專利名稱：化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件、采用該化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的照明裝置以及化合物半導(dǎo)體發(fā) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在化合物半導(dǎo)體內(nèi)使電子與空穴復(fù)合(electron-hole recombination)而發(fā)光的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件及采用該化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的照 明裝置以及化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，特別是涉及具有多個(gè)稱為納米柱(nano column)或納米棒(nanorod)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的所述化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來，使用氮化物半導(dǎo)體(以下稱為氮化物(nitride))，在其中形成發(fā)光層，并 從外部注入電流，在該發(fā)光層內(nèi)使電子與空穴復(fù)合而發(fā)光的發(fā)光元件的發(fā)展驚人。另外，利 用從上述發(fā)光元件發(fā)出的光的一部分激勵(lì)熒光體，以將熒光體產(chǎn)生的光和來自發(fā)光元件的 光混合而得到的白色光作為光源，應(yīng)用于照明裝置的技術(shù)受到矚目。然而，未能獲得滿足高 效率的要求的光源。作為其理由，如特別著眼于使用熒光體得到白色光的過程，則使效率下 降的主要原因主要有兩個(gè)。首先，第一是由于波長轉(zhuǎn)換損失了一部分能量(斯托克斯損耗(Stokes’ loss))。 具體而言，從發(fā)光元件發(fā)出、被熒光體吸收的激勵(lì)光，被波長轉(zhuǎn)換為能量低于從發(fā)光元件產(chǎn) 生的光所具有的能量的光，再向外部發(fā)射。此時(shí)，產(chǎn)生相當(dāng)于來自發(fā)光元件的激勵(lì)光與來自 熒光體的發(fā)出光分別具有的能量之差的損耗，使效率下降。第二是在熒光體的非發(fā)光再結(jié)合(non-emissive recombination)導(dǎo)致的效率下 降(熒光體的內(nèi)部量子效率的下降)。具體而言，存在于熒光體內(nèi)的晶體缺陷作為非發(fā)光復(fù) 合中心發(fā)揮功能，通過激勵(lì)光在熒光體內(nèi)生成的載體的一部分沒有對(duì)發(fā)光起作用，而被所 述晶體缺陷捕獲，使熒光體的發(fā)光效率下降。因此，在通過使用熒光體經(jīng)過如上所述的兩個(gè)階段得到白色光時(shí)，效率會(huì)顯著下 降，阻礙發(fā)光元件的高效化。以上的說明引用了本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在以前提出的專利文獻(xiàn) 1的記載。此外，若使用所述熒光體，則由于硫化物系列、硅酸鹽系列及鹵化硅酸鹽系列 (halosilicate)熒光體會(huì)產(chǎn)生濕度導(dǎo)致的水解(水合反應(yīng))，并且會(huì)因紫外光等激勵(lì)光而 急速劣化，因此存在可靠性較低，壽命較短的問題。另外，若使用熒光體，則還存在顯色性或 色調(diào)不夠的問題。即，在實(shí)現(xiàn)高顯色的白色發(fā)光時(shí)，在現(xiàn)狀下，紅色熒光體的發(fā)光較弱，顯色 性與發(fā)光效率處于取舍(tradeoff)關(guān)系。另一方面，在用紫外發(fā)光半導(dǎo)體激勵(lì)RGB的3色 的熒光體的方法中，目前無法得到高效率的熒光體。因此，在現(xiàn)在的技術(shù)下，為了實(shí)現(xiàn)高顯色且可靠性較高的白色LED，只有使用RGB 的3色的芯片(chip)的方法，但存在的問題是難以設(shè)計(jì)不產(chǎn)生色差的光學(xué)系統(tǒng)，或從成本 考慮難以將該技術(shù)應(yīng)用于一般照明水平。因此，對(duì)于如上所述的技術(shù)問題，本申請(qǐng)人提出了如下的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 即不使用熒光體，且通過使用所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，從而用1個(gè)芯片就能實(shí)現(xiàn)白色等多色 發(fā)光。具體而言，在襯底上，以低于所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的通常的生長溫度的溫度，使結(jié)晶生長的核生長，并經(jīng)過一定時(shí)間而上升至通常的生長溫度，從而使所述核具有偏差。之后， 通過以通常方式使柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長，使發(fā)光層的膜厚和組成也具有偏差，使各柱狀結(jié) 晶結(jié)構(gòu)體以不同的波長發(fā)光。另外，關(guān)于所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長，在專利文獻(xiàn)2等中有 所記載。所述專利文獻(xiàn)1所記載的方法，在同一襯底且以單一的生長工序，能簡單因而低 成本地實(shí)現(xiàn)可多色發(fā)光的固體光源，是較好的方法。然而，由于利用生長的偏差實(shí)現(xiàn)多色發(fā) 光，因此存在照明用途等將固體光源的發(fā)光色調(diào)整為所期望的色調(diào)時(shí)的精度較低的問題。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開公報(bào)特開2007-123398號(hào)專利文獻(xiàn)2 日本專利公開公報(bào)特開2005-228936號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件及采用該化合物半導(dǎo)體發(fā)光 元件的照明裝置以及化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，能以低成本實(shí)現(xiàn)所期望的色調(diào) (hue)，并且易于提高色調(diào)的調(diào)整精度。本發(fā)明所提供的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件包括襯底；第一電極，設(shè)置于所述襯底 的其中一個(gè)面上；納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其為被依次層疊在所述襯底的另一個(gè)面 上的η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo)體層；第二電極，與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂 部連接；以及基礎(chǔ)層，設(shè)置于作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域的所述另一個(gè)面一側(cè)， 用于控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長，其中，在作為所述襯底中除所述第一區(qū)域以外的其 余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū)域與該第一區(qū)域之間的所述另一個(gè)面上設(shè)置有高度差。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過在導(dǎo)電性襯底或者絕緣性的襯底上具備導(dǎo)電性的緩沖層等方 式，在其中一個(gè)面形成有第一電極的襯底上，形成依次層疊η型半導(dǎo)體層和發(fā)光層和P型半 導(dǎo)體層的、稱為納米柱或納米棒等的納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，在該柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體 的頂部連接第二電極。另外，由于在第一區(qū)域設(shè)置有控制柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長的基礎(chǔ)層， 因此可以改變在第一區(qū)域與第二區(qū)域柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度。而且，通過利用基礎(chǔ)層改變在第一區(qū)域與第二區(qū)域柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度， 從而可吸收在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的高度差，使柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長至大致相同的高 度。這樣，由于形成于第一區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體和形成于第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的 長度相差高度差的程度，長度和粗度(直徑)之比不同，因此發(fā)出的光的波長不同。即，可 以形成至少兩種以上縱橫比不同、表示發(fā)射的光的光譜的最大強(qiáng)度的波長不同的柱狀結(jié)晶 結(jié)構(gòu)體。此時(shí)，由于無需使用熒光體或多個(gè)芯片即可進(jìn)行多色發(fā)光，因此能以低成本實(shí)現(xiàn) 所期望的色調(diào)。另外，由于不使用熒光體，因此易于提高可靠性及實(shí)現(xiàn)長壽命化。另外，由 于不依賴生長偏差而設(shè)定第一區(qū)域與第二區(qū)域的高度差以及基礎(chǔ)層的條件，從而可以將各 區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體設(shè)定為對(duì)應(yīng)多個(gè)顏色的所期望的長度，因此易于提高色調(diào)的調(diào)整精 度。此外可通過改變第一區(qū)域與第二區(qū)域的面積比率使色調(diào)變化，因此色調(diào)的調(diào)整的自由 度增大，易于根據(jù)用戶需求而調(diào)整色調(diào)。另外，本發(fā)明還提供一種采用上述化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的照明裝置。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使使用單一種類的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，也能夠獲得高精度地實(shí)現(xiàn)白色光等所期望的色調(diào)的照明裝置。另外，本發(fā)明還提供一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，該包括以下工序在 襯底的其中一個(gè)面上設(shè)置第一電極的工序；通過在作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域 的另一個(gè)面一側(cè)形成凹部，從而在作為除所述第一區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第 二區(qū)域與該第一區(qū)域之間形成高度差的工序；在所述凹部的底部形成控制柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體 的生長的基礎(chǔ)層的工序；讓多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長，直到所述多個(gè)納米級(jí)的柱 狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體在所述凹部的底部與所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面上的高度達(dá)到大致相同 為止的工序，其中，所述多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體是在所述凹部的底部以及所述第二 區(qū)域的所述另一個(gè)面上依次層疊η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、以及ρ型半導(dǎo)體層而形成；以及形 成與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂部連接的第二電極的工序。根據(jù)該方法，易于形成所述化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，由于是同一襯底且為單 一的生長工序，因此能夠獲得以低成本實(shí)現(xiàn)所期望的色調(diào)的固體光源。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光二極 管的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2(A)、(B)、(C)是用于說明圖1所示的發(fā)光二極管的具體的制造工序的圖。圖3是表示本申請(qǐng)發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的、峰值波長的差異相對(duì)于納米柱的高 度的差異的圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光二極 管的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖5是圖4所示的發(fā)光二極管的仰視圖。圖6(A)、⑶、(C)是用于說明圖4及圖5所示的發(fā)光二極管的具體的制造工序的 圖。圖7(A)、⑶、(C)是用于說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光 元件即發(fā)光二極管的制造工序的圖。圖8(A)、(B)、(C)是用于說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光 元件即發(fā)光二極管的制造工序的圖。圖9(A)、⑶是用于說明本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件 即發(fā)光二極管的制造工序的圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光二極 管1的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在本實(shí)施方式中，作為納米柱(nan0-C0lumn)2的材料以GaN為例， 但不限于此，可將包含氧化物、氮化物、氧氮化物等的全部化合物半導(dǎo)體為對(duì)象。另外，納米 柱2的生長以利用分子束外延(MBE)裝置進(jìn)行為前提，但眾所周知，也可以使用金屬有機(jī)氣 相沉積(MOCVD)裝置或氫化物氣相外延(HVPE)裝置等來生成納米柱2。下面，如無特別說 明，則使用的是MBE裝置。
該發(fā)光二極管1，在Si襯底4的其中一表面(圖1的Si襯底4的底面)形成有η 型電極3 (第一電極)，在另一表面(圖1的Si襯底4的上表面)形成有多個(gè)沿垂直方向延 伸的納米柱2。納米柱2是具有納米尺寸的粗度的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，從Si襯底4 一側(cè)依次 層疊η型半導(dǎo)體層5、發(fā)光層6以及ρ型半導(dǎo)體層7而構(gòu)成。而且，多個(gè)納米柱2群的頂部 (P型半導(dǎo)體層7)被透明電極8覆蓋，并且在透明電極8的表面上形成有ρ型電極9 (第二 電極)，從而構(gòu)成作為GaN納米柱LED的發(fā)光二極管1。應(yīng)該關(guān)注的是，在本實(shí)施方式中，在 所述Si襯底4上的一部分區(qū)域形成作為凹部的溝槽(trench) 11，而且在該溝槽11內(nèi)形成 作為控制(促進(jìn))納米柱2的生長的基礎(chǔ)層的AlN層12。 圖2是用于說明如上所述的發(fā)光二極管1的具體的制造工序的圖。首先，在面方 位(111)的η型的所述Si襯底4上，利用RIE (Reactive Ion Etching，反應(yīng)離子刻蝕)裝 置，如圖2(A)所示形成多個(gè)溝槽11。各溝槽11的形狀是例如寬度Wl = 20μπκ壁13的厚 度即溝槽間距離W2 = 40 μ m、深度H = 300nm的帶狀(槽)。但是，在所述圖1及該圖2以 及以后的圖中，由于紙面的關(guān)系，與該比例(scale)不同。在形成了所述溝槽11的Si襯底4的表面，用光致抗蝕劑(photoresist)形成圖 案，并去除各溝槽11內(nèi)的光致抗蝕劑。然后，利用EB (電子束)蒸鍍裝置，對(duì)整個(gè)表面蒸鍍 Al達(dá)lOnm，并通過光刻(photolithography)及使用RIE裝置的蝕刻，如圖2 (B)所示，去除 溝槽11外的Al。之后，在MBE裝置內(nèi)，在800！左右進(jìn)行氮化，使所述Al成為所述AlN層 12。或者，將Si襯底4放入MBE裝置，在400°C的溫度下利用Al分子束和N2等離子體源， 向Si襯底4上照射Al原子及N基(radical)，在該Si襯底4的整個(gè)表面形成IOnm的AlN 薄膜。之后，從MBE裝置中取出形成有AlN薄膜的Si襯底4，通過在各溝槽11內(nèi)留下AlN 薄膜，可以形成所述AlN層12。之后，利用所述MBE裝置，如圖2(C)所示，在Si襯底4的形成有溝槽11側(cè)的表 面、即溝槽11內(nèi)的AlN薄膜表面上、及壁13的表面上，向與襯底垂直的方向延伸地使納米 柱2生長。具體而言，在真空度為2e_5torr、襯底溫度為750°C、等離子體輸出為450W的條件 下，作為載體氣體供給氫氣(H2),作為Ga原料供給三甲基鎵(Ga (CH3)3),作為氮原料供給氨 (NH3)。并且，為了添加具有η型傳導(dǎo)性的Si作為雜質(zhì)，供給硅烷(SiH4)。若以3.4nm/min 的流量供給Ga束流(flux)，則所述η型半導(dǎo)體層5在所述AlN層11(應(yīng)為12)上以壁13 上的生長速度的兩倍以上的速度呈柱狀生長，并且當(dāng)使其生長1小時(shí)，形成于AlN層11 (應(yīng) 為12)上的η型半導(dǎo)體層5和形成于壁13上的η型半導(dǎo)體層5的高度大致相同。接下來，使襯底溫度下降到650°C，將雜質(zhì)氣體由所述硅烷(SiH4)變更為作為In 原料的三甲基銦(In(CH3)3)，使該In束流的流量設(shè)為lOnm/min，由此在η型半導(dǎo)體層5上 生長由InGaN量子阱(quantum wells)構(gòu)成的所述發(fā)光層6。生長時(shí)間為1分鐘。Ga束 流的流量及等離子體輸出與η型半導(dǎo)體層5生長時(shí)相同。此處，重要的是，In束流的流速 (rate)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ga束流的流速，且Ga束流的流速小于N束流的流速。所述發(fā)光層6也可 以形成為InGaN/GaN多量子阱(multilayer quantum well)結(jié)構(gòu)。另外，也可以在所述η 型半導(dǎo)體層5內(nèi)適當(dāng)形成反射膜。進(jìn)一步，將襯底溫度提高至750°C，將雜質(zhì)氣體從所述三甲基銦(In(CH3)3)變更為 包含具有P型傳導(dǎo)性的Mg的二茂鎂(cyclopentadienyl magnesium) (Mg (C5H5) 2)，使該Mg束 流的流量設(shè)為lnm/min，使所述Ga束流的流量設(shè)為5nm/min，由此在發(fā)光層6上生長所述ρ型半導(dǎo)體層7。生長時(shí)間為4分鐘，等離子體輸出在納米柱2的生長期間，同樣為所述450W。 在該P(yáng)型半導(dǎo)體層7生長時(shí)，通過逐漸改變氨(NH3)的流量、載體氣體H2的流量、或者生長 溫度，使納米柱2的直徑逐漸增加，從而使各納米柱2的ρ型半導(dǎo)體層7被合并(merge)，形 成平整的P型層14。
之后，通過在EB蒸鍍裝置進(jìn)行蒸鍍，如圖1所示，在所述P型層14的表面形成層 疊有厚度3nm的Ni與厚度IOOnm的ITO的Ni 3nm/1 TO IOOnm的層疊ρ型接觸層來作為所述 透明電極8，在該透明電極8上形成包括500nm的Au的ρ型墊電極(pad electrode)來作 為所述P型電極9。另外，同樣地，通過在EB蒸鍍裝置進(jìn)行蒸鍍，在Si襯底4的背面形成包 括層疊有厚度30nm的Ti和厚度500nm的Au的Ti 30nm/Au 500nm的層疊η型接觸層以及 η型墊電極的所述η型電極3，以此制成該發(fā)光二極管1。如上所述，通過在Si襯底4的一部分區(qū)域形成溝槽11，在該溝槽11內(nèi)進(jìn)一步形 成作為所述納米柱2的化合物種結(jié)晶膜(compound seed crystal film)的AlN層12后使 納米柱2生長，從而具有所述AlN層12的區(qū)域與沒有該層的壁13上的區(qū)域相比，納米柱2 的生長更快(例如為兩倍左右)，如生長規(guī)定的時(shí)間，則吸收所述溝槽11與壁13的高度差 (Ieveldifference),ρ型層14的表面大致成為相同的高度。這樣一來，可以形成至少兩種 以上的高度不同、即縱橫比(長度/直徑)不同，且表示發(fā)射的光的光譜的最大強(qiáng)度的波長 不同的納米柱2。此時(shí)，如圖1所示，被夾于溝槽11的底面與Si襯底4的底面之間的區(qū)域相當(dāng)于第 一區(qū)域A，從Si襯底4中除去第一區(qū)域A的其余區(qū)域、即被夾于壁13的上表面與Si襯底4 的底面的區(qū)域相當(dāng)于第二區(qū)域B。此處，圖3表示本申請(qǐng)發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該圖3是表示以上述組成使直徑 300nm的納米柱2生長時(shí)的高度(長度)與峰值波長的關(guān)系的圖?？梢?，納米柱2的高度 越高、即縱橫比越大，峰值波長越長。如上所述縱橫比越大則峰值波長越長的原因如下。首 先，在GaN納米柱生長中，原子供給是由吸附脫離過程及表面擴(kuò)散過程決定的。下面，大概地說明納米柱生長的機(jī)理。本發(fā)明人認(rèn)為在納米柱生長的條件下，表 面擴(kuò)散過程支配Ga原子的供給。S卩，Ga原子邊從納米柱的根部向前端擴(kuò)散，邊以一定的概 率脫離。可以假設(shè)該脫離的概率與擴(kuò)散時(shí)間成比例。另一方面，就In原子而言，隨著通常 的結(jié)晶生長，向量子阱層的吸附脫離過程占支配地位。因此，隨著納米柱的高度升高，到達(dá) 量子阱層的Ga原子減少；另一方面，In原子與納米柱的高度無關(guān)地以一定的比例被吸入到 量子阱層中。結(jié)果，量子阱層的In/Ga比率與納米柱的高度(長度)成比例地增加，如上所 述，隨著納米柱變高，發(fā)光波長向長波長一側(cè)變化。另外，在納米柱高度相同但直徑不同時(shí)，被吸入量子阱層的In原子數(shù)與納米柱的 直徑的平方成比例。另一方面，Ga原子數(shù)與納米柱的直徑成比例。其結(jié)果，In/Ga比率與直 徑成比例地增加。由以上可知，決定波長的In/Ga比率取決于納米柱的縱橫比(高度/直 徑)，縱橫比越大，越向長波長一側(cè)變化。通過應(yīng)用這樣的機(jī)理，在同一生長條件下，可以在1個(gè)芯片上形成具有所述AlN層 12的區(qū)域和沒有該層的壁13上的區(qū)域的波長不同的LED芯片。而且，通過將納米柱2的長 度設(shè)定為使其分別發(fā)射與CIE(Commission International de 1' Eclairage，國際照明委 員會(huì))色度圖的白色區(qū)域交叉的直線的長波長一側(cè)的光和短波長一側(cè)的光，從而能夠生成白色光。另外，通過將所述高度差設(shè)為3級(jí)，將表示各區(qū)域的納米柱2發(fā)射的光的光譜的最 大強(qiáng)度的波長設(shè)定為，位于包圍所述CIE色度圖的白色區(qū)域的三角形頂點(diǎn)的顏色的波長， 從而能夠生成更真實(shí)的白色光。由此，可使用同一 Si襯底4，且以單一的生長工序，簡單而低成本地制成實(shí)現(xiàn)白色 光等所期望的色調(diào)的固體光源。另外，由于不使用熒光體而能夠?qū)崿F(xiàn)所期望的色調(diào)，因此可 以實(shí)現(xiàn)較高的可靠性及長壽命化，并且由于可以任意調(diào)整所述AlN層12及溝槽11的面積， 因此可以根據(jù)用戶需求細(xì)致、高精度地調(diào)整所述色調(diào)。(第二實(shí)施方式)圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光二極 管21的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖5是該發(fā)光二極管21的仰視圖。該發(fā)光二極管21與所述發(fā)光 二極管1類似，在對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)注同一參照符號(hào)進(jìn)行表示，并省略其說明。應(yīng)該關(guān)注的是下 述幾點(diǎn)。即，在本實(shí)施方式中，在各溝槽11的底部的外周部分的下部、即第一區(qū)域A與第二 區(qū)域B的交界部分具有絕緣區(qū)域22，并且，所述溝槽11呈(向圖4的縱深方向)帶狀延伸 而連續(xù)形成。而且，與這些相對(duì)應(yīng)，如圖5所示，形成有將各溝槽11的區(qū)域(各第一區(qū)域A) 連續(xù)地連接的梳形的η型電極24 (第一區(qū)域用電極)、以及將各壁13的區(qū)域(各第二區(qū)域 B)連續(xù)地連接的梳型的η型電極23 (第二區(qū)域用電極)，并且對(duì)η型電極23、24分別施加 電壓及電流。S卩，由于可以通過η型電極24，一并供給用于使形成于各溝槽11內(nèi)的較長的納米 柱2發(fā)光的電壓、電流，通過η型電極24(應(yīng)為23) —并供給用于使形成于壁13上的較短 的納米柱2發(fā)光的電壓、電流，因此可以分別調(diào)節(jié)較長的納米柱2發(fā)出的光的強(qiáng)度和較短的 納米柱2發(fā)出的光的強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)發(fā)光二極管21整體的發(fā)光色(色調(diào))。圖6是用于說明如上所述的發(fā)光二極管21的具體的制造工序的圖。與所述圖2(A) 相同，如圖6(A)所示形成多個(gè)溝槽11，利用CVD裝置，如圖6(B)所示，在Si襯底4上形成 IOOnm的Si氧化膜25，通過通常的光刻和使用RIE或者HF (氟化氫hydrogenf luoride) 的蝕刻，在各溝槽11的底部的外周部分形成開口 26。接下來，以該Si氧化膜25作為掩模 材料，利用離子注入裝置，如參照符號(hào)27所示注入0離子進(jìn)行退火處理，可以形成包括SiO2 的所述絕緣區(qū)域22。之后，如圖6(C)所示，在各溝槽11內(nèi)形成AlN層12并使納米柱2的生長后，形成 所述透明電極8及ρ型電極9，并且形成所述η型電極23、24，從而完成該發(fā)光二極管21。 此時(shí)，圖1所示的發(fā)光二極管1，在所述Si襯底4的底面一側(cè)沿整個(gè)底面共同地形成有包括 Ti30nm/Au500nm的層疊η型接觸層及η型墊電極的所述η型電極3，與此相對(duì)，在本實(shí)施方 式的發(fā)光二極管21，如圖5所示，所述溝槽11的區(qū)域(第一區(qū)域Α)與壁13的區(qū)域(第二 區(qū)域B)通過絕緣區(qū)域22而被隔開。并且，在Si襯底4的底面形成η型電極23、24。該η型電極23、24分別為梳形。 而且，η型電極23、24在Si襯底4的底面以梳齒互相嚙合的方式相對(duì)配置，且η型電極24 的梳齒部分與第一區(qū)域A連接，η型電極23的梳齒部分與第二區(qū)域B連接。這樣互相隔開 的η型電極23、24只需在形成所述Ti/Au層之后執(zhí)行通常的光刻工序與蝕刻工序即可以簡 單地實(shí)現(xiàn)。這樣，在Si襯底4上，并非將各溝槽11的區(qū)域離散或者分散配置為島狀等，而是將各溝槽11形成為帶狀，并通過分離形成向形成于各溝槽11的納米柱2—并供給電壓、電 流的η型電極24和向形成于各壁13的納米柱2 —并供給電壓、電流的η型電極23，從而可 向形成于各溝槽11的納米柱2和形成于各壁13的納米柱2施加與各發(fā)光波長相適應(yīng)的電 壓。另外，通過分別改變流過η型電極23、24的電流，可以調(diào)整各光譜的強(qiáng)度，也可調(diào)整色 調(diào)(1個(gè)芯片多色發(fā)光)。此時(shí)，作為與η型電極23、24配對(duì)的電極，可以共用透明電極8和ρ型電極9。另外，通過在所述溝槽11的底部的外周部分的下部形成絕緣區(qū)域22，可以防止各 區(qū)域內(nèi)的電流向其他區(qū)域泄漏，更易于進(jìn)行所述1個(gè)芯片多色發(fā)光的控制。(第三實(shí)施方式) 圖7是用于說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光 二極管31的制造工序的圖。該發(fā)光二極管31與所述發(fā)光二極管1類似，在對(duì)應(yīng)的部分標(biāo) 注同一參照符號(hào)進(jìn)行表示，并省略其說明。應(yīng)該關(guān)注的是，在所述發(fā)光二極管1、21，于溝槽 11內(nèi)形成構(gòu)成化合物種結(jié)晶膜的AlN層12來作為基礎(chǔ)層，但在該發(fā)光二極管31，將在納米 柱2生長時(shí)將所述Ga、N、In、Al等化合物半導(dǎo)體材料、或Mg、Si等添加物材料熔解并吸入， 且自身不與這些材料生成合成物的催化劑(catalyst)材料膜即Ni薄膜32作為基礎(chǔ)層。S卩，在GaN襯底34上，利用RIE裝置，如圖7 (A)所示形成所述溝槽11。溝槽11的 形狀與上述相同，寬度Wl = 20 μ m、壁13的厚度即溝槽間距離W2 = 40 μ m、深度H = 300nm。 在形成有所述溝槽11的GaN襯底34的表面，利用EB蒸鍍裝置對(duì)整個(gè)表面蒸鍍M薄膜32 達(dá)5nm，通過光刻及使用RIE裝置的蝕刻，如圖7(B)所示，去除溝槽11外及該溝槽11內(nèi)的 多余的M薄膜，僅在將來形成納米柱2的部分保留所述M薄膜32。若將這樣的襯底34作為生長襯底，并用所述MBE裝置使納米柱2生長，則主要基 于形成該納米柱的Ga、N、In原子向所述Ni薄膜32的吸附概率及擴(kuò)散速度的差異，具有Ni 薄膜32的部分與沒有該膜的部分相比，納米柱的生長速度例如快5倍左右，從而如圖7(C) 所示，可以吸收溝槽11與壁13的高度差，使ρ型層14的表面的高度大致相同。通過將所述催化劑材料變更為Cu、Fe、Au等其他材料，并基于各原子的吸附 概率及擴(kuò)散速度的差異，可變更生長速度。并且，當(dāng)利用電子束光刻技術(shù)(electron beamlithography)或納米印刷技術(shù)(nanoimprinting)將所述Ni薄膜32圖案化時(shí)，即使納 米柱2的高度相同，也可使直徑(粗度)、即縱橫比變化。即使如上構(gòu)成也能獲得以低成本 實(shí)現(xiàn)所期望的色調(diào)的固體光源，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的可靠性及長壽命化。(第四實(shí)施方式)圖8是用于說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光 二極管41的制造工序的圖。該發(fā)光二極管41與所述發(fā)光二極管31類似，在對(duì)應(yīng)的部分標(biāo) 注同一參照符號(hào)進(jìn)行表示，并省略其說明。應(yīng)該關(guān)注的是，在所述發(fā)光二極管31，催化劑材 料膜(catalyst material film)即Ni薄膜32僅設(shè)置于溝槽11內(nèi)，與之相對(duì)，在該發(fā)光二 極管41，在壁13上也設(shè)置有Ni薄膜43，其厚度厚于溝槽11內(nèi)的Ni薄膜42。 S卩，在GaN襯底34上，利用MBE裝置，如圖8 (A)所示堆積所述Ni薄膜43達(dá)3nm。 之后，通過光刻及使用RIE裝置的蝕刻來形成溝槽11。溝槽11的形狀與上述相同，寬度Wl =20 μ m、壁13的厚度即溝槽間距離W2 = 40 μ m、深度H = 300nm。之后，當(dāng)進(jìn)一步利用EB 蒸鍍裝置在整個(gè)表面蒸鍍Ni薄膜達(dá)2nm時(shí)，所述壁13上的Ni薄膜43為5nm，溝槽11內(nèi)的Ni薄膜42為2nm。之后，當(dāng)加熱整個(gè)GaN襯底34時(shí)，如圖8⑶所示，所述Ni薄膜42、 43收縮為島狀并分離。此時(shí)，壁13上的M薄膜43成為較大的島，以高密度散布；溝槽11 內(nèi)的M薄膜42成為較小的島，以低密度分布。如以這樣的襯底34作為生長襯底，利用所述MBE裝置使納米柱2生長 ，則由于在 溝槽11部分與壁13部分使用相同的催化劑材料，雖然形成納米柱的Ga、N、In原子向所述 Ni薄膜42、43的吸附概率及擴(kuò)散速度相同，但當(dāng)催化劑島的密度如上所述地高至某種程度 時(shí)，基于納米柱2這樣的表面擴(kuò)散長度較長的供給原子數(shù)的差異，生長速度在低密度的溝 槽11部分變快，如圖8(C)所示，可以吸收溝槽11與壁13的高度差，使ρ型層14的表面為 大致相同的高度。即使如上構(gòu)成也能夠獲得以低成本實(shí)現(xiàn)所期望的色調(diào)的固體光源，并且 能夠?qū)崿F(xiàn)較高的可靠性及長壽命化。當(dāng)然，將這樣的條件不同的膜42、43形成于溝槽11與壁13來改變納米柱2的生 長速度的技術(shù)，并不限于這些膜42、43即催化劑材料膜，也可以同樣適用于所述化合物種
結(jié)晶膜。(第五實(shí)施方式)圖9是用于說明本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件即發(fā)光 二極管51的制造工序的圖。該發(fā)光二極管51與所述發(fā)光二極管1類似，在對(duì)應(yīng)的部分標(biāo) 注同一參照符號(hào)進(jìn)行表示，并省略其說明。應(yīng)該關(guān)注的是，在該發(fā)光二極管51，通過后處理 來變更特定的納米柱2a的縱橫比。在該圖9所示的例子中，在氧氣氛中，如圖9(A)所示， 從激光源52向該特定的納米柱2a照射激光53。另外，作為變更所述縱橫比的處理，除此之 外，利用氧化或硫化導(dǎo)致的失活(inactivation)等的后處理，也能得到相同的效果。通過照射所述激光53，只有該特定的納米柱2a會(huì)局部地溫度上升，納米柱2a的外 周部分被氧化，如圖9(B)所示地形成氧化膜2b，實(shí)質(zhì)性地減小有效直徑，從而所述縱橫比 變大。此處，作為激光53的波長，通過使用GaN的能帶隙(bandgap)以下的峰值波長，通過 P型層14，照射特定的納米柱2a整體。然后，據(jù)此在ρ型層14上形成的氧化膜，可通過輕 度的RIE蝕刻而去除。這樣一來，可以進(jìn)一步調(diào)整色調(diào)。另外，如果是將整個(gè)納米柱2的縱 橫比增大，則用電爐等對(duì)整體進(jìn)行加熱，以代替局部加熱即可。通過將如上所述地構(gòu)成的發(fā)光二極管1、21、31、41、51用于照明裝置，即使使用單 一種類的該發(fā)光二極管1、21、31、41、51，也能得到以高精度實(shí)現(xiàn)白色光等所期望的色調(diào)的 照明裝置。S卩，本發(fā)明所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件包括襯底；第一電極，設(shè)置于所述襯 底的其中一個(gè)面上；納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其為被依次層疊在所述襯底的另一個(gè) 面上的η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo)體層；第二電極，與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的 頂部連接；以及基礎(chǔ)層，設(shè)置于作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域的所述另一個(gè)面一 側(cè)，用于控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長，其中，在作為所述襯底中除所述第一區(qū)域以外的 其余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū)域與該第一區(qū)域之間的所述另一個(gè)面上設(shè)置有高度差。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過在導(dǎo)電性襯底或者絕緣性的襯底上具備導(dǎo)電性的緩沖層等方 式，在其中一個(gè)面形成有第一電極的襯底上，形成依次層疊η型半導(dǎo)體層和發(fā)光層和P型半 導(dǎo)體層的、稱為納米柱或納米棒等的納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，在該柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體 的頂部連接第二電極。另外，由于在第一區(qū)域設(shè)置有控制柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長的基礎(chǔ)層，因此可以改變在第一區(qū)域與第二區(qū)域柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度。而且，通過利用基礎(chǔ)層改變在第一區(qū)域與第二區(qū)域柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度， 從而可吸收在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的高度差，使柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長至大致相同的高 度。這樣，由于形成于第一區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體和形成于第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的 長度相差高度差的程度，長度和粗度(直徑)之比不同，因此發(fā)出的光的波長不同。即，可 以形成至少兩種以上縱橫比不同、表示發(fā)射的光的光譜的最大強(qiáng)度的波長不同的柱狀結(jié)晶 結(jié)構(gòu)體。此時(shí)，由于無需使用熒光體或多個(gè)芯片即可進(jìn)行多色發(fā)光，因此能以低成本實(shí)現(xiàn) 所期望的色調(diào)。另外，由于不使用熒光體，因此易于提高可靠性及實(shí)現(xiàn)長壽命化。另外，由 于不依賴生長偏差而設(shè)定第一區(qū)域與第二區(qū)域的高度差以及基礎(chǔ)層的條件，從而可以將各 區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體設(shè)定為對(duì)應(yīng)多個(gè)顏色的所期望的長度，因此易于提高色調(diào)的調(diào)整精 度。此外可通過改變第一區(qū)域與第二區(qū)域的面積比率使色調(diào)變化，因此色調(diào)的調(diào)整的自由 度增大，易于根據(jù)用戶需求而調(diào)整色調(diào)。
另外，較為理想的是，在所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面，形成有與所述第一區(qū)域的 基礎(chǔ)層條件不同的基礎(chǔ)層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過對(duì)第一區(qū)域的基礎(chǔ)層與第二區(qū)域的基礎(chǔ)層分別設(shè)定條件，易于 對(duì)第一及第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度之差進(jìn)行微調(diào)，其結(jié)果，第一及第二區(qū)域 的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的長度的調(diào)整、即發(fā)光色的色調(diào)的微調(diào)變得容易。另外，較為理想的是，所述第一區(qū)域的基礎(chǔ)層與所述第二區(qū)域的基礎(chǔ)層的層厚以 及材料中的至少其中之一被設(shè)定為互不相同。對(duì)于第一區(qū)域的基礎(chǔ)層與第二區(qū)域的基礎(chǔ)層，通過將層厚、以及材料中的至少其 中之一設(shè)定為互不相同的條件，可使第一及第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長速度不同。另外，也可以是所述基礎(chǔ)層被分離成多個(gè)島，構(gòu)成所述第一區(qū)域的基礎(chǔ)層的島的 大小和構(gòu)成所述第二區(qū)域的基礎(chǔ)層的島的大小被設(shè)定為互不相同的條件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的粗度(直徑)根據(jù)基礎(chǔ)層的島的大小而變化， 因此通過改變第一區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體與第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的直徑，使長度與 直徑之比互不相同，可以發(fā)出多個(gè)波長的光。另外，較為理想的是，分別設(shè)定在所述第一及第二區(qū)域設(shè)置的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體 的長度與粗度之比，使表示在所述第一及第二區(qū)域設(shè)置的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體發(fā)射的光的光譜 的最大強(qiáng)度的波長為位于與CIE色度圖的白色區(qū)域交叉的直線的兩端的顏色的波長。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能由1個(gè)元件(element)輸出大致白色的光。另外，也可以在所述襯底設(shè)置有作為除所述第一及第二區(qū)域以外的其余區(qū)域的至 少一部分的第三區(qū)域，在所述襯底的所述另一個(gè)面具有與所述第一及第二區(qū)域高度不同的 高度差，在所述第三區(qū)域的所述另一個(gè)面設(shè)置有控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長的基礎(chǔ) 層，所述第一、第二、以及第三區(qū)域的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的長度與粗度之比被分別設(shè)定為， 使表示在所述第一、第二、以及第三區(qū)域設(shè)置的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體發(fā)射的光的光譜的最大 強(qiáng)度的波長為位于包圍CIE色度圖的白色區(qū)域的三角形頂點(diǎn)的顏色的波長。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能由1個(gè)元件輸出更加接近白色的光。另外，較為理想的是，所述基礎(chǔ)層為化合物種結(jié)晶膜。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過對(duì)于Ga、N、IruAl等化合物半導(dǎo)體材料或Mg、Si等添加物材料， 使用AlN等化合物種結(jié)晶膜作為基礎(chǔ)層，可以促進(jìn)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長。另外，所述基礎(chǔ)層也可以為催化劑材料膜。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使用對(duì)于Ga、N、In、Al等化合物半導(dǎo)體材料或Mg、Si等添加物 材料，將這些材料熔解并吸入，且自身不與這些材料生成合成物的Ni、Cu、Fe、Au等催化劑 (觸媒)材料膜作為基礎(chǔ)層，可以促進(jìn)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長。另外，較為理想的是，所述第一區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)，呈彼此之間隔開一定間隔的帶狀，構(gòu) 成所述一定間隔的區(qū)域被用作所述第二區(qū)域，所述第一電極包括第一區(qū)域用電極，用于向 所述多個(gè)第一區(qū)域一并供給電壓；以及第二區(qū)域用電極，與該第一區(qū)域用電極隔開，用于向 所述第二區(qū)域供給電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使用第一區(qū)域用電極與第二區(qū)域用電極，可以向形成于第一區(qū) 域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體、以及形成于第二區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體供給不同的電壓，因此能對(duì) 各區(qū)域的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體施加與其發(fā)光波長相適應(yīng)的電壓。另外，通過改變流過各電極的 電流，能夠調(diào)整各光譜的強(qiáng)度，也能夠調(diào)整色調(diào)(1個(gè)芯片多色發(fā)光)。另外，較為理想的是，所述第一區(qū)域用電極被以梳形形成在所述襯底的所述其中 一個(gè)面上，并且所述梳形的梳齒沿所述帶狀的第一區(qū)域配設(shè)且與所述帶狀的第一區(qū)域連 接；所述第二區(qū)域用電極被以梳形形成在所述襯底的所述其中一個(gè)面上，且其梳齒與所述 第一區(qū)域用電極的梳齒彼此互相嚙合地相對(duì)配置，并與所述第二區(qū)域連接。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，易于形成用于向多個(gè)第一區(qū)域一并供給電壓的第一區(qū)域用電極，和 與該第一區(qū)域用電極隔開、用于向所述第二區(qū)域供給電壓的第二區(qū)域用電極。另外，較為理想的是，在所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域的交界部具有絕緣區(qū)域。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過將第一區(qū)域與第二區(qū)域的交界部設(shè)為絕緣區(qū)域，可以減少從 各區(qū)域向其他區(qū)域泄漏的電流。其結(jié)果是，易于進(jìn)行用1個(gè)芯片的多色發(fā)光的控制。另外，本發(fā)明所涉及的照明裝置采用上述化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使采用單一種類的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，也能得到高精度地 實(shí)現(xiàn)白色光等所期望的色調(diào)的照明裝置。另外，本發(fā)明所涉及的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法包括以下工序在襯底 的其中一個(gè)面上設(shè)置第一電極的工序；通過在作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域的另 一個(gè)面一側(cè)形成凹部，從而在作為除所述第一區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū) 域與該第一區(qū)域之間形成高度差的工序；在所述凹部的底部形成控制柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生 長的基礎(chǔ)層的工序；讓多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長，直到所述多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié) 晶結(jié)構(gòu)體在所述凹部的底部與所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面上的高度達(dá)到大致相同為止 的工序，其中，所述多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體是在所述凹部的底部以及所述第二區(qū)域 的所述另一個(gè)面上依次層疊η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、以及ρ型半導(dǎo)體層而形成；以及形成與 所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂部連接的第二電極的工序。根據(jù)本方法，易于形成所述化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，由于是同一襯底且為單 一的生長工序，因此能夠得到以低成本實(shí)現(xiàn)所期望的色調(diào)的固體光源。另外，較為理想的是還包括以下工序在形成所述凹部后形成掩模的工序，其中， 所述掩模在所述凹部的底部的外周部分有開口 ；通過從所述開口向所述第一區(qū)域注入離子而形成絕緣層的工序；以及去除所述掩模的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，易于將第一區(qū)域與第二區(qū)域的交界部設(shè)為絕緣區(qū)域。另外，較為理想的是還包括以下工序在所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長之后，通過后處理，選擇性地減小該各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的有效直徑的工序。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于能夠通過后處理改變各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的長度與粗度之比， 因此可進(jìn)一步調(diào)整色調(diào)。
權(quán)利要求
一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于包括襯底；第一電極，設(shè)置于所述襯底的其中一個(gè)面上；納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其為被依次層疊在所述襯底的另一個(gè)面上的n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及p型半導(dǎo)體層；第二電極，與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂部連接；以及基礎(chǔ)層，設(shè)置于作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域的所述另一個(gè)面一側(cè)，用于控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長，其中，在作為所述襯底中除所述第一區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū)域與該第一區(qū)域之間的所述另一個(gè)面上設(shè)置有高度差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于在所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面，形成有與所述第一區(qū)域的基礎(chǔ)層條件不同的基礎(chǔ)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述第一區(qū)域的基礎(chǔ)層與所述第二區(qū)域的基礎(chǔ)層的層厚以及材料中的至少其中之一 被設(shè)定為互不相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述基礎(chǔ)層被分離成多個(gè)島，構(gòu)成所述第一區(qū)域的基礎(chǔ)層的島的大小和構(gòu)成所述第二區(qū)域的基礎(chǔ)層的島的大小被 設(shè)定為互不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于分別設(shè)定在所述第一及第二區(qū)域設(shè)置的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的長度與粗度之比，使表示 在所述第一及第二區(qū)域設(shè)置的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體發(fā)射的光的光譜的最大強(qiáng)度的波長為位于 與CIE色度圖的白色區(qū)域交叉的直線的兩端的顏色的波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 在所述襯底設(shè)置有作為除所述第一及第二區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第三區(qū)域，在所述襯底的所述另一個(gè)面具有與所述第一及第二區(qū)域高度不同的高度差，在所述第三區(qū)域的所述另一個(gè)面設(shè)置有控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長的基礎(chǔ)層， 所述第一、第二以及第三區(qū)域的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的長度與粗度之比被分別設(shè)定為， 使表示在所述第一、第二以及第三區(qū)域設(shè)置的各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體發(fā)射的光的光譜的最大強(qiáng) 度的波長為位于包圍CIE色度圖的白色區(qū)域的三角形頂點(diǎn)的顏色的波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述基礎(chǔ)層為化合物種結(jié)晶膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述基礎(chǔ)層是催化劑材料膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述第一區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)，呈彼此之間隔開一定間隔的帶狀，構(gòu)成所述一定間隔的區(qū)域被用作所述第二區(qū)域， 所述第一電極包括第一區(qū)域用電極，用于向所述多個(gè)第一區(qū)域一并供給電壓；以及 第二區(qū)域用電極，與該第一區(qū)域用電極隔開，用于向所述第二區(qū)域供給電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述第一區(qū)域用電極被以梳形形成在所述襯底的所述其中一個(gè)面上，并且所述梳形的 梳齒沿所述帶狀的第一區(qū)域配設(shè)且與所述帶狀的第一區(qū)域連接；所述第二區(qū)域用電極被以梳形形成在所述襯底的所述其中一個(gè)面上，且其梳齒與所述 第一區(qū)域用電極的梳齒彼此互相嚙合地相對(duì)配置，并與所述第二區(qū)域連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 在所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域的交界部具有絕緣區(qū)域。
12.一種照明裝置，其特征在于采用如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
13.一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于包括以下工序 在襯底的其中一個(gè)面上設(shè)置第一電極的工序；通過在作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域的另一個(gè)面一側(cè)形成凹部，從而在作為 除所述第一區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū)域與該第一區(qū)域之間形成高度差 的工序；在所述凹部的底部形成控制柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長的基礎(chǔ)層的工序； 讓多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長，直到所述多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體在所述 凹部的底部與所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面上的高度達(dá)到大致相同為止的工序，其中，所 述多個(gè)納米級(jí)的柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體是在所述凹部的底部以及所述第二區(qū)域的所述另一個(gè)面 上依次層疊η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及ρ型半導(dǎo)體層而形成；以及 形成與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂部連接的第二電極的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于還包括以 下工序在形成所述凹部后形成掩模的工序，其中，所述掩模在所述凹部的底部的外周部分有 開口 ；通過從所述開口向所述第一區(qū)域注入離子而形成絕緣層的工序；以及 去除所述掩模的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于還包 括以下工序在所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體生長之后，通過后處理，選擇性地減小該各柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu) 體的有效直徑的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括襯底；第一電極，設(shè)置于所述襯底的其中一個(gè)面上；納米級(jí)的多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其為被依次層疊在所述襯底的另一個(gè)面上的n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及p型半導(dǎo)體層；第二電極，與所述多個(gè)柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的頂部連接；以及基礎(chǔ)層，設(shè)置于作為所述襯底的一部分區(qū)域的第一區(qū)域中的所述另一個(gè)面一側(cè)，用于控制所述柱狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)體的生長，其中，在作為所述襯底中除所述第一區(qū)域以外的其余區(qū)域的至少一部分的第二區(qū)域與該第一區(qū)域之間的所述另一個(gè)面上設(shè)置有高度差。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101971369SQ20098010884
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者羅伯特·大衛(wèi)·阿米蒂奇 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社