(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された結晶成長層と、前記結晶成長層上に形成された前記基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層と、前記傾斜結晶面の中腹部に形成された電極と、を有し、前記結晶層は、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなり、前記結晶層は選択成長により設けられることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記電極はｐ側電極であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記傾斜結晶面の稜線と、前記傾斜結晶面の稜線上の第１の点を含み前記基板主面に平行な第１の平面と、前記傾斜結晶面の稜線上の第２の点を含み前記基板主面に平行な第２の平面で囲まれる前記傾斜結晶面上の領域に前記電極が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板主面と前記傾斜結晶面で形成される角をθとし、前記第１の点は前記傾斜結晶面の底辺と２θ−９０°の角を成す第１の直線が前記稜線の一方の稜線と交わる点とし、前記第２の点は前記第１の平面と２θ−９０°の角を成す第２の直線が前記一方の稜線と交わる点とすることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の延長線は前記底辺と前記稜線の他方の稜線との交点を始点とし、前記第２の延長線は前記第１の平面と前記他方の稜線との交点を始点とすることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体発光素子は前記傾斜結晶面に絶縁層を形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記絶縁層は前記傾斜結晶面の終端部付近に形成されることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記絶縁層は前記半導体発光素子の底面近傍に形成されることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記終端部は前記傾斜結晶面で囲まれている領域であることを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記結晶成長層はウルツ鉱型の結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記結晶成長層は窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記選択成長は前記結晶成長層上に形成された結晶種を利用して行なわれることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記選択成長は選択的に形成されたマスク層の開口部を利用して行なわれることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記結晶層は前記マスク層の開口部よりも横方向に広がって選択成長したものであることを特徴とする請求項１３記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記基板主面は略Ｃ面であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記傾斜結晶面はＳ面及び（１１−２２）面の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記傾斜結晶面に主に電流注入されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記活性層はＩｎＧａＮを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記傾斜結晶面は六面でほぼ対称となるように配設されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記結晶層は該結晶層の基板主面側の反対側の略中心部にＣ面からなる平坦面を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
基板と、前記基板上に形成された結晶成長層と、前記結晶成長層上に形成された前記基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層と、前記傾斜結晶面の中腹部に形成された電極と、を有し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成されてなる半導体発光素子が並べられ、信号に応じて各素子が発光するように構成され、前記結晶層は選択成長により設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２２】
前記電極はｐ側電極であることを特徴とする請求項２１記載の画像表示装置。
【請求項２３】
基板と、前記基板上に形成された結晶成長層と、前記結晶成長層上に形成された前記基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層と、前記傾斜結晶面の中腹部に形成された電極と、を有し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成されてなる半導体発光素子が並べられ、信号に応じて各素子が発光するように構成され、前記結晶層は選択成長により設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項２４】
前記電極はｐ側電極であることを特徴とする請求項２３記載の照明装置。
【請求項２５】
基板上に開口部を有するマスク層を形成し、前記マスク層の開口部から前記基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を選択的に形成し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成し、前記傾斜結晶面の中腹部に電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
基板上に結晶種層を形成し、前記結晶種層から前記基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を選択的に形成し、前記傾斜結晶面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成し、前記傾斜結晶面の中腹部に電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記電極はｐ側電極であることを特徴とする請求項２５又は２６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記基板主面はＣ面であることを特徴とする請求項２５又は２６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記基板上に複数の半導体発光素子を形成した後、半導体発光素子毎に分離することを特徴とする請求項２５又は２６記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶成長層の上側に第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる結晶層が設けられたダブルへテロ構造を有し、前記結晶層が基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する半導体発光素子に関し、高い発光効率を持つ半導体発光素子とその製造方法、及びその半導体発光素子を配列してなる画像表示装置、照明装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子として、これまでサファイア基板上の全面に低温結晶成長層、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ側コンタクト層を形成し、その上にＳｉドープしたＧａＮからなるｎ側クラッド層、ＳｉをドープしたＩｎＧａＮからなる活性層、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層とＭｇをドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト層などを積層した素子が知られている。このような構造を有し市販されている製品として、４５０ｎｍから５３０ｎｍを含む青色、緑色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が量産されている。
【０００３】
半導体発光素子の輝度を上げるためには種々の方法が行なわれている。大きく分けて、素子自体の入力電流に対する発光効率を高める方法と、発生した光を効率良く素子外部に取り出すことによって光取り出し効率を高める方法が挙げられる。前者は、結晶層を構成する材料、結晶構造、結晶成長性の良し悪しやそれら結晶層の組み合わせ及び製造プロセスに負うところが大きい。後者は、素子の構造やその素子を装置基板に搭載したときの構造による光の反射を検討し、発生した光を減衰させずに漏れなく素子外部に取り出すところが重要になる。
【０００４】
入力電流に対する素子自体の光取り出し効率を高める方法では、特に、基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する素子において、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる発光領域を全部又は一部のＳ面上に形成することができる。略六角錐台形状の場合には、基板主面に平行な上面上にも第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を形成できる。平行平板型の半導体発光素子では多重反射により光が減衰していくが、傾斜したＳ面を利用して発光させることで、発生した光は多重反射の影響を免れて光取出し面から該素子の外部に取り出される。また、他の例として、Ｓ面の構成する結晶面の一部が第１導電型層として機能する構造であっても良く、基板に対して面が垂直でない方が光取出し効率が改善されることになる。
【０００５】
また、傾斜した結晶面を有する半導体発光素子では、傾斜結晶面の結晶性の良さを利用して発光効率を高めることができる。特に、結晶性が良いＳ面にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みも良く結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。また、活性層の実質的なＳ面に平行な面内に延在する面積は該活性層を基板又は下地成長層の主面に投影した場合の面積より大きいものとすることができる。このように活性層の面積を大きなものとすることで、発光領域の実質的な面積を大きくとることができ、それだけで電流密度を低減することができる。また、活性層の面積を大きくとることで輝度飽和の低減に役立ち、これにより発光効率を高めることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する半導体発光素子では、六角錐形状の結晶層を考えた場合、特にＳ面の頂点近くの部分がステップの状態が悪くなり、頂点部は発光効率が低くなっている。これは、六角錐形状の素子では、それぞれの面の略中心部分を中心に頂点側、側辺左側、側辺右側、底面側に４箇所に区分され、特に頂点側部分は最もステップの状態が波打っていて、頂上付近になると異常成長が起こり易くなっているためである。これに対して、側辺側の２箇所はどちらもステップが略直線状でしかもステップが密集しており極めて良好な成長状態になっている。また、底面に近い部分はやや波打つステップ状態であり、傾斜結晶面の側辺側と比較し、結晶の成長状態は劣っている。
【０００７】
ここで、傾斜結晶層のステップ状態が良好でない領域にｐ側電極を形成すると、ステップ状態が良好な領域に電流を注入した場合に比べ、発光効率が低下してしまう。よって、ステップの状態が波打っている頂上部近傍や、ステップの状態がやや波打つ底面に近い領域を避けて電極を形成することが望ましい。
【０００８】
一方、傾斜結晶面に電極を形成した場合、電極が素子の光取出し面に対して傾斜していることによって、発生した光の多重反射を抑制することができる。多重反射が抑制されることによって光の減衰が抑制され、且つ、電極によって反射された光を該素子の底面に設けられた光取出し面から取り出すことができる。
【０００９】
しかし、該素子の頂上部近傍と底面近傍の傾斜結晶面に電極が形成されていないと、発光領域で発生した光のうち電極によって光取出し方向に反射されない光の割合が高くなる。更に、傾斜結晶面に形成される電極によって反射される光のうち、光取出し面に対する入射角が大きいために光取出し面で全反射され、素子外部に取り出せない光もある。この結果、結晶性が良好な領域のみに電極を形成し発光効率が高くなったとしても、光取出し効率を高めることが出来ず、結晶性が良好な領域のみを発光領域とする効果が十分に得られないことになる。
【００１０】
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、更に発光効率を高め、同時に光取出し効率を上げることができる半導体発光素子とその製造方法、およびその半導体発光素子を配列して形成される画像表示装置、照明装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、結晶成長層の上側に第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる結晶層が設けられ、前記結晶層が基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する半導体発光素子において、前記傾斜結晶面の中腹部に電極が形成され、詳しくは、前記傾斜結晶面の稜線と、前記傾斜結晶面の稜線上の第１の点を含み前記基板主面に平行な第１の平面と、前記傾斜結晶面の稜線上の第２の点を含み前記基板主面に平行な第２の平面で囲まれる前記傾斜結晶面上の領域に前記電極が形成されることを特徴とする。
【００１２】
上述の半導体発光素子によれば、基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面のうち結晶性が良好な領域にのみ電極を形成することで発光効率を高め、且つ発生した光が電極又は向い合う傾斜結晶面の電極が形成されない領域で全反射される。電極による反射及び傾斜結晶面の電極が形成されない領域で全反射された光は光取出し面に向かい、光取出し面による全反射を効率良く抑制し、光取出し効率を高めることができる。
【００１３】
また、傾斜結晶面に形成する電極構造は様々な材料やそれら材料で形成される層の組み合わせによって形成することができる。さらに、結晶性が良好でない領域に形成される電流ブロック層や発生した光を効率良く反射する金属薄膜層を組み合わせることもでき、金属薄膜層に多層構造を採り入れることによって電極による光の反射率を高めることができる。これによって、基板主面に傾斜した傾斜結晶面の中腹部に電極を形成し、結晶性が良好でない頂上部近傍及び底面近傍の傾斜結晶面に電流ブロック層を形成し、結晶性が良好でない領域への電流注入を抑制することもできる。
【００１４】
【本発明の実施の形態】
本実施形態では、先ず、本発明の基板主面に対して傾斜した傾斜結晶層の構造について述べ、続いて傾斜結晶面に形成する電極の形成位置について説明する。次に、電極構造について順次説明した後、本発明の傾斜結晶面の中腹部に形成された電極を有する半導体発光素子を配列してなる画像表示装置、照明装置及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１５】
本発明で結晶層を成長させる際に用いられる基板は種々のものを使用できるが、特に基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成する場合に摘要なものを例示すると、サファイア（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる基板であり、好ましくはこれらの材料からなる六方晶系基板または立方晶系基板であり、より好ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイア基板を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。基板自体は製品としての発光素子には含まれない構造であり、製造の途中で素子部分を保持させるために使用され、完成前に取り外しされる構造である。基板の材料はサファイア基板以外でも光透過性を有していれば良く、例えば、窒化ガリウム基板、ガラス基板、透明樹脂基板などを使用することができる。転写などによって結晶成長した基板と実装される基板を別個にすることも可能である。
【００１６】
基板主面に対して傾斜した傾斜結晶層を形成する前に、下地成長層を基板上に形成することが好ましい。この下地成長層は例えば窒化ガリウム層や窒化アルミニウム層からなり、下地成長層は低温結晶成長層と高温結晶成長層との組み合わせ或いは結晶成長層と結晶種として機能する結晶種層との組み合わせからなる構造であっても良い。
【００１７】
基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面である結晶層は第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる発光領域を形成可能な材料層であれば良く、特に限定されるものではないが、その中でもウルツ鉱型の結晶構造を有することが好ましい。このような結晶層としては、例えばIII族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体を用いることができ、更には窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成でき、特に窒化ガリウム系化合物半導体などの窒化物半導体などが好ましい。また、傾斜結晶面は、Ｓ面や（１１−２２）面に対してそれぞれ５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
【００１８】
第１導電型層はｐ型又はｎ型のクラッド層であり、第２導電型層はその反対の導電型である。例えばＳ面を構成する結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層として形成し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブルへテロ構造をとることができる。活性層であるＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造とすることも可能である。また、活性層は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成するものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸を分離するための障壁層が併用される。活性層をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を良くすることが出来る。さらに、このＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離し難い構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることができる。
【００１９】
また、選択成長を用いて結晶成長を行うには結晶種層がないと結晶成長層から形成する必要があるが、結晶成長層から選択成長を行なった場合、成長の阻害された成長しなくても良い部分に成長が起こりやすくなる。従って、結晶種層を用いることで選択性良く結晶を成長させることができることになる。
【００２０】
具体的な選択成長法としては、そのような選択成長は下地成長層の一部を選択的に除去することを利用して行なわれたり、あるいは、選択的に前記下地成長層上にまたは前記下地成長層形成前に形成されたマスク層の開口された部分を利用して行なわれる。例えば、前記下地成長層が結晶成長層と結晶種層とからなる場合、結晶成長層上の結晶種層を点在する１０μｍ径程度の小領域に細分化し、それぞれの部分からの結晶成長によってＳ面等を有する結晶層を形成することが可能である。例えば、細分化された結晶種層は、発光素子として分離するためのマージンを見込んで離間するように配列することができ、個々の小領域としては、円形状、正方形状、六角形状、三角形状、矩形状、菱形及びこれらの変形形状などの形状にすることができる。下地成長層の上にマスク層を形成し、そのマスク層を選択的に開口して窓領域を形成することでも、選択成長が可能である。マスク層は例えば酸化シリコン層或いは窒化シリコン層によっても構成することができる。略六角錐台形状や略六角錐形状が直線状に延在された形状である場合、一方向を長手方向とするような角錐台や角錐形状はマスク層の窓領域を帯状にすることでも可能である。
【００２１】
また、選択成長マスクを用いて選択成長する場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネルエピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大した形状にすることが可能である。このようなマイクロチャネルエピタキシーを用いて横方向成長したほうが貫通転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかっている。また、このような横方向成長により発光領域も増大し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、及び電流密度の低減を図ることができる。
【００２２】
一方、結晶層は基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有するが、特に、結晶層はＳ面または該Ｓ面に実質的に等価な面が略六角錐形状の斜面をそれぞれ構成する構造であっても良く、或いは、Ｓ面または該Ｓ面に実質的に等価な面が略六角錐台形状の斜面をそれぞれ構成すると共にＣ面または該Ｃ面に実質的に等価な面が前記略六角錐台形状の上平面部を構成する構造、所謂略六角錐台形状であっても良い。これら略六角錐形状や略六角錐台形状は、正確に六角錐であることを必要とせず、そのなかのいくつかの面が消失したようなものも含む。好適な一例においては傾斜結晶面は六面で略対称となるように配設される。略対称とは、完全に対称形状になっている場合のほか、多少対称形状よりずれている場合も含む。また、結晶層の結晶面間の稜線は必ずしも直線でなくても良い。また、略六角錐形状や略六角錐台形状は直線状に延在された形状であっても良い。
【００２３】
これら第１導電型層、活性層、及び第２導電型層は基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面に平行な面内に延在されるが、このような面内への延在は傾斜結晶面が形成されているところで続けて結晶成長させれば容易に行なうことができる。結晶層が略六角錐形状や略六角錐台形状となり、各傾斜結晶面がＳ面とされる場合では、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる発光領域を全部または一部のＳ面上に形成することができる。略六角錐台形状の場合には、基板主面に平行な上面上にも第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を形成できる。傾斜したＳ面を利用して発光させることで、平行平板では多重反射により光が減衰していくが、傾いた面があると光は多重反射の影響を免れて半導体の外に出ることができるという利点がある。よって、基板に対して面が垂直でないほうが光取り出し効率が改善されることになる。第１導電型層すなわちクラッド層はＳ面を構成する結晶層と同じ材料で同じ導電型とすることができ、Ｓ面を構成する結晶層を形成した後、連続的に濃度を調整しながら形成することもでき、また他の例として、Ｓ面の構成する結晶層の一部が第１導電型層として機能する構造であっても良い。
【００２４】
上記の半導体発光素子では、傾斜した傾斜結晶面の結晶性の良さを利用して、発光効率を高めることができる。特に、結晶性が良いＳ面にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みもよく結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。また、活性層の実質的なＳ面に平行な面内に延在する面積は該活性層を基板又は前記下地成長層の主面に投影した場合の面積より大きいものとすることができる。このように活性層の面積を大きなものとすることで、素子の発光する面積が大きくなり、それだけで電流密度を低減することができる。また、活性層の面積を大きくとることで輝度飽和の低減に役立ち、これにより発光効率をあげることができる。
【００２５】
先ず、選択成長によって形成される略六角錐形状において、結晶性が良好な領域に電極を形成して発光領域とし、且つそこから発生する光を発光領域に形成される電極及び電極が形成されない傾斜結晶面で効率良く反射し、前記光を光取出し面に導くための電極の形成位置について説明する。
【００２６】
図１は結晶成長基板上に形成された図示しない開口部から選択成長によって形成され、外形が略六角錐形状の半導体発光素子の構造を簡略化した簡略断面図である。点Ａは該素子の頂上であり、図１は、点Ａを含み該素子の底面に対して垂直な面で該素子を切り取ったときの断面を示す。該素子は基板上に結晶成長層１を形成し、その上に傾斜結晶層２を形成する。傾斜結晶層２は基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する第一導電型層が形成され、その傾斜した結晶層上に活性層を形成する。さらにその上に、第二導電型層を形成し、第二導電型層の中腹部に電極３が形成されている。活性層の発光領域で発生した光は、該六角錐形状の半導体発光素子の底面を光取り出し面として、素子外部に取り出される。ここでは、第一導電型層及、活性層及び第二導電型層から成る多層構造は表示せず、傾斜結晶層を成長させる結晶成長層１、底面に含まれる底辺ＢＣ、発光領域４、前記傾斜結晶面の最表面及び傾斜した傾斜結晶面の最表面の中腹部に形成された電極３を示す。尚、発光領域４は、傾斜結晶面に平行に延在する活性層に電極３が射影された領域であり、電極３から電流が注入される実質的な発光領域である。
【００２７】
以下、図１を用いて電極３の形成位置について説明する。先ず、該素子の略六角錐形状部分の底辺の両端を点Ｂ、点Ｃとし、該素子の頂上である頂点を点Ａとする。傾斜結晶層は、傾斜結晶層の成長開始面に含まれる辺ＢＣの中心から横方向に対して対称に広がりながら、高さ方向に成長する。辺ＡＢと辺ＡＣの長さは略等しく、且つ角ＡＢＣと角ＡＣＢは等しい。よって、三角形ＡＢＣは、角ＡＢＣと角ＡＣＢが等しい二等辺三角形である。ここで、角ＡＢＣの角度をθと定義する。また、結晶成長層１は図示しない基板上に形成された結晶層であり、傾斜結晶層２と同じ材料系で形成されており、本実施形態ではＧａＮ系材料である。
【００２８】
さらに、点Ｂから辺ＡＢを延長し、延長した直線と結晶成長層１の下側の面との交点を点Ｐとする。点Ｂを通って結晶成長層１の上側の面と垂直な直線と結晶成長層１の下側の面との交点を点Ｑとする。次に、辺ＡＣを含む傾斜結晶面上に形成する電極の下側の電極端を点Ｄとする。更に点Ｄから辺ＢＣに平行な直線を引き、辺ＡＢとの交点を点Ｅとする。次に、点Ｅから辺ＢＤに平行な直線を引き、辺ＡＣとの交点を点Ｒとする。以上のようにして各点を位置決めした後、点Ｄ、Ｆを両端し、辺ＡＣを含む傾斜結晶面に電極３ａが形成される。同様に、点Ｅ、Ｇを両端とし、辺ＡＢを含む傾斜結晶面に電極３ｂが形成される。
【００２９】
ここで、光を該素子から外部に効率良く取り出すためには、該素子の光取出し効率と発光効率を高めることが必要である。つまり、傾斜結晶面に形成される電極は、両効率を加味し最も効率良く該素子の外部に光を取り出すことができる位置に形成されることが望ましい。以下、光取出し効率と発光効率を高めるための条件について説明する。
【００３０】
先ず、傾斜した傾斜結晶面の中腹部に電極を形成した場合に、光取出し効率を高める条件について説明する。光取出し効率を高めるためには、発光領域で発生した光を電極及び傾斜結晶面と外部との境界で反射し、光を光取り出し面に導くことが必要である。図１では、模式的に電極３ａ、３ｂが形成されている傾斜結晶面の最表面と、活性層の実質的な発光領域４ａ、４ｂを一致させて表示している。ここでは、発光領域４ａで発生する光のうち光取出し面に向かって直接入射する光（以下、直接入射光と表記する）と、多重反射される光のうち電極若しくは傾斜結晶面で一回反射されてから光取出し面に入射する光（以下、間接入射光と表記する）を対象に説明を行う。
【００３１】
直接入射光は、活性層４ａから辺ＢＣに直接向かう光であり、電極や傾斜結晶面で反射されない光である。本実施形態では、発光領域４ａが辺ＢＣに対して傾斜していることによって、発光領域が辺ＢＣに平行な場合に比べて実質的な発光領域の面積を大きくすることができ、より多くの光を辺ＢＣから取り出すことができる。
【００３２】
先ず、発光領域４ａで発生する光のうち辺ＡＣと向い合う辺ＡＢ上の辺ＥＢを含む傾斜結晶面に向かう光について説明する。辺ＥＢ上に電極が形成されていないことから、発光領域４ａで発生した光のうち辺ＥＢに向かう光は電極による反射を受けない。よって、発光領域４ａで発生した光が電極の形成されていない傾斜結晶面で殆ど透過することなく全反射されることが望ましい。このとき、発光領域４ａで発生する光で辺ＥＢに向かう光のうち、点Ｂに向かい、辺ＥＢとなす角が最も大きいのは、点Ｄ近傍の発光領域４ａで発生する光であり、辺ＥＢとなす角は角ＤＢＥである。このとき、角ＤＢＥが点Ｄ近傍で発生する光が辺ＥＢで全反射されるときの臨界角であれば、発光領域４ａで発生する光のうち点Ｂに向かう光は、すべて点Ｂで全反射されることになる。
【００３３】
ところで、本実施形態では三角形ＡＢＣの略全体と結晶成長層１はＧａＮ系の略同一の材料で形成されているので屈折率などの光学特性は略等しく、辺ＥＢと角ＤＢＥをなして点Ｂに入射する光は、辺ＢＰと角ＱＢＰを成して全反射される。ここで、点Ｂで光が全反射されるとき、入射角である角ＤＢＥと反射角である角ＱＢＰは等しい（∠ＤＢＥ＝∠ＱＢＰ）。一方、対頂角は等しいので、∠ＱＢＰ＝９０°−θの関係がある。よって、発光領域４ａで発生する光が点Ｂで全反射されるときは、∠ＤＢＥ＝∠ＱＢＰ＝９０°−θの関係式が成立することになる。故に、電極３ａの下端である点Ｄの位置を決める角ＤＢＣは、∠ＤＢＣ＝∠ＡＢＣ−∠ＤＢＥ＝θ−（９０°−θ）＝２θ−９０°となる。
【００３４】
次に、電極３ａの上端である点Ｆ近傍の発光領域４ａから発生する光が、辺ＥＢで全反射される条件について説明する。点Ｆ近傍の発光領域４ａで発生し辺ＥＢに向かう光のうち、辺ＥＢと最も大きな入射角をなすのは点Ｅに向かう光である。よって、角ＦＥＡが全反射の臨界角であれば点Ｆ近傍の発光領域４ａから発生する光で辺ＥＢに向かう光は、辺ＥＢですべて全反射され光取り出し面に向かうことになる。ところで、辺ＦＥと辺ＤＢは平行であり、角ＤＢＥは辺ＡＢを含む傾斜結晶面で全反射を受けるときの臨界角なので、角ＤＢＥと角ＦＥＧは等しい（∠ＤＢＥ＝∠ＦＥＧ）。よって、点Ｆ近傍の発光領域４ａから発生する光で点Ｅに向かう光は点Ｅで全反射され、辺ＥＢ上のすべての点で全反射されることになる。
【００３５】
上述の点Ｄ、Ｆの位置に電極３ａの両端を設定することにより発光領域４ａの両端近傍で発生する光で辺ＥＢに向かう光は、辺ＥＢで効果的に全反射される。また、発光領域４ａの両端の間の発光領域で発生する光で辺ＥＢに向かう光は、その大部分が辺ＥＢで全反射され、光取りだし面に向かうことになる。発光領域４ａで発生する光で電極３ｂに向かう光は、電極３ｂで反射される。ここで、電極３ｂで効率良く光を反射するためには、光の透過を抑制する材料、膜厚及び電極構造等を検討する必要があるが、この点については後述の実施形態において説明する。
【００３６】
また、図１に示すように電極３ａ、３ｂの上側で該素子の頂上部を含む領域に光反射膜を形成しない構造では、頂上部を含む領域から該素子の外部に透過する光がある程度の割合で存在する。発光領域で発生した光の一部を光取り出し面から導くことになる。よって、電極が形成されていない頂上部を含む領域に光反射膜を形成することで光透過を抑制し、更に光取り出し効率を高めることができる。光反射膜の構造については、後述の実施形態で詳細に説明する。
【００３７】
次に、発光効率を高めるための条件について説明する。発光効率を高めるためには、傾斜した傾斜結晶層のうち該素子の頂上近傍や該素子の底面近傍の結晶性が悪い領域を避けて電極を形成することが望ましい。つまり、結晶性が良好な傾斜結晶面の中腹部に電極を形成し、電極の下端をできるだけ傾斜結晶面の上側に設定し、電極の上端をできるだけ傾斜結晶面の下側に設定することが望ましい。結晶性が良好な領域にのみ電流を注入し、発光させることによって発光効率を高めることができる。しかし、傾斜結晶面上で結晶性が良好な領域である傾斜結晶面の中腹部と、中腹部に比べて結晶性が劣る領域である該素子の頂上部近傍と底面近傍の傾斜結晶面を明確に区別して電極を形成することは困難である。
【００３８】
ここで、活性層４ａの発光領域から発生する光のうち、一部の光は辺ＥＢを含む傾斜結晶面で全反射されずに透過してしまい、光取出し面から取り出せない光もあるが、先に説明した結晶性が良好な領域のみを発光領域として発光効率を高める効果と、発生した光の大部分を光取出し面から取り出すことができる効果によって、素子への入力電流に対して効率良く光取出し面から光を取り出すことができる。
【００３９】
また、結晶性が良好な領域のみを発光領域とし、さらに効率良く素子外部に取り出すためには傾斜結晶面に形成された電極の上側で頂点を含む領域全体に光透過性を有する電流ブロック層を形成し、その上に光反射膜となる金属薄膜を形成することによって、素子の頂上近傍から素子外部に出て行く光を光取出し面の方向に反射し、光取出し面から光を素子外部に取り出すことができる。さらに、結晶性が悪い領域に形成される電流ブロック層や発生した光を効率良く反射する金属薄膜層などを組み合わせることによっても、該素子への入力電流に対して効率良く光取出し面から光を取り出すことができる。
【００４０】
以下、上述の電極形成位置に形成される電極の構造について順次説明したのち、本発明の傾斜結晶面の中腹部に電極が形成された半導体発光素子を複数配列してなる画像表示装置及び照明装置について説明する。また、以下の半導体発光素子の傾斜結晶面の中腹部に形成され、結晶層に電流を注入するための電極は、上述の２θ−９０°の角度で決まる電極位置に形成されるものである。
【００４１】
[第１の実施形態]
図２は略六角錐形状に結晶成長させて形成された傾斜結晶面を有し、その中腹部に電極が形成された本発明の半導体発光素子の一形態を示す構造断面図である。入力電流に対して発生した光を効率良く素子外部に取り出すための電極１０と電極１０の該素子の頂上側に電流ブロック層１１が形成されている。電極１０が形成される傾斜結晶面の中腹部は、結晶性が良好な領域である。電流ブロック層１１は、該素子の底面近傍を除いた傾斜結晶面上と電極１０及び該素子の頂上近傍に形成されている。電流ブロック層１１は頂上部の結晶層への電流注入を抑制する。
【００４２】
次に、図３を用いて電極の構造について説明する。傾斜結晶面を形成する第二クラッド層はマグネシウムがドープされたｐ型ＧａＮ層１４であり、ＧａＮ層１４の上には結晶層に形成されている活性層１２で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みを有するコンタクトメタル層１５が形成され、更にその所要の厚みを有するコンタクトメタル層１５が形成された後に電極層１６が形成される。コンタクトメタル層１５は、その厚みが活性層１２で発生した光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとされることから、傾斜結晶面とのオーミック接触を図りながら電極層での反射率を高くすることができ、光透過型基板側への反射強度を上げることができる。第二導電型半導体層上に電極層を形成することで、その第二導電型半導体層側に向かった光は基板側に反射され、コンタクトメタル層１５の厚みを発生した光の侵入長若しくはそれ以下の厚みに薄くすることで、オーミック接触を図りながら電極層での反射率を高くすることができ、素子全体としての発光効率を高めることができる。
【００４３】
電極構造について更に詳細に説明する。電極１０はコンタクトメタル層と電極層が積層された多層構造になっている。第二導電型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層１４の最表面には、電極１０の第一層として、ｐ側電極層１６とＧａＮ層１４のオーミック接触を図るコンタクトメタル層であるニッケル層１５が形成されている。このニッケル層１５の膜厚は、活性層で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとされ、本実施形態においては一例として膜厚約１０ｎｍとなっている。このニッケル層１５上にはｐ側電極層１６が形成されている。ｐ側電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であり、コンタクトメタル層であるニッケル層１５を透過した光はｐ側電極層１６の界面で反射する。尚、本実施形態において、ｐ側電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であるが、これらのアルミニウム、銀の上に金や白金などの金属層を積層した構造であっても良い。本実施形態のコンタクトメタル層１５及び電極層１６の膜厚は発生する光に応じて膜厚を変えて形成することができる。
【００４４】
コンタクトメタル層１５、電極層１６は蒸着法、めっき法などによって形成され、その膜厚などを変えることができる。光が金属表面で反射する場合、エネルギーを有する電磁波としての光は、金属表面よりも侵入長と称される長さだけ金属表面から侵入し、エバネッセント波と呼ばれる電磁波が存在する。この金属の複素屈折率と入射角に応じたエネルギーの吸収がそのエバネッセント波に対して生じ、それ以外のエネルギーの光が反射光として外部に反射される。一方、オーミックコンタクトを達成するためには、極めて薄い膜でも十分であり、ニッケル層１５の膜厚は、活性層１２で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとすることで、電極１０による反射効率を高めることができる。
【００４５】
電流ブロック層１１は、電極１０の上端から素子の頂点を含む頂上部と底面近傍の傾斜結晶面に形成することによって、結晶性が悪い領域への電流注入を抑制している。電流ブロック層１１は、ＳｉＯ２など絶縁性を有する膜を形成した後、底面近傍の部分をエッチングして形成される。また、電流ブロック層１１は絶縁性を有する材料で形成されるだけでなく、第二クラッド層１４を形成する結晶層の表面と電位障壁を形成し、電流が注入され難い材料で形成されていれば良い。例えば、Ａｇ、Ａｌのような光を反射する金属材料の薄膜であっても良い。光を反射する材料を用いた場合、電流注入されない領域に光反射膜を形成できるため、電極１０のみで光を反射する場合に比べて光取出し効率を高めることができる。
【００４６】
[第２の実施形態]
図４は略六角錐形状に結晶成長させて形成された傾斜結晶面を有し、その中腹部に電極が形成された半導体発光素子の一形態を示す構造断面図である。入力電流に対して発生した光を効率良く素子外部に取り出すための電極２０と、電極２０の上側の該素子の頂上を含む領域に電流ブロック層が形成されている。電流ブロック層は絶縁層２１と金属薄膜層２２の多層構造を有している。
【００４７】
電極２０は電極の下の結晶層に形成されている活性層１２で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みを有するコンタクトメタル層１５が所要の厚みに形成された後、その上に電極層１６が形成される。従って、コンタクトメタル層１５は、その厚みが活性層で発生した光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとされることから、オーミック接触を図りながら電極層での反射率を高くすることができ、光透過型基板側への反射強度を上げることができる。第二導電型半導体層１４上に電極層１６を形成することで、その第二導電型半導体層１４側に向かった光は基板側に反射される。電極層１６と第二導電型半導体層１４の間にコンタクトメタル層１５を形成することによって素子全体としての発光効率を高めることができる。
【００４８】
ｐ側電極２０とＧａＮ層１４のオーミック接触を図るコンタクトメタル層１５は、ニッケルで形成されている。ニッケル層１５の膜厚は、活性層で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとされ、本実施形態においては一例として膜厚約１０ｎｍとなっている。このニッケル層１５上には電極層１６が形成されている。電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であり、コンタクトメタル層であるニッケル層１５を透過した光は電極層１６の界面で反射する。尚、本実施形態において、電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であるが、これらのアルミニウム、銀の上に金や白金などの金属層を積層した構造であっても良い。本実施形態のコンタクトメタル層１５及び電極層１６の膜厚は発生する光に応じて膜厚を変えて形成することができる。
【００４９】
更に、ｐ側電極２０の上側の傾斜結晶面であって、該素子の頂上を含む領域に電流ブロック層を形成する。電流ブロック層は絶縁層２１と金属薄膜層２２から成り、活性層１２から発生した光を効率良く反射することができ、光取り出し効率を高めることができる。このとき、絶縁層２１を第一層とすることによって、結晶性が悪い領域へ電流が殆ど注入されることがなく、電極２０の下側の結晶性が良好な領域にのみ電流が注入される。絶縁層２１は光透過性を有する絶縁性の材料で形成されていれば良く、例えばＳｉＯ２の如き透明な絶縁材料を膜状に形成することができる。絶縁層２１の上に形成される金属薄膜層２２は、Ａｇ及びＡｌの如き反射率の高い金属を膜状に形成することによって形成される。
【００５０】
[第３の実施形態]
図５は略六角錐形状に結晶成長させて形成された傾斜結晶面の中腹部に電極を形成した一形態を示す構造断面図である。入力電流に対して発生した光を効率良く素子外部に取り出すための電極と、前記電極の上側の傾斜結晶面で該素子の頂上を含む領域に絶縁膜と金属薄膜の多層構造からなる電流ブロック層が形成されている。
【００５１】
該素子の頂上近傍に絶縁層２６を形成した後、絶縁層２６の上にｐ側電極２５を形成する。ｐ側電極２５は絶縁層２６が形成された領域から更に下側の傾斜結晶面にも同時に形成され、結晶性が良好な傾斜結晶面の中腹部に形成されることになる。また、先に形成される絶縁層２６が電流ブロック層となり、該素子の頂上部近傍の結晶性が悪い領域への電流注入が抑制される。よって、ｐ側電極２５が第二クラッド層１４と直接接合される結晶性が良好な領域のみを発光領域とすることができるので、入力電流に対する発光効率を高めることができる。
【００５２】
絶縁層２６の下端は、傾斜した傾斜結晶面の結晶性が良好な領域と、その表面にステップ形状を有し傾斜結晶面の中腹部と比較し結晶性が劣る該素子の頂上近傍の領域との境界付近に位置している。ｐ側電極２５の下端は、傾斜した傾斜結晶面の結晶性が良好な領域と、その表面にステップ形状を有し傾斜結晶面の中腹部と比較し結晶性が劣る該素子の底面近傍の傾斜結晶面の領域との境界付近に位置している。絶縁層の下端、つまりｐ側電極２５が第二クラッド層１４と接合される領域の上端と、ｐ側電極２５の下端は、活性層１２で発生した光がｐ側電極２５の下側の電極が形成されていない傾斜結晶面で効率良く全反射される位置に設定される。
【００５３】
絶縁層２６は光透過性を有する絶縁材料であれば良く、例えばＳｉＯ２等の透明な絶縁材料で形成することができる。また、ｐ側電極２５は、コンタクトメタル層１５と電極層１６から成り、電極層１６とＧａＮ層１４のオーミック接触を図るコンタクトメタル層であるニッケル層１５が第一層として形成されている。このニッケル層１５の膜厚は、活性層で発生する光の侵入長若しくはそれ以下の厚みとされ、本実施形態においては一例として膜厚約１０ｎｍとなっている。ｐ側電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であり、コンタクトメタル層であるニッケル層１５を透過した光は電極層１６の界面で反射する。尚、本実施形態において、電極層１６は例えばアルミニウム、銀からなる薄膜であるが、これらのアルミニウム、銀の上に金や白金などの金属層を積層した構造であっても良い。また、コンタクトメタル層１５をＮｉとして説明したが、Ｐｄ、Ｃｏ、又はＳｂなどによって構成することもでき、これらの合金であっても良い。さらに、光透過性を有する絶縁層２６上にもｐ側電極２５が形成されているので、活性層１２で発生する光のうち絶縁層２６を透過して絶縁層２６上のｐ側電極２５に到達する光を効率良く反射することができ、光取り出し効率を高めることができる。本実施形態では外形が略六角錐形状の傾斜結晶面の中腹部に電極を形成しているが、外形が略六角錐形状に限らず、傾斜結晶層を有する発光素子であればその中腹部に電極を形成することによって発光効率を高めることができる。例示的には、外形が略六角錐台形形状の発光素子にも適用である。
【００５４】
また、発光ダイオード以外の半導体レーザーやその他の半導体発光素子などにも本発明を適用することができる。本発明の半導体発光素子の発光波長を特に限定するものではないが、例えば、青色発光の場合では、ｐ側電極層１６はＡｇ若しくはＡｌとすることが望ましい。
【００５５】
［第４の実施形態］
次に、本発明の外形が略六角錐形状である傾斜した傾斜結晶面の中腹部に電極が形成された半導体発光素子を複数配列してなる画像表示装置及び照明装置について説明する。第１の実施形態乃至第３の実施形態で説明した入力電流に対する光取出し効率が高い半導体発光素子を配列し、走査可能に配列することで、Ｓ面を利用して電極面積を抑えることが出来るため、少ない発光部の総面積でディスプレイを作成できると同時に、電流から光への変換効率が良好な画像表示装置及び照明装置を作成できる。本実施形態では、特に第３の実施形態で説明した電極構造を有する半導体発光素子を配列してなる画像表示装置の製造方法について説明する。
【００５６】
まず、その構造について説明する。図６に該素子の断面構造図（ａ）と平面構造図（ｂ）を示す。ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。尚、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層３２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層３４はクラッド層として機能する。
【００５７】
この発光ダイオードには、ｐ電極３５とｎ電極３６が形成される。ｐ側電極３５はマグネシウムドープのＧａＮ層３４上にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ／またはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｐ電極３５を形成する前に光透過性を有する絶縁層３０を該素子の頂上近傍に形成しておく。絶縁層３０は、例えばＳｉＯ２などの透明な絶縁材料で形成することができる。ｐ側電極３５の形成位置は、先に説明したように、底面に対して２θ―９０°の角度で決まる位置である。ｐ側電極下の活性層で発生した光はｐ側電極３５及び傾斜結晶面の表面で効率良く全反射されて素子外部に取り出される。ｎ電極３６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。尚、本実施形態では、下地成長層３１の裏面側に光取出し面を避けてｎ電極を形成し、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面には不要となる。
【００５８】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザーアブレーションによって比較的簡単にサファイア基板から剥離することができ、レーザー光を選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、本実施形態の発光ダイオードでは、発生した光はＧａＮ層３２から下地成長層３１を通じて下側から素子外部取り出されか、若しくはｐ側電極３５又は傾斜結晶面の表面で効率良く全反射されてＧａＮ層３２から下地成長層３１を通じて下側から素子外部に取り出される。また、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００５９】
次に、発光素子を形成する基板から発光素子を分離し、樹脂層で被覆する工程について説明する。図７に示すように、第一基板４１の主面上には複数の発光ダイオード４２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード４２の大きさは約２０μｍ程度とすることができる。第一基板４１は、発光ダイオード４２を形成する結晶層を成長させる基板である。第一基板４１は基板に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶層を形成しえるものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。本実施形態で用いる第一基板４１は、光透過性を有するサファイア基板であり、発光ダイオード４２に照射するレーザー光の波長に対し透過率の高い材料が用いられる。また、第一基板４１は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としている。このＣ面は５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。発光ダイオード４２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝４２ｇが形成されており、個々の発光ダイオード４２は分離できる状態にある。この溝４２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。このような第一基板４１を一時保持用部材４３に向かい合わせ、選択的な転写を行う。
【００６０】
一時保持用部材４３の第一基板４１に向かう面には剥離層４４と接着剤層４５が二層になって形成されている。ここで、一時保持用部材４３の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板などを用いることができ、一時保持用部材４３上の剥離層４４の例としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。一例としては、一時保持用部材４３として石英ガラス基板を用い、剥離層４４としてポリイミド膜を約１μｍから３μｍの膜厚に形成後、接着剤層４５としてのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。
【００６１】
一時保持用部材４３の接着剤層４５は、硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するように調整され、未硬化領域４５ｙに選択転写にかかる発光ダイオード４２が位置するように位置合わせされる。硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード４２を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすればよい。このようなアライメントの後、転写対象位置の発光ダイオード４２を第一基板４１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード４２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザー光としてはエキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光などが用いられる。
【００６２】
このレーザーアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる発光ダイオード４２はＧａＮ層と第一基板４１の界面で分離し、反対側の接着剤層４５にｐ電極を突き刺すようにして転写される。レーザー光が照射されない領域の他の発光ダイオード４２については、対応する接着剤層４５の部分が硬化した領域４５ｓであり、レーザー光も照射されていないために一時保持用部材４３側に転写されることはない。なお、図７では１つの発光ダイオード４２だけが選択的にレーザー光を照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に発光ダイオード４２はレーザー光が照射されているものとする。このような選択的な転写によっては発光ダイオード４２は第一基板４１に配列されている時よりも離間して一時保持用部材４３上に配列される。
【００６３】
発光ダイオード４２は一時保持用部材４３の接着剤４５に保持された状態で発光ダイオード４２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、発光ダイオード４２の裏面には樹脂（接着剤）がないように除去され、洗浄されているため、図８に示すように電極パッド４６を形成すれば、電極パッド４６は発光ダイオード４２の裏面と電気的に接続される。
【００６４】
接着剤層４５の洗浄の例としては酸素プラズマで接着剤用樹脂をエッチングし、ＵＶオゾン照射にて洗浄する。且つ、レーザー光にてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板４１から剥離したときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液若しくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド４６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド４６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系等）若しくはＡｌ／Ｃｕ等の材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光を遮ることがないので、パターニング精度を粗くして、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。
【００６５】
次に、第１の一時保持用部材４３から第２の一時保持用部材４７に発光ダイオード４２を転写する工程を説明する。発光ダイオード４２の転写先である第２の一時保持用部材４７上には剥離層４８と転写される発光ダイオード４２と剥離層４８が形成される。剥離層４８は例えばフッ素樹脂、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどの光透過性を有する樹脂を用いて作成することができる。第２の一時保持用部材４７は一例としてガラス基板を用いることができる。
【００６６】
このような剥離層４８を形成した一時保持部材４７に一時保持用部材４３を向かい合わせ、接着剤層４５を剥離層４８に密着させる。この状態のままで、一時保持部材４３と剥離層４４を分離するために、剥離層４４が形成されている面の反対側から一時保持部材４３にエキシマレーザー光を照射する。このとき、一時保持部材４３に対して、剥離層４４が形成されている面の裏面からエキシマレーザー光を照射する。一時保持部材４３はガラス基板であることから、エキシマレーザー光が一時保持部材４３でほとんど吸収されることなく、剥離層４４と一時保持部材４３との界面近傍に照射され、レーザーアブレーションが起こる。その結果、剥離層４４と一時保持部材４３の接着力が低下し、一時保持部材４３のみが発光ダイオード４２を含み剥離層４４を最上部の層とする構造の部分から分離される。これにより、各発光ダイオード４２は第２の一時保持部材４７側に転写される。  このとき、剥離層４４は十分な膜厚を有しているので、一時保持部材４３を透過してきたエキシマレーザー光のエネルギーをすべて吸収する。よって、剥離層４４の下側の層にエキシマレーザー光が到達することはなく、接着剤層４５又は剥離層４８に変質は起こらない。
【００６７】
図９は一時保持用部材４３から発光ダイオード４２を第２の一時保持用部材４７に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール５０を形成した後、アノード側電極パッド４９を形成し、樹脂からなる接着剤層４５をダイシングした状態を示している。このダイシングの結果、素子分離溝５１が形成され、発光ダイオード４２は素子毎に区分けされたものとなり、一時保持用部材４７に接着された状態の樹脂形成素子１００が所要の形状を成す。素子分離溝５１はマトリクス状の各発光ダイオード４２を分離するために、平面パターンとしては縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝５１の底部では第２の一時保持用部材４７の表面が臨む。
【００６８】
発光ダイオード４２のアノード側電極パッド４９を形成し、素子分離溝５１を形成する工程を更に詳しく説明する。このプロセスの一例として、第二の一時保持用部材４７の表面を酸素プラズマで発光ダイオード４２の表面が露出してくるまでエッチングする。まず、ビアホール５０の形成はエキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光、炭酸ガスレーザー光を用いることができる。このとき、ビアホールは例えば約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。ダイシングプロセスは通常のブレードを用いたダイシング、２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときにはレーザー光を用いたレーザーによる加工を行う。レーザー光としては、エキシマレーザー光、高調波ＹＡＧレーザー光、炭酸ガスレーザー光等を用いることができる。その切りこみ幅は画像表示装置の画素内の樹脂からなる接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザーにて幅約４０μｍの溝加工を行い、素子を分離し、樹脂形成素子１００が所要の形状を成す。
【００６９】
次に、発光ダイオード４２を内部に形成した樹脂形成素子１００を第２の一時保持用部材４７から剥離すると同時に樹脂層４８に凹凸を形成する工程を説明する。まず、図１０に示すように、樹脂形成素子１００を第２の一時保持用基板４７から分離し、移設するための吸着孔５５に位置合わせする。吸着孔５５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、樹脂形成素子１００を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクスに開口され、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔５５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作成したもの、若しくはＳＵＳ等の金属板５２をエッチングで穴加工したものが使用されている。
【００７０】
次に、吸着孔５５に位置合わせされた樹脂形成素子１００と第２の一時保持用部材４７の界面近傍に向けてエネルギービームを照射する。エネルギービームは第２の一時保持部材４７に対して樹脂形成素子１００が接着されている面の反対側から照射する。このとき、第２の一時保持部材４７は光透過性を有するガラス基板であることから、第２の一時保持部材４７によってエネルギービームはほとんど吸収されることがなく、樹脂形成素子１００と保持部材４７の界面近傍の剥離層４８に照射される。エネルギービームが照射された剥離層４８はレーザーアブレーションによって、一時保持部材４７との接着力が低下する。エネルギービームとしてエキシマレーザー光を用いたが、他にもＹＡＧレーザー光などを用いることができる
【００７１】
次に、樹脂形成素子１００と保持部材４７の接着力が低下した状態で、吸着孔５５に繋がる吸着チャンバ５４を負圧に制御することで発光ダイオード４２の吸着が可能になり、機械的手段を用いて発光ダイオード４２が第二の一時保持用部材４７から剥離される。
【００７２】
図１１は樹脂形成素子１００を画像表示装置を構成する装置基板である第二基板６０に転写するところを示した図である。第二基板にはガラス基板などのような光透過性を有する材料を用いる。第二基板６０に樹脂形成素子１００を装着する際、第二基板６０にあらかじめ接着剤層５６を塗布しておき、発光ダイオード４２を装着する接着剤層５６の領域を硬化させ、発光ダイオード４２を第二基板６０に固着して配列させる。この装着時には、吸着装置５３の吸着チャック５４が正の圧力の高い状態、つまり、吸着孔５５から樹脂形成素子１００を離脱させる向きの力が樹脂形成素子１００に作用し、吸着装置５３と発光ダイオード４２との吸着による結合状態は解放される。ここで、接着剤層５６は熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成されている。発光ダイオード４２が配置される位置は、一時保持用部材４３、４７上での配列よりも離間したものとなる。そのとき接着剤層５６の樹脂を硬化させるエネルギー（レーザー光７３）は第二基板６０の裏面から供給される。
【００７３】
第二基板６０の裏面からレーザー光７３を照射し、転写する樹脂形成素子１００（発光ダイオード４２及び接着剤層４５）に対応する部分の接着剤層５６のみを加熱する。これにより、接着剤層５６が熱可塑性接着剤の場合には、その部分の接着剤層５６が軟化し、その後、冷却硬化することにより樹脂形成チップが第二基板６０上に固着される。同様に、接着剤層５６が熱硬化性接着剤の場合にも、レーザー光７３が照射された部分の接着剤層５６のみが硬化し、樹脂形成素子１００が第二基板６０上に固着される。
【００７４】
また、第二基板６０上にシャドウマスクとしても機能する電極層５７を配設し、この電極層５７をレーザー光７３を照射することにより加熱し、間接的に接着剤層５６を加熱するようにしても良い。特に、電極層５７の画面側の表面すなわち当該画像表示装置を見る人がいる側の面に黒クロム層５８を形成すれば、画像のコントラストを向上させることができると共に、黒クロム層５８でのエネルギー吸収率を高くして、選択的に照射されるレーザー光７３によって接着剤層５６を効率的に加熱するようにすることができる。
【００７５】
図１２は発光ダイオード４２、６１、６２をそれぞれ内包する樹脂形成素子を第二基板６０に配列させ絶縁層５９を塗布した状態を示す図である。図１４又は図１５で用いた吸着装置５３をそのまま使用して、第二基板６０にマウントする位置をずらすだけで、樹脂形成素子を所定の位置に配置することができる。絶縁層５９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。
【００７６】
図１７は配線形成工程を示す図である。絶縁層５９に開口部６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成し、発光ダイオード４２、６１、６２のアノード、カソードの電極パッドと第二基板６０の配線用の電極層５７を接続する配線６３、６４、７１を形成した図である。このときに形成する開口部すなわちビアホールは発光ダイオード４２、６１、６２の電極パッド４６、４９の面積を大きくしているのでビアホール形状は大きく、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。このときビアホールは約６０μｍ角の電極パッド４６、４９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるのでレーザーのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。その後、保護層を配線上に形成し、画素表示装置のパネルは完成する。このときの保護層は絶縁層５９と透明エポキシ接着剤などの同様の材料が使用できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。以上の工程によって、各素子への入力電流に対する光取出し効率が高い素子が配列され、高品位の画質を有する画像表示装置が完成する。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の傾斜した傾斜結晶面の中腹部に電極が形成された半導体発光素子及びその製造方法によれば、傾斜結晶面の中腹部に形成される電極は、該電極から電流注入される結晶層で発生する光を該電極が形成されない傾斜結晶面の表面によって効率良く全反射される位置に形成される。その結果、該素子の下側の光取出し面からの光り取出し効率を高めることができる。さらに、発生した光を効率良く全反射できると同時に、電極が形成される傾斜結晶面の中腹部は傾斜結晶面の他の領域に比べ結晶性が良好であることから、結晶性が良好な領域にのみ電流を注入することができ、発光効率を高めることができる。光取出し効率と発光効率が同時に高められることによって入力電流に対して光取出し効率の高い半導体発光素子を形成することができる。
【００７８】
さらに、本発明の半導体発光素子を配列して成る画像表示装置、照明装置及びその製造方法によれば、入力電流に対して高い発光効率を有する発光素子が装置基板に配置され、各素子への電流密度を低減できると同時に高品質の画像を表示することができる画像表示装置や輝度の大きい照明装置を提供することができる。特に、発光素子を多数配置して成る画像表示装置及び照明装置では、消費電力の低減にも繋がりその効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における半導体発光素子の構造を簡略化して示した簡略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における半導体発光素子の電極構造を示す構造断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における半導体発光素子の電極構造を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における半導体発光素子の電極構造を示す構造断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における半導体発光素子の電極構造を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における半導体発光素子の構造断面図（ａ）と構造平面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における素子転写工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における素子転写後の素子の保持状態を示す工程断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を形成する工程を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における吸着孔と樹脂形成素子の位置合わせを行う工程を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を装置基板に固着する工程を示す工程断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における樹脂形成素子を装置基板に配列する工程を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の画像表示装置の製造工程における配線を形成する工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１  結晶成長層
４  発光領域
３、１０、２０、 ２５  ｐ側電極
１５  コンタクト層
１２  活性層
１４  第二クラッド層
２１、２６、３０  絶縁層
【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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