(57)【要約】  【課題】  熱抵抗の大幅な低減が可能でしかも光取り出し効率が高い集積型発光ダイオードを提供する。  【解決手段】  基板上にｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を順次成長させ、その上にｐ側電極１８を形成した後、これをマスクとしてこれらの半導体層をエッチングすることで大きさが２０μｍ以下の微小発光ダイオードを形成する。これらの微小発光ダイオードのｐ側電極１８上にヒートシンクとなる半導体基板２０の導電層２１を貼り合わせる。基板をレーザ剥離法により剥離した後、この剥離で露出した半導体層をエッチングや研磨などにより平坦化し、この平坦面に発光波長の光を散乱する凹凸を形成し、ｎ型ＧａＮ層１５上に透明電極からなるｎ側電極２２を形成する。この後、微小発光ダイオードが形成された半導体基板２０をチップ化し、集積型発光ダイオードを得る。【選択図】        図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなることを特徴とする集積型発光ダイオード。
【請求項２】
上記複数の微小発光ダイオードは発光波長が互いに同一であることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項３】
上記微小発光ダイオードが上記第２の半導体層側を下にして上記ヒートシンク上に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項４】
上記第２の半導体層が上記ヒートシンクと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項５】
上記複数の微小発光ダイオードの間の部分に発光波長の光に対して透明な絶縁体が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項６】
上記複数の微小発光ダイオードの上記第１の半導体層上に透明電極層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項７】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層が実質的に無転位であることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項８】
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１導電型側の電極および上記第２の半導体層と電気的に接続された第２導電型側の電極を上記複数の微小発光ダイオードの上記ヒートシンク側に有することを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項９】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項１０】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層がＡｌＧａＩｎＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の集積型発光ダイオード。
【請求項１１】
第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられていることを特徴とする微小発光ダイオード。
【請求項１２】
上記微小発光ダイオードは円柱状の形状、多角柱状の形状またはストライプ形状を有することを特徴とする請求項１１記載の微小発光ダイオード。
【請求項１３】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層が実質的に無転位であることを特徴とする請求項１１記載の微小発光ダイオード。
【請求項１４】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１１記載の微小発光ダイオード。
【請求項１５】
少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードの製造方法であって、
基板上に第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第２導電型側の電極を形成する工程と、
上記第２導電型側の電極をマスクとして上記第２の半導体層、上記活性層および上記第１の半導体層をエッチングすることにより少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の複数の微小発光ダイオードを形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第２導電型側の電極上にヒートシンクを貼り合わせる工程と、
上記基板をレーザ剥離法により除去する工程と、
上記第１の半導体層の剥離面を平坦化する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記平坦化された上記第１の半導体層上に第１導電型側の電極を形成する工程とを有することを特徴とする集積型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードの製造方法であって、
基板上に第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第２導電型側の電極を形成する工程と、
上記第２導電型側の電極をマスクとして上記第２の半導体層、上記活性層および上記第１の半導体層をエッチングすることにより少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の複数の微小発光ダイオードを形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第１の半導体層上に第１導電型側の電極を形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第１導電型側の電極および上記第２導電型側の電極上にヒートシンクを貼り合わせる工程と、
上記基板をレーザ剥離法により除去する工程と、
上記第１の半導体層の剥離面を平坦化する工程とを有することを特徴とする集積型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードを基板上にそれぞれ複数個配列することにより形成された発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一種類の発光ダイオードが、第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードであることを特徴とする発光ダイオードディスプレイ。
【請求項１８】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードを基板上にそれぞれ複数個配列することにより形成された発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一種類の発光ダイオードが、第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードであることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集積型発光ダイオード、集積型発光ダイオードの製造方法、微小発光ダイオード、発光ダイオードディスプレイおよび発光ダイオード照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、基板上にダイオード構造を構成する半導体層を成長させ、電極を形成した後、半導体層とともに基板を分離してチップ化し、このＬＥＤチップをヒートシンク上にマウントしていた。このＬＥＤチップの大きさは一般的に３００μｍ角程度である。
【０００３】
なお、特許文献１には、単一チップ内に互いに離間し独立した複数のｐｎ接合面を有するＬＥＤチップを放熱ベースに一体に取り付けることが開示されている。また、特許文献２には、サブピクセルがほぼ同一色の発光素子によって構成されている表示装置が開示されている。また、特許文献３には、同種の複数のＬＥＤを埋め込んだ面型発光体が開示されている。さらに、特許文献４には、同色に発光する複数の発光素子を備えた表示素子が開示されている。ただし、特許文献２〜４においては、ヒートシンクについては記載されていない。
【特許文献１】特開平２−７４０８０号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００３−３３２６３３号公報
【０００５】
【特許文献３】特開２００２−１８５０４７号公報
【０００６】
【特許文献４】特開２００３−５６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来のＬＥＤにおいては、大きさが３００μｍ角程度と大きい発光ダイオードチップがヒートシンク上に搭載されるため、動作時の放熱は実質的にこの発光ダイオードチップの接触面を介してのみ行われ、熱抵抗が大きく、放熱が不十分であるという問題があった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、熱抵抗の大幅な低減が可能で光取り出し効率も高い集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびにこの集積型発光ダイオードを用いた高輝度の発光ダイオードディスプレイおよび発光ダイオード照明装置ならびにこの集積型発光ダイオードを構成するのに用いて好適な微小発光ダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、従来技術が有する上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、この発明を案出するに至った。その概要を説明すると次のとおりである。
すなわち、従来のＬＥＤにおいては、発光ダイオードチップ上の発光構造を構成する半導体層の厚さは通常１０μｍ程度であり、半導体層の横方向（チップ面に平行な方向）の大きさ（３００μｍ程度）に対する半導体層の厚さの比（アスペクト比）は非常に小さいが、これは光の取り出しの効率の観点からは好ましくない。これに対し、半導体層の横方向の大きさを半導体層の厚さに近づけることでこのアスペクト比を１に近い値にすることができれば、光取り出し効率の大幅な向上を図ることができる。それだけでなく、半導体層の横方向の大きさを例えば数十μｍ程度またはそれ以下とすることにより、半導体層に含まれる転位の数を大幅に減らすことができ、実質的に無転位とすることも可能である。このような転位が非常に少ない、あるいは無転位の半導体層により構成された微小なＬＥＤは、これまでにないものである。そして、この微小なＬＥＤをヒートシンク上に複数搭載し、そのＬＥＤ集合体を一つのＬＥＤとすることで、従来にない新たな集積型ＬＥＤを実現することができる。また、この集積型ＬＥＤによりハイパワーＬＥＤを構成する場合には、ヒートシンク上に必要な数の微小ＬＥＤを配列することで所望の光量を得ることができる。しかもこの場合、集積型ＬＥＤでは、複数の微小なＬＥＤがヒートシンク上に搭載されている結果、動作時に発生する熱をいわば三次元的に逃がすことができるため、単体の大きなＬＥＤチップをヒートシンク上に搭載する従来のＬＥＤに比べて、発熱による温度上昇を低く抑えることが可能である。このため、ハイパワーＬＥＤで問題となる発熱の問題を解消することができる。さらに、この集積型ＬＥＤによれば、従来の３００μｍ角程度の単体のＬＥＤと同じ使用面積で、実質的に発光部の面積を大きくすることができるため、より面発光に近づけることも可能である。
【０００９】
また、上記の集積型ＬＥＤを構成する微小ＬＥＤの、外部に光が取り出される側の半導体層の光取り出し面に発光波長の光を散乱する微小な凹凸を形成することにより、活性層から出てくる光をこの凹凸で散乱させることができ、それによって光取り出しを効率的に行うことができる。
さらに、上記のような集積型ＬＥＤをサファイア基板などの上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＧａＮ系半導体層を横方向成長させることで製造する場合、解決する必要がある課題があることが分かった。すなわち、この方法では、図２９Ａに示すように、サファイア基板２０１上にＧａＮ系半導体層２０２を形成し、このＧａＮ系半導体層２０２をシードとしてＥＬＯ法によりＧａＮ系半導体層２０３を横方向させ、その上に素子形成用のＧａＮ系半導体層２０４を成長させた後、図２９Ｂに示すように、サファイア基板２０１を除去する。この場合、このＧａＮ系半導体層２０４の表面は比較的平坦となるため、その上に電極を形成したり、そこから光取り出しを行ったりすることができるが、ＧａＮ系半導体層２０３は実際にはサファイア基板２０１から宙に浮いた形で横方向成長するため、その上面および下面とも平坦にならず、また、このＧａＮ系半導体層２０３とサファイア基板２０１との間の空間は通常、水素ガスや窒素ガスなどが封入された状態または空気が後に侵入する状態になっていることから、その下面は結晶性が悪い状態や変質した状態となっている。このようにＧａＮ系半導体層２０３の下面が平坦になっていないと、ＧａＮ系半導体層２０３、２０４の全体の上面と下面との平行度が悪く、光取り出し効率の劣化を招く。また、この下面が結晶性の悪い状態や変質した状態になっていると、この部分で光が吸収されるため、やはり光取り出し効率の劣化を招く。この問題を防止するためには、ＧａＮ系半導体層２０４を成長させ、サファイア基板２０１をレーザ剥離法により剥離した後に、図２９Ｃに示すように、このＧａＮ系半導体層２０３の剥離面をエッチング、研磨などにより平坦化することで、ＧａＮ系半導体層２０３、２０４の全体の上面と下面との平行度を高くするとともに、下面の結晶性が悪かったり、変質した部分を除去することが有効である。
この発明は、上記の検討に基づいて案出されたものである。
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなることを特徴とする集積型発光ダイオードである。
【００１１】
ここで、複数の微小発光ダイオードは発光波長が互いに同一であり、特性も通常は同一である。これらの微小発光ダイオードは通常、同一プロセスで同時に形成される。これらの微小発光ダイオードは、例えば、円柱状の形状や、四角柱や六角柱などの多角柱状の形状や、一方向に延在するストライプ形状を有するが、他の形状であってもよい。微小発光ダイオードが円柱状の形状や多角柱状の形状の場合、典型的には、積層面内の全ての方向の大きさが２０μｍ以下である。微小発光ダイオードがストライプ形状の場合には、その幅方向の大きさが２０μｍ以下である。微小発光ダイオードは典型的には、第２の半導体層側を下にしてヒートシンク上に搭載される。第２の半導体層は典型的にはこのヒートシンクと電気的に接続される。このヒートシンクとしては、例えばＧａＡｓ基板やＳｉ基板などの半導体基板が用いられるが、他のものを用いてもよい。このヒートシンクは典型的には一体のものであるが、場合によっては、複数のヒートシンクを接合するなどして一体化したものであってもよい。相互の電気的絶縁のため、複数の微小発光ダイオードの間の部分には、好適には、発光波長の光に対して透明な絶縁体が埋め込まれる。また、複数の微小発光ダイオードの第１の半導体層上には、典型的な一つの例では、透明電極層が形成される。この透明電極層は第１の半導体層と電気的に接続される。微小発光ダイオードを構成する第１の半導体層、活性層および第２の半導体層は転位を非常に少なくすることができ、実質的に無転位（例えば、１×１０8 ｃｍ-2以下）とすることができる。これは、微小発光ダイオードの少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下と極めて小さいことにより可能となるものである。第１の半導体層と電気的に接続された第１導電型側の電極および第２の半導体層と電気的に接続された第２導電型側の電極を複数の微小発光ダイオードのヒートシンク側に有するようにすることもある。この場合には、上記の透明電極は不要となる。
【００１２】
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層を構成する半導体としては、基本的にはどのようなものを用いてもよいが、具体的には、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＡｌＧａＩｎＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などである。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ａｓu Ｎ1-u-v Ｐv （ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的にはＡｌx Ｇａ1-x-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｚ＜１）からなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
【００１３】
微小発光ダイオードが赤色発光の場合、それは典型的にはＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を活性層（発光層）とする発光ダイオードであり、微小発光ダイオードが緑色発光または青色発光の場合、それらは典型的にはＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z-u Ｉｎz Ｔｌu Ｎ系半導体層（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｕ＜１）を活性層とする発光ダイオードである。
【００１４】
第２の発明は、
第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられていることを特徴とする微小発光ダイオードである。
第２の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００１５】
第３の発明は、
少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードの製造方法であって、
基板上に第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第２導電型側の電極を形成する工程と、
上記第２導電型側の電極をマスクとして上記第２の半導体層、上記活性層および上記第１の半導体層をエッチングすることにより少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の複数の微小発光ダイオードを形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第２導電型側の電極上にヒートシンクを貼り合わせる工程と、
上記基板をレーザ剥離法により除去する工程と、
上記第１の半導体層の剥離面を平坦化する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記平坦化された上記第１の半導体層上に第１導電型側の電極を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
成長に用いる基板としては、微小発光ダイオードを構成する半導体層を良好な結晶性で成長させることが可能である限り、基本的にはどのような材料のものを用いてもよい。具体的には、赤色発光の発光ダイオードを構成するＡｌＧａＩｎＰ系半導体層の成長にはＧａＡｓ基板を用いるのが一般的である。緑色発光および青色発光の発光ダイオードを構成するＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z-u Ｉｎz Ｔｌu Ｎ系半導体層の成長には、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 などからなる基板を用いることができる。例えば、Ｃ面またはＡ面を主面としたサファイア基板を用い、その上にＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z-u Ｉｎz Ｔｌu Ｎ系半導体層をＣ＋面方位で成長させる場合や、Ｒ面を主面としたサファイア基板を用い、その上にＢx Ａｌy Ｇａ1-x-y-z-u Ｉｎz Ｔｌu Ｎ系半導体層をＡ面方位で成長させる場合などである。ただし、ここで言うＣ面、Ａ面またはＲ面には、これに対して５〜６°程度まで傾いていて実質的にＣ面、Ａ面またはＲ面とみなすことができる結晶面も含むものとする。
【００１７】
微小発光ダイオードを構成する半導体層の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などを用いることができる。この成長においては、典型的には、まず、基板上にシード層となる半導体層を形成した後、横方向成長を行う。転位密度の小さい半導体層の成長方法としては、横方向成長のほか、サファイア基板などの基板に凹凸加工を施してからその上に成長を行う方法（ＬＥＰＳ（Lateral Epitaxy on the Patterned Substrate）と呼ばれる方法）や、サファイア基板などの基板に深い凹凸加工を施し、その凸部の側面から横方向成長を行う方法（カンチレバーエピタキシー法と呼ばれる方法）を用いてもよい。
第１の半導体層の剥離面の平坦化は、エッチングや研磨などを組み合わせることにより行うことができる。
【００１８】
第１導電型側の電極としては、典型的には透明電極が形成される。第１導電型側の電極を形成した後には、典型的には、複数の微小発光ダイオードが形成されたヒートシンクを所定形状にチップ化するが、場合によってはチップ化しないでそのまま使用してもよい。好適には、複数の微小発光ダイオードを形成した後、第２導電型側の電極上にヒートシンクを貼り合わせる前に、これらの複数の微小発光ダイオードの間の部分に、発光波長の光に対して透明な絶縁体を埋め込む。
第１の半導体層の剥離面を平坦化した後に、光取り出し面となるこの平坦面に発光波長の光を散乱する凹凸を形成するようにしてもよい。
第３の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００１９】
第４の発明は、
少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードの製造方法であって、
基板上に第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第２導電型側の電極を形成する工程と、
上記第２導電型側の電極をマスクとして上記第２の半導体層、上記活性層および上記第１の半導体層をエッチングすることにより少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下の複数の微小発光ダイオードを形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第１の半導体層上に第１導電型側の電極を形成する工程と、
上記複数の微小発光ダイオードの上記第１導電型側の電極および上記第２導電型側の電極上にヒートシンクを貼り合わせる工程と、
上記基板をレーザ剥離法により除去する工程と、
上記第１の半導体層の剥離面を平坦化する工程とを有することを特徴とするものである。
第４の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第３の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２０】
第５の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードを基板上にそれぞれ複数個配列することにより形成された発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一種類の発光ダイオードが、第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードであることを特徴とするものである。
【００２１】
発光ダイオードを配列する基板としては種々のものを用いることができ、用途などに応じて最適なものが用いられるが、通常はこの基板を通して光が取り出されるようにするため、透明な導光板が用いられる。
第５の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２２】
第６の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードを基板上にそれぞれ複数個配列することにより形成された発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一種類の発光ダイオードが、第１導電型の第１の半導体層、活性層および第２導電型の第２の半導体層が順次積層された構造を有し、上記積層面内の少なくとも一方向の大きさが２０μｍ以下であり、上記第１の半導体層および上記第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられている同種類の複数の微小発光ダイオードが一体のヒートシンク上に互いに分離された状態で搭載されてなる集積型発光ダイオードであることを特徴とするものである。
第６の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第５の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２３】
上述のように構成されたこの発明においては、集積型発光ダイオードを構成する各微小発光ダイオードは大きさが２０μｍ以下と極めて小さいため、大きさが３００μｍ角程度と大きい単体の発光ダイオードチップをヒートシンク上に搭載する従来の発光ダイオードと異なり、動作時に発生する熱を各微小発光ダイオードからヒートシンクに伝導により迅速に逃がすことができ、全体としていわば三次元的に効率よく放熱を行うことができる。また、微小発光ダイオードを構成する半導体層の厚さも通常は１０μｍ程度であるため、微小発光ダイオードのアスペクト比を０．５程度またはそれ以上とすることができ、１により近づけることができ、光を取り出す上で有利である。さらに、第１の半導体層および第２の半導体層のうちの外部に光が取り出される方の光取り出し面に発光波長の光を散乱する凹凸が設けられているため、活性層から出てくる光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００２４】
また、基板上に第１の半導体層、活性層および第２の半導体層を成長させ、この基板をレーザ剥離法により除去した後、この第１の半導体層の剥離面を平坦化することにより、これらの半導体層全体の上面と下面との平行度を高くすることができるとともに、第１の半導体層の下面の結晶性の悪い部分や変質した部分を除去することができ、この下面での光の吸収を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、熱抵抗が極めて低く、光取り出し効率も高い集積型発光ダイオードを実現することができる。そして、この集積型発光ダイオードを用いて高輝度の発光ダイオードディスプレイおよび発光ダイオード照明装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一の部分には同一の符号を付す。
まず、この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤについて説明する。
図１〜図１１はこの集積型ＬＥＤの製造方法を示し、図１２は集積型ＬＥＤの完成状態を示す。ここで、図１〜図６および図１０〜図１２のＡは平面図、Ｂは断面図である。
【００２７】
図１に示すように、まず、例えば主面がＣ＋面であるサファイア基板１１を用意し、サーマルクリーニングなどによりその表面を清浄化した後、このサファイア基板１１上に例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば成長温度１０００℃程度でＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１２を所定の厚さ、例えば１μｍ程度に成長させる。次に、このｎ型ＧａＮ層１２をリソグラフィーおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などを用いたエッチングにより所定の幅およびピッチのストライプ形状に加工する。このエッチングはサファイア基板１１に達するまで行う。このストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の幅は例えば１０μｍ、ピッチは例えば５０〜６０μｍである。
【００２８】
次に、図２に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により例えば成長温度１０７０℃程度でＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１３を所定の厚さ、例えば１μｍ程度の厚さに成長させる。この場合、サファイア基板１１のＣ＋面上から成長が始まり、その部分が横方向成長することにより、基板全面にｎ型ＧａＮ層１３が成長する。隣接するストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の中央部には成長層の会合部１４が形成される。このｎ型ＧａＮ層１３のうち、ストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の側面と会合部１４との間の部分の結晶性は良好で、ほぼ無転位とすることができる。
【００２９】
次に、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ層１３上に例えば厚さが３μｍ程度のＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１５を成長させる。次に、ｎ型ＧａＮ層１５上に例えば厚さが２．５ｎｍのＩｎＧａＮからなる井戸層と例えば厚さが６ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを交互に成長させて多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１６を成長させる。この活性層１６の井戸数は例えば５〜２０とする。次に、この活性層１６上に必要に応じて劣化防止層としてアンドープＧａＮ層（図示せず）を成長させ、さらに、必要に応じてその上に電子阻止層としてＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＮ層（図示せず）を成長させた後、その上にＭｇドープのｐ型ＧａＮ層１７を成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ層は、例えばＡｌ組成が０．１５で厚さが２０ｎｍである。次に、必要に応じて、ｐ型ＧａＮ層１７およびｐ型ＡｌＧａＮ層にドープされたＭｇを電気的に活性化するために熱処理を行う。
上記のｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６、ｐ型ＧａＮ層１７などのうち、ｎ型ＧａＮ層１２の側面と会合部１４との間のほぼ無転位の部分のｎ型ＧａＮ層１３上に成長した部分も同様にほぼ無転位となる。
【００３０】
上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａ原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎ原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎ原料としてはＮＨ3 を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００３１】
次に、図４に示すように、ストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の側面と会合部１４との間の部分のほぼ無転位のｐ型ＧａＮ層１７上に円形のｐ側電極１８を形成する。このｐ側電極１８はストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の延在方向に所定ピッチで形成する。このｐ側電極１８の直径は例えば２０μｍ程度である。このｐ側電極１８としては、Ａｇ、Ｒｈなどの高反射材料、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどのオーミック電極材料、Ｎｉ／Ａｇ／Ｎｉ多層金属膜やＮｉ／Ｐｔ／Ｎｉ多層金属膜などを用いることができる。このｐ側電極１８にＡｇ、Ｒｈなどの高反射材料を用いる場合、これらのＡｇ、Ｒｈなどをｐ型ＧａＮ層１７上に直接形成してもよいし、オーミックコンタクトを取りにくければ例えば厚さが５ｎｍ程度のＮｉ膜を介して形成してもよい。このｐ側電極１８の下地のｐ型ＧａＮ層１７はほぼ無転位であるため、転位を伝わったＡｇなどのエレクトロマイグレーションによるｐ側電極１８と後述のｎ側電極２２との短絡の問題を有効に防止することができる。
【００３２】
次に、図５に示すように、ｐ側電極１８をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮ層１３が露出するまでエッチングを行う。こうして、ｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７が円柱状に加工される。この円柱部が一つのＧａＮ系ＬＥＤ（マイクロＧａＮ系ＬＥＤ）を構成する。この円柱状のＧａＮ系ＬＥＤはほぼ無転位である。
次に、図６に示すように、上記の円柱部の間の部分に発光波長の光に対して透明な透明絶縁材料１９を埋め込む。この透明絶縁材料１９は、例えば透明樹脂やＳｉＯ2 などである。
【００３３】
次に、図７に示すように、ヒートシンクとなる、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板などの導電性の半導体基板２０の表面に、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐｔなどやそれらの合金（ＡｕＳｎなど）などの導電層２１をコーティングしたものを別途用意し、その導電層２１を図６に示すサファイア基板１１上のｐ側電極１８と貼り合わせる。
【００３４】
次に、図８に示すように、サファイア基板１１の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２、１３から上の部分を剥離する（レーザ剥離法）。
このようにして剥離されたもののｎ型ＧａＮ層１２、１３の剥離面は、既に述べたように、平坦性が悪く、しかも結晶性が悪かったり、変質層が形成されていたりする。そこで次に、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ層１２、１３の剥離面をＨＣｌなどにより処理した後、この剥離面を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法などにより研磨したり、ＲＩＥ法によりエッチングしたりして平坦化し、最終的にｎ型ＧａＮ層１５の裏面を露出させる。この時点で各マイクロＧａＮ系ＬＥＤは相互に分離される。
【００３５】
次に、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮ層１５および透明絶縁材料１９上に発光波長の光に対して透明な材料、例えばＺｎＯやインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などからなるｎ側電極２２を形成する。ｎ側電極２２を透明にするのは、このｎ側電極２２が光取り出し面となるためである。ｎ型ＧａＮ層１５の一部に例えばＴｉ／Ａｌ膜やＴｉ／Ａｕ膜などのパターンを形成し、その上にｎ側電極２２を形成するようにしてもよい。また、ｎ型ＧａＮ層１５および透明絶縁材料１９上にＮｉ、Ａｕ、ＮｉＯなどのオーミック電極材料を発光波長の光に対して透明な十分に小さい厚さ、例えば約５ｎｍの厚さに形成し、その上にｎ側電極２２を形成するようにしてもよい。また、ｎ側電極２２の一部にＴｉ／Ｎｉ膜のパターンを形成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、図１１に示すように、ｎ側電極２２上にパッド電極２３を形成する。このパッド電極２３は、円柱状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤ部を避けた部位のｎ側電極２２上に形成する。
次に、円柱状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤが集積された半導体基板２０を図１１に示す１チップ領域の形状に切り出してチップ化する。これによって、図１２に示すように、複数の円柱状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤがヒートシンクである半導体基板２０上に集積された集積型ＬＥＤチップが得られる。この集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップの大きさは、従来のＬＥＤチップの大きさと同様に、３００μｍ程度またはそれ以下とすることができる。この集積型ＬＥＤチップに含まれるマイクロＧａＮ系ＬＥＤの個数は、その直径や配列ピッチにもよるが、例えば１０〜５０個程度である。
【００３７】
図示は省略するが、この集積型ＬＥＤは、通常の単体ＧａＮ系ＬＥＤと同様にＳｉ、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどからなるサブマウント（Ｓｉサブマウントでは静電気放電（ＥＳＤ）防止用ツェナーダイオードを含むものなど）にマウントし、通常のＬＥＤパッケージのアノード端子およびカソード端子にそれぞれ配線をワイヤーボンディングし、さらに樹脂モールドまたはシリコーンなどでモールドし、必要に応じてさらにその上に集光用のレンズを取り付ける。一例を図１３に示す。図１３に示すように、ステム１０１上にサブマウント１０２を載せ、その上にこの集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップ１０３をはんだを用いてマウントする。集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップ１０３のパッド電極２３とステム１０１のカソード端子１０４とをワイヤ１０５によりボンディングするとともに、サブマウント１０２上に設けられ、集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップ１０３のｐ側電極１８と電気的に接続されたパッド（図示せず）とステム１０１のアノード端子１０６とをワイヤ１０７によりボンディングする。カソード端子１０４およびアノード端子１０６はそれぞれリード１０８、１０９と接続されている。集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップ１０３およびワイヤ１０５、１０７の全体を透明な樹脂１１０によりモールドする。樹脂１１０の屈折率は例えば１．５〜２である。
【００３８】
以上のように、この第１の実施形態によれば、例えば直径が２０μｍ程度の円柱状の形状を有し、発光波長および特性が同一のマイクロＧａＮ系ＬＥＤが複数個、ヒートシンクである同一の半導体基板２１上に搭載された集積型ＬＥＤを得ることができる。このマイクロＧａＮ系ＬＥＤは、活性層１６の材料などの選択により青色発光または緑色発光に構成することができ、それによって青色発光または緑色発光の集積型ＬＥＤを得ることができる。この集積型ＬＥＤにおいては、直径が２０μｍ程度と小さいマイクロＧａＮ系ＬＥＤがヒートシンク上に載っているため、大きさが３００μｍ角程度と大きい単体のＬＥＤチップがヒートシンク上に載っている従来のＬＥＤに比べて、熱抵抗の大幅な低減を図ることができる。また、マイクロＧａＮ系ＬＥＤのアスペクト比は０．５程度と従来に比べて大幅に高くすることができて光の取り出しの観点より好ましく、ひいては発光効率に優れた集積型ＬＥＤを得ることができる。また、レーザ剥離法によりサファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２、１３から上の部分を剥離した後、このｎ型ＧａＮ層１２、１３の剥離面をＨＣｌなどにより処理し、さらにＣＭＰ法などにより研磨したり、ＲＩＥ法によりエッチングしたりして平坦化しているので、マイクロＧａＮ系ＬＥＤを構成する半導体層の上面と下面との平行度を高くすることができるとともに、下面に結晶性の悪い部分や変質した部分が存在しないようにすることができ、これらにより光の取り出し効率の一層の向上を図ることができ、ひいては発光効率の一層の向上を図ることができる。
【００３９】
次に、この発明の第２の実施形態によるカラーディスプレイについて説明する。
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様にして、図５に示すように、ｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を円柱状に加工する工程まで実行する。
次に、上述のようにして円柱状のｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７が多数形成されたサファイア基板１１のｐ側電極１８側を軟粘着基板（図示せず）と貼り合わせる。
【００４０】
次に、第１の実施形態と同様にして、レーザ剥離法によりサファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２、１３から上の部分を剥離した後、各マイクロＧａＮ系ＬＥＤを相互に分離する。
次に、各マイクロＧａＮ系ＬＥＤのｎ型ＧａＮ層１５側を別の軟粘着基板（図示せず）と貼り合わせた後、最初の軟粘着基板を剥離する。次に、マイクロＧａＮ系ＬＥＤを拡大転写する。すなわち、マイクロＧａＮ系ＬＥＤが多数貼り合わされた軟粘着基板を延伸して各マイクロＧａＮ系ＬＥＤの間隔を広げ、その状態でマイクロＧａＮ系ＬＥＤを例えば４個毎に間引きし、ヒートシンクとなる基板（図示せず）上にあらかじめ形成された配線に各マイクロＧａＮ系ＬＥＤのｐ側電極１８を接合する。この状態を図１４に示す。図１４において、符号２４ａがマイクロＧａＮ系ＬＥＤ、２５ａが図中縦方向の一列のマイクロＧａＮ系ＬＥＤのｐ側電極１８を接続する配線を示す。このマイクロＧａＮ系ＬＥＤ２４ａは青色発光であるとする。
【００４１】
次に、図１５に示すように、上述と同様にして形成した緑色発光のマイクロＧａＮ系ＬＥＤ２４ｂを上記の基板上に配線２５ａと平行にあらかじめ形成された配線２５ｂに接合する。次に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いて上述と同様にして形成した赤色発光のマイクロＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ２４ｃを上記の基板上に配線２５ａ、２５ｂと平行にあらかじめ形成された配線２５ｃに接合する。次に、図１５中横方向の一列の青色発光マイクロＧａＮ系ＬＥＤ２４ａのｎ型ＧａＮ層１５、緑色発光マイクロＧａＮ系ＬＥＤ２４ｂのｎ型ＧａＮ層１５および赤色発光マイクロＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ２４ｃのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層（図示せず）をそれぞれ接続する透明電極からなるｎ側電極２２を形成した後、このｎ側電極２２上にそれぞれ配線２６を形成する。
以上のようにしてカラーディスプレイを製造することができる。このカラーディスプレイは、パッシブマトリックス方式で縦横に線順次駆動することで画像を表示することができる。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な構造のマイクロＬＥＤを用いて高輝度のカラーディスプレイを実現することができる。
【００４２】
次に、この発明の第３の実施形態による集積型ＬＥＤについて説明する。
この第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様にして、図５に示す工程まで実行した後、図１６に示すように、ｎ型ＧａＮ層１５上に一方向に延在するｎ側電極２２を形成する。
次に、別途用意した基板の表面に、ワックスなどにより、サファイア基板１１上のｐ側電極１８およびｎ側電極２２側を貼り合わせる。次に、第１の実施形態と同様にして、レーザ剥離法によりサファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２、１３から上の部分を剥離する。次に、ワックスを溶かして上記の基板から集積型ＬＥＤ層を剥離する。
【００４３】
次に、この集積型ＬＥＤ層を図１６に示す１チップ領域の形状に切り出してチップ化する。図１７に、こうして得られた集積型ＬＥＤチップ１０３を示す。
次に、図１８に示すように、この集積型ＬＥＤチップ１０３のｐ側電極１８およびｎ側電極２２をそれぞれヒートシンク１１１、１１２に接合した後、集積型ＧａＮ系ＬＥＤチップ１０３およびヒートシンク１１１、１１２の全体を透明な樹脂１１０によりモールドする。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４４】
次に、この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤについて説明する。
図１９〜図２４はこの集積型ＬＥＤの製造方法を示し、図２５は集積型ＬＥＤの完成状態を示す。ここで、図１９〜図２４のＡは平面図、Ｂは断面図である。
この第４の実施形態においては、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ側電極１８の形成まで行った後、図１９に示すように、このｐ側電極１８をマスクとしてｎ型ＧａＮ層１５の厚さ方向の途中の深さまでエッチングを行い、ｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７を円柱状に加工する。
【００４５】
次に、図２０に示すように、円柱部の外側の部分のｎ型ＧａＮ層１５上に例えば円形のｎ側電極２２を形成する。このｎ側電極２２としては、例えばＡｇやＡｇを主成分とする合金などからなるものを用いる。
次に、基板全面に例えばＳｉＯ2 膜を形成し、さらにこのＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ2 膜をエッチングすることにより、一つのｐ側電極１８とそれに隣接する一つのｎ側電極２２とを含む長方形の区画に分けるように縦横に走る溝を形成する。次に、レジストパターンを除去した後、こうして溝が形成されたＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりサファイア基板１１が露出するまでエッチングする。これによって、図２１に示すように、サファイア基板１１に達する溝２８が形成される。
【００４６】
次に、図２２に示すように、半導体基板２０の表面に、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐｔなどやそれらの合金（ＡｕＳｎなど）などの導電層を形成し、この導電層をリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状に加工することでｐ側電極１８と同じ形状および配列パターンの電極２９と互いに隣接するｎ側電極２２を含むストライプ状の電極３０とを形成し、さらにこれらの電極２９、３０上にはんだバンプ３１、３２を形成したものを別途用意する。そして、それらの電極２９、３０を図２１に示すサファイア基板１１上のｐ側電極１８およびｎ側電極２２と貼り合わせた後、はんだバンプ３１、３２をリフローさせることにより接合する。ここで、半導体基板２０上の電極２９、３０を互いに電気的に分離するため、例えば、電極３０は半導体基板２０上に形成された絶縁膜上に形成する。また、図示は省略するが、半導体基板２０上には各チップ領域毎に、電極２９、３０にそれぞれ配線が接続され、その末端にパッド電極が形成されている。
【００４７】
次に、図２３に示すように、サファイア基板１１の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板１１から、ｎ型ＧａＮ層１２、１３から上の部分を剥離する。
次に、図２４に示すように、このようにしてサファイア基板１１から剥離されたもののｎ型ＧａＮ層１２、１３をＨＣｌなどを用いてウエットエッチングしたり、さらにラッピングを行ったりすることにより除去してｎ型ＧａＮ層１５の裏面を露出させる。この時点で各マイクロＧａＮ系ＬＥＤは相互に分離される。
【００４８】
次に、円柱状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤが集積された半導体基板２０を１チップ領域の形状に切り出してチップ化する。これによって、図２５に示すように、複数の円柱状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤがヒートシンクである半導体基板２０上に集積された集積型ＬＥＤチップが得られる。
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４９】
次に、この発明の第５の実施形態による集積型ＬＥＤについて説明する。
この第５の実施形態においては、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ側電極１８の形成まで行うが、この場合、このｐ側電極１８は、ストライプ形状のｎ型ＧａＮ層１２の側面と会合部１４との間の部分のほぼ無転位のｐ型ＧａＮ層１７上に、ｎ型ＧａＮ層１２に平行に延在するストライプ形状に形成する。そして、このｐ側電極１８をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮ層１３が露出するまでエッチングを行う。こうして、ｎ型ＧａＮ層１５、活性層１６およびｐ型ＧａＮ層１７がストライプ形状に加工される。このストライプ形状の部分が一つのマイクロＧａＮ系ＬＥＤを構成する。この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２６に示すように、ｎ側電極２２上へのパッド電極２３の形成まで行う。
【００５０】
次に、ストライプ形状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤが集積された半導体基板２０を図２６に示す１チップ領域の形状に切り出してチップ化する。これによって、図２７に示すように、複数のストライプ形状のマイクロＧａＮ系ＬＥＤがヒートシンクである半導体基板２０上に集積された集積型ＬＥＤチップが得られる。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５１】
次に、この発明の第６の実施形態による集積型ＬＥＤについて説明する。
この第６の実施形態においては、第１の実施形態と同様にして図９に示す工程まで実行した後、ｎ型ＧａＮ層１５の裏面に、ウエットエッチングを行ったり、リソグラフィーおよびＲＩＥ法などによるエッチングを行ったりして、発光波長の光を効率的に散乱することができる微小な凹凸を形成する。図２８に一例として、ｎ型ＧａＮ層１５の裏面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ法によりエッチングすることにより凹凸３３を形成した場合を示す。この凹凸３３の大きさおよび間隔は例えば０．１〜１μｍ程度である。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて目的とする集積型ＬＥＤを製造する。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、各マイクロＧａＮ系ＬＥＤのｎ型ＧａＮ層１５の光取り出し面に発光波長の光を散乱することができる微小な凹凸が形成されていることにより、光取り出し効率の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００５２】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第６の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。また、必要に応じて、第１〜第６の実施形態の二以上を組み合わせてもよい。
【００５３】
また、例えば、第１〜第６の実施形態において、ＬＥＤを構成する半導体層の積層構造や形状は単なる例に過ぎず、他の積層構造や形状であってもよい。
また、第１〜第６の実施形態においては、成長基板としてサファイア基板を用いているが、必要に応じて、すでに述べたＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの他の基板を用いてもよい。
また、第４の実施形態において、はんだバンプ３１、３２の代わりに単なるはんだ層を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図１３】この発明の第１の実施形態による集積型ＬＥＤの実装例を示す斜視図である。
【図１４】この発明の第２の実施形態によるカラーディスプレイの製造方法を説明するための平面図である。
【図１５】この発明の第２の実施形態によるカラーディスプレイの製造方法を説明するための平面図である。
【図１６】この発明の第３の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図１７】この発明の第３の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図である。
【図１８】この発明の第３の実施形態による集積型ＬＥＤの実装例を示す斜視図である。
【図１９】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２０】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２１】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２２】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図２３】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】この発明の第４の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２６】この発明の第５の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２７】この発明の第５の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための平面図である。
【図２８】この発明の第６の実施形態による集積型ＬＥＤの製造方法を説明するための拡大断面図である。
【図２９】この発明を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１…サファイア基板、１２、１３、１５…ｎ型ＧａＮ層、１６…活性層、１７…ｐ型ＧａＮ層、１８…ｐ側電極、１９…透明絶縁材料、２０…半導体基板、２１…導電層、２２…ｎ側電極、２３…パッド電極、２４ａ、２４ｂ…マイクロＧａＮ系ＬＥＤ、２４ｃ…マイクロＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…配線、２８…溝、２９、３０…電極、３１、３２…はんだバンプ、３３…凹凸
【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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