(57)【要約】【課題】電極金属によって遮光されることなく発光部からの出射光を取り出すことができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１００において、基板１１０の表面又は前記基板の表面に形成された接合層１１２の表面に密着固定されている複数の単結晶半導体薄膜１２０と、前記単結晶半導体薄膜の発光部の第１導電側の電極１３２及び第２導電側の電極１１２にそれぞれ接続される第１導電側金属層１３０と第２導電側金属層１１４とを備え、前記第１導電側金属層の上面と前記第２導電側金属層の上面との双方が、前記発光部の上面よりも、前記基板側に設けられている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面又は前記基板の表面に形成された接合層の表面に密着固定されている複数の単結晶半導体薄膜と、
前記単結晶半導体薄膜の発光部の第１導電側の電極及び第２導電側の電極にそれぞれ接続される第１導電側金属層と第２導電側金属層とを備え、
前記第１導電側金属層の上面と前記第２導電側金属層の上面との双方が、前記発光部の上面よりも、前記基板側に設けられている
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１導電側金属層の上面と前記第２導電側金属層の上面との双方が、前記単結晶半導体薄膜の活性層の上面よりも、前記基板側に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光部の上面側に接続される電極は、透明導電膜層であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板は、金属、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、及び、ＳｉＣから選択される一つ又は複数の材料から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記接合層は、ＤＬＣ薄膜、ＡｌＮ薄膜、Ａｌ２Ｏ３薄膜、ＳｉＮ薄膜の絶縁膜、及び、金属薄膜から選択される一つ又は複数の材料層から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記複数の単結晶半導体薄膜は、複数の発光波長の発光素子群を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項７】
前記複数の発光波長の発光素子群において、
異なる発光波長の発光素子群の第１導電側金属層又は第２導電側金属層の少なくともいずれか一方が互いに電気的に独立している
ことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
基板上又は前記基板上に形成された接合層上に密着固定され、複数の発光部に分割された単結晶半導体薄膜と、
前記発光部の第１導電側の電極及び第２導電側の電極にそれぞれ接続される第１導電側金属層及び第２導電側金属層を備え、
前記第１導電側金属層の上面と前記第２導電側金属層の上面との双方が、前記発光部の上面よりも、前記基板側に設けられている前記単結晶半導体薄膜を1グループとして、
複数のグループの単結晶半導体薄膜の前記第１導電側金属層及び前記第２導電側金属層を接続した、それぞれのｘ方向配線及びｙ方向配線をさらに備える
ことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
前記単結晶半導体薄膜が外部の電流供給源と接続されるための躯体を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光素子は発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単結晶半導体薄膜を有する光取り出し効率の高い発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードの発光効率を向上させるための発光ダイオードの構造として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。
特許文献１には、発光層に積層された薄膜透明電極と、この透明電極に積層形成されて複数の開口部を持つ金属格子状電極とを備えた形態が開示されている。この形態によれば、各開口部の中央部における発光層の発光効率を減少させることなく、金属格子状電極の格子間隔を広くできることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５１６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の形態では、格子間隔を広く設けたとしても、発光層の上面を被覆する金属格子状電極による発光層の被覆率は低滅できるものの、発光層の上面の一部を金属格子状電極によって被覆するため、発光層よりも高い位置に金属格子状電極が設けられる。したがって、金属格子状電極の形成領域で光が遮蔽されると共に、開口部領域で発生した光の斜め方向に出射した光も、発光層上に形成された金属格子状電極によって遮光されてしまうことになり、光取り出し効率が制限されてしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、電極金属によって遮光されることなく発光部からの出射光を取り出すことができる発光装置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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の発光装置は、基板の表面又は前記基板の表面に形成された接合層の表面に密着固定されている複数の単結晶半導体薄膜と、前記単結晶半導体薄膜の発光部の第１導電側の電極及び第２導電側の電極にそれぞれ接続される第１導電側金属層と第２導電側金属層とを備え、前記第１導電側金属層の上面と前記第２導電側金属層の上面との双方が、前記発光部の上面よりも前記基板側に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電極金属によって遮光されることなく発光部からの出射光を取り出すことができる発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態の発光装置の構成及び動作を説明するための図である。図１（ａ）は、発光装置の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の発光装置のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の単結晶半導体薄膜の構成例を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態の発光装置を実装した照明装置の実装形態を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態の発光装置の製造工程（剥離・接合工程）を説明するための断面工程図である。
【図５】第１の実施形態の発光装置の主な製造工程を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態の発光装置の動作（光取り出し）を説明するための断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例を示す平面図であり、図７（ａ）は、変形例１を示し、図７（ｂ）は、変形例２を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態の発光装置構成及び動作を説明するための平面図である。
【図９】第２の実施形態の変形例１の単結晶半導体薄膜の形態を示す図である。図９（ａ）は、平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例２の発光装置を示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１０の変形例２の発光装置のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０の変形例２の発光装置のＤ−Ｄ線に沿った断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。各図は、本発明の特徴が明確になるように表記しており、寸法関係等は必ずしも実際のものに忠実に描いていないため、本発明を何ら制約するものではない。なお、各図で同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。
まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１の実施形態の発光装置１００の構成及び動作を説明する。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線による断面を示す断面図である。なお、これらの図は本実施形態の特徴を模式的に示しており、各図における各部位の寸法関係等を限定するものではない。
【００１１】
発光装置１００は、図１（ａ）乃至図１（ｂ）に示すように、基板１１０の表面に形成された接合層１１２の表面に密着固定された複数の単結晶半導体薄膜１２０と、単結晶半導体薄膜１２０の表面に層間絶縁膜１１６の開口部１１８を介して形成された第１の電極１３２と単結晶半導体薄膜１２０以外の領域の層間絶縁膜１１６の表面に形成された第１の共通電極１３０とが接続された構成である。そして、発光装置１００の外部に設けられた制御装置（図示せず）とは接続領域１３４を介して行われる。また、基板１００の裏面は金属層１１４が形成されており、発光装置１００の接地電極となっている。
以下、主な構成要素について説明する。
【００１２】
（基板１１０）
基板１１０は、例えば、鋼、アルミニウム、真鍮、ニッケル、鉄、ステンレス、から選択される金属基板、窒化アルミニウム基板、酸化アルミニウム基板から選択されるセラミック基板であり、ガラス基板、ＳｉＣ、Ｓｉ、ダイヤモンドライクカーボン（以後ＤＬＣと表記する。）、ダイヤモンド、から選択される半導体基板又は絶縁基板、プラスチック基板である。
【００１３】
特に、照明用途等の発光素子の放熱性すなわち基板の高熱伝導性が必要とされる場合には、前記の金属基板、セラミック基板、半導体基板や絶縁基板等の熱伝導率の高い基板を使用することが好適である。
【００１４】
また、基板１００の要件として、ペーストや半田等の接着性材料を使用せず、基板１１０上又は基板上に形成した接合層１１２上に密着固定するために、基板１１０の表面は少なくとも、ナノメータオーダの平坦性を備えることが望ましい。ここで、ナノメータオーダの平坦性とは、原子間力顕微鏡を用いて測定した表面粗さ：山−谷の最大粗さ（peak-to-valleyラフネス：ＲＰＶ）で、１０ｎｍよりも小さい値（１桁のナノメータの値）であることを意味する。さらに、接合面同士の密着性を高くするために、ＲＰＶ値が３ｎｍ以下であることがより好適である。
【００１５】
（接合層１１２）
そして、接合層１１２は、ナノメータオーダの平坦性を備えた基板１１０の表面に積層されている。接合層１１２の表面はナノメータオーダの平坦性を備えていることが望ましい。接合層１１２としては、金、ゲルマニウム、ニッケル、アルミニウム、チタン、パラジウム、銅、クロム、及び、白金から選択される元素を少なくとも一つ含む材料の単層の金属層又は異なる材料、異なる組成の材料を積層した金属層である。
【００１６】
接合層１１２は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、メッキ法等によって形成することができる。また、接合層１１２を異なる金属材料の積層構造とする場合には、前記形成方法の複数の方法を適宜組み合わせることも可能である。
【００１７】
したがって、接合層１１２は、表面の平坦性がナノメータオーダであれば、前記形成方法によって形成した状態であってもよい。また、接合層１１２の表面にナノメータオーダの平坦性を具備させるために、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）、電解研磨、スパッタ等の平坦化処理を施すことも可能である。接合層１１２を異なる金属材料の積層構造で構成する場合には、構成する金属層の一部にＣＭＰ等による平坦化処理を施してもよい。
【００１８】
また、接合層１１２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass：リン珪素ガラス）、ＢＳＧ（Boron Silicate Glass：ボロン珪素ガラス）等の無機誘電体膜、ポリイミド等の有機材料、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の無機／有機ガラス材料層、ＤＬＣ、多結晶ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体や絶縁体の材料層等とすることもできる。
【００１９】
発光素子の高い放熱性が必要な用途では、この接合層１１２として熱伝導率が高い材料を選択することが望ましい。例えば、前記金属層、無機誘電体材料層、ＤＬＣ、多結晶ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体層又は絶縁層とすることが好適である。
【００２０】
つぎに、単結晶半導体薄膜１２０は、発光層を備えて構成される。単結晶半導体薄膜１２０は、母材基板上で形成された半導体エピタキシャル成長層であり、母材基板から剥離され、基板１１０上、又は、基板１１０上に接合した単結晶半導体層である。この単結晶半導体薄膜１２０の接合面、すなわち、接合層１１２表面と密着している面は、少なくともナノメータオーダの平坦性を備えていることが望ましい。
【００２１】
（単結晶半導体薄膜１２０）
単結晶半導体薄膜１２０は、母材基板から剥離したものを接合層１１２上に、接着剤や半田等の接着性材料を使わずに密着固定した形態が好適である。なお、この剥離・接合工程については後記する。発光素子等の高い放熱性が必要な用途では、接合面同士が密着する接合形態が望ましい。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、発光装置１００において、接合層１１２上には、複数の単結晶薄膜１２０が接合されている。また、図１（ｂ）に示すように、接合層１１２上に接合された単結晶半導体薄膜１２０は、互いに分離されている。
【００２３】
そして、発光装置１００のサイズを大きくして大きな発光領域を確保する場合には、発光部のサイズを大きくせずに、発光部の数を増やすことが望ましい。発光装置１００のサイズは、例えば、母材基板上に形成された従来の形態の発光ダイオードのベアチップの典型的な最小のサイズ（３００μｍ×３００μｍ）よりも小さくして、複数の単結晶半導体薄膜１２０の集合体として、合計の発光領域の面積が所望の面積となるようにする。
【００２４】
したがって、大きな面積にわたって発光部が必要な場合には、単結晶半導体薄膜１２０の配列ピッチを大きくすることができる。また、発光装置１００のサイズを小さくして発光領域の面積を小さくする場合には、発光部のサイズ、発光部のピッチを共に小さくすることで可能となる。
【００２５】
例えば、発光装置１００の寸法を例示すると、図１（ａ）に示した形態において、各発光部のサイズを１００μｍ、各発光部のピッチを２００μｍとすると、分割された発光部を有する、発光装置１００のサイズが１．５ｍｍとなり、大きなサイズの発光装置１００が得られる。
【００２６】
また、図１（ａ）に示した形態で、各発光部のサイズを１０μｍ、各発光部のピッチを２０μｍとすると、分割された発光部を有する、発光装置１００のサイズが１５０μｍとなり、小さなサイズの発光装置１００が得られる。
【００２７】
そして、本発明の本実施形態では、発光部を有する単結晶半導体薄膜１２０は、エピタキシャル層のみから形成されているので、その膜厚は１０μｍ以下とすることが可能である。
【００２８】
ここで、発光部を備える単結晶半導体薄膜１２０の構成例を説明する。単結晶半導体薄膜１２０は、母材基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法等によって結晶成長された多層の単結晶半導体積層層から構成されている。
【００２９】
単結晶半導体薄膜１２０がＡｌＧａＩｎＰ系単結晶半導体積層層の場合には、母材基板としてＧａＡｓ基板、単結晶半導体薄膜１２０が窒化物半導体薄膜の場合には、母材基板としてサファイヤ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板等を使用して、単結晶半導体積層層を積層することができる。
【００３０】
図２（ａ）は、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で構成する赤色の発光ダイオード構造の例である単結晶半導体薄膜１２０ａの構成例を示す。図２（ａ）において、単結晶半導体薄膜１２０ａは、ｎ型ＧａＡｓ接合層４１１、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙｌＩｎｌ-ｙ１Ｐ（１≧ｘ１≧０、１≧ｙ１≧０）クラッド層４１２、（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎｌ-ｙ２Ｐ（ｘ１＞ｘ２、ｙ２≧ｙ１、ｘ３＞ｘ２、ｙ３≧ｙ１）活性層４１３、ｐ型（Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３）ｙ３ｌｎ１−ｙ３Ｐ（１≧ｘ３≧０、１≧ｙ３≧０）クラッド層４１４、そして、ｐ型ＧａＰコンタクト層４１５の順に積層されている。
【００３１】
なお、活性層４１３の構成は、ノンドープ（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎｌ−ｙ２Ｐ層（活性層）（ｘ１＞ｘ２、ｙ２≧ｙ１、ｘ３＞ｘ２、ｙ３≧ｙ１）を量子井戸層とし、ノンドープ（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｓＩｎ１−ｓＰ層（ｔ＞ｘ２、ｙ２≧ｓ）をバリア層とするＳＱＷ（Single Quantum Well）構造又はＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造とすることができる。
【００３２】
図２（ｂ）は、単結晶半導体薄膜１２０が窒化物半導体薄膜による構成の単結晶半導体薄膜１２０ｂの構成例である。図３（ｂ）において、ｎ型ＧａＮ接合層５０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０３、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ‐ＭＱＷ活性層５０４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０５、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層５０６の順に積層されている。この場合、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０３を省略してもよい。また、ｎ型ＧａＮ層５０２の下にｎ型ＡｌＮ層を設けることもできる。
【００３３】
（第１の共通配線１３０）
ここで、再度図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照した説明に戻る。第１の共通配線１３０は、発光部を備えた各単結晶半導体薄膜１２０が備える第１の電極（例えば、第２導電側電極）と接続された配線金属層である。この第１の共通配線１３０は、発光部を備えた単結晶半導体薄膜１２０の位置に開口部１３６を備えるとともに、第１の共通配線１３０の最上面の高さは少なくとも発光部を備えた単結晶半導体薄膜１２０の最上面の高さよりも低くして、発光部を備えた単結晶半導体薄膜１２０で発光した上面方向及び斜め方向に出射した光を、遮光することなく外部へ取り出すことができる構造とする。
【００３４】
なお、図１（ｂ）に示すように、単結晶半導体薄膜１２０の最表面の少なくとも表面を被覆する層間絶縁膜１１６を設ける。この層間絶縁膜１１６は、後記する単結晶半導体薄膜１２０の上面を被覆し、第１の共通配線１３０と電気的に接続する第１の電極によって、単結晶半導体薄膜１２０の側面に露出する第１導電型半導体薄膜と第２導電型半導体層とが電気的に短絡することを防止する。
【００３５】
後記する図４を参照して説明する単結晶半導体薄膜１２０の作製工程におけるメサエッチング工程（図４（ｂ））で、単結晶半導体薄膜１２０の側面形状が台形になっている理由は、この層間絶縁膜１１６によるステップカバレッジ効果と単結晶半導体薄膜１２０の側面からの斜め方向への発光光の取り出し効果とを向上させることにある。
【００３６】
第２の電極（例えば、第１導電側電極）は、接合層１１２の接合面と単結晶半導体薄膜１２０の接合面との間で低抵抗コンタクト、望ましくは、オーミックコンタクトを形成する金属材料層とする。こうすることによって、接合層１１２を第２の共通電極として使用することもできる。
【００３７】
第２の共通電極の一例を示す。単結晶半導体薄膜１２０の接合面をｎ型ＧａＡｓ層で構成する場合、接合層１１２の最上層をＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉを含む合金あるいはＧｅ／Ｎｉの積層構成とすることによって、単結晶半導体薄膜１２０の接合面と接合層１１２の接合面との間でオーミックコンタクトを形成することができる。また、単結晶半導体薄膜１２０の接合面がｐ型ＧａＡｓで構成される場合には、接合層１１２の接合面がＡｌを含む金属層で構成することによって、単結晶半導体薄膜１２０の接合面と接合層１１２の接合面との間でオーミックコンタクトを形成することができる。
【００３８】
また、単結晶半導体薄膜１２０の接合面がｎ型ＧａＮで構成される場合には、接合層１１２の接合面がＴｉ、Ａｌを含む金属層で構成することによって、単結晶半導体薄膜１２０の接合面と接合層１１２の接合面との間でオーミックコンタクトを形成することができる。また、単結晶半導体薄膜１２０の接合面がｐ型ＧａＮで構成される場合には、接合層１１２の接合面がＮｉ、Ａｌを含む金属層で構成することによって、単結晶半導体薄膜１２０の接合面と接合層１１２の接合面との間でオーミックコンタクトを形成することができる。
【００３９】
（第１の電極１３２）
第１の電極１３２は、単結晶半導体薄膜１２０の第１の電極である。この第１の電極１３２は、単結晶半導体薄膜１２０が備える発光領域から出射される光の波長に対して透明である透明電極とすることが好適である。したがって、第１の電極１３２は、例えば、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜で構成することができる。
【００４０】
この第１の電極１３２は、図１に示すように、各単結晶半導体薄膜１２０の共通電極として連続した薄膜として構成されてもよい。第１の電極１３２は、すべての単結晶半導体薄膜１２０の表面(上面)と低抵抗のコンタクトを形成するとともに、第１の共通配線１３０と電気的な低抵抗のコンタクトを形成する。
【００４１】
したがって、第１の電極１３２を面状の連続した形態とすることにより、第１の電極１３２は、広い面積で第１の共通配線１３０表面とコンタクトすることができ、第１の電極１３２が第１の共通電極１３０とより低抵抗なコンタクトを形成することができる。
【００４２】
なお、第１の電極１３２と半導体層とのコンタクト抵抗が低いとは、少なくとも、第１の電極１３２のシート抵抗値及び半導体層のシート抵抗値よりも小さく、コンタクト部での電圧降下が、第１の電極や半導体層での電圧降下よりも小さいことを意味する。
また、第１の電極１３２と第１の共通配線１３０とのコンタクト抵抗が低いとは、少なくとも、第１の電極１３２のシート抵抗値及び第１の共通配線１３０のシート抵抗値よりも小さく、コンククト部での電圧降下が第１の電極１３２や第１の共通配線１３０での電圧降下よりも小さいことを意味する。
【００４３】
つぎに、接続領域１３４は、第１の共通配線１３０と外部の電源と接続するための接続領域である。この接続領域１３４は、例えば、ボンディングワイヤによって外部と接続する領域となる。接続の形態によって、接続領域１３４のサイズを適宜設計することができる。
【００４４】
ボンディングワイヤによって接続する場合には、例えば５０μｍ□〜１００μｍ□の接続領域１３４を設ければよい。図１（ｂ）には示さないが、基板１１０の材料を導電性の基板、例えば、金属基板あるいは半導体基板（低抵抗の半導体基板）とすることによって第２の共通電極側の外部電源との接続を基板１１０の裏面からとることもできる。
【００４５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）では図示せずに説明した、層間絶縁膜１１６が単結晶半導体薄膜１２０の上面に開口部１１８を備え単結晶半導体薄膜１２０の側面及び接合層１１２である第２の共通電極（配線）１１２を被覆している。そして、開口部１１８を介して、単結晶半導体薄膜１２０の表面と接続される透明電極である第１の電極１３２が形成されている。また、基板１１０の裏面には、第２の共通電極（配線）１１２側と外部電源との接続をとるための金属層１１４を形成している。例えば、基板１１０を半導体基板、具体例として、Ｓｉ基板とした場合には、金属層１１４は、Ａｌとすることができる。したがって、基板１１０が金属基板の場合、例えばＣｕ基板の場合は、金属層１１４を省略することもできる。
【００４６】
次に図３（ａ）及び図（ｂ）を参照して、本実施形態の発光装置１００を実装した照明装置３００及び照明装置４００について説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、発光装置１００を実装した照明装置３００を説明するための斜視図である。ベース（躯体）３１０は、外部装置から供給される制御信号により、照明装置３００を動作制御させるための配線や回路要素等を含む躯体である。
【００４８】
ここで、照明装置３００を制御する回路要素は、例えば、外部から供給される制御信号を照明装置３００の点灯制御に必要な制御信号を供給するための回路等の照明装置３００の点灯状態を制御する回路を意味する。
【００４９】
また、配線は、ベース３１０と外部電源との間を接続するための種々の形態の配線を意味する。すなわち配線は、薄膜配線、Ａｕ線のようなボンディングワイヤ、被覆配線等の電気配線／ケーブル類等が該当する。
【００５０】
なお、回路要素や配線の具体的な形態については、適宜所望の設計が可能である。また、前記回路要素を躯体外部に設け、配線によって接続することも可能である。
【００５１】
また、照明装置３００の高い放熱性を確保するためには、ベース３１０はＣｕやＡｌあるいはＡｌＮ等の熱伝導率が高い金属やセラミックスで構成されることが望ましい。
【００５２】
図３（ａ）において、照明装置３００は、発光装置１００とベース３１０を経由して、外部電源からの制御信号を供給するための第２導電側配線領域３３０及び第１導電側配線領域３３２を備えて構成されている。図２で示したように、単結晶半導体薄膜１２０の上面をｐ型、下面をｎ型とする場合には、第１導電側配線領域３３２はｎ型側配線領域、第２導電型側配線領域３３０はｐ型側配線領域となる。
【００５３】
第１導電側配線領域３３２と第２導電側配線領域３３０との間、あるいは必要に応じてベース３１０の間は、層間絶縁層３３１を設けることにより絶縁性が確保されている。発光装置１００において、基板１１０の裏面あるいは基板１１０の裏面に設けた金属層１１４の表面は、導電性ペースト１４０を使って実装されている。発光装置１００の第１の共通配線１３０の接続領域１３４とベース３１０上の第２導電側配線領域３３０とは、Ａｕ線を使ったボンディングワイヤ１５０によって接続されている。
【００５４】
図示しないが、図３（ａ）の形態に加えて、適宜ねじ込み式の接続部分を設けることもできる。また、内部の保護や、光の拡散等を目的としたガラスやプラスチックの覆いを設けることもできる。
【００５５】
また、図３（ｂ）は、照明装置４００として、ベース４１０上に、第１導電側配線領域４３２、第２導電側配線領域４３０、及び、層間絶縁層４３１を備えて構成されている。発光装置１００の裏面を導電性ペーストや半田材料を使って実装して第１導電側配線領域４３２と電気的に接続し、発光装置１００の上面は、接続領域１３４とベース４１０上の第２導電側配線領域４３０との間を金属薄膜配線４５０によって接続されている。金属薄膜配線４５０は、例えば、メッキ法によって形成することができる。このようにすることで、ボンディングワイヤによる実装工程を省略することができる。
照明装置４００は、第１導電側配線領域４３２と第２導電側配線領域４３０との間に電圧を印加して発光装置１００の発光領域に電流を流して発光動作をさせる。
【００５６】
（製造方法）
つぎに、図４及び図１を参照して、本実施形態の発光装置１００の製造方法を説明する。
図４（ａ）乃至図４（ｅ）には、本実施形態の発光装置１００の作製方法において、単結晶半導体薄膜１２０を基板１１０上に形成した接合層１１２上に、接着剤や半田等の接着性材料を使用せずに、ナノメータオーダの平坦性を備えた接合面同士を密着させて接合する工程までの作製工程を模式的に断面図で示した。各工程を順次工程に沿って説明する。
【００５７】
図４（ａ）：母材基板２１０上に犠牲層２５０を形成し、さらに発光領域を備えた単結晶半導体層２６０をエピタキシャル成長する。
図４（ｂ）：単結晶半導体層２６０及び犠牲層２５０をメサエッチングにより所定の島状台形パターン形状に成形し、単結晶半導体薄膜１２０及び成形犠牲層２５１を形成する。この工程では、少なくとも犠牲層２５１を露出させるようにメサエッチングを行う。
図４（ｃ）：成形犠牲層２５１を、選択的にエッチング除去し、単結晶半導体薄膜１２０を母材基板２１０から剥離する。
図４（ｄ）、（ｅ）：基板１１０上に接合層１１２を形成し、接合層１１２上に単結晶半導体薄膜１２０を密着させ、加圧・加熱により単結晶半導体薄膜１２０を接合層１１２表面に直接接合する。
【００５８】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、基板１１０上の接続層１１２表面に接合された複数の単結晶半導体薄膜１２０上に、層間絶縁膜１１６を、例えば、ＳｉＮ膜をＰ−ＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法で形成する。
そして、第１の共通配線１３０を形成するための金属薄膜、例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕをＥＢ蒸着法等で形成し、第１の共通配線１３０のパターンを標準的なリフトオフ法等により形成する。
つぎに、層間絶縁膜１１６を標準的なフォトリソ工程及びドライエッチング工程により単結晶半導体薄膜１２０の第２導電側の表面にコンタクト開口部１１８を開口する。
さらに、第１の電極１３２の形成工程として、透明電極材料を、例えば、ＩＴＯ膜又はＺｎＯ膜をスパッタ法等の周知の形成方法により形成した後に、標準的なフォトリソ工程及びドライエッチング工程により、図１（ａ）に示す第１の電極１３２を形成する。
そして、基板１１０の裏面に、外部電源との接続をとるための金属層１１４を形成することで、発光装置１００が作製完了する。
なお、最後の工程で、基板１１０を半導体基板、具体例として、Ｓｉ基板とした場合には、金属層１１４は、Ａｌとすることができる。また、基板１１０が金属基板の場合、例えば、Ｃｕ基板の場合は、この工程を省略することもできる。
【００５９】
ここで、前記説明した本実施形態の発光装置１００の主な製造工程を示すフローチャートを、図５を参照して説明する。主な製造工程は、母材基板の表面に犠牲層と単結晶半導体層とを結晶成長する（ステップＳ１）、メサエッチングにより単結晶半導体薄膜と成形犠牲層とを形成する（ステップＳ２）、成形犠牲層をエッチング除去して単結晶半導体薄膜を母材基板から剥離する（ステップＳ３）、基板表面に接合層を形成して接合層の表面と単結晶半導体薄膜の剥離面とを直接接合する（ステップＳ４）、単結晶半導体薄膜上に層間絶縁膜と第１の共通配線とを形成する（ステップＳ５）、単結晶半導体薄膜の第２導電側表面の層間絶縁膜に開口部を形成し第１の電極を形成する（ステップＳ６）、そして、基板裏面に金属層を形成する（ステップＳ７）である。
【００６０】
（動作）
つぎに、図６を参照して、単結晶半導体薄膜１２０の活性層５２０の上面をｐ型導電側、下面をｎ型導電側とした構成の単結晶半導体薄膜１２０の動作ついて述べる。
【００６１】
接合層１１２を金属層、基板１１０を金属基板とし、基板１１０の裏面又は第２の共通電極１１４を接地電位として、第１の共通配線１３０に接続領域１３４（図1（ａ）参照）を経由して外部からプラスの電位を印加する。第１の共通配線１３０は、単結晶半導体薄膜１２０を動作させる電流に対して電圧降下が無視できる程度に十分小さくなるように小さい抵抗値とすることによって、すべての個別の単結晶半導体薄膜１２０にほぼ均一に電流が流れ、すべての単結晶半導体薄膜１２０が発光する。
【００６２】
第１の共通配線１３０は、活性層５５２あるいは単結晶半導体薄膜１２０のない領域に設けられており、単結晶半導体薄膜１２０の上面との電極コンタクト及び第１の共通配線１３０との接続には第１の電極１３２である透明電極が配設されている。
【００６３】
そして、少なくとも、第１の共通配線１３０の上面の高さを活性層５２０の上面側の単結晶半導体薄膜１２０の表面の高さよりも低く設けることで、活性層５２０からの上面方向に出射する出射光５５０及び斜め方向に出射する出射光５５２、５５３は第１の共通配線１３０によって遮蔽されない。
【００６４】
また、図６には、活性層５２０から斜め方向及び垂直方向に出射した出射光５５２、５５３、及び、５５０が第１の共通配線１３０によって遮光されずに上面に取り出されている状況を模式的に示した。活性層５２０から垂直方向に出射された出射光５５０の他、斜め方向に出射された出射光５５２は、少なくとも活性層５２０の上面側の単結晶半導体薄膜１２０の表面の高さよりも低い第１の共通配線１３０に遮られることなく、単結晶半導体薄膜１２０の上面方向に光取り出しされる。
【００６５】
また、第１の共通配線１３０は、各単結晶半導体薄膜１２０の近傍に開口部１３６を備えており、第１の電極１３２による電圧降下を小さくすることができる。さらに本実施形態の単結晶半導体薄膜１２０の厚さは１０μｍ以下と薄くでき、しかも接着剤を使用することなく接合層に直接密着接合しているため、第１の電極１３２である透明電極の単結晶半導体薄膜１２０の側面のステップカバレッジを確実にすることができる。
【００６６】
（効果）
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、単結晶半導体薄膜の発光部から垂直方向及び斜め方向に出射された出射光が金属層で遮光されることなく、高い光取出し効率が得られる発光装置を得ることができる。
【００６７】
（第１の実施形態の変形例１）
本実施形態の変形例として、図７（ａ）に示すように、発光装置１０１の透明電極である第１の電極１３２を第１の共通配線１３０の形成に先立って形成し、この第１の電極１３２の表面に第１の共通配線１３０を形成した変形例の発光装置１０１としてもよい。
【００６８】
（第１の実施形態の変形例２）
また、図７（ｂ）に示すように、発光装置１０２の第１の共通配線１６０は、内周の単結晶半導体薄膜１２０Ａに対して周囲を囲み、最外周の単結晶半導体薄膜１２０Ｂに対しては、すべての周囲を囲む配線形態ではない第１の共通配線１６０の形態とする発光装置１０２あってもよい。
【００６９】
（第１の実施形態の変形例３）
また、図示しないが、基板１１０としてセラミック基板、ガラス基板等の誘電体材料（絶縁体材料）を用いる場合、単結晶半導体薄膜１２０の第１導電側及び第２導電側の両極の電極コンタクトを上面に形成し、各第１導電側コンタクトを共通の第１導電側共通配線で結線し、各第２導電側コンタクトを透明電極及び第２導電側共通配線で結線する形態とすることもできる。
【００７０】
この変形例では、単結晶半導体薄膜１２０を直接接合する接合層１１２は、導電性の材料ではなく絶縁性の材料とすることができる。絶縁性の接合層１１２を使用することによって、単結晶半導体薄膜１２０を基板１１０と電気的に絶縁することができる。各個別の単結晶半導体薄膜１２０を備えた接合層１１２を絶縁性材料で構成する場合においては、高い放熱性が必要な場合には、その熱伝導性、放熱性等を考慮して、高熱伝導率の薄膜材料を使用することが望ましい。すなわち、接合層１１２は、高熱伝導率の薄膜材料として、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＤＬＣ等を用いることが好適である。
【００７１】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態について、図８乃至図１１を参照して説明する。
図８は、第２の実施形態の発光装置２００の構成及び動作を説明するための平面図である。
【００７２】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態の発光装置１００が、単一の発光波長の単結晶半導体薄膜の第１導電側コンタクトと第２導電側コンタクトとをそれぞれ共通配線で接続した形態の発光装置１００であるのに対して、第２の実施形態の発光装置２００が、単一の発光波長の単結晶半導体薄膜の第１導電側コンタクトと第２導電側コンタクトとをそれぞれ共通配線で接続した形態を第１群の単結晶半導体薄膜として、発光波長が異なる複数群の単結晶半導体薄膜を隣接して集積・配置して発光装置２００を構成している点である。以下、第１の実施形態との差異を中心に図を参照しながら説明する。
【００７３】
図８において、第１乃至第４の単結晶半導体薄膜は、それぞれ、第１の単結晶半導体薄膜２２０、第２の単結晶半導体薄膜２２２、第３の単結晶半導体薄膜２２４、及び、第４の単結晶半導体薄膜２２６を備えて構成されている。これら第1乃至第４の単結晶半導体薄膜のうち、少なくとも２つの単結晶半導体薄膜は、異なる発光波長の単結晶半導体薄膜から構成されている。
【００７４】
例えば、第１の単結晶半導体薄膜２２０は赤色、第２乃至第３の単結晶半導体薄膜２２２、２２４は緑色、そして、第４の単結晶半導体薄膜２２６は青色に対応する単結晶半導体薄膜である。このように赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の発光波長に対応する半導体材料としては、第１の実施形態において、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明した、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料によって赤色発光波長の単結晶半導体薄膜を構成し、窒化物半導体材料によって緑色及び青色の発光波長の単結晶半導体薄膜を構成することができる。
【００７５】
各単結晶半導体薄膜は、金属材料から構成される接合層１１２（図示せず）は、例えば、Ａｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ、及びＡｕから少なくとも一つ選択される元素を含む金属層（単層金属層あるいは積層金属層）のいずれかの金属層上に直接接合されている。金属材料から構成される接合層１１２は、第２の共通配線の機能をも担う。図８における第２の共通配線２３０は、接合層１１２から基板１１０の表面に延在し、外部の電源や回路との接続のための接続領域となっている。第２の共通配線２３０は、例えば、接地電位に接続される。そして、第２の共通配線２３０の上面の高さは、第１の実施形態と同様、少なくとも第１乃至第４単結晶半導体薄膜の発光部の上面の高さよりも低い構造となっている。
【００７６】
また、図８において、第１の単結晶半導体薄膜乃至第４の単結晶半導体薄膜２２０、２２２、２２４、２２６の第１の共通配線は、それぞれ、第１の共通配線２１２ａ、第１の共通配線２１２ｂ、第１の共通配線２１２ｃ、及び、第１の共通配線２１２ｄを備えて構成されている。各第１の共通配線は、発光波長が異なる第１乃至第４の単結晶半導体薄膜の発光素子の駆動電圧に対応して異なる駆動電圧を印加できるように、互いに電気的に分離されている。
【００７７】
第１の実施形態と同様に、単結晶半導体薄膜の領域は、各第１の共通配線は開口部２３６を有する。各第１の共通配線は、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、及びＴｉから少なくとも一つ選択される金属を含む金属材料で構成される。第１の共通配線には、例えば、正の電位が印加される。そして、第１の共通配線２１２ａ乃至２１２ｄの上面の高さは、第１の実施形態と同様、少なくとも第１乃至第４単結晶半導体薄膜の発光部の上面の高さよりも低い構造となっている。
【００７８】
なお、これら第１の共通配線２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄと第２の共通配線２３０は、第１の実施形態と同様、各単結晶半導体薄膜の少なくとも側面を被覆すると共に、少なくとも、第２の共通配線と第１の共通配線とが重なる領域を被覆する層間絶縁膜（図示せず）によって電気的に分離されている。
【００７９】
そして、図８において、第１乃至第４の単結晶半導体薄膜の第２導電側の電極コンタクトを構成する透明導電性薄膜は、それぞれ、透明導電性薄膜２３２ａ、透明導電性薄膜２３２ｂ、透明導電性薄膜２３２ｃ、及び、透明導電性薄膜２３２ｄを備えて構成されている。これら透明導電性薄膜２３２ａ乃至２３２ｄは、第１乃至第４の単結晶半導体薄膜には共通の電極薄膜で、異なる発光波長の第１乃至第４の単結晶半導体薄膜の間では、互いに電気的に分離されている。
【００８０】
これら透明導電性薄膜２３２ａ乃至２３２ｄは、第１乃至第４の単結晶単結晶薄膜の表面側である第２導電側の電極コンタクトを形成すると共に、各第１の共通配線２１２ａ乃至２１２ｄの表面において電気的に接続されている。
【００８１】
また、発光装置２００において、基板１１０は、第1の実施形態と同様、金属基板又は低抵抗半導体基板を使うことができる。例えば、低抵抗のＳｉ基板を使う場合には、基板裏面の金属層１１４を共通電極としてＡｌを用いることができる。
【００８２】
（動作）
本実施形態において、第１の単結晶半導体薄膜２２０を赤色、第２の単結晶半導体薄膜２２２及び第３の単結晶半導体薄膜２２４を緑色、第４の単結晶半導体薄膜２２６を青色とした場合の発光装置２００の動作について説明する。
【００８３】
第２の共通配線２３０を共通の接地電位として、赤色発光させる第１の単結晶半導体薄膜２２０の第１の共通配線２１２ａに第１の印加電圧Ｖｆ１を印加し、緑色発光させる第２及び第３の単結晶半導体薄膜２２２、２２４の第１の共通配線２１２ｃ、２１２ｄに第２の印加電圧Ｖｆ２を印加し、青色発光させる第４の単結晶半導体薄膜２２６の第１の共通配線２１２ｄに第３の印加電圧Ｖｆ３を印加する。
【００８４】
このように、材料が異なる第１乃至第４の単結晶半導体薄膜に対して、異なる印加電圧を同時に印加することで、異なる発光波長の第１乃至第４の単結晶半導体薄膜を同時に発光させることができる。そして、第１乃至第４の単結晶半導体薄膜からの各発光波長の発光光は、発光部から斜め方向に出射した光であっても、第１の共通配線２１２ａ乃至２１２ｄ及び第２の共通配線２３０の高さを、少なくとも各発光波長の発光部の上面の高さよりも低くした構造なので、第１及び第２の共通配線に遮光されることなく上方に取り出すことができる。
【００８５】
（効果）
以上説明したように、本実施形態の発光装置によれば、第１の実施の形態の発光装置の効果に加え、複数群の単結晶半導体薄膜を構成する発光部から出射される複数種の波長の出射光の混色に優れ、光源に対して斜めの方向であっても混色の状態に差異がない高発光効率の発光装置を得ることができる。
【００８６】
（第２の実施形態の変形例１）
図９は、第２の実施形態の変形例１の単結晶半導体薄膜９１０を示す。図９（ａ）は、単結晶半導体薄膜９１０の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。単結晶半導体薄膜９１０は、第１導電型半導体層９１２を複数の単結晶半導体薄膜９１０の共通の半導体層とした構造である。
この場合、第１導電側電極コンタクトを第１導電型半導体層９１２の上に、第２導電側電極コンタクトを単結晶半導体薄膜９１０の発光部の上面側の第２導電型半導体層の表面に形成してもよい。
【００８７】
（第２の実施形態の変形例２）
また、図１０は、第２の実施形態の変形例２の発光装置１０００の平面図を示す。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ、図１０のＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図であり、図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。
【００８８】
発光装置１０００の構成は、複数の単結晶半導体薄膜１０２０（図１０では４個の単結晶半導体薄膜）、表面に第２導電型半導体層を持つ複数の単結晶半導体薄膜１０２０に共通の第１導電型半導体層１０１２、透明導電膜１０３２、及び、共通金属層１０３０を１グループとして、複数グループの単結晶半導体薄膜１０２０の各共通金属層１０３０をｙ方向配線１０８０に接続し（図１１（ｂ））、複数グループの単結晶半導体薄膜１０２０の第１導電型半導体層１０１２をｘ方向配線１０９０に接続した（図１１（ａ））発光装置１０００である。そして、発光装置１０００の動作は、各グループの単結晶半導体薄膜１０２０のＯＮ／ＯＦＦをｘ方向配線とｙ方向配線によって制御する形態としてものである。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態の発光装置によれば、電極金属によって遮光されることなく発光部からの出射光を取り出すことができる発光装置を提供する。
【符号の説明】
【００９０】
１００、１０１、１０２    発光装置
１１０    基板
１１２    接合層
１１４    金属層
１１６    層間絶縁膜
１１８    開口部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ    単結晶半導体薄膜
１３０    第１の共通配線
１３２    第１の電極（透明導電膜層、透明電極）
１３４    接続領域
１３６、２３６    開口部
１４０    導電性ペースト
１５０    ボンディングワイヤ
１６０    第１の共通配線
１６４    接続領域
２００    発光装置
２１０    母材基板
２２０    第１の単結晶半導体薄膜
２２２    第２の単結晶半導体薄膜
２２４    第３の単結晶半導体薄膜
２２６    第４の単結晶半導体薄膜
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ    第１の共通配線
２３０    第２の共通配線
２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ    透明導電性薄膜
２５０    犠牲層
２５１    成形犠牲層    
２６０    単結晶半導体層
３１０    ベース（躯体）
３３０    第２導電側配線領域
３３１    層間絶縁層
３３２    第１導電側配線領域
３００    照明装置
４００    照明装置
４１０    ベース（躯体）
４１１    ｎ−ＧａＡｓ（接合層）
４１２    ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ（クラッド層）
４１３    （Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（活性層）
４１４    ｐ−（Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３）ｙ３Ｉｎ１−ｙ３Ｐ（クラッド層）
４１５    ｐ−ＧａＰ（コンタクト層）
４３０    第２導電側配線領域
４３１    層間絶縁層
４３２    第１導電側配線領域
４５０    金属薄膜配線
５０２    ｎ−ＧａＮ（接合層）
５０３    ｎ−ＡｌＧａＮ（クラッド層）
５０４    ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／・・・／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ‐ＭＱＷ（活性層）
５０５    ｐ−ＡｌＧａＮ（クラッド層）
５０６    ｐ−ＧａＮ（コンタクト層）
５２０    活性層
５５０、５５２、５５３    出射光
９１０    単結晶半導体薄膜
９１２    第１導電型半導体層
１０００    発光装置
１０１２    第１導電型半導体層
１０２０    単結晶半導体薄膜
１０３０    共通金属層
１０３２    透明導電膜
１０８０    ｙ方向配線
１０９０    ｘ方向配線
【図１】
2011077447.tif 000003
【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】
2011077447.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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