(57)【要約】【課題】    本発明の目的は、所望の発光分布を有する半導体発光素子アレイを提供することにある。【解決手段】    その半導体発光素子アレイは、支持基板、および、該支持基板上に、第１の方向に沿って配列する複数の半導体発光素子を具備する半導体発光素子アレイであって、前記複数の半導体発光素子各々は、前記支持基板上に配置される下側電極と、前記下側電極上に配置され、第１導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に配置される活性層と、前記活性層上に配置され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って次第に層厚が増加する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上の、少なくとも該第２の半導体層の層厚が相対的に厚い領域に配置される上側電極と、を含む。【選択図】  図１−１
2014138156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に配置される下側電極と、
前記下側電極上に配置され、第１導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に配置される活性層と、
前記活性層上に配置され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有し、一方向に向かって次第に層厚が増加する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上の、少なくとも該第２の半導体層の層厚が相対的に厚い領域に配置される上側電極と、
を含む半導体発光素子。
【請求項２】
支持基板、および、該支持基板上に、第１の方向に沿って配列する複数の半導体発光素子を具備する半導体発光素子アレイであって、
前記複数の半導体発光素子各々は、
前記支持基板上に配置される下側電極と、
前記下側電極上に配置され、第１導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に配置される活性層と、
前記活性層上に配置され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って次第に層厚が増加する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上の、少なくとも該第２の半導体層の層厚が相対的に厚い領域に配置される上側電極と、
を含む半導体発光素子アレイ。
【請求項３】
前記第２の半導体層は、層厚が第１の変化率で増加する第１の領域と、層厚が前記第１の変化率とは異なる第２の変化率で増加する第２の領域と、を含む請求項２記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項４】
前記第２の半導体層は、前記上側電極が配置される表面に、微細凹凸構造が形成されている請求項２または３記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項５】
前記上側電極は、前記第２の半導体層表面において、該第２の半導体層の層厚が厚い縁側に配置され、前記第１の方向に延在する共通部と、前記共通部と連続的に形成され、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に配列する複数の櫛歯部と、を含む櫛歯状の全体的平面形状を有する請求項２〜４いずれか１項記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項６】
請求項２〜５いずれか１項記載の半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子アレイの照射像を所定の配光形状で照射する光学系と、
を具備する車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子アレイ、および半導体発光素子アレイを用いた車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（ガリウム・窒素）等の窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、紫外光ないし青色光を発光することができ、さらに蛍光体を利用することにより白色光を発光することができる。このような半導体発光素子は、照明、より具体的には車両用灯具などに用いられる。なお、高い光出力が求められる車両用灯具に半導体発光素子を用いる場合には、一般に、複数の半導体発光素子が電気的に直列に接続する半導体発光素子アレイが用いられる。
【０００３】
車両用灯具、たとえばヘッドランプに用いられる半導体発光素子（ないし半導体発光素子アレイ）は、遠方をできるだけ明るく照らし、近辺を明るく照らし過ぎない、このような発光分布を有することが望ましい。つまり、半導体発光素子の発光面において、所定の縁部（上辺部）からそれと対向する縁部（下辺部）に向かって次第に発光強度が減少する、このような発光分布を有することが望ましい。このような発光分布を有する半導体発光素子は、たとえば、その半導体発光素子に含まれる電極の配置位置を調整することにより、実現することができる（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０５９５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、所望の発光分布を有する半導体発光素子ないし半導体発光素子アレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主な観点によれば、支持基板と、前記支持基板上に配置される下側電極と、前記下側電極上に配置され、第１導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に配置される活性層と、前記活性層上に配置され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有し、一方向に向かって次第に層厚が増加する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上の、少なくとも該第２の半導体層の層厚が相対的に厚い領域に配置される上側電極と、を含む半導体発光素子、が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によれば、支持基板、および、該支持基板上に、第１の方向に沿って配列する複数の半導体発光素子を具備する半導体発光素子アレイであって、前記複数の半導体発光素子各々は、前記支持基板上に配置される下側電極と、前記下側電極上に配置され、第１導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に配置される活性層と、前記活性層上に配置され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有し、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って次第に層厚が増加する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上の、少なくとも該第２の半導体層の層厚が相対的に厚い領域に配置される上側電極と、を含む半導体発光素子アレイ、が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
所望の発光分布を有する半導体発光素子ないし半導体発光素子アレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】および、
【図１−２】図１Ａ〜図１Ｅは、実施例による半導体発光素子アレイを示すｘｙ平面図、ｙｚ断面図，透視ｘｙ平面図およびｘｚ断面図である。
【図２−１】、
【図２−２】および、
【図２−３】図２Ａ〜図２Ｋは、実施例による半導体発光素子アレイを製造する様子を示すｘｚ断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、実施例による半導体発光素子アレイを製造する様子を示すｙｚ断面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、実施例による半導体発光素子アレイを製造する様子を示すｘｚ断面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、実施例による半導体発光素子アレイを組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａは、本発明の実施例による半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）１００を示す概略平面図である。なお、図中に示す各構成の相対的なサイズは、実際のものとは異なっている。
【００１１】
ＬＥＤアレイ１００は、支持基板１０と、支持基板１０上に配列する、たとえば４つの半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１０１と、それらＬＥＤ素子１０１に電力を供給するための給電パッド１５，１６と、を含む構成である。ここで、複数のＬＥＤ素子１０１が配列する方向をｘ軸方向とし、支持基板１０と平行な平面において、ｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向とし、支持基板１０の法線に沿う方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００１２】
ＬＥＤアレイ１００は、たとえば、ｘ軸方向に延在する矩形状の平面形状を有し、ｘ軸方向に沿う幅が５５００μｍ、ｙ軸方向に沿う幅が７００μｍである。個々のＬＥＤ素子１０１は、たとえば、ｘ軸方向に延在する矩形状の平面形状を有し、ｘ軸方向に沿う幅が１４００μｍ、ｙ軸方向に沿う幅が６７０μｍである。
【００１３】
図１Ｂおよび図１Ｃは、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＢ−ＩＢ断面を示す断面図（ｙｚ断面図）である。以下、図１Ｂおよび図１Ｃを参照して、ＬＥＤ素子１０１の具体的な構成について説明する。なお、支持基板１０上に配列する４つのＬＥＤ素子１０１は、それぞれ同様の構成を有するものとする。
【００１４】
ＬＥＤ素子１０１は、図１Ｂに示すように、ＧａＮ系半導体を含む光半導体積層２と、光半導体積層２の裏面（支持基板１０側、ないしｚ軸負方向側）に形成されたｐ側電極３と、光半導体積層２の表面（支持基板１０の反対側、ないしｚ軸正方向側）に選択的に形成されたｎ側電極（上側電極）８と、を有する。上側電極８の平面形状は、たとえば、ｙ軸方向に延在し、ｘ軸方向に配列する複数の櫛歯部８ｃと、ｘ軸方向に延在し、櫛歯部８ｓとその一端側で接続する共通部８ｓと、を含む櫛歯形状である（図１Ａ参照）。
【００１５】
ＬＥＤ素子１０１は、表面に絶縁膜９が形成された支持基板１０上に、第１および第２の接着層５，６を介して、支持される。第１および第２の接着層５，６は、電気伝導性を有し、ｐ側電極３と電気的に導通する。ｐ側電極３、ならびに、第１および第２の接着層５，６は、下側電極１１を構成する。なお、下側電極１１の平面形状については、図１Ｄを参照して後述する。
【００１６】
光半導体積層２は、一様な層厚を有するｐ型ＧａＮ層２４，一様な層厚を有する活性層（発光層）２３、および、ｙ軸正方向に向かって次第に層厚が増加するｎ型ＧａＮ層２２、が順次積層する構造を有する。なお、ｙ軸方向の任意の位置において、ｘ軸方向に沿うｎ型ＧａＮ層２２の層厚は一定である。ｎ型ＧａＮ層２２表面には、活性層２３において発光した光を効率的に出射するための微細凹凸構造層、いわゆるマイクロコーン構造層２２ｍｃが形成されている。
【００１７】
ｐ側電極３およびｎ側電極８を介して、光半導体積層２に一定の電圧を印加する場合を想定する。ｎ側電極８から光半導体積層２（ｎ型ＧａＮ層２２）に電子が注入される。その電子は、ｎ型ＧａＮ層２２中を拡散して活性層２３にまで到達し、活性層２３においてｐ側電極３から注入される正孔と再結合する。そして、この再結合にかかるエネルギが光として放出される。
【００１８】
ｎ型ＧａＮ層２２の層厚が相対的に厚い場合、ｎ型ＧａＮ層２２に注入された電子は、活性層２３に到達するまでに、平面方向（ｘｙ方向）においてより遠方まで拡散する。そのため、相対的に明るく発光する活性層２３の面積が大きくなり、活性層２３の総合的な発光量は相対的に多くなる。
【００１９】
逆に、ｎ型ＧａＮ層２２の層厚が相対的に薄い場合、ｎ型ＧａＮ層２２に注入された電子は、活性層２３に到達するまでに、平面方向において遠方まで拡散しない。そのため、相対的に明るく発光する活性層２３の面積が小さくなり、活性層２３の総合的な発光量は相対的に少なくなる。
【００２０】
図１Ｂに示すＬＥＤ素子１０１のように、ｎ型ＧａＮ層２２の層厚がｙ軸正方向に向かって次第に厚くなるような場合、図１Ｂに示すグラフのように、活性層２３から放出される発光量、ないし、ｎ型ＧａＮ層２２表面からの出射光量がｙ軸正方向に向かって次第に増加するような発光分布となる。なお、図１Ｂに示すグラフは、ｙ軸方向の位置（横軸）と、ｎ型ＧａＮ層２２表面から出射される光強度（縦軸）との関係を概略的に示すグラフである。
【００２１】
なお、ｙ軸正方向におけるｎ型ＧａＮ層２２の層厚の変化率（増加率）、ないし、ｙ軸方向に対するｎ型ＧａＮ層２２表面の傾斜角度は、一定でなくてもかまわない。図１Ｃに示すように、ｎ型ＧａＮ層２２は、層厚の変化率（ないし表面の傾斜角度）が相対的に大きい第１の領域２２ａ、および、層厚の変化率（ないし表面の傾斜角度）が相対的に小さい第２の領域２２ｂ、を有していてもよい。このように、ｎ型ＧａＮ層２２の層厚の変化率を調整することにより、ｎ型ＧａＮ層２２表面における出射光量の違い（発光分布）がより助長されることになる。
【００２２】
ｎ型ＧａＮ層２２表面に形成されるマイクロコーン構造層２２ｍにおいて、そのマイクロコーンのサイズは、ｎ型ＧａＮ層２２表面の傾斜角度に依存する。つまり、ｎ型ＧａＮ層２２表面の傾斜角度が相対的に大きい場合、その表面に形成されるマイクロコーンのサイズは相対的に小さくなる。ｎ型ＧａＮ層２２表面の傾斜角度が相対的に小さい場合、その表面に形成されるマイクロコーンのサイズは相対的に大きくなる。一般に、ｎ型ＧａＮ層２２表面に形成されるマイクロコーンのサイズが大きい方が、活性層２３において発光した光がｎ型ＧａＮ層２２表面から効率的に出射される。
【００２３】
図１Ｃに示すように、ｎ型ＧａＮ層２２に、表面の傾斜角度（ないし層厚の変化率）が相対的に大きい第１の領域２２ａ、および、表面の傾斜角度（ないし層厚の変化率）が相対的に小さい第２の領域２２ｂ、が設けられる場合、マイクロコーン構造層２２ｍｃにおけるマイクロコーンのサイズは、第１の領域２２ａにおいて相対的に小さくなり、第２の領域２２ｂにおいて相対的に大きくなる。つまり、活性層２３において発光した光は、第１の領域２２ａからよりも第２の領域２２ｂからの方が効率的に出射される。このように、表面の傾斜角度（ないし層厚の変化率）が異なる複数の領域を含むｎ型ＧａＮ層２２表面にマイクロコーン構造層２２ｍｃを形成することにより、ｎ型ＧａＮ層２２表面における出射光量の違い（発光分布）がさらに助長されることになる。
【００２４】
図１Ｄおよび図１Ｅは、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００の一部を示す透視平面図、および、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＥ−ＩＥ断面を示す断面図（ｘｚ断面図）である。以下、図１Ｄおよび図１Ｅを参照して、複数のＬＥＤ素子１０１の間の電気的接続構造の一例について説明する。なお、複数のＬＥＤ素子１０１の間の電気的接続構造は、以下に示すような構造に限られず、複数のＬＥＤ素子１０１が電気的に直列に接続されていればよい。
【００２５】
以下では、支持基板１０上に配列する４つのＬＥＤ素子１０１のうち、所定のＬＥＤ素子１０１（第１のＬＥＤ素子１０１ａ）、および、それに隣接するＬＥＤ素子１０１（第２のＬＥＤ素子１０１ｂ）の間の電気的接続構造について説明する。ただし、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ、１０１ｂ以外のＬＥＤ素子１０１についても、同様の電気的接続構造を有するものとする。
【００２６】
図１Ｄに、ＬＥＤ素子１０１の下側電極１１の平面形状を示す。なお、図１Ｄでは、下側電極１１上方に配置される光半導体積層２を点線により示している。
【００２７】
下側電極１１は、光半導体積層２の下方に配置され、矩形の一角部を切り欠いたような形状を有する主要部１１ｍと、主要部１１ｍと連続的に形成され、光半導体積層２の下方の領域からはみ出してｘ軸正方向に延びる延在部１１ｅと、を含む形状である。第１のＬＥＤ素子１０１ａの下方に配置される下側電極１１において、その延在部１１ｅは、第２のＬＥＤ素子１０１ｂの下方、より言えば、その光半導体積層２に設けられる穴部２ｈの下方にまで延在している。第２のＬＥＤ素子１０１ｂの下方に配置される下側電極１１において、その主要部１１ｍは、第１のＬＥＤ素子１０１ａの下方に配置される下側電極１１の延長部１１ｅと接触しないように成形されている。第１のＬＥＤ素子１０１ａの下方に配置される下側電極１１と、第２のＬＥＤ素子１０１ｂの下方に配置される下側電極１１とは、絶縁領域である間隙領域１３を介して完全に分断されており、相互に電気的に絶縁されている。
【００２８】
ここで、第１のＬＥＤ素子１０１ａの下方に配置される下側電極１１の主要部１１ｍを第１の導電領域１２ａと呼び、第２のＬＥＤ素子１０１ｂの下方に配置される下側電極１１の主要部１１ｍを第２の導電領域１２ｂと呼ぶこととする。また、第１のＬＥＤ素子１０１ａの下方に配置される下側電極１１の延長部１１ｅを第３の導電領域１２ｃと呼ぶこととする。
【００２９】
図１Ｅに、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂの、光半導体積層２に設けられた穴部２ｈ近傍の断面を示す。なお、図１Ｅにおいて、第２のＬＥＤ素子１０１ｂの各構成の一部は、便宜的に符号を省略している。
【００３０】
第１のＬＥＤ素子１０１ａにおける光半導体積層２の一部は、第１の導電領域１２ａの上方に配置されている。第２のＬＥＤ素子１０１ｂにおける光半導体積層２は、第２の導電領域１２ｂの上方に配置されるとともに、間隙領域１３および第３の導電領域１２ｃの上方に張り出すように配置されている。第２のＬＥＤ素子１０１ｂにおいて、第２の導電領域１２ｂ上方に配置される光半導体積層２の一部を、光半導体積層２の本体部２ａと呼び、間隙領域１３および第３の導電領域１２ｃ上方に張り出す光半導体積層２の一部を、光半導体積層２の張り出し部２ｂと呼ぶこととする。光半導体積層２の張り出し部２ｂは、エッチストップ層４を介して、第３の導電領域１２ｃに支持される。
【００３１】
エッチストップ層４は、ＬＥＤ素子（ないしＬＥＤアレイ）の製造工程において、エッチストッパとして機能する層である。エッチストップ層４は、電気絶縁性を有する。エッチストップ層４により、光半導体積層２の張り出し部２ｂ（特にそのｐ型ＧａＮ層２４）と、第３の導電領域１２ｃとは、直接的には電気的に導通しない。
【００３２】
光半導体積層２の張り出し部２ｃおよびそれを支持するエッチストップ層４には、第３の導電領域１２ｃを覗く穴部２ｈが設けられている。穴部２ｈは、たとえば、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなる四角錐状である。なお、穴部２ｈは、たとえば、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなる円錐状であってもよい。
【００３３】
穴部２ｈの内側面には、電気絶縁性を有する保護膜７が形成されている。ｎ側電極８は、光半導体積層２の本体部２ａ表面に形成されるとともに、穴部２ｈの内側面を覆う保護膜７表面に連続的に形成されている。ｎ側電極８は、光半導体積層２の本体部２ａ表面を這い、光半導体積層２の穴部２ｈを通って、第３の導電領域１２ｃと電気的に接続する。このような電気的接続構造を有することにより、第１のＬＥＤ素子１０１ａのｐ側電極３と、第２のＬＥＤ素子１０１ｂのｎ側電極とが電気的に導通する。つまり、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂは、電気的に直列に接続される。
【００３４】
給電パッド１５，１６（図１Ａ参照）を介してＬＥＤアレイ１００ないし個々のＬＥＤ素子１０１に供給される電流は、ｐ側電極３（ないし下側電極１１）から、光半導体積層２を通り，ｎ側電極（上側電極）８に流れる。そして、ｎ側電極８において、複数の櫛歯部８ｃ各々を流れる電流は、共通部８ｓにおいて合流し（図１Ａ参照）、光半導体積層２の穴部２ｈを通って、隣接するＬＥＤ素子１０１の下側電極１１（延在部１１ｅ）に流れる。
【００３５】
このとき、光半導体積層２を流れる電流は、ｎ側電極８の配線抵抗の影響により、櫛歯部８ｃの根元近傍の領域（共通部８ｓに近い領域，ｙ軸正方向側の領域）で相対的に多く流れ、櫛歯部８ｃの先端近傍の領域（共通部８ｓから離れた領域，ｙ軸負方向側の領域）で相対的に少なく流れる。すなわち、ｎ型ＧａＮ層２２表面からの出射光量は、ｙ軸正方向に向かって徐々に増加する。ｎ側電極８を、その共通部８ｓがｎ型ＧａＮ層２２の層厚が厚い領域に配置されるように形成することにより、ｎ型ＧａＮ層２２表面における出射光量の違い（発光分布）がより顕著となる。
【００３６】
なお、ｎ側電極８の平面形状は、櫛歯形状に限られない。ｎ側電極８は、ｎ型ＧａＮ層２２表面の、少なくともｎ型ＧａＮ層２２の層厚が相対的に厚い領域に形成されていればよい。たとえば、図１Ａに示すｎ側電極８は、共通部８ｓのみで構成されていてもよい。ただし、ｎ型ＧａＮ層２２の層厚が相対的に薄い領域においても、ある程度の出射光量を確保したい場合などは、図１Ａに示すように、ｎ側電極８の平面形状を櫛歯形状とすることが好ましいであろう。
【００３７】
以下、図２〜図４を参照して、ＬＥＤアレイ１００の製造方法について説明する。なお、図２Ａ〜２Ｋは、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＥ−ＩＥ断面（ｘｚ断面）において、ＬＥＤアレイ１００が形成される様子を示す。また、図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ｋに示す工程の後、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＢ−ＩＢ断面（ｙｚ断面）において、ＬＥＤアレイ１００が形成される様子を示す。さらに図４Ａ〜図４Ｃは、図３Ｃに示す工程の後、図１Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＢ−ＩＢ断面（ｙｚ断面）において、ＬＥＤアレイ１００が形成される様子を示す。
【００３８】
まず、図２Ａに示すように、サファイアからなる成長基板１を準備し、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて窒化物系半導体からなる光半導体積層２を形成する。具体的には、例えば、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入後、サーマルクリーニングを行い、ＧａＮバッファ層２０及びアンドープのＧａＮ層２１を成長した後に、Ｓｉ等をドープした膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２２、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸発光層（活性層）２３、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層２４を順次成長させる。成長基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後工程においてレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、ＳｉＣ、ＺｎＯ等を用いても良い。
【００３９】
その後、光半導体積層２表面（ｐ型ＧａＮ層２４表面）に、電子ビーム蒸着法により膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、所定形状のｐ側電極３を形成する。ｐ側電極３を反射電極として機能させるためには、ｐ側電極３として、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ及びこれらの合金を用いることが好ましい。また、ｐ側電極３と光半導体積層２表面との間には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などのオーミック接合層を挟んでもよい。オーミック接合層を挟む場合には、そのオーミック接合層の側面を反射電極としてのｐ側電極３で覆うなどしてもよい。
【００４０】
次に、図２Ｂに示すように、ｐ側電極３の周辺の光半導体積層２上（ｐ型ＧａＮ層２４上）に、スパッタ法を用いてｐ側電極３と同じ膜厚のＳｉＯ２からなるエッチストップ層４を形成する。エッチストップ層４は、図２Ｋを参照して後述するエッチング工程においてエッチストッパとして機能する。さらに、エッチストップ層４は、前述したように、最終的に製造されるＬＥＤアレイにおいて、光半導体積層２（特にその張り出し部２ｂ，図１Ｅ参照）と第３の導電領域１２ｃとを直接的には電気的に絶縁しつつ、光半導体積層２（特にその張り出し部）を支持する機能を果たす。
【００４１】
次に、図２Ｃに示すように、ｐ側電極３及びエッチストップ層４を含む領域に、スパッタ法を用いて膜厚２００ｎｍのＡｕを形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、所定形状の第１の接着層５を形成する。ここで、第１の接着層５は、一部の領域に、間隙５ｚが設けられるようにパターニングされる。
【００４２】
なお、ｐ側電極３及びエッチストップ層４を含む領域に、拡散防止層等を形成してから第１の接着層５を形成するようにしても良い。拡散防止層はｐ側電極３に用いた材質の拡散を防止するためのもので、ｐ側電極３にＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金を用いることができる。
【００４３】
次に、図２Ｄに示すように、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、光半導体積層２を複数の素子に分割する。分割された光半導体積層２の側面は、成長基板１に向かって徐々に幅が広がる順テーパ形状となる。
【００４４】
次に、図２Ｅに示すように、Ｓｉからなる支持基板１０を用意し、熱酸化処理を行い表面に絶縁膜（熱酸化ＳｉＯ２膜）９を形成する。支持基板１０は熱膨張係数がサファイア（７．５×１０−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料が好ましい。例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。絶縁膜９の膜厚は、絶縁性を確保する目的を達成できる厚さであればよい。
【００４５】
次に、絶縁膜９上に抵抗加熱蒸着法を用いて膜厚１μｍのＡｕＳｎ（Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる第２の接着層６を形成する。第１の接着層５の材質と第２の接着層６の材質は、融着接合が可能な、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いることができる。
【００４６】
図２Ｆ及び図２Ｇに示すように、第２の接着層６は、例えば、リフトオフ法を用いて形成することができる。まず、フォトレジストを熱酸化処理した支持基板１０（絶縁膜９を表面に形成した支持基板１０）の全面に塗布し、９０℃に設定したホットプレートを用い、大気中でプリベークを行う。次いで、紫外光（ＵＶ光）を用い、フォトレジストにパターンを露光する。露光後のフォトレジストを１２０℃の大気中で９０秒間程度のリバーサルベーク処理を行い、露光部を熱架橋させる。次に、反転露光として、ＵＶ光を支持基板１０全面に照射する。さらに、現像液中に１３０秒間浸漬し、現像処理を行うことにより所望の（第２の接着層６となる部分以外に）フォトレジストパターンＰＲ１を形成する。このように形成されたフォトレジストパターンＰＲ１は、周縁部が支持基板１０に対して逆テーパ形状となる。なお、使用するレジスト及びフォトリソグラフィの条件は、適宜変更可能である。
【００４７】
次に、抵抗加熱蒸着法を用いて、Ｔｉ（１５０ｎｍ）／Ｎｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／ＡｕＳｎ（１０００ｎｍ、Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる金属積層６を成膜し、その後、リフトオフによって、図２Ｇに示すような端部が支持基板１０に対して順テーパ形状となる第２の接着層６を形成する。フォトレジストパターンＰＲ１が形成されていた領域は、間隙６ｚとなる。なお、第２の接着層６は、リフトオフ法以外にも、ドライエッチング法、ないし、ウエットエッチング法などを用いても形成することができる。
【００４８】
次に、図２Ｈに示すように、第１の接着層５と第２の接着層６とを、第１の接着層５の間隙５ｚと第２の接着層６の間隙６ｚが重なるように接触させ、圧力３ＭＰａで加圧した状態で３００℃に加熱して１０分間保持する。その後、室温まで冷却することにより融着接合を行う。このとき、第１の接客層５の間隙５ｚと第２の接着層６の間隙６ｚが一体化して、隙間領域１３が形成される。
【００４９】
その後、図２Ｉに示すように、ＵＶエキシマレーザの光をサファイア基板１の裏面側から照射し、バッファ層２０を加熱分解することで、レーザーリフトオフによるサファイア基板１の剥離を行う。なお、成長基板１の剥離あるいは除去は、エッチング等の別の手法を用いてもよい。
【００５０】
次に、図２Ｊに示すように、レーザーリフトオフにより発生したＧａを熱水などで除去し、その後塩酸で表面処理する。これにより、ｎ型Ｇａｎ層２２が露出する。表面処理には窒化物半導体をエッチングできるものであればよく、リン酸、硫酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの酸やアルカリなどの薬剤も用いることができる。また、表面処理はＡｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングや、研磨などで行ってもよい。さらに、ｎ型ＧａＮ層２２の表面をＲＩＥ等のドライエッチング装置を用いたＣｌ、Ａｒ処理又は、ＣＭＰ研磨装置を用いて平滑化を行いレーザー痕やレーザーダメージ層を除去する。
【００５１】
次に、図２Ｋに示すように、光半導体積層２の一部（張り出し部２ｂ，図１Ｅ参照）に、穴部２ｈを形成する。光半導体積層２表面に所定パターンのフォトレジストを形成した後、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、そのフォトレジストから露出した光半導体積層２（張り出し部の一部）をエッチストップ層４が露出するまでエッチングする。これにより、光半導体積層２の一部（張り出し部２ｂ）に、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなる穴部２ｈが形成される。なお、穴部２ｈのサイズは、光半導体積層２表面において、一辺３０μｍ程度である。
【００５２】
次に、図３Ａに示すように、フォトレジスト（例えば、Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｃｏ．製フォトレジストＡＺ６１３０）を光半導体積層２（ｎ型ＧａＮ層２２）の全面に塗布し、１１０℃に設定したホットプレートを用い、大気中で５分間程度のプリベークを行う。次いで、ＵＶ光を用い、露光量４００ｍＪとして、フォトレジストを露光する。この際、マスクとして、グラデーションマスクを用いる。グラデーションマスクの効果により、フォトレジストへの露光量が部分的に変化する。実施例においては、ｙ軸正方向に向かって徐々にフォトレジストへの露光量が減少するように露光する。その後、現像液中に９０秒間浸漬し、現像処理を行うことによりフォトレジストパターンＰＲ２を形成する。このように形成されたフォトレジストパターンＰＲ２は、ｙ軸正方向に向かって徐々に層厚が増加する形状となる。なお、使用するグラデーションマスクを変更することにより、層厚の変化率が異なる複数の領域を含むフォトレジストパターンＰＲ２を形成することが可能である。
【００５３】
次に、Ｃｌ２／Ａｒ混合ガスを用いたドライエッチング法により、フォトレジストパターンＰＲ２および光半導体積層２（ｎ型ＧａＮ層２２）の一部をエッチングする。これにより、図３Ｂに示すように、光半導体積層２のｎ型ＧａＮ層２２は、ｙ軸正方向に向かって徐々に層厚が増加する形状となる。
【００５４】
次に、図３Ｃに示すように、ＴＭＡＨ（水酸化フェニルトリメチルアンモニウム）やＫＯＨ（水酸化カリウム）などを用いたウエットエッチング法により、光半導体積層２のｎ型ＧａＮ層２２表面にマイクロコーン構造層２２ｍｃを形成する。なお、マイクロコーン構造層２２ｍｃは、Ａｒプラズマや塩素系プラズマなどを用いたドライエッチング法を用いても形成することができる。
【００５５】
次に、図４Ａに示すように、上述した工程で形成した素子の上面全体に、化学気相堆積（ＣＶＤ）等によりＳｉＯ２膜７ａを形成する。その後、ＣＦ４／Ａｒ混合ガスを用いたドライエッチング法により、光半導体積層２表面に形成されたＳｉＯ２膜７ａの一部、ならびに、光半導体積層２の穴部２ｈ底面のＳｉＯ２膜７ａおよびエッチストップ層４の一部をエッチングする。これにより、図４Ｂに示すように、穴部２ｈの内側面全面にＳｉＯ２膜７ａ（保護膜７）が残り、また、穴部２ｈは、張り出し部２ｂ、さらにはエッチストップ層４をも貫通し、第２の導電領域１２ｂを覗くようになる。なお、保護膜７およびエッチストップ層４のエッチングには、ＢＨＦなどを用いたウエットエッチング法を用いてもよい。
【００５６】
次に、図４Ｃに示すように、電子ビーム蒸着法により、膜厚１ｎｍのＴｉ層、膜厚２００ｎｍのＡｌ層、膜厚１００ｎｍのＴｉ層、膜厚２μｍのＡｕ層をこの順序で積層し、リフトオフによってパターニングすることにより、ｎ型ＧａＮ層２２表面を這い、穴部２ｈを通って、第２の導電領域１２ｂと電気的に接続するｎ側電極８を形成する。ｎ側電極８は、保護膜７を介して、穴部２ｃの内側面全面に形成される。
【００５７】
以上により、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂを含む複数のＬＥＤ素子を含むＬＥＤアレイが完成する。なお、青色ＧａＮの発光素子を白色化する場合には、発光素子を封止充填する樹脂に蛍光体（例えば、黄色発光）を入れる。
【００５８】
なお、図４Ｃに示す工程の後に、レーザスクライブまたはダイシングなどにより、複数のＬＥＤ素子１０１を分割して、単一のＬＥＤ素子１０１を製造してもよい。単一のＬＥＤ素子１０１を製造する場合には、光半導体積層２に穴部２ｈを形成する代わりに、光半導体積層２（ｎ型ＧａＮ層２２）表面にワイヤパッドなどを形成してもよい。また、支持基板１０表面に形成された絶縁膜９は不要である。このとき、光半導体積層２表面（ワイヤパッド）と支持基板１０裏面とを介して、光半導体積層２（特に活性層２３）に給電することが可能である。
【００５９】
以下、実施例によるＬＥＤアレイを用いた応用例について説明する。
【００６０】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００を組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）５０の構成を表す概念図である。
【００６１】
図５Ａは、照射用光学系５１として、照射レンズ１０５を使用した例である。照射レンズ１０５は、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に投影されるように設定されている。
【００６２】
照射光学系５１は、図５Ｂに示すようにマルチリフレクタ（反射面）１０３と照射レンズ１０５を用いても良い。図５Ｂに示すヘッドランプ５０は、ＬＥＤアレイ１００の発光面を覆うように配置された蛍光体層（波長変換層）１０８からなる光源１０２と、複数の小反射領域に区画されたマルチリフレクタである反射面１０３、シェード１０４及び照射レンズ１０５を含む照射光学系５１とを含んで構成される。
【００６３】
図５Ｂに示すように、光源１０２は、照射方向（発光面）が上向きとなるように配置され、反射面１０３は、第１焦点が光源１０２近傍に設定され、第２焦点がシェード１０４の上端縁近傍に設定された回転楕円形の反射面であり、光源１０２からの光が入射するように、光源１０２の側方から前方にかけての範囲を覆うように配置されている。
【００６４】
反射面１０３は、図５Ｂに示すように、光源１０２のＬＥＤアレイ１００の光源像１０６を所定の配光形状で車両前方に照射し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が投影されるように構成されている。なお、ＬＥＤアレイ１００は、遠方がより明るく照射されるように配置される。つまり、ＬＥＤアレイ１００を構成するｎ型ＧａＮ層の、層厚が相対的に厚い領域から放出される光が、層厚が相対的に薄い領域から放出される光よりも遠方に向かうように配置される。
【００６５】
シェード１０４は、反射面１０３からの反射光の一部を遮光してヘッドランプに適したカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を照射レンズ１０５の焦点近傍に位置させた状態で照射レンズ１０５と光源１０２の間に配置されている。
【００６６】
照射レンズ１０５は、車両前方側に配置され、反射面１０３からの反射光を照射面１０７上に照射する。
【００６７】
以上、実施例及び応用例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００６８】
１…成長基板、２…光半導体積層（ＧａＮ系発光部）、２ａ…本体部、２ｂ…張り出し部、２ｈ…穴部、３…ｐ側電極（反射電極）、４…エッチストップ層、５…第１の接着層、６…第２の接着層、７…保護膜、８…ｎ側電極（上側電極）、９…絶縁膜、１０…支持基板、１１…下側電極、１２…導電領域、１３…隙間領域、１５・１６…給電パッド、２０…バッファ層、２１…アンドープＧａＮ層、２２…ｎ型ＧａＮ層、２３…活性層（発光層）、２４…ｐ型ＧａＮ層、５０…車両用灯具（ヘッドランプ）、５１…投射光学系、１００…ＬＥＤアレイ、１０１…ＬＥＤ素子、１０８…蛍光体層（波長変換層）、１０２…光源、１０３…反射面、１０４…シェード、１０５…照射レンズ、１０６…光源像、１０７…照射面。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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