JP4126913B2

JP4126913B2 - Semiconductor light emitting element, image display device, lighting device, and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4126913B2
Application number: JP2002009659A
Authority: JP
Inventors: 寿章岩渕
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003218394A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関するものであり、特に窒素ガリウム系化合物半導体を結晶層の材料とした半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。また、これらを用いた画像表示装置及び照明装置、並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体発光素子の輝度を上げるためには種々の方法が行なわれている。大きく分けて、素子自体の入力電流に対する発光効率を高める方法と、発生した光を効率良く素子外部に取り出す光取り出し効率を高める方法とに分けられる。ここで、前者は、結晶層を構成する材料、結晶構造、結晶成長性の良し悪しや、結晶層の組み合わせ及び製造プロセスに負うところが大きい。また、後者は、素子の構造やその素子を装置基板に搭載したときの構造による光の反射等を検討し、発生した光をいかに減衰させずに漏れなく素子外部に取り出すところが重要になる。
【０００３】
発光効率を高める方法の一例としては、窒化ガリウム系化合物半導体を結晶層の材料として用い、外形がいわゆるピラミッド型とされた半導体発光素子が挙げられる。このような半導体発光素子では、素子自体の入力電流に対する発光効率を高めると同時に、素子内部の電極による光の多重反射を利用して光取り出し効率の増強を実現している。
【０００４】
また、光取出し効率を高める方法としては、素子をパッケージングしたとき境界面で全反射される光をパッケージ内の内部ミラーで再度反射させて外部に取り出す方法や、半導体発光素子から発生した光を角度調整されたパッケージ内の内部ミラーで直接反射して外部に取り出す方法などが採られている。例えば、結晶成長基板に対して平行な面に結晶層を成長させたプレーナ型と呼ばれる構造を有する半導体発光素子では、全反射による光取り出し効率の低下を抑制するために、発生した光をパッケージに含まれる外部ミラーによって反射し光取り出し方向に揃える方法が採られる場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなパッケージによる光取り出し効率の増強を図る方法では、パッケージの加工工程や追加の部品が必要となり、製造コストや部品コストが増加してしまう。さらに、パッケージを含む発光エレメントのサイズアップに繋がる。
【０００６】
また、半導体発光素子を成長基板から剥離する時には、成長基板側から短波長レーザーを照射して剥離するが、半導体発光素子の剥離だけならばレーザーは、シングルショットで剥離が可能であった。しかし、これでは半導体発光素子の裏面は均一なレーザー照射により均一な表面とされていた。この場合、半導体発光素子が微細化されたときには発光部が小さく見え視認性の低下が生じてしまい、画像装置等に使用した場合には、画像品質の低下につながる。
【０００７】
そこで、本発明は、従来の実情に鑑みて創案されたものであり、視野角が大きく、視認性の良好な半導体発光素子を提供することを目的とする。また、光取り出し効率が高く、視認性の良好な高品質の画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る半導体発光素子は、下地成長層と、前記下地成長層上に設けられた第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２の半導体層と、を有する半導体発光素子であって、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面には、凹凸形状が形成され、前記半導体発光素子は、六角錐形状であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上述した目的を達成する本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に、下地成長層、第１の半導体層、活性層及び第２の半導体層を有する半導体発光素子を形成し、樹脂に埋め込んだ後に、この半導体発光素子を前記基板から分離し、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面に凹凸形状を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
以上のような本発明によれば、半導体発光素子の光取り出し面が凹凸形状を有しており、この凹凸形状により光取り出し面によって半導体発光素子から発生する光の全反射が抑制される。さらに、光は凹凸形状によってランダムに屈折、拡散されて素子外部に取り出される。これにより、光取り出し面が平坦である場合に比べ、半導体発光素子から発生する光の全反射が抑制され、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光を取り出すことができる。
【００１１】
また、上述した目的を達成する本発明に係る画像表示装置は、信号に応じて発光する半導体発光素子が複数配列され、前記半導体発光素子は、下地成長層と、前記下地成長層上に設けられた第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２の半導体層と、を有し、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面には、凹凸形状が形成され、六角錐形状であることを特徴とする。
【００１２】
また、上述した目的を達成する本発明に係る画像表示装置の製造方法は、第１の基板上に、下地成長層、第１の半導体層、活性層及び第２の半導体層を有する半導体発光素子を形成し、樹脂に埋め込んだ後に、前記半導体発光素子を前記基板から分離し、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面に凹凸形状を形成し、前記半導体発光素子を第２の基板上に複数配列することを特徴とするものである。
【００１３】
以上のような本発明によれば、上述した半導体発光素子を走査可能に配列して構成することにより、視野角が大きく、視認性の良好な高品質の画像表示装置が実現される。
【００１４】
また、上述した目的を達成する本発明に係る照明装置は、信号に応じて発光する半導体発光素子が複数配列され、前記半導体発光素子は、下地成長層と、前記下地成長層上に設けられた第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２の半導体層と、を有し、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面には、凹凸形状が形成され、六角錐形状であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上述した目的を達成する本発明に係る照明装置の製造方法は、第１の基板上に、下地成長層、第１の半導体層、活性層及び第２の半導体層を有する半導体発光素子を形成し、樹脂に埋め込んだ後に、前記半導体発光素子を前記基板から分離し、光取り出し面となる前記下地成長層の裏面に凹凸形状を形成し、前記半導体発光素子を第２の基板上に複数配列することを特徴とするものである。
【００１６】
以上のような本発明によれば、上述した半導体発光素子を走査可能に配列して構成することにより、視野角が大きく、視認性の良好な高品質の照明装置が実現される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１８】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、本発明を適用したプレーナ型の半導体発光素子について説明する。図１は、本発明を適用して形成された光取り出し面に凹凸形状を有する半導体発光素子１を示す断面図である。半導体発光素子１は、接着層４により転写材層３を介して基板２上に接着されている。また、半導体発光素子１は基板２に略平行な方向において樹脂層５に埋め込まれている。
【００１９】
半導体発光素子１は、外形が略平板状の発光素子であり、窒化物半導体、特にＧａＮ系材料を主な材料として形成されている。平板状の発光素子だけでなく、窒化物半導体、特にＧａＮ系材料を主な材料とし、選択成長によって形成される尖頭部を有する略六角錐状の発光素子でも良い。また、尖頭部が形成されるまでに結晶層を構成する材料の濃度を調整し、素子形成基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を持つ略六角錐台形状の発光素子などであっても良い。また、上述の外形や、材料、結晶面以外で構成される発光素子でも良い。なお、本実施の形態においては、半導体発光素子１の構成材料としてＧａＮを用いる。
【００２０】
半導体発光素子１には、基板２側の主面に金属を蒸着させた電極パッド６が形成されている。これら電極パッド６は全面に電極パッド６の材料となる金属や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターニングすることで形成されている。そして、これら電極パッド６は電極７及び半導体発光素子１のｐ電極とｎ電極とにそれぞれ接続されるように形成されている。
【００２１】
なお、本実施の形態における電極パッド６の配置は一例であり、例えば、本実施形態のように電極パッドを基板２側に形成しているが、電極パッド６は基板側に形成することもできる。そして、電極パッド６は、光透過性を有しない金属で形成した場合には、光取り出し領域を避けて形成されていれば良く、また、電極パッド６がＩＴＯなどの光透過性を有する材料で形成される場合には、光取り出し領域に電極パッドを形成することができる。
【００２２】
そして、この半導体発光素子１においては、光取り出し面Ｓが微小な凹凸形状８を有しており、この凹凸形状８により光取り出し面Ｓによって半導体発光素子１から発生する光Ｌの全反射が抑制される。さらに、光Ｌは微小な凹凸形状８によってランダムに屈折、拡散されて素子外部に取り出される。すなわち、この半導体発光素子１においては、光取り出し面Ｓが微小な凹凸形状８を有することにより、光取り出し面が平坦である場合に比べ、半導体発光素子１から発生する光Ｌの全反射が抑制され、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光Ｌを取り出すことができる。これにより、本来微小な発光部である半導体発光素子１が実際の大きさよりも大きく見え、視野角が大きく、視認性の良好な発光素子が実現されている。
【００２３】
ここで、凹凸形状は特に限定されるものではなく、半導体発光素子１から発生する光Ｌの全反射が抑制され、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光Ｌを取り出すことができれば、任意の形状とすることができる。このような形状としては例えば、断面形状がサインカーブを描くような形状が好適である。また、凹凸形状の高さも特に限定されるものではなく、凹凸の最大高さは、素子厚よりも小であればよい。すなわち、例えば素子厚が５μｍの場合には、高さ２μｍ、幅２μｍのサインカーブを描く形状とすることができる。
【００２４】
次に、半導体発光素子１の製造方法について説明する。半導体発光素子１を製造するには、まず、図２に示すように半導体発光素子１の供給源となる成長基板２１に例えばＧａＮからなる外形が略平板状の発光素子２２を密に形成する。成長基板２１は、ＧａＮからなる素子を成長可能なもので、且つ光透過性を有する材料で構成されていればよく、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイア基板などを用いることができる。本実施の形態では、サファイア基板を用いる。
【００２５】
次に、発光素子２２の主面上に電極パッド６を形成する。電極パッド６は、発光素子２２の主面上に金属や多結晶シリコン層などの導電層を蒸着させて形成し、当該導電層をフォトリソグラフィー技術により所要の形状にパターニングすることで形成される。これら電極パッド６は発光素子２２のｐ電極とｎ電極にそれぞれ接続されるように形成される。
【００２６】
次に、後の工程で発光素子２２を成長基板から剥離する際にアブレーションにより剥離可能な樹脂材料を塗布して樹脂層５を形成し、発光素子２２を埋め込み平坦化する。本実施の形態においては、このような樹脂材料として好適なポリイミド（ＰＩ）を用いる。このとき、電極パッド６と外部回路とのコンタクトをとるための電極を形成するために電極パッド６の表面は樹脂層５から露出した状態にしておく。
【００２７】
次に、外部回路と電極パッド６のコンタクトを容易にするために、図２に示すように電極７を形成する。電極７は上述の電極パッド６と同様の方法で導電層が形成され、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターニングすることで形成される。また、電極パッド６、電極７には、光透過性を有する材料（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）を用いても良い。
【００２８】
次に、図３に示すように、その上に接着層４を形成し、電極７を接着層４で覆う。そして、転写材層３が形成された基板２に接着する。接着層４は光透過性を有する紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからななる層を用いることができる。また、転写材層３は、フッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。
【００２９】
次に、発光素子２２を成長基板２１から剥離する工程について説明する。発光素子２２を成長基板２１から剥離するには、図４に示すように、成長基板２１の発光素子２２が形成されていない側から成長基板２１に向けてエネルギービームを照射する。成長基板２１は光透過性を有する石英ガラスによって構成されていることから、エネルギービームは成長基板２１でほとんど吸収されることなく、発光素子２２及び樹脂層５と、成長基板２１との境界面に到達する。ここで、エネルギービームとしては、例えば、エキシマレーザー光やＹＡＧレーザー光を用いることができる。
【００３０】
エネルギービームが発光素子２２と成長基板２１との境界面に到達すると、発光素子２２はＧａＮにより構成されているため、サファイアからなる成長基板２１との界面で金属のＧａと窒素に分解され、窒素が気化する現象に伴って成長基板２１と発光素子２２との間の界面で膜剥がれが生じる。
【００３１】
また、エネルギービームが樹脂層５と成長基板２１との境界面に到達すると、ポリイミドからなる樹脂層５はレーザーアブレーションによって分子結合鎖が切断され、成長基板２１との接着力が低下する。この結果、図４に示すように、発光素子２２は、樹脂層５とともに基板２に転写される。
【００３２】
ここで、発光素子２２及び樹脂層５の成長基板２１との剥離面においては、樹脂層５のレーザーアブレーションに起因してカーボン系生成物２３が発生している。そこで、図５に示すように、成長基板２１との剥離面を例えば繊維状のブラシ２４で擦ることによりこのカーボン系成生物２３を除去する。このとき、発光素子２２の成長基板２１との剥離面を擦ることにより、カーボン系成生物２３を除去するとともに、スクラッチ痕を形成して凹凸を形成する。これには、例えば液晶のラビング工程を流用することもできる。
【００３３】
次に、スクラッチ痕による凹凸を形成した発光素子２２の剥離面にＳｉＯ_２などの光透過成膜を成膜することにより凹凸形状８を形成する。このとき、光透過成膜は、スクラッチ痕による凹凸に沿った形状に形成しても良く、光の分散が良好となるように、成膜後にパターニングし直しても良い。以上により、図１に示すように凹凸形状８を光取り出し面Ｓに有する半導体発光素子１を作製することができる。以上のような本発明を適用することにより、プロセス数を増やすことなく、半導体発光素子１から発生する光Ｌの全反射を抑制し、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光Ｌを取り出すことが可能な半導体発光素子を作製することができる。すなわち、本発明によれば、プロセス数を増やすことなく、すなわちコストを上げることなく視野角が大きく、視認性の良好な発光素子を実現することができる。
【００３４】
なお、本発明の半導体発光素子１は、複数個を並べて画像表示装置や照明装置を構成することが可能である。各素子を３原色分揃え、走査可能に配列することで、画素が実際の大きさよりも大きく見え、視野角が大きく、視認性の良好な高品質の画像表示装置や照明装置を実現することができる。そして、高価な半導体発光素子の搭載数を増やすことなく、高品質の画像表示装置や照明装置を構成することができるため、画像表示装置や照明装置のコストを上げることなく、高品質の画像表示装置や照明装置を提供することが可能となる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、エネルギービームを使用して発光素子２２の剥離面に凹凸形状を形成する場合について説明する。
【００３６】
図６は、エネルギービームを使用して光取り出し面に凹凸形状を形成した半導体発光素子２５を示す断面図である。なお、半導体発光素子２５において半導体発光素子１と同様の部分については、図１と同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
【００３７】
半導体発光素子２５は、接着層４により転写材層３を介して基板２上に接着されている。また、半導体発光素子１は基板２に略平行な方向において樹脂層５に埋め込まれている。
【００３８】
そして、この半導体発光素子２５においては、光取り出し面Ｓがエネルギービームを使用して形成された微小な凹凸形状２６を有しており、この凹凸形状２６により光取り出し面Ｓによって半導体発光素子２５から発生する光Ｌの全反射が抑制される。さらに、光Ｌは微小な凹凸形状２６によってランダムに屈折、拡散されて素子外部に取り出される。すなわち、この半導体発光素子２５においては、光取り出し面Ｓが微小な凹凸形状２６を有することにより、光取り出し面が平坦である場合に比べ、半導体発光素子２５から発生する光Ｌの全反射が抑制され、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光Ｌを取り出すことができる。これにより、本来微小な発光部である半導体発光素子２５が実際の大きさよりも大きく見え、視野角が大きく、視認性の良好な半導体発光素子が実現されている。
【００３９】
次に、半導体発光素子２５の製造方法について説明する。半導体発光素子１を製造するには、第１の実施の形態と同様の手順により、図７に示すように、電極７を形成した発光素子２２を接着層４で覆い、転写材層３が形成された基板２に接着する。
【００４０】
次に、発光素子２２を成長基板２１から剥離する。発光素子２２を成長基板２１から剥離するには、第１の実施の形態と同様に、図８に示すように、成長基板２１の発光素子２２が形成されていない側から成長基板２１に向けてエネルギービームとして例えばエキシマレーザーを照射する。成長基板２１は光透過性を有する石英ガラスによって構成されていることから、エネルギービームは成長基板２１でほとんど吸収されることなく、発光素子２２及び樹脂層５と、成長基板２１との境界面に到達する。
【００４１】
エネルギービームが発光素子２２と成長基板２１との境界面に到達すると、発光素子２２はＧａＮにより構成されているため、サファイアからなる成長基板２１との界面で金属のＧａと窒素に分解され、窒素が気化する現象に伴って成長基板２１と発光素子２２との間の界面で膜剥がれが生じる。
【００４２】
また、エネルギービームが樹脂層５と成長基板２１との境界面に到達すると、ポリイミドからなる樹脂層５はレーザーアブレーションによって分子結合鎖が切断され、成長基板２１との接着力が低下する。この結果、図８に示すように、発光素子２２は、樹脂層５とともに基板２に転写される。
【００４３】
そして、このとき、発光素子２２の裏面において光取り出し面Ｓとなる領域に限り、エキシマレーザーの照射条件を発光素子２２の剥離に必要な閾値以上の条件に変動させ、スキャンしながらエキシマレーザーを照射する。これにより、発光素子２２が成長基板２１から剥離するとともに、剥離に必要な閾値以上のエキシマレーザーの照射により発光素子２２の剥離面に加工痕、すなわち凹凸が形成される。すなわち、発光素子２２の裏面において光取り出し面Ｓとなる領域のみ、照射条件を変えてエキシマレーザーを照射することにより、発光素子２２の剥離面に所望の凹凸を形成することができる。このとき、加工深さはエキシマレーザーのパワーにより異なり、パワーを大きくするほど加工深さを深くする、すなわち、凹凸の高さを大きくすることができる。
【００４４】
この場合においても、発光素子２２及び樹脂層５の成長基板２１との剥離面においては、樹脂層５のレーザーアブレーションに起因してカーボン系生成物２３が発生している。したがって、第１の実施の形態と同様にしてカーボン系成生物２３を除去し、その後、エキシマレーザーにより加工痕を形成した発光素子２２の剥離面にＳｉＯ_２などの光透過成膜を成膜することにより凹凸形状２６を形成する。以上により、図６に示すように凹凸形状２６を光取り出し面Ｓに有する半導体発光素子２５を作製することができる。
【００４５】
上記においては、発光素子２２の剥離と加工痕、すなわち凹凸の形成を同時に行ったが、発光素子２２を成長基板２１から剥離した後に、再度エキシマレーザーを照射することにより凹凸の形成を行っても良い。
【００４６】
[第３の実施形態]
第３の実施の形態では、本発明を適用した他の半導体発光素子及び当該半導体発光素子を配列してなる画像表示装置の製造方法について説明する。先ず、本発明を適用した他の半導体発光素子の発光素子の構造について説明する。図９に本実施の形態で使用される素子の一例としての半導体発光素子の構造を示す。図９の（ａ）が素子断面図であり、図９の（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光ダイオードであり、例えばサファイア基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオードでは、基板を透過するレーザー光の照射によってレーザーアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象に伴ってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生じ、基板と素子の分離を容易なものにできる特徴を有している。
【００４７】
まず、その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。尚、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層３２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層３４はクラッド層として機能する。
【００４８】
この発光ダイオードには、ｐ電極３５とｎ電極３６が形成される。ｐ電極３５はマグネシウムドープのＧａＮ層３４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ／またはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極３６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。尚、本実施形態では、下地成長層３１の裏面側に光取出し面を避けてｎ電極を形成し、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面には不用となる。
【００４９】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザーアブレーションによって比較的簡単にサファイア基板から剥離することができ、レーザー光を選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、本実施形態の発光ダイオードでは、発生した光のほとんどがＧａＮ層３２から下地成長層３１を通じて下側から素子外部取り出される。また、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００５０】
そして、この発光ダイオードにおいては、光取り出し面Ｓが微小な凹凸形状３７を有しており、この凹凸形状８により光取り出し面Ｓによって発光ダイオードから発生する光Ｌの全反射が抑制される。さらに、光Ｌは微小な凹凸形状３７によってランダムに屈折、拡散されて素子外部に取り出される。すなわち、この発光ダイオードにおいては、光取り出し面Ｓが微小な凹凸形状３７を有することにより、光取り出し面が平坦である場合に比べ、発光ダイオードから発生する光Ｌの全反射が抑制され、且つ光取り出し面に対して広範囲の角度で光Ｌを取り出すことができる。これにより、本来微小な発光部である発光ダイオードが実際の大きさよりも大きく見え、視野角が大きく、視認性の良好な発光素子が実現されている。
【００５１】
次に、発光素子を形成する基板から発光素子を分離し、樹脂層で被覆する工程について説明する。図１０に示すように、第一基板４１の主面上には複数の発光ダイオード４２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード４２の大きさは約２０μｍ程度とすることができる。第一基板４１は、発光ダイオード４２を形成する結晶層を成長させる基板である。第一基板４１は基板に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成しえるものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。本実施形態で用いる第一基板４１は、光透過性を有するサファイア基板であり、発光ダイオード４２に照射するレーザー光の波長に対し透過率の高い材料が用いられる。また、第一基板４１は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としている。このＣ面は５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。発光ダイオード４２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝４２ｇが形成されており、個々の発光ダイオード４２は分離できる状態にある。この溝４２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。このような第一基板４１を一時保持用部材４３に向かい合わせ、選択的な転写を行う。
【００５２】
一時保持用部材４３の第一基板４１に向かう面には剥離層４４と接着剤層４５が二層になって形成されている。ここで、一時保持用部材４３の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板などを用いることができ、一時保持用部材４３上の剥離層４４の例としては、フッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。一例としては、一時保持用部材４３として石英ガラス基板を用い、剥離層４４としてポリイミド膜を約１μｍから３μｍの膜厚に形成後、接着剤層４５としてのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。
【００５３】
一時保持用部材４３の接着剤層４５は、硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するように調整され、未硬化領域４５ｙに選択転写にかかる発光ダイオード４２が位置するように位置合わせされる。硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード４２を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすればよい。このようなアライメントの後、転写対象位置の発光ダイオード４２を第一基板４１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード４２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザー光としてはエキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光などが用いられる。
【００５４】
このレーザーアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる発光ダイオード４２はＧａＮ層と第一基板４１の界面で分離し、反対側の接着剤層４５にｐ電極を突き刺すようにして転写される。レーザー光が照射されない領域の他の発光ダイオード４２については、対応する接着剤層４５の部分が硬化した領域４５ｓであり、レーザー光も照射されていないために一時保持用部材４３側に転写されることはない。なお、図１０では１つの発光ダイオード４２だけが選択的にレーザー光を照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に発光ダイオード４２はレーザー光が照射されているものとする。このような選択的な転写によっては、発光ダイオード４２は第一基板４１に配列されている時よりも離間して一時保持用部材４３上に配列される。
【００５５】
そして、このとき、発光ダイオード４２の裏面において光取り出し面Ｓとなる領域に限り、レーザー光の照射条件を発光ダイオード４２の剥離に必要な閾値以上の条件に変動させ、スキャンしながらエキシマレーザーを照射する。これにより、発光ダイオード４２が第一基板４１から剥離するとともに、加工痕、すなわち凹凸が形成される。
【００５６】
発光ダイオード４２は一時保持用部材４３の接着剤４５に保持された状態で発光ダイオード４２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、発光ダイオード４２の裏面には樹脂（接着剤）がないように除去、洗浄することにより、図１１に示すように電極パッド４６を形成すれば、電極パッド４６は発光ダイオード４２の裏面と電気的に接続される。
【００５７】
接着剤層４５の洗浄の例としては酸素プラズマで接着剤用樹脂をエッチングし、ＵＶオゾン照射にて洗浄する。且つ、レーザー光にてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板４１から剥離したときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液若しくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド４６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド４６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系等）若しくはＡｌ／Ｃｕ等の材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光を遮ることがないので、パターニング精度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。そして、電極パッドを形成する部分を除いて凹凸部に光透過膜を成膜することにより光を分散する凹凸形状３７を形成する。
【００５８】
次に、第１の一時保持用部材４３から第２の一時保持用部材４７に発光ダイオード４２を転写する工程を説明する。発光ダイオード４２の転写先である第２の一時保持用部材４７上には剥離層４８と転写される発光ダイオード４２と剥離層４８が形成される。剥離層４８は例えばフッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどの光透過性を有する樹脂を用いて作成することができる。第２の一時保持用部材４７は一例としてガラス基板を用いることができる。
【００５９】
このような剥離層４８を形成した一時保持部材４７に一時保持用部材４３を向かい合わせ、接着剤層４５を剥離層４８に密着させる。この状態のままで、一時保持部材４３と剥離層４４を分離するために、図１２に示すように、剥離層４４が形成されている面の反対側から一時保持部材４３にエキシマレーザー光を照射する。このとき、一時保持部材４３に対して、剥離層４４が形成されている面の裏面からエキシマレーザー光を照射する。一時保持部材４３はガラス基板であることから、エキシマレーザー光が一時保持部材４３でほとんど吸収されることなく、剥離層４４と一時保持部材４３との界面近傍に照射され、レーザーアブレーションが起こる。その結果、図１３に示すように、剥離層４４と一時保持部材４３の接着力が低下し、一時保持部材４３のみが発光ダイオード４２を含み剥離層４４を最上部の層とする構造の部分から分離される。これにより、各発光ダイオード４２は第２の一時保持部材４７側に転写される。
【００６０】
このとき、剥離層４４は十分な膜厚を有しているので、一時保持部材４３を透過してきたエキシマレーザー光のエネルギーをすべて吸収する。よって、剥離層４４の下側の層にエキシマレーザー光が到達することはなく、接着剤層４５又は剥離層４８に変質は起こらない。
【００６１】
図１４は一時保持用部材４３から発光ダイオード４２を第２の一時保持用部材４７に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール５０を形成した後、アノード側電極パッド４９を形成し、樹脂からなる接着剤層４５をダイシングした状態を示している。このダイシングの結果、素子分離溝５１が形成され、発光ダイオード４２は素子毎に区分けされたものとなり、一時保持用部材４７に接着された状態の樹脂形成素子１００が所要の形状を成す。素子分離溝５１はマトリクス状の各発光ダイオード４２を分離するために、平面パターンとしては縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝５１の底部では第２の一時保持用部材４７の表面が臨む。
【００６２】
発光ダイオード４２のアノード側電極パッド４９を形成し、素子分離溝５１を形成する工程を更に詳しく説明する。このプロセスの一例として、第二の一時保持用部材４７の表面を酸素プラズマで発光ダイオード４２の表面が露出してくるまでエッチングする。まず、ビアホール５０の形成はエキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光、炭酸ガスレーザー光を用いることができる。このとき、ビアホールは例えば約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。ダイシングプロセスは通常のブレードを用いたダイシング、２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときにはレーザー光を用いたレーザーによる加工を行う。レーザー光としては、エキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光、炭酸ガスレーザー光等を用いることができる。その切りこみ幅は画像表示装置の画素内の樹脂からなる接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザーにて幅約４０μｍの溝加工を行い、樹脂形成素子１００が所要の形状を成す。
【００６３】
次に、発光ダイオード４２を内部に形成した樹脂形成素子１００を第２の一時保持用部材４７から剥離すると同時に樹脂層４８に凹凸を形成する工程を説明する。まず、図１５に示すように、樹脂形成素子１００を第２の一時保持用基板４７から分離し、移設するための吸着孔５５に位置合わせする。吸着孔５５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、樹脂形成素子１００を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクスに開口され、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔５５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作成したもの、若しくはＳＵＳ等の金属板５２をエッチングで穴加工したものが使用されている。
【００６４】
次に、図１６に示すように、吸着孔５５に位置合わせされた樹脂形成素子１００と第２の一時保持用部材４７の界面近傍に向けてエネルギービームを照射する。エネルギービームは第２の一時保持部材４７に対して樹脂形成素子１００が接着されている面の反対側から照射する。このとき、第２の一時保持部材４７は光透過性を有するガラス基板であることから、第２の一時保持部材４７によってエネルギービームはほとんど吸収されることがなく、樹脂形成素子１００と保持部材４７の界面近傍の剥離層４８に照射される。エネルギービームが照射された剥離層４８はレーザーアブレーションによって、一時保持部材４７との接着力が低下する。
【００６５】
本実施の形態では、吸着孔５５を密閉するように吸着孔５５の縁部と樹脂形成素子１００を隙間なく密着させているが、樹脂形成素子１００を吸着孔５５の縁部から僅かに隙間を空けて保持し、吸着チャンバを負圧に制御し、樹脂形成素子１００と一時保持用部材４７の接着力が低下した後、樹脂形成素子１００を吸着孔５５に吸着させるようにしても良い。
【００６６】
樹脂形成素子１００と保持部材４７の接着力が低下した状態で、吸着孔５５に繋がる吸着チャンバ５４を負圧に制御することで発光ダイオード４２の吸着が可能になる。次に、機械的手段を用いて発光ダイオード４２が第二の一時保持用部材４７から剥離される。図１７は、第二の一時保持用部材４７上に配列してある発光ダイオード４２を吸着装置５３でピックアップするところを示した図である。発光ダイオード４２はこの段階で樹脂からなる接着剤層４５で覆われており、吸着孔５５との密着する面は略平坦化されており、吸着装置５３による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００６７】
図１８は樹脂形成素子１００を、画像表示装置を構成する装置基板である第二基板６０に転写するところを示した図である。第二基板にはガラス基板などのような光透過性を有する材料を用いる。第二基板６０に樹脂形成素子１００を装着する際、第二基板６０にあらかじめ接着剤層５６を塗布しておき、発光ダイオード４２を装着する接着剤層５６の領域を硬化させ、発光ダイオード４２を第二基板６０に固着して配列させる。この装着時には、吸着装置５３の吸着チャック５４が正の圧力の高い状態、つまり、樹脂形成素子１００を吸着孔５５から離脱させる向きの力が作用するような圧力となり、吸着装置５３と発光ダイオード４２との吸着による結合状態は解放される。ここで、接着剤層５６は熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成されている。発光ダイオード４２が配置される位置は、一時保持用部材４３、４７上での配列よりも離間したものとなる。そのとき接着剤層５６の樹脂を硬化させるエネルギー（レーザー光７３）は第二基板６０の裏面から供給される。
【００６８】
第二基板６０の裏面からレーザー光７３を照射し、転写する樹脂形成チップ（発光ダイオード４２及び接着剤層４５）に対応する部分の接着剤層５６のみを加熱する。これにより、接着剤層５６が熱可塑性接着剤の場合には、その部分の接着剤層５６が軟化し、その後、冷却硬化することにより樹脂形成チップが第二基板６０上に固着される。同様に、接着剤層５６が熱硬化性接着剤の場合にも、レーザー光７３が照射された部分の接着剤層５６のみが硬化し、樹脂形成素子１００が第二基板６０上に固着される。
【００６９】
また、第二基板６０上にシャドウマスクとしても機能する電極層５７を配設し、この電極層５７をレーザー光７３を照射することにより加熱し、間接的に接着剤層５６を加熱するようにしても良い。特に、電極層５７の画面側の表面すなわち当該画像表示装置を見る人がいる側の面に黒クロム層５８を形成すれば、画像のコントラストを向上させることができると共に、黒クロム層５８でのエネルギー吸収率を高くして、選択的に照射されるレーザー光７３によって接着剤層５６を効率的に加熱するようにすることができる。
【００７０】
図１９はＲＧＢの３色の発光ダイオード４２、６１、６２をそれぞれ内包する樹脂形成素子を第二基板６０に配列させ絶縁層５９を塗布した状態を示す図である。図１５乃至図１８で用いた吸着装置５３をそのまま使用して、第二基板６０にマウントする位置をその色の位置にずらすだけで、画素としてのピッチは一定のまま３色からなる画素を形成できる。絶縁層５９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。発光ダイオード４２、６１、６２は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図１９では、赤色の発光ダイオード６１は六角錐のＧａＮ層を有しない構造とされ、他の発光ダイオード４２、６２とその形状が異なっているが、この段階では各発光ダイオードは既に樹脂形成素子として樹脂からなる接着剤層４５で覆われており、素子構造の違いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【００７１】
図２０は配線形成工程を示す図である。絶縁層５９に開口部６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成し、発光ダイオード４２、６１、６２のアノード、カソードの電極パッドと第二基板６０の配線用の電極層５７を接続する配線６３、６４、７１を形成した図である。このときに形成する開口部すなわちビアホールは発光ダイオード４２、６１、６２の電極パッド４６、４９の面積を大きくしているのでビアホール形状は大きく、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。このときビアホールは約６０μｍ角の電極パッド４６、４９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるのでレーザーのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。その後、保護層を配線上に形成し、画素表示装置のパネルは完成する。このときの保護層は絶縁層５９と透明エポキシ接着剤などの同様の材料が使用できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。
【００７２】
以上の工程によって、光取出し効率が高く、且つ光散乱の効果による視野角の大きい画像表示装置が完成する。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体発光素子は、信号に応じて発光する半導体発光素子であって、光取り出し面となる主面に凹凸形状を有してなるものである。
【００７４】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、光取り出し面となる主面に凹凸形状を有してなる半導体発光素子の製造方法であって、成長基板上に半導体発光素子を形成し、当該半導体発光素子を成長基板から分離するとともに当該半導体発光素子の光取り出し面となる主面に凹凸形状を形成するものである。
【００７５】
以上のような本発明によれば、光取り出し面によって半導体発光素子から発生する光の全反射が抑制することができ、さらに、光をランダムに屈折、拡散させて素子外部に取り出すことができる。これにより、視野角が大きく、視認性の良好な発光素子が実現することが可能となる。
【００７６】
本発明に係る画像表示装置は、信号に応じて発光する半導体発光素子であって光取り出し面となる主面に凹凸形状を有する複数の半導体発光素子を配列してなるものである。
【００７７】
また、本発明に係る画像表示装置の製造方法は、半導体発光素子をマトリクス状に配置した画像表示装置の製造方法において、成長基板上に半導体発光素子を形成し、当該半導体発光素子を上記成長基板から分離するとともに当該半導体発光素子の光取り出し面となる主面に凹凸形状を形成し、さらに当該半導体発光素子を基板上に複数配列するものである。
【００７８】
以上のような本発明によれば、上述した半導体発光素子を走査可能に配列して構成することにより、高価な半導体発光素子の搭載数を増やすことなく、高品質の画像表示装置や照明装置を構成することができるため、光取り出し効率が高く、視認性の良好な高品質の画像表示装置を安価に提供することが可能となる。
【００７９】
また、本発明に係る照明装置は、信号に応じて発光する半導体発光素子であって光取り出し面となる主面に凹凸形状を有する複数の半導体発光素子を配列してなるものである。
【００８０】
また、本発明に係る照明装置の製造方法は、半導体発光素子をマトリクス状に配置した画像表示装置の製造方法において、成長基板上に半導体発光素子を形成し、当該半導体発光素子を成長基板から分離するとともに当該半導体発光素子の光取り出し面となる主面に凹凸形状を形成し、さらに当該半導体発光素子を基板上に複数配列するものである。
【００８１】
以上のような本発明によれば、上述した半導体発光素子を走査可能に配列して構成することにより、高価な半導体発光素子の搭載数を増やすことなく、高品質の画像表示装置や照明装置を構成することができるため、光取り出し効率が高く、視認性の良好な高品質の照明装置を安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体発光素子の一構成例を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程における電極を形成する工程を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程における発光素子を基板に接着する工程を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程における発光素子を成長基板から剥離した状態を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程におけるカーボン系成生物を除去して光取り出し面に凹凸を形成した状態を示す断面図である。
【図６】本発明を適用した半導体発光素子の他の構成例を示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程における発光素子を基板に接着する工程を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程における発光素子を成長基板から剥離した状態を示す断面図である。
【図９】第３の実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す図であり、（ａ）は構造断面図、（ｂ）は構造平面図である。
【図１０】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における半導体発光素子を一時保持用部材に転写する工程を示す断面図である。
【図１１】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における半導体発光素子のｎ電極を形成する工程を示す断面図である。
【図１２】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程におけるエキシマレーザー照射する工程を示す断面図である。
【図１３】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における一時保持用部材を剥離する工程を示す断面図である。
【図１４】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を形成する工程を示す断面図である。
【図１５】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における吸着孔と樹脂形成素子の位置合わせを行う工程を示す断面図である。
【図１６】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程におけるエネルギービームを照射する工程を示す断面図である。
【図１７】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を剥離する工程を示す断面図である。
【図１８】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を装置基板に固着する工程を示す断面図である。
【図１９】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を装置基板に配列する工程を示す断面図である。
【図２０】第３の実施の形態の画像表示装置の製造工程における配線を形成する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１半導体発光素子
２基板
３転写材層
４接着層
５樹脂層
６電極パッド
７電極
８凹凸形状[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor light emitting device using a nitrogen gallium compound semiconductor as a crystal layer material and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to an image display device and an illumination device using these, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Currently, various methods are used to increase the luminance of a semiconductor light emitting device. It can be roughly divided into a method for increasing the light emission efficiency with respect to the input current of the element itself and a method for increasing the light extraction efficiency for efficiently extracting the generated light to the outside of the element. Here, the former largely depends on the material constituting the crystal layer, the crystal structure, the crystal growth property, the combination of the crystal layers, and the manufacturing process. In the latter case, it is important to consider the reflection of light due to the structure of the element and the structure when the element is mounted on the device substrate, and to extract the generated light outside the element without being attenuated.
[0003]
As an example of a method for increasing the light emission efficiency, a semiconductor light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor as a material for a crystal layer and having an outer shape of a so-called pyramid type can be given. In such a semiconductor light emitting device, the light emission efficiency with respect to the input current of the device itself is enhanced, and at the same time, the light extraction efficiency is enhanced by utilizing the multiple reflection of light by the electrodes inside the device.
[0004]
In addition, as a method for increasing the light extraction efficiency, light that is totally reflected at the interface when the element is packaged is reflected again by an internal mirror in the package and extracted to the outside, or light generated from the semiconductor light emitting element is extracted. For example, a method of directly reflecting by an internal mirror in the package whose angle has been adjusted and taking it out is employed. For example, in a semiconductor light emitting device having a structure called a planar type in which a crystal layer is grown on a plane parallel to a crystal growth substrate, the generated light is used as a package in order to suppress a decrease in light extraction efficiency due to total reflection. There is a case where a method of reflecting by the included external mirror and aligning in the light extraction direction may be employed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described method for enhancing the light extraction efficiency by the package requires a package processing step and additional parts, and increases the manufacturing cost and the part cost. Furthermore, the size of the light emitting element including the package is increased.
[0006]
Further, when the semiconductor light emitting element is peeled from the growth substrate, the semiconductor light emitting element is peeled off by irradiating a short wavelength laser from the growth substrate side. However, in this case, the back surface of the semiconductor light emitting element is made uniform by uniform laser irradiation. In this case, when the semiconductor light emitting element is miniaturized, the light emitting portion looks small and the visibility is lowered, and when used in an image device or the like, the image quality is lowered.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made in view of conventional circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor light emitting device having a large viewing angle and good visibility. It is another object of the present invention to provide a high-quality image display device with high light extraction efficiency and good visibility.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor light emitting device according to the present invention that achieves the above-described object is as follows. Groundwork A growth layer; Groundwork A first semiconductor layer provided on the growth layer; an active layer formed on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the active layer. A semiconductor light emitting device, The light extraction surface Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer. The semiconductor light emitting device has a hexagonal pyramid shape. It is characterized by.
[0009]
In addition, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention that achieves the above-described object is provided on a substrate. Groundwork Forming a semiconductor light emitting device having a growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer; After embedding in resin The semiconductor light emitting element is separated from the substrate, and becomes the light extraction surface. Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer.
[0010]
According to the present invention as described above, the light extraction surface of the semiconductor light emitting element has an uneven shape, and this uneven shape suppresses total reflection of light generated from the semiconductor light emitting element by the light extraction surface. Further, the light is randomly refracted and diffused by the concavo-convex shape and extracted outside the device. Thereby, compared with the case where the light extraction surface is flat, total reflection of light generated from the semiconductor light emitting element is suppressed, and light can be extracted at a wide range of angles with respect to the light extraction surface.
[0011]
The image display device according to the present invention that achieves the above-described object includes a plurality of semiconductor light-emitting elements that emit light in response to a signal. Groundwork A growth layer; Groundwork A first semiconductor layer provided on the growth layer; an active layer formed on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the active layer; Said surface Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer. The hexagonal pyramid shape And features.
[0012]
In addition, a method for manufacturing an image display device according to the present invention that achieves the above-described object is provided on a first substrate. Groundwork Forming a semiconductor light emitting device having a growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer; After embedding in resin The semiconductor light emitting element is separated from the substrate and becomes a light extraction surface. Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer, and a plurality of the semiconductor light emitting elements are arranged on the second substrate.
[0013]
According to the present invention as described above, a high-quality image display device with a large viewing angle and good visibility is realized by arranging the above-described semiconductor light emitting elements so as to be scannable.
[0014]
In addition, the lighting device according to the present invention that achieves the above-described object includes a plurality of semiconductor light-emitting elements that emit light in response to a signal. Groundwork A growth layer; Groundwork A first semiconductor layer provided on the growth layer; an active layer formed on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the active layer; Said surface Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer. The hexagonal pyramid shape It is characterized by.
[0015]
Moreover, the manufacturing method of the illuminating device based on this invention which achieves the objective mentioned above on the 1st board | substrate, Groundwork Forming a semiconductor light emitting device having a growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer; After embedding in resin The semiconductor light emitting element is separated from the substrate and becomes a light extraction surface. Groundwork An uneven shape is formed on the back surface of the growth layer, and a plurality of the semiconductor light emitting elements are arranged on the second substrate.
[0016]
According to the present invention as described above, a high-quality lighting device with a large viewing angle and good visibility can be realized by arranging the semiconductor light emitting elements described above so as to be capable of scanning.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
[0018]
[First Embodiment]
In the first embodiment, a planar semiconductor light emitting element to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device 1 having an uneven shape on a light extraction surface formed by applying the present invention. The semiconductor light emitting device 1 is bonded onto the substrate 2 via the transfer material layer 3 by the adhesive layer 4. Further, the semiconductor light emitting element 1 is embedded in the resin layer 5 in a direction substantially parallel to the substrate 2.
[0019]
The semiconductor light emitting device 1 is a light emitting device having a substantially flat outer shape, and is formed mainly of a nitride semiconductor, particularly a GaN-based material. Not only a flat light emitting element, but also a light emitting element having a substantially hexagonal pyramid shape having a pointed head formed mainly by a nitride semiconductor, particularly a GaN-based material, and formed by selective growth may be used. In addition, the concentration of the material constituting the crystal layer is adjusted until the pointed head is formed, and the light emitting element has a substantially hexagonal frustum shape having an inclined crystal plane inclined with respect to the main surface of the element formation substrate. May be. Moreover, the light emitting element comprised except the above-mentioned external shape, material, and crystal plane may be sufficient. In the present embodiment, GaN is used as the constituent material of the semiconductor light emitting element 1.
[0020]
In the semiconductor light emitting device 1, an electrode pad 6 is formed by depositing metal on the main surface on the substrate 2 side. These electrode pads 6 are formed by forming a conductive layer such as a metal or a polycrystalline silicon layer as a material of the electrode pad 6 on the entire surface, and patterning it into a required electrode shape by a photolithography technique. These electrode pads 6 are formed so as to be connected to the electrode 7 and the p-electrode and n-electrode of the semiconductor light emitting device 1, respectively.
[0021]
The arrangement of the electrode pads 6 in this embodiment is an example. For example, the electrode pads are formed on the substrate 2 side as in this embodiment, but the electrode pads 6 can also be formed on the substrate side. . When the electrode pad 6 is formed of a metal that does not transmit light, the electrode pad 6 may be formed so as to avoid the light extraction region, and the electrode pad 6 is formed of a light-transmitting material such as ITO. When formed, an electrode pad can be formed in the light extraction region.
[0022]
In the semiconductor light emitting element 1, the light extraction surface S has a minute uneven shape 8, and the unevenness 8 suppresses total reflection of the light L generated from the semiconductor light emitting element 1 by the light extraction surface S. Is done. Further, the light L is randomly refracted and diffused by the minute uneven shape 8 and extracted outside the device. That is, in this semiconductor light emitting device 1, since the light extraction surface S has the minute uneven shape 8, the total reflection of the light L generated from the semiconductor light emitting device 1 is suppressed as compared with the case where the light extraction surface is flat. In addition, the light L can be extracted at a wide range of angles with respect to the light extraction surface. Thereby, the semiconductor light emitting element 1 which is originally a minute light emitting portion appears larger than the actual size, has a large viewing angle, and has a good visibility.
[0023]
Here, the concavo-convex shape is not particularly limited, as long as the total reflection of the light L generated from the semiconductor light emitting element 1 is suppressed and the light L can be extracted at a wide angle with respect to the light extraction surface. It can be made into the shape. As such a shape, for example, a shape whose cross-sectional shape draws a sine curve is suitable. Further, the height of the concavo-convex shape is not particularly limited, and the maximum height of the concavo-convex shape may be smaller than the element thickness. That is, for example, when the element thickness is 5 μm, a shape having a sine curve having a height of 2 μm and a width of 2 μm can be obtained.
[0024]
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 will be described. In order to manufacture the semiconductor light emitting device 1, first, as shown in FIG. 2, light emitting devices 22 having a substantially flat outer shape made of GaN, for example, are densely formed on a growth substrate 21 serving as a supply source of the semiconductor light emitting device 1. The growth substrate 21 is only required to be capable of growing an element made of GaN and made of a light-transmitting material. For example, a glass substrate, a quartz glass substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. In this embodiment, a sapphire substrate is used.
[0025]
Next, the electrode pad 6 is formed on the main surface of the light emitting element 22. The electrode pad 6 is formed by depositing a conductive layer such as a metal or a polycrystalline silicon layer on the main surface of the light emitting element 22 and patterning the conductive layer into a required shape by a photolithography technique. These electrode pads 6 are formed so as to be connected to the p electrode and the n electrode of the light emitting element 22, respectively.
[0026]
Next, when the light emitting element 22 is peeled from the growth substrate in a later step, a resin material that can be peeled off by ablation is applied to form the resin layer 5, and the light emitting element 22 is buried and planarized. In the present embodiment, polyimide (PI) suitable as such a resin material is used. At this time, the surface of the electrode pad 6 is exposed from the resin layer 5 in order to form an electrode for making contact between the electrode pad 6 and an external circuit.
[0027]
Next, in order to facilitate the contact between the external circuit and the electrode pad 6, the electrode 7 is formed as shown in FIG. The electrode 7 is formed by forming a conductive layer in the same manner as the electrode pad 6 described above and patterning it into a required electrode shape by photolithography. The electrode pad 6 and the electrode 7 may be made of a light transmissive material (such as ITO or ZnO).
[0028]
Next, as shown in FIG. 3, the adhesive layer 4 is formed thereon, and the electrode 7 is covered with the adhesive layer 4. Then, it adheres to the substrate 2 on which the transfer material layer 3 is formed. As the adhesive layer 4, a layer made of any one of a light transmissive ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, and a thermoplastic adhesive can be used. The transfer material layer 3 can be made of fluorine coating, silicone resin, water-soluble adhesive (for example, polyvinyl alcohol: PVA), polyimide, or the like.
[0029]
Next, a process of peeling the light emitting element 22 from the growth substrate 21 will be described. In order to peel the light emitting element 22 from the growth substrate 21, as shown in FIG. 4, the growth substrate 21 is irradiated with an energy beam from the side where the light emitting element 22 is not formed. Since the growth substrate 21 is made of light-transmitting quartz glass, the energy beam is hardly absorbed by the growth substrate 21 and is formed on the boundary surface between the light emitting element 22 and the resin layer 5 and the growth substrate 21. To reach. Here, for example, excimer laser light or YAG laser light can be used as the energy beam.
[0030]
When the energy beam reaches the boundary surface between the light emitting element 22 and the growth substrate 21, since the light emitting element 22 is composed of GaN, it is decomposed into metallic Ga and nitrogen at the interface with the growth substrate 21 made of sapphire. With the phenomenon of vaporization, film peeling occurs at the interface between the growth substrate 21 and the light emitting element 22.
[0031]
Further, when the energy beam reaches the boundary surface between the resin layer 5 and the growth substrate 21, the molecular bond chain of the resin layer 5 made of polyimide is cut by laser ablation, and the adhesive force with the growth substrate 21 is reduced. As a result, as shown in FIG. 4, the light emitting element 22 is transferred to the substrate 2 together with the resin layer 5.
[0032]
Here, on the surface where the light emitting element 22 and the resin layer 5 are separated from the growth substrate 21, a carbon-based product 23 is generated due to laser ablation of the resin layer 5. Therefore, as shown in FIG. 5, the carbon-based adult product 23 is removed by rubbing the peeling surface from the growth substrate 21 with, for example, a fibrous brush 24. At this time, the carbon-based adult product 23 is removed by rubbing the peeled surface of the light emitting element 22 from the growth substrate 21, and scratches are formed to form irregularities. For this, for example, a rubbing process of liquid crystal can be used.
[0033]
Next, SiO2 is formed on the peeled surface of the light-emitting element 22 on which irregularities due to scratch marks are formed. ₂ The concavo-convex shape 8 is formed by forming a light transmission film such as the above. At this time, the light transmission film formation may be formed in a shape along the unevenness caused by the scratch marks, or may be patterned again after the film formation so that the light dispersion is good. As described above, the semiconductor light emitting device 1 having the uneven shape 8 on the light extraction surface S as shown in FIG. 1 can be manufactured. By applying the present invention as described above, the total reflection of the light L generated from the semiconductor light emitting element 1 is suppressed without increasing the number of processes, and the light L is extracted at a wide angle with respect to the light extraction surface. It is possible to manufacture a semiconductor light emitting element that can be used. That is, according to the present invention, it is possible to realize a light-emitting element having a large viewing angle and good visibility without increasing the number of processes, that is, without increasing the cost.
[0034]
Note that a plurality of the semiconductor light emitting elements 1 of the present invention can be arranged to constitute an image display device or a lighting device. By aligning the elements for the three primary colors and arranging them in a scannable manner, it is possible to realize a high-quality image display device or illumination device with pixels that look larger than the actual size, a large viewing angle, and good visibility. it can. And since it is possible to configure a high-quality image display device or lighting device without increasing the number of expensive semiconductor light-emitting elements, the high-quality image display can be achieved without increasing the cost of the image display device or lighting device. It is possible to provide a device and a lighting device.
[0035]
[Second Embodiment]
In the second embodiment, a case where an uneven shape is formed on the separation surface of the light emitting element 22 using an energy beam will be described.
[0036]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor light emitting element 25 in which an uneven shape is formed on the light extraction surface using an energy beam. In addition, in the semiconductor light emitting element 25, about the part similar to the semiconductor light emitting element 1, the same code | symbol as FIG. 1 is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0037]
The semiconductor light emitting element 25 is bonded onto the substrate 2 by the adhesive layer 4 via the transfer material layer 3. Further, the semiconductor light emitting element 1 is embedded in the resin layer 5 in a direction substantially parallel to the substrate 2.
[0038]
In the semiconductor light emitting element 25, the light extraction surface S has a minute uneven shape 26 formed by using an energy beam, and the uneven shape 26 allows the light extraction surface S to be separated from the semiconductor light emitting element 25. Total reflection of the generated light L is suppressed. Further, the light L is randomly refracted and diffused by the minute concavo-convex shape 26 and extracted outside the device. That is, in the semiconductor light emitting element 25, the light extraction surface S has a minute uneven shape 26, so that the total reflection of the light L generated from the semiconductor light emitting element 25 is suppressed as compared with the case where the light extraction surface is flat. In addition, the light L can be extracted at a wide range of angles with respect to the light extraction surface. Thereby, the semiconductor light emitting element 25 which is originally a minute light emitting portion appears larger than the actual size, a semiconductor light emitting element having a wide viewing angle and good visibility is realized.
[0039]
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting element 25 will be described. In order to manufacture the semiconductor light emitting device 1, the transfer material layer 3 is formed by covering the light emitting device 22 on which the electrode 7 is formed with the adhesive layer 4, as shown in FIG. 7, in the same procedure as in the first embodiment. It adheres to the substrate 2 formed.
[0040]
Next, the light emitting element 22 is peeled from the growth substrate 21. In order to peel the light emitting element 22 from the growth substrate 21, as in the first embodiment, as shown in FIG. 8, the side of the growth substrate 21 where the light emitting element 22 is not formed is directed toward the growth substrate 21. For example, an excimer laser is irradiated as an energy beam. Since the growth substrate 21 is made of light-transmitting quartz glass, the energy beam is hardly absorbed by the growth substrate 21 and is formed on the boundary surface between the light emitting element 22 and the resin layer 5 and the growth substrate 21. To reach.
[0041]
When the energy beam reaches the boundary surface between the light emitting element 22 and the growth substrate 21, since the light emitting element 22 is composed of GaN, it is decomposed into metallic Ga and nitrogen at the interface with the growth substrate 21 made of sapphire. With the phenomenon of vaporization, film peeling occurs at the interface between the growth substrate 21 and the light emitting element 22.
[0042]
Further, when the energy beam reaches the boundary surface between the resin layer 5 and the growth substrate 21, the molecular bond chain of the resin layer 5 made of polyimide is cut by laser ablation, and the adhesive force with the growth substrate 21 is reduced. As a result, as shown in FIG. 8, the light emitting element 22 is transferred to the substrate 2 together with the resin layer 5.
[0043]
At this time, the excimer laser irradiation condition is changed to a condition equal to or higher than the threshold necessary for peeling of the light emitting element 22 only in the region that becomes the light extraction surface S on the back surface of the light emitting element 22, and the excimer laser is irradiated while scanning. To do. As a result, the light emitting element 22 is peeled off from the growth substrate 21, and processing marks, that is, irregularities are formed on the peeled surface of the light emitting element 22 by irradiation with an excimer laser having a threshold value required for peeling. That is, desired unevenness can be formed on the peeled surface of the light emitting element 22 by irradiating the excimer laser only on the back surface of the light emitting element 22 where the light extraction surface S is changed. At this time, the processing depth varies depending on the power of the excimer laser, and as the power is increased, the processing depth can be increased, that is, the height of the unevenness can be increased.
[0044]
Also in this case, the carbon-based product 23 is generated due to the laser ablation of the resin layer 5 on the peeling surface of the light emitting element 22 and the resin layer 5 from the growth substrate 21. Accordingly, the carbon-based adult product 23 is removed in the same manner as in the first embodiment, and then SiO2 is formed on the peeled surface of the light-emitting element 22 in which the processing trace is formed by the excimer laser. ₂ The concavo-convex shape 26 is formed by forming a light transmission film formation such as the above. As described above, the semiconductor light emitting element 25 having the uneven shape 26 on the light extraction surface S as shown in FIG. 6 can be manufactured.
[0045]
In the above, peeling of the light-emitting element 22 and formation of processing marks, that is, unevenness were performed at the same time. However, after the light-emitting element 22 is peeled from the growth substrate 21, the unevenness may be formed by irradiating the excimer laser again. good.
[0046]
[Third embodiment]
In the third embodiment, another semiconductor light emitting element to which the present invention is applied and a method for manufacturing an image display device in which the semiconductor light emitting elements are arranged will be described. First, the structure of a light emitting element of another semiconductor light emitting element to which the present invention is applied will be described. FIG. 9 shows a structure of a semiconductor light emitting element as an example of an element used in this embodiment mode. FIG. 9A is an element cross-sectional view, and FIG. 9B is a plan view. This light-emitting element is a GaN-based light-emitting diode, for example, an element that is crystal-grown on a sapphire substrate. In such a GaN-based light emitting diode, laser ablation occurs due to laser light passing through the substrate, and the film is peeled off at the interface between the sapphire substrate and the GaN-based growth layer as the GaN nitrogen vaporizes. It has the feature that the substrate and the element can be easily separated.
[0047]
First, with respect to the structure, a hexagonal pyramid-shaped GaN layer 32 selectively formed on an underlying growth layer 31 made of a GaN-based semiconductor layer is formed. An insulating film (not shown) is present on the underlying growth layer 31, and the hexagonal pyramid-shaped GaN layer 32 is formed by a MOCVD method or the like in the opening of the insulating film. The GaN layer 32 is a pyramidal growth layer covered with an S plane (1-101 plane) when the main surface of a sapphire substrate used during growth is a C plane, and is a region doped with silicon. is there. An InGaN layer 33, which is an active layer, is formed so as to cover the inclined S-plane of the GaN layer 32, and a magnesium-doped GaN layer 34 is formed outside thereof. This magnesium-doped GaN layer 34 functions as a cladding layer.
[0048]
In this light emitting diode, a p-electrode 35 and an n-electrode 36 are formed. The p-electrode 35 is formed by vapor-depositing a metal material such as Ni / Pt / Au / or Ni (Pd) / Pt / Au formed on the magnesium-doped GaN layer 34. The n-electrode 36 is formed by vapor-depositing a metal material such as Ti / Al / Pt / Au at the portion where the insulating film (not shown) is opened. In the present embodiment, the n electrode is formed on the back side of the base growth layer 31 while avoiding the light extraction surface, and the formation of the n electrode 36 is unnecessary on the surface of the base growth layer 31.
[0049]
A GaN-based light emitting diode with such a structure is an element that can emit blue light, and can be peeled off from a sapphire substrate relatively easily by laser ablation, and is selected by selectively irradiating laser light. Exfoliation is realized. In the light emitting diode of this embodiment, most of the generated light is extracted from the GaN layer 32 through the base growth layer 31 from the lower side. The GaN-based light emitting diode may have a structure in which an active layer is formed on a flat plate or in a strip shape, or may have a pyramid structure in which a C surface is formed at the upper end. Further, other nitride-based light emitting elements, compound semiconductor elements, and the like may be used.
[0050]
In this light emitting diode, the light extraction surface S has a minute uneven shape 37, and the uneven shape 8 suppresses total reflection of the light L generated from the light emitting diode by the light extraction surface S. Further, the light L is randomly refracted and diffused by the minute concavo-convex shape 37 and extracted outside the device. That is, in this light-emitting diode, the light extraction surface S has the minute uneven shape 37, so that the total reflection of the light L generated from the light-emitting diode is suppressed as compared with the case where the light extraction surface is flat, and the light The light L can be extracted at a wide range of angles with respect to the extraction surface. As a result, a light-emitting diode that is originally a minute light-emitting portion looks larger than the actual size, has a large viewing angle, and has good visibility.
[0051]
Next, a process of separating the light emitting element from the substrate on which the light emitting element is formed and coating with a resin layer will be described. As shown in FIG. 10, a plurality of light emitting diodes 42 are formed in a matrix on the main surface of the first substrate 41. The size of the light emitting diode 42 can be about 20 μm. The first substrate 41 is a substrate on which a crystal layer that forms the light emitting diode 42 is grown. The first substrate 41 is not particularly limited as long as it can form a crystal layer having an inclined crystal plane inclined with respect to the substrate, and various substrates can be used. The first substrate 41 used in the present embodiment is a light-transmitting sapphire substrate, and a material having a high transmittance with respect to the wavelength of the laser light applied to the light emitting diode 42 is used. The first substrate 41 has a C-plane as a main surface that is often used when growing a gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor material. The C plane includes a plane orientation inclined in the range of 5 to 6 degrees. The light emitting diode 42 is formed up to the p-electrode and the like, but the final wiring has not been made yet, and an inter-element separation groove 42g is formed, so that the individual light emitting diodes 42 can be separated. The groove 42g is formed by reactive ion etching, for example. Such a first substrate 41 faces the temporary holding member 43 to perform selective transfer.
[0052]
A release layer 44 and an adhesive layer 45 are formed in two layers on the surface of the temporary holding member 43 facing the first substrate 41. Here, as an example of the temporary holding member 43, a glass substrate, a quartz glass substrate, or the like can be used. As an example of the release layer 44 on the temporary holding member 43, a fluorine coat, a silicone resin, or a water-soluble adhesive is used. An agent (for example, polyvinyl alcohol: PVA), polyimide, or the like can be used. As an example, a quartz glass substrate is used as the temporary holding member 43, a polyimide film is formed to a thickness of about 1 μm to 3 μm as the release layer 44, and then a UV curable adhesive as the adhesive layer 45 is about 20 μm thick. Apply.
[0053]
The adhesive layer 45 of the temporary holding member 43 is adjusted so that the hardened region 45s and the uncured region 45y are mixed, and is aligned so that the light emitting diode 42 for selective transfer is located in the uncured region 45y. . Adjustment that the hardened region 45s and the uncured region 45y are mixed is performed by, for example, selectively exposing the UV curable adhesive to 200 μm pitch with an exposure machine at a pitch of 200 μm and transferring the light emitting diode 42 uncured. Other than the above, it may be cured. After such alignment, the light emitting diode 42 at the transfer target position is peeled off from the first substrate 41 using laser ablation. Since the GaN-based light emitting diode 42 decomposes into metallic Ga and nitrogen at the interface with sapphire, it can be peeled off relatively easily. As the laser light to be irradiated, excimer laser light, harmonic YAG laser light, or the like is used.
[0054]
By peeling using this laser ablation, the light emitting diode 42 for selective irradiation is separated at the interface between the GaN layer and the first substrate 41 and transferred to the adhesive layer 45 on the opposite side so as to pierce the p electrode. The other light emitting diodes 42 in the region not irradiated with the laser light are the regions 45s where the corresponding adhesive layer 45 is cured, and are transferred to the temporary holding member 43 side because the laser light is not irradiated. There is nothing. In FIG. 10, only one light emitting diode 42 is selectively irradiated with laser light, but it is assumed that the light emitting diode 42 is also irradiated with laser light in a region separated by n pitches. By such selective transfer, the light emitting diodes 42 are arranged on the temporary holding member 43 so as to be separated from those when arranged on the first substrate 41.
[0055]
At this time, the laser light irradiation condition is changed to a condition equal to or higher than the threshold necessary for peeling of the light emitting diode 42 only in the region that becomes the light extraction surface S on the back surface of the light emitting diode 42, and the excimer laser is irradiated while scanning. To do. As a result, the light emitting diode 42 is peeled off from the first substrate 41, and processing marks, that is, irregularities are formed.
[0056]
The light emitting diode 42 is held on the adhesive 45 of the temporary holding member 43, and the back surface of the light emitting diode 42 is on the n electrode side (cathode electrode side). The light emitting diode 42 has a resin (adhesive) on the back surface. If the electrode pad 46 is formed as shown in FIG. 11 by removing and washing so as not to be present, the electrode pad 46 is electrically connected to the back surface of the light emitting diode 42.
[0057]
As an example of cleaning the adhesive layer 45, the adhesive resin is etched with oxygen plasma and cleaned by UV ozone irradiation. Further, when the GaN-based light emitting diode is peeled from the first substrate 41 made of a sapphire substrate with laser light, Ga is deposited on the peeled surface, and therefore it is necessary to etch the Ga, This is done with dilute nitric acid. Thereafter, the electrode pad 46 is patterned. At this time, the electrode pad on the cathode side can be about 60 μm square. As the electrode pad 46, a transparent electrode (ITO, ZnO-based, etc.) or a material such as Al / Cu is used. In the case of a transparent electrode, even if the back surface of the light emitting diode is largely covered, light emission is not blocked, so that the patterning accuracy is rough, a large electrode can be formed, and the patterning process becomes easy. Then, a concavo-convex shape 37 for dispersing light is formed by forming a light transmission film on the concavo-convex portion except for the portion where the electrode pad is formed.
[0058]
Next, a process of transferring the light emitting diode 42 from the first temporary holding member 43 to the second temporary holding member 47 will be described. On the second temporary holding member 47 that is a transfer destination of the light emitting diode 42, the peeling layer 48, the light emitting diode 42 to be transferred, and the peeling layer 48 are formed. The release layer 48 can be formed using a light-transmitting resin such as a fluorine coat, a silicone resin, a water-soluble adhesive (for example, PVA), or polyimide. As the second temporary holding member 47, a glass substrate can be used as an example.
[0059]
The temporary holding member 43 is opposed to the temporary holding member 47 on which such a release layer 48 is formed, and the adhesive layer 45 is adhered to the release layer 48. In this state, in order to separate the temporary holding member 43 and the peeling layer 44, the temporary holding member 43 is irradiated with excimer laser light from the opposite side of the surface on which the peeling layer 44 is formed, as shown in FIG. To do. At this time, excimer laser light is irradiated to the temporary holding member 43 from the back surface of the surface on which the release layer 44 is formed. Since the temporary holding member 43 is a glass substrate, excimer laser light is hardly absorbed by the temporary holding member 43 and is irradiated in the vicinity of the interface between the release layer 44 and the temporary holding member 43, and laser ablation occurs. As a result, as shown in FIG. 13, the adhesive force between the peeling layer 44 and the temporary holding member 43 is reduced, and only the temporary holding member 43 includes the light emitting diode 42 and the peeling layer 44 is the uppermost layer. To be separated. Thereby, each light emitting diode 42 is transferred to the second temporary holding member 47 side.
[0060]
At this time, since the release layer 44 has a sufficient film thickness, it absorbs all the energy of the excimer laser light that has been transmitted through the temporary holding member 43. Therefore, the excimer laser beam does not reach the lower layer of the release layer 44, and the adhesive layer 45 or the release layer 48 is not altered.
[0061]
In FIG. 14, the light emitting diode 42 is transferred from the temporary holding member 43 to the second temporary holding member 47 to form the via hole 50 on the anode electrode (p electrode) side, and then the anode side electrode pad 49 is formed. The state which dicing the adhesive bond layer 45 which consists of resin is shown. As a result of this dicing, an element isolation groove 51 is formed, the light emitting diodes 42 are divided into elements, and the resin forming element 100 bonded to the temporary holding member 47 has a required shape. The element isolation groove 51 is composed of a plurality of parallel lines extending vertically and horizontally as a plane pattern in order to isolate the matrix light emitting diodes 42. The surface of the second temporary holding member 47 faces the bottom of the element isolation groove 51.
[0062]
The process of forming the anode side electrode pad 49 of the light emitting diode 42 and forming the element isolation groove 51 will be described in more detail. As an example of this process, the surface of the second temporary holding member 47 is etched with oxygen plasma until the surface of the light emitting diode 42 is exposed. First, the via hole 50 can be formed using excimer laser light, harmonic YAG laser light, or carbon dioxide laser light. At this time, the via hole has a diameter of about 3 to 7 μm, for example. The anode side electrode pad is formed of Ni / Pt / Au or the like. In the dicing process, dicing using a normal blade is performed, and when cutting with a narrow width of 20 μm or less is necessary, processing using a laser beam is performed. As the laser light, excimer laser light, harmonic YAG laser light, carbon dioxide laser light, or the like can be used. The cut width depends on the size of the light emitting diode 42 covered with the adhesive layer 45 made of resin in the pixel of the image display device. As an example, groove processing with a width of about 40 μm is performed with an excimer laser, and the resin forming element 100 has a required shape.
[0063]
Next, a process of forming the unevenness on the resin layer 48 at the same time that the resin forming element 100 having the light emitting diode 42 formed therein is peeled from the second temporary holding member 47 will be described. First, as shown in FIG. 15, the resin forming element 100 is separated from the second temporary holding substrate 47 and aligned with the suction hole 55 for transfer. The suction holes 55 are opened in a matrix at the pixel pitch of the image display device so that a large number of resin forming elements 100 can be sucked together. At this time, the opening diameter is, for example, about φ100 μm and a matrix having a pitch of 600 μm is opened, and about 300 pieces can be adsorbed together. As the member of the suction hole 55 at this time, for example, a member made by Ni electroforming or a member obtained by drilling a metal plate 52 such as SUS by etching is used.
[0064]
Next, as shown in FIG. 16, the energy beam is irradiated toward the vicinity of the interface between the resin forming element 100 aligned with the suction hole 55 and the second temporary holding member 47. The energy beam is applied to the second temporary holding member 47 from the side opposite to the surface where the resin forming element 100 is bonded. At this time, since the second temporary holding member 47 is a light-transmitting glass substrate, the energy beam is hardly absorbed by the second temporary holding member 47, and the resin forming element 100 and the holding member 47. The release layer 48 near the interface is irradiated. The peel strength of the release layer 48 irradiated with the energy beam is reduced due to laser ablation.
[0065]
In the present embodiment, the edge of the suction hole 55 and the resin forming element 100 are closely attached so as to seal the suction hole 55, but the resin forming element 100 is slightly spaced from the edge of the suction hole 55. The suction chamber may be held in a vacuum, the suction chamber may be controlled to a negative pressure, and the adhesive force between the resin forming element 100 and the temporary holding member 47 may be reduced, and the resin forming element 100 may be sucked into the suction hole 55.
[0066]
In a state where the adhesive force between the resin forming element 100 and the holding member 47 is reduced, the light-emitting diode 42 can be sucked by controlling the suction chamber 54 connected to the suction hole 55 to a negative pressure. Next, the light emitting diode 42 is peeled off from the second temporary holding member 47 using mechanical means. FIG. 17 is a view showing a state where the light-emitting diodes 42 arranged on the second temporary holding member 47 are picked up by the suction device 53. The light-emitting diode 42 is covered with an adhesive layer 45 made of resin at this stage, and the surface to be in close contact with the suction hole 55 is substantially flattened so that selective suction by the suction device 53 can be easily advanced. it can.
[0067]
FIG. 18 is a view showing a state where the resin forming element 100 is transferred to the second substrate 60 which is a device substrate constituting the image display device. A material having optical transparency such as a glass substrate is used for the second substrate. When the resin forming element 100 is mounted on the second substrate 60, the adhesive layer 56 is applied in advance to the second substrate 60, the region of the adhesive layer 56 on which the light emitting diode 42 is mounted is cured, and the light emitting diode 42 is mounted. The second substrate 60 is fixed and arranged. At the time of mounting, the suction chuck 54 of the suction device 53 is in a high positive pressure state, that is, a pressure that causes a force to move the resin forming element 100 away from the suction hole 55, and the suction device 53 and the light emitting diode 42. The combined state due to adsorption is released. Here, the adhesive layer 56 is composed of a thermosetting adhesive, a thermoplastic adhesive, or the like. The position where the light emitting diode 42 is disposed is farther than the arrangement on the temporary holding members 43 and 47. At that time, energy for curing the resin of the adhesive layer 56 (laser light 73) is supplied from the back surface of the second substrate 60.
[0068]
Laser light 73 is irradiated from the back surface of the second substrate 60, and only the adhesive layer 56 corresponding to the resin-formed chip (light emitting diode 42 and adhesive layer 45) to be transferred is heated. Thereby, when the adhesive layer 56 is a thermoplastic adhesive, the adhesive layer 56 of the part is softened, and then the resin-formed chip is fixed onto the second substrate 60 by cooling and curing. Similarly, when the adhesive layer 56 is a thermosetting adhesive, only the adhesive layer 56 irradiated with the laser beam 73 is cured, and the resin forming element 100 is fixed on the second substrate 60. .
[0069]
In addition, an electrode layer 57 that also functions as a shadow mask is disposed on the second substrate 60, and this electrode layer 57 is heated by irradiating a laser beam 73, so that the adhesive layer 56 is indirectly heated. May be. In particular, if the black chrome layer 58 is formed on the surface of the electrode layer 57 on the screen side, that is, the surface on which the person viewing the image display device is present, the contrast of the image can be improved and the black chrome layer 58 can be improved. The energy absorption rate can be increased, and the adhesive layer 56 can be efficiently heated by the selectively irradiated laser beam 73.
[0070]
FIG. 19 is a diagram showing a state in which resin forming elements each including RGB light emitting diodes 42, 61, 62 are arranged on the second substrate 60 and an insulating layer 59 is applied. The suction device 53 used in FIGS. 15 to 18 is used as it is, and by simply shifting the mounting position on the second substrate 60 to the position of the color, pixels of three colors are formed with the pixel pitch being constant. it can. As the insulating layer 59, a transparent epoxy adhesive, a UV curable adhesive, polyimide, or the like can be used. The light emitting diodes 42, 61 and 62 do not necessarily have the same shape. In FIG. 19, the red light emitting diode 61 has a structure not having a hexagonal pyramid GaN layer, and its shape is different from those of the other light emitting diodes 42 and 62. At this stage, each light emitting diode has already been formed as a resin forming element. It is covered with an adhesive layer 45 made of resin, and the same handling is realized regardless of the difference in element structure.
[0071]
FIG. 20 is a diagram showing a wiring formation process. Openings 65, 66, 67, 68, 69 and 70 are formed in the insulating layer 59, and the anode and cathode electrode pads of the light emitting diodes 42, 61 and 62 and the wiring electrode layer 57 of the second substrate 60 are connected. It is the figure which formed wiring 63, 64, 71. FIG. The opening formed at this time, that is, the via hole, increases the area of the electrode pads 46, 49 of the light emitting diodes 42, 61, 62, so the via hole shape is large, and the positional accuracy of the via hole is also the via hole directly formed in each light emitting diode. It can be formed with coarser accuracy. At this time, a via hole having a diameter of about 20 μm can be formed for the electrode pads 46 and 49 of about 60 μm square. The depth of the via hole can be controlled by the number of pulses of the laser so that the optimum depth is opened because there are three types of depths: those connected to the wiring board, those connected to the anode electrode, and those connected to the cathode electrode. . Thereafter, a protective layer is formed on the wiring, and the panel of the pixel display device is completed. At this time, the insulating layer 59 and a similar material such as a transparent epoxy adhesive can be used for the protective layer. This protective layer is heat-cured and completely covers the wiring. Thereafter, the driver IC is connected from the wiring at the end of the panel to manufacture the drive panel.
[0072]
Through the above steps, an image display device with high light extraction efficiency and a large viewing angle due to the effect of light scattering is completed.
[0073]
【The invention's effect】
The semiconductor light-emitting device according to the present invention is a semiconductor light-emitting device that emits light in response to a signal, and has a concavo-convex shape on a main surface serving as a light extraction surface.
[0074]
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a concavo-convex shape on a main surface serving as a light extraction surface, wherein the semiconductor light emitting device is formed on a growth substrate, The semiconductor light emitting device is separated from the growth substrate, and a concavo-convex shape is formed on the main surface serving as a light extraction surface of the semiconductor light emitting device.
[0075]
According to the present invention as described above, total reflection of light generated from the semiconductor light emitting element can be suppressed by the light extraction surface, and further, light can be randomly refracted and diffused and extracted outside the element. As a result, a light-emitting element having a large viewing angle and good visibility can be realized.
[0076]
The image display apparatus according to the present invention is a semiconductor light emitting element that emits light in response to a signal, and is formed by arranging a plurality of semiconductor light emitting elements having a concavo-convex shape on a main surface serving as a light extraction surface.
[0077]
According to another aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method of an image display device, wherein the semiconductor light emitting device is formed on a growth substrate, and the semiconductor light emitting device is formed on the growth substrate. And a concave-convex shape is formed on the main surface serving as a light extraction surface of the semiconductor light-emitting element, and a plurality of the semiconductor light-emitting elements are arranged on the substrate.
[0078]
According to the present invention as described above, a high-quality image display device or illumination device can be obtained without increasing the number of expensive semiconductor light-emitting elements mounted by arranging the above-described semiconductor light-emitting elements to be scannable. Therefore, a high-quality image display device with high light extraction efficiency and good visibility can be provided at low cost.
[0079]
The illumination device according to the present invention is a semiconductor light-emitting element that emits light in response to a signal, and is formed by arranging a plurality of semiconductor light-emitting elements having a concavo-convex shape on a main surface serving as a light extraction surface.
[0080]
According to another aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method of an illumination device, wherein the semiconductor light emitting device is formed on a growth substrate and the semiconductor light emitting device is separated from the growth substrate. At the same time, a concavo-convex shape is formed on the main surface serving as a light extraction surface of the semiconductor light emitting element, and a plurality of the semiconductor light emitting elements are arranged on the substrate.
[0081]
According to the present invention as described above, a high-quality image display device or illumination device can be obtained without increasing the number of expensive semiconductor light-emitting elements mounted by arranging the above-described semiconductor light-emitting elements to be scannable. Since it can be configured, a high-quality lighting device with high light extraction efficiency and high visibility can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of a semiconductor light emitting element to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process of forming an electrode in the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of bonding the light emitting element to the substrate in the manufacturing process of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where the light emitting element is peeled from the growth substrate in the manufacturing process of the semiconductor light emitting element according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where unevenness is formed on the light extraction surface by removing carbon-based adult products in the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the semiconductor light emitting device to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of bonding a light emitting element to a substrate in the manufacturing process of the semiconductor light emitting element according to the second embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where the light emitting element is peeled from the growth substrate in the manufacturing process of the semiconductor light emitting element according to the second embodiment.
9A and 9B are diagrams showing a structure of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment, wherein FIG. 9A is a structural cross-sectional view, and FIG. 9B is a structural plan view.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a process of transferring a semiconductor light emitting element to a temporary holding member in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a process of forming an n-electrode of a semiconductor light emitting element in the manufacturing process of the image display device according to the third embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a process of irradiating an excimer laser in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a process of peeling the temporary holding member in the manufacturing process of the image display device according to the third embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a process of forming a resin forming element in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a process of aligning the suction hole and the resin forming element in the manufacturing process of the image display device according to the third embodiment.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a process of irradiating an energy beam in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a process of peeling a resin forming element in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a process of fixing a resin forming element to an apparatus substrate in a manufacturing process of an image display apparatus according to a third embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a process of arranging resin forming elements on the apparatus substrate in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a process of forming a wiring in the manufacturing process of the image display apparatus according to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor light emitting device
2 Substrate
3 Transfer material layer
4 Adhesive layer
5 Resin layer
6 Electrode pads
7 electrodes
8 Uneven shape

Claims

An underlying growth layer;
A first semiconductor layer provided on the underlying growth layer;
An active layer formed on the first semiconductor layer;
A semiconductor light emitting device having a second semiconductor layer formed on the active layer,
Concave and convex shapes are formed on the back surface of the underlying growth layer that becomes the light extraction surface,
The semiconductor light emitting device has a hexagonal pyramid shape.
The semiconductor light emitting device characterized and this.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the maximum height of the uneven shape is smaller than the thickness of the semiconductor light emitting device.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a light transmission film is formed on the irregular shape.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is made of a nitride semiconductor material.

5. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the nitride semiconductor material is a GaN-based material.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an n-electrode is formed on the back side of the base growth layer.

The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a p-type electrode is formed on the second semiconductor layer.

Forming a semiconductor light emitting element having a base growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on a substrate;
After embedding in resin, the semiconductor light emitting device is separated from the substrate,
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein an uneven shape is formed on a back surface of the base growth layer serving as a light extraction surface.

9. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 8 , wherein the maximum height of the uneven shape is smaller than the thickness of the semiconductor light-emitting element.

9. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 8 , wherein the uneven shape is formed by irradiating an energy beam from the back side of the substrate.

9. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 8 , wherein the uneven shape is formed by rubbing a main surface serving as the light extraction surface.

The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the forming the under growth layer backside irregularities of the light extraction surface of the semiconductor light emitting element of the above semiconductor light emitting element after separation from the substrate.

9. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 8, wherein the semiconductor light-emitting element is separated from the substrate, and at the same time, a concavo-convex shape is formed on the back surface of the base growth layer that becomes a light extraction surface of the semiconductor light-emitting element.

9. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 8 , wherein the method is made of a nitride semiconductor material.

The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1 4 mounting the nitride semiconductor material which is a GaN-based material.

9. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8 , wherein the semiconductor light emitting device has a flat structure.

9. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 8, wherein the semiconductor light emitting element is separated from the substrate by irradiating the semiconductor light emitting element with an energy beam.

A plurality of semiconductor light emitting elements that emit light in response to a signal are arranged,
The semiconductor light emitting element is
An underlying growth layer;
A first semiconductor layer provided on the underlying growth layer;
An active layer formed on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer formed on the active layer,
Concave and convex shapes are formed on the back surface of the underlying growth layer that becomes the light extraction surface,
An image display device having a hexagonal pyramid shape.

Forming a semiconductor light emitting element having a base growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on a first substrate;
After embedding in resin, the semiconductor light emitting device is separated from the substrate,
Form an uneven shape on the back surface of the base growth layer to be a light extraction surface,
A method of manufacturing an image display device, comprising: arranging a plurality of the semiconductor light emitting elements on a second substrate.

A plurality of semiconductor light emitting elements that emit light in response to a signal are arranged,
The semiconductor light emitting element is
An underlying growth layer;
A first semiconductor layer provided on the underlying growth layer;
An active layer formed on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer formed on the active layer,
Concave and convex shapes are formed on the back surface of the underlying growth layer that becomes the light extraction surface,
A lighting device characterized by a hexagonal pyramid shape.

Forming a semiconductor light emitting element having a base growth layer, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on a first substrate;
After embedding in resin, the semiconductor light emitting device is separated from the substrate,
Form an uneven shape on the back surface of the base growth layer to be a light extraction surface,
A method for manufacturing a lighting device, comprising: arranging a plurality of the semiconductor light emitting elements on a second substrate.