(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性マスクを用いて気相成長法による選択成長により基体上に形成され、ウルツ鉱型のファセット構造を有する化合物半導体層と、
前記基体の主面に対して傾斜して前記化合物半導体層に形成される傾斜結晶面と、
前記傾斜結晶面を有する活性層と、
前記活性層と電極との間に形成され、前記傾斜結晶面を有する導電層とを有し、
前記傾斜結晶面は、Ｓ面、｛１１−２２｝面又はこれらに対して６度以下の範囲で傾いた面方位を含む面を含み、
前記活性層と、前記導電層とが前記絶縁性マスク上に終端することで周囲に形成される半導体発光素子と分離形成されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記電極は前記傾斜結晶面にほぼ平行な面に延在されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記傾斜結晶面はＳ面であり、前記ファセット構造を有する化合物半導体層はピラミッド構造とされることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
基体上に絶縁性マスクを形成する工程と、
前記絶縁性マスクを用いて気相成長法による選択成長によりＳ面、｛１１−２２｝面又はこれらに対して６度以下の範囲で傾いた面方位を含む面を有するファセット構造を有する化合物半導体層を前記基体上に形成する工程と、
前記基体の主面に対して傾斜して延在し前記絶縁性マスク上に終端するように活性層を形成する工程と、
前記基体の主面に対して傾斜して延在し前記絶縁性マスク上に終端するように導電層を形成する工程と、
前記導電層に接続する電極層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記活性層及び前記導電層はＳ面を傾斜結晶面とするように延在されることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はＧａＮ系半導体層の如きウルツ鉱型の化合物半導体層を用いて形成される半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子として、これまでサファイア基板上に全面に低温バッファ層、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ側コンタクト層を形成し、その上にＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ側クラッド層、ＳｉをドープしたＩｎＧａＮからなる活性層、 ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層と、ＭｇをドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト層などを積層した素子が知られている。このような構造を有し市販されている製品として、450nm から530nm を含む青色、緑色発光ダイオード（Light Emitting Diode）や半導体レーザが量産されている。
【０００３】
また、窒化ガリウムを成長させようとする場合、サファイア基板が使用されることが多く行われている。ところが、サファイア基板と成長させる窒化ガリウムの間の格子不整合から、結晶内に高密度の転位が内在することがある。このため基板上に低温バッファ層を形成する技術は、成長させる結晶に発生する欠陥を抑制するための１つの手段であり、また、結晶欠陥を低減する目的で特開平10-312971 号公報では、横方向への選択結晶成長（ELO: epitaxial lateral overgrowth）を組み合わせている。さらに、特開平10-312971号公報に記載される半導体発光素子の製造方法では、基板の主面に垂直に伸びる貫通転位が、製造途中で成長領域に形成されるファセット構造によって横方向に曲げられ、そのまま伸びることができなくなって結晶欠陥を減少させることが可能であることが記載されている。
【０００４】
また、青色、緑色、赤色の各色の発光ダイオードや半導体レーザを組み合わせて各画素を構成し、各画素をマトリクス状に配列させて独立して駆動することで画像表示装置を構成することができ、また、青色、緑色、赤色の各色の発光素子を同時に発光させることで白色発光装置若しくは照明装置としても利用できる。特に窒化物半導体を用いた発光素子は、バンドギャップエネルギーが約１．９ｅＶから約６．２ｅＶまであり、１つの材料でフルカラーディスプレイが可能となるため、多色発光素子の研究が進められている。
【０００５】
従来、同一の基板上に多色発光素子を形成する技術としては、発光波長の違いに応じてバンドギャップエネルギーの異なる複数の活性層を積層し、基板側の電極を共通としながら、他方の電極を色毎に別個に形成した素子が知られており、電極取り出しのために階段状に形成された基板表面の各段が各色に対応する構造の素子が知られている。ところが、このようにｐｎ接合を複数積層した素子は、同一素子内において発光素子がサイリスタのように動作する可能性があり、サイリスタ動作を防止するために例えば特開平９−１６２４４４号公報に開示されるように階段状の部分毎に溝を形成して各色毎の分離をした素子も知られている。また、特開平９−９２８８１号公報に開示されている発光素子は、多色発光のために、アルミナ基板上にＡｌＮバッファ層を介してＩｎＧａＮ層を形成し、そのＩｎＧａＮ層の一部にはＡｌをドープとして青を発光させ、他の一部にはＰをドープして赤を発色させ、ＩｎＧａＮ層のノンドープの領域を緑の発光領域として多色化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
まず、基板からの貫通転位を低減するために、横方向の選択結晶成長をする技術や成長領域にファセット構造を形成する結晶成長方法においては、基板からの貫通転位をファセット構造部分などによって横方向に曲げることが可能であり、結晶欠陥を大幅に減らすことも可能となる。しかし、その後に活性層などの発光領域を形成するためには、横方向の選択結晶成長を十分に行ったり、或いはファセット構造を埋めこむことが行われていて、その工程数が増大し製造のための時間が長くなってしまうと言う問題が生ずることになる。
【０００７】
また、前述のような多色化を図った半導体発光素子では、その製造工程が複雑化して、精度良く発光素子を形成することができず、さらに結晶性も劣化することから、良好な発光特性を得ることもできない。すなわち、各色毎の階段状の部分毎に溝を形成して各色毎に分離した素子においては、各活性層の領域を隔離するために複数回の異方性エッチングが必要となるが、一般に、ドライエッチングによっては基板や半導体層の結晶性が劣化することがあり、結晶性を良質に保つことが困難である。
【０００８】
また、複数回のエッチングを施す場合には、それだけマスク合わせやエッチングなどの工程数も増加することになる。また、基板上に形成された単一の活性層に選択的に不純物をドープする発光素子においては、マスク層の開口部の形成マージンなどが必要なため、予め誤差を見込んだ場合では、異なる発光色の領域の間では距離を十分にとる必要があり、微小な発光素子を形成するのが困難であり且つ選択的なドーピングによって工程数が増加する。
【０００９】
一方、微細な領域に素子を形成する方法として選択成長によってピラミッド状にＧａＮなどの窒化物系半導体を形成する方法が知られており、特に、選択成長により六角錐形状の窒化物系半導体からなる発光素子の形成方法としては、例えば"Spatial control of InGaN luminescence by MOCVD selective epitaxy" D. Kapolnek et al., Journal of Crystal Growth 189/190(1998) 83-86に記載されるものがある。この文献に記載される選択成長では、微小な六角錐形状のＧａＮ／ＩｎＧａＮからなる窒化物系半導体発光素子を複数形成できる。前記文献に開示されるプロセスでは空間因子（Spacing Factor）に応じて発光波長が制御されることが記載されている。
【００１０】
しかしながら、多色化のために異なる発光色の発光素子を製造し、異なる発光色の素子、例えば赤色、緑色、青色の発光色の素子を並べて画像表示装置を構成するための具体的な手段については記載されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、前述の技術的な課題に鑑み、その製造のための工程数も増加させずに多色化に好適な構造を有する半導体発光素子及びその製造方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子においては、絶縁性マスクを用いて気相成長法による選択成長により基体上に形成され、ウルツ鉱型のファセット構造を有する化合物半導体層と、前記基体の主面に対して傾斜して前記化合物半導体層に形成される傾斜結晶面と、前記傾斜結晶面を有する活性層と、前記活性層と電極との間に形成され、前記傾斜結晶面を有する導電層とを有し、前記傾斜結晶面は、Ｓ面、｛１１−２２｝面又はこれらに対して６度以下の範囲で傾いた面方位を含む面を含み、前記活性層と、前記導電層とが前記絶縁性マスク上に終端することで周囲に形成される半導体発光素子と分離形成されることを特徴とする。
【００１３】
上述の半導体発光素子によれば、各半導体発光素子を基体上に複数形成するために、選択成長によって基体の主面に対して傾斜する傾斜面が先ず形成される。そして、この半導体発光素子において傾斜面を成長させた面に少なくとも素子の周囲が囲まれた構造とすることで、次に導電層を形成した場合、選択成長に用いた絶縁膜などのマスク上で終端する構造の導電層が自己整合的に形成される。このため電極形成の際に素子間分離が不要若しくは容易となり、半導体発光素子の製造のための工程数の増加を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法においては、基体上に絶縁性マスクを形成する工程と、前記絶縁性マスクを用いて気相成長法による選択成長によりＳ面、｛１１−２２｝面又はこれらに対して６度以下の範囲で傾いた面方位を含む面を有するファセット構造を有する化合物半導体層を前記基体上に形成する工程と、前記基体の主面に対して傾斜して延在し前記絶縁性マスク上に終端するように活性層を形成する工程と、前記基体の主面に対して傾斜して延在し前記絶縁性マスク上に終端するように導電層を形成する工程と、前記導電層に接続する電極層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、導電層や活性層が絶縁性マスク上で終端する構造の半導体発光素子を、選択成長時に使用する絶縁性マスクをそのまま利用しながら形成することができ、素子間分離が不要若しくは容易となり、半導体発光素子の製造のための工程数の増加を抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施の形成に説明する表示装置は、本発明にかかる複数の半導体発光素子を配列させて構成されたものであり、該半導体発光素子は、絶縁性マスクを用いて気相成長法による選択成長により基体上に形成され、ウルツ鉱型のファセット構造を有する化合物半導体層と、前記基体の主面に対して傾斜して前記化合物半導体層に形成される傾斜結晶面と、前記傾斜結晶面を有する活性層と、前記活性層と電極との間に形成され、前記傾斜結晶面を有する導電層とを有し、前記傾斜結晶面は、Ｓ面、｛１１−２２｝面又はこれらに対して６度以下の範囲で傾いた面方位を含む面を含み、前記活性層と、前記導電層とが前記絶縁性マスク上に終端することで周囲に形成される半導体発光素子と分離形成されることを特徴とする。
【００１７】
初めに、本発明の表示装置を構成する各半導体発光素子について説明する。先ず、半導体発光素子の構成に用いられる基体としては、次にウルツ鉱型の化合物半導体層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例示すると、基体として用いることができるのは、サファイア（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＬｉＧａＯ２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる基板などであり、好ましくはこれらの材料からなる六方晶系基板または立方晶系基板であり、より好ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイア基板を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。半導体装置の製造に広く使用されているシリコン基板などを利用して、その上に形成する半導体層を傾斜面を有する構造としても良い。
【００１８】
この基板主面上には化合物半導体層を形成することができる。この化合物半導体層としては、後の工程でファセット構造を形成することからウルツ鉱型の化合物半導体であることが好ましい。さらに化合物半導体層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などが好ましい。窒化物半導体からなる結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガリウム系化合物半導体が好ましい。一例としては、サファイア基板上にアンドープのＧａＮ層を形成し、その後でＳｉドープのＧａＮ層を形成しても良い。なお、本発明において、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を含んでいても本発明の範囲であることはいうまでもない。また、Ｓ面に実質的に等価な面とは、Ｓ面に対して５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。ここで本明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴａをＩＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、全体の１％以内若しくは１×１０２０ｃｍ３以下の不純物の混入を含む場合もある。
【００１９】
この化合物半導体層の成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。その中でもＭＯＶＰＥ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。ＭＯＶＰＥ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などのアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガスが使用される。ＭＯＶＰＥ法では、これらのガスを例えば６００°Ｃ以上に加熱された基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【００２０】
本発明の半導体発光素子においては、基体主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造を結晶成長によって形成するために、その結晶成長の下層となる化合物半導体層の表面にはマスクや段差が形成される。マスクは基体主面上に直接若しくは基体上に形成されたバッファ層その他の層上に形成される成長阻害膜であり、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの絶縁膜からなるマスク材料が使用される。段差を利用してファセット構造を形成する場合では、基板上に現れる結晶面例えば基板主面に垂直な結晶面が、他の基板主面に平行な結晶面とは異なる成長速度で結晶を成長させ、その結果としてファセット構造を形成するようにすることができる。段差は、全面に化合物半導体層を形成した後、フォトリソグラフィーと異方性エッチングによって形成でき、酸化シリコン層や窒化シリコン層などのマスク材料を活用しても良い。このマスクや段差の形状としては、基板主面に対して傾斜した傾斜面を有するファセット構造にし得る形状であれば特に限定されるものではなく、一例としてストライプ状、矩形状、円形状、楕円形状、三角形状、五角形状又は六角形状などの多角形形状とされる。段差の形状とは、高低差のある部分の平面形状を指し、たとえば三角形状という場合には、三角柱状に突出する場合と三角柱状に凹部を形成する場合の両方があるが、本明細書ではその両方を含むものとする。段差が形成される領域は化合物半導体層の全表面でも良く、一部だけでも良い。また、異なる形状の段差を組み合わせて形成するようにしても良い。
【００２１】
このような選択成長のマスク等を形成したところで、選択的な結晶成長によって傾斜面を有するファセット構造を有する結晶成長層を形成する。結晶成長は、前述の化合物半導体層の形成のための方法と同じ方法で行うことができる。具体的には、成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることができる。
【００２２】
本発明にかかる半導体発光素子においては、結晶成長によりファセット構造を有する結晶成長層を形成した場合には、基体主面に対して傾斜した傾斜面としてＳ面及び｛１１−２２｝面またはこれらの各面に実質的に等価な面の中から選ばれる面を有することが望ましい。例えば、基体主面をＣ面とした場合では、Ｓ面またはＳ面に実質的に等価な面を容易に形成することが可能である。Ｓ面はＣ＋面の上に選択成長した際に見られる安定面であり、比較的得やすい面であって六方晶系の面指数では（１−１０１）である。Ｃ面にＣ＋面とＣ−面が存在するのと同様に、Ｓ面についてはＳ＋面とＳ−面が存在するが、本明細書においては、特に断らない場合は、Ｃ＋面ＧａＮ上にＳ＋面を成長しており、これをＳ面として説明している。なお、Ｓ面についてはＳ＋面が安定面である。またＣ＋面の面指数は（０００１）である。
【００２３】
このＳ面ついては、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて結晶層を構成した場合には、Ｓ面上、ＧａからＮへのボンド数が２または３とＣ−面の次に多くなる。ここでＣ−面はＣ＋面の上には事実上得ることができないので、Ｓ面でのボンド数は最も多いものとなる。例えば、Ｃ＋面を主面に有するサファイア基板に窒化物を成長した場合、一般にウルツ鉱型の窒化物の表面はＣ＋面になるが、選択成長を利用することでＳ面を安定して形成することができ、Ｃ＋面に平行な面では脱離しやすい傾向をもつＮのボンドがＧａから一本のボンドで結合しているのに対し、傾いたＳ面では少なくとも一本以上のボンドで結合することになる。従って、実効的にV/III 比が上昇することになり、積層構造の結晶性の向上に有利である。また、基板と異なる方位に成長すると基板から上に伸びた転位が曲がることもあり、欠陥の低減にも有利となる。
【００２４】
結晶成長層がどのような傾斜面を有するファセット構造を持つかは、マスクの形状、結晶成長時の成長条件や段差形状によって制御できるものである。例えばストライプ状に延在される段差部が窒化ガリウム系半導体層の表面に形成されているものとすると、そのストライプの長手方向が（１１−２０）方向であれば、Ｓ面を傾斜面とするファセット構造がストライプの長手方向に垂直な面の断面が逆Ｖ字状となるように形成される。ここで段差の形状はストライプ状とは限らないため、結晶成長層の逆Ｖ字状の断面は種々の形状で現れる。結晶成長層の形状は、例えばストライプ状、矩形状、丸形状、三角形状、又は六角形状である。結晶成長層は段差の形状を反映して成長され、該段差の端部の延在方向は（１−１００）方向に略垂直、または（１１−２０）方向に略垂直に設定することで、横方向の成長と垂直方向の成長の速度差が得られてファセット構造が得られることになる。
【００２５】
このようなファセット構造を有する結晶成長層には、傾斜面に平行に延在される領域に第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層が積層される。本発明者らが窒化物半導体について行った実験において、カソードルミネッセンスを用い、成長したファセット構造を観測してみると、傾斜面であるＳ面の結晶は良質でありＣ＋面に比較して発光効率が高くなっていることが示されている。特にＩｎＧａＮ活性層の成長温度は例えば７００〜８００°Ｃとする。この温度ではアンモニアの分解効率が低く、よりＮ種が必要とされる。またＡＦＭで表面を見たところステップが揃ってＩｎＧａＮ取り込みに適した面が観測された。さらにその上、Ｍｇドープ層の成長表面は一般にＡＦＭレベルでの表面状態が悪いが、Ｓ面の成長によりこのＭｇドープ層も良い表面状態で成長し、しかもドーピング条件がかなり異なることがわかっている。また、顕微フォトルミネッセンスマッピングを行うと、０. ５- １μｍ程度の分解能で測定することができるが、Ｃ+ 面の上に成長した通常の方法では、１μｍピッチ程度のむらが存在し、選択成長でＳ面を得た試料については均一な結果が得られた。また、ＳＥＭで見た斜面の平坦性もＣ+ 面より滑らかに成っている。
【００２６】
傾斜面に平行に延在される領域に形成される第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層において、第１導電型はｐ型又はｎ型であり、第２導電型はその反対の導電型である。例えばＳ面を構成する結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層として形成し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブルヘテロ構造を形成することができる。活性層であるＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造や片側だけにＡｌＧａＮ層を形成する構造とすることも可能である。また、活性層は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。活性層をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を良くすることができる。さらにこのＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることが出来る。なお、窒化物半導体はノンドープでも結晶中にできる窒素空孔のためにｎ型となる性質があるが、通常Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどのドナー不純物を結晶成長中にドープすることで、キャリア濃度の好ましいｎ型とすることができる。また、窒化物半導体をｐ型とするには、結晶中にＭｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａなどのアクセプター不純物をドープすることによって得られるが、高キャリア濃度のｐ層を得るためには、アクセプター不純物のドープ後、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気で４００℃以上でアニーリングを行うことが好ましく、電子線照射などにより活性化する方法もあり、マイクロ波照射、光照射などで活性化する方法もある。
【００２７】
これら第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層は、傾斜面に平行な面内に延在されるが、このような傾斜面に平行な面内への形成は、傾斜面が形成されているところで続けて結晶成長させれば容易に行うことができる。第１導電型クラッド層はＳ面を構成する結晶層と同じ材料で同じ導電型とすることができ、Ｓ面を構成する結晶層を形成した後、連続的に濃度を調整しながら形成することもでき、また他の例として、Ｓ面の構成する結晶層の一部が第１導電型クラッド層として機能する構造であっても良い。
【００２８】
活性層を挟む第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド層には電極が直接或いは間接的に接続される。各電極はそれぞれの素子ごとに形成されるものであるが、ｐ電極またはｎ電極の一方は共通化することもできる。接触抵抗を下げるために、コンタクト層を形成し、その後で電極をコンタクト層上に形成しても良い。一般的に各電極は多層の金属膜を蒸着などによって被着して形成されるが、素子ごとに区分するためにフォトリソグラフィーを用いてリフトオフなどにより微細加工することができる。各電極は選択結晶成長層や基板の一方の面に形成することもでき、両側に電極を形成してより高密度で電極を配線するようにすることもできる。また、独立して駆動される電極はそれぞれ同じ材料を微細加工して形成したものであっても良いが、領域ごとに異なる材料の電極材料を使用することも可能である。
【００２９】
本発明にかかる半導体発光素子では、結晶成長によって形成された傾斜面の結晶性の良さを利用して、発光効率を高めることができる。特に、ＩＩＩ族窒化物系半導体を用い、結晶性が良いＳ面にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みもよく結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。更にＩｎＧａＮ活性層を用いて多色化するためには、十分にＩｎが結晶として取り込まれる必要があり、Ｓ面の良好な結晶性を利用することで発光効率を高めることができ、かつ多色発光に望ましい構造となる。すなわち、Ｃ+ 面上に成長する限りでは脱離し易いと思われるＮのボンドがＧａから一本しか出ておらず、分解効率が低いアンモニアを用いて成長する限りでは実効的なＶ／ＩＩＩ比が大きく出来ないことになり、良質の結晶成長を行うためには多くの工夫を必要とする。しかし、Ｓ 面での成長ではＮのボンドはＧａに対して2 本又は3 本でつながっているため、Ｎは脱離しにくい傾向になることになり、実効的なＶ／ＩＩＩ 比が高くなると考えられる。これはＳ面成長のみに限らずＣ＋面以外の成長ではすべてＮへのＧａからのボンドの数は増える傾向にあるためにＣ＋面を用いないで成長することはすべて高品質化につながると言える。そして結晶へのＩｎ取り込み量は事実上大きくなる。このようにＩｎの取り込み量が多くなった場合には、Ｉｎの取り込み量でバンドギャップエネルギーが支配されるため、多色化に好適となる。
【００３０】
本発明にかかる半導体発光素子の一例においては、選択成長によって形成されるファセット構造の傾斜面で少なくとも周囲が囲まれた素子構造を有し、その傾斜面を成長させた面に一方の導電層が自己整合的に形成される。すなわち、ファセット構造の傾斜面によって素子の周囲が囲まれることから、基体主面に対して傾斜した形状で導電層が形成されることになるが、選択成長に用いたマスクや段差のところで導電層の端部は終端し、個々の素子毎の導電層が傾斜面の部分だけに整合的に形成されることになる。例えば、基体側から順に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層を形成する素子構造においては、第２導電型クラッド層が自己整合的に形成される一方の導電層を構成する。このため一方の導電層は、素子毎にエッチングなどで分離する必要もなく、従って高密度に素子を配置することができる。
【００３１】
本発明にかかる半導体発光素子では、後述するような、所要のダミー素子を配設させて発光波長を制御することが可能であるが、発光領域の間では活性層の組成及び厚さの少なくとも一方が異なるように設定することもできる。すなわち、活性層の組成だけが異なっていても良く、活性層の厚さだけが異なっていても良く、活性層の組成及び厚さの両方が異なっていても良い。これらの活性層の組成及び厚さを変える手法は、後述するようなダミー素子と組み合わせて使用できるものであり、さらにはダミー素子によって引き起こされるものであっても良い。半導体発光素子の層組成の変化としては、活性層を構成する３元混晶や２元混晶の混晶比を同じ活性層内で変化させることでも可能であり、例えば活性層をＩｎＧａＮ活性層によって構成した場合では、活性層に含有されるＩｎの量を多くすることで、より長波長の半導体発光素子を構成することができる。例えばＩｎＧａＮ層の結晶成長において、ＩｎＧａＮ の特にＩｎのマイグレーション長は、Ｉｎ組成の比較的大きいＩｎＧａＮ層の結晶成長でほぼ最適となる７００°Ｃ程度で約１から２μm程度 と見積もられる。これはマスク上に析出するＩｎＧａＮ が選択成長した部分から約１から２μm程度しか成長しないからである。このことから、Ｉｎのマイグレーション長はその程度と考えられ、このようにマスク部分から成長部分にかけてＩｎＧａＮ でのＩｎなどのマイグレーション長は比較的短いため、その面の中でＩｎの組成や、ＩｎＧａＮ の厚さが異なることがある。
【００３２】
また、本発明にかかる半導体発光素子の一例においては、後述するようなダミー素子のレイアウトによる制御も可能であるが、他の発光波長を異ならせる手法として、選択成長のマスク開口部の形状を変えることで発光素子の形状を変え、それによっても発光波長を異ならせることができる。例えば、円形や正六角形の開口部から選択成長させて第１発光波長の半導体発光素子を形成するのと平行して、帯状、ストライプ状の第１発光波長と異なる第２発光波長の半導体発光素子を形成しても良い。これらの選択成長のマスク開口部の形状を変える手法は、後述するようなダミー素子と組み合わせて使用できるものである。一例としてストライプ状のマスクを形成した後、選択成長によってＳ面からなる傾斜面を有するファセット構造を形成した場合では、傾斜面に形成される発光領域が長波長とされ、Ｃ面に形成される発光領域を短波長とすることができる。また成長条件によっては、逆もありうる。
【００３３】
特に本発明にかかる半導体発光素子の一例においては、ダミー素子を当該半導体発光素子と共に形成できる。ダミー素子は同一基体上に実質的に同一な製造方法で形成する素子であり、半導体発光素子の空間因子（Spacing Factor）を設定するために半導体発光素子の周囲に配設される。上述のように、選択成長により六角錐形状の窒化物系半導体からなる半導体発光素子を形成した場合においては、例えば"Spatial control of InGaN luminescence by MOCVD selective epitaxy" D. Kapolnek et al., Journal of Crystal Growth 189/190(1998) 83-86に記載されるように、空間因子に応じて発光波長が制御されるため、ダミー素子を配設することで発光波長を積極的に且つ確実に制御することができる。
【００３４】
ここでダミー素子についてさらに説明すると、発光させる半導体発光素子を中心に周囲に等間隔でピラミッド状のダミー素子を複数個配列したレイアウトや、発光させる半導体発光素子を中心に周囲を囲む閉ループ状のものなどのレイアウトであっても良く、長い矩形状或いは円弧状のダミー素子と六角錐状のダミー素子の組み合わせや、多重円状に配列されるものであっても良く、また、これらに限定されずに空間因子を制御できるような他の素子形状、レイアウトなどであっても良い。ダミー素子に隣接して配置される半導体発光素子は１つとは限らず、複数個まとめて存在するようなレイアウトであっても良い。ダミー素子と発光させる半導体発光素子の間では、層構造が厳密に一致している必要はなく、各層の厚みや、組成材料、不純物濃度などが一致していても良く、異なるようにしていても良い。また、ダミー素子にのみ層や不純物などを追加するようにしても良い。ダミー素子の部分だけ基板に段差を形成するなどの方法から半導体発光素子とは異なる高さで層を形成して空間因子を制御するようにしても良い。ダミー素子と発光させる半導体発光素子の間で構造が一致している場合には、製造上同じ工程で製造できる利点がある。ダミー素子と発光させる半導体発光素子の間の距離は、空間因子の１つであり、その距離を制御することで発光波長を制御することができる。また、半導体発光素子自体の形状も、前述のように発光波長を制御するために用いることができる。
【００３５】
例えば、ダミー素子の配置を換えて、赤色発光の半導体発光素子と、青色発光の半導体発光素子と、緑色発光の半導体発光素子とを形成する場合、やや大きめのサイズ（例えば４０μｍ径）に亘って半導体発光素子とその周囲にダミー素子を形成した場合では該半導体発光素子は赤色発光が可能とされ、やや小さめのサイズ（例えば２０μｍ径）に亘って半導体発光素子とその周囲にダミー素子を形成した場合では該半導体発光素子は緑色発光が可能とされ、赤色発光のやや大きめのサイズにダミー素子を配設しながらも中央の半導体発光素子の形状を細長い矩形状とした場合では、青色発光が可能となる。
【００３６】
次に、本発明の表示装置について説明する。本発明にかかる表示装置は、半導体発光素子を複数個並べた構造を有しており、特に異なる発光波長の半導体発光素子を同一基板（基体）上に並べて多色化を図ることもでき、半導体発光素子を各発光波長毎にそれぞれ各基板（基体）上に設けて、基板同士を重ね合わせて多色化を図ることもできる。
【００３７】
異なる発光波長の半導体発光素子を同一基板上に並べて多色化を図る場合、同一の基板上に３色の半導体発光素子を形成することが困難であること等の理由から、フルカラーの画像表示装置を作製するために各色毎に別々の基板上に成長させた半導体発光素子を他の基板上にマトリクス状に並べて実装することが行われている。また、上述の手法を用いて３色の半導体発光素子を同一基板上に製作できたとしても、各半導体発光素子を成長させる基板は最大でも５インチ程度に過ぎないため、例えば大画面の表示装置に用いるためには複数の半導体発光素子を別基板の上に実装する必要がある。
【００３８】
一般に、精確な位置関係を維持しつつ高密度に半導体発光素子を実装することは非常に難しい。例えば、先にマウントした素子が後で隣の素子がマウントされるときに発生する熱の影響などを受けて、位置ずれが発生しやすいためである。高解像度の画像表示装置を実現するために発光素子間の距離が小さくなるほど、この位置ずれの問題は発生しやすくなる。また、各色の半導体発光素子は、出来上がりの高さが不均一になりがちである。高さの不均一は、半導体発光素子に電源を供給する配線を施すフォトリソグラフィー等の工程で不良原因となることがある。
【００３９】
そこで、例えば、半導体発光素子として赤色発光、青色発光、緑色発光の素子をそろえてフルカラーの画像表示装置を構成する場合では、赤色発光の素子だけを配列させた基板と、青色発光の素子だけを配列させた基板と、緑色発光の素子だけを配列させた基板とを光の照射方向に重ね合わせ、それぞれ裏面に位置する発光素子からの光は光透過領域を透過させるようにすることで、フルカラーの表示が可能となる。この時、半導体発光素子同士は光の照射方向で重ならない構造とすることが好ましく、また、半導体発光素子に電源若しくは信号を供給するための配線同士は光の照射方向で重なる構造であっても良い。半導体発光素子同士が照射方向で重なった場合では、発光色が混ざることになり所望の画像形成ができなくなるため、半導体発光素子同士は光の照射方向で重ならない構造とすることが望ましい。複数の半導体発光素子の間の素子間領域は、少なくとも１μｍ以上の大きさの光透過領域を有するようにすれば良い。仮に１μｍ未満の場合では、重なっている基板の中、基板間の距離とビームの広がりを考えた場合に、裏面側の基板上に形成されている半導体発光素子から出射光が光透過領域以外で反射されてしまうことになり、照度の低下をきたすことになるからである。また、低抵抗化のために金属薄膜を配線材料とした時にはその配線部分で光を透過しないことが考えられるが、半導体発光素子に電源若しくは信号を供給するための配線同士が光の照射方向で重なる構造とした場合では光を透過しない領域を重ねあわすことになり、光の透過性を良好に維持できると共に、素子配置の自由度も高くなる。すなわち、重ね合わせられた基板の間の、光を透過しない領域は、ドライバ（駆動素子）等各種回路部の配設スペースとして有効利用可能であり、装置全体の小型化・高集積化に寄与する。また、半導体発光素子を各色毎に別々の基板上に配置して重ね合わせることにより、立体的な配置が可能となり、製造時の各素子間の間隔が広くなり、解像度の高い表示装置を製造する際の位置ずれの問題が発生しにくくなる。さらに、各色毎の半導体発光素子の出来上がりの高さの不均一が原因となって発生する後工程における配線等のプロセスにおける不良を、各素子を色毎に別々の基板上で配置することによって、回避することができる。
【００４０】
上述のような光透過領域は、たとえば半導体発光素子をサファイア基板上の成長させた場合では、ガラス基板や透明プラスチック基板などの光透過性基板上に転写したり、サファイア基板やその他の成長基板、あるいはシリコン基板などを薄く研磨、研削して基板自体の光透過性を向上させたり、あるいはエッチングなどにより、光透過用の開口部や薄い部分を形成するようにしても良い。また、基板の間にレンズ、その他の光学部材を介在させるようにすることもできる。レンズ、その他の光学部材は基板間のスペーサを兼ねるようにしても良い。
【００４１】
ガラス基板や透明プラスチック基板などの基板上に転写したり、サファイア基板やその他の基板等を薄く研磨、研削する場合では、基板自体の剛性が失われる傾向にあるが、逆に基板自体の可とう性が改善され、熱処理時に発生し得るひび割れや反りなどの問題が容易に解決されることになる。
【００４２】
また、本発明の表示装置は、３原色や２色以上の発光色を有する半導体発光素子を複数個配列した上で、同じ電流を各発光領域に注入することで、白色や混色の照明装置としても利用できる。また、赤青緑の各色を備えたものに限定されず、２色またはそれ以上発光色の発光素子を備えた表示装置などであっても良い。
【００４３】
本発明にかかる表示装置の駆動方法としては、アクティブマトリクス型液晶表示装置と同様の点順次または線順次方式を用いることができる。半導体発光素子は、発光波長が異なる場合に異なる素子構造をとっても良い。例えば、青色及び緑色の発光ダイオード用としてサファイア基板上に成長された窒化ガリウム系のダブルヘテロ構造多層結晶を用いることができ、赤色の発光ダイオード用として砒化ガリウム基板上に成長された砒化アルミニウムガリウムまたは燐化インジウムアルミニウムガリウム系のダブルヘテロ構造多層結晶を用いることができる。発光ダイオードは互いに波長を異ならせた３つの発光素子の組からなる画素を構成するが、異なる波長の組は赤、緑、青に限らず、他の色の組であっても良い。また、半導体発光素子は発光ダイオードに限定されず、所要の共振器を備えた半導体レーザであっても良い。
【００４４】
以下、本発明を各実施形態を参照しながら更に詳細に説明する。なお、本発明の半導体発光素子は、その要旨を逸脱しない範囲で変形、変更などが可能であり、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
［第１の実施形態］
図１乃至図４を参照しながら、本実施形態の表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、発光色を赤、青、緑とする３つの半導体発光素子からなる１画素構造をマトリクス状に配列した構造の表示装置であり、表示部の垂直方向と水平方向にそれぞれ各画素が並べられて構成されている。
【００４６】
図１はその表示装置の１画素部分の構造を示す平面図である。図１に示すように、サファイア基板１０上には赤色発光ダイオード１１Ｒ、青色発光ダイオード１１Ｂ、及び緑色発光ダイオード１１Ｇが垂直方向（図中Ｖ方向）及び水平方向（図中Ｈ方向）の両方向でそれぞれずれて斜めに配列されている。これら各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇは、それぞれＧａＮ系の窒化物半導体層に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が形成されて構成されており、これら素子は同一のサファイア基板１０に同じ工程で形成される。各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇはほぼ六角錐形状のピラミッド型であり、光の照射方向は図１の表面側から裏面側に向かう方向である。
【００４７】
赤色発光ダイオード１１Ｒの周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子１２Ｒが形成され、赤色発光ダイオード１１Ｒは６個のダミー素子１２Ｒの中心に位置している。この赤色発光ダイオード１１ＲのマグネシウムドープのＧａＮ層は略矩形状のｐ電極１５に接続され、このｐ電極１５は水平方向に延長されている細い帯状の配線層１８に一体に形成され若しくは接続されている。同様に、青色発光ダイオード１１Ｂの周囲の六方向であって１対の対向する辺が他の辺よりも長く形成された扁平な六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子１３Ｂが形成され、青色発光ダイオード１１Ｂは６個のダミー素子１３Ｂの中心に位置している。青色発光ダイオード１１Ｂは他の赤色発光ダイオード１１Ｒや緑色発光ダイオード１１Ｇに比べて素子の形状が帯状とされている。この青色発光ダイオード１１ＢのマグネシウムドープのＧａＮ層は略矩形状のｐ電極１６に接続され、このｐ電極１６は水平方向に延長されている細い帯状の配線層１９に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。同様に、緑色発光ダイオード１１Ｇの周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子１４Ｇが形成され、緑色発光ダイオード１１Ｇは６個のダミー素子１４Ｇの中心に位置している。この緑色発光ダイオード１１ＧのマグネシウムドープのＧａＮ層は略矩形状のｐ電極１７に接続され、このｐ電極１７は水平方向に延長されている細い帯状の配線層２０に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。
【００４８】
ここでダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇについて詳しく説明すると、これらダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇは、各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇの空間因子（Spacing Factor）を設定するために各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇの周囲に配設される。空間因子に応じて発光波長が制御されるため、このように各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇの周囲に、これらダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇを配置することで、発光波長を積極的に且つ確実に制御することができる。図２は各発光色ごとの選択成長用のマスクと、結晶成長によって形成された発光ダイオードとダミー素子のパターンを示すものであり、図２の上側が選択成長用のマスクであり、下側が成長した発光ダイオードとダミー素子のパターンである。
【００４９】
先ず、図２において（Ｒ）で示す赤色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部２５Ｒが形成され、その周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子用の開口部２６Ｒが形成される。開口部２６Ｒや開口部２５Ｒの径は、例えば０．１μｍから１０μｍ程度とすることができ、その形状は略六角形などの多角形や円形、楕円形などでも良い。ダミー素子を形成するための開口部２６Ｒと赤色発光ダイオード１１Ｒの開口部２５Ｒの間の距離は一例として２０μｍ程度とすることができ、このため６つの開口部２６Ｒによって形成される六角形のサイズは４０μｍ程度とすることができる。この赤色発光用のマスクの開口部２５Ｒ、２６Ｒを用いて選択成長することで、これら開口部２５Ｒ、２６Ｒの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード１１Ｒとダミー素子１２Ｒが形成される。
【００５０】
図２において（Ｂ）で示す青色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部２５Ｂが略矩形状のパターンで形成され、その周囲の六方向であって扁平した六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子用の開口部２７Ｂが形成される。開口部２７Ｂの径は、開口部２６Ｒや開口部２５Ｒの径と同様に、例えば０．１μｍから１０μｍ程度とすることができる。略矩形状の開口部２５Ｂのサイズは、例えば開口部２５Ｒの径の２倍乃至１０倍程度のサイズとすることが可能である。ダミー素子を形成するための開口部２７Ｂと青色発光ダイオード１１Ｂの開口部２５Ｂの間の距離は、矩形状の開口部２５Ｂの端部からのそれぞれの距離として、例えば２０μｍ程度とすることができ、このため６つの開口部２７Ｂによって形成される扁平六角形の長手方向のサイズは４０μｍ程度に開口部２５Ｂの長手方向のサイズを加えたサイズとすることができる。この青色発光用のマスクの開口部２５Ｂ、２７Ｂを用いて選択成長することで、これら開口部２５Ｂ、２７Ｂの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード１１Ｂとダミー素子１３Ｂが形成される。
【００５１】
図２において（Ｇ）で示す緑色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部２５Ｇが形成され、その周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子用の開口部２８Ｇが形成される。開口部２８Ｇや開口部２５Ｇの径は、例えば０．１μｍから１０μｍ程度とすることができ、その形状は略六角形などの多角形や円形、楕円形などでも良い。ダミー素子を形成するための開口部２８Ｇと緑色発光ダイオード１１Ｇの開口部２５Ｇの間の距離は一例として１０μｍ程度とすることができ、このため６つの開口部２８Ｇによって形成される六角形のサイズは２０μｍ程度とすることができる。この緑色発光用のマスクの開口部２５Ｇ、２８Ｇを用いて選択成長することで、これら開口部２５Ｇ、２８Ｇの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード１１Ｇとダミー素子１４Ｇが形成される。
【００５２】
ダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇによる空間因子に設定から各発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇは発光波長が異なるものとされる。赤色発光ダイオード１１Ｒは、例えばエネルギーギャップがおよそ２．２ｅＶで、波長およそ６２０ｎｍの光を照射する。青色発光ダイオード１１Ｂは、例えばエネルギーギャップがおよそ２．７ｅＶで、波長およそ４７０ｎｍの光を照射する。緑色発光ダイオード１１Ｇは、例えばエネルギーギャップがおよそ２．５ｅＶで、波長およそ５２０ｎｍの光を照射する。本実施例では、各発光ダイオードは同一サファイア基板１０上に形成される同様の層構造の素子を、ダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇによって発光波長が異なるように制御しているが、これに限らず、例えば３波長の中の１つ又は２つを異なる層構造とし、ダミー素子を設けるのは一部の発光ダイオードだけにするような構成であっても良い。
【００５３】
次に、図３と図４を参照しながら、発光ダイオードの構造と配線部の構造について説明する。図３は図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図であり、赤色発光ダイオード１１Ｒの構造断面を示す。この赤色発光ダイオード１１Ｒはダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇによる波長の制御を受けている部分（例えば不純物濃度、結晶構造など）を除き、青色発光ダイオード１１Ｂと緑色発光ダイオード１１Ｇと同じ層構造とされる。図３に示すように、赤色発光ダイオード１１ＲはＧａＮ系の発光ダイオードであり、その構造については、Ｃ＋面を主面とするサファイア基板１０上にＡｌＮバッファ層やシリコンドープのＧａＮ系半導体層などを有する下地成長層３２が形成され、その上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３５が形成されている。この六角錐形状のＧａＮ層３５は下地成長層３２上に形成されたシリコン酸化膜からなる選択マスク３３に形成された開口部３４を介して選択成長した層である。開口部３４は図２のマスクの開口部２５Ｒに該当する。六角錐形状のＧａＮ層３５はその選択マスク３３を開口した開口部３４の内部でＭＯＣＶＤ法などによって形成される。
【００５４】
このＧａＮ層３５は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、ｎ型とするためにシリコンがドープされた領域とされる。ＧａＮ層３５は、選択マスク３３によって開口部３４内部から結晶成長が生じて、傾斜面であるＳ面を成長させた面に一方の導電層が自己整合的に形成される。この時、選択成長に用いた絶縁膜からなる選択マスク３３上で終端する構造にＧａＮ層３５が自己整合的に成長する。
【００５５】
このＧａＮ層３５の傾斜面であるＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層３５を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３６が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層３７が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層３７もクラッドとして機能する。このマグネシウムドープのＧａＮ層３７は、その素子周囲の端部で、絶縁膜からなる選択マスク３３上で終端するように延在され、マグネシウムドープのＧａＮ層３７は選択マスク３３上で自己整合的に成長する。このため表示装置を構成するために、クラッド層であるＧａＮ層３５や、活性層であるＩｎＧａＮ層３６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層３７に関しては素子間分離が不要であり、選択マスク３３を開口した位置に発光素子をセルフアラインで配置できることになる。ここで活性層であるＩｎＧａＮ層３６の膜厚は例えば３ｎｍ程度であり、マグネシウムドープのＧａＮ層３７の膜厚は例えば２０ｎｍ程度とすることができる。
【００５６】
このような発光ダイオードにはｐ電極１５が形成されている。ｐ電極１５はマグネシウムドープのＧａＮ層３７上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｐ電極１５の層構造の一例としては、Ｎｉが約１ｎｍであり、Ｐｔが約１０ｎｍであり、Ａｕが約１００ｎｍとされる。このｐ電極１５は水平方向に延長される配線層１８に接続される。
【００５７】
このｐ電極１５に対峙する側のｎ電極は共通電極であり、図４に示すように、ｎ電極２３は選択マスク３３を開口した開口部２２の部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。このｎ電極２３は下地成長層３２に接続され、その下地成長層３２上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３５の第１導電型クラッド層まで電気的に接続される。また、ｎ電極２３はその表面側で垂直方向に延長される配線層２１に接続され、発光ダイオードに供給する電流の供給を受ける。
【００５８】
上述の如き構造を備えた本実施形態の表示装置は、傾斜面を成長させた面に少なくとも素子の周囲が囲まれた構造とされており、選択成長に用いた絶縁膜などの選択マスク３３上で終端する構造の導電層としてクラッド層であるＧａＮ層３５や、活性層であるＩｎＧａＮ層３６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層３７などが自己整合的に形成される。このため電極形成の際に素子間分離が不要若しくは容易となり、表示装置の製造のための工程数が増加を抑えることができる。さらに、本実施形態の表示装置では、ダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇの発光波長の制御機能から、多色発光の表示装置を製造することができ、しかも同一サファイア基板１０に同一の製造工程で単に選択マスクのダミー素子の配置パターンを変えるだけで、多色発光にできる。このため異なる製造方法で形成された発光素子を複合化する場合よりも大幅に製造工程を簡略化することができ、しかも位置精度にも優れた表示装置が製造されることになる。
【００５９】
［第２の実施形態］
図５を参照しながら、本実施形態の表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、発光色を赤、青、緑とする３つの半導体発光素子を発光色ごとに３つのサファイア基板４１、４２、４３に形成し、それを貼り合わせた構造の装置である。図５において、サファイア基板４１は緑色発光の発光ダイオード５１Ｇを形成した緑色発色用の基板であり、サファイア基板４２は青色発光の発光ダイオード５１Ｂを形成した青色発色用の基板であり、サファイア基板４３は赤色発光の発光ダイオード５１Ｒを形成した赤色発色用の基板である。
【００６０】
各サファイア基板４１、４２、４３上には、図５では各１つずつの素子だけを図示しているが、それぞれ複数の発光ダイオードがマトリクス状に配列され、３枚の基板を重ねた全体では発光色を赤、青、緑とする３つの半導体発光素子からなる１画素構造を水平方向と垂直方向に並べたマトリクス状に配列した構造になっている。これら各発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｂ、５１Ｇは、それぞれGaN系の窒化物半導体層に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が形成されて構成されており、各発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｂ、５１Ｇはほぼ六角錐形状のピラミッド型であり、光の照射方向は図５の矢印ｈ方向である。
【００６１】
サファイア基板４３上において、赤色発光ダイオード５１Ｒの周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子６３が形成され、赤色発光ダイオード５１Ｒは６個のダミー素子６３の中心に位置している。この赤色発光ダイオード５１Ｒの表面側のGaN層は略矩形状のｐ電極６６に接続され、このｐ電極６６は水平方向に延長されている細い帯状の配線層５７に一体に形成され若しくは接続されている。同様に、サファイア基板４２上において、青色発光ダイオード５１Ｂの周囲の六方向であって１対の対向する辺が他の辺よりも長く形成された扁平な六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子６２が形成され、青色発光ダイオード５１Ｂは６個のダミー素子６２の中心に位置している。青色発光ダイオード５１Ｂは他の赤色発光ダイオード５１Ｒや緑色発光ダイオード５１Ｇに比べて素子の形状が帯状とされている。この青色発光ダイオード５１Ｂの表面側のGaN層は略矩形状のｐ電極６５に接続され、このｐ電極６５は水平方向に延長されている細い帯状の配線層５６に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。同様に、サファイア基板４１上において、緑色発光ダイオード１１Ｇの周囲の六方向であって六角形の角部にあたる領域にはそれぞれダミー素子６１が形成され、緑色発光ダイオード５１Ｇは６個のダミー素子６１の中心に位置している。この緑色発光ダイオード５１Ｇの表面側では略矩形状のｐ電極６４に接続され、このｐ電極６４は水平方向に延長されている細い帯状の配線層５５に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。なお、ここでダミー素子６３、６２、６１の構造や機能ついては、前述の第１の実施形態の表示装置に使用されているダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇの構造、機能と実質的に同一であり、ここでは簡単のためにその説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の表示装置においては、多色化を図るために、それぞれ単色発光用のサファイア基板４１、４２、４３が３枚積層される。このため、サファイア基板４１、４２、４３自体は光を透過する必要があり、例えば積層される基板の少なくとも光照射方向での射出側の２枚の基板４２、４３は他の基板上の発光素子で発光した光を透過する。サファイア基板４１、４２、４３は一般に光透過性が良く、発光ダイオードの光を透過させることができる。サファイア基板４１、４２、４３の光透過性を向上させるために、サファイア基板の裏面側を研削や研磨などによって薄くしても良く、エッチングなどによって光透過用の開口部などを形成しても良い。また、基板としては、サファイア基板に限らず他の基板を使用することができ、例えばＧａＡｓ基板を使用して赤色発光の発光ダイオードを形成し、青色と緑色の発光ダイオードはサファイア基板に形成するようにすることもでき、あるいは３枚または光透過が必要な２枚の基板はプラスチック基板やガラス基板であって、これらのプラスチック基板やガラス基板の上に発光ダイオードを転写したものであっても良い。
【００６３】
基板同士を重ねた場合では、基板を透過するように光が素子から導出される。このため基板同士を重ねた場合に、光の照射方向で発光素子同士が重ならないようにすると共に、基体上に配列される複数の半導体発光素子の間の素子間領域に少なくとも１μｍ以上の大きさの光透過領域を形成し、この光透過領域を裏面側の基板の発光素子からの光が透過するように構成する。前述にように、サファイア基板４１、４２、４３は光を透過させる機能があり、ダイオードの素子間の間隔を広くとることで容易に裏面側のダイオードの光を射出できる。
【００６４】
また、電流を供給するための配線層５２、５３、５４は、それぞれ発光ダイオードと重ならないように形成されるが、特に三枚のサファイア基板４１、４２、４３の各配線層５２、５３、５４を同じ位置とすることで、共通の電位を与える場合に配線が容易となる。また、配線層５２、５３、５４は金属薄膜であって遮光性があることから、配線層５２、５３、５４の合わせた占有面積が広くなると、発光ダイオードのレイアウトの自由度が低くなってしまうが、サファイア基板４１、４２、４３の各配線層５２、５３、５４を同じ位置とすることで、発光ダイオードのレイアウトの設計上の自由度を高くすることもできる。
【００６５】
［第３の実施形態］
図６乃至図９を参照しながら、本実施形態の表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、第１の実施形態と同様に、発光色を赤、青、緑とする３つの半導体発光素子からなる１画素構造をマトリクス状に配列した構造の表示装置であり、表示部の垂直方向と水平方向にそれぞれ各画素が並べられて構成されている。
【００６６】
図６はその表示装置の１画素部分の構造を示す平面図である。図６に示すように、サファイア基板７０上には赤色発光ダイオード７１Ｒ、青色発光ダイオード７１Ｂ、及び緑色発光ダイオード７１Ｇが垂直方向（図中V方向）及び水平方向（図中H方向）の両方向でそれぞれずれて斜めに配列されている。これら各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇは、それぞれＧａＮ系の窒化物半導体層に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が形成されて構成されており、これら素子は同一のサファイア基板７０に同じ工程で形成される。各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇはほぼ六角錐形状のピラミッド型であり、光の照射方向は図６の表面側から裏面側に向かう方向である。
【００６７】
赤色発光ダイオード７１Ｒの周囲には六角形の辺の形に延在されたダミー素子７２Ｒが形成され、赤色発光ダイオード７１Ｒは六角形の辺の形に延在されたダミー素子７２Ｒの中心に位置している。この赤色発光ダイオード７１ＲのマグネシウムドープのGaN層は略矩形状のｐ電極７５に接続され、このｐ電極７５は水平方向に延長されている細い帯状の配線層７８に一体に形成され若しくは接続されている。同様に、青色発光ダイオード７１Ｂの周囲には１対の対向する辺が他の辺よりも長く形成された扁平な六角形の辺の形に延在されたそれぞれダミー素子７３Ｂが形成され、青色発光ダイオード７１Ｂは扁平な六角形の辺の形に延在されたダミー素子７３Ｂの中心に位置している。青色発光ダイオード７１Ｂは他の赤色発光ダイオード７１Ｒや緑色発光ダイオード７１Gに比べて素子の形状が帯状とされている。この青色発光ダイオード７１ＢのマグネシウムドープのGaN層は略矩形状のｐ電極７６に接続され、このｐ電極７６は水平方向に延長されている細い帯状の配線層７９に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。同様に、緑色発光ダイオード７１Gの周囲には六角形の辺の形に延在されたダミー素子７４Gが形成され、緑色発光ダイオード７１Gは六角形の辺の形に延在されたダミー素子７４Gの中心に位置している。この緑色発光ダイオード７１GのマグネシウムドープのGaN層は略矩形状のｐ電極７７に接続され、このｐ電極７７は水平方向に延長されている細い帯状の配線層８０に一体に形成され若しくは電気的に接続されている。
【００６８】
ここでダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇについて詳しく説明すると、これらダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇは、各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇの空間因子を設定するために各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇの周囲に配設される。空間因子に応じて発光波長が制御されるため、このように各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇの周囲に、これらダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇを配置することで、発光波長を積極的に且つ確実に制御することができる。図７は各発光色ごとの選択成長用のマスクと、結晶成長によって形成された発光ダイオードとダミー素子のパターンを示すものであり、図７の上側が選択成長用のマスクであり、下側が成長した発光ダイオードとダミー素子のパターンである。
【００６９】
先ず、図７において（Ｒ）で示す赤色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部８５Ｒが形成され、その周囲には六角形の辺の形に延在されたダミー素子用の開口部８６Ｒが形成される。開口部８５Ｒの径は、例えば０．１μｍから１０μｍ程度とすることができ、その形状は略六角形などの多角形や円形、楕円形などでも良い。ダミー素子を形成するための開口部８６Ｒと赤色発光ダイオード１１Ｒの開口部８５Ｒの間の距離は一例として２０μｍ程度とすることができ、このため開口部８６Ｒによって形成される六角形のサイズは４０μｍ程度とすることができる。この赤色発光用のマスクの開口部８５Ｒ、８６Ｒを用いて選択成長することで、これら開口部８５Ｒ、８６Ｒの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード７１Ｒと六角形の辺の形に延在されたダミー素子７２Ｒが形成される。中心に位置する発光ダイオード７１Ｒはダミー素子７２Ｒによって保護される。
【００７０】
図７において（Ｂ）で示す青色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部８５Ｂが略矩形状のパターンで形成され、その周囲に扁平した六角形の辺の形に延在されたダミー素子用の開口部８７Ｂが形成される。略矩形状の開口部８５Ｂのサイズは、例えば開口部８５Ｒの径の２倍乃至１０倍程度のサイズとすることが可能である。ダミー素子を形成するための開口部８７Ｂと青色発光ダイオード１１Ｂの開口部８５Ｂの間の距離は、矩形状の開口部８５Ｂの端部からのそれぞれの距離として、例えば２０μｍ程度とすることができ、このため扁平した六角形の辺の形に延在された開口部８７Ｂによって形成される扁平六角形の長手方向のサイズは４０μｍ程度に開口部８５Ｂの長手方向のサイズを加えたサイズとすることができる。この青色発光用のマスクの開口部８５Ｂ、８７Ｂを用いて選択成長することで、これら開口部８５Ｂ、８７Ｂの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード７１Ｂとダミー素子７３Ｂが形成される。
【００７１】
図７において（Ｇ）で示す緑色のマスクは、中心に発光ダイオードの選択成長マスク開口部８５Ｇが形成され、その周囲には六角形の辺の形に延在されたダミー素子用の開口部８８Ｇが形成される。開口部８５Ｇの径は、例えば０．１μｍから１０μｍ程度とすることができ、その形状は略六角形などの多角形や円形、楕円形などでも良い。ダミー素子を形成するための開口部８８Ｇと緑色発光ダイオード１１Ｇの開口部８５Ｇの間の距離は一例として１０μｍ程度とすることができ、このため六角形の辺の形に延在された開口部８８Ｇによって形成される六角形のサイズは２０μｍ程度とすることができる。この緑色発光用のマスクの開口部８５Ｇ、８８Ｇを用いて選択成長することで、これら開口部８５Ｇ、８８Ｇの位置に選択成長から六角錐状の発光ダイオード７１Ｇとダミー素子７４Ｇが形成される。
【００７２】
これらダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇによっても、前述のダミー素子１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇによる空間因子に設定と同様に、各発光ダイオード７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇは発光波長が異なるものとされる。本実施例では、各発光ダイオードは同一サファイア基板７０上に形成される同様の層構造の素子を、ダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇによって発光波長が異なるように制御しているが、これに限らず、例えば３波長の中の１つ又は２つを異なる層構造とし、ダミー素子を設けるのは一部の発光ダイオードだけにするような構成であっても良い。
【００７３】
次に、図８と図９を参照しながら、発光ダイオードの構造と配線部の構造について説明する。図８は図６のＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線断面図であり、赤色発光ダイオード７１Ｒの構造断面を示す。この赤色発光ダイオード７１Ｒはダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇによる波長の制御を受けている部分（例えば不純物濃度、結晶構造など）を除き、青色発光ダイオード７１Ｂと緑色発光ダイオード７１Ｇと同じ層構造とされる。図８に示すように、赤色発光ダイオード７１ＲはＧａＮ系の発光ダイオードであり、その構造については、Ｃ＋面を主面とするサファイア基板７０上にＡｌＮバッファ層やシリコンドープのＧａＮ系半導体層などを有する下地成長層９２が形成され、その上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層９５が形成されている。この六角錐形状のＧａＮ層９５は下地成長層９２上に形成されたシリコン酸化膜からなる選択マスク９３に形成された開口部９４を介して選択成長した層である。開口部９４は図２のマスクの開口部２５Ｒに該当する。六角錐形状のＧａＮ層９５はその選択マスク９３を開口した開口部９４の内部でＭＯＣＶＤ法などによって形成される。
【００７４】
このＧａＮ層９５は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、ｎ型とするためにシリコンがドープされた領域とされる。ＧａＮ層９５は、選択マスク９３によって開口部９４内部から結晶成長が生じて、傾斜面であるＳ面を成長させた面に一方の導電層が自己整合的に形成される。この時、選択成長に用いた絶縁膜からなる選択マスク９３上で終端する構造にＧａＮ層９５が自己整合的に成長する。このＧａＮ層９５の傾斜面であるＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層９５を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層９６が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層９７が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層９７もクラッドとして機能する。このマグネシウムドープのＧａＮ層９７は、その素子周囲の端部で、絶縁膜からなる選択マスク９３上で終端するように延在され、マグネシウムドープのＧａＮ層９７は選択マスク９３上で自己整合的に成長する。このため表示装置を構成するために、クラッド層であるＧａＮ層９５や、活性層であるＩｎＧａＮ層９６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層９７に関しては素子間分離が不要であり、選択マスク９３を開口した位置に発光素子をセルフアラインで配置できることになる。ここで活性層であるＩｎＧａＮ層９６の膜厚は例えば３ｎｍ程度であり、マグネシウムドープのＧａＮ層９７の膜厚は例えば２０ｎｍ程度とすることができる。
【００７５】
このような発光ダイオードにはｐ電極７５が形成されている。ｐ電極７５はマグネシウムドープのＧａＮ層９７上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｐ電極７５の層構造の一例としては、Ｎｉが約１ｎｍであり、Ｐｔが約１０ｎｍであり、Ａｕが約１００ｎｍとされる。このｐ電極７５は水平方向に延長される配線層７８に接続される。
【００７６】
このｐ電極１５に対峙する側のｎ電極は共通電極であり、図９に示すように、ｎ電極８３は選択マスク９３を開口した開口部８２の部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。このｎ電極８３は下地成長層９２に接続され、その下地成長層９２上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層９５の第１導電型クラッド層まで電気的に接続される。また、ｎ電極８３はその表面側で垂直方向に延長される配線層８１に接続され、発光ダイオードに供給する電流の供給を受ける。
【００７７】
上述の如き構造を備えた本実施形態の表示装置は、傾斜面を成長させた面に少なくとも素子の周囲が囲まれた構造とされており、選択成長に用いた絶縁膜などの選択マスク９３上で終端する構造の導電層としてクラッド層であるＧａＮ層９５や、活性層であるＩｎＧａＮ層９６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層９７などが自己整合的に形成される。このため電極形成の際に素子間分離が不要若しくは容易となり、表示装置の製造のための工程数が増加を抑えることができる。さらに、本実施形態の表示装置では、線状に延長されているダミー素子７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇの発光波長の制御機能から、多色発光の表示装置を製造することができ、しかも同一サファイア基板７０に同一の製造工程で単に選択マスクのダミー素子の配置パターンを変えるだけで、多色発光にできる。このため異なる製造方法で形成された発光素子を複合化する場合よりも大幅に製造工程を簡略化することができ、しかも位置精度にも優れた表示装置が製造されることになる。
【００７８】
［第４の実施形態］
図１０乃至図１５を参照しながら、本実施形態の表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、発光色を赤、青、緑とする３つの半導体発光素子を発光色ごとに３枚のサファイア基板１００Ｒ、１００Ｂ、１００Ｇに形成し、それを貼り合わせた構造の装置である。
【００７９】
図１０は３枚のサファイア基板１００Ｒ、１００Ｂ、１００Ｇを積層して上から見た状態を示す平面図である。青色発光ダイオード１０１、緑色発光ダイオード１１１、赤色発光ダイオード１２１が、それぞれGaN系の窒化物半導体層に第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が形成されて構成されており、選択成長によってほぼ六角錐形状のピラミッド型の形状を有している。これら発光ダイオード１０１、１１１、１２１の構造は、前述の第１の実施形態の発光ダイオード１１Ｒと実質的に同構造であり、発光波長を青、緑、赤にするために、活性層のインジウムのドープ量などが制御されている。
【００８０】
図１１乃至図１３はそれぞれのサファイア基板１００Ｂ、１００Ｇ、１００Ｒごとの平面図であり、図１１は青色発光ダイオード１０１を形成したサファイア基板１００Ｂの平面図であり、図１２は緑色発光ダイオード１１１を形成したサファイア基板１００Ｇの平面図であり、図１３は赤色発光ダイオード１２１を形成したサファイア基板１００Ｒの平面図である。図１１に示すように、サファイア基板１００Ｂ上で青色発光ダイオード１０１はマトリクス状に配列されており、水平方向に延長している配線層として複数の水平配線１０２が形成され、これらと垂直な方向に延長する形で垂直配線１０３が形成されている。水平配線１０２は各青色発光ダイオード１０１のｐ電極と接続する。また、各青色発光ダイオード１０１のｎ電極１１４は選択マスクの開口部に形成されており、垂直配線１０３と接続している。ｎ電極１１４は１つの青色発光ダイオード１０１に対して１つ設けされているが、前述の実施形態と同様に共通化することも可能である。
【００８１】
次に、緑色発光ダイオード１１１は図１２に示すようにマトリクス状に配列されており、水平方向に延長している配線層として複数の水平配線１１２が形成され、これらと垂直な方向に延長する形で垂直配線１１３が形成されている。ここで緑色発光ダイオード１１１の配列ピッチは前述の青色発光ダイオード１０１の配列ピッチと同じであるが、図中垂直方向に１つの素子分だけずれた構造となっている。水平配線１１２は各緑色発光ダイオード１１１のｐ電極と接続する。また、各緑色発光ダイオード１１１のｎ電極１１４は選択マスクの開口部に形成されており、垂直配線１１３と接続している。ｎ電極１１４は１つの緑色発光ダイオード１１１に対して１つ設けされているが、前述の実施形態と同様に共通化することも可能である。
【００８２】
同様に、赤色発光ダイオード１２１は図１３に示すようにマトリクス状に配列されており、水平方向に延長している配線層として複数の水平配線１１２が形成され、これらと垂直な方向に延長する形で垂直配線１１３が形成されている。ここで赤色発光ダイオード１２１の配列ピッチは前述の青色発光ダイオード１０１の配列ピッチと同じであるが、図中垂直方向に緑色発光ダイオード１１１よりもさらに１つの素子分だけずれた構造となっている。水平配線１２２は各赤色発光ダイオード１２１のｐ電極と接続する。また、各赤色発光ダイオード１２１のｎ電極１２４は選択マスクの開口部に形成されており、垂直配線１２３と接続している。ｎ電極１２４は１つの赤色発光ダイオード１２１に対して１つ設けられているが、前述の実施形態と同様に共通化することも可能である。
【００８３】
ここで、青色発光ダイオード１０１を形成したサファイア基板１００Ｂの垂直配線１０３と、緑色発光ダイオード１１１を形成したサファイア基板１００Ｇの垂直配線１１３と、赤色発光ダイオード１２１を形成したサファイア基板１００Ｒの垂直配線１２３とは、同じ水平方向の位置を占めるように形成されている。同様に、サファイア基板１００Ｂ上のｎ電極１０４と、サファイア基板１００Ｇ上のｎ電極１１４と、サファイア基板１００Ｒ上のｎ電極１２４ととは、同じ水平方向並びに垂直方向の位置を占めるように形成されている。このように垂直配線１０３、１１３、１２３やｎ電極が重なるように形成されているため、共通の電位を与える場合に配線が容易となる。各配線層等を同じ位置とすることで、発光ダイオードのレイアウトの設計上の自由度を高くすることも可能である。
【００８４】
次に、図１４と図１５を参照しながら、発光ダイオードの構造と配線部の構造について説明する。図１４は図１１のＸＩＶ‐ＸＩＶ線断面図であり、青色発光ダイオード１０１の構造断面を示す。この青色発光ダイオード１０１はＧａＮ系の発光ダイオードであり、その構造については、Ｃ＋面を主面とするサファイア基板１００Ｂ上にＡｌＮバッファ層やシリコンドープのＧａＮ系半導体層などを有する下地成長層１３２が形成され、その上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層１３５が形成されている。この六角錐形状のＧａＮ層１３５は下地成長層１３２上に形成されたシリコン酸化膜からなる選択マスク１３３に形成された開口部１３４を介して選択成長した層である。開口部１３４は図２のマスクの開口部２５Ｒに該当する。六角錐形状のＧａＮ層１３５はその選択マスク１３３を開口した開口部１３４の内部でＭＯＣＶＤ法などによって形成される。
【００８５】
このＧａＮ層１３５は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、ｎ型とするためにシリコンがドープされた領域とされる。ＧａＮ層１３５は、選択マスク１３３によって開口部１３４内部から結晶成長が生じて、傾斜面であるＳ面を成長させた面に一方の導電層が自己整合的に形成される。この時、選択成長に用いた絶縁膜からなる選択マスク１３３上で終端する構造にＧａＮ層１３５が自己整合的に成長する。このＧａＮ層１３５の傾斜面であるＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層１３５を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層１３６が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層１３７が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層１３７もクラッドとして機能する。このマグネシウムドープのＧａＮ層１３７は、その素子周囲の端部で、絶縁膜からなる選択マスク１３３上で終端するように延在され、マグネシウムドープのＧａＮ層１３７は選択マスク１３３上で自己整合的に成長する。このため表示装置を構成するために、クラッド層であるＧａＮ層１３５や、活性層であるＩｎＧａＮ層１３６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層１３７に関しては素子間分離が不要であり、選択マスク１３３を開口した位置に発光素子をセルフアラインで配置できることになる。ここで活性層であるＩｎＧａＮ層１３６の膜厚は例えば３ｎｍ程度であり、マグネシウムドープのＧａＮ層１３７の膜厚は例えば２０ｎｍ程度とすることができる。
【００８６】
このような発光ダイオードにはｐ電極１３８が形成されている。ｐ電極１３８はマグネシウムドープのＧａＮ層１３７上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｐ電極１３８の層構造の一例としては、Ｎｉが約１ｎｍであり、Ｐｔが約１０ｎｍであり、Ａｕが約１００ｎｍとされる。このｐ電極１３８は水平方向に延長される配線層１０２に接続される。
【００８７】
このｐ電極１３８に対峙する側のｎ電極は共通電極であり、図１５に示すように、ｎ電極１０４は選択マスク１３３を開口した開口部１３４の部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。このｎ電極１０４は下地成長層１３２に接続され、その下地成長層１３２上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層１３５の第１導電型クラッド層まで電気的に接続される。また、ｎ電極１０４はその表面側で垂直方向に延長される配線層１０３に接続され、発光ダイオードに供給する電流の供給を受ける。
【００８８】
上述の如き構造を備えた本実施形態の表示装置は、傾斜面を成長させた面に少なくとも素子の周囲が囲まれた構造とされており、選択成長に用いた絶縁膜などの選択マスク１３３上で終端する構造の導電層としてクラッド層であるＧａＮ層１３５や、活性層であるＩｎＧａＮ層１３６、クラッド層であるマグネシウムドープのＧａＮ層１３７などが自己整合的に形成される。このため電極形成の際に素子間分離が不要若しくは容易となり、表示装置の製造のための工程数が増加を抑えることができる。さらに、本実施形態の表示装置では、位置精度にも優れた表示装置が製造されることになる。
【００８９】
［第５の実施形態］
以下、図１６乃至図４６を参照しながら、本実施形態の表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、発光色を赤、青、緑とする３つの発光ダイオードを発光色ごとに３枚の基板に配列し、基板同士を積層した構造を有する。なお、本実施形態は、基板の積層構造と、各基板への素子（発光ダイオード）の転写方法に焦点を合わせて説明するものである。
【００９０】
まず、本実施形態の表示装置における発光ダイオード配列の方法と、表示装置の構成について説明する。図１６は、３色の発光ダイオード２１１、２１２、２１３を別々の基板に転写し、各基板を重ね合わせた場合の、本発明の表示装置の画素配列を模式的に示す分解斜視図であり、図１７は、その場合の表示装置の構成を示す断面図である。赤色、緑色、青色の発光ダイオード（後述の樹脂形成チップ）２１１、２１２、２１３は、それぞれ基板２１４、２１５、２１６に実装されている。各基板上の発光ダイオードは、左右等間隔の単純マトリクス状ではなく、複数の列状をなし、各列は少なくとも２列分の間隔をとって並列される。各列間には光透過領域が形成され、光照射方向後方（裏側）に配置される基板の発光ダイオードからの光が透過するように、前方に位置する基板上の発光ダイオードの列は１列ずつずらして配置される。図中、基板は、表示装置の裏側から青色発光ダイオード基板２１６、緑色発光ダイオード基板２１５、赤色発光ダイオード基板２１４の順に重ね合わせられ、その前面に黒色フィルタ及び全面保護基板２１７が配されている。各画素イメージ２１１Ａ、２１２Ａ、２１３Ａは、３色の発光ダイオードを一単位として構成されるので（図１６の破線囲み部分Ａ）、基板相互の位置関係はある程度の精度が要求される。そのため、各基板２１４、２１５、２１６に、アラインメントマーク２２２を設け、製造工程において位置調整等のプロセスを介在させることにより、位置ずれを防止する。各基板上の発光ダイオードの配列は、黒色フィルタ上で青、緑、赤の３色が隣接して画素を形成するような配列から、当該基板に対応する色の発光ダイオードを残し、それ以外の２色の発光ダイオードを間引いた構成にすればよく、図示のような列状でなくてもよい。
【００９１】
図１７に示すように、黒色フィルタ２１７及び基板２１４、２１５、２１６の間には、基板相互の間隔を保持するためのスペーサ２１９を配設することができる。基板２１４、２１５、２１６同士は、例えば、紫外線硬化型（ＵＶ樹脂など）の接着剤２２１、２２３を用いて固定される。図１７において、例えば、発光素子２１１、２１２の裏側（図１７の破線囲み部分Ｂ）などの光が通過しない空間は、ドライバ（駆動回路）等各種部材の配設スペースとして利用可能である。
【００９２】
また、基板の間にレンズ、その他の光学部材を介在させるようにすることもできる。図１８に、集光レンズを配した例を図示する。ここでは、緑色、青色の発光ダイオードをマウントする基板２１２、２１３に、前面にある基板２１１、２１２による反射や発散による透過率（照度）の低下を防ぐために、集光レンズ２２０を設けている。レンズ、その他の光学部材は基板間のスペーサを兼ねるようにしても良い。重ね合わせにより前面基板を透過する光の反射や発散による透過率の低下に対しては、集光レンズ２２０を使わずに、回折格子などの光学部品を配置してもよい。
【００９３】
黒色フィルタを設けた前面保護基板２１７からは、３色発光ダイオード２１１〜２１３に対応した３色の画素２１１Ａ〜２１３Ａが投影され、カラー表示を行うことが可能となる。黒色フィルタは、前面の保護基板に配置せずに基板に設置してもかまわない。
【００９４】
一般に発光ダイオードを用いて画像表示装置を作製する場合、発光ダイオードを離間して配列する必要がある。本実施の形態では、各基板上の発光ダイオードは、左右等間隔の単純マトリクス状ではなく、複数の列状をなし、各列は少なくとも２列分の間隔をとって並列される。この配列方法としては種々の方法があるが、ここでは二段階拡大転写法を例にして説明する。二段階拡大転写法では、先ず、高集積度をもって第一基板上に作成された素子を第一基板上で素子が配列された状態よりは離間した状態となるように一時保持用部材に転写し、次いで一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して第二基板上に転写する二段階の拡大転写を行う。なお、本例では転写を２段階としているが、素子を離間して配置する拡大度に応じて転写を三段階やそれ以上の多段階とすることもできる。
【００９５】
図１９は二段階拡大転写法の基本的な工程を示す図である。まず、図１９の（ａ）に示す第一基板２００上に、例えば発光素子のような素子２０２を密に形成する。素子を密に形成することで、各基板当たりに生成される素子の数を多くすることができ、製品コストを下げることができる。第一基板２００は例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板などの種々素子形成可能な基板であるが、各素子２０２は第一基板２００上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【００９６】
次に図１９の（ｂ）に示すように、第一基板２００から各素子２０２が図中破線で示す一時保持用部材２０１に転写され、この一時保持用部材２０１の上に各素子２０２が保持される。ここで隣接する素子２０２は離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２０２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。一般にこのとき離間される距離は、特に限定されず、一例として後続の工程での樹脂部形成や電極パッドの形成を考慮した距離とすることができる。一時保持用部材２０１上に第一基板２００から転写した際に第一基板２００上の全部の素子が離間されて転写されるようにすることができる。この場合には、一時保持用部材２０１のサイズはマトリクス状に配された素子２０２の数（ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ）に離間した距離を乗じたサイズ以上であれば良い。また、一時保持用部材２０１上に第一基板２００上の一部の素子が離間されて転写されるようにすることも可能である。
【００９７】
このような第一転写工程の後、図１９の（ｃ）に示すように、一時保持用部材２０１上に存在する素子２０２は離間されていることから、各素子２０２毎に素子周りの樹脂の被覆と電極パッドの形成が行われる。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易くし、次の第二転写工程での取り扱いを容易にするなどのために形成される。電極パッドの形成は、後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、その際に配線不良が生じないように比較的大き目のサイズに形成されるものである。なお、図１９の（ｃ）には電極パッドは図示していない。各素子２０２の周りを樹脂２０３が覆うことで樹脂形成チップ２０４が形成される。素子２０２は平面上、樹脂形成チップ２０４の略中央に位置するが、一方の辺や角側に偏った位置に存在するものであっても良い。
【００９８】
次に、図１９の（ｄ）に示すように、第二転写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材２０１上でマトリクス状に配される素子２０２が樹脂形成チップ２０４ごと更に離間するように第二基板２０５上に転写される。第二転写工程においても、隣接する素子２０２は樹脂形成チップ２０４ごと離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２０２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。第二転写工程によって配置された素子の位置が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する位置であるとすると、当初の素子２０２間のピッチの略整数倍が第二転写工程によって配置された素子２０２のピッチとなる。ここで第一基板２００から一時保持用部材２０１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材２０１から第二基板２０５での離間したピッチの拡大率をｍとすると、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎ×ｍで表される。
【００９９】
第二基板２０５上に樹脂形成チップ２０４ごと離間された各素子２０２には、配線が施される。この時、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。この配線は例えば素子２０２が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、ｐ電極、ｎ電極への配線を含む。
【０１００】
図１９に示した二段階拡大転写法においては、第一転写後の離間したスペースを利用して電極パッドの形成などを行うことができ、そして第二転写後に配線が施されるが、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。従って、画像表示装置の歩留まりを向上させることができる。また、本例の二段階拡大転写法においては、素子間の距離を離間する工程が２工程であり、このような素子間の距離を離間する複数工程の拡大転写を行うことで、実際は転写回数が減ることになる。すなわち、例えば、ここで第一基板２００から一時保持用部材２０１での離間したピッチの拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材２０１から第二基板２０５での離間したピッチの拡大率を２（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した範囲に転写しようとしたときでは、最終拡大率が２×２の４倍で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板のアライメントを１６回行う必要が生ずるが、本例の二段階拡大転写法では、アライメントの回数は第一転写工程での拡大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡大率２の二乗の４回を単純に加えただけの計８回で済むことになる。即ち、同じ転写倍率を意図する場合においては、（ｎ＋ｍ）２＝ｎ２＋２ｎｍ＋ｍ２であることから、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。
【０１０１】
上記第二転写工程においては、素子（発光ダイオード）２０２は樹脂形成チップ２０４として取り扱われ、一時保持用部材２０１上から第二基板２０５にそれぞれ転写されるが、この樹脂形成チップについて図２０及び図２１を参照して説明する。樹脂形成チップ２３０は、離間して配置されている発光素子２３１の周りを樹脂２３２で固めたものであり、このような樹脂形成チップ２３０は、一時保持用部材から第二基板に発光素子２３１を転写する場合に使用できるものである。樹脂形成チップ２３０は略平板上でその主たる面が略正方形状とされる。この樹脂形成チップ２３０の形状は樹脂２３２を固めて形成された形状であり、具体的には未硬化の樹脂を各発光素子２３１を含むように全面に塗布し、これを硬化した後で縁の部分をダイシング等で切断することで得られる形状である。
【０１０２】
略平板状の樹脂２３２の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド２３３，２３４が形成される。これら電極パッド２３３，２３４の形成は全面に電極パッド２３３，２３４の材料となる金属層や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターンニングすることで形成される。これら電極パッド２３３，２３４は発光素子２３１のｐ電極とｎ電極にそれぞれ接続するように形成されており、必要な場合には樹脂２３２にビアホールなどが形成される。ここで電極パッド２３３，２３４の位置が平板上ずれているのは、最終的な配線形成時に上側からコンタクトをとっても重ならないようにするためである。電極パッド２３３，２３４の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【０１０３】
このような樹脂形成チップ２３０を構成することで、発光素子２３１の周りが樹脂２３２で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド２３３，２３４を形成できるとともに発光素子２３１に比べて広い領域に電極パッド２３３，２３４を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、比較的大き目のサイズの電極パッド２３３，２３４を利用した配線を行うことで、配線不良が未然に防止される。
【０１０４】
次に、二段階拡大転写法による発光素子の配列方法を応用した画像表示装置の製造の具体的手法について説明する。発光素子には、例えばＧａＮ系の発光ダイオードを用いる。先ず、図２２に示すように、第一基板２５１の主面上には複数の発光ダイオード２５２が密な状態で形成されている。発光ダイオード２５２の大きさは微小なものとすることができ、例えば一辺約２０μｍ程度とすることができる。第一基板２５１の構成材料としてはサファイア基板などのように発光ダイオード２５２に照射するレーザの波長に対して透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード２５２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝２５２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード２５２は分離できる状態にある。この溝２５２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。
【０１０５】
次いで、第一基板２５１上の発光ダイオード２５２を第１の一時保持用部材２５３上に転写する。ここで第１の一時保持用部材２５３の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、本例では石英ガラス基板を用いた。また、第１の一時保持用部材２５３の表面には、離型層として機能する剥離層２５４が形成されている。剥離層２５４には、フッ素コート、シリコン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができるが、ここではポリイミドを用いた。
【０１０６】
転写に際しては、図２２に示すように、第一基板２５１上に発光ダイオード２５２を覆うに足る接着剤（例えば紫外線硬化型の接着剤）２５５を塗布し、発光ダイオード２５２で支持されるように第１の一時保持用部材２５３を重ね合わせる。この状態で、図２３に示すように第１の一時保持用部材２５３の裏面側から接着剤２５５に紫外線（ＵＶ）を照射し、これを硬化する。第１の一時保持用部材２５３は石英ガラス基板であり、上記紫外線はこれを透過して接着剤２５５を速やかに硬化する。
【０１０７】
このとき、第１の一時保持用部材２５３は、発光ダイオード２５２によって支持されていることから、第一基板２５１と第１の一時保持用部材２５３との間隔は、発光ダイオード２５２の高さによって決まることになる。図２３に示すように発光ダイオード２５２で支持されるように第１の一時保持用部材２５３を重ね合わせた状態で接着剤２５５を硬化すれば、当該接着剤２５５の厚さｔは、第一基板２５１と第１の一時保持用部材２５３との間隔によって規制されることになり、発光ダイオード２５２の高さによって規制される。すなわち、第一基板２５１上の発光ダイオード２５２がスペーサとしての役割を果たし、一定の厚さの接着剤層が第一基板２５１と第１の一時保持用部材２５３の間に形成されることになる。このように、上記の方法では、発光ダイオード２５２の高さにより接着剤層の厚みが決まるため、厳密に圧力を制御しなくとも一定の厚みの接着剤層を形成することが可能である。
【０１０８】
接着剤２５５を硬化した後、図２４に示すように、発光ダイオード２５２に対しレーザを第一基板２５１の裏面から照射し、当該発光ダイオード２５２を第一基板２５１からレーザアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード２５２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザとしてはエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザなどが用いられる。このレーザアブレーションを利用した剥離によって、発光ダイオード２５２は第一基板２５１の界面で分離し、一時保持用部材２５３上に接着剤２５５に埋め込まれた状態で転写される。
【０１０９】
図２５は、上記剥離により第一基板２５１を取り除いた状態を示すものである。このとき、レーザにてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板２５１から剥離しており、その剥離面にＧａ２５６が析出しているため、これをエッチングすることが必要である。そこで、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸などによりウエットエッチングを行い、図２６に示すように、Ｇａ２５６を除去する。さらに、図２７に示すように、酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）により表面を清浄化し、ダイシングにより接着剤２５５をダイシング溝２５７によって切断し、発光ダイオード２５２毎にダイシングした後、発光ダイオード２５２の選択分離を行なう。ダイシングプロセスは通常のブレードを用いたダイシング、２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときには上記レーザを用いたレーザによる加工を行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤２５５で覆われた発光ダイオード２５２の大きさに依存するが、一例として、エキシマレーザにて溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【０１１０】
発光ダイオード２５２を選択分離するには、先ず、図２８に示すように、清浄化した発光ダイオード２５２上に熱可塑性接着剤２５８を塗布し、この上に第２の一時保持用部材２５９を重ねる。この第２の一時保持用部材２５９も、先の第１の一時保持用部材２５３と同様、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、本例では石英ガラス基板を用いた。また、この第２の一時保持用部材２５９の表面にもポリイミドなどからなる剥離層２６０を形成しておく。
【０１１１】
次いで、図２９に示すように、転写対象となる発光ダイオード２５２ａに対応した位置にのみ第１の一時保持用部材２５３の裏面側からレーザを照射し、レーザアブレーショによりこの発光ダイオード２５２ａを第１の一時保持用部材２５３から剥離する。それと同時に、やはり転写対象となる発光ダイオード２５２ａに対応した位置に、第２の一時保持用部材２５９の裏面側から可視または赤外レーザ光を照射して、この部分の熱可塑性接着剤２５８を一旦溶融し硬化させる。その後、第２の一時保持用部材２５９を第１の一時保持用部材２５３から引き剥がすと、図３０に示すように、上記転写対象となる発光ダイオード２５２ａのみが選択的に分離され、第２の一時保持用部材２５９上に転写される。
【０１１２】
上記選択分離後、図３１に示すように、転写された発光ダイオード２５２を覆って樹脂を塗布し、樹脂層２６１を形成する。さらに、図３２に示すように、酸素プラズマなどにより樹脂層２６１の厚さを削減し、図３３に示すように、発光ダイオード２５２に対応した位置にレーザの照射によりビアホール２６２を形成する。ビアホール２６２の形成には、エキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。このとき、ビアホール２６２は例えば約３〜７μｍの径を開けることになる。
【０１１３】
次に、上記ビアホール２６２を介して発光ダイオード２５２のｐ電極と接続されるアノード側電極パッド２６３を形成する。このアノード側電極パッド２６３は、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。図３４は、発光ダイオード２５２を第２の一時保持用部材２５９に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール２６２を形成した後、アノード側電極パッド２６３を形成した状態を示している。
【０１１４】
上記アノード側電極パッド２６３を形成した後、反対側の面にカソード側電極を形成するため、第３の一時保持用部材２６４への転写を行う。第３の一時保持用部材２６４も、例えば石英ガラスなどからなる。転写に際しては、図３５に示すように、アノード側電極パッド２６３を形成した発光ダイオード２５２、さらには樹脂層２６１上に接着剤２６５を塗布し、この上に第３の一時保持用部材２６４を貼り合せる。この状態で第２の一時保持用部材２５９の裏面側からレーザを照射すると、石英ガラスからなる第２の一時保持用部材２５９と、当該第２の一時保持用部材２５９上に形成されたポリイミドからなる剥離層２６０の界面でレーザアブレーションによる剥離が起き、剥離層２６０上に形成されている発光ダイオード２５２や樹脂層２６１は、第３の一時保持用部材２６４上に転写される。図３６は、第２の一時保持用部材２５９を分離した状態を示すものである。
【０１１５】
カソード側電極の形成に際しては、上記の転写工程を経た後、図３７に示すＯ２プラズマ処理により上記剥離層２６０や余分な樹脂層２６１を除去し、発光ダイオード２５２のコンタクト半導体層（ｎ電極）を露出させる。発光ダイオード２５２は一時保持用部材２６４の接着剤２６５によって保持された状態で、発光ダイオード２５２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、図３８に示すように電極パッド２６６を形成すれば、電極パッド２６６は発光ダイオード２５２の裏面と電気的に接続される。
【０１１６】
その後、電極パッド２６６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは、例えば約６０μｍ角とすることができる。電極パッド２６６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）もしくはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオード２５２の裏面を大きく覆っても発光をさえぎることがないので、パターニング精度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。
【０１１７】
次に、上記樹脂層２６１や接着剤２６５によって固められた発光ダイオード２５２を個別に切り出し、上記樹脂形成チップの状態にする。切り出しは、例えばレーザダイシングにより行えばよい。図３９は、レーザダイシングによる切り出し工程を示すものである。レーザダイシングは、レーザのラインビームを照射することにより行われ、上記樹脂層２６１及び接着剤２６５を第３の一時保持用部材２６４が露出するまで切断する。このレーザダイシングにより各発光ダイオード２５２は所定の大きさの樹脂形成チップとして切り出され、後述の実装工程へと移行される。
【０１１８】
実装工程では、機械的手段（真空吸引による素子吸着）とレーザアブレーションの組み合わせにより発光ダイオード２５２（樹脂形成チップ）が第３の一時保持用部材２６４から剥離される。図４０は、第３の一時保持用部材２６４上に配列している発光ダイオード２５２を吸着装置２６７でピックアップするところを示した図である。このときの吸着孔２６８は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、発光ダイオード２５２を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば直径約１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開口されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔２６８の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはＳＵＳなどの金属板をエッチングで穴加工したものが使用され、吸着孔２６８の奥には吸着チャンバ２６９が形成されており、この吸着チャンバ２６９を負圧に制御することで発光ダイオード２５２の吸着が可能になる。発光ダイオード２５２はこの段階で樹脂層２６１で覆われており、その上面は略平坦化されている。このために吸着装置２６７による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【０１１９】
なお、上記吸着装置２６７には、真空吸引による素子吸着の際に、発光ダイオード２５２（樹脂形成チップ）を一定の位置に安定して保持できるように、素子位置ずれ防止手段を形成しておくことが好ましい。図４１は、素子位置ずれ防止手段２７０を設けた吸着装置２６７の一例を示すものである。本例では、素子位置ずれ防止手段２７０は、樹脂形成チップの周面に当接する位置決めピンとして形成されており、これが樹脂形成チップの周面（具体的にはレーザダイシングにより切断された樹脂層２６１の切断面）に当接することにより、吸着装置２６７と樹脂形成チップ（すなわち発光ダイオード２５２）とが互いに正確に位置合わせされる。上記レーザダイシングにより切断された樹脂層２６１の切断面は、完全な垂直面ではなく、５°〜１０°程度のテーパ−を有する。したがって、上記位置決めピン（素子位置ずれ防止手段２６０）にも同様のテーパ−を持たせておけば、吸着装置２６７と発光ダイオード２５２間に若干の位置ずれがあったとしても、速やかに矯正される。
【０１２０】
上記発光ダイオード２５２の剥離に際しては、上記吸着装置２６７による素子吸着と、レーザアブレーションによる樹脂形成チップの剥離を組み合わせ、剥離が円滑に進むようにしている。レーザアブレーションは、第３の一時保持用部材２６４の裏面側からレーザを照射することにより行う。このレーザアブレーションによって、第３の一時保持用部材２６４と接着剤２６５の界面で剥離が生ずる。
【０１２１】
図４２は発光ダイオード２５２を第二基板２７１に転写するところを示した図である。第二基板２７１は、配線層２７２を有する配線基板であり、発光ダイオード２５２を装着する際に第二基板２７１にあらかじめ接着剤層２７３が塗布されており、その発光ダイオード２５２下面の接着剤層２７３を硬化させ、発光ダイオード２５２を第二基板２７１に固着して配列させることができる。この装着時には、吸着装置２６７の吸着チャンバ２６９が圧力の高い状態となり、吸着装置２６７と発光ダイオード２５２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層２７３はＵＶ硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成することができる。第二基板２７１上で発光ダイオード２５２が配置される位置は、一時保持用部材２６４上での配列よりも離間したものとなる。接着剤層２７３の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板２７１の裏面から供給される。ＵＶ硬化型接着剤の場合はＵＶ照射装置にて、熱硬化性接着剤の場合は赤外線加熱などによって発光ダイオード２５２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、赤外線やレーザの照射によって接着剤を溶融させ接着を行う。
【０１２２】
図４３は、他の色の発光ダイオード２７４を第二基板２７１に配列させるプロセスを示す図である。図４０あるいは図４１で用いた吸着装置２６７をそのまま使用して、第二基板２７１にマウントする位置をその色の位置にずらすだけでマウントすると、画素としてのピッチは一定のまま複数色からなる画素を形成できる。ここで、発光ダイオード２５２と発光ダイオード２７４は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図４３では、赤色の発光ダイオード２７４が六角錐のＧａＮ層を有しないプレーナ型構造とされ、他の発光ダイオード２５２とその形状が異なっているが、この段階では各発光ダイオード２５２、２７４は既に樹脂形成チップとして樹脂層２６１、接着剤２６５で覆われており、素子構造の違いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【０１２３】
次いで、図４４に示すように、これら発光ダイオード２５２，２７４を含む樹脂形成チップを覆って絶縁層２７５を形成する。絶縁層２７５としては、透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。上記絶縁層２７５を形成した後、配線形成工程を行なう。図４５は配線形成工程を示す図である。絶縁層２７５に開口部２７６、２７７、２７８、２７９、２８０、２８１を形成し、発光ダイオード２５２、２７４のアノード、カソードの電極パッドと第二基板２７１の配線層２７２を接続する配線２８２、２８３、２８４を形成した図である。このときに形成する開口部すなわちビアホールは発光ダイオード２５２、２７４の電極パッドの面積を大きくしているので大きくすることができ、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。例えば、このときのビアホールは、約６０μｍ角の電極パッドに対し、直径約２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるのでレーザのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。
【０１２４】
その後、図４６に示すように、保護層２８５を形成し、ブラックマスク２８６を形成して画像表示装置のパネルは完成する。このときの保護層２８５は図４０の絶縁層２７５と同様であり、透明エポキシ接着剤などの材料が使用できる。この保護層２８５は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。
【０１２５】
上述のような発光素子の配列方法においては、一時保持用部材２５９、２６４に発光ダイオード２５２を保持させた時点で既に、素子間の距離が大きくされ、その広がった間隔を利用して比較的サイズの電極パッド２６３、２６６などを設けることが可能となる。それら比較的サイズの大きな電極パッド２６３、２６６を利用した配線が行われるために、素子サイズに比較して最終的な装置のサイズが著しく大きな場合であっても容易に配線を形成できる。また、本例の発光素子の配列方法では、発光ダイオード２５２の周囲が硬化した樹脂層２６１で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド２６３，２６６を形成できるとともに素子に比べて広い領域に電極パッド２６３，２６６を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。
【０１２６】
上述の実施形態においては、表示装置として赤、青、緑の発光ダイオードを組み合わせた表示装置を説明したが、他の発光波長のダイオードを使用することもでき、３色に限定されず２色や４色以上の発光色を有する表示装置であっても良く、発光素子も発光ダイオードに限定されず、半導体レーザやレーザとＬＥＤの組み合わせなどであっても良い。すなわち、半導体レーザに波長制御を可能とするダミー素子を形成することもできる。勿論、ダミー素子を形成する目的は波長の制御に限定されず、素子の保護などの目的であっても良い。また、各色半導体発光ダイオードをそれぞれ実装する基板の積層の順番は入れ替えることも可能である。
【０１２７】
【発明の効果】
上述のように、本発明の半導体発光素子によれば、傾斜面を成長させた面に一方の導電層が自己整合的に形成され、電極形成の際に素子間分離が不要若しくは容易となり、表示装置の製造のための工程数の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の表示装置の１画素分の素子レイアウトを示す平面図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態の表示装置の各発光ダイオードの選択マスクのパターン（上側）と素子の平面パターン（下側）を示す平面図である。
【図３】  図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面であって、本発明の第１の実施形態の表示装置の赤色発光ダイオードの断面図である。
【図４】  図１のＩＶ−ＩＶ線断面であって、本発明の第１の実施形態の表示装置の赤色発光ダイオードの断面図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態の表示装置の１画素部分を模式的に示す分解斜視図である。
【図６】  本発明の第３の実施形態の表示装置の１画素分の素子レイアウトを示す平面図である。
【図７】  本発明の第３の実施形態の表示装置の各発光ダイオードの選択マスクのパターン（上側）と素子の平面パターン（下側）を示す平面図である。
【図８】  図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面であって、本発明の第３の実施形態の表示装置の赤色発光ダイオードの断面図である。
【図９】  図６のＩＸ−ＩＸ線断面であって、本発明の第３の実施形態の表示装置の赤色発光ダイオードの断面図である
【図１０】  本発明の第４の実施形態の表示装置の１画素分の素子レイアウトを示す平面図である。
【図１１】  本発明の第４の実施形態の表示装置の青色発光ダイオードのレイアウトを示す平面図である。
【図１２】  本発明の第４の実施形態の表示装置の緑色発光ダイオードのレイアウトを示す平面図である。
【図１３】  本発明の第４の実施形態の表示装置の赤色発光ダイオードのレイアウトを示す平面図である。
【図１４】  図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面であって、本発明の第４の実施形態の表示装置の青色発光ダイオードの断面図である。
【図１５】  図１１のＸＶ−ＸＶ線断面であって、本発明の第４の実施形態の表示装置の青色発光ダイオードの断面図である。
【図１６】  3色の発光ダイオードを別々の基板にマウントし、各基板を重ね合わせた場合の、本発明の表示装置の画素配列を模式的に示す分解斜視図である。
【図１７】  3色の発光ダイオードを別々の基板にマウントし、各基板を重ね合わせた場合の、本発明の表示装置を模式的に示す断面図である。
【図１８】  図４５に示す表示装置に集光レンズを設けた場合を示す断面図である。
【図１９】  本発明の第５の実施形態で用いる二段階拡大転写法の基本的な工程を示す模式図である。
【図２０】  樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図２１】  樹脂形成チップの概略平面図である。
【図２２】  第１の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図２３】  ＵＶ接着剤硬化工程を示す概略断面図である。
【図２４】  レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図２５】  第一基板の分離工程を示す概略断面図である。
【図２６】  Ｇａ除去工程を示す概略断面図である。
【図２７】  素子分離溝形成工程を示す概略断面図である。
【図２８】  第２の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図２９】  選択的なレーザアブレーション及びＵＶ露光工程を示す概略断面図である。
【図３０】  発光ダイオードの選択分離工程を示す概略断面図である。
【図３１】  樹脂による埋め込み工程を示す概略断面図である。
【図３２】  樹脂層厚削減工程を示す概略断面図である。
【図３３】  ビア形成工程を示す概略断面図である。
【図３４】  アノード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図３５】  レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図３６】  第２の一時保持用部材の分離工程を示す概略断面図である。
【図３７】  コンタクト半導体層露出工程を示す概略断面図である。
【図３８】  カソード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図３９】  レーザダイシング工程を示す概略断面図である。
【図４０】  吸着装置による選択的ピックアップ工程を示す概略断面図である。
【図４１】  素子位置ずれ防止手段を設けた吸着装置の一例を示す概略断面図である。
【図４２】  第二基板への転写工程を示す概略断面図である。
【図４３】  他の発光ダイオードの転写工程を示す概略断面図である。
【図４４】  絶縁層形成工程を示す概略断面図である。
【図４５】  配線形成工程を示す概略断面図である。
【図４６】  保護層及びブラックマスク形成工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１Ｒ、５１Ｒ、７１Ｒ、１２１、２１１  赤色発光ダイオード
１１Ｂ、５１Ｂ、７１Ｂ、１０１、２１３  青色発光ダイオード
１１Ｇ、５１Ｇ、７１Ｇ、１１１、２１２  緑色発光ダイオード
１２Ｒ、１３Ｂ、１４Ｇ、６１、６２、６３、７２Ｒ、７３Ｂ、７４Ｇ  ダミー素子
１０、４１、４２，４３、７０、１００Ｂ、１００Ｇ、１００Ｒ  サファイア基板
２０２、２３１  素子（発光ダイオード）
２０３、２３２  樹脂
２０４、２３０  樹脂形成チップ
２１９  スペーサ
２２０  集光レンズ
２３３、２３４  電極パッド
２６１  樹脂層
２６３、２６６  電極パッド
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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