[发明专利]化合物半导体发光元件、采用该化合物半导体发光元件的照明装置以及化合物半导体发光元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在化合物半导体内使电子与空穴复合(electron-hole recombination)而发光的化合物半导体发光元件及采用该化合物半导体发光元件的照明装置以及化合物半导体发光元件的制造方法，特别是涉及具有多个称为纳米柱(nano column)或纳米棒(nanorod)的柱状结晶结构体的所述化合物半导体发光元件。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体(以下称为氮化物(nitride))，在其中形成发光层，并从外部注入电流，在该发光层内使电子与空穴复合而发光的发光元件的发展惊人。另外，利用从上述发光元件发出的光的一部分激励荧光体，以将荧光体产生的光和来自发光元件的光混合而得到的白色光作为光源，应用于照明装置的技术受到瞩目。然而，未能获得满足高效率的要求的光源。作为其理由，如特别着眼于使用荧光体得到白色光的过程，则使效率下降的主要原因主要有两个。

首先，第一是由于波长转换损失了一部分能量(斯托克斯损耗(Stokes’loss))。具体而言，从发光元件发出、被荧光体吸收的激励光，被波长转换为能量低于从发光元件产生的光所具有的能量的光，再向外部发射。此时，产生相当于来自发光元件的激励光与来自荧光体的发出光分别具有的能量之差的损耗，使效率下降。

第二是在荧光体的非发光再结合(non-emissive recombination)导致的效率下降(荧光体的内部量子效率的下降)。具体而言，存在于荧光体内的晶体缺陷作为非发光复合中心发挥功能，通过激励光在荧光体内生成的载体的一部分没有对发光起作用，而被所述晶体缺陷捕获，使荧光体的发光效率下降。

因此，在通过使用荧光体经过如上所述的两个阶段得到白色光时，效率会显著下降，阻碍发光元件的高效化。以上的说明引用了本申请的申请人在以前提出的专利文献1的记载。此外，若使用所述荧光体，则由于硫化物系列、硅酸盐系列及卤化硅酸盐系列(halosilicate)荧光体会产生湿度导致的水解(水合反应)，并且会因紫外光等激励光而急速劣化，因此存在可靠性较低，寿命较短的问题。另外，若使用荧光体，则还存在显色性或色调不够的问题。即，在实现高显色的白色发光时，在现状下，红色荧光体的发光较弱，显色性与发光效率处于取舍(tradeoff)关系。另一方面，在用紫外发光半导体激励RGB的3色的荧光体的方法中，目前无法得到高效率的荧光体。

因此，在现在的技术下，为了实现高显色且可靠性较高的白色LED，只有使用RGB的3色的芯片(chip)的方法，但存在的问题是：难以设计不产生色差的光学系统，或从成本考虑难以将该技术应用于一般照明水平。

因此，对于如上所述的技术问题，本申请人提出了如下的化合物半导体发光元件，即不使用荧光体，且通过使用所述柱状结晶结构体，从而用1个芯片就能实现白色等多色发光。具体而言，在衬底上，以低于所述柱状结晶结构体的通常的生长温度的温度，使结晶生长的核生长，并经过一定时间而上升至通常的生长温度，从而使所述核具有偏差。之后，通过以通常方式使柱状结晶结构体生长，使发光层的膜厚和组成也具有偏差，使各柱状结晶结构体以不同的波长发光。另外，关于所述柱状结晶结构体的生长，在专利文献2等中有所记载。

所述专利文献1所记载的方法，在同一衬底且以单一的生长工序，能简单因而低成本地实现可多色发光的固体光源，是较好的方法。然而，由于利用生长的偏差实现多色发光，因此存在照明用途等将固体光源的发光色调整为所期望的色调时的精度较低的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开2007-123398号

专利文献2：日本专利公开公报特开2005-228936号

发明内容

本发明的目的在于提供一种化合物半导体发光元件及采用该化合物半导体发光元件的照明装置以及化合物半导体发光元件的制造方法，能以低成本实现所期望的色调(hue)，并且易于提高色调的调整精度。

本发明所提供的化合物半导体发光元件包括：衬底；第一电极，设置于所述衬底的其中一个面上；纳米级的多个柱状结晶结构体，其为被依次层叠在所述衬底的另一个面上的n型半导体层、发光层以及p型半导体层；第二电极，与所述多个柱状结晶结构体的顶部连接；以及基础层，设置于作为所述衬底的一部分区域的第一区域的所述另一个面一侧，用于控制所述柱状结晶结构体的生长，其中，在作为所述衬底中除所述第一区域以外的其余区域的至少一部分的第二区域与该第一区域之间的所述另一个面上设置有高度差。