发明名称 氮化物半导体发光元件及使用其之显示装置
摘要 本发明之目的在促使氮化物半导体元件提高光取得效率,可以高输出发光。本发明之构造系在基板上堆叠有第一导电型层11、活性层3、及第二导电型层12,于该第二导电型层12内,在第一氮化物半导体层4及其上之第二氮化物半导体层6之间设有具有开口部41之电流狭窄层构成之氮化铟铝镓的第三氮化物半导体层5,于该第二导电型层表面局部设有电极20与窗部40,或设于窗部40之透光性膜30,藉此形成自上面取得大量光的构造。
申请公布号 TW558846 申请公布日期 2003.10.21
申请号 TW091113100 申请日期 2002.06.14
申请人 日亚化学工业股份有限公司 发明人 长滨慎一;三谷 友次;柳本友弥;山本正司
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种氮化物半导体发光元件,其构造系在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及前述第一导电型、i型或半绝缘性之第三氮化物半导体层,前述第二导电型层之上局部形成有窗部与第一电极。2.如申请专利范围第1项之氮化物半导体发光元件,其中在前述窗部形成有透光性膜。3.如申请专利范围第2项之氮化物半导体发光元件,其中前述第三氮化物半导体层包含AlxInyGa1-x-yN(0<x<1,0<y<1,x+y≦1)。4.如申请专利范围第2项之氮化物半导体发光元件,其中前述基板具有第一主面与第二主面,前述第一导电型层设于第一主面上,在第一主面或第二主面上设有反射层。5.如申请专利范围第4项之氮化物半导体发光元件,其中前述反射层设于基板与活性层之间,系堆叠数个包含AlGa1-N(0≦≦1)之组成不同之层的多层膜。6.如申请专利范围第1至5项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中投影于pn接合面之前述透光性膜或窗部之影像,以与投影于电流狭窄层之开口部之影像之至少一部分重叠之方式设置。7.如申请专利范围第6项之氮化物半导体发光元件,其中前述第一电极系透光性,在该电极之上具有经电性连接的第二电极。8.如申请专利范围第7项之氮化物半导体发光元件,其中设有数个前述透光性膜或窗部及/或前述电流狭窄层之开口部。9.如申请专利范围第8项之氮化物半导体发光元件,其中前述第一导电型层之一部分露出形成有电极,第一导电型层之电极与第二导电型层之电极设于基板之同一面侧,并且第一导电型层之电极,以包围含露出有第一导电型层之一部分而设置之前述活性层及第二导电型层之凸部的方式形成。10.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及前述第一导电型、i型或半绝缘性之第三氮化物半导体层,前述第二导电型层之上局部形成有窗部与第一电极,基板之上形成有包含前述活性层及第二导电型层之凸部,以包围该凸部之大致整个侧面之方式设有前述电流狭窄层。11.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及前述第一导电型、i型或半绝缘性之第三氮化物半导体层,前述第二导电型层之上局部形成有窗部与第一电极,基板之上形成有包含前述活性层及第二导电型层之凸部,前述电流狭窄层于该凸部之至少一个侧面具有在侧面之至少一部分开口的开口部。12.如申请专利范围第11项之氮化物半导体发光元件,其中在前述凸部之角部或角落之至少一个上设有电流狭窄层。13.如申请专利范围第10至12项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中在前述第二导电型层之上局部形成有窗部与第一电极。14.如申请专利范围第13项之氮化物半导体发光元件,其中以投影于pn接合面之影像与投影于电流狭窄层之开口部之影像之至少一部分重叠之方式设有窗部。15.如申请专利范围第14项之氮化物半导体发光元件,其中前述第三氮化物半导体层包含AlxInyGa1-x-yN(0<x<1,0<y<1,x+y≦1)。16.如申请专利范围第15项之氮化物半导体发光元件,其中设有数个前述开口部。17.如申请专利范围第16项之氮化物半导体发光元件,其中藉由使第一导电型层之一部分露出,自该露出面向上方突出设有前述凸部,并且在露出面形成有电极,该电极系沿着凸部之侧面形成。18.如申请专利范围第17项之氮化物半导体发光元件,其中前述凸部侧面之内,与形成于第一导电型层之露出面之接合用之电极相对之侧面设有电流狭窄层,其他侧面之一部分设有在该侧面之至少一部分开口的开口部。19.如申请专利范围第18项之氮化物半导体发光元件,其中向前述pn接合面之开口部与第一电极之影像,以第一电极之影像之至少一部分与至少一个开口部之影像重叠之方式设有第一电极、开口部。20.如申请专利范围第19项之氮化物半导体发光元件,其中以对一个前述开口部之影像,将该开口部之影像划分成数个区域之方式,设有桥接前述开口部之影像的第一电极。21.如申请专利范围第20项之氮化物半导体发光元件,其中覆盖前述第一电极之至少一部分,在第一电极之上形成有透光性膜。22.如申请专利范围第21项之氮化物半导体发光元件,其中前述开口部具有纵长方向,前述第一电极之至少一部分沿着该纵长方向设置。23.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及前述第一导电型、i型或半绝缘性之第三氮化物半导体层,前述第二导电型层之上局部形成有窗部与第一电极,前述第三氮化物半导体层具有AlxInyGa1-x-yN(0<x<1,0<y<1,x+y≦1)。24.如申请专利范围第23项之氮化物半导体发光元件,其中前述第一氮化物半导体层或第二氮化物半导体层具有III族之构成元素数量少于前述第三氮化物半导体层之AlxInyGa1-x-yN的氮化物半导体。25.如申请专利范围第23或24项之氮化物半导体发光元件,其中前述第三氮化物半导体层之AlxInyGa1-x-yN系非掺杂。26.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述第三氮化物半导体层具有第二导电型之杂质。27.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述第三氮化物半导体层具有第二导电型之杂质,前述第二氮化物半导体层之第二导电型之杂质浓度大于前述第三氮化物半导体。28.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述第三氮化物半导体层系含铟与铝之氮化物半导体,前述第二氮化物半导体层之第二导电型杂质浓度在11018cm-3以上。29.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述第三氮化物半导体层系含铟与铝之氮化物半导体,第一氮化物半导体层上具有:铝混晶比小之氮化物半导体层,及蚀刻阻止层,其系包含氮化物半导体,该氮化物半导体含铝混晶比大之铝。30.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层在第一氮化物半导体层之上具有第二氮化物半导体层,并且在该第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述电流狭窄层具有开口部,前述第二导电型层上具有:接合用之电极;及扩散用之电极,其系电性连接于该接合用电极,并延伸于第二导电型层上;该扩散用电极在开口部上具有窗部,前述电流狭窄层于前述接合用电极之正下方具有电流狭窄部。31.如申请专利范围第26至30项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述第三氮化物半导体层不含第一导电型之杂质。32.如申请专利范围第26至30项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述第三氮化物半导体层系AlxInyGa1-x-yN(0<x<1,0<y<1,x+y≦1)。33.如申请专利范围第32项之氮化物半导体发光元件,其中前述第一氮化物半导体层或第二氮化物半导体层具有III族之构成元素数量少于前述第三氮化物半导体层之AlxInyGa1-x-yN的氮化物半导体。34.如申请专利范围第23.24.26至30项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述氮化物半导体发光元件系面发光型的雷射元件,其系在电极开口部之窗部与基板侧,而非活性层上具有反射层。35.如申请专利范围第23.24.26至30项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述氮化物半导体发光元件系端面发光型雷射元件,其系具有对应于带状之电流狭窄层开口部之波导路径。36.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板主面上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层之上局部形成有欧姆用之第一电极与电极开口部之窗部,前述基板之主面上设有凹凸部,并且在前述窗部区域内设有该凹部与凸部之边界,形成有数个凸部区域。37.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板主面上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层之上局部形成有欧姆用之第一电极与电极开口部之窗部,前述基板之主面上设有凹凸部,并且在前述窗部区域内,该凹部与凸部之边界线或凸部之构成边的方向倾斜于前述窗部之纵长方向而形成。38.一种氮化物半导体发光元件,其具有在基板主面上堆叠有第一导电型层,其系具有第一导电型之氮化物半导体层;活性层;及第二导电型层,其系具有与第一导电型不同之第二导电型之第一氮化物半导体层的构造,其特征为:前述第二导电型层之上局部形成有欧姆用之第一电极与电极开口部之窗部,前述基板之主面上设有凹凸部,并且在前述窗部区域内,该凹部与凸部之边界线或凸部之构成边的方向倾斜于前述窗部之排列方向而形成。39.如申请专利范围第36至38项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述凹部与凸部之边界线或凸部之构成边的方向,具有相互不同的两个以上方向。40.如申请专利范围第36至38项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述凹部与凸部之边界线或凸部之构成边的方向,亦具有平行于窗部之排列方向或窗部之纵长方向的方向。41.如申请专利范围第36至38项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述窗部在倾斜于窗部之纵长方向的排列方向上排列有数个。42.如申请专利范围第36至38项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中在前述第一氮化物半导体层与第二氮化物半导体层之间具有电流狭窄层,其系包含开口部及第三氮化物半导体层,前述窗部正下方形成有电流狭窄层之开口部。43.如申请专利范围第36至38项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中前述第一导电型层之一部分露出。44.一种发光装置,其特征为具有:前述申请专利范围第1,10,11,23,26~30项中任一项之氮化物半导体发光元件;及转换自发光元件之发光光谱之至少一部分的萤光物质;且转换主发光波长在360nm以上之紫外线区域之发光光谱之一部分的萤光物质,为使用附加铕之硷土类金属卤化磷灰石萤光体,该铕具有:含自镁、钙、钡、锶、锌选出之一种以M所代表之元素,及至少含自锰、铁、铬、锡选出之一种以M'代表之元素。45.如申请专利范围第44项之发光装置,其中前述硷土类金属卤化磷灰石萤光体系以(M1-x-yEuxM'y)10(PO4)6Q2表示之萤光体(其中具有:M为至少自镁、钙、钡、锶、锌选出的一种,M'为至少自锰、铁、铬、锡选出之一种,Q为自卤素之氟、氯、溴、碘选出之一种,且0.0001≦x≦0.5,0.0001≦y≦0.5)。46.如申请专利范围第44或45项之发光装置,其中前述萤光物质系吸收来自发光元件之发光光谱之至少一部分,发出具有两个以上发光峰値之发光光谱,萤光物质之发光光谱之至少一部分彼此补色的萤光。47.如申请专利范围第1,10,11,23,26~30项中任一项之氮化物半导体发光元件,其中设有凸部,其系包含前述活性层及第二导电型层,并且设有数个凸部区域,其系具有纵长方向。图式简单说明:图1系说明本发明一种实施形态之元件构造的模式剖面图。图2系说明本发明一种实施形态之元件构造的模式剖面图。图3A~3C系说明本发明一种实施形态之元件构造的模式剖面图。图4A~4G系说明本发明一种实施形态之电流狭窄构造之叠层过程的模式剖面图。图5系说明本发明一种实施形态之模式剖面图。图6A~6E系说明本发明一种实施形态之横方向生长层之生长方法的模式剖面图。图7A~7D系说明显示先前发光元件之电极配置之上面图(平面图)及元件构造的模式剖面图。图8A~8B系说明本发明一种实施形态之上面图及其AA剖面之模式剖面图。图9A~9D系说明使用本发明之发光元件之发光装置之实施形态的模式剖面图。图10A~10B系说明本发明一种实施形态之元件构造及以封装构件之封装形态的模式剖面图。图11A~11F系于pn接合面50说明本发明之开口部与窗部之配置关系的模式图。图12A~12C系说明本发明一种实施形态之电极配置等的模式上面图。图13A~13B系说明本发明一种实施形态的模式斜视图。图14A~14B系说明本发明一种实施形态之模式剖面图及说明电极配置之上面图。图15A~15B系说明本发明一种实施形态之模式剖面图。图16A~16B系说明本发明一种实施形态之模式剖面图。图17A~17B系说明本发明一种实施形态之电极与开口部之配置的模式斜视图。图18A~18D系说明本发明一种实施形态之电极与开口部之配置的模式斜视图。图19A~19D系说明本发明一种实施形态之开口部与电极形状、及配置等的模式平面图。图20A~20B系说明本发明一种实施形态之基板与凹凸部之形状的模式斜视图。图21系显示本发明实施形态之氮化物半导体发光元件之构造的平面图。图22系图21之A-A'线的模式剖面图。图23系放大显示图22之剖面图之一部分的模式剖面图。图24系显示图23之一部分的模式剖面图。图25A~25G系说明本发明之电流阻止部之制造方法的模式剖面图。图26A~26D系说明本发明一种实施形态之平面图A;取得p侧电极分支B、电流阻止矩阵层C之平面图;及使用具有凹凸部之基板之形态的平面图D。图27A~27C系图26之A-A'线之模式剖面图A;B-B'线之模式剖面图B;C-C'之模式剖面图C。图28A~28D系说明本发明一种实施形态之平面图A;其A-A'线之剖面图B;取得p侧电极分支(第二导电侧之扩散用电极)C、电流阻止矩阵层D的平面图。图29A~29B系说明先前之发光元件的平面图A、与其A-A'线之模式剖面图。图30A~30D系说明具有本发明一种实施形态之凹凸部之基板及使用其之元件构造之光传播的模式剖面图。图31系说明具有本发明一种实施形态之一般基板及使用其之元件构造之光传播的模式剖面图。图32A系说明具有本发明一种实施形态之凹凸部之基板与窗部、电流狭窄层与光传播的模式斜视图。图33A系说明本发明一种实施形态之基板之凹凸部之形状之基本单位的模式平面图。
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