专利名称：发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以发射大量光的发光装置。
背景技术：
用于可见光的三原色“蓝”、“绿”和“红”的发光装置可以通过使用第III族氮化物半导体来制造。例如，提出了在低温下在蓝宝石衬底上形成无定形缓冲层，然后在由此形成的无定形缓冲层上生长第III族氮化物半导体晶体(例如，Shibata，“Fabrication of LED Based on III-V Nitride and itsApplications”，Journal of the Japanese Association for Crystal Growth，vol.29，No.3，第283页至第287页，Sept.20，2002)。
但是，由于它使用蓝宝石衬底作为衬底，即使当第III族氮化物半导体晶体外延生长，仅能得到具有大缺陷密度的低质量晶体。此外，由于蓝宝石衬底是绝缘体，所以存在得到大尺寸发光装置的问题。
为了解决上面所述的问题，提出了通过使用第III族氮化物半导体如n-GaN的衬底，在衬底上生长第III族氮化物半导体晶体(例如，Nishida，“AlGaN-based Ultraviolet Light Emitting Diodes”，Journal of the JapaneseAssociation for Crystal Growth，vol.29，No.3，第288至295页，Sept.20，2002)。
发明内容
目前，即使通过使用上面所述的发光装置，也不能得到足够的发光强度。在此情形下，本发明的一个目的在于提供一种发光装置，其中提高了发光量而没有改变发光装置的尺寸。
为了达到上面所述的目的，根据本发明的发光装置的特征在于，将半导体层形成在凸凹衬底的凸凹表面上。在此情况下，所述的凸凹衬底可以包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)；形成所述的凸凹衬底的凸凹表面的每个平面具有至少一个选自(11-2L)和(1-10L)中的平面指数，其中L表示1至4的整数；且在形成所述的凸凹衬底的凸凹上表面的每个平面与基准平面之间形成的角度可以为35°至80°。
附图简述
图1所示为根据本发明的发光装置的截面示意图；图2所示为常规发光装置的截面示意图；图3所示为一种用于本发明的凸凹衬底的透视示意图；图4所示为另一种用于本发明的凸凹衬底的透视示意图；和图5为常规衬底的透视示意图。
实施本发明的最佳方式在根据本发明的一种发光装置中，参考图1，半导体层30形成在凸凹衬底1的凸凹表面1a上。通过使用如上所述的这种凸凹衬底1，可以增大用于发光的半导体层30的表面积，因而发光装置的发光量变大。
另一方面，在常规的发光装置中，参考图2，半导体层30形成在平坦衬底2的平坦表面2h上。即，参考图1和2，由于根据本发明的发光装置的半导体层30是形成在凸凹衬底1的凸凹表面1a上的，所以其表面积比形成在平坦衬底2的平坦表面2h上的半导体层30的表面积要大。在此情况下，由于半导体层30单位表面积具有恒定的发光量，通过如上所述的方式使半导体层30的表面积变大，所以可以在不改变发光装置的尺寸的条件下，使发光量增大。
在此情况下，参考图3和图4，不特别限制凸凹衬底1的凸凹表面1a的表面形状，例如，可以允许如图3中所示的具有三角峰部分和三角谷部分的凸凹表面1a，或者可以允许如图4中所示的为多面体锥形形状的凸凹表面1a，其中一个峰部区域是通过虚线描绘的。
此外，不特别限制凸凹衬底1的凸凹表面1a中的峰-谷间距(一个投影部分与相邻投影部分之间的水平距离)P和峰-谷高度(凹部部分与投影部分之间的垂直距离)H。但是，间距P优选为1μm至3000μm，且高度H优选为0.1μm至3000μm。当峰-谷间距P小于1μm或大于3000μm时，难以得到均匀的处延晶体。当凸凹高度H小于0.1μm时，发光面积变小，而当其大于3000μm时，难以得到均匀的处延晶体。在这些情形下，更优选峰-谷间距P为1μm至500μm，且更优选峰-谷高度H为4μm至1500μm。
在根据本发明的发光装置中，所述的凸凹衬底和半导体层各自优选包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。通过由为第III族化合物的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)构造半导体层，可以制造用于“可见光”三原色“蓝”、“绿”和“红”或“紫外光”的发光装置。此外，同样对于衬底，通过使用如在半导体层中一样的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)，可以生长高质量的半导体层。再有，不特别限制衬底的化学组成、半导体晶体的化学组成，及这些组成的组合，且考虑到获得良好质量的半导体层，衬底与半导体层的化学组成有利地相似。
此外，参考图3和图4，在根据本发明的发光装置中，优选形成所述的凸凹衬底的凸凹表面的每个平面1b和1c具有至少一个选自(11-2L)和(1-10L)中的平面指数，其中L表示1至4的整数。在其中在衬底和半导体层中使用AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)的情况下，由于AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)晶体具有六角形对称性，所以存在具有相同指数(11-2L)或(1-10L)的六个等价平面。在此情况下，L表示1至4的整数。因此，通过使用具有包含如上所述这种平面的凸凹表面1a的凸凹衬底1，可以形成三维结构的半导体层，因而可以增大半导体层的表面积。在此情况下，在其中凸凹衬底包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)的情况下，如图4所示，六棱锥或三棱锥是通常在凸凹表面1a上形成的多棱锥。
此外，参考图3和图4，在根据本发明的发光装置中，优选在形成所述的凸凹衬底1的凸凹表面1a的平面1b与1c中的每一个与基准平面1h之间形成的角度φ11b和11c分别为35°至80°。在其中将AlxGayIn1-x-yN晶体用作凸凹衬底的情况下，具有超过80°的角度的稳定峰很少存在。此外，当上面所述的角度小于35°时，半导体层的表面积几乎完全不增加。这里，基准平面1h是指垂直于凸凹衬底1的厚度方面上的向量的平面，并且是与常规平坦衬底的平坦表面相平行的平面。
构成衬底的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)晶体具有纤锌矿型(六角形)晶体结构，因而具有六角形对称性。可以通过下面所述的等式(1)来计算在形成凸凹表面的每个平面和角度基准平面之间形成的每个角度Φ。在此情况下，(h1k1-(h1+k1)l1)表示形成凸凹表面的每个平面的平面指数；(h2k2-(h2+k2)l2)表示基准平面(例如，(0001))的平面指数；a表示a轴长度；b表示b轴长度；且c表示c轴长度。此外，形成凸凹衬底的凸凹表面的每个平面与基准平面的平面指数可以通过X射线衍射(以下，称作“XRD”)方法获得。
等式1cosφ=h1h2+k1k2+12(h1k2+h2k1)+3a2l1l24c2((h12+k12+h1k1+3a2l124c2)(h22+k22+h2k2+3a2l224c2))1/2---(1)]]>实施例以下，将参考实施方案来详细地描述根据本发明的发光装置。
实施例1通过使用GaN衬底，所述的GaN衬底具有如图3所示的凸凹表面1a，其具有的峰-谷间距P为200μm且峰-谷高度H为190μm，并且其中用于形成上面所述的凸凹表面1a的每个平面1b的平面指数为(1-101)，通过金属有机化学气相沉积(以下称作“MOCVD”)法，将5μm的n-GaN层31、3nm的In0.2Ga0.8N层32、60nm的p-Al0.2Ga0.8N层33和150nm的p-GaN层33按此顺序生长在上面所述的GaN衬底的凸凹表面上，由此得到如图1所示的发光装置。通过使用光谱仪测量上面所述发光装置的发光强度。发现发光装置的发光光谱的峰值波长为470nm且该发光装置的发光强度为1.9，其中将下面所述的比较例1的发光强度确定为1.0。此外，在实施例1中，通过使用MOCVD法，在凸凹衬底的凸凹表面上生长半导体层。同样可以通过使用不同类型的其它方法如气相外延(以下称作“VPE”)方法和分子束外延(以下称作“MBE”)方法，来生长半导体层。
(比较例1)通过使用GaN衬底，所述的衬底如图5所示具有平坦表面2h(由于是平坦的，所以峰-谷间距P为0μm且峰-谷高度H为0μm)，并且其中上面所述的平面表面2h的平面指数为(0001)，以与实施例1中相同的方式生长半导体层，由此得到如图2中所示的发光装置。通过使用光谱仪测量上面所述发光装置的发光强度。发光装置的发光光谱的峰值波长为470nm，然后，将实施例1至9各自的发蓝光装置的发光强度与确定为1.0的该发光装置的发光强度进行比较。
(实施例2至11，比较例2和3)通过使用MOCVD方法，制造如表I至III中所示的具有衬底和半导体层结构的发光装置，然后测量发光光谱的波长及其发光强度。结果全部示于表I至III中。此外，在表I至III每一个中的角度φ表示根据等式1，由形成凸凹衬底的凸凹表面的每个平面的平面指数与基准平面的平面指数(0001)计算的角度。
在此情况下，表I中的实施例1至9和比较例1各自为发蓝光装置的实施例，其中发光光谱的峰值波长为470nm，且实施例1至9中每个的发光强度是指相对值，其中比较例1的发光强度确定为1.0。此外，表II中的实施例10和比较例2各自为发绿光装置的实施例，其中发光光谱的峰值波长为520nm，且实施例10的发光强度是指相对值，其中比较例2的发光强度确定为1.0。表III中的实施例11和比较例3各自为发紫外光装置的实施例，其中发光光谱的峰值波长为380nm，且实施例11的发光强度是指相对值，其中比较例3的发光强度确定为1.0。
表I
表II
表III
如表I至III所示，在根据本发明的其中半导体层形成在凸凹衬底的凸凹表面上的发光装置中，与其中半导体层形成在平坦衬底上的常规发光装置相比，发光强度增加1.2倍至2.5倍，而与发光峰值波长无关。
应当理解的是，此处所公开的实施方案和实施例在所有方面都是举例说明性的而不是限制性的。本发明的范围应当由后附权利要求而不是由上面的描述来确定，并且意欲包括与这些权利要求等同的含义和所有落入这些权利要求范围内的修改和变化。
工业适用性如上所述，在根据本发明的发光装置，通过在凸凹衬底的凸凹表面上形成半导体层，可以增加发光量而没有改变发光装置的尺寸。
权利要求
1.一种发光装置，其特征在于，在凸凹衬底的凸凹表面上形成半导体层。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述的凸凹衬底和半导体层包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其中形成所述的凸凹衬底的凸凹表面的每个平面具有至少一个选自(11-2L)和(1-10L)中的平面指数，其中L表示1至4的整数。
4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其中在形成所述的凸凹衬底的凸凹表面的每个平面与基准平面之间形成的角度为35°至80°。
全文摘要
本发明提供一种具有增加的发光量而没有改变其尺寸的发光装置。发光装置的特征在于在凸凹衬底1的凸凹表面1a上形成半导体层30。可以这样构造本发明的发光装置，以便凸凹衬底和半导体层都是由Al
文档编号H01L33/32GK1701447SQ200480000800
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年6月18日
发明者中畑成二 申请人:住友电气工业株式会社