半导体发光元件及其制法,集成半导体发光元件及其制法,图像显示装置及其制法,照明装置及其制法制造方法及图纸

在蓝宝石衬底上生长ｎ型ＧａＮ层，并且在其上形成例如ＳｉＮ膜作为生长掩模。在生长掩模的开口部分下的ｎ型ＧａＮ层上选择性生长六棱椎尖顶形的ｎ型ＧａＮ层，此尖顶形ｎ型ＧａＮ层由多个晶面组成，它们以不同的倾角相对于蓝宝石衬底的主面倾斜，从而整体来看形成一个凸起。在此ｎ型ＧａＮ层上顺序形成一个有源层和ｐ型ＧａＮ层，由此形成一个发光元件结构。然后，形成ｐ侧电极和ｎ侧电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体发光元件及其制法，集成半导体发光元件及其制法，图像显示装置及其制法，照明装置及其制法，其特别适于应用于使用氮化物III-V族化合物半导体的发光二极管。
技术介绍
申请人已经提出了一种作为半导体发光元件的发光二极管。这种半导体发光元件通过以下步骤制成，包括在蓝宝石衬底上生长n型GaN层；接着在其上形成具有预定开口的生长掩模；选择性地生长具有由衬底主面倾斜的倾斜晶面，即具有S取向平面的六棱锥形式的n型GaN层；以及在倾斜晶面上生长有源层、p型GaN层和其它层(见，例如，国际公开小册子No.02/07231(47至50页和图3至9))。这种发光二极管可以防止将来自衬底一侧的穿透错位(penetrating dislocation)传播至构成元件结构的各层，并可以改善这些层的晶体性质，可以获得高发光效率。图1A和1B示出了上述文献中公开的典型半导体发光元件。此半导体发光元件通过以下方法制造。首先在具有C+取向主面的蓝宝石衬底101上生长n型GaN层102。其后，在n型GaN层102的整个表面上形成SiO2膜，并且通过光刻和蚀刻将其构图从而在用于形成元件的位置形成具有预定几何形状开口的生长掩模104。开口103的几何形状为圆形或一边平行于<11-20>方向的六边形。开口103的尺寸约为10μm。在下面的步骤中，在生长掩模104存在的情况下，在通过开口103暴露的部分n型GaN层102上选择性生长n型GaN层105。选择性生长的结果是六棱椎形式的n型GaN层105。六棱椎n型GaN层105的六个面为由蓝宝石衬底101的主面倾斜的S取向平面。其后，在n型GaN层105上顺序生长，例如包括InGaN化合物的有源层102，以及p型GaN层107。通过这些步骤，此处获得了结构中包括六棱椎n型GaN层105、有源层106和p型GaN层107的双异性结构发光二极管，最后两层被顺序生长在六棱椎n型GaN层105的倾斜晶面上。在接下来的未在此处详细说明的步骤中，在p型GaN层107上形成p侧电极，并在n型GaN层上形成n侧电极。现有半导体发光元件，其具有由通过选择性生长具有S取向倾斜晶面的六棱椎n型GaN层105和接着在S取向面上生长有源层106及p型GaN层107构成的发光元件结构，其发光效率不能满足需要，并且每个元件不可避免地占据较大的面积。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种发光效率足够高且每个元件占据的面积小的半导体发光元件及制造该半导体发光元件的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种发光效率足够高且每个元件占据的面积小的集成半导体发光元件及其制造方法；一种图像显示装置及其制造方法；一种照明装置及其制造方法。为实现该些目的，本专利技术的第一方面为一种半导体发光元件，包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶体面，其由以不同倾角从主面倾斜的多个晶体面组成以在整体上表现为凸面；至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠的至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接。第一导电型的半导体层、有源层和第二导电型的半导体层的材料基本没有限制。然而，通常使用具有纤锌矿(wurtzite)晶体结构的材料。具有纤锌矿晶体结构的半导体的示例为III-V族化合物半导体。另外，诸如BeMgZnCdS化合物半导体和BeNgZnCdO化合物半导体的II-VI族化合物半导体也可作为此类示例。最普遍地，氮化物III-V族化合物半导体包括AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤x+y+1＜1且0≤u+v＜1)。更具体的示例包括AlxByGa1-x-y-zInzN(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+1＜1)。典型示例包括AlxGa1-x-y-zInzN(其中，0≤x≤1，且0≤z≤1)。氮化物III-V族化合物半导体的具体示例包括GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等。在第一导电型的半导体层具有纤锌矿晶体结构的情况下，构成半导体层的凸出晶体部分的倾斜晶面的多个晶面一般地为S取向面(包括基本可以视作S取向面的面)。构成倾斜晶面的晶面的倾角由晶体部分的底部朝向其顶点逐渐变小。此晶体部分通常具有尖顶形构造，且大多数通常为六边。在此情况下，晶体部分最上部晶面的倾角，即包括晶体部分顶点在内的最上部分晶面优选在3μm至20μm的范围内，或通常在10μm至15μm的范围内。本专利技术的第二方面为一种制造半导体发光元件的方法，该元件具有第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶面，倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接，该方法包括在衬底上生长第一导电型的第一半导体层的步骤；在第一半导体层上形成在预定位置处具有开口的生长掩模的步骤；在穿过生长掩模的开口露出的第一半导体层上选择性生长第一导电型的第二半导体层的步骤；以及顺序生长至少所述有源层和第二导电型的半导体层从而覆盖第二半导体层的步骤。在本专利技术的第二方面中，第一导电型的第一半导体层和第一导电型的第二半导体层对应于第一导电型的半导体层。基本上，可以用任何材料用作衬底，只要在其上生长第一导电型的第一半导体层、第一导电型的第二半导体层、有源层、第二导电型的半导体层等时能够确保良好的结晶特性。更具体地，此处可使用蓝宝石(Al2O3)(包括C取向面、A取向面和R取向面)、SiC(包括6H、4H和3C)、氮化物III-V族化合物半导体(诸如GaN、InAlGaN、AlN等)、Si、ZnS、ZnO、LiMgO、GaAs、MgAl2O4等制成的衬底。优选地，使用该些材料中之一的六角晶体结构或立方晶体结构，但六角晶体结构更加优选。在第一导电型的第一半导体层、第一导电型的第二半导体层、有源层、第二导电型的半导体层为氮化物III-V族化合物半导体时，可使用其主面为C取向面的蓝宝石衬底。此处，“C取向面”包括任何由其微微倾斜约5至6°并且可基本被视为C取向面的晶面。对于第一导电型的第一半导体层、第一导电型的第二半导体层、有源层、第二导电型的半导体层的生长，例如可使用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、氢化物汽相外延或卤化物汽相外延(HVPE)。为确保凸出晶体部分的倾斜晶面形成由多个倾角不同的晶面构成的良好凸面，用于第一导电型的第二半导体层的选择性生长的生长温度优选控制在920℃至960℃的范围内，更加优选地控制在920℃至950℃的范围内，或者更有选为940℃左右。选择性生长的生长速度控制为优选等于或高于6μm/h，或者更加优选地在6μm/h至18μm/h的范围内。对于有源层和第二导电型的半导体层的生长，生长温度通常控制为比第一导电型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，包括：第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，所述凸起晶体部分具有倾斜晶面，该倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少 在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与所述第二导电型的半导体层电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-3-20 077703/20031.一种半导体发光元件，包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，所述凸起晶体部分具有倾斜晶面，该倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与所述第二导电型的半导体层电连接。2.根据权利要求1的半导体发光元件，其中晶体部分具有纤锌矿晶体结构。3.根据权利要求1的半导体发光元件，其中晶体部分由氮化物III-V族化合物半导体制成。4.根据权利要求1的半导体发光元件，其中第一导电型的半导体层、有源层和第二导电型的半导体层由氮化物III-V族化合物半导体制成。5.根据权利要求2的半导体发光元件，其中构成倾斜晶面的晶面为S取向面。6.根据权利要求2的半导体发光元件，其中从晶体部分的底部朝向其顶点，构成倾斜晶面的晶面的倾角逐渐变小。7.根据权利要求6的半导体发光元件，其中在构成倾斜晶面的多个晶面中包括顶点在内的晶面的倾角在由60度至65度的范围内。8.根据权利要求1的半导体发光元件，其中晶体部分为尖顶形。9.根据权利要求1的半导体发光元件，其中晶体部分为六边尖顶构造。10.根据权利要求1的半导体发光元件，其中晶体部分在沿平行于主面的方向上延长。11.一种制造半导体发光元件的方法，该元件具有第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶面，倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接，该方法包括在衬底上生长第一导电型的第一半导体层的步骤；在第一半导体层上形成在预定位置处具有开口的生长掩模的步骤；在穿过生长掩模的开口露出的第一半导体层上选择性生长第一导电型的第二半导体层的步骤；以及顺序生长至少所述有源层和第二导电型的半导体层从而覆盖第二半导体层的步骤。12.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中生长掩模由氮化硅、氮氧化硅和氧化硅中之一或它们的叠层制成。13.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中至少生长掩模的表面由氮化硅制成。14.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中生长掩模中开口的尺寸在2μm至13μm的范围内。15.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中晶体部分具有纤锌矿晶体结构。16.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中晶体部分由氮化物III-V族化合物半导体制成。17.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中第一导电型的半导体层、第一半导体层、第二半导体层、有源层和第二导电型的半导体层由氮化物III-V族化合物半导体制成。18.根据权利要求14的制造半导体发光元件的方法，其中构成倾斜晶面的晶面为S取向面。19.根据权利要求15的制造半导体发光元件的方法，其中构成倾斜晶面的晶面之倾角由晶体部分的底部朝向其顶点逐渐变小。20.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中晶体部分为尖顶形。21.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中晶体部分为六边尖顶构造。22.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中晶体部分在沿平行于主面的方向延长。23.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中用于选择性生长的生长温度控制在920℃至960℃的范围内。24.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中用于选择性生长的生长速度控制为等于或高于6μm/h。25.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中用于有源层和第二导电型的半导体层的生长温度设置为低于用于第二半导体层的选择性生长的生长温度。26.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中在选择性生长第二半导体层从而在其顶部上具有基本平行于主面的晶面后，在第二半导体层的顶部上生长未掺杂的半导体层。27.根据权利要求11的制造半导体发光元件的方法，其中还包括在透过生长掩模中的开口暴露的第一半导体层上选择性生长第一导电型的第二半导体层的步骤与顺序生长至少所述有源层和第二导电型的半导体层的步骤之间，去除生长掩模的步骤。28.一种集成半导体发光装置，其包括多个集成的半导体发光元件，每个元件包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶面，倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接。29.一种制造集成半导体发光装置的方法，该装置集成多个集成的发光元件，每个元件包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶面，倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接，该方法包括在衬底上生长第一导电型的第一半导体层的步骤；在第一半导体层上形成在预定位置处具有开口的生长掩模的步骤；在穿过生长掩模的开口露出的第一半导体层上选择性生长第一导电型的第二半导体层的步骤；以及顺序生长至少所述有源层和第二导电型的半导体层从而覆盖第二半导体层的步骤。30.根据权利要求29的制造集成半导体发光装置的方法，其中生长掩模中每个开口的尺寸在每个半导体发光元件尺寸的4/1至1倍的范围内。31.根据权利要求29的制造集成半导体发光装置的方法，其中最近的两个开口之间的距离等于或大于每个半导体发光元件尺寸的两倍。32.根据权利要求29的制造集成半导体发光装置的方法，其中生长掩模中开口的尺寸在2μm至13μm的范围内。33.根据权利要求29的制造集成半导体发光装置的方法，其中最近的两个开口之间的距离等于或大于10μm。34.一种图像显示装置，包括多个半导体发光元件，每个元件包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并包括凸起晶体部分，凸起晶体部分具有倾斜晶面，倾斜晶面由多个以不同倾角由主面倾斜的晶面组成以在整体上表现为凸面；至少一个有源层和一个第二导电型的半导体层，至少在晶体部分的倾斜晶面上被顺序层叠；第一电极，与第一导电型的半导体层电连接；以及第二电极，形成在晶体部分上面的第二导电型的半导体层上，并与第二导电型的半导体层电连接。35.一种制造图像显示装置的方法，该装置集成多个集成的发光元件，每个元件包括第一导电型的半导体层，形成在主面上并...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥山浩之，土居正人，琵琶刚志，铃木淳，大畑丰治，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]