JP2013055186A - 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光輝度分布の発生を抑制する。
【解決手段】 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、前記複数の第２配線層のうち、前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量よりも高い半導体発光素子アレイが提供される。
【選択図】 図７

Description

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。

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）。

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。

図１０（Ａ）は、従来のＬＥＤアレイ６００を示す概略平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示すＬＥＤアレイ６００の簡略化した断面図である。

従来ＬＥＤアレイ６００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）６０１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。

個々のＬＥＤ素子６０１は、ｎ型ＧａＮ層６２１、活性層６２２、ｐ型ＧａＮ層６２３からなるＧａＮ系発光部６０２と、発光部６０２の裏面に形成されたｐ側電極６１２と、発光部６０２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）６１１及び発光部６０２の表面に発光部６０２の長辺と平行に配置され、ｎ型ＧａＮ層６２１と引き出し電極６１１とを接続する引き出し電極（第２配線層）６０８とを有している。左右に隣接するＬＥＤ素子６０１は、右側素子のｐ側電極６１２上に左側素子の引き出し電極６１１が形成されることにより、左側素子のｎ型ＧａＮ層６２１と右側素子のｐ型ＧａＮ層６２３が接続されている。なお、図１０（Ａ）の発光部６０２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。

特開２００１−１５６３３１号公報

図１０に示すように、引き出し電極６１１をＬＥＤ素子６０１の短辺に平行に配置し、ｎ型ＧａＮ層６２１上の引き出し電極６０８をＬＥＤ素子６０１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６０８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。

また、ＬＥＤ素子６０１間に幅４０μｍ程度の引き出し電極６１１が配置されるので、ＬＥＤ素子６０１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６０１からなるＬＥＤアレイ６００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。

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。

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。

本発明の一観点によれば、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、前記複数の第２配線層のうち、前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量よりも高い半導体発光素子アレイが提供される。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 本発明の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００の発光輝度分布を表すグラフである。 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。 本発明の第２の実施例の第１の変形例によるＬＥＤ素子４０１の概略断面図である。 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。 従来例によるＬＥＤアレイ６００の概略平面図及び断面図ある。

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。

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。

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。

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１０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。

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１０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。

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。

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したものがＬＥＤ素子１０１ｂである。

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。

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。

また、このような、横長のＬＥＤ素子１０１に対して、図１０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６０８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６０８（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６０８の長さ方向に沿う半導体積層６０２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。

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。

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、発光輝度分布を上下反転させる）ようにする。

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。

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。

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。

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の実施例又はそれらの変形例によるＬＥＤアレイ２００〜４００を用いることも可能である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上のように、電極パターン（輝度分布）が左右反転（鏡像反転）した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。

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の実施例及びそれらの変形例によるＬＥＤアレイ２００〜４００も同様の手法で製造可能である。

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。

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ＳｉＯ_２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。

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ＳｉＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＳｉＯ_２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。

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。

引き出し電極８は、素子端部での注入電流量が素子中央部の注入電流量より多くなるように、配線パターンや配線幅、膜厚、材質を選択する。第１の実施例では、上述したように、素子中央部近傍領域Ａにおける電極間隔Ｐａに比べて、素子間近傍領域Ｂにおける電極間隔Ｐｂが狭くなるようにし、素子間近傍領域Ｂでの引き出し電極８の密度を高くすることにより、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようにしている。なお、第１の実施例では、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、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。

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。

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。

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。

図６は、第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００の水平方向の発光輝度分布のグラフである。縦軸は発光輝度を表し、横軸はＬＥＤアレイ１００における水平方向（Ｗ方向）の位置を表している。

上述の第１の実施例によるＬＥＤアレイ１００では、引き出し電極８による電流注入密度が発光部２の発光面において水平方向で均一となるように、引き出し電極８が設計されている。すなわち、引き出し電極８による発光面の被服率（引き出し電極８の形成密度又は線幅）及び抵抗（引き出し電極８の厚さ又は材質）が発光面全面において同一である。

複数の素子に分割してＬＥＤアレイ化する場合、隣接するＬＥＤ素子１０１の素子間には、非発光領域が存在し、その近傍では輝度が低下するため、図６に示すように、ＬＥＤアレイ１００全体として発光輝度分布が生じる。さらに、各ＬＥＤ素子１０１の発光部２の発光面においても、水平方向の中央部付近が最も輝度が高く、周縁部（素子間近傍）に近づくにつれ輝度が低くなるという発光輝度分布が生じる。半導体構造層２内での光の拡散等が関連すると考えられる。

第１の実施例のように引き出し電極８の電極パターン、電極幅、膜厚、材質を素子全面で均一に形成した場合、ＬＥＤ素子１０１端部の発光輝度は中央部の１／２〜１／１．２程度となる。

これらの発光輝度分布を低減（均一化）させるため、本発明の第２及び第３の実施例及びそれらの変形例では、引き出し電極８による発光面の被服率（引き出し電極８の形成密度又は線幅）及び抵抗（引き出し電極８の厚さ又は材質）を各ＬＥＤ素子の水平方向における素子中央部近傍領域Ａと素子間近傍領域Ｂとで異ならせることにより、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようし、素子間近傍領域Ｂの発光輝度を第１の実施例のものよりも高くして、発光輝度ムラが目立たないようにする。具体的には、素子間近傍領域Ｂの発光輝度低下を補うように、素子間近傍領域Ｂの注入電流量を素子中央部近傍領域Ａの１．２〜２倍となるような構成とする。

後述の第２及び第３の実施例及びそれらの変形例によるＬＥＤアレイを作製する場合には、図４（Ｄ）に示す工程において、素子端部での注入電流量が素子中央部の注入電流量より多くなるように、引き出し電極８の配線パターンや配線幅、膜厚、材質を選択する。例えば、第２の実施例では、素子中央部近傍領域Ａにおける電極間隔Ｐａに比べて、素子間近傍領域Ｂにおける電極間隔Ｐｂが狭くなるようにし、素子間近傍領域Ｂでの引き出し電極８の密度を高くすることにより、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようにしている。

図７（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７（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ２００を構成する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素子の引き出し電極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の実施例による引き出し電極８の電極パターンについて説明する。

第２の実施例では、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、素子中央部近傍領域Ａにおける電極間隔Ｐａから素子間近傍領域Ｂにおける電極間隔Ｐｂにかけて連続的に電極間隔が狭くなるようにし、素子間近傍領域Ｂでの引き出し電極８の密度を高くすることにより、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようにしている。なお、素子中央部近傍領域Ａにおける電極間隔Ｐａに比べて、素子間近傍領域Ｂにおける電極間隔Ｐｂが段階的に狭くなるようにしてもよい。つまり、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８の被服率よりも、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の被服率を高くしている。なお、素子中央部近傍領域Ａにおける間隔Ｐａと素子間近傍領域Ｂにおける間隔Ｐｂの配線間隔の比Ｐａ：Ｐｂは、１．２：１〜２：１となることが望ましい。

また、引き出し電極８はデバイス構造層２内で発生した光の取り出しを妨げないように、デバイス構造層２表面に対する引き出し電極８の面積占有率（被服率）が２０％未満となるように形成することが望ましい。

このように、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようにすることにより、素子間近傍領域Ｂの発光輝度を高くして、発光輝度ムラを目立たなくすることが可能となる。

図８は、本発明の第２の実施例の第１の変形例によるＬＥＤ素子４０１の概略断面図である。なお、第１の変形例によるＬＥＤアレイ４００は、第２の実施例によるＬＥＤアレイ２００の引き出し電極８の厚さを領域により変化させるものであり、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する。なお、平面視上の電極パターン等は第２の実施例と同様であるので、図８とあわせて図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

この第１の変形例では、第２の実施例に加えて、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８の配線抵抗よりも、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の配線抵抗を低くすることにより、素子間近傍領域Ｂにおける電流注入密度を高くしている。

図８に示すように、素子中央部近傍領域Ａから素子間近傍領域Ｂにかけて引き出し電極８の膜厚が連続的に厚くなるように設計されている。つまり、素子中央部近傍領域Ａの引き出し電極８の膜厚に比べて、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の膜厚が厚くなるようにし、素子間近傍領域Ｂでの引き出し電極８の配線抵抗が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで低くなるようにしている。なお、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極の膜厚と素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極の膜厚との比は、１：１．２〜１：２となることが望ましい。

なお、引き出し電極８の膜厚は、上述のように素子中央部Ｃから素子端部（短辺側端部）に行くに従い徐々に連続的に厚くなるようにしても良いし、段階的に厚くなるようにしても良い。

次に、本発明の第２の実施例の第２の変形例について説明する。第２の変形例では、第２の実施例と同一の電極パターンを用いて引き出し電極８を配置し、その材質を領域により異ならせている。したがって、図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、第２の変形例を説明する。

第２の変形例では、引き出し電極８を構成する材質の抵抗率の比が素子中央部近傍領域Ａと素子間近傍領域Ｂで１．２：１〜２：１となるように設定する。例えば、素子中央部近傍領域Ａでは、引き出し電極８の主要材質がＡｌ（抵抗率２．５×１０^−６Ωｃｍ）となるようにし、素子間近傍領域Ｂでは、引き出し電極８の主要材質がＡｕ（抵抗率２．０５×１０^−６Ωｃｍ）またはＣｕ（抵抗率１．５５×１０^−６Ωｃｍ）となるように構成する。あるいは、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８をＡｌまたはＡｕが主要材質となるようにし、素子間近傍領域ＢにおいてＣｕが主要材質となるように構成してもよい。

なお、上述の第２の実施例の第１及び第２の変形例は、いずれか一方のみではなく双方を同時に第２の実施例に対して適用することも可能である。また、第２の実施例の第１及び第２の変形例のいずれか一方又は双方を第１の実施例に対して適用することも可能である。

図９（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９（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ３００を構成する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、２００とでは、各ＬＥＤ素子の引き出し電極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３の実施例による引き出し電極８の電極パターンについて説明する。

この第３の実施例では、第２の実施例と同様に、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８の被服率よりも、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の被服率を高く設定して、素子間近傍領域Ｂにおける電流注入密度を高くしているが、第１の実施例との違いは、引き出し電極８の密度を高くする代わりに電極幅を太くして被服率を増加させている点である。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、電極幅が素子中央部近傍領域Ａから素子間近傍領域Ｂに行くに従い連続的に広く（太く）なり、素子間近傍領域Ｂの引き出し電８（８ｃ、８ｄ）の電極幅が、素子中央部近傍領域Ａの引き出し電極８（８ａ、８ｂ）に比べて広くなるようにし（例えば、８ａ≦８ｂ＜８ｃ≦８ｄ）、素子間近傍領域Ｂでの引き出し電極８ｃ、８ｄによる電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも高くなるようにしている。なお、素子中央部近傍領域Ａにおける電極幅と素子間近傍領域Ｂにおける電極幅の比は、１：１．２〜１：２となることが望ましい。また、引き出し電極８はデバイス構造層２内で発生した光の取り出しを妨げないように、デバイス構造層２表面に対する引き出し電極８の面積占有率（被服率）が２０％未満となるように形成することが望ましい。なお、引き出し電極８の幅は、上述のように素子中央部Ｃから素子端部（短辺側端部）に行くに従い徐々に連続的に太くなるようにしても良いし、段階的に太くなるようにしても良い。

この第３の実施例でも、第２の実施例と同様に、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くなるようにすることにより、素子間近傍領域Ｂの発光輝度を高くして、発光輝度ムラを目立たなくすることが可能となる。

なお、この第３の実施例では、隣接する引き出し電極８の水平方向中心部間の間隔は、素子前面において均一に設計されているが、第２の実施例と組み合わせて、隣接する引き出し電極８の水平方向中心部間の間隔が素子中央部近傍領域Ａから素子間近傍領域Ｂにかけて連続的又は段階的に狭くなるように設計しても良い。

また、この第３の実施例に対しても、第２の実施例の第１の変形例及び第２の変形例のいずれか一方又は双方を適用することも可能である。さらに、第２の実施例と第３の実施例を組み合わせた上で、第２の実施例の第１の変形例及び第２の変形例のいずれか一方又は双方を適用することも可能である。

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。

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。

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。

さらに、電極パターン（輝度分布）が上下反転（鏡像反転）した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。

また、本発明の第２及び第３の実施例によれば、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８の被服率よりも、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の被服率を高くすることにより、引き出し電極８による電流注入密度が素子中央部近傍領域Ａよりも素子間近傍領域Ｂで高くし、素子間近傍領域Ｂの発光輝度を高くして、発光輝度ムラを目立たなくすることが可能となる。

また、本発明の第２の実施例の第１及び第２の変形例によれば、素子中央部近傍領域Ａにおける引き出し電極８の配線抵抗よりも、素子間近傍領域Ｂにおける引き出し電極８の配線抵抗を低くすることにより、素子間近傍領域Ｂにおける電流注入密度を高くし、素子間近傍領域Ｂの発光輝度を高くして、発光輝度ムラを目立たなくすることが可能となる。

なお、上述の第１〜第３の実施例及びその変形例は、それぞれ他の実施例及び変形例と組み合わせることが可能である。例えば、第２の実施例と第３の実施例を組み合わせて、素子中央部においては引き出し電極の密度を低くしてさらに線幅を細くし、素子端部に近づくにつれ密度を高くするとともに線幅を太くするようにしても良い。また、第１〜第３の実施例及び第２の実施例の第１及び第２の変形例を全て組み合わせることも可能である。

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。

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、５００、６００…ＬＥＤアレイ、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１…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

Claims (8)

1. 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、
   前記複数の第２配線層のうち、前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の前記半導体発光層への電流注入量よりも高い半導体発光素子アレイ。
2. 前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層間の配線間隔が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の配線間隔よりも狭い請求項１記載の半導体発光素子アレイ。
3. 前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の幅が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の幅よりも太い請求項１又は２記載の半導体発光素子アレイ。
4. 前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の厚さが、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の厚さよりも厚い請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
5. 前記半導体発光層の他の前記半導体発光素子間との端部近傍に形成される第２配線層の抵抗率が、前記半導体発光層の中心部近傍に形成される第２配線層の抵抗率よりも低い請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
6. 前記基板は第１の方向に長い基板であり、
   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、
   前記複数の半導体発光素子のそれぞれの平面形状は、前記第１の方向に長い長方形であり、
   前記第１配線層は、前記半導体発光層の片方の長辺に沿って、該長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の短辺方向に延在し、
   隣接する半導体発光素子間においては、前記半導体発光層の異なる長辺に沿って前記第１配線層が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
7. 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１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイ。
8. それぞれの照射像の輝度分布が鏡像反転された状態となるように配置された少なくとも２つの請求項１〜７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。

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