本发明专利技术提供一种化合物半导体发光元件，包括：衬底；第一电极，设置于所述衬底的其中一个面上；纳米级的多个柱状结晶结构体，其为被依次层叠在所述衬底的另一个面上的ｎ型半导体层、发光层以及ｐ型半导体层；第二电极，与所述多个柱状结晶结构体的顶部连接；以及基础层，设置于作为所述衬底的一部分区域的第一区域中的所述另一个面一侧，用于控制所述柱状结晶结构体的生长，其中，在作为所述衬底中除所述第一区域以外的其余区域的至少一部分的第二区域与该第一区域之间的所述另一个面上设置有高度差。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在化合物半导体内使电子与空穴复合(electron-hole recombination)而发光的化合物半导体发光元件及采用该化合物半导体发光元件的照 明装置以及化合物半导体发光元件的制造方法，特别是涉及具有多个称为纳米柱(nano column)或纳米棒(nanorod)的柱状结晶结构体的所述化合物半导体发光元件。
技术介绍
近年来，使用氮化物半导体(以下称为氮化物(nitride))，在其中形成发光层，并 从外部注入电流，在该发光层内使电子与空穴复合而发光的发光元件的发展惊人。另外，利 用从上述发光元件发出的光的一部分激励荧光体，以将荧光体产生的光和来自发光元件的 光混合而得到的白色光作为光源，应用于照明装置的技术受到瞩目。然而，未能获得满足高 效率的要求的光源。作为其理由，如特别着眼于使用荧光体得到白色光的过程，则使效率下 降的主要原因主要有两个。首先，第一是由于波长转换损失了一部分能量(斯托克斯损耗(Stokes’ loss))。 具体而言，从发光元件发出、被荧光体吸收的激励光，被波长转换为能量低于从发光元件产 生的光所具有的能量的光，再向外部发射。此时，产生相当于来自发光元件的激励光与来自 荧光体的发出光分别具有的能量之差的损耗，使效率下降。第二是在荧光体的非发光再结合(non-emissive recombination)导致的效率下 降(荧光体的内部量子效率的下降)。具体而言，存在于荧光体内的晶体缺陷作为非发光复 合中心发挥功能，通过激励光在荧光体内生成的载体的一部分没有对发光起作用，而被所 述晶体缺陷捕获，使荧光体的发光效率下降。因此，在通过使用荧光体经过如上所述的两个阶段得到白色光时，效率会显著下 降，阻碍发光元件的高效化。以上的说明引用了本申请的申请人在以前提出的专利文献 1的记载。此外，若使用所述荧光体，则由于硫化物系列、硅酸盐系列及卤化硅酸盐系列 (halosilicate)荧光体会产生湿度导致的水解(水合反应)，并且会因紫外光等激励光而 急速劣化，因此存在可靠性较低，寿命较短的问题。另外，若使用荧光体，则还存在显色性或 色调不够的问题。即，在实现高显色的白色发光时，在现状下，红色荧光体的发光较弱，显色 性与发光效率处于取舍(tradeoff)关系。另一方面，在用紫外发光半导体激励RGB的3色 的荧光体的方法中，目前无法得到高效率的荧光体。因此，在现在的技术下，为了实现高显色且可靠性较高的白色LED，只有使用RGB 的3色的芯片(chip)的方法，但存在的问题是难以设计不产生色差的光学系统，或从成本 考虑难以将该技术应用于一般照明水平。因此，对于如上所述的技术问题，本申请人提出了如下的化合物半导体发光元件， 即不使用荧光体，且通过使用所述柱状结晶结构体，从而用1个芯片就能实现白色等多色 发光。具体而言，在衬底上，以低于所述柱状结晶结构体的通常的生长温度的温度，使结晶生长的核生长，并经过一定时间而上升至通常的生长温度，从而使所述核具有偏差。之后， 通过以通常方式使柱状结晶结构体生长，使发光层的膜厚和组成也具有偏差，使各柱状结 晶结构体以不同的波长发光。另外，关于所述柱状结晶结构体的生长，在专利文献2等中有 所记载。所述专利文献1所记载的方法，在同一衬底且以单一的生长工序，能简单因而低 成本地实现可多色发光的固体光源，是较好的方法。然而，由于利用生长的偏差实现多色发 光，因此存在照明用途等将固体光源的发光色调整为所期望的色调时的精度较低的问题。专利文献1 日本专利公开公报特开2007-123398号专利文献2 日本专利公开公报特开2005-228936号
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种化合物半导体发光元件及采用该化合物半导体发光 元件的照明装置以及化合物半导体发光元件的制造方法，能以低成本实现所期望的色调 (hue)，并且易于提高色调的调整精度。本专利技术所提供的化合物半导体发光元件包括衬底；第一电极，设置于所述衬底 的其中一个面上；纳米级的多个柱状结晶结构体，其为被依次层叠在所述衬底的另一个面 上的η型半导体层、发光层以及P型半导体层；第二电极，与所述多个柱状结晶结构体的顶 部连接；以及基础层，设置于作为所述衬底的一部分区域的第一区域的所述另一个面一侧， 用于控制所述柱状结晶结构体的生长，其中，在作为所述衬底中除所述第一区域以外的其 余区域的至少一部分的第二区域与该第一区域之间的所述另一个面上设置有高度差。根据上述结构，通过在导电性衬底或者绝缘性的衬底上具备导电性的缓冲层等方 式，在其中一个面形成有第一电极的衬底上，形成依次层叠η型半导体层和发光层和P型半 导体层的、称为纳米柱或纳米棒等的纳米级的多个柱状结晶结构体，在该柱状结晶结构体 的顶部连接第二电极。另外，由于在第一区域设置有控制柱状结晶结构体的生长的基础层， 因此可以改变在第一区域与第二区域柱状结晶结构体的生长速度。而且，通过利用基础层改变在第一区域与第二区域柱状结晶结构体的生长速度， 从而可吸收在第一区域与第二区域之间的高度差，使柱状结晶结构体生长至大致相同的高 度。这样，由于形成于第一区域的柱状结晶结构体和形成于第二区域的柱状结晶结构体的 长度相差高度差的程度，长度和粗度(直径)之比不同，因此发出的光的波长不同。即，可 以形成至少两种以上纵横比不同、表示发射的光的光谱的最大强度的波长不同的柱状结晶 结构体。此时，由于无需使用荧光体或多个芯片即可进行多色发光，因此能以低成本实现 所期望的色调。另外，由于不使用荧光体，因此易于提高可靠性及实现长寿命化。另外，由 于不依赖生长偏差而设定第一区域与第二区域的高度差以及基础层的条件，从而可以将各 区域的柱状结晶结构体设定为对应多个颜色的所期望的长度，因此易于提高色调的调整精 度。此外可通过改变第一区域与第二区域的面积比率使色调变化，因此色调的调整的自由 度增大，易于根据用户需求而调整色调。另外，本专利技术还提供一种采用上述化合物半导体发光元件的照明装置。根据上述结构，即使使用单一种类的化合物半导体发光元件，也能够获得高精度地实现白色光等所期望的色调的照明装置。另外，本专利技术还提供一种化合物半导体发光元件的制造方法，该包括以下工序在 衬底的其中一个面上设置第一电极的工序；通过在作为所述衬底的一部分区域的第一区域 的另一个面一侧形成凹部，从而在作为除所述第一区域以外的其余区域的至少一部分的第 二区域与该第一区域之间形成高度差的工序；在所述凹部的底部形成控制柱状结晶结构体 的生长的基础层的工序；让多个纳米级的柱状结晶结构体生长，直到所述多个纳米级的柱 状结晶结构体在所述凹部的底部与所述第二区域的所述另一个面上的高度达到大致相同 为止的工序，其中，所述多个纳米级的柱状结晶结构体是在所述凹部的底部以及所述第二 区域的所述另一个面上依次层叠η型半导体层、发光层、以及ρ型半导体层而形成；以及形 成与所述多个柱状结晶结构体的顶部连接的第二电极的工序。根据该方法，易于形成所述化合物半导体发光元件。另外，由于是同一衬底且为单 一的生长工序，因此能够获得以低成本实现所期望的色调的固体光源。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方式所涉及的化合物半导体发光元件即发光二极 管的结构的剖视本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种化合物半导体发光元件，其特征在于包括：衬底；第一电极，设置于所述衬底的其中一个面上；纳米级的多个柱状结晶结构体，其为被依次层叠在所述衬底的另一个面上的ｎ型半导体层、发光层以及ｐ型半导体层；第二电极，与所述多个柱状结晶结构体的顶部连接；以及基础层，设置于作为所述衬底的一部分区域的第一区域的所述另一个面一侧，用于控制所述柱状结晶结构体的生长，其中，在作为所述衬底中除所述第一区域以外的其余区域的至少一部分的第二区域与该第一区域之间的所述另一个面上设置有高度差。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特大卫阿米蒂奇，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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