專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可以發(fā)射大量光的發(fā)光裝置。
背景技術：
用于可見光的三原色“藍”、“綠”和“紅”的發(fā)光裝置可以通過使用第III族氮化物半導體來制造。例如，提出了在低溫下在藍寶石襯底上形成無定形緩沖層，然后在由此形成的無定形緩沖層上生長第III族氮化物半導體晶體(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頁至第287頁，Sept.20，2002)。
但是，由于它使用藍寶石襯底作為襯底，即使當?shù)贗II族氮化物半導體晶體外延生長，僅能得到具有大缺陷密度的低質量晶體。此外，由于藍寶石襯底是絕緣體，所以存在得到大尺寸發(fā)光裝置的問題。
為了解決上面所述的問題，提出了通過使用第III族氮化物半導體如n-GaN的襯底，在襯底上生長第III族氮化物半導體晶體(例如，Nishida，“AlGaN-based Ultraviolet Light Emitting Diodes”，Journal of the JapaneseAssociation for Crystal Growth，vol.29，No.3，第288至295頁，Sept.20，2002)。

發(fā)明內容
目前，即使通過使用上面所述的發(fā)光裝置，也不能得到足夠的發(fā)光強度。在此情形下，本發(fā)明的一個目的在于提供一種發(fā)光裝置，其中提高了發(fā)光量而沒有改變發(fā)光裝置的尺寸。
為了達到上面所述的目的，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的特征在于，將半導體層形成在凸凹襯底的凸凹表面上。在此情況下，所述的凸凹襯底可以包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)；形成所述的凸凹襯底的凸凹表面的每個平面具有至少一個選自(11-2L)和(1-10L)中的平面指數(shù)，其中L表示1至4的整數(shù)；且在形成所述的凸凹襯底的凸凹上表面的每個平面與基準平面之間形成的角度可以為35°至80°。
附圖簡述

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的截面示意圖；圖2所示為常規(guī)發(fā)光裝置的截面示意圖；圖3所示為一種用于本發(fā)明的凸凹襯底的透視示意圖；圖4所示為另一種用于本發(fā)明的凸凹襯底的透視示意圖；和圖5為常規(guī)襯底的透視示意圖。
實施本發(fā)明的最佳方式在根據(jù)本發(fā)明的一種發(fā)光裝置中，參考圖1，半導體層30形成在凸凹襯底1的凸凹表面1a上。通過使用如上所述的這種凸凹襯底1，可以增大用于發(fā)光的半導體層30的表面積，因而發(fā)光裝置的發(fā)光量變大。
另一方面，在常規(guī)的發(fā)光裝置中，參考圖2，半導體層30形成在平坦襯底2的平坦表面2h上。即，參考圖1和2，由于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的半導體層30是形成在凸凹襯底1的凸凹表面1a上的，所以其表面積比形成在平坦襯底2的平坦表面2h上的半導體層30的表面積要大。在此情況下，由于半導體層30單位表面積具有恒定的發(fā)光量，通過如上所述的方式使半導體層30的表面積變大，所以可以在不改變發(fā)光裝置的尺寸的條件下，使發(fā)光量增大。
在此情況下，參考圖3和圖4，不特別限制凸凹襯底1的凸凹表面1a的表面形狀，例如，可以允許如圖3中所示的具有三角峰部分和三角谷部分的凸凹表面1a，或者可以允許如圖4中所示的為多面體錐形形狀的凸凹表面1a，其中一個峰部區(qū)域是通過虛線描繪的。
此外，不特別限制凸凹襯底1的凸凹表面1a中的峰-谷間距(一個投影部分與相鄰投影部分之間的水平距離)P和峰-谷高度(凹部部分與投影部分之間的垂直距離)H。但是，間距P優(yōu)選為1μm至3000μm，且高度H優(yōu)選為0.1μm至3000μm。當峰-谷間距P小于1μm或大于3000μm時，難以得到均勻的處延晶體。當凸凹高度H小于0.1μm時，發(fā)光面積變小，而當其大于3000μm時，難以得到均勻的處延晶體。在這些情形下，更優(yōu)選峰-谷間距P為1μm至500μm，且更優(yōu)選峰-谷高度H為4μm至1500μm。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置中，所述的凸凹襯底和半導體層各自優(yōu)選包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。通過由為第III族化合物的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)構造半導體層，可以制造用于“可見光”三原色“藍”、“綠”和“紅”或“紫外光”的發(fā)光裝置。此外，同樣對于襯底，通過使用如在半導體層中一樣的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)，可以生長高質量的半導體層。再有，不特別限制襯底的化學組成、半導體晶體的化學組成，及這些組成的組合，且考慮到獲得良好質量的半導體層，襯底與半導體層的化學組成有利地相似。
此外，參考圖3和圖4，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置中，優(yōu)選形成所述的凸凹襯底的凸凹表面的每個平面1b和1c具有至少一個選自(11-2L)和(1-10L)中的平面指數(shù)，其中L表示1至4的整數(shù)。在其中在襯底和半導體層中使用AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)的情況下，由于AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)晶體具有六角形對稱性，所以存在具有相同指數(shù)(11-2L)或(1-10L)的六個等價平面。在此情況下，L表示1至4的整數(shù)。因此，通過使用具有包含如上所述這種平面的凸凹表面1a的凸凹襯底1，可以形成三維結構的半導體層，因而可以增大半導體層的表面積。在此情況下，在其中凸凹襯底包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)的情況下，如圖4所示，六棱錐或三棱錐是通常在凸凹表面1a上形成的多棱錐。
此外，參考圖3和圖4，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置中，優(yōu)選在形成所述的凸凹襯底1的凸凹表面1a的平面1b與1c中的每一個與基準平面1h之間形成的角度φ11b和11c分別為35°至80°。在其中將AlxGayIn1-x-yN晶體用作凸凹襯底的情況下，具有超過80°的角度的穩(wěn)定峰很少存在。此外，當上面所述的角度小于35°時，半導體層的表面積幾乎完全不增加。這里，基準平面1h是指垂直于凸凹襯底1的厚度方面上的向量的平面，并且是與常規(guī)平坦襯底的平坦表面相平行的平面。
構成襯底的AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)晶體具有纖鋅礦型(六角形)晶體結構，因而具有六角形對稱性。可以通過下面所述的等式(1)來計算在形成凸凹表面的每個平面和角度基準平面之間形成的每個角度Φ。在此情況下，(h1k1-(h1+k1)l1)表示形成凸凹表面的每個平面的平面指數(shù)；(h2k2-(h2+k2)l2)表示基準平面(例如，(0001))的平面指數(shù)；a表示a軸長度；b表示b軸長度；且c表示c軸長度。此外，形成凸凹襯底的凸凹表面的每個平面與基準平面的平面指數(shù)可以通過X射線衍射(以下，稱作“XRD”)方法獲得。
等式1cosφ=h1h2+k1k2+12(h1k2+h2k1)+3a2l1l24c2((h12+k12+h1k1+3a2l124c2)(h22+k22+h2k2+3a2l224c2))1/2---(1)]]>實施例以下，將參考實施方案來詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置。
實施例1通過使用GaN襯底，所述的GaN襯底具有如圖3所示的凸凹表面1a，其具有的峰-谷間距P為200μm且峰-谷高度H為190μm，并且其中用于形成上面所述的凸凹表面1a的每個平面1b的平面指數(shù)為(1-101)，通過金屬有機化學氣相沉積(以下稱作“MOCVD”)法，將5μm的n-GaN層31、3nm的In0.2Ga0.8N層32、60nm的p-Al0.2Ga0.8N層33和150nm的p-GaN層33按此順序生長在上面所述的GaN襯底的凸凹表面上，由此得到如圖1所示的發(fā)光裝置。通過使用光譜儀測量上面所述發(fā)光裝置的發(fā)光強度。發(fā)現(xiàn)發(fā)光裝置的發(fā)光光譜的峰值波長為470nm且該發(fā)光裝置的發(fā)光強度為1.9，其中將下面所述的比較例1的發(fā)光強度確定為1.0。此外，在實施例1中，通過使用MOCVD法，在凸凹襯底的凸凹表面上生長半導體層。同樣可以通過使用不同類型的其它方法如氣相外延(以下稱作“VPE”)方法和分子束外延(以下稱作“MBE”)方法，來生長半導體層。
(比較例1)通過使用GaN襯底，所述的襯底如圖5所示具有平坦表面2h(由于是平坦的，所以峰-谷間距P為0μm且峰-谷高度H為0μm)，并且其中上面所述的平面表面2h的平面指數(shù)為(0001)，以與實施例1中相同的方式生長半導體層，由此得到如圖2中所示的發(fā)光裝置。通過使用光譜儀測量上面所述發(fā)光裝置的發(fā)光強度。發(fā)光裝置的發(fā)光光譜的峰值波長為470nm，然后，將實施例1至9各自的發(fā)藍光裝置的發(fā)光強度與確定為1.0的該發(fā)光裝置的發(fā)光強度進行比較。
(實施例2至11，比較例2和3)通過使用MOCVD方法，制造如表I至III中所示的具有襯底和半導體層結構的發(fā)光裝置，然后測量發(fā)光光譜的波長及其發(fā)光強度。結果全部示于表I至III中。此外，在表I至III每一個中的角度φ表示根據(jù)等式1，由形成凸凹襯底的凸凹表面的每個平面的平面指數(shù)與基準平面的平面指數(shù)(0001)計算的角度。
在此情況下，表I中的實施例1至9和比較例1各自為發(fā)藍光裝置的實施例，其中發(fā)光光譜的峰值波長為470nm，且實施例1至9中每個的發(fā)光強度是指相對值，其中比較例1的發(fā)光強度確定為1.0。此外，表II中的實施例10和比較例2各自為發(fā)綠光裝置的實施例，其中發(fā)光光譜的峰值波長為520nm，且實施例10的發(fā)光強度是指相對值，其中比較例2的發(fā)光強度確定為1.0。表III中的實施例11和比較例3各自為發(fā)紫外光裝置的實施例，其中發(fā)光光譜的峰值波長為380nm，且實施例11的發(fā)光強度是指相對值，其中比較例3的發(fā)光強度確定為1.0。
表I

表II

表III

如表I至III所示，在根據(jù)本發(fā)明的其中半導體層形成在凸凹襯底的凸凹表面上的發(fā)光裝置中，與其中半導體層形成在平坦襯底上的常規(guī)發(fā)光裝置相比，發(fā)光強度增加1.2倍至2.5倍，而與發(fā)光峰值波長無關。
應當理解的是，此處所公開的實施方案和實施例在所有方面都是舉例說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍應當由后附權利要求而不是由上面的描述來確定，并且意欲包括與這些權利要求等同的含義和所有落入這些權利要求范圍內的修改和變化。
工業(yè)適用性如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置，通過在凸凹襯底的凸凹表面上形成半導體層，可以增加發(fā)光量而沒有改變發(fā)光裝置的尺寸。
權利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，在凸凹襯底的凸凹表面上形成半導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述的凸凹襯底和半導體層包含AlxGayIn1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y≤1)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中形成所述的凸凹襯底的凸凹表面的每個平面具有至少一個選自(11-2L)和(1-10L)中的平面指數(shù)，其中L表示1至4的整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中在形成所述的凸凹襯底的凸凹表面的每個平面與基準平面之間形成的角度為35°至80°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有增加的發(fā)光量而沒有改變其尺寸的發(fā)光裝置。發(fā)光裝置的特征在于在凸凹襯底1的凸凹表面1a上形成半導體層30?？梢赃@樣構造本發(fā)明的發(fā)光裝置，以便凸凹襯底和半導體層都是由Al
文檔編號H01L33/32GK1701447SQ200480000800
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月31日 優(yōu)先權日2003年6月18日
發(fā)明者中畑成二 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社