JP6915029B2 - マイクロ発光素子及び画像表示素子 - Google Patents
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Description
(画像表示素子200の構成)
図1の(a)は、本発明の実施形態1に係る画像表示素子200の断面模式図である。図1の(b)は、本発明の実施形態1に係るマイクロ発光素子100の断面模式図である。図1の(c)は、本発明の実施形態1に係るマイクロ発光素子100の平面模式図である。以下に、複数のマイクロ発光素子100を有する画像表示素子200を例に挙げ、図1から図6を用いて画像表示素子200を説明する。画像表示素子200の構成の説明において、光放出面(light emitting surface)を上面、光放出面側とは反対側の面を下面、上面及び下面以外の側方の面を側面と称する。
次に、マイクロ発光素子100の製造工程を、図2の(a)から(g)を用いて説明する。図2の(a)から(g)は、本発明の実施形態1に係るマイクロ発光素子100の製造工程を示す断面模式図である。マイクロ発光素子100の製造工程の説明において、P電極層10側を上方、成長基板9側を下方とする。
次に、画像表示素子200の製造工程を、図3を用いて説明する。図3の(a)から(e)は、本発明の実施形態1に係る画像表示素子200の製造工程を示す断面模式図である。画像表示素子200の製造工程の説明において、成長基板9側を上方、駆動回路基板50側を下方とする。
以上の様に形成されたマイクロ発光素子100の発光効率を評価した。マイクロ発光素子100について、配置ピッチは10μm、形状は正方形、傾斜角度θbは80°、傾斜角度θeは50°、P側層13の厚みは100nm、N側層11の厚みは6μmである。又、N側層11の上面のサイズは8μm×8μm、傾斜面16Sの内のN側層11が占める部分における深さDは1μmである。
(画像表示素子200aの構成)
本発明の他の実施形態について、図7及び図8を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態2の画像表示素子200aでは、駆動回路基板50とマイクロ発光素子100aとの貼り合わせを、ウエハ同士の接合(wafer-to-wafer
bonding)で行う点において実施形態1の画像表示素子200と異なる。ウエハ同士を接合する事で、ダストの発生を抑制し、高い歩留りを実現する事ができるという利点がある。
material)によって構成されている。つまり、Pダマシン電極23P及びNダマシン電極23Nはそれぞれ、バリアメタル層、主な導電層、及びキャップ層等よりなる積層構造が同一である。Pダマシン電極23P及びNダマシン電極23Nの下面は、絶縁膜21の下面と略同一の平面に構成されている。それ以外の構造は実施形態1の画像表示素子200と類似している。
図8の(a)から(d)は、本発明の実施形態2に係る画像表示素子200aの製造工程を示す断面模式図である。図8の(a)から(c)の画像表示素子200aの製造工程の説明において、絶縁膜21側を上方、成長基板9側を下方とする。又、図8の(d)の画像表示素子200aの製造工程の説明において、成長基板9側を上方、駆動回路基板50側を下方とする。
(画像表示素子200bの構成)
本発明の他の実施形態について、図9及び図10を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態3の画像表示素子200bでは、P電極20P及びN電極20Nが設けられていない点、並びにPダマシン電極23P及びNダマシン電極23Nがそれぞれマイクロ発光素子100bのP電極層10及びダミー素子101bのN側層11に直接接続している点が実施形態2の画像表示素子200aと異なる。画像表示素子200bにおいて、これらの点以外は画像表示素子200aと同一である。
図10の(a)から(g)は、本発明の実施形態3に係る画像表示素子200bの製造工程を示す断面模式図である。図10の(a)から(e)の画像表示素子200bの製造工程の説明において、金属層20側を上方、成長基板9側を下方とする。画像表示素子200bの製造工程において、図2の(a)から(d)に示す工程を経た後に、Pコンタクトホール19Pを形成せずに、図10の(a)に示す様に、金属層20を堆積する。
(画像表示素子200cの構成)
本発明の他の実施形態について、図11及び図12を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態4の画像表示素子200cでは、マイクロ発光素子100cがその下面にP電極20P及びN電極20Nを有する点が実施形態1の画像表示素子200と異なる。尚、図11では、画像表示素子200cには、充填材60が充填されていないが、実施形態1と同様に、充填材60が充填されても良い。
図12の(a)から(f)は、本発明の実施形態4に係る画像表示素子200cの製造工程を示す断面模式図である。図12の(a)から(d)の画像表示素子200cの製造工程の説明において、透明絶縁膜17側を上方、成長基板9側を下方とする。又、図12の(e)及び(f)の画像表示素子200cの製造工程の説明において、成長基板9側を上方、駆動回路基板50c側を下方とする。
(画像表示素子200dの構成)
本発明の他の実施形態について、図13から図15を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態5の画像表示素子200dでは、傾斜面16S及びN側層側面11Sの内、傾斜面16Sのみに対して透明絶縁膜17が配置されている点が実施形態4の画像表示素子200cと異なる。
図14の(a)から(e)は、本発明の実施形態5に係る画像表示素子200dの製造工程を示す断面模式図である。図14の(a)から(e)の画像表示素子200dの製造工程の説明において、透明絶縁膜17側を上方、成長基板9側を下方とする。画像表示素子200dの製造工程において、図2の(a)及び(b)の工程を経て分割溝15を形成した後に、図14の(a)に示す様に、N側層11、発光層12、P側層13、及びP電極層10の露出部分を覆う様に透明絶縁膜17を堆積する。
(画像表示素子200eの構成)
本発明の他の実施形態について、図16を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態6の画像表示素子200eでは、P電極層10がP電極層10e(第1金属膜)に変更されている点が実施形態1の画像表示素子200と異なる。画像表示素子200eにおいて、この点以外は画像表示素子200と同一である。
図16の(a)から(d)は、本発明の実施形態6に係る画像表示素子200eの製造工程を示す断面模式図である。画像表示素子200eの製造工程の説明において、P側層13側を上方、成長基板9側を下方とする。画像表示素子200eの製造工程において、P電極層10eの形成工程のみを説明する。P電極層10eの形成工程以外の他の工程は、他の実施形態で説明した工程を適用する事ができる為、説明を省略する。
(画像表示素子200fの構成)
本発明の他の実施形態について、図17を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態7の画像表示素子200fでは、P側層13とP電極層10f(第1金属膜)との導通方法が実施形態6の画像表示素子200eと異なる。画像表示素子200fにおいて、この導通方法の点以外は画像表示素子200eと同一である。
図17の(a)から(d)は、本発明の実施形態7に係る画像表示素子200fの製造工程を示す断面模式図である。画像表示素子200fの製造工程の説明において、P側層13側を上方、成長基板9側を下方とする。画像表示素子200fの製造工程において、図17の(a)に示す様に、成長基板9上に化合物半導体14を堆積する。P側層13の厚さは、少なくとも100nm以上である。
(画像表示素子200gの構成)
本発明の他の実施形態について、図18を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
画像表示素子200gの製造工程において、分離溝を形成する工程以外の他の製造工程は、実施形態1の画像表示素子200の製造工程と同様である。画像表示素子200gの製造工程では、この様に製造工程を1つ削減する事ができる。又、一般に、画像表示素子200と比べて、N側層側面11Sの傾斜角度θbが小さくなる為、N側層側面11S上に堆積された透明絶縁膜17に対して金属層20をより容易に堆積する事ができる。
(画像表示素子200hの構成)
本発明の他の実施形態について、図19から図21を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態9の画像表示素子200hは、共通N電極40以外では単層の電極層しか備えない点が実施形態1の画像表示素子200と異なる。画像表示素子200hにおいて、それ以外の点は画像表示素子200と同一である。
図20の(a)から(f)は、本発明の実施形態9に係るマイクロ発光素子100hの製造工程を示す断面模式図である。マイクロ発光素子100hの製造工程は、実施形態1のマイクロ発光素子100の製造工程と比べて、P電極層10が堆積されない点以外は類似している。以下では、マイクロ発光素子100hの製造工程とマイクロ発光素子100の製造工程との相違点のみを説明する。
図21の(a)から(c)は、本発明の実施形態9に係る画像表示素子200hの製造工程を示す断面模式図である。画像表示素子200hの製造工程の説明において、成長基板9側を上方、駆動回路基板50側を下方とする。図21の(a)に示す様に、接続材70を用いてマイクロ発光素子100hのP電極20Pを駆動回路基板50のP側電極51に接続する工程は、図3の(b)に示す工程と同様である。
(画像表示素子200iの構成)
本発明の他の実施形態について、図22を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態10の画像表示素子200iは、1つのマイクロ発光素子100iが複数のメサ16を備えている点が実施形態1の画像表示素子200と異なる。画像表示素子200iにおいて、それ以外の点は画像表示素子200と同一である。
図22の(a)から(f)は、本発明の実施形態10に係るマイクロ発光素子100iの製造工程を示す断面模式図である。画像表示素子200iの製造工程の説明において、P側層13側を上方、成長基板9側を下方とする。図22を用いてマイクロ発光素子100iについて説明する。ここでは、1個のマイクロ発光素子100iが2個のメサを有する場合について説明するが、1個のマイクロ発光素子100iが3個以上のメサを有する場合であっても同様である。
(画像表示素子200jの構成)
本発明の他の実施形態について、図23を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態11の画像表示素子200jは、傾斜面16Sを覆う透明絶縁膜17(第1透明絶縁膜)と、N側層側面11Sを覆う第2透明絶縁膜28とが別の部材である点で、これまでの実施形態と異なる。画像表示素子200jの構成は、実施形態4のマイクロ発光素子100cのN側層側面11Sの一部において、金属反射層20WとN側層側面11Sとが接続し、金属反射層20WがN電極20Nを兼ねている点で画像表示素子200cの構成と類似している。
図23の(a)から(j)は、本発明の実施形態11に係るマイクロ発光素子100jの製造工程を示す断面模式図である。マイクロ発光素子100jは、画像表示素子200jに含まれるものである。マイクロ発光素子100jの製造工程の説明において、P側層13側を上方、成長基板9側を下方とする。図23の(a)に示す様に、成長基板9上にN側層11、発光層12、及びP側層13を順次積層する事で化合物半導体14を積層する。実施形態1の様なP電極層は、この段階では堆積されない。
(画像表示素子200kの構成)
本発明の他の実施形態について、図24を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態12の画像表示素子200kは、傾斜面16Sを覆う透明絶縁膜17(第1透明絶縁膜)、及びP側透明絶縁膜25(第3透明絶縁膜)の構成が異なる点で、実施形態11の画像表示素子100jと異なる。また、画像表示素子200kでは、N側層11への金属電極の接続方法が画像表示素子100jと異なるが、画像表示素子100jと同様の効果を実現できる。
図24の(a)から(i)は、本発明の実施形態12に係るマイクロ発光素子100kの製造工程を示す断面模式図である。マイクロ発光素子100kは、画像表示素子200kに含まれるものである。図23の(a)から(c)に示す工程と同様の工程を経た後の状態が図24の(a)に示す状態である。
本発明の態様1に係るマイクロ発光素子は、光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面から前記光放出面まで至る第1導電層側面の第1傾斜角度は、前記傾斜面の第2傾斜角度より大きい角度であり、前記傾斜面及び前記第1導電層側面が共に第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されている。
100d、100g、100h、100i、100j、100k マイクロ発光素子
1 画素領域
10、10e、10f、10j、10k P電極層(第1金属膜)
11 N側層(第1導電層)
11S N側層側面(第1導電層側面)
12 発光層
13 P側層(第2導電層)
14 化合物半導体
16S 傾斜面
17 透明絶縁膜
20N N電極(第2電極)
20P P電極(第1電極)
20W 金属反射層
25、25f P側透明絶縁膜
28 第2透明絶縁膜
40 共通N電極(光放出面側電極)
50、50c、50d 駆動回路基板
51 P側電極(第1駆動電極)
52 N側電極(第2駆動電極)
200、200a、200b、200c、200d、
200e、200f、200g、200h、200i、200j、200k 画像表示素子
θb 傾斜角度(第1傾斜角度)
θe 傾斜角度(第2傾斜角度)
Claims (18)
- 光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、
前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、
前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面から前記光放出面まで至る第1導電層側面の第1傾斜角度は、前記傾斜面の第2傾斜角度より大きい角度であり、
前記傾斜面及び前記第1導電層側面が共に第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されており、
前記第2金属膜は、前記化合物半導体側に、可視光に対して所定の反射率を有する金属層を有するとともに光を遮蔽し、
前記第1透明絶縁膜は、前記傾斜面と前記第1導電層側面との両方に連続して配置されている事を特徴とするマイクロ発光素子。 - 光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、
前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、
前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面は前記光放出面まで延伸し、かつ、第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されており、
前記第2金属膜は、前記化合物半導体側に、可視光に対して所定の反射率を有する金属層を有するとともに光を遮蔽し、
前記第1透明絶縁膜は、前記発光層から前記光放出面まで連続して配置されている事を特徴とするマイクロ発光素子。 - 光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、
前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、
前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面から前記光放出面まで至る第1導電層側面の第1傾斜角度は、前記傾斜面の第2傾斜角度より大きい角度であり、
前記傾斜面及び前記第1導電層側面が共に第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されており、
前記第2金属膜は、前記化合物半導体側に、可視光に対して所定の反射率を有する金属層を有するとともに光を遮蔽し、
前記第2導電層と前記第1金属膜との間に、第3透明絶縁膜が配置されている事を特徴とするマイクロ発光素子。 - 光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、
前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、
前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面から前記光放出面まで至る第1導電層側面の第1傾斜角度は、前記傾斜面の第2傾斜角度より大きい角度であり、
前記傾斜面及び前記第1導電層側面が共に第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されており、
前記光放出面側とは反対側からの平面視において、前記第2金属膜が前記第1金属膜と重なって配置されている事を特徴とするマイクロ発光素子。 - 前記第1透明絶縁膜の膜厚は75nm以上である事を特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第1透明絶縁膜の膜厚は400nm以上である事を特徴とする請求項5に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第2傾斜角度は60°以下である事を特徴とする請求項1、3、4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第2傾斜角度は50°以下である事を特徴とする請求項7に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第1金属膜は、前記化合物半導体側に、銀又はアルミニュウムを主成分とする層を有する事を特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記金属層は、銀又はアルミニュウムを主成分とする層である事を特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第1透明絶縁膜はSiO2膜である事を特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第1傾斜角度は90°未満である事を特徴とする請求項1、3、4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記第2金属膜は、前記第1導電層と導通している事を特徴とする請求項1、3、4の何れか1項に記載のマイクロ発光素子。
- 前記光放出面側とは反対側の面に、前記第2金属膜と導通する第2電極を有する事を特徴とする請求項13に記載のマイクロ発光素子。
- 光放出面側から順に、第1導電層、発光層、及び前記第1導電層とは反対導電型の第2導電層が積層した化合物半導体を備えるマイクロ発光素子であって、
前記光放出面側とは反対側の面には、前記第2導電層と導通する第1金属膜が配置されており、前記第1金属膜は前記第2導電層を覆っており、
前記発光層の周囲には傾斜面が形成されており、前記傾斜面から前記光放出面まで至る第1導電層側面の第1傾斜角度は、前記傾斜面の第2傾斜角度より大きい角度であり、
前記傾斜面及び前記第1導電層側面が共に第2金属膜で覆われており、前記傾斜面と前記第2金属膜との間に第1透明絶縁膜が配置されており、
前記第1導電層における前記光放出面側の面に、前記第1導電層と導通する透明導電膜から成る光放出面側電極を有する事を特徴とするマイクロ発光素子。 - 請求項1から15の何れか1項に記載のマイクロ発光素子が2次元アレイ状に駆動回路基板上に配置された画素領域を有し、
前記マイクロ発光素子における前記光放出面側とは反対側の面が前記駆動回路基板の表面に対面しており、
前記駆動回路基板における前記画素領域の表面には、前記マイクロ発光素子に電流を供給する為の第1駆動電極が2次元アレイ状に配置されており、前記光放出面側とは反対側の面に配置され、かつ、前記第1金属膜と導通する第1電極と前記第1駆動電極とが1対1の関係で接続されている事を特徴とする画像表示素子。 - 請求項15に記載のマイクロ発光素子が2次元アレイ状に駆動回路基板上に配置された画素領域を有し、
前記マイクロ発光素子における前記光放出面側とは反対側の面が前記駆動回路基板の表面に対面しており、
前記駆動回路基板における前記画素領域の表面には、前記マイクロ発光素子に電流を供給する為の第1駆動電極が2次元アレイ状に配置されており、前記光放出面側とは反対側の面に配置され、かつ、前記第1金属膜と導通する第1電極と前記第1駆動電極とが1対1の関係で接続されており、
前記駆動回路基板における前記画素領域の外側の表面には、第2駆動電極が配置されており、前記第2駆動電極は、前記光放出面側電極と導通する事を特徴とする画像表示素子。 - 請求項14に記載のマイクロ発光素子が2次元アレイ状に駆動回路基板上に配置された画素領域を有し、
前記マイクロ発光素子における前記光放出面側とは反対側の面が前記駆動回路基板の表面に対面しており、
前記駆動回路基板における前記画素領域の表面には、前記マイクロ発光素子に電流を供給する為の第1駆動電極及び第2駆動電極が2次元アレイ状に配置されており、
前記光放出面側とは反対側の面に配置され、かつ、前記第1金属膜と導通する第1電極と前記第1駆動電極とが1対1の関係で接続されており、前記第2電極と前記第2駆動電極とが接続されている事を特徴とする画像表示素子。
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