JP2014060277A - Ｌｅｄアレイ - Google Patents

Ｌｅｄアレイ Download PDF

Info

Publication number
JP2014060277A
JP2014060277A JP2012204631A JP2012204631A JP2014060277A JP 2014060277 A JP2014060277 A JP 2014060277A JP 2012204631 A JP2012204631 A JP 2012204631A JP 2012204631 A JP2012204631 A JP 2012204631A JP 2014060277 A JP2014060277 A JP 2014060277A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
led array
led
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012204631A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6068073B2 (ja
Inventor
Takako Chinone
崇子 千野根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stanley Electric Co Ltd filed Critical Stanley Electric Co Ltd
Priority to JP2012204631A priority Critical patent/JP6068073B2/ja
Priority to EP13020099.1A priority patent/EP2709171B1/en
Priority to US14/029,674 priority patent/US9093603B2/en
Publication of JP2014060277A publication Critical patent/JP2014060277A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6068073B2 publication Critical patent/JP6068073B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/86—Series electrical configurations of multiple OLEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/385—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending at least partially onto a side surface of the semiconductor body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

【課題】複数の発光領域を配列してなるＬＥＤアレイであって、その照射面の照度の均一性を高めることが可能なＬＥＤアレイを提供する。
【解決手段】基板と、当該基板上に設けられ、第１の導電型の第１の半導体層、当該第１の半導体層上に形成された活性層、及び当該活性層上に形成された第２の導電型の第２の半導体層を含む半導体構造層と、を含み、当該半導体構造層は、当該半導体構造層に形成された溝部によって複数の発光部に区画され、隣接する当該発光部同士の対向する側面の各々は、凹凸構造を有しており、当該隣接する発光部の対向する側面のうちの一方の側面の凸部と他方の側面の凹部とが対向し、当該一方の側面の凹部と当該他方の側面の凸部とが対向し、当該隣接する発光部は当該一方の側面の凸部の頂部を結んだ線分が当該他方の側面と接するかまたは当該他方の側面の凸部を貫通するように配置する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、発光素子、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤアレイに関する。
ＬＥＤ素子を搭載した発光装置が、照明、バックライト等に従来から用いられてきた。近年では、自動車の前照灯等の自動車用照明にも利用されている。このような発光装置では、必要な光束を確保するために、数個のＬＥＤ素子を直列に配列しているものがある（特許文献１）。また、１の支持基板上に複数の発光素子領域を配列してなるＬＥＤアレイがある（特許文献２）。
特開２００６−４８９３４号公報 特開２００６−８０４４２号公報
特許文献１に記載されているような数個のＬＥＤ素子を配列してなる発光装置においては、素子搭載時の配置精度に鑑みて隣接する素子の間に１００μｍ程度の間隔が必要となる。また、特許文献２に記載されているようなＬＥＤアレイであっても、パターニング精度の限界故に発光部間に３０μｍ程度の間隔が必要とされる。この素子同士の間隔または発光部同士の間隔に形成される直線状の非発光領域によりＬＥＤアレイからの発光にムラが生じ、特に、前照灯などの灯具に用いた場合には、その照射面に視認できるほどの暗部が生じてしまう。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、複数の発光部を配列してなるＬＥＤアレイであって、その照射面の照度の均一性を高めることが可能なＬＥＤアレイを提供することを目的とする。
本発明のＬＥＤアレイは、基板と、当該基板上に設けられ、第１の導電型の第１の半導体層、当該第１の半導体層上に形成された活性層、及び当該活性層上に形成された第２の導電型の第２の半導体層を含む半導体構造層と、を含み、当該半導体構造層は、当該半導体構造層に形成された溝部によって複数の発光部に区画され、隣接する当該発光部同士の対向する側面の各々は、凹凸構造を有しており、当該隣接する発光部の対向する側面のうちの一方の側面の凸部と他方の側面の凹部とが対向し、当該一方の側面の凹部と当該他方の側面の凸部とが対向し、当該隣接する発光部は当該一方の側面の凸部の頂部を結んだ線分が当該他方の側面と接するかまたは当該他方の側面の凸部を貫通するように配されていることを特徴とする。
本発明の１の実施例のＬＥＤアレイの上面図である。 図１のＬＥＤアレイの１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。 図１の一部拡大図である 図１のＬＥＤアレイの製造方法を示す断面図である。 図１のＬＥＤアレイの製造方法を示す断面図である。 図１のＬＥＤアレイの製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例のＬＥＤアレイの上面図である。
以下に、本発明の１の実施例に係るＬＥＤアレイ１０について、図１Ａ−図１Ｃを参照しつつ説明する。ＬＥＤアレイ１０は、１の支持基板上にＬＥＤ素子が４つ直列に配列されているＬＥＤアレイである。
支持基板１１は、Ｓｉ等の熱伝導性の高い基板である。支持基板１１は、長辺Ｌ及び短辺Ｓを有する矩形の上面及び下面形状を有している。なお、支持基板１１は、熱伝導率が高くかつ半導体構造層が成長させられる成長基板として用いられるサファイヤまたはＧａＮの熱膨張係数と近い熱膨張係数を有する材料であればよい。従って、支持基板１１には、例えば、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等の他の材料を用いてもよい。
支持基板１１が導電性である場合、支持基板１１上には、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなる絶縁層１３が形成されており、絶縁層１３の上には、給電パッド１４Ａ、１４Ｂ及び第１の接合層１５が形成されている。なお、支持基板１１が絶縁性である場合、絶縁層１３は形成されずに、支持基板１１上に給電パッド１４Ａ、１４Ｂ及び第１の接合層１５が直接形成されていてもよい。
給電パッド１４Ａ、１４Ｂは、支持基板の短辺Ｓに沿った端部領域の各々に形成されている給電用金属パッドである。第１の接合層１５は、その上に配されるＬＥＤ素子１７と支持基板１１との接合時の加熱圧着によって、ＬＥＤ素子１７の第２の接合層１９と共晶接合させられているＡｕＳｎ等の金属層である。第１の接合層１５は、上面に搭載されるＬＥＤ素子１７の形状に対応した上面形状を有し、互いに離間して長辺Ｌ方向に一列に４つ形成されている。第１の接合層１５は、ＬＥＤ素子１７の第２の接合層１９の下面よりも広い上面を有している。なお、第１の接合層１５の上面は、ＬＥＤ素子１７の第２の接合層１９の下面と同一の形状を有していてもよい。
ＬＥＤアレイ１０の発光部であるＬＥＤ素子１７は、第１の接合層１５上に１つずつ、一定の間隔を空けて直列に４つ配されている。ＬＥＤ素子１７は、例えば、概ね１０００μｍ×１０００μｍの正方形の上面及び下面を有する略直方体であり、後述するように隣接する他のＬＥＤ素子１７に面した側面に凹凸構造を有している。ＬＥＤ素子１７の各々は、第２の接合層１９、反射電極層２１、半導体構造層２３、及び絶縁膜２５から形成されている。
第２の接合層１９は、第１の接合層１５上に設けられており、第１の接合層と共晶接合によって接合されているＡｕＳｎ等の金属層である。第２の接合層１９は、第１の接合層１５よりも小さな面を有している。
反射電極層２１は、第２の接合層１９上に設けられている。反射電極層２１は、導電性を有しかつ光反射性の高いＮｉ及びＡｇ等の金属からなる層であり、半導体構造層２３内からの光を光照射方向に反射する機能を有する。
半導体構造層２３は、支持基板１１側から、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ型半導体層３１、活性層３３、並びにＧａＮ／ＩｎＧａＮを含む歪み緩和層、ｎＧａＮ層、アンドープＧａＮ層及びＧａＮバッファ層からなるｎ型半導体層３５が積層されている構造を有している。活性層３３は多重量子井戸(ＭＱＷ)として形成されているが、単一量子井戸（ＳＱＷ）、あるいは単層（いわゆるバルク層）でもよい。
多重量子井戸構造は、例えば、井戸層をＩｎｘＧａ１―ｘＮ層（組成ｘ＝０．３５、厚さ２ｎｍ）、バリア層をＧａＮ層（厚さ１４ｎｍ）とし、５ペアの井戸層とバリア層から構成される。なお、井戸層のＩｎ組成ｘは発光波長に合わせて０≦ｘ≦１．０の範囲で調整される。
反射電極層２１と第２の接合層１９との間には、反射電極層２１内のＡｇのマイグレーションを防止するために、Ｔｉ及びＰｔからなるキャップ層（図示せず）が形成されている。
絶縁膜２５は、ＳｉＯ２等の絶縁性材料からなり、第１の接合層１５、第２の接合層１９、反射電極層２１及び半導体構造層２３の側面を覆い、半導体構造層２３の上面に達している。絶縁膜２５は、ｎ電極２７が形成される半導体構造層２３のｎ型半導体層３５の上面が露出するように、かつｐ電極２９が形成される領域の第１の接合層１５の表面が露出するように形成されている。
ここで、ＬＥＤ素子１７の形状について説明する。ＬＥＤ素子１７は、半導体構造層２３から絶縁層１３の上面に達する溝によって区画されている。ＬＥＤ素子１７の各々は、隣接する他のＬＥＤ素子と面している側面に周期的な凹凸面構造を有している。
図１Ｃは、図１Ａの破線で囲まれた領域Ａにおける断面図を示し、より詳細には、支持基板１１の上面と平行な面における活性層３３の断面の拡大図を示す。ＬＥＤ素子１７の側面の凹凸は、例えば、半径Ｒが１２０μｍの曲線をつなぎ合わせた曲線波形状を有しており、波形状の凹部（谷部）の頂点ＰＬから凸部（山部）の頂点ＰＨまでの高さＨは６０μｍである。また隣接するＬＥＤ素子１７の側面間の間隔Ｗは３０μｍであり、対向する側面のうちの一方の頂点ＰＨを結んだ線と他方の頂点ＰＨを結んだ線との距離Ｘは３０μｍである。従って、隣接するＬＥＤ素子１７は、一方のＬＥＤ素子の側面の凸部が他方のＬＥＤ素子側面の凹部に入り込むように、言い換えれば、一方のＬＥＤ素子の凸部の頂点ＰＨを結んだ線が他方のＬＥＤ素子の側面の凸部を貫通するように入り組んで形成・配置されている。
このように、隣接するＬＥＤ素子１７の対向する側面を入り組んだ凹凸構造とすることによって、ＬＥＤアレイ１０において、一直線上に連続してＬＥＤ素子間の間隙（非発光領域）が形成されず、凹凸面によってＬＥＤ素子１７の側面から取り出される光が散乱（光の進行方向が多様化）することにより、ＬＥＤアレイ１０の発光ムラが低減されることで照射面における暗部が緩和される。また、当該凹凸構造によって活性層３３から出射した光のうちＬＥＤ素子１７の側面において全反射する光の割合が低下し、隣接するＬＥＤ素子１７間の溝部（活性層の存在しない部分）に面しているＬＥＤ素子１７の側面から外に取り出される光が増加する。それによって、隣接するＬＥＤ素子１７の間の非発光領域の周辺からの発光が増加し、ＬＥＤアレイ１０の発光ムラが低減されることで照射面における暗部が緩和される。これは、ＬＥＤ素子１７の側面から取り出される光を増加させることにもつながり、ＬＥＤアレイ全体の発光量を増加させることが可能である。
ｎ電極２７は、半導体構造層２３のｎ型半導体層３５が露出した上面上に、長辺Ｌ方向において一定間隔を置いて櫛歯状に配置されており、かつＬＥＤ素子１７の長辺Ｌに沿った側面のうちの一方に沿って絶縁層１３上面まで伸張している引出電極２７Ａと、絶縁層１３上に形成され、引出電極２７Ａと電気的に接続され、長辺Ｌに沿って伸張している配線電極２７Ｂとからなっている。ｐ電極２９は、第１の接合層１５の露出した部分を覆うように形成され、長辺Ｌに沿って伸張している。
図１Ａに示すように、ＬＥＤアレイ１０においては、両端にあるＬＥＤ素子１７うちの一方のＬＥＤ素子のｎ電極２７が給電パッド１４Ａに、他方ＬＥＤ素子のｐ電極２９が給電パッド１４Ｂにそれぞれ接続されている。また、隣接するＬＥＤ素子１７のｐ電極２９とｎ電極２７とは互いに電気的に接続されている。すなわち、ＬＥＤアレイ１０は、隣接するＬＥＤ素子１７同士が電気的に直列に接続されている構造になっている。
以下に、ＬＥＤアレイ１０の製造方法について、図１の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である図２Ａ−図２Ｄ、図３Ａ−図３Ｂ、及び図４Ａ−図４Ｃを参照して説明する。なお、図の明瞭化のために、１のＬＥＤアレイの断面図を用いて説明を行うが、複数のＬＥＤアレイ１０が１の支持基板上に同時進行で形成され、最後にダイシングによって個々のＬＥＤアレイ１０に個片化される。
まず、図２Ａに示すように、例えば、厚さ４３０μｍ、直径２インチのサファイヤからなる成長基板３７の（００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体からなる半導体構造層２３を形成する。半導体構造層２３は、例えば、まず、成長基板３７をＭＯＣＶＤ装置に投入してサーマルクリーニングをした後に、ＧａＮバッファ、アンドープＧａＮ層、Ｓｉ等をドープした層厚が５．０μｍのＧａＮ層、ＧａＮ／ＩｎＧａＮを含む歪み緩和層を順次エピタキシャル成長させることでｎ型半導体層３５を形成する。次に、層厚７５ｎｍの活性層３３を形成し、その上に、組成がＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで層厚が４０ｎｍのｐ型バリア層、ｐ型クラッド層として層厚が１００ｎｍのＧａＮ層を順次エピタキシャル成長させてｐ型半導体層３１を形成する。活性層は多重量子井戸(ＭＱＷ)、単一量子井戸(ＳＱＷ)、あるいは単層（いわゆるバルク層）でもよい。
多重量子井戸構造は、例えば、井戸層をＩｎｘＧａ１―ｘＮ層（組成ｘ＝０．３５、層厚２ｎｍ）、バリア層をＧａＮ層（層厚１４ｎｍ）とし、５ペアの井戸層とバリア層から構成される。なお、井戸層のＩｎ組成ｘは発光波長に合わせて０≦ｘ≦１．０の範囲で調整される。
次に、図２Ｂに示すように、ｐ型半導体層３１上の個別のＬＥＤ素子１７とすべき領域に対応する領域に、Ｎｉ及びＡｇからなる反射電極層２１を形成する。反射電極層２１は、ｐ型半導体層３１上に、例えば、ＥＢ蒸着法にてＮｉを０．５ｎｍ、Ａｇを３００ｎｍの層厚で順次成膜して形成する。ＥＢ蒸着法の他にも、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等を用いることが可能である。この際、ＬＥＤ素子１７とすべき領域上の反射電極層２１の表面にレジストマスクを形成し、硝酸１：水１：酢酸８：リン酸１０の割合で混合されてなるエッチャントを用いて、２５℃で２０秒エッチングを行い、その後、酸素が含まれる雰囲気下で４００℃、２分間加熱処理することで、個別のＬＥＤ素子１７とすべき領域に対応する領域に反射電極層２１を形成してもよい。
次に、反射電極層２１を形成するＡｇの拡散防止のために、反射電極層２１上に金属の拡散防止バリア層として、例えば、Ｔｉ（層厚１００ｎｍ）／Ｐｔ（層厚２００ｎｍ）からなるキャップ層を形成した（図示せず）。
次に、図２Ｃに示すように、キャップ層（図示せず）上に、第２の接合層１９を形成する。第２の接合層１９は、支持基板１１との後述する接合において用いられる層であり、下地層としてＮｉ（層厚３００ｎｍ）、表面層としてＡｕ（層厚２００ｎｍ）を、例えばスパッタ法により順次成膜することにより形成する。
次に、図２Ｄに示すように、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法によって、半導体構造層２３をエッチングし、個別のＬＥＤ素子１７を形成する。この際、上記したように、一のＬＥＤ素子１７の隣接する他のＬＥＤ素子１７と面している側面が、支持基板１１の上面に平行な断面において波形を形成するようにエッチングする。図１を参照して上述したように、この波形は、例えば、半径Ｒ１２０μｍの曲線をつなぎ合わせた形状を有しており、波形状の凹部の頂点ＰＬから凸部の頂点ＰＨまでの高さＨは６０μｍであるように形成する。隣接するＬＥＤ素子１７の側面間の間隔Ｗは３０μｍとし、対向する側面のうちの一方のＰＨを結んだ線と他方のＰＨを結んだ線との距離Ｘは３０μｍとする。従って、エッチング後において、隣接するＬＥＤ素子１７は、一方のＬＥＤ素子の側面の凸部が他方のＬＥＤ素子側面の凹部に入り込むように、言い換えれば、一方のＬＥＤ素子の凸部の頂点ＰＨを結んだ線が他方のＬＥＤ素子の凸部を貫通するように入り組んだ形状・配置となる。
次に、図３Ａに示すように、例えば、Ｓｉからなる支持基板１１を用意し、支持基板１１上に絶縁層１３を形成する。絶縁層１３は、例えば、Ｓｉからなる支持基板１１の表面を熱酸化処理することによってＳｉＯ２膜を生成することで形成する。形成する絶縁層１３の厚さは、絶縁機能を十分果たす厚さ以上であればよい。
次に、図３Ｂに示すように、絶縁層１３上のＬＥＤ素子１７を搭載する領域に、第１の接合層１５を形成する。第１の接合層１５は、短辺Ｓに沿った方向においてＬＥＤ素子の上面よりも広い幅を有する以外は、ＬＥＤ素子１７の上面と同一の形状となるように形成する。第１の接合層１５は、例えば、リフトオフ法を用いて所望の領域（ＬＥＤ素子１７に対応した形状を有する領域）に形成することが可能である。その場合、まずフォトレジストを絶縁層１３の全面に塗布し、所定の温度のホットプレートを用いて大気中でプリベークを行う。次に、ＵＶ光を用いてフォトレジストパターンを露光する。露光後のフォトレジストを、例えば、１２０℃で９０秒程度リバーサルベーク処理し、露光部を熱架橋させる。次に、ＵＶ光をフォトレジスト前面に照射して反転露光を行う。次に、フォトレジストを現像液中に浸漬して現像処理を行い、所望の（第１の接合層１５を形成する領域以外に）フォトレジストパターンを形成する。
次に、抵抗加熱蒸着法を用いて、Ｔｉ（層厚１５０ｎｍ）／Ｎｉ（層厚５０ｎｍ）／Ａｕ（層厚１００ｎｍ）／Ｐｔ（層厚２００ｎｍ）／ＡｕＳｎ（層厚１０００ｎｍ、Ｓｎ含有率２１ｗｔ％））からなる金属層を積層し、その後、リフトオフを行うことによって第１の接合層１５を形成する。ＡｕＳｎ層のＳｎ含有率は、第２の接合層１９を形成するＡｕと共晶接合可能な含有率ならよく、例えば、１８〜２３％でもよい。なお、第１の接合層１５は、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて所望の領域に形成してもよい。
次に、図４Ａに示すように、真空雰囲気下または窒素雰囲気下で、第１の接合層１５と第２の接合層１９とを接触させ、互いに対向する方向（矢印で示す方向）に６ｋＮの力を印加した状態で３３０℃に加熱して所定時間（１０分程度）保持し、接合層の金属同士の共晶を形成する加熱圧着接合処理を行う。
次に、例えば、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）装置にて成長基板３７の裏面側からエキシマレーザを照射することにより成長基板３７を除去する。なお、成長基板３７の除去は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）に限らず、ウェットエッチング、ドライエッチング、機械研磨法、もしくは化学機械研磨（ＣＭＰ）、またはこれらの方法の少なくとも１つを組み合わせた方法によって行ってもよい。
ＬＬＯで成長基板３７を除去した場合、成長基板３７を除去した後、ＬＬＯで発生したＧａを、熱水等を用いて除去し、成長基板３７を除去した後の除去面を塩酸で表面処理する。なお、ＬＬＯ後に行う表面処理に使用する薬剤としては窒化物半導体をエッチングできるものであればよく、リン酸、硫酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの酸やアルカリ溶液でもよい。また、表面処理はＡｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングや、研磨等で行ってもよい。
上記処理の終了後、図４Ｂに示すように第１の接合層１５、第２の接合層１９及び半導体構造層２３の側面を覆うように、絶縁膜２５を形成する。具体的には、まず、第１の接合層１５、第２の接合層１９及び半導体構造層２３の全表面にＣＶＤ等によりＳｉＯ２からなる絶縁膜を，例えば６００ｎｍの層厚で形成する。次に、半導体構造層２３上面の絶縁膜、及び第１の接合層のｐ電極２９を形成する領域（すなわち、第１の接合層の支持基板１１の長辺Ｌに沿った矩形領域のいずれか一方）上の絶縁膜を、緩衝フッ酸を用いてエッチングして除去して絶縁膜２５を形成する。
次に、電子ビーム蒸着法によって、膜厚１ｎｍのＴｉ層、膜厚２００ｎｍのＡｌ層、膜厚１００ｎｍのＴｉ層、膜厚２００ｎｍのＰｔ層、膜厚１μｍのＡｕ層を順次積層して、リフトオフ法等でパターニングすることによって、ｎ電極２７及びｐ電極２９を形成する電極形成工程を行う。そして、最後にダイシングによって個片化を行い、図１Ａ及び図１Ｂに示すようなＬＥＤアレイ１０が完成する。この電極形成工程において、隣接するＬＥＤ素子のｐ電極２９とｎ電極２７とは一体的に形成されてもよい。なお、ｎ電極２７は、ｎ型半導体とオーミック接合を形成することが可能な材料で形成されていればよく、Ａｌ／Ｒｈ、Ａｌ／Ｐｔ等を用いて形成してもよい。
なお、上記電極形成工程後に、ＬＥＤ素子１７全体を覆うように、ＬＥＤアレイ１０の上面全体にＳｉＯ２をスパッタにて３５０ｎｍ成膜して表面保護層（図示せず）を形成した後に個片化を行ってもよい。
本発明のＬＥＤアレイによれば、隣接するＬＥＤ素子の各々の互いに対向する側面に互いに入り組んだ凹凸構造を形成することによって、ＬＥＤアレイから出射した光の照射面において、非発光部によって生成される暗部とその他の領域の照度の差を低減させることが可能である。
上記実施例では、ＬＥＤ素子１７の側面は複数周期の波形を有しているが、必ずしも上記形状を有する必要はなく、少なくとも、支持基板１１の上面と平行な断面において、直線上に連続してＬＥＤ素子１７が存在しない領域（非発光領域）が形成されないように構成されていればよい。例えば、図５に示すように、ＬＥＤ素子１７の側面が１周期の波形からなる凹凸形状からなっていてもよい。
また、上記実施例では、隣接するＬＥＤ素子１７は、一方のＬＥＤ素子の側面の凸部の頂点ＰＨを結んだ線が他方のＬＥＤ素子の側面の凸部を貫通するように互いに入り組んで配置されている場合について説明したが、少なくとも、支持基板１１の上面と平行な断面において、一直線上に連続してＬＥＤ素子が存在しない領域（非発光領域）が形成されないように構成されていればよい。例えば、少なくとも、一方のＬＥＤ素子の側面の凸部の頂点ＰＨを結んだ線が他方のＬＥＤ素子の側面の凸部に接していればよい。
また、上記実施例では、ＬＥＤ素子側面の凹凸構造が周期的であるとしたが、当該凹凸構造は非周期的で不規則な構造であってもよい。例えば、ＬＥＤ素子の側面の領域毎に凹凸の数を増減させる等してもよい。また、側面の断面形状必ずしも曲線波形状でなくともよく、矩形波形状、三角波形状、鋸波形状等の他の凹凸構造であってもよい。
上記実施例では、ＬＥＤ素子１７の側面のうち隣接するＬＥＤ素子に面した側面のみが凹凸構造を有することとしたが、他の側面も凹凸構造を有することとしてもよい。このようにすることで、ＬＥＤ素子１７の側面から取り出すことができる光がさらに増加し、ＬＥＤアレイ全体としての発光量をさらに増加させることが可能である。
また、上記実施例では、成長基板上に成長させた半導体構造層を支持基板に張り替える、いわゆるメタルボンディング型のＬＥＤアレイについて説明したが、これに限らない。例えば、成長基板上に成長させた半導体構造層に溝を形成して素子分離を行い、ＬＥＤアレイを形成する場合にも本発明は適用可能である。
上記実施例では、ＬＥＤ素子１７が支持基板１１の上面と垂直な断面において矩形状を有している場合について説明したが、当該断面は台形状等の他の形状であってもよい。また、上記実施例では、ＬＥＤ素子を直列に４つ配した１×４配列のＬＥＤアレイを例にして説明したが、ＬＥＤアレイの配列は、２×４、４×４等、他の様々な配列であってもよい。
上記実施例では、ＬＥＤ素子を用いたＬＥＤアレイを例に説明をしたが、他の発光素子を用いた発光素子アレイにも応用可能である。また、上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される発光素子等に応じて、適宜選択することができる。
１０ ＬＥＤアレイ
１１ 支持基板
１３ 絶縁層
１４Ａ、１４Ｂ 給電パッド
１５ 第１の接合層
１７ ＬＥＤ素子
１９ 第２の接合層
２１ 反射電極層
２３ 半導体構造層
２５ 絶縁膜
２７ ｎ電極
２９ ｐ電極
３１ ｐ型半導体層
３３ 活性層
３５ ｎ型半導体層
３７ 成長基板

Claims (5)

  1. 基板と、
    前記基板上に設けられ、第１の導電型の第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された活性層、及び前記活性層上に形成された第２の導電型の第２の半導体層を含む半導体構造層と、を含み、
    前記半導体構造層は、前記半導体構造層に形成された溝部によって複数の発光部に区画され、
    隣接する前記発光部同士の対向する側面の各々は、凹凸構造を有しており、前記隣接する発光部の対向する側面のうちの一方の側面の凸部と他方の側面の凹部とが対向し、前記一方の側面の凹部と前記他方の側面の凸部とが対向し、前記隣接する発光部は前記一方の側面の凸部の頂部を結んだ線分が前記他方の側面と接するかまたは前記他方の側面の凸部を貫通するように配されていることを特徴とするＬＥＤアレイ。
  2. 前記凹凸構造が周期的な形状であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤアレイ。
  3. 前記凹凸構造が曲線波形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤアレイ。
  4. さらに、前記発光部同士の対向する側面以外の前記発光部の側面にも凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のＬＥＤアレイ。
  5. 前記発光部は、前記支持基板上に一列に配列されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のＬＥＤアレイ。
JP2012204631A 2012-09-18 2012-09-18 Ｌｅｄアレイ Active JP6068073B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012204631A JP6068073B2 (ja) 2012-09-18 2012-09-18 Ｌｅｄアレイ
EP13020099.1A EP2709171B1 (en) 2012-09-18 2013-09-16 LED array
US14/029,674 US9093603B2 (en) 2012-09-18 2013-09-17 LED array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012204631A JP6068073B2 (ja) 2012-09-18 2012-09-18 Ｌｅｄアレイ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014060277A true JP2014060277A (ja) 2014-04-03
JP6068073B2 JP6068073B2 (ja) 2017-01-25

Family

ID=49230491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012204631A Active JP6068073B2 (ja) 2012-09-18 2012-09-18 Ｌｅｄアレイ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9093603B2 (ja)
EP (1) EP2709171B1 (ja)
JP (1) JP6068073B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11749790B2 (en) * 2017-12-20 2023-09-05 Lumileds Llc Segmented LED with embedded transistors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11163414A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Rohm Co Ltd 発光装置
JP2003110136A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Toyoda Gosei Co Ltd 発光素子
JP2004006662A (ja) * 2002-03-28 2004-01-08 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体素子
JP2009059969A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Seiwa Electric Mfg Co Ltd 半導体発光素子、発光装置、照明装置、表示装置及び半導体発光素子の製造方法
JP2009152240A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Rohm Co Ltd 半導体発光素子およびその製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5650586A (en) * 1979-10-01 1981-05-07 Mitsubishi Electric Corp Light emitting diode
JPH05129586A (ja) * 1991-10-31 1993-05-25 Hitachi Cable Ltd ハイブリツド型光集積回路及びその製造方法と要素光学素子
KR100697803B1 (ko) * 2002-08-29 2007-03-20 시로 사카이 복수의 발광 소자를 갖는 발광 장치
US7285801B2 (en) * 2004-04-02 2007-10-23 Lumination, Llc LED with series-connected monolithically integrated mesas
JP4599111B2 (ja) 2004-07-30 2010-12-15 スタンレー電気株式会社 灯具光源用ｌｅｄランプ
JP3802911B2 (ja) 2004-09-13 2006-08-02 ローム株式会社 半導体発光装置
US8399895B2 (en) * 2008-01-11 2013-03-19 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
CN103022282B (zh) * 2008-07-07 2016-02-03 格罗有限公司 纳米结构led
TWI451596B (zh) * 2010-07-20 2014-09-01 Epistar Corp 一種陣列式發光元件
WO2012077974A2 (ko) * 2010-12-07 2012-06-14 엘지전자 주식회사 복수의 콤포넌트 캐리어를 지원하는 무선통신 시스템에서 셀 간 간섭을 제어하기 위한 방법 및 이를 위한 기지국 장치
DE112011104636B4 (de) * 2010-12-28 2023-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Licht abstrahlende Baugruppe, Licht abstrahlende Vorrichtung, Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Licht abstrahlenden Baugruppe
TWI562423B (en) * 2011-03-02 2016-12-11 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Light-emitting device and lighting device
US20130050653A1 (en) * 2011-08-23 2013-02-28 Stanley Electric Co., Ltd. Led array capable of reducing uneven brightness distribution
US8937323B2 (en) * 2011-09-02 2015-01-20 Stanley Electric Co., Ltd. LED array capable of reducing uneven brightness distribution
JP2014056984A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子、車両用灯具及び半導体発光素子の製造方法
US9257481B2 (en) * 2012-11-26 2016-02-09 Epistar Corporation LED arrray including light-guiding structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11163414A (ja) * 1997-11-26 1999-06-18 Rohm Co Ltd 発光装置
JP2003110136A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Toyoda Gosei Co Ltd 発光素子
JP2004006662A (ja) * 2002-03-28 2004-01-08 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体素子
JP2009059969A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Seiwa Electric Mfg Co Ltd 半導体発光素子、発光装置、照明装置、表示装置及び半導体発光素子の製造方法
JP2009152240A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Rohm Co Ltd 半導体発光素子およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2709171B1 (en) 2020-03-04
JP6068073B2 (ja) 2017-01-25
EP2709171A2 (en) 2014-03-19
EP2709171A3 (en) 2016-04-06
US20140077155A1 (en) 2014-03-20
US9093603B2 (en) 2015-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5165276B2 (ja) 垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法
KR100707955B1 (ko) 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
US9209362B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of fabricating semiconductor light emitting device
US8614458B2 (en) Patterned substrate for light emitting diode and light emitting diode employing the same
US8410506B2 (en) High efficiency light emitting diode
JP3540605B2 (ja) 発光素子
JP5181371B2 (ja) 半導体発光装置
KR101150861B1 (ko) 멀티셀 구조를 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법
CN101689593A (zh) 半导体发光器件及其制造方法
JP2006339627A (ja) 垂直構造窒化物系半導体発光ダイオード
US20130320301A1 (en) Light emitting diode having photonic crystal structure and method of fabricating the same
JP2008140918A (ja) 発光素子の製造方法
JP2010219502A (ja) 発光素子
JP5990405B2 (ja) 発光素子及びその製造方法
KR20120092326A (ko) 광 결정 구조를 갖는 비극성 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
JP2012028773A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
WO2011071077A1 (ja) 発光素子およびその製造方法
JP2013179215A (ja) Ｌｅｄアレイ及び光電子集積装置
JP2013055186A (ja) 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具
JP6068073B2 (ja) Ｌｅｄアレイ
JP6106522B2 (ja) 半導体発光素子アレイ
KR20100063528A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP6208979B2 (ja) 半導体発光素子アレイ
KR20090026688A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP2013172028A (ja) 半導体発光素子及び車両用灯具

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150817

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160708

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161222

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6068073

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250