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
12.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第二金属膜在所述化合物半导体侧具有以银或铝为主成分的层。
13.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第一透明绝缘膜是SiO2膜。
14.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第一倾斜角度小于90°。
15.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
所述第二金属膜与所述第一导电层导通。
16.根据权利要求15所述的微发光元件,其特征在于,
在与所述光放出面侧相反一侧的面具有与所述第二金属膜导通的第二电极。
17.根据权利要求1所述的微发光元件,其特征在于,
在所述第一导电层中的所述光放出面侧的面具有与所述第一导电层导通的由透明导电膜构成的光放出面侧电极。
18.一种图像显示元件,其特征在于,
具有将权利要求1至17中任一项所述的微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,
所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,
在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接。
19.一种图像显示元件,其特征在于,
具有将权利要求17所述的微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,
所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,
在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极,配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,
在所述驱动电路基板中的所述像素区域的外侧的表面配置有第二驱动电极,所述第二驱动电极与所述光放出面侧电极导通。
20.一种图像显示元件,其特征在于,
具有将权利要求16所述的微发光元件以二维阵列状配置在驱动电路基板上的像素区域,
所述微发光元件中的与所述光放出面侧相反一侧的面面向所述驱动电路基板的表面,
在所述驱动电路基板中的所述像素区域的表面,以二维阵列状配置有用于向所述微发光元件供给电流的第一驱动电极及第二驱动电极,
配置在与所述光放出面侧相反一侧的面且与所述第一金属膜导通的第一电极与所述第一驱动电极以一对一的关系连接,所述第二电极与所述第二驱动电极连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628563A (zh) * 2022-05-12 2022-06-14 镭昱光电科技(苏州)有限公司 Micro LED显示芯片及其制备方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3667721A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-17 IMEC vzw Method for fabricating an optical device
JP7348520B2 (ja) * 2018-12-25 2023-09-21 日亜化学工業株式会社 発光装置及び表示装置
KR20220100870A (ko) * 2019-11-15 2022-07-18 서울바이오시스 주식회사 디스플레이용 발광 소자 및 그것을 가지는 디스플레이 장치
CN113497074A (zh) * 2020-03-20 2021-10-12 京东方科技集团股份有限公司 微型发光二极管显示面板及其制备方法
JP7481624B2 (ja) 2020-06-30 2024-05-13 日亜化学工業株式会社 半導体装置の製造方法
CN112530926B (zh) * 2020-08-24 2023-04-18 錼创显示科技股份有限公司 拼接式微型发光二极管显示面板
JP7499116B2 (ja) * 2020-08-25 2024-06-13 シャープ福山レーザー株式会社 画像表示素子
JP7517970B2 (ja) * 2020-12-02 2024-07-17 シャープ福山レーザー株式会社 画像表示素子
CN117015863A (zh) 2021-03-05 2023-11-07 索尼半导体解决方案公司 发光装置和用于制造发光装置的方法
CN118556300A (zh) * 2022-01-28 2024-08-27 株式会社日本显示器 发光装置
CN117730416A (zh) * 2022-07-19 2024-03-19 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、显示面板及其制备方法
JP7498322B1 (ja) 2023-02-09 2024-06-11 日機装株式会社 発光素子及び発光素子の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060169997A1 (en) * 2005-01-13 2006-08-03 Jun Suzuki Semiconductor light-emitting device
CN1820378A (zh) * 2004-07-12 2006-08-16 罗姆股份有限公司 半导体发光元件
CN101599457A (zh) * 2008-04-25 2009-12-09 三星电子株式会社 发光器件、包括发光系统的封装和系统以及其构造方法
JP2015177021A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
CN107408606A (zh) * 2015-03-30 2017-11-28 索尼半导体解决方案公司 发光元件、发光单元、发光面板装置及驱动发光面板装置的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002141492A (ja) 2000-10-31 2002-05-17 Canon Inc 発光ダイオードディスプレイパネル及びその製造方法
JP5286045B2 (ja) * 2008-11-19 2013-09-11 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子の製造方法
DE112013005849T5 (de) * 2012-12-06 2015-08-20 Seoul Viosys Co., Ltd. Lichtemittierende Diode und Anwendung dafür
FR3033939B1 (fr) 2015-03-20 2018-04-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoelectronique a diode electroluminescente
US11114423B2 (en) 2015-12-01 2021-09-07 Sharp Kabushiki Kaisha Image-forming element
KR102608421B1 (ko) * 2016-02-23 2023-12-01 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1820378A (zh) * 2004-07-12 2006-08-16 罗姆股份有限公司 半导体发光元件
US20060169997A1 (en) * 2005-01-13 2006-08-03 Jun Suzuki Semiconductor light-emitting device
CN101599457A (zh) * 2008-04-25 2009-12-09 三星电子株式会社 发光器件、包括发光系统的封装和系统以及其构造方法
JP2015177021A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
CN107408606A (zh) * 2015-03-30 2017-11-28 索尼半导体解决方案公司 发光元件、发光单元、发光面板装置及驱动发光面板装置的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628563A (zh) * 2022-05-12 2022-06-14 镭昱光电科技(苏州)有限公司 Micro LED显示芯片及其制备方法
CN114628563B (zh) * 2022-05-12 2022-09-09 镭昱光电科技(苏州)有限公司 Micro LED显示芯片及其制备方法

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