专利名称：发光元件、制造发光元件的方法以及发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件、制造该发光元件的方法以及发光装置，所述发光元件适用于例如具有2500 μ m2或更小发光区域的微型LED (发光二极管)。
背景技术：
为将发光元件应用于打印机及显示器，已对例如发光二极管(LED)等发光元件的小型化进行了研究(例如，参见Tomohiko Sagimori等人的OKI技术综论(OKI TechnicalReview)第216期，第77卷，第I号(2010)以及Oki数据公司等人的新闻稿第091102号(2009))。此种LED具有层叠结构，所述层叠结构包括第一导电半导体层、有源层及第二导电半导体层。有源层(发光区域)的面积等于或小于2500 μ m2。在打印机中，通过设置许多如上所述被小型化的LED并提高设置密度，可实现高分辨率。此外，通过增加LED的光量，可实现高速打印。与在打印机中一样，在显示器中，其显示图像的高分辨率是通过使LED小型化来实现的。此外，在使用自发光元件(例如LED)的显示器中，其响应速度高于液晶显示器的响应速度，并能够降低其耗电量。然而，随着发光元件向小型化发展，有源层的端面处的非发光复合(nonradiativerecombination)对其发光效率有更大的影响。非发光复合是如下现象:由空穴与电子结合产生的载流子不发光，而是产生热。非发光复合容易出现于有源层的端面处。非发光复合是由于在制造步骤中对有源层的端面造成损坏、有源层自身的悬挂键(dangling bond)、被吸收至端面中的杂质及/或类似情形而引起。随着发光元件向小型化发展，由如上所述的端面处的非发光复合所引起的非发光部的面积比增大，从而导致发光效率降低。
发明内容
期望提供能够抑制有源层的端面处的非发光复合并提高发光效率的发光元件、制造该发光元件的方法以及发光装置。根据本发明的实施例，提供一种发光元件，其包括:层叠体，其依次包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及复合抑制结构，其设置在所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。根据本发明的实施例，提供一种包括上述实施例的发光元件的发光装置。在根据本发明实施例的发光元件及发光装置中，复合抑制结构设置在有源层的端面附近。因此，由于有源层的中心部与有源层的端面附近的部分之间存在带隙差异，因此能够抑制端面处的电子与空穴的非发光复合。有源层的端面附近的部分包括自外部与所述有源层的端面相接触的部分以及位于所述有源层内部的端部。根据本发明的实施例，提供一种制造上述实施例的发光元件的方法，所述方法包括:形成层叠体，所述层叠体依次包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及形成复合抑制结构，所述复合抑制结构设置在所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。根据本发明实施例的发光元件、制造发光元件的方法以及发光装置，将复合抑制结构设置在有源层的端面附近。因此，能够抑制有源层的端面处的非发光复合。相应地，能够增大发光面积并提高发光效率。应理解，以上整体说明与下文详细说明均为示例性的，并旨在提供对所要求保护的技术的进一步解释。
包含附图是为了进一步理解本发明，这些附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图例示本发明的实施例并与本说明书一起用于解释技术原理。图1A及图1B表示本发明第一实施例的发光元件的构造。图2A、图2B及图2C是按步骤次序表示图1A及图1B所示发光元件的制造方法的首1J视图。图3A、图3B及图3C是表示图2C所示步骤之后的步骤的剖视图。图4A及图4B表示发光元件的尺寸与其发光强度之间的关系。图5A及图5B表示比较示例的发光元件的构造。图6表示图1A及图1B所示发光元件的光致发光(photo luminescence,PL)图像的强度线轮廓。图7表示图5A及图5B所示发光元件的PL图像的强度线轮廓。图8表示图1A及图1B所示发光元件的阴极发光(cathode luminescence, CL)图像。图9表示图1A和图1B所示发光元件以及图5A和图5B所示发光元件的发光效率。图1OA及图1OB是图1A及图1B所示有源层及结晶膜的能带示意图。图11是表示变形例I的发光元件的构造的剖视图。图12A及图12B表示变形例2的发光元件的构造。图13A及图13B是按步骤次序表示图12A及图12B所示发光元件的制造方法的剖视图。图14A及图14B表示本发明第二实施例的发光元件的构造。图15A、图15B及图15C是按步骤次序表示用于制造图14A及图14B所示发光元件的方法的第一示例的剖视图。图16是图15A、图15B及图15C所示发光元件的制造方法的其中一个步骤的另一示例的剖视图。图17A、图17B及图17C是按步骤次序表示用于制造图14A及图14B所示发光元件的方法的第二示例的剖视图。图18A、图18B及图18C是按步骤次序表示用于制造图14A及图14B所示发光元件的方法的第三示例的剖视图。图19A、图19B及图19C是按步骤次序表示用于制造图14A及图14B所示发光元件的方法的第四示例的剖视图。图20是表示变形例3的发光元件的构造的剖视图。图21A、图21B及图21C是按步骤次序表示用于制造图20所示发光元件的方法的示例的剖视图。图22A及图22B表示本发明第三实施例的发光元件的构造。图23是表示变形例4的发光元件的构造的剖视图。图24A及图24B是应用有图1A及图1B等所示发光元件的发光装置的构造图。图25是表示图24A及图24B所示发光装置的应用示例I的外观的立体图。图26是表示应用示例2的外观的立体图。图27是表示应用示例2的外观的另一示例的立体图。图28是表示应用示例3的外观的立体图。
具体实施例方式以下将参照附图对本发明的各实施例进行详细说明。将按下列顺序进行说明。1.第一实施例其中有源层的端面覆盖有结晶膜的示例2.变形例I其中结晶膜包括多层膜的示例3.变形例2其中层叠体的端部中包括绝缘部的示例4.第二实施例其中有源层的端部中设置有扩散部的示例5.变形例3其中层叠体的端部中包括绝缘部的示例6.第三实施例其中包括结晶膜及扩散部的示例7.变形例4其中层叠体的端部中包括绝缘部的示例8.应用示例1.第一实施例图1A及图1B表不本发明第一实施例的发光兀件(发光兀件I)的构造。图1A表示发光元件I的顶面(平面)构造，而图1B表示沿图1A中的线B-B获取的截面构造。例如，发光元件I具有形状呈四方柱的层叠体10。层叠体10的除了光提取表面(层叠体10的顶面)之外的表面被绝缘膜31围绕。层叠体10的端面IOE (侧表面)与绝缘膜31之间存在结晶膜21。在发光元件I中，复合抑制结构由结晶膜21构成。
层叠体10是LED，并依次具有η侧电极11、缓冲层(图中未显示)、n型覆层12(第一导电半导体层)、有源层13、p型覆层14(第二导电半导体层)、接触层(图中未显示)以及P侧电极15。在发光元件I中，有源层13所发出的光具有与有源层13的带隙相对应的波长，且所发出的光自P型覆层14的与有源层13相反的表面(沿图1B中向上的方向)被提取出来。换言之，P型覆层14具有光提取表面，且所发出的光沿垂直于有源层13的表面的方向(Z轴方向)被提取。η侧电极11与P侧电极15—起将电流注入到半导体层(η型覆层
12、有源层13及P型覆层14)中。例如，η侧电极11具有层叠结构，其中金(Au)与锗(Ge)的合金(AuGe)、镍(Ni)和金按照靠近η型覆层12的顺序而被层叠(AuGe/Ni/Au)。例如，p侧电极15具有层叠结构，其中钛(Ti)、钼(Pt)及金按照靠近P型覆层14的顺序而被层叠(Ti/Pt/Au)。例如，η型覆层12是由厚度为IOOOnm至2000nm及载流子浓度约为IXlO18Cm3的η型(Ala7Gaa3)a5Ina5P构成。有源层13具有量子讲(quantum well, QW)结构，其中由厚度为3nm至IOnm的InGaP构成的讲层及由厚度为IOnm至IOOnm的(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P构成的阻挡层(barrier layer)交替地层叠形成10个QW。例如，p型覆层14是由厚度为300nm 至 IOOOnm 及载流子浓度为 IX IO17Cm3 至 IX IO18Cm3 的 p 型(Ala7Gaa3)a5Ina5P 构成。例如，层叠体10在平面图中的形状为边长15 μ m的正方形，且有源层13 (发光区域)的面积为 225 μ m2。结晶膜21设置于层叠体10的端面IOE附近。更具体而言，结晶膜21与端面IOE相接触，并自外部覆盖端面10E。出现于有源层13的端面处的非发光复合被结晶膜21所抑制。在此种情况下，整个层叠体10的端面IOE均覆盖有结晶膜21。然而，使至少有源层13的端面覆盖有结晶膜21便足够。结晶膜21的组成材料的带隙优选大于有源层13的组成材料的带隙，且结晶膜21的组成材料优选包含有源层13中所包含的一种或多种元素。例如，结晶膜21是由AlInP、AlGaInP、AlGaAs、AlAs、Al203、AlN及/或类似材料构成。可对结晶膜21的部分或全部进行氧化。例如，可通过在端面IOE上形成包含Al的膜(例如，AlAs膜)并随后氧化该膜的部分或全部而形成包含Al2O3的结晶膜21。在形成包含Al2O3的结晶膜21的情况下，能够在不造成损坏的情况下形成AlAs膜，且绝缘的Al2O3能够防止在结晶膜21中形成漏电流(leak current)。进一步地,在发光元件I具有由Al2O3构成的结晶膜21的情况下，由于Al2O3是绝缘的，因此可省略绝缘膜31。结晶膜21的晶体结构优选与有源层13的结构相同。例如,在有源层13具有闪锌矿(zinc blende)结构的情况下,结晶膜21的晶体结构优选也具有闪锌矿结构。结晶膜21优选具有例如等于或小于100) nm的厚度，且优选具有高电阻，因此能够防止漏电流流至结晶膜21中，从而防止发光元件I的发光强度降低。在结晶膜21是绝缘膜(例如，AlN)的情况下，结晶膜21的厚度可大于lOOnm。结晶膜21的厚度无下限值。可采用任何厚度的结晶膜21，只要结晶膜21能够完全覆盖有源层13的端面即可。绝缘膜31保护层叠体10。绝缘膜31覆盖层叠体10的端面IOE而使结晶膜21位于两者之间，并覆盖层叠体10的底面(层叠体10的位于η侧电极11 一侧上的表面)。绝缘膜31例如是由Si02、SiN或Al2O3构成。例如，可以如下地制造发光元件I。首先，在例如由GaAs构成的晶体生长基板41上，依次形成缓冲层(图中未显示)、由η型(Ala7Gaa3)a5Ina5P构成的η型覆层12、具有InGaP和(Ala6Gaa4)a5Ina5P的层叠结构的有源层13、由P型(Alci 7Gaci 3)ci 5Inci 5P构成的P型覆层14以及接触层(图中未显示)(图2A)。预先调整有源层13的InGaP的In组分，使得所发出的光具有期望的波长。接下来，将例如由SiO2构成的掩模42设置于P型覆层14上，并朝着晶体生长基板41向下执行蚀刻，从而使缓冲层、η型覆层12、有源层13及P型覆层14成形为边长例如为15 μ m的正方形(图2B)。蚀刻表面变成层叠体10的端面10E。所述蚀刻例如是通过干法蚀刻执行。接着，使用基于氟化酸的蚀刻剂移除掩模42。使所成形的缓冲层、η型覆层12、有源层13及P型覆层14例如在MOCVD(金属有机化学气相沉积)炉中在700摄氏度或更高温度下及在ΡΗ3(磷化氢)气氛下退火I小时。通过此退火，移除附着在η型覆层12、有源层13及P型覆层14上的杂质，并改善由于蚀刻而受损的端面IOE的晶体缺陷。执行退火的温度优选高于能够使附着在端面及顶面的氧化膜可被移除的温度(例如，700摄氏度或更高的温度)。此原因之一是由此能够改善接下来将要形成的结晶膜21的结晶性，并因此可有效地实现如上所述的对端面IOE的修复。此外，优选在包含结晶膜21中所包含的元素的气氛下执行退火。通过此退火步骤，能够抑制端面IOE处的非发光复合。在退火之后，通过MOCVD方法形成例如由AlInP构成的结晶膜21，以覆盖P型覆层14的顶面及端面IOE的四侧(图2C)。同时，结晶膜21被形成为其在端面IOE处的厚度变成例如约50nm。通过形成结晶膜21之后的扫描电子显微镜(scanning electronmicroscope ；SEM)图像及其横截面的扫描透射式电子显微镜(scanning transmissionelectron microscope ；STEM)图像已证实，结晶膜21形成于p型覆层14的顶面及端面10E上，且有源层13的端面牢固地覆盖有结晶膜21。此外，通过在STEM图像中观察到结晶膜21的晶体缺陷(位错)，还证实了结晶膜21具有晶体结构。在结晶膜21中，使至少与有源层13的端面相接触的部分结晶化便足够。除MOCVD方法之外，结晶膜21还可通过例如分子束外延生长(molecular beamepitaxy ；MBE)方法、脉冲激光沉积(pulse laser deposition ；PLD)方法或派射方法形成。例如，由AlN构成的结晶膜21可通过溅射方法(具体而言，通过电子回旋共振(electroncyclotron resonance ；ECR)派射方法)形成。通过使用MOCVD方法,能够改善结晶膜21的结晶性并有效抑制非发光复合。通过使用溅射方法，能够简单地形成结晶膜21。在形成结晶膜21之后，在结晶膜21上形成绝缘膜31 (图3A)。接下来，在通过蚀刻移除位于P型覆层14的表面(顶面)上的结晶膜21及绝缘膜31之后(图3B)，形成P侦_极15(图3C)。P型覆层14的移除了结晶膜21及绝缘膜31的顶面变为光提取表面。接着，移除晶体生长基板41，以形成η侧电极11。于是，图1A及图1B所示的发光元件I便制作完成。在发光元件I中，在P侧电极15与η侧电极11之间施加预定电压的情况下，来自η侧电极11的电子及来自P侧电极15的空穴被分别注入有源层13中。注入有源层13中的电子与空穴复合，从而产生光子，由此形成所发出的光。所发出的光自P型覆层14的顶面侧被提取。在此种情况下，端面10Ε覆盖有结晶膜21。因此，有源层13的端面处的非发光复合被结晶膜21所抑制。在下文中将说明其细节。图4Α表示通过使用图4Β所示的发光元件200作为计算模型来计算发光元件的尺寸(有源层的面积)与其发光强度之间的关系而得出的结果。发光元件200是直径为D μ m、载流子扩散长度为2 μ m的柱形发光元件。根据计算结果可以看出，在发光元件尺寸减小的情况下，有源层的端面处的非发光复合对发光效率有更大的影响，且发光效率降低。例如，在有源层的面积约为2500 μ m2 (直径D约为60 μ m)的情况下，发光效率降低约10%。例如，在有源层的面积约为ISOym2(直径D约为15μπι)的情况下，发光效率降低约30%。在激光二极管的领域中，已提出了用于防止对有源层的端面造成光学损坏的若干种方法(例如，IEEE 量子电子期刊(IEEE J.Quantum Electron)，QE-15，755 (1979)以及日本未经审查的专利申请公开案第Hl 1-233896号及第Hl 1-168259号)。然而，由于激光二极管的有源层的端面是用于发出光的表面，且其尺寸与小型化LED的尺寸存在极大差异，因此难以将上述方法直接应用于LED。除发光元件的尺寸之外，载流子扩散长度也会影响发光效率。例如，在有源层是由基于Al、基于In、基于Ga、基于P或基于As的材料(发红光的材料)制成的情况下，载流子表面复合速率约为IX IO5(cm/s)，这比例如硅(I X IO3(cm/s))及GaN(I X IO4(cm/s))等其他材料的速率快。因此，基于Al、基于In、基于Ga、基于P或基于As的大量材料的扩散长度较长，约为2 μ m。这是指这样一种状态:在与有源层的端面距离约2 μ m处的发光强度约为67%。这还是指这样一种状态:在发光区域中，2μπι宽的外围区(端部)变成非发光部。同时，例如GaN等基于N的材料(发蓝光的材料)的扩散长度为几百纳米(应用物理学快报(Applied Physics Letters) 86052105 (2005)),这比上述基于 Al、基于 In、基于 Ga、基于P或基于As的材料的扩散长度短。换言之，在基于N的材料中，非发光部的面积小，且有源层的端面处的非发光复合对发光效率的影响较小。同时，在具有较长扩散长度的基于Al、基于In、基于Ga、基于P或基于As的材料中，有源层的端面处的非发光复合对发光效率具的影响较大。因此，在有源层13包含Al、In、Ga、P及As中的一种或多种元素的情况下，结晶膜21的效果变大。图5A及图5B表示比较示例的发光元件(发光元件100)的剖面构造。图5A表示发光元件100的顶面(平面)构造，而图5B表示沿图5A中的线B-B截取的剖面构造。与发光元件I 一样，发光元件100具有层叠体10，且有源层的面积等于或小于2500 μ m2。然而，层叠体10的端面IOE处不存在结晶膜，且端面IOE直接覆盖有例如由SiO2或SiN构成的非晶绝缘膜31。在此发光元件100中，无法抑制有源层13的端面处的非发光复合，且端面附近形成非发光部13N。因此，发光区域变窄，因此发光效率降低。通过比较发光元件100与本发明实施例的发光元件1，证实了结晶膜21的效果。首先，通过使用PL方法来测验发光元件I及发光元件100的发光特性。图6表示发光元件I的结果，而图7表示发光元件100的结果。对图6的(A)部分的箭头方向上的PL发光强度及图7的㈧部分的箭头方向上的PL发光强度进行了测验。图6的⑶部分及图7的⑶部分表示其PL图像的强度线轮廓。图6的⑶部分及图7的⑶部分的虚线表示蚀刻η型覆层12、有源层13及P型覆层14之后(形成结晶膜21及绝缘膜31之前)的状态。图6的(B)部分的实线表示形成由AlInP构成的结晶膜21之后的状态，而图7的(B)部分的实线表示形成由SiO2或SiN构成的绝缘膜31之后的状态。根据这些结果可以看出，即使在形成绝缘膜31之后，发光强度也不会改变，而在形成结晶膜21之后，有源层13 (长度:250Α.U.至290Α.U.)的端面附近的发光强度提高。图6的(B)部分及图7的(B)部分中的端面IOE处的PL发光强度的上升并非起因于自发光元件I及发光元件100内发出的光，而是起因于自其侧面沿横向被提取出的光。
接下来，在形成结晶膜21之前及之后，将发光元件I解理。通过使用CL方法检查其横截面的发光特性。在形成结晶膜21之前，非发光部(非发光部13N)的长度为0.98 μ m,而在形成结晶膜21之后，其长度减小至0.13 μ m。CL方法是如下一种方法:如图8所示，直接激励有源层，并在解理的横截面方向上看到CL发光。因此，与PL方法相比，在CL方法中，在侧面发光的影响得到抑制的同时可实现观察。图9表示发光元件I及发光元件100的电流-光学输出(1-L)特性。实线表示发光元件I的特性，而虚线表示发光元件100的特性。应注意，图9表示在移除晶体生长基板41之前的状态下的测量结果。例如，在驱动电流为580 μ A的情况下，发光元件I的光学输出比发光元件100的光学输出提高约10%。因此，根据上述结果可确认，结晶膜21抑制有源层13的端面处的非发光复合以加宽发光区域，从而改善装置特性。结晶膜21对端面IOE处的非发光复合进行上述抑制的原因如下。图1OA示意性地表示在形成结晶膜21之前的能带结构，而图1OB示意性地表示在形成结晶膜21之后的能带结构。在η型覆层12、有源层13及ρ型覆层14被蚀刻的情况下，被蚀刻的端面IOE附近的部分会受损，并造成能带收缩(带隙收缩)。因此，会轻易地发生非发光复合。除此之外，还可能由于有源层13自身的悬挂键所引起的深能级(deep level ；深缺陷能级(de印defect level))的出现、吸收至端面中的杂质及/或类似原因而发生非发光复合(图10A)。通过在端面IOE处设置带隙大于有源层13的带隙的结晶膜21，使有源层13的阱层不被暴露(图10B)，因此非发光复合得到抑制。如上所述，在此实施例中，层叠体10的端面IOE覆盖有结晶膜21。因此，端面IOE处的非发光复合受到抑制。相应地，有源层13的发光区域变宽，从而提高了发光元件I的发光效率。此外，在形成结晶膜21之前，通过在700摄氏度或更高温度下执行退火，能够修复由于蚀刻而受损的层叠体10的端面IOE的晶体结构，并更有效地抑制非发光复合。以下将说明上述第一实施例及其他实施例的变形例。在以下说明中，与上述第一实施例中的组件相同的组件附有相同的附图标记，并视情况省略对其的说明。2.变形例I图11表示上述第一实施例的变形例I的发光元件(发光元件1A)的剖面构造。发光兀件IA不同于第一实施例的发光兀件I之处在于:结晶膜21包括多层膜(结晶膜21A及结晶膜21B)。除此之外，发光元件IA的构造均类似于根据第一实施例的发光元件I的构造，且其功能及效果类似于根据第一实施例的发光元件I的功能及效果。结晶膜21A及结晶膜21B按照靠近层叠体10的顺序设置，并具有例如大小不同的带隙。换言之，结晶膜21B被设置成比结晶膜21A距离有源层13更远。结晶膜21B的带隙优选大于结晶膜21A的带隙。例如，在结晶膜21A由AlGaxAsU > O)构成且结晶膜21B由AlAs构成的情况下,异质界面(hetero interface)会变得光滑,并能够减小界面处的漏电流。此外，能够通过形成由AlAs构成的结晶膜21B并随后氧化该结晶膜21B的部分或全部来形成包含Al2O3的绝缘结晶膜21B。因此，能够减小在结晶膜21A及结晶膜21B中流动的漏电流。此时，Ga以例如几个百分点的比率存在于由AlGaxAsU > O)构成的结晶膜21A中，氧化速率缓慢，因此可容易地控制氧化膜的厚度。此外，在上述结晶膜21A及结晶膜21B中，有源层13不与Al2O3接触。因此，结晶膜21A与有源层13的界面处不存在氧(O)，因此可获得有利的异质界面。此外，由于结晶膜21B包含Al2O3,因此容许省略绝缘膜31，因此能够在不对端面IOE执行等离子体辐射的情况下形成发光元件1A。3.变形例2上述第一实施例的变形例2的发光元件(发光元件1B)在层叠体10的端部中具有绝缘部(第一绝缘部121及第二绝缘部141)。除此之外，发光元件IB的构造均类似于第一实施例的发光元件I的构造，且其功能及效果类似于根据第一实施例的发光元件I的功能及效果。图12A表示发光元件IB的顶面(平面)构造，而图12B表示沿图12A中的线B-B截取的剖面构造。例如IOnm至IOOOOnm宽(沿Y轴方向)的第一绝缘部121及第二绝缘部141分别设置于η型覆层12的端部中及ρ型覆层14的端部中。根据装置尺寸以及η型覆层12、有源层13和ρ型覆层14的组分及厚度而视需要调整第一绝缘部121及第二绝缘部141的宽度。第一绝缘部121及第二绝缘部141被称为用于形成电流注入区域的电流限制(currentconfinement)部。由于载流子未被注入第一绝缘部121及第二绝缘部141中，因此可与结晶膜21 —起更有效地抑制端面IOE处的非发光复合。例如，可以如下地制造上述发光元件1B。首先，与在发光元件I中一样，在晶体生长基板41上，形成η型覆层12、有源层13及ρ型覆层14 (图2Α)。接下来，如图13Α所示，使用B(硼)、C(碳)、Ν(氮)等在η型覆层12及ρ型覆层14的期望区域中执行离子植入(离子注入)，以形成第一绝缘部121及第二绝缘部141。第一绝缘部121及第二绝缘部141可通过氧化步骤形成。例如，第一绝缘部121及第二绝缘部141可通过如下方式形成:通过MOCVD方法形成AlAs膜或类似膜作为η型覆层12及ρ型覆层14，并热氧化所形成的膜。第一绝缘部121及第二绝缘部141可分别形成于η型覆层12的下侧及ρ型覆层14的上侧(图13Α)。第一绝缘部121及第二绝缘部141可与它们之间的有源层13相连接。作为另一选择，可仅形成第一绝缘部121与第二绝缘部141中的一个。在形成第一绝缘部121及第二绝缘部141之后，通过使用掩模42而对生成物进行成形，以使第一绝缘部121及第二绝缘部141设置于端面IOE内(图13Β)。制造发光元件IB的后续步骤类似于发光元件I的制造步骤。4.第二实施例图14Α及图14Β表示本发明第二实施例的发光元件(发光元件2)的构造。图14Α表示发光元件2的顶面(平面)构造，而图14Β表示沿图14Α中的线B-B截取的剖面构造。在发光元件2中，扩散部IOD取代结晶膜(图1A及图1B中的结晶膜21)而设置于端面IOE附近。换言之，在发光元件2中，扩散部IOD构成复合抑制结构。除此之外，发光元件2的构造类似于根据上述第一实施例的发光元件I的构造。扩散部IOD抑制形成于端面IOE处的非发光复合，并设置于层叠体10的端部中(gp，端面IOE内)。扩散部IOD存在于至少有源层13的端部中便足够。然而，作为另一选择，扩散部IOD可存在于整个层叠体10的端部中(图14A及图14B)。扩散部IOD的宽度例如为IOnm至5000nm(沿Y轴方向)。扩散部IOD包括扩散材料d，以用于扩大有源层13的带隙。扩散材料d例如是锌(Zn)、镁(Mg)等。根据装置尺寸以及η型覆层12、有源层13和P型覆层14的组分及厚度而视需要调整扩散部IOD的宽度。由于有源层13的端部(扩散部10D)与其中心部之间存在带隙差异，因此能够抑制能带收缩及深度能级的发生，并防止在端面IOE处发生非发光复合。因此，发光元件2的发光区域变宽以提高发光效率。此夕卜，在带隙扩大的扩散部IOD中，其透明度增大。因此，能够抑制由于半导体材料自身吸收光而造成的被提取光减少。例如，可以如下方式制造发光元件2。首先，与在上述结晶膜21中一样，形成包含扩散材料d的结晶膜21C(图2C)。此后，通过例如干法蚀刻及湿法蚀刻等方法移除位于P型覆层14的顶面上的结晶膜21C(图15A)。此时，如图16所示，结晶膜21C可保留于ρ型覆层14的顶面的端部中。接下来，例如，扩散材料d通过400摄氏度至600摄氏度的热处理而经由端面IOE自结晶膜21C扩散至有源层13的端部中，从而形成扩散部IOD (图15B)。作为另一选择，Zn可通过ZnO膜或由SiN、SiO等构成的绝缘膜31扩散而非通过结晶膜21C扩散。在形成扩散部IOD之后，例如通过如干法蚀刻及湿法蚀刻等方法移除结晶膜21C(图15C)。通过移除包含扩散材料d的结晶膜21C，能在驱动发光元件2时防止扩散材料d的扩散及漂移的发生。形成ρ侧电极15、n侧电极11等的后续步骤与在发光元件I中一样地执行，从而完成图14A及图14B所示的发光元件2。通过使用结晶膜21C，能够在层叠体10的端部中有效地形成扩散部10D。作为另一选择，例如，可以如下方法制造发光元件2。首先，与在发光元件I中一样，在晶体生长基板41上形成η型覆层12、有源层13及ρ型覆层14 (图2Α)。接下来，在P型覆层14的顶面上，依次形成掩模43及扩散源层22 (图17Α及图17Β)。扩散源层22包含用于扩大有源层13的带隙的扩散材料d，并通过例如蒸发方法、溅射方法、MOCVD方法等形成。接着，例如通过热处理或类似处理而使扩散材料d经由ρ型覆层14自掩模43的开口扩散至有源层13中，从而形成扩散部IOD (图17C)。在形成扩散部IOD之后，移除扩散源层22及掩模43。接着，与在发光元件I中一样，形成P侧电极15、n侧电极11等。此后，形成层叠体10，使得扩散部IOD设置于端面IOE内，从而完成发光元件2。作为另一选择，可在不使用掩模(掩模43)的情况下形成扩散部10D，如图18A至图18C所示。更具体而言，首先，在ρ型覆层14的顶面上形成扩散源层22 (图18A)。通过执行例如光刻步骤及反应性离子蚀刻(reactive ion etching ；RIE)而将所形成的扩散源层22图案化(图18B)。可通过湿法蚀刻取代RIE来移除扩散源层22的不需要的部分。接着，由经图案化的扩散源层22构成扩散部IOD (图18C)。作为另一选择，可通过使用P型覆层14的第二绝缘部141来形成扩散部10D。首先，如图19A所示，例如通过离子植入而使第二绝缘部141形成于ρ型覆层14的两个期望位置(内周边及外周边)中。第二绝缘部141的上述两个位置之间的区域变成将要形成扩散部IOD的区域。接下来，在ρ型覆层14的顶面上形成掩模43，使得其开口部对应于将要形成扩散部IOD的区域，随后在掩模43上形成扩散源层22 (图19B)。作为另一选择，如上所述(图18A至图18C)，可使用经图案化的扩散源层22而不使用掩模43。在形成扩散源层22之后，例如通过执行热处理或类似处理而形成扩散部IOD (图19C)。5.变形例3图20表示上述第二实施例的变形例3的发光元件(发光元件2A)的剖面构造。在发光元件2A中，第一绝缘部121及第二绝缘部141分别设置于η型覆层12的端部中及ρ型覆层14的端部中。除此之外，发光元件2A的构造均类似于根据上述第二实施例的发光元件2的构造，且其功能及效果类似于根据第二实施例的发光元件2的功能及效果。与在发光元件IB (图12A及图12B)中一样，第一绝缘部121设置于η型覆层12的底面侧，而第二绝缘部141设置于ρ型覆层14的顶面侧。在发光元件2Α中，如下所述，扩散部IOD形成于第一绝缘部121与第二绝缘部141之间。换言之，第一绝缘部121及第二绝缘部141抑制非发光复合，并在形成扩散部IOD时用作扩散阻挡部(diffusion block)。例如，可以如下方式制造发光元件2A。首先，与在发光元件IB中一样，分别在η型覆层12及ρ型覆层14中形成第一绝缘部121及第二绝缘部141，以获得所需形状(图13Β)。接下来，与在发光元件2中一样，形成包含扩散材料d的结晶膜21C，随后移除位于ρ型覆层14的顶面上的结晶膜21C(图21A)。随后，例如通过热处理或类似处理而使扩散材料d自端面IOE在第一绝缘部121与第二绝缘部141之间扩散，从而形成扩散部IOD(图21B)。扩散部IOD优选在层叠方向(Z轴方向)上形成于尽可能以有源层13的端部为中心的狭窄区域中。在此种情况下，通过形成第一绝缘部121及第二绝缘部141，限制扩散材料d向η型覆层12的底面侧及ρ型覆层14的顶面侧中扩散(扩散阻挡)，且扩散部IOD以有源层13为中心形成。在形成扩散部IOD之后，移除结晶膜21C(图21C)。与在发光元件I中一样，形成P侧电极15、η侧电极11等，从而完成发光元件2Α。6.第三实施例图22Α及图22Β表示本发明第三实施例的发光元件(发光元件3)的构造。图22Α表示发光元件3的顶面(平面)构造，而图22Β表示沿图22Α中的线B-B截取的剖面构造。在发光元件3中，结晶膜21 (或结晶膜21C)及扩散部IOD设置于层叠体10的端面IOE附近。除此之外，发光元件3的构造类似于上述第一实施例的发光元件I的构造。与在发光元件I中一样，用于制成结晶膜21的材料的带隙大于有源层13的组成材料的带隙。结晶膜21与层叠体10的端面IOE相接触，并自外部覆盖端面10Ε。同时，与在发光兀件2中一样，扩散部IOD设置于层叠体10的端部中(端面IOE内)，并包含扩散材料山以扩大有源层13的带隙。如上所述，由于发光元件3既具有结晶膜21又具有扩散部10D，因此，与仅设置有结晶膜21和扩散部IOD中的一个的情况相比，能更有效地自端面的外部及内部抑制非发光复合。结晶膜21可以是绝缘的。通过绝缘的结晶膜21，可提高耐受电击穿(例如，静电放电(electro-static discharge ；ESD))的强度。这在由于设置有扩散部IOD而使耐受电击穿的强度容易降低的发光元件3中尤其有效。此外，通过设置绝缘的结晶膜21，可省略绝缘膜31。发光元件3例如通过以下方式形成:与在发光元件2 (图15B)中一样，形成包含扩散材料d的结晶膜21C以形成扩散部10D，随后，不移除而是保留结晶膜21C。作为另一选择，例如可通过以下方式形成发光元件3:如图17A至图19C所示，在不使用结晶膜21C的情况下形成扩散部10D，并单独地形成结晶膜21。例如，可通过形成扩散部IOD并随后氧化结晶膜21及21C来形成绝缘的结晶膜21及21C。在使用结晶膜21C的情况下，通过此绝缘步骤，可防止扩散材料d在驱动发光元件3时扩散至层叠体10中。7.变形例4
图23表示上述第三实施例的变形例4的发光元件(发光元件3A)的剖面构造。在发光元件3A中，第一绝缘部121及第二绝缘部141分别设置于η型覆层12的端部中及ρ型覆层14的端部中。除此之外，发光元件3Α的构造类似于根据上述第三实施例的发光元件3的构造，且其功能及效果类似于根据第三实施例的发光元件3的功能及效果。在发光元件3Α中，与在发光元件2Α中一样，第一绝缘部121及第二绝缘部141均具有扩散阻挡功能，且扩散部IOD形成于第一绝缘部121与第二绝缘部141之间。8.发光装置如图24Α及图24Β所示,上述实施例及上述变形例中所述的发光元件1、发光元件1Α、发光元件1Β、发光元件2、发光元件2Α、发光元件3及发光元件3Α适用于将这些发光元件用作光源50的发光装置5。图24Α表示发光装置5的平面构造，而图24Β表示其剖面构造。在发光装置5中，多个光源50设置于驱动部51上。光源50中所产生的光被光反射部52调整成具有所需的光分布特性，并被提取出来。设置于发光装置5中的光源50 (发光元件)的数目可以是一个。图25表示应用有上述发光装置5的显示器的外观。所述显示器例如具有包括前面板310及滤光玻璃320的图像显示屏幕部300。图像显示屏幕部300是由上述实施例的发光装置5构成。图26及图27表示应用有上述发光装置5的照明器的外观。在所述照明器中，例如，照明部430附装在设置于基座410上的撑杆420上。照明部430是由上述发光装置5构成。图28表示应用有上述发光装置5的房间照明器的外观。所述房间照明器例如具有由上述发光装置5构成的照明部440。适当数目的照明部440以适当间隔设置于建筑物的天花板500Α上。照明部440不仅可设置于天花板500Α上，还可根据应用设置于例如墙壁500Β及地板(图中未显示)等任意位置上。此外，上述发光装置5还适用于指示器等。尽管已参照实施例及变形例对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述实施例等，并可对其做出各种修改。例如，在上述实施例中，已对层叠体10呈四方柱形状的情形进行了说明。然而，作为另一选择，层叠体10可呈圆柱形状，或呈锥形圆截锥或类似形状。此夕卜，可在P型覆层14的顶面上设置具有凹面及凸面的绝缘膜。此外，在上述实施例等中，已举例说明了有源层13由基于Al、基于In、基于Ga、基于P或基于As的材料制成的情形。作为另一选择，有源材料层可由基于N的材料制成。此外，各部件的材料、厚度、成膜方法、成膜条件等并不限于上述实施例等中所述的那样，而是可采用其他材料、其他厚度、其他成膜方法及其他成膜条件。例如，可任意更换上述实施例等中所述各部件的形成次序。此外，在上述实施例等中，已举例说明了自P型覆层14的顶面侧(沿图1B中的向上方向)提取光的情形。作为另一选择，可自η型覆层12(η侧电极11)侧提取光。根据本发明的上述示例性实施例及变形例，可至少实现以下构造。(I) 一种发光兀件,其包括:层叠体，其依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及复合抑制结构，其设置于所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。(2)如(I)所述的发光元件，其中用于制成所述复合抑制结构的组成材料的带隙大于所述有源层的组成材料的带隙，所述复合抑制结构是由结晶膜构成，所述结晶膜自外部覆盖所述有源层的所述端面。(3)如(2)所述的发光元件，其中，所述结晶膜覆盖整个所述层叠体的端面。(4)如⑵或(3)所述的发光元件，其中，所述有源层包括Al、In、Ga、P及As中的一种或多种元素，以及所述结晶膜包括所述有源层中所包括的一种或多种元素。(5)如⑵至(4)中任一项所述的发光元件，其中，所述结晶膜包含Al2O3,以及所述Al2O3是通过氧化包含Al的膜而获得。(6)如(5)所述的发光元件，其中所述包含Al的膜为AlAs膜。(7)如⑵至(6)中任一项所述的发光元件，其中，所述结晶膜的膜厚度等于或小于约100纳米。(8)如⑵至(7)中任一项所述的发光元件，其中，所述结晶膜包括具有不同带隙大小的多层膜。(9)如⑶所述的发光元件，其中，在所述多层膜中，距所述有源层最远的膜包含Al2O3,以及所述Al2O3是通过形成包含Al的膜并随后氧化所述包含Al的膜而获得。(10)如(2)至(9)中任一项所述的发光元件，其包括位于所述有源层的端部中的扩散部，所述扩散部包括扩大所述有源层的所述带隙的材料。(11)如(10)所述的发光元件，其中，所述材料为锌(Zn)。(12)如(I)至(11)中任一项所述的发光元件，其包括位于所述层叠体的端部中的绝缘部。(13)如(12)所述的发光元件，其包括设置于第一绝缘部与第二绝缘部之间的扩散部，所述扩散部包括用于扩大所述有源层的所述带隙的材料，其中，所述绝缘部包括所述第一绝缘部及所述第二绝缘部，所述第一绝缘部位于所述第一导电半导体层的端部上，所述第二绝缘部位于所述第二导电半导体层的端部上。(14)如(I)至(13)中任一项所述的发光元件，其中，所述有源层的面积等于或小于约2500平方微米。(15)如(I)所述的发光元件，其中，所述复合抑制结构是由扩散部构成，所述扩散部包括能够扩大所述有源层的所述带隙的材料，所述扩散部设置于所述有源层的端部中。(16) 一种发光装置，其包括发光元件，所述发光元件包括:层叠体，其依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及复合抑制结构，其设置于所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。(17) 一种用于制造发光元件的方法，其包括:形成层叠体，所述层叠体依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及形成复合抑制结构，所述复合抑制结构设置于所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。(18)如(17)所述的用于制造发光元件的方法，其中，用于制成所述复合抑制结构的组成材料的带隙大于所述有源层的组成材料的带隙，所述复合抑制结构是由结晶膜构成，所述结晶膜自外部覆盖所述有源层的所述端面，以及所述结晶膜是由金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapordeposition ；M0CVD)方法及溅射方法其中之一形成。(19)如(18)所述的用于制造发光元件的方法，其中使所述层叠体在约700摄氏度或更高的温度下退火，随后形成所述结晶膜。(20)如(18)或(19)所述的用于制造发光元件的方法，其中依次形成所述第一导电半导体层、所述有源层、所述第二导电半导体层及所述结晶膜，随后，移除位于所述第二导电半导体层的顶面上的所述结晶膜，以获得所述光提取表面。本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
权利要求
1.一种发光兀件，其包括: 层叠体，其依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及 复合抑制结构，其至少设置在所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中，用于制成所述复合抑制结构的组成材料的带隙大于所述有源层的组成材料的带隙，所述复合抑制结构是由结晶膜构成，所述结晶膜自外部覆盖所述有源层的所述端面。
3.如权利要求2所述的发光元件，其中，所述结晶膜覆盖整个所述层叠体的端面。
4.如权利要求2所述的发光元件，其中， 所述有源层包括Al、In、Ga、P及As中的一种或多种元素，以及 所述结晶膜包括所述有源层中所包含的一种或多种元素。
5.如权利要求2所述的发光元件，其中， 所述结晶膜包括Al2O3，以及 所述Al2O3是通过氧化包含Al的膜而获得的。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中，所述包含Al的膜为AlAs膜。
7.如权利要求2所述的发光元件，其中，所述结晶膜的膜厚度等于或小于100纳米。
8.如权利要求2所述的发光元件，其中，所述结晶膜包括具有不同带隙大小的多层膜。
9.如权利要求8所述的发光元件，其中， 在所述多层膜中，距所述有源层最远的膜包括Al2O3,以及 所述Al2O3是通过形成包含Al的膜并随后氧化所述包含Al的膜而获得的。
10.如权利要求2所述的发光元件，其包括: 位于所述有源层的端部中的扩散部，所述扩散部包括用于扩大所述有源层的带隙的材料。
11.如权利要求10所述的发光元件，其中，所述扩散部所包括的材料为锌。
12.如权利要求1所述的发光元件，其包括: 位于所述层叠体的端部中的绝缘部。
13.如权利要求12所述的发光元件，其包括: 设置在第一绝缘部与第二绝缘部之间的扩散部，所述扩散部包括用于扩大所述有源层的带隙的材料， 其中，所述绝缘部包括所述第一绝缘部及所述第二绝缘部，所述第一绝缘部位于所述第一导电半导体层的端部处，所述第二绝缘部位于所述第二导电半导体层的端部处。
14.如权利要求1所述的发光元件，其中，所述有源层的面积等于或小于2500平方微米。
15.如权利要求1所述的发光元件，其中，所述复合抑制结构由扩散部构成，所述扩散部包括用于扩大所述有源层的所述带隙的材料，所述扩散部设置在所述有源层的端部中。
16.—种发光装置,其包括权利要求1-15中任一项所述的发光兀件。
17.一种用于制造发光元件的方法，其包括: 形成层叠体，所述层叠体依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及 形成复合抑制结构，所述复合抑制结构至少设置于所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。
18.如权利要求17所述的用于制造发光元件的方法，其中， 用于制成所述复合抑制结构的组成材料的带隙大于所述有源层的组成材料的带隙，所述复合抑制结构是由结晶膜构成，所述结晶膜自外部覆盖所述有源层的端面，以及 所述结晶膜是由金属有机化学气相沉积方法和溅射方法中的一种形成的。
19.如权利要求18所述的用于制造发光元件的方法，其中，所述层叠体在700摄氏度或更高的温度下退火，并随后形成所述结晶膜。
20.如权利要求18所述的用于制造发光元件的方法，其中，依次形成所述第一导电半导体层、所述有源层、所述第二导电半导体层及所述结晶膜，并随后移除位于所述第二导电半导体层的顶面上的所述结晶膜，以获得所述光提取表面。
21.如权利要求18所述的用于制造发光元件的方法，其中，所述结晶膜包括用于扩大所述有源层的带隙的扩散材料，并且所述方法还包括:通过在400-600摄氏度的温度下对所述结晶膜执行热处理来形成扩散部。
22.如权利要求21所述的用于制造发光元件的方法，其还包括:通过干法蚀刻和湿法蚀刻之一来移除所述结晶膜。
23.如权利要求17所述的用于制造发光元件的方法，其还包括:在所述层叠体的端部中形成绝缘部 。
全文摘要
本发明涉及发光元件、制造该发光元件的方法以及包含该发光元件的发光装置。发光元件包括层叠体，其依次包括第一导电半导体层、有源层以及第二导电半导体层，所述第二导电半导体层具有光提取表面；以及复合抑制结构，其设置在所述有源层的端面附近，所述复合抑制结构的带隙大于所述有源层的带隙。根据本发明，能够抑制有源层的端面处的非发光复合并提高发光效率。
文档编号H01L33/44GK103078038SQ201210397869
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月26日
发明者横关弥树博, 小山享宏, 成井启修, 青柳秀和, 塩见治典, 河崎孝彦, 伊藤胜利 申请人:索尼公司