JPWO2010074287A1 - Light emitting diode element and light emitting diode module - Google Patents

Light emitting diode element and light emitting diode module Download PDF

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Abstract

本発明の目的は、発光ダイオードの半導体発光層からその側面方向に放出される光を集光方向に反射させることにより、輝度及び集光効率の高い発光ダイオード素子、及びそれを1つの基板上に配列した発光ダイオードモジュールを提供することである。このため、発光層の側面の至近位置にて発光層から放出される光を反射させる側方反射部を、発光ダイオードの基板上に形成することを可能にした。活性層から集光方向へ放射された光はそのまま放出され、集光方向とは反対向きに放射された光は背面反射膜により反射されて集光方向に放出され、活性層に沿った方向へ放出された光は側方反射部により反射されて略集光方向に放出される。An object of the present invention is to reflect light emitted from a semiconductor light emitting layer of a light emitting diode in a lateral direction in a condensing direction, thereby providing a light emitting diode element having high luminance and light condensing efficiency, and the same on a single substrate. An array of light emitting diode modules is provided. Therefore, it is possible to form a side reflection portion on the substrate of the light emitting diode, which reflects light emitted from the light emitting layer at a position close to the side surface of the light emitting layer. The light emitted from the active layer in the condensing direction is emitted as it is, and the light emitted in the direction opposite to the condensing direction is reflected by the back reflecting film and emitted in the condensing direction, and in the direction along the active layer. The emitted light is reflected by the side reflecting portion and emitted in a substantially condensing direction.

Description

本発明は、発光ダイオード素子及び発光ダイオードモジュールに関し、詳しくは、発光層からその側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向に反射させる構造を内蔵することにより、輝度及び集光効率を向上させる発光ダイオード及び発光ダイオードモジュールに関する。   The present invention relates to a light emitting diode element and a light emitting diode module, and more specifically, by incorporating a structure in which light emitted from a light emitting layer in a side surface direction is reflected in a light collecting direction perpendicular to the light emitting layer, luminance and light collecting. The present invention relates to a light emitting diode and a light emitting diode module that improve efficiency.

従来の発光ダイオード(LED)素子は、例えば、図56に示すような構造を有している(特許文献2を参照)。GaAlN等よりなる発光素子791をメタルステム上に実装し、メタルポスト792、793へのワイヤボンディングを介して電極が外部に取り出される。発光素子791から放出された紫外光により蛍光体795が励起されて波長の長い光が発光される。   A conventional light emitting diode (LED) element has, for example, a structure shown in FIG. 56 (see Patent Document 2). A light emitting element 791 made of GaAlN or the like is mounted on a metal stem, and electrodes are taken out through wire bonding to metal posts 792 and 793. The phosphor 795 is excited by the ultraviolet light emitted from the light emitting element 791, and light having a long wavelength is emitted.

別の従来のLED素子の例では、図57に示すように、発光素子891、発光素子を実装するパッケージの基板892、パッケージから外部へ電極を取り出すリード893、ボンディグワイア894、蛍光体895、カバーガラス896等から構成されている。光はカバーガラス896を通して外部に放出される。図58(a)は、上記発光素子891を上方から見た平面図であり、図58(b)はそのX−X’断面図である。発光素子891はサファイア基板991上に形成されたGaAlN等よりなる半導体であり、この半導体は活性層993を挟んでN型半導体層992とP型半導体層994とから構成されている。9921は半導体の外縁を示し、9923はN型半導体層とP型半導体層の境界を示す。N型半導体層992及びP型半導体層994の上には、それぞれボンディングパッド部(電極)996、997が設けられる。また、サファイア基板991の下面には、反射膜995が設けられている。   In another example of the conventional LED element, as shown in FIG. 57, a light emitting element 891, a package substrate 892 on which the light emitting element is mounted, a lead 893 for taking out an electrode from the package to the outside, a bond wire 894, a phosphor 895, It is composed of a cover glass 896 or the like. Light is emitted to the outside through the cover glass 896. FIG. 58A is a plan view of the light emitting element 891 as viewed from above, and FIG. 58B is an X-X ′ sectional view thereof. The light emitting element 891 is a semiconductor made of GaAlN or the like formed on a sapphire substrate 991, and this semiconductor is composed of an N-type semiconductor layer 992 and a P-type semiconductor layer 994 with an active layer 993 interposed therebetween. Reference numeral 9921 denotes an outer edge of the semiconductor, and 9923 denotes a boundary between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer. Bonding pad portions (electrodes) 996 and 997 are provided on the N-type semiconductor layer 992 and the P-type semiconductor layer 994, respectively. A reflective film 995 is provided on the lower surface of the sapphire substrate 991.

もともと、光を放出する発光素子の活性層からは、カバーガラス等が配設された方向(集光方向)ばかりでなく、その反対方向や、集光方向とは直角の方向すなわち発光素子の側面方向にも放出される。従来、活性層から集光方向に放出された光はそのまま集光方向へ取り出され、活性層から集光方向とは反対向きに放出された光は反射膜で反射させて集光方向に取り出されている。集光方向とは直角の方向に放出された光は、多くは散乱等により減衰してしまうが、その残りの光を発光ダイオードのパッケージの内部壁面を傾斜させる等して反射させ、集光方向に取り出す工夫もされている(特許文献1、3を参照)。しかし、その集光方向とは直角の方向に放出された光の利用はごく一部に止まっている。   Originally, from the active layer of the light emitting element that emits light, not only the direction in which the cover glass or the like is disposed (condensing direction), but also the opposite direction or a direction perpendicular to the condensing direction, that is, the side surface of the light emitting element Also released in the direction. Conventionally, light emitted from the active layer in the condensing direction is extracted as it is in the condensing direction, and light emitted from the active layer in the direction opposite to the condensing direction is reflected by the reflective film and extracted in the condensing direction. ing. Light emitted in a direction perpendicular to the light collecting direction is mostly attenuated by scattering, but the remaining light is reflected by tilting the inner wall surface of the light emitting diode package, etc. (See Patent Documents 1 and 3). However, the use of the light emitted in the direction perpendicular to the light collecting direction is limited.

特開2006−303547号JP 2006-303547 A 特開平10−93146号JP-A-10-93146 W02006−126330号W02006-126330

一般に、発光ダイオードを構成する半導体層(発光層)のうちの活性層から放出される光は、発光層の表面側から垂直な方向(集光方向)と、発光層の裏面側すなわち集光方向とは逆の方向と、発光層にほぼ沿った方向すなわち集光方向とは略直角をなす方向(側面方向)とに、ほぼ同等の量の光が放出される。発光層は薄膜であるにもかかわらず、多くの場合において、上記側面方向に放出される光の量は全体の40%程度と大きい。このため、発光ダイオードの輝度を総合的に向上させるためには、特に発光層からその側面方向に放出される光を集光方向に効率よく取り出すための構造が必要となる。   In general, light emitted from an active layer of a semiconductor layer (light emitting layer) constituting a light emitting diode is perpendicular to the surface side of the light emitting layer (condensing direction) and the back side of the light emitting layer, that is, the light collecting direction. A substantially equivalent amount of light is emitted in the opposite direction to the direction and the direction substantially along the light emitting layer, that is, the direction (side surface direction) perpendicular to the light collecting direction. Although the light emitting layer is a thin film, in many cases, the amount of light emitted in the lateral direction is as large as about 40% of the whole. For this reason, in order to improve the luminance of the light emitting diode comprehensively, a structure for efficiently extracting light emitted from the light emitting layer in the side surface direction in the light collecting direction is required.

発光層で発光する光のうち、発光層にほぼ沿った方向へ放出される光を反射させて集光方向に向ければ、発光層から放出される光を無駄なく利用することができ、総合的に発光ダイオードの輝度を高めることができると考えられる。例えば、図1に示すように、発光ダイオードのパッケージ97内部の壁面を傾斜させることによって、発光素子100からその側面方向に放射される光を集光方向zに反射させる構造とすることができる。また、光路に電極などの光遮蔽物を置かないようにするために、フリップチップ技術を用いることにより、光の集光方向とは反対側から電極を取り出す構造とすることが考えられる。
上記発光素子100は1mm角程度に切断されたチップであり、サファイア基板30の下面に、例えばGaAlNを用いた半導体層(発光層)を備えている。発光層はP型半導体層40aとN型半導体層40bを備え、発光層の下面には反射膜50が設けられている。P型半導体層40aとN型半導体層40bとの界面に形成される活性層から光が放出される。そのうち、サファイア基板30側に放出された光は、サファイア基板を通して図の上方向(集光方向z)に取り出される。また、活性層からサファイア基板30とは反対方向に放出された光は、反射膜50によって反射されて集光方向zに取り出される。さらに、パッケージ97の内部側面をテーパ状に傾斜させることにより、活性層からその側面方向(集光方向zと直角の方向)に放出される光を集光方向に反射させるようにすることができる。そして、発光素子100の集光方向z側には、発光素子からの光で励起されて波長のより長い光を放出する蛍光体90と、透明なカバーキャップ(カバーガラス)98が配設されている。これによって、発光素子の光は蛍光体の蛍光材料を励起して光を発し、その光はカバーガラスを経て外部に放出される。
また、発光素子100の電極は、上記の光路を妨げないように配設することが好ましい。そこで、発光素子内部の配線を通して発光層のP型半導体層と電気的に接続されるフリップチップ電極81aと、N型半導体層と電気的に接続されるフリップチップ電極81bを、集光方向zとは反対側に設ける。各フリップチップ電極は、パッケージ基板94の基板上の導体と電気的に接続される。発光素子100の電極は、更にパッケージ基板における導体配線及びリード85を介して、外部と電気的に接続される。
Of the light emitted from the light-emitting layer, if the light emitted in the direction substantially along the light-emitting layer is reflected and directed in the light collecting direction, the light emitted from the light-emitting layer can be used without waste. It is considered that the luminance of the light emitting diode can be increased. For example, as shown in FIG. 1, by tilting the wall surface inside the light emitting diode package 97, the light emitted from the light emitting element 100 in the side surface direction can be reflected in the light collecting direction z. Further, in order not to place a light shielding object such as an electrode in the optical path, it is conceivable to employ a structure in which the electrode is taken out from the side opposite to the light condensing direction by using a flip chip technique.
The light emitting element 100 is a chip cut to about 1 mm square, and includes a semiconductor layer (light emitting layer) using, for example, GaAlN on the lower surface of the sapphire substrate 30. The light emitting layer includes a P-type semiconductor layer 40a and an N-type semiconductor layer 40b, and a reflective film 50 is provided on the lower surface of the light emitting layer. Light is emitted from the active layer formed at the interface between the P-type semiconductor layer 40a and the N-type semiconductor layer 40b. Among them, the light emitted to the sapphire substrate 30 side is extracted upward (condensing direction z) through the sapphire substrate. The light emitted from the active layer in the direction opposite to the sapphire substrate 30 is reflected by the reflective film 50 and extracted in the light collecting direction z. Further, by inclining the inner side surface of the package 97 in a tapered shape, light emitted from the active layer in the side surface direction (direction perpendicular to the light collecting direction z) can be reflected in the light collecting direction. . A phosphor 90 that emits light having a longer wavelength when excited by light from the light emitting element and a transparent cover cap (cover glass) 98 are disposed on the light collection element z side of the light emitting element 100. Yes. Thereby, the light of the light emitting element excites the fluorescent material of the phosphor to emit light, and the light is emitted to the outside through the cover glass.
In addition, the electrodes of the light emitting element 100 are preferably arranged so as not to interfere with the optical path. Therefore, the flip chip electrode 81a electrically connected to the P-type semiconductor layer of the light-emitting layer through the wiring inside the light-emitting element, and the flip chip electrode 81b electrically connected to the N-type semiconductor layer are defined as a light collecting direction z. Is provided on the opposite side. Each flip chip electrode is electrically connected to a conductor on the substrate of the package substrate 94. The electrodes of the light emitting element 100 are further electrically connected to the outside through conductor wiring and leads 85 in the package substrate.

しかしながら、発光層からその側面方向に放出される光を集光方向に反射させるためには、発光素子の端面に至り更に素子の外部に至るまでには発光素子内部で多くの光が減衰したり素子界面で散乱等してしまうため、発光層の至近位置にミラーを形成しないと効率よく光を捕捉することができない。すなわち、発光層にほぼ沿った方向の光の減衰を抑えるために、その方向の発光素子内の光路をできるだけ短くする必要がある。このために、発光層のサイズをできるだけ小さくするとともに、光を反射するミラーを発光層の至近に設置する必要がある。しかし、このような構成は、発光素子が1mm角程度と小さく、発光層の厚さは数ミクロン程度と薄いため、その発光層に対して傾斜したミラーを形成することは難しく、実用化されていないのが現実である。このため、発光層から放出される光のうち有効利用できているのは、集光方向に向けて放出される光と、その反対方向に放出されて背面の反射膜で反射される光だけと言っても過言ではない。集光方向と直角な方向へ放出される光、すなわち発光層にほぼ沿った方向に放出される光はほとんど吸収されたり散乱等されてしまい、有効には使用されていない。   However, in order to reflect the light emitted from the light emitting layer in the lateral direction in the condensing direction, much light is attenuated inside the light emitting element before reaching the end face of the light emitting element and further to the outside of the element. Since the light is scattered at the element interface, light cannot be efficiently captured unless a mirror is formed at a position close to the light emitting layer. That is, in order to suppress the attenuation of light in the direction substantially along the light emitting layer, it is necessary to make the optical path in the light emitting element in that direction as short as possible. For this reason, it is necessary to make the size of the light emitting layer as small as possible and to install a mirror that reflects light in the vicinity of the light emitting layer. However, such a configuration has been put to practical use because it is difficult to form a mirror inclined with respect to the light emitting layer because the light emitting element is as small as 1 mm square and the thickness of the light emitting layer is as thin as several microns. There is no reality. For this reason, the light that can be effectively used out of the light emitted from the light emitting layer is only the light emitted in the condensing direction and the light emitted in the opposite direction and reflected by the reflective film on the back surface. It is no exaggeration to say. Light emitted in a direction perpendicular to the light collecting direction, that is, light emitted in a direction substantially along the light emitting layer is almost absorbed or scattered, and is not used effectively.

また、発光部の至近位置でミラーを形成するためには、発光素子をいくつかに分離することが好ましい。しかし、素子を小さな面積の素子に分割してその集合とすることにより二つのデメリットが発生する。ひとつは素子間を分離するためのスペースが必要となり、このスペースは通常は分離以外に機能を果たさないことにあり、面積効率の点で不利が発生することである。もう一つのデメリットは、素子の中央部より端面に近い部分の比率が高くなり、端面近傍では結晶の不連続性による発光効率が低くなる効果があるため、端面近傍の比率が高くなる小さな面積の素子の集合では発光効率が不利となる点である。これは、端面の比率は素子の一辺の長さに比例して、素子の面積は一辺の長さの二乗に比例するという数学的な原理による。このようなデメリットのために、通常は、素子を小さな面積の素子に分割してその集合とする発想はできない。しかし、発光層からその側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向へ反射させることにより側面方向の光を積極的に活用することが可能になれば、素子の大きさが小さくなることで側面方向の減衰を抑制するプラスの効果と、発光部の一つ一つが小さくなることで端面比率が多くなるというマイナスの効果、及び発光部間に分離スペースが必要というマイナスの効果とを相殺して、デメリットを上回る大きなプラス効果を創出ことができる。   In order to form a mirror at a position close to the light emitting portion, it is preferable to separate the light emitting elements into several parts. However, two demerits occur when the elements are divided into elements having a small area to form a set. One is that a space for separating the elements is required, and this space usually has no function other than the separation, and there is a disadvantage in terms of area efficiency. Another disadvantage is that the ratio of the part closer to the end face than the center part of the element is higher, and the light emission efficiency due to the discontinuity of the crystal is lower in the vicinity of the end face. The light emission efficiency is disadvantageous in the assembly of elements. This is based on a mathematical principle that the ratio of the end faces is proportional to the length of one side of the element, and the area of the element is proportional to the square of the length of one side. Because of these disadvantages, it is not usually possible to divide the elements into elements with a small area and make the set as a set. However, if the light emitted from the light emitting layer in the lateral direction is reflected in the light collecting direction perpendicular to the light emitting layer, and the light in the lateral direction can be actively used, the element size is reduced. The positive effect of suppressing the attenuation in the lateral direction, the negative effect of increasing the end face ratio by reducing each of the light emitting parts, and the negative effect of requiring a separation space between the light emitting parts Can be offset to create a significant positive effect that exceeds the disadvantages.

本発明は、この様な事情に鑑みなされたものであり、発光素子の発光層から全方向に放出される光を、発光層の側面の至近位置にて集光方向に向ける構造を内蔵することにより、輝度及び集光効率の高い発光ダイオード及び発光ダイオードモジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and incorporates a structure for directing light emitted in all directions from the light emitting layer of the light emitting element in the light collecting direction at a position close to the side surface of the light emitting layer. Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting diode and a light emitting diode module with high luminance and light collection efficiency.

本発明は、以下の通りである。
1.薄膜により基板上の一定領域に形成された発光層を備え、前記発光層から放出される光を前記発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオード素子であって、前記発光層の側面の近傍に、前記発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部を備え、前記発光層から前記発光層と略平行方向に放出される光を前記側方反射部によって略前記集光方向に反射させることを特徴とする発光ダイオード素子。
2.前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、前記所定範囲の角度は0度以上かつ90度以下である前記1.記載の発光ダイオード素子。
3.前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備え、前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、前記背面反射膜によって前記集光方向に反射させる前記1.又は2.に記載の発光ダイオード素子。
4.前記発光層及び前記側方反射部は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている前記1.乃至3.のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
5.前記基板は前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、前記背面反射膜は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている前記4.記載の発光ダイオード素子。
6.前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ前記発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、少なくとも前記発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記4.又は5.に記載の発光ダイオード素子。
7.前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、前記発光層は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている前記1.乃至3.のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
8.前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記7.記載の発光ダイオード素子。
9.前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記7.記載の発光ダイオード素子。
10.前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第2の基板とからなり、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、前記第2の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、を備え、前記発光層が形成された前記透明基板と前記側方反射部が形成された前記第2の基板とを対向させて貼り合わせて構成される前記1.乃至3.のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
11.前記透明基板側から順に、前記発光層から放出される光を透過させ且つ導電性を有する第1の導電層と、前記発光層と、導電性を有する第2の導電層と、電源配線層とを備え、更に前記電源配線層上に配設される少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極を備え、前記電源配線層において、前記第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、前記第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、各前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極は、前記第1の導体及び前記第2の導体とそれぞれ電気的に接続される前記7.乃至10.のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
12.前記電源配線層上に前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極が配設された後に、前記透明基板が除去されて構成される前記11.記載の発光ダイオード素子。
13.更に、除去された前記透明基板と接していた前記第1の導電層の露出した表面が、なし地に加工された前記12.記載の発光ダイオード素子。
14.前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、前記蛍光物質は、前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する前記1.乃至13.のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
15.前記1.乃至10.のいずれかに記載の発光ダイオード素子が1つの前記基板上に複数形成され、各前記発光ダイオード素子が電気的に接続されて構成されることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
16.前記7.乃至10.のいずれかに記載の発光ダイオード素子が1つの前記基板上に複数形成され、各前記発光ダイオード素子は、前記透明基板側から順に、前記発光層から放出される光を透過させ且つ導電性を有する第1の導電層と、前記発光層と、導電性を有する第2の導電層と、を備え、更に、複数の前記発光ダイオード素子上に、電源配線層と、前記電源配線層上に配設される少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、前記電源配線層において、前記第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、前記第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、各前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極は、前記第1の導体及び前記第2の導体とそれぞれ電気的に接続されて構成されることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
17.前記電源配線層上に前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極が配設された後に、前記透明基板が除去されて構成される前記16.記載の発光ダイオードモジュール。
18.更に、除去された前記透明基板と接していた前記第1の導電層の露出した表面が、なし地に加工された前記17.記載の発光ダイオードモジュール。
19.複数の前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、前記蛍光物質は、各前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する前記15.乃至18.のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
The present invention is as follows.
1. A light-emitting diode element comprising a light-emitting layer formed in a certain area on a substrate by a thin film, and taking out light emitted from the light-emitting layer in a condensing direction perpendicular to the light-emitting layer, near a side surface of the light-emitting layer A side reflecting portion inclined at an angle within a predetermined range with respect to the light emitting layer, and light emitted from the light emitting layer in a direction substantially parallel to the light emitting layer is substantially collected by the side reflecting portion. A light-emitting diode element that is reflected on the surface.
2. The side reflecting portion is formed so as to surround all or part of the side surface of the light emitting layer, and the angle in the predetermined range is 0 degree or more and 90 degrees or less. The light emitting diode element of description.
3. A back reflection film is further provided on the side opposite to the light collection direction across the light emitting layer, and light emitted from the light emitting layer to the side opposite to the light collection direction is reflected in the light collection direction by the back reflection film. Reflecting 1. Or 2. The light emitting diode element as described in.
4). The said light emitting layer and the said side reflection part are formed on the surface of the said condensing direction side of the said board | substrate. To 3. The light-emitting diode element according to any one of the above.
5. The substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, and the back reflective film is formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. The light emitting diode element of description.
6). A wall surface formed on the substrate surrounding the side surface of the light emitting layer and facing the side surface of the light emitting layer is inclined at an angle of the predetermined range, and at least on the wall surface facing the side surface of the light emitting layer. 4. The formed reflective film constitutes the side reflecting portion. Or 5. The light emitting diode element as described in.
7). The substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, and the light emitting layer is formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. To 3. The light-emitting diode element according to any one of the above.
8). A transmissive membrane layer formed so as to transmit light emitted from the light emitting layer so as to cover at least a side surface of the light emitting layer and to have a thickness that is thick on the substrate side and thin toward the opposite side; The reflection film formed on the outer surface of the transmission film layer constitutes the side reflection part. The light emitting diode element of description.
9. The light emitting layer is formed in a substantially trapezoidal shape that is wide on the substrate side and narrows toward the opposite side, and transmits light emitted from the light emitting layer so as to cover at least the side surface of the light emitting layer. The reflective film formed on the outer surface of the transmission film layer constitutes the side reflection part. The light emitting diode element of description.
10. The substrate includes a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer and a second substrate, and the light emitting layer formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. And the side reflection part formed on the second substrate so as to correspond to the light emitting layer, and the transparent substrate on which the light emitting layer is formed and the side reflection part are formed. 1. The above-mentioned 1. constructed by bonding the second substrate to face each other. To 3. The light-emitting diode element according to any one of the above.
11. In order from the transparent substrate side, a first conductive layer that transmits light emitted from the light-emitting layer and has conductivity, the light-emitting layer, a second conductive layer that has conductivity, a power wiring layer, And at least two flip chip electrodes or flip chip electrodes disposed on the power wiring layer, wherein the first wiring layer is electrically connected to the first conductive layer in the power wiring layer. A conductor and a second conductor electrically connected to the second conductive layer are respectively wired, and each of the flip chip electrode or the flip chip electrode includes the first conductor and the second conductor. 6. Each of which is electrically connected. To 10. The light-emitting diode element according to any one of the above.
12 10. The above-described 11. configuration wherein the flip-chip electrode or flip-chip electrode is disposed on the power wiring layer and then the transparent substrate is removed. The light emitting diode element of description.
13. Further, the exposed surface of the first conductive layer that has been in contact with the removed transparent substrate is processed into a finish. The light emitting diode element of description.
14 A phosphor including a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side of the light emitting layer, and the fluorescent material absorbs at least part of the light emitted from the light emitting layer and emits light having a different wavelength. 1 above. Thru 13. The light-emitting diode element according to any one of the above.
15. 1 above. To 10. A light emitting diode module comprising: a plurality of the light emitting diode elements according to any one of the above items formed on one substrate, and the light emitting diode elements being electrically connected to each other.
16. Said 7. To 10. A plurality of the light-emitting diode elements according to any one of the above are formed on one substrate, and each of the light-emitting diode elements transmits light emitted from the light-emitting layer in order from the transparent substrate side and has conductivity. A first conductive layer, the light emitting layer, and a second conductive layer having conductivity; and a power wiring layer and a power wiring layer disposed on the plurality of light emitting diode elements. A first conductor electrically connected to the first conductive layer in the power supply wiring layer, and the second conductive layer. Each of the electrically connected second conductors is wired, and each of the flip chip electrodes or flip chip electrodes is configured to be electrically connected to the first conductor and the second conductor, respectively. That LED module according to symptoms.
17. 16. The structure according to 16, wherein the transparent substrate is removed after the flip chip electrode or the flip chip electrode is disposed on the power wiring layer. The light emitting diode module of description.
18. Further, the exposed surface of the first conductive layer that has been in contact with the removed transparent substrate is processed into a ground surface. The light emitting diode module of description.
19. A phosphor including a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side from the plurality of light emitting layers, and the fluorescent material absorbs at least a part of light emitted from each of the light emitting layers and has a different wavelength. 15. emitting light. To 18. The light emitting diode module according to any one of the above.

本発明の発光ダイオード素子によれば、薄膜により基板上に形成された発光層の側面の近傍に、発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部を備え、発光層から発光層と略平行方向に放出される光を側方反射部によって発光層に対して略垂直な方向に反射させるため、発光層から垂直な集光方向に放出される光のみならず、発光層と略平行な方向に放出される光を集光方向に取り出すことができる。半導体技術を用いて1つの基板上に微細な側方反射部を形成することができ、本発明の構成は、白色の発光ダイオードに限らず、既存の単色の発光ダイオードにも適用することができる。これによって、総合的に発光ダイオード素子の輝度を高めることができ、発光ダイオード素子への注入電流あたりの集光量を最大にしてエネルギー効率の良い発光ダイオード素子を実現することが可能になる。
前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、前記所定範囲の角度は0度以上かつ90度以下である場合には、前記発光層と略平行な方向に放出される光の大半又は多くを略集光方向に取り出して利用することができる。
前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備える場合には、前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、背面反射膜によって集光方向に反射されるため、発光層から全方向へ放出される光を集光方向に取り出すことができ、輝度とエネルギー効率が更に優れた発光ダイオード素子を実現することができる。
According to the light emitting diode element of the present invention, the side reflection part inclined at an angle within a predetermined range with respect to the light emitting layer is provided in the vicinity of the side surface of the light emitting layer formed on the substrate by the thin film, and The light emitted in the direction substantially parallel to the light is reflected in the direction substantially perpendicular to the light emitting layer by the side reflecting portion, so that not only the light emitted from the light emitting layer in the light collecting direction perpendicular to the light emitting layer but also the light emitting layer Light emitted in the parallel direction can be extracted in the light collecting direction. A fine side reflection portion can be formed on one substrate using semiconductor technology, and the configuration of the present invention can be applied not only to a white light emitting diode but also to an existing single color light emitting diode. . As a result, the brightness of the light emitting diode element can be increased overall, and it is possible to realize an energy efficient light emitting diode element by maximizing the amount of light collected per injection current into the light emitting diode element.
The side reflecting portion is formed so as to surround all or part of the side surface of the light emitting layer, and is substantially parallel to the light emitting layer when the angle in the predetermined range is not less than 0 degrees and not more than 90 degrees. Most or most of the light emitted in any direction can be extracted and used in a substantially condensing direction.
In the case where a back reflection film is further provided on the side opposite to the light collection direction across the light emitting layer, the light emitted from the light emitting layer to the side opposite to the light collection direction is condensed by the back reflection film. Therefore, light emitted from the light emitting layer in all directions can be extracted in the light collecting direction, and a light emitting diode element with further excellent luminance and energy efficiency can be realized.

前記発光層及び前記側方反射部は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている場合には、既存の半導体技術を用いて容易に発光層及び側方反射部を製造することができる。また、発光ダイオード素子を駆動するための電極及び配線を簡単な構造により一体化することができる。
前記基板は前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、前記背面反射膜は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている場合には、その全面に背面反射膜を容易に形成することができる。
前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、少なくとも発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層と側方反射部を同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオード素子を効率よく製造することが可能になる。
When the light emitting layer and the side reflecting portion are formed on the surface of the substrate on the light collecting direction side, the light emitting layer and the side reflecting portion are easily manufactured using existing semiconductor technology. be able to. In addition, the electrodes and wirings for driving the light emitting diode elements can be integrated with a simple structure.
When the substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, and the back reflection film is formed on the surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction, A back reflecting film can be easily formed on the entire surface.
A wall surface formed on the substrate so as to surround the side surface of the light emitting layer and opposed to the side surface of the light emitting layer includes a side wall portion inclined at an angle of the predetermined range, and is formed on at least the wall surface facing the side surface of the light emitting layer. When the reflecting film constitutes the side reflecting portion, the light emitting layer and the side reflecting portion can be formed by a series of processes using the same material, and the light emitting diode having the side reflecting portion built-in It becomes possible to manufacture the element efficiently.

前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、発光層は、透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている場合には、既存の半導体技術を用いて容易に発光層、背面反射膜、電極等を形成することができる。また、透明基板の集光方向側を覆うように蛍光体を容易に配設することが可能であり、蛍光体を設ける場合には、発光層から直接又は反射されて到達する光を蛍光体で捕捉することができる。
前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過層を備え、前記透過層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層等と側方反射部を同一基板面上に同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオード素子を効率よく製造することが可能になる。
前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層等と側方反射部を同一基板面上に同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオード素子を効率よく製造することが可能になる。
When the substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, and the light emitting layer is formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction, an existing semiconductor is used. A light emitting layer, a back reflection film, an electrode and the like can be easily formed using a technique. In addition, it is possible to easily arrange the phosphor so as to cover the condensing direction side of the transparent substrate. When the phosphor is provided, the light reaching the light emitting layer directly or reflected by the phosphor is reflected by the phosphor. Can be captured.
Comprising a transmissive layer that transmits light emitted from the light-emitting layer, covers at least the side surface of the light-emitting layer, and is formed so as to be thicker on the substrate side and thinner toward the opposite side; When the reflective film formed on the outer surface of the transmissive layer constitutes the side reflecting portion, the light emitting layer and the side reflecting portion are formed on the same substrate surface using the same material through a series of steps. Therefore, it is possible to efficiently manufacture a light emitting diode element incorporating a side reflecting portion.
The light emitting layer is formed in a substantially trapezoidal shape that is wide on the substrate side and narrows toward the opposite side, and transmits light emitted from the light emitting layer so as to cover at least the side surface of the light emitting layer. When the reflective film formed on the outer surface of the transmissive film layer constitutes the side reflecting portion, the light emitting layer and the side reflecting portion are made of the same material on the same substrate surface. It can be formed by a series of processes, and it becomes possible to efficiently manufacture a light emitting diode element incorporating a side reflecting portion.

前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第2の基板とからなり、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、前記第2の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、を備え、発光層が形成された透明基板と側方反射部が形成された第2の基板とを対向させて貼り合わせて構成される場合には、シリコン基板のエッチング等により好ましい傾斜角度の側方反射部を形成することができるため、集光性能に優れた発光ダイオード素子を実現することができる。   The substrate includes a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer and a second substrate, and the light emitting layer formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. The side reflection part formed on the second substrate so as to correspond to the light emitting layer, and a second substrate in which the transparent substrate on which the light emitting layer is formed and the side reflection part is formed. In the case where the substrate is configured so as to be opposed to each other, the side reflection portion having a preferable inclination angle can be formed by etching the silicon substrate or the like, so that a light emitting diode element having excellent light collecting performance is realized. be able to.

前記透明基板側から順に、前記発光層から放出される光を透過させ且つ導電性を有する第1の導電層と、発光層と、導電性を有する第2の導電層と、電源配線層とを備え、更に電源配線層上に配設される少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極を備え、電源配線層において、第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、各前記フリップチップ電極等は、第1の導体及び前記第2の導体とそれぞれ電気的に接続される場合には、発光層等と発光層を駆動するための電極、電源配線及びフリップチップ電極等を一体として形成することが可能であり、しかも、電極や電源配線等によって、発光層から直接又は反射されて集光方向に放出される光を遮らないため、集光性能に優れた発光ダイオード素子とすることが可能になる。
前記電源配線層上に前記フリップチップ電極等が配設された後に、前記透明基板が除去されて構成される場合には、透明基板内での光の減衰を減らすことができるため、集光性能が高まる。
さらに、除去された前記透明基板と接していた前記第1の導電層の露出した表面が、なし地に加工される場合には、その表面での光の全反射率を低下させることができ、一層集光性能を高めることができる。
In order from the transparent substrate side, a first conductive layer that transmits light emitted from the light emitting layer and has conductivity, a light emitting layer, a second conductive layer having conductivity, and a power supply wiring layer are provided. A first conductor electrically connected to the first conductive layer in the power wiring layer, and further comprising at least two flip chip electrodes or flip chip electrodes disposed on the power wiring layer. And a second conductor electrically connected to the two conductive layers, and the flip chip electrodes and the like are electrically connected to the first conductor and the second conductor, respectively. The light emitting layer and the electrode for driving the light emitting layer, the power supply wiring, the flip chip electrode, and the like can be integrally formed, and the light emitting layer is directly or reflected from the light emitting layer and collected by the electrode and the power supply wiring. Light emitted in the light direction Since not blocking, it is possible to a light-emitting diode device having excellent light-converging power.
In the case where the transparent substrate is removed after the flip chip electrode or the like is disposed on the power wiring layer, it is possible to reduce the attenuation of light in the transparent substrate. Will increase.
Furthermore, when the exposed surface of the first conductive layer that has been in contact with the removed transparent substrate is processed into a ground, the total reflectance of light on the surface can be reduced, The light collecting performance can be further enhanced.

前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、蛍光物質は、発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する場合には、発光層から放出された光の色を変換し、又は発光層から放出された光と組み合わせることによって、所望の色の光(例えば白色光)を得ることが可能になる。蛍光体は、発光層から直接又は反射されて集光方向に放出された光を捕捉し又は通過させることができる。   When a phosphor including a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side of the light emitting layer, and the fluorescent material absorbs at least a part of the light emitted from the light emitting layer and emits light of a different wavelength. Makes it possible to obtain light of a desired color (for example, white light) by converting the color of the light emitted from the light emitting layer or combining it with the light emitted from the light emitting layer. The phosphor can capture or pass light emitted from the light emitting layer directly or reflected and emitted in the light collecting direction.

本発明の発光ダイオードモジュールによれば、上記の側方反射部を備えた発光ダイオード素子が1つの前記基板上に複数形成され、各発光ダイオード素子が電気的に接続されて構成されるため、半導体技術を用いて1つのウェーハ上に微細な上記発光ダイオード素子を配列して製造することができ、またパッケージングのスペース効率に優れた発光ダイオードモジュールとすることができる。これによって、総合的に、小形で、輝度が高く且つエネルギー効率の良い発光ダイオードモジュールを実現することが可能になる。   According to the light-emitting diode module of the present invention, a plurality of light-emitting diode elements each having the above-described side reflection portion are formed on one substrate, and each light-emitting diode element is electrically connected. Using the technology, the light emitting diode elements can be arranged and manufactured on a single wafer, and a light emitting diode module having excellent packaging space efficiency can be obtained. As a result, it is possible to realize a light-emitting diode module that is small in size, high in luminance, and high in energy efficiency.

各前記発光ダイオード素子は、前記透明基板側から順に、透明な第1の導電層と、発光層と、第2の導電層と、を備え、更に、複数の前記発光ダイオード素子上に、電源配線層と、電源配線層上に設けられる少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、電源配線層において、第1の導電層と接続された第1の導体と、第2の導電層と接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、各フリップチップ電極等は、第1の導体及び第2の導体とそれぞれ電気的に接続されて構成される場合には、各発光ダイオード素子の発光層等と発光層を駆動するための電極、各発光ダイオード素子間の電源配線及びフリップチップ電極等を一体として形成することが可能であり、しかも、電極や電源配線等によって、各発光層から直接又は反射されて集光方向に放出される光を遮らないため、集光性能に優れた発光ダイオードモジュールとすることが可能になる。
前記電源配線層上に前記フリップチップ電極等が配設された後に、前記透明基板を除去して構成される場合には、透明基板内での光の減衰を減らすことができるため、集光性能が高まる。
さらに、除去された前記透明基板と接していた前記第1の導電層の露出した表面が、なし地に加工される場合には、その表面での光の全反射率を低下させることができ、一層集光性能を高めることができる。
Each of the light emitting diode elements includes a transparent first conductive layer, a light emitting layer, and a second conductive layer in order from the transparent substrate side, and further, a power supply wiring is provided on the plurality of light emitting diode elements. And at least two flip chip electrodes or flip chip electrodes provided on the power wiring layer, wherein the first conductor connected to the first conductive layer in the power wiring layer and the second conductive When the second conductor connected to the layer is wired and each flip chip electrode is electrically connected to the first conductor and the second conductor, each light emitting diode element The light emitting layer and the electrode for driving the light emitting layer, the power supply wiring between the light emitting diode elements, the flip chip electrode, and the like can be integrally formed. Or Because directly or is reflected does not block the light emitted to the condensing direction, it is possible to a light emitting diode module with excellent condensing performance.
In the case where the transparent substrate is removed after the flip chip electrode or the like is disposed on the power supply wiring layer, light attenuation in the transparent substrate can be reduced. Will increase.
Furthermore, when the exposed surface of the first conductive layer that has been in contact with the removed transparent substrate is processed into a ground, the total reflectance of light on the surface can be reduced, The light collecting performance can be further enhanced.

複数の前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、蛍光物質は、各発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する場合には、複数の発光ダイオード素子の発光層をまとめて1つの蛍光体を設ければよく、各発光層から放出された光の色を変換し、又は各発光層から放出された光と組み合わせることによって、所望の色の光(例えば白色光)を得ることが可能になる。蛍光体は、各発光層から直接又は反射されて集光方向に放出された光を捕捉し又は通過させることができる。   A light emitter containing a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side from the plurality of light emitting layers, and the fluorescent material absorbs at least part of the light emitted from each light emitting layer and emits light of different wavelengths. In the case of emitting light, the light emitting layers of a plurality of light emitting diode elements may be provided together to provide one phosphor, and the color of light emitted from each light emitting layer is converted, or the light emitted from each light emitting layer and By combining them, it becomes possible to obtain light of a desired color (for example, white light). The phosphor can capture or pass light emitted directly or reflected from each light emitting layer in the light collecting direction.

本発明について、本発明による典型的な実施形態の例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて説明する。同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品又は構成を示す。
発光ダイオード素子の構成を説明するための断面図である。 本発明の発光ダイオード素子(光マイクロセル)の基本的な構成を示す断面図である。 図2の発光ダイオード素子の平面図である。 本発明の発光ダイオード素子の別の基本的な構成を示す断面図である。 本発明の発光ダイオード素子に内蔵される側方反射部(マイクロミラー)の傾斜角と反射光の方向との関係を説明するための図面である。 実施の形態1における発光ダイオードモジュール(光マイクロモジュール)の構成例を示す平面図である。 図6の発光ダイオードモジュールを構成する1つの発光ダイオード素子を説明するための平面図である。 図6の発光ダイオードモジュールを構成する発光ダイオード素子間の電気的な接続方法を説明するための平面図である。 図6の発光ダイオードモジュールを構成する発光ダイオード素子と電極部との電気的な接続方法を説明するための平面図である。 図6の発光ダイオードモジュールの等価回路図である。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第1の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第1の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオードモジュールの第1の構造例及び光の進行方向を説明するための断面図である(図6のX−X’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子又は発光ダイオードモジュールの第1の製造方法を説明するための断面図である。 図14に示した発光ダイオード素子の製造方法のうち、側方反射部を形成する工程を説明するための断面図である。 実施の形態1の発光ダイオード素子の第1の構造による光の進行方向を説明するための断面図である。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第2の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第2の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオードモジュールの第2の構造例及び光の進行方向を説明するための断面図である(図6のX−X’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子又は発光ダイオードモジュールの第2の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第3の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子の第3の構造例を説明するための断面図である(図7のY−Y’断面に相当する)。 実施の形態1における発光ダイオード素子又は発光ダイオードモジュールの第3の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオードモジュールをパッケージに実装する例を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオードモジュールを、蛍光体を備えてパッケージに実装する例を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオードモジュールの構造例及び光の進行方向を説明するための側面図である。 実施の形態2における発光ダイオードモジュールの構造例を説明するための斜視図である。 図27の発光ダイオードモジュールの集光方向を下にした斜視図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子の第1の構造例及び光の進行方向を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子の第1の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子の第2の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子の第1の構造例を説明するための断面図及び平面図である。 図32に示した発光ダイオード素子の別の構造例を表わす平面図である。 実施の形態2における発光ダイオードモジュールをウェーハ上に形成する例を説明するための図である。 実施の形態2における側方反射部(マイクロミラー)の別の形成方法(1)を説明するための断面図である。 実施の形態2における側方反射部(マイクロミラー)の別の形成方法(2)を説明するための断面図である。 実施の形態2における側方反射部(マイクロミラー)の別の形成方法(3)を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子の別の構造例及び光の進行方向を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子(側方反射部)の第3の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態2における発光ダイオード素子(側方反射部)の第4の製造方法を説明するための断面図である。 図40に示した製造方法により製造された発光ダイオード素子における光の進行方向を説明するための断面図である。 実施の形態3における発光ダイオードモジュールをパッケージに実装する例を説明するための断面図である。 実施の形態3における発光ダイオードモジュールを、蛍光体を備えてパッケージに実装する例を説明するための断面図である。 実施の形態3における発光ダイオードモジュールの構造例を説明するための側面図である。 図44に示した発光ダイオードモジュールの斜視図である。 実施の形態3の発光ダイオードモジュールについて、光の進行方向を説明するための側面図である。 実施の形態3における発光ダイオード素子の構造例を説明するための断面図及び平面図である。 実施の形態3における発光ダイオード素子の側方反射部(マイクロミラー)を、ウェーハ上に形成する工程を説明するための断面図である。 シリコンウェーハの面方位とエッチング特性の関係を説明するための図である。 実施の形態3における発光ダイオード素子の透明基板側の構造を形成し、側方反射部を形成した第2の基板(シリコン基板)と貼り合わせる工程を説明するための断面図である。 実施の形態3における発光ダイオード素子の電極構造を形成する工程を説明するための断面図である。 図40に示した製造方法により製造された発光ダイオード素子における光の進行方向を説明するための断面図である。 実施の形態3における発光ダイオードモジュールに、電源配線層及びフリップチップ電極を形成した状態を表わす側面図である。 電源配線層上にフリップチップ電極が配設された後に、透明基板が除去されて構成される発光ダイオードモジュールを説明するための断面図である。 基板上に発光ダイオード素子及び電源配線層が形成された後に、ウェーハ状態で、貫通導電ビアが形成された別のウェーハ基板を貼り合わせた断面図である。 従来の発光ダイオードの構造を説明するための断面図である。 従来の別の発光ダイオードの構造を説明するための断面図である。 図57の発光ダイオードに備えられている発光素子の構造を説明するための平面図及び断面図である。
The present invention will now be described in the following detailed description, with reference to the referenced drawings, by way of example of exemplary embodiments according to the present invention. Like reference numerals designate like parts or configurations throughout the several views of the drawings.
It is sectional drawing for demonstrating the structure of a light emitting diode element. It is sectional drawing which shows the basic composition of the light emitting diode element (optical microcell) of this invention. It is a top view of the light emitting diode element of FIG. It is sectional drawing which shows another basic structure of the light emitting diode element of this invention. 3 is a diagram for explaining a relationship between an inclination angle of a side reflection portion (micromirror) built in the light emitting diode element of the present invention and a direction of reflected light. FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of a light emitting diode module (optical micromodule) in the first embodiment. It is a top view for demonstrating one light emitting diode element which comprises the light emitting diode module of FIG. It is a top view for demonstrating the electrical connection method between the light emitting diode elements which comprise the light emitting diode module of FIG. It is a top view for demonstrating the electrical connection method of the light emitting diode element which comprises the light emitting diode module of FIG. 6, and an electrode part. FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the light emitting diode module of FIG. 6. FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a first structural example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to the YY ′ cross-section in FIG. 7). FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a first structural example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to the Y 2 -Y 2 ′ cross-section in FIG. 7). FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a first structure example of the light-emitting diode module in Embodiment 1 and a traveling direction of light (corresponding to the XX ′ cross-section of FIG. 6). FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the first manufacturing method of the light-emitting diode element or light-emitting diode module according to Embodiment 1. It is sectional drawing for demonstrating the process of forming a side reflection part among the manufacturing methods of the light emitting diode element shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the traveling direction of light according to the first structure of the light-emitting diode element of the first embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a second structure example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to the YY ′ cross-section in FIG. 7). FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a second structure example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to the Y 2 -Y 2 ′ cross-section in FIG. 7). FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a second structure example of the light-emitting diode module according to Embodiment 1 and a traveling direction of light (corresponding to the XX ′ cross-section of FIG. 6). 6 is a cross-sectional view for explaining a second manufacturing method of the light-emitting diode element or light-emitting diode module according to Embodiment 1. FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a third structural example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to a YY ′ cross-section in FIG. 7). FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a third structural example of the light-emitting diode element in the first embodiment (corresponding to the Y 2 -Y 2 ′ cross-section in FIG. 7). 6 is a cross-sectional view for explaining a third manufacturing method of the light-emitting diode element or the light-emitting diode module according to Embodiment 1. FIG. It is sectional drawing for demonstrating the example which mounts the light emitting diode module in Embodiment 2 in a package. It is sectional drawing for demonstrating the example which mounts the light emitting diode module in Embodiment 2 in a package provided with fluorescent substance. 6 is a side view for explaining a structural example of a light emitting diode module and a light traveling direction in Embodiment 2. FIG. 6 is a perspective view for explaining a structural example of a light emitting diode module according to Embodiment 2. FIG. It is the perspective view which turned down the condensing direction of the light emitting diode module of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a first structural example of a light-emitting diode element in Embodiment 2 and a traveling direction of light. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the first manufacturing method of the light-emitting diode element in the second embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a second manufacturing method of the light-emitting diode element in the second embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view for explaining a first structure example of a light-emitting diode element in a second embodiment. FIG. 33 is a plan view illustrating another structural example of the light-emitting diode element illustrated in FIG. 32. It is a figure for demonstrating the example which forms the light emitting diode module in Embodiment 2 on a wafer. FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining another method (1) of forming the side reflecting portion (micromirror) in the second embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining another method (2) of forming the side reflecting portion (micromirror) in the second embodiment. It is sectional drawing for demonstrating another formation method (3) of the side reflection part (micromirror) in Embodiment 2. FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining another structural example of the light-emitting diode element and the light traveling direction in the second embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a third manufacturing method of the light-emitting diode element (side reflecting portion) in the second embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the 4th manufacturing method of the light emitting diode element (side reflection part) in Embodiment 2. FIG. It is sectional drawing for demonstrating the advancing direction of the light in the light emitting diode element manufactured by the manufacturing method shown in FIG. It is sectional drawing for demonstrating the example which mounts the light emitting diode module in Embodiment 3 in a package. It is sectional drawing for demonstrating the example which mounts the light emitting diode module in Embodiment 3 in a package provided with fluorescent substance. 6 is a side view for explaining a structural example of a light-emitting diode module according to Embodiment 3. FIG. FIG. 45 is a perspective view of the light-emitting diode module shown in FIG. 44. FIG. 10 is a side view for explaining the light traveling direction of the light emitting diode module according to the third embodiment. 10A and 10B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a structure example of a light-emitting diode element in Embodiment 3. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a side reflection portion (micromirror) of a light emitting diode element in Embodiment 3 on a wafer. It is a figure for demonstrating the relationship between the surface orientation of a silicon wafer, and an etching characteristic. It is sectional drawing for demonstrating the process bonded together with the 2nd board | substrate (silicon substrate) which formed the structure by the side of the transparent substrate of the light emitting diode element in Embodiment 3, and formed the side reflection part. FIG. 10 is a cross-sectional view for describing a step of forming an electrode structure of a light emitting diode element in a third embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the advancing direction of the light in the light emitting diode element manufactured by the manufacturing method shown in FIG. FIG. 11 is a side view showing a state where a power supply wiring layer and a flip chip electrode are formed in the light emitting diode module according to Embodiment 3. It is sectional drawing for demonstrating the light emitting diode module comprised after a flip chip electrode is arrange | positioned on a power wiring layer, and a transparent substrate being removed. It is sectional drawing which bonded another wafer board | substrate with which the penetration conductive via was formed in the wafer state after the light emitting diode element and the power supply wiring layer were formed on the board | substrate. It is sectional drawing for demonstrating the structure of the conventional light emitting diode. It is sectional drawing for demonstrating the structure of another conventional light emitting diode. FIG. 58 is a plan view and a cross-sectional view for explaining a structure of a light emitting element provided in the light emitting diode of FIG. 57.

本発明の発光ダイオード素子は、薄膜により基板上に形成された発光層から放出された光を、発光層とは垂直な方向に取り出す発光ダイオードであり、発光層から発光層と略平行方向(発光層の側方)に放出される光を反射させて取り出すための構造を備える。以下では、発光層から放出された光を利用するために取り出す方向を「集光方向」という。上記「側方」とは、発光層の面に沿った方向すなわち集光方向とは直角をなす方向である。すなわち側方に放出される光とは、発光層の側面から放出される光をいう。   The light-emitting diode element of the present invention is a light-emitting diode that takes out light emitted from a light-emitting layer formed on a substrate by a thin film in a direction perpendicular to the light-emitting layer, and is substantially parallel to the light-emitting layer (light emission). A structure for reflecting and extracting light emitted to the side of the layer). In the following, the direction of taking out the light emitted from the light emitting layer is referred to as the “light collecting direction”. The “side” is a direction perpendicular to the direction along the surface of the light emitting layer, that is, the light collecting direction. That is, the light emitted to the side means light emitted from the side surface of the light emitting layer.

本発明の要旨の1つは、半導体製造技術を利用して、上記のような薄膜の側方に微細な側方反射部を形成することにある。よって、以下では、この側方反射部を「マイクロミラー」といい、基板上に形成された発光層とマイクロミラーとを備えた1つの発光ダイオード素子を「光マイクロセル」という。   One of the gist of the present invention is to form a fine side reflecting portion on the side of the thin film as described above by using a semiconductor manufacturing technique. Therefore, hereinafter, the side reflection portion is referred to as a “micromirror”, and one light emitting diode element including a light emitting layer and a micromirror formed on a substrate is referred to as an “optical microcell”.

また、本発明の要旨は、上記の光マイクロセルを同じ基板上に配列して形成することが可能な構造とすることである。複数の光マイクロセルを同じ基板上に配列して形成し、その各光マイクロセルを電気的に接続することによって、複数の光マイクロセルを備えた1つのモジュールを構成することができる。このモジュールを、以下では「発光ダイオードモジュール」又は「光マイクロモジュール」という。発光ダイオードモジュール(光マイクロモジュール)は、それを構成する各光マイクロセルに電源を供給するために一体に形成された電極や電源配線層を含むことができる。   The gist of the present invention is to provide a structure that allows the above-described optical microcells to be arranged on the same substrate. By forming a plurality of optical microcells on the same substrate and electrically connecting the optical microcells, one module including the plurality of optical microcells can be configured. This module is hereinafter referred to as “light-emitting diode module” or “optical micromodule”. The light emitting diode module (optical micromodule) can include an electrode and a power supply wiring layer that are integrally formed to supply power to each optical microcell that constitutes the light emitting diode module.

図2及び図3に、本発明の発光ダイオード素子の基本的な構造を模式的に示す。図2は断面図であり、発光ダイオード素子10は、基板3上に形成された発光層4と、その発光層の側面4sの近傍に、発光層4に対して所定範囲の角度αで傾斜した側方反射部6を備えている。発光層4は、半導体層4a及び4bと、その間に形成されて光を放出する活性層4cとを備える薄膜であり、発光層4の厚さは数μm程度である。   2 and 3 schematically show the basic structure of the light-emitting diode element of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view, and the light emitting diode element 10 is inclined at an angle α in a predetermined range with respect to the light emitting layer 4 in the vicinity of the light emitting layer 4 formed on the substrate 3 and the side surface 4s of the light emitting layer. A side reflector 6 is provided. The light emitting layer 4 is a thin film including semiconductor layers 4a and 4b and an active layer 4c formed between them to emit light, and the thickness of the light emitting layer 4 is about several μm.

前記基板3の材料は、薄膜の発光層を形成できる限り、とくに限定されない。例えば、サファイア(Al)、シリコン(Si)、炭化シリコン(SiC)等が挙げられる。以下では、サファイア基板など、発光層から放出される光を透過させる基板を「透明基板」という。
前記発光層4は、半導体層4a、4b及び4cを備えている。以下では、GaAlNを材料とし紫外光を発する発光ダイオードを例に取り上げて説明する。例えば、半導体層4aはP型GaAlN半導体であり、半導体層4bはN型GaAlN半導体である。GaAlNを材料とした発光ダイオードは、緑色〜紫外域の光を発するものが知られている。この他、発光ダイオードの半導体材料としてGaN、InGaN、ZnSe、ZnO等さまざまなものがある。しかし、本発明は半導体で構成される発光層から放出される光を集光する構造に関するものであり、半導体の材料や発光層の構成は特に限定されるものではなく、発光層から放出される光の波長もまた限定されるものではない。すなわち、本発明の光マイクロセル、光マイクロモジュールの構造は、発光層に用いる材料や発光色に関わらず適用することが可能である。
The material of the substrate 3 is not particularly limited as long as a thin light emitting layer can be formed. For example, sapphire (Al 2 O 3 ), silicon (Si), silicon carbide (SiC), and the like can be given. Hereinafter, a substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, such as a sapphire substrate, is referred to as a “transparent substrate”.
The light emitting layer 4 includes semiconductor layers 4a, 4b and 4c. Hereinafter, a light emitting diode that emits ultraviolet light using GaAlN as a material will be described as an example. For example, the semiconductor layer 4a is a P-type GaAlN semiconductor, and the semiconductor layer 4b is an N-type GaAlN semiconductor. A light emitting diode made of GaAlN is known to emit light in the green to ultraviolet range. In addition, there are various semiconductor materials such as GaN, InGaN, ZnSe, and ZnO as light emitting diode semiconductor materials. However, the present invention relates to a structure for collecting light emitted from a light emitting layer made of a semiconductor, and the material of the semiconductor and the structure of the light emitting layer are not particularly limited, and are emitted from the light emitting layer. The wavelength of light is also not limited. That is, the structure of the optical microcell and the optical micromodule of the present invention can be applied regardless of the material used for the light emitting layer and the light emission color.

光マイクロセル10は、発光層4に対して集光方向zとは反対方向に、背面反射膜5を備えることができる。背面反射膜5は、発光層4(活性層42)から集光方向zとは反対向きに放出される光を集光方向zに反射させるミラーである。図2に示す光マイクロセル10では、発光層4及び側方反射部(マイクロミラー)6が、集光方向z側の基板3面上に形成されている。この場合、背面反射膜5は、図2に示すように基板3と発光層4との間に設けることができる。また、基板3として透明基板を使用する場合には、その透明基板の下面すなわち発光層4が形成された面とは反対側の面に背面反射膜を設けてもよい。
背面反射膜の材料は、光を反射する薄膜を形成することができる限り、特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、クロム、コバルト等が挙げられる。
The optical microcell 10 can include a back reflecting film 5 in a direction opposite to the light collecting direction z with respect to the light emitting layer 4. The back reflecting film 5 is a mirror that reflects light emitted from the light emitting layer 4 (active layer 42) in the direction opposite to the light collecting direction z in the light collecting direction z. In the optical microcell 10 shown in FIG. 2, the light emitting layer 4 and the side reflection part (micromirror) 6 are formed on the surface of the substrate 3 on the condensing direction z side. In this case, the back reflecting film 5 can be provided between the substrate 3 and the light emitting layer 4 as shown in FIG. When a transparent substrate is used as the substrate 3, a back reflecting film may be provided on the lower surface of the transparent substrate, that is, the surface opposite to the surface on which the light emitting layer 4 is formed.
The material of the back reflection film is not particularly limited as long as a thin film that reflects light can be formed. For example, aluminum, silver, nickel, chromium, cobalt, etc. are mentioned.

図2に示すように、光マイクロセル10では、活性層4cから集光方向zに向けて放出された光はそのまま取り出すことができる(p)。活性層4cから集光方向zとは逆向きに放出された光は、背面反射膜5によって反射され、集光方向に取り出される(q)。また、活性層4cに沿って活性層と略平行な方向Sに進み、発光層の側面4sから放出された光は、マイクロミラー6によって反射され、略集光方向に取り出される(r)。   As shown in FIG. 2, in the optical microcell 10, light emitted from the active layer 4c in the light collecting direction z can be extracted as it is (p). The light emitted from the active layer 4c in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the back reflecting film 5 and extracted in the light collecting direction (q). Further, the light traveling from the side surface 4s of the light emitting layer in the direction S substantially parallel to the active layer along the active layer 4c is reflected by the micromirror 6 and extracted in a substantially condensing direction (r).

図4に示すように、光マイクロセルは、透明基板31を使用し、集光方向zとは反対側の基板面に発光層41及びマイクロミラー61を設ける構造としてもよい。この光マイクロセル11では、発光層41の下面に背面反射膜51が形成されている。マイクロミラー61は、透明基板31の面上に発光層41と同時に形成することができる。また、基板を透明基板と第2の基板とから構成してもよい。この場合、透明基板31の面上に発光層41を形成し、かつ第2の基板上にマイクロミラー61を形成し、両基板を貼り合わせることによって光マイクロセル11を構成することができる。いずれの場合にも、発光層(活性層)から各方向に放出される光は、透明基板31を通して、前記同様に集光方向に取り出すことができる(p、q、r)。   As shown in FIG. 4, the optical microcell may have a structure in which a transparent substrate 31 is used and the light emitting layer 41 and the micromirror 61 are provided on the substrate surface opposite to the light collecting direction z. In the optical microcell 11, a back reflection film 51 is formed on the lower surface of the light emitting layer 41. The micromirror 61 can be formed simultaneously with the light emitting layer 41 on the surface of the transparent substrate 31. Further, the substrate may be composed of a transparent substrate and a second substrate. In this case, the optical microcell 11 can be configured by forming the light emitting layer 41 on the surface of the transparent substrate 31 and forming the micromirror 61 on the second substrate and bonding the two substrates together. In any case, the light emitted in each direction from the light emitting layer (active layer) can be extracted in the light condensing direction through the transparent substrate 31 (p, q, r).

上記マイクロミラー(6、61)は、発光層の側面の近傍に形成され又は発光層の側面を覆って形成される構造体(側壁部)の表面とすることができる。すなわち、発光層の側面と対向する側壁部の壁面を活性層に対して角度αで傾斜させ、その壁面の表面を光の反射面とすることによって、マイクロミラーを構成することができる。実施例に示すように、上記側壁部は、発光層を形成する材料(例えばGaAlN)と同じ材料により形成されてもよいし、異なる材料(例えば、シリコン、シリコン酸化物等)によって形成されてもよい。また、上記壁面の傾斜を形成するために、絶縁層又は発光層から放出される光を透過する透過膜層を設けることができる。絶縁層又は透過膜層の材料は限定されないが、例えばシリコン酸化物(SiO等)を用いることができる。また、上記反射面は、側壁部自体の表面であってもよいし、側壁部の表面に反射膜が形成されてもよい。その反射膜の材料は、光を反射する薄膜を形成することができる限り、特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、クロム、コバルト等が挙げられる。The micromirror (6, 61) may be a surface of a structure (side wall portion) formed in the vicinity of the side surface of the light emitting layer or covering the side surface of the light emitting layer. That is, the micromirror can be configured by inclining the wall surface of the side wall portion facing the side surface of the light emitting layer at an angle α with respect to the active layer and using the surface of the wall surface as a light reflecting surface. As shown in the embodiment, the side wall portion may be formed of the same material as the material forming the light emitting layer (for example, GaAlN), or may be formed of a different material (for example, silicon, silicon oxide, or the like). Good. Further, in order to form the slope of the wall surface, a permeable membrane layer that transmits light emitted from the insulating layer or the light emitting layer can be provided. The material of the insulating layer or the permeable membrane layer is not limited, but for example, silicon oxide (SiO 2 or the like) can be used. Further, the reflection surface may be the surface of the sidewall part itself, or a reflection film may be formed on the surface of the sidewall part. The material of the reflective film is not particularly limited as long as a thin film that reflects light can be formed. For example, aluminum, silver, nickel, chromium, cobalt, etc. are mentioned.

図3は、前記発光ダイオード素子10を集光方向z側から見た平面図である。発光層4は、基板3の上の一定領域に形成されており、発光層4の周縁近傍をマイクロミラー6が囲んで構成されている。1つの光マイクロセルのサイズは特に限定されず、例えば、1辺を数十〜数百μm程度の大きさとすることができる。また、マイクロミラー6を形成する部分の幅は、数μm〜数十μm程度とすることができる。   FIG. 3 is a plan view of the light emitting diode element 10 as viewed from the light collecting direction z side. The light emitting layer 4 is formed in a certain region on the substrate 3, and is configured such that the micromirror 6 surrounds the periphery of the light emitting layer 4. The size of one optical microcell is not particularly limited. For example, one side can have a size of several tens to several hundreds of μm. Further, the width of the portion where the micromirror 6 is formed can be about several μm to several tens of μm.

1つの光マイクロセルの大きさは、発光層に沿った方向(図2に示される方向S)に進む光の減衰を最小限に抑えるために、小さい方がよい。発光層に沿った方向の光の減衰が少なければ、発光のために注入する電流あたりの集光量を大きくすることができるからである。また、発光層の側方に放出される光の減衰を抑えるために、発光層とマイクロミラーとの間は狭い方が望ましい。
一方、発光層のサイズを小さくし過ぎると界面の面積比率が高くなり、発光効率が低下することが知られている。また、マイクロミラー及びその周辺部は発光に直接は寄与しないため、マイクロミラー周辺部の面積やマイクロミラーの存在そのものによって、発光量が制限される。したがって、充分な集光量を得るためには、発光層の面積を大きくしなければならないこととなる。
The size of one optical microcell should be small in order to minimize the attenuation of light traveling in the direction along the light emitting layer (direction S shown in FIG. 2). This is because if the attenuation of light in the direction along the light emitting layer is small, the amount of collected light per current injected for light emission can be increased. In order to suppress attenuation of light emitted to the side of the light emitting layer, it is desirable that the space between the light emitting layer and the micromirror is narrow.
On the other hand, it is known that if the size of the light emitting layer is made too small, the area ratio of the interface increases and the light emission efficiency decreases. Further, since the micromirror and its peripheral portion do not directly contribute to light emission, the light emission amount is limited by the area of the micromirror peripheral portion and the presence of the micromirror itself. Therefore, in order to obtain a sufficient amount of light collection, the area of the light emitting layer must be increased.

本発明の目指すところは、発光ダイオードへの注入電流あたりの集光量を最大にして、エネルギー効率の良い発光ダイオードを実現することにある。したがって、発光層の大きさ、発光に寄与しないマイクロミラー部の大きさ、発光層とマイクロミラーとの間の距離などの関係で、光マイクロセルの大きさは最適化される必要がある。発光層の厚さや発光材料などによって最適な条件は異なるが、いかなる大きさの光マイクロセルにおいても、光マイクロセル単位で集光効率を最大にし、その結果として複数の光マイクロセル群から構成される光マイクロモジュールの発光効率を最大にするという考え方は同じである。   The aim of the present invention is to realize an energy efficient light emitting diode by maximizing the amount of collected light per injection current to the light emitting diode. Therefore, the size of the optical microcell needs to be optimized in relation to the size of the light emitting layer, the size of the micromirror part that does not contribute to light emission, the distance between the light emitting layer and the micromirror, and the like. Optimum conditions vary depending on the thickness of the light emitting layer and the light emitting material, but in any size of optical microcell, the light collection efficiency is maximized in units of optical microcells. The idea of maximizing the luminous efficiency of the optical micromodule is the same.

また、本発明は、1つの光マイクロセルにおいて、発光層の側面の近傍に発光層の側面と対向し且つ発光層に対して傾斜したマイクロミラーを形成することが可能な構造であることを特徴としている。これによって、マイクロミラーは、発光層の側面方向の全周縁を囲んで設けられることもできるし、その全周囲の一部に設けられてもよい。発光層の側方に放出される光をできるだけ多く補足してマイクロミラーにより集光方向に集めるために、マイクロミラーは発光層の周囲の大半に形成されることが好ましく、図3に表わされているように発光層4の全周囲に形成されることが更に好ましい。   Further, the present invention is characterized in that in one optical microcell, a micromirror that is opposed to the side surface of the light emitting layer and is inclined with respect to the light emitting layer can be formed in the vicinity of the side surface of the light emitting layer. It is said. Accordingly, the micromirror can be provided so as to surround the entire periphery in the side surface direction of the light emitting layer, or may be provided on a part of the entire periphery. In order to capture as much light emitted to the side of the light emitting layer as possible and collect it in the light collecting direction by the micromirror, the micromirror is preferably formed in most of the periphery of the light emitting layer, as shown in FIG. More preferably, the light emitting layer 4 is formed all around.

次に、マイクロミラーの傾斜角度αについて説明する。
図5において、横方向は発光層と平行な方向S、上方向は集光方向z、面Mはマイクロミラーの反射面を表わす。発光層から発光層に沿った方向に放出された光(in)は、マイクロミラー面Mによって、略集光方向に反射される(out)。
同図(a)に示すように、マイクロミラーの傾斜角αが45°の場合には、マイクロミラーで反射した光は発光層に垂直な集光方向zへ向かうため最も好ましい。また、同図(b)、(c)に示すように、傾斜角αが60°又は30°であった場合には、光は集光方向zに対して30°外れた方向に反射する。この場合、集光方向の光のベクトル強度は約1.73/2となり、光の強度の約86%を集光方向に取り出すことができる。また、同図(d)、(e)に示すように、傾斜角αが67.5°又は22.5°であった場合には、光は集光方向zに対して45°外れた方向に反射する。この場合、集光方向の光のベクトル強度は約1/2となるが、それでも光の強度の約50%を集光方向に取り出すことができる。
したがって、発光層に対するマイクロミラーの傾斜角αが略45°(例えば、22.5°以上かつ67.5°以下、好ましくは30°以上かつ60°以下、最も好ましくは45°)であるマイクロミラーを形成すれば、その傾斜角に応じた強度の光を集光方向に取りだすことが可能となる。
Next, the inclination angle α of the micromirror will be described.
In FIG. 5, the horizontal direction is the direction S parallel to the light emitting layer, the upward direction is the light collecting direction z, and the surface M is the reflecting surface of the micromirror. The light (in) emitted from the light emitting layer in the direction along the light emitting layer is reflected by the micromirror surface M in a substantially condensing direction (out).
As shown in FIG. 5A, when the tilt angle α of the micromirror is 45 °, the light reflected by the micromirror is most preferable because it goes in the light collecting direction z perpendicular to the light emitting layer. Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the inclination angle α is 60 ° or 30 °, the light is reflected in a direction deviating 30 ° with respect to the light collecting direction z. In this case, the vector intensity of light in the condensing direction is about 1.73 / 2, and about 86% of the light intensity can be extracted in the condensing direction. Further, as shown in FIGS. 4D and 4E, when the inclination angle α is 67.5 ° or 22.5 °, the light is deviated by 45 ° with respect to the light collecting direction z. Reflect on. In this case, although the vector intensity of light in the condensing direction is about ½, about 50% of the light intensity can still be extracted in the condensing direction.
Therefore, the micromirror whose inclination angle α of the micromirror with respect to the light emitting layer is approximately 45 ° (for example, 22.5 ° to 67.5 °, preferably 30 ° to 60 °, most preferably 45 °). If it is formed, it becomes possible to take out the light of the intensity | strength according to the inclination angle to a condensing direction.

マイクロミラーの反射面は、必ずしも全体が平面である必要はなく、曲面から構成されてもよい。後述する実施例に挙げるように、マイクロミラーは種々の製造方法により種々の形状に形成することができる。しかし、いずれの場合においても、発光層に略平行な方向に進む光を、マイクロミラーにより集光方向に向けることは共通の構成である。
発光層に略平行な方向に進む光は、発光層内部及び発光層とマイクロミラーとの間の構造や材料の屈折率の違いにより屈折、反射、散乱等し、光の進行方向は材料の組み合わせや各層及び表面の凹凸等に複雑に影響される。このため、実際上は、発光層の側面に対向するマイクロミラー全体(裾部から頂部まで)の傾斜角が0°以上かつ90°以下の範囲であり、発光層中の活性層に対向する部分を中心とした反射面中央部の傾斜角が略45°となるように形成されれば、集光効果を奏することができる。
The reflection surface of the micromirror does not necessarily have to be a flat surface as a whole, and may be composed of a curved surface. As will be described later in Examples, the micromirror can be formed into various shapes by various manufacturing methods. However, in any case, it is a common configuration to direct light traveling in a direction substantially parallel to the light emitting layer in the light collecting direction by the micromirror.
The light traveling in a direction substantially parallel to the light emitting layer is refracted, reflected, scattered, etc. due to the difference in the refractive index of the structure and material inside the light emitting layer and between the light emitting layer and the micromirror. And each layer and surface irregularities are complicatedly affected. Therefore, in practice, the angle of inclination of the entire micromirror (from the bottom to the top) facing the side surface of the light emitting layer is in the range of 0 ° to 90 °, and the portion facing the active layer in the light emitting layer If the angle of inclination of the central portion of the reflecting surface with respect to is formed to be approximately 45 °, a light collecting effect can be obtained.

光マイクロセル及び光マイクロモジュールの上方(集光方向)に、蛍光顔料、蛍光染料などの蛍光物質を含んで構成された蛍光体を配設することができる。蛍光体を備える場合、発光層から放出された光は、直接又は反射等して蛍光物質に当たり、蛍光物質が励起されてより波長の長い光を発する。このため、とくに、集光方向に蛍光体が備えられる場合には、マイクロミラーにおいて反射される光の方向が集光方向から外れていても、蛍光体によって光を捕捉することが可能な範囲の方向に光が反射されればよいこととなる。   A fluorescent material including a fluorescent material such as a fluorescent pigment or a fluorescent dye can be disposed above (in the light collecting direction) the optical microcell and the optical micromodule. When the phosphor is provided, the light emitted from the light emitting layer hits the fluorescent material directly or reflected, and the fluorescent material is excited to emit light having a longer wavelength. For this reason, in particular, when a phosphor is provided in the light collecting direction, the range in which light can be captured by the phosphor even if the direction of the light reflected by the micromirror is out of the light collecting direction. It suffices if light is reflected in the direction.

この他、光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、発光層に電源を供給するための電極及び電源配線を一体に形成して構成することができる。電極及び電源配線に用いる材料は導電性を有する限り特に限定されず、例えばアルミニウムを用いることができる。また、酸化インジウム(ITO)等を、透明な導電膜として用いることができる。
発光層の電極は、N型半導体層及びP型半導体層のいずれかとそれぞれ電気的に同一であるか又は電気的に接続された第1の導電層及び第2の導電層を、発光層と一体に形成することができる。以下では、N型半導体層と接続された電極(カソード)をN型電極又はN電極、P型半導体層と接続された電極(アノード)をP型電極又はP電極と表記する。
また、光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、上記各電極に配線をする電源配線層を一体に形成することができる。電源配線層は、上記第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、上記第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線される。光マイクロセル又は光マイクロモジュールと外部(パッケージ基板、メイン基板、リード端子など)との接続方法は限定されず、例えばワイヤボンディングがされてもよいし、突起状の電極(バンプ)を備えることによりフリップチップ実装がされてもよい。
In addition, the optical microcell and the optical micromodule can be configured by integrally forming an electrode and power supply wiring for supplying power to the light emitting layer. The material used for the electrode and the power supply wiring is not particularly limited as long as it has conductivity, and for example, aluminum can be used. Further, indium oxide (ITO) or the like can be used as a transparent conductive film.
The electrode of the light emitting layer is formed by integrating the first conductive layer and the second conductive layer, which are electrically the same as or electrically connected to either the N-type semiconductor layer or the P-type semiconductor layer, with the light emitting layer. Can be formed. Hereinafter, an electrode (cathode) connected to the N-type semiconductor layer is referred to as an N-type electrode or N electrode, and an electrode (anode) connected to the P-type semiconductor layer is referred to as a P-type electrode or P electrode.
In the optical microcell and the optical micromodule, a power supply wiring layer for wiring to the electrodes can be integrally formed. In the power supply wiring layer, a first conductor electrically connected to the first conductive layer and a second conductor electrically connected to the second conductive layer are wired. The connection method between the optical microcell or optical micromodule and the outside (package substrate, main substrate, lead terminal, etc.) is not limited. For example, wire bonding may be performed, or by providing protruding electrodes (bumps) Flip chip mounting may be performed.

フリップチップ実装を行うために、光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、発光層が集光方向とは反対側の透明基板の面上に形成される場合、上記第1の導体と電気的に接続されるフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、上記第2の導体と電気的に接続されるフリップチップ電極又はフリップチップ用電極とを備えることができる。上記フリップチップ電極(バンプ)の形状は特に限定されず、例えば柱状であってもよいし、球状、板状等であってもよい。また、上記フリップチップ用電極とは、フリップチップ実装を行うための電極をいい、膜状、平板状などその形状は問わない。このフリップチップ用電極上にバンプが設けられてもよいし、このフリップチップ用電極を用いて、バンプが設けられたパッケージ基板上に本光マイクロセル又は光マイクロモジュールが実装されるようにすることもできる。また、上記フリップチップ電極等は、ウェーハ状態で形成されてもよいし、ウェーハから1つ1つの光マイクロセル又は光マイクロモジュールに分割した後に、スタッドバンプが形成されてもよい。
光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、発光層が集光方向とは反対側の透明基板の面上に形成される場合、透明基板上に形成された構造物(発光層、マイクロミラー、電源配線層、フリップチップ電極等)が物理的に固定された後、その透明基板が除去(リフトオフ)されてもよい。すなわち、光マイクロセル又は光マイクロモジュールの電源配線層上にフリップチップ電極等が配設された後、透明基板を除去することができる。例えば、実施例に記載するように、光マイクロセル又は光マイクロモジュールが別のウェーハ基板やパッケージ基板等に実装された後に、透明基板を除去することができる。
更に、透明基板が除去された後の発光層側の露出した表面を、ブラスト等によってなし地に加工することもできる。ここで「なし地」とは、発光層内部の光が表面で全反射しない程度に表面を均等にあらすことをいう。
In order to perform flip chip mounting, the optical microcell and the optical micromodule are electrically connected to the first conductor when the light emitting layer is formed on the surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. A flip chip electrode or flip chip electrode, and a flip chip electrode or flip chip electrode electrically connected to the second conductor. The shape of the flip chip electrode (bump) is not particularly limited, and may be, for example, a columnar shape, a spherical shape, a plate shape, or the like. The above-mentioned flip chip electrode refers to an electrode for flip chip mounting, and any shape such as a film shape or a flat plate shape may be used. Bumps may be provided on the flip chip electrodes, and the optical microcell or the optical micromodule is mounted on the package substrate provided with the bumps using the flip chip electrodes. You can also. The flip chip electrode or the like may be formed in a wafer state, or stud bumps may be formed after dividing the wafer into individual optical microcells or optical micromodules.
When the light emitting layer is formed on the surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction, the optical microcell and the optical micromodule have a structure (light emitting layer, micromirror, power supply wiring layer) formed on the transparent substrate. , Flip chip electrodes, etc.) may be physically fixed, and then the transparent substrate may be removed (lifted off). That is, after the flip chip electrode or the like is disposed on the power wiring layer of the optical microcell or optical micromodule, the transparent substrate can be removed. For example, as described in the embodiments, the transparent substrate can be removed after the optical microcell or the optical micromodule is mounted on another wafer substrate, a package substrate, or the like.
Further, the exposed surface on the light emitting layer side after the transparent substrate is removed can be processed into a textured surface by blasting or the like. Here, the term “null” means that the surface is evenly presented so that the light inside the light emitting layer is not totally reflected on the surface.

また、光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、図1に示したものと同様に、パッケージに実装することができる。光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、公知のパッケージ(例えば、図56、図57を参照)に実装することもできる。パッケージ内には蛍光体を備えることができる。光マイクロセルの発光層から可視光が放出され、その可視光をそのまま利用する場合には、蛍光体は不要である。   Further, the optical microcell and the optical micromodule can be mounted on a package in the same manner as shown in FIG. The optical microcell and the optical micromodule can also be mounted on a known package (for example, see FIGS. 56 and 57). A phosphor can be provided in the package. When visible light is emitted from the light emitting layer of the optical microcell and the visible light is used as it is, a phosphor is unnecessary.

(実施の形態1)
発光層及びマイクロミラーを基板の集光方向側の面上に形成して、光マイクロセル及び光マイクロモジュールを構成することができる。
光マイクロモジュールのレイアウトの例を図6の平面図に示す。この例で、光マイクロモジュール201は、1つの基板上で6行4列のマトリックス状に配置された24個の素子(セル)により構成されている。このうち、P電極の部分701a及びN電極の部分701bを除くセルC〜C22が、光マイクロセルである。
(Embodiment 1)
An optical microcell and an optical micromodule can be configured by forming the light emitting layer and the micromirror on the surface of the substrate on the light collecting direction side.
An example of the layout of the optical micromodule is shown in the plan view of FIG. In this example, the optical micromodule 201 includes 24 elements (cells) arranged in a matrix of 6 rows and 4 columns on one substrate. Among these, the cells C 1 to C 22 excluding the P electrode portion 701a and the N electrode portion 701b are optical microcells.

図7は、上記光マイクロモジュール201を構成する1つの光マイクロセルの平面図である。光マイクロセルは、前述のとおり、基板上に形成された半導体層(例えばGaAlN)、マイクロミラー等から構成されている。図7において、半導体層は基板上の境界4010内に形成されており、P型(例えば、P型GaAlN)領域とN型(例えば、N型GaAlN)領域とは、境界4011によって区分されている。半導体層の領域4010を囲んで、マイクロミラー61が設けられている。また、光マイクロセルの境界領域にある基板上の配線領域7010は、P電極及びN電極からの配線に用いるためのスペースであり、この光マイクロセルから放出される光を遮らないような位置に設けられている。   FIG. 7 is a plan view of one optical microcell constituting the optical micromodule 201. As described above, the optical microcell includes a semiconductor layer (for example, GaAlN) formed on a substrate, a micromirror, and the like. In FIG. 7, the semiconductor layer is formed in a boundary 4010 on the substrate, and a P-type (for example, P-type GaAlN) region and an N-type (for example, N-type GaAlN) region are separated by a boundary 4011. . A micromirror 61 is provided so as to surround the region 4010 of the semiconductor layer. A wiring region 7010 on the substrate in the boundary region of the optical microcell is a space used for wiring from the P electrode and the N electrode, and is positioned so as not to block light emitted from the optical microcell. Is provided.

図6において、例えば光マイクロセルC11は、P型領域401aと、N型領域401bとを備えている。横方向に並んだ光マイクロセルC11、C12及びC22には、P電極701aと同じ配線材料(例えば、Al)を用いて配線761aがなされている。また、N電極701bと各光マイクロセルのN型領域とも、同様の配線(761b等)により接続されている。これらの配線は、光マイクロセルの前記配線領域7010を利用して行うことができる。これにより、発光層及び光マイクロミラー部から放出される光が配線によって遮られないようにすることができる。
また、縦列に並ぶ各光マイクロセルのP型領域の間は、透明導電膜7613により相互に接続されている。P電極701aと光マイクロセルCのP型領域の間も、透明導電膜7614により接続されている。
6, for example, optical microcell C 11 includes a P-type region 401a, an N-type region 401b. In the optical microcells C 11 , C 12, and C 22 arranged in the horizontal direction, a wiring 761a is formed using the same wiring material (for example, Al) as the P electrode 701a. Further, the N electrode 701b and the N-type region of each optical microcell are connected by the same wiring (761b or the like). These wirings can be performed using the wiring region 7010 of the optical microcell. Thereby, the light emitted from the light emitting layer and the optical micromirror part can be prevented from being blocked by the wiring.
In addition, the P-type regions of the optical microcells arranged in a column are connected to each other by a transparent conductive film 7613. Even while the P electrode 701a and the P-type region of the optical micro cell C 1, are connected by a transparent conductive film 7614.

図8は、上記光マイクロセルC、C、C、Cの部分の詳細を示す。光マイクロセルCと光マイクロセルCの各P型領域、及び光マイクロセルCと光マイクロセルCの各P型領域は、透明導電膜7613によって接続されている。また、各光マイクロセルのN型領域同士は、Al等を用いた配線層761b等によって接続されている。
図9(a)は、N電極701bと光マイクロセルC18のN型領域401bとの接続を表わす図である。両者はAl等を用いた配線層761bによって接続されている。また、図9(b)は、P電極701aと光マイクロセルCのP型領域401aとを、透明導電膜7614により接続している様子を示す。
FIG. 8 shows details of the optical microcells C 4 , C 5 , C 6 , and C 7 . The P-type regions of the optical microcell C 4 and the optical microcell C 5 and the P-type regions of the optical microcell C 6 and the optical microcell C 7 are connected by a transparent conductive film 7613. The N-type regions of each optical microcell are connected by a wiring layer 761b using Al or the like.
FIG. 9A shows the connection between the N electrode 701b and the N-type region 401b of the optical microcell C18 . Both are connected by a wiring layer 761b using Al or the like. Further, FIG. 9 (b) shows a state in which the P-type region 401a of the P electrode 701a and the light microcells C 1, connected by a transparent conductive film 7614.

上記のように、光マイクロモジュール201においては、各光マイクロセルのP型領域同士、N型領域同士がそれぞれに共通に接続されている。したがって、光マイクロモジュール201は、図10の等価回路図によって表わされる1つの発光ダイオードモジュール(光マイクロモジュール)を構成する。   As described above, in the optical micromodule 201, the P-type regions and the N-type regions of each optical microcell are connected in common. Therefore, the optical micromodule 201 constitutes one light emitting diode module (optical micromodule) represented by the equivalent circuit diagram of FIG.

上記光マイクロモジュール201を構成する光マイクロセルを、具体的な実施例に基づいて説明する。この例は、1つの基板上で発光層の周辺に発光層と同様な材料で構造体(側壁部)を作り、その側壁部に傾斜した壁面を作りだし、当該傾斜した壁面を、銀やニッケルの膜などを材料とした反射膜で覆うことによりマイクロミラーを形成するものである。これにより、発光層に対して傾斜したマイクロミラーを発光層の全周囲又は一部の周囲に形成することができる。また、集光方向から見て発光層の背面には、背面反射膜が設けられる。   The optical microcell constituting the optical micromodule 201 will be described based on a specific embodiment. In this example, a structure (side wall part) is made of the same material as that of the light emitting layer on the periphery of the light emitting layer on one substrate, an inclined wall surface is formed on the side wall part, and the inclined wall surface is made of silver or nickel. A micromirror is formed by covering with a reflective film made of a film or the like. Thereby, the micromirror inclined with respect to the light emitting layer can be formed all around or part of the light emitting layer. Further, a back reflecting film is provided on the back surface of the light emitting layer as viewed from the light collecting direction.

図11は、光マイクロセル102の構造を表わす断面図である(図7に示した光マイクロセルのY−Y’断面に相当する)。光マイクロセル102は、サファイア基板302上に、N型GaAlN半導体層402b、活性層402c、P型GaAlN半導体層402aを備える発光層402が形成されている。発光層の側面の近傍には、発光層と同じGaAlN半導体で構成され、発光層に対向する側面6021が傾斜するように加工された側壁部が形成されている。側壁部は、発光層と同時に加工することができる。側壁部は、銀、ニッケル等を用いた薄膜6022によって覆われている。更に、上記半導体層の上に、SiO等からなる絶縁層562、酸化インジウム等からなる透明電極層(P型電極部702a、N型電極部702b)が形成されている。また、サファイア基板302の裏面には背面反射膜502が形成されている。
上記薄膜層6022がマイクロミラー602の反射膜となり、活性層402cに沿った方向の光は、その側面の近傍に設けられたマイクロミラー602により反射されて集光方向に放出される。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the optical microcell 102 (corresponding to the YY ′ cross section of the optical microcell shown in FIG. 7). In the optical microcell 102, a light emitting layer 402 including an N-type GaAlN semiconductor layer 402b, an active layer 402c, and a P-type GaAlN semiconductor layer 402a is formed on a sapphire substrate 302. In the vicinity of the side surface of the light emitting layer, a side wall portion made of the same GaAlN semiconductor as the light emitting layer and processed so that the side surface 6021 facing the light emitting layer is inclined is formed. The side wall portion can be processed simultaneously with the light emitting layer. The side wall portion is covered with a thin film 6022 using silver, nickel, or the like. Furthermore, an insulating layer 562 made of SiO 2 or the like and a transparent electrode layer (P-type electrode portion 702a, N-type electrode portion 702b) made of indium oxide or the like are formed on the semiconductor layer. A back reflection film 502 is formed on the back surface of the sapphire substrate 302.
The thin film layer 6022 becomes a reflective film of the micromirror 602, and light in the direction along the active layer 402c is reflected by the micromirror 602 provided in the vicinity of the side surface and emitted in the light collecting direction.

図12は、上記光マイクロセル102の別の部分の断面図である(図7に示した光マイクロセルのY−Y’断面に相当する)。この部分には前記N型電極部702bが形成されていないことを除き、図11により説明した構造及び作用と同様である。12 is a cross-sectional view of another portion of the optical microcell 102 (corresponding to the Y 2 -Y 2 ′ cross section of the optical microcell shown in FIG. 7). Except that the N-type electrode portion 702b is not formed in this portion, it is the same as the structure and operation described with reference to FIG.

図13は、上記光マイクロセル102を配列して構成した光マイクロモジュールの断面図である。図6に示した光マイクロモジュール201のX−X’断面に相当し、各光マイクロセルは、左から順に図6中の光マイクロセルC18、C16、C、Cに対応する。各光マイクロセルの発光層の両側には、マイクロミラー602が形成されている。
図13において、p、q、r、r’は活性層から放出された光の進行方向を示している。例えば、光マイクロセルC16の活性層から上方向すなわち集光方向zへ放射された光はそのまま進行する(p)。活性層から集光方向zとは反対向きに放射された光は、背面反射膜502により反射されて集光方向に放出される(q)。活性層に沿った方向のうち図の右側へ放出された光は、右側のマイクロミラー602により反射されて略集光方向に放出される(r)。また、活性層に沿った光のうち図の左側(N型領域)へ放出された光も、N型半導体層402bの内部や透明電極702b等を通って左側のマイクロミラー602で反射され、略集光方向へ向かう(r’)。
以上のように直接又は反射されて集光方向zへ放出された光は、光マイクロセルの上方の集光方向に蛍光体(図示せず)を配設することにより、波長の長い光を励起してその光の組み合わせにより白色光とすることができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of an optical micromodule configured by arranging the optical microcells 102. This corresponds to the XX ′ cross section of the optical micromodule 201 shown in FIG. 6, and each optical microcell corresponds to the optical microcells C 18 , C 16 , C 7 , and C 4 in FIG. 6 in order from the left. Micromirrors 602 are formed on both sides of the light emitting layer of each optical microcell.
In FIG. 13, p, q, r, and r ′ indicate the traveling directions of light emitted from the active layer. For example, light emitted upward from the active layer of the optical microcell C 16 , that is, in the light collecting direction z, travels as it is (p). The light emitted from the active layer in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the back reflecting film 502 and emitted in the light collecting direction (q). The light emitted to the right side of the drawing in the direction along the active layer is reflected by the right micromirror 602 and is emitted in a substantially condensing direction (r). Of the light along the active layer, the light emitted to the left side (N-type region) in the figure is also reflected by the left micromirror 602 through the inside of the N-type semiconductor layer 402b, the transparent electrode 702b, etc. Heading in the direction of light collection (r ′).
The light emitted directly or reflected in the light collecting direction z as described above excites light having a long wavelength by disposing a phosphor (not shown) in the light collecting direction above the optical microcell. Thus, white light can be obtained by the combination of the lights.

上記光マイクロセル102(又は光マイクロモジュール201)は、例えば、図14に示すような製造方法によって製造することができる。
図14(a)は、サファイア基板302上に、N型GaAlN半導体402b、活性層402c及びP型GaAlN半導体402aを備える半導体層を形成する工程(基板製造工程)の後、その上に半導体層をエッチング加工するためのフォトレジスト1611を形成した状態を表わす。
図14(b)は、半導体層402b、402c及び402aをドライエッチングする工程(半導体層エッチング工程)の後、さらに次の加工のためのフォトレジスト1612のパターンを形成した状態を表わす。半導体層エッチング工程により、半導体層は界面4021で示すように形成される。
図14(c)は、半導体層の上記界面4021の部分を傾斜させるようにエッチングする工程(テーパエッチング工程)により、半導体層に斜面4022を形成した状態を表わす。この斜面4022は、フォトレジスト1612を用いてウエットエッチング手法により形成することができる。エッチング加工後、フォトレジストは除去される。
The optical microcell 102 (or the optical micromodule 201) can be manufactured, for example, by a manufacturing method as shown in FIG.
14A shows a step of forming a semiconductor layer including a N-type GaAlN semiconductor 402b, an active layer 402c, and a P-type GaAlN semiconductor 402a on a sapphire substrate 302 (substrate manufacturing process), and then a semiconductor layer is formed thereon. A state in which a photoresist 1611 for etching is formed is shown.
FIG. 14B shows a state in which a pattern of a photoresist 1612 for further processing is formed after the step of dry etching the semiconductor layers 402b, 402c and 402a (semiconductor layer etching step). By the semiconductor layer etching process, the semiconductor layer is formed as indicated by the interface 4021.
FIG. 14C shows a state in which the inclined surface 4022 is formed in the semiconductor layer by an etching process (taper etching process) in which the portion of the interface 4021 of the semiconductor layer is inclined. The slope 4022 can be formed by wet etching using a photoresist 1612. After the etching process, the photoresist is removed.

図14(d)は、上記斜面4022上に反射膜を形成する工程(側面反射膜形成工程)において、銀或いはニッケル等の薄膜6023を蒸着した後、フォトレジストを塗布し、そのフォトレジストのパターン1613を形成した状態を示している。その後、上記薄膜6023をエッチングすることによって、マイクロミラー(602)が形成される。マイクロミラーの傾斜部の形を整えるために、薄膜6023のエッチングはウエットエッチングにより行っている。この工程は、更に図15において説明する。エッチング加工後、フォトレジストは除去される。
図14(e)は、上記側面反射膜形成工程においてマイクロミラー602が形成された後、次にN型半導体部を露出させるためにフォトレジストのパターン1614を形成した状態を示す。
図14(f)は、P型半導体部及び活性層を除去する工程(P型半導体エッチング工程)を行った状態を表わしている。GaAlN半導体のP型層402a及び活性層402cをエッチングにより除去してN型層402bを露出させた後、フォトレジストが除去される。GaAlN半導体のP型領域及び活性層の除去は、エッチング時間の管理や、N型半導体層ではエッチング速度が変化することを利用する公知の手法を用いて行うことができる。これによって、N型半導体の表面4025、P型半導体の表面4024が露出される。
FIG. 14D shows a process of forming a reflective film on the inclined surface 4022 (side reflective film forming process). After depositing a thin film 6023 of silver or nickel, a photoresist is applied, and the pattern of the photoresist is formed. 1613 is formed. Thereafter, the thin film 6023 is etched to form a micromirror (602). In order to adjust the shape of the inclined portion of the micromirror, the thin film 6023 is etched by wet etching. This process is further illustrated in FIG. After the etching process, the photoresist is removed.
FIG. 14E shows a state in which a photoresist pattern 1614 is formed in order to expose the N-type semiconductor portion after the micromirror 602 is formed in the side reflection film forming step.
FIG. 14F shows a state in which the step of removing the P-type semiconductor portion and the active layer (P-type semiconductor etching step) is performed. After removing the P-type layer 402a and the active layer 402c of the GaAlN semiconductor by etching to expose the N-type layer 402b, the photoresist is removed. The removal of the P-type region and the active layer of the GaAlN semiconductor can be performed using a known method that utilizes the management of the etching time or changes in the etching rate of the N-type semiconductor layer. As a result, the surface 4025 of the N-type semiconductor and the surface 4024 of the P-type semiconductor are exposed.

図14(g)は、シリコン酸化膜層を全面に形成した後、エッチングにより電極のための開口部を形成する工程(保護膜形成工程)を行い、さらにフォトレジストを除去した状態を示している。この工程により、絶縁・保護のためのシリコン酸化膜561、P型電極のためのコンタクト部4026、N型電極のためのコンタクト部4027が形成されている。
図14(h)は、酸化インジウム(ITO)等の透明導電膜を全面に形成した後、エッチング技術により電極部に酸化インジウム膜を形成する工程(電極形成工程)を行い、その後フォトレジストを除去した状態を示す。この工程により、P型電極部702a及びN型電極部702bが形成されている。また、図14(h)に示すように、最終工程(背面反射膜形成工程)において、サファイア基板302の裏面に銀等を蒸着等することによって、背面反射膜502が形成される。
FIG. 14G shows a state in which after forming a silicon oxide film layer on the entire surface, a step of forming an opening for an electrode by etching (protective film forming step) is performed, and the photoresist is removed. . By this step, a silicon oxide film 561 for insulation and protection, a contact portion 4026 for the P-type electrode, and a contact portion 4027 for the N-type electrode are formed.
In FIG. 14 (h), after forming a transparent conductive film such as indium oxide (ITO) over the entire surface, an etching process is performed to form an indium oxide film on the electrode (electrode formation process), and then the photoresist is removed. Shows the state. By this step, a P-type electrode portion 702a and an N-type electrode portion 702b are formed. Further, as shown in FIG. 14 (h), the back reflection film 502 is formed by evaporating silver or the like on the back surface of the sapphire substrate 302 in the final process (back reflection film forming process).

前記側面反射膜形成工程(図14(d)参照)において、マイクロミラー(602)の傾斜部の形を整えるために前記薄膜6023をウエットエッチングする手法について、より詳細に説明する。図14(d)に示したような、マイクロミラー部に設けられたフォトレジスト1613の端面と、銀、ニッケル等によって形成された薄膜6023の傾斜部との位置関係が重要である。この状態でウエットエッチングすることにより、図15に示すように、フォトレジスト1613が下方の裾部で薄膜6023に接する端面から剥離しながら、薄膜6023がエッチングされる。これにより、アンダーエッチ部6024が形成される。その結果として、薄膜6023の傾斜面はサファイア基板面に至るまでなだらかな形状となる。その後、フォトレジストを除去してから前記P型半導体エッチング工程を行えば、図14(f)に示したような傾斜面が裾部までなだらかな形状のマイクロミラー602を形成することができる。   In the side reflection film forming step (see FIG. 14D), a method of wet etching the thin film 6023 in order to adjust the shape of the inclined portion of the micromirror (602) will be described in more detail. As shown in FIG. 14D, the positional relationship between the end surface of the photoresist 1613 provided in the micromirror portion and the inclined portion of the thin film 6023 formed of silver, nickel or the like is important. By performing wet etching in this state, as shown in FIG. 15, the thin film 6023 is etched while the photoresist 1613 is peeled off from the end face in contact with the thin film 6023 at the bottom skirt. As a result, an underetched portion 6024 is formed. As a result, the inclined surface of the thin film 6023 has a gentle shape up to the sapphire substrate surface. Thereafter, if the P-type semiconductor etching step is performed after removing the photoresist, the micromirror 602 having a gentle shape with the inclined surface as shown in FIG. 14F can be formed.

図16は、上記工程により形成された光マイクロセルにおいて、発光層(活性層)から放出された光がマイクロミラー及び背面反射膜により反射される様子を示している。本図において、活性層から表面方向(集光方向z)へ放出された光はそのまま放出される(p)。活性層から裏面方向へ放出された光は背面反射膜により集光方向に反射される(q)。活性層から活性層と略平行な方向に放出された光は、マイクロミラー602により反射され、表面方向に放出される(r、r、r、r)。このうちr及びrは活性層とほぼ平行な光を示し、rはやや斜め方向の光を示す。rは半導体層内を全反射等しながら伝わってきた光を示し、マイクロミラーにより反射されて略集光方向へ放出される様子を示している。
発光層から放出された光は、シリコン酸化膜や透明導電膜等との界面でその屈折率の差により多少の屈折をするが、反射を中心に説明しているので図示していない。同様に、反射光がシリコン酸化膜等から大気中に出るときにも屈折するが図示していない。屈折の存在により、マイクロミラー面による反射の原理が変わることはない。
FIG. 16 shows how the light emitted from the light emitting layer (active layer) is reflected by the micromirror and the back reflecting film in the optical microcell formed by the above process. In this figure, the light emitted from the active layer in the surface direction (condensing direction z) is emitted as it is (p). The light emitted from the active layer in the back surface direction is reflected in the light collecting direction by the back reflection film (q). Light emitted from the active layer in a direction substantially parallel to the active layer is reflected by the micromirror 602 and emitted toward the surface (r 1 , r 2 , r 3 , r 4 ). Among these, r 1 and r 4 indicate light substantially parallel to the active layer, and r 2 indicates light in a slightly oblique direction. r 3 indicates a light that has transmitted while being totally reflected, such as a semiconductor layer, shows a state released to substantially condensing direction is reflected by the micromirror.
The light emitted from the light emitting layer is slightly refracted due to the difference in refractive index at the interface with the silicon oxide film, the transparent conductive film or the like, but is not shown in the figure because it is explained mainly by reflection. Similarly, it is refracted when the reflected light comes out of the silicon oxide film or the like into the atmosphere, but it is not shown. The existence of refraction does not change the principle of reflection by the micromirror surface.

光マイクロセルは、基板として不透明なシリコン基板等を用いて構成することもできる。図17は、前記光マイクロセル102とは別の、シリコン基板を使用した光マイクロセル103の断面構造を示す。なお、以上に説明した光マイクロセルの構造例と共通する点については説明を省く。本例は、基板として低コストのシリコン基板を用いて、発光層(GaAlN層)の下面に背面反射膜を備える構造である。
この場合には、図7に示した1つの光マイクロセルのY−Y’断面は、図17に示すような構造とすることができる。この光マイクロセル103は、シリコン基板303上に、ニッケル薄膜、クロム薄膜や銀薄膜など、光を反射する導電性薄膜503を備える。その導電性薄膜上にN型GaAlN半導体層403bと、P型GaAlN半導体層403aとを備える発光層403が形成されている。N型GaAlN半導体403bとP型GaAlN半導体403aとの界面には、活性層403cが存在する(薄い層であるため図示せず)。発光層403の側面の近傍には、発光層と同じGaAlN半導体で構成され、発光層に対向する側面6031が傾斜して加工された側壁部が形成されている。側壁部は、発光層と同時に形成することができる。側壁部は、銀、ニッケル等を用いた薄膜層6032によって覆われている。更に、上記半導体層の上に、SiO等からなる絶縁層563、酸化インジウム等からなる透明電極層(P型電極部703a、N型電極部703b)が形成されている。
上記薄膜層6032がマイクロミラー603の反射膜となり、活性層に沿った方向の光は、発光層403の両側に設けられたマイクロミラー603により反射されて略集光方向に放出される。
The optical microcell can also be configured using an opaque silicon substrate or the like as the substrate. FIG. 17 shows a cross-sectional structure of an optical microcell 103 using a silicon substrate, which is different from the optical microcell 102. Note that a description of points common to the above-described structure example of the optical microcell will be omitted. In this example, a low-cost silicon substrate is used as the substrate, and a back reflective film is provided on the lower surface of the light emitting layer (GaAlN layer).
In this case, the YY ′ cross section of one optical microcell shown in FIG. 7 can have a structure as shown in FIG. The optical microcell 103 includes a conductive thin film 503 that reflects light, such as a nickel thin film, a chromium thin film, or a silver thin film, on a silicon substrate 303. A light emitting layer 403 including an N-type GaAlN semiconductor layer 403b and a P-type GaAlN semiconductor layer 403a is formed on the conductive thin film. An active layer 403c is present at the interface between the N-type GaAlN semiconductor 403b and the P-type GaAlN semiconductor 403a (not shown because it is a thin layer). In the vicinity of the side surface of the light emitting layer 403, a side wall portion is formed that is made of the same GaAlN semiconductor as the light emitting layer and is processed by inclining the side surface 6031 facing the light emitting layer. The side wall portion can be formed simultaneously with the light emitting layer. The side wall is covered with a thin film layer 6032 using silver, nickel or the like. Furthermore, an insulating layer 563 made of SiO 2 or the like and a transparent electrode layer (P-type electrode portion 703a or N-type electrode portion 703b) made of indium oxide or the like are formed on the semiconductor layer.
The thin film layer 6032 becomes a reflective film of the micromirror 603, and light in the direction along the active layer is reflected by the micromirrors 603 provided on both sides of the light emitting layer 403 and is emitted in a substantially condensing direction.

図18は、図7に示した光マイクロセルのY−Y’断面図である。光マイクロセル上でこの部分にはN型電極部703bが形成されていないことを除き、上記Y−Y’断面の構造及び作用と同様であり、発光層403に沿った方向の光は、発光層の両側に設けられたマイクロミラー603により反射されて略集光方向に放出される。18 is a Y 2 -Y 2 ′ sectional view of the optical microcell shown in FIG. 7. Except that the N-type electrode portion 703b is not formed in this portion on the optical microcell, the structure and the operation are the same as those in the YY ′ cross section, and the light in the direction along the light emitting layer 403 emits light. The light is reflected by the micromirrors 603 provided on both sides of the layer and emitted in a substantially condensing direction.

図17及び図18に示した光マイクロセル103の構造では、活性層から裏面方向の光が直下にある反射膜層503により反射されるため、図16に示した光マイクロセル102の事例と比べて、サファイア基板での光の往復による減衰が改善される。活性層の近傍において、背面方向の反射膜層及び側面方向のマイクロミラーに囲まれているために、光マイクロセルに内蔵する反射構造として極めて好ましい。また、背面反射膜層503とマイクロミラー603とを近づけるレイアウトとすれば、集光方向を除き発光層403の周囲を反射膜で覆うことができ、集光率を理想的に高めることができる。これは、図17及び図18において、反射膜層503とマイクロミラー603との距離を短くすることにより可能である。   In the structure of the optical microcell 103 shown in FIG. 17 and FIG. 18, light in the back surface direction from the active layer is reflected by the reflective film layer 503 directly below, so that it is compared with the case of the optical microcell 102 shown in FIG. Thus, attenuation due to the reciprocation of light on the sapphire substrate is improved. In the vicinity of the active layer, since it is surrounded by a reflective film layer in the back direction and micromirrors in the side direction, it is extremely preferable as a reflective structure built in the optical microcell. Further, when the back reflection film layer 503 and the micromirror 603 are arranged close to each other, the periphery of the light emitting layer 403 can be covered with a reflection film except for the light collection direction, and the light collection rate can be ideally increased. This can be achieved by shortening the distance between the reflective film layer 503 and the micromirror 603 in FIGS.

図19は、上記光マイクロセル103を配列して構成した光マイクロモジュールの断面図である。図6に示した光マイクロモジュール201のX−X’断面に相当し、各光マイクロセルは、左から順に図6中の光マイクロセルC18、C16、C、Cに対応する。各光マイクロセルの発光層の両側には、マイクロミラー603が形成されている。
図19において、p、q、r、r’は活性層から放出された光の進行方向を示している。光マイクロセル103は、シリコン基板303上に背面反射膜503を備えているため、活性層から集光方向zとは反対向きに放射された光は、背面反射膜503により反射されて集光方向に放出される(q)。この点を除き、光路は光マイクロセル102の事例(図13)と同様である。
活性層から直接又は反射されて集光方向zへ放出された光は、光マイクロセルの上方(集光方向)に蛍光体(図示せず)を配設することにより、波長の長い光を励起してその光の組み合わせにより白色光とすることができる。
FIG. 19 is a cross-sectional view of an optical micromodule configured by arranging the optical microcells 103. This corresponds to the XX ′ cross section of the optical micromodule 201 shown in FIG. 6, and each optical microcell corresponds to the optical microcells C 18 , C 16 , C 7 , and C 4 in FIG. 6 in order from the left. Micromirrors 603 are formed on both sides of the light emitting layer of each optical microcell.
In FIG. 19, p, q, r, and r ′ indicate the traveling directions of light emitted from the active layer. Since the optical microcell 103 includes the back reflecting film 503 on the silicon substrate 303, the light emitted from the active layer in the direction opposite to the collecting direction z is reflected by the back reflecting film 503 and collected. (Q). Except for this point, the optical path is the same as the case of the optical microcell 102 (FIG. 13).
Light emitted directly or reflected from the active layer in the light collecting direction z excites light with a long wavelength by arranging a phosphor (not shown) above the light microcell (light collecting direction). Thus, white light can be obtained by the combination of the lights.

上記光マイクロセル103(光マイクロモジュール201)は、例えば、図20に示すような製造方法によって製造することができる。
図20(a)は、シリコン基板303上に、ニッケル、クロムや銀等の導電薄膜503、N型GaAlN半導体403b及びP型GaAlN半導体403aを備える半導体層を形成する工程(基板製造工程)の後、その上にフォトレジスト1621を設けた状態を表わす。N型GaAlN半導体403bとP型GaAlN半導体403aとの界面には、活性層403c(図示せず)が形成されている。フォトレジスト1621は、上記半導体層及び導電薄膜503をエッチング加工するためのものである。
この後、導電薄膜503が半導体層の下面に形成されている点を除き前記光マイクロセル102の事例(図14)と同様に、半導体層及び導電薄膜503をドライエッチングする半導体層エッチング工程(図20(b))、ウエットエッチング手法により斜面4035を形成するテーパエッチング工程(図20(c))、銀或いはニッケルの薄膜6033を形成した後テーパエッチングによりマイクロミラー603を形成する側面反射膜形成工程(図20(d))、を行う。その後、次のN型電極部を形成するためのフォトレジストを塗布して、フォトレジストのパターン1624を形成する(図20(e))。
The optical microcell 103 (optical micromodule 201) can be manufactured, for example, by a manufacturing method as shown in FIG.
FIG. 20A illustrates a step (substrate manufacturing step) of forming a semiconductor layer including a conductive thin film 503 of nickel, chromium, silver, or the like, an N-type GaAlN semiconductor 403b, and a P-type GaAlN semiconductor 403a on a silicon substrate 303. This represents a state in which a photoresist 1621 is provided thereon. An active layer 403c (not shown) is formed at the interface between the N-type GaAlN semiconductor 403b and the P-type GaAlN semiconductor 403a. The photoresist 1621 is for etching the semiconductor layer and the conductive thin film 503.
Thereafter, the semiconductor layer etching step (FIG. 14) for dry etching the semiconductor layer and the conductive thin film 503 is performed in the same manner as in the case of the optical microcell 102 (FIG. 14) except that the conductive thin film 503 is formed on the lower surface of the semiconductor layer. 20 (b)), a taper etching step (FIG. 20 (c)) for forming the slope 4035 by a wet etching method, and a side reflection film forming step for forming a micromirror 603 by taper etching after forming a silver or nickel thin film 6033. (FIG. 20D) is performed. Thereafter, a photoresist for forming the next N-type electrode portion is applied to form a photoresist pattern 1624 (FIG. 20E).

図20(f)は、GaAlN半導体をエッチングして半導体部を除去する半導体部エッチング工程を行った状態を表わしている。これにより、金属薄膜の表面5031が露出される。金属薄膜がGaAlN半導体のエッチングのストッパーの役割を果たしているため、エッチングの管理は容易である。金属薄膜を露出させた表面5031がN型電極部であり、P型半導体の露出した表面4036がP型電極部である。
図20(g)は、シリコン酸化膜層を形成した後、エッチングにより電極のための開口部を形成し(保護膜形成工程)、その後フォトレジストを除去した工程を示している。この工程により、保護部分のシリコン酸化膜563、P型電極のためのコンタクト部4037、N型電極のためのコンタクト部5032が形成されている。
図20(h)は、酸化インジウム(ITO)等の透明導電膜を全面に形成した後、エッチング技術により電極部に酸化インジウム膜を形成し(電極形成工程)、その後フォトレジストを除去した工程を示す。P型電極部703a及びN型電極部703bが形成されている。背面反射膜(導電薄膜)503は、シリコン基板303上に形成されている。
FIG. 20 (f) shows a state in which a semiconductor part etching process for removing the semiconductor part by etching the GaAlN semiconductor is performed. Thereby, the surface 5031 of the metal thin film is exposed. Etching management is easy because the metal thin film serves as a stopper for etching the GaAlN semiconductor. A surface 5031 where the metal thin film is exposed is an N-type electrode portion, and an exposed surface 4036 of the P-type semiconductor is a P-type electrode portion.
FIG. 20G shows a process in which after forming the silicon oxide film layer, an opening for the electrode is formed by etching (protective film forming process), and then the photoresist is removed. By this process, a silicon oxide film 563 as a protection portion, a contact portion 4037 for a P-type electrode, and a contact portion 5032 for an N-type electrode are formed.
FIG. 20H shows a process in which a transparent conductive film such as indium oxide (ITO) is formed on the entire surface, an indium oxide film is formed on the electrode portion by an etching technique (electrode formation process), and then the photoresist is removed. Show. A P-type electrode portion 703a and an N-type electrode portion 703b are formed. The back reflecting film (conductive thin film) 503 is formed on the silicon substrate 303.

なお、図20(a)に示される基板として使用するウェーハの製作工程は、例えば、シリコン基板にニッケル薄膜を蒸着し、そこに別のサファイア基板の上に形成したP型GaAlN半導体、活性層、N型GaAlN半導体、ニッケル薄膜層を転写する方法によっても可能である。本発明はマイクロミラー、光マイクロセルの形成にかかわるものであるので基板形成方法については言及しない。   In addition, the manufacturing process of the wafer used as a substrate shown in FIG. 20A includes, for example, a P-type GaAlN semiconductor formed on another sapphire substrate, an active layer, a nickel thin film deposited on a silicon substrate, This is also possible by a method of transferring an N-type GaAlN semiconductor or a nickel thin film layer. Since the present invention relates to the formation of micromirrors and optical microcells, the substrate forming method is not mentioned.

図17、図18に示した光マイクロセル103のマイクロミラー部は、図21及び図22に示すような窪み(ディップ部)を設けた構造としてもよい。このディップ部を設けた光マイクロセル104は、マイクロミラー部に窪みが形成される他は、前記光マイクロセル103の構造と同様である。図21に示す断面は図7に示した光マイクロセルのY−Y’断面に相当し。図22に示す断面は図7に示した光マイクロセルのY−Y’断面に相当する。
図21に表わされた光マイクロセル104は、シリコン基板304上に、ニッケル薄膜やクロム薄膜など光を反射する導電性薄膜504、N型GaAlN半導体層404b及びP型GaAlN半導体層404aから構成される発光層404が形成されている。N型GaAlN半導体404bとP型GaAlN半導体404aの界面には、活性層404cが存在する(図示せず)。発光層404の側面の近傍には、ディップ部6043を挟んで、発光層と同じGaAlN半導体で構成され、発光層に対向する側面6041が傾斜して加工された側壁部が形成されている。ディップ部6043は、マイクロミラーの形状を整えるためにシリコン基板に形成された窪みである。側壁部は、発光層と同時に形成することができる。側壁部は、銀、ニッケル等を用いた薄膜6042によって覆われている。更に、上記半導体層の上に、SiO等からなる絶縁層564、酸化インジウム等からなる透明電極層(P型電極部704a、N型電極部704b)が形成されている。
上記薄膜層6042がマイクロミラー604の反射膜となり、発光層404に沿った方向の光は、その側面近傍に設けられたマイクロミラー604により反射されて略集光方向に放出される。
図22に表わされた光マイクロセル104の断面は、N型電極部704bが形成されていないことを除き、図21に示した構造及び作用と同様である。
光マイクロセル104を配列して構成した光マイクロモジュールの断面構造(図6に示した光マイクロモジュール201のX−X’断面に相当する)は、マイクロミラー部に窪みが形成される他は、前記光マイクロセル103を配列して構成した場合(図19)と同様である。
The micromirror part of the optical microcell 103 shown in FIGS. 17 and 18 may have a structure provided with a depression (dip part) as shown in FIGS. The optical microcell 104 provided with the dip portion is the same as the structure of the optical microcell 103 except that a recess is formed in the micromirror portion. The cross section shown in FIG. 21 corresponds to the YY ′ cross section of the optical microcell shown in FIG. The cross section shown in FIG. 22 corresponds to the Y 2 -Y 2 ′ cross section of the optical microcell shown in FIG.
The optical microcell 104 shown in FIG. 21 includes a conductive thin film 504 that reflects light, such as a nickel thin film or a chromium thin film, an N-type GaAlN semiconductor layer 404b, and a P-type GaAlN semiconductor layer 404a on a silicon substrate 304. A light emitting layer 404 is formed. An active layer 404c is present at the interface between the N-type GaAlN semiconductor 404b and the P-type GaAlN semiconductor 404a (not shown). In the vicinity of the side surface of the light emitting layer 404, a side wall portion is formed which is made of the same GaAlN semiconductor as the light emitting layer with the dip portion 6043 interposed therebetween and is processed by inclining the side surface 6041 facing the light emitting layer. The dip portion 6043 is a recess formed in the silicon substrate to adjust the shape of the micromirror. The side wall portion can be formed simultaneously with the light emitting layer. The side wall is covered with a thin film 6042 using silver, nickel, or the like. Further, an insulating layer 564 made of SiO 2 or the like and a transparent electrode layer (P-type electrode portion 704a, N-type electrode portion 704b) made of indium oxide or the like are formed on the semiconductor layer.
The thin film layer 6042 becomes a reflective film of the micromirror 604, and light in the direction along the light emitting layer 404 is reflected by the micromirror 604 provided in the vicinity of the side surface and emitted in a substantially condensing direction.
The cross section of the optical microcell 104 shown in FIG. 22 is the same as the structure and operation shown in FIG. 21 except that the N-type electrode portion 704b is not formed.
The cross-sectional structure of the optical micromodule configured by arranging the optical microcells 104 (corresponding to the XX ′ cross section of the optical micromodule 201 shown in FIG. 6) is that a recess is formed in the micromirror part. This is the same as when the optical microcells 103 are arranged (FIG. 19).

図21及び図22に示した光マイクロセル104の構造では、活性層から裏面方向の光が直下にある反射膜504により反射されるため、図16に示した光マイクロセル102の事例と比べて、サファイア基板での光の往復による減衰が改善される。活性層の近傍において、背面方向の反射膜層及び側面方向のマイクロミラーに囲まれているために、光マイクロセルに内蔵する反射構造として極めて好ましい。また、反射膜層504とマイクロミラー604とを近づけるレイアウトとすれば、集光方向を除き発光層404の周囲を反射膜で覆うことができ、集光率を理想的に高めることができる。これは、図21及び図22において、反射膜504とマイクロミラー604との距離を短くすることにより可能である。   In the structure of the optical microcell 104 shown in FIGS. 21 and 22, light in the back surface direction from the active layer is reflected by the reflective film 504 directly below, so that it is compared with the case of the optical microcell 102 shown in FIG. The attenuation due to the reciprocation of light on the sapphire substrate is improved. In the vicinity of the active layer, since it is surrounded by a reflective film layer in the back direction and micromirrors in the side direction, it is extremely preferable as a reflective structure built in the optical microcell. Further, if the layout is such that the reflective film layer 504 and the micromirror 604 are close to each other, the periphery of the light emitting layer 404 can be covered with the reflective film except for the light collecting direction, and the light collecting rate can be ideally increased. This can be achieved by shortening the distance between the reflective film 504 and the micromirror 604 in FIGS.

図23に、上記光マイクロセル104(光マイクロモジュール201)の製造工程を示す。
図23(a)は、シリコン基板304上に、ニッケル、クロムや銀等の導電反射膜504、N型GaAlN半導体層404b、P型GaAlN半導体層404aを形成する工程(基板製造工程)の後、その上にフォトレジスト1631を設けた状態を表わす。N型GaAlN半導体404bとP型GaAlN半導体404aとの界面には、活性層404c(図示せず)が形成されている。フォトレジスト1631は、上記半導体層及び導電薄膜504をエッチング加工するためのものである。
この後、前記光マイクロセル103の事例(図20)と同様に、半導体層及び導電薄膜をドライエッチングする半導体層エッチング工程(図23(b))、ウエットエッチング手法により斜面4045を形成するテーパエッチング工程(図23(c))を行う。
FIG. 23 shows a manufacturing process of the optical microcell 104 (optical micromodule 201).
FIG. 23A shows a step of forming a conductive reflective film 504 made of nickel, chromium, silver, or the like, an N-type GaAlN semiconductor layer 404b, and a P-type GaAlN semiconductor layer 404a on a silicon substrate 304 (substrate manufacturing process). A state in which a photoresist 1631 is provided thereon is shown. An active layer 404c (not shown) is formed at the interface between the N-type GaAlN semiconductor 404b and the P-type GaAlN semiconductor 404a. The photoresist 1631 is for etching the semiconductor layer and the conductive thin film 504.
Thereafter, as in the case of the optical microcell 103 (FIG. 20), the semiconductor layer etching step (FIG. 23B) for dry etching the semiconductor layer and the conductive thin film, and the taper etching for forming the slope 4045 by the wet etching method. A process (FIG. 23C) is performed.

図23(d)は、その後、フォトレジストや半導体層をマスクにしてエッチングを行い、シリコンの異方性を利用したエッチング技術を用いてシリコン基板304にディップ部6042を形成する工程(シリコン基板テーパエッチング工程)を行った様子を示している。例えば、110面方位のシリコン基板を用いて、水酸化カリウム液でエッチングすることにより角度54°のテーパが形成できることは、シリコンを用いたマイクロマシンを製造する分野において公知の技術である。これにより形状が安定したディップ部6042を形成することができる。加工後、フォトレジストは除去される。
図23(e)は、銀、ニッケル、クロムなどの薄膜6043を全面に蒸着した後、フォトレジスト1633を塗布してフォトレジストのパターンを形成した状態を示している。その状態から、薄膜6043をテーパエッチングすることによってマイクロミラー(604)が形成される(側面反射膜形成工程)。ディップ部6042の形状が安定して形成されているため、シリコン基板と半導体層にまたがって形成された斜面上に好ましい形状のマイクロミラーを形成することができる。
FIG. 23D shows a step of forming a dip portion 6042 on the silicon substrate 304 by using an etching technique utilizing the anisotropy of silicon after etching using a photoresist or a semiconductor layer as a mask (silicon substrate taper). The state of performing the etching step) is shown. For example, it is a well-known technique in the field of manufacturing micromachines using silicon that a silicon substrate having a 110-plane orientation can be etched with a potassium hydroxide solution to form a taper with an angle of 54 °. Thereby, a dip portion 6042 having a stable shape can be formed. After processing, the photoresist is removed.
FIG. 23E shows a state in which a photoresist pattern is formed by applying a photoresist 1633 after vapor-depositing a thin film 6043 of silver, nickel, chromium or the like on the entire surface. From this state, the micromirror (604) is formed by taper-etching the thin film 6043 (side reflection film forming step). Since the shape of the dip portion 6042 is stably formed, a micromirror having a preferable shape can be formed on a slope formed over the silicon substrate and the semiconductor layer.

図23(f)は、上記側面反射膜形成工程によってマイクロミラー604を形成した後、次にN型電極部を形成するためのフォトレジスト1634を塗布して、パターンを形成した状態を示す。
図23(g)は、GaAlN半導体をエッチングして薄膜面5041を露出させる工程(半導体層エッチング工程)を行った様子を示す。GaAlN半導体をエッチングするための材料として、ニッケルなど薄膜504の材料をエッチングしないもの又はエッチング速度が遅いもの選択することにより、容易に薄膜504を露出することができる。この工程により、薄膜504の表面5041及びP型半導体の表面4045が露出される。
図23(h)は、上記構造の上にシリコン酸化膜層を形成した後、フォトエッチング技術により電極のための開口部を形成する工程(保護膜形成工程)を行った状態を表わしている。この工程により、シリコン酸化膜による保護部分564、P型電極のためのコンタクト部4047、N型電極のためのコンタクト部5042が形成される。
その後、酸化インジウム膜などの透明導電膜を全面に形成し、フォトエッチング技術により電極部だけに酸化インジウムなどの透明導電膜を形成する工程(電極形成工程)を行う。これによって、図21及び図22に示した光マイクロセル104が完成される。シリコン基板304上に背面反射膜504が形成されている。
FIG. 23 (f) shows a state in which a pattern is formed by forming a micromirror 604 by the side reflection film forming step and then applying a photoresist 1634 for forming an N-type electrode portion.
FIG. 23G shows a state in which a GaAlN semiconductor is etched to expose the thin film surface 5041 (semiconductor layer etching process). By selecting a material for etching the GaAlN semiconductor, such as nickel, which does not etch the material of the thin film 504 or a material having a low etching rate, the thin film 504 can be easily exposed. By this step, the surface 5041 of the thin film 504 and the surface 4045 of the P-type semiconductor are exposed.
FIG. 23 (h) shows a state in which a silicon oxide film layer is formed on the above structure and then a step of forming an opening for the electrode (protective film forming step) is performed by a photoetching technique. By this step, a protective portion 564 made of a silicon oxide film, a contact portion 4047 for the P-type electrode, and a contact portion 5042 for the N-type electrode are formed.
Thereafter, a transparent conductive film such as an indium oxide film is formed on the entire surface, and a process (electrode formation process) of forming a transparent conductive film such as indium oxide only on the electrode portion by a photoetching technique is performed. Thus, the optical microcell 104 shown in FIGS. 21 and 22 is completed. A back reflection film 504 is formed on the silicon substrate 304.

(実施の形態2)
本発明の光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、図4に示したように、前記基板として透明基板を使用し、前記発光層をその透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成して構成することもできる。この場合、例えば、発光層から放出される光を透過させ、少なくとも前記発光層の側面を覆う透過膜層を形成する。その透過膜層は、前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように厚さを傾斜させて形成することができる。そして、その透過膜層の外面に反射膜を形成することによってマイクロミラーを構成することができる。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 4, the optical microcell and the optical micromodule of the present invention use a transparent substrate as the substrate, and form the light emitting layer on the surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction. It can also be configured. In this case, for example, a light-transmitting film layer that transmits light emitted from the light emitting layer and covers at least the side surface of the light emitting layer is formed. The permeable membrane layer can be formed with a thickness inclined so as to be thick on the substrate side and thin toward the opposite side. And a micromirror can be comprised by forming a reflecting film in the outer surface of the permeation | transmission film | membrane layer.

図24は、上記光マイクロモジュールをパッケージに実装した例を示す断面図である。集光方向zは同図においてパッケージの上方である。
図24において、保護用の透明キャップ971とパッケージ基板941を備えるパッケージの中に、光マイクロモジュール231が収納されている。光マイクロモジュール231は、透明基板331(例えばサファイア基板)の下面(集光方向zとは反対側の面)に、N型半導体層431bと活性層431cとP型半導体層431aとが形成された発光層431を備え、その発光層の下面には絶縁層を挟んで背面反射膜531を備えている。また、発光層431の側面側には、活性層に対して所定範囲の角度で傾斜したマイクロミラー631が作り込まれている。
マイクロミラー631は、発光層431の側面を囲むように形成することができる。前記のとおり、1つの発光層とその側方を囲むマイクロミラーを備えて構成される1つの単位を光マイクロセルと呼ぶ。図24に示される光マイクロモジュール231の断面には、2つの光マイクロセルの断面が見えている。
光マイクロモジュール231が備える活性層431cから放出される光のうち、透明基板331側すなわち集光方向zに向けて放出される光は、透明基板331を通じて集光方向へ放出される。活性層から透明基板331とは反対側に放出される光は、背面反射膜531により反射され、透明基板331を通じて集光方向へ放出される。活性層からその側面方向(集光方向zと直角をなす方向)へ放出される光は、マイクロミラー631により反射され、透明基板331を通じて略集光方向へ放射される。活性層に対するマイクロミラーの傾斜角度αと光の反射方向との関係については、前述のとおりである(図5参照)。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example in which the optical micromodule is mounted on a package. The light collecting direction z is above the package in the figure.
In FIG. 24, an optical micromodule 231 is housed in a package including a protective transparent cap 971 and a package substrate 941. In the optical micromodule 231, an N-type semiconductor layer 431 b, an active layer 431 c, and a P-type semiconductor layer 431 a are formed on the lower surface (surface opposite to the light collection direction z) of a transparent substrate 331 (for example, a sapphire substrate). A light emitting layer 431 is provided, and a back reflecting film 531 is provided on the lower surface of the light emitting layer with an insulating layer interposed therebetween. Further, on the side surface side of the light emitting layer 431, a micromirror 631 inclined with a predetermined range of angle with respect to the active layer is formed.
The micromirror 631 can be formed so as to surround the side surface of the light emitting layer 431. As described above, one unit including one light emitting layer and a micromirror surrounding the side is called an optical microcell. In the cross section of the optical micromodule 231 shown in FIG. 24, the cross sections of two optical microcells are visible.
Of the light emitted from the active layer 431 c included in the optical micromodule 231, the light emitted toward the transparent substrate 331 side, that is, in the light collecting direction z, is emitted through the transparent substrate 331 in the light collecting direction. Light emitted from the active layer to the side opposite to the transparent substrate 331 is reflected by the back reflecting film 531 and is emitted through the transparent substrate 331 in the light collecting direction. Light emitted from the active layer in the side surface direction (a direction perpendicular to the light collecting direction z) is reflected by the micromirror 631 and is emitted through the transparent substrate 331 in a substantially light collecting direction. The relationship between the inclination angle α of the micromirror with respect to the active layer and the light reflection direction is as described above (see FIG. 5).

光マイクロモジュールには、各発光層に電源を供給するための電極、電源配線等を備えることができる。図24において、光マイクロモジュール231の電極は集光方向zとは反対側に設置され、電源配線層771において配線される。そして、電源はフリップチップ電極801に集中され、これを介してリード851に電気的に接続される。リード851はパッケージ基板941の外部に引き出され、外部の接続に用いられる。   The optical micromodule can include an electrode for supplying power to each light emitting layer, power supply wiring, and the like. In FIG. 24, the electrodes of the optical micromodule 231 are installed on the side opposite to the light collecting direction z and wired in the power supply wiring layer 771. Then, the power source is concentrated on the flip chip electrode 801, and is electrically connected to the lead 851 through this. The lead 851 is drawn out of the package substrate 941 and used for external connection.

図25は、光マイクロモジュール231から集光方向側に、蛍光物質を含む蛍光体901を備える場合を示す。図24と同様に、光マイクロモジュール231がフリップチップ電極802を介してパッケージ基板942に実装されている。内面が傾斜した反射部を持ったキャップ972の中に蛍光体901が充填され、さらに透明キャップ983で全体が封止される。前記のとおり、光マイクロモジュール231が備える活性層から放出された光は集光方向zに集められ、蛍光体901に含まれている蛍光物質を励起する。蛍光物質によって発せられた光の多くはそのまま集光方向zへ放出され、パッケージ内で散乱された光はキャップ972の内側の傾斜した側面で反射され、集光方向に集められる。   FIG. 25 shows a case where a phosphor 901 containing a phosphor is provided on the light collecting direction side from the optical micromodule 231. Similarly to FIG. 24, the optical micromodule 231 is mounted on the package substrate 942 via the flip chip electrode 802. A phosphor 901 is filled in a cap 972 having a reflecting portion whose inner surface is inclined, and the whole is sealed with a transparent cap 983. As described above, the light emitted from the active layer included in the optical micromodule 231 is collected in the light collecting direction z and excites the fluorescent material contained in the phosphor 901. Most of the light emitted by the fluorescent material is directly emitted in the light collecting direction z, and the light scattered in the package is reflected by the inclined side surface inside the cap 972 and collected in the light collecting direction.

次に、上記と同様の光マイクロセルをマトリクス状に配列して構成した光マイクロモジュールの例について説明する。
図26及び図27は、光マイクロモジュール232の側面図及び斜視図である。両図とも、集光方向zは上向きに表わされている。この光マイクロモジュール232は、1つのサファイア基板332の下面に、発光層及びマイクロミラーを配列した光マイクロセル層132を備えている。光マイクロセル層132には、発光層を備えた光マイクロセル1321が多数並んで形成されており、各光マイクロセル1321の両端にはマイクロミラー632が備えられている。1つの光マイクロセル1321は、発光層の側面の4方向をマイクロミラー632によって囲まれるように形成することができる。また、光マイクロセル層132の下面には、背面反射膜532が設けられている。
Next, an example of an optical micromodule configured by arranging optical microcells similar to the above in a matrix will be described.
26 and 27 are a side view and a perspective view of the optical micromodule 232. In both figures, the light collection direction z is shown upward. The optical micromodule 232 includes an optical microcell layer 132 in which a light emitting layer and a micromirror are arranged on the lower surface of one sapphire substrate 332. In the optical microcell layer 132, a large number of optical microcells 1321 having a light emitting layer are formed side by side, and micromirrors 632 are provided at both ends of each optical microcell 1321. One optical microcell 1321 can be formed so that the four directions on the side surface of the light emitting layer are surrounded by the micromirror 632. A back reflection film 532 is provided on the lower surface of the optical microcell layer 132.

図26に示されるように、光マイクロセル内の発光層から放出される光のうち、集光方向zに向いた光は透明基板332を通じて集光方向に直進する(p)。また、集光方向zとは反対向きに放出された光は、背面反射膜532により反射され、透明基板332を通して集光方向に集められる(q)。さらに、集光方向zと直角をなす方向への光は、発光層の側面を囲んで形成され且つ発光層に対して略45°の角度で傾斜したマイクロミラー632により略集光方向へ反射され、透明基板332を通じて略集光方向へ集められる(r)。この集光方向zと直角をなす光は、発光層の薄膜に沿って伝播する。その伝播中の減衰を避けるためには、発光層の大きさはできるだけ小さく、光マイクロセル中でマイクロミラーが占める面積はできるだけ小さく、発光層とマイクロミラーとの距離はできるだけ短くすることが好ましい。光マイクロセルを配列したとき、各光マイクロセルの大きさ即ちマイクロミラーのピッチは、例えば、幅・奥行きともに100μm程度で形成するようにすることができる。
さらに、背面反射膜532の下には、各光マイクロセルに電源を供給するための電源配線層772及びフリップチップ層802が備えられる。各光マイクロセルの発光層に電源を供給するための電極は、電源配線層772において配線されて、フリップチップ電極802にまとめるように電気的に接続されている。フリップチップ電極802は、集光の妨げにならないように集光方向とは反対側に設けられている。
As shown in FIG. 26, among the light emitted from the light emitting layer in the optical microcell, the light directed in the light collecting direction z travels straight in the light collecting direction through the transparent substrate 332 (p). The light emitted in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the back reflecting film 532 and collected in the light collecting direction through the transparent substrate 332 (q). Further, light in a direction perpendicular to the light collecting direction z is reflected in a substantially light collecting direction by a micromirror 632 formed around the side surface of the light emitting layer and inclined at an angle of about 45 ° with respect to the light emitting layer. Then, they are collected in a substantially condensing direction through the transparent substrate 332 (r). The light perpendicular to the condensing direction z propagates along the thin film of the light emitting layer. In order to avoid attenuation during propagation, it is preferable that the size of the light emitting layer is as small as possible, the area occupied by the micromirror in the optical microcell is as small as possible, and the distance between the light emitting layer and the micromirror is as short as possible. When the optical microcells are arranged, the size of each optical microcell, that is, the pitch of the micromirrors can be formed with a width and a depth of about 100 μm, for example.
Further, a power wiring layer 772 and a flip chip layer 802 for supplying power to each optical microcell are provided under the back reflecting film 532. Electrodes for supplying power to the light emitting layer of each optical microcell are wired in the power wiring layer 772 and are electrically connected so as to be integrated into the flip chip electrode 802. The flip chip electrode 802 is provided on the side opposite to the light collecting direction so as not to interfere with light collecting.

図27に表わされるように、光マイクロモジュール232の一辺には、マイクロミラー632が9個設けられており、各マイクロミラー632に挟まれた8個の光マイクロセル1321が配列されている。すなわち、S面とS面にそれぞれ8個の光マイクロセルが表わされており、この光マイクロモジュール232は8×8=64個の光マイクロセルから構成されていることになる。
図28は、図27に示した光マイクロモジュール232を、集光方向zを下に向けて表わした斜視図である。前記のとおり、64個の光マイクロセルへの電源は、フリップチップ電極802から電源配線層772を経由して供給される。
As shown in FIG. 27, nine micromirrors 632 are provided on one side of the optical micromodule 232, and eight optical microcells 1321 sandwiched between the micromirrors 632 are arranged. That, is represented the S A surface S B 8 pieces each surface of the optical micro-cell, the optical micromodule 232 will be composed of 8 × 8 = 64 pieces of light microcells.
FIG. 28 is a perspective view showing the optical micromodule 232 shown in FIG. 27 with the condensing direction z facing downward. As described above, power to the 64 optical microcells is supplied from the flip chip electrode 802 via the power supply wiring layer 772.

上記光マイクロモジュール232を構成する光マイクロセルの断面構造の一例を、図29に示す。この光マイクロセル133は、サファイア基板333の下面に、透明電極層733、N型GaAlN層433bと活性層433cとP型GaAlN層433aとを備える発光層433、導体膜(背面反射膜)533、シリコン酸化膜573、P型電極733a、及びN型電極733bを備える。P型電極及びN型電極は、Alなど光を反射する材料で形成されている。上記のシリコン酸化膜573は発光層433を覆い、そのシリコン酸化膜上に形成されたN型電極733bが、マイクロミラーとしての作用を有する。
図示されるように、発光層内の活性層433cから放出される光のうち、集光方向zへ放出された光はそのままサファイア基板333を通って集光方向へ直進する(p)。集光方向zとは反対方向へ放出された光は背面反射膜533で反射され、サファイア基板333を通って集光方向へ集まる(q)。また、集光方向と直角をなす方向すなわち活性層に沿って放出された光は、マイクロミラー(N型電極733b)により反射されて略集光方向へ集まる(r)。
An example of a cross-sectional structure of an optical microcell constituting the optical micromodule 232 is shown in FIG. The optical microcell 133 includes a light emitting layer 433 including a transparent electrode layer 733, an N-type GaAlN layer 433b, an active layer 433c, and a P-type GaAlN layer 433a on a lower surface of a sapphire substrate 333, a conductor film (back reflecting film) 533, A silicon oxide film 573, a P-type electrode 733a, and an N-type electrode 733b are provided. The P-type electrode and the N-type electrode are formed of a material that reflects light, such as Al. The silicon oxide film 573 covers the light emitting layer 433, and the N-type electrode 733b formed on the silicon oxide film functions as a micromirror.
As shown in the drawing, among the light emitted from the active layer 433c in the light emitting layer, the light emitted in the light collecting direction z passes straight through the sapphire substrate 333 in the light collecting direction (p). The light emitted in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the back reflecting film 533 and passes through the sapphire substrate 333 and gathers in the light collecting direction (q). Further, the light emitted along the direction perpendicular to the condensing direction, that is, along the active layer, is reflected by the micromirror (N-type electrode 733b) and gathers in the substantially condensing direction (r).

上記光マイクロセル133の製造方法の一例を、図30を参照しつつ説明する。
図30(a)は、例えば3インチのサファイア基板333上に、酸化インジウム(ITO)などの透明電極層7331、N型GaAlN層433b、活性層433c、P型GaAlN層433a、反射導体膜533が順に積層されている。このように積層された基板は、サファイア基板上にP型GaAlN半導体層、活性層、N型GaAlN半導体層、酸化インジウム膜を形成して、これを母材となるサファイア基板333上へ転写をする方法により実現されてもよい。
図30(b)は、上記基板上で透明電極7331を残して、例えば幅20μm、ピッチ100μm程度で、反射導体膜533、P型GaAlN層433a、活性層433c、N型GaAlN層433bを除去した状態である。これはフォトリソグラフィーとエッチングの工程により形成することができる。この事例では、ITOがエッチングのストッパーの役割をはたしている。
図30(c)は、シリコン酸化膜573を全面にデポシットした状態を表わす。シリコン酸化膜は、後の加工によって傾斜した壁面を設け易いように、高濃度のリンを添加してある。
An example of a method for manufacturing the optical microcell 133 will be described with reference to FIG.
FIG. 30A shows a transparent electrode layer 7331 such as indium oxide (ITO), an N-type GaAlN layer 433b, an active layer 433c, a P-type GaAlN layer 433a, and a reflective conductor film 533 on a 3 inch sapphire substrate 333, for example. They are stacked in order. The substrate thus laminated is formed by forming a P-type GaAlN semiconductor layer, an active layer, an N-type GaAlN semiconductor layer, and an indium oxide film on a sapphire substrate, and transferring them onto a sapphire substrate 333 serving as a base material. It may be realized by a method.
In FIG. 30B, the transparent conductive film 533, the P-type GaAlN layer 433a, the active layer 433c, and the N-type GaAlN layer 433b are removed with the width of 20 μm and the pitch of about 100 μm, for example, leaving the transparent electrode 7331 on the substrate. State. This can be formed by photolithography and etching processes. In this case, ITO serves as an etching stopper.
FIG. 30C shows a state where the silicon oxide film 573 is deposited on the entire surface. The silicon oxide film is doped with high-concentration phosphorus so that a sloped wall surface can be easily provided by subsequent processing.

図30(d)は、比較的低温でシリコン酸化膜573を半溶融して、膜厚に傾斜を形成したものである。すなわち、上記半導体層(発光層)の側面を覆うシリコン酸化膜の厚さが、基板333側で厚く上方に向けて薄くなるように傾斜して形成されている。このようにシリコン酸化膜にリンを高濃度に含ませ、数百度の低温で半溶融にして傾斜を持たせることは、シリコン半導体の加工技術としては公知の技術である。
図30(e)は、シリコン酸化膜573をエッチングすることにより、電極取り出し用の開口部(コンタクト部)を設けた図である。
図30(f)は、上記の状態で全面にAl薄膜を蒸着した後、そのAl薄膜をエッチングすることによりP型電極733a及びN型電極733bを形成した状態である。
FIG. 30D shows a case where the silicon oxide film 573 is semi-melted at a relatively low temperature to form a gradient in film thickness. That is, the silicon oxide film covering the side surface of the semiconductor layer (light emitting layer) is formed so as to be inclined so that it is thick on the substrate 333 side and thins upward. It is a well-known technique for processing a silicon semiconductor that the silicon oxide film contains phosphorus at a high concentration and is semi-melted at a low temperature of several hundred degrees to have a slope.
FIG. 30E is a view in which an opening (contact portion) for taking out an electrode is provided by etching the silicon oxide film 573.
FIG. 30F shows a state in which an Al thin film is deposited on the entire surface in the above state, and then the Al thin film is etched to form a P-type electrode 733a and an N-type electrode 733b.

また、上記光マイクロセル133と同様の構造を、別の工程によって実現することもできる。図30(a)から図30(d)までに示した工程は同じである。その後、テーパエッチング手法を用いて、シリコン酸化膜に電極取り出し用の開口部(コンタクト部)を設ける例を、図31(a)〜(c)に示す。これによりマイクロミラーの形状を一層なだらかにすることができる。
図31(a)は、図30(a)〜(d)に示した工程を行った後、シリコン酸化膜573に電極取り出し用の開口部(コンタクト部)を形成するためにフォトレジスト1711を形成した状態を表す図である。
図31(b)は、上記の状態でシリコン酸化膜573をテーパエッチングする工程により、シリコン酸化膜の厚さを意図的になだらかに傾斜させたものである。テーパエッチングはフォトレジストとシリコン酸化膜の密着性を意図的に疎として、図の横方向のエッチングを助長する。それによって、エッチング後の膜の形状に丸みを持たせる公知の手法である。
図31(c)は、上記工程の後、全面にAl薄膜を蒸着した後、そのAl薄膜をエッチングすることによりP型電極733aとN型電極733bを形成したものである。N型電極733bは、マイクロミラーの役割も果たす。電極材料がマイクロミラーの材料成分となるため、電極は単にアルミニウム材を用いるより、クロムやニッケル、銀等を含む積層構造とすることが好ましい。例えば、マイクロミラーの役割のために薄くクロムやニッケル、又は銀の層を設けて、その上にアルミニウム層を設ける構造等が挙げられる。
In addition, a structure similar to that of the optical microcell 133 can be realized by another process. The steps shown in FIGS. 30A to 30D are the same. Thereafter, an example in which an opening (contact part) for extracting an electrode is provided in the silicon oxide film by using a taper etching method is shown in FIGS. As a result, the shape of the micromirror can be further smoothed.
In FIG. 31A, after performing the steps shown in FIGS. 30A to 30D, a photoresist 1711 is formed to form an opening (contact portion) for extracting an electrode in the silicon oxide film 573. It is a figure showing the state which carried out.
FIG. 31B shows a case where the thickness of the silicon oxide film is intentionally gently inclined by the step of taper etching the silicon oxide film 573 in the above state. In the taper etching, the adhesiveness between the photoresist and the silicon oxide film is intentionally sparse, and the lateral etching in the figure is promoted. This is a known technique for rounding the shape of the film after etching.
FIG. 31C shows a case where an Al thin film is deposited on the entire surface after the above process, and then the Al thin film is etched to form a P-type electrode 733a and an N-type electrode 733b. The N-type electrode 733b also serves as a micromirror. Since the electrode material becomes a material component of the micromirror, it is preferable that the electrode has a laminated structure containing chromium, nickel, silver or the like rather than simply using an aluminum material. For example, a structure in which a thin chrome, nickel, or silver layer is provided for the role of a micromirror and an aluminum layer is provided thereon can be used.

図32は、図30に示した工程により製造された光マイクロセル133の断面及び半導体層が形成された平面を表わす。図32(a)に示す断面の構成は、図30(f)と同じである。図32(b)の平面図において、「P」で示される領域はP型電極733aであり、間隙を空けてP型電極を取り巻いている領域はN型電極733bである。同図において破線1331は、半導体層(433a〜433c)及び反射導体膜533の境界を示している。このように、一つ一つの光マイクロセル133は独立した構造で構成されており、電気的にはP型層が相互に絶縁されて孤立した構造となっている。
上記図32(b)の平面図に表わされた各光マイクロセルの半導体層及び電極は、図33に示すように、それぞれ四隅に丸みをもたせるように形成されてもよい。特に、境界が破線4334で示されるような四隅に丸みを設けた発光層(半導体層)とすることによって、発光層の四隅が直角に形成される場合に生じる電界の集中を防ぐことができる。丸みを設けた形状により、電界集中により電流が発光に寄与せずに無駄に流れることを最小限に押さえることが可能になる。
FIG. 32 shows a cross section of the optical microcell 133 manufactured by the process shown in FIG. 30 and a plane on which the semiconductor layer is formed. The configuration of the cross section shown in FIG. 32A is the same as that in FIG. In the plan view of FIG. 32B, the region indicated by “P” is the P-type electrode 733a, and the region surrounding the P-type electrode with a gap is the N-type electrode 733b. In the drawing, a broken line 1331 indicates a boundary between the semiconductor layers (433a to 433c) and the reflective conductor film 533. As described above, each of the optical microcells 133 has an independent structure and is electrically isolated from each other by mutually insulating the P-type layers.
The semiconductor layers and electrodes of each optical microcell shown in the plan view of FIG. 32 (b) may be formed so as to have rounded corners as shown in FIG. In particular, by using a light-emitting layer (semiconductor layer) with rounded corners as indicated by broken lines 4334, electric field concentration that occurs when the four corners of the light-emitting layer are formed at right angles can be prevented. With the rounded shape, it is possible to minimize the flow of current without contributing to light emission due to electric field concentration.

図34は、上記光マイクロセルを配列して構成される光マイクロモジュール(図28参照)を、ウェーハ上に形成する例を示す。図34に示されるS面は、前記光マイクロモジュール232のS面(図28)に対応する。本例においては、3インチサイズのウェーハ271上に、1mm角程度の光マイクロモジュール232が形成されており、それぞれの光マイクロモジュール232には、100μm程度のピッチで形成された光マイクロセル1321が64個(8×8)作り込まれている。光マイクロセルは、図29〜33に示したいずれの方法を用いて形成されてもよい。
また、図34に示されるように、光マイクロセルの上に電源配線層772を形成し、さらに各マイクロセルに給電するためのフリップチップ構造の電極802を形成することができる。フリップチップ構造の電極は、例えば、ウェーハ状態で銅メッキや半田メッキをすることにより形成することが可能である。また、ウェーハ状態で形成する方法に限らず、各光マイクロモジュールをチップ状態に分割した後に、スタッドバンプと呼ばれる方法等で形成することもできる。これらの方法は本発明の本質的な部分とは関係しないので説明は省略する。
前記ウェーハから各光マイクロモジュールをチップ状態に切り出すためには、1つの光マイクロモジュールを構成する8×8の光マイクロセルの隣の光マイクロセルを、スクライブラインとして使用することができる。各光マイクロセルは、電源配線層を形成するまでは電気的にも光学的にも独立であるため、発光部として使用せずにスクライブラインとして使用することができる。また、光マイクロモジュールは8×8のセルの構成に限定されず、電源配線層以後のパターンを変更することにより、セル数を自由に選択することができる。
FIG. 34 shows an example in which an optical micromodule (see FIG. 28) configured by arranging the above optical microcells is formed on a wafer. The SA surface shown in FIG. 34 corresponds to the SA surface (FIG. 28) of the optical micromodule 232. In this example, an optical micromodule 232 of about 1 mm square is formed on a 3-inch wafer 271, and each optical micromodule 232 has optical microcells 1321 formed at a pitch of about 100 μm. 64 (8x8) are built. The optical microcell may be formed using any method shown in FIGS.
Further, as shown in FIG. 34, a power wiring layer 772 can be formed on the optical microcell, and a flip-chip structure electrode 802 for supplying power to each microcell can be formed. The flip-chip structure electrode can be formed, for example, by performing copper plating or solder plating in a wafer state. Further, the method is not limited to the method of forming in a wafer state, and each optical micromodule can be formed into a chip state and then formed by a method called a stud bump. Since these methods are not related to the essential part of the present invention, the description thereof will be omitted.
In order to cut out each optical micromodule from the wafer into a chip state, an optical microcell adjacent to an 8 × 8 optical microcell constituting one optical micromodule can be used as a scribe line. Each optical microcell is electrically and optically independent until the power supply wiring layer is formed, so that it can be used as a scribe line without being used as a light emitting portion. The optical micromodule is not limited to an 8 × 8 cell configuration, and the number of cells can be freely selected by changing the pattern after the power wiring layer.

マイクロミラーについて、以上に述べた形成方法とは別のいくつかの例について説明する。
図35に示す光マイクロセルは、サファイア基板334上に、透明電極7341、N型GaAlN層434b、活性層434c、P型GaAlN層434a、反射導体膜534、シリコン酸化膜574、Alを材料としたP型電極734a及びN型電極734bが形成されている。このN型電極734bは、マイクロミラー634の役割も果たす。前述のように、シリコン酸化膜を用いてマイクロミラーの傾斜を形成するために、シリコン酸化膜574には高濃度リンを含有させることができる。
シリコン酸化膜574に形成された凹部の底に近い部分すなわち透明電極7341に近い部分では、傾斜が緩やかになるために、発光の活性層434cは上記凹部の底より高い位置に形成されることが望ましい。本図の例では、N型GaAlN層434bの厚さを他の層より厚くして、活性層434cが上記シリコン酸化膜574の凹部の底より高い位置に形成されるように工夫されている。
Some examples of the micromirror different from the above-described forming method will be described.
The optical microcell shown in FIG. 35 is made of a transparent electrode 7341, an N-type GaAlN layer 434b, an active layer 434c, a P-type GaAlN layer 434a, a reflective conductor film 534, a silicon oxide film 574, and Al on a sapphire substrate 334. A P-type electrode 734a and an N-type electrode 734b are formed. The N-type electrode 734b also serves as a micromirror 634. As described above, the silicon oxide film 574 can contain high-concentration phosphorus in order to form the tilt of the micromirror using the silicon oxide film.
In the portion near the bottom of the recess formed in the silicon oxide film 574, that is, in the portion close to the transparent electrode 7341, the slope becomes gentle, so that the light emitting active layer 434c is formed at a position higher than the bottom of the recess. desirable. In the example of this figure, the thickness of the N-type GaAlN layer 434b is made thicker than the other layers, and the active layer 434c is devised so as to be formed at a position higher than the bottom of the concave portion of the silicon oxide film 574.

図36に示す光マイクロセルのマイクロミラー部は、発光層(半導体層)が高濃度リンを嫌う場合において、高濃度リンを含有したシリコン酸化膜と発光層とを分離するために、バリア透明絶縁膜5742を設ける例を表わす。バリア透明絶縁膜はリンを嫌う種類の発光層に対してリンのバリアになる。この層の厚さを薄く形成し、シリコン酸化膜の凹部の傾斜の形状には影響しないようにすることができる。傾斜角を決めるのは、図35の場合と同様、高濃度リンを含むシリコン酸化膜5741である。   The micromirror part of the optical microcell shown in FIG. 36 has a barrier transparent insulation for separating a silicon oxide film containing high-concentration phosphorus and the light-emitting layer when the light-emitting layer (semiconductor layer) dislikes high-concentration phosphorus. An example in which a film 5742 is provided is shown. The barrier transparent insulating film becomes a phosphorous barrier against a light emitting layer that dislikes phosphorous. The thickness of this layer can be made thin so that the shape of the slope of the recess of the silicon oxide film is not affected. The inclination angle is determined by the silicon oxide film 5741 containing high-concentration phosphorus as in the case of FIG.

前記図35に示した事例においては、シリコン酸化膜の凹部の底に近い部分では傾斜が緩やかになるために、発光の活性層は凹部の底よりは高い位置に形成される。図37に示す事例では、さらに、活性層からN型GaAlN層に漏れてその側面から放出される光をマイクロミラーで捕捉するために、シリコン酸化膜5744の凹部の底まで傾斜角を略45°にするように加工されている。例えば、シリコン酸化膜5744に設けるN型電極用Alコンタクト穴の形成にドライエッチングを用いるのではなく、アンダーエッチを生じさせるウエットエッチング手法を用いることにより、上記凹部の底のコンタクト部に傾斜(テーパ)が形成される。その結果として、凹部の底まで傾斜したテーパ形状のシリコン酸化膜5744を形成することができる。アンダーエッチを生じさせるウエットエッチング手法については、一般に意図的にアンダーエッチングさせる事例は少ないが、フォトレジストとエッチングする対象膜との密着度を低くすればアンダーエッチングされることは公知の現象である。   In the case shown in FIG. 35, the slope of the silicon oxide film near the bottom of the recess becomes gentle, so that the active layer for light emission is formed at a position higher than the bottom of the recess. In the example shown in FIG. 37, in addition, in order to capture the light that leaks from the active layer to the N-type GaAlN layer and is emitted from the side surface by the micromirror, the inclination angle is approximately 45 ° to the bottom of the recess of the silicon oxide film 5744. It is processed to make. For example, instead of using dry etching to form the Al contact hole for the N-type electrode provided in the silicon oxide film 5744, a wet etching technique that causes under-etching is used to incline (taper) the contact portion at the bottom of the recess. ) Is formed. As a result, a tapered silicon oxide film 5744 inclined to the bottom of the recess can be formed. In general, there are few cases of intentionally underetching the wet etching technique that causes underetching, but under-etching is a known phenomenon if the adhesion between the photoresist and the target film to be etched is lowered.

図38は、上記の方法で製造した光マイクロセルを、集光方向zを上にして表わした図であり、活性層435cから放出された光が進む方向を示す。N型GaAlN層435b、活性層435c及びP型GaAlN層435aを備える発光層と、反射導体膜535、シリコン酸化膜575、Alを材料としたP型電極735a及びN型電極735bを備える光マイクロセル内において、活性層435cから発する光のうち、集光方向zへ放出された光はそのままサファイア基板335を通り集光方向へ直進する(p)。集光方向zとは反対方向へ放出された光は背面の反射導体膜535で反射され、サファイア基板335を通って集光方向へ集まる(q)。また、集光方向zと略直角をなす方向への光、すなわち活性層に沿って放出された光や、N型GaAlN層435bを通ってその側面から放出される光は、マイクロミラーにより反射されて略集光方向へ集まる(r、r’)。   FIG. 38 is a diagram showing the optical microcell manufactured by the above method with the light collecting direction z facing upward, and shows the direction in which the light emitted from the active layer 435c travels. An optical microcell including a light emitting layer including an N-type GaAlN layer 435b, an active layer 435c and a P-type GaAlN layer 435a, a reflective conductor film 535, a silicon oxide film 575, a P-type electrode 735a and an N-type electrode 735b made of Al as a material. Among the light emitted from the active layer 435c, the light emitted in the light collecting direction z passes through the sapphire substrate 335 as it is and proceeds straight in the light collecting direction (p). The light emitted in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the reflective conductor film 535 on the back surface, passes through the sapphire substrate 335, and gathers in the light collecting direction (q). Light in a direction substantially perpendicular to the light collecting direction z, that is, light emitted along the active layer and light emitted from the side surface through the N-type GaAlN layer 435b are reflected by the micromirror. And gather in a substantially condensing direction (r, r ′).

マイクロミラーは、発光層の形状を基板側で広くその反対側に向けて狭くなるような略台形状に形成して、少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、その透過膜層の外面に反射膜を備えることによっても構成することができる。上記略台形状とは、発光層の基板に垂直な断面が、基板に接する底辺が長い略台形となる形状をいう。すなわち、発光層自体の側面が前記所定範囲の角度で傾斜するように形成される。
図39に示すマイクロミラーの製造例は、反射導体層(図35の534)は設けず、発光層(半導体層)自体をテーパエッチングする場合の構造を示している。図39は、発光層であるGaAlNをエッチングする場合にアンダーエッチングを生じさせるウエットエッチング手法を用いて、発光層を構成するGaAlN半導体層の側面をテーパエッチングした状態を示す。この場合には、背面反射膜として、反射導体膜(514)の代わりに、例えばAlを材料としたP型電極及びN型電極を利用することができ、これら電極層によって光が反射される。
図39(a)は、上記構造を形成するために、アンダーエッチを生じさせるウエットエッチング手法を用いて、発光層を構成するGaAlN半導体層(434a〜434c)をエッチングし、その側面に傾斜を形成した状態を示す。すなわち、フォトレジスト1721とP型GaAlN膜434aとの密着度を低くして、ウエットエッチングした状態である。この構造においてシリコン酸化膜は高濃度リンを含む必要はなく、リン含有の酸化膜を嫌う半導体の場合にはこの構造が適している。
The micromirror is formed in a substantially trapezoidal shape so that the shape of the light emitting layer is narrow toward the opposite side widely on the substrate side, and includes a transmission film layer formed so as to cover at least the side surface of the light emitting layer, It can also be configured by providing a reflection film on the outer surface of the transmission film layer. The substantially trapezoidal shape refers to a shape in which a cross section perpendicular to the substrate of the light emitting layer is a substantially trapezoid with a long base in contact with the substrate. That is, the side surface of the light emitting layer itself is formed to be inclined at an angle within the predetermined range.
The manufacturing example of the micromirror shown in FIG. 39 shows a structure in which the reflective conductor layer (534 in FIG. 35) is not provided and the light emitting layer (semiconductor layer) itself is tapered. FIG. 39 shows a state in which the side surface of the GaAlN semiconductor layer constituting the light emitting layer is taper-etched using a wet etching method that causes under-etching when etching GaAlN that is the light emitting layer. In this case, instead of the reflective conductor film (514), for example, a P-type electrode and an N-type electrode made of Al can be used as the back reflection film, and light is reflected by these electrode layers.
In FIG. 39A, the GaAlN semiconductor layers (434a to 434c) constituting the light emitting layer are etched by using a wet etching method that causes under-etching to form the above structure, and the side surfaces are inclined. Shows the state. That is, the wet etching is performed with a low degree of adhesion between the photoresist 1721 and the P-type GaAlN film 434a. In this structure, the silicon oxide film does not need to contain high-concentration phosphorus, and this structure is suitable for a semiconductor that dislikes a phosphorus-containing oxide film.

さらに、図39に示したような、発光層の側面に傾斜を形成することによってマイクロミラーを実現するためには、別の方法も挙げられる。
図40(a)は、サファイア基板336上に酸化インジウムなどの透明電極層7361が形成され、さらに、N型GaAlN層436bと活性層436cとP型GaAlN層436aとを備える発光層が積層された状態を表わしている。その上面に、発光層をエッチングするためのフォトレジスト1731のパターンが形成されている。
図40(b)は、上記基板上に透明電極層7361を残して、例えば幅20μm、ピッチ100μmで、発光層をウエットエッチング技術を利用して除去し、発光層の側面に傾斜が形成された状態である。これは、フォトレジスト1731とGaAlN層の密着性を疎にすることにより、フォトリソグラフィーとエッチングの工程を用いて形成することが可能である。この事例では、酸化インジウムの透明電極層7361がエッチングの終点管理の役割をはたしている。このエッチング終了後、フォトレジストを剥離する。
図40(c)は、上記工程に続き、ニッケル、クロムや銀等を用いた反射導体膜を全面に形成し、フォトレジストを塗布し、さらに図40(a)とほぼ同じパターンにて反射導体膜をエッチングすることによって、発光層上にニッケル、クロムや銀等からなる反射導体膜536が形成されている状態を示す。
Furthermore, in order to realize a micromirror by forming a slope on the side surface of the light emitting layer as shown in FIG.
40A, a transparent electrode layer 7361 made of indium oxide or the like is formed on a sapphire substrate 336, and a light emitting layer including an N-type GaAlN layer 436b, an active layer 436c, and a P-type GaAlN layer 436a is stacked. It represents the state. A pattern of a photoresist 1731 for etching the light emitting layer is formed on the upper surface.
In FIG. 40B, the transparent electrode layer 7361 is left on the substrate, and the light emitting layer is removed using a wet etching technique with a width of 20 μm and a pitch of 100 μm, for example, and a slope is formed on the side surface of the light emitting layer. State. This can be formed using photolithography and etching steps by reducing the adhesion between the photoresist 1731 and the GaAlN layer. In this example, the transparent electrode layer 7361 made of indium oxide plays a role of etching end point management. After this etching is completed, the photoresist is peeled off.
In FIG. 40C, following the above process, a reflective conductor film using nickel, chromium, silver, or the like is formed on the entire surface, a photoresist is applied, and the reflective conductor is formed in the same pattern as in FIG. A state where a reflective conductor film 536 made of nickel, chromium, silver, or the like is formed on the light emitting layer by etching the film is shown.

図40(d)は、上記工程に続き、基板上にシリコン酸化膜576を形成した後、フォトレジスト1732を塗布し、電極用のコンタクト部を形成するためのパターンを形成した状態を示す。
図40(e)は、上記工程に続き、シリコン酸化膜576に電極取り出し用の開口部をテーパエッチングした状態を示している。図40(b)と同様に、フォトレジスト1733とシリコン酸化膜との密着性を意図的に疎とし、ウエットエッチングをすることにより形成することができる。これによって、図の横方向のエッチングが助長され、シリコン酸化膜の凹部の底部が丸みを持った形状にエッチングされ、コンタクト部5761近傍のシリコン酸化膜形状がなだらかな形状となっている。エッチング終了後、フォトレジストは剥離される。
図40(g)は、上記工程に続き、Al等を材料としてP型電極736a及びN型電極736bを形成した状態を示す。N型電極736bの部分はマイクロミラーを構成するため、これら電極の材料は単にAlだけでなく、クロム、ニッケルや銀等を含む積層構造とすることが好ましい。例えば、ミラーの役割のために薄くクロム、ニッケル又は銀の層を設け、その上に電極材料としてAl層を設ける構造が挙げられる。
FIG. 40D shows a state in which, after the above process, a silicon oxide film 576 is formed on the substrate, a photoresist 1732 is applied, and a pattern for forming an electrode contact portion is formed.
FIG. 40E shows a state in which the electrode extraction opening is taper-etched in the silicon oxide film 576 following the above-described process. Similar to FIG. 40B, it can be formed by intentionally reducing the adhesion between the photoresist 1733 and the silicon oxide film and performing wet etching. As a result, the lateral etching in the drawing is promoted, the bottom of the recess of the silicon oxide film is etched into a rounded shape, and the shape of the silicon oxide film in the vicinity of the contact portion 5761 becomes a gentle shape. After the etching is completed, the photoresist is peeled off.
FIG. 40G shows a state in which the P-type electrode 736a and the N-type electrode 736b are formed using Al or the like as a material following the above process. Since the portion of the N-type electrode 736b constitutes a micromirror, the material of these electrodes is preferably a laminated structure containing not only Al but also chromium, nickel, silver or the like. For example, a structure in which a thin chrome, nickel or silver layer is provided for the role of a mirror and an Al layer is provided thereon as an electrode material can be cited.

上記事例の酸化インジウム(透明電導膜7361)の部分を、高濃度N型GaAlN層(NGaAlN層)に置き換えて構成してもよい。高濃度N型GaAlNを用いれば、サファイア基板上にこの様な薄膜層を形成することは容易となる。これは図30(a)の項で説明したサファイア基板上に半導体層、酸化インジウムを形成して、これを母材となるサファイア基板へ転写する方法よりも簡素な手法で基板を作成する方法である。ただし、酸化インジウム膜を用いる場合には、図40(b)に示したように、酸化インジウム膜により半導体層のエッチングの終点管理を行うことができた。その点、高濃度N型GaAlN層を用いる場合には、半導体の不純物濃度の差により多少のエッチング速度の違いはあるが、完全なエッチングの終点管理をこれによって行うことは難しい。したがって、エッチング速度と時間の管理により、図40(b)に示された形状を実現する必要がある。The indium oxide (transparent conductive film 7361) portion in the above case may be replaced with a high concentration N-type GaAlN layer (N + GaAlN layer). If high-concentration N-type GaAlN is used, it is easy to form such a thin film layer on the sapphire substrate. This is a method of creating a substrate by a simpler method than a method of forming a semiconductor layer and indium oxide on the sapphire substrate described in the section of FIG. is there. However, in the case of using an indium oxide film, as shown in FIG. 40B, the end point of etching of the semiconductor layer could be managed by the indium oxide film. On the other hand, when a high concentration N-type GaAlN layer is used, although there is a slight difference in etching rate due to the difference in the impurity concentration of the semiconductor, it is difficult to perform complete etching end point management. Therefore, it is necessary to realize the shape shown in FIG. 40B by managing the etching rate and time.

図41は、高濃度N型GaAlN(NGaAlN層)436dを用いて構成した上記光マイクロセルを、集光方向を上にして表わした図であり、活性層から放出された光が進む方向を表わす。NGaAlN層436d、N―GaAlN層436b、活性層436c、P―GaAlN層436a、反射導体膜536、シリコン酸化膜576、Alを材料とするP型電極736a及びN型電極736bを備える光マイクロセル内において、活性層から発する光のうち、集光方向zの向きに放出された光はそのままサファイア基板336を通り集光方向へ直進する(p)。集光方向zとは反対方向へ放出された光は反射導体膜536で反射され、サファイア基板336を通って集光方向へ集まる(q)。また、集光方向zと直角をなす方向への光、すなわち活性層に沿って放出された光は、マイクロミラー(N型電極736b)により反射されて略集光方向へ集まる(r、r’)。FIG. 41 is a diagram showing the above-described optical microcell configured using a high-concentration N-type GaAlN (N + GaAlN layer) 436d with the condensing direction upward, and the direction in which the light emitted from the active layer travels. Represents. An optical micro including an N + GaAlN layer 436d, an N—GaAlN layer 436b, an active layer 436c, a P—GaAlN layer 436a, a reflective conductor film 536, a silicon oxide film 576, a P-type electrode 736a and an N-type electrode 736b made of Al. In the cell, among the light emitted from the active layer, the light emitted in the direction of the light collecting direction z passes straight through the sapphire substrate 336 in the light collecting direction (p). The light emitted in the direction opposite to the condensing direction z is reflected by the reflective conductor film 536 and gathers in the condensing direction through the sapphire substrate 336 (q). Further, light in a direction perpendicular to the light collecting direction z, that is, light emitted along the active layer is reflected by the micromirror (N-type electrode 736b) and gathers in a substantially light collecting direction (r, r ′). ).

(実施の形態3)
本発明の光マイクロセル及び光マイクロモジュールは、前記基板を、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第2の基板とから構成してもよい。その透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に前記発光層を形成し、かつ第2の基板上に側方反射部(マイクロミラー)を形成する。そして、発光層が形成された前記透明基板とマイクロミラーが形成された前記第2の基板とを対向させて貼り合わせることによって、光マイクロセル及び光マイクロモジュールを構成することができる。この場合、第2の基板上には、前記透明基板上に形成された発光層の位置及びサイズに合わせ、その発光層の側面近傍となるようにマイクロミラーが形成される。このマイクロミラーは、シリコンを母材とし前記所定範囲の角度で傾斜して形成することができる。
(Embodiment 3)
In the optical microcell and the optical micromodule of the present invention, the substrate may be composed of a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer and a second substrate. The light emitting layer is formed on the surface of the transparent substrate opposite to the light condensing direction, and a side reflecting portion (micromirror) is formed on the second substrate. An optical microcell and an optical micromodule can be configured by attaching the transparent substrate on which the light emitting layer is formed and the second substrate on which the micromirror is formed to face each other. In this case, a micromirror is formed on the second substrate so as to be in the vicinity of the side surface of the light emitting layer in accordance with the position and size of the light emitting layer formed on the transparent substrate. The micromirror can be formed by tilting at an angle within the predetermined range using silicon as a base material.

上記マイクロミラーの傾斜角度(α)は、例えば、上記第2の基板として(110)面方位を持つシリコンを使用し、そのシリコンを水酸化カリウムのようなアルカリ水溶液でエッチングすることにより54°の角度に形成することができる。シリコンの面方位の選択エッチング性を利用して、上記角度を容易に再現性良く形成することが可能である。このようにシリコンウェーハ上にマイクロミラーを形成し、同一口径のサファイアウェーハ上に発光層を形成し、発光層の側面がマイクロミラーによって囲まれるようにシリコンウェーハとサファイアウェーハとを対向させて貼り合わせることにより、マイクロミラー内蔵の光マイクロセル及び光マイクロモジュールを実現することができる。   The inclination angle (α) of the micromirror is, for example, 54 ° by using silicon having a (110) plane orientation as the second substrate and etching the silicon with an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide. Can be formed at an angle. The above angle can be easily formed with good reproducibility by utilizing the selective etching property of the plane orientation of silicon. In this way, a micromirror is formed on a silicon wafer, a light emitting layer is formed on a sapphire wafer having the same diameter, and the silicon wafer and the sapphire wafer are bonded together so that the side surface of the light emitting layer is surrounded by the micromirror. Thus, an optical microcell and an optical micromodule with a built-in micromirror can be realized.

図42は、上記光マイクロモジュールをパッケージに実装した例を示す断面図である。集光方向zは同図においてパッケージの上方である。図42において、保護用の透明キャップ973とパッケージ基板951を備えるパッケージの中に、光マイクロモジュール251が実装されている。光マイクロモジュール251は、例えばサファイア基板351の下面(集光方向zとは反対側の面)に、N型半導体層とP型半導体層とに挟まれた活性層451cを備え、その下方には背面反射膜551を備えている。また、シリコン基板361上にはマイクロミラー651が形成されており、半導体層等が形成された基板351とシリコン基板361とが貼り合わせられて光マイクロモジュール251が構成されている。マイクロミラー651は前記所定範囲の角度で傾斜して形成されており、活性層451cの側面の近傍に配設される。
マイクロミラー651は、活性層451cの側面を囲むように形成することができる。前記のとおり、活性層を含む半導体層である発光層と、その側方を囲むマイクロミラーを備えて構成される1つの単位を光マイクロセルと呼ぶ。図42に示される光マイクロモジュール251の断面には、2つの光マイクロセルの断面が見えている。
光マイクロモジュール251が備える活性層451cから放出される光のうち、透明基板351側すなわち集光方向zに向けて放出される光は、透明基板351を通じて集光方向へ放出される。活性層から透明基板351とは反対側に放出される光は、背面反射膜551により反射され、透明基板351を通じて集光方向へ放射される。活性層からその側面方向(集光方向zと直角をなす方向)へ放出される光は、マイクロミラー651により反射され、透明基板351を通じて略集光方向へ放出される。活性層に対するマイクロミラーの傾斜角度αと光の反射方向との関係については、前述のとおりである(図5参照)。
FIG. 42 is a cross-sectional view showing an example in which the optical micromodule is mounted on a package. The light collecting direction z is above the package in the figure. In FIG. 42, an optical micromodule 251 is mounted in a package including a protective transparent cap 973 and a package substrate 951. The optical micromodule 251 includes, for example, an active layer 451c sandwiched between an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer on the lower surface of the sapphire substrate 351 (the surface opposite to the condensing direction z), and below that A back reflection film 551 is provided. A micromirror 651 is formed on the silicon substrate 361, and the optical micromodule 251 is configured by bonding the substrate 351 on which a semiconductor layer or the like is formed to the silicon substrate 361. The micromirror 651 is inclined at an angle within the predetermined range, and is disposed in the vicinity of the side surface of the active layer 451c.
The micromirror 651 can be formed so as to surround the side surface of the active layer 451c. As described above, one unit including a light-emitting layer that is a semiconductor layer including an active layer and a micromirror that surrounds the side is called an optical microcell. In the cross section of the optical micromodule 251 shown in FIG. 42, the cross sections of two optical microcells are visible.
Of the light emitted from the active layer 451 c included in the optical micromodule 251, the light emitted toward the transparent substrate 351 side, that is, in the light collecting direction z, is emitted through the transparent substrate 351 in the light collecting direction. Light emitted from the active layer to the side opposite to the transparent substrate 351 is reflected by the back reflecting film 551 and is emitted through the transparent substrate 351 in the light collecting direction. Light emitted from the active layer in the side surface direction (a direction perpendicular to the light collecting direction z) is reflected by the micromirror 651 and is emitted in a substantially light collecting direction through the transparent substrate 351. The relationship between the inclination angle α of the micromirror with respect to the active layer and the light reflection direction is as described above (see FIG. 5).

光マイクロモジュールには、各発光層に電源を供給するための電極、電源配線等を備えることができる。図42において、光マイクロモジュール251の電極は集光方向zとは反対側に設置され、電源配線層781において配線される。そして、電源はフリップチップ電極821に集中され、これを介してリード861に電気的に接続される。リード861はパッケージ外部に引き出され、外部の接続に用いられる。   The optical micromodule can include an electrode for supplying power to each light emitting layer, power supply wiring, and the like. In FIG. 42, the electrodes of the optical micromodule 251 are installed on the side opposite to the light collecting direction z and wired in the power supply wiring layer 781. The power source is concentrated on the flip chip electrode 821 and is electrically connected to the lead 861 through this. The lead 861 is pulled out of the package and used for external connection.

図43は、光マイクロモジュール251から集光方向に、蛍光物質を含む蛍光体921を備える場合を示す。図42と同様に、光マイクロモジュール251がフリップチップ電極821を介してパッケージ基板952に実装されている。内面に傾斜反射部を持ったキャップ974の中に蛍光体921が充填され、さらに透明キャップ984で全体が封止される。前記同様に、光マイクロモジュール251が備える活性層から放出された光は集光方向zに集められ、蛍光体921に含まれている蛍光物質を励起する。蛍光物質によって発せられた光の多くはそのまま集光方向へ放出され、パッケージ内で散乱された光はキャップ974内の傾斜した側面で反射されて集光方向に集められる。   FIG. 43 shows a case where a phosphor 921 containing a phosphor is provided in the light collecting direction from the optical micromodule 251. As in FIG. 42, the optical micromodule 251 is mounted on the package substrate 952 via the flip chip electrode 821. A cap 974 having an inclined reflection portion on the inner surface is filled with a phosphor 921, and the whole is further sealed with a transparent cap 984. Similarly to the above, the light emitted from the active layer included in the optical micromodule 251 is collected in the light collecting direction z, and excites the fluorescent substance contained in the phosphor 921. Most of the light emitted by the fluorescent material is directly emitted in the light collecting direction, and the light scattered in the package is reflected by the inclined side surface in the cap 974 and collected in the light collecting direction.

次に、上記と同様の光マイクロセルをマトリクス状に配列して構成した光マイクロモジュールの例について説明する。
図44、図45は、光マイクロモジュール252の側面図及び斜視図である。両図とも、集光方向zは下向きに表わされている。この光マイクロモジュール252は、1つのサファイア基板352の上面に、発光層及びマイクロミラーを備えた光マイクロセル層152を備えている。光マイクロセル層152には、発光層を備えた光マイクロセル1521が多数並んで形成されており、各光マイクロセル1521の両端にはマイクロミラー652が備えられている。1つの光マイクロセル1521は、発光層の側面の4方向をマイクロミラー652によって囲まれるように形成することができる。光マイクロセル層152の上面には、背面反射膜552が設けられている。
Next, an example of an optical micromodule configured by arranging optical microcells similar to the above in a matrix will be described.
44 and 45 are a side view and a perspective view of the optical micromodule 252. FIG. In both figures, the light collecting direction z is shown downward. The optical micromodule 252 includes an optical microcell layer 152 including a light emitting layer and a micromirror on the upper surface of one sapphire substrate 352. The optical microcell layer 152 is formed with a large number of optical microcells 1521 each having a light emitting layer, and micromirrors 652 are provided at both ends of each optical microcell 1521. One optical microcell 1521 can be formed so that the four directions on the side surface of the light emitting layer are surrounded by the micromirror 652. A back reflection film 552 is provided on the upper surface of the optical microcell layer 152.

さらに、背面反射膜552の上には、各光マイクロセルに電源を供給するための電源配線層782及びフリップチップ層822が備えられる。各光マイクロセルの発光層に電源を供給するための電極は、電源配線層782において配線されて、フリップチップ電極822にまとめて電気的に接続されている。電源配線層782及びフリップチップ電極822は、集光の妨げにならないように集光方向zとは反対側に設けられている。   Further, a power wiring layer 782 and a flip chip layer 822 for supplying power to each optical microcell are provided on the back reflecting film 552. Electrodes for supplying power to the light emitting layer of each optical microcell are wired in the power supply wiring layer 782 and are collectively electrically connected to the flip chip electrode 822. The power supply wiring layer 782 and the flip chip electrode 822 are provided on the side opposite to the light collecting direction z so as not to interfere with light collecting.

図44に表わされるように、光マイクロモジュール252は、一辺にマイクロミラー652が9個設けられており、各マイクロミラー652に挟まれた8個の光マイクロセル1521を構成している。図45において、S面とS面にそれぞれ8個の光マイクロセルが表わされており、この光マイクロモジュール252は8×8=64個の光マイクロセルから構成されていることになる。前記のとおり、64個の光マイクロセルへの電源は、フリップチップ電極822から電源配線層782を経由して供給される。As shown in FIG. 44, the optical micromodule 252 is provided with nine micromirrors 652 on one side, and constitutes eight optical microcells 1521 sandwiched between the micromirrors 652. In Figure 45, are represented the S A surface S B 8 pieces each surface of the optical micro-cell, the optical micromodule 252 will be composed of 8 × 8 = 64 pieces of light microcells . As described above, power to the 64 optical microcells is supplied from the flip chip electrode 822 via the power supply wiring layer 782.

図46は、上記光マイクロモジュール252を、集光方向zを上に向けて表わした側面図である。光マイクロセル1521内の活性層から放出される光のうち、集光方向zに向いた光は透明基板352を通じて集光方向に直進する(p)。また、集光方向zとは反対向きに放出された光は、背面反射膜552により反射され、透明基板352通して集光方向に集められる(q)。さらに、集光方向zと直角をなす方向への光は、4方向に形成され且つ活性層に対して略45°(例えば30°から60°)の角度で傾斜したマイクロミラー652により略集光方向へ反射され、透明基板352を通じて集光方向へ集められる(r)。前記のとおり、マイクロミラーの活性層に対する角度(α)が54°に形成されている場合、図示するように反射光rの方向は集光方向zに対して18°の角度になる。
この集光方向zと直角をなす光は発光層の薄膜に沿って伝播する。その伝播中の減衰を避けるためには、発光層の大きさはできるだけ小さく、光マイクロセル中でマイクロミラーが占める面積はできるだけ小さく、発光層とマイクロミラーとの距離はできるだけ短くすることが好ましい。光マイクロセルを配列したとき、各光マイクロセルの大きさ即ちマイクロミラーのピッチは、例えば、幅・奥行きともに100μm程度で形成するようにすることができる。
FIG. 46 is a side view showing the optical micromodule 252 with the light collecting direction z facing upward. Of the light emitted from the active layer in the optical microcell 1521, the light directed in the light collecting direction z travels straight in the light collecting direction through the transparent substrate 352 (p). The light emitted in the direction opposite to the light collecting direction z is reflected by the back reflecting film 552 and collected in the light collecting direction through the transparent substrate 352 (q). Further, light in a direction perpendicular to the condensing direction z is substantially condensed by the micromirror 652 formed in four directions and inclined at an angle of about 45 ° (for example, 30 ° to 60 °) with respect to the active layer. The light is reflected in the direction and collected in the light collecting direction through the transparent substrate 352 (r). As described above, when the angle (α) of the micromirror with respect to the active layer is 54 °, the direction of the reflected light r is 18 ° with respect to the light collection direction z as shown in the figure.
The light perpendicular to the light collecting direction z propagates along the thin film of the light emitting layer. In order to avoid attenuation during propagation, it is preferable that the size of the light emitting layer is as small as possible, the area occupied by the micromirror in the optical microcell is as small as possible, and the distance between the light emitting layer and the micromirror is as short as possible. When the optical microcells are arranged, the size of each optical microcell, that is, the pitch of the micromirrors can be formed with a width and a depth of about 100 μm, for example.

図47は、1つの光マイクロセルの構造をより詳細に示す断面図(a)及び平面図(b)である。図47(b)の平面図は、光マイクロセル及びその電極の構造を説明するために、電極面から見た図に、半導体層及びマイクロミラー部を合せて描いてある。
図47(a)に示す光マイクロセル153は、サファイア基板353、ITOなどの透明電極7531、N型半導体層453b、活性層453c、P型半導体層453a、サファイア基板側のNi薄膜5531、シリコン基板側のNi薄膜5532、シリコン層363、PIQ膜(絶縁性ポリイミド膜)583を備えている。
この構造により、活性層から放出される光のうち、集光方向zに向いた光は、サファイア基板353を通って集光方向に進む。集光方向zと反対方向へ放出された光は、背面反射膜である薄膜5531により全反射され、サファイア基板353を通って集光方向に進む。集光方向zと直角の方向の光、すなわち活性層に沿った光は、側面の4方向を囲んで形成されているマイクロミラー653により略集光方向に反射されて、サファイア基板353を通って略集光方向に進む。
図47(b)に示すように、Al等を材料としたP型電極753a及びN型電極753bの領域、及び半導体層(453a〜453c)等が積層された領域は、それぞれ四隅を直角形状にせず、丸みを持たせるように形成されている。これにより、電界の集中を避けて平均的な発光を促すことができる。
FIG. 47 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing the structure of one optical microcell in more detail. The plan view of FIG. 47 (b) shows a semiconductor layer and a micromirror portion together with a view seen from the electrode surface in order to explain the structure of the optical microcell and its electrode.
The optical microcell 153 shown in FIG. 47A includes a sapphire substrate 353, a transparent electrode 7531 such as ITO, an N-type semiconductor layer 453b, an active layer 453c, a P-type semiconductor layer 453a, a Ni thin film 5531 on the sapphire substrate side, and a silicon substrate. A Ni thin film 5532, a silicon layer 363, and a PIQ film (insulating polyimide film) 583 are provided.
With this structure, among the light emitted from the active layer, the light directed in the light collecting direction z travels through the sapphire substrate 353 in the light collecting direction. The light emitted in the direction opposite to the condensing direction z is totally reflected by the thin film 5531 which is a back reflecting film and travels through the sapphire substrate 353 in the condensing direction. Light in a direction perpendicular to the light collecting direction z, that is, light along the active layer is reflected in a substantially light collecting direction by the micromirror 653 formed so as to surround the four directions on the side surface, and passes through the sapphire substrate 353. Proceed substantially in the direction of light collection.
As shown in FIG. 47 (b), the regions of the P-type electrode 753a and N-type electrode 753b made of Al or the like, and the region where the semiconductor layers (453a to 453c) and the like are stacked have four corners at right angles. Instead, it is rounded. Thereby, average light emission can be promoted while avoiding concentration of the electric field.

上記構造の光マイクロセル(光マイクロモジュール)をウェーハ状態で製造する方法について、図48〜図51を参照しつつ説明する。
図48(a)に示す基板は、(110)面方位のN型シリコン363を基板にして、厚さ3μm程度の高濃度P型シリコン層3632をエピタキシャル成長させ、さらに厚さ5μm程度のN型シリコン層3633をエピタキシャル成長させた基板である。この基板上に厚さ0.5μm程度の酸化膜584を形成し、フォトリソグラフィーによりパターンを形成してある。
図49(a)は上記N型シリコンウェーハの斜視図を示し、碁盤の目のように幅2μm程度の酸化膜(SiO)584をフォトリソグラフィーで残したもので、そのピッチは100μm程度とされている。
上記基板をアルカリ性(例えば水酸化カリウム)のエッチング液に入れることによりN型シリコン層3633がエッチングされる。図48(b)は、シリコンの(111)面方位のエッチング速度が遅いという異方性エッチング特性のために、N型シリコン層3633のエッチングが(111)面で停止し、54°に切り立った斜面が形成されている様子を示す。図49(b)は、これを拡大して示す図である。N型シリコン層3633の傾斜面は、4方向ともに形成される。
図48(c)は、その後、酸化膜584を除去したウェーハに、Ni薄膜5532を形成した状態を表している。シリコンの鏡面をそのまま、この状態で使うことも可能であるし、酸化膜を形成して後のサファイア基板と合体した時の共有結合をし易くして使うことも可能であるが、この事例ではNi薄膜を形成してサファイア基板側に形成するNi薄膜と共有結合をし易くしてある。また、この事例ではNi薄膜を用いているが、光の反射率の高い銀薄膜を用いることも同様に可能である。Ni薄膜の代わりに基板に銀薄膜を用いることにより貼り合わせが容易になる。
この形状にてマイクロミラーを形成したシリコンウェーハが完成する。
A method of manufacturing the optical microcell (optical micromodule) having the above structure in a wafer state will be described with reference to FIGS.
The substrate shown in FIG. 48A is obtained by epitaxially growing a high-concentration P-type silicon layer 3632 with a thickness of about 3 μm using an N-type silicon 363 with a (110) plane orientation as a substrate, and further with an N-type silicon with a thickness of about 5 μm. This is a substrate on which a layer 3633 is epitaxially grown. An oxide film 584 having a thickness of about 0.5 μm is formed on this substrate, and a pattern is formed by photolithography.
FIG. 49A is a perspective view of the N-type silicon wafer, in which an oxide film (SiO 2 ) 584 having a width of about 2 μm is left by photolithography like a grid, and the pitch is about 100 μm. ing.
The N-type silicon layer 3633 is etched by placing the substrate in an alkaline (eg, potassium hydroxide) etchant. In FIG. 48 (b), the etching of the N-type silicon layer 3633 stopped at the (111) plane due to the anisotropic etching characteristic that the etching rate of the (111) plane orientation of silicon was slow, and it stood at 54 °. A state where a slope is formed is shown. FIG. 49B is an enlarged view of this. The inclined surface of the N-type silicon layer 3633 is formed in all four directions.
FIG. 48C shows a state in which the Ni thin film 5532 is formed on the wafer from which the oxide film 584 has been removed. The silicon mirror surface can be used in this state as it is, or it can be used to facilitate covalent bonding when an oxide film is formed and merged with a later sapphire substrate. The Ni thin film is formed to facilitate covalent bonding with the Ni thin film formed on the sapphire substrate side. In this example, a Ni thin film is used, but it is also possible to use a silver thin film having a high light reflectance. Bonding is facilitated by using a silver thin film for the substrate instead of the Ni thin film.
A silicon wafer having a micromirror formed in this shape is completed.

次に、透明基板(サファイア基板)側の製造方法の例を説明する。
図50(a)に示す基板は、3インチのサファイア基板353にITOなどの透明電極層層7531、N型GaAlN層453b、活性層453c、P型GaAlN層453a、全反射導体(Ni薄膜)5531が積層してある。全体として数μmと薄い膜である。
図50(b)は、上記基板上に深さ10μm、幅20μmの溝3531を形成した状態である。この溝はフォトリソグラフィーとエッチングの工程により形成することができる。
図50(c)は、上記溝を形成したサファイア基板353に、前記マイクロミラーを形成したシリコン基板(図48(c)の状態)を貼り合わせる直前の状態を表す図である。サファイア基板上の溝の中央に、シリコンウェーハに形成されたマイクロミラーの頂点が位置するように、位置を合わせて両ウェーハを貼り合わせる。
図50(d)は、両ウェーハが合体した状態である。両ウェーハは合体面の表層同士が鏡面であり、この事例ではともにNi薄膜層(5531、5532)であるため、分子間引力により分子のレベルで完全に一体化する。これによりマイクロミラー部分は外部から完全に隔離されて安定的なミラーを形成することができる。この技術は近年普及の始まったシリコンの張り合わせ技術と同様である。シリコンの張り合わせの場合にはシリコン面と酸化シリコン面が張り合わされるが、この事例では、シリコンウェーハ上のNi薄膜とサファイア基板上のNi薄膜とが貼り合わされる。
Next, an example of a manufacturing method on the transparent substrate (sapphire substrate) side will be described.
The substrate shown in FIG. 50A is a 3-inch sapphire substrate 353, a transparent electrode layer 7531 such as ITO, an N-type GaAlN layer 453b, an active layer 453c, a P-type GaAlN layer 453a, a total reflection conductor (Ni thin film) 5531. Are stacked. As a whole, the film is as thin as several μm.
FIG. 50B shows a state in which a groove 3531 having a depth of 10 μm and a width of 20 μm is formed on the substrate. This groove can be formed by photolithography and etching processes.
FIG. 50C is a diagram showing a state immediately before the silicon substrate on which the micromirror is formed (the state in FIG. 48C) is bonded to the sapphire substrate 353 in which the groove is formed. The two wafers are bonded to each other so that the apex of the micromirror formed on the silicon wafer is positioned at the center of the groove on the sapphire substrate.
FIG. 50D shows a state where both wafers are combined. The surface layers of the two wafers are mirror surfaces, and in this case, both are Ni thin film layers (5531, 5532), and thus are completely integrated at the molecular level by intermolecular attractive force. As a result, the micromirror part is completely isolated from the outside, and a stable mirror can be formed. This technique is similar to the silicon bonding technique that has recently become popular. In the case of silicon bonding, the silicon surface and the silicon oxide surface are bonded together. In this case, the Ni thin film on the silicon wafer and the Ni thin film on the sapphire substrate are bonded together.

上記はシリコン基板とサファイア基板とをNi薄膜を介して張り合わせる例であるが、ウェーハ口径が大きくなる場合には、両ウェーハのヤング率の違いや熱膨張係数の違いなど物性的な特性値の違いにより、貼り合わせに有機物の接着層が必要になる場合もある。この貼り合わせの以降のプロセスには有機物の限界温度を超えるような数百度の温度処理は必要としないので、有機物を介してシリコン基板とサファイア基板を貼り合わせることも可能である。その場合には、図50(a)の状態で上面に接着層を形成し、他の薄膜層とともにエッチンッグすることができる。ただし、図50(b)に示した溝の部分には接着物が入らないような手順とする必要がある。
図50(e)は、貼り合わせたウェーハのシリコン基板側をエッチングして、厚さ3μm程度だけを残した状態である。図中の3362がシリコン層である。高濃度P型シリコン層3362のエッチング速度が遅いことを利用して、正確な厚さを残すことができる。この3μm程の厚さのシリコン層がマイクロミラーを構造体として支える部位である。
The above is an example in which a silicon substrate and a sapphire substrate are bonded together via a Ni thin film. However, when the wafer diameter is increased, physical property values such as a difference in Young's modulus and a coefficient of thermal expansion of both wafers are obtained. Due to the difference, an organic adhesive layer may be required for bonding. Since the process after the bonding does not require a temperature treatment of several hundred degrees that exceeds the limit temperature of the organic material, the silicon substrate and the sapphire substrate can be bonded to each other through the organic material. In that case, an adhesive layer can be formed on the upper surface in the state of FIG. 50A and etched together with other thin film layers. However, it is necessary to make the procedure so that the adhesive does not enter the groove portion shown in FIG.
FIG. 50E shows a state in which the silicon substrate side of the bonded wafer is etched, leaving only a thickness of about 3 μm. In the figure, 3362 is a silicon layer. By utilizing the low etching rate of the high-concentration P-type silicon layer 3362, an accurate thickness can be left. The silicon layer having a thickness of about 3 μm is a part that supports the micromirror as a structure.

上記のようにシリコン基板とサファイア基板とを貼り合わせた状態から、光マイクロセルの電極を形成する工程を、図51を参照して説明する。
図51(a)は、図50(e)に示した基板に、フォトレジスト181のパターンを形成した状態を示す。この状態において、シリコン層3632のエッチング、シリコン側反射導体(この事例ではNi薄膜)5532のエッチング、サファイア側反射膜(この事例ではNi薄膜)5531のエッチング、半導体層453a〜453cのエッチングを行い、透明電極層(この事例ではITO)7531をストッパーにしてエッチングを終了する。
図51(b)は上記エッチング後の状態を示している。シリコン層3632は(110)の面方位を有しているため、エッチングされた壁面が54°傾斜したテーパ状になり、サファイア基板上に形成されていた半導体層等は、透明電極(ITO)7531を残してエッチングされている。
図51(c)は、PIQ(絶縁性ポリイミド膜)583を塗布した後、P型電極部とN型電極部のPIQを除去した状態を表わす図である。
図51(d)は、上記の状態から、Alなどを材料とした電極材を蒸着した後にエッチングすることにより、P型電極753aと、N型電極753bを形成した状態を表わす。
以上の工程によって、光マイクロセルのマイクロミラー、発光層及びその電極層は形成された。この事例では低温度で使用できるPIQを用いた構造で説明したが、PIQ膜の代わりに低温積層のシリコン酸化膜を用いることもできる。その場合には、PIQを用いるよりも膜内での光の減衰を減らすことができる。
A process of forming the electrode of the optical microcell from the state where the silicon substrate and the sapphire substrate are bonded together as described above will be described with reference to FIG.
FIG. 51A shows a state in which a pattern of a photoresist 181 is formed on the substrate shown in FIG. In this state, etching of the silicon layer 3632, etching of the silicon side reflection conductor (Ni thin film in this case) 5532, etching of the sapphire side reflection film (Ni thin film in this case) 5531, etching of the semiconductor layers 453a to 453c, Etching is completed using the transparent electrode layer (ITO in this case) 7531 as a stopper.
FIG. 51B shows a state after the etching. Since the silicon layer 3632 has a (110) plane orientation, the etched wall surface is tapered with an inclination of 54 °. Etching leaving behind.
FIG. 51 (c) is a diagram showing a state where PIQ (insulating polyimide film) 583 is applied and PIQs of the P-type electrode portion and the N-type electrode portion are removed.
FIG. 51D shows a state in which a P-type electrode 753a and an N-type electrode 753b are formed by evaporating and then etching an electrode material made of Al or the like from the above state.
Through the above steps, the micromirror, the light emitting layer, and the electrode layer of the optical microcell were formed. In this example, the structure using the PIQ that can be used at a low temperature has been described. However, a low-temperature stacked silicon oxide film can be used instead of the PIQ film. In that case, attenuation of light in the film can be reduced as compared with using PIQ.

図52は、図51(d)のように形成された光マイクロセルにおける、光の反射の様子を示している。マイクロミラーは、シリコン基板上に形成された凸部表面のNi膜5532である。図52において、活性層453c内で水平方向すなわち薄膜に沿って発光した光は、4方向に形成されているマイクロミラーにより反射されて略集光方向へ向かう(r)。この例では、マイクロミラーの傾斜角度が54°に形成されているため、マイクロミラーにより、光が集光方向zに対して18°傾いた方向に反射される様子を示している。また、活性層からマイクロミラーとは反対方向すなわちN型電極753bの方向に放出された光は、PIQ膜で反射されたり負電極のAlにて反射されたりして発光層内へ戻り、マイクロミラーへ向かう。また、その一部は負電極のAl薄膜の傾斜により集光方向へ内部反射される(r’)。PIQ膜の代わりにシリコン酸化膜を用いれば、殆んど負電極のAl薄膜により反射される(r’)こととなる。
前記のとおり、マイクロミラーの傾斜角度(α)と集光の関係からいえば、α=45°であることが好ましい。シリコンの所定の面方位を利用して形成された上記マイクロミラーはα=54°となり、マイクロミラーによる反射光の方向は集光方向zに対して18°傾いた方向とすることができるため、極めて好ましいマイクロミラーを実現することができる。
FIG. 52 shows how light is reflected in the optical microcell formed as shown in FIG. The micromirror is a Ni film 5532 on the surface of the convex portion formed on the silicon substrate. In FIG. 52, the light emitted in the horizontal direction, that is, along the thin film in the active layer 453c is reflected by the micromirrors formed in the four directions and travels in the substantially condensing direction (r). In this example, since the inclination angle of the micro mirror is 54 °, the light is reflected by the micro mirror in a direction inclined by 18 ° with respect to the light collection direction z. Further, the light emitted from the active layer in the direction opposite to the micromirror, that is, in the direction of the N-type electrode 753b is reflected by the PIQ film or reflected by the negative electrode Al, and returns to the light emitting layer. Head to. A part of the light is internally reflected (r ′) in the light collecting direction by the inclination of the negative electrode Al thin film. If a silicon oxide film is used instead of the PIQ film, it is almost reflected (r ′) by the negative electrode Al thin film.
As described above, in view of the relationship between the tilt angle (α) of the micromirror and the light collection, α = 45 ° is preferable. The micromirror formed using a predetermined plane orientation of silicon is α = 54 °, and the direction of light reflected by the micromirror can be inclined by 18 ° with respect to the light collection direction z. A highly preferred micromirror can be realized.

図53は、図51(d)に示した光マイクロセルをウェーハ上に配列し、各光マイクロセル1521のP型電極及びN型電極をそれぞれ結線する電源配線層782を設け、さらにフリップチップ電極層822を形成した光マイクロモジュールを表わしている。図では8×8の光マイクロセルの上に電極が形成されている。フリップチップ電極は、このようにウェーハ状態で柱状等に形成されてもよいし、単にフリップチップ実装用に平面状の電極(フリップチップ用電極)を設け、各光マイクロモジュールに分割した後にスタッドバンプというような方法等で形成されてもよい。また、光マイクロモジュールにフリップチップ用電極を設けて、パッケージ基板等の側に設けられた突起状電極に光マイクロモジュールが接合されてもよい。
このウェーハの状態から、図46に示した光マイクロモジュールを切り出すことができる。光マイクロモジュール切り出すためのスクライブラインとして、8×8の光マイクロセルの隣の光マイクロセルを使用することができる。各光マイクロセルは、電源配線層が形成されるまでは電気的にも光学的にも独立であるため、発光部として使用せずにスクライブラインとして使用することができる。また、この事例では8×8のセルであるが、電源配線層以後のパターンを変更することにより、セル数を自由に選択することができる。
In FIG. 53, the optical microcells shown in FIG. 51 (d) are arranged on a wafer, a power wiring layer 782 for connecting the P-type electrode and the N-type electrode of each optical microcell 1521 is provided, and a flip-chip electrode is further provided. 3 represents an optical micromodule having a layer 822 formed thereon. In the figure, an electrode is formed on an 8 × 8 optical microcell. The flip chip electrode may be formed in a columnar shape or the like in the wafer state as described above, or simply provided with a planar electrode (flip chip electrode) for flip chip mounting and divided into each optical micromodule and then stud bumps. It may be formed by such a method. In addition, a flip chip electrode may be provided on the optical micromodule, and the optical micromodule may be bonded to a protruding electrode provided on the side of the package substrate or the like.
From this wafer state, the optical micromodule shown in FIG. 46 can be cut out. As a scribe line for cutting out an optical micromodule, an optical microcell adjacent to an 8 × 8 optical microcell can be used. Each optical microcell is electrically and optically independent until the power supply wiring layer is formed, and thus can be used as a scribe line without being used as a light emitting portion. In this example, the number of cells is 8 × 8, but the number of cells can be freely selected by changing the pattern after the power wiring layer.

本発明は、以上の実施の形態1、2及び3に詳述した実施例に限定されない。本発明の基本要素は、発光層から放出される光およびその光が半導体層で反射等された光をできる限り多く集光方向に取り出すことである。したがって、反射率ができるだけ高い材料により反射部を構成すること、光マイクロセル内での光の吸収や減衰をできる限り少なくすることが重要である。そのためには、例えば、透明基板(サファイア基板)上に発光層を形成し、その発光層からの光を前記透明基板を通して集光する構造の光マイクロセル(図25参照)又は光マイクロモジュールの場合に、フリップチップ電極等を実装した後、透明基板層を除去することができる。   The present invention is not limited to the examples detailed in the first, second and third embodiments. The basic element of the present invention is to extract as much light as possible from the light emitting layer and the light reflected from the semiconductor layer in the light collecting direction. Therefore, it is important to configure the reflecting portion with a material having as high a reflectance as possible and to minimize the absorption and attenuation of light in the optical microcell. For this purpose, for example, in the case of an optical microcell (see FIG. 25) or an optical micromodule having a structure in which a light emitting layer is formed on a transparent substrate (sapphire substrate) and light from the light emitting layer is collected through the transparent substrate. Further, after mounting the flip chip electrode or the like, the transparent substrate layer can be removed.

例えば、図54に示すように、フリップチップ電極を実装した後に、すなわち発光層及び電源配線層等が物理的に固定された後に、基板としての役目を終えたサファイア層をリフトオフ手法にて除去することが可能である。これにより、サファイア層内での光の減衰をなくすることができる。更に、サファイア層の除去によって発光素子の集光方向側の表面(前記サファイア基板と接していた発光層側の表面)が露出されるため、その表面をブラストなどにより梨地のように粗くして発光層内の全反射を減少せしめ、結果として、集光効率を上げることができる。
図55(b)は、同図(a)に示すウェーハ273(透明基板338)上に光マイクロモジュール238が配列して形成され、別のウェーハ943と貼り合わされた状態の断面図である。光マイクロモジュール238には、マイクロミラー638を備えた光マイクロセル1381が配列して形成され、電源配線層783が形成された後にフリップチップ電極803が形成されている。また、別のウェーハ943には、貫通導電ビア9431と表面電極9432が形成されている。光マイクロモジュール238の電極は、フリップチップ電極803を介して、別のウェーハ943上の表面電極9432と接続されている。このような状態で、光マイクロモジュール238を構成する基板上の構造(発光層、マイクロミラー、電源配線層等)は物理的に固定されているため、透明基板338を除去することが可能である。透明基板338は、1つ1つの光マイクロモジュールに分離された後に除去されてもよい。図55(c)は、上記ウェーハ273上の光マイクロモジュール238が個々に分離され、透明基板338が除去された光マイクロモジュール239を、上下を逆にして表わした図である。
For example, as shown in FIG. 54, after the flip chip electrode is mounted, that is, after the light emitting layer and the power supply wiring layer are physically fixed, the sapphire layer that has finished serving as the substrate is removed by a lift-off method. It is possible. Thereby, attenuation of the light in a sapphire layer can be eliminated. Furthermore, the removal of the sapphire layer exposes the surface on the light-collecting direction side of the light-emitting element (the surface on the light-emitting layer side that was in contact with the sapphire substrate). The total reflection in the layer can be reduced, and as a result, the light collection efficiency can be increased.
FIG. 55B is a cross-sectional view showing a state in which the optical micromodules 238 are arranged and formed on the wafer 273 (transparent substrate 338) shown in FIG. In the optical micromodule 238, optical microcells 1381 having micromirrors 638 are formed in an array, and after the power supply wiring layer 783 is formed, the flip chip electrode 803 is formed. In another wafer 943, a through conductive via 9431 and a surface electrode 9432 are formed. The electrode of the optical micromodule 238 is connected to the surface electrode 9432 on another wafer 943 through the flip chip electrode 803. In such a state, since the structure on the substrate (light emitting layer, micromirror, power supply wiring layer, etc.) constituting the optical micromodule 238 is physically fixed, the transparent substrate 338 can be removed. . The transparent substrate 338 may be removed after being separated into individual optical micromodules. FIG. 55C is a diagram showing the optical micromodule 239 from which the optical micromodules 238 on the wafer 273 are individually separated and the transparent substrate 338 is removed, upside down.

上記は一例であり、光マイクロセルの材料の選択や組み合わせが重要な要素となる。事例では、反射膜としてニッケルやコバルトなどを例にあげて説明したが、銀などのようにより反射率の高い材料を利用することも可能である。
また、半導体材料としてはGaAlNを挙げて説明したが、GaNその他の半導体材料にも適用することができる。
さらに、本光マイクロセル又は本光マイクロモジュールの構造は、蛍光体を用いる発光ダイオードに限らず、可視光を発する発光ダイオードにも共通に利用できる構造である。
その他、本発明は以上で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。
The above is an example, and the selection and combination of materials for the optical microcell are important factors. In the examples, nickel, cobalt, and the like have been described as examples of the reflective film, but it is also possible to use a material having higher reflectivity such as silver.
Moreover, although GaAlN was mentioned and demonstrated as a semiconductor material, it is applicable also to GaN and other semiconductor materials.
Furthermore, the structure of the present optical microcell or the present optical micromodule is not limited to a light emitting diode using a phosphor, but can be commonly used for a light emitting diode that emits visible light.
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described in detail above, and various modifications or changes can be made within the scope of the claims of the present invention.

発光ダイオードの用途は省エネに向けてその用途が拡大している。自動車分野においてはヘッドライトを始めとする灯具、家庭用ではLEDを用いた灯具、液晶TV受像器等のバックライト、産業用では信号機等、広範な分野で採用されている。発光ダイオードの高効率化は今後一層重要になる技術である。本発明は白色の発光ダイオードに限らず、既存の単色の発光ダイオードにも応用できる基本構成であり、省エネルギーの時代の共通的な技術となるものである。   Applications of light emitting diodes are expanding for energy saving. In the automobile field, it is used in a wide range of fields such as lamps including headlights, lamps using LEDs for home use, backlights for liquid crystal TV receivers, and traffic lights for industrial use. Increasing the efficiency of light-emitting diodes is a technology that will become even more important in the future. The present invention is not limited to white light-emitting diodes, but has a basic configuration that can be applied to existing single-color light-emitting diodes, and is a common technique in the age of energy saving.

100、C〜C22、102、103、104、1321、133、1381、1521、153;光マイクロセル(発光ダイオード素子)、1611〜1614、1621〜1624、1631〜1634、1711、1721、1731、1732、181;フォトレジスト、201、231、232、237、238、239、251、252;光マイクロモジュール(発光ダイオードモジュール)、271、273;ウェーハ、302、303、304、331、332、333、334、335、336、338、351、352、353;基板、361、362;第2の基板(シリコン基板)、363;N型シリコン層、3632;高密度P型シリコン層、3633;N型シリコン層、402、403、404、431;発光層(半導体層)、40a、401a、402a、403a、404a、431a、433a、434a、435a、436a、453a;P型半導体層(P型領域)、402c、431c、433c、434c、435c、434c、436c、451c、453c;活性層、40b、401b、402b、403b、404b、431b、433b、434b、435b、436b、453b;N型半導体層(N型領域)、436d;高密度N型半導体層、50、502、503、504、531、532、533、534、536、551、552、5531、5532;背面反射膜、562、563、564、573、574、5741、5744、576;絶縁膜(SiO膜)、583;絶縁膜(PIQ膜)、584;SiO膜、61、602、603、604、631、632、634、638、651、652、653;マイクロミラー(側方反射部)、701a、702a、703a、704a、733a、734a、735a、736a、753a;P(P型)電極、701b、702b、703b、704b、733b、734b、735b、736b、753b;N(N型)電極、733、7331、7341、7351、7361、7531;透明導電膜、7613、7614;透明導電膜、761a、761b、771、772、781、782、783;電源配線層、81a、81b、801、802、803、821、822;フリップチップ電極、85、851、852、861、862;リード、90、901、921;蛍光体、941、942、943、951、952;パッケージ基板、97、971、972、973、974;キャップ、98、983、984;カバーガラス、p、q、r、r’;光の進行方向、S;発光層(活性層)に平行な方向、z;集光方向、α;マイクロミラーの傾斜角。100, C 1 to C 22 , 102, 103, 104, 1321, 133, 1381, 1521, 153; optical microcells (light emitting diode elements), 1611 to 1614, 1621 to 1624, 1631 to 1634, 1711, 1721, 1731 , 1732, 181; Photoresist, 201, 231, 232, 237, 238, 239, 251, 252; Optical micromodule (light emitting diode module), 271, 273; Wafer, 302, 303, 304, 331, 332, 333 334, 335, 336, 338, 351, 352, 353; substrate, 361, 362; second substrate (silicon substrate), 363; N-type silicon layer, 3632; high-density P-type silicon layer, 3633; N-type Silicon layer, 402, 403, 404, 431; Optical layer (semiconductor layer), 40a, 401a, 402a, 403a, 404a, 431a, 433a, 434a, 435a, 436a, 453a; P-type semiconductor layer (P-type region), 402c, 431c, 433c, 434c, 435c, 434c 436c, 451c, 453c; active layer, 40b, 401b, 402b, 403b, 404b, 431b, 433b, 434b, 435b, 436b, 453b; N-type semiconductor layer (N-type region), 436d; high-density N-type semiconductor layer , 50, 502, 503, 504, 531, 532, 533, 534, 536, 551, 552, 5531, 5532; back reflective film, 562, 563, 564, 573, 574, 5741, 5744, 576; insulating film ( SiO 2 film), 583; insulating film (PIQ film), 584; SiO Film, 61,602,603,604,631,632,634,638,651,652,653; micromirrors (lateral reflection part), 701a, 702a, 703a, 704a, 733a, 734a, 735a, 736a, 753a P (P type) electrode, 701b, 702b, 703b, 704b, 733b, 734b, 735b, 736b, 753b; N (N type) electrode, 733, 7331, 7341, 7351, 7361, 7531; Transparent conductive film, 7613 7614; transparent conductive film, 761a, 761b, 771, 772, 781, 782, 783; power wiring layer, 81a, 81b, 801, 802, 803, 821, 822; flip-chip electrode, 85, 851, 852, 861 , 862; lead, 90, 901, 921; phosphor, 941, 942, 943, 951, 952; package substrate, 97, 971, 972, 973, 974; cap, 98, 983, 984; cover glass, p, q, r, r ′; light traveling direction, S: light emitting layer A direction parallel to the (active layer), z: light collecting direction, α: inclination angle of the micromirror.

Claims (19)

薄膜により基板上の一定領域に形成された発光層を備え、前記発光層から放出される光を前記発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオード素子であって、
前記発光層の側面の近傍に、前記発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部を備え、
前記発光層から前記発光層と略平行方向に放出される光を前記側方反射部によって略前記集光方向に反射させることを特徴とする発光ダイオード素子。
A light-emitting diode element comprising a light-emitting layer formed in a certain region on a substrate by a thin film, and extracting light emitted from the light-emitting layer in a light collecting direction perpendicular to the light-emitting layer,
In the vicinity of the side surface of the light emitting layer, a side reflecting portion inclined at an angle of a predetermined range with respect to the light emitting layer,
The light emitting diode element, wherein light emitted from the light emitting layer in a direction substantially parallel to the light emitting layer is reflected in the light collecting direction by the side reflecting portion.
前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、
前記所定範囲の角度は0度以上かつ90度以下である請求項1記載の発光ダイオード素子。
The side reflecting portion is formed so as to surround all or part of the side surface of the light emitting layer,
The light emitting diode element according to claim 1, wherein the angle in the predetermined range is not less than 0 degrees and not more than 90 degrees.
前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備え、
前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、前記背面反射膜によって前記集光方向に反射させる請求項1又は2に記載の発光ダイオード素子。
Further comprising a back reflection film on the opposite side of the light collection direction across the light emitting layer,
The light emitting diode element according to claim 1, wherein light emitted from the light emitting layer to the side opposite to the light collecting direction is reflected by the back reflecting film in the light collecting direction.
前記発光層及び前記側方反射部は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の発光ダイオード素子。   The light emitting diode element according to claim 1, wherein the light emitting layer and the side reflecting portion are formed on a surface of the substrate on the light collecting direction side. 前記基板は前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、
前記背面反射膜は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている請求項4記載の発光ダイオード素子。
The substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer;
The light emitting diode element according to claim 4, wherein the back reflection film is formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction.
前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ前記発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、
少なくとも前記発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項4又は5に記載の発光ダイオード素子。
A wall surface formed on the substrate so as to surround the side surface of the light emitting layer and facing the side surface of the light emitting layer is provided with a side wall portion inclined at an angle of the predetermined range,
The light emitting diode element according to claim 4 or 5, wherein at least a reflective film formed on the wall surface facing the side surface of the light emitting layer constitutes the side reflecting portion.
前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、
前記発光層は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
The substrate is a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer,
The light emitting diode element according to any one of claims 1 to 3, wherein the light emitting layer is formed on a surface of the transparent substrate opposite to the light collecting direction.
前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過膜層を備え、
前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項7記載の発光ダイオード素子。
A transmissive membrane layer formed so as to transmit light emitted from the light emitting layer so as to cover at least a side surface of the light emitting layer and to have a thickness that is thick on the substrate side and thin toward the opposite side; ,
The light emitting diode element according to claim 7, wherein a reflection film formed on an outer surface of the transmission film layer constitutes the side reflection portion.
前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、
前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項7記載の発光ダイオード素子。
The light emitting layer is formed in a substantially trapezoidal shape that is wide on the substrate side and narrows toward the opposite side, and transmits a light emitted from the light emitting layer so as to cover at least the side surface of the light emitting layer. With layers,
The light emitting diode element according to claim 7, wherein a reflection film formed on an outer surface of the transmission film layer constitutes the side reflection portion.
前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第2の基板とからなり、
前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、
前記第2の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、
を備え、
前記発光層が形成された前記透明基板と前記側方反射部が形成された前記第2の基板とを対向させて貼り合わせて構成される請求項1乃至3のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
The substrate comprises a transparent substrate that transmits light emitted from the light emitting layer, and a second substrate,
The light emitting layer formed on the surface of the transparent substrate opposite to the light condensing direction;
The side reflection part formed on the second substrate so as to correspond to the light emitting layer;
With
4. The light-emitting diode element according to claim 1, wherein the transparent substrate on which the light-emitting layer is formed and the second substrate on which the side reflection portion is formed are attached to face each other. .
前記透明基板側から順に、前記発光層から放出される光を透過させ且つ導電性を有する第1の導電層と、前記発光層と、導電性を有する第2の導電層と、電源配線層とを備え、
更に前記電源配線層上に配設される少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極を備え、
前記電源配線層において、前記第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、前記第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、
各前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極は、前記第1の導体及び前記第2の導体とそれぞれ電気的に接続される請求項7乃至10のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
In order from the transparent substrate side, a first conductive layer that transmits light emitted from the light-emitting layer and has conductivity, the light-emitting layer, a second conductive layer that has conductivity, a power wiring layer, With
Furthermore, it comprises at least two flip chip electrodes or flip chip electrodes disposed on the power wiring layer,
In the power supply wiring layer, a first conductor electrically connected to the first conductive layer and a second conductor electrically connected to the second conductive layer are respectively wired.
11. The light-emitting diode element according to claim 7, wherein each flip chip electrode or flip chip electrode is electrically connected to the first conductor and the second conductor, respectively.
前記電源配線層上に前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極が配設された後に、前記透明基板が除去されて構成される請求項11記載の発光ダイオード素子。   The light emitting diode device according to claim 11, wherein the transparent substrate is removed after the flip chip electrode or the flip chip electrode is disposed on the power wiring layer. 更に、除去された前記透明基板と接していた前記発光層側の露出した表面が、なし地に加工された請求項12記載の発光ダイオード素子。   The light-emitting diode device according to claim 12, wherein the exposed surface on the light-emitting layer side that is in contact with the removed transparent substrate is processed into a ground surface. 前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、
前記蛍光物質は、前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する請求項1乃至13のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
A light emitter containing a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side from the light emitting layer,
The light emitting diode element according to claim 1, wherein the fluorescent material absorbs at least a part of light emitted from the light emitting layer and emits light having different wavelengths.
請求項1乃至10のいずれかに記載の発光ダイオード素子が1つの前記基板上に複数形成され、各前記発光ダイオード素子が電気的に接続されて構成されることを特徴とする発光ダイオードモジュール。   11. A light emitting diode module comprising a plurality of the light emitting diode elements according to claim 1 formed on a single substrate, wherein the light emitting diode elements are electrically connected. 請求項7乃至10のいずれかに記載の発光ダイオード素子が1つの前記基板上に複数形成され、
各前記発光ダイオード素子は、前記透明基板側から順に、前記発光層から放出される光を透過させ且つ導電性を有する第1の導電層と、前記発光層と、導電性を有する第2の導電層と、を備え、
更に、複数の前記発光ダイオード素子上に、電源配線層と、前記電源配線層上に配設される少なくとも2つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、
前記電源配線層において、前記第1の導電層と電気的に接続された第1の導体と、前記第2の導電層と電気的に接続された第2の導体とがそれぞれ配線され、
各前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極は、前記第1の導体及び前記第2の導体とそれぞれ電気的に接続されて構成されることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
A plurality of light emitting diode elements according to any one of claims 7 to 10 are formed on a single substrate,
Each of the light emitting diode elements, in order from the transparent substrate side, transmits light emitted from the light emitting layer and has conductivity, the light emitting layer, and the second conductive material having conductivity. A layer, and
Furthermore, on the plurality of light emitting diode elements, a power wiring layer, and at least two flip chip electrodes or flip chip electrodes disposed on the power wiring layer,
In the power supply wiring layer, a first conductor electrically connected to the first conductive layer and a second conductor electrically connected to the second conductive layer are respectively wired.
Each of the flip chip electrodes or the flip chip electrodes is configured to be electrically connected to the first conductor and the second conductor, respectively.
前記電源配線層上に前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極が配設された後に、前記透明基板が除去されて構成される請求項16記載の発光ダイオードモジュール。   17. The light emitting diode module according to claim 16, wherein the transparent substrate is removed after the flip chip electrode or the flip chip electrode is disposed on the power wiring layer. 更に、除去された前記透明基板と接していた前記発光層側の露出した表面が、なし地に加工された請求項17記載の発光ダイオードモジュール。   18. The light emitting diode module according to claim 17, wherein the exposed surface on the light emitting layer side that has been in contact with the removed transparent substrate is processed into a background. 複数の前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、
前記蛍光物質は、各前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する請求項15乃至18のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
A light emitter including a fluorescent material is further disposed on the light collecting direction side from the plurality of light emitting layers;
The light emitting diode module according to claim 15, wherein the fluorescent material absorbs at least a part of light emitted from each of the light emitting layers and emits light having a different wavelength.
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