WO2020194387A1 - マイクロｌｅｄ紫外放射源 - Google Patents

マイクロｌｅｄ紫外放射源 Download PDF

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Definitions

  • At least the reflective surface of the reflector is made of aluminum (Al) or rhodium (Rh).
  • each of the plurality of micro LEDs has a forward tapered side surface, and the at least one metal plug is in contact with the side surface of each of the plurality of micro LEDs.
  • the ⁇ LED has a first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type second semiconductor layer.
  • the first conductive type is one of the p-type and the n-type
  • the second conductive type is the other of the p-type and the n-type.
  • the first conductive type is p-type
  • the second conductive type is n-type
  • the first conductive type is n-type
  • the second conductive type is p-type.
  • Each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may have a single layer structure or a multilayer structure.
  • a light emitting layer having at least one quantum well (or double heterostructure) is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the positive direction of the Z axis (direction of the arrow) shown in FIG. 1A may be referred to as “crystal growth direction” or “semiconductor lamination direction”.
  • the lower surface 100B and the upper surface 100T of the substrate 100 may be referred to as “front” and “back” of the substrate 100, respectively.
  • the front plane 200 includes a plurality of ⁇ LEDs 220 and an element separation region 240 located between the plurality of ⁇ LEDs 220.
  • the plurality of ⁇ LED 220s can be arranged in rows and columns in a two-dimensional plane (XY plane) parallel to the upper surface 100T of the substrate 100.
  • Each of the plurality of ⁇ LED 220s has a first conductive type first semiconductor layer 21 and a second conductive type second semiconductor layer 22, as shown in FIG. 1A.
  • the second semiconductor layer 22 is located closer to the substrate 100 than the first semiconductor layer 21.
  • the plurality of semiconductor layers constituting each ⁇ LED 220 are single crystal layers (epitaxial layers) epitaxially grown on the substrate 100, respectively.
  • the element separation region 240 is defined by a trench-shaped recess (hereinafter, referred to as “trench”) formed by partially etching a plurality of semiconductor layers epitaxially grown on the substrate 100.
  • the occupied area of each ⁇ LED 220 separated by the trench has a size (eg, 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m area or less) contained within the 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m area.
  • the occupied area of the ⁇ LED 220 is defined by the contour of the first semiconductor layer 21 and / or the light emitting layer 23 divided by the element separation area 240.
  • Ultraviolet rays radiated from the ⁇ LED 220 can be reflected by utilizing the difference in refractive index existing at the interface between the reflective layer 28 and the embedded insulator 25. Ultraviolet rays that have passed through this interface and entered the metal plug 24 can be reflected by the metal plug 24 itself.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the ⁇ LED-UV source 1000.
  • Each of the plurality of ⁇ LED 220s in this example also has a forward tapered side surface 220S.
  • the metal plug 24 is not in contact with the side surface 220S of each ⁇ LED.
  • the metal plug 24 is located in a through hole formed in the embedded insulator 25.
  • the reflector 260 that reflects the ultraviolet rays emitted from each ⁇ LED 220 toward the crystal growth substrate 100 is the interface (side surface 220S) between the embedded insulator 25 and the ⁇ LED 220.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an arrangement example of the first contact electrode 31 and the second contact electrode 32.
  • the description of the backplane 400 is omitted.
  • the structure shown in FIG. 8 is only a part of the ⁇ LED-UV source 1000, and as described above, the embodiment of the ⁇ LED-UV source 1000 includes a large number of ⁇ LED 220s.
  • predetermined regions (element separation region 240) of the p-GaN layer 21p and the light emitting layer 23 are performed. (For example, 1.5 ⁇ m) is removed to expose a part of the n-GaN layer 22n. Etching of the gallium nitride based semiconductor can be performed using a chlorine-based gas plasma as described later.
  • the first and second contact electrodes 31 and 32 can be formed by depositing and patterning a metal layer.
  • a metal-semiconductor interface is formed between the first contact electrode 31 and the p-GaN layer 21p of the ⁇ LED 220.
  • the material of the first contact electrode 31 can be selected from metals with a high work function, such as platinum (Pt) and / or palladium (Pd). After forming the Pt or Pd layer (thickness: about 50 nm), heat treatment can be performed, for example, at a temperature of 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for about 30 seconds.
  • the TFT 40 in FIG. 11 is covered with an insulating layer (thickness: for example, 500 nm to 3000 nm) 46.
  • the insulating layer 46 is provided with an opening hole (not shown), which makes it possible to connect the TFT 40, for example, the gate electrode 45 to an external driver integrated circuit element or the like. It is preferable that the upper surface of the insulating layer 46 is also flattened.
  • the electrical circuit of the backplane 400 may include circuit elements such as TFTs, capacitors, and diodes (not shown). Therefore, the insulating layer 46 may have a structure in which a plurality of insulating layers are laminated, and in that case, each insulating layer may be provided with a via electrode for connecting circuit elements, if necessary. Further, wiring may be formed on each insulating layer as needed.
  • the thickness of the TiN layer 50 is preferably 10 nm or more, and more preferably 12 nm or more, from the viewpoint of reducing the electric resistance component and functioning as the substrate side electrode. On the other hand, from the viewpoint of transmitting the ultraviolet rays radiated from the ⁇ LED 220, the thickness of the TiN layer 50 is preferably, for example, 20 nm or less, and more preferably 5 to 15 nm.
  • one continuous n-GaN layer 22n (second semiconductor layer) is shared by a plurality of ⁇ LED 220s.
  • the n-GaN layer 22n may be separated for each ⁇ LED 220.
  • the bottom of the trench defining the element separation region 240 reaches the upper surface of the TiN layer 50, and the metal plug 24 comes into contact with the TiN layer 50. Since one continuous TiN layer 50 is electrically connected to the n-GaN layer 22n of all ⁇ LED 220s, electrical continuity between the metal plug 24 and the n-GaN layer 22n of each ⁇ LED 220 is ensured. ..

Abstract

本開示のマイクロＬＥＤ紫外放射源は、結晶成長基板（１００）と、それぞれが第１導電型の第１半導体層（２１）および第２導電型の第２半導体層（２２）を有する複数のマイクロＬＥＤ（２２０）、ならびにマイクロＬＥＤの間に位置する素子分離領域（２４０）を含むフロントプレーン（２００）とを備える。素子分離領域は、第２半導体層に電気的に接続された少なくともひとつの金属プラグ（２４）を有する。このデバイスは、第１半導体層に電気的に接続された第１コンタクト電極（３１）および金属プラグに接続された第２コンタクト電極（３２）を含む中間層（３００）と、中間層上に形成されたバックプレーン（４００）とを備える。素子分離領域は、複数のマイクロＬＥＤのそれぞれから放射された紫外線を結晶成長基板に向けて反射するリフレクタ（２６０）を備えている。

Description

マイクロＬＥＤ紫外放射源
　本開示は、マイクロＬＥＤ紫外放射源に関する。
　紫外線を放射する光源として、蛍光ランプおよび水銀ランプの代わりに、深紫外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いる装置が提案されている。
　特許文献１は、深紫外ＬＥＤ群を金属製放熱基板上に並べて配置し、その外側を石英ガラスパッケージで覆った殺菌装置を開示している。
特開２０１５－９１５８２号公報
　多数の深紫外ＬＥＤを高密度に基板上に実装することは困難である。
　本開示は、上記の課題を解決することができる、新規な紫外放射源を提供する。
　本開示のマイクロＬＥＤ紫外放射源は、例示的な実施形態において、サファイア基板と、前記サファイア基板に支持されたフロントプレーンであって、それぞれが第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を有して紫外線を放射する複数のマイクロＬＥＤ、ならびに前記複数のマイクロＬＥＤの間に位置する素子分離領域を含み、前記素子分離領域が、前記第２半導体層に電気的に接続された少なくともひとつの金属プラグを有している、フロントプレーンと、前記フロントプレーンに支持された中間層であって、それぞれが前記複数のマイクロＬＥＤの前記第１半導体層に電気的に接続された複数の第１コンタクト電極、および前記金属プラグに接続された少なくともひとつの第２コンタクト電極を含む、中間層と、前記中間層に支持されたバックプレーンであって、前記複数の第１コンタクト電極および前記少なくともひとつの第２コンタクト電極を介して前記複数のマイクロＬＥＤに電気的に接続された電気回路を有する、バックプレーンとを備える。前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれから放射された紫外線を前記サファイア基板に向けて反射するリフレクタを備えている。
　ある実施形態において、前記リフレクタの少なくとも反射面は、アルミニウム（Ａｌ）またはロジウム（Ｒｈ）から形成されている。
　ある実施形態において、前記紫外線の波長は、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下である。
　ある実施形態において、前記少なくともひとつの金属プラグの少なくとも一部が前記リフレクタとして機能する。
　ある実施形態において、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、前記少なくともひとつの金属プラグは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触している。
　ある実施形態において、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、前記リフレクタは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触した反射面を有している。
　ある実施形態において、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、前記リフレクタは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触した誘電体から形成されている。
　ある実施形態において、前記リフレクタは、誘電体多層膜である。
　ある実施形態において、前記電気回路は、前記サファイア基板に支持された前記フロントプレーンおよび／または前記中間層上に成長した半導体層を有している複数の薄膜トランジスタを含む。
　ある実施形態において、前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤの間を埋める埋め込み絶縁物を有しており、前記埋め込み絶縁物は、前記金属プラグのための少なくともひとつのスルーホールを有している。
　ある実施形態において、前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤの側面をそれぞれ覆う複数の絶縁層を有しており、前記金属プラグは、前記素子分離領域内において、前記複数の絶縁層によって囲まれた空間を埋めている。
　ある実施形態において、前記金属プラグは、各マイクロＬＥＤの前記第１半導体層および前記第２半導体層に接触する金属表面層を有しており、前記第２半導体層と前記金属表面層との間にはオーミック接触が形成され、前記第１半導体層の前記金属表面層に接触する部分は抵抗性または絶縁性を有している。
　ある実施形態において、前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記金属プラグによって埋められている。
　ある実施形態において、前記金属プラグの前記第１半導体層に接触する前記金属表面層と前記第２半導体層に接触する前記金属表面層とは、異なる金属材料から形成されている。
　本発明の実施形態によれば、前記の課題を解決するマイクロＬＥＤ紫外放射源が提供される。
本開示の実施形態によるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の一部を示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００におけるμＬＥＤ２２０の配置例を示す平面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００におけるフロントプレーンの他の構成例を示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００におけるフロントプレーンの更に他の構成例を示す断面図である。 紫外線が金属プラグ２４によって反射される様子を模式的に示す断面図である。 紫外線が金属プラグ２４によって反射される様子を模式的に示す他の断面図である。 本開示の実施形態におけるリフレクタ金属の反射率と波長との関係を示すグラフである。 本開示の実施形態におけるリフレクタ金属の反射率と波長との関係を示すグラフである。 側面２２０Ｓが円錐台の側面から形成されている例を示す斜視図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００における第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２の配置例を示す斜視図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００における電気回路の一部の例を示す回路図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す斜視図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す斜視図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す斜視図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す斜視図である。 本開示の実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の製造工程を模式的に示す断面図である。 本開示の実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の他の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。
　＜定義＞
　本開示における「マイクロＬＥＤ」とは、占有領域のサイズが、１０００μｍ×１０００μｍの領域内、または、幅が１０００μｍ以下のストライプ状領域内に含まれる大きさを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を意味する。本開示におけるマイクロＬＥＤが放射する電磁波は、波長３８０ｎｍ以下の紫外線である。以下、「マイクロＬＥＤ」を「μＬＥＤ」と表記することがある。
　μＬＥＤは、第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を有する。第１導電型はｐ型およびｎ型の一方であり、第２導電型はｐ型およびｎ型の他方である。例えば第１導電型がｐ型であるとき、第２導電型はｎ型である。逆に第１導電型がｎ型であるとき、第２導電型はｐ型である。第１半導体層および第２半導体層のそれぞれは、単層構造または多層構造を有し得る。典型的には、少なくとも１個の量子井戸（またはダブルヘテロ構造）を有する発光層が第１半導体層と第２半導体層との間に形成される。
　本開示における「マイクロＬＥＤ紫外放射源（μＬＥＤ-ＵＶ源）」とは、それぞれが紫外線を放射する複数のμＬＥＤを備えるデバイスである。μＬＥＤ-ＵＶ源における複数のμＬＥＤを「μＬＥＤアレイ」と呼ぶことがある。μＬＥＤ-ＵＶ源は、樹脂の紫外線硬化、レジストの感光、殺菌など、紫外線の照射が求められる各種の用途に利用され得る。特に、本開示のμＬＥＤ-ＵＶ源は、マスクレスで任意の照射パターンを実現できる。
　＜基本構成＞
　図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示のμＬＥＤ-ＵＶ源の基本構成例を説明する。図１Ａは、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の一部を示す断面図である。図１Ｂは、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００におけるμＬＥＤアレイの配置例を示す平面図である。図１Ａに示されているμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の断面は、図１ＢのＡ－Ａ線断面に相当する。
　μＬＥＤ-ＵＶ源１０００は、例えば数百～数千個、または１万個を超えるような多数のμＬＥＤを備え得る。図１Ａおよび図１Ｂは、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００のうちの、数個のμＬＥＤを含む一部分のみを示している。μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の全体は、図示されている部分が、例えば周期的に、または、特定のパターンで配列された構成を備えている。
　μＬＥＤ-ＵＶ源１０００では、従来の大きな１個のＬＥＤ素子に含まれる一層の連続した発光層から紫外線を放射させるのではなく、小さく分割された複数のμＬＥＤから紫外線を放射させる。このため、個々のμＬＥＤに含まれる発光層の端面からの紫外線放射をどのように利用するかが重要になる。μＬＥＤのサイズが縮小し、かつ、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００に含まれるμＬＥＤの個数が増加するにつれて、発光層における半導体層の積層方向に垂直な面積に対する端面の面積の比率が増加するからである。本開示の実施形態では、後述するリフレクタを個々のμＬＥＤの間の領域（素子分離領域）に設けることにより、発光層から横方向に放射された紫外線をも有効に活用することが可能になる。
　μＬＥＤ-ＵＶ源１０００は、結晶成長基板１００と、結晶成長基板１００に支持されたフロントプレーン２００と、フロントプレーン２００に支持された中間層３００と、中間層に支持されたバックプレーン４００とを備えている。
　添付図面において、μＬＥＤなどの各構成要素の縦方向サイズに対する横方向サイズの比率は、実施形態における実際の比率を必ずしも反映していない。図面では、わかりやすさを優先した比率で各構成要素が記載されている。また図面における各構成要素の向きは、実際にμＬＥＤ-ＵＶ源を製造するときの向き、および、使用時における向きを何ら制限しない。図１Ａおよび図１Ｂには、参考のため、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の座標軸が記載されている。
　＜結晶成長基板＞
　結晶成長基板１００は、μＬＥＤを構成する半導体結晶がエピタキシャル成長する基板である。本開示において、結晶成長基板１００はサファイア基板である。以下、サファイアから形成された結晶成長基板１００を単に「基板（substrate）」と称する。基板１００の結晶成長が生じる面１００Ｔを「上面」または「結晶成長面」と呼び、基板１００の反対側の面１００Ｂを「下面」と称する。本明細書において、「上面」および「下面」の語句は、基板１００の実際の向きに依存することなく用いられる。
　本開示の実施形態で利用され得る半導体結晶の典型例は、窒化ガリウム系化合物半導体である。以下、窒化ガリウム系化合物半導体を「ＧａＮ」と表記することがある。ＧａＮにおけるガリウム（Ｇａ）原子の一部は、アルミニウム（Ａｌ）原子またはインジウム（Ｉｎ）原子によって置換されていてもよい。Ｇａ原子の一部がＡｌ原子で置換されたＧａＮを「ＡｌＧａＮ」と表記する場合がある。また、Ｇａ原子の一部がＩｎ原子で置換されたＧａＮを「ＩｎＧａＮ」と表記する場合がある。更には、Ｇａ原子の一部がＡｌ原子およびＩｎ原子で置換されたＧａＮを「ＡｌＩｎＧａＮ」または「ＩｎＡｌＧａＮ」と表記することがある。ＧａＮのバンドギャップは、ＡｌＧａＮのバンドギャップよりも小さく、ＩｎＧａＮのバンドギャップよりも大きい。なお、本開示では、構成原子の一部が他の原子で置換された窒化ガリウム系化合物半導体を総称して「ＧａＮ」と表記する場合がある。「ＧａＮ」には、不純物イオンとしてｎ型不純物および／またはｐ型不純物がドープされ得る。導電型がｎ型であるＧａＮは「ｎ－ＧａＮ」、導電型がｐ型であるＧａＮは「ｐ－ＧａＮ」と表記する。半導体結晶の成長方法の詳細については、後述する。なお、本開示の実施形態において、μＬＥＤを構成する半導体結晶は、ＧａＮ系半導体に限定されず、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＡｌＩｎＮなどの窒化物半導体、あるいは他の半導体から形成されていてもよい。
　本開示の実施形態において、基板１００は、最終的なμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の構成要素である。基板１００の厚さは、例えば３０μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であり得る。基板１００の役割は、結晶成長のベースとなること、および、動作時における紫外線取り出し効率を向上させるための光学部材である。このため、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の剛性は、基板１００以外の他の剛性部材によって補われてもよい。そのような剛性部材は、例えばバックプレーン４００に固着され得る。なお、製造工程中においては、基板１００の下面１００Ｂに基板１００の剛性を補う支持基板（不図示）を固定してもよい。このような支持基板は、最終的なμＬＥＤ-ＵＶ源１０００からは除去され得る。
　基板１００の上面（結晶成長面）１００Ｔには、結晶格子歪を緩和するような溝またはリッジなどの構造が付与されていてもよい。また、結晶格子歪を低減するためのバッファ層が基板１００の上面１００Ｔに形成されていてもよい。基板１００の下面１００Ｂには、μＬＥＤアレイから放射され、基板１００を透過してきた紫外線の取り出し効率を更に向上させたり、紫外線を拡散させたりするための微細な凹凸が形成されていてもよい。微細な凹凸の例はモスアイ構造を含む。モスアイ構造は、基板１００の下面１００Ｂにおける実効的な屈折率を連続的に変化させるため、基板１００の下面１００Ｂで基板１００の内側に反射される割合（反射率）を大きく低下させる（実質的にゼロにする）ことができる。
　本開示において、図１Ａに示されるＺ軸の正方向（矢印の向き）を「結晶成長方向」または「半導体積層方向」と呼ぶ場合がある。また、基板１００の下面１００Ｂおよび上面１００Ｔを、それぞれ、基板１００の「正面」および「背面」と呼んでもよい。
　＜フロントプレーン＞
　フロントプレーン２００は、複数のμＬＥＤ２２０と、複数のμＬＥＤ２２０の間に位置する素子分離領域２４０とを含む。複数のμＬＥＤ２２０は、基板１００の上面１００Ｔに平行な２次元平面（ＸＹ面）内において、行および列状に配列され得る。複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれは、図１Ａに示されるように、第１導電型の第１半導体層２１および第２導電型の第２半導体層２２を有する。第２半導体層２２は、第１半導体層２１に比べて、基板１００に近い位置にある。
　本開示の実施形態において、各μＬＥＤ２２０は、他のμＬＥＤ２２０から独立して発光し得る発光層２３を有している。発光層２３は、第１半導体層２１と第２半導体層２２との間に位置している。素子分離領域２４０は、第２半導体層２２に電気的に接続された少なくともひとつの金属プラグ２４を有している。金属プラグ２４は、μＬＥＤ２２０の基板側電極として機能する。
　第１導電型の第１半導体層２１の典型例は、ｐ－ＧａＮ層である。第２導電型の第２半導体層２２の典型例は、ｎ－ＧａＮ層である。ｐ－ＧａＮ層およびｎ－ＧａＮ層は、それぞれ、基板１００の上面１００Ｔに垂直な方向（半導体積層方向：Ｚ軸の正方向）に沿って同一の組成を有している必要はなく、多層構造を有し得る。前述したように、ＧａＮのＧａはＡｌおよび／またはＩｎによって少なくとも部分的に置換され得る。このような置換は、ＧａＮのバンドギャップおよび／または屈折率を調整するために行われ得る。また、ｎ型不純物およびｐ型不純物の濃度、すなわちドーピングレベルも、半導体積層方向（Ｚ軸の正方向）に沿って一様である必要はない。
　発光層２３の典型例は、紫外線を発するため、少なくともひとつのＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮ井戸層を含む。発光層２３が複数の井戸層を含む場合、それぞれの井戸層の間には、井戸層よりもバンドギャップが大きな障壁層が配置され得る。井戸層のバンドギャップは、発光波長を規定する。具体的には、真空中における発光波長をλ［ｎｍ］、バンドギャップをＥｇ［エレクトロンボルト：ｅＶ］とすると、λ×Ｅｇ＝１２４０の関係が成立する。従って、例えばλ＝３５０ｎｍの紫外線を放射させるには、井戸層のバンドギャップＥｇを約３．５４ｅＶに調整すればよい。例えばＡｌＧａＮ井戸層のバンドギャップは、ＡｌＧａＮ井戸層におけるＡｌ組成比率に応じて調整され得る。
　各μＬＥＤ２２０を構成する上記複数の半導体層は、それぞれ、基板１００上にエピタキシャル成長した単結晶の層（エピタキシャル層）である。素子分離領域２４０は、基板１００上にエピタキシャル成長した複数の半導体層を部分的にエッチングすることによって形成されたトレンチ状の凹部（以下、「トレンチ」と称する）によって規定される。トレンチによって分離された個々のμＬＥＤ２２０の占有領域は、１０００μｍ×１０００μｍの領域内に含まれる大きさ（例えば１００μｍ×１００μｍの領域またはそれ以下）を有している。なお、μＬＥＤ２２０の占有領域は、素子分離領域２４０によって区分された第１半導体層２１および／または発光層２３の輪郭によって規定される。
　図１Ｂに示されるように、素子分離領域２４０は各μＬＥＤ２２０を取り囲み、個々のμＬＥＤ２２０を他のμＬＥＤ２２０から分離している。より具体的には、素子分離領域２４０は、個々のμＬＥＤ２２０の第１半導体層２１および発光層２３を、他のμＬＥＤ２２０の第１半導体層２１および発光層２３から、電気的・空間的に分離している。
　図１Ａに示されるように、第２半導体層２２は、μＬＥＤ２２０ごとに完全に分離されていなくてもよい。図１Ａに示される例において、複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれが有する第２半導体層２２は、１層の連続した半導体層から形成されており、複数のμＬＥＤ２２０によって共有されている。１層の連続した第２半導体層２２が複数のμＬＥＤ２２０によって共有されていると、この第２半導体層２２が複数のμＬＥＤ２２０に対する第２導電側の共通電極として機能する。もし、各μＬＥＤ２２０の第２半導体層２２が相互に分離され、かつ、第２半導体層２２が個別にバックプレーン４００における第２導電側の電極（配線）に接続されている形態では、第２導電側の電極または配線の一部に断線不良が発生すると、一部のμＬＥＤ２２０に通電不良が発生してしまう。しかし、複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれが有する第２半導体層２２が１層の連続した半導体層から形成されている形態によれば、そのような不良の発生を抑制することができる。本開示の実施形態は、このような例に限定されない。各μＬＥＤ２２０の第２半導体層２２は、金属プラグ２４、または後述するＴｉＮバッファ層などと適切に接続されているのであれば、他のμＬＥＤ２２０の第２半導体層２２から分離されていてもよい。
　この例において、素子分離領域２４０は、複数のμＬＥＤ２２０の間を埋める（fill）埋め込み絶縁物（embedded insulator）２５を有している。埋め込み絶縁物２５は、金属プラグ２４のための１個または複数個のスルーホールを有している。スルーホールは金属プラグ２４を構成する金属材料によって埋められている。金属プラグ２４は、異なる金属の層がスタックされた構造を有していてもよい。
　本開示の実施形態において、フロントプレーン２００の上面は、図１Ａに示されるように平坦化されていることが好ましい。このような平坦化は、素子分離領域２４０における金属プラグ２４および埋め込み絶縁物２５の上面のレベルが、μＬＥＤ２２０における第１半導体層２１の上面のレベルに略一致することにより実現されている。
　＜リフレクタ＞
　本開示の実施形態において、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の素子分離領域２４０は、複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれから放射された紫外線を結晶成長基板１００に向けて反射するリフレクタ２６０を備えている。より具体的には、素子分離領域２４０は、複数のμＬＥＤ２２０の間を埋める埋め込み絶縁物２５を有しており、埋め込み絶縁物２５は、金属プラグ２４のためのＶ字型溝（スルーホール）を有している。埋め込み絶縁物２５は、μＬＥＤ２２０から放射された紫外線を透過する材料から形成される。
　金属プラグ２４は、Ｖ字型溝の底で第２半導体層２２に接触している。この金属プラグ２４は、各μＬＥＤ２２０をバックプレーン４００に電気的に接続するための導電体として機能するだけではなく、リフレクタ２６０としても機能する。図示されているように、金属プラグ２４の側面（反射面２６０Ｓ）は、結晶成長基板１００の上面１００Ｔに対して直交しておらず、傾斜している。金属プラグ２４は、少なくとも第２半導体層２２に接触する部分においてオーミックコンタクトを実現する材料から形成されていることが望ましい。しかし、他の部分は、種々の金属材料から形成され得る。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選択された少なくとも１種の金属から形成され得る。本発明者の検討によれば、μＬＥＤ２２０から放射される紫外線を高い反射率（例えば９０％以上）で反射するという観点からは、金属プラグ２４の少なくとも側面（リフレクタ２６０の反射面２６０Ｓ）は、Ａｌから形成されていることが望ましい。実用的な反射率として７０％以上を確保しようとする場合、リフレクタ２６０の反射面２６０Ｓは、Ａｌ、ＡｇまたはＲｈから形成されていることが好ましい。特に波長３００ｎｍ以下の紫外線に対するリフレクタ２６０の反射面２６０Ｓとしては、ＡｌまたはＲｈが望ましい。後述するシミュレーションの結果、例えば、波長３５０ｎｍの紫外線の反射率は、Ａｌ＞Ａｇ＞Ｒｈ≫Ｃｕ≒Ｔｉの関係を有していることがわかった。また、波長３００ｎｍ以下の紫外線の反射率は、Ａｌ＞Ｒｈ≫Ｔｉ＞Ｃｕ＞Ａｇの関係を有する。
　リフレクタ２６０として機能する金属プラグ２４は、図１Ｂに示されるように、個々のμＬＥＤ２２０を取り囲んでいる。このため、μＬＥＤ２２０から四方に放射された紫外線は、金属プラグ２４の傾斜した側面（反射面２６０Ｓ）によって結晶成長基板１００の方向に反射される。金属プラグ２４は、格子形状を有する１個の導電物である必要はなく、複数の部分に分離されていてもよい。
＜リフレクタの他の形態＞
　次に、図２を参照する。図２に示される例では、金属プラグ２４が側面に反射層２８を有しており、この反射層２８がリフレクタ２６０として機能する。反射層２８は、金属プラグ２４の材料とは異なる材料、例えばＡｌあるいはＲｈから形成され得る。反射層２８の厚さは、例えば３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。反射層２８は、金属以外の材料から形成されていてもよい。反射層２８は、例えば、埋め込み絶縁物２５の屈折率とは異なる屈折率を有する誘電体材料から形成され得る。反射層２８と埋め込み絶縁物２５との界面に存在する屈折率差を利用してμＬＥＤ２２０から放射された紫外線を反射することができる。この界面を透過して金属プラグ２４に入射した紫外線は、金属プラグ２４そのものによって反射され得る。
　図３は、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の他の構成例を示す断面図である。この例における複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれは、傾斜した側面２２０Ｓを有している。金属プラグ２４は、各μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓに接触している。この例において、金属プラグ２４は、各μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓに接触する反射面２６０Ｓを有しており、リフレクタ２６０として機能する。この例において、反射面２６０Ｓの傾斜角度θは、各μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓの傾斜角度を規定する。図３に示される例において、反射面２６０Ｓの傾斜角度θは９０度未満（例えば３０～６０度）である。μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓは順テーパを形成している。
　金属プラグ２４の表面は、第２半導体層２２に対してオーミック接触を実現できる材料から形成されることが好ましい。第２半導体層２２がｎ－ＧａＮから形成されている場合、ｎ－ＧａＮの仕事関数Φｎよりも小さな仕事関数Φｍを有する金属（例えばＴｉ）を用いることにより、第２半導体層２２と金属プラグ２４との間に選択的なオーミック接触を実現する一方で、ｐ－ＧａＮから形成された第１半導体層２１と金属プラグ２４との間に高抵抗層を形成することができる。図３の構成例によれば、素子分離領域２４０に埋め込み絶縁物２５を形成する工程および埋め込み絶縁物２５にスルーホールを形成する工程を省略できる。
　図３の構成例では、金属プラグ２４の構成は、上記の例に限定されず、積層構造（上層金属および下層金属）を有していてもよい。上層金属と第１半導体層２１との間には高抵抗または絶縁性の界面が形成されるように上層金属の材料が選択されるとともに、下層金属と第２半導体層２２との間には低抵抗オーミック接触が形成されるように下層金属の材料が選択される。このとき、以下に説明するように、紫外線に対する反射率の高い材料が少なくとも発光層２３に接することが好ましい。
　なお、第１半導体層２１がｐ－ＧａＮから形成されている場合、オーミック接触の形成は一般に困難であり、また、素子分離のためエッチングによる損傷がｐ－ＧａＮと金属プラグ２４との間の抵抗を形成する。このため、図３に示されるように、第１半導体層２１と第２半導体層２２との間が金属プラグ２４によって電気的にショートする問題は回避される。
　＜リフレクタの傾斜角度および材料＞
　図４Ａおよび図４Ｂは、発光層２３で発生した紫外線が金属プラグ２４によって反射される様子を模式的に示している。図示される例において、金属プラグ２４のうち、紫外線を反射する領域には高反射率層２４Ｒが設けられている。高反射率層２４Ｒがリフレクタ２６０として機能する。μＬＥＤ内の発光層２３で発生した紫外線は、基本的には、等方的に放射されるが、相対的にバンドギャップが大きく、屈折率の高い発光層２３に沿って横方向に導波されやすい。このため、高い反射率を実現し、かつ、適切な角度で紫外線を基板１００に入射させるには、発光層２３に対するリフレクタ２６０の傾斜角度が重要になる。
　図４Ａおよび図４Ｂに示されているリフレクタ２６０の反射面２６０Ｓは、発光層２３から受けた紫外線を下方（Ｚ軸の負方向）に反射する。
　本開示では、リフレクタ２６０の反射面２６０ＳとＸＹ面との間の角度を「反射面の傾斜角度θ」と定義する。また、反射面２６０Ｓの法線Ｎに対して、発光層２３を伝搬してきた紫外線がなす角度をαとする。このとき、θ＋α=９０度の関係が成立する。反射面２６０Ｓで反射された紫外線は、Ｚ軸負方向に対して｜２θ－９０｜度の角度をなす方向に進む。Ｚ軸負方向に対する｜２θ－９０｜度で表される角度を「基板入射角」と称することにする。
　図４Ｂに示されている例において、半導体層２１、２２、２３の側面（μＬＥＤ２２０の側面２２０Ｓ）は傾斜角度θで傾斜し、順テーパを形成している。図４Ｂに示されている構成例について、本発明者がシミュレーションを行ったところ、紫外線の光取り出しを実現するためには、基板入射角が２５度以下であることが必要であり、好ましくは１５度以下、より好ましくは１０度以下であることがわかった。従って、リフレクタ２６０の反射面２６０Ｓの傾斜角であるθは、３２．５～５７．５度の範囲にあることが必要であり、角度θは、好ましくは３７．５～５２．５度、より好ましくは４０～５０度の範囲にある。
　角度θが４０～５０度の範囲にあるとき、９０％程度の高い光取り出し効率が実現する。しかし、このような高い光取り出し効率は、基板１００がサファイアから形成されている場合に達成され、他の材料、例えばＧａＮから形成されている場合には達成されない。具体的には、基板１００がＧａＮ基板の場合、波長３７５ｎｍ以下の紫外線は、基板入射角が０度であっても取り出すことはできない。
　後述するように、基板１００の上面１００Ｔには窒化チタニウム（ＴｉＮ）層が形成されてもよい。ＴｉＮ層は結晶成長に寄与するが、紫外線の透過に影響を与える。本発明者の検討によると、基板入射角を２３度以下にすれば、紫外線の取り出しが可能になる。厚さが５～１５ｎｍのＴｉＮ層が存在する場合、基板入射角は１０度以下であることが好ましい。基板入射角が１０度以下であれば、６０％以上の光取り出し効率が実現し得る。
　金属プラグ２４（リフレクタ２６０）の反射面２６０Ｓにおける材料は、紫外線に対して反射率が高いＡｌまたはＲｈであることが好ましい。反射面２６０ＳがＡｌ層またはＲｈ層によって形成されていれば、金属プラグ２４（リフレクタ２６０）の内部は他の金属、例えばＣｕ、Ａｇ、Ｔｉ、ＴｉＮなどから形成されていてもよい。Ａｌ層またはＲｈ層が５０ｎｍ程度までは厚くなるほど、紫外線反射率は増加する傾向があることもわかった。リフレクタとして機能するＡｌ層またはＲｈ層の好ましい厚さは、例えば３０ｎｍ以上である。
　発明者のシミュレーションによると、可視光の波長範囲では比較的高い反射率を示す金属であっても、例えば殺菌に利用される波長２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲においては、ＡｌおよびＲｈ以外の金属で、反射率が著しく低下することがわかった。例えば、図４Ｂの例において角度θ＝４５°、リフレクタ２６０の反射面２６０Ｓを構成する金属膜の層厚が３０ｎｍのとき、図４Ｃに示すように、Ａｌの反射率は波長２００～３８０ｎｍの広い範囲で、ほぼ９０％以上である。Ｒｈの反射率も、波長２００～３８０ｎｍの広い範囲で、ほぼ６８％以上である。これに対して、例えばＡｇの反射率は、図４Ｄに示すように、波長３５０ｎｍで８５％程度であるが、波長２９５ｎｍで３７％に減少する。またＣｕの反射率は、波長３８０ｎｍで５０％以上、波長２６０～２８０ｎｍ付近で約４０％である。ＣｕとＡｇとを詳細に比較すると、波長２００ｎｍ～２８０ｎｍの範囲の反射率は、Ｃｕ≒Ａｇであるのに対して、２８０ｎｍ～３０５ｎｍの範囲ではＣｕ＞Ａｇであり、３０５ｎｍを超えるとＡｇ≫Ｃｕとなる。このため、波長が３０５ｎｍより大きい領域ではＡｇが好ましく、波長が３００ｎｍ近傍ではＣｕが好ましい。なお、Ａｌは、これらの波長範囲の全体でＡｇ、Ｃｕよりも高い反射率を示す。Ｒｈは、３１８ｎｍ以上ではＡｇよりも低いが、それ以外の特に３００ｎｍ以下では、Ａｇ、Ｃｕよりも高い反射率を示す。
　以上のことから明らかなように、本開示のμＬＥＤ紫外放射光源を殺菌用途（波長：２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下、典型的には２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下）に利用する場合、リフレクタ２６０の少なくとも反射面２６０Ｓは、ＡｌまたはＲｈから形成されることが望ましい。
　紫外線の領域で高い反射率を達成するため、反射面２６０Ｓを構成するＡｌまたはＲｈの層厚は、３０ｎｍ程度以上であることが望ましい。この層厚を５０ｎｍ以上に増加させても、反射率の増加は飽和する。したがって、リフレクタ２６０として機能する部分におけるＡｌまたはＲの層厚は３０～５０ｎｍであることが好ましい。金属プラグ２４のうち、側面から厚さ３０～５０ｎｍ程度の表層領域を除く他の部分は、紫外線反射率を考慮することなく、電気抵抗率またはコンタクト抵抗を低減する観点から、他の金属を選択することができる。
　半導体層に対するオーミックコンタクト性を高める観点から、ＴｉＮを金属プラグ２４のコンタクト部分に用いることが好ましいが、反射面２６０ＳにＴｉＮ層が存在すると、紫外線に対する反射率は低下する。反射面２６０ＳにＴｉＮ層などのＡｌ層以外の金属層が存在する場合、角θを４０度以下にすることが好ましい。各θが小さいほど、反射率が向上する。
　金属プラグ２４（リフレクタ２６０）のＸ軸方向（またはＹ軸方向）におけるサイズ（幅Ｗ）は、金属プラグ２４のＺ軸方向におけるサイズ（高さｈ）に比べて大きくてもよい。金属プラグ２４の高さに対する幅の比率（Ｗ／ｈ）の典型的な例は、０．５以上１０以下であり得る。
　図４Ａおよび図４Ｂの金属プラグ２４（リフレクタ２６０）の断面は、逆さ台形形状、または逆三角形の形状を有しているが、金属プラグ２４（リフレクタ２６０）の断面の形状は、このような例に限定されない。また、各μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓは、平面である必要はない。図５は、μＬＥＤ２２０の側面２２０Ｓが円錐台の側面から形成されている例を示す斜視図である。各μＬＥＤ２２０の形状は、底面が多角形、円または楕円の任意の錐台から形成され得る。
　図６は、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。この例における複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれも、順テーパの側面２２０Ｓを有している。しかし、金属プラグ２４は、各μＬＥＤが有する側面２２０Ｓに接触していていない。この例において、金属プラグ２４は、埋め込み絶縁物２５に形成されたスルーホール内に位置している。この例において、各μＬＥＤ２２０から放射された紫外線を結晶成長基板１００に向けて反射するリフレクタ２６０は、埋め込み絶縁物２５とμＬＥＤ２２０との界面（側面２２０Ｓ）である。このような界面反射は、埋め込み絶縁物２５の屈折率とμＬＥＤ２２０の屈折率との差異に起因して生じるフレネル反射である。μＬＥＤ２２０を構成し得る半導体の屈折率は、例えば２．１以上３．０以下の範囲にある。これらの屈折率よりも低い屈折率を有する誘電体から埋め込み絶縁物２５を形成した場合、反射面の傾斜角度を調整すれば、発光層２３から放射された紫外線の全反射を生じさせることも可能である。
　なお、埋め込み絶縁物２５の屈折率はμＬＥＤ２２０の屈折率よりも高くてもよい。
　図７は、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の更に他の構成例を示す断面図である。この例における複数のμＬＥＤ２２０のそれぞれも、順テーパの側面２２０Ｓを有している。しかし、この例において、リフレクタ２６０は、μＬＥＤ２２０が有する側面２２０Ｓに接触した反射層２８から形成されていている。この反射層２８は、屈折率が異なる複数の誘電体層を交互に積層した誘電体多層膜であり得る。このとき、誘電体膜としては例えば、ＳｉＯ2（屈折率ｎ＝１．４７）とＴｉＯ2（ｎ＝２．７）が好適に使用できる。この場合、それぞれの膜厚を調整し、５周期以上積層させることにより、当該誘電体多層膜の反射率を９５％以上とし得る。
　上記のリフレクタ２６０によって結晶成長基板１００に向けて反射された紫外線は、μＬＥＤ２２０から直接に結晶成長基板１００に向けて放射された紫外線とともに、結晶成長基板１００を透過して外部に出る。このような紫外線は、様々な用途に利用され得る。
　＜中間層＞
　中間層３００は、複数の第１コンタクト電極３１と、第２コンタクト電極３２とを含む（図１Ａ参照）。複数の第１コンタクト電極３１は、それぞれ、複数のμＬＥＤ２２０の第１半導体層２１に電気的に接続されている。少なくともひとつの第２コンタクト電極３２は、金属プラグ２４に接続されている。
　図８は、第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２の配置例を示す斜視図である。図８では、コンタクト電極３１、３２の配置例を示すため、バックプレーン４００の記載が省略されている。図８に示されている構造は、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の一部分にすぎず、前述したように、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００の実施形態は多数のμＬＥＤ２２０を備えている。
　図８に示されている第２コンタクト電極３２は、金属プラグ２４を介して、第２半導体層２２に電気的に接続されている。第２コンタクト電極３２の形状およびサイズは、図示されている例に限定されない。前述したように、金属プラグ２４が多様な形状を取り得るため、金属プラグ２４を介して第２半導体層２２に電気的に接続される限り、第２コンタクト電極３２の配置の自由度は高い。これに対して、第１コンタクト電極３１は、複数のμＬＥＤ２２０の第１半導体層２１に、それぞれ、独立して電気的に接続されている。基板１００の上面１００Ｔに垂直な方向から視たとき、第１コンタクト電極３１の形状および大きさは、第１半導体層２１の形状および大きさに一致している必要はない。
　前述したように、フロントプレーン２００の上面が平坦化されているため、基板１００から第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２までの距離、言い換えると、これらのコンタクト電極３１、３２の「高さ」または「レベル」は、相互に等しい。このことは、半導体製造技術を用いて後述するバックプレーン４００を形成することを容易にする。本開示における「半導体製造技術」とは、半導体、絶縁体、または導電体の薄膜を堆積する工程と、リソグラフィおよびエッチング工程によって薄膜をパターニングする工程とを含む。なお、本明細書において、「平坦化された表面」とは、その表面に存在する凸部または凹部による段差が３００ｎｍ以下である表面を意味するものとする。好ましい実施形態において、この段差は１００ｎｍ以下である。
　再び図１Ａを参照する。図１Ａに示される例において、中間層３００は、平坦な表面を有する層間絶縁層３８を含む。層間絶縁層３８は、第１および第２コンタクト電極３１、３２をそれぞれバックプレーン４００の電気回路に接続するための複数のコンタクトホールを有している。コンタクトホールは、ビア電極３６によって埋められている。
　本開示の実施形態では、バックプレーン４００を形成する前の段階において、層間絶縁層３８の上面を平坦化することが好ましい。バックプレーン４００を形成する前、あるいは形成途中の工程における絶縁層の平坦化には、エッチバック以外に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理が好適に用いられ得る。
　＜バックプレーン＞
　バックプレーン４００は、図１Ａにおいて不図示の電気回路を有している。電気回路は、複数の第１コンタクト電極３１および少なくともひとつの第２コンタクト電極３２を介して、複数のμＬＥＤ２２０に電気的に接続されている。好ましい実施形態において、電気回路は、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）およびその他の回路要素を含む。後述するように、ＴＦＴのそれぞれは、基板１００に支持されたフロントプレーン２００および／または中間層３００上に成長した半導体層を有している。なお、複数のμＬＥＤ２２０がアクティブマトリックス動作をする必要がない用途もある。そのような用途に使用される場合、バックプレーン４００の電気回路は、ＴＦＴを含む必要はない。なお、バックプレーン４００の電気回路がＴＦＴを含まない場合でも、この電気回路は、物理的または化学的気相成長法によって中間層３００上に直接に成長した金属、半導体、および／または絶縁材料の層(成長層または堆積層)を含んでいる。これらの層はリソグラフィ技術によってパターニングされている。
　図９は、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００がμＬＥＤ単位で紫外線を放射する場合における基本的な等価回路図である。図９に示される例において、バックプレーン４００の電気回路は、選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１、駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２、保持容量ＣＨを有している。図９に示されているμＬＥＤは、バックプレーン４００ではなく、フロントプレーン２００内に存在している。
　図９の例において、選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１は、強度信号ラインＤＬと選択ラインＳＬとに接続されている。強度信号ラインＤＬは、紫外線放射の強度を規定する信号を運ぶ配線である。強度信号ラインＤＬは選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１を介して駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２のゲートに電気的に接続される。選択ラインＳＬは、選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１のオン／オフを制御する信号を運ぶ配線である。駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２は、パワーラインＰＬとμＬＥＤとの間の導通状態を制御する。駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２がオンすれば、μＬＥＤを介してパワーラインＰＬから接地ラインＧＬに電流が流れる。この電流がμＬＥＤを発光させる。選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１がオフしても、保持容量ＣＨにより、駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２のオン状態は維持される。
　上記構成を有するバックプレーン４００であれば、μＬＥＤ単位で紫外線の放射強度を制御することが可能になる。このことは、紫外放射源の用途を広く拡大する。例えば、紫外線で硬化する樹脂に対し、マスクレスで、任意の強度分布を有する紫外線を照射することが可能になる。また、紫外線照射の強度分布も、入力する強度信号に応じて簡単に変更可能になる。
　バックプレーン４００の電気回路は、選択用ＴＦＴ素子Ｔｒ１、駆動用ＴＦＴ素子Ｔｒ２、強度信号ラインＤＬ、および選択ラインＳＬなどを含み得るが、電気回路の構成は、このような例に限定されない。μＬＥＤ-ＵＶ源１０００に含まれる個々のμＬＥＤの形状、サイズ、配置を調整することにより、様々な紫外線照射の強度分布を実現できる。かりに、その強度分布がμＬＥＤ-ＵＶ源１０００ごとに固定されたものであっても、用途によっては充分である。
　＜製造方法＞
　次に、μＬＥＤ-ＵＶ源１０００を製造する方法の基本的な例を説明する。
　まず、図１０Ａに示すように、上面（結晶成長面）１００Ｔを有する基板１００を用意する。図１０Ａは、上面１００Ｔに平行な平面に沿って広がる基板１００の一部を示しているにすぎない。
　次に、基板１００の上面１００Ｔから第２導電型の第２半導体層２２、発光層２３、および第１導電型の第１半導体層２１を含む複数の半導体層をエピタキシャル成長させる。各半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体の単結晶エピタキシャル成長層である。窒化ガリウム系化合物半導体の成長は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で行うことができる。各導電型を規定する不純物は、結晶成長中に気相中からドープされ得る。
　上記半導体層を含む半導体積層構造２８０を基板１００上に形成した後、図１０Ｂに示すように、マスクＭ１を第１半導体層２１上に形成する。マスクＭ１は、素子分離領域２４０の形状および位置を規定する開口部を有している。言い換えると、マスクＭ１は、μＬＥＤ２２０の形状および位置を規定する。半導体積層構造２８０のうち、マスクＭ１によって覆われていない部分を上面からエッチングすることにより、図１０Ｃに示すように、素子分離領域２４０を規定するトレンチを形成する。このエッチング（メサエッチング）は、例えば誘導結合性プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって行うことができる。エッチングの深さは、トレンチの底部に第２半導体層２２が現れるように決定される。エッチングによって形成されるトレンチの深さは例えば０．５μｍ以上５μｍ以下、トレンチの幅は例えば５μｍ以上１００μｍ以下であり得る。紫外線照射強度の面内均一性を高めるという観点からは、トレンチの幅は小さくいことが好ましい。個々のμＬＥＤ２２０の横幅は、例えば５μｍ以上１０００μｍ以下、例えば１０～１００μｍであり得る。紫外線照射を任意のパターン化された領域に対して選択的に行うためには、二次元的に配列された個々のμＬＥＤ２２０のサイズを小さくする（例えば１００μｍ×１００μｍ以下の領域内、あるいは、幅１００μｍのストライプ領域内に収まる大きさにする）ことが好ましい。エッチングによってμＬＥＤ２２０の側面２２０Ｓが露出している。言い換えると、個々のμＬＥＤ２２０は、エッチングされた側面（etched side surfaces）２２０Ｓを有している。図１０Ｃの例においては、側面２２０Ｓは傾斜していないが、マスクＭ１の材料およびエッチング条件を調整することにより、前述した順テーパを形成することもできる。
　次に、金属プラグ２４を含む素子分離領域２４０を形成した後、前述の図８に示すように、第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２を形成する。次に、中間層３００の層間絶縁層（厚さ：例えば５００ｎｍ～１５００ｎｍ）３８を形成した後、バックプレーン４００の電気回路をフロントプレーン２００のμＬＥＤ２２０に接続するための複数のコンタクトホール（図８において不図示）を層間絶縁層３８に形成する。コンタクトホールは、下層に位置するコンタクト電極３１、３２に達するように形成される。コンタクトホールはビア電極で埋められる。なお、層間絶縁層３８の上面はＣＭＰ処理によって平滑化され得る。
　次に、図１０Ｄに示すように、中間層３００上にバックプレーン４００を形成する。本開示において特徴的な点は、バックプレーン４００を中間層３００上に張り付けるのではなく、バックプレーン４００を構成する各種の電子素子および配線を、半導体製造技術により、フロントプレーン２００および中間層３００を含む積層構造体の上に直接に形成することにある。この結果、バックプレーン４００に含まれる複数のＴＦＴのそれぞれは、基板１００に支持されたフロントプレーン２００および中間層３００からなる積層構造体の上に成長した半導体層を有している。
　前述したように、フロントプレーン２００の上面および中間層３００の上面が平坦化されていると、ＴＦＴを含むバックプレーン４００を半導体製造技術によって製造することが容易になる。一般に、半導体製造技術によってＴＦＴを形成する場合、堆積した半導体層、絶縁層、および金属層のパターニングを行う必要がある。このようなパターニングは、露光を伴うリソグラフィ工程によって実現される。堆積した半導体層、絶縁層、および金属層の下地に大きな段差が存在する場合、露光時の焦点が合わず、精度の高い微細パターニングが実現しない。本開示の実施形態では、素子分離領域２４０を含むフロントプレーン２００の全体が平坦化されることにより、中間層３００も平坦化され、半導体製造技術によるバックプレーン４００の形成が容易になる。
　図１０Ａから図１０Ｄを参照して説明した構成例において、μＬＥＤ２２０の形状は、概略的に直方体であるが、μＬＥＤ２２０の形状は、円柱であってもよいし、六角柱などの多角柱、あるいは楕円柱であってもよい。また、図４Ｂに示すように傾斜した側面を有していてもよい。
　＜実施形態＞
　以下、本開示によるμＬＥＤ-ＵＶ源の基本的な実施形態を更に詳細に説明する。
　図１１を参照する。本実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００は、前述した基本構成例と同様の構成を備えている紫外放射源である。このμＬＥＤ-ＵＶ源１０００は、サファイアから形成された基板１００と、基板１００上に形成されたフロントプレーン２００と、フロントプレーン２００上に形成された中間層３００と、中間層３００上に形成されたバックプレーン４００とを備えている。
　次に、図１２Ａから図１５を参照しながら、本実施形態におけるμＬＥＤ-ＵＶ源１０００の構成および製造方法の一例を説明する。
　まず、図１２Ａを参照する。本実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に基板１００を置き、種々のガスを供給して窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体のエピタキシャル成長を行う。本実施形態における基板１００は、例えば厚さが約５０～６００μｍのサファイア基板である。基板１００の上面１００Ｔは、典型的にはＣ面（０００１）であるが、ｍ面、ａ面、ｒ面などの非極性面または半極性面を上面に有していてもよい。また、上面１００Ｔは、これらの結晶面から数度程度は傾斜していてもよい。基板１００は典型的には円板状であり、その直径は、例えば１インチから８インチであり得る。基板１００の形状およびサイズは、この例に限定されず、矩形であってもよい。また、円板状の基板１００を用いて製造工程を進め、最終的に基板１００の周辺をカットして矩形形状に加工してもよい。また、比較的な大きな基板１００を用いて製造工程を進め、最終的に１枚の基板１００を分割して複数のμＬＥＤ-ＵＶ源を形成してもよい（シンギュレーション）。
　ＭＯＣＶＤ装置の反応室内には、まず、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、キャリアガスである水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）と、アンモニア（ＮＨ3）およびシラン（ＳｉＨ4）を供給する。基板１００を１１００℃程度に加熱し、ｎ－ＧａＮ層（厚さ：例えば２μｍ）２２ｎを成長させる。シランはｎ型ドーパントであるＳｉを供給する原料ガスである。ｎ型不純物のドーピング濃度は、例えば５×１０17ｃｍ-3であり得る。
　次にＳｉＨ4の供給を止め、基板１００の温度を８００℃未満まで降温して発光層２３を形成する。具体的には、まず、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１）障壁層を成長させる。更にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の供給を開始してＡｌx'Ｉｎy'Ｇａz'Ｎ（０≦ｘ’＜１、０＜ｙ’＜１、０＜ｚ’＜１）井戸層を成長させる。障壁層と井戸層は２周期以上で交互に成長させることにより、発光部として機能する多重量子井戸を有する発光層（厚さ：例えば１００ｎｍ）２３を形成することができる。井戸層の数が多い方が、大電流駆動時において井戸層内部のキャリア密度が過剰に大きくなることを抑制できる。１つの発光層２３が２つの障壁層によって挟まれた単一の井戸層を有していてもよい。ｎ－ＧａＮ層２２ｎの上に井戸層を直接形成し、井戸層の上に障壁層を形成してもよい。
　発光層２３の形成後、一旦、ＴＭＩの供給を停止させる。その後、キャリアガス（水素）に窒素に加えて、アンモニアの供給を再開し、成長温度を８５０℃～１０００℃に上昇させ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、ｐ型ドーパントであるＭｇの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を供給し、オーバーフロー抑制層を成長させてもよい。次にＴＭＡの供給を停止し、ｐ－ＧａＮ層（厚さ：例えば０．５μｍ）２１ｐを成長させる。ｐ型不純物のドーピング濃度は、例えば５×１０17ｃｍ-3であり得る。
　なお、ｎ－ＧａＮ層２２ｎと発光層２３との間にｎ－ＡｌＧａＮ層を設けてもよく、ｎ－ＧａＮ層２２ｎの代わりにｎ－ＡｌＧａＮ層としてもよい。また、発光層２３とｐ－ＧａＮ層２１ｐとの間に、ｐ－ＡｌＧａＮ層を形成してもよい。
　次に、図１２Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ装置の反応室から取り出した基板１００に対してフォトリソグラフィおよびエッチング工程を行うことにより、ｐ－ＧａＮ層２１ｐおよび発光層２３の所定領域（素子分離領域２４０が形成される部分、深さ：例えば１．５μｍ）を除去し、ｎ－ＧａＮ層２２ｎの一部を露出させる。窒化ガリウム系半導体のエッチングは、後述するように、塩素系ガスのプラズマを用いて行われ得る。
　図１２Ｃに示すように、素子分離領域２４０を規定する空間を埋め込み絶縁物２５で満たす。埋め込み絶縁物２５の材料および形成方法は、紫外線を透過する材料およびその形成方法から選択される限り、任意である。図示されている例において、埋め込み絶縁物２５の上面は平坦化され、ｐ－ＧａＮ層２１ｐの上面と同一のレベルに位置している。
　図１２Ｄに示すように、埋め込み絶縁物２５の一部にｎ－ＧａＮ層２２ｎに達する貫通孔（スルーホール）２６を形成する。このスルーホール２６は、金属プラグ２４の位置および形状を規定する。この例では、金属プラグ２４がリフレクタして機能するように、スルーホール２６の側面を傾斜させる。また、スルーホール２６は、図１Ｂに示されるような形状を有する金属プラグ２４を収容する。
　図１２Ｅに示すように、スルーホール２６を埋める金属プラグ２４を形成し、フロントプレーン２００の上面を平坦化する。その後、第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２を形成する。平坦化は、例えば、エッチバック、選択成長、またはリフトオフなどの各種のプロセスによって行うことができる。
　金属プラグ２４は、ｎ－ＧａＮ層２２ｎにオーミック接触を行うため、例えばチタニウム（Ｔｉ）および／またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属から形成され得る。金属プラグ２４は、ｎ－ＧａＮ層２２ｎに接触する部分にＴｉを含む金属の層（例えばＴｉＮ層）を有していることが好ましい。ＴｉＮ層の存在は、低抵抗のｎ型オーミック接触を実現することに寄与する。ＴｉＮ層は、ｎ－ＧａＮ層２２ｎに接触するＴｉ層を形成した後、例えば６００℃程度の熱処理を３０秒間行うことによって形成され得る。紫外線を反射する部分には、前述したように、ＡｌまたはＲｈが存在していることが望ましい。
　第１および第２コンタクト電極３１、３２は、金属層の堆積およびパターニングによって形成され得る。第１コンタクト電極３１とμＬＥＤ２２０のｐ－ＧａＮ層２１ｐとの間では、金属－半導体界面が形成される。ｐ型のオーミック接触を実現するため、第１コンタクト電極３１の材料は、例えば白金（Ｐｔ）および／またはパラジウム（Ｐｄ）などの仕事関数が大きい金属から選択され得る。ＰｔまたはＰｄの層（厚さ：約５０ｎｍ）を形成した後、例えば、３５０℃以上４００℃以下の温度で３０秒程度の熱処理が行われ得る。ｐ－ＧａＮ層２１ｐに直接に接触する部分にＰｔまたはＰｄの層が存在していれば、その層の上には他の金属、例えばＴｉ層（厚さ：約５０ｎｍ）および／またはＡｕ層（厚さ：約２００ｎｍ）が積層されていてもよい。
　ｐ－ＧａＮ層２１ｐの上部には、ｐ型不純物が相対的に高濃度にドープされた領域が形成されていてもよい。第２コンタクト電極３２は、半導体ではなく、金属プラグ２４と電気的に接続される。このため、第２コンタクト電極３２の材料は、広い範囲から選択可能である。第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２は、一枚の連続した金属層をパターニングすることによって形成されてもよい。このパターニングは、リフトオフも含む。第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２の厚さが相互に等しいと、後述するＴＦＴ４０などの、バックプレーン４００における電気回路との接続が容易になる。
　第１および第２コンタクト電極３１、３２を形成した後、これらは層間絶縁層（厚さ：例えば１０００ｎｍから１５００ｎｍ）３８によって覆われる。ある好ましい例において、層間絶縁層３８の上面はＣＭＰ処理などによって平坦化され得る。上面が平坦化された層間絶縁層３８の厚さは、「平均厚さ」を意味する。
　図１２Ｆに示すように、層間絶縁層３８にコンタクトホール３９を形成する。コンタクトホール３９は、バックプレーン４００の電気回路をフロントプレーン２００のμＬＥＤ２２０に電気的に接続するために使用される。
　再び図１１を参照して、バックプレーン４００の電気回路に含まれるＴＦＴの構造例および形成方法を以下に説明する。
　図１１に示されている例において、ＴＦＴ４０は、層間絶縁層３８上に形成されたドレイン電極４１およびソース電極４２と、ドレイン電極４１およびソース電極４２のそれぞれの上面の少なくとも一部に接触する半導体薄膜４３と、半導体薄膜４３上に形成されたゲート絶縁膜４４と、ゲート絶縁膜４４上に形成されたゲート電極４５とを有している。図示されている例において、ドレイン電極４１およびソース電極４２は、それぞれ、ビア電極３６によって第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２に接続されている。これらＴＦＴ４０の構成要素は、公知の半導体製造技術によって形成される。
　半導体薄膜４３は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、酸化物半導体、および／または窒化ガリウム系半導体から形成され得る。多結晶シリコンは、例えば薄膜堆積技術によって非晶質シリコンを中間層３００の層間絶縁層３８上に堆積した後、非晶質シリコンをレーザビームで結晶化することにより、形成され得る。このようにして形成される多結晶シリコンは、ＬＴＰＳ（Low-Temperature Polｙ Silicon）と称される。多結晶シリコンはリソグラフィおよびエッチング工程で所望の形状にパターニングされる。
　図１１におけるＴＦＴ４０は、絶縁層（厚さ：例えば５００ｎｍ～３０００ｎｍ）４６に覆われている。絶縁層４６には、不図示の開口孔が設けられ、ＴＦＴ４０の例えばゲート電極４５を外部のドライバ集積回路素子などに接続することを可能にしている。絶縁層４６の上面も平坦化されていることが好ましい。バックプレーン４００の電気回路は、図示されていないＴＦＴ、キャパシタ、およびダイオードなどの回路要素を含み得る。このため、絶縁層４６は、複数の絶縁層が積層された構成を有していてもよく、その場合の各絶縁層には、必要に応じて回路要素を接続するビア電極が設けられ得る。また、各絶縁層上には、必要に応じて配線が形成され得る。
　本実施形態におけるバックプレーン４００は、ディスプレイ装置で使用される公知のバックプレーン（例えばＴＦＴ基板）と同様の構成を有することができる。ただし、本開示のバックプレーン４００は、下層に位置するμＬＥＤ２２０の上に半導体製造技術によって形成される点に特徴を有している。このため、例えばＴＦＴ４０のドレイン電極４１およびソース電極４２は、フロントプレーン２００を覆うように堆積した金属層をパターニングすることによって形成され得る。このようなパターニングは、リソグラフィ技術による高精度の位置合わせを可能にする。特に本実施形態では、フロントプレーン２００および／または中間層３００がいずれも平坦化されているため、リソグラフィの解像度を高めることが可能になる。その結果、例えば２０μｍ以下、極端な例では５μｍ以下の微細ピッチで配列された多数のμＬＥＤ２２０を備えるデバイスを歩留まり良く、かつ、低価格で製造することが可能になる。
　図１１に示されるＴＦＴ４０の構成は、一例である。説明をわかりやすくするため、ＴＦＴ４０のドレイン電極４１が第１コンタクト電極３１に電気的に接続されている例を説明しているが、ＴＦＴ４０のドレイン電極４１はバックプレーン４００内の他の回路要素または配線に接続されていてもよい。また、ＴＦＴ４０のソース電極４２は、第２コンタクト電極３２に電気的に接続されている必要はない。第２コンタクト電極３２は、μＬＥＤ２２０のｎ－ＧａＮ層２２ｎに共通して所定の電位を与える配線（例えばグランド配線）に接続され得る。
　本実施形態において、バックプレーン４００の電気回路は、第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２にそれぞれ接続された複数の金属層（ドレイン電極４１およびソース電極４２として機能する金属層）を有している。また、本実施形態において、複数の第１コンタクト電極３１は、それぞれ、複数のμＬＥＤ２２０のｐ－ＧａＮ層２１ｐを覆い、遮光層または反射層として機能する。個々の第１コンタクト電極３１は、μＬＥＤ２２０の上面、すなわち、ｐ－ＧａＮ層２１ｐの上面の全体を全て覆っている必要はない。第１コンタクト電極３１の形状、サイズ、および位置は、十分に低いコンタクト抵抗を実現し、かつ、発光層２３から放射された紫外線がＴＦＴ４０のチャネル領域に入射することを充分に抑制するように決定される。なお、発光層２３から放射された紫外線がＴＦＴ４０のチャネル領域に入射しないようにすることは、他の金属層を適切な位置に配置することによっても実現し得る。
　本開示の実施形態によれば、素子分離領域２４０を金属プラグ２４および埋め込み絶縁物２５によって埋め込んで実現した平坦な上面を有するフロントプレーン２００上に、平坦化された上面を有する中間層３００を形成する。これらの構造（下部構造）は、その上にＴＦＴなどの回路要素を形成するベースとして機能する。ＴＦＴのための半導体を堆積するとき、あるいは、堆積後に熱処理をするとき、上記の下部構造は、例えば３５０℃以上の温度で処理される。このため、素子分離領域２４０内の埋め込み絶縁物２５および中間層３００に含まれる層間絶縁層３８は、３５０℃以上の熱処理によっても劣化しない材料から形成されることが好ましい。例えばポリイミドおよびＳＯＧ（Spin-on Glass）は、好適に用いられ得る。
　バックプレーン４００における電気回路が含むＴＦＴの構成は、上記の例に限定されない。
　図１３は、ＴＦＴの他の例を模式的に示す断面図である。図１４は、ＴＦＴの更に他の例を模式的に示す断面図である。
　図１３の例において、ＴＦＴ４０は、層間絶縁層３８上に形成されたドレイン電極４１、ソース電極４２、およびゲート電極４５と、ゲート電極４５上に形成されたゲート絶縁膜４４と、ゲート絶縁膜４４上に形成され、ドレイン電極４１およびソース電極４２のそれぞれの上面の少なくとも一部に接触する半導体薄膜４３とを有している。図示されている例において、ドレイン電極４１およびソース電極４２は、それぞれ、ビア電極３６によって第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２に接続されている。
　図１４の例において、ＴＦＴ４０は、層間絶縁層３８上に形成された半導体薄膜４３と、層間絶縁層３８上に形成され、それぞれが半導体薄膜４３の一部に接触するドレイン電極４１およびソース電極４２と、半導体薄膜４３上に形成されたゲート絶縁膜４４と、ゲート絶縁膜４４上に形成されたゲート電極４５とを有している。図示されている例において、ドレイン電極４１およびソース電極４２は、それぞれ、ビア電極３６によって第１コンタクト電極３１および第２コンタクト電極３２に接続されている。
　ＴＦＴ４０の構成は、上記の例に限定されない。本開示の実施形態では、ＴＦＴ４０を形成する工程の初期段階において、中間層３００における層間絶縁層３８のコンタクトホール３９を介してフロントプレーン２００の第１および第２コンタクト電極３１、３２に接続される複数の金属層が形成される。これらの金属層は、ＴＦＴ４０のドレイン電極４１またはソース電極４２であり得るが、それらに限定されない。
　本実施形態におけるドレイン電極４１およびソース電極４２は、平坦化された中間層３００における層間絶縁層３８上に金属層を堆積した後、フォトリソグラフィおよびエッチング工程でパターニングされる。このため、フロントプレーン２００（中間層３００）とバックプレーン４００との間で、歩留まり低下を招くような位置合わせずれは生じない。
　＜ＴｉＮバッファ層＞
　図１５は、基板１００と各μＬＥＤ２２０のｎ－ＧａＮ層２２ｎとの間に位置する窒化チタニウム（ＴｉＮ）層５０を有するμＬＥＤ-ＵＶ源の一部を模式的に示す断面図である。ＴｉＮ層５０の厚さは、例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり得る。ＴｉＮ層５０は、サファイアから形成された基板１００と組み合わせて好適に利用され得る。
　ＴｉＮ層５０は、電気導電性を有する。本開示の実施形態では、広い範囲にわたって多数のμＬＥＤ２２０が配列され、少なくとも１個の金属プラグ２４によってμＬＥＤ２２０のｎ－ＧａＮ層２２ｎがバックプレーン４００の電気回路に接続される。このため、ｎ－ＧａＮ層２２ｎから金属プラグ２４に流れる電流に対する電気抵抗成分（シート抵抗）が高すぎると、消費電力の増加を招いてしまう。ＴｉＮ層５０は、結晶成長時には格子不整合を緩和するバッファ層として機能して結晶欠陥密度を低減することに寄与するとともに、デバイスの動作時には、上記の電気抵抗成分を低下させることに寄与する。ＴｉＮ層５０の厚さは、電気抵抗成分を低下させて基板側電極として機能させるという観点から、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることが更に好ましい。一方、μＬＥＤ２２０から放射された紫外線を透過させるという観点からは、ＴｉＮ層５０の厚さを例えば２０ｎｍ以下にすることが好ましく、５～１５ｎｍにすることが更に好ましい。
　図１５に示される例では、１層の連続したｎ－ＧａＮ層２２ｎ（第２半導体層）が複数のμＬＥＤ２２０によって共有されている。しかし、ｎ－ＧａＮ層２２ｎは、μＬＥＤ２２０ごとに分離されていてもよい。その場合、素子分離領域２４０を規定するトレンチの底は、ＴｉＮ層５０の上面に達し、金属プラグ２４はＴｉＮ層５０に接触する。１枚の連続したＴｉＮ層５０が全てのμＬＥＤ２２０におけるｎ－ＧａＮ層２２ｎに電気的に接続しているため、金属プラグ２４と個々のμＬＥＤ２２０のｎ－ＧａＮ層２２ｎとの電気的導通が確保される。この例において、ＴｉＮ層５０は、複数のμＬＥＤ２２０のｎ側共通電極として機能する。本開示の実施形態では、複数のμＬＥＤ２２０における第２導電側の電極が半導体層またはＴｉＮ層によって共通化されているため、断線に起因して一部のμＬＥＤ２２０に導通不良が生じるという問題が回避される。
　本発明の実施形態は、新しいマイクロＬＥＤ紫外放射源を提供する。マイクロＬＥＤ紫外放射源は、樹脂の紫外線硬化、レジストの感光、樹脂膜のリフトオフ、殺菌など、紫外線の照射が求められる各種の用途に利用され得る。特に、所定の領域に選択的に紫外線を照射することが求められる装置で有用である。
　２１・・・第１半導体層、２２・・・第２半導体層、２３・・・発光層、２４・・・金属プラグ、２５・・・埋め込み絶縁物、３１・・・第１コンタクト電極、３２・・・第２コンタクト電極、３６・・・ビア電極、３８・・・層間絶縁層、１００・・・結晶成長基板、２００・・・フロントプレーン、２２０・・・μＬＥＤ、２４０・・・素子分離領域、３００・・・中間層、４００・・・バックプレーン、１０００・・・μＬＥＤ-ＵＶ源

Claims (14)

  1. 　サファイア基板と、
    　前記サファイア基板に支持されたフロントプレーンであって、それぞれが第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を有して紫外線を放射する複数のマイクロＬＥＤ、ならびに前記複数のマイクロＬＥＤの間に位置する素子分離領域を含み、前記素子分離領域が、前記第２半導体層に電気的に接続された少なくともひとつの金属プラグを有している、フロントプレーンと、
    　前記フロントプレーンに支持された中間層であって、それぞれが前記複数のマイクロＬＥＤの前記第１半導体層に電気的に接続された複数の第１コンタクト電極、および前記金属プラグに接続された少なくともひとつの第２コンタクト電極を含む、中間層と、
    　前記中間層に支持されたバックプレーンであって、前記複数の第１コンタクト電極および前記少なくともひとつの第２コンタクト電極を介して前記複数のマイクロＬＥＤに電気的に接続された電気回路を有する、バックプレーンと、
    を備え、
    　前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれから放射された紫外線を前記サファイア基板に向けて反射するリフレクタを備えている、マイクロＬＥＤ紫外放射源。
  2. 　前記リフレクタの少なくとも反射面は、アルミニウム（Ａｌ）またはロジウム（Ｒｈ）から形成されている、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  3. 　前記紫外線の波長は、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  4. 　前記少なくともひとつの金属プラグの少なくとも一部が前記リフレクタとして機能する、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  5. 　前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、
    　前記少なくともひとつの金属プラグは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触している、請求項４に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  6. 　前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、
    　前記リフレクタは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触した反射面を有している、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  7. 　前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれは、順テーパの側面を有しており、
    　前記リフレクタは、前記複数のマイクロＬＥＤのそれぞれが有する前記側面に接触した誘電体から形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  8. 　前記リフレクタは、誘電体多層膜である、請求項７に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  9. 　前記電気回路は、前記サファイア基板に支持された前記フロントプレーンおよび／または前記中間層上に成長した半導体層を有している複数の薄膜トランジスタを含む、請求項１から８のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  10. 　前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤの間を埋める埋め込み絶縁物を有しており、前記埋め込み絶縁物は、前記金属プラグのための少なくともひとつのスルーホールを有している、請求項１から９のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  11. 　前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記複数のマイクロＬＥＤの側面をそれぞれ覆う複数の絶縁層を有しており、
    　前記金属プラグは、前記素子分離領域内において、前記複数の絶縁層によって囲まれた空間を埋めている、請求項１から１０のいずれかに記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  12. 　前記金属プラグは、各マイクロＬＥＤの前記第１半導体層および前記第２半導体層に接触する金属表面層を有しており、
    　前記第２半導体層と前記金属表面層との間にはオーミック接触が形成され、
    　前記第１半導体層の前記金属表面層に接触する部分は抵抗性または絶縁性を有している、請求項６に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  13. 　前記フロントプレーンの前記素子分離領域は、前記金属プラグによって埋められている、請求項１２に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
  14. 　前記金属プラグの前記第１半導体層に接触する前記金属表面層と前記第２半導体層に接触する前記金属表面層とは、異なる金属材料から形成されている、請求項１２または１３に記載のマイクロＬＥＤ紫外放射源。
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