(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、薄膜半導体発光素子と、該薄膜半導体発光素子との間で分子間力で前記基板反対側表面に直接接合可能な平滑面および厚みを有する第１絶縁層と、該第１絶縁層の前記基板側に積層されたアルミニウム金属層とを備えた半導体発光装置であって、
前記第１絶縁層の基板側表面と前記アルミニウム金属層の基板反対側表面との間に第２絶縁層を備え、
前記第１絶縁層の基板反対側表面には、前記薄膜半導体発光素子が直接接合され、
前記第１絶縁層は、有機絶縁膜であり、
前記第２絶縁層は、前記有機絶縁膜より薄い無機絶縁膜である
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記アルミニウム金属層の表面に、ヒロックが形成されていることを特徴とする請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１絶縁層の基板反対側表面の表面粗さが、２０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体発光装置。
【請求項４】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層で形成される層厚が、１．５μｍないし１．７μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層を貫き、前記薄膜半導体発光素子と前記アルミニウム金属層とを接続する金属電極を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光装置。
【請求項６】
前記アルミニウム金属層の基板側表面と前記基板との間に、チタン金属層を備え、
前記アルミニウム金属層の基板反対側表面に、前記第２絶縁層が形成される
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された半導体発光装置。
【請求項７】
前記アルミニウム金属層および前記チタン金属層が、前記基板上に配設された集積回路の表面に下地絶縁膜を挟んで形成されることを特徴とする請求項６に記載された半導体発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光装置を備えるヘッドマウントディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置およびヘッドマウントディスプレイ装置に関し、薄膜形成された単結晶薄膜半導体発光素子（薄膜ＬＥＤ（Light Emitting Diode））が光を反射できる金属層上に形成された半導体発光装置およびヘッドマウントディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に形成される半導体発光装置は、表裏両面から発光するＬＥＤが薄膜形成された単結晶薄膜半導体発光素子と、単結晶薄膜半導体発光素子の裏面側（基板側）に形成されて光を反射する金属層とを備える。この金属層により、半導体発光装置から出射される出射光は、単結晶薄膜半導体発光素子の表面から出射される光だけでなく、単結晶薄膜半導体発光素子の裏面から出射される光も含むため、半導体発光装置の出射光の強度を高めることができる。
【０００３】
この金属層は、３原色の赤、青、緑それぞれの光の波長帯をカバーして、反射率が９０％以上と高いＡｌ（アルミニウム）が用いられる。なお、Ａｕ（金）は、波長の長い波長帯の光（例えば赤色の光）を９５％以上反射させることができるが、波長の短い波長帯の光、特に５５０ｎｍ以下の波長帯の光、つまりは青や緑の波長帯の光に対しては、反射率が５０％以下になる。
【０００４】
また、複数の単結晶薄膜半導体発光素子と、基板に成膜した平坦な絶縁層とが加圧・密着されることで、分子間力によって直接接合（エピフィルムボンディング）する技術がある。
【０００５】
したがって、基板に光反射用の金属層と、複数の単結晶薄膜半導体発光素子とを分子間力により直接接合するためには、基板の表面に金属層を成膜し、成膜された金属層の上に絶縁層（例えば、有機絶縁層）を成膜する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ａｌ金属層は、蒸着やスパッタリングなどにより形成されるので、アルミニウムの膜は、製造過程において熱履歴が加えられると、熱膨張率の違いにより、層表面に突起物（いわゆるヒロック）が形成してしまう。
このため、金属層上に突起物が多数形成されることで、エピフィルムボンディングによる方法では、有機絶縁層（第１絶縁層）の表面が、薄膜（単結晶薄膜半導体発光素子）を直接接合できない程度の表面粗さ（例えば、数十ｎｍ以上）になるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、アルミニウム金属層に突起物が形成されても、薄膜発光素子と第１絶縁層とを分子間力により直接接合可能な半導体発光装置およびヘッドマウントディスプレイ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、薄膜半導体機能素子と、基板と、該薄膜半導体機能素子と分子間力で前記基板反対側表面に直接接合可能な平滑面および厚みを有する第１絶縁層と、該第１絶縁層の前記基板側に積層されたアルミニウム金属層とを備えた半導体発光装置であって、前記第１絶縁層の基板側表面と前記アルミニウム金属層の基板反対側表面との間に第２絶縁層を備え、前記第１絶縁層の基板反対側表面には、前記薄膜半導体発光素子が直接接合され、前記第１絶縁層は、有機絶縁膜であり、前記第２絶縁層は、前記有機絶縁膜より薄い無機絶縁膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アルミニウム金属層に突起物が形成されても、薄膜発光素子と第１絶縁層とを分子間力により直接接合可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の半導体発光部を備える発光装置の平面図である。
【図２】（ａ）図１における第１の実施形態の半導体発光部のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）図１における第１の実施形態の半導体発光部のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】ヒロックが形成された金属層上に、第２絶縁層および第１絶縁層を形成した半導体発光部の断面図である。
【図４】（ａ）ＬＥＤエピフィルムを形成する場合の半導体エピタキシャルウエハの概略の構成例を示す断面図である。（ｂ）エッチング工程途中の概略の構成例を示す断面図である。（ｃ）エッチング工程終了時の概略の構成例を示す断面図である。
【図５】赤色薄膜ＬＥＤの概略の構成例を示す断面図である。
【図６】第２の実施形態の半導体発光部の断面図である。
【図７】第３の実施形態の半導体発光部の断面図である。
【図８】第１の実施形態ないし第３の実施形態に記載のいずれか一つの半導体発光部を備える発光装置をヘッドマウントディスプレイに搭載した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態の半導体発光部が、発光装置に備えられた一例を示すものである。図１に示す発光装置１は、赤色、青色、緑色の３色の半導体発光部１０を備え、制御部（不図示）が制御して各半導体発光部を発光させる発光装置の平面図である。
発光装置１は、基板２１上に、複数の半導体発光部１０と、カソード駆動回路４と、アノード駆動回路５とを備える。各半導体発光部１０は１つの薄膜ＬＥＤ３を備え、カソード駆動回路４は各薄膜ＬＥＤ３のカソードと後記するワイヤ４１およびカソード接続パッド４２を介して接続し、アノード駆動回路５は各薄膜ＬＥＤ３のアノードと後記する共通のアノード配線５１を介して接続し、電流路が形成される。アノード配線５１は薄膜金属である。
【００１３】
第１の実施形態において、半導体発光部１０は、それぞれが備える薄膜ＬＥＤ３の発光色別に、基板２１上に一列に配設される。半導体発光部１０は、３原色の赤色薄膜ＬＥＤ３ｒと青色薄膜ＬＥＤ３ｂと緑色薄膜ＬＥＤ３ｇとのいずれか１つを備える。
この薄膜ＬＥＤ３は、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ（３ｒ＿１，３ｒ＿２，・・・）と、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ（３ｂ＿１，３ｂ＿２，・・・）と、緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ（３ｇ＿１，３ｇ＿２，・・・）とで構成される。各色の薄膜ＬＥＤ３の列が平行に、かつ、３色の薄膜ＬＥＤ３が互いに一直線上に隣り合うように半導体発光部１０は配設される。例えば、図１では、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ＿１と青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１と緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ＿１とが一直線上に位置している。
【００１４】
各色の薄膜ＬＥＤ３は、それぞれのカソードを共通にしたカソード電極４０が設けられている（図２（ｂ）参照）。赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ（３ｒ＿１，３ｒ＿２，・・・）であればカソード電極４０ｒが設けられ、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ（３ｂ＿１，３ｂ＿２，・・・）であればカソード電極４０ｂが設けられ、緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ（３ｇ＿１，３ｇ＿２，・・・）であればカソード電極４０ｇが設けられている。
これにより、薄膜ＬＥＤ３それぞれにカソード電極４０を設けるよりも、配線数を少なくすることができ、省スペース化を図ることができる。
【００１５】
互いに一直線上に隣り合う３色の薄膜ＬＥＤ３は、それぞれのアノード電極３２が１つのアノード配線５１と接続される。図１では、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ＿１のアノード電極３２ｒ＿１と、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１のアノード電極３２ｂ＿１と、緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ＿１のアノード電極３２ｂ＿１とが、１つのアノード配線５１＿１と接続される。同様に、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ＿２と青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿２と緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ＿２とが、１つのアノード配線５１＿２と接続される。
【００１６】
（カソード駆動回路４）
カソード駆動回路４は、不図示の制御部により制御されて、カソード接続パッド４２と不図示の電流源の負極との間の導通／切断を行う。後記するアノード駆動回路５のスイッチがオンであるときに、カソード駆動回路４のスイッチがオンであれば、カソード接続パッド４２とアノード接続パッド５２との間が導通し、カソード接続パッド４２を介して薄膜ＬＥＤ３に電流が流れる。
【００１７】
カソード駆動回路４は、赤色カソード駆動回路４ｒと、青色カソード駆動回路４ｂと、緑色カソード駆動回路４ｇとで構成される。
赤色カソード駆動回路４ｒは、赤色カソード接続パッド４２ｒおよびワイヤ４１ｒを介して、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒのカソード電極４０ｒと接続される。これにより、赤色カソード駆動回路４ｒから赤色薄膜ＬＥＤ３ｒのカソード電極４０ｒに電流を流すことができる。同様に、青色カソード駆動回路４ｂは、青色カソード接続パッド４２ｂおよびワイヤ４１ｂを介して、青色薄膜ＬＥＤ３ｂのカソード電極４０ｂと接続される。緑色カソード駆動回路４ｇは、緑色カソード接続パッド４２ｇおよびワイヤ４１ｇを介して、緑色薄膜ＬＥＤ３ｇのカソード電極４０ｇと接続される。
【００１８】
（アノード駆動回路５）
アノード駆動回路５は、不図示の制御部により制御されて、不図示の電流源の正極とアノード接続パッド５２との間の導通／切断を行うスイッチである。カソード駆動回路４のスイッチがオンであるときに、アノード駆動回路５のスイッチがオンであれば、カソード接続パッド４２とアノード接続パッド５２との間が導通し、薄膜ＬＥＤ３から電流が流れる。
【００１９】
アノード駆動回路５は、一直線上に隣り合う３色の薄膜ＬＥＤ３のアノード電極３２それぞれと接続するアノード配線５１（５１＿１，５１＿２，・・・）と、そのアノード配線５１と接続するアノード接続パッド５２（５２＿１，５２＿２，・・・）とを備える。
アノード配線５１は、一直線上に隣り合う赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ，青色薄膜ＬＥＤ３ｂ，緑色薄膜ＬＥＤ３ｇそれぞれのアノード電極３２ｒ，３２ｂ，３２ｇと接続する。
図１において、アノード配線５１＿１は、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ＿１のアノード電極３２ｒ＿１と、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１のアノード電極３２ｂ＿１と、緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ＿１のアノード電極３２ｇ＿１と接続し、さらにアノード接続パッド５２＿１と接続される。
【００２０】
以上の構成により、例えば、青色カソード駆動回路４ｂおよびアノード駆動回路５が制御部（不図示）に制御されて、青色カソード接続パッド４２ｂとアノード接続パッド５２＿１との間に電流源が接続される。これにより、電流は、アノード接続パッド５２＿１、アノード配線５１＿１を介して、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１のアノード電極３２ｂ＿１に流れる。さらに、電流は、カソード電極４０ｂ＿１からワイヤ４１ｂおよび青色カソード接続パッド４２ｂを介して、青色カソード駆動回路４ｂに流れ込む。これにより、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１が発光する。
このとき、赤色カソード駆動回路４ｒおよび緑色カソード駆動回路４ｇも制御部（不図示）に制御されて、赤色カソード接続パッド４２ｒとアノード接続パッド５２＿１との間および緑色カソード接続パッド４２ｇとアノード接続パッド５２＿１との間に電流源が接続されることで、青色薄膜ＬＥＤ３ｂ＿１と同様に、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ＿１および緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ＿１も発光する。
【００２１】
（半導体発光部）
図２（ａ）は、図１における第１の実施形態の発光装置のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、図１における第１の実施形態の発光装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
図２に示すように、発光装置１の半導体発光部１０は、層間絶縁層２４と、発光層３１と、アノード電極３２と、半導体薄膜３３と、導通層Ｍと、金属層１１と、第２絶縁層１２と、第１絶縁層１３とから構成される。なお、発光層３１と、アノード電極３２と、半導体薄膜３３とで薄膜ＬＥＤ３を構成する。この半導体発光部１０は、Ｓｉ（シリコン）などの基板２１の上に配設されたＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）などで構成される集積回路領域２２を覆う下地絶縁層２３の、さらに上層に設けられる。集積回路領域２２の下地絶縁層２３以外の領域は、アノード接続パッド５２が形成される。
【００２３】
下地絶縁層２３は、後記する金属層１１と集積回路領域２２との間との短絡を防止するためのパッシベーション層であり、アノード接続パッド５２がアノード配線５１と接続する箇所を少なくとも除いた、集積回路領域２２の上を部分的または全体的に覆うように形成される。この下地絶縁層２３は、例えば、Ｐ−ＣＶＤにより形成された窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）などで構成される。
【００２４】
下地絶縁層２３の基板反対側表面には、薄膜ＬＥＤ３の基板側表面から出射された光を反射する金属層１１が形成される。金属層１１の基板反対側表面には、２層構成の絶縁層（第２絶縁層１２、第１絶縁層１３）を挟んで薄膜ＬＥＤ３が直接接合される。そして、半導体薄膜３３上にｎ側電極（後記するカソード電極４０）が設けられる。そして、薄膜ＬＥＤ３のｐ側電極（後記するアノード電極３２）およびｎ側電極（後記するカソード電極４０）を除いた部分と、２層構成の絶縁層（第２絶縁層１２、第１絶縁層１３）と、金属層１１とを全体的に覆うように層間絶縁層２４が形成される。
当該構成によれば、薄膜ＬＥＤ３の基板反対側表面から出射光３０（３０１）が出射されるだけでなく、薄膜ＬＥＤ３の基板側表面からの出射光３０（３０２）が金属層１１で反射して薄膜ＬＥＤ３の基板反対側表面から出射されるため、薄膜ＬＥＤ３が出射する光を有効に取り出すことができる。
【００２５】
（層間絶縁層２４）
層間絶縁層２４は、アノード配線５１と金属層１１との間などの短絡を防止するための層であり、また、光を透過する層である。下地絶縁層２３と同様に、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる。
【００２６】
（金属層１１）
金属層１１は、薄膜ＬＥＤ３からの出射光３０２を反射する反射層である。この金属層１１は、Ｔｉ（チタン）からなる第１の金属層と、Ａｌからなる第２の金属層とからなり、蒸着やスパッタリングにより、１μｍ未満の厚さで形成される薄膜である。
第１の金属層のＴｉは、第２の金属層からのＡｌ金属の拡散を防ぐ拡散防止層である。Ａｌの融点は６６０℃であり、発光装置１を生成する際に加熱されることで、Ａｌ金属の拡散が起こることがある。そのため、Ａｌより融点が高いＴｉ（融点１６６０℃）の金属層を、Ａｌの金属層の下に形成することで、第２の金属層からのＡｌ金属の拡散を防ぐ。
また、Ａｌの金属層は、薄膜ＬＥＤ３の基板反対側表面からの出射光３０を反射する反射層である。なお、Ｔｉの金属層が基板側に積層され、Ａｌの金属層がＴｉの金属層の基板反対側に積層される。
【００２７】
しかしながら、Ａｌの金属層は、蒸着やスパッタリングなどにより形成されることにより、加熱されたアルミニウムの結晶が異常成長し、層表面に突起物（ヒロックＨ，図３）が形成される、いわゆるヒロックが発生してしまう。このヒロックＨが多数形成されることで、薄膜ＬＥＤ３（半導体薄膜３３）が直接接合できない程度の表面粗さとなってしまう。このヒロックＨは、金属層に用いる材料によっては、熱膨張率の違いにより発生する。なお、線膨張係数は、２０℃の室温において、Ａｌが２３．１×１０-6［１／Ｋ］であり、Ａｕは１４．２×１０-6［１／Ｋ］であり、Ｔｉは８．６×１０-6［１／Ｋ］である。
【００２８】
そこで、第１の実施形態では、２層構成の絶縁層を挟んで、金属層１１の上にＬＥＤエピフィルム３００（薄膜ＬＥＤ３）を形成する構成とした（図２参照）。
当該構成は、金属層１１の上に２層構成の絶縁層（第２絶縁層１２、第１絶縁層１３）を形成し、さらに第１絶縁層１３の上にエピフィルムボンディングによる方法でＬＥＤエピフィルム３００（薄膜ＬＥＤ３）を分子間力により直接接合することで得られる。詳細は後記する。
【００２９】
（２層構成の絶縁層）
２層構成の絶縁層（第２絶縁層１２、第１絶縁層１３）は、図３に示すように、金属層１１上にできてしまったヒロックＨを覆うように金属層１１の基板反対側表面に形成される層である。そして、上層の絶縁層（第１絶縁層１３）を平坦に形成して表面粗さを抑える層でもある。また、第２絶縁層１２および第１絶縁層１３は、光を透過する層である。さらに、第２絶縁層１２および第１絶縁層１３は、金属層１１と導通層Ｍとの間などの短絡を防止するための層でもある。図３は概念図であり、実際よりもヒロックＨを大きく図示している。
【００３０】
第２絶縁層１２は、無機絶縁膜であり、例えば、ＳｉＮが好適である。第２絶縁層１２は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma-Chemical Vapor Deposition）法により金属層１１に基板反対側表面に均一の厚さで形成される。このとき、第２絶縁層１２は、最大層厚が１１０ｎｍ程度に形成されることが望ましい。また、第２絶縁層１２は、Ｐ−ＣＶＤ法により形成されるため、ヒロックＨの表面を均一の厚さで断切れなく覆う（ステップカバレッジ効果）ことができる。
【００３１】
そして、第１絶縁層１３は、有機絶縁膜であり、例えば、ポリイミド樹脂やフッ素系樹脂などが好適である。第１絶縁層１３はスピンコート法を用いてコートされる。第１絶縁層１３となる樹脂が第２絶縁層１２上にスピンコーティングされることで、ヒロックＨの形状が第１絶縁層１３の表面が平坦に形成される。このとき、第１絶縁層１３は、第２絶縁層１２よりも厚く形成することができるので、最大層厚が１．５μｍ程度に形成されることが望ましい。
【００３２】
以上のように、金属層１１の上に２層構成の絶縁層（第２絶縁層１２、第１絶縁層１３）を形成する。このとき、第２絶縁層１２および第１絶縁層１３で形成する層の厚みは、１．５〜１．７μｍ、特に１．６μｍ程度であることが望ましい。この程度の層厚があれば、金属層１１の層表面に形成されたヒロックＨが１００ｎｍ程度あり、第２絶縁層１２形成後の表面粗さが１００ｎｍ程度であったとしても、第１絶縁層１３により覆うことで、第１絶縁層１３の層表面Ｓにおいて表面粗さを２０ｎｍ以下にすることができる。表面粗さが数十ｎｍ以下であるため、エピフィルムボンディングによる方法で、第１絶縁層１３の上に、薄膜に形成された後記する薄膜ＬＥＤ３のｎ型領域層（半導体薄膜３３）を接合することができる。
【００３３】
また、第２絶縁層１２を有機絶縁膜で形成して、第１絶縁層１３を無機絶縁膜で形成した場合、金属層１１上に有機絶縁膜を比較的厚く形成しても、有機絶縁膜と、Ａｌの金属層１１の層表面に形成されたヒロックＨとの間に、有機絶縁膜の段差や断切れが発生してボイド（隙間）が形成され、ヒロックＨにより形成される段差を埋めることが困難である。さらに、第１絶縁層１３を形成する際に、無機絶縁膜を、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて形成するため、加熱する温度に応じて、金属層１１の表面のヒロックＨが成長してしまう可能性がある。これにより、金属層１１上のヒロックＨを覆うために、第１絶縁層１３の膜厚を厚く形成するほど、金属層１１上のヒロックＨが成長してしまう。そのため、第２絶縁層１２を無機絶縁膜、第１絶縁層１３を有機絶縁膜で形成するよりもさらに厚い絶縁層が形成されてしまう。
第１の実施形態によれば、第２絶縁層１２を無機絶縁膜、第１絶縁層１３を有機絶縁膜で形成するため、無機絶縁膜である第２絶縁層１２がＰ−ＣＶＤ法により形成され、ヒロックＨにより形成されるステップカバレッジが行われてから、第２絶縁層１２上に有機絶縁膜である第１絶縁層１３を形成することで、金属層１１上に隙間なく絶縁層を形成することができる。
【００３４】
（ＬＥＤエピフィルム３００）
ＬＥＤエピフィルム３００は、シート状の半導体薄膜であり、色別に複数の薄膜ＬＥＤ３が形成されており、シート平面上にて薄膜ＬＥＤ３がそれぞれ等間隔で１列に配列される。
基板２１上には、複数の赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ（３ｒ＿１，３ｒ＿２，・・・）が形成された赤色ＬＥＤエピフィルム３００ｒと、複数の青色薄膜ＬＥＤ３ｂ（３ｂ＿１，３ｂ＿２，・・・）が形成された青色ＬＥＤエピフィルム３００ｂと、複数の緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ（３ｇ＿１，３ｇ＿２，・・・）が形成された緑色ＬＥＤエピフィルム３００ｇとが設けられる。
【００３５】
（ＬＥＤエピフィルム３００の製造方法）
ここで、ＬＥＤエピフィルム３００の製造方法について説明する。
図４（ａ）ないし図４（ｃ）は、剥離工程の概略図である。図４（ａ）は、ＬＥＤエピフィルム３００を形成する場合の半導体エピタキシャルウエハＥＰＷの概略の構成例を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されたＬＥＤエピフィルム３００がエピタキシャル成長用基板７から剥離されるエッチング工程途中の概略の構成例を示す断面図である。さらに、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のエッチング工程終了時の概略の構成例を示す断面図である。
【００３６】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）において、エピタキシャル半導体層を成長させるためのエピタキシャル成長用基板７上には、バッファ層８１と、剥離層８２と、ＬＥＤエピフィルム３００とが順次積層されている。剥離層８２は、ＬＥＤエピフィルム３００をエピタキシャル成長用基板７から剥離するために設けられた、いわば犠牲層である。ＬＥＤエピフィルム３００は、剥離層８２と接している半導体薄膜３３と、発光層３１と、アノード電極３２とからなる。
【００３７】
図４（ａ）の剥離層８２は、エッチング液などによるエッチング速度が、ＬＥＤエピフィルム３００やエピタキシャル成長用基板７のエッチング速度と比較して、エッチング速度が速い層であり、逆に、ＬＥＤエピフィルム３００内の半導体薄膜３３と、発光層３１と、アノード電極３２とは、剥離層８２を剥離させるためのエッチング液などによるエッチング速度と比較して、エッチング速度が遅く、剥離層８２のエッチング工程ではエッチングされない半導体層である。
【００３８】
従って、ＬＥＤエピフィルム３００の製造方法としては、例えば、図４（ａ）の半導体エピタキシャルウエハＥＰＥの剥離層８２を、図４（ｂ）に示すように前記エッチング液などを利用して、そのエッチング速度の差により選択的にエッチングする。そして、図４（ｃ）に示すように剥離層８２よりも上層のＬＥＤエピフィルム３００がエピタキシャル成長用基板７から剥離する。
【００３９】
（薄膜ＬＥＤ３）
薄膜ＬＥＤ３は、ＬＥＤエピフィルム３００に形成された単結晶薄膜半導体発光素子である。図２に示すように、薄膜ＬＥＤ３は、第１絶縁層１３の上に導通層Ｍが形成され、その導通層Ｍの上に形成される。赤色ＬＥＤエピフィルム３００ｒには赤色薄膜ＬＥＤ３ｒが形成され、青色ＬＥＤエピフィルム３００ｂには青色薄膜ＬＥＤ３ｂが形成され、緑色ＬＥＤエピフィルム３００ｇには緑色薄膜ＬＥＤ３ｇが形成されている。
【００４０】
（導通層Ｍ）
ここで導通層Ｍは、ＬＥＤエピフィルム３００（半導体薄膜３３）と第１絶縁層１３とを接合させる接着剤の役割をする層である。また、光を透過する程度に薄く形成された金属層であり、金などから構成される。
なお、第１絶縁層１３の層表面Ｓの表面粗さを５ｎｍ以下にすることで、導通層Ｍや接着剤などの媒体を用いずに、半導体薄膜３３と第１絶縁層１３との分子間力により直接接合することができる。
【００４１】
（薄膜ＬＥＤ３の構造）
薄膜ＬＥＤ３の構造について、まず、青色薄膜ＬＥＤ３ｂおよび緑色薄膜ＬＥＤ３ｇの構造を説明し、その後、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒの構造を説明する。
【００４２】
（青色薄膜ＬＥＤ３ｂ，緑色薄膜ＬＥＤ３ｇの構造）
青色薄膜ＬＥＤ３ｂおよび緑色薄膜ＬＥＤ３ｇの構成について説明する。緑色薄膜ＬＥＤ３ｇは、青色薄膜ＬＥＤ３ｂと同様の積層構造を有するため、説明を省略する。
【００４３】
青色薄膜ＬＥＤ３ｂは、窒化ガリウム（ＧａＮ）の層からなる半導体薄膜３３ｂと、窒化ガリウム（ＧａＮ）の層（ｎ型半導体層）および窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の層（活性層）の２つの層からなる発光層３１と、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＰ+コンタクト層からなるアノード電極３２ｂとから構成される。
【００４４】
青色薄膜ＬＥＤ３ｂは、最下層の半導体薄膜３３ｂの上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の層（ｎ型半導体層）が形成され、その上に、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の層（活性層）が形成される。そして、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の層（活性層）の上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＰ+コンタクト層（アノード電極３２ｂ）が形成される。
この青色薄膜ＬＥＤ３ｂが、導通層Ｍを挟んで、第１絶縁層１３の上に形成される。
【００４５】
また、第１の実施形態の発光装置１で用いられるＬＥＤエピフィルム３００の半導体薄膜３３は、各ＬＥＤエピフィルム３００に形成された薄膜ＬＥＤ３それぞれが共通の半導体薄膜３３で構成されている。ＬＥＤエピフィルム３００を第１絶縁層１３上に形成後、その半導体薄膜３３に１つのカソード電極４０（ｎ側電極）が形成される。このカソード電極４０は発光層３１と離間して形成される。
アノード電極３２はアノード配線５１と接続され、カソード電極４０（ｎ側電極）はワイヤ４１を介してカソード駆動回路４と接続される。
【００４６】
（赤色薄膜ＬＥＤ３ｒの構造）
図５に示すように、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒも積層構造を有し、赤色薄膜ＬＥＤ３ｒは、半導体薄膜３３ｒと発光層３１ｒとアノード電極３２ｒとから構成される。アノード電極３２ｒは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＰ+コンタクト層からなる。発光層３１ｒは、ｐ−ＡｌyＧａ1-xＡｓのＰ型グラッド層３１＿１ｒと、ｎ−ＡｌyＧａ1-yＡｓの活性層３１＿２ｒと、ｎ−ＡｌyＧａ1-zＡｓのＮ型グラッド層３１＿３ｒとの３つの層からなる。半導体薄膜３３ｒは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＮ+コンタクト層３３＿１ｒと、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＮ+接合層３３＿２ｒとの２つの層からなる。
この赤色薄膜ＬＥＤ３ｒが、導通層Ｍを挟んで、第１絶縁層１３の上に形成される。
【００４７】
この赤色薄膜ＬＥＤ３ｒは、最下層の半導体薄膜３３ｒの上に、発光層３１ｒを形成し、その上にアノード電極３２ｒが形成される。半導体薄膜３３ｒは、最下層のＮ+接合層３３＿２ｒの上に、Ｎ+コンタクト層３３＿１ｒが形成される。発光層３１ｒは、Ｎ+コンタクト層３３＿１ｒの上にエッチングストップ層３１＿４ｒが形成され、その上にはＮ型グラッド層３１＿３ｒが形成され、さらにその上に活性層３１＿２ｒが形成され、そして、活性層３１＿２ｒの上にＰ型グラッド層３１＿１ｒが形成される。アノード電極３２ｒは、Ｐ型グラッド層３１＿１ｒの上に形成される。
ここで、カソード電極４０ｒは、半導体薄膜３３ｒのＮ+コンタクト層３３＿１ｒの上に形成される。
【００４８】
また、エッチングストップ層３１＿４ｒは、半導体素子としての形成工程において、表面（紙面上側）に位置する層がエッチングなどで除去される場合に、露出されて表面にＮ側コンタクトが形成される。また、エッチングストップ層３１＿４ｒは、薄膜ＬＥＤ３の形成工程で表面（紙面上側）に位置する層がエッチングなどで除去される場合に、エッチングを停止するまたはエッチング速度を減少させる。
【００４９】
発光層３１は、発光装置１の基板２１と対向する側に表面が向けられて配設されており、表裏両面から光を出射する。これにより、発光層３１の裏面側（下側）に形成された金属層１１にて反射した光が表面側に出射されるため、半導体発光部１０は、発光層３１の表面および裏面から出射した光を出射光３０として表面側に出射することになる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図６に第２の実施形態の発光装置１Ａの断面図を示す。
第２の実施形態の発光装置１Ａは、第１の実施形態の発光装置１と異なり、ワイヤボンディングを行わない構成であり、ワイヤ４１の代わりに、カソード駆動回路４のカソード接続パッド４２と金属層１１とを接続して、さらに、その金属層１１とカソード電極４０Ａとを接続する内部導通部１４を設けたものである。他の構成は第１の実施形態の発光装置１と同様なので、説明を便宜的に省略する。
内部導通部１４は、第１絶縁層１３上にＬＥＤエピフィルム３００Ａが接合された後で、金属層１１上に形成された第２絶縁層１２および第１絶縁層１３にエッチングをして、金属層１１の表面まで貫通したスルーホールに形成され、金属層１１とカソード電極４０Ａとを接続する電流路である。
第１絶縁層１３上に導通層Ｍを挟んで、ＬＥＤエピフィルム３００Ａが接合される。
【００５１】
（効果）
第２の実施形態の発光装置１Ａによれば、金属層１１を光を反射する反射層だけでなく、カソード側の電流路（ワイヤ４１の代用）とすることで、第１の実施形態の発光装置１で得られる効果に加えて、発光層３１で発生する熱を、内部導通部１４を通じて金属層１１に逃がすことができることから、放熱性の向上が期待できる。また、ワイヤボンディングを行わずに配線することができるため、発光部周辺の配線の効率化が期待できる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図７に第３の実施形態の発光装置１Ｂの断面図を示す。
第３の実施形態の発光装置１Ｂは、第２の実施形態の発光装置１Ａと異なり、カソード電極４０Ｂ（ｎ側電極）が半導体薄膜３３（ｎ型領域）の下側の一部領域に１箇所形成される。このカソード電極４０Ｂは、第１の実施形態および第２の実施形態の発光装置１（１Ａ）と同様にＬＥＤエピフィルム３００（３００Ａ）に形成された複数の薄膜ＬＥＤ３に共通のカソード電極である。さらに、発光装置１Ｂは、金属層１１とカソード電極４０Ｂとを接続する貫通導通部１５を設けたものである。他の構成は第２の実施形態の発光装置１Ａと同様なので、説明を便宜的に省略する。
貫通導通部１５は、第２絶縁層１２および第１絶縁層１３にエッチングをして、金属層１１の表面まで貫通したスルーホールに形成され、金属層１１とカソード電極４０Ｂとを接続する電流路である。
第１絶縁層１３上に導通層Ｍを挟んで、ＬＥＤエピフィルム３００Ｂが接合される。
【００５３】
（効果）
第３の実施形態の発光装置１Ｂによれば、第２の実施形態の発光装置１Ａによる効果に加えて、さらに、半導体薄膜３３（ｎ型領域）の下側にカソード電極４０Ｂ（ｎ側電極）および貫通導通部１５を形成するため、第２の実施形態の発光装置１Ａよりさらに、発光部周辺の配線の効率化が期待できる。
【００５４】
（実施例）
第１の実施形態に係る半導体発光部１０（薄膜ＬＥＤ３）を備える発光装置１をヘッドマウントディスプレイ１００に搭載することができる。図８は、ヘッドマウントディスプレイ１００の概略の構成を示す断面図である。
ヘッドマウントディスプレイ１００は、光源６１（発光装置１）と、集光レンズ６２と、プリズム６３とを有している。光源６１および集光レンズ６２と、プリズム６３の一部とは、筐体６０内に位置している。
【００５５】
光源６１は、発光装置１である。発光装置１の薄膜ＬＥＤ３（赤色薄膜ＬＥＤ３ｒ，青色薄膜ＬＥＤ３ｂ，緑色薄膜ＬＥＤ３ｇ）それぞれから出射された出射光３０が、映像光Ｌ１として後記する集光レンズ６２に照射される。なお、薄膜ＬＥＤ３から集光レンズ６２に放射される光のビーム角を小さくするために、マイクロレンズアレイを設けることが望ましい。
【００５６】
集光レンズ６２は、光源６１からの映像光Ｌ１（出射光３０）を集光するシリンダレンズで構成されており、後記するプリズム６３から出射される映像光Ｌ１により焦点Ｐにて虚像を見ることができる。焦点Ｐはピントが合ったときを示している。
【００５７】
プリズム６３は、映像光Ｌ１と外界光Ｌ２とを同時に焦点Ｐに導く観察光学系であり、上部プリズム６３１と、下部プリズム６３２と、ホログラム６３３とを有して構成されている。
【００５８】
上部プリズム６３１は、集光レンズ６２からの光（出射光３０）を内部での全反射によってホログラム６３３に導く一方、外界光Ｌ２を透過させる透明な光学部材である。この上部プリズム６３１は、下部プリズム６３２とともに、例えばアクリル系樹脂（例えばＰＭＭＡ）で構成されており、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されている。また、上部プリズム６３１は、その下端部に配置されるホログラム６３３を挟むように、下部プリズム６３２と接着剤で接合されている。
【００５９】
上部プリズム６３１の上端面は、映像光Ｌ１の入射面としての面６３１ａとなっており、前後方向（紙面左右方向）に位置する２面は、互いに平行な面６３１ｂ・６３１ｃとなっている。このうち、面６３１ｂは、映像光Ｌ１の全反射面兼射出面および外界光Ｌ２の射出面を構成している。
【００６０】
下部プリズム６３２は、外界光Ｌ２を透過させる透明な光学部材であり、上部プリズム６３１と一体となって略平行平板となるように、上部プリズム６３１の下端部に貼り合わされる。つまり、下部プリズム６３２において前後方向に位置する２つの面６３２ｂ・６３２ｃは、互いに平行である。面６３２ｃは外界光Ｌ２の入射面を構成している。また、面６３１ｂと面６３２ｂ、面６３１ｃと面６３２ｃとは滑らかに接続されている。
【００６１】
上部プリズム６３１と下部プリズム６３２とを貼り合わせることによって略平行平板が形成されるので、上部プリズム６３１と下部プリズム６３２とをまとめて透明基板と称したとき、透明基板における外界光Ｌ２が透過する部分の厚みｔは一定となる。また、上部プリズム６３１と下部プリズム６３２とで一体的な略平行平板を形成することにより、外界光Ｌ２が上部プリズム６３１の楔状の下端部を透過するときの屈折を下部プリズム６３２でキャンセルすることができるので、シースルーで観察される外界の像に歪みが生じるのを防止することができる。
【００６２】
ホログラム６３３は、上部プリズム６３１側から入射される映像光Ｌ１を反射して、面６３１ｂから映像光Ｌ１を射出するハーフミラーとしても機能する。一方、下部プリズム６３２側から入射される外界光Ｌ２を透過して、面６３１ｂから外界光Ｌ２を射出する。ホログラム６３３は、フィルム型であることが望ましい。
【００６３】
図８において、光源６１から出射されたＲＧＢの光（映像光Ｌ１）は、集光レンズ６２にて集光されて、プリズム６３の上部プリズム６３１の内部に面６３１ａから入射し、対向する２つの面６３１ｂ・６３１ｃで少なくとも１回ずつ全反射されて、ホログラム６３３に入射する。ホログラム６３３に入射した映像光Ｌ１は、ホログラム６３３で反射して焦点Ｐが形成される。焦点Ｐが形成される側とプリズム６３を挟んで反対側（紙面左側）に位置する観察者は、焦点Ｐに形成された虚像を見ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１（１Ａ，１Ｂ）  発光装置
３      薄膜ＬＥＤ
３ｇ    緑色薄膜ＬＥＤ
３ｒ    赤色薄膜ＬＥＤ
３ｂ    青色薄膜ＬＥＤ
４      カソード駆動回路
４ｂ    青色カソード駆動回路
４ｇ    緑色カソード駆動回路
４ｒ    赤色カソード駆動回路
５      アノード駆動回路
７      エピタキシャル成長用基板
１０    半導体発光部
１１    金属層
１２    第２絶縁層
１３    第１絶縁層
１４    内部導通部
１５    貫通導通部
２１    基板
２２    集積回路領域
２３    下地絶縁層
２４    層間絶縁層
３０    出射光
３１    発光層
３２    アノード電極
３２ｒ  Ｐ+コンタクト層
３１＿１ｒ  Ｐ型グラッド層
３１＿２ｒ  活性層
３１＿３ｒ  Ｎ型グラッド層
３１＿４ｒ  エッチングストップ層
３３    半導体薄膜
３３＿１ｒ  Ｎ+コンタクト層
３３＿２ｒ  Ｎ+接合層
４０    カソード電極
４１    ワイヤ
４２    カソード接続パッド
５１    アノード配線
５２    アノード接続パッド
８１    バッファ層
８２    剥離層
３００  ＬＥＤエピフィルム
３０２  出射光
Ｈ      ヒロック
Ｍ      導通層
Ｓ      層表面
【図１】
0005584645.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005584645.tif 000007
【図７】
0005584645.tif 000008
【図８】
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