特開 2024-154752 発光素子および発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154752

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】発光素子および発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20241024BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20241024BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20241024BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01L33/38

H01L33/32

H01L33/08

H01L33/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068771

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】五所野尾 浩一

【テーマコード（参考）】

5F142

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F142AA35

5F142BA32

5F142CA11

5F142CB03

5F142CB14

5F142CB18

5F142CD02

5F142CD15

5F142CD44

5F142CD47

5F142FA46

5F241AA21

5F241CA05

5F241CA13

5F241CA40

5F241CA88

5F241CA94

5F241CB14

5F241CB16

5F241CB29

5F241FF06

(57)【要約】

【課題】ｎ電極から離れた領域の駆動に必要な電圧を低減することが可能な発光素子を提供する。
【解決手段】フリップチップ型の発光素子であって、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、ｎ層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層と、活性層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、ｐ層の一部領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さを有する溝と、溝の底面に露出するｎ層上に設けられたｎ電極と、ｐ層上に設けられたｐ電極と、ｎ層表面のうち活性層側とは反対側の面に設けられ、活性層からの光を透過する領域を有した導電膜と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フリップチップ型の発光素子であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層の一部領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さを有する溝と、
前記溝の底面に露出する前記ｎ層上に設けられたｎ電極と、
前記ｐ層上に設けられたｐ電極と、
前記ｎ層表面のうち前記活性層側とは反対側の面に設けられ、前記活性層からの光を透過する領域を有した導電膜と、
を有する発光素子。

【請求項2】

前記導電膜上に、誘電体多層膜からなるフィルタをさらに有し、
前記フィルタの透過スペクトルは、
前記活性層の発光波長のピークをλとして、λを含む帯域に透過帯域を有し、λよりも短波長側に阻止帯域を有し、前記阻止帯域は前記活性層の発光スペクトルと重なる、請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

個々に発光するサブピクセルが２次元的に配列されたモノリシックマイクロＬＥＤである、請求項１または請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記導電膜は、透明導電性材料からなる、請求項１または請求項２に記載の発光素子。

【請求項5】

前記ｎ層の前記導電膜側の面であって各サブピクセルに対向する位置にマイクロレンズを有し、
前記ｎ層の前記導電膜側の面のうち、前記マイクロレンズを除く領域に、前記導電膜が設けられ、前記導電膜は、前記活性層からの光を透過しない材料からなる、請求項３に記載の発光素子。

【請求項6】

前記ｎ層から前記ｐ層までの総膜厚は、前記サブピクセルの幅の３倍以下である、請求項５に記載の発光素子。

【請求項7】

前記ｎ層から前記ｐ層までの総膜厚は、前記サブピクセルの幅の２倍以下である、請求項５に記載の発光素子。

【請求項8】

請求項３に記載の発光素子と、
前記発光素子の前記ｎ電極および前記ｐ電極と接続され、前記発光素子の前記サブピクセルを個別に駆動する駆動回路を有したバックプレーンと、
を有する発光装置。

【請求項9】

前記バックプレーンは、ＬＥＤ側とは反対側の面に、前記駆動回路と接続された裏面電極を有する、請求項８に記載の発光装置。

【請求項10】

平面視において前記発光素子の外周と前記バックプレーンの外周が一致している、請求項８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、発光素子および発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ディスプレイの高精細化が求められており、マイクロＬＥＤディスプレイが注目されている。マイクロＬＥＤディスプレイは、１～１００μｍオーダーの微小なＬＥＤをマトリクス状に配列し、その微小なＬＥＤを１つのサブピクセルとしたディスプレイである。マイクロＬＥＤディスプレイには、マイクロＬＥＤが個々のチップである構造と、１つのチップに複数のマイクロＬＥＤを作製したモノリシック型の構造が知られている。特許文献１には、そのようなモノリシックマイクロＬＥＤが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５８１７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モノリシックマイクロＬＥＤでは、サブピクセルを密に配列するため、ｎ電極を素子外周部に設けることが考えられる。この場合、素子中央部のサブピクセルは素子端部のサブピクセルに比べてｎ電極から遠くなる。

【0005】

しかし、そのようなモノリシックマイクロＬＥＤの場合、中央部のサブピクセルの駆動に必要な電圧が、端部のサブピクセルの駆動に必要な電圧よりも高くなってしまう。これは、中央部のピクセルから外周部のｎ電極までｎ層を電流が流れ、そのｎ層のシート抵抗に応じた電圧降下が生じるためである。

【0006】

また、モノリシックマイクロＬＥＤでは、ｎ層の厚さを薄くしたいという要望がある。基板の反りを抑制するためである。また、ｎ層での光の拡散を抑え、隣接するサブピクセル間で光が混合しないようにするためである。

【0007】

しかし、ｎ層を薄くすると、ｎ層のシート抵抗は増加し、中央部のサブピクセルの駆動に必要な電圧がより大きくなってしまう。

【0008】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ｎ電極から離れた領域の駆動に必要な電圧が低減された発光素子を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、
フリップチップ型の発光素子であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、
前記ｎ層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、
前記ｐ層の一部領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さを有する溝と、
前記溝の底面に露出する前記ｎ層上に設けられたｎ電極と、
前記ｐ層上に設けられたｐ電極と、
前記ｎ層表面のうち前記活性層側とは反対側の面に設けられ、前記活性層からの光を透過する領域を有した導電膜と、
を有する発光素子にある。

【発明の効果】

【0010】

上記態様によれば、ｎ層に導電膜を設けることでｎ層のシート抵抗を実質的に下げることができる。その結果、ｎ電極から離れた領域の駆動に必要な電圧を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１における発光装置の構成を示した断面図であって発光装置の主面に垂直な断面。

【図2】モノリシックマイクロＬＥＤを電極側から見た平面図。

【図3】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図4】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図5】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図6】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図7】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図8】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図9】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図10】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図11】実施形態１における発光装置の製造工程を示した図。

【図12】実施形態２における発光装置の構成を示した断面図であって発光装置の主面に垂直な断面。

【図13】実施形態３における発光装置の構成を示した断面図であって発光装置の主面に垂直な断面。

【図14】実施形態４における発光装置の構成を示した断面図であって発光装置の主面に垂直な断面。

【図15】フィルタの透過スペクトルを示したグラフ。

【図16】第３活性層からの赤色光のスペクトルを示したグラフ。

【図17】モノリシックマイクロＬＥＤの色域を示した色度図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

発光素子は、フリップチップ型である。発光素子は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ層と、ｎ層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層と、活性層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ層と、ｐ層の一部領域に設けられ、ｎ層に達する深さを有する溝と、溝の底面に露出するｎ層上に設けられたｎ電極と、ｐ層上に設けられたｐ電極と、ｎ層表面のうち活性層側とは反対側の面に設けられ、活性層からの光を透過する領域を有した導電膜と、を有する。

【0013】

導電膜上に、誘電体多層膜からなるフィルタをさらに有し、フィルタの透過スペクトルは、活性層の発光波長のピークをλとして、λを含む帯域に透過帯域を有し、λよりも短波長側に阻止帯域を有し、阻止帯域は活性層の発光スペクトルと重なるようにしてもよい。

【0014】

個々に発光するサブピクセルが２次元的に配列されたモノリシックマイクロＬＥＤであってもよい。

【0015】

導電膜は、透明導電性材料からなるものであってもよい。

【0016】

ｎ層の導電膜側の面であって各サブピクセルに対向する位置にマイクロレンズを有し、ｎ層の導電膜側の面のうち、マイクロレンズを除く領域に、導電膜が設けられ、導電膜は、活性層からの光を透過しない材料からなるものであってもよい。

【0017】

ｎ層からｐ層までの総膜厚は、サブピクセルの幅の３倍以下であってもよい。また、ｎ層からｐ層までの総膜厚は、サブピクセルの幅の２倍以下であってもよい。

【0018】

発光装置は、上記の発光素子と、発光素子のｎ電極およびｐ電極と接続され、発光素子のサブピクセルを個別に駆動する駆動回路を有したバックプレーンと、を有する。

【0019】

バックプレーンは、ＬＥＤ側とは反対側の面に、駆動回路と接続された裏面電極を有していてもよい。

【0020】

平面視において発光素子の外周とバックプレーンの外周が一致していてもよい。

【0021】

（実施形態１）
図１は、実施形態１における発光装置の構成を示した断面図であり、基板主面に垂直な方向における断面である。実施形態１における発光装置は、モノリシックマイクロＬＥＤ１００と、それを駆動するバックプレーン２００によって構成されている。

【0022】

モノリシックマイクロＬＥＤ１００は、青、緑、赤を発光する発光素子が２次元的に配列された１チップの素子であり、フリップチップ型である。各発光素子がディスプレイの１サブピクセルとなる。

【0023】

バックプレーン２００は、モノリシックマイクロＬＥＤ１００と接続され、モノリシックマイクロＬＥＤ１００を駆動するための駆動回路が形成された基板である。図１に示すように、モノリシックマイクロＬＥＤ１００はバックプレーン２００にフリップチップ実装されている。このような構成とすることで、モノリシックマイクロＬＥＤ１００と駆動回路間の配線が必要なくなり、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の微細化、高精細化による配線での電圧降下、信頼性などの問題が生じなくなる。

【0024】

１．モノリシックマイクロＬＥＤ１００の構成
モノリシックマイクロＬＥＤ１００は、図１に示すように、ｎ層１０１と、第１活性層１０２と、第１中間層１０３と、第２活性層１０４と、第２中間層１０５と、第３活性層１０６と、保護層１０７と、が順に積層された層と、再成長層であるｐ層１０８と、ｐコンタクト電極１０９と、ｐ電極１１０と、ｎ電極１１１と、導電膜１１２と、を有している。

【0025】

ｎ層１０１は、ｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体である。たとえばｎ－ＧａＮ、ｎ－ＡｌＧａＮ、ｎ－ＩｎＧａＮなどである。Ｓｉ濃度は、たとえば１×１０^１８～１００×１０^１８ｃｍ^－３である。

【0026】

ｎ層１０１の厚さは３μｍ以下が好ましい。モノリシックマイクロＬＥＤ１００の反りを低減するためである。より好ましくは１μｍ以下である。また、ｎ層１０１の厚さは０．５μｍ以上が好ましい。

【0027】

第１活性層１０２は、ｎ層１０１の表面のうち光取り出し側とは反対側の面（マイクロレンズ１１３が設けられている側とは反対側の面）に設けられている。第１活性層１０２は、ＳＱＷまたはＭＱＷ構造の発光層である。発光波長は青色であり、４４０～４８０ｎｍである。第１活性層１０２はＡｌＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～９ペア積層させた構造である。より好ましくは１～７ペア、さらに好ましくは１～５ペアである。

【0028】

ｎ層１０１と第１活性層１０２の間に、必要に応じてＥＳＤ層や下地層を設けてもよい。ＥＳＤ層は、静電耐圧向上のために設ける層である。たとえばノンドープまたは低濃度にＳｉがドープされたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＡｌＧａＮである。

【0029】

下地層は、超格子構造の半導体層であり、半導体層の格子歪みを緩和するための層である。たとえば、組成の異なるＩＩＩ族窒化物半導体薄膜（たとえばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのうち２つ）を交互に積層させたものであり、ペア数はたとえば３～３０である。ノンドープでもよいし、Ｓｉを１×１０^１７～１００×１０^１７ｃｍ^－３程度ドープしてもよい。また、歪を緩和できるのであれば超格子構造でなくてもよい。第１活性層１０２とのヘテロ界面で格子定数差が小さくなるような材料であればよく、たとえば、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層であってもよい。

【0030】

第１中間層１０３は、第１活性層１０２の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。第１中間層１０３は、第１活性層１０２からの発光と第２活性層１０４からの発光とを個別に制御可能とするために設ける層である。また、後述の溝１２１を形成する際に第１活性層１０２をエッチングダメージから保護する役割も有する。

【0031】

第１中間層１０３の材料は、ＧａＮやＩｎＧａＮである。ノンドープでもよいしｎ型であってもよい。Ｉｎ組成の異なる複数の層で構成してもよいし、ノンドープ層とｎ型層の２層としてもよい。

【0032】

第２活性層１０４は、第１中間層１０３の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。第２活性層１０４は、ＳＱＷまたはＭＱＷ構造の発光層である。発光波長は緑色であり、５２０～５５０ｎｍである。第２活性層１０４はＡｌＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～７ペア積層させた構造である。より好ましくは１～５ペア、さらに好ましくは１～３ペアである。また、第１活性層１０２のペア数と等しいか少ないことが好ましく、少ないことがより好ましい。

【0033】

第２中間層１０５は、第２活性層１０４の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。第２中間層１０５は、第１中間層１０３と同様の理由により設けられたものであり、第２活性層１０４からの発光と第３活性層１０６からの発光とを個別に制御可能とするために設ける層である。また、後述の溝１２２を形成する際に第２活性層１０４をエッチングダメージから保護する役割も有する。第２中間層１０５の材料は第１中間層１０３と同様であり、同一材料としてもよい。

【0034】

第３活性層１０６は、第２中間層１０５の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。第３活性層１０６は、ＳＱＷまたはＭＱＷ構造の発光層である。発光波長は赤色であり、６００～６３０ｎｍである。第３活性層１０６はＡｌＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に１～７ペア積層させた構造である。より好ましくは１～５ペア、さらに好ましくは１～３ペアである。また、第２活性層１０４のペア数と等しいか少ないことが好ましく、少ないことがより好ましい。

【0035】

保護層１０７は、第３活性層１０６の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。保護層１０７は、活性層を保護するとともに、電子ブロック層としても機能する層である。保護層１０７は、第３活性層１０６の井戸層よりもバンドギャップの広い材料であればよく、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどである。保護層１０７の厚さは、２．５～５０ｎｍが好ましく、より好ましくは５～２５ｎｍである。保護層１０７に不純物をドープしてもよく、Ｍｇをドープしてもよい。その場合、Ｍｇ濃度は１×１０^１８～１０００×１０^１８ｃｍ^－３とするのがよい。

【0036】

保護層１０７の一部領域はエッチングされ、保護層１０７からｎ層１０１に達する溝１２０、保護層１０７から第１中間層１０３に達する溝１２１、保護層１０７から第２中間層１０５に達する溝１２２が設けられている。

【0037】

ｐ層１０８は、保護層１０７表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面、溝１２２により露出した第２中間層１０５の表面、および溝１２１により露出した第１中間層１０３の表面に連続的に設けられている。ｐ層１０８はｐ－ＧａＮやｐ－ＩｎＧａＮである。Ｍｇ濃度はたとえば１×１０^１９～１×１０^２１ｃｍ^－３である。また、ｐ層１０８はＩｎ組成やＭｇ濃度が異なる複数の層で構成してもよい。

【0038】

ｐ層１０８と保護層１０７の間、ｐ層１０８と溝１２２により露出した第２中間層１０５の間、およびｐ層１０８と溝１２１により露出した第１中間層１０３の間に電子ブロック層を設けてもよい。電子ブロック層は、ｎ層１０１から注入された電子を第１活性層１０２、第２活性層１０４、第３活性層１０６に効率よく閉じ込めるためにブロックする層である。電子ブロック層はＧａＮやＡｌＧａＮの単層でもよいし、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのうち２以上を積層させた構造や、組成比のみ替えて積層させた構造であってもよい。また、超格子構造としてもよい。電子ブロック層の厚さは、５～５０ｎｍが好ましく、より好ましくは５～２５ｎｍである。電子ブロック層のＭｇ濃度は１×１０^１９～１００×１０^１９ｃｍ^－３とするのがよい。

【0039】

ｐコンタクト電極１０９は、ｐ層１０８表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面であって、保護層１０７に対向する領域、溝１２２により露出した第２中間層１０５に対向する領域、溝１２１により露出した第１中間層１０３に対向する領域にそれぞれ分離して設けられている。ｐコンタクト電極１０９の材料は、ｐ層１０８に対して低コンタクト抵抗な材料であり、たとえばＡｇ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ａｕ、ＩＴＯ／Ｎｉ／Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＩＴＯ、ＩＺＯなどである。以下、ｐコンタクト電極１０９のうち、溝１２１により露出した第１中間層１０３に対向する領域に設けられた部分をｐコンタクト電極１０９Ａ、溝１２２により露出した第２中間層１０５に対向する領域に設けられた部分をｐコンタクト電極１０９Ｂ，保護層１０７に対向する領域に設けられた部分をｐコンタクト電極１０９Ｃと呼ぶことにする。

【0040】

ｐ電極１１０は、ｐコンタクト電極１０９Ａ～Ｃの表面であってｎ層１０１側とは反対側の面にそれぞれ分離して設けられている。以下、ｐコンタクト電極１０９Ａに設けられた部分をｐ電極１１０Ａ、ｐコンタクト電極１０９Ｂに設けられた部分をｐ電極１１０Ｂ、ｐコンタクト電極１０９Ｃに設けられた部分をｐ電極１１０Ｃと呼ぶことにする。ｐ電極１１０は、バックプレーン２００側と接合する電極である。ｐ電極１１０の材料は、たとえばＴｉ／Ａｕであり、ｎ電極１１１と同一材料とすることができる。

【0041】

ｎ電極１１１は、溝１２０によって露出したｎ層１０１表面に設けられている。ｎ電極１１１は、ｎ層１０１にコンタクトを取り、バックプレーン２００側と接合する電極である。ｎ電極１１１の材料は、たとえばＴｉ／Ａｕである。

【0042】

マイクロレンズ１１３は、ｎ層１０１の表面のうち光取り出し側の面（第１活性層１０２側とは反対側の面）に設けられている。マイクロレンズ１１３は、ｎ層１０１表面を凹凸加工して設けられたものであり、半球状の形状である。マイクロレンズ１１３は、平面視でｐコンタクト電極１０９に対向する位置に設けられている。つまりサブピクセルごとに設けられている。マイクロレンズ１１３の直径はｐコンタクト電極１０９の外接円の直径とおよそ同様である。たとえばｐコンタクト電極１０９の外接円の直径の０．８～１．２倍である。マイクロレンズ１１３は、各サブピクセルからの光を挟角化し、ディスプレイのコントラストを高めるためのものである。

【0043】

半導体層の厚さ（ｎ層１０１からｐ層１０８までの総膜厚、すなわち、ｎ層１０１、第１活性層１０２、第１中間層１０３、第２活性層１０４、第２中間層１０５、第３活性層１０６、保護層１０７、ｐ層１０８の合計の厚さ）は、サブピクセルの幅の３倍以下が好ましい。ここでサブピクセルの幅は、サブピクセルの外接円の直径とする。半導体層の厚さがサブピクセルの幅の３倍以下であれば、サブピクセルからの光とそれに対応するマイクロレンズ１１３との結合効率が高くなり、光取り出し効率や光の利用率を高くすることができる。より好ましくはサブピクセルの２倍以下である。

【0044】

導電膜１１２は、ｎ層１０１の表面のうち光取り出し側（第１活性層１０２側とは反対側）の面、およびマイクロレンズの表面に連続して設けられている。導電膜１１２の材料は、透明導電性材料であればよく、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＮｂやＴａドープのＴｉＯ_２、などである。導電膜１１２は、ｎ層１０１の実質的なシート抵抗を低減するために設けたものである。導電膜１１２の厚さは、ｎ層１０１の実質的なシート抵抗を十分に低減できる程度であればよい。たとえば、ｎ層１０１と導電膜１１２の積層のシート抵抗が、３０Ω／□以下となるように厚さを設定するとよい。

【0045】

図２は、モノリシックマイクロＬＥＤ１００を光取り出し側とは反対側から見た平面図である。図２に示すように、モノリシックマイクロＬＥＤ１００は矩形であり、その外周部に矩形のリング状に溝１２０が設けられている。そして、溝１２０の内部に矩形のリング状にｎ電極１１１が設けられている。また、その溝１２０の内側に、２×２に配列された４つのサブピクセルを１ピクセルとしてそのピクセルが格子状に配列されている。

【0046】

２×２のサブピクセルは、図２のように、溝１２１と溝１２２が対角となるようなパターンであり、溝１２１上部のｐ電極１１０Ａが設けられた領域が青色のサブピクセル、溝１２２上部のｐ電極１１０Ｂが設けられた領域が緑色のサブピクセル、他の２つの対角のｐ電極１１０Ｃが設けられた領域が赤色のサブピクセルである。通常、赤色の発光は、青色や緑色に比べて弱いため、赤色のサブピクセルを１つ多くしている。

【0047】

図２からわかるように、ｎ電極１１１が外周部に設けられているため、ｎ電極１１１から各サブピクセルまでの距離は均等ではなく、素子中央部のサブピクセルは素子端部のサブピクセルに比べてｎ電極１１１までの距離が長い。サブピクセルの駆動時、ｐ電極１１０からｐ層１０８、ｐ層１０８からｎ層１０１までおよそ垂直に電流が流れ、その後にｎ層１０１を水平に電流が流れてｎ電極１１１に到達する。そのため、素子中央部のサブピクセルを駆動する場合、ｎ層１０１のシート抵抗による電圧降下が大きくなる。

【0048】

そこで実施形態１では、ｎ層１０１から成長基板を除去してその除去した面に導電膜１１２を設け、ｎ層１０１の実質的なシート抵抗を低減している。つまり、電流の大部分はｎ層１０１ではなく導電膜１１２を水平に流れるようになるためシート抵抗が低減する。その結果、素子中央部のサブピクセルの駆動に必要な電圧を低減することができる。

【0049】

また、導電膜１１２によってｎ層１０１の実質的なシート抵抗を低減できるので、ｎ層１０１を薄くすることができる。従来はｎ層１０１のシート抵抗低減のためｎ層１０１をある程度厚くする必要があり、その結果ウェハの反りが大きくなっていた。また、ｎ層１０１が厚いためサブピクセル間での混色が生じやすかった。実施形態１ではｎ層１０１を薄くできるのでｎ層１０１の反りを低減することができる。また、サブピクセル間の混色が生じにくくなる。たとえばｎ層１０１を１μｍ程度にすることができる。

【0050】

なお、ｎ電極１１１のパターンやサブピクセルのパターンは図２に示すものに限られない。ただし、ピクセルを密にして高精細なディスプレイを実現するためには、図２のようにｎ電極１１１を外周部にリング状に設けることが好ましい。

【0051】

２．バックプレーン２００の構成
バックプレーン２００は、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の駆動用ＬＳＩであり、図１に示すように、基板２０１と、絶縁膜２０２と、トランジスタ２０３と、ｎ側接合電極２０４と、ｐ側接合電極２０５と、裏面電極２０６と、を有している。

【0052】

基板２０１はＳｉからなる。基板２０１の一方の表面には複数のトランジスタ２０３が形成されている。トランジスタ２０３の個数はモノリシックマイクロＬＥＤ１００の各サブピクセルと同数である。これらのトランジスタ２０３は、平面視でモノリシックマイクロＬＥＤ１００の各サブピクセルと対向する位置に設けられている。トランジスタ２０３によってモノリシックマイクロＬＥＤ１００の各サブピクセルの発光が制御される。

【0053】

絶縁膜２０２は、基板２０１上を覆い、トランジスタ２０３を封止するように設けられている。そして、絶縁膜２０２上であってトランジスタ２０３の上部に当たる領域にｐ側接合電極２０５が設けられ、絶縁膜２０２上であって外周領域にｎ側接合電極２０４が設けられている。ｐ側接合電極２０５は絶縁膜２０２に開けられた孔を介してトランジスタ２０３のドレインと接続されている。また、ｐ側接合電極２０５はモノリシックマイクロＬＥＤ１００のｐ電極１１０と接合され、ｎ側接合電極２０４はモノリシックマイクロＬＥＤ１００のｎ電極１１１と接合されている。

【0054】

基板２０１の他方の表面には、外部と接続される裏面電極２０６が設けられている。裏面電極２０６は、ディスプレイの制御信号や電力の入力のためのもので、図示しないトランジスタ等からなる回路を介してｎ側接合電極２０４、トランジスタ２０３のゲート、ソースと接続されている。裏面電極２０６の側面は絶縁膜で被覆されており、基板２０１とは絶縁されている。

【0055】

平面視において、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の外周とバックプレーン２００の外周は一致している。つまり、平面視においてモノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００は同一形状の矩形である。さらに、平面視においてバックプレーン２００の短辺とモノリシックマイクロＬＥＤ１００の短辺が一致し、バックプレーン２００の長辺とモノリシックマイクロＬＥＤ１００の長辺が一致している。これは、後述の製造方法で説明するように、モノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００をウェハ接合後に素子分割しているためである。

【0056】

このように、実施形態１における発光装置は、モノリシックマイクロＬＥＤ１００とその駆動回路であるバックプレーン２００をフリップチップ実装によって一体化して１チップとした構成である。１チップ化によってディスプレイの微細化、高精細化を図ることができ、配線減による駆動電圧の低減や信頼性向上を図ることができる。

【0057】

また、外部と接続される電極（裏面電極２０６）をバックプレーン２００の裏面側（モノリシックマイクロＬＥＤ１００側とは反対側の面）に設けているため、平面視においてモノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００の外周を一致させることができ、実施形態１における発光装置全体のサイズが、モノリシックマイクロＬＥＤ１００のサイズとほぼ同じとなり、小型化することができる。

【0058】

３．発光装置の製造方法
次に、実施形態１に係る発光装置の製造方法について図を参照に説明する。

【0059】

まず、図３に示すように、サファイアからなる基板１１４上に、ｎ層１０１、第１活性層１０２、第１中間層１０３、第２活性層１０４、第２中間層１０５、第３活性層１０６、保護層１０７をＭＯＣＶＤ法によって順に積層する。基板１１４の材料はサファイアに限らず、ＩＩＩ族窒化物半導体を成長可能な任意の材料を用いてよい。たとえば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｃＡｌＭｇＯ_４などを用いることができる。

【0060】

次に、図４に示すように、保護層１０７の一部領域をドライエッチングして、溝１２１、１２２を形成する。そして、溝１２１は第１中間層１０３が露出するまでエッチングし、溝１２２は第２中間層１０５が露出するまでエッチングする。

【0061】

次に、図５に示すように、保護層１０７の表面、溝１２１の底面、溝１２２の底面に連続してＭＯＣＶＤ法によってｐ層１０８を形成する。

【0062】

次に、図６に示すように、ｐ層１０８の所定領域をドライエッチングして溝１２０を形成する。溝１２０は、ｎ層１０１が露出するまでエッチングする。

【0063】

次に、図７に示すように、スパッタや蒸着によって、ｐ層１０８上であって溝１２１の領域にｐコンタクト電極１０９Ａ、ｐ層１０８上であって溝１２２の領域にｐコンタクト電極１０９Ｂ、ｐ層１０８上であって保護層１０７の上部に当たる領域にｐコンタクト電極１０９Ｃを形成する。

【0064】

次に、図８に示すように、スパッタや蒸着によって、ｐコンタクト電極１０９Ａ～１０９Ｃ上にｐ電極１１０Ａ～１１０Ｃを形成し、溝１２０底面に露出するｎ層１０１上にｎ電極１１１を形成する。ｐ電極１１０Ａ～１１０Ｃとｎ電極１１１は同一材料であるため同時に形成することができる。

【0065】

次に、図９に示すように、バックプレーン２００（ただし裏面電極２０６形成前）を用意し、モノリシックマイクロＬＥＤ１００をバックプレーン２００にウェハ接合で実装する。これにより、モノリシックマイクロＬＥＤ１００のｐ電極１１０とバックプレーン２００のｐ側接合電極２０５、モノリシックマイクロＬＥＤ１００のｎ電極１１１とバックプレーン２００のｎ側接合電極２０４を接合する。

【0066】

次に、図１０に示すように、レーザーリフトオフによって基板１１４を除去する。そして、その除去により露出したｎ層１０１表面をドライエッチングしてマイクロレンズ１１３を形成する。レーザーリフトオフ以外の基板リフトオフ方法、たとえばケミカルリフトオフを用いてもよい。

【0067】

マイクロレンズ１１３は、たとえば以下のようにして形成することができる。まず、ｎ層１０１上に、レジストを断面形状が矩形となるようにリソグラフィによって形成する。そして、熱処理をすることによりレジストの断面形状を矩形からレンズ状に変形させ、その後にｎ層１０１をドライエッチングする。これによりレジストのレンズ形状をｎ層１０１に転写することができ、ｎ層１０１をレンズ形状に加工してマイクロレンズ１１３を形成することができる。

【0068】

他にも、イオン注入によって屈折率分布を生じさせてレンズとする方法や、インクジェットやグレイスケールマスクによってレンズ形状のレジストを形成し、その後ドライエッチングする方法など、従来知られている任意の方法を用いることができる。

【0069】

次に、ｎ層１０１の表面にマイクロレンズ１１３の凹凸に沿って膜状に導電膜１１２を形成する。導電膜１１２は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどによって形成する。

【0070】

次に、導電膜１１２上に保護膜（図示しない）を形成する。そして、バックプレーン２００の基板２０１裏面を研磨して薄くし、所定の領域に基板２０１を貫通する孔を形成し、溝の側面を絶縁膜で覆った後、孔を埋めるようにして裏面電極２０６を形成する。裏面電極２０６は、図示しないトランジスタ等からなる回路を介して、ｎ側接合電極２０４やトランジスタ２０３のゲート、ソースと接続する。次に、ダイシングやレーザーによってモノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００を個々の発光装置に分割する。このように、モノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００をウェハ接合後に素子分割しているため、平面視においてモノリシックマイクロＬＥＤ１００とバックプレーン２００の外周が一致している。以上によって実施形態１における発光装置を製造することができる。

【0071】

４．実施形態１における発光装置の効果
実施形態１における発光装置によれば、導電膜１１２によってｎ層１０１の実質的なシート抵抗を低減することができる。そのため、ｎ電極１１１から離れた位置のサブピクセルの駆動に必要な電圧を低減することができる。また、マイクロレンズ１１３によって各サブピクセルからの光を挟角化することができ、コントラストの向上を図ることができる。

【0072】

（実施形態２）
図１２は、実施形態２における発光装置の構成を示した断面図であって、発光装置の主面に垂直な断面である。実施形態２における発光装置は、実施形態１におけるモノリシックマイクロＬＥＤ１００のｎ層１０１、導電膜１１２を、ｎ層１３１、導電膜１３２にそれぞれ変更したものであり、他は実施形態１と同様の構成である。

【0073】

ｎ層１３１は、ｎ層１０１の光取り出し側の面にマイクロレンズ１１３を設けずに平坦なままとしたものである。また、導電膜１３２は、この平坦なｎ層１３１の表面に形成されている点以外は実施形態１における導電膜１１２と同様である。

【0074】

実施形態２における発光装置は、実施形態１の発光装置と同様に、ｎ層１３１の実質的なシート抵抗を低減することができる。そのため、ｎ電極１１１から離れた位置のサブピクセルの駆動に必要な電圧を低減することができる。

【0075】

（実施形態３）
図１３は、実施形態３における発光装置の構成を示した断面図であって、発光装置の主面に垂直な断面である。実施形態３における発光装置は、実施形態１におけるモノリシックマイクロＬＥＤ１００の導電膜１１２を導電膜１４２に変更したものであり、他の構成は実施形態１と同様である。

【0076】

導電膜１４２は、ｎ層１０１の光取り出し側の表面のうちマイクロレンズ１１３が設けられた領域を除いた領域に設けられている。導電膜１４２の材料は、光を透過しない任意の導電性材料を用いることができる。たとえば、カーボンナノチューブなどの導電性のカーボンナノ材料を用いることができる。この場合、カーボンナノ材料を分散させた溶液をｎ層１０１に塗布した後、カーボンナノ材料を沈殿させ、溶媒を蒸発などで除去することで導電膜１４２を容易に形成することができる。

【0077】

実施形態３における発光装置は、実施形態１における発光装置と同様に、ｎ電極１１１から離れた領域のサブピクセル駆動に必要な電圧を低減することができる。また、導電膜１４２によってマイクロレンズ１１３以外の部分は光が透過しないようにでき、コントラストを向上させることができる。

【0078】

（実施形態４）
図１４は、実施形態４における発光装置の構成を示した断面図であって、発光装置の主面に垂直な断面である。図１４に示すように、実施形態４における発光装置は、実施形態１における発光装置のモノリシックマイクロＬＥＤ１００に、平坦化膜１５０、フィルタ１５１を追加したものである。

【0079】

平坦化膜１５０は、導電膜１１２の表面のうちｎ層１０１側とは反対側の面に設けられている。平坦化膜１５０は、ｎ層１０１のマイクロレンズ１１３によって凹凸となった表面を埋めて平坦な表面とするための膜である。平坦化膜１５０の材料は、ＳｉＯ_２などである。

【0080】

フィルタ１５１は、平坦化膜１５０の平坦な面（ｎ層１０１側とは反対側の面）に設けられた誘電体多層膜である。誘電体多層膜は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層したものである。誘電体多層膜の透過スペクトルには入射角依存性があるため、平坦化膜１５０によって平坦化して、その平坦な面に誘電体多層膜を設けることで、誘電体多層膜への光の入射角のばらつきを低減している。

【0081】

フィルタ１５１の誘電体多層膜の層数や各層の厚さは、透過スペクトルが次の特性となるように設定されている。

【0082】

フィルタ１５１の透過スペクトルは、第１活性層１０２、第２活性層１０４、および第３活性層１０６の発光波長ピークを含む所定範囲に透過帯域（透過率が９０％の帯域）を有する。透過帯域の幅は、たとえば２０～５０ｎｍである。

【0083】

さらに、第３活性層１０６の発光波長ピークの短波長側であって第２活性層１０４の発光波長ピークの長波長側、および第２活性層１０４の発光波長ピークの短波長側であって第１活性層１０２の長波長側にそれぞれ阻止帯域Ａ、Ｂ（透過率が２０％以下の帯域）を有する。阻止帯域Ａ、Ｂの幅はたとえば１０～４０ｎｍである。また、阻止帯域Ａは第３活性層１０６の発光スペクトルと重なり、阻止帯域Ｂは第２活性層１０４の発光スペクトルと重なる。阻止帯域Ａの上限は、第３活性層１０６の発光波長ピークをλＲ（ｎｍ）として、λＲ－３０～λＲ－１０の範囲である。また、阻止帯域Ｂの上限は、第２活性層１０４の発光波長ピークをλＧ（ｎｍ）として、λＧ－２０～λＧ－１０の範囲である。

【0084】

第３活性層１０６は赤色発光であるため、発光層のＩｎ組成が大きいためＩｎ組成のばらつきも大きく、発光スペクトルの幅が広くなってしまう。特に、赤色の短波長側のスペクトルの広がりは色純度を低下させる要因となる。そこで、フィルタ１５１の透過スペクトルを上記のように設定すれば、第３活性層１０６の発光スペクトルの短波長側を低減することができ、第３活性層１０６の発光スペクトルの幅を狭めることができる。そのため、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の赤色の色純度を高めることができる。また同様に、緑色の色純度を高めることができる。その結果、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の色域を広げることができる。

【0085】

なお、平坦化膜１５０を設けずに導電膜１１２に直接フィルタ１５１を設けてもよい。ただし、この場合、マイクロレンズ１１３の形状に沿ってフィルタ１５１が形成されるため、フィルタ１５１への入射角のばらつきに留意する必要がある。

【0086】

また、実施形態４は、実施形態２、３においても同様に適用することができる。

【0087】

以上、実施形態４における発光装置によれば、実施形態１における発光装置の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。フィルタ１５１によって赤色光や緑色光の純度を高くすることができ、モノリシックマイクロＬＥＤ１００の色域を広げることができる。

【0088】

次に、実施形態４に係る実験結果について説明する。ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層させた誘電体多層膜のフィルタについて、シミュレーションにより透過スペクトルを算出した。誘電体多層膜の各層の厚さは、透過スペクトルが波長４６０ｎｍ付近（第１活性層１０２の青色光のピーク波長付近）、５３０ｎｍ付近（第２活性層１０４の緑色光のピーク波長付近）、６２０ｎｍ付近（第３活性層１０６の赤色光のピーク波長付近）にそれぞれ透過帯域（透過率が９０％以上の帯域）を有し、かつ、波長５６０～６００ｎｍ、４８０～５００ｎｍに阻止帯域（透過率が２０％以下の帯域）を有するように設定した。

【0089】

図１５は、上記のように厚さを設定した場合のフィルタの透過スペクトルを示したグラフである。図１６は、第３活性層１０６から放射される赤色光を図１５の透過スペクトルを有したフィルタに入射させ、その透過光のスペクトルを求めた結果を示したグラフである。図１５、１６は垂直入射の場合である。図１６において、フィルタなしは第３活性層１０６から放射される赤色光のスペクトルを示し、フィルタありはフィルタを透過させた赤色光のスペクトルを示している。

【0090】

図１６のように、第３活性層１０６から放射される赤色光は、短波長側にもスペクトルが広がっていることが分かり、赤色の純度が低下していることが分かる。一方、フィルタを透過させた場合、赤色光の短波長側、波長５６０～６１０ｎｍの帯域の強度が低下しており、スペクトルの半値幅が１０ｎｍほど狭くなっていることが分かる。つまり、純度の高い赤色が得られていることが分かる。これは、フィルタに波長５６０～６００ｎｍの阻止帯域が存在する結果である。また、図は示さないが、第２活性層１０４からの緑色光についても同様に、フィルタを通すことで純度の高い緑色が得られる。

【0091】

図１７は、実施形態４に係るモノリシックマイクロＬＥＤ１００により再現できる色の範囲を示した色度図である。図１７のように、フィルタによって赤色と緑色の純度が上がる結果、色域も広がることが分かる。

【0092】

（各種変形形態）
なお、実施形態ではフリップチップ型のモノリシックマイクロＬＥＤ１００を用いているが、本発明はフリップチップ型であればよく、モノリシック型以外、つまり一般的なＬＥＤにも適用することができる。

【符号の説明】

【0093】

１００：モノリシックマイクロＬＥＤ
２００：バックプレーン
１０１、１３１：ｎ層
１０２：第１活性層
１０３：第１中間層
１０４：第２活性層
１０５：第２中間層
１０６：第３活性層
１０７：保護層
１０８：ｐ層
１０９：ｐコンタクト電極
１１０：ｐ電極
１１１：ｎ電極
１１２：導電膜
１１３：マイクロレンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】