(57)【要約】【課題】  発光輝度分布の発生を抑制する。【解決手段】  第１の方向に長い基板上に複数の半導体発光素子が形成された半導体発光素子アレイであって、前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、前記基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成され、前記電極層に電気的に接続されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型半導体層とを有する半導体発光層と、前記半導体発光層の一辺に沿って、該一辺と平行に形成された第１配線層と、前記第１配線層から前記半導体発光層にかけて延在し、前記半導体発光層の表面において、前記ｎ型半導体層と電気的に接続される複数の第２配線層とを有し、前記半導体発光層の平面形状が、前記第１の方向に平行な上辺及び下辺と、該上辺及び下辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む２つの短辺を有する形状であり、前記斜辺の頂点から垂直に引いた直線が隣接する半導体発光素子の下辺と交差する形状である半導体発光素子アレイが提供される。【選択図】  図６
2013055187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に長い基板上に複数の半導体発光素子が形成された半導体発光素子アレイであって、
前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、
前記基板上に形成された電極層と、
前記電極層上に形成され、前記電極層に電気的に接続されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型半導体層とを有する半導体発光層と、
前記半導体発光層の一辺に沿って、該一辺と平行に形成された第１配線層と、
前記第１配線層から前記半導体発光層にかけて延在し、前記半導体発光層の表面において、前記ｎ型半導体層と電気的に接続される複数の第２配線層とを有し、
前記半導体発光層の平面形状が、前記第１の方向に平行な上辺及び下辺と、該上辺及び下辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む２つの短辺を有する形状であり、前記斜辺の頂点から垂直に引いた直線が隣接する半導体発光素子の下辺と交差する形状である半導体発光素子アレイ。
【請求項２】
前記形状は平行四辺形である請求項１記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項３】
前記形状は台形である請求項１記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項４】
前記複数の半導体発光素子は前記第１の方向に沿って形成され、
前記第１配線層は、前記半導体発光層の上辺及び下辺のいずれか一方に沿って、該一方の辺と平行に形成され、
前記第２配線層は、前記第１配線層から前記半導体発光層内に延在し、
隣接する半導体発光素子間においては、前記第１配線層が交互に上下に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項５】
前記第１配線層は、一方に隣接する半導体発光素子の前記電極層と電気的に接続され、前記複数の半導体発光素子が直列に接続された請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項６】
それぞれの照射像の輝度分布が１８０度回転対称に配置された少なくとも２つの請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイと、
前記少なくとも２つの半導体発光素子アレイの照射像が照射面において重なるように照射する光学系と
を有する車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子アレイ及び半導体発光素アレイを用いた車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のヘッドランプや照明に用いるためのＬＥＤ素子には大出力が求められているが、単純に素子面積を大きくするだけだと駆動電流が大きくなってしまうということや、均一に電流を流すことが難しくなってしまうことから、複数のＬＥＤ素子に分割し、直列接続したＬＥＤアレイとすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
車両のヘッドランプ等のアプリケーションでは、横長形状のＬＥＤ素子が求められているが、ＬＥＤ素子の分割数を多くすると、素子間の非発光部の占める割合が増加し好ましくない。そこで、ＬＥＤ素子の分割数を少なくするために、各ＬＥＤ素子の形状は横長になってしまう。
【０００４】
図８（Ａ）は、従来のＬＥＤアレイ４００を示す概略平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＬＥＤアレイ４００の簡略化した断面図である。
【０００５】
従来ＬＥＤアレイ４００としては、絶縁性支持基板の上に、４つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）４０１を基板上に配置し直列接続したものが一般的である。ＧａＮ系白色ＬＥＤ素子を例にとると、サファイア基板上にＬＥＤ構造を形成後、支持基板を貼りあわせ、サファイア基板を剥離し、電極を形成することが行われる。
【０００６】
個々のＬＥＤ素子４０１は、ｎ型ＧａＮ層４２１、活性層４２２、ｐ型ＧａＮ層４２３からなるＧａＮ系発光部４０２と、発光部４０２の裏面に形成されたｐ側電極４１２と、発光部４０２の右側短辺に一定間隔を置いて平行に配置される引き出し電極（第１配線層）４１１及び発光部４０２の表面に発光部４０２の長辺と平行に配置され、ｎ型ＧａＮ層４２１と引き出し電極４１１とを接続する引き出し電極（第２配線層）４０８とを有している。左右に隣接するＬＥＤ素子４０１は、右側素子のｐ側電極４１２上に左側素子の引き出し電極４１１が形成されることにより、左側素子のｎ型ＧａＮ層４２１と右側素子のｐ型ＧａＮ層４２３が接続されている。なお、図８（Ａ）の発光部４０２に施したハッチングは発光輝度分布を表し、ハッチングの密度が高くなるに従い輝度が高くなることを表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１５６３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８に示すように、引き出し電極４１１をＬＥＤ素子４０１の短辺に平行に配置し、ｎ型ＧａＮ層４２１上の引き出し電極４０８をＬＥＤ素子４０１の長辺に平行に配置すると、例えば、幅１０μｍ程度の引き出し電極４０８の長さが長く、配線抵抗が大きくなり、右側の給電側から左側に向かって注入電流が減少し、大きな発光輝度分布が形成されてしまう。
【０００９】
また、ＬＥＤ素子４０１間に幅４０μｍ程度の引き出し電極４１１が配置されるので、ＬＥＤ素子４０１の間隔が広くなり、輝度が低下し、素子間近傍と素子中央部近傍とで発光輝度分布が形成されてしまう。このようなＬＥＤ素子４０１からなるＬＥＤアレイ４００を用いてヘッドランプ等を構成すると、照射像に大きな輝度ムラが生じる。
【００１０】
本発明の目的は、発光分布の形成を抑制した半導体発光素子アレイを提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、照射像の輝度ムラを抑制した車両用灯具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、第１の方向に長い基板上に複数の半導体発光素子が形成された半導体発光素子アレイであって、前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、前記基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成され、前記電極層に電気的に接続されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型半導体層とを有する半導体発光層と、前記半導体発光層の一辺に沿って、該一辺と平行に形成された第１配線層と、前記第１配線層から前記半導体発光層にかけて延在し、前記半導体発光層の表面において、前記ｎ型半導体層と電気的に接続される複数の第２配線層とを有し、前記半導体発光層の平面形状が、前記第１の方向に平行な上辺及び下辺と、該上辺及び下辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む２つの短辺を有する形状であり、前記斜辺の頂点から垂直に引いた直線が隣接する半導体発光素子の下辺と交差する形状である半導体発光素子アレイが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光分布の形成を抑制した半導体発光素子アレイを提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、照射像の輝度ムラを抑制した車両用灯具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００及びＬＥＤ素子１０１の概略平面図、回路図及び断面図である。
【図２】本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００を組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）５０の構成を表す概念図である。
【図３】本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の他の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例によるＬＥＤアレイ２００及びＬＥＤ素子２０１の概略平面図である。
【図７】本発明の第３の実施例によるＬＥＤアレイ３００及びＬＥＤ素子３０１の概略平面図である。
【図８】従来例によるＬＥＤアレイ４００の概略平面図及び断面図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００の概略平面図であり、図１（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ１００の等価回路図である。図１（Ｃ）は、ＬＥＤアレイ１００を構成するＬＥＤ素子１０１ａ及び１０１ｂの概略平面図である。図１（Ｄ）は、図１（Ａ）の直線ａｂ間のＬＥＤアレイ１００の簡略化した断面図である。なお、図１（Ａ）中発光部２に施したハッチングは発光輝度分布を表し、ハッチングの密度が高くなるに従い輝度が高くなることを表している。
【００１７】
本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００は、絶縁層７が形成された図中Ｗ方向に長い支持基板３０上に、該Ｗ方向に沿って４つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１０１（１０１ａ及び１０１ｂ）を配置し、直列接続したものである。個々のＬＥＤ素子１０１は、上記Ｗ方向に長い長方形であり、ｎ型ＧａＮ層２１、活性層２２、ｐ型ＧａＮ層２３からなるＧａＮ系発光部（デバイス構造層）２と、発光部２の裏面に形成され該発光部の上下いずれかの長辺側に露出するｐ側電極１２と、ｐ側電極が露出する長辺とは逆側の長辺と一定間隔を置いて平行に配置される引き出し電極（第１配線層）１１及び発光部２の表面上に該発光部２の短辺に平行に配置され、ｎ型ＧａＮ層２１と引き出し電極１１とを接続する引き出し電極（第２配線層）８とを有している。
【００１８】
個々のＬＥＤ素子１０１は、それぞれ左右に隣接するＬＥＤ素子１０１と直列に接続されており、ＬＥＤ素子１０１ａの引き出し電極１１は、左側に位置するＬＥＤ素子１０１ｂのｐ側電極１２と電気的に接続され、ＬＥＤ素子１０１ａのｐ側電極１２は右側に位置するＬＥＤ素子１０１ｂの引き出し電極１１と電気的に接続されている。ＬＥＤアレイ１００の端部に位置するＬＥＤ素子１０１ａのｐ側電極１２及びＬＥＤ素子１０１ｂの引き出し電極１１はそれぞれ給電パッド１３に接続されている。
【００１９】
ＬＥＤ素子１０１ａは、発光部２の上長辺側に該長辺に平行に給電側である引き出し電極１１が配置され、そこからｎ型ＧａＮ層２１上にかけて引き出し電極８が発光部２の短辺に平行に配置されるため、図中上から下にかけて徐々に注入電流が減少する。そのため、上側が明るく、下側が暗くなる発光輝度分布を有する。しかし、引き出し電極８が発光部２の短辺に平行に配置されるため、引き出し電極８の長さが図８に示す従来例に比べて短くなるので、注入電流の減少を低く抑えることができ、発光輝度分布を小さくすることができる。
【００２０】
ＬＥＤ素子１０１ｂは、ＬＥＤ素子１０１ａとは逆に、発光部２の下長辺側に該長辺に平行に給電側である引き出し電極１１が配置され、そこからｎ型ＧａＮ層２１上にかけて引き出し電極８が発光部２の短辺に平行に配置されるため、図中下から上にかけて徐々に注入電流が減少する。そのため、下側が明るく、上側が暗くなる発光輝度分布を有する。しかし、ＬＥＤ素子１０１ｂにおいても、引き出し電極８が発光部２の短辺に平行に配置されるため、引き出し電極８の長さが図８に示す従来例に比べて短くなるので、注入電流の減少を低く抑えることができ、発光輝度分布を小さくすることができる。
【００２１】
すなわち、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面には、引き出し電極１１側にピーク（最大輝度部）を持ち、図中下方向（Ｈ方向）に引き出し電極１１から離れるに従い徐々に減少する輝度分布が形成される。ＬＥＤ素子１０１ｂの発光面にもＬＥＤ素子１０１ａと同様の輝度分布が形成されるが、ＬＥＤ素子１０１ｂでは引き出し電極１１が下側の長辺に沿って形成されるため、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面とは逆に、下側長辺にピークを持ち、上方向にかけて徐々に減少する輝度分布が形成される。
【００２２】
なお、ＬＥＤ素子１０１ａとＬＥＤ素子１０１ｂは、ｐ側電極１２、引き出し電極１１、引き出し電極８の配置等の電極パターンが異なるが、その他の構造は同一であり、ＬＥＤ素子１０１ａの電極パターンを上下に反転（１８０度回転）したものがＬＥＤ素子１０１ｂである。
【００２３】
車両のヘッドランプや照明に用いるためのＬＥＤ素子には大出力が求められているが、単純に素子面積を大きくするだけだと駆動電流が大きくなってしまうということや、均一に電流を流すことが難しくなってしまうことから、第１の実施例では、複数のＬＥＤ素子１０１をアレイ化し、ＬＥＤアレイ１００としている。またそれぞれのＬＥＤ素子１０１に同じ電流値を流すには、直列接続が好ましい。
【００２４】
また、車両のヘッドランプに用いる場合には、地表面近傍を照明することが要求され、ＬＥＤアレイ１００は横方向に長い（図中Ｗ方向に長い）形状であることが好ましい。ＬＥＤアレイ１００の寸法は、例えば、幅５ｍｍ以上、高さ１ｍｍ以下に設定される。４つのＬＥＤ素子１０１をアレイ化する場合、個々のＬＥＤ素子１０１の形状も横方向に長く、縦方向に短い（図中Ｗ方向に長く、Ｈ方向に短い）形状とすることが効率的である。
【００２５】
また、このような、横長のＬＥＤ素子１０１に対して、図８に示すように、発光面上の線幅の狭い、例えば、幅１０μｍ程度の引き出し電極４０８を長辺に平行に配置すると、半導体積層の抵抗に対する、線幅の狭い引き出し電極４０８（例えば、１０μｍ程度）の配線抵抗の比が大きくなり、引き出し配線４０８の長さ方向に沿う半導体積層４０２内の電流分布が大きくなり、大きな発光輝度分布が形成されてしまう。
【００２６】
そこで、本発明の実施例では、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、線幅２０μｍ以上２００μｍ以下（好ましくは、４０μｍ程度）の幅の広い引き出し電極（第１配線層）１１を各ＬＥＤ素子１０１の長辺に平行に配置し、線幅の狭い引き出し電極（第２配線層）８を短辺に平行に配置して、電極長の減少によって電流分布を低減する電極構成（電極パターン）を採用した。このような電極パターンを採用することにより、引き出し電極８の長さを短くして配線抵抗を減らし、各ＬＥＤ素子１０１の発光輝度分布を大幅に減少させることが可能となる。
【００２７】
なお、本電極パターンを採用することにより、個々のＬＥＤ素子１０１における輝度分布及びＬＥＤ素子１０１間近傍の輝度低下による輝度分布は大幅に減少するものの、これを単に複数個組み合わせてＬＥＤアレイ１００とし、ヘッドランプ等に組み込むと、当該ヘッドランプ等による照射像にも分布がついてしまい輝度ムラが発生する。この輝度ムラを低減するために、第１の実施例では、図１（Ａ）に示すように、隣接するＬＥＤ素子１０１で発光輝度分布を異ならせる（例えば、図に示すように、発光輝度分布を１８０度回転させる）ようにする。
【００２８】
すなわち、発光部２の一方の長辺（図１（Ａ）及び（Ｃ）では下側の長辺）側に引き出し電極（第１配線層）１１を配置し、当該一方の長辺から他方の長辺近傍に向かって延在する引き出し電極（第２配線層）８を有するＬＥＤ素子１０１ａと、他方の長辺（図１では上側の長辺）側に引き出し電極（第１配線層）１１を配置し、当該他方の長辺から上記一方の長辺近傍に向かって延在する引き出し電極（第２配線層）８を有するＬＥＤ素子１０１ｂとをＬＥＤアレイ１００の長辺方向に交互に配列する。
【００２９】
このようにＬＥＤ素子１０１ａと１０１ｂとを交互に配列することにより、隣接するＬＥＤ素子１０１ａと１０１ｂとで、上下方向の発光輝度分布を反転（１８０度回転）させ、ＬＥＤアレイ１００としての発光輝度分布（輝度ムラ）を低減している。
【００３０】
また、引き出し電極１１をＬＥＤ素子１０１の長辺に沿って配置するため、短辺に沿って配置する従来技術に比べて、ＬＥＤ素子１０１間の間隔ｇを、例えば、３０μｍ前後にするなどして、狭くすることができる。したがって、ＬＥＤ素子１０１間領域の輝度低下をさらに抑制することができる。
【００３１】
図２は、本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００を組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）５０の構成を表す概念図である。なお、第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００の代わりに、後述の第２及び第３の実施例によるＬＥＤアレイ２００及び３００を用いることも可能である。
【００３２】
図２（Ａ）は、照射用光学系５１として、２つのＬＥＤアレイ１００のそれぞれについて照射レンズ１０５を用意した例である。照射レンズ１０５は、それぞれの電極パターンが左右反転した少なくとも２つのＬＥＤアレイ１００のぞれぞれの光源像１０６が、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に重なり合うように設定されている。これにより、一方のＬＥＤアレイ１００が、図１（Ａ）に示すようにＬＥＤ素子１０１ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ａと並んだものであり、他方が図１（Ａ）に示すものを反転させて左からＬＥＤ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ａ、１０１ｂと並んだものである場合、上から下にかけて徐々に暗くなる輝度分布を有するＬＥＤ素子１０１ａの照射像と、逆に上から下にかけて徐々に明るくなる輝度分布を有するＬＥＤ素子１０１ｂの照射像とが照射面１０７において重なることとなる。よって、さらに輝度ムラを低減することが可能となる。
【００３３】
なお、照射光学系５１は、図２（Ｂ）に示すようにマルチリフレクタ（反射面）１０３を用いることにより、照射レンズ１０５を複数のＬＥＤアレイ１００で共用するようにしても良い。
【００３４】
図２（Ｂ）に示すヘッドランプ５０は、それぞれの電極パターンが左右反転した少なくとも２つのＬＥＤアレイ１００と該２つのＬＥＤアレイ１００のそれぞれ発光面を覆うように配置された蛍光体層（波長変換層）１００ａからなる光源１０２と、複数の小反射領域に区画されたマルチリフレクタである反射面１０３、シェード１０４及び照射レンズ１０５を含む照射光学系５１とを含んで構成される。
【００３５】
図２（Ｂ）に示すように、光源１０２は、照射方向（発光面）が上向きとなるように配置され、反射面１０３は、第１焦点が光源１０２近傍に設定され、第２焦点がシェード１０４の上端縁近傍に設定された回転楕円形の反射面であり、光源１０２からの光が入射するように、光源１０２の側方から前方にかけての範囲を覆うように配置されている。
【００３６】
反射面１０３は、図２（Ｂ）に示すように、光源１０２の複数のＬＥＤアレイ１００の光源像１０６を車両前方に照射し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に、それぞれの電極パターンが左右反転された二つのＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が同一位置に照射され、重なり合うように構成されている。
【００３７】
シェード１０４は、反射面１０３からの反射光の一部を遮光してヘッドランプに適したカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を照射レンズ１０５の焦点近傍に位置させた状態で照射レンズ１０５と光源１０２の間に配置されている。
【００３８】
照射レンズ１０５は、車両前方側に配置され、反射面１０３からの反射光を照射面１０７上に照射する。
【００３９】
以上のように、電極パターン（輝度分布）が左右反転した（１８０度回転対象な）２つのＬＥＤアレイ１００を用い、それらの照射像が照射面１０７において重なるようにヘッドランプ５０を構成することで、さらに輝度ムラを低減することが可能となる。
【００４０】
図３及び図４を参照して、本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明する。図３及び図４は、図１の直線ａｂ間の概略断面図であるので、図中１つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１０１ａのみが表されているが、実際には、少なくとも計４つのＬＥＤ素子１０１ａ及び１０１ｂが交互に配列されて同一基板上に同時に形成される。なお、以下の製造方法は、あくまでも一例であり、これに限られるものではない。また、後述の第２及び第３の実施例によるＬＥＤアレイ２００及び３００も同様の手法で製造可能である。
【００４１】
まず図３（Ａ）に示すように、サファイアからなる透明基板１を準備し、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて窒化物系半導体からなるデバイス構造層（ＧａＮ系発光部）２を形成する。具体的には、例えば、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入後、サーマルクリーニングを行い、ＧａＮバッファ層２０を成長した後に、Ｓｉ等をドープした膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２１、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸発光層（活性層）２２、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層２３を含むＧａＮ系発光部２を順次成長させる。なお、本願図３及び図４に示す断面図は、説明の便宜上、縮尺を変更している。透明基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後でレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ等を用いても良い。
【００４２】
次に図３（Ｂ）に示すように、デバイス構造層２表面（ｐ型ＧａＮ層２３表面）に、電子ビーム蒸着法により膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成し、フォトリソグラフィによってパターニングされたｐ電極層（第１電極層）３を形成する。その後、ｐ電極層３の周辺のデバイス構造層２上（ｐ型ＧａＮ層２３上）に、スパッタ法を用いてｐ電極層３と同じ膜厚のＳｉＯ２からなるエッチングストップ層４を形成する。エッチングストップ層４は、図４（Ｂ）を参照して後述するエッチング工程においてエッチストッパーとして機能する。
【００４３】
次に、ｐ電極層３及びエッチングストップ層４を含む領域に、スパッタ法を用いて膜厚３００ｎｍのＴｉＷからなる拡散防止層５を形成する。拡散防止層５はｐ電極層３に用いた材質の拡散を防止するためのもので、ｐ電極層３にＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ及びこれらの合金を拡散防止層５として用いることができる。続けて、拡散防止層５上に、スパッタ法等によりＳｉＯ２からなる絶縁層７ａを形成し、その上に、電子ビーム蒸着法を用いて膜厚２００ｎｍのＡｕからなる第１接着層６を形成する。
【００４４】
次に、図３（Ｃ）に示すように、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、デバイス構造層２を複数の長方形形状の素子に分割する。分割されたデバイス構造層２の側面は、上方に向かって断面積が減少する形状となる。このとき、各素子間の間隔ｇ（図１（Ｃ））は、１５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ程度に設定する。
【００４５】
次に、図３（Ｄ）に示すように、Ｓｉからなる支持基板１０を用意し、その上に抵抗加熱蒸着法を用いて膜厚１μｍのＡｕＳｎ（Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる第２接着層９を形成する。支持基板１０は熱膨張係数がサファイア（７．５×１０−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料が好ましい。例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。第１接着層６の材質と第２接着層９の材質は、融着接合が可能な、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いることができる。
【００４６】
次に、図３（Ｅ）に示すように、第１接着層６と第２接着層９を接触させ、圧力３ＭＰａで加圧した状態で３００℃に加熱して１０分間保持した後、室温まで冷却することにより融着接合を行う。
【００４７】
その後、ＵＶエキシマレーザの光をサファイア基板１の裏面側から照射し、バッファ層２０を加熱分解することで、図３（Ｆ）に示すように、レーザーリフトオフによるサファイア基板１の剥離を行う。なお、基板１の剥離あるいは除去は、エッチング等の別の手法を用いてもよい。
【００４８】
次に、図４（Ａ）に示すように、デバイス構造層２の端部が露出するようにフォトレジストＰＲを形成する。その後、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、フォトレジストＰＲから露出したデバイス構造層２の端部をエッチングストップ層４が露出するまでエッチングする。これにより図４（Ｂ）に示すように、デバイス構造層２の側壁は、支持基板１０を下にした場合に上方に向かって断面積が減少するテーパ状となる。
【００４９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、上述した工程で形成した素子の上面全体に、スパッタ法等によりＳｉＯ２からなる保護膜（絶縁膜）７ｂを形成し、その後、デバイス構造層２上に形成された保護膜７ｂの一部を緩衝フッ酸を用いてエッチングして、透明基板１の剥離によって露出したデバイス構造層２の表面（ｎ型ＧａＮ層２１の表面）の一部を露出させる。
【００５０】
次に、図４（Ｄ）に示すように、電子ビーム蒸着法により、膜厚１０ｎｍのＴｉ層、膜厚３００ｎｍのＡｌ層、膜厚２μｍのＡｕ層をこの順序で積層し、リフトオフによってパターニングすることにより、デバイス構造層２の長辺に近接した位置に、当該長辺に平行な、例えば、幅４０μｍ程度の引き出し電極（第１配線層）１１と、これと電気的に接続された、短辺に平行な、例えば、幅１０μｍ程度の引き出し電極（第２配線層）８を同時に形成する。なお、引き出し電極１１の線幅は２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。また、引き出し電極８の線幅は２０μｍ以下３μｍ以上であることが好ましい。また、引き出し電極１１の線幅は、引き出し電極８の線幅よりも広いことが望ましい。なお、引き出し電極８はＬＥＤ素子１０１の短辺に平行で長辺に垂直に形成されるが、例えば、後述する第３の実施例による電極パターン（図７（Ａ）及び（Ｂ））のように長辺に平行でなければ必ずしも短辺に平行でなくても良い。
【００５１】
引き出し電極１１は、隣接した素子ではお互いに異なる長辺に近接して形成される。引き出し電極８は、上述の工程で露出されたデバイス構造層２の表面（ｎ型ＧａＮ層２１の表面）の一部と電気的に接続されている。ｎ側（ｎ型ＧａＮ層２１）に接続する引き出し電極１１及び引き出し電極８は、ｎ型ＧａＮ層２１の表面上に形成されるので、輝度を損なわないように、図１に示すような引き出し電極１１を基部とし、引き出し電極８を櫛の歯とする櫛歯形の平面形状となっている。
【００５２】
引き出し電極１１を形成する位置は、デバイス構造層２から発せられる光の取り出しを妨げないようにするために、デバイス構造層２以外の領域が望ましい。しかしデバイス構造層２から離れすぎると、引き出し電極８での配線抵抗が大きくなるため、デバイス構造層２の長辺と引き出し電極１１の間隔は５０μｍ以内であることがより望ましい。引き出し電極１１は隣接した素子のｐ電極層３と電気的に接続され、複数の素子が直列に接続された発光素子アレイ１００が形成される。なお、一枚の基板から複数のＬＥＤアレイ１００を製造する場合は、スクライブ後ブレイキングして素子分離を行う。
【００５３】
なお、デバイス構造層２は、図５に示すように長辺の一辺のみが下方に向かって外側に広がる斜面となるように加工されていても良い。この場合、図４（Ａ）に示すフォトレジスト形成工程において、デバイス構造層の長辺の一辺にのみ露出されるようにフォトレジストを形成し、図４（Ｂ）に示すエッチング工程では、該デバイス構造層２の長辺の一辺のみを塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、長辺の一辺のみが下方に向かって外側に広がる斜面となる形状に加工する。また、引き出し電極８は、長辺の一辺に形成された斜面に沿って形成される。なお、このとき隣接するＬＥＤ素子１０１では、上下に異なる側の長辺が下方に向かって外側に広がる斜面に加工されているようにする。
【００５４】
上述の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００では、従来例によるＬＥＤアレイ４００に比べて改善されているものの、投影像にＬＥＤ素子１０１間の隙間によるダークライン（影）が形成される。このダークラインの影響を抑制するために、本発明の第２及び第３の実施例では、ＬＥＤ素子間の隙間を投影面（ＬＥＤアレイの長辺又は水平面）に対して斜めになるように、各ＬＥＤ素子の形状を平行四辺形又は台形とする。
【００５５】
なお、後述の第２及び第３の実施例によるＬＥＤアレイ２００及び３００を製造する場合は、上述した図３（Ｃ）に示すエッチング工程において、デバイス構造層２を複数の平行四辺形形状又は台形形状の素子に分割する。
【００５６】
図６（Ａ）は、本発明の第２の実施例によるＬＥＤアレイ２００の概略平面図であり、図６（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ２００における発光面の平面形状を説明するためのＬＥＤ素子２０１ａ及び２０１ｂの概略平面図である。なお、第２の実施例によるＬＥＤアレイ２００と第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００とでは、各ＬＥＤ素子２０１の平面形状と引き出し電極８の電極パターンが異なり、その他の構造や製造方法は同一であるので、それらについての説明は省略し、第２の実施例によるＬＥＤ素子２０１の平面形状と引き出し電極８の電極パターンについて説明する。
【００５７】
第２の実施例では、デバイス構造層２の発光面の平面形状を平行四辺形にすることにより、各ＬＥＤ素子２０１の隙間７ｇを投影面に対して斜めにしている。ＬＥＤ素子２０１ａとＬＥＤ素子２０１ｂは、１８０度回転対称な形状であり、第１の実施例と同様に、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面には、引き出し電極１１側にピーク（最大輝度部）を持ち、図中下方向（Ｈ方向）に引き出し電極１１から離れるに従い徐々に減少する輝度分布が形成され、ＬＥＤ素子１０１ｂの発光面にもＬＥＤ素子１０１ａと同様の輝度分布が形成されるが、ＬＥＤ素子１０１ｂでは引き出し電極１１が下側の長辺に沿って形成されるため、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面とは逆に、下側長辺にピークを持ち、上方向にかけて徐々に減少する輝度分布が形成される。
【００５８】
各ＬＥＤ素子２０１間の間隔ｇ（隙間７ｇの幅）は、第１の実施例と同様に、１５０μｍ以下、好ましくは、３０μｍ程度に設定される。
【００５９】
引き出し電極８は、平行四辺形のＬＥＤ素子２０１の斜辺２Ｒ及び２Ｌに平行に形成され、上辺２Ｕ及び下辺２Ｂに対しては垂直ではない。
【００６０】
各ＬＥＤ素子２０１の平行四辺形形状の鋭角の角度θは、隣接するＬＥＤ素子との関係により設定される。例えば、ＬＥＤ素子２０１ａのＬＥＤ素子２０１ｂに隣接する鋭角（上辺２Ｕ側の鋭角）の頂点２Ｓから垂直に引いた投影線ＬとＬＥＤ素子２０１ｂの下辺２Ｂとが交差するように、鋭角θが設定される。このようにすることで、隣接するＬＥＤ素子の発光が水平方向で重複するため、素子の隙間７ｇによってできる影の影響を弱める効果が高くなる。すなわち、素子の隙間７ｇによる影は、隣接するＬＥＤ素子２０１の発光によって打ち消される傾向を有する。よって、ダークラインの影響を抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、頂点２Ｓから垂直に引いた投影線ＬとＬＥＤ素子２０１ｂの下辺２Ｂとが交差せずに、素子間の隙間７ｇを通過する場合は、水平方向における発光面の重なりが生じずに、実質的に第１の実施例のような長方形と同等になってしまい、素子間の隙間７ｇによる影の影響を弱める効果は低くなる。この場合、素子間の隙間７ｇによる影は垂直方向成分を有するといえる。
【００６２】
以上のように、ＬＥＤ素子２０１の発光面の平面形状を、ＬＥＤ素子２０１の上辺２Ｕ側の鋭角の頂点２Ｓから垂直に引いた投影線Ｌが、隣接するＬＥＤ素子２０１の下辺２Ｂと交差するような角度θの鋭角を有する平行四辺形とすることにより、素子間の隙間７ｇによる影の影響を弱めることが可能となり、ＬＥＤアレイ２００全体として、ダークラインの影響を抑制した均一な発光面を得ることが可能となる。
【００６３】
なお、第２の実施例において、平行四辺形とは、完全な平行四辺形に限らず、設計及び製造上の誤差を含むのはもちろん、それぞれの角が丸められたものや面取りされたものなど、平行四辺形に近似する形状を含む。
【００６４】
図７（Ａ）は、本発明の第３の実施例によるＬＥＤアレイ３００の概略平面図であり、図７（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ３００における発光面の平面形状を説明するためのＬＥＤ素子３０１ａ及び３０１ｂの概略平面図である。なお、第３の実施例によるＬＥＤアレイ３００と第１及び第２の実施例によるＬＥＤアレイ１００及び２００とでは、各ＬＥＤ素子の平面形状と引き出し電極８の電極パターンが異なり、その他の構造や製造方法は同一であるので、それらについての説明は省略し、第２の実施例によるＬＥＤ素子３０１の平面形状と引き出し電極８の電極パターンについて説明する。
【００６５】
第３の実施例では、デバイス構造層２の発光面の平面形状を台形にすることにより、各ＬＥＤ素子３０１の隙間７ｇを投影面に対して斜めにしている。ＬＥＤ素子３０１ａとＬＥＤ素子３０１ｂは、１８０度回転対称な形状である。
【００６６】
台形の平行な２辺のうちの長辺（ＬＥＤ素子３０１ａでは上辺２Ｕ、ＬＥＤ素子３０１ｂでは下辺２Ｂ）に幅広の引き出し電極１１が配置され、幅狭の引き出し電極８が幅広の引き出し電極１１から次第に間隔を狭めるようにして配置されている。よって、引き出し電極１１近傍における引き出し電極８の電極間隔と、引き出し電極１１から最も離れた場所における引き出し電極８の電極間隔を調整することにより、電流注入量を調整して、第１の実施例に見られるような引き出し電極１１から離れるに従い徐々に減少する輝度分布を抑制することが可能であると考えられる。
【００６７】
各ＬＥＤ素子３０１間の間隔ｇ（隙間７ｇの幅）は、第１の実施例と同様に、１５０μｍ以下、好ましくは、３０μｍ程度に設定される。
【００６８】
引き出し電極８は、中心部において上下辺に対して垂直に設計され、左右の斜辺に近づくにつれ当該斜辺に平行になるように設計されている。すなわち、引き出し電極８は、片側の短辺に沿って配置され、連続的に角度を変化させながら、もう一方の短辺に沿って配置される。この形状を、本明細書では、短辺（もしくは斜辺）に沿って配置されると呼ぶ。
【００６９】
各ＬＥＤ素子３０１の台形形状の鋭角の角度θは、隣接するＬＥＤ素子との関係により設定される。例えば、ＬＥＤ素子３０１ａのＬＥＤ素子３０１ｂに隣接する鋭角（上辺２Ｕ右側の鋭角）の頂点２Ｓから垂直に引いた投影線ＬとＬＥＤ素子３０１ｂの下辺２Ｂとが交差するように、鋭角θが設定される。このようにすることで、隣接するＬＥＤ素子の発光が水平方向で重複するため、素子の隙間７ｇによってできる影の影響を弱める効果が高くなる。すなわち、素子の隙間７ｇによる影は、隣接するＬＥＤ素子３０１の発光によって打ち消される傾向を有する。よって、ダークラインの影響を抑制することが可能となる。
【００７０】
なお、頂点２Ｓから垂直に引いた投影線ＬとＬＥＤ素子３０１ｂの下辺２Ｂとが交差せずに、素子間の隙間７ｇを通過する場合は、水平方向における発光面の重なりが生じずに、実質的に第１の実施例のような長方形と同等になってしまい、素子間の隙間７ｇによる影の影響を弱める効果は低くなる。この場合、素子間の隙間７ｇによる影は垂直方向成分を有するといえる。
【００７１】
以上のように、ＬＥＤ素子３０１の発光面の平面形状を、ＬＥＤ素子３０１の上辺２Ｕ側の鋭角の頂点２Ｓから垂直に引いた投影線Ｌが、隣接するＬＥＤ素子３０１の下辺２Ｂと交差するような角度θの鋭角を有する台形とすることにより、素子間の隙間７ｇによる影の影響を弱めることが可能となり、ＬＥＤアレイ３００全体として、ダークラインの影響を抑制した均一な発光面を得ることが可能となる。
【００７２】
なお、第３の実施例において、台形とは、完全な台形に限らず、設計及び製造上の誤差を含むのはもちろん、それぞれの角が丸められたものや面取りされたものなど、台形に近似する形状を含む。また、等脚台形に限るものでもない。
【００７３】
以上、本発明の各実施例によれば、幅の広い引き出し電極１１を各ＬＥＤ素子１０１の長辺に平行に配置して長辺方向に電流を拡散し、線幅の狭い引き出し電極８を短辺に平行に又は短辺に沿って配置して、発光部２に対して短辺方向に電流を注入する電極パターンを採用したので、引き出し電極８の長さを短くして配線抵抗を減らし、各ＬＥＤ素子１０１の発光輝度分布を大幅に減少させることができる。
【００７４】
また、隣接するＬＥＤ素子で、異なる長辺側に引き出し電極（第１配線層）を配置するため、上下方向の発光輝度分布が交互に反転することになり、ＬＥＤアレイとしての発光輝度分布を低減することができる。
【００７５】
また、引き出し電極１１をＬＥＤ素子１０１の長辺に沿って配置するため、ＬＥＤ素子１０１間の間隔ｇを狭くして、ＬＥＤ素子１０１間の輝度低下を抑制することができる。
【００７６】
さらに、電極パターン（輝度分布）が上下反転した（１８０度回転対称な）２つのＬＥＤアレイ１００を用い、それらの照射像が照射面１０７において同一位置に照射されて重なるようにヘッドランプ５０を構成することで、照射像における輝度ムラを低減することが可能となる。
【００７７】
また、本発明の第２及び第３の実施例によれば、各ＬＥＤ素子の上辺側の鋭角の頂点から垂直に引いた投影線と隣接するＬＥＤ素子の下辺とが交差するように、鋭角を設定することで、ＬＥＤ素子間の発光が互いの素子間を重複し、素子の隙間によってできる影の影響を弱める効果を高め、素子の隙間による影を隣接するＬＥＤ素子による相互作用により打ち消すことが可能となる。よって、ダークラインの影響を抑制することが可能となる。
【００７８】
なお、上述の第２及び第３の実施例では、発光面の平面形状を平行四辺形又は台形としたが、発光面の平面形状は、これに限らず、少なくとも２辺が長方形のＬＥＤアレイの長辺に平行で、当該ＬＥＤの長辺に対して垂直ではない斜辺を有し、１８０度回転したものと交互に配列した場合に、それらの隙間が投射面に対して斜めになるような形状であれば良い。
【００７９】
また、発光面の長方形のＬＥＤアレイの長辺に平行ではない方の辺は、直線に限らず曲線で構成されていても良い。また、直線と曲線の組み合わせでも良く、異なる傾斜角の直線の組み合わせでも良い。少なくとも、ＬＥＤアレイの長辺に対して傾斜を有する部分を有する辺であれば良い。
【００８０】
以上、実施例、及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００８１】
１…サファイア基板、２…デバイス構造層（ＧａＮ系発光部）、３…ｐ電極層（第１電極層）、４…エッチングストップ層、５…拡散防止層、６…第１接着層、７…絶縁膜、８…引き出し電極（第２ｎ電極層）、９…第２接着層、１０…シリコン（Ｓｉ）支持基板、１１…引き出し電極（第１ｎ電極層）、１２…電極層、２０…バッファ層、２１…ｎ型ＧａＮ層、２２…活性層、２３…ｐ型ＧａＮ層、５０…ヘッドランプ、５１…投射光学系、１００、２００、３００、４００…ＬＥＤアレイ、１０１、２０１、３０１、４０１…窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）、１０１ａ…蛍光体層（波長変換層）、１０２…光源、１０３…反射面、１０４…シェード、１０５…照射レンズ、１０６…光源像、１０７…照射面
【図１】
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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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