JP2002237618A - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

表示装置およびその製造方法

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JP2002237618A JP2001032688A JP2001032688A JP2002237618A JP 2002237618 A JP2002237618 A JP 2002237618A JP 2001032688 A JP2001032688 A JP 2001032688A JP 2001032688 A JP2001032688 A JP 2001032688A JP 2002237618 A JP2002237618 A JP 2002237618A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基体面に絶縁層で固定された半導体発光素子
の上端部電極が簡易かつ確実な手段で絶縁層の上面へ引
き出された表示装置およびその製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 選択的に結晶成長させた六角錐形状のG
aN系半導体発光素子11を基体20の上面にエポキシ
樹脂からなる絶縁層21で埋め込んで固定した後、酸素
プラズマ雰囲気下に絶縁層21を選択的にドライエッチ
ングしてGaN系半導体発光素子11の上端部を露出さ
せる。そして全面に導体膜22を形成した後、リソグラ
フィによって要部を引き出し電極23として残し、不要
部は除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表示装置およびその
製造方法に関するものであり、更に詳しくは、発光源で
ある半導体発光素子を埋め込んだ絶縁層を薄層化させて
露出される半導体発光素子の上端部に導電体膜を形成さ
せることによって上端部電極が引き出されている表示装
置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】絶縁層で被覆された半導体装置の電極を
外部へ引き出す方法として、リソグラフィによって絶縁
層にコンタクトホールを穿設し、そのコンタクトホール
内に導体材料を例えばスパッタリング法によって埋め込
むと共に、絶縁層の表面に導体膜を形成させることが広
く行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図17は半導体装置5
0内の電極51を引き出す過程を示す図あるが、図17
のAは電極51が設けられたシリコン基板52とその表
面に形成されたSiO2絶縁層53を示す断面図であ
る。そして、この電極51を絶縁層53の上面側へ引き
出す場合には、図17のBに示すように、電極51の存
在する箇所を定めてコンタクトホール54が穿設され
る。この時、コンタクトホール54は電極51と位置ず
れし易く、電極51が微小である程位置ずれの確率は増
大する。
【0004】また、コンタクトホール54を導体金属で
埋め、絶縁層53の上面に引き出し電極を設けるため
に、例えばアルミニウムのような導体金属55のスパッ
タリングまたは蒸着が行われる。しかし、この時の導体
金属粒子の直進性によって、図17のCに示すように、
コンタクトホール54の底部には導体金属55が付着す
るが、コンタクトホール54の上端開口の内周部にデポ
ジットし成長する導体金属55の影となって、コンタク
トホール54の側壁には導体金属55が付着しにくい。
更に進むと、図17のDに示すように、コンタクトホー
ル54はその側壁部分で接続不良を生じたり、内部に空
洞を残した状態で開口が閉じられるようなトラブルを招
くに至る。
【0005】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基体
面に半導体発光素子を配し絶縁層で被覆して取り付けた
表示装置において、半導体発光素子の上端部電極が簡易
かつ確実に引き出された表示装置およびその製造方法を
提供することを課題とする。
【0006】なおこのような接続の簡易化に関して、絶
縁層をエッチバックするものとして次に示すような先行
技術がある。すなわち、特開平7−142579号公報
には、コンタクトホールに代わるコンタクト配線が採用
されている。図18は表面伝導型電子放出素子(SC
E)を要素とする画像表示装置を製造する場合の下層配
線と上層配線とをコンタクト配線で接続する過程を示す
図であるが、図18のAに示すように、絶縁性基板61
上に形成された下層配線62に金属を電子線ビーム蒸着
し不要部をリフトアップすることによってコンタクト配
線63を形成させ、続いて図18のBに示すように、ス
パッタ法によって全面に酸化ケイ素等の絶縁膜64を形
成させ、更に、図18のCに示すように、全面にフォト
レジスト65を形成させた後、図18のDに示すよう
に、エッチバックして平坦化させながらコンタクト配線
63の表面を露出させ、図18のEに示すように、上層
配線66を施した多層配線が開示されている。しかし、
この方法はコンタクト配線を露出させるものであり、半
導体発光素子を露出させるものではない。
【0007】また、特開平7−94124号公報には、
電界放出陰極を備えた表示装置における発光素子の製造
方法として、図19のAに示すように、基板70の一方
の主表面に陰極チップ70aを形成し、図19のBに示
すように、基板70上にスパッタリングによって絶縁膜
72、陽極層73を順次に形成させ、更に、図19のC
に示すように、スパッタリングによって蛍光材層74を
形成させ、次いで図16のDに示すように、ポリイミド
樹脂層75を披着させて平坦化させた後、ポリイミド樹
脂層75をエッチバックして蛍光材層74の隆起部分を
露呈させ、その周囲にポリイミド樹脂層75を残存させ
る。そして、図19のEに示すように、残存するポリイ
ミド樹脂層75をマスクとして蛍光材層74、陽極層7
3、絶縁膜72を順次に選択的にエッチングして、陰極
チップ70aを露呈させることが行われている。しか
し、この方法は陰極チップを露出させること自体を目的
とするものであり、露出させた半導体発光素子上端部電
極を引き出すためのものではない。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題は請求項1ま
たは請求項14の構成によって解決されるが、その解決
手段を説明すれば、次の如くである。
【0009】請求項1の表示装置は、複数の半導体発光
素子が基体面に配置され取り付けられた表示装置におい
て、半導体発光素子を埋め込んだ絶縁層が選択的または
非選択的に薄層化されて露出される半導体発光素子の上
端部に導体膜が形成されて、半導体発光素子の上端部電
極が絶縁層の上面に引き出されている装置である。この
ような表示装置は、絶縁層に上端部電極を引き出すため
のコンタクトホールを設けないので、コンタクトホール
と上端部電極との位置ずれやコンタクトホール内におけ
る接続不良とも無縁であり、半導体発光素子の上端部電
極が簡易かつ確実に接続されたものとなる。
【0010】請求項1に従属する請求項2の表示装置
は、絶縁層がポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、合成ゴム
を含む塗膜形成の可能な高分子化合物、または塗膜形成
の可能なガラスからなる装置である。このような表示装
置は、絶縁層が塗布によって形成されるので、基体面の
面積が大である場合にも絶縁層が簡易に形成され、表示
装置は低コスト化される。請求項1に従属する請求項3
の表示装置は、絶縁層がCVD(化学的気相成長)法ま
たはスパッタリング法によって形成される酸化ケイ素ま
たは窒化ケイ素からなる装置である。このような表示装
置は、無機物の絶縁層によって優れた耐熱性を示す。
【0011】請求項1に従属する請求項4の表示装置
は、絶縁層の薄層化が酸素プラズマ雰囲気下のドライエ
ッチング法、化学的機械的研摩法、または両者の組み合
わせによって行われた装置である。このような表示装置
は、採用される絶縁層の材料種や薄層化の状況に応じて
最も適切な方法が取捨選択されたものとなる。請求項1
に従属する請求項5の表示装置は、半導体発光素子が発
光領域から基体面上の下端面へ向かう方向を主たる発光
方向とするものであり、発光領域より上部に下方への反
射面を有している装置である。このような表示装置は、
半導体発光素子の発光を反射面によって効果的に発光方
向の下端面へ向かわせる。
【0012】請求項5に従属する請求項6の表示装置
は、半導体発光素子が角錐形状または角錐台形状に形成
されており、それらが有する面のうち少なくとも傾斜面
の何れか一面が反射面とされている装置である。このよ
うな表示装置は多角錐または多角錐台の傾斜面、多角錐
台にあっては上面も反射面とすることによって、発光を
下端面側へ集中させ得る。請求項5に従属する請求項7
の表示装置は、半導体発光素子が窒化ガリウム系半導体
の六方晶からなり、少なくとも(1,−1,0,1)面
に平行な活性層すなわち発光領域を備えている装置であ
る。このような表示装置は窒化ガリウム系半導体の
(0,0,0,1)面に平行な活性層の発光効率が高い
こと、更には(1,−1,0,1)面に設ける電極面を
反射面とすることが可能であり、優れた発光性能を示
す。
【0013】請求項7に従属する請求項8の表示装置
は、半導体発光素子が、成長の基板面上で、(0,0,
0,1)面を下端面とし(1,−1,0,1)面および
これと等価な面を傾斜面として、六角錐形状または六角
錐台形状に選択的に結晶成長された窒化ガリウム系半導
体からなり、(1,−1,0,1)面およびこれと等価
な面に平行な活性層を備えている装置である。このよう
な表示装置は窒化ガリウム系半導体の(1,−1,0,
1)面に平行な活性層の発光効率が高いこと、更には
(1,−1,0,1)面に設ける電極面を反射面とする
ことが可能であり、発光を下端面側へ集中させ、高輝度
の表示装置を与える。請求項1に従属する請求項9の表
示装置は、単色の半導体発光素子、またはそれぞれ異な
る色を発光する複数種の半導体発光素子の組み合わせを
配置した画像表示装置または照明装置である。このよう
な表示装置は明瞭な、または明僚かつ多彩な画像または
照明を提供する。
【0014】請求項1に従属する請求項10の表示装置
は、半導体発光素子が第一導電型半導体層と活性層と第
二導電型半導体層を順次積層し、更に第二導電型半導体
層に上端部電極が形成されたものであり、かつ上端部電
極と導体膜が同一種の金属で形成されている装置であ
る。このような表示装置は、導体膜から形成される引き
出し電極と上端部電極とが強固かつ安定に接合されたも
のとなる。請求項1に従属する請求項11の表示装置
は、半導体発光素子が第一導電型半導体層と活性層と第
二導電型半導体層を順次積層したものであり、絶縁層が
薄層化されて露出される第二導電型半導体層と絶縁層と
からなる面に導体膜を形成させることにより、上端部電
極と導体膜が一体的に形成されたものである。このよう
な表示装置は、第二導電型半導体層への上端部電極の取
り付けと導体膜の形成とが同時に行われて工程数が削減
されていることから低いコストである。
【0015】請求項1に従属する請求項12の表示装置
は、半導体発光素子が第一導電型半導体層と活性層と第
二導電型半導体層を順次積層し、更に第二導電型半導体
層に所定厚さのコンタクトメタル層を介して上端部電極
を形成させたものであり、かつ上端部電極と導体膜が同
一種の金属で形成されている装置である。このような表
示装置は、導体膜から形成される引き出し電極と上端部
電極とが強固かつ安定に接合されたものとなるほか、上
端部電極の反射率が大であり反射光が発光の取り出し方
向へ集められることから、発光効率が高い。請求項1に
従属する請求項13の表示装置は、半導体発光素子が第
一導電型半導体層と活性層と第二導電型半導体層を順次
積層し、更に第二導電型半導体層に所定厚さのコンタク
トメタル層を形成させたものであり、絶縁層が薄層化さ
れて露出されるコンタクトメタル層と絶縁層とからなる
面に導体膜を形成させることにより、上端部電極と導体
膜が一体的に形成された装置である。このような表示装
置は、上端部電極の反射率が大であり反射光が発光の取
り出し方向へ集められることから発光効率が高く、更に
は、上端部電極と導体膜が一体的に形成されていること
から工程数が削減されており、製造コストを低下させ
る。
【0016】請求項14の表示装置の製造方法は、複数
の半導体発光素子を基体面に配置して取り付ける表示装
置の製造方法において、半導体発光素子を絶縁層で埋め
込む工程と、絶縁層を選択的または非選択的に薄層化さ
せて半導体発光素子の上端部を露出させる工程と、露出
された上端部に導体膜を形成させる工程とによって半導
体発光素子の上端部電極を絶縁層の上面に引き出す製造
方法である。このような表示装置の製造方法は、半導体
発光素子を被覆する絶縁層にコンタクトホールを設けな
いので、コンタクトホールと半導体発光素子の上端部電
極との位置ずれやコンタクトホール内での接続不良とは
無縁であり、半導体発光素子の上端部電極を簡易かつ確
実に絶縁層の上面へ引き出し得る。
【0017】請求項14に従属する請求項15の表示装
置の製造方法は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、合成
ゴムを含む塗膜形成の可能な高分子化合物、または塗膜
形成の可能なガラスを塗布して絶縁層を形成する方法で
ある。このような表示装置の製造方法は、基体面の面積
が大である場合にも簡易に絶縁層を形成させることがで
きる。請求項14に従属する請求項16の表示装置の製
造方法は、CVD法またはスパッタリング法によって酸
化ケイ素または窒化ケイ素を堆積させて絶縁層を形成す
る方法である。このような表示装置の製造方法は、これ
ら無機物の絶縁層により耐熱温度の高い製造装置を与え
る。
【0018】請求項14に従属する請求項17の表示装
置の製造方法は、絶縁層を酸素プラズマ雰囲気下のドラ
イエッチング法、化学的機械的研摩法、または両者の組
み合わせによって薄層化する方法である。このような表
示装置の製造方法は、絶縁層の材料種や薄層化の状況に
応じて最も適切な方法を採用することができる。請求項
14に従属する請求項18の表示装置の製造方法は、半
導体発光素子として、発光領域から基体面上の下端面へ
向かう方向が主たる発光方向であり、発光領域より上部
に下方への反射面を有するものを使用する方法である。
このような表示装置の製造方法は、半導体発光素子の反
射面によって発光を効果的に下端面へ向かわせ表示装置
の輝度を高める。
【0019】請求項18に従属する請求項19の表示装
置の製造方法は、半導体発光素子として、角錐形状また
は角錐台形状に形成されており、それらの有する面のう
ち少なくとも傾斜面の何れか一面が反射面とされている
ものを使用する製造方法である。このような表示装置の
製造方法は、多角錐または多角錐台の傾斜面、および多
角錐台にあっては上面も反射面として半導体発光素子の
発光を下端面側へ集中させることができる。請求項18
に従属する請求項20の表示装置の製造方法は、半導体
発光素子として、窒化ガリウム系半導体の六方晶からな
り、(1,−1,0,1)面に平行な活性層を備えたも
のを使用する製造方法である。このような表示装置の製
造方法は、窒化ガリウム系半導体発光素子の(1,−
1,0,1)面に平行な活性層が高い発光効率を示すこ
とから、優れた発光性能の表示装置を与える。
【0020】請求項20に従属する請求項21の表示装
置の製造方法は、半導体発光素子として、成長の基板面
上で、(0,0,0,1)面を下端面とし、(1,−
1,0,1)面およびこれと等価な面を傾斜面として六
角錐または六角錐台形状に選択的に結晶成長された窒化
ガリウム系半導体からなり、(1,−1,0,1)面お
よびこれと等価な面に平行な活性層を備えているものを
使用する製造方法である。このような表示装置の製造方
法は、活性層が高い発光効率を示すこと、(1,−1,
0,1)面に設ける電極面が反射面となって発光を下端
面側へ集中させることから、特に輝度の高い表示装置を
与える。
【0021】請求項14に従属する請求項22の表示装
置の製造方法は、半導体素子として、第一導電型半導体
層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、更に
第二導電型半導体層に上端部電極が形成されたものを使
用し、導体膜を上端部電極と同一種の金属によって形成
する方法である。このような表示装置の製造方法は、導
体膜から形成される引き出し電極と上端部電極を強固か
つ安定に接合させる。請求項14に従属する請求項23
の表示装置の製造方法は、半導体素子として、第一導電
型半導体層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層さ
れたものを使用し、絶縁層を薄層化させて露出される第
二導電型半導体層と絶縁層とからなる面に導体膜を形成
させることにより、上端部電極と導体膜を一体的に形成
する方法である。このような表示装置の製造方法は、上
端部電極と導体膜とを一体とし、第二導電型半導体層へ
の上端部電極の取り付けと導体膜の形成とを同時に行う
ことから工程数が削減され、低コストの表示装置を与え
る。
【0022】請求項14に従属する請求項24の表示装
置の製造方法は、半導体素子として、第一導電型半導体
層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、更に
第二導電型半導体層に所定厚さのコンタクトメタル層を
介して上端部電極が形成されたものを使用し、導体膜を
上端部電極と同一種の金属によって形成する方法であ
る。このような表示装置の製造方法は、上端部電極の反
射率が大であり、反射光が発光の取り出し方向へ集めら
れて発光効率を高めるほか、導体膜から形成される引き
出し電極と上端部電極とを強固かつ安定に接合させる。
【0023】請求項14に従属する請求項25の表示装
置の製造方法は、半導体素子として、第一導電型半導体
層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、更に
コンタクトメタル層が形成されたものを使用し、絶縁膜
が薄層化されて露出するコンタクトメタル層と絶縁層と
からなる面に導体膜を形成させることにより、上端部電
極と導体膜を一体的に形成する方法である。このような
表示装置の製造方法は、上端部電極の反射率が大であり
反射光が発光の取り出し方向へ集められることから表示
装置の発光効率を高くし、更には、上端部電極と導体膜
とを一体とし、第二導電型半導体層への上端部電極の取
り付けと導体膜の形成とを同時に行うことから工程数が
削減され、表示装置を低コスト化させる。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の表示装置およびその製造
方法は、上述したように、複数の半導体発光素子が基体
面に配置され取り付けられた表示装置において、半導体
発光素子を埋め込んだ絶縁層が選択的または非選択的に
薄層化されて露出される半導体発光素子の上端部に導体
膜が形成されて、半導体発光素子の上端部電極が絶縁層
の上面に引き出されている表示装置およびその製造方法
である。
【0025】半導体発光素子は、それを覆う絶縁層を薄
層化させることによって露出される上端部に導体膜を形
成させて上端部電極を絶縁層の上面に引き出すものであ
る限りにおいて、半導体発光素子の製造方法や材料構
成、結晶構造は特に限定されない。すなわち、半導体発
光素子は発光ダイオードまたは半導体レーザの一つの原
料となる化合物半導体ウェーハからダイシングされる例
えば300μmサイズの微少な半導体チップであっても
よく、またサファイアのような成長の基板上で選択的に
結晶成長させた10〜100μmサイズの極く微少な半
導体であってもよい。
【0026】半導体発光素子を基板上で選択的に結晶成
長させる場合には、基板面は半導体発光素子と同様な格
子定数を持つものであることが好ましいが、このことは
必須の要件ではない。通常はサファイア(Al2 3
の(0,0,0,1)面が成長に使用されるが、サファ
イアとGaN系半導体とでは格子定数が10%以上異な
るほか熱膨張係数も異なり、界面でクラックを生じ易
い。これを回避するために、サファイアの(0,0,
0,1)面に、一旦、低温度、例えば500℃でGaN
を極薄に形成させてバッファ−層とし、その上へ高温
度、例えば1000℃でGaNを結晶成長させることが
好ましい。バッファ−層には窒化アルミニウム(Al
N)も使用され得る。サファイアは上記の(0,0,
0,1)面以外の面、例えば(1,−1,0,1)面で
結晶成長させることができる。またサファイア以外に、
シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(Ga
N)、シリコン(Si)、砒化ガリウム(GaAs)等
も成長の基板として使用されるが、結晶成長が可能であ
ればこれら以外の基板を使用してもよい。
【0027】半導体発光素子が透明な基体面に固定さ
れ、上端部から基体面側へ向う方向を主たる発光方向と
する場合、半導体発光素子の形状によって、基体面側、
すなわち半導体発光素子の下端面側への輝度を向上させ
ることが可能である。半導体発光素子の発光領域である
活性層からの発光のうち、発光領域から上方へ向かう光
は上端部の電極面等を反射面として下端面側へ向かう光
とし得るが、下端面と垂直な側面へ向かう光は側面で反
射させても下端面側へ向かう光とはなりにくい。従っ
て、半導体発光素子は発光領域より上部に下端面と鋭角
の反射面、中でも下端面となす角度が45±20度の範
囲内にある傾斜面を有するものであることが望ましく、
このような傾斜面に反射面を設けることにより側方ヘ向
かう光を反射させて効果的に下端面の方へ向かう光とす
ることができる。なお、傾斜面が下端面となす角度を上
記の範囲外とした場合には、側方へ向かう光を反射させ
ても下端面へ向かう光量はそれ程には増大しないので高
輝度化の効果は認め難くなる。
【0028】上記の傾斜面は、片流れ屋根的傾斜面、切
妻屋根的傾斜面、寄せ棟屋根的傾斜面であってもよい。
更には半導体発光素子が角錐形状または角錐台形状を有
するものであることが好ましい。角錐、角錐台の傾斜
面、および角錐台にあっては上面も反射面とすることに
より、半導体発光素子の発光を一層効果的に下端面側へ
向けることができる。ここに言う角錐または角錐台に
は、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐から円錐に近似し
た多角錐に至る各種の角錐と、それらに対応する角錐台
が含まれる。そのほか、上記の下端面と鋭角の傾斜面を
有するものとして、上記の傾斜面を窪みの傾斜面とする
カルデラ状の窪みを上端部に有する半導体発光素子であ
ってもよい。そして、上記のような傾斜面を有する半導
体発光素子は選択的な結晶成長によって自然発生的に得
られるものであってもよく、選択的結晶成長の後に面出
し加工を施したものであってもよい。上記のような傾斜
面を得る加工手段としてイオンビームやレーザビームを
使用することができる。また、化合物半導体ウェーハか
ら微小な半導体発光素子をダイシングして切り出す時に
傾斜面を与えたものであってもよい。
【0029】半導体発光素子として使用する化合物半導
体のうち、緑色に発光するリン化ガリウム(GaP)
や、赤色に発光するヒ化リン化ガリウム(GaAs
P)、ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)等は
立方晶に属し、選択的に結晶成長させた場合に六面体と
なり、上記のような下端面に対する傾斜面を持たないの
で、後加工して傾斜面を設けて反射面とすることは好ま
しい選択である。他方、青色に発光する窒化ガリウム系
半導体は六方晶に属し、成長の基板面に(0,0,0,
1)面を下端面として選択的に結晶成長された窒化ガリ
ウム系半導体は下端面とほぼ50度の角度に傾斜する
(1,−1,0,1)面とこれに等価な面を持つ六角錐
形状または六角錐台形状に成長するが、(1,−1,
0,1)面に平行な活性層を設けることにより優れた発
光性を示し、かつ(1,−1,0,1)面に設ける電極
面を光の反射面とすることにより、光は下端面側へ向け
て効果的に集中され、極めて高輝度の半導体発光素子を
与える。なお、上記した窒化ガリウム(GaN)はガリ
ウム(Ga)と同族のアルミニウム(Al)、インジウ
ム(In)、タリウム(Tl)が窒化ガリウム(Ga
N)内のGaの一部を置換するものであってもよい。ま
た、下端面である(0,0,0,1)面に対する(1,
−1,0,1)面の角度は±5度の範囲内で同等の発光
性を示す。
【0030】化合物半導体ウェーハからダイシングされ
たチップ状の微小な半導体発光素子、または成長の基板
面で選択的に結晶成長された極く微小な半導体発光素子
を基体面に配置し取り付けるために、半導体発光素子を
覆うように基体の全面に絶縁層を形成させる。絶縁層と
しては、CVD法またはスパッタリング法によって、酸
化ケイ素または窒化ケイ素を成膜させることにより耐熱
性の良好な表示装置が得られる。酸化ケイ素はPSG
(フォスフォシリケートガラス)、BSG(ボロシリケ
ートガラス)、またはBPSG(ボロフォスフォシリケ
ートガラス)であってもよい。これらの無機物を絶縁層
として使用する場合、得られる半導体発光素子は耐熱性
に優れたものとなるが、適用に高温を要することが多
い。
【0031】また塗布法によって、塗膜形成の可能な高
分子化合物または塗膜形成の可能なガラスによって絶縁
層を形成させてもよい。高分子化合物としては、ポリイ
ミド樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル系共重合樹脂、含
フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂
や、各種合成ゴムが含まれる。また、ガラスの塗膜を形
成させてもよい。塗膜形成の可能なガラス材料としては
半導体装置の製造時にスピンコートされているスピンオ
ングラスを例示し得る。塗布による方法はCVD法やス
パッタリング法と比較して基板面の面積が大である場合
にも容易に絶縁層を形成することができる。
【0032】絶縁層で半導体発光素子を埋め込んだ後、
絶縁層を選択的または非選択的に薄層化させて半導体発
光素子の上端部を露出させる。この薄層化は、ドライエ
ッチングおよび化学的機械的研摩をそれぞれが単独で、
またはこれらを組み合わせて好適に行われる。この時、
絶縁層の薄層化に伴って露出される半導体発光素子は残
し絶縁層のみを薄層化させる選択的な薄層化を施すか、
または半導体発光素子と共に絶縁層を薄層化させる非選
択的な薄層化を施す。非選択的な薄層化を行えば当然な
ことながら半導体発光素子と絶縁層とは同一平面にな
る。非選択的薄層化には化学的機械的研摩法が採用され
るが、勿論、これ以外の方法で施してもよい。
【0033】ドライエッチングは酸素プラズマの雰囲気
下に行うことが望ましい。勿論、アルゴンガスのような
不活性ガスを共存させてもよい。すなわち、絶縁層に高
分子材料を使用した場合には、酸素プラズマは直接に高
分子材料と反応して燃焼、ガス化させるので、エッチャ
ントガスであるフッ素化炭素を使用せずとも、薄層化が
可能である。また、絶縁層にケイ素化合物を使用した場
合には、酸素プラズマはエッチャントガスと反応し、ケ
イ素と結合し易いフッ素ラジカルの発生を助長する。化
学的機械的研摩法は基板の薄板化に広く実施されている
方法をそのまま適用することができる。
【0034】なお、高分子化合物やガラスを塗布した
後、固化させる前に過剰な塗液をスキージやドクターブ
レード等で掻き取ってもよい。また掻き取ったものは、
固化後に絶縁層の薄層化が不要である場合もあるが、半
導体発光素子の上端部には絶縁層が箔状に残るので、固
化後にドライエッチングして箔状の絶縁層を除去するこ
とが必要である。
【0035】絶縁層を選択的または非選択的に薄層化さ
せて半導体発光素子の上端部を露出させた後に導体膜を
形成させるが、導体膜には半導体発光素子の上端部電極
の金属と同一種の金属を使用することが望ましい。これ
は異種金属を重ねる場合には合金の境界面での合金の形
成し易さ、熱膨張係数の差などへの考慮を要せず、上端
部電極と導体膜との確実な接合を得ることが出来るから
である。
【0036】また、導体膜の形成方法として、半導体発
光素子の第二導電型半導体(p型半導体)層に上端部電
極を設けることなく絶縁層に埋め込み、同様な手順を経
て露出される第二導電型半導体層に対して、例えばAl
膜を形成させることにより、上端部電極(p電極)と導
体膜とを一体的に形成させてもよく工程を簡略化させ得
る。Al膜を形成させる前に第二導電型半導体層の上に
オーミックコンタクトを得るためのメタル層を設けるこ
とにより一層好ましい結果を与える。
【0037】また、青色に発光する窒化ガリウム系半導
体発光素子は、例えば第一導電型半導体としてのn型半
導体に活性層、第二導電型半導体としてのp型半導体が
順次積層された構成を有しており、このp型半導体に上
端部電極(p電極)、n型半導体に下端部電極(n電
極)が取り付けられ、活性層に電流が注入されて発生す
る光が取り出される。このような半導体発光素子は、活
性層から下端の透明な基体側へ向かう光に、活性層から
上端部へ向かう光をp電極との界面で反射させて加える
ことができるという利点がある。なお、p型半導体とp
電極との間にオーミック接触を得るべくコンタクトメタ
ル層を介在させることが行われる。勿論、n型半導体と
n電極との間にコンタクトメタル層を介在させることも
行われる。
【0038】しかし、活性層から上端部へ向かう光をp
電極との界面で反射させる場合には、コンタクトメタル
層の厚さを大にすると十分な反射率が得られないという
ことが見い出された。すなわち、半導体発光素子にコン
タクトメタル層を設ける場合にはNi、Co、またはS
bによるメタル層を光の侵入長もしくは侵入長以下の厚
さに形成させることによって反射率の向上することが認
められたのである。具体的にはコンタクトメタル層を2
0nm以下の厚さに形成させることによって反射率の向
上が認められ、一層効果的には10nm以下とすること
が好ましく、5nm以下とすることが更に好ましく、1
nmの厚さであっても有効なことが確認されている。従
って本発明で使用する半導体発光素子は第二導電型半導
体層に上記のような厚さの制限されたコンタクトメタル
層を介して上端部電極が取り付けられているものを含
む。
【0039】図14は本発明において使用される窒化ガ
リウム系半導体発光素子の一例の断面図である。この半
導体発光素子51は、GaN系化合物半導体を積層して
形成した発光部を有しており、図示を省略した透明なサ
ファイアの基体上に、GaNバッファ層を介してSiが
ドープされたn型窒化ガリウム(GaN:Si)層1
4、光を発生させるInGaN活性層15、Mgがドー
プされたp型窒化ガリウム(Ga:Mg)層16とが積
層された構造を有している。Siがドープされたn型G
aN層14は第一導電型クラッド層として機能し、Mg
がドープされたp型GaN層16は第二導電型クラッド
層として機能して、本素子はダブルヘテロ構造となって
いる。
【0040】第二導電型クラッド層であるp型GaN層
16には、更にオーミック接触を図るためのコンタクト
メタル層であるNi層17が形成されており、このNi
層17の厚さは、後述するように活性層15で発生する
光の侵入長もしくは侵入長以下の厚さとされ、一例とし
て厚さ約10nmのものが使用される。このNi層17
上に形成されるp電極18は例えばAl、Agからなる
薄膜であり、コンタクトメタル層であるNi層17を透
過した光はp電極18の界面で反射する。なお、p電極
18は上述したAl、Agからなる薄膜のほか、これら
のAl、Agの上にAuやPtなどの金属層を積層した
構造であっても良い。n型GaN半導体からなる平板状
の下地部12にもその下端面に、またはマスク13の一
部を開口して電極が設けられるが図14では図示を省略
している。
【0041】図15は図14の符号Eの□印で示す部分
の拡大断面図である。図15に示すように、窒化ガリウ
ム系半導体発光素子51はInGaN活性層15をそれ
ぞれクラッド層であるn型GaN層14とp型GaN層
16の間に介在させたダブルヘテロ構造を有し、そのp
型GaN層16の上側に、オーミック接触を図るコンタ
クトメタル層であるNi層17が形成され、更にNi層
17の上にAlもしくはAgからなるp電極18が形成
されている。このNi層17の厚さtは、活性層15で
発生する光の侵入長λもしくはこれ以下とされ、例えば
略約10nmとされるが、発生する光に応じて厚さtを
変えることもでき、更には蒸着法、メッキ法などによっ
て形成される際の膜質などに応じて変えることのできる
寸法である。光が金属表面で反射する場合、エネルギー
を有する電磁波としての光は、金属表面よりも侵入長と
称される長さλだけ金属表面から侵入し、完全反射の場
合にはフォノン相互作用によって同じエネルギーを受取
って反射をする。一方、オーミックコンタクトを達成す
るためには、極めて薄い膜でも十分であり、本件発明者
が行った実験結果からは、例えばNi層17の厚さtが
1nmというように極めて薄いものであっても発光動作
が確認されている。このことから、Ni層17の厚さt
は、活性層15で発生する光の侵入長λもしくはそれ以
下の厚さとすることで、その上のp型電極18での反射
効率を高めることができる。
【0042】図16はGaN層、Ni層、Ag層(電
極)の積層構造に対して、Ni層の厚さtを変化させな
がら発光した光を反射させ、その反射率を算出したもの
である。図16に示すように、Ni層の厚さtが薄い方
が反射率が高くなり、Ni層の厚さが増加するに従って
反射率が低くなって行く傾向にある。そして20nmを
超える厚さの場合、その反射率は相対値で0.4以下で
あり、少なくとも0.4以上の反射率を得る場合にはN
i層の厚さtを20nm以下とすることが必要であり、
好ましくは10nm以下とされる。更に反射率として
0.6やそれ以上の値を得る場合にはNi層の厚さtを
5nm以下とすることが望ましい。そして同様な事実は
GaN層、Ni層、Al層(電極)の積層構造に対し
て、Ni層の厚さを変化させた場合にも認められてお
り、0.5以上の反射率を得るにはNi層の厚さを20
nm以下とすることが必要であると認められている。
【0043】上述したように、半導体発光素子である発
光ダイオードには、材料によってそれぞれ赤色(R)、
緑色(G)、青色(B)に発光するものがあるので、こ
れらの発光ダイオードを組み合わせて画素を構成し、輝
度の高いフルカラーの画像表示装置とすることができ
る。勿論、単色、例えば赤色の発光ダイオードのみを二
次元に配置し、プログラムされたスイッチングによって
画像の形状を時間的に変化させるような表示装置とする
こともできる。上記の発光ダイオードに共振ミラーを設
けることにより半導体レーザとすることは容易であるの
で、単色または三原色を組み合わせた半導体レーザによ
る照明装置や道路標識を製造することも可能である。
【0044】
【実施例】次に、本発明の表示装置およびその製造方法
を実施例により図面を参照して具体的に説明する。
【0045】(実施例1)図1から図4までは表示装置
に使用される半導体発光素子の製造過程を示す断面図で
ある。図1は六角錐形状に結晶成長された半導体発光素
子である発光ダイオード11を基板20の上面に配置し
て埋め込むように絶縁層21が設けられた状態を示す。
【0046】この発光ダイオード11の詳細は図5のA
の断面図および図5のBの平面図に示す。図示を省略し
たサファイア基板の(0,0,0,1)面上のSiO2
マスクの開口部に温度500℃で極薄のGaNバッファ
ー層を成長させ、続いてシリコンをドーピングしたn型
窒化ガリウム(GaN:Si)を1000℃で平板状に
成長させて図5のAに示す下地部12とし、更にその上
へ設けたSiO2 マスク13の開口部に温度1000℃
で結晶成長させることにより六角錐形状のn型(Ga
N:Si)14が得られる。そして、この六角錐の傾斜
面である(1,−1,0,1)面およびこれと等価な傾
斜面に、成長温度を下げてInGaNからなる活性層1
5を設け、更にその上へマグネシウムをドーピングした
p型窒化ガリウム(GaN:Mg)16を成長させた
後、p型窒化ガリウム層16の表面に蒸着してp電極1
8を設けたものである。すなわち前述した図14におけ
るコンタクトメタル層17は設けられていないものであ
る。n型窒化ガリウム半導体からなる平板状の下地部1
2にも、その下端面に、またはマスク13の一部を開口
して電極が設けられるが図5では図示を省略している。
【0047】図1は上記のようにして形成されたGaN
系発光ダイオード11を基板20上に移し、エポキシ樹
脂で覆うように絶縁層21を設けて固定したものを簡略
化して図示したものである。
【0048】図2は図1のエポキシ樹脂からなる絶縁層
21を酸素プラズマ雰囲気のドライエッチングによって
選択的にエッチバックすることにより、発光ダイオード
11の上端部が露出され、図5に示した発光ダイオード
11の上端部電極18が露出された状態を示している。
そして、図3はエッチバックされた絶縁層21の表面に
Alからなる導体膜22を形成させたものであるが、こ
の時、発光ダイオード11の上端部の上方では当然のこ
とながら導体膜22は突出した形状となる。
【0049】図4はリソグラフィによって導体膜22の
要部を残して引き出し電極23とし、不要部は除去した
ものである。図4では示していないが、n型(GaN:
Si)半導体の下地部12からの引き出し電極は、予め
引き出し電極が設けられた基板20を使用してもよく、
また基板20に引き出し電極が予め設けられていない場
合には、基板20と分離した後、六角錐形状の下端面の
周縁部に引き出し電極を設けるか、下端面全体を引き出
し用透明電極で覆ってから最終的な基板に接合すること
ができる。勿論、これら以外の方法で引き出してもよ
い。また、上記において、Ni/Auのp電極18に対
して形成させたAlの導体膜22に代えて、p電極18
のAuと同一のAuからなる導体膜22を形成させた
が、その結果、p電極18と一層確実に接合された引き
出し電極23が得られた。
【0050】(実施例2)実施例1では六角錐形状の窒
化ガリウム系半導体を使用する場合を説明したが、本実
施例では、図6から図9によって、表示装置に使用され
る六角錐台形状の窒化ガリウム系半導体を使用する場合
について説明する。すなわち、窒化ガリウム系半導体は
結晶成長に十分な時間が与えられなかった場合には六角
錐台形状となるが、図6はこのような六角錐台形状の窒
化ガリウム系半導体31を絶縁層21で被覆して基板2
0上に固定したものを簡略化して示した図であり、その
窒化ガリウム系半導体31の構成は、シリコンをドープ
したn型窒化ガリウム(GaN:Si)を六角錐台形状
に選択的に結晶成長させた後、六角錐台の上面である
(0,0,0,1)面および傾斜面である(1,−1,
0,1)面に、InGaNの活性層、更にその上へマグ
ネシウムをドーピングしたp型窒化ガリウムを成長さ
せ、上端部のp型窒化ガリウム半導体の表面にはコンタ
クトメタル層として略10nm厚さのNi層を蒸着し、
その上へ略100nm厚さのAl層を蒸着して上端部電
極としてのp電極を設けたものである。。そして、上記
のようにして形成されたGaN系発光ダイオード31を
覆うようにエポキシ樹脂を塗布して絶縁層21を設ける
ことにより基板20面上に固定したものである。
【0051】図7は絶縁層21を実施例1と同様に選択
的にエッチバックすることによって六角錐台形状の窒化
ガリウム系半導体31の上面である(0,0,0,1)
面のp電極のAl層が露出された状態を示す。そして図
8はエッチバックした面の全面にp電極と同一のAlに
よる導体膜32を形成させたものであり、図9はリソグ
ラフィによって導体膜32の要部を残して引き出し電極
33とし、不要部は除去したものである。図9にもn型
電極の引き出しは示されていないが、実施例1の場合と
同様に行われる。
【0052】(実施例3)実施例1と実施例2において
は絶縁層21のみを選択的に薄膜化させる場合を説明し
たが、実施例3においては絶縁層21を非選択的に半導
体発光素子と共に薄層化させる場合を図10から図13
までによって説明する。図10は実施例1における図1
と同様な図であるが、使用されている六角錐形状のGa
N系発光ダイオード41は図5に示したものと異なりp
電極18の形成されていないものが使用されている。す
なわち、図10はこのようなGaN系発光ダイオード4
1を基板20上においてエポキシ樹脂からなる絶縁層2
1で被覆して固定した状態を示す。そして図11は、図
10の状態において絶縁層21と共にGaN系発光ダイ
オード41も研削する非選択的な化学的機械的研摩を施
し薄膜化させることによって、絶縁層21の研削面とG
aN系発光ダイオード41の研削面とを同一面としたも
のである。この時点において発光ダイオード41の研削
面の外周部分はp型半導体の研削面となっている。続く
図12は図11の研削面にAlを蒸着することによりp
電極を形成させると同時に一体的に導体膜42を形成さ
せたものである。この時、コンタクトメタル層を形成さ
せてから、Alの導体膜42を形成させてもよいことは
言うまでもない。図13はリソグラフィによって導体膜
42の要部を残して引き出し電極43とし、不要部は除
去したものである。図13には示していないが、n型電
極の引き出しは実施例1の場合と同様に行われる。
【0053】以上、本発明の表示装置およびその製造方
法を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれら
に限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種
々の変形が可能である。
【0054】例えば本実施例においては、サファイアの
(0,0,0,1)面に結晶成長され、(0,0,0,
1)面を下端面とし、(1,−1,0,1)面を傾斜面
とした六角錐形状または六角錐台形状のGaN系発光ダ
イオード11を例示したが、これ以外のGaN系発光ダ
イオード、例えばサファイアの(0,0,0,1)面で
選択的に結晶成長させて得られる六角柱形状のGaN系
半導体や、裏返しにした舟底形で(1,1,−2,2)
面と(1,−1,0,1)面を有する六方晶のGaN系
半導体、更にはサファイアの(1,−1,0,1)面に
結晶成長される六方晶のGaN系半導体から得られる半
導体発光素子についても、絶縁層で被覆した後に絶縁層
を薄層化させることによってコンタクトホールを設ける
ことなく上端部の電極を引き出すことができる。
【0055】また本実施例においては、六方晶となるG
aN系半導体による青色の発光素子を例示したが、それ
以外の化合物半導体による半導体発光素子についても本
発明を適用することができる。例えば緑色に発光するリ
ン化ガリウム(GaP)や赤色に発光するヒ化リン化ガ
リウム(GaAsP)、ヒ化アルミニウムガリウム(A
lGaAs)は何れも立方晶に属し、成長の基板上で選
択的に結晶成長させると六面体として得られるが、これ
らから得られる半導体発光素子についても、絶縁層で被
覆した後に絶縁層を薄層化させることによってコンタク
トホールを設けることなく上端部の電極を引き出すこと
ができる。従って、青色を発光する窒素ガリウムの半導
体発光素子を含めた三原色の半導体発光素子を組み合わ
せてフルカラーの表示装置を製造することができる。
【0056】また本実施例においては、図5に示したよ
うに、p型半導体16が上側、n型半導体14が下側と
なっているGaN系半導体発光素子11を示したが、こ
れらの位置を逆にした半導体発光素子であってもよい。
また本実施例においては、半導体発光素子として発光ダ
イオードを例示したが、周知のように、発光ダイオード
に共振器を設けることによって半導体レーザが得られる
ので、発光ダイオードに代えて半導体レーザによる照明
装置を製造することができる。
【0057】
【発明の効果】半発明の表示装置およびその製造方法は
上述したような形態で実施され、次に述べるような効果
を奏する。
【0058】請求項1の表示装置によれば、絶縁層で被
覆され埋め込まれている半導体発光素子の上端部電極を
引き出すために、コンタクトホールを穿設せず、絶縁層
を選択的または非選択的に薄層化させ、露出される半導
体発光素子の上端部に導体膜を形成して上端部電極を引
き出すので、コンタクトホールを設ける場合におけるコ
ンタクトホールと上端部電極との位置ずれや、コンタク
トホール内での接続不良とは無縁であり、引き出し電極
を簡易かつ確実に設けることができる。
【0059】請求項2の表示装置によれば、塗膜形成の
可能な高分子化合物または塗膜形成の可能なガラスを絶
縁層として半導体発光素子を被覆し埋め込んでいるの
で、半導体発光装置を配置する基体の面積が大である場
合にも、絶縁層が簡易に形成され低コストである。請求
項3の表示装置によれば、酸化ケイ素または窒化ケイ素
からなる絶縁層が形成されているので、良好な耐熱性を
示す。請求項4の表示装置によれば、半導体発光素子を
露出させる絶縁層の薄膜化が酸素プラズマ雰囲気下のド
ライエッチング、化学的機械的研摩、または両者の組み
合わせが、絶縁層の材料種、薄膜化の状況に応じて合理
的に採用されるので低コストである。
【0060】請求項5の表示装置によれば、基体面に固
定された半導体発光素子の発光方向が上端部から下端面
へ向かう方向であり、発光領域より上部に下方への反射
面を持っているので、発光が下端面へ向う方向へ集めら
れる。請求項6の表示装置によれば、半導体発光素子が
角錐形状または角錐台形状に形成されており、それらの
有する面のうち少なくとも傾斜面の何れか一面が反射面
とされているので、発光が発光方向へ集められ高い輝度
を示す。請求項7の表示装置によれば、半導体発光素子
が窒化ガリウム系半導体からなり、少なくとも(1,−
1,0,1)面に平行な発光効率の高い活性層に加えて
(1,−1,0,1)面に設ける電極面を反射面とする
ことにより、優れた発光性能を示す。
【0061】請求項8の表示装置によれば、半導体発光
素子が成長の基板面上で、(0,0,0,1)面を下端
面とし(1,−1,0,1)面およびこれと等価な面を
傾斜面として六角錐形状または六角錐台形状に選択的に
結晶成長された窒化ガリウム系半導体からなり、(1,
−1,0,1)面およびこれと等価な面に平行な活性層
を備えているので、発光効率の高い活性層からの光を下
端面側へ集中させることでき、高輝度の表示を与える。
請求項9の表示装置によれば、単色の半導体発光素子、
またはそれぞれ異なる色に発光する複数種の半導体発光
素子の組み合わせが配置されているので、明僚な、また
は明瞭かつ多彩な画像表示または照明を提供する。
【0062】請求項10の表示装置によれば、半導体発
光素子の上端部電極と同一種の金属が導体膜の形成に使
用されているので、導体膜から得られる引き出し電極は
上端部電極と良好で安定な接合性を示す。請求項11の
表示装置によれば、半導体発光素子の露出された第二導
電型半導体が露出された絶縁層の面に導体膜を形成さ
せ、上端部電極と導体膜とを一体的に形成させるので工
程数が削減され、それに応じて表示装置のコストを低下
させる。
【0063】請求項12の表示装置によれば、第二導電
型半導体に所定厚さのコンタクトメタル層を介して上端
部電極が形成されており、かつ上端部電極と同一種の金
属が導体膜の形成に使用されているので、上端部電極面
の反射率が大で反射光が発光の取り出し方向へ効果的に
集められることから発光効率が高く、かつその引き出し
電極は上端部電極と良好で安定な接合性を示す。請求項
13の表示装置によれば、第二導電型半導体に形成され
た所定厚さのコンタクトメタル層が露出された絶縁層の
面に導体膜を形成させ、上端部電極と導体膜とを一体的
に形成させるので、上端部電極の反射光が発光の取り出
し方向へ集中されて表示装置の発光効率が高く、更には
工程数が削減され低コストである。
【0064】請求項14の表示装置の製造方法によれ
ば、透明な基体面に配置した半導体発光素子を絶縁層で
被覆して埋め込んだ後、絶縁層を選択的または非選択的
に薄層化させて半導体発光素子の上端部を露出させるこ
とによって上端部電極を絶縁層の上面へ引き出し、通常
的なコンタクトホールは設けないのでコンタクトホール
に伴うトラブルを回避することができ、半導体発光素子
の上端部電極を簡易かつ確実に引き出すことができる。
請求項15の表示装置の製造方法によれば、半導体発光
素子を埋め込み基体面に固定する絶縁層を塗膜形成の可
能な高分子化合物、または塗膜生成の可能なガラスによ
って形成させるので、基体面の面積が大である場合にも
絶縁膜を簡易かつ低コストで形成させる。請求項16の
表示装置の製造方法によれば、半導体発光素子を埋め込
み基体面に固定する絶縁層をCVDまたはスパッタリン
グによる酸化ケイ素または窒化ケイ素によって形成させ
るので、耐熱性の良好な表示装置を提供する。
【0065】請求項17の表示装置の製造方法によれ
ば、半導体発光素子を露出させる絶縁層の薄膜化を酸素
プラズマ雰囲気下のドライエッチング、化学的機械的研
摩、または両者の組み合わせから、絶縁層の材料種、薄
層化の状況に応じ適切な方法を選んで効果的に実施する
ことができる。請求項18の表示装置の製造方法によれ
ば、半導体発光素子として、発光領域から下端面へ向か
う方向を主たる発光方向とし、発光領域より上部に下方
への反射面を有するものを使用するので、反射面によっ
て発光を効果的に下端面へ向かわせ、表示装置の輝度を
高める。
【0066】請求項19の表示装置の製造方法によれ
ば、半導体発光素子として、角錐形状または角錐台形状
に形成され、それらの有する面のうち少なくとも傾斜面
の何れか一面が反射面とされているものを使用するの
で、多角錐または多角錐台の傾斜面、多角錐台にあって
は上面も反射面として、半導体発光素子の発光を下端面
側へ向かわせることができる。請求項20の表示装置の
製造方法によれば、半導体発光素子として窒化ガリウム
の六方晶からなり、(1,−1,0,1)面に平行な活
性層を備えたものを使用するので、この活性層が高い発
光効率を示すことから、(1,−1,0,1)面に設け
る電極面を反射面として優れた発光性能の表示装置を与
える。
【0067】請求項21の表示装置の製造方法によれ
ば、半導体発光素子として(0,0,0,1)面を下端
面とし、(1,−1,0,1)面およびこれと等価な面
からなる傾斜面として六角錐状または六角錐台形状に選
択的に結晶成長された窒化ガリウム系半導体からなり、
(1,−1,0,1)面およびこれと等価な面、すなわ
ち6傾斜面に平行な活性層を備えたものを使用するの
で、この活性層が高い発光効率を示すことから、6傾斜
面に設ける電極面を反射面として優れた発光性能の表示
装置を与える。
【0068】請求項22の表示装置の製造方法によれ
ば、導体膜に上端部電極と同一種の金属が使用されてい
るので、表示装置の導体膜から形成される引き出し電極
は上端部電極と良好で安定な接合性を持つ。請求項23
の表示装置の製造方法によれば、上端部電極と導体膜と
が一体的に形成されるので、工程が簡略化され低コスト
の表示装置となる。
【0069】請求項24の表示装置の製造方法によれ
ば、第二導電型半導体に所定厚さのコンタクトメタル層
を介して上端部電極が形成された半導体発光素子が使用
され、導体膜に上端部電極と同一種の金属が使用される
ので、上端部電極の反射光が発光の取り出し方向へ集中
されて発光効率が高く、更には導体膜から形成される引
き出し電極が上端部電極と良好で安定な接合性を持つ表
示装置を与える。請求項25の表示装置の製造方法によ
れば、第二導電型半導体に所定厚さのコンタクトメタル
層を介して上端部電極が形成され、上端部電極と導体膜
が一体的に形成されるので、反射光を効果的に利用して
発光効率が大であり、工程数が削減され低コストの表示
装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1から図4までは六角錐形状の半導体発光素
子を埋め込んだ絶縁層を選択的にエッチバックして半導
体発光素子に引き出し電極を設ける過程を示す断面図で
あり、図1は半導体発光素子が基体面上で絶縁層によっ
て被覆、固定されている状態を示す断面図である。
【図2】図1の絶縁層を選択的にエッチバックして、半
導体発光素子の上端部が露出された状態を示す。
【図3】図2のエッチバックされた絶縁層の上面に導体
膜が形成された状態を示す。
【図4】図3の導体膜の要部を引き出し電極として残し
不要部は取り除いた状態を示す。
【図5】六角錐形状に結晶成長されたGaN系半導体発
光素子の詳細を示す図であり、Aは縦断面図、Bは平面
図である。
【図6】図6から図9までは絶縁層を選択的にエッチバ
ックして六角錐台形状の半導体発光素子に引き出し電極
を設ける過程を示す断面図であり、図6は六角錐台形状
の半導体発光素子が基体面上で絶縁層によって被覆、固
定されている状態を示す断面図である。
【図7】図6の絶縁層を選択的にエッチバックして、六
角錐台形状の半導体発光素子の上面が絶縁層の上面と同
一面となって露出された状態を示す。
【図8】図7のエッチバックされた絶縁層および半導体
発光素子の上面に導体膜が形成された状態を示す。
【図9】図8の導体膜の要部は引き出し電極として残し
不要部は取り除いた状態を示す。
【図10】図10から図13までは、非選択的な薄層化
によって六角錐形状の半導体発光素子に引き出し電極を
設ける過程を示す断面図であり、図10は六角錐形状の
半導体発光素子が基体面上で絶縁層によって被覆、固定
されている状態を示す断面図である。
【図11】図10の絶縁層を非選択的に薄層化させて、
六角錐形状の半導体発光素子の上端部が共に研削され、
絶縁層の上面と同一面となって半導体発光素子が露出さ
れた状態を示す。
【図12】図11の薄層化された絶縁層および半導体発
光素子の上面に導体膜が形成された状態を示す。
【図13】図12の導体膜の要部は引き出し電極として
残し、不要部は取り除いた状態を示す。
【図14】本発明で使用される半導体発光素子の一例の
断面図である。
【図15】図14において□印で示す部分の拡大図であ
る。
【図16】GaN/Ni/Ag積層構造の反射率のNi
層の厚さ依存性を計算して求めた特性図である。
【図17】半導体装置において絶縁層にコンタクトホ−
ルを穿設して内部電極に引き出し電極を設ける過程を示
す図であり、Aは事前の状態、Bはコンタクトホールを
穿設した状態、Cは導体金属をスパッタリングして、コ
ンタクトホ−ルの底面には付着するが内周面には充分に
付着しにくい状態、Dはコンタクトホ−ルの開口部がほ
とんど塞がれて、接続不良および空洞を生じている状態
を示す。
【図18】下層配線に上層配線を接続する場合のコンタ
クトホールに代わるコンタクト配線を示す図であり、A
は下層配線に対してコンタクト配線が電子ビーム蒸着さ
れた状態、Bは全体を覆って絶縁膜が形成された状態、
Cは更にフォトレジストを形成させた状態、Dはエッチ
バックしてコンタクト配線の上端部を露出させた状態、
Eは上層配線を形成させた状態を示す。
【図19】放電用陰極チップと蛍光材層、陽極層を近接
した位置で配置する方法を示す図であり、Aは基板に設
けられた陰極チップ、Bはその上へ絶縁層、陽極層を形
成させた状態、Cは更に蛍光材層を形成させた状態、D
はその上へポリイミド樹脂層を形成させた後、ポリイミ
ド樹脂層をエッチバックして蛍光材層の隆起部分を露呈
させた状態、Eは露呈された蛍光材層の周囲のポリイミ
ド樹脂層をマスクとして蛍光材層、陽極層、絶縁膜をエ
ッチングして、陰極チップを露呈させた状態を示す。
【符号の説明】
11、31、41、51……GaN系半導体発光素子、
15……活性層、16……p型半導体、17……コンタ
クトメタル、18……p電極、20……基体、21……
絶縁層、22、32、42……導体膜、23、33、4
3……引き出し電極。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体発光素子が基体面に配置さ
    れ取り付けられた表示装置において、 前記半導体発光素子を埋め込んだ絶縁層が選択的または
    非選択的に薄層化されて露出される前記半導体発光素子
    の上端部に導体膜が形成されて、前記半導体発光素子の
    上端部電極が前記絶縁層の上面に引き出されていること
    を特徴とする表示装置。
  2. 【請求項2】 前記絶縁層がポリイミド樹脂、エポキシ
    樹脂、合成ゴムを含む塗膜形成の可能な高分子化合物、
    または塗膜形成の可能なガラスからなることを特徴とす
    る請求項1に記載の表示装置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁層がCVD(化学的気相成長)
    法またはスパッタリング法によって形成される酸化ケイ
    素または窒化ケイ素からなることを特徴とする請求項1
    に記載の表示装置。
  4. 【請求項4】 前記絶縁層の薄層化が酸素プラズマ雰囲
    気下のドライエッチング法、化学的機械的研摩法、また
    は両者の組み合わせによって行われたものであることを
    特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体発光素子が発光領域から前記
    基体面上の下端面へ向かう方向を主たる発光方向とする
    ものであり、前記発光領域より上部に下方への反射面を
    有していることを特徴とする請求項1に記載の表示装
    置。
  6. 【請求項6】 前記半導体発光素子が角錐形状または角
    錐台形状に形成されており、それらが有する面のうち少
    なくとも傾斜面の何れか一面が前記反射面とされている
    ことを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 【請求項7】 前記半導体発光素子が窒化ガリウム系半
    導体の六方晶からなり、少なくとも(1,−1,0,
    1)面に平行な活性層を備えていることを特徴とする請
    求項5に記載の表示装置。
  8. 【請求項8】 前記半導体発光素子が成長の基板面上
    で、(0,0,0,1)面を前記下端面とし、(1,−
    1,0,1)面およびこれと等価な面を前記傾斜面とし
    て、六角錐形状または六角錐台形状に選択的に結晶成長
    された窒化ガリウム系半導体からなり、(1,−1,
    0,1)面およびこれと等価な面に平行な活性層を備え
    ていることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  9. 【請求項9】 前記表示装置が単色の前記半導体発光素
    子、またはそれぞれに異なる色を発光する複数種の前記
    半導体発光素子の組み合わせを配置した画像表示装置ま
    たは照明装置である。ことを特徴とする請求項1に記載
    の表示装置。
  10. 【請求項10】 前記半導体発光素子が第一導電型半導
    体層と活性層と第二導電型半導体層を順次積層し、更に
    前記第二導電型半導体層に前記上端部電極が形成された
    ものであり、かつ前記上端部電極と前記導体膜が同一種
    の金属で形成されていることを特徴とする請求項1に記
    載の表示装置。
  11. 【請求項11】 前記半導体発光素子が第一導電型半導
    体層と活性層と第二導電型半導体層を順次積層したもの
    であり、前記絶縁層が薄層化されて露出される前記第二
    導電型半導体層と前記絶縁層とからなる面に前記導体膜
    を形成させることにより、前記上端部電極と前記導体膜
    が一体的に形成されたものであることを特徴とする請求
    項1に記載の表示装置。
  12. 【請求項12】 前記半導体発光素子が第一導電型半導
    体層と活性層と第二導電型半導体層を順次積層し、更に
    前記第二導電型半導体層に所定厚さのコンタクトメタル
    層を介して前記上端部電極を形成させたものであり、か
    つ前記上端部電極と前記導体膜が同一種の金属で形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  13. 【請求項13】 前記半導体発光素子が第一導電型半導
    体層と活性層と第二導電型半導体層を順次積層し、更に
    前記第二導電型半導体層に所定厚さのコンタクトメタル
    層を形成させたものであり、前記絶縁層が薄層化されて
    露出される前記コンタクトメタル層と前記絶縁層とから
    なる面に前記導体膜を形成させることにより、前記上端
    部電極と前記導体膜が一体的に形成されたものであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  14. 【請求項14】 複数の半導体発光素子を基体面に配置
    して取り付ける表示装置の製造方法において、 前記半導体発光素子を絶縁層で埋め込む工程と、 前記絶縁層を選択的または非選択的に薄層化させて前記
    半導体発光素子の上端部を露出させる工程と、 露出された前記上端部に導体膜を形成させる工程とによ
    って前記半導体発光素子の上端部電極を前記絶縁層の上
    面に引き出すことを特徴とする表示装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、合成
    ゴムを含む塗膜形成の可能な高分子化合物、または塗膜
    形成の可能なガラスを塗布して前記絶縁層を形成するこ
    とを特徴とする請求項10に記載の表示装置の製造方
    法。
  16. 【請求項16】 CVD法またはスパッタリング法によ
    って酸化ケイ素または窒化ケイ素を堆積させて前記絶縁
    層を形成することを特徴とする請求項10に記載の表示
    装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記絶縁層を酸素プラズマ雰囲気下の
    ドライエッチング法、化学的機械的研摩法、または両者
    の組み合わせによって薄層化することを特徴とする請求
    項10に記載の表示装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記半導体発光素子として、発光領域
    から前記基体面上の下端面へ向かう方向を主たる発光方
    向とし、前記発光領域より上部に下方への反射面を有す
    るものを使用することを特徴とする請求項10に記載の
    表示装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記半導体発光素子として、角錐形状
    または角錐台形状に形成されており、それらの有する面
    のうち少なくとも傾斜面の何れか一面が前記反射面とさ
    れているものを使用することを特徴とする請求項14に
    記載の表示装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記半導体発光素子として、窒化ガリ
    ウム系半導体の六方晶からなり、(1,−1,0,1)
    面に平行な活性層を備えたものを使用することを特徴と
    する請求項14に記載の表示装置の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記半導体発光素子として、成長の基
    板面上で、(0,0,0,1)面を前記下端面とし、
    (1,−1,0,1)面およびこれと等価な面を前記傾
    斜面として六角錐形状または六角錐台形状に選択的に結
    晶成長された窒化ガリウム系半導体からなり、(1,−
    1,0,1)面およびこれと等価な面に平行な活性層を
    備えているものを使用することを特徴とする請求項16
    に記載の表示装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記半導体素子として、第一導電型半
    導体層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、
    更に前記第二導電型半導体層に上端部電極が形成された
    ものを使用し、前記導体膜を前記上端部電極と同一種の
    金属によって形成することを特徴とする請求項14に記
    載の表示装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記半導体素子として、第一導電型半
    導体層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層された
    ものを使用し、前記絶縁層を薄層化させて露出する前記
    第二導電型半導体層と前記絶縁層とからなる面に前記導
    体膜を形成させることにより、前記上端部電極と前記導
    体膜を一体的に形成することを特徴とする請求項14に
    記載の表示装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記半導体素子として、第一導電型半
    導体層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、
    更に前記第二導電型半導体層に所定厚さのコンタクトメ
    タル層を介して上端部電極が形成されたものを使用し、
    前記導体膜を前記上端部電極と同一種の金属によって形
    成することを特徴とする請求項14に記載の表示装置の
    製造方法。
  25. 【請求項25】 前記半導体素子として、第一導電型半
    導体層と活性層と第二導電型半導体層が順次積層され、
    更に所定厚さのコンタクトメタル層が形成されたものを
    使用し、前記絶縁膜を薄層化させて露出する前記コンタ
    クトメタル層と前記絶縁層とからなる面に前記導体膜を
    形成させることにより、前記上端部電極と前記導体膜を
    一体的に形成することを特徴とする請求項14に記載の
    表示装置の製造方法。
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