特許 5986904 半導体発光素子アレイおよび車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5986904

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】半導体発光素子アレイおよび車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20160823BHJP

   F21S 8/10 20060101ALI20160823BHJP

   F21W 101/10 20060101ALN20160823BHJP

   F21Y 115/00 20160101ALN20160823BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/08

   F21S8/10 150

   F21W101:10

   F21Y115:00

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-254922(P2012-254922)

(22)【出願日】2012年11月21日

(65)【公開番号】特開2014-103288(P2014-103288A)

(43)【公開日】2014年6月5日

【審査請求日】2015年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 敬四郎

(74)【代理人】

【識別番号】100141302

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 伸一

(72)【発明者】

【氏名】千野根 崇子

(72)【発明者】

【氏名】宮地 護

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 竜舞

(72)【発明者】

【氏名】赤木 孝信

(72)【発明者】

【氏名】河合 良介

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２７２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２５３１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０６４４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５７７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９７９７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板、および、該支持基板上に配列され、相互に隣接する第１および第２の半導体発光素子を含む複数の半導体発光素子、を備える半導体発光素子アレイであって、
前記支持基板の表面は、
第１の導電領域と、
前記第１の導電領域と間隔を空けて設けられる第２の導電領域と、
前記第１の導電領域と前記第２の導電領域との間に設けられ、該第１の導電領域とは電気的に導通し、該第２の導電領域とは絶縁領域を介して形成される第３の導電領域と、
を含み、
前記第１の半導体発光素子は、
前記第１の導電領域上に配置され、該第１の導電領域と電気的に導通する第１の下側電極と、
前記第１の下側電極上に配置される第１の光半導体積層と、
前記第１の光半導体積層上に選択的に配置される第１の上側電極と、
を含み、
前記第２の半導体発光素子は、
前記第２の導電領域上に配置され、該第２の導電領域と電気的に導通する第２の下側電極と、
前記第２の下側電極上に配置され、前記支持基板の第３の導電領域上方に張り出す張り出し部、および、該張り出し部を貫通し、前記第３の導電領域を覗く穴部を有する第２の光半導体積層と、
前記第２の光半導体積層上に選択的に配置され、前記穴部を通って、前記支持基板の第３の導電領域と電気的に接続する第２の上側電極と、
を含む、
半導体発光素子アレイ。

【請求項2】

前記第２の半導体発光素子は、さらに、前記張り出し部と前記第３の導電領域との間に配置される電気絶縁層と、を含み、
前記第２の光半導体積層の穴部は、前記張り出し部および前記電気絶縁層を貫通するように形成されている請求項１記載の半導体発光素子アレイ。

【請求項3】

前記穴部は、前記支持基板に向かって徐々に、開口面積が小さくなるように形成されている請求項２記載の半導体発光素子アレイ。

【請求項4】

前記第２の半導体発光素子は、さらに、前記穴部の内側面を覆う絶縁性保護膜と、を含み、
前記第２の上側電極は、前記絶縁性保護膜の表面を覆うように形成されて、前記第３の導電領域と電気的に接続する請求項３記載の半導体発光素子アレイ。

【請求項5】

請求項１〜４いずれか１項記載の半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子アレイの照射像を所定の配光形状で照射する光学系と、
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、およびそれを用いた車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮ（ガリウム・窒素）等の窒化物半導体を用いた半導体発光素子（ＬＥＤ）は、紫外光ないし青色光を発光することができ、さらに蛍光体を利用することにより白色光を発光することができる。このような半導体発光素子は、たとえば照明などに用いられる。高い光出力が求められる照明、たとえば車両用灯具に半導体発光素子を用いる場合、発熱の抑制ないし輝度ムラの均一化の観点から、一般的に、複数の半導体発光素子を電気的に直列に接続して用いる（直列接続型半導体発光素子アレイ）。

【0003】

直列接続型半導体発光素子アレイは、支持基板上に複数の半導体発光素子が配列した構成を備える。半導体発光素子は、少なくともｐ型半導体層、発光のための活性層（発光層）、および、ｎ型半導体層が積層する構成を備える。複数の半導体発光素子各々は、たとえばｐ型半導体層が支持基板側（下面）になり、ｎ型半導体層が支持基板とは反対側（上面）になるように形成される。また、相互に隣接する半導体発光素子において、一方の半導体発光素子の上面（ｎ型半導体層）と、他方の半導体発光素子の下面（ｐ型半導体層）と、を電気的に接続する配線層が形成される。

【0004】

隣接する半導体発光素子間を電気的に接続する配線層は、たとえば、一方の半導体発光素子の側方、および、隣接する半導体発光素子との間から覗く支持基板の上方を這うように形成される。配線層が形成される領域には、一般に凹凸構造が存在しうる（たとえば特許文献１）。この凹凸構造は、配線層の断線を誘引し、半導体発光素子アレイの信頼性を低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７９８５９７０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、従来よりも信頼性が高く、また、発光分布が均一な半導体発光素子アレイを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の主な観点によれば、支持基板、および、該支持基板上に配列され、相互に隣接する第１および第２の半導体発光素子、を含む半導体発光素子アレイであって、前記支持基板の表面は、第１の導電領域と、前記第１の導電領域と間隔を空けて設けられる第２の導電領域と、前記第１の導電領域と前記第２の導電領域との間に設けられ、該第１の導電領域とは電気的に導通し、該第２の導電領域とは絶縁領域を介して形成される第３の導電領域と、を含み、前記第１の半導体発光素子は、前記第１の導電領域上に配置され、該第１の導電領域と電気的に導通する第１の下側電極と、前記第１の下側電極上に配置される第１の光半導体積層と、前記第１の光半導体積層上に選択的に配置される第１の上側電極と、を含み、前記第２の半導体発光素子は、前記第２の導電領域上に配置され、該第２の導電領域と電気的に導通する第２の下側電極と、前記第２の下側電極上に配置され、前記支持基板の第３の導電領域上方に張り出す張り出し部、および、該張り出し部を貫通し、前記第３の導電領域を覗く穴部を有する第２の光半導体積層と、前記第２の光半導体積層上に選択的に配置され、前記穴部を通って、前記支持基板の第３の導電領域と電気的に接続する第２の上側電極と、を含む、半導体発光素子アレイ、が提供される。

【発明の効果】

【0008】

従来よりも信頼性が高く、また、発光分布が均一な半導体発光素子アレイを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａ〜図１Ｃは、第１の参考例による半導体発光素子アレイを示す平面図および断面図である。

【図2】図２Ａおよび図２Ｂは、第２の参考例による半導体発光素子アレイを示す平面図および断面図である。

【図3-1】および、

【図3-2】図３Ａ〜図３Ｄは、第３の参考例による半導体発光素子アレイを示す平面図および断面図である。

【図4】図４Ａ〜図４Ｃは、実施例による半導体発光素子アレイを示す平面図および断面図である。

【図5-1】、

【図5-2】、

【図5-3】および、

【図5-4】図５Ａ〜図５Ｎは、実施例による半導体発光素子アレイを製造する様子を示す断面図である。

【図6】図６Ａ〜図６Ｃは、実施例による半導体発光素子アレイの変形例を示す平面図および断面図である。

【図7】図７Ａおよび図７Ｂは、実施例による半導体発光素子アレイを組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）の構成を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１Ａは、第１の参考例による半導体発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）２００を示す概略平面図である。なお、図中に示す各構成の相対的なサイズは、実際のものとは異なっている。

【0011】

第１の参考例によるＬＥＤアレイ２００は、支持基板２１０と、支持基板２１０上に配列する、たとえば４つの半導体発光素子（ＬＥＤ素子）２０１とを含む構成である。ＬＥＤアレイ２００は、たとえば、ＬＥＤ素子が配列する方向の幅が６０００μｍ、その方向と直交する方向の幅が１０００μｍの矩形状である。

【0012】

個々のＬＥＤ素子２０１は、ｎ型およびｐ型のＧａＮ系半導体を含む光半導体積層２０２を含み、光半導体積層２０２のｎ型半導体が第１電極２０８と電気的に接続し、光半導体積層２０２のｐ型半導体が第２電極２１１と電気的に接続する。所定のＬＥＤ素子２０１の第１電極２０８は、その隣接するＬＥＤ素子の第２電極２１１と電気的に接続する。これにより、複数のＬＥＤ素子２０１は、電気的に直列に接続される。直列接続する複数のＬＥＤ素子２０１には、支持基板２１０の両端部に配置された給電パッド２１５，２１６を介して、電力が供給される。

【0013】

図１Ｂおよび図１Ｃは、ＬＥＤアレイ２００の一部を示す拡大平面図、および、図１Ｂに示すＬＥＤアレイ２００のＩＢ−ＩＢ断面を示す断面図である。以下では、支持基板２１０上に配列する複数のＬＥＤ素子のうち、所定のＬＥＤ素子（第１のＬＥＤ素子２０１ａ）、および、それに隣接するＬＥＤ素子（第２のＬＥＤ素子２０１ｂ）の構成について説明する。ただし、第１および第２のＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子についても、同様の構成を有しているものとする。

【0014】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂは、図１Ｂに示すように、たとえば、複数のＬＥＤ素子が配列する方向に延在する矩形状の平面形状を有している。ＬＥＤ素子の寸法は、たとえば、複数のＬＥＤ素子が配列する方向の幅が１４００μｍであり、その方向と直交する方向の幅が９００μｍである。第１電極２０８は、たとえば、複数のＬＥＤ素子が配列する方向に延在し、その方向と直交する方向に複数配列する構成を有する。

【0015】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂ各々は、図１Ｃに示すように、ｐ型ＧａＮ層２２４，活性層２２３およびｎ型ＧａＮ層２２２からなるＧａＮ系光半導体積層２０２と、光半導体積層２０２の裏面（ｐ型ＧａＮ層２２４側、支持基板２１０側ないし図面下側）に形成されたｐ側電極２０３と、ｐ側電極２０３と同一平面上に並んで形成されたエッチストップ層２０４と、光半導体積層２０２の表面（ｎ型ＧａＮ層２２２側、支持基板２１０の反対側ないし図面上側）に選択的に形成されたｎ側電極（第１電極）２０８と、を有している。なお、図中において、第２のＬＥＤ素子２０１ｂの各構成の符号は、便宜的に省略している。

【0016】

エッチストップ層２０４は、ＬＥＤ素子（ないしＬＥＤアレイ）の製造工程において、エッチストッパとして機能する層である。エッチストップ層２０４は、電気絶縁性を有する。

【0017】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂ（ないし光半導体積層２０２）は、それらの側面が支持基板２１０に向かって徐々に、隣接するＬＥＤ素子に近づくような断面形状を有している。このような形状を、順テーパ形状と呼ぶこととする。

【0018】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂ各々は、表面に絶縁膜２０９が形成された支持基板２１０上に、第１の接着層２０５および第２の接着層２０６からなる融着層２１２を介して、支持される。融着層２１２は、電気伝導性を有し、ｐ側電極２０３と電気的に導通する。

【0019】

ここで、第１のＬＥＤ素子２０１ａと支持基板２１０とを融着し、第１のＬＥＤ素子２０１ａを支持する融着層２１２の領域を、第１の導電領域２１２ａと呼ぶこととする。また、第２のＬＥＤ素子２０１ａと支持基板２１０とを融着し、第２のＬＥＤ素子２０１ｂを支持する融着層２１２の領域を、第２の導電領域２１２ｂと呼ぶこととする。第１の導電領域２１２ａと、第２の導電領域２１２ｂとの間には溝領域２１３が形成されており、第１および第２の導電領域２１２ａ，２１２ｂは、直接的には電気的に絶縁されている。第１の導電領域２１２ａは、平面視において、第２のＬＥＤ素子２０１ｂ側に、第１のＬＥＤ素子２０１ａからはみ出す露出領域（第２電極）２１１を有している。

【0020】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂの側面（ないしそれらの光半導体積層２０２およびエッチストップ層２０４の側面）、第１および第２の導電領域２１２ａ，２１２ｂの側面、および、溝領域２１３の底面（ないし第１および第２の導電領域２１２ａ，２１２ｂの間に露出する支持基板２１０の表面）には、露出領域２１１を除いて、電気絶縁性を有する保護膜２０７が形成されている。さらに、保護膜２０７の表面には、配線電極２１４が形成されている。配線電極２１４は、溝領域２１３を跨いで、第２のＬＥＤ素子２０１ｂのｎ側電極２０８と、第１の導電領域２１２ａの露出領域２１１（つまり、第１のＬＥＤ素子２０１ａのｐ側電極２０３）と、を電気的に接続する。これにより、第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂは、電気的に直列に接続される。

【0021】

第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂ（それらの光半導体積層２０２およびエッチストップ層２０４）および融着層１２の側面（第１および第２の導電領域２１２ａ，２１２ｂの側面ないし溝部２１３の内側面）において、それらを構成する各層の境界には段差が形成されうる。保護膜２０７を介して、第１および第２のＬＥＤ素子２０１ａ，２０１ｂおよび融着層２１２の側面を伝う配線電極２１４は、各層の境界に形成されうる段差で生じるストレスなどにより、破断・断線を引き起こす可能性がある。このため、配線電極２１４が形成される領域には、できるだけ段差が少なくなるよう設計することが望ましい。より言えば、配線電極２１４が、溝領域２１３を跨がずに、第２のＬＥＤ素子２０１ｂのｎ側電極２０８と第１のＬＥＤ素子２０１ａのｐ側電極とを電気的に接続する構造であることが好ましい。また、配線電極２１４の配線距離が長い場合、配線電極２１４の抵抗成分が大きくなり、配線電極２１４による電圧降下が大きくなるという問題も生じうる。このため、配線電極２１４の配線距離は、できるだけ短くなるよう設計することが望ましい。

【0022】

図２Ａおよび図２Ｂは、第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００の一部を示す概略平面図、および、図２Ａに示すＬＥＤアレイ３００のＩＩＢ−ＩＩＢ断面を示す断面図である。以下、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、第２の参考例によるＬＥＤアレイの構成について、第１の参考例によるＬＥＤアレイとの差異を主に説明する。

【0023】

第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００は、第１の参考例によるＬＥＤアレイと同様に、相互に隣接する第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂを含む複数のＬＥＤ素子が、表面に絶縁膜３０９が形成された支持基板３１０上に配列した構成を有する。第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂ各々は、支持基板３１０上に、第１および第２の接着層３０５，３０６からなる融着層３１２を介して、支持される。また、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂ各々も、第１の参考例によるＬＥＤ素子と同様に、ｐ型ＧａＮ層３２４、活性層３２３、およびｎ型ＧａＮ層３２２からなる光半導体積層３０２と、ｐ側電極３０３と、エッチストップ層３０４と、ｎ側電極３０８と、を含む構成である。

【0024】

ここで、第１のＬＥＤ素子３０１ａを支持し、かつ、そのｐ側電極３０３と電気的に導通する融着層３１２の領域を、第１の導電領域３１２ａと定義し、第２のＬＥＤ素子３０１ｂを支持し、かつ、そのｐ側電極３０３と電気的に導通する融着層３１２の領域を、第２の導電領域３１２ｂと定義する。さらに、融着層３１２において、第１および第２の導電領域３１２ａ，３１２ｂの間に位置する領域を、第３の導電領域３１２ｃと定義する。第１の導電領域３１２ａと第３の導電領域３１２ｃとは連続的に形成されており、第１および第３の導電領域３１２ａ，３１２ｃは電気的に導通する。また、第２の導電領域３１２ｂと第３の導電領域３１２ｃとの間には、溝領域３１３が当該２つの領域を完全に分断し、直に接続する部分がないよう配置されている。そのため、溝領域３１３が絶縁領域として機能し、第２および第３の導電領域３１２ｂ，３１２ｃは、直接的には電気的に絶縁されている。第１および第２の導電領域３１２ａ，３１２ｂは、平面視において、それぞれ第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂと重なる部分を有している。第３の導電領域３１２ｃは、平面視において、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂから露出する部分を有している。

【0025】

第１のＬＥＤ素子３０１ａのｐ側電極３０３は、第１の導電領域３１２ａ上に配置されており、第１の導電領域３１２ａおよび第３の導電領域３１２ｃと電気的に導通している。

【0026】

第２のＬＥＤ素子３０１ｂのｐ側電極３０３は、第２の導電領域３１２ｂ上に配置されており、第２の導電領域３１２ｂと電気的に導通している。ただし、第３の導電領域３１２ｃ（ないし第１の導電領域３１２ａ）とは、溝領域３１３および電気絶縁性を有するエッチストップ層３０４により、直接的には電気的に絶縁されている。

【0027】

第２のＬＥＤ素子３０１ｂにおいて、光半導体積層３０２は、ｐ側電極３０３上に配置される。また、その光半導体積層３０２は、溝領域３１３および第３の導電領域３１２ｃ上方に張り出す張り出し部３０２ｃを有している。光半導体積層３０２の張り出し部３０２ｃは、電気絶縁性を有するエッチストップ層３０４を介して、融着層３１２の第３の導電領域３１２ｃに支持される。光半導体積層３０２、特にそのｐ型ＧａＮ層３２４は、第３の導電領域３１２ｃと直接的には導通していない。

【0028】

第２のＬＥＤ素子３０１ｂの張り出し部３０２ｃの側面は、支持基板３１０に向かって徐々に第１のＬＥＤ素子３０１ａに近づくように傾いて形成されている。配線電極３１４は、張り出し部３０２ｃの側面に形成される絶縁性保護膜３０７表面を伝って第３の導電領域３１２ｃと接触し、第２のＬＥＤ素子３０１ｂのｎ側電極３０８と第３の導電領域３１２ｃとを電気的に接続する。つまり、第２の導電領域３１２ｂ、ならびに、第２のＬＥＤ素子３０１ｂのｐ側電極３０３および光半導体積層３０２は、配線電極３１４を介して間接的に第３の導電領域３１２と電気的に接続することになる。これにより、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂが、電気的に直列に接続される。

【0029】

第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００は、第２のＬＥＤ素子３０１ｂにおける光半導体積層３０２の張り出し部３０２ｃ下方に、溝領域３１３が配置される。そして、配線電極３１４は、溝領域３１３を跨がずに、第１の導電領域３１２ａと連続する第３の導電領域３１２ｃに電気的に接続する。つまり、第１の参考例によるＬＥＤアレイと比較して、配線電極が形成される領域に形成されうる段差を低減させることができる。これにより、第１の参考例によるＬＥＤアレイよりも信頼性が向上する。加えて、第１の参考例によるＬＥＤアレイと比較して、配線電極３１４の配線距離を、溝領域３１３を跨ぐために必要な配線距離程度、短くすることができる。

【0030】

図３Ａに、第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０の概略平面図を示す。また、図３Ｂに、ＬＥＤアレイ３５０の融着層３１２の平面形状を示す。なお、図３Ｂでは、融着層３１２上方に配置される光半導体積層３０２を点線により示している。さらに、図３Ｃおよび図３Ｄに、それぞれ図３Ａに示すＬＥＤアレイ３５０のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面およびＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ断面を示す。なお、第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０は、第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００（図２参照）の変形例である。

【0031】

第３の参考例によるＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂのｎ側電極３０８は、図３Ａに示すように、複数のＬＥＤ素子が配列する方向に延在し、光半導体積層３０２（ｎ型ＧａＮ層３２２）表面の一端側に配置される共通部３０８ａと、共通部３０８ａが延在する方向と直交する方向に延在し、一端側において共通部３０８ａと電気的に接続する櫛歯部３０８ｂと、を含む櫛歯状の平面形状を有している。

【0032】

第３の導電領域３１２ｃは、平面視において、共通部３０８ａの延長線上にのみ形成されており、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂの間から露出している。配線電極３１４は、ｎ側電極３０８の共通部３０８ａと、第３の導電領域３１２ｃとを電気的に接続する。これにより、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂは、電気的に直列に接続される。

【0033】

なお、ＬＥＤアレイ３５０における融着層３１２の平面形状は、図３Ｂに示すように、矩形状の一角が隣接するＬＥＤ素子の張り出し部３０２ｃの直下に出っ張り（第３の導電領域３１２ｃ）、他の一角が隣接する融着層３１２の突出した部分から逃げるように凹んだ形状となる。また、溝領域３１３は、図３Ｂ〜図３Ｄに示すように、配線電極３１４と第３の導電領域３１２ｃとが接続する領域（図３Ｃ）では、第２の導電領域３１２ｂと第３の導電領域３１２ｃとを分断するように配置され、配線電極３１４と第３の導電領域３１２ｃとが接続する領域以外の領域（図３Ｄ）では、第１の導電領域３１２ａと第２の導電領域３１２ｂとを分断するように配置される。これにより、第２の参考例によるＬＥＤアレイと同様に、第２の導電領域３１２ｃ、ならびに、第２のＬＥＤ素子３１０１ｂのｐ側電極３０３および光半導体積層３０２は、配線電極３１４を介して、間接的に第３の導電領域３１２ｃ（ないし第１の導電領域３１２ａ）と電気的に接続することになる。

【0034】

また、第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０は、図３Ａに示すように、ｎ側電極３０８の共通部３０８ａが形成される一端側においてのみ第３の導電領域３１２ｃが露出し、ｎ側電極３０８の共通部３０８ａと連続する配線電極３１４が、第３の導電領域３１２ｃと電気的に接続している。配線電極３１４と第３の導電領域３１２ｃとが接続する領域以外の領域（図３Ｄ）では、第３の導電領域３１２ｃを第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂの間から露出させ、また、第２のＬＥＤ素子３０１ｂの側面および第３の導電領域３１２ｃ上面に、配線電極３１４を形成する必要がないため、その分、第１のＬＥＤ素子３０１ａの光半導体積層３０２を大きく形成することができる（拡張部３０２ｄ）。これにより、第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００（図２参照）よりも発光量が向上する。

【0035】

第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０において、配線電極３１４と第３の導電領域３１２ｃとが接続する領域以外の領域は、光半導体積層２を拡張して形成することができる（拡張部３０２ｄ）。これにより、光半導体積層３０２の全体的平面形状は、矩形状の角部を切り欠いたような形状となる。この光半導体積層３０２の角部（切り欠き部３０２ｅ）は発光に貢献しない。

【0036】

また、光半導体積層３０２の拡張部３０２ｄには、ｎ側電極３０８の共通部３０８ａから延在する櫛歯部３０８ｂを形成することが困難であり、したがって、この領域に電流を拡散させることが困難である。したがって、拡張部３０２ｄ以外の領域の発光強度と比べて、拡張部３０２ｄの発光強度は低減してしまう可能性がある。

【0037】

以上より、第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０は、第２の参考例によるＬＥＤアレイ３００（図２参照）よりも発光量の向上が期待されるものの、第１および第２のＬＥＤ素子３０１ａ，３０１ｂの間の領域で発光ムラ（発光分布）が顕著になることが懸念される。

【0038】

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の一部を示す概略平面図、および、図４Ａに示すＬＥＤアレイ１００のＩＶＢ−ＩＶＢ断面を示す断面図である。また、図４Ｃに、ＬＥＤアレイ１００の融着層１２の平面形状を示す。なお、図４Ｂでは、融着層１２上方に配置される光半導体積層２を点線により示している。以下、図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら、本発明の実施例によるＬＥＤアレイの構成について、第３の参考例によるＬＥＤアレイとの差異を主に説明する。

【0039】

図４Ａに示すように、実施例によるＬＥＤアレイ１００は、第３の参考例によるＬＥＤアレイと同様に、相互に隣接する第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂを含む複数のＬＥＤ素子が、表面に絶縁膜９が形成された支持基板１０上に配列した構成を有する。

【0040】

また、図４Ｂに示すように、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂ各々は、支持基板１０上に、第１および第２の接着層５，６からなる融着層１２を介して、支持される。なお、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂ各々も、第３の参考例によるＬＥＤ素子と同様に、ｐ型ＧａＮ層２４、活性層２３、およびｎ型ＧａＮ層２２からなる光半導体積層２と、ｐ側電極３と、エッチストップ層４と、ｎ側電極８と、を含む構成である。

【0041】

第１のＬＥＤ素子１０１ａを支持し、かつ、そのｐ側電極３と電気的に導通する融着層１２の領域は、第１の導電領域１２ａである。また、第２のＬＥＤ素子１０１ｂを支持し、かつ、そのｐ側電極３と電気的に導通する融着層１２の領域は、第２の導電領域１２ｂである。さらに、融着層１２において、第１および第２の導電領域１２ａ，１２ｂの間に位置する領域は、第３の導電領域１２ｃである。第２の導電領域１２ｂと第３の導電領域との間には、絶縁領域としての溝領域１３が配置されている。

【0042】

第２のＬＥＤ素子１０１ｂにおいて、光半導体積層２は、溝領域１３および第３の導電領域１２ｃ上方に張り出す張り出し部２ｃを有している。光半導体積層２の張り出し部２ｃは、電気絶縁性を有するエッチストップ層４を介して、融着層１２の第３の導電領域１２ｃに支持される。

【0043】

さらに、光半導体積層２の張り出し部２ｃおよびそれを支持するエッチストップ層４には、第３の導電領域１２ｃを覗く穴部２ｈが設けられている。穴部２ｈは、たとえば、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなる四角錐状である。なお、穴部２ｈは、たとえば、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなる円錐状であってもかまわない。穴部２ｈの内側面には、保護膜７を介して、配線電極１４が形成されている。

【0044】

なお、図４Ｃに示すように、融着層１２の平面形状は、第３の参考例による融着層と同様に、矩形状の一角が隣接するＬＥＤ素子の張り出し部２ｃの直下に出っ張り、他の一角が隣接する融着層２の突出した部分から逃げるように凹んだ形状となる。また、溝領域１３も、第３の参考例による融着層と同様に、第２の導電領域１２ｂと、第１および第３の導電領域１２ａ，１２ｃと、を分断するように連続して設けられている。これにより、第２の導電領域１２ｂと、第１および第３の導電領域１２ａ，１２ｃとが直に接続する領域はないことになる。

【0045】

実施例によるＬＥＤアレイ１００は、配線電極１４が光半導体積層２の張り出し部２ｃに設けられた穴部２ｈを通って、ｎ側電極８と第３の導電領域１２ｃとを電気的に接続する。このため、第１および第２のＬＥＤ素子の間に配線電極を形成する領域を設ける必要がなく、光半導体積層の切り欠き部（図３参照）を設ける必要がない。つまり、光半導体積層２の平面形状を、図４Ａに示すように、矩形状にすることができる。また、光半導体積層２表面の縁部にまで、ｎ側電極８の共通部８ａから延在する櫛歯部８ｂを形成することができる。したがって、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂの間の領域における発光ムラが抑制される。

【0046】

第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０は、配線電極３１４が光半導体積層３０２（張り出し部３０２ｃ）の一側面に形成される（図３参照）。光半導体積層３０２の側面で配線電極３１４が破断・断線した場合、ｎ側電極３０８と第３の導電領域３１２ｃとは電気的に導通しなくなる。

【0047】

これに対し、実施例によるＬＥＤアレイ１００は、配線電極１４が四角錐状の穴部２ｈの内側面（四側面）に形成される。穴部２ｈに形成された配線電極の四側面のうちいずれかの側面に破断・断線が生じた場合でも、その他の側面で電気的に導通していれば、ｎ側電極８と第３の導電領域１２ｃとは電気的に導通する。したがって、実施例によるＬＥＤアレイ１００は、第３の参考例によるＬＥＤアレイ３５０よりも信頼性が向上するものと考えられる。なお、穴部２ｈが円錐状である場合も同様に、穴部２ｈの内側面すべてに配線電極１４が形成されることにより、部分的な破断・断線が生じてもその他の部分で電気的に導通していれば、ｎ側電極８と第３の導電領域１２ｃとの電気的導通を確保することができる。

【0048】

以下、図５Ａ〜図５Ｎを参照して、実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法について、ｎ側電極と第３の導電領域とが電気的に接続する領域、つまり、光半導体積層の穴部近傍を中心に説明する。なお、図中に示す各構成の相対的なサイズは、実際のものとは異なっている。

【0049】

まず、図５Ａに示すように、サファイアからなる成長基板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光半導体積層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及びアンドープのＧａＮ層２１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２２、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸発光層（活性層）２３、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層２４を順次成長させる。成長基板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、後工程において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。

【0050】

その後、光半導体積層２表面（ｐ型ＧａＮ層２４表面）に、電子ビーム蒸着法により膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、所定形状のｐ側電極３を形成する。ｐ側電極３を反射電極として機能させるためには、ｐ側電極３として、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ及びこれらの合金ないし積層構造を用いることが好ましい。また、ｐ側電極３と光半導体積層２との間には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などのオーミック接合層を挟んでもよい。オーミック接合層を挟む場合には、オーミック接合層の側面を反射電極としてのｐ側電極３で覆うなどしてもよい。

【0051】

次に、図５Ｂに示すように、ｐ側電極３の周辺の光半導体積層２上（ｐ型ＧａＮ層２４上）に、スパッタ法を用いてｐ側電極３と同じ膜厚のＳｉＯ_２からなるエッチストップ層４を形成する。エッチストップ層４は、図５Ｌ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として機能する。さらに、エッチストップ層４は、前述したように、最終的に製造されるＬＥＤアレイにおいて、ｐ側電極３ないし光半導体積層２（特にその張り出し部２Ｃ，図４Ｂ参照）と第３の導電領域１２ｃとを直接的には電気的に絶縁しつつ、光半導体積層２（特にその張り出し部）を支持する機能を果たす。

【0052】

次に、図５Ｃに示すように、ｐ側電極３及びエッチストップ層４を含む領域に、スパッタ法を用いて膜厚２００ｎｍのＡｕを形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、所定形状の第１の接着層５を形成する。ここで、第１の接着層５は、エッチストップ層４の一部に、間隙５ｚが設けられるようにパターニングされる。

【0053】

なお、ｐ側電極３及びエッチストップ層４を含む領域に、拡散防止層等を形成してから第１の接着層５を形成するようにしても良い。拡散防止層はｐ側電極３に用いた材質の拡散を防止するためのもので、ｐ側電極３にＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金を用いることができる。

【0054】

次に、図５Ｄ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、光半導体積層２を複数の素子に分割する。分割された光半導体積層２の側面は、成長基板１に対して順テーパ形状となる。

【0055】

次に、図５Ｅに示すように、Ｓｉからなる支持基板１０を用意し、熱酸化処理を行い表面に絶縁膜（熱酸化ＳｉＯ２膜）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。絶縁膜９の膜厚は、絶縁性を確保する目的を達成できる厚さであればよい。

【0056】

次に、絶縁膜９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の接着層６を形成する。第１の接着層５（図５Ｃ参照）の材質と第２の接着層６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。

【0057】

図５Ｆ及び図５Ｇに示すように、第２の接着層６は、例えば、リフトオフ法を用いて形成することができる。まず、フォトレジスト（例えば、Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｃｏ．製フォトレジストＡＺ５２００）を熱酸化処理した支持基板１０（絶縁膜９を表面に形成した支持基板１０）の全面に塗布し、９０℃以上に設定したホットプレートを用い、大気中で９０秒間程度のプリベークを行う。次いで、紫外光（ＵＶ光）を用い、ファースト露光量１７ｍＪとして、フォトレジストにパターンを露光する。露光後のフォトレジストを１２０℃の大気中で９０秒間程度のリバーサルベーク処理を行い、露光部を熱架橋させる。次に、反転露光量６００ｍＪとして、ＵＶ光を支持基板１０全面に照射する。さらに、現像液中に１３０秒間浸漬し、現像処理を行うことにより所望の（第２の接着層６となる部分以外に）フォトレジストパターンＰＲ１を形成する。このように形成されたフォトレジストパターンＰＲ１は、周縁部が支持基板１０に対して逆テーパ形状となる。なお、使用するレジスト及びフォトリソグラフィの条件は、適宜変更可能である。

【0058】

次に、抵抗加熱蒸着法を用いて、Ｔｉ（１５０ｎｍ）／Ｎｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／ＡｕＳｎ（１０００ｎｍ、Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる金属積層６を成膜し、その後、リフトオフによって、図３Ｇに示すような端部が支持基板１０に対して順テーパ形状となる第２の接着層６を形成する。フォトレジストパターンＰＲ１が形成されていた領域は、間隙６ｚとなる。なお、第２の接着層６は、リフトオフ法以外にも、ドライエッチング法、ないし、ウエットエッチング法などを用いても形成することができる。

【0059】

次に、図５Ｈに示すように、第１の接着層５と第２の接着層６とを、第１の接着層５の間隙５ｚと第２の接着層６の間隙６ｚが重なるように接触させ、圧力３ＭＰａで加圧した状態で３００℃に加熱して１０分間保持する。その後、室温まで冷却することにより融着接合を行う。この融着接合により融着層１２が形成される。また、第１の接客層５の間隙５ｚと第２の接着層６の間隙６ｚが一体化して、溝領域１３が形成される。

【0060】

その後、図５Ｉに示すように、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、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。

【0061】

次に、図５Ｊに示すように、レーザーリフトオフにより発生したＧａを熱水などで除去し、その後塩酸で表面処理する。これにより、ｎ型Ｇａｎ層２２が露出する。表面処理には窒化物半導体をエッチングできるものであればよく、リン酸、硫酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの酸やアルカリなどの薬剤も用いることができる。また、表面処理はＡｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングや、研磨などで行ってもよい。さらに、ｎ型ＧａＮ層２２の表面をＲＩＥ等のドライエッチング装置を用いたＣｌ、Ａｒ処理又は、ＣＭＰ研磨装置を用いて平滑化を行いレーザー痕やレーザーダメージ層を除去する。なお、光取り出し効率を向上させる為に露出したｎ型ＧａＮ層２２表面には、凹凸加工を施す（光取り出し構造、ないしマイクロコーン構造を形成する）ようにしても良い。

【0062】

次に、図５Ｋに示すように、光半導体積層２上に所定パターンのフォトレジストＰＲ２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ＰＲ２から露出した光半導体積層２の端部（張り出し部の一部）をエッチストップ層４が露出するまでエッチングする。これにより、図５Ｌに示すように、光半導体積層２の張り出し部２ｃに、支持基板１０に向かって徐々に開口面積が小さくなり、周囲が光半導体積層２に囲まれる穴部２ｈが形成される。なお、光半導体積層２表面における穴部２ｈの形状は、一辺約３０μｍの正方形状である。

【0063】

次に、上述した工程で形成した素子の上面全体に、化学気相堆積（ＣＶＤ）等によりＳｉＯ_２からなる保護膜７を形成する。その後、ＣＦ_４／Ａｒ混合ガスを用いたドライエッチング法により、光半導体積層２上に形成された保護膜７の一部、ならびに、光半導体積層２の穴部２ｈ底面の保護膜７およびエッチストップ層４の一部をエッチングする。これにより、図５Ｍに示すように、穴部２ｈは、光半導体積層２の張り出し部２ｃ、さらにはエッチストップ層４をも貫通し、第３の導電領域１２ｃを覗くようになる。なお、保護膜７およびエッチストップ層４のエッチングには、ＢＨＦなどを用いたウエットエッチング法を用いてもよい。

【0064】

次に、図５Ｎに示すように、電子ビーム蒸着法により、膜厚１ｎｍのＴｉ層、膜厚２００ｎｍのＡｌ層、膜厚１００ｎｍのＴｉ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、ｎ型ＧａＮ層２２とオーミック接続するｎ側電極８、および、ｎ側電極８と第３の導電領域１２ｃとを接続する配線電極１４を形成する。ｎ側電極８および配線電極１４は、光半導体積層２（ｎ型ＧａＮ層２２）の表面から連続して、穴部２ｃの内側面に、保護膜７を介して形成されている。

【0065】

その後、支持基板１０をレーザースクライブ又は、ダイシングにより分割する。以上により、第１および第２のＬＥＤ素子１０１ａ，１０１ｂを含む複数のＬＥＤ素子を含むＬＥＤアレイが完成する。なお、青色ＧａＮの発光素子を白色化する場合には、発光素子を封止充填する樹脂に蛍光体（例えば、黄色発光）を入れる。

【0066】

図６Ａは実施例によるＬＥＤアレイの変形例を示す概略平面図であり、図６ＢはそのＬＥＤアレイの融着層を示す平面図であり、図６Ｃは図６Ａに示すＬＥＤアレイのＶＩＢ−ＶＩＢ断面を示す断面図である。

【0067】

光半導体積層２に設けられる穴部２ｈは１つに限らず、図６Ａに示すように、２つ以上設けてもかまわない。ｎ側電極８と第３の導電領域１２ｃとを電気的に接続する領域を複数設ける構成は、信頼性向上の観点からより好ましいであろう。

【0068】

図６Ａでは、第２のＬＥＤ素子１０１ｂにおいて、第１のＬＥＤ素子１０１ａに近い縁側の角部２箇所に穴部２ｈが設けられている。この場合、図６Ｂに示すように、融着層１２の第３の導電領域１２ｃは、穴部２ｈが形成されている張り出し部２ｃ各々の直下に突出するように設けられ、第２の導電領域１２ｂは、その第３の導電領域１２ｃから逃げるように凹んだ形状となる。また、溝領域１３は、第２の導電領域１２ｂと、第１の導電領域１２ａおよび２つの第３の導電領域１２ｃと、を分断するように連続して設けられている。これにより、第２の導電領域１２ｂと、第１の導電領域１２ａおよび２つの第３の導電領域１２ｃとが直に接続する領域はないことになる。

【0069】

なお、図６Ｃに示すように、溝領域１３に絶縁部材１３ａを充填し、これを絶縁領域としてもかまわない。つまり、第２の導電領域３１２ｂと第３の導電領域３１２ｃとが、直接的には電気的に導通しない構成であれよい。また、ｐ側電極３は、エッチストップ層４と接触して形成されていてもかまわない。

【0070】

図７Ａおよび図７Ｂは、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。

【0071】

図７Ａは、照射用光学系５１として、照射レンズ１０５を使用した例である。照射レンズ１０５は、ＬＥＤアレイ１００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上に投影されるように設定されている。

【0072】

照射光学系５１は、図７Ｂに示すようにマルチリフレクタ（反射面）１０３と照射レンズ１０５を用いても良い。図７Ｂに示すヘッドランプ５０は、ＬＥＤアレイ１００の発光面を覆うように配置された蛍光体層（波長変換層）１０８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。

【0073】

図７Ｂ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。

【0074】

反射面１０３は、図７Ｂに示すように、光源１０２のＬＥＤアレイ１００の光源像１０６を所定の配光形状で車両前方に照射し、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、ＬＥＤアレイ１００の光源像１０６が投影されるように構成されている。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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】

【0078】

１…成長基板、２…光半導体積層（ＧａＮ系発光部）、３…ｐ側電極（反射電極）、４…エッチストップ層、５…第１の接着層、６…第２の接着層、７…保護膜、８…ｎ側電極、９…絶縁層、１０…支持基板、１２…融着層、１２ａ〜１２ｃ…第１〜第３の導電領域、１３…溝領域、１４…配線電極、２０…バッファ層、２１…アンドープＧａＮ層、２２…ｎ型ＧａＮ層、２３…活性層（発光層）、２４…ｐ型ＧａＮ層、５０…車両用灯具（ヘッドランプ）、５１…投射光学系、１００…ＬＥＤアレイ（実施例）、１０１…ＬＥＤ素子、１０８…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、２００…ＬＥＤアレイ（第１の参考例）、３００…ＬＥＤアレイ（第２の参考例）、３５０…ＬＥＤアレイ（第３の参考例）。

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】

【図4】

【図5-1】

【図5-2】

【図5-3】

【図5-4】

【図6】

【図7】