发光元件及发光元件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种廉价且容易制作、并且出光效率优异的发光元件。发光元件包括：由取向的多个晶粒构成的取向多晶基板、离散地设置于取向多晶基板的一个主面的不存在结晶缺陷的区域的上方且分别是在取向多晶基板的法线方向具有长度方向的柱状部位的多个柱状发光部、以及用折射率比柱状发光部的构成材料低的材料以包围多个柱状发光部的方式设置于取向多晶基板的上方的光封入层。

Light emitting element and method for manufacturing light emitting element

The invention provides a light emitting element with low cost, easy fabrication and excellent luminous efficiency. A light-emitting element includes a top of a main surface orientation is composed of a plurality of grain oriented polycrystalline substrate, arranged in discrete orientation polycrystalline substrate has no crystalline defects region and are arranged in the light filled layer oriented polycrystalline substrate having a plurality of columnar columnar parts having a length direction in the normal direction the orientation of polycrystalline substrate of the light emitting portion, and refractive index than the columnar luminous part is formed of a material of low material surrounded by a plurality of columnar light emitting part of the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光元件，特别涉及其结构。
技术介绍
已经众所周知将13族氮化物(III族氮化物)用作发光部的形成材料的发光元件(LED)。该以往众所周知的发光元件中，通常将由例如蓝宝石等与13族氮化物不同的材料形成的基板(异种材料基板)用作基底基板，在该基底基板上层叠有由13族氮化物形成的多个结晶层。自发光显示器也是已经众所周知的，该自发光显示器是在例如蓝宝石基板、陶瓷基板、在表面形成有硅氧化膜的硅基板等至少表面为绝缘性的基板上形成由硅薄膜和n型GaN层构成的下部配线，进而，在该下部配线上形成由硅氮化膜形成的掩膜，然后，在设置于该掩膜的多个开口部各自的位置层叠形成均由13族氮化物形成的第一导电型的半导体层、活性层以及第二导电型的半导体层，从而具备多个柱状的发光部(例如参见专利文献1)。该自发光显示器中，在发光部的周围配置有折射率比构成发光部的半导体的折射率小的低折射率体。另外，已经众所周知如下技术：通过RF-MBE法，在n型的硅单晶基板上紧密地形成由13族氮化物形成且称为纳米柱的直径1μm以下的柱状的LED结构(例如参见非专利文献1)。另外，众所周知制作在c轴方向具有取向性的由化合物半导体构成的取向性多晶基板的技术及在该基板上形成氮化物化合物半导体膜并层叠具有发光层的半导体层的技术(例如参见专利文献2)。另一方面，已经众所周知利用助熔剂法制作氮化镓单晶自立基板的方法(例如参见专利文献3)。以往众所周知的将异种材料基板用作基底基板的发光元件中，由于基底基板与13族氮化物层的晶格常数、热膨胀系数的差异的原因，位错在构成发光部的13族氮化物层中传播，在该位错的形成部位产生电流泄漏，这成为妨碍发光强度提高的一个主要原因。相对于此，将氮化镓单晶自立基板作为基底基板的情况下，消除了与13族氮化物层的晶格常数、热膨胀系数的差异的问题，但是，由于不容易大面积化，因此存在元件制造成本升高的问题。另一方面，专利文献1、非专利文献1中所公开的发光元件中，虽然使用异种材料基板，但是通过在构成上下工夫而实现了发光效率的提高。但是，在专利文献1中所公开的技术的情况下，存在由于使用绝缘性的基板所以无法制作纵型结构的发光元件的问题。另外，在非专利文献1中所公开的技术的情况下，虽然能够形成位错、形变有所降低的发光部，但是由于使用硅单晶基板，所以在成本方面仍然有所制约。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2013-55170号公报专利文献2:日本特许第3410863号公报专利文献3:国际公开第2013/147326号非专利文献非专利文献1:AkihikoKikuchi,MizueKawai,MakotoTadaandKatsumiKishino,\InGaN/GaNMultipleQuantumDiskNanocolumnLight-EmittingDiodesGrownon(111)SiSubstrate\,JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.43,No.12A,2004,pp.L1524-L1526.
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述课题而完成的，目的是提供一种廉价且容易制作、并且出光效率优异的发光元件。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案中，发光元件包括：取向多晶基板，所述取向多晶基板由取向的多个晶粒构成；多个柱状发光部，所述多个柱状发光部是离散地设置于所述取向多晶基板的一个主面的不存在结晶缺陷的区域的上方，且分别在所述取向多晶基板的法线方向具有长度方向的柱状部位；以及光封入层，所述光封入层是用折射率比所述柱状发光部的构成材料低的材料以包围所述多个柱状发光部的方式设置于所述取向多晶基板的上方。本专利技术的第二方案中，在第一方案所涉及的发光元件的基础上，所述多个柱状发光部设置于所述取向多晶基板的所述一个主面中具有假想确定的规定周期的平面晶格的晶格点位置中的、下方不存在所述结晶缺陷的位置。本专利技术的第三方案中，在第二方案所涉及的发光元件的基础上，当所述多个晶粒在所述一个主面中的平均粒径为D、在与所述多个柱状发光部的长度方向垂直的截面中的最大外径尺寸为d时，d≤D/2。本专利技术的第四方案中，在第三方案所涉及的发光元件的基础上，当D<20μm时，d≤D/4；当D≥20μm时，d≤D/3。本专利技术的第五方案中，在第二至第四方案中的任一项所涉及的发光元件的基础上，在所述平面晶格的所述晶格点位置中的、下方存在所述结晶缺陷的位置具备长度方向的尺寸比所述柱状发光部短的柱状部位亦即不完全柱状部。本专利技术的第六方案中，在第一至第五方案中的任一项所涉及的发光元件的基础上，所述多个柱状发光部分别是自所述取向多晶基板侧开始依次层叠均由13族氮化物形成的n型层、活性层、p型层而得到的。本专利技术的第七方案中，在第六方案所涉及的发光元件的基础上，所述活性层具有MQW结构。本专利技术的第八方案中，在第六或第七方案所涉及的发光元件的基础上，所述光封入层由SiO2形成。本专利技术的第九方案中，在第一至第八方案中的任一项所涉及的发光元件的基础上，所述多个柱状发光部各自的上端和所述光封入层的上表面构成一个平坦面，在所述平坦面上设置有透明导电膜。本专利技术的第十方案中，在第九方案所涉及的发光元件的基础上，所述取向多晶基板为取向GaN基板，在所述透明导电膜上设置有焊盘电极，在所述取向GaN基板的另一个主面上设置有阴极电极。本专利技术的第十一方案中，在第九方案所涉及的发光元件的基础上，所述取向多晶基板为取向氧化铝基板，在所述取向氧化铝基板上设置有呈n型导电型的基底层，所述多个柱状发光部形成在所述基底层上，在所述透明导电膜上设置有焊盘电极，在所述基底层上设置有阴极电极。本专利技术的第十二方案中，发光元件的制造方法包括以下工序：第一光封入层形成工序，在取向多晶基板的一个主面上形成具有多个开口部的第一光封入层，该取向多晶基板由取向的多个晶粒构成，由此，在所述的一个主面上具有不存在结晶缺陷的第一区域和存在结晶缺陷的第二区域；柱状结构体形成工序，以所述第一光封入层为掩膜，在所述多个开口部中，在所述取向多晶基板的所述的一个主面的上方依次层叠形成n型层、活性层以及p型层，由此，在所述多个开口部中的位于所述第一区域的上方的部位形成有分别呈柱状的多个第一柱状结构体，另一方面，在所述多个开口部中的位于所述第二区域的上方的部位形成呈柱状且长度方向的尺寸比所述第一柱状结构体短的第二柱状结构体；第二光封入层形成工序，在所述第一光封入层上用与所述第一光封入层相同的材料以覆盖所述第一柱状结构体及第二柱状结构体的方式形成第二光封入层；透明导电膜形成工序，以仅与所述多个第一柱状结构体电连接而没有与所述第二柱状结构体电连接的方式在所述第二光封入层上形成透明导电膜；阳极电极形成工序，在所述透明导电膜上形成焊盘电极；以及阴极电极形成工序，形成与所述多个第一柱状结构体的所述取向多晶基板侧的端部电连接的阴极电极；所述第一光封入层形成工序中，将所述多个开口部确定为具有规定周期的平面晶格的晶格点位置，所述第一光封入层形成工序及第二光封入层形成工序中，所述第一光封入层及所述第二光封入层均用折射率比所述第一柱状结构体的构成材料低的材料形成。本专利技术的第十三方案中，在第十二方案所涉及的发光元件的制造方法的基础本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光元件，其特征在于，包括：取向多晶基板，所述取向多晶基板由取向的多个晶粒构成，多个柱状发光部，所述多个柱状发光部是：离散地设置于所述取向多晶基板的一个主面的不存在结晶缺陷的区域的上方，且分别在所述取向多晶基板的法线方向具有长度方向的柱状部位，以及，光封入层，所述光封入层是用折射率比所述柱状发光部的构成材料低的材料以包围所述多个柱状发光部的方式设置于所述取向多晶基板的上方。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 JP 2014-2028181.一种发光元件，其特征在于，包括：取向多晶基板，所述取向多晶基板由取向的多个晶粒构成，多个柱状发光部，所述多个柱状发光部是：离散地设置于所述取向多晶基板的一个主面的不存在结晶缺陷的区域的上方，且分别在所述取向多晶基板的法线方向具有长度方向的柱状部位，以及，光封入层，所述光封入层是用折射率比所述柱状发光部的构成材料低的材料以包围所述多个柱状发光部的方式设置于所述取向多晶基板的上方。2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述多个柱状发光部设置于所述取向多晶基板的所述一个主面中具有假想确定的规定周期的平面晶格的晶格点位置中的、下方不存在所述结晶缺陷的位置。3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，当所述多个晶粒在所述一个主面中的平均粒径为D、在与所述多个柱状发光部的长度方向垂直的截面中的最大外径尺寸为d时，d≤D/2。4.根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，当D<20μm时，d≤D/4，当D≥20μm时，d≤D/3。5.根据权利要求2～4中的任一项所述的发光元件，其特征在于，在所述平面晶格的所述晶格点位置中的、下方存在所述结晶缺陷的位置具备：长度方向的尺寸比所述柱状发光部短的柱状部位、亦即不完全柱状部。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的发光元件，其特征在于，所述多个柱状发光部分别是自所述取向多晶基板侧开始依次层叠均由13族氮化物形成的n型层、活性层、p型层而得到的。7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，所述活性层具有MQW结构。8.根据权利要求6或7所述的发光元件，其特征在于，所述光封入层由SiO2形成。9.根据权利要求1～8中的任一项所述的发光元件，其特征在于，所述多个柱状发光部各自的上端和所述光封入层的上表面构成一个平坦面，在所述平坦面上设置有透明导电膜。10.根据权利要求9所述的发光元件，其特征在于，所述取向多晶基板为取向GaN基板，在所述透明导电膜上设置有焊盘电极，在所述取向GaN基板的另一个主面上设置有阴极电极。11.根据权利要求9所述的发光元件，其特征在于，所述取向多晶基板为取向氧化铝基板，在所述取向氧化铝基板上设置有呈n型导电型的基底层，所述多个柱状发光部形成在所述基底层上，在所述透明导电膜上设置有焊盘电极，在所述基底层上设置有阴极电极。12.一种发光元件的制造方法，其特征在于，包括以下工序：第一光封入层形成工序：在取向多晶基板的一个主面上形成具有多个开口部的第一光封入层，该取向多晶基板由取向的多个晶粒构成，由此，在所述的一个主面上具有不存在结晶缺陷的第一区域和存在结晶缺陷的第二区域，柱状结构体形成工序：以所述第一光封入层为掩膜，在所述多个开口部中，在所述取向多晶基板的所述的一个主面的上方依次层叠形成n型层、活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓冈义孝，大上翔平，滑川政彦，渡边守道，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP