JP6040007B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
発光の高出力化等を図るため、半導体発光素子の直列接続構造を有する発光装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
本発明の一目的は、直列接続された半導体発光素子を有する新規な発光装置及びその製造方法を提供することである。
本発明の一観点によれば、
支持基板と、
前記支持基板上に、並んで配置された第１発光素子及び第２発光素子と、
前記支持基板と前記第１及び第２発光素子との間に形成され、前記第１発光素子の形成領域から前記第２発光素子の形成領域に延在する第１支持基板側電極層と、
前記支持基板と前記第２発光素子との間に形成され、前記第１支持基板側電極層に隣接して、前記第２発光素子の形成領域に形成された第２支持基板側電極層と
を有し、
前記第１発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成され第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された第１活性層と、
前記第１活性層上に形成され前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成された第２電極層と
を有し、 前記第２発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第３電極層と、
前記第２支持基板側電極層上に形成された第４電極層と、
前記第４電極層上に形成され前記第１導電型を有する第３半導体層と、
前記第３半導体層上に形成された第２活性層と、
前記第２活性層上に形成され前記第２導電型を有する第４半導体層と、
前記第４半導体層側から形成されて前記第２活性層、前記第３半導体層を貫通し、底面が前記第３電極層に達する凹部と、
前記第４半導体層上に形成されるとともに、前記凹部側面の前記第４半導体層、前記第２活性層、及び前記第３半導体層上に延在して前記第３電極層に接続する第５電極層と、
前記第３電極層と前記第４電極層との間に配置され、前記第３半導体層側から形成されて前記第２活性層を貫通し前記第４半導体層の途中で止まる溝と
を有する発光装置
が提供される。
支持基板と、
前記支持基板上に、並んで配置された第１発光素子及び第２発光素子と、
前記支持基板と前記第１及び第２発光素子との間に形成され、前記第１発光素子の形成領域から前記第２発光素子の形成領域に延在する第１支持基板側電極層と、
前記支持基板と前記第２発光素子との間に形成され、前記第１支持基板側電極層に隣接して、前記第２発光素子の形成領域に形成された第２支持基板側電極層と
を有し、
前記第１発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成され第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された第１活性層と、
前記第１活性層上に形成され前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成された第２電極層と
を有し、 前記第２発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第３電極層と、
前記第２支持基板側電極層上に形成された第４電極層と、
前記第４電極層上に形成され前記第１導電型を有する第３半導体層と、
前記第３半導体層上に形成された第２活性層と、
前記第２活性層上に形成され前記第２導電型を有する第４半導体層と、
前記第４半導体層側から形成されて前記第２活性層、前記第３半導体層を貫通し、底面が前記第３電極層に達する凹部と、
前記第４半導体層上に形成されるとともに、前記凹部側面の前記第４半導体層、前記第２活性層、及び前記第３半導体層上に延在して前記第３電極層に接続する第５電極層と、
前記第３電極層と前記第４電極層との間に配置され、前記第３半導体層側から形成されて前記第２活性層を貫通し前記第４半導体層の途中で止まる溝と
を有する発光装置
が提供される。
第１発光素子の第１導電型半導体層（第１半導体層）側電極である第１電極層と、第２発光素子の第２導電型半導体層（第４半導体層）側電極である第５電極層とが、第３電極層及び第１支持基板側電極層を介して電気的に接続される。
第３電極層と、第２発光素子の第１導電型半導体層（第３半導体層）側電極である第４電極層との間に配置された溝により、第４電極層上の第３半導体層、第２活性層、及び第４半導体層の積層構造で形成される発光領域を、第３電極層から電気的に分離できる。
第５電極層は、第４半導体層上から凹部側面上に延在して前記第３電極層に接続する。第５電極層が凹部側面上の第３半導体層、第２活性層、及び第４半導体層に接触していても、溝による電気的分離により、発光領域における短絡を抑制することができる。
本発明の実施例による発光装置の製造方法について説明する。図１Ａｐ〜図１Ｍｐは、実施例による発光装置の製造方法の主要工程を示す概略平面図であり、図１Ａｓ〜図１Ｍｓは、それぞれ、図１Ａｐ〜図１Ｍｐの一点鎖線に沿った概略断面図である。
図１Ａｐ及び図１Ａｓを参照する。成長基板１上に、発光を生じるデバイス構造層５を形成する。例えば、成長基板１はサファイアが用いられ、デバイス構造層５は窒化物系半導体層の積層で形成される。半導体層の成長方法として、例えば有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）が用いられる。
具体的には、例えば、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入後、サーマルクリーニングを行い、ＧａＮバッファ層及びアンドープのＧａＮ層を成長させた後に、Ｓｉ等をドープした膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２を成長させる。なお、断面図において、ＧａＮバッファ層及びアンドープＧａＮ層を、ｎ型ＧａＮ層２とまとめて示す。
さらに、ｎ型ＧａＮ層２上に、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸発光層（活性層）３を成長させ、活性層３上に、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層４を成長させる。ｎ型ＧａＮ層２、活性層３、及びｐ型ＧａＮ層４を含んで、ＧａＮ系デバイス構造層５が形成される。
成長基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後でレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ等を用いることもできる。
次に、ｐ型ＧａＮ層４上に、例えば、電子ビーム蒸着及びリフトオフを用いて、Ｎｉ層及びＡｇ層の積層された膜厚２００ｎｍの金属膜により、所定形状のｐ側電極層６を形成する。Ａｇ層は、Ｎｉ層の上面及び側面を覆うように形成される。ｐ側電極層６は、反射電極層としても機能させる。反射電極材料として、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ及びこれらの合金を用いることができる。
成長基板１上に、複数個の半導体発光素子を同時形成する。後述するように、紙面横方向に並んで配置された発光素子を直列接続して発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを形成する。代表的に、発光素子２つ分の領域を図示している。本実施例のｐ側電極層６は、隣接する発光素子に対向する２つの角部が切り欠かれた矩形形状で形成されている。
図１Ｂｐ及び図１Ｂｓを参照する。ｐ型ＧａＮ層４上の、ｐ側電極層６の切り欠かれた部分に、例えば、スパッタリング及びリフトオフを用いて、ｐ側電極層６と等しい厚さ（例えば２００ｎｍ）のＡｕ層により、高さ合わせ層７を形成する。本実施例の高さ合わせ層７は、導電材料で形成されており、ｐ側電極層６との高さ合わせ層として機能させるとともに、電極層としても機能させる。
図１Ｃｐ及び図１Ｃｓを参照する。ｐ側電極層６及び高さ合わせ層７上に、例えば、スパッタリング及びリフトオフを用い、膜厚２００ｎｍのＡｕ層により、それぞれ素子ｐ側接着層８及び素子ｎ側接着層９を形成する。素子ｐ側接着層８及び素子ｎ側接着層９は、後述の支持基板２１との接着層として機能させるとともに、電極層としても機能させる。
なお、ｐ側電極層６及び高さ合わせ層７上に、拡散防止層を形成してから素子側接着層８及び９を形成するようにしても良い。拡散防止層は、ｐ側電極層６を形成する材料の拡散を防止するためのものであり、例えば、スパッタリングにより、膜厚３００ｎｍのＴｉＷ層で形成する。拡散防止層として、例えばｐ側電極層６にＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金を用いることができる。
なお、素子ｐ側接着層（例えばＡｕ層）８単層でも、一定の拡散防止効果はある。拡散防止のために、拡散防止層及び素子ｐ側接着層８は、ｐ側電極層６の上面及び側面を覆うように形成されることが好ましい。
図１Ｄｐ及び図１Ｄｓを参照する。素子ｐ側接着層８及び素子ｎ側接着層９を覆ってｐ型ＧａＮ層４上に、レジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１は、素子ｐ側接着層８及び素子ｎ側接着層９との間に配置されるＬ字状の開口ＯＰ１を有する。開口ＯＰ１を挟んで、各発光素子は、素子ｐ側接着層８の形成領域と、素子ｎ側接着層９の形成領域とに分離される。
図１Ｅｐ及び図１Ｅｓを参照する。レジストパターンＲＰ１をマスクとしたエッチングにより、開口ＯＰ１内のデバイス構造層５を、ｐ型ＧａＮ層４側から、活性層３に達する深さまで（例えば、活性層３を貫通しｎ型ＧａＮ層２の途中まで達する深さまで）エッチングして、溝１０を形成する。例えば、Ｃｌ２及びＡｒをエッチングガスとしたドライエッチングが用いられる。その後、レジストパターンＲＰ１を除去する。
例えば、膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２、膜厚５０ｎｍ程度の活性層３、及び、膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層４を含むデバイス構造層５に対し、ｐ型ＧａＮ層４側から深さ１μｍ程度のエッチングを行う。溝１０の幅は、例えば３μｍ程度である。溝１０により、各素子のデバイス構造層５を、素子ｐ側接着層８側部分と素子ｎ側接着層９側部分とで電気的に分離することができる。
図１Ｆｐ及び図１Ｆｓを参照する。個々の素子へ分割するためのマスクとして、各発光素子を覆う形状のレジストパターンＲＰ２を形成する。
図１Ｇｐ及び図１Ｇｓを参照する。レジストパターンＲＰ２をマスクとしたエッチングにより、素子間でデバイス構造層５を成長基板１が露出するまでエッチングして、発光素子１１ａ、発光素子１１ｂ等を分離する。また同時に、成長基板１に対して上方ほどデバイス構造層５の寸法が小さくなるテーパ形状の側面が形成される。例えば、Ｃｌ２及びＡｒをエッチングガスとしたドライエッチングが用いられる。その後、レジストパターンＲＰ２を除去する。このとき、それぞれの溝１０は、その両端が素子の外周部まで達している一つなぎの形状となる。
図１Ｈｐ及び図１Ｈｓを参照する。支持基板２１上に、支持基板側接着層２３、２４、及び２５を形成する。支持基板２１として、例えばシリコン基板が用いられる。シリコン基板２１上に、まず、熱酸化により酸化シリコン絶縁膜２２を形成する。絶縁膜２２の膜厚は、絶縁性を確保する目的を達成できる厚さであればよい。
次に、絶縁膜２２上に、例えば、抵抗加熱蒸着及びリフトオフを用い、絶縁膜２２側からＴｉ層（膜厚１５０ｎｍ）、Ｎｉ層（膜厚５０ｎｍ）、Ａｕ層（膜厚１００ｎｍ）、Ｐｔ層（膜厚２００ｎｍ）及びＡｕＳｎ（膜厚１０００ｎｍ、Ｓｎ：２０ｗｔ％）が積層された金属膜により、所定形状の支持基板側接着層２３、２４、及び２５を形成する。
支持基板２１は、後の工程で、成長基板１上に形成された発光素子１１ａ及び１１ｂと重ね合わされる。支持基板側接着層２３〜２５は、発光素子１１ａ、１１ｂとの接着層として機能させるとともに、電極層としても機能させる。図１Ｈｐに、重ね合わされた状態での発光素子１１ａ及び１１ｂの輪郭を示す。
支持基板側接着層２３は、発光素子１１ａに形成された素子ｎ側接着層９と対向する位置に形成される。支持基板側接着層２４は、発光素子１１ａの形成領域から発光素子１１ｂの形成領域に延在するように形成される。より具体的には、支持基板側接着層２４は、発光素子１１ａの素子ｐ側接着層８と対向する位置に形成された主部２４ａと、主部２４ａから発光素子１１ｂの形成領域側に延びた副部２４ｂを有し、副部２４ｂの端部が、発光素子１１ｂに形成された素子ｎ側接着層９と対向する位置に配置されている。支持基板側接着層２５は、発光素子１１ｂの素子ｐ側接着層８と対向する位置に形成される。
支持基板２１は、熱膨張係数が、成長基板１として用いられているサファイア（７．５×１０−６／Ｋ）や、デバイス構造層５を形成しているＧａＮ（５．６×１０−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料が好ましい。例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。
素子側接着層８及び９の材料、及び、支持基板側接着層２３〜２５の材料として、融着接合が可能な、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いることができる。
図１Ｉｐ及び図１Ｉｓを参照する。素子側接着層８及び９と、支持基板側接着層２３〜２５とを位置合わせして、成長基板１と支持基板２１とを対向させ、例えば、圧力３ＭＰａで加圧した状態で３００℃に加熱し１０分間保持した後、室温まで冷却することにより、素子側接着層８及び９と、支持基板側接着層２３〜２５とを融着接合させる。この融着接合により融着層が形成される。
融着工程以後の概略平面図に、素子ｐ側接着層８、素子ｎ側接着層９、及び、発光素子１１ａの素子ｐ側接着層８と発光素子１１ｂの素子ｎ側接着層９との間に配置された部分の支持基板側接着層２４の輪郭を示す。
図１Ｊｐ及び図１Ｊｓを参照する。例えばＵＶエキシマレーザの光をサファイア基板１の裏面側から照射し、バッファ層を加熱分解することで、レーザーリフトオフによる成長基板１の剥離を行う。なお、成長基板１の剥離あるいは除去は、エッチング等の別の手法を用いてもよい。
レーザーリフトオフにより発生したＧａを熱水などで除去し、その後塩酸で表面処理する。これにより、ｎ型ＧａＮ層２が露出する。なお、表面処理に用いる薬剤は、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などの薬剤を用いることができる。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、研磨などで行ってもよい。
さらに、ｎ型ＧａＮ層２の表面の、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチング装置を用いたＣｌ、Ａｒ処理により、または、ＣＭＰ研磨装置を用いた平滑化処理により、レーザー痕やレーザーダメージ層を除去する。なお、光取り出し効率を向上させるため、露出したｎ型ＧａＮ層２の表面に、凹凸加工を施す（光取り出し構造を形成する）ようにしても良い。
図１Ｋｐ及び図１Ｋｓを参照する。発光素子１１ａ、１１ｂを覆って支持基板２１上に、レジストパターンＲＰ３を形成する。レジストパターンＲＰ３は、素子ｎ側接着層９上方に配置された開口ＯＰ２を有する。
図１Ｌｐ及び図１Ｌｓを参照する。レジストパターンＲＰ３をマスクとしたエッチングにより、開口ＯＰ２内のデバイス構造層５を、ｎ型ＧａＮ層２側から、高さ合わせ層７が露出するまでエッチングして、支持基板２１に対して上方ほど開口が広がるテーパ形状を有する穴状の凹部１２を形成する。例えば、Ｃｌ２及びＡｒをエッチングガスとしたドライエッチングが用いられる。その後、レジストパターンＲＰ３を除去する。
図１Ｍｐ及び図１Ｍｓを参照する。ｎ型ＧａＮ層２上に、例えば、電子ビーム蒸着及びリフトオフを用い、ｎ型ＧａＮ層２側からＴｉ層（膜厚１ｎｍ）、Ａｌ層（膜厚２００ｎｍ）、Ｔｉ層（膜厚１００ｎｍ）、及びＡｕ層（膜厚２０００ｎｍ）が積層された金属膜により、所定形状のｎ側電極層１３を形成する。
各発光素子のｎ側電極層１３は、直列接続させる素子が並ぶ長辺方向に延在する部分１３ａと、直列接続させる素子が並ぶ方向と直交する短辺方向に延在して部分１３ａ間を繋ぐ部分１３ｂとを含む梯子状に形成されている。ｎ側電極部分１３ａ、１３ｂの幅は、例えば１０μｍ程度である。
ｐ側電極層６と、対向するｎ側電極層１３との間に所定電圧を印加することにより、ｐ側電極層６及びｎ側電極層１３に挟まれたデバイス構造層５から発光が得られる。ｐ側電極層６は、反射電極層として機能し、素子上方（ｎ側電極層１３側）へ、光を反射させる。
ｎ側電極層１３は、また、ｎ側電極部分１３ａの端部から、凹部１２の側面上に延在し底部で高さ合わせ層７に接続するｎ側電極部分１３ｃを有する。ｎ側電極部分１３ｃが凹部１２の全周の側面に亘って形成されるように、凹部１２上に形成された部分で、ｎ側電極層１３は、凹部１２を内包する寸法に形成されていることが好ましい。凹部１２の側面が、上方ほど開口が広がるテーパ形状に形成されていることにより、凹部１２の側面上への成膜が容易になり、ｎ側電極部分１３ｃの断線が抑制される。
なお、光吸収抑制の観点から、ｎ型ＧａＮ層２上に配置されるｎ側電極部分１３ａ、１３ｂの幅は、広すぎない方がよく、例えば、凹部１２の幅以下とする。凹部１２上の部分（ｎ側電極部分１３ａの端部）を、凹部１２を内包する寸法に形成することにより、ｎ型ＧａＮ層２上の配線幅を狭くしても、ｎ側電極部分１３ｃが凹部１２の全周の側面に亘って形成されるようにできる。
デバイス構造層５は、素子ｐ側接着層８の形成領域部分（ｐ側電極層６の形成領域部分）と、素子ｎ側接着層９の形成領域部分とが、溝１０により電気的に分離されている。素子の大部分を占める素子ｐ側接着層８の形成領域側が、発光領域として利用される。素子の角部に配置された素子ｎ側接着層９の形成領域内に、凹部１２が配置されている。
凹部１２の側面上で、ｎ側電極部分１３ｃは、ｎ型ＧａＮ層２、活性層３、及びｐ型ＧａＮ層４にまたがる。しかし、凹部１２の形成領域は、発光領域とは電気的に分離されているので、凹部１２の側面上に形成されたｎ側電極部分１３ｃに起因するｐｎ接合の短絡は問題とならない。なお、従って、ｎ側電極部分１３ｃの形成前に、凹部１２の側面上に絶縁保護膜を形成しておく必要はない。
凹部１２を形成するエッチングにより、導電材料で形成された高さ合わせ層７が露出する。なお、このエッチングに伴い、高さ合わせ層７の表面もある程度エッチングされる。高さ合わせ層７のエッチングに起因して、導電材料が凹部１２の側面に付着する可能性があるが、上述のように、凹部１２の側面におけるｐｎ接合短絡は問題とならない。
発光素子１１ｂのｎ側電極層１３は、凹部１２を通って、高さ合わせ層７に接続されている。高さ合わせ層７は、素子ｎ側接着層９を介して支持基板側接着層２４に接続されている。支持基板側接着層２４は、発光素子１１ａの素子ｐ側接着層８を介してｐ側電極層６に接続されている。このようにして、発光素子１１ｂのｎ側電極１３と、発光素子１１ａのｐ側電極層６とが電気的に接続された直列接続構造が得られる。
なお、素子ｐ側接着層８とｐ側電極層６とをまとめて１つの電極層と捉えることもできる。また、素子ｎ側接着層９と（導電材料で形成された）高さ合わせ層７とをまとめて１つの電極層と捉えることもできる。
発光素子１１ａのｎ側電極層１３は、凹部１２を通って高さ合わせ層７に接続され、高さ合わせ層７は、素子ｎ側接着層９を介して支持基板側接着層２３に接続されている。発光素子１１ｂと発光素子１１ａとの接続構造と同様にして、支持基板側接着層２３を介し、発光素子１１ａを、さらに紙面左方に形成された発光素子と直列接続することができる。あるいは、発光素子１１ａがＬＥＤアレイの左端に配置されている場合は、支持基板側接着層２３を介して、ｎ側電極が外部に取り出される。
発光素子１１ｂのｐ側電極層６は、素子ｐ側接着層８を介して支持基板側接着層２５に接続されている。発光素子１１ａと発光素子１１ｂとの接続構造と同様にして、支持基板側接着層２５を介し、発光素子１１ｂを、さらに紙面右方に形成された発光素子と直列接続することができる。あるいは、発光素子１１ｂがＬＥＤアレイの右端に配置されている場合は、支持基板側接着層２５を介して、ｐ側電極が外部に取り出される。
このようにして、複数個の発光素子が直列接続されたＬＥＤアレイが形成される。その後、支持基板２１をレーザースクライブまたはダイシングにより分割して、個々のＬＥＤアレイに分割する。なお、青色ＧａＮの発光素子を白色化するには発光素子を封止充填する樹脂に蛍光体（例えば黄色発光）を入れる。
上記実施例の発光素子において、溝１０を省略した構造を比較例とする。比較例の発光素子では、凹部１２の形成領域が、発光領域と電気的に分離されない。従って、ｎ側電極層１３を形成する前に、凹部１２の側面上に、ｐｎ接合短絡を防止する絶縁保護膜を形成しておく必要がある。比較例では、このような絶縁保護膜が必要となり、凹部１２は、側面に絶縁保護膜とｎ側電極部分１３ｃとの積層膜が形成できる程度に広く形成される。
凹部１２は、デバイス構造層５が除去され発光領域として使えない領域となるので、できるだけ狭く形成することが好ましい。実施例の発光素子は、発光領域と凹部１２の形成領域とを溝１０で電気的に分離したことにより、このような絶縁保護膜が不要となるので、比較例に比べて凹部１２を狭くすることができ、発光領域を広くすることが容易となる。また、このような絶縁保護膜の形成工程が不要となる。
なお、発光領域から溝１０で電気的に分離された、凹部１２の形成領域（素子ｎ側接着層９の形成領域）は、発光はしないが、発光領域から出射され横方向に進行した光が、溝１０を越えて入射する。このため、凹部１２の周囲のデバイス構造層５は、光進行領域となる。
なお、上記実施例では、ｎ側電極層１３を支持基板側へ導くための凹部１２の形成領域（溝１０により発光領域から電気的に分離された領域）を、ｎ側電極層１３が接続される隣接発光素子に対向する辺部において、２つの角部に配置する例を示した。凹部１２の配置位置や個数は、必要に応じて適宜変えることもできる。なお、ｎ側電極層１３の形状を、必要に応じて適宜変えることもできる。
なお、上記実施例では、窒化物系半導体発光素子を例示したが、実施例で説明した発光素子の直列接続構造は、窒化物系半導体発光素子以外に適用することもできる。なお、上述の説明で、ｎ型とｐ型の導電型を入れ替えた発光素子構造に対して適用することもできる。
次に、上記実施例の第１の変形例による発光装置の製造方法について説明する。上記実施例では、凹部１２を、デバイス構造層５を貫通する穴部として形成した。本変形例では、凹部１２を、素子角部の切り欠きとして形成する。本変形例の製造工程は、図１Ｊｐ及び図１Ｊｓを参照して説明した工程までは、実施例と同様である。
図２Ａｐ及び図２Ｂｐは、第１の変形例による発光装置の製造方法の主要工程を示す概略平面図であり、図２Ａｓ及び図２Ｂｓは、それぞれ、図２Ａｐ及び図２Ｂｐの一点鎖線に沿った概略断面図である。
図２Ａｐ及び図２Ａｓを参照する。この工程は、実施例の図１Ｋｐ及び図１Ｋｓを参照して説明した工程に対応し、凹部１２の形成用のレジストパターンＲＰ３を形成する。実施例と異なる点は、レジストパターンＲＰ３の素子角部に形成された開口ＯＰ２が、素子角部を切り欠くような形状となっている点である。
図２Ｂｐ及び図２Ｂｓを参照する。この工程は、実施例の図１Ｌｐ及び図１Ｌｓを参照して説明した工程に対応し、レジストパターンＲＰ３をマスクとしたエッチングにより凹部１２を形成する。素子角部が切り欠かれた形状の凹部１２が形成される。
その後、実施例と同様にして、ｎ側電極層１３の形成等を行い、第１の変形例による発光装置が形成される。第１の変形例で説明したように、凹部１２の形状は、穴状に限定されず、切り欠き状とすることもできる。
なお、上述のように、凹部１２の側面は、ｎ側電極部分１３ａの断線を防ぐためにテーパ状に形成されることが好ましい。凹部１２を形成するエッチングにおいて、凹部１２の側面の傾斜角度にばらつきが生じ得る。凹部１２の側面の数が多いほど、ある側面が切り立った傾斜角度で形成されｎ側電極部分１３ｃが断線しやすく（側面上に成膜しにくく）なったとしても、他の側面が緩やかな傾斜角度で形成されｎ側電極部分１３ｃの断線が抑制される（側面上に成膜しやすくなる）ことが期待される。
実施例のように、穴状の貫通形状の凹部１２とすることにより、切り欠き状の凹部１２と比べ、凹部１２の全周上の側面を利用し内周面面積を広く取ることができ、ｎ側電極部分１３ｃの断線を抑制しやすくなる。なお、凹部１２の形状は特に限定されず、例えば円形とすることもできる。
次に、上記実施例の第２の変形例による発光装置の製造方法について説明する。上記実施例では、高さ合わせ層７を導電材料（例えばＡｕ）で形成した。本変形例では、高さ合わせ層７を、絶縁材料で形成する。実施例で図１Ｂｐ及び図１Ｂｓを参照して説明した高さ合わせ層７の形成において、例えば、スパッタリング及びリフトオフを用いて、ｐ側電極層６と等しい厚さのＳｉＯ２層により、高さ合わせ層７を形成する。その後、図１Ｋｐ及び図１Ｋｓを参照して説明した工程までは、実施例と同様である。
図３Ａｐ及び図３Ａｓを参照する。この工程は、実施例の図１Ｌｐ及び図１Ｌｓを参照して説明した工程に対応し、レジストパターンＲＰ３をマスクとしたエッチングにより凹部１２を形成する。
デバイス構造層（窒化物系半導体層）５を貫通させる第１段のエッチングまでは、実施例と同様である。第１段のエッチングとして、例えば、Ｃｌ２及びＡｒをエッチングガスとしたドライエッチングが用いられる。本変形例では、さらに、高さ合わせ層（酸化シリコン層）７を貫通させて、電極層となる素子ｎ側接着層９を露出させる第２段のエッチングを行う。第２段のエッチングとして、例えば、ＣＦ４及びＡｒをエッチングガスとしたドライエッチングが用いられる。その後、レジストパターンＲＰ３を除去する。
その後、実施例と同様にして、ｎ側電極層１３の形成等を行い、第２の変形例による発光装置が形成される。第２の変形例で説明したように、高さ合わせ層７は、導電層に限定されず、絶縁層とすることもできる。なお、実施例のように高さ合わせ層７を導電層とすることにより、高さ合わせ層７を貫通させるエッチングを省略することができる。
次に、実施例によるＬＥＤアレイを組み込んだ、応用例による車両用灯具（ヘッドランプ）について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、応用例による車両用灯具の概略断面図である。
図４Ａに示す車両用灯具５０は、照射光学系５１として、照射レンズ１０５を使用した例である。照射レンズ１０５は、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に投影されるように設定されている。
図４Ｂは、他の照射光学系５１を有する車両用灯具５０の例である。照射光学系５１は、図４Ｂに示すようにマルチリフレクタ（反射面）１０３と照射レンズ１０５を用いても良い。この例による車両用灯具５０は、ＬＥＤアレイ１００の発光面を覆うように配置された蛍光体層（波長変換層）１０８からなる光源１０２と、複数の小反射領域に区画されたマルチリフレクタである反射面１０３、シェード１０４及び照射レンズ１０５を含む照射光学系５１とを含んで構成される。
図４Ｂに示すように、光源１０２は、照射方向（発光面）が上向きとなるように配置され、反射面１０３は、第１焦点が光源１０２近傍に設定され、第２焦点がシェード１０４の上端縁近傍に設定された回転楕円形の反射面であり、光源１０２からの光が入射するように、光源１０２の側方から前方にかけての範囲を覆うように配置されている。
反射面１０３は、図４Ｂに示すように、光源１０２のＬＥＤアレイ１００の光源像１０６を所定の配光形状で車両前方に照射し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が投影されるように構成されている。
シェード１０４は、反射面１０３からの反射光の一部を遮光してヘッドランプに適したカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を照射レンズ１０５の焦点近傍に位置させた状態で照射レンズ１０５と光源１０２の間に配置されている。
照射レンズ１０５は、車両前方側に配置され、反射面１０３からの反射光を照射面１０７上に照射する。
以上実施例に沿って説明したように、複数の発光素子が直列接続されたＬＥＤアレイを形成することができる。このようなＬＥＤアレイは、車両用灯具のように高出力で使用される発光装置に適している。なお、応用例の灯具として車両用灯具を例示したが、その他、一般照明や大型バックライト等に応用することもできる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１ 成長基板
２ ｎ型ＧａＮ層
３ 活性層
４ ｐ型ＧａＮ層
５ デバイス構造層
６ ｐ側電極層
７ 高さ合わせ層
８ 素子ｐ側接着層
９ 素子ｎ側接着層
１０ 溝
１１ａ、１１ｂ 発光素子
１２ 凹部
１３ ｎ側電極層
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ ｎ側電極層の部分
２１ 支持基板
２２ 絶縁膜
２３、２４、２５ 支持基板側接着層
２ ｎ型ＧａＮ層
３ 活性層
４ ｐ型ＧａＮ層
５ デバイス構造層
６ ｐ側電極層
７ 高さ合わせ層
８ 素子ｐ側接着層
９ 素子ｎ側接着層
１０ 溝
１１ａ、１１ｂ 発光素子
１２ 凹部
１３ ｎ側電極層
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ ｎ側電極層の部分
２１ 支持基板
２２ 絶縁膜
２３、２４、２５ 支持基板側接着層
Claims (5)
- 支持基板と、
前記支持基板上に、並んで配置された第１発光素子及び第２発光素子と、
前記支持基板と前記第１及び第２発光素子との間に形成され、前記第１発光素子の形成領域から前記第２発光素子の形成領域に延在する第１支持基板側電極層と、
前記支持基板と前記第２発光素子との間に形成され、前記第１支持基板側電極層に隣接して、前記第２発光素子の形成領域に形成された第２支持基板側電極層と
を有し、
前記第１発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成され第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された第１活性層と、
前記第１活性層上に形成され前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成された第２電極層と
を有し、
前記第２発光素子は、
前記第１支持基板側電極層上に形成された第３電極層と、
前記第２支持基板側電極層上に形成された第４電極層と、
前記第４電極層上に形成され前記第１導電型を有する第３半導体層と、
前記第３半導体層上に形成された第２活性層と、
前記第２活性層上に形成され前記第２導電型を有する第４半導体層と、
前記第４半導体層側から形成されて前記第２活性層、前記第３半導体層を貫通し、底面が前記第３電極層に達する凹部と、
前記第４半導体層上に形成されるとともに、前記凹部側面の前記第４半導体層、前記第２活性層、及び前記第３半導体層上に延在して前記第３電極層に接続する第５電極層と、
前記第３電極層と前記第４電極層との間に配置され、前記第３半導体層側から形成されて前記第２活性層を貫通し前記第４半導体層の途中で止まる溝と
を有する発光装置。 - 前記凹部は、穴状である請求項１に記載の発光装置。
- 前記第５電極層は、前記凹部内で、前記凹部の全周の側面に亘って形成されている請求項２に記載の発光装置。
- さらに前記第１及び第２発光素子から出射された光が入射する反射面及びレンズを有する灯具である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 成長基板上に、第１導電型を有する第１半導体層、活性層、及び前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層を有する積層構造を形成する工程と、
前記第２半導体層上において、第１発光素子の形成領域には、第１電極層を形成し、前記第１発光素子と並んで配置される第２発光素子の形成領域には、前記第１発光素子と対向する辺部に第２電極層を形成し、前記第２電極層に隣接して第３電極層を形成する工程と、
前記第２電極層と前記第３電極層との間で、前記積層構造を前記第２半導体層側からエッチングして、前記活性層を貫通し前記第１半導体層の途中で止まる溝を形成する工程と、
前記第１発光素子の形成領域と前記第２発光素子の形成領域との間で、前記積層構造を前記第２半導体層側から前記成長基板に達するまでエッチングして、前記第１発光素子と前記第２発光素子とを分離する工程と、
支持基板上に、前記成長基板と前記支持基板とが重ね合わされたとき、前記第１発光素子の形成領域から前記第２発光素子の形成領域に延在する領域に第１支持基板側電極層を形成し、前記第１支持基板側電極層に隣接して、前記第２発光素子の形成領域に第２支持基板側電極層を形成する工程と、
前記成長基板の前記積層構造の形成側と、前記支持基板の前記第１及び第２支持基板側電極層の形成側とが対向するように、前記成長基板と前記支持基板とを重ね合わせて、前記第１電極層及び前記第２電極層を前記第１支持基板側電極層と接着し、前記第３電極層を前記第２支持基板側電極層と接着する工程と、
前記成長基板を除去して、前記第１半導体層を露出させる工程と、
前記第２電極層上方で、前記積層構造を前記第１半導体層側からエッチングして、側面に前記第１半導体層、前記活性層、及び前記第２半導体層が露出し、底面に前記第２電極層が露出する凹部を形成する工程と、
前記第１半導体層上において、前記第１発光素子の形成領域に第４電極層を形成し、前記第２発光素子の形成領域に、第５電極層を、前記第５電極層が、前記第１半導体層上から前記凹部側面上に延在して前記第２電極層に接続するように形成する工程と
を有する発光装置の製造方法。
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