(57)【要約】  本発明の目的は、一つ一つの発光ダイオード素子の大きさを小さくしても総合的に輝度及び集光効率を向上させることができ、且つその発光ダイオード素子を複数接続することにより高電圧で駆動できる発光ダイオードモジュールを提供することである。このため、発光層の側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向へ反射させる側方反射部を内蔵した発光ダイオード素子を複数配列し、その発光素子を直列に接続した発光ダイオードモジュールを、１つの基板上に形成することを可能にした。発光層内の活性層から放出される光のうち、集光方向へ放出された光はそのまま透明基板を通って集光方向へ放出され、集光方向とは反対方向へ放出された光は背面反射膜により集光方向へ反射され、活性層に沿った方向に放出された光は側方反射部により反射されて略集光方向へ集まる。一つ一つの発光ダイオード素子は電気的に分離されており、電源配線層により接続される。
2010074288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体薄膜により形成された発光層を備える発光ダイオード素子を複数直列に接続し、前記発光層から放出される光を前記発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオードモジュールであって、
各前記発光ダイオード素子は、基板上の一定領域に形成される発光層と、前記発光層の側面の近傍に、前記発光層から前記発光層と略平行方向に放出される光を略前記集光方向に反射させるために前記発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部と、を備えており、
１つの基板と、
前記基板上に配列され、それぞれ電気的に分離されて形成された複数の前記発光ダイオード素子と、
複数の前記発光ダイオード素子のうちの少なくとも一部を電気的に直列に接続する電源配線層と、
を備えることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
【請求項２】
前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、
前記所定範囲の角度は０度以上かつ９０度以下である請求項１記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項３】
前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備え、
前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、前記背面反射膜によって前記集光方向に反射させる請求項１又は２に記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項４】
前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項５】
前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ前記発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、
少なくとも前記発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項４記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項６】
前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、
前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項７】
前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過膜層を備え、
前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項６記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項８】
前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、
前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する請求項６記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項９】
前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第２の基板とからなり、
前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、
前記第２の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、
を備え、
前記発光層が形成された前記透明基板と前記側方反射部が形成された前記第２の基板とが対向して貼り合わされ、更に前記電源配線層が設けられて構成される請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項１０】
各前記発光ダイオード素子ごとに、前記発光層と電気的に接続された第１の電極層及び第２の電極層を備え、
更に、複数の前記発光ダイオード素子の上に形成された電源配線層と、前記電源配線層上に設けられる少なくとも２つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、
前記電源配線層において、１つの前記発光ダイオード素子の前記第１の電極層と、別の前記発光ダイオード素子の前記第２の電極層とが順次接続され、
前記接続により直列に接続された両端の前記発光ダイオード素子の前記接続されていない前記第１の電極層及び前記第２の電極層が、それぞれ異なる前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極に接続される請求項６乃至９のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項１１】
前記基板上に前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層が形成された後に、前記透明基板が除去されて構成される請求項６乃至１０のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項１２】
更に、除去された前記透明基板と接していた前記発光層側の露出した表面が、なし地に加工された請求項１１記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項１３】
前記発光層から前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、
前記蛍光物質は、各前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する請求項１乃至１２のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光ダイオード素子から構成される高電圧駆動の発光ダイオードモジュールに関し、詳しくは、発光層からその側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向に反射させる構造を内蔵した発光ダイオード素子を直列に接続することにより、輝度及び集光効率を向上させ且つ高電圧で駆動できる発光ダイオードモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの発光ダイオード（ＬＥＤ）は１つの発光素子（チップ）から構成されている。一般に、ＬＥＤは低い電圧（ＤＣ２Ｖから４Ｖ程度）によって駆動され、大きな電流（数十ｍＡから数百ｍＡ程度）によって動作する。このため、商用電源や高電圧のバッテリによって駆動する場合には、電源回路が複雑で小型化が困難である等の問題がある。この問題を解決するために、同一基板上に複数の発光ダイオードを二次元アレイ状に配列し、各発光ダイオードを直列に接続することによって高電圧での使用を可能とした発光ダイオードの直列構造が開示されている（特許文献４を参照）。【０００３】
従来の１つの発光素子から構成されるＬＥＤは、例えば、図３９に示すような構造を有している（特許文献２を参照）。ＧａＡｌＮ等よりなる発光素子７９１をメタルステム上に実装し、メタルポスト７９２、７９３へのワイヤボンディングを介して電極が外部に取り出される。発光素子７９１から放出された紫外光により蛍光体７９５が励起されて波長の長い光が発光される。【０００４】
また、別の従来のＬＥＤ素子の例では、図４０に示すように、発光素子８９１、発光素子を実装するパッケージの基板８９２、パッケージから外部へ電極を取り出すリード８９３、ボンディグワイア８９４、蛍光体８９５、カバーガラス８９６等から構成されている。光はカバーガラス８９６を通して外部に放出される。上記発光素子８９１はサファイア基板９９１上に形成されたＧａＡｌＮ等よりなる半導体であり、この半導体は活性層９９３を挟んでＮ型半導体層９９２とＰ型半導体層９９４とから構成されている。Ｎ型半導体層９９２及びＰ型半導体層９９４の上には、それぞれボンディングパッド部（電極）９９６、９９７が設けられる。また、サファイア基板９９１の下面には、反射膜９９５が設けられている。【０００５】
もともと、光を放出する発光素子の活性層からは、カバーガラス等が配設された方向（集光方向）ばかりでなく、その反対方向や、集光方向とは直角の方向すなわち発光素子の側面方向にも放出される。従来、活性層から集光方向に放出された光はそのまま集光方向へ取り出され、活性層から集光方向とは反対向きに放出された光は反射膜で反射させて集光方向に取り出されている。集光方向とは直角の方向に放出された光は、多くは散乱等により減衰してしまうが、その残りの光を発光ダイオードのパッケージの内部壁面を傾斜させる等して反射させ、集光方向に取り出す工夫もされている（特許文献１、３を参照）。しかし、その集光方向とは直角の方向に放出された光の利用はごく一部に止まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０３５４７号
【特許文献２】特開平１０−９３１４６号
【特許文献３】Ｗ０２００６−１２６３３０号
【特許文献４】特開２００４−１４８９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
第一に、従来例の単一の発光素子から構成される発光ダイオードは、発光ダイオードを動作させる駆動電圧が低いという問題がある。これらの発光素子の動作電圧は赤色の発光ダイオードでは約２ボルト、白色発光ダイオードでは約５ボルトである。近年、特に白色発光ダイオードは、家庭用では電球や蛍光灯の代わりに、車両用ではヘッドライトの代わりなどに広がっており、いっそう高電圧で使用したいというニーズが増えている。商用電源を使う場合にはＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００Ｖ程度であり、車両用にはハイブリッド車や電気自動車の普及に伴ってバッテリ電圧がＤＣ１００ＶからＤＣ３００Ｖ程度に高くなるとも予想される。このような用途では、発光ダイオードを使用する電圧まで電圧を低くして使用している例が一般的である。そのために電圧変換に伴う損失が発生したり、電源回路が複雑になり小型化が困難である等の問題が生じている。【０００８】
いずれの発光ダイオードにおいても駆動電圧は発光素子のバンドギャップ電圧で決まり、より高い電圧で駆動することはできない。そこで、高電圧で動作する発光ダイオードが存在すれば、例えば商用交流電源から平滑回路のような簡素な電源回路を経て直接駆動できるようになり、またそれに伴い駆動電流を少なくすることができ、駆動回路を簡素化できる。また、発光ダイオードの電源回路、駆動回路のコストをさげることができ、エネルギー効率が良いという発光ダイオードの使用範囲が広がるようになる。
しかし、前記従来例のような発光ダイオードの直列構造によっては、後述する集光効率の問題を解決することができず、また、以下のような背反する課題がある。【０００９】
前記従来例と同様な着想に基づくと、直列構造の発光ダイオードは、例えば図４１に示すように複数の発光素子を配列することが考えられる。この例では、直列構造の発光ダイオード６７０は、４×６の２４個のセルから構成されており、その内２個のセル部分がＰ電極６７１、Ｎ電極６７１に割り当てられ、セル「１」〜「２２」が発光機能を有するセルである。２２個のセル「１」〜「２２」は直列に接続されている。例えばセル「１１」はｐ電極部６７４及びｎ電極部６７５を備えており、その他のセルも同様である。各セルの大きさを横０．１５ｍｍ、縦０．１ｍｍ程度とした場合、発光ダイオード６７０全体の大きさは横０．６ｍｍ、縦０．６ｍｍ程度とすることができる。図４２（ａ）は、上記の１つのセルの平面図である。基板上の境界６７７内に半導体層が形成されており、境界６８０はｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の境界を示す。また、境界６７８内にはｎ電極部の透明導電膜、境界６７９内にはｐ電極部の透明導電膜が形成されている。図４２（ｂ）は、図４２（ａ）のＹ−Ｙ’断面を表す。このセルは、基板６８２上に、シリコン酸化膜などの絶縁膜６８３、導電性の高い金属からなる光反射層６８４、ｎ型半導体（例えばｎ型ＧａＡｌＮ）層６８５、活性層６８６、ｐ型半導体（例えばｐ型ＧａＡｌＮ）層６８７、透明絶縁膜であるシリコン酸化膜６８８が積層されている。さらに、酸化インジウムなどの透明電極からなるｐ電極部６８９及びｎ電極部６９０が形成されている。ｐ型半導体からｎ型半導体へ電流を注入することにより、活性層で光を発する構造である。このセルと他のセルとは、シリコン酸化膜６８３、６８８により電気的に絶縁されている。
図４３は、図４１に示した発光ダイオードのＸ−Ｘ’断面図である。すなわち、セル「１８」、「１７」、「６」及び「５」を表わしている。酸化インジウムなどの透明導電膜６９２により、セル「６」のｐ電極部６９３とセル「５」のｎ電極部６９４とが接続されている。同様に、透明導電膜６９５により、セル「１７」のｎ電極部とセル「１８」のｐ電極部とが接続されている。【００１０】
上記のような構成によって、セル（素子）を直列に接続して１つの発光ダイオードとする目的は達成できる。しかし、１つの発光ダイオードを小さな面積の素子に分割してその集合とすることにより、二つのデメリットが発生する。ひとつは、素子間を分離するためのスペースが必要となり、このスペースは分離以外に機能を果たさないことにあり、面積効率の点で不利が発生することである。もう一つのデメリットは、小さな面積の素子では素子の中央部より端面に近い部分の比率が高くなり、端面近傍では結晶の不連続性による発光効率が低くなる効果があるため、小さな面積の素子の集合では発光効率が不利となる点である。これは、端面の比率は素子の一辺の長さに比例し、素子の面積は一辺の長さの二乗に比例するという数学的な原理による。
このように、単に発光素子を分割して直列接続し、高電圧駆動が可能な発光ダイオードを構成するということだけでは、デメリットが大きくなってしまうという問題がある。【００１１】
第二に、前記従来例の発光ダイオードにおいては、集光方向とは直角をなす方向すなわち薄膜から構成されている発光層に平行な方向に放出される光が有効に利用されないという問題がある。一般に、発光ダイオードを構成する半導体層（発光層）のうちの活性層から放出される光は、発光層の表面側から垂直な方向（集光方向）と、発光層の裏面側すなわち集光方向とは逆の方向と、発光層にほぼ沿った方向すなわち集光方向とは略直角をなす方向（側面方向）とに、ほぼ同等の量の光が放出される。発光層は薄膜であるにもかかわらず、多くの場合において、上記側面方向に放出される光の量は全体の４０％程度と大きい。このため、発光ダイオードの輝度を総合的に向上させるためには、特に発光層からその側面方向に放出される光を集光方向に効率よく取り出すための構造が必要となる。【００１２】
発光層で発光する光のうち、発光層にほぼ沿った方向へ放出される光を反射させて集光方向に向ければ、発光層から放出される光を無駄なく利用することができ、総合的に発光ダイオードの輝度を高めることができると考えられる。例えば、図４４に示すように、発光ダイオードのパッケージ９７内部の壁面を傾斜させることによって、発光素子１００からその側面方向に放射される光を集光方向ｚに反射させる構造とすることができる。また、光路に電極などの光遮蔽物を置かないようにするために、フリップチップ技術を用いることにより、光の集光方向とは反対側から電極を取り出す構造とすることが考えられる。
上記発光素子１００は１ｍｍ角程度に切断されたチップであり、サファイア基板３０の下面に、例えばＧａＡｌＮを用いた半導体層（発光層）を備えている。発光層はＰ型半導体層４０ａとＮ型半導体層４０ｂを備え、発光層の下面には反射膜５０が設けられている。Ｐ型半導体層４０ａとＮ型半導体層４０ｂとの界面に形成される活性層から光が放出される。そのうち、サファイア基板３０側に放出された光は、サファイア基板を通して図の上方向（集光方向ｚ）に取り出される。また、活性層からサファイア基板３０とは反対方向に放出された光は、反射膜５０によって反射されて集光方向ｚに取り出される。さらに、パッケージ９７の内部側面をテーパ状に傾斜させることにより、活性層からその側面方向（集光方向ｚと直角の方向）に放出される光を集光方向に反射させるようにすることができる。そして、発光素子１００の集光方向ｚ側には、発光素子からの光で励起されて波長のより長い光を放出する蛍光体９０と、透明なカバーキャップ（カバーガラス）９８が配設されている。これによって、発光素子の光は蛍光体の蛍光材料を励起して光を発し、その光はカバーガラスを経て外部に放出される。
また、発光素子１００の電極は、上記の光路を妨げないように配設することが好ましい。そこで、発光素子内部の配線を通して発光層のＰ型半導体層と電気的に接続されるフリップチップ電極８１ａと、Ｎ型半導体層と電気的に接続されるフリップチップ電極８１ｂを、集光方向ｚとは反対側に設ける。各フリップチップ電極は、パッケージ基板９４の基板上の導体と電気的に接続される。発光素子１００の電極は、更にパッケージ基板における導体配線及びリード８５を介して、外部と電気的に接続される。【００１３】
しかしながら、発光層からその側面方向に放出される光を集光方向に反射させるためには、発光素子の端面に至り更に素子の外部に至るまでには発光素子内部で多くの光が減衰したり素子界面で散乱等してしまうため、発光層の至近位置にミラーを形成しないと効率よく光を捕捉することができない。すなわち、発光層にほぼ沿った方向の光の減衰を抑えるために、その方向の発光素子内の光路をできるだけ短くする必要がある。このために、発光層のサイズをできるだけ小さくするとともに、光を反射するミラーを発光層の至近に設置する必要がある。しかし、このような構成は、発光素子が１ｍｍ角程度と小さく、発光層の厚さは数ミクロン程度と薄いため、その発光層に対して傾斜したミラーを形成することは難しく、実用化されていないのが現実である。このため、発光層から放出される光のうち有効利用できているのは、集光方向に向けて放出される光と、その反対方向に放出されて背面の反射膜で反射される光だけと言っても過言ではない。集光方向と直角な方向へ放出される光、すなわち発光層にほぼ沿った方向に放出される光はほとんど吸収されたり散乱等されてしまい、有効には使用されていない。【００１４】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、発光層からその側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向へ反射させることにより側面方向の光を積極的に活用することが可能になれば、先に述べた発光素子を分割して直列接続し、高電圧駆動が可能な発光ダイオードを構成する場合のデメリットを相殺することができることに着目したものである。すなわち、一つ一つの発光素子の大きさが小さくなることで側面方向の減衰を抑制するプラスの効果と、発光部が小さくなることで端面比率が多くなるというマイナスの効果、及び発光部間に分離スペースが必要というマイナスの効果とを相殺して、デメリットを上回る大きなプラス効果を創出することができる。
本発明は、発光素子の発光層からその側面方向に放出される光を発光層に垂直な集光方向へ反射させる構造を内蔵し、その発光素子を複数直列に接続する構造を実現することによって、一つ一つの発光素子の大きさを小さくしても総合的に輝度及び集光効率を向上させることができ、かつ高電圧で駆動できる発光ダイオードモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、以下の通りである。
１．半導体薄膜により形成された発光層を備える発光ダイオード素子を複数直列に接続し、前記発光層から放出される光を前記発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオードモジュールであって、各前記発光ダイオード素子は、基板上の一定領域に形成される発光層と、前記発光層の側面の近傍に、前記発光層から前記発光層と略平行方向に放出される光を略前記集光方向に反射させるために前記発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部と、を備えており、１つの基板と、前記基板上に配列され、それぞれ電気的に分離されて形成された複数の前記発光ダイオード素子と、複数の前記発光ダイオード素子のうちの少なくとも一部を電気的に直列に接続する電源配線層と、を備えることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
２．前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、前記所定範囲の角度は０度以上かつ９０度以下である前記１．記載の発光ダイオードモジュール。
３．前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備え、前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、前記背面反射膜によって前記集光方向に反射させる前記１．又は２．に記載の発光ダイオードモジュール。
４．前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている前記１．乃至３．のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
５．前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ前記発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、少なくとも前記発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記４．記載の発光ダイオードモジュール。
６．前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている前記１．乃至３．のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
７．前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記６．記載の発光ダイオードモジュール。
８．前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する前記６．記載の発光ダイオードモジュール。
９．前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第２の基板とからなり、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、前記第２の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、を備え、前記発光層が形成された前記透明基板と前記側方反射部が形成された前記第２の基板とが対向して貼り合わされ、更に前記電源配線層が設けられて構成される前記１．乃至３．のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
１０．各前記発光ダイオード素子ごとに、前記発光層と電気的に接続された第１の電極層及び第２の電極層を備え、更に、複数の前記発光ダイオード素子の上に形成された電源配線層と、前記電源配線層上に設けられる少なくとも２つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、前記電源配線層において、１つの前記発光ダイオード素子の前記第１の電極層と、別の前記発光ダイオード素子の前記第２の電極層とが順次接続され、前記接続により直列に接続された両端の前記発光ダイオード素子の前記接続されていない前記第１の電極層及び前記第２の電極層が、それぞれ異なる前記フリップチップ電極又はフリップチップ用電極に接続される前記６．乃至９．のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
１１．前記基板上に前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層が形成された後に、前記透明基板が除去されて構成される前記１１．記載の発光ダイオードモジュール。
１２．更に、除去された前記透明基板と接していた前記発光層側の露出した表面が、なし地に加工された前記１１．記載の発光ダイオードモジュール。
１３．前記発光層から前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、前記蛍光物質は、各前記発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する前記１．乃至１２．のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発光ダイオードモジュールによれば、半導体薄膜により形成された発光層を備える発光ダイオード素子を複数直列に接続し、発光層から放出される光を発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオードモジュールであって、各発光ダイオード素子は、基板上の一定領域に形成される発光層と、発光層の側面の近傍に、発光層から発光層と略平行方向に放出される光を略集光方向に反射させるために発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部と、を備えているため、発光層から垂直な集光方向に放出される光のみならず、発光層と略平行な方向に放出される光を集光方向に取り出すことができ、大きさの小さい発光ダイオード素子を配列して構成しても総合的に輝度及び集光効率を高めることができる。また、１つの基板と、その基板上に配列され電気的に分離されて形成された複数の発光ダイオード素子と、複数の発光ダイオード素子の少なくとも一部を電気的に直列に接続する電源配線層と、を備えるため、発光ダイオードモジュールを高い電圧により駆動することができ、簡素な電源を用いることができる。これらにより、パッケージングのスペース効率や、集光効率及びエネルギー効率に優れ、かつ商用電源や車両用バッテリにより使い易い発光手段を実現することができる。また、本発光ダイオードモジュールは、半導体技術を用いて１つのウェーハ上に製造することができる。この構造は、白色の発光ダイオードに限らず、既存の単色の発光ダイオードにも適用することができる。
前記側方反射部は、前記発光層の側面の全て又は一部を囲んで形成されており、前記所定範囲の角度は０度以上かつ９０度以下である場合には、前記発光層と略平行な方向に放出される光の大半又は多くを略集光方向に取り出して利用することができる。
前記発光層を挟んで前記集光方向とは反対側に背面反射膜を更に備える場合には、前記発光層から前記集光方向と反対側へ放出される光は、背面反射膜によって集光方向に反射されるため、発光層から全方向へ放出される光を集光方向に取り出すことができ、輝度と集光効率が更に優れた発光ダイオードモジュールを実現することができる。【００１７】
前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記基板の前記集光方向側の面上に形成されている場合には、既存の半導体技術を用いて容易に発光ダイオード素子及び電源配線層を製造することができる。また、各発光ダイオード素子を駆動するための電極及び配線を簡単な構造により一体化することができる。
前記基板上に前記発光層の側面を囲んで形成され且つ発光層の側面と対向する壁面が前記所定範囲の角度で傾斜した側壁部を備え、少なくとも発光層の側面と対向する前記壁面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層と側方反射部を同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオードモジュールを効率よく製造することが可能になる。【００１８】
前記基板は前記発光層から放出される光を透過させる透明基板であり、前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層は、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成されている場合には、既存の半導体技術を用いて容易に発光ダイオード素子及び電源配線層を形成することができる。また、透明基板の集光方向側を覆うように蛍光体を容易に配設することが可能であり、蛍光体を設ける場合には、発光層から直接又は反射されて到達する光を蛍光体で捕捉することができる。
前記発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆い、且つ厚さが前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように傾斜して形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層等と側方反射部を同一基板面上に同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオードモジュールを効率よく製造することが可能になる。
前記発光層は前記基板側で広くその反対側に向けて狭くなる略台形状に形成され、その発光層から放出される光を透過させ少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、前記透過膜層の外面に形成された反射膜が前記側方反射部を構成する場合には、発光層等と側方反射部を同一基板面上に同一の材料を使用して一連の工程によって形成することができ、側方反射部を内蔵した発光ダイオードモジュールを効率よく製造することが可能になる。【００１９】
前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第２の基板とからなり、前記透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された前記発光層と、前記第２の基板上に、前記発光層に対応するように形成された前記側方反射部と、を備え、透明基板と第２の基板とが対向して貼り合わされ、更に前記電源配線層が設けられて構成される場合には、シリコン基板のエッチング等により好ましい傾斜角度の側方反射部を形成することができるため、集光性能に優れた発光ダイオードモジュールとすることができる。【００２０】
各前記発光ダイオード素子ごとに、前記発光層と電気的に接続された第１の電極層及び第２の電極層を備え、更に、複数の前記発光ダイオード素子の上に形成された電源配線層と、前記電源配線層上に設けられる少なくとも２つのフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、を備え、電源配線層において、１つの発光ダイオード素子の第１の電極層と、別の発光ダイオード素子の第２の電極層とが順次接続され、それにより直列に接続された両端の前記発光ダイオード素子の第１の電極層及び第２の電極層が、それぞれフリップチップ電極等に接続される場合には、発光層、電極層、電源配線層及びフリップチップ電極等を一体として形成することが可能であり、しかも、集光方向に放出される光を電極や電源配線等によって遮らないため、小形で集光性能に優れた発光ダイオードモジュールとすることが可能になる。
前記基板上に前記発光ダイオード素子及び前記電源配線層が形成された後に、前記透明基板が除去されて構成される場合には、透明基板内での光の減衰を減らすことができるため、集光性能が高まる。
さらに、除去された前記透明基板と接していた前記第１の導電層の露出した表面が、なし地に加工される場合には、その表面での光の全反射率を低下させることができ、一層集光性能を高めることができる。【００２１】
前記発光層より前記集光方向側に蛍光物質を含んだ発光体が更に配設され、蛍光物質は、発光層から放出された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する場合には、複数の発光ダイオード素子の発光層をまとめて１つの蛍光体を設ければよく、各発光層から放出された光の色を変換し、又は発光層から放出された光と組み合わせることによって、所望の色の光（例えば白色光）を得ることが可能になる。蛍光体は、発光層から直接又は反射されて集光方向に放出された光を捕捉し又は通過させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明について、本発明による典型的な実施形態の例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて説明する。同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品又は構成を示す。
【図１】発光ダイオード素子が直列に接続された発光ダイオードモジュールのパッケージへの実装例を表す断面図である。
【図２】本発明の発光ダイオードモジュール（光マイクロモジュール）の構成例を示す平面図である。
【図３】図３の発光ダイオードモジュールを構成する１つの発光ダイオード素子を説明するための平面図である。
【図４】図３の発光ダイオードモジュールを構成する発光ダイオード素子間の電気的な接続方法を説明するための平面図である。
【図５】図３の発光ダイオードモジュールを構成する発光ダイオード素子と電極部との電気的な接続方法を説明するための平面図である。
【図６】発光ダイオードモジュールの等価回路図である。
【図７】本発明の発光ダイオードモジュールを構成する発光ダイオード素子（光マイクロセル）の基本的な構成を示す断面図である。
【図８】図７の発光ダイオード素子の平面図である。
【図９】発光ダイオード素子の別の基本的な構成を示す断面図である。
【図１０】発光ダイオード素子に内蔵される側方反射部（マイクロミラー）の傾斜角と反射光の方向との関係を説明するための図面である。
【図１１】実施の形態１における発光ダイオード素子の第１の構造例を説明するための断面図である（図４のＹ−Ｙ’断面に相当する）。
【図１２】実施の形態１における発光ダイオード素子の第１の構造例を説明するための断面図である（図４のＹ２−Ｙ２’断面に相当する）。
【図１３】実施の形態１の発光ダイオード素子（第１の構造例）における光の進行方向を説明するための断面図である。
【図１４】実施の形態１の発光ダイオードモジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】実施の形態１における発光ダイオード素子の第２の構造例を説明するための断面図である（図４のＹ−Ｙ’断面に相当する）。
【図１６】実施の形態１の発光ダイオードモジュール（第２の構造例）における光の進行方向を説明するための断面図である（図３のＸ−Ｘ’断面に相当する）。
【図１７】実施の形態２の発光ダイオードモジュールをパッケージに実装する例を説明するための断面図である。
【図１８】実施の形態２の発光ダイオードモジュールを、蛍光体を備えてパッケージに実装する例を説明するための断面図である。
【図１９】実施の形態２の発光ダイオードモジュールの構造例及び光の進行方向を説明するための側面図である。
【図２０】実施の形態２の発光ダイオードモジュールの構造例を説明するための斜視図である。
【図２１】図２０の発光ダイオードモジュールの集光方向を下にした斜視図である。
【図２２】実施の形態２における発光ダイオード素子部の構造例及び光の進行方向を説明するための断面図である。
【図２３】実施の形態２の発光ダイオードモジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】実施の形態２の発光ダイオードモジュールの構造例を示す断面図及び平面図である。
【図２５】実施の形態２における発光ダイオード素子（側方反射部）の別の製造方法を説明するための断面図である。
【図２６】実施の形態２における発光ダイオードモジュールをウェーハ上に形成する例を示す図である。
【図２７】実施の形態３の発光ダイオードモジュールをパッケージに実装する例を説明するための断面図である。
【図２８】実施の形態３の発光ダイオードモジュールの構造例を説明するための側面図である。
【図２９】図２８に示した発光ダイオードモジュールの斜視図である。
【図３０】実施の形態３の発光ダイオードモジュールにおける光の進行方向を説明するための側面図である。
【図３１】実施の形態３における発光ダイオード素子の構造例を説明するための断面図及び平面図である。
【図３２】実施の形態３における発光ダイオード素子の側方反射部（マイクロミラー）を、ウェーハ上に形成する工程を説明するための断面図である。
【図３３】シリコンウェーハの面方位とエッチング特性の関係を説明するための図である。
【図３４】実施の形態３における発光ダイオード素子の透明基板側の構造を形成し、側方反射部を形成した第２の基板（シリコン基板）と貼り合わせる工程を説明するための断面図である。
【図３５】実施の形態３における発光ダイオード素子の電極構造を形成する工程を説明するための断面図である。
【図３６】実施の形態３の発光ダイオード素子部における光の進行方向を説明するための断面図である。
【図３７】基板上に発光ダイオード素子及び前記電源配線層が形成された後に、透明基板を除去して構成される発光ダイオードモジュールを説明するための断面図である。
【図３８】基板上に発光ダイオード素子及び電源配線層が形成された後に、ウェーハ状態で、貫通導電ビアが形成された別のウェーハ基板を貼り合わせた断面図である。
【図３９】従来の発光ダイオードの構造を説明するための断面図である。
【図４０】従来の別の発光ダイオードの構造を説明するための断面図である。
【図４１】発光ダイオード素子を単に直列に接続する構造を説明するための平面図である。
【図４２】図４１の１つの発光ダイオード素子の構造を表す平面図及び断面図である。
【図４３】図４１のＸ−Ｘ’断面図である。
【図４４】パッケージに実装した発光ダイオード素子の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の発光ダイオードモジュールは、半導体薄膜により形成された発光層を備える発光ダイオード素子を複数直列に接続し、発光層から放出される光を発光層に垂直な集光方向に取り出す発光ダイオードモジュールであって、１つの基板と、その基板上に配列され、それぞれ電気的に分離されて形成された複数の発光ダイオード素子と、その複数の発光ダイオード素子のうちの少なくとも一部を電気的に直列に接続する電源配線層と、を備えることを特徴とする。上記の各発光ダイオード素子は、上記基板上の一定領域に形成される発光層と、その発光層の側面の近傍に、発光層から発光層と略平行方向（発光層の側方）に放出される光を略集光方向に反射させるために発光層に対して所定範囲の角度で傾斜した側方反射部と、を備えている。以下では、発光層から放出された光を利用するために取り出す方向を「集光方向」という。上記「側方」とは、発光層の面に沿った方向すなわち集光方向とは直角をなす方向である。すなわち側方に放出される光とは、発光層の側面から放出される光をいう。
【００２４】
本発明の要旨の第一は、半導体製造技術を利用した微細加工により、上記のような発光層と側方反射部を備える発光ダイオード素子を１つの基板上に複数配列して形成することにある。以下では、この側方反射部を「マイクロミラー」といい、基板上に形成された発光層とマイクロミラーとを備えた１つの発光ダイオード素子を「光マイクロセル」という。
本発明の要旨の第二は、上記の各光マイクロセルはそれぞれ電気的に分離されて形成され、その複数の光マイクロセルのうちの少なくとも一部を電気的に直列に接続することが可能な構造とすることである。１つの基板に形成された複数の光マイクロセルの少なくとも一部を直列に接続して構成された１つのモジュールを、以下では「発光ダイオードモジュール」又は「光マイクロモジュール」という。光マイクロモジュールは、それを構成する各光マイクロセルに電源を供給するために各光マイクロセル間を電気的に接続する電源配線層を含む。この光マイクロモジュールは、等価的に１つの発光ダイオードとして使用することができ、高い駆動電圧で動作することが可能になる。
【００２５】
光マイクロモジュールは、通常、パッケージに実装されて使用される。例えば、図１に示すように、光マイクロモジュール２０１はパッケージ基板９７６に載せられ、キャップ９７７、カバーガラス９８１を備えたパッケージに収容される。パッケージ内には蛍光体９１１を封入することができる。光マイクロモジュールの電源は、ワイヤボンディング８５５を介してリード８５６に接続されている。この光マイクロモジュール２０１は、基板３０１上に複数の光マイクロセル（Ｃ１８、Ｃ１７等）を備えて構成されている。
本発明の光マイクロモジュールのレイアウトの例を図２の平面図に示す。この例で、光マイクロモジュール２０１は、１つの基板上で６行４列のマトリックス状に配置された２４個の素子（セル）により構成されている。このうち、光マイクロモジュール２０１のＰ電極の部分７０１ａ及びＮ電極の部分７０１ｂを除くセルＣ１〜Ｃ２２が、光マイクロセルである。各光マイクロセルは、Ｐ型半導体の領域４０１ａ及びＮ型半導体の領域４０１Ｂを備えている。
【００２６】
Ｃ１〜Ｃ２２の各光マイクロセルは、上記Ｐ電極とＮ電極との間に、直列に接続されている。したがって、光マイクロモジュール２０１は、図６（ａ）の等価回路図によって表わされる１つの発光ダイオードに相当する（ｎ＝２２）。図６（ｂ）は、一般の単一チップから構成された発光ダイオードの等価回路図であり、駆動電圧（Ｖｆ）は白色発光ダイオードの場合には４から６Ｖ程度である。そうすると、２２個の光マイクロセルを直列に接続した光マイクロモジュールでは、各光マイクロセルが駆動電圧５Ｖの白色発光ダイオードであれば、全体として駆動電圧は約１００Ｖ（Ｖｆ×２２）である。
ただし、光マイクロモジュールを構成する光マイクロセルの数は特に限定されず、また、すべての光マイクロセルが直列に接続されなくてもよい。例えば、上記２２個の光マイクロセルの２個ずつを並列に接続し、並列にされた１１組を直列に接続してもよい。
【００２７】
図３は、上記光マイクロモジュール２０１を構成する１つの光マイクロセルの平面図である。光マイクロセルは、基板上に形成された半導体層（例えばＧａＡｌＮ）、マイクロミラー等から構成されている。図３において、半導体層は基板上の境界４０１０内に形成されており、Ｐ型（例えば、Ｐ型ＧａＡｌＮ）領域とＮ型（例えば、Ｎ型ＧａＡｌＮ）領域とは、境界４０１１によって区分されている。半導体層の領域４０１０を囲んで、マイクロミラー６１が設けられている。
【００２８】
図４は、上記光マイクロセルＣ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７の部分の詳細を示す。透明導電膜７６１３〜７６１５は、電源配線層において各光マイクロセルを直列に接続する透明な導電性薄膜である。光マイクロセルＣ４のＮ型領域と光マイクロセルＣ５のＰ型領域とは、導電性薄膜７６１３ａによって接続されている。同様に、光マイクロセルＣ５、Ｃ６、Ｃ７の順番に各Ｎ型領域と次のＰ型領域とは、導電性薄膜７６１３ｂ、７６１３ｃによって接続されている。
図５（ａ）は、光マイクロモジュール２０１のＮ電極部のセル７０１ｂと光マイクロセルＣ２２のＮ型領域４０１ｂとが、電源配線層において透明な導電性薄膜７６１５によって接続されている様子を表わす図である。図５（ｂ）は、光マイクロモジュール２０１のＰ電極部のセル７０１ａと光マイクロセルＣ１のＰ型領域４０１ａとが、透明な導電性薄膜７６１４によって接続されていることを表わす。
【００２９】
次に、図７及び図８に、本発明の光マイクロモジュールを構成する光マイクロセルの基本的な構造を模式的に示す。図７は断面図であり、光マイクロセル１０は、基板３上に形成された発光層４と、その発光層の側面４ｓの近傍に、発光層４に対して所定範囲の角度αで傾斜した側方反射部６を備えている。発光層４は、半導体層４ａ及び４ｂと、その間に形成されて光を放出する活性層４ｃとを備える薄膜であり、発光層４の厚さは数μｍ程度である。
【００３０】
前記基板３の材料は、薄膜の発光層を形成できる限り、とくに限定されない。例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等が挙げられる。本書では、サファイア基板など、発光層から放出される光を透過させる基板を「透明基板」という。
前記発光層４は、半導体層４ａ、４ｂ及び４ｃを備えている。本書では、ＧａＡｌＮを材料とし紫外光を発する発光ダイオードを例に取り上げて説明する。例えば、半導体層４ａはＰ型ＧａＡｌＮ半導体であり、半導体層４ｂはＮ型ＧａＡｌＮ半導体である。ＧａＡｌＮを材料とした発光ダイオードは、緑色〜紫外域の光を発するものが知られている。この他、発光ダイオードの半導体材料としてＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ等さまざまなものがある。しかし、本発明は半導体で構成される発光層から放出される光を集光する構造、及び複数に分離した発光素子を電気的に直列に接続する構造に関するものであり、半導体の材料や発光層の構成は特に限定されるものではなく、発光層から放出される光の波長もまた限定されるものではない。すなわち、本発明の光マイクロモジュールの構造は、発光層に用いる材料や発光色に関わらず適用することが可能である。
【００３１】
光マイクロセル１０は、発光層４に対して集光方向ｚとは反対方向に、背面反射膜５を備えることができる。背面反射膜５は、発光層４（活性層４２）から集光方向ｚとは反対向きに放出される光を集光方向ｚに反射させるミラーである。図７に示す光マイクロセル１０では、発光層４及び側方反射部（マイクロミラー）６が、集光方向ｚ側の基板３の面上に形成されている。この場合、背面反射膜５は、図７に示すように基板３と発光層４との間に設けることができる。また、基板３として透明基板を使用する場合には、その透明基板の下面すなわち発光層４が形成された面とは反対側の面に、背面反射膜を設けてもよい。
背面反射膜の材料は、光を反射する薄膜を形成することができる限り、特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、クロム、コバルト等が挙げられる。
【００３２】
図７に示すように、光マイクロセル１０では、活性層４ｃから集光方向ｚに向けて放出された光はそのまま取り出すことができる（ｐ）。活性層４ｃから集光方向ｚとは逆向きに放出された光は、背面反射膜５によって反射され、集光方向に取り出される（ｑ）。また、活性層４ｃに沿って活性層と略平行な方向Ｓに進み、発光層の側面４ｓから放出された光は、マイクロミラー６によって反射され、略集光方向に取り出される（ｒ）。
【００３３】
図９に示すように、光マイクロセルは、透明基板３１を使用し、集光方向ｚとは反対側の基板面に発光層４１及びマイクロミラー６１を設ける構造としてもよい。この光マイクロセル１１では、発光層４１の下面に背面反射膜５１が形成されている。マイクロミラー６１は、透明基板３１の面上に発光層４１と同時に形成することができる。また、透明基板３１の面上に発光層４１を形成し、かつ第２の基板上にマイクロミラー６１を形成し、両基板を貼り合わせることによって光マイクロセル１１を構成することもできる。いずれの場合にも、発光層（活性層）から各方向に放出される光は、透明基板３１を通して、前記同様に集光方向に取り出すことができる（ｐ、ｑ、ｒ）。
【００３４】
上記マイクロミラー（６、６１）は、発光層の側面の近傍に形成され又は発光層の側面を覆って形成される構造体（側壁部）の表面とすることができる。すなわち、発光層の側面と対向する側壁部の壁面を活性層に対して角度αで傾斜させ、その壁面の表面を光の反射面とすることによって、マイクロミラーを構成することができる。実施例に示すように、上記側壁部は、発光層を形成する材料（例えばＧａＡｌＮ）と同じ材料により形成されてもよいし、異なる材料（例えば、シリコン、シリコン酸化物等）によって形成されてもよい。また、上記反射面は、側壁部自体の表面であってもよいし、側壁部の表面に反射膜が形成されてもよい。その反射膜の材料は、光を反射する薄膜を形成することができる限り、特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、クロム、コバルト等が挙げられる。
【００３５】
図８は、前記光マイクロセル１０を集光方向ｚ側から見た平面図である。発光層４は、基板３の上の一定領域に形成されており、発光層４の周縁近傍をマイクロミラー６が囲んで構成されている。１つの光マイクロセルのサイズは特に限定されず、例えば、１辺を数十〜数百μｍ程度（例えば、２００μｍ）の大きさとすることができる。また、マイクロミラー６を形成する部分の幅は、数μｍ〜数十μｍ程度とすることができる。微細加工技術によって、さらに小さな光マイクロセルを形成することもできる。
【００３６】
１つの光マイクロセルの大きさは、発光層に沿った方向（図７に示される方向Ｓ）に進む光の減衰を最小限に抑えるために、小さい方がよい。発光層に沿った方向の光の減衰が少なければ、発光のために注入する電流あたりの集光量を大きくすることができるからである。また、発光層の側方に放出される光の減衰を抑えるために、発光層とマイクロミラーとの間は狭い方が望ましい。
一方、発光層のサイズを小さくし過ぎると界面の面積比率が高くなり、発光効率が低下することが知られている。また、マイクロミラー及びその周辺部は発光に直接は寄与しないため、マイクロミラー周辺部の面積やマイクロミラーの存在そのものによって、発光量が制限される。したがって、充分な集光量を得るためには、発光層の面積を大きくしなければならないこととなる。
【００３７】
一般に、一つの発光ダイオードには一つの発光層が設けられている。意図して発光層を分離する必要はないし、分離すると素子スペースの無駄が発生するため、一つの発光ダイオードを複数の発光層に分離することは行われていない。しかし、基板上の発光素子を電気的に独立した複数個の光マイクロセルとして分離して、この光マイクロセルを基板上で直列接続することにより高い電圧で直接駆動できるようにすることができる。
一つの光マイクロセルのサイズを小さくすれば、光マイクロセルの個数は多くなり、光マイクロセルを直列に接続したり、並列に接続したりする組み合わせの自由度が大きくなる。その一方、小さくすると光マイクロセル分離のためのスペースの占有率が高くなり、この部分は発光に寄与しないために素子面積の点からは損失となる。
【００３８】
本発明の目指すところは、光マイクロモジュールへの注入電流あたりの集光量を最大にして、エネルギー効率の良い光マイクロモジュールを実現することにある。したがって、光マイクロモジュールを構成する光マイクロセルは、発光層の大きさ、発光に寄与しないマイクロミラー部の大きさ、発光層とマイクロミラーとの間の距離などの関係で、最適な大きさとされる必要がある。発光層の厚さや発光材料などによって最適な条件は異なるが、いかなる大きさの光マイクロセルにおいても、光マイクロセル単位で集光効率を最大にし、その結果として複数の光マイクロセル群から構成される光マイクロモジュールの発光効率を最大にするという考え方は同じである。
輝度を高めるために発光層のサイズを大きくするのではなく、一つの基板上で複数の発光層に分離しても、マイクロミラーを内蔵した光マイクロセルの構造によって、分離することによる損失を補い、駆動電流あたりの利用できる発光量すなわち発光効率を最大にするというメリットを創出することができる。さらに、光マイクロセルを直列にも並列にも接続できることから、駆動電圧を自由に設定できることなどの利点を活かすことが可能となる。
【００３９】
上記の利点を具体化するために、本発明の光マイクロモジュールに用いる光マイクロセルは、発光層の側面の近傍に発光層の側面と対向し且つ発光層に対して傾斜したマイクロミラーを形成することが可能な構造としている。マイクロミラーは、発光層の側面方向の全周縁を囲んで設けられることもできるし、その全周囲の一部に設けられてもよい。発光層の側方に放出される光をできるだけ多く補足してマイクロミラーにより集光方向に集めるために、マイクロミラーは発光層の周囲の大半に形成されることが好ましく、図８に表わされているように発光層４の全周囲に形成されることが更に好ましい。
【００４０】
次に、マイクロミラーの傾斜角度αについて説明する。
図１０において、横方向は発光層と平行な方向Ｓ、上方向は集光方向ｚ、面Ｍはマイクロミラーの反射面を表わす。発光層から発光層に沿った方向に放出された光（ｉｎ）は、マイクロミラー面Ｍによって、略集光方向に反射される（ｏｕｔ）。
同図（ａ）に示すように、マイクロミラーの傾斜角αが４５°の場合には、マイクロミラーで反射した光は発光層に垂直な集光方向ｚへ向かうため最も好ましい。また、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、傾斜角αが６０°又は３０°であった場合には、光は集光方向ｚに対して３０°外れた方向に反射する。この場合、集光方向の光のベクトル強度は約１．７３／２となり、光の強度の約８６％を集光方向に取り出すことができる。また、同図（ｄ）、（ｅ）に示すように、傾斜角αが６７．５°又は２２．５°であった場合には、光は集光方向ｚに対して４５°外れた方向に反射する。この場合、集光方向の光のベクトル強度は約１／２となるが、それでも光の強度の約５０％を集光方向に取り出すことができる。
したがって、発光層に対するマイクロミラーの傾斜角αが略４５°（例えば、２２．５°以上かつ６７．５°以下、好ましくは３０°以上かつ６０°以下、最も好ましくは４５°）であるマイクロミラーを形成すれば、その傾斜角に応じた強度の光を集光方向に取りだすことが可能となる。
【００４１】
マイクロミラーの反射面は、必ずしも全体が平面である必要はなく、曲面から構成されてもよい。後述する実施例に挙げるように、マイクロミラーは種々の製造方法により種々の形状に形成することができる。しかし、いずれの場合においても、発光層に略平行な方向に進む光を、マイクロミラーにより集光方向に向けることは共通の構成である。
発光層に略平行な方向に進む光は、発光層内部及び発光層とマイクロミラーとの間の構造や材料の屈折率の違いにより屈折、反射、散乱等し、光の進行方向は材料の組み合わせや各層及び表面の凹凸等に複雑に影響される。このため、実際上は、発光層の側面に対向するマイクロミラー全体（基板側に接する裾部からその反対側である頂部まで）の傾斜角が０°以上かつ９０°以下の範囲であり、発光層中の活性層に対向する部分を中心とした反射面中央部の傾斜角が略４５°となるように形成されれば、集光効果を奏することができる。
【００４２】
光マイクロセルは、発光層に電源を供給するための電極を一体に形成して構成することができる。電極に用いる材料は導電性を有する限り特に限定されず、例えばアルミニウムを用いることができる。また、光を透過させる必要がある部分には、酸化インジウム（ＩＴＯ）等を透明な導電膜として用いることができる。
発光層の電極としては、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層のいずれかとそれぞれ電気的に同一であるか又は電気的に接続された第１の電極層及び第２の電極層を、発光層と一体に形成することができる。本書では、Ｎ型半導体層と接続された負電極（カソード）をＮ型電極又はＮ電極、Ｐ型半導体層と接続された正電極（アノード）をＰ型電極又はＰ電極と表記している。
【００４３】
本発明の光マイクロモジュールは、上記の光マイクロセルを一つの単位として複数個の光マイクロセルを直列接続し、又は直列接続と並列接続とを組み合わせて、高電圧駆動を可能にならしめることを特徴としている。このため、各光マイクロセルは、それぞれ電気的に分離されて構成される。すなわち、１つの光マイクロセルの電極（Ｎ型電極及びＰ型電極）は、他の光マイクロセルの電極とは分離されて構成される。
各光マイクロセルの電極間は、電源配線層において接続される。電源配線層は、各電極間を配線する導電性薄膜によって構成することができる。各光マイクロセルを直列に接続した光マイクロモジュールの電源配線層は、図４及び図５に示したように、１つの光マイクロセルのＮ型電極と次の光マイクロセルのＰ型電極とを順次に接続する複数の導電性薄膜を備える。そして、その一方の端の光マイクロセルの他の光マイクロセルと接続されていないＮ型電極が光マイクロモジュール全体の負電極（図２に示される「Ｎ」）となり、他方の端の光マイクロセルの他の光マイクロセルと接続されていないＰ型電極が光マイクロモジュール全体の正電極（図２に示される「Ｐ」）となる。
電源配線層を構成する導電性薄膜の材料は、光マイクロセルの前記電極に用いる材料と同様とすることができる。また、電源配線層の導電性薄膜は、光マイクロセルの前記電極と共通に構成することもできる。
【００４４】
光マイクロモジュールと外部（パッケージ基板、メイン基板、リード端子など）との接続方法は限定されず、例えばワイヤボンディングがされてもよいし、突起状の電極（バンプ）を備えることによりフリップチップ実装がされてもよい。フリップチップ実装を行うために、光マイクロモジュールは、光マイクロセルの発光層が集光方向とは反対側の透明基板の面上に形成される場合、上記光マイクロモジュール全体の負電極と電気的に接続されるフリップチップ電極又はフリップチップ用電極と、上記光マイクロモジュール全体の正電極と電気的に接続されるフリップチップ電極又はフリップチップ用電極とを備えることができる。上記フリップチップ電極（バンプ）の形状は特に限定されず、例えば柱状であってもよいし、球状、板状等であってもよい。また、上記フリップチップ用電極とは、フリップチップ実装を行うための電極をいい、膜状、平板状などその形状は問わない。このフリップチップ用電極上にバンプが設けられてもよいし、このフリップチップ用電極を用いて、バンプが設けられたパッケージ基板上に本光マイクロモジュールが実装されるようにすることもできる。また、上記フリップチップ電極等は、ウェーハ状態で形成されてもよいし、ウェーハから１つ１つの光マイクロモジュールに分割した後に、スタッドバンプが形成されてもよい。
【００４５】
光マイクロモジュールは、発光層が集光方向とは反対側の透明基板の面上に形成される場合、透明基板上に形成された構造物（光マイクロセル、電源配線層、フリップチップ電極又はフリップチップ用電極等）が物理的に固定された後、その透明基板が除去（リフトオフ）されてもよい。すなわち、光マイクロモジュールの電源配線層上にフリップチップ電極等が配設された後、透明基板を除去することができる。例えば、実施例に記載するように、光マイクロモジュールが別のウェーハ基板やパッケージ基板等に実装された後に、透明基板を除去することができる。
さらに、光マイクロモジュールは、光マイクロセル及び電源配線層が集光方向とは反対側の透明基板の面上に形成される場合、実施例において記載するように、光マイクロモジュールに上記の電源配線層（又は、電源配線層及びフリップチップ電極等）が形成された後に、上記透明基板が除去（リフトオフ）されてもよい。更に、透明基板が除去された後の発光層側の露出した表面を、ブラスト等によってなし地に加工することもできる。ここで「なし地」とは、発光層内部の光が表面で全反射しない程度に表面を均等にあらすことをいう。表面を均等に粗くすることにより、発光層内の光がその表面で全反射されることによるロスを減らすことができる。
【００４６】
この他、光マイクロモジュールの上方（集光方向）に、蛍光顔料、蛍光染料などの蛍光物質を含んで構成された蛍光体を配設することができる。蛍光体を備える場合、発光層から放出された光は、直接又は反射等して蛍光物質に当たり、蛍光物質が励起されてより波長の長い光を発する。このため、とくに、集光方向に蛍光体が備えられる場合には、マイクロミラーにおいて反射される光の方向が集光方向から外れていても、蛍光体によって光を捕捉することが可能な範囲の方向に光が反射されればよいこととなる。
【００４７】
また、光マイクロモジュールは、図１に示したものと同様に、パッケージに実装することができる。また、光マイクロモジュールは、公知のパッケージ（例えば、図３９、図４０を参照）に実装することもできる。パッケージ内には蛍光体を備えることができる。光マイクロセルの発光層から可視光が放出され、その可視光をそのまま利用する場合には、蛍光体は不要である。
【００４８】
（実施の形態１）
複数の光マイクロセル及び電源配線層を基板の集光方向側の面上に形成して、光マイクロモジュールを構成することができる。その光マイクロモジュールを構成する光マイクロセルを、具体的な実施例に基づいて説明する。この例は、１つの基板上で発光層の周辺に発光層と同様な材料で構造体（側壁部）を作り、その側壁部に傾斜した壁面を作りだし、当該傾斜した壁面を、銀やニッケルの膜などを材料とした反射膜で覆うことによりマイクロミラーを形成するものである。これにより、発光層に対して傾斜したマイクロミラーを発光層の全周囲又は一部の周囲に形成することができる。また、集光方向から見て発光層の背面には、背面反射膜が設けられる。
【００４９】
図１１は、上記構成の光マイクロセル１０２の構造を表わす断面図である（図３に示した光マイクロセルのＹ−Ｙ’断面に相当する）。光マイクロセル１０２は、サファイア基板３０２上に、Ｎ型ＧａＡｌＮ半導体層４０２ｂ、活性層４０２ｃ、Ｐ型ＧaＡｌＮ半導体層４０２ａを備える発光層４０２が形成されている。発光層の側面の近傍には、発光層と同じＧaＡｌＮ半導体で構成され、発光層に対向する側面６０２１が傾斜するように加工された側壁部が形成されている。側壁部は、発光層と同時に加工することができる。側壁部は、銀、ニッケル等を用いた薄膜６０２２によって覆われている。更に、上記半導体層の上に、ＳｉＯ２等からなる絶縁層５６２、酸化インジウム等からなる透明電極層（Ｐ型電極部７０２ａ、Ｎ型電極部７０２ｂ）が形成されている。また、サファイア基板３０２の裏面には背面反射膜５０２が形成されている。
上記薄膜層６０２２がマイクロミラー６０２の反射膜となり、活性層４０２ｃに沿った方向の光は、その側面の近傍に設けられたマイクロミラー６０２により反射されて集光方向に放出される。
【００５０】
図１２は、上記光マイクロセル１０２の別の部分の断面図である（図３に示した光マイクロセルのＹ２−Ｙ２’断面に相当する）。この部分には前記Ｎ型電極部７０２ｂが形成されていないことを除き、図１１により説明した構造及び作用と同様である。
【００５１】
図１３は、上記の構造を有する光マイクロセル（電源配線層は未形成の状態）において、発光層（活性層）から放出された光がマイクロミラー及び背面反射膜により反射される様子を示している。本図において、活性層から表面方向（集光方向ｚ）へ放出された光はそのまま放出される（ｐ）。活性層から裏面方向へ放出された光は背面反射膜により集光方向に反射される（ｑ）。活性層から活性層と略平行な方向に放出された光は、マイクロミラー６０２により反射され、表面方向に放出される（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４）。このうちｒ１及びｒ４は活性層とほぼ平行な光を示し、ｒ２はやや斜め方向の光を示す。ｒ３は半導体層内を全反射等しながら伝わってきた光を示し、マイクロミラーにより反射されて略集光方向へ放出される様子を示している。
発光層から放出された光は、シリコン酸化膜や透明導電膜等との界面でその屈折率の差により多少の屈折をするが、反射を中心に説明しているので図示していない。同様に、反射光がシリコン酸化膜等から大気中に出るときにも屈折するが図示していない。屈折の存在により、マイクロミラー面による反射の原理が変わることはない。
【００５２】
上記構造の光マイクロセル１０２を備える光マイクロモジュール２０１は、例えば、図１４に示すような製造方法によって製造することができる。
図１４（ａ）は、サファイア基板３０２上に、Ｎ型ＧａＡｌＮ半導体４０２ｂ、活性層４０２ｃ及びＰ型ＧａＡｌＮ半導体４０２ａを備える半導体層を形成する工程（基板製造工程）の後、その上に半導体層をエッチング加工するためのフォトレジスト１６１１を形成した状態を表わす。
図１４（ｂ）は、半導体層４０２ｂ、４０２ｃ及び４０２ａをドライエッチングする工程（半導体層エッチング工程）の後、さらに次の加工のためのフォトレジスト１６１２のパターンを形成した状態を表わす。半導体層エッチング工程により、半導体層は界面４０２１で示すように形成される。
図１４（ｃ）は、半導体層の上記界面４０２１の部分を傾斜させるようにエッチングする工程（テーパエッチング工程）により、半導体層に斜面４０２２を形成した状態を表わす。この斜面４０２２は、フォトレジスト１６１２を用いてウエットエッチング手法により形成することができる。エッチング加工後、フォトレジストは除去される。
【００５３】
図１４（ｄ）は、上記斜面４０２２上に反射膜を形成する工程（側面反射膜形成工程）において、銀或いはニッケル等の薄膜６０２３を蒸着した後、フォトレジストを塗布し、そのフォトレジストのパターン１６１３を形成した状態を示している。その後、上記薄膜６０２３をエッチングすることによって、マイクロミラー（６０２）が形成される。マイクロミラーの傾斜部の形を整えるために、薄膜６０２３のエッチングはウエットエッチングにより行っている。エッチング加工後、フォトレジストは除去される。
上記ウエットエッチングする手法を用いるときは、図１４（ｄ）に示されるマイクロミラー部に設けられたフォトレジスト１６１３の端面と、銀、ニッケル等によって形成された薄膜６０２３の傾斜部との位置関係が重要である。この状態でウエットエッチングすることにより、フォトレジスト１６１３が下方の裾部で薄膜６０２３に接する端面から剥離しながら、薄膜６０２３がエッチングされる。これにより、薄膜６０２３の裾部分にアンダーエッチが生じる。その結果として、薄膜６０２３の傾斜面はサファイア基板面に至るまでなだらかな形状となる。
図１４（ｅ）は、上記側面反射膜形成工程においてマイクロミラー６０２が形成された後、次にＮ型半導体部を露出させるためにフォトレジストのパターン１６１４を形成した状態を示す。
図１４（ｆ）は、Ｐ型半導体部及び活性層を除去する工程（Ｐ型半導体エッチング工程）を行った状態を表わしている。ＧａＡｌＮ半導体のＰ型層４０２ａ及び活性層４０２ｃをエッチングにより除去してＮ型層４０２ｂを露出させた後、フォトレジストが除去される。ＧａＡｌＮ半導体のＰ型領域及び活性層の除去は、エッチング時間の管理や、Ｎ型半導体層ではエッチング速度が変化することを利用する公知の手法を用いて行うことができる。これによって、Ｎ型半導体の表面４０２５、Ｐ型半導体の表面４０２４が露出される。
【００５４】
図１４（ｇ）は、シリコン酸化膜層を全面に形成した後、エッチングにより電極のための開口部を形成する工程（保護膜形成工程）を行い、さらにフォトレジストを除去した状態を示している。この工程により、絶縁・保護のためのシリコン酸化膜５６１、Ｐ型電極のためのコンタクト部４０２６、Ｎ型電極のためのコンタクト部４０２７が形成されている。
図１４（ｈ）は、酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明導電膜を全面に形成した後、エッチング技術により電極部に酸化インジウム膜を形成する工程（電極形成工程）を行い、その後フォトレジストを除去した状態を示す。この工程により、Ｐ型電極部７０２ａ及びＮ型電極部７０２ｂが形成されている。また、図１４（ｈ）に示すように、最終工程（背面反射膜形成工程）において、サファイア基板３０２の裏面に銀等を蒸着等することによって、背面反射膜５０２が形成される。
上記電極の形成と同時に又は形成後に、光マイクロセル間を導電性薄膜によって接続する電源配線層が形成される。この導電性薄膜は、上記電極部と同じ材料によって形成することが可能である。
【００５５】
光マイクロセルは、基板として不透明なシリコン基板等を用いて構成することもできる。図１５は、前記光マイクロセル１０２とは別の、シリコン基板を使用した光マイクロセル１０３の断面構造を示す。なお、以上に説明した光マイクロセルの構造例と共通する点については説明を省く。本例は、基板として低コストのシリコン基板を用いて、発光層（ＧａＡｌＮ層）の下面に背面反射膜を備える構造である。
この場合には、図３に示した１つの光マイクロセルのＹ−Ｙ’断面は、図１５に示すような構造とすることができる。この光マイクロセル１０３は、シリコン基板３０３上にニッケル薄膜、クロム薄膜や銀薄膜など、光を反射する導電性薄膜５０３を備える。その導電性薄膜上にＮ型ＧａＡｌＮ半導体層４０３ｂと、Ｐ型ＧａＡｌＮ半導体層４０３ａとを備える発光層４０３が形成されている。Ｎ型ＧａＡｌＮ半導体４０３ｂとＰ型ＧａＡｌＮ半導体４０３ａとの界面には、活性層４０３ｃが存在する（薄い層であるため図示せず）。発光層４０３の側面の近傍には、発光層と同じＧａＡｌＮ半導体で構成され、発光層に対向する側面６０３１が傾斜して加工された側壁部が形成されている。側壁部は、発光層と同時に形成することができる。側壁部は、銀、ニッケル等を用いた薄膜層６０３２によって覆われている。更に、上記半導体層の上に、ＳｉＯ２等からなる絶縁層５６３、酸化インジウム等からなる透明電極層（Ｐ型電極部７０３ａ、Ｎ型電極部７０３ｂ）が形成されている。図３に示した光マイクロセルのＹ２−Ｙ２’断面に相当する光マイクロセル１０３の構造も、上記同様に形成することができる。
上記薄膜層６０３２がマイクロミラー６０３の反射膜となり、活性層に沿った方向の光は、発光層４０３の両側に設けられたマイクロミラー６０３により反射されて略集光方向に放出される。
【００５６】
図１５に示した光マイクロセル１０３の構造では、活性層から裏面方向の光が直下にある反射膜層５０３により反射されるため、図１１に示した光マイクロセル１０２の事例と比べて、サファイア基板での光の往復による減衰が改善される。活性層の近傍において、背面方向の反射膜層及び側面方向のマイクロミラーに囲まれているために、光マイクロセルに内蔵する反射構造として極めて好ましい。また、背面反射膜層５０３とマイクロミラー６０３とを近づけるレイアウトとすれば、集光方向を除き発光層４０３の周囲を反射膜で覆うことができ、集光率を理想的に高めることができる。これは、図１５において、反射膜層５０３とマイクロミラー６０３との距離を短くすることにより可能である。
【００５７】
図１６は、上記光マイクロセル１０３を配列し、各光マイクロセル間を接続する電源配線層を設けて構成した光マイクロモジュールの断面図である。図２に示した光マイクロモジュール２０１のＸ−Ｘ’断面に相当し、各光マイクロセルは、左から順に図２中の光マイクロセルＣ１８、Ｃ１７、Ｃ６、Ｃ５に対応する。各光マイクロセルの発光層の両側には、マイクロミラー６０３が形成されている。
光マイクロセル間は、光マイクロセルの電極と同じ透明導電膜を用いて直列接続されている。光マイクロセルＣ１８のＰ型電極７０３ａと光マイクロセルＣ１７のＮ型電極７０３ｂとは、各電極と一体化した透明な導電性薄膜７６２１で接続されている。同様に、光マイクロセルＣ６のＰ型電極７０３ａと光マイクロセルＣ５のＮ型電極７０３ｂとは、各電極と一体化した透明な導電性薄膜７６２２で接続されている。
図１６において、ｐ、ｑ、ｒ、ｒ’は活性層から放出された光の進行方向を示している。光マイクロセル１０３は、シリコン基板３０３上に背面反射膜５０３を備えているため、活性層から集光方向ｚとは反対向きに放射された光は、背面反射膜５０３により反射されて集光方向に放出される（ｑ）。
活性層から直接又は反射されて集光方向ｚへ放出された光は、光マイクロセルの上方（集光方向）に蛍光体（図示せず）を配設することにより、波長の長い光を励起してその光の組み合わせにより白色光とすることができる。
【００５８】
複数の光マイクロセル及び電源配線層を基板の集光方向側の面上に形成して構成された光マイクロモジュールは、以上のような構造を変形し、様々な製造方法によって製造することができるが、説明は省略する。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明の光マイクロモジュールは、図９に示したように、前記基板として透明基板を使用し、光マイクロセル及び前記電源配線層をその透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成して構成することもできる。この場合、例えば、発光層から放出される光を透過させ、少なくとも前記発光層の側面を覆う透過膜層を形成する。その透過膜層は、前記基板側で厚くその反対側に向けて薄くなるように厚さを傾斜させて形成することができる。そして、その透過膜層の外面に反射膜を形成することによってマイクロミラーを構成することができる。
【００６０】
図１７は、上記光マイクロモジュールをパッケージに実装した例を示す断面図である。集光方向ｚは同図においてパッケージの上方である。図１７において、保護用の透明キャップ９７１とパッケージ基板９４１を備えるパッケージの中に、光マイクロモジュール２３１が収納されている。光マイクロモジュール２３１は、透明基板３３１（例えばサファイア基板）の下面（集光方向ｚとは反対側の面）に、Ｎ型半導体層４３１ｂと活性層４３１ｃとＰ型半導体層４３１ａとが形成された発光層４３１を備え、その発光層の下面には絶縁層を挟んで背面反射膜５３１を備えている。また、発光層４３１の側面側には、活性層に対して所定範囲の角度で傾斜したマイクロミラー６３１が作り込まれている。
マイクロミラー６３１は、発光層４３１の側面を囲むように形成することができる。前記のとおり、１つの発光層とその側方を囲むマイクロミラーを備えて構成される１つの単位を光マイクロセルと呼ぶ。図１７に示される光マイクロモジュール２３１の断面には、２つの光マイクロセルの断面が見えている。
光マイクロモジュール２３１が備える活性層４３１ｃから放出される光のうち、透明基板３３１側すなわち集光方向ｚに向けて放出される光は、透明基板３３１を通じて集光方向へ放出される。活性層から透明基板３３１とは反対側に放出される光は、背面反射膜５３１により反射され、透明基板３３１を通じて集光方向へ放出される。活性層からその側面方向（集光方向ｚと直角をなす方向）へ放出される光は、マイクロミラー６３１により反射され、透明基板３３１を通じて略集光方向へ放射される。活性層に対するマイクロミラーの傾斜角度αと光の反射方向との関係については、前述のとおりである（図１０参照）。
【００６１】
光マイクロモジュールには、各発光層に電源を供給するための電極、電源配線等が備えられる。図１７において、光マイクロモジュール２３１の電極は集光方向ｚとは反対側に設置され、電源配線層７７１において配線される。そして、電源はフリップチップ電極８０１に集中され、これを介してリード８５１に電気的に接続される。リード８５１はパッケージ基板９４１の外部に引き出され、外部の接続に用いられる。
【００６２】
図１８は、光マイクロモジュール２３１から集光方向側に、蛍光物質を含む蛍光体９０１を備える場合を示す。図１７と同様に、光マイクロモジュール２３１がフリップチップ電極８０２を介してパッケージ基板９４２に実装されている。内面が傾斜した反射部を持ったキャップ９７２の中に蛍光体９０１が充填され、さらに透明キャップ９８３で全体が封止される。前記のとおり、光マイクロモジュール２３１が備える活性層から放出された光は集光方向ｚに集められ、蛍光体９０１に含まれている蛍光物質を励起する。蛍光物質によって発せられた光の多くはそのまま集光方向ｚへ放出され、パッケージ内で散乱された光はキャップ９７２の内側の傾斜した側面で反射され、集光方向に集められる。
【００６３】
次に、上記光マイクロセルをマトリクス状に配列して構成した光マイクロモジュールの例について説明する。
図１９及び図２０は、光マイクロモジュール２３２の側面図及び斜視図である。両図とも、集光方向ｚは上向きに表わされている。この光マイクロモジュール２３２は、１つのサファイア基板３３２の下面に、発光層及びマイクロミラーを配列した光マイクロセル層１３２を備えている。図示された側面ＳＡにおいては、光マイクロセル層１３２に発光層を備えた光マイクロセル１３２１が４個並んで形成されており、各光マイクロセル１３２１の両端にはマイクロミラー６３２が備えられている。１つの光マイクロセル１３２１は、発光層の側面の４方向をマイクロミラー６３２によって囲まれるように形成することができる。また、光マイクロセル層１３２の下面には、背面反射膜５３２が設けられている。
【００６４】
図１９に示されるように、光マイクロセル内の発光層から放出される光のうち、集光方向ｚに向いた光は透明基板３３２を通じて集光方向に直進する（ｐ）。また、集光方向ｚとは反対向きに放出された光は、背面反射膜５３２により反射され、透明基板３３２を通して集光方向に集められる（ｑ）。さらに、集光方向ｚと直角をなす方向への光は、発光層の側面を囲んで形成され且つ発光層に対して略４５°の角度で傾斜したマイクロミラー６３２により略集光方向へ反射され、透明基板３３２を通じて略集光方向へ集められる（ｒ）。この集光方向ｚと直角をなす光は、発光層の薄膜に沿って伝播する。その伝播中の減衰を避けるためには、発光層の大きさはできるだけ小さく、光マイクロセル中でマイクロミラーが占める面積はできるだけ小さく、発光層とマイクロミラーとの距離はできるだけ短くすることが好ましい。光マイクロセルを配列したとき、各光マイクロセルの大きさ即ちマイクロミラーのピッチは、例えば、幅・奥行きともに２００μｍ程度で形成するようにすることができる。
【００６５】
さらに、背面反射膜５３２の下には、各光マイクロセルに電源を供給するための電源配線層７７２及びフリップチップ層８０２が備えられる。各光マイクロセルの電極（Ｎ型電極及びＰ型電極）は、マイクロミラー６３２部において、他の光マイクロセルの電極とは電気的に分離されて構成されており、各光マイクロセルの電極間は、電源配線層７７２において接続される。電源配線層は、各電極間を配線する導電性薄膜によって構成することができる。各光マイクロセルを直列に接続するためには、電源配線層において、導電性薄膜により、１つの光マイクロセルのＮ型電極と次の光マイクロセルのＰ型電極とを順次に接続する。そして、その一方の端の光マイクロセルの、他の光マイクロセルと接続されていないＮ型電極が、光マイクロモジュール全体の負電極となり、フリップチップ電極８０２に電気的に接続される。また、直列に接続された他方の端の光マイクロセルの、他の光マイクロセルと接続されていないＰ型電極が、光マイクロモジュール全体の正電極となり、別のフリップチップ電極８０２に電気的に接続される。電源配線層において直列接続された光マイクロセルに、フリップチップ電極を介して電源を供給することができる。
電源配線層７７２及びフリップチップ電極８０２は、集光の妨げにならないように集光方向とは反対側に設けられている。
【００６６】
図２０において、光マイクロモジュール２３２の側面ＳＡ側には、マイクロミラー６３２が５個表わされており、各マイクロミラー６３２に挟まれた４個の光マイクロセル１３２１が配列されている。また、側面ＳＢ側には、マイクロミラー６３２が６個表わされており、各マイクロミラー６３２に挟まれた５個の光マイクロセル１３２１が配列されている。すなわち、光マイクロモジュール２３２は、４×５＝２０個の光マイクロセルから構成されていることになる。図２１は、図２０に示した光マイクロモジュール２３２を、集光方向ｚを下に向けて表わした斜視図である。前記のとおり、２０個の光マイクロセルへの電源は、フリップチップ電極８０２から電源配線層７７２を経由して供給される。
１つの光マイクロセルは、例えば、幅・奥行きともに２００μｍ程度の大きさで構成することができる。半導体加工技術を応用して、さらに小さなサイズとすることも可能である。単位駆動電流あたりの光の集光効率は小さなサイズのほうがより効率的であるが、一方でマイクロミラー部の面積割合が相対的に多くなり発光素子の面積利用率では非効率となる。これらの得失を見ながら最適値を決める。
【００６７】
上記光マイクロモジュール２３２の部分的な断面構造の一例を、図２２に示す。この図では、電源配線層は省略されている。光マイクロセル１３３は、サファイア基板３３３の下面に、透明電極層７３３、Ｎ型ＧａＡｌＮ層４３３ｂと活性層４３３ｃとＰ型ＧａＡｌＮ層４３３ａとを備える発光層４３３、導体膜（背面反射膜）５３３、シリコン酸化膜５７３、Ｐ型電極７３３ａ、及びＮ型電極７３３ｂを備える。Ｐ型電極及びＮ型電極は、Ａｌなど光を反射する材料で形成されている。上記のシリコン酸化膜５７３は発光層４３３を覆い、そのシリコン酸化膜上に形成されたＮ型電極７３３ｂが、マイクロミラーとしての作用を有する。
図示されるように、発光層内の活性層４３３ｃから放出される光のうち、集光方向ｚへ放出された光はそのままサファイア基板３３３を通って集光方向へ直進する（ｐ）。集光方向ｚとは反対方向へ放出された光は背面反射膜５３３で反射され、サファイア基板３３３を通って集光方向へ集まる（ｑ）。また、集光方向と直角をなす方向すなわち活性層に沿って放出された光は、マイクロミラー（Ｎ型電極７３３ｂ）により反射されて略集光方向へ集まる（ｒ）。
【００６８】
上記光マイクロセル１３３の製造方法の一例を、図２３を参照しつつ説明する。
図２３（ａ）は、例えば３インチのサファイア基板３３３上に、酸化インジウム（ＩＴＯ）などの透明電極層７３３１、Ｎ型ＧａＡｌＮ層４３３ｂ、活性層４３３ｃ、Ｐ型ＧａＡｌＮ層４３３ａ、反射導体膜５３３が順に積層されている。このように積層された基板は、サファイア基板上にＰ型ＧａＡｌＮ半導体層、活性層、Ｎ型ＧａＡｌＮ半導体層、酸化インジウム膜を形成して、これを母材となるサファイア基板３３３上へ転写をする方法により実現されてもよい。
図２３（ｂ）は、上記基板上で透明電極７３３１を残して、例えば幅１００μｍ、ピッチ２００μｍ程度で、反射導体膜５３３、Ｐ型ＧａＡｌＮ層４３３ａ、活性層４３３ｃ、Ｎ型ＧａＡｌＮ層４３３ｂを除去した状態である。これはフォトリソグラフィーとエッチングの工程により形成することができる。この事例では、ＩＴＯがエッチングのストッパーの役割をはたしている。
図２３（ｃ）は、シリコン酸化膜５７３を全面にデポシットした状態を表わす。シリコン酸化膜は、後の加工によって傾斜した壁面を設け易いように、高濃度のリンを添加してある。この事例では高濃度リン含有のシリコン酸化膜を利用しているが、リンが発光層に影響を与える場合には、リンに対してバリア性の高い薄い透明絶縁膜をバリア膜としてデポジットして、その上に高濃度リン含有のシリコン酸化膜をデポジットすることも可能である。
【００６９】
図２３（ｄ）は、比較的低温でシリコン酸化膜５７３を半溶融して、膜厚に傾斜を形成したものである。すなわち、上記半導体層（発光層）の側面を覆うシリコン酸化膜の厚さが、基板３３３側で厚く上方に向けて薄くなるように傾斜して形成されている。このようにシリコン酸化膜にリンを高濃度に含ませ、数百度の低温で半溶融にして傾斜を持たせることは、シリコン半導体の加工技術としては公知の技術である。
図２３（ｅ）は、シリコン酸化膜５７３をエッチングすることにより、電極取り出し用の開口部（コンタクト部）を設けた図である。
図２３（ｆ）は、上記の状態で全面にＡｌ薄膜を蒸着した後、そのＡｌ薄膜をエッチングすることによりＰ型電極７３３ａ及びＮ型電極７３３ｂを形成した状態である。Ａｌ薄膜に続いて、ＩＴＯなどの透明電極層７３３１のエッチングを行うことにより、光マイクロセルのＮ型電極７３３ｂが隣接の光マイクロセル間で電気的に分離される。
【００７０】
図２４は、図２３に示した工程により製造された光マイクロセル１３３の断面及び半導体層が形成された平面を表わす。図２４（ａ）に示す断面の構成は、図２３（ｆ）と同じである。図２４（ｂ）の平面図において、「Ｐ」で示される領域はＰ型電極７３３ａであり、間隙を空けてＰ型電極を取り巻いている領域「Ｎ」はＮ型電極７３３ｂである。同図において破線１３３１は、半導体層（４３３ａ〜４３３ｃ）及び反射導体膜５３３の境界を示している。各光マイクロセルの半導体層及び電極は、それぞれ四隅に丸みをもたせるように形成されてもよい。四隅に丸みを設けた発光層（半導体層）とすることによって、発光層の四隅が直角に形成される場合に生じる電界の集中を防ぐことができ、電界集中により電流が発光に寄与せずに無駄に流れることを最小限に押さえることが可能になる。
また、破線１３３２は、光マイクロセルの境界を示している。光マイクロセルの境界部には、Ａｌ等の電極も透明電極もなく、絶縁物であるサファイア基板だけである。これによりひとつ一つの光マイクロセルがサファイア基板上で独立状態であり、電気的には個々の光マイクロセルが絶縁されて孤立された構造となっている。
この後、各光マイクロセルの電極間を導電性薄膜によって直列に接続するための電源配線層が形成される。
【００７１】
Ｎ型電極７３３ｂは、マイクロミラーの役割も果たす。電極材料がマイクロミラーの材料成分となるため、電極は単にアルミニウム材を用いるより、クロムやニッケル、銀等を含む積層構造とすることが好ましい。例えば、マイクロミラーの役割のために薄くクロムやニッケル、又は銀の層を設けて、その上にアルミニウム層を設ける構造等が挙げられる。
【００７２】
マイクロミラーは、発光層の形状を基板側で広くその反対側に向けて狭くなるような略台形状に形成して、少なくとも前記発光層の側面を覆うように形成された透過膜層を備え、その透過膜層の外面に反射膜を備えることによって構成されてもよい。上記略台形状とは、発光層の基板に垂直な断面が、基板に接する底辺が長い略台形となる形状をいう。すなわち、発光層自体の側面が前記所定範囲の角度で傾斜するように形成される。
図２５に示すマイクロミラーの製造例は、発光層（半導体層）自体をテーパエッチングする場合の構造を示している。図２５は、発光層であるＧａＡｌＮをエッチングする場合にアンダーエッチングを生じさせるウエットエッチング手法を用いて、発光層を構成するＧａＡｌＮ半導体層の側面をテーパエッチングした状態を示す。この後、図２３（ｆ）と同様に、Ａｌ薄膜７３４ｂをエッチングし、さらに透明電極層７３４１のエッチングを行うことにより、隣接の光マイクロセルと電気的に分離される。
【００７３】
図２６は、上記光マイクロセルを配列して構成される光マイクロモジュールを、ウェーハ上に形成する例を示す。図２６に示されるＳＡ面は、前記光マイクロモジュール２３２のＳＡ面（図２１）に対応する。本例においては、３インチサイズのウェーハ２７１上に、１．０×１．２ｍｍ程度の光マイクロモジュール２３２が形成されており、それぞれの光マイクロモジュール２３２には、２００μｍ程度のピッチで形成された光マイクロセル１３２１が２０個（４×５）作り込まれている。
また、図２６に示されるように、光マイクロモジュールの電源配線層７７２を形成し、さらに各マイクロセルに給電するためのフリップチップ構造の電極８０２を形成することができる。フリップチップ構造の電極は、例えば、ウェーハ状態で銅メッキや半田メッキをすることにより形成することが可能である。フリップチップ電極は、このようにウェーハ状態で柱状等に形成されてもよいし、単にフリップチップ実装用に平面状の電極（フリップチップ用電極）を設け、各光マイクロモジュールに分割した後にスタッドバンプというような方法等で形成されてもよい。また、光マイクロモジュールにフリップチップ用電極を設けて、パッケージ基板等の側に設けられた突起状電極に光マイクロモジュールが接合されてもよい。
前記ウェーハから各光マイクロモジュールをチップ状態に切り出すためには、１つの光マイクロモジュールを構成する４×５の光マイクロセルの隣の光マイクロセルを、スクライブラインとして使用することができる。各光マイクロセルは、電源配線層を形成するまでは電気的にも光学的にも独立であるため、発光部として使用せずにスクライブラインとして使用することができる。また、光マイクロモジュールは４×５のセルの構成に限定されず、電源配線層以後のパターンを変更することにより、セル数を自由に選択することができる。
【００７４】
本事例においては、２００μｍピッチの光マイクロセルの例を説明したが、５０μｍピッチの光マイクロセルであれば１ｍｍの一辺あたりに２０個の光マイクロセルが作りこむことができ、１ｍｍ角の素子では２０×２０＝４００の光マイクロセルが作りこまれる。これを一部は直列に、一部は並列に接続することにより、離散的ながら高い駆動電圧を自由に設定できる。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の光マイクロモジュールの前記基板は、前記発光層から放出される光を透過させる透明基板と、第２の基板とから構成してもよい。この場合、透明基板の前記集光方向とは反対側の面上に形成された発光層と、第２の基板上に、発光層に対応するように形成されたマイクロミラーと、を備え、発光層が形成された透明基板とマイクロミラーが形成された第２の基板とを対向させて貼り合わせ、その後、前記電源配線層を設けることによって光マイクロモジュールを構成することができる。
【００７６】
上記第２の基板をシリコン基板とすれば、シリコンを母材とし前記所定範囲の角度で傾斜したマイクロミラーを形成することができる。マイクロミラーの傾斜角度（α）は、例えば、上記第２の基板として（１１０）面方位を持つシリコンを使用し、そのシリコンを水酸化カリウムのようなアルカリ水溶液でエッチングすることにより５４°の角度に形成することができる。シリコンの面方位の選択エッチング性を利用して、上記角度を容易に再現性良く形成することが可能である。このようにシリコンウェーハ上にマイクロミラーを形成し、同一口径のサファイアウェーハ上に発光層を形成し、発光層の側面がマイクロミラーによって囲まれるようにシリコンウェーハとサファイアウェーハとを対向させて貼り合わせることにより、マイクロミラー内蔵の光マイクロモジュールを実現することができる。
【００７７】
図２７は、上記光マイクロモジュールをパッケージに実装した例を示す断面図である。集光方向ｚは同図においてパッケージの上方である。図２７において、保護用の透明キャップ９７３とパッケージ基板９５１を備えるパッケージの中に、光マイクロモジュール２５１が実装されている。光マイクロモジュール２５１は、例えばサファイア基板３５１の下面（集光方向ｚとは反対側の面）に、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とに挟まれた活性層４５１ｃを備え、その下方には背面反射膜５５１を備えている。また、シリコン基板３６１上にはマイクロミラー６５１が形成されており、半導体層等が形成された基板３５１とシリコン基板３６１とが貼り合わせられて光マイクロモジュール２５１が構成されている。マイクロミラー６５１は前記所定範囲の角度で傾斜して形成されており、活性層４５１ｃの側面の近傍に配設される。
マイクロミラー６５１は、活性層４５１ｃの側面を囲むように形成することができる。図２７に示される光マイクロモジュール２５１の断面には、２つの光マイクロセルの断面が見えている。
光マイクロモジュール２５１が備える活性層４５１ｃから放出される光のうち、透明基板３５１側すなわち集光方向ｚに向けて放出される光は、透明基板３５１を通じて集光方向へ放出される。活性層から透明基板３５１とは反対側に放出される光は、背面反射膜５５１により反射され、透明基板３５１を通じて集光方向へ放射される。活性層からその側面方向（集光方向ｚと直角をなす方向）へ放出される光は、マイクロミラー６５１により反射され、透明基板３５１を通じて略集光方向へ放出される。マイクロミラーの傾斜角度αと光の反射方向との関係については、前述のとおりである（図１０参照）。
【００７８】
さらに、シリコン基板３６１の下面には、電源配線層７８１及び複数のフリップチップ電極８２１が設けられている。各光マイクロセルの電極（Ｎ型電極及びＰ型電極）は、マイクロミラー６５１部において、他の光マイクロセルの電極とは電気的に分離されて構成されており、各光マイクロセルの電極間は、電源配線層７８１において接続される。電源配線層は、各電極間を配線する導電性薄膜によって構成することができる。各光マイクロセルを直列に接続するためには、電源配線層において、導電性薄膜により、１つの光マイクロセルのＮ型電極と次の光マイクロセルのＰ型電極とを順次に接続する。そして、その一方の端の光マイクロセルの、他の光マイクロセルと接続されていないＮ型電極が、光マイクロモジュール全体の負電極となり、フリップチップ電極８２１に接続される。また、直列に接続された他方の端の光マイクロセルの、他の光マイクロセルと接続されていないＰ型電極が、光マイクロモジュール全体の正電極となり、別のフリップチップ電極８２１に電気的に接続される。この電源配線層により、直列接続された光マイクロセルにフリップチップ電極から電源を供給することができる。電源配線層７８１及びフリップチップ電極８２１は、集光の妨げにならないように集光方向とは反対側に設けられている。
また、図１８に示した光マイクロモジュールの場合と同様に、光マイクロモジュールから集光方向側に蛍光体を備えることができる。
【００７９】
次に、光マイクロセルをマトリクス状に配列して構成した光マイクロモジュールの例について説明する。
図２８、図２９は、光マイクロモジュール２５２の側面図及び斜視図である。両図とも、集光方向ｚは下向きに表わされている。この光マイクロモジュール２５２は、１つのサファイア基板３５２の上面に、発光層及びマイクロミラーを備えた光マイクロセル層１５２を備えている。光マイクロセル層１５２には、発光層を備えた光マイクロセル１５２１が多数並んで形成されており、各光マイクロセル１５２１の両端にはマイクロミラー６５２が備えられている。１つの光マイクロセル１５２１は、発光層の側面の４方向をマイクロミラー６５２によって囲まれるように形成することができる。光マイクロセル層１５２の上面には、背面反射膜５５２が設けられている。
【００８０】
図２８に示した例においては、光マイクロモジュール２５２の一辺にマイクロミラー６５２が９個設けられており、各マイクロミラー６５２に挟まれた８個の光マイクロセル１５２１を構成している。図２９において、ＳＡ面とＳＢ面にそれぞれ８個の光マイクロセルが表わされており、この光マイクロモジュール２５２は８×８＝６４個の光マイクロセルから構成されていることになる。前記のとおり、光マイクロセルの数や、各光マイクロセル間の接続方法は、任意に設計することができる。
【００８１】
図３０は、上記光マイクロモジュール２５２を、集光方向ｚを上に向けて表わした側面図である。光マイクロセル１５２１内の活性層から放出される光のうち、集光方向ｚに向いた光は透明基板３５２を通じて集光方向に直進する（ｐ）。また、集光方向ｚとは反対向きに放出された光は、背面反射膜５５２により反射され、透明基板３５２通して集光方向に集められる（ｑ）。さらに、集光方向ｚと直角をなす方向への光は、４方向に形成され且つ活性層に対して略４５°（例えば３０°から６０°）の角度で傾斜したマイクロミラー６５２により略集光方向へ反射され、透明基板３５２を通じて集光方向へ集められる（ｒ）。前記のとおりマイクロミラーの活性層に対する角度（α）が５４°に形成されている場合、図示するように反射光ｒの方向は集光方向ｚに対して１８°の角度になる。
この集光方向ｚと直角をなす光は発光層の薄膜に沿って伝播する。その伝播中の減衰を避けるためには、発光層の大きさはできるだけ小さく、光マイクロセル中でマイクロミラーが占める面積はできるだけ小さく、発光層とマイクロミラーとの距離はできるだけ短くすることが好ましい。光マイクロセルを配列したとき、各光マイクロセルの大きさ即ちマイクロミラーのピッチは、例えば、幅・奥行きともに１００μｍ程度で形成することができる。
【００８２】
図３１は、１つの光マイクロセルの構造を詳細に示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。図３１（ｂ）の平面図は、光マイクロセル及びその電極の構造を説明するために、電極面から見た図に、半導体層及びマイクロミラー部を合せて描いてある。
図３１（ａ）に示す光マイクロセル１５３は、サファイア基板３５３、ＩＴＯなどの透明電極７５３１、Ｎ型半導体層４５３ｂ、活性層４５３ｃ、Ｐ型半導体層４５３ａ、サファイア基板側のＮｉ薄膜５５３１、シリコン基板側のＮｉ薄膜５５３２、シリコン層３６３、ＰＩＱ膜（絶縁性ポリイミド膜）５８３を備えている。
図３１（ｂ）に示すように、Ａｌ等を材料としたＰ型電極７５３ａ及びＮ型電極７５３ｂの領域、及び半導体層（４５３ａ〜４５３ｃ）等が積層された領域は、それぞれ四隅を直角形状にせず、丸みを持たせるように形成されている。これにより、電界の集中を避けて平均的な発光を促すことができる。
【００８３】
上記構造の光マイクロセル（光マイクロモジュール）をウェーハ状態で製造する方法について、図３２〜図３５を参照しつつ説明する。
図３２（ａ）に示す基板は、（１１０）面方位のＮ型シリコン３６３を基板にして、厚さ３μｍ程度の高濃度Ｐ型シリコン層３６３２をエピタキシャル成長させ、さらに厚さ５μｍ程度のＮ型シリコン層３６３３をエピタキシャル成長させた基板である。この基板上に厚さ０．５μｍ程度の酸化膜５８４を形成し、フォトリソグラフィーによりパターンを形成してある。図３３（ａ）は上記Ｎ型シリコンウェーハの斜視図を示し、碁盤の目のように幅２μｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ２）５８４をフォトリソグラフィーで残したもので、そのピッチは１００μｍ程度とされている。上記基板をアルカリ性（例えば水酸化カリウム）のエッチング液に入れることによりＮ型シリコン層３６３３がエッチングされる。図３２（ｂ）及び図３３（ｂ）は、シリコンの（１１１）面方位のエッチング速度が遅いという異方性エッチング特性のために、Ｎ型シリコン層３６３３のエッチングが（１１１）面で停止し、５４°に切り立った斜面が形成されている様子を示す。Ｎ型シリコン層３６３３の傾斜面は、４方向ともに形成される。
図３２（ｃ）に示した状態では、その後、Ｎｉ薄膜５５３２が形成されている。シリコンの鏡面をそのまま、この状態で使うことも可能であるし、酸化膜を形成して後のサファイア基板と合体した時の共有結合をし易くして使うことも可能であるが、この事例ではＮｉ薄膜を形成してサファイア基板側に形成するＮｉ薄膜と共有結合をし易くしてある。
この形状にてマイクロミラーを形成したシリコンウェーハが完成する。
【００８４】
次に、透明基板（サファイア基板）側の製造方法の例を説明する。
図３４（ａ）に示す基板は、３インチのサファイア基板３５３にＩＴＯなどの透明電極層層７５３１、Ｎ型ＧａＡｌＮ層４５３ｂ、活性層４５３ｃ、Ｐ型ＧａＡｌＮ層４５３ａ、全反射導体（Ｎｉ薄膜）５５３１が積層してある。図ではこれらの層の厚さが拡大して表わされている。
図３４（ｂ）は、上記基板上に深さ１０μｍ、幅２０μｍの溝３５３１を形成した状態である。この溝はフォトリソグラフィーとエッチングの工程により形成することができる。
図３４（ｃ）は、上記溝を形成したサファイア基板３５３に、前記マイクロミラーを形成したシリコン基板（図４８（ｃ）の状態）を貼り合わせる直前の状態を表す図である。サファイア基板上の溝の中央に、シリコンウェーハに形成されたマイクロミラーの頂点が位置するように、位置を合わせて両ウェーハを貼り合わせる。
図３４（ｄ）は、両ウェーハが合体した状態である。両ウェーハは合体面の表層同士が鏡面であり、この事例では、ともにＮｉ薄膜層（５５３１、５５３２）であるため、分子間引力により分子のレベルで完全に一体化する。これによりマイクロミラー部分は外部から完全に隔離されて安定的なミラーを形成することができる。この技術は近年普及の始まったシリコンの張り合わせ技術と同様である。シリコンの張り合わせの場合にはシリコン面と酸化シリコン面が張り合わされるが、この事例では、シリコンウェーハ上のＮｉ薄膜とサファイア基板上のＮｉ薄膜とが貼り合わされる。
【００８５】
上記はシリコン基板とサファイア基板とをＮｉ薄膜を介して張り合わせる例であるが、ウェーハ口径が大きくなる場合には、両ウェーハのヤング率の違いや熱膨張係数の違いなど物性的な特性値の違いにより、貼り合わせに有機物の接着層を用いてもよい。
図３４（ｅ）は、貼り合わせたウェーハのシリコン基板側をエッチングして、厚さ３μｍ程度だけを残した状態である。図中の３３６２がシリコン層である。高濃度Ｐ型シリコン層３３６２のエッチング速度が遅いことを利用して、正確な厚さを残すことができる。この３μｍ程の厚さのシリコン層がマイクロミラーを構造体として支える部位である。
【００８６】
上記のようにシリコン基板とサファイア基板とを貼り合わせた状態から、光マイクロセルの電極を形成する工程を、図３５を参照して説明する。
図３５（ａ）は、図３４（ｅ）に示した基板に、フォトレジスト１８１のパターンを形成した状態を示す。この状態において、シリコン層３６３２のエッチング、シリコン側反射導体（Ｎｉ薄膜）５５３２のエッチング、サファイア側反射膜（Ｎｉ薄膜）５５３１のエッチング、半導体層４５３ａ〜４５３ｃのエッチングを行い、透明電極層（ＩＴＯ）７５３１をストッパーにしてエッチングを終了する。
図３５（ｂ）は上記エッチング後の状態を示している。シリコン層３６３２は（１１０）の面方位を有しているため、エッチングされた壁面が５４°傾斜したテーパ状になり、サファイア基板上に形成されていた半導体層等は、透明電極（ＩＴＯ）７５３１を残してエッチングされている。
図３５（ｃ）は、ＰＩＱ（絶縁性ポリイミド膜）５８３を塗布した後、Ｐ型電極部とＮ型電極部のＰＩＱを除去した状態を表わす図である。
図３５（ｄ）は、上記の状態から、Ａｌなどを材料とした電極材を蒸着した後にエッチングすることにより、Ｐ型電極７５３ａと、Ｎ型電極７５３ｂを形成した状態を表わす。
以上の工程によって、光マイクロセルのマイクロミラー、発光層及びその電極層は形成された。さらに光マイクロセルの電極層の上に、光マイクロセル間を接続する電源配線層を形成することにより、光マイクロモジュールを完成することができる。
【００８７】
図３６は、図３５（ｄ）のように形成された光マイクロセルにおける、光の反射の様子を示している。マイクロミラーは、シリコン基板上に形成された凸部の傾斜部表面のＮｉ膜５５３２である。図３６において、活性層４５３ｃ内で水平方向すなわち薄膜に沿って発光した光は、４方向に形成されているマイクロミラーにより反射されて略集光方向へ向かう（ｒ）。この例では、マイクロミラーの傾斜角度が５４°に形成されているため、マイクロミラーにより、光が集光方向ｚに対して１８°傾いた方向に反射される様子を示している。また、活性層からマイクロミラーとは反対方向すなわちＮ型電極７５３ｂの方向に放出された光は、ＰＩＱ膜で反射されたり負電極のＡｌにて反射されたりして発光層内へ戻り、マイクロミラーへ向かう。また、その一部は負電極のＡｌ薄膜の傾斜により集光方向へ内部反射される（ｒ’）。
前記のとおり、マイクロミラーの傾斜角度（α）と集光の関係からいえば、α＝４５°であることが好ましい。シリコンの所定の面方位を利用して形成された上記マイクロミラーはα＝５４°となり、マイクロミラーによる反射光の方向は集光方向ｚに対して１８°傾いた方向とすることができるため、極めて好ましいマイクロミラーを実現することができる。
【００８８】
光マイクロセルをウェーハ上に並べて作製し、各光マイクロセル１５２１のＰ型電極及びＮ型電極をそれぞれ結線する電源配線層７８２を設け、さらにフリップチップ電極層８２２を形成することができる。フリップチップ電極は、ウェーハ状態で形成されてもよいし、各光マイクロモジュールに分割した後にスタッドバンプというような方法等で形成されてもよい。また、ウェーハの状態から、図３０に示した光マイクロモジュールを切り出すときには、スクライブラインとして、８×８の光マイクロセルの隣の光マイクロセルを使用することができる。各光マイクロセルは、電源配線層が形成されるまでは電気的にも光学的にも独立であるため、発光部として使用せずにスクライブラインとして使用することができる。
【００８９】
本発明は、以上の実施の形態１、２及び３に詳述した実施例に限定されない。本発明の基本要素は、発光層から放出される光およびその光が半導体層で反射等された光をできる限り多く集光方向に取り出すことである。したがって、反射率ができるだけ高い材料により反射部を構成すること、光マイクロセル内での光の吸収や減衰をできる限り少なくすることが重要である。そのためには、例えば、透明基板（サファイア基板）上に発光層を形成し、その発光層からの光を前記透明基板を通して集光する構造の光マイクロモジュールの場合に、電源配線層（又は電源配線層と、フリップチップ電極又はフリップチップ用電極）が形成された後、すなわち光マイクロモジュールの構造が物理的に固定された後に、透明基板層を除去することが可能である。
【００９０】
例えば、図３７に示すように、光マイクロモジュール２３７に電源配線層を形成し、さらにフリップチップ電極８０２等を形成して、光マイクロモジュールをパッケージ基板９４２に実装した後、基板としての役目を終えたサファイア層をリフトオフ手法にて除去することができる。同様に、光マイクロモジュールとほぼ同一サイズのセラミックやシリコンなどからなり貫通導電ビアが形成されている別の基板に光マイクロモジュールを実装した後、サファイア基板を除去することができる。これにより、サファイア層内での光の減衰をなくすることができる。更に、サファイア層の除去によって発光素子の集光方向側の表面（前記サファイア基板と接していた発光層側の表面）が露出されるため、その表面をブラストなどによりなし地のように粗くして発光層内の全反射を減少せしめ、結果として、集光効率を上げることができる。
図３８（ｂ）は、同図（ａ）に示すウェーハ２７３（透明基板３３８）上に光マイクロモジュール２３８が配列して形成され、別のウェーハ９４３と貼り合わされた状態の断面図である。光マイクロモジュール２３８には、マイクロミラー６３８を備えた光マイクロセル１３８１が配列して形成され、電源配線層７８３が形成された後にフリップチップ電極８０３が形成されている。また、別のウェーハ９４３には、貫通導電ビア９４３１と表面電極９４３２が形成されている。光マイクロモジュール２３８の電極は、フリップチップ電極８０３及び貫通導電ビア９４３１を介して、別のウェーハ９４３上の表面電極９４３２と接続されている。このような状態では、光マイクロモジュール２３８を構成する基板上の構造（発光層、マイクロミラー、電源配線層等）は物理的に固定されているため、透明基板３３８を除去することが可能である。透明基板３３８は、１つ１つの光マイクロモジュールに分離された後に除去されてもよい。図３８（ｃ）は、上記ウェーハ２７３上の光マイクロモジュール２３８が個々に分離され、透明基板３３８が除去された光マイクロモジュール２３９を、上下を逆にして表わした図である。
【００９１】
上記は一例であり、光マイクロモジュールの材料の選択や組み合わせが重要な要素となる。事例では、反射膜としてニッケルやコバルトなどを例にあげて説明したが、銀などのようにより反射率の高い材料を利用することも可能である。また、半導体材料としてはＧａＡｌＮを挙げて説明したが、ＧａＮその他の半導体材料にも適用することができる。
さらに、本光マイクロモジュールの構造は、蛍光体を用いる発光ダイオードに限らず、可視光を発する発光ダイオードにも共通に利用できる構造である。
また、光マイクロセルはそれぞれ電気的に分離されて形成され、その複数の光マイクロセルのうちの少なくとも一部を電気的に直列に接続して、光マイクロモジュールが構成される。この直列に接続する光マイクロセルの数は、電源配線層以後のパターンを変更することにより、使用される電源の電圧値に応じて任意の数とすることができる。
その他、本発明は以上で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
発光ダイオードの用途は省エネに向けてその用途が拡大している。自動車分野においてはヘッドライトを始めとする灯具、家庭用ではＬＥＤを用いた灯具、液晶ＴＶ受像器等のバックライト、産業用では信号機等、広範な分野で採用されている。高電圧駆動で使い易い発光ダイオードは今後の重要な部品となるものである。
【符号の説明】
【００９３】
１０、１１、Ｃ１〜Ｃ２２、１０２、１０３、１３２１、１３３、１３８１、１５２１、；光マイクロセル（発光ダイオード素子）、１６１１〜１６１４、１７１１、１７２１；フォトレジスト、２０１、２３１、２３２、２３７、２３８、２３９、２５１、２５２；光マイクロモジュール（発光ダイオードモジュール）、２７１、２７３；ウェーハ、３、３１、３０２、３０３、３３１、３３２、３３３、３３８、３５１、３５２、３５３；基板、３６１；第２の基板（シリコン基板）、３６３；Ｎ型シリコン層、３６３２；高密度Ｐ型シリコン層、３６３３；Ｎ型シリコン層、４、４１、４０２、４０３、４３１；発光層（半導体層）、４０１ａ、４０２ａ、４０３ａ、４３１ａ、４３３ａ、４３４ａ、４３５ａ；Ｐ型半導体層（Ｐ型領域）、４３１ｃ、４３３ｃ、４３４ｃ、４５１ｃ、４５３ｃ；活性層、４０１ｂ、４０２ｂ、４０３ｂ、４３１ｂ、４３３ｂ、４３４ｂ、４５３ｂ；Ｎ型半導体層（Ｎ型領域）、５、５１、５０２、５０３、５３１、５３２、５３３、５５１、５５２；背面反射膜、５６２、５６３、５７３；絶縁膜（ＳｉＯ２膜）、５８３；絶縁膜（ＰＩＱ膜）、５８４；ＳｉＯ２膜、６、６１、６０２、６０３、６３１、６３２、６３８、６５１、６５２、６５３；マイクロミラー（側方反射部）、７０１ａ、７０２ａ、７０３ａ、７３３ａ、７５３ａ；Ｐ（Ｐ型）電極、７０１ｂ、７０２ｂ、７０３ｂ、７３３ｂ、７５３ｂ；Ｎ（Ｎ型）電極、７６１３、７６１４；透明導電膜、７７１、７７２、７８１、７８２、７８３；電源配線層、８０１、８０２、８０３、８２１、８２２；フリップチップ電極、８５１、８５２、８５６；リード、９０１、９１１、９２１；蛍光体、９４１、９４２；パッケージ基板、９４３；別の基板（ウェーハ）、９７１、９７２、９７３、９７７；キャップ、９８３；カバーガラス、ｐ、ｑ、ｒ、ｒ’；光の進行方向、Ｓ；発光層（活性層）に平行な方向、ｚ；集光方向、α；マイクロミラーの傾斜角。
【図１】
2010074288.tif 000003
【図２】
2010074288.tif 000004
【図３】
2010074288.tif 000005
【図４】
2010074288.tif 000006
【図５】
2010074288.tif 000007
【図６】
2010074288.tif 000008
【図７】
2010074288.tif 000009
【図８】
2010074288.tif 000010
【図９】
2010074288.tif 000011
【図１０】
2010074288.tif 000012
【図１１】
2010074288.tif 000013
【図１２】
2010074288.tif 000014
【図１３】
2010074288.tif 000015
【図１４】
2010074288.tif 000016
【図１５】
2010074288.tif 000017
【図１６】
2010074288.tif 000018
【図１７】
2010074288.tif 000019
【図１８】
2010074288.tif 000020
【図１９】
2010074288.tif 000021
【図２０】
2010074288.tif 000022
【図２１】
2010074288.tif 000023
【図２２】
2010074288.tif 000024
【図２３】
2010074288.tif 000025
【図２４】
2010074288.tif 000026
【図２５】
2010074288.tif 000027
【図２６】
2010074288.tif 000028
【図２７】
2010074288.tif 000029
【図２８】
2010074288.tif 000030
【図２９】
2010074288.tif 000031
【図３０】
2010074288.tif 000032
【図３１】
2010074288.tif 000033
【図３２】
2010074288.tif 000034
【図３３】
2010074288.tif 000035
【図３４】
2010074288.tif 000036
【図３５】
2010074288.tif 000037
【図３６】
2010074288.tif 000038
【図３７】
2010074288.tif 000039
【図３８】
2010074288.tif 000040
【図３９】
2010074288.tif 000041
【図４０】
2010074288.tif 000042
【図４１】
2010074288.tif 000043
【図４２】
2010074288.tif 000044
【図４３】
2010074288.tif 000045
【図４４】
2010074288.tif 000046
【国際調査報告】
2010074288.tif 000047
2010074288.tif 000048
2010074288.tif 000049
2010074288.tif 000050
2010074288.tif 000051
2010074288.tif 000052
2010074288.tif 000053