(57)【要約】      （修正有）【課題】発光装置内の発光素子の各々内の輝度分布を均一にすることにより、発光分布が均一な高性能な発光装置を提供する。【解決手段】基板２０と、基板の表面に形成された第１の配線電極２５Ａ、第２の配線電極２５Ｂと、第１の半導体層３１、活性層３３、第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層３５が順次積層され、第１の半導体層の表面３１Ｓを光取り出し面とする発光素子３０と、を有し、発光素子は、第２の半導体層側から第２の半導体層及び活性層を貫通し第１の半導体層内に達する複数の孔部３７Ｈと、第２の半導体層及び活性層と絶縁され、複数の孔部の底部から露出している第１の半導体層に接する第１の電極４５Ａ〜Ｃと、第２の半導体層の表面に形成されている第２の電極３９と、を有し、第１の電極は第１の配線電極に接続されており、第２の電極が第２の配線電極に接続されており、複数の孔部の深さは、第２の配線電極に近い孔部の方が浅い。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に形成された第１の配線電極と、
前記第１の配線電極と電気的に絶縁された第２の配線電極と、
第１の半導体層、活性層及び前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層が順次積層され、前記第１の半導体層の表面を光取り出し面とする半導体構造層を有し、前記第１の配線電極と前記第２の配線電極とに電気的に接続され前記基板の前記表面上に配置された発光素子と、を有し、
前記発光素子は、前記第２の半導体層側から前記第２の半導体層及び前記活性層を貫通し、前記第１の半導体層内に達する複数の孔部と、
前記第２の半導体層及び前記活性層と絶縁され、前記複数の孔部の底部から露出している前記第１の半導体層に接して形成された第１の電極と、
前記第２の半導体層の表面に形成されている第２の電極と、を有し、
前記第１の電極は前記第１の配線電極に接続されており、前記第２の電極が前記第２の配線電極に接続されており、
前記複数の孔部の深さは、前記第２の配線電極に近い孔部の方が浅いことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記複数の孔部は、前記発光素子の面内において、マトリクス状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】
前記複数の孔部は、前記第１の配線電極から第２の配線電極への方向を行とし、これに垂直な方向を列とするマトリクス状に設けられていることを特徴とする請求項２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、発光装置に関し、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子を搭載した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置が、一般照明、液晶ディスプレイ用のバックライト、または車両機器用灯具等に用いられている。このような発光装置において、高い光出力が要求される場合等に、発光素子を列をなして配しかつ電気的に直列接続（以下、単に直列接続ともいう）することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９４８４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したような発光装置では、発光素子の内部抵抗及び当該発光素子間の配線抵抗に起因するジュール損失等により、直列接続において発光装置の各々の発光素子の光出射面内において発光素子のｎ電極に近い領域よりもｐ電極に近い領域のほうが暗くなってしまい、発光分布が不均一になっていた。
【０００５】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、発光装置内の発光素子の各々内の輝度分布を均一にすることにより、発光分布が均一な高性能な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】
本発明の発光装置は、基板と、当該基板の表面に形成された第１の配線電極と、当該第１の配線電極と電気的に絶縁された第２の配線電極と、第１の半導体層、活性層及び当該第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層が順次積層され、当該第１の半導体層の表面を光取り出し面とする半導体構造層を有し、当該第１の配線電極と当該第２の配線電極とに電気的に接続され当該基板の当該表面上に配置された発光素子と、を有し、当該発光素子は、当該第２の半導体層側から当該第２の半導体層及び当該活性層を貫通し、当該第１の半導体層内に達する複数の孔部と、当該第２の半導体層及び当該活性層と絶縁され、当該複数の孔部の底部から露出している当該第１の半導体層に接して形成された第１の電極と、当該第２の半導体層の表面に形成されている第２の電極と、を有し、当該第１の電極は当該第１の配線電極に接続されており、当該第２の電極が当該第２の配線電極に接続されており、当該複数の孔部の深さは、当該第２の配線電極に近い孔部の方が浅いことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１である発光装置の上面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】比較例１の発光装置の断面図である。
【図５】図１に示す発光素子の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図６】図１に示す発光素子の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図７】図１に示す発光素子の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図８】図１に示す発光素子の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例２である発光装置の上面図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿った断面図である。
【図１１】比較例２の発光装置の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）−（ｄ）は、実施例２の発光装置の製造工程の各々を示す断面図である。
【図１３】変形例の発光装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する実施例においては、説明及び理解の容易さのため、半導体構造層が第１の半導体層、発光層及び第２の半導体層からなる場合について説明するが、第１の半導体層及び／又は第２の半導体層、並びに発光層はそれぞれ複数の層から構成されていてもよい。例えば、当該半導体層には、キャリア注入層、キャリアオーバーフロー防止のための障壁層、電流拡散層、オーミック接触性向上のためのコンタクト層、バッファ層などが含まれていてもよい。また、第１の半導体層及び第２の半導体層の導電型はそれぞれ下記実施例とは反対の導電型であってもよい。
【０００９】
以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１である発光装置１０の上面図である。図２は、図１の２−２線に沿った断面図であり、１の発光素子の断面を示している。図３は、図１の３−３線に沿った断面図である。図３においては、発光素子の電極間に流れる電流を一点鎖線矢印で示している。
【００１１】
図１に示すように、発光装置１０は、支持体２０と、支持体２０上に発光素子３０Ａ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｄの順に直線上に一列に配され、互いに電気的に直列に接続された４つの発光素子からなっている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、支持体２０は、支持基板２１、絶縁層２３、配線電極２５及び接続電極２７を含んでいる。支持基板２１は、Ｓｉ等の放熱性の良好な基板からなり、矩形状の上面形状を有している。絶縁層２３は、発光素子３０Ａ−３０Ｄと対向する表面上に形成されたＳｉＯ2からなる層である。
【００１３】
配線電極２５Ａ及び２５Ｂは、絶縁層２３上に形成され、支持体２０の長辺方向における両端部に配されているＡｕからなる金属電極である。配線電極２５は、支持体２０の一方の端部に配されているｐ配線電極２５Ａ及び他方の端部に配されているｎ配線電極２５Ｂからなっている。
【００１４】
ｐ配線電極２５Ａとｎ配線電極２５Ｂとの間の絶縁層２３上には、ｐ配線電極２５Ａ及びｎ配線電極と離間して３つの接続電極２７が並んで配されている。接続電極２７は、互いに離間して配されており、隣り合う発光素子３０Ａ−３０Ｄを電気的に直列に接続している。
【００１５】
発光素子３０Ａ−３０Ｄは、支持体２０上にｎ配線電極２５Ｂから側から順に発光素子３０Ａ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｄの順に直線上に一列に配されており、ｐ配線電極２５Ａとｎ配線電極２５Ｂとの間で電気的に直列に接続されている。
【００１６】
以下に、発光素子３０Ａ−３０Ｄの詳細構造について図３を用いて発光素子３０Ａを例に説明する。なお、発光素子３０Ａ乃至３０Ｄはいずれも同様な構成を有している。
【００１７】
発光素子３０Ａは、ＧａＮ系（ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１８】
より詳細には、発光素子３０Ａは、第１の導電型の第１の半導体層３１と、活性層３３と、第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型の第２の半導体層３５とが積層されてなる発光機能層である半導体構造層３７を有する。本実施例においては、第１の半導体層３１がｎ型半導体層であり、第２の半導体層３５がｐ型半導体層である場合を例に説明する。
【００１９】
第１の半導体層３１は、Ｓｉのようなｎ型ドーパントが添加されたｎ型半導体層を含む層である。活性層３３は、ＧａＮの層とＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の層が繰り返し積層されることで構成された多重量子井戸構造を有する。第２の半導体層３５は、Ｍｇのようなｐ型ドーパントが添加されたｐ型半導体層である。第１の半導体層３１の表面３１Ｓ（すなわち、半導体構造層３７の上面）が光出射面として機能する。
【００２０】
半導体構造層３７の下面には、第２の半導体層３５から活性層３３を貫通して第１の半導体層３１内に至る孔部３７Ｈが５つ形成されている。孔部３７Ｈは、４つの孔部が正方形に配され、１つの孔部がその正方形の中央に位置するよう配されている。なお、孔部３７Ｈの各々の第２の半導体層３５の下面からの深さＤは各発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々内において同一である。
【００２１】
第２の半導体層３５の下面には、第２の半導体層３５の上に、例えばＴｉ／ＡｇまたはＩＴＯ／Ａｇがこの順に積層されたｐ電極３９が形成されている。キャップ層４１は、第２の半導体層３５の下面にｐ電極３９を埋設するように形成されており、例えばＴｉＷからなっている。
【００２２】
絶縁層４３は、半導体構造層３７が露出する表面及びキャップ層４１を覆うように形成されている絶縁性を有する層であり、例えばＳｉＯ2またはＳｉＮ等からなっている。絶縁層４３は孔部３７Ｈの底面を露出する開口部４３Ａを有し、かつ発光素子３０Ａの端部領域にあるキャップ層４１を露出する開口部４３Ｂを有している。
【００２３】
ｎ電極４５は、孔部３７Ｈの底面において開口部４３Ａから露出した第１の半導体層３１の表面を覆い、かつ孔部３７Ｈの側面上に形成された絶縁層４３の表面を覆うように形成されている。ｎ電極４５は、第１の半導体層３１及び絶縁層４３の表面からＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｇ等をこれらの順に成膜した層である。すなわち、ｎ電極４５は開口部４３Ａにおいて第１の半導体層３１と電気的に接続されている。
【００２４】
ｐ給電電極４７は、開口部４３Ｂから露出するキャップ層４１層を覆うように形成されている。ｎ給電電極４９は、ｐ給電電極４７が形成されている端部領域以外の領域において絶縁層４３及びｎ電極４５を覆うように形成されている。ｎ給電電極４９はｐ給電電極４７と離間して形成されており、ｐ給電電極４７とは電気的に絶縁されている。
【００２５】
発光素子３０Ａのｐ給電電極４７は支持体２０の接続電極２７と、ｎ給電電極４９はｎ配線電極２５Ｂと接合されている。すなわち、発光素子３０Ａにおいて、半導体構造層３７への電流の供給は、ｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９からそれぞれｐ電極３９及びｎ電極４５を介して行われる。なお、図２に示すように発光素子３０Ｂ及び３０Ｃのｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９は、ともに接続電極２７に接合されている。また、発光素子３０Ｄにおいては、ｎ給電電極４９は接続電極２７に、ｐ給電電極４７はｐ配線電極２５Ａにそれぞれ接合されている。
【００２６】
図２に示すように、発光装置１０において、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々の孔部３７Ｈの深さＤA−ＤDは、発光装置１０内の直列接続においてｐ配線電極２５Ａに近い発光素子ほど浅くなっている（ＤA＞ＤB＞ＤC＞ＤD）。
【００２７】
従って、発光素子３０Ａ−Ｄにおいては、発光装置１０内の直列接続において、ｎ配線電極に最も近い、すなわちｐ配線電極２５Ａから最も遠い発光素子３０Ａ内のｐ電極３９とｎ電極４５との間の距離（電流経路）が最も長くなっている。その一方、ｐ配線電極２５Ａから最も近い発光素子３０Ｄ内のｐ電極３９とｎ電極４５との間の距離（電流経路）は最も短くなっている。
【００２８】
発光素子においては、ｐ電極３９とｎ電極４５との間の距離（電流経路）が長ければ長いほど、電流は発光素子内で広く拡散する。従って、図３の一点鎖線で示すように発光素子３０Ｄよりも発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｃよりも発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｂよりも発光素子３０Ａ内で電流は発光素子内に広く拡散する。
【００２９】
図４に比較例１の発光装置５０の断面図を示す。比較例１の発光素子５０は、発光素子の６０Ａ−６０Ｄの各々の孔部３７Ｈの深さＤが、全ての発光素子で同一である以外は実施例１の発光装置１０と同一の構成を有している。この比較例１の発光装置５０を用いて、実施例１の発光装置１０の効果を示す。
【００３０】
実施例１の発光装置１０においては、発光素子３０Ａから発光素子３０Ｄが全体として均一な輝度分布を有している。
【００３１】
実施例１の発光装置１０では、孔部３７Ｈの深さＤが最も深い発光素子３０Ａ（深さＤA）内で最も電流が広く拡散し、発光素子３０Ｂ（深さＤB）、発光素子３０Ｃ（深さ（ＤC））、発光素子３０Ｄ（深さＤD）の順に電流の拡散度が低下していく。すなわち、発光素子３０Ｄから発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ａの順に電流拡散状態が良好になっていく。
【００３２】
ＬＥＤ等の発光素子においては、素子内部の電流の拡散状態が良好、すなわち電流拡散度が大きいほど発光素子の全体の輝度は向上する。従って、この電流拡散状態の差がジュール損による発光輝度の低下を打ち消すため、発光装置１０では、発光素子３０Ａ−３０Ｄまでが均一の輝度で発光する。
【００３３】
比較例１の発光装置５０の輝度分布においては、ｐ配線電極２５Ａ近傍の発光素子６０Ｄからｎ配線電極２５Ｂ近傍の発光素子６０Ａにかけてだんだん輝度が低下している。
【００３４】
比較例１の発光装置５０においては、発光素子６０Ａ−６０Ｄの孔部３７Ｈの深さＤがすべて同一であるため、どの発光素子においても同程度の電流拡散状態となっている。比較例１の発光装置５０では、配線電極２５Ａ及び２５Ｂ、接続電極２７並びに発光素子の内部抵抗によるジュール損の発生により、電流経路においてｐ配線電極２５Ａから最も近い発光素子６０Ｄが最も明るく、発光素子６０Ｃ、発光素子６０Ｂ、発光素子６０Ａの順に暗くなっていく輝度分布となっている。
【００３５】
上述のように、本実施例の発光装置１０によれば、ｐ配線電極２５Ａからｎ配線電極２５Ｂの間の直列接続内の発光素子を均一の輝度で発光させることができ、発光分布が均一な発光装置をもたらすことが可能である。
【００３６】
［発光装置１０の製造方法］
実施例１である発光装置１０の製造方法について、以下に詳細に説明する。図５−図８は、実施例１の発光装置１０の各製造工程を示す断面図である。
【００３７】
［発光素子の形成］
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて結晶成長を行い、半導体構造層３７を形成する。具体的には、サファイア基板等の成長基板６１をＭＯＣＶＤ装置に投入し、サーマルクリーニング後、第１の半導体層３１、活性層３３、及び第２の半導体層３５を順に成膜する。なお、以下、第１の半導体層３１がｎ型半導体層、第２の半導体層３５が第１の半導体層と反対導電型のｐ型半導体層である場合について説明する。
【００３８】
次に、図５に示すように、ｐ電極３９及びキャップ層４１を形成する。ｐ電極３９は、第２の半導体層３５の上に順にＴｉ／ＡｇまたはＩＴＯ／Ａｇ等を、例えばスパッタ法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で１００−３００ｎｍ程度の厚さで成膜し、孔部３７Ｈを形成する部分において第２の半導体層３５が露出するように所定の形状にパターニングすることで形成する。
【００３９】
キャップ層４１は、ｐ電極３９を埋設するようにＴｉＷを、例えばスパッタ法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で成膜し、ｐ電極と同様の所定の形状にパターニングすることで形成する。すなわち、キャップ層４１を形成した後に、第２の半導体層が露出する開口部４１Ａが形成される。なお、ｐ電極３９の配線抵抗を良好にするために、ｐ電極３９上にＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉをこの順に８００ｎｍ程度の厚さで成膜してキャップ層４１を形成してもよい。
【００４０】
次に、図６に示すように、第１の半導体層３１に孔部３７Ｈを形成する。具体的には、ｐ電極３９及びキャップ層４１から開口部４１Ａを介して露出している第２の半導体層３５及び活性層３３を貫通して第１の半導体層３１を露出するように孔部３７Ｈを形成する。孔部３７Ｈは、例えば第２の半導体層３５及び活性層３３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等でドライエッチングすることで形成する。
【００４１】
孔部３７Ｈは、発光素子３０Ａ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｄの順にその深さが浅くなるように（深さＤA＞ＤB＞ＤC＞ＤD）形成する。孔部３７Ｈの形成においては、例えばマスクを交換して複数回エッチングする多段エッチング等をすることによって孔部３７Ｈの深さＤA＞ＤB＞ＤC＞ＤDの差を出すこととしてもよい。
【００４２】
次に図７に示すように、絶縁層４３及びｎ電極４５を形成する。具体的には、まず、第２の半導体層３５の表面及びキャップ層４１を覆うようにＳｉＯ2またはＳｉＮ等の絶縁性材料を、例えばスパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で成膜することで第１の半導体層３１を露出する開口部４３Ａを有する絶縁層４３を形成する。
【００４３】
その後、孔部３７Ｈの底部にある開口部４３Ａから露出している第１の半導体層３１の表面を覆い、絶縁層４３の孔部３７Ｈの側面に上に形成された部分を覆うようにｎ電極４５を形成する。ｎ電極４５は、第１の半導体層３１の表面からＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｇの順に、例えば５００ｎｍ以上の厚さに成膜した後にパターニングすることで形成する。
【００４４】
次に、図８に示すように、ｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９を形成し、発光素子３０Ａ−３０Ｄを個片化する。具体的には、まず、ｐ給電電極４７を形成する領域のキャップ層４１の一部を露出させる開口部４３Ｂを形成する。開口部４３Ｂは、絶縁層４３をウェットエッチングまたはドライエッチングで一部除去することで形成する。次に、絶縁層４３及びｎ電極４５並びに開口部４３Ｂから露出したキャップ層４１を覆うように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順にＥＢ蒸着法等で成膜した後に所定形状にパターニングすることでｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９を形成する。この際、ｐ給電電極４７とｎ給電電極４９が互いに離間して電気的に絶縁されるようにパターニングする。その後、例えばドライエッチングをして発光素子３０Ａ−３０Ｄを個片化する。以上の工程で発光素子３０Ａ−３０Ｄが完成する。
【００４５】
［支持体の形成及び支持体との接着］
まず、Ｓｉ等の支持基板２１の一方の面に例えばＳｉＯ2またはＳｉＮからなる絶縁層２３を形成する。その後、絶縁層２３上に発光素子３０との接合層としても機能するＡｕからなるｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ及び接続電極２７を形成して、支持体２０を完成する。ｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ及び接続電極２７の形成には、例えば、抵抗加熱及びＥＢ蒸着法、スパッタ法などから適当な手法を用いることが出来る。
【００４６】
次に、支持体２０と発光素子３０を、たとえば熱圧着により接合させる。より詳細には、発光素子３０のｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９の最表層にあるＡｕとｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ及び接続電極２７を形成するＡｕとを熱圧着して、いわゆるＡｕ／Ａｕ接合を行った。なお、接合方法及び材料は上記の方法及び材料に限定されるものではなく、例えばＡｕＳｎ等を用いた共晶接合を用いた接合を行ってもよい。
【００４７】
［成長基板の除去］
支持体２０と発光素子３０とを接合した後、成長基板６１を除去する。成長基板６１の除去により第１の半導体層３１の表面３１Ｓが露出し、光出射面となる。成長基板６１の除去は、レーザリフトオフ法を用いて行った。なお、成長基板６１の除去は、レーザリフトオフに限らず、ウエットエッチングドライエッチング、機械研磨法、化学機械研磨（CMP）もしくはそれらのうち少なくとも１つの方法を含む組合せにより行ってもよい。
【００４８】
上記説明においては、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々において、孔部３７Ｈの深さが同一である場合を例として説明したが、この構成に限定されるわけではない。すなわち、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々において、孔部３７Ｈの各々の深さは互いに異なっていてもよい。この場合、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々における孔部３７Ｈの深さの平均値が、発光素子３０Ａ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｄの順に小さくなっていることとしてもよい。
【００４９】
また、上記説明においては、ｎ電極４５は、絶縁層４３によって活性層３３及び第２の半導体層３５から絶縁されているように説明及び図示したが、ｎ電極４５が活性層３３及び第２の半導体層３５から絶縁されている他の構成を取ることも可能である。例えば、絶縁層４３を孔部３７Ｈ内に形成せず、単にｎ電極４５と活性層３３及び第２の半導体層３５とが離間するように形成してもよい。
【実施例２】
【００５０】
以下に、本発明の実施例２である発光装置７０について図９及び図１０を参照して説明する。図１０は、図９の１０−１０線に沿った断面図である。発光装置７０の発光素子３０は、発光素子内の孔部の各々の深さが異なる以外は、実施例１である発光装置１０の発光素子３０Ａ乃至３０Ｄと同様の構成を有している。
【００５１】
図９及び図１０に示すように、支持体２０は、支持基板２１、絶縁層２３、配線電極２５を含んでいる。支持基板２１は、Ｓｉ等の放熱性の良好な基板からなり、矩形状の上面形状を有している。絶縁層２３は、発光素子３０と対向する表面上に形成されたＳｉＯ2からなる層である。配線電極２５Ａ及び２５Ｂは、絶縁層２３上に形成され、支持体２０の長辺方向における両端部に配されているＡｕからなる金属電極である。配線電極２５は、支持体２０の一方の端部に配されているｐ配線電極２５Ａ及び他方の端部に配されているｎ配線電極２５Ｂからなっている。
【００５２】
発光素子３０は、ＧａＮ系（ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００５３】
より詳細には、発光素子３０は、第１の導電型の第１の半導体層３１と、活性層３３と、第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型の第２の半導体層３５とが積層されてなる発光機能層である半導体構造層３７を有する。本実施例においては、第１の半導体層３１がｎ型半導体層であり、第２の半導体層３５がｐ型半導体層である場合を例に説明する。
【００５４】
第１の半導体層３１は、Ｓｉのようなｎ型ドーパントが添加されたｎ型半導体層を含む層である。活性層３３は、ＧａＮの層とＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の層が繰り返し積層されることで構成された多重量子井戸構造を有する。第２の半導体層３５は、Ｍｇのようなｐ型ドーパントが添加されたｐ型半導体層である。第１の半導体層３１の表面３１Ｓ（すなわち、半導体構造層３７の上面）が光出射面として機能する。
【００５５】
半導体構造層３７の下面には、第２の半導体層３５から活性層３３を貫通して第１の半導体層３１内に至る孔部３７Ｈが５つ形成されている。孔部３７Ｈは、４つの孔部が正方形に配され、１つの孔部がその正方形の中央に位置するよう配されている。孔部３７Ｈは、ｐ配線電極２５Ａに最も近い２つの孔部３７ＨＡ、次に近い１つの孔部３７ＨＢ、最も遠い２つの孔部３７ＨＣからなっている。２つの孔部３７ＨＡは同一の深さＤHAであり、１つの孔部３７ＨＢは深さＤHBであり、２つの孔部３７ＨＣは深さＤHCである。これらの孔部３７は、孔部３７ＨＡが最も浅く、孔部３７ＨＣが最も深くなるように形成されている。すなわち、ＤHA＜ＤHB＜ＤHCとなっている。
【００５６】
換言すれば、孔部３７Ｈは、ｐ配線電極２５Ａから離間すればするほどその深さが深くる構成となっている。
【００５７】
第２の半導体層３５の下面には、第２の半導体層３５の上に、例えばＴｉ／ＡｇまたはＩＴＯ／Ａｇがこの順に積層されたｐ電極３９が形成されている。キャップ層４１は、第２の半導体層３５の下面にｐ電極３９を埋設するように形成されており、例えばＴｉＷからなっている。
【００５８】
絶縁層４３は、半導体構造層３７が露出する表面及びキャップ層４１を覆うように形成されている絶縁性を有する層であり、例えばＳｉＯ2またはＳｉＮ等からなっている。絶縁層４３は孔部３７Ｈの底面を露出する開口部４３Ａを有し、かつ発光素子３０の端部領域にあるキャップ層４１を露出する開口部４３Ｂを有している。
【００５９】
ｎ電極４５Ａ、４５Ｂ及び４５Ｃは、それぞれ孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣの底面において開口部４３Ａから露出した第１の半導体層３１の表面を覆い、かつ孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣの各々の側面上に形成された絶縁層４３の表面を覆うように形成されている。ｎ電極４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃは、第１の半導体層３１及び絶縁層４３の表面からＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｇ等をこれらの順に成膜した層である。すなわち、ｎ電極４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃは開口部４３Ａにおいて第１の半導体層３１と電気的に接続されている。
【００６０】
ｐ給電電極４７は、開口部４３Ｂから露出するキャップ層４１を覆うように形成されている。ｎ給電電極４９は、ｐ給電電極４７が形成されている端部領域以外の領域において絶縁層４３及びｎ電極４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを覆うように形成されている。ｎ給電電極４９はｐ給電電極４７と離間して形成されており、ｐ給電電極４７とは電気的に絶縁されている。
【００６１】
発光素子３０のｐ給電電極４７は支持体２０のｐ配線電極２５Ａと、ｎ給電電極４９はｎ配線電極２５Ｂと接合されている。すなわち、発光素子３０において、半導体構造層３７への電流の供給は、ｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９からそれぞれｐ電極３９及びｎ電極４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを介して行われる。
【００６２】
図１０に示すように、発光装置７０において、孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣの深さＤHA−ＤHCは、発光素子３０内でｐ給電電極４７に近くなるほど浅くなっている（ＤHA＞ＤHB＞ＤHC）。
【００６３】
従って、発光装置７０においては、ｐ給電電極４７から最も離れているｎ電極４５Ｃとその周囲のｐ電極３９との間の距離（電流経路）が最も長くなっている。その一方、ｐ給電電極４７から最も近いｎ電極４５Ａとその周辺のｐ電極３９との間の距離（電流経路）は最も短くなっている。
【００６４】
発光素子においては、ｎ電極とその周囲のｐ電極との間の距離（電流経路）が長ければ長いほど、電流はそのｎ電極とｐ電極との間で広く拡散する。従って、ｎ電極４５Ａとその周囲のｐ電極３９との間よりもｎ電極４５Ｂとのその周囲のｐ電極３９との間、ｎ電極４５Ｂとその周囲のｐ電極との間よりもｎ電極４５Ｃとその周囲のｐ電極３９との間で電流は広く拡散する。
【００６５】
図１１に比較例２の発光装置８０の断面図を示す。比較例２の発光装置８０は、孔部３７Ｈの深さＤが全て同一である以外は、実施例２の発光装置７０と同一の構成を有している。
【００６６】
実施例２の発光装置７０の輝度分布においては、ｐ配線電２５Ａからｎ配線電極２５Ｂにかけて発光素子３０が全体として均一な輝度分布を有している。
【００６７】
上述したように、実施例２の発光装置７０では、発光素子３０において、最も深い孔部３７ＨＣ（深さＤHC）に形成されているｎ電極４５Ｃとその周囲のｐ電極３９との間で最も電流が広く拡散し、孔部３７ＨＢ（深さＤHB）に形成されているｎ電極４５Ｂとその周囲のｐ電極３９との間、孔部３７ＨＡ（深さＤHA）に形成されているｎ電極４５Ａとその周囲のｐ電極３９との間の順に電流の拡散度が低下していく。すなわち、ｎ電極４５Ａの周囲、ｎ電極４５Ｂの周囲、ｎ電極４５Ｃの周囲の順に電流拡散状態が良好になっていく。
【００６８】
ＬＥＤ等の発光素子においては、素子内部の電流の拡散度が大きい領域ほど輝度は向上する。従って、この電流拡散状態の差がジュール損による発光輝度の低下を打ち消すため、発光装置７０では、ｐ配線電極２５Ａ近傍からｎ配線電極２５Ｂの近傍にかけて全体として均一の輝度で発光する。
【００６９】
比較例２の発光装置８０の輝度分布においては、ｐ配線電極２５Ａからｎ配線電極２５Ｂにかけてだんだん輝度が低下している。
【００７０】
比較例２の発光装置８０においては、発光素子３０の孔部３７Ｈの深さＤがすべて同一であるため、発光素子どの部分においても同程度の電流拡散状態となっている。よって、比較例２の発光装置８０では、配線電極２５Ａ及び２５Ｂ、並びに発光素子３０の内部抵抗によるジュール損の発生により、ｐ配線電極２５Ａ近傍が最も明るく、ｎ配線電極２５Ｂ近傍に向けてだんだん暗くなっていく輝度分布となっている。
【００７１】
上述のように、本実施例の発光装置７０によれば、ｐ配線電極２５Ａからｎ配線電極２５Ｂの間の領域全体での発光素子を均一の輝度で発光させることができ、発光分布が均一な発光装置をもたらすことが可能である。
【００７２】
［発光装置７０の製造方法］
実施例２である発光装置７０の製造方法について、以下に詳細に説明する。図１２（ａ）−（ｄ）は、実施例２の発光装置７０の各製造工程を示す断面図である。
【００７３】
［発光素子構造体の形成］
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて結晶成長を行い、半導体構造層３７を形成する。具体的には、サファイア基板等の成長基板６１をＭＯＣＶＤ装置に投入し、サーマルクリーニング後、第１の半導体層３１、活性層３３、及び第２の半導体層３５を順に成膜する。なお、以下、第１の半導体層３１がｎ型半導体層、第２の半導体層３５が第１の半導体層と反対導電型のｐ型半導体層である場合について説明する。
【００７４】
次に、図１２（ａ）に示すように、ｐ電極３９及びキャップ層４１を形成する。ｐ電極３９は、第２の半導体層３５の上に順にＴｉ／ＡｇまたはＩＴＯ／Ａｇ等を、例えばスパッタ法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で１００−３００ｎｍ程度の厚さで成膜し、孔部３７Ｈを形成する部分において第２の半導体層３５が露出するように、所定の形状にパターニングすることで形成する。
【００７５】
キャップ層４１は、ｐ電極３９を埋設するようにＴｉＷを、例えばスパッタ法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で成膜し、ｐ電極３９と同様の所定の形状にパターニングすることで形成する。すなわち、キャップ層４１を形成した後に、第２の半導体層が露出する開口部４１Ａが形成される。なお、ｐ電極３９の配線抵抗を良好にするために、ｐ電極３９上にＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉをこの順に８００ｎｍ程度の厚さで成膜してキャップ層４１を形成してもよい。
【００７６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第１の半導体層３１に孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣを形成する。具体的には、開口部４１Ａから露出している第２の半導体層３５及び活性層３３を貫通して第１の半導体層３１を露出するように孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣを形成する。孔部３７Ｈは、例えば第２の半導体層３５及び活性層３３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等でドライエッチングすることで形成する。
【００７７】
孔部３７Ｈは、ｐ配線電極２５Ａに近い方から孔部３７ＨＡ、孔部３７ＨＢ、孔部３７ＨＣの順に深さがだんだん深くなるように（ＤHA＜ＤHB＜ＤHC）形成する。例えば、マスクを交換して複数回エッチングする多段エッチング等をすることによって孔部３７ＨＡ、孔部３７ＨＢ、孔部３７ＨＣの深さの差を出すこととしてもよい。
【００７８】
次に図１２（ｃ）に示すように、絶縁層４３及びｎ電極４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを形成する。具体的には、まず、第２の半導体層３５の表面、キャップ層４１及び孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣの各々の側面を覆うようにＳｉＯ2またはＳｉＮ等の絶縁性材料を、例えばスパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で成膜することで絶縁層４３を形成する。
【００７９】
その後、孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、３７ＨＣの各々の底部にある開口部４３Ａから露出している第１の半導体層３１の表面を覆い、絶縁層４３の孔部３７ＨＡ、３７ＨＢ、及び３７ＨＣの各々の側面に形成された部分を覆うようにｎ電極４５を形成する。ｎ電極４５は、第１の半導体層３１の表面からＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｇの順に、例えば５００ｎｍ以上の厚さに成膜した後にパターニングすることで形成する。
【００８０】
次に、図１２（ｄ）に示すように、ｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９を形成する。具体的には、まず、ｐ給電電極４７を形成する領域のキャップ層４１の一部を露出させる開口部４３Ｂを形成する。開口部４３Ｂは、絶縁層４３をウェットエッチングまたはドライエッチングで一部除去することで形成する。次に、絶縁層４３及びｎ電極４５並びに開口部４３Ｂから露出したキャップ層４１を覆うように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順にＥＢ蒸着法等で成膜した後に所定形状にパターニングすることでｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９を形成する。この際、ｐ給電電極４７とｎ給電電極４９が互いに離間して電気的に絶縁されるようにパターニングする。以上の工程で発光素子３０が完成する。なお、複数の発光素子３０を１枚の成長基板上に複数形成している場合には、発光素子３０を、例えばドライエッチングで個片化する。
【００８１】
［支持体の形成及び支持体との接着］
まず、Ｓｉ等の支持基板２１の一方の面に例えばＳｉＯ2またはＳｉＮからなる絶縁層２３を形成する。その後、絶縁層３３上に発光素子３０との接合層としても機能するＡｕからなるｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ（図示せず）及び接続電極２７を形成して、支持体２０を完成する。ｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ及び接続電極２７の形成には、例えば、抵抗加熱及びＥＢ蒸着法、スパッタ法などから適当な手法を用いることが出来る。
【００８２】
次に、支持体２０と発光素子３０を、たとえば熱圧着により接合させる。より詳細には、発光素子３０のｐ給電電極４７及びｎ給電電極４９の最表層にあるＡｕとｐ配線電極２５Ａ、ｎ配線電極２５Ｂ及び接続電極２７を形成するＡｕとを熱圧着して、いわゆるＡｕ／Ａｕ接合を行った。なお、接合方法及び材料は上記の方法及び材料に限定されるものではなく、例えばＡｕＳｎ等を用いた共晶接合を用いた接合を行ってもよい。
【００８３】
［成長基板の除去］
支持体２０と発光素子３０とを接合した後、成長基板６１を除去して、図１０示した断面を有する発光装置７０が完成する。成長基板６１の除去により第１の半導体層３１の表面３１Ｓが露出し、光出射面となる。成長基板６１の除去は、レーザリフトオフ法を用いて行った。なお、成長基板６１の除去は、レーザリフトオフに限らず、ウエットエッチングドライエッチング、機械研磨法、化学機械研磨（CMP）もしくはそれらのうち少なくとも１つの方法を含む組合せにより行ってもよい。
【００８４】
また、上記説明においては、ｎ電極４５Ａ−４５Ｃは、絶縁層４３によって活性層３３及び第２の半導体層３５から絶縁されているように説明及び図示したが、ｎ電極４５Ａ−４５Ｃが活性層３３及び第２の半導体層３５から絶縁されている他の構成を取ることも可能である。例えば、絶縁層４３を孔部３７Ｈ内に形成せず、単にｎ電極４５Ａ−４５Ｃと活性層３３及び第２の半導体層３５とが離間するように形成してもよい。
【００８５】
[変形例等]
実施例１の上記説明においては、発光素子３０Ａ−３０Ｄの４つの発光素子を直線上に一列に配列する場合を例として説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、発光素子の配列個数は２以上であればよく、配列も任意であり、例えば千鳥状に配列してもよく、また曲線上、円周上、多角形の辺上に配列する等してもよい。
【００８６】
なお、発光素子の配列態様及び配列個数の変更に応じて、支持体２０の配線電極の配置、並びに接続電極の個数及び配置も適宜変更可能である。
【００８７】
実施例１の上記説明においては、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々において、孔部３７Ｈの深さが同一である場合を例として説明したが、この構成に限定されるわけではない。すなわち、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々において、孔部３７Ｈの各々の深さは互いに異なっていてもよい。この場合、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々における孔部３７Ｈの深さの平均値が、発光素子３０Ａ、発光素子３０Ｂ、発光素子３０Ｃ、発光素子３０Ｄの順に小さくなっていることとしてもよい。
【００８８】
実施例２の上記説明においては、発光素子３０に５つの孔部３７Ｈを形成するように説明及び図示したが、孔部３７Ｈの個数及び配置位置は任意であり上記構成に限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、孔部３７Ｈを発光素子３０の面内において例えば３×３のマトリクス状に配することとしてもよい。その場合、第１の配線電極２５Ａから第２の配線電極２５Ｂの方向を行とし、これに垂直な方向を列とするマトリクス状に孔部３７Ｈを設けることとしてもよい。
【００８９】
なお、実施例１における発光素子３０Ａ−３０Ｄの孔部３７Ｈの個数及び配置位置も同様に任意である。従って、発光素子３０Ａ−３０Ｄの孔部３７Ｈを、図１３に示す発光素子３０と同様に発光素子３０Ａ−３０Ｄの面内において例えば３×３のマトリクス状に配することとしてもよい。その場合、第１の配線電極２５Ａから第２の配線電極２５Ｂの方向を行とし、これに垂直な方向を列とするマトリクス状に孔部３７Ｈを設けることとしてもよい。
【００９０】
実施例２の上記説明においては、２つの孔部３７ＨＡの深さが同一でかつ２つの孔部３７ＨＣの深さが同一である場合を例として説明したが、この構成に限定されるわけではない。すなわち、孔部３７ＨＡの各々、および孔部３７ＨＢの深さの各々は互いに異なっていてもよい。この場合、孔部３７ＨＡの深さの平均値、孔部３７ＨＢの深さ、孔部３７ＨＣの深さの平均値がこの順に大きくなっていることとしてもよい。
【００９１】
また、実施例２において用いた発光素子３０の構成を実施例１の発光素子３０Ａ−３０Ｄに用いてもよい。すなわち、実施例１において、発光素子３０Ａ−３０Ｄの各々に形成された孔部３７Ｈの深さをｐ給電電極２５Ａから離れれば離れるほど深くすることとしてもよい。このようにすることで、発光素子間の発光輝度の均一化に加え発光素子内の発光輝度の均一化ももたらすことが可能である。
【００９２】
上記実施例において、第１の半導体層３１の表面３１Ｓ（光出射面）に光り取り出し効率向上のための凹凸構造を形成してもよい。このような凹凸構造は、成長基板６１の除去後に、第１の半導体層１１の光取り出し面をＴＭＡＨなどを用いた異方性ウェットエッチングによって形成する。なお、フォトリソグラフィ、ＥＢリソグラフィ、ＥＢ描画、ナノインプリント、レーザ露光などの方法及びリフトオフ法により、人工的周期構造のマスクパターンを形成後にドライエッチングして形成して凹凸構造を形成してもよい。
【００９３】
なお、上記した実施例は適宜組み合わせ、又は改変して適用することができる。また、上記した材料、数値等は例示に過ぎない。
【符号の説明】
【００９４】
１０、７０  発光装置
２０  支持体
２１  支持基板
２３  絶縁層
２５Ａ  ｐ配線電極
２５Ｂ  ｎ配線電極
２７  接続電極
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ  発光素子
３１  第１の半導体層
３１Ｓ  表面
３３  活性層
３５  第２の半導体層
３７  半導体構造層
３７Ｈ  孔部
３９  ｐ電極
４１  キャップ層
４１Ａ  開口部
４３  絶縁層
４３Ａ、４３Ｂ  開口部
４５  ｎ電極
４７  ｐ給電電極
４９  ｎ給電電極
６１  成長基板
【図１】
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【図２】
2015177023.tif 000004
【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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