本發(fā)明涉及發(fā)光元件，特別涉及其結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

已經(jīng)眾所周知將13族氮化物(III族氮化物)用作發(fā)光部的形成材料的發(fā)光元件(LED)。該以往眾所周知的發(fā)光元件中，通常將由例如藍(lán)寶石等與13族氮化物不同的材料形成的基板(異種材料基板)用作基底基板，在該基底基板上層疊有由13族氮化物形成的多個(gè)結(jié)晶層。

自發(fā)光顯示器也是已經(jīng)眾所周知的，該自發(fā)光顯示器是在例如藍(lán)寶石基板、陶瓷基板、在表面形成有硅氧化膜的硅基板等至少表面為絕緣性的基板上形成由硅薄膜和n型GaN層構(gòu)成的下部配線，進(jìn)而，在該下部配線上形成由硅氮化膜形成的掩膜，然后，在設(shè)置于該掩膜的多個(gè)開口部各自的位置層疊形成均由13族氮化物形成的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層、活性層以及第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層，從而具備多個(gè)柱狀的發(fā)光部(例如參見專利文獻(xiàn)1)。該自發(fā)光顯示器中，在發(fā)光部的周圍配置有折射率比構(gòu)成發(fā)光部的半導(dǎo)體的折射率小的低折射率體。

另外，已經(jīng)眾所周知如下技術(shù)：通過RF-MBE法，在n型的硅單晶基板上緊密地形成由13族氮化物形成且稱為納米柱的直徑1μm以下的柱狀的LED結(jié)構(gòu)(例如參見非專利文獻(xiàn)1)。

另外，眾所周知制作在c軸方向具有取向性的由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的取向性多晶基板的技術(shù)及在該基板上形成氮化物化合物半導(dǎo)體膜并層疊具有發(fā)光層的半導(dǎo)體層的技術(shù)(例如參見專利文獻(xiàn)2)。

另一方面，已經(jīng)眾所周知利用助熔劑法制作氮化鎵單晶自立基板的方法(例如參見專利文獻(xiàn)3)。

以往眾所周知的將異種材料基板用作基底基板的發(fā)光元件中，由于基底基板與13族氮化物層的晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)的差異的原因，位錯(cuò)在構(gòu)成發(fā)光部的13族氮化物層中傳播，在該位錯(cuò)的形成部位產(chǎn)生電流泄漏，這成為妨礙發(fā)光強(qiáng)度提高的一個(gè)主要原因。

相對(duì)于此，將氮化鎵單晶自立基板作為基底基板的情況下，消除了與13族氮化物層的晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)的差異的問題，但是，由于不容易大面積化，因此存在元件制造成本升高的問題。

另一方面，專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)1中所公開的發(fā)光元件中，雖然使用異種材料基板，但是通過在構(gòu)成上下工夫而實(shí)現(xiàn)了發(fā)光效率的提高。但是，在專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)的情況下，存在由于使用絕緣性的基板所以無(wú)法制作縱型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的問題。另外，在非專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)的情況下，雖然能夠形成位錯(cuò)、形變有所降低的發(fā)光部，但是由于使用硅單晶基板，所以在成本方面仍然有所制約。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開2013-55170號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:日本特許第3410863號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3:國(guó)際公開第2013/147326號(hào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1:Akihiko Kikuchi,Mizue Kawai,Makoto Tada and Katsumi Kishino,"InGaN/GaN Multiple Quantum Disk Nanocolumn Light-Emitting Diodes Grown on(111)Si Substrate",Japanese Journal of Applied Physics,Vol.43,No.12A,2004,pp.L1524-L1526.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，目的是提供一種廉價(jià)且容易制作、并且出光效率優(yōu)異的發(fā)光元件。

為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方案中，發(fā)光元件包括：取向多晶基板，所述取向多晶基板由取向的多個(gè)晶粒構(gòu)成；多個(gè)柱狀發(fā)光部，所述多個(gè)柱狀發(fā)光部是離散地設(shè)置于所述取向多晶基板的一個(gè)主面的不存在結(jié)晶缺陷的區(qū)域的上方，且分別在所述取向多晶基板的法線方向具有長(zhǎng)度方向的柱狀部位；以及光封入層，所述光封入層是用折射率比所述柱狀發(fā)光部的構(gòu)成材料低的材料以包圍所述多個(gè)柱狀發(fā)光部的方式設(shè)置于所述取向多晶基板的上方。

本發(fā)明的第二方案中，在第一方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述多個(gè)柱狀發(fā)光部設(shè)置于所述取向多晶基板的所述一個(gè)主面中具有假想確定的規(guī)定周期的平面晶格的晶格點(diǎn)位置中的、下方不存在所述結(jié)晶缺陷的位置。

本發(fā)明的第三方案中，在第二方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述多個(gè)晶粒在所述一個(gè)主面中的平均粒徑為D、在與所述多個(gè)柱狀發(fā)光部的長(zhǎng)度方向垂直的截面中的最大外徑尺寸為d時(shí)，d≤D/2。

本發(fā)明的第四方案中，在第三方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，當(dāng)D<20μm時(shí)，d≤D/4；當(dāng)D≥20μm時(shí)，d≤D/3。

本發(fā)明的第五方案中，在第二至第四方案中的任一項(xiàng)所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，在所述平面晶格的所述晶格點(diǎn)位置中的、下方存在所述結(jié)晶缺陷的位置具備長(zhǎng)度方向的尺寸比所述柱狀發(fā)光部短的柱狀部位亦即不完全柱狀部。

本發(fā)明的第六方案中，在第一至第五方案中的任一項(xiàng)所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述多個(gè)柱狀發(fā)光部分別是自所述取向多晶基板側(cè)開始依次層疊均由13族氮化物形成的n型層、活性層、p型層而得到的。

本發(fā)明的第七方案中，在第六方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述活性層具有MQW結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的第八方案中，在第六或第七方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述光封入層由SiO₂形成。

本發(fā)明的第九方案中，在第一至第八方案中的任一項(xiàng)所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述多個(gè)柱狀發(fā)光部各自的上端和所述光封入層的上表面構(gòu)成一個(gè)平坦面，在所述平坦面上設(shè)置有透明導(dǎo)電膜。

本發(fā)明的第十方案中，在第九方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述取向多晶基板為取向GaN基板，在所述透明導(dǎo)電膜上設(shè)置有焊盤電極，在所述取向GaN基板的另一個(gè)主面上設(shè)置有陰極電極。

本發(fā)明的第十一方案中，在第九方案所涉及的發(fā)光元件的基礎(chǔ)上，所述取向多晶基板為取向氧化鋁基板，在所述取向氧化鋁基板上設(shè)置有呈n型導(dǎo)電型的基底層，所述多個(gè)柱狀發(fā)光部形成在所述基底層上，在所述透明導(dǎo)電膜上設(shè)置有焊盤電極，在所述基底層上設(shè)置有陰極電極。

本發(fā)明的第十二方案中，發(fā)光元件的制造方法包括以下工序：第一光封入層形成工序，在取向多晶基板的一個(gè)主面上形成具有多個(gè)開口部的第一光封入層，該取向多晶基板由取向的多個(gè)晶粒構(gòu)成，由此，在所述的一個(gè)主面上具有不存在結(jié)晶缺陷的第一區(qū)域和存在結(jié)晶缺陷的第二區(qū)域；柱狀結(jié)構(gòu)體形成工序，以所述第一光封入層為掩膜，在所述多個(gè)開口部中，在所述取向多晶基板的所述的一個(gè)主面的上方依次層疊形成n型層、活性層以及p型層，由此，在所述多個(gè)開口部中的位于所述第一區(qū)域的上方的部位形成有分別呈柱狀的多個(gè)第一柱狀結(jié)構(gòu)體，另一方面，在所述多個(gè)開口部中的位于所述第二區(qū)域的上方的部位形成呈柱狀且長(zhǎng)度方向的尺寸比所述第一柱狀結(jié)構(gòu)體短的第二柱狀結(jié)構(gòu)體；第二光封入層形成工序，在所述第一光封入層上用與所述第一光封入層相同的材料以覆蓋所述第一柱狀結(jié)構(gòu)體及第二柱狀結(jié)構(gòu)體的方式形成第二光封入層；透明導(dǎo)電膜形成工序，以僅與所述多個(gè)第一柱狀結(jié)構(gòu)體電連接而沒有與所述第二柱狀結(jié)構(gòu)體電連接的方式在所述第二光封入層上形成透明導(dǎo)電膜；陽(yáng)極電極形成工序，在所述透明導(dǎo)電膜上形成焊盤電極；以及陰極電極形成工序，形成與所述多個(gè)第一柱狀結(jié)構(gòu)體的所述取向多晶基板側(cè)的端部電連接的陰極電極；所述第一光封入層形成工序中，將所述多個(gè)開口部確定為具有規(guī)定周期的平面晶格的晶格點(diǎn)位置，所述第一光封入層形成工序及第二光封入層形成工序中，所述第一光封入層及所述第二光封入層均用折射率比所述第一柱狀結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成材料低的材料形成。

本發(fā)明的第十三方案中，在第十二方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述多個(gè)晶粒在所述一個(gè)主面中的平均粒徑為D、所述多個(gè)開口部的開口徑為d時(shí)，d≤D/2。

本發(fā)明的第十四方案中，在第十三方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，當(dāng)D<20μm時(shí)，d≤D/4；當(dāng)D≥20μm時(shí)，d≤D/3。

本發(fā)明的第十五方案中，在第十二至第十四方案中的任一項(xiàng)所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，所述柱狀結(jié)構(gòu)體形成工序中，用13族氮化物形成所述n型層、所述活性層以及所述p型層。

本發(fā)明的第十六方案中，在第十五方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，將所述活性層形成為具有MQW結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的第十七方案中，在第十五或第十六方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，用SiO₂形成所述第一光封入層及所述第二光封入層。

本發(fā)明的第十八方案中，在第十二至第十七方案中的任一項(xiàng)所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，所述陽(yáng)極電極形成工序中，研磨所述第二光封入層以使所述多個(gè)第一柱狀結(jié)構(gòu)體各自的上端和所述第二光封入層的上表面構(gòu)成一個(gè)平坦面，然后，在所述平坦面上設(shè)置透明導(dǎo)電膜，在所述透明導(dǎo)電膜上形成焊盤電極。

本發(fā)明的第十九方案中，在第十八方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，作為所述取向多晶基板，使用取向GaN基板，所述陰極電極形成工序中，在所述取向GaN基板的另一個(gè)主面上設(shè)置陰極電極。

本發(fā)明的第二十方案中，在第十八方案所涉及的發(fā)光元件的制造方法的基礎(chǔ)上，作為所述取向多晶基板，使用取向氧化鋁基板，所述發(fā)光元件的制造方法還包括基底層形成工序：在所述取向氧化鋁基板上形成呈n型導(dǎo)電型的基底層；所述第一光封入層形成工序中，將所述第一光封入層形成在所述基底層上，所述柱狀結(jié)構(gòu)體形成工序中，將所述第一柱狀結(jié)構(gòu)體形成在所述基底層上且位于所述第一區(qū)域的上方的部位，所述陰極電極形成工序中，在所述基底層上設(shè)置陰極電極。

根據(jù)本發(fā)明的第一至第二十方案，能夠?qū)崿F(xiàn)雖然使用與單晶基板相比廉價(jià)且容易制作的取向多晶基板作為基底基板、但是出光效率優(yōu)異、并且抑制了電流泄漏的縱型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。

特別是根據(jù)本發(fā)明的第十二至第二十方案，盡管無(wú)論正下方是否存在結(jié)晶缺陷都將開口部的位置機(jī)械式地確定為平面晶格的晶格點(diǎn)位置，但是能夠僅將形成在基底基板的不存在結(jié)晶缺陷的第一區(qū)域上的第一柱狀結(jié)構(gòu)體用作柱狀發(fā)光部。

附圖說明

圖1是示意性地表示第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的構(gòu)成的圖。

圖2是示意性地表示發(fā)光元件10在制作過程中的樣子的圖。

圖3是例示俯視觀察時(shí)為圓形的開口部2h設(shè)置在六方平面晶格的晶格點(diǎn)位置的情形下的第一光封入層2a的俯視圖。

圖4是示意性地表示第一實(shí)施方式的變形例所涉及的發(fā)光元件110在制作過程中的樣子的圖。

圖5是示意性地表示第二實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件210在制作過程中的樣子的圖。

圖6是例示整面層疊發(fā)光元件的發(fā)光結(jié)構(gòu)的圖。

具體實(shí)施方式

本說明書中所示的周期表的族序號(hào)由1989年國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(International Union of Pure Applied Chemistry：IUPAC)的無(wú)機(jī)化學(xué)命名法修訂版中的1～18族序號(hào)表示，所謂13族，是指鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等，所謂14族，是指硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)等，所謂15族，是指氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等。

<第一實(shí)施方式＞

<發(fā)光元件的構(gòu)成＞

圖1是示意性地表示本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的構(gòu)成的圖。圖1(a)是發(fā)光元件10整體的示意截面圖。如圖1(a)所示，發(fā)光元件10主要包括：基底基板1、自基底基板側(cè)依次層疊第一光封入層2a和第二光封入層2b而得到的光封入層2、自基底基板側(cè)依次層疊均由13族氮化物(III族氮化物)形成的n型層3、活性層4及p型層5而得到的多個(gè)柱狀發(fā)光部6(第一柱狀結(jié)構(gòu)體)、透明導(dǎo)電膜7、焊盤電極8、以及陰極電極9。發(fā)光元件10具有大致縱型的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)，如果在焊盤電極8與陰極電極9之間通電，則存在于兩電極之間的多個(gè)柱狀發(fā)光部6發(fā)光。

另外，圖1(b)是表示柱狀發(fā)光部6的詳細(xì)構(gòu)成的截面圖。如圖1(b)所示，柱狀發(fā)光部6中，活性層4是自基底基板側(cè)依次反復(fù)交替層疊第一單位層4a和第二單位層4b而成的，由此，具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。另一方面，p型層5是通過自基底基板側(cè)依次層疊p型包層5a和p型蓋層5b而構(gòu)成的。

基底基板1是由多個(gè)GaN結(jié)晶構(gòu)成的多晶基板。其中，各GaN結(jié)晶以其c軸方向與基底基板1的主面的法線方向(以下，也僅稱為法線方向)大致一致(大致對(duì)齊)的方式取向、連結(jié)?；谆?是取向多晶基板的一種，以下，也稱為取向GaN基板。但是，嚴(yán)格地講，各GaN結(jié)晶的c軸方向稍微偏離基底基板1的法線方向。將GaN結(jié)晶的c軸方向相對(duì)于基底基板1的法線方向的偏離角稱為傾斜角。

另外，基底基板1中，由于其構(gòu)成及制法而存在晶界等結(jié)晶缺陷1d，其中的一部分在法線方向貫穿。但是，基底基板1可以視為在法線方向大致具有單晶結(jié)構(gòu)的基底基板，具有對(duì)于確保發(fā)光功能等設(shè)備特性而言足夠高的結(jié)晶性。另一方面，基底基板1到底是取向GaN基板而不是單晶基板，因此，還具有制造成本比單晶GaN基板低的優(yōu)點(diǎn)。

如果考慮發(fā)光元件10的制造過程中的把持等操作的難易度，則優(yōu)選基底基板1的厚度為幾十μm左右以上。另外，構(gòu)成基底基板1的GaN結(jié)晶的平均粒徑(更具體而言，在基底基板1的主面的面內(nèi)方向上的平均粒徑)D優(yōu)選為15μm以上。原理上對(duì)該平均粒徑D的上限沒有特別的限制，但實(shí)際上從制作多晶的取向GaN基板的觀點(diǎn)考慮，事實(shí)上的上限為200μm左右。后面，對(duì)基底基板1的制作方法進(jìn)行說明。

光封入層2設(shè)置成在基底基板1的一個(gè)主面?zhèn)劝鼑鄠€(gè)柱狀發(fā)光部6的周圍。光封入層2由折射率比構(gòu)成柱狀發(fā)光部6的13族氮化物小的材料形成。應(yīng)予說明，在GaN的情況下，折射率為2.4～2.6左右。作為光封入層2的材料，可以舉出：SiO₂、Al₂O₃、SiN、SiON等，但從制造的難易度的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選SiO₂。由此，柱狀發(fā)光部6中產(chǎn)生的光在與光封入層2的界面反復(fù)進(jìn)行反射，并且，沿著柱狀發(fā)光部6的長(zhǎng)度方向傳播，最終通過透明導(dǎo)電膜7釋放到元件外部。即，光封入層2具有將柱狀發(fā)光部6中產(chǎn)生的光封入柱狀發(fā)光部6內(nèi)的效果。利用該光封入效果能夠提高發(fā)光元件10的出光效率。

應(yīng)予說明，如上所述，光封入層2具有第一光封入層2a和第二光封入層2b這樣的2層結(jié)構(gòu)。其中，第一光封入層2a在后面詳細(xì)說明，其還是在形成柱狀發(fā)光部6時(shí)用作規(guī)定其形成位置的掩膜的層。但是，兩層在發(fā)揮光封入效果這一點(diǎn)上是完全一樣的。

從充分地發(fā)揮作為掩膜的功能這一點(diǎn)考慮，優(yōu)選第一光封入層2a的厚度設(shè)定為100nm～1000nm。另一方面，光封入層2整體的厚度與柱狀發(fā)光部6的厚度(長(zhǎng)度方向的尺寸)相同。

柱狀發(fā)光部6是在發(fā)光元件10中實(shí)際上負(fù)責(zé)發(fā)光的部位，以沿著法線方向延伸的圓柱狀、棱柱狀、其他柱狀的(棒狀的)層疊結(jié)構(gòu)體的形式設(shè)置于基底基板1的具備光封入層2一側(cè)的主面的上方。通過使由13族氮化物形成的多個(gè)層依次外延生長(zhǎng)在基底基板1的該主面上來(lái)設(shè)置柱狀發(fā)光部6。發(fā)光元件10中，多個(gè)柱狀發(fā)光部6離散地設(shè)置于基底基板1的主面上。

如上所述，各柱狀發(fā)光部6具有n型層3、通過第一單位層4a和第二單位層4b形成有MQW結(jié)構(gòu)的活性層4、由p型包層5a和p型蓋層5b構(gòu)成的p型層5層疊而成的構(gòu)成。各柱狀發(fā)光部6的c軸方向與正下方的GaN結(jié)晶的c軸方向一致。換言之，這意味著各柱狀發(fā)光部6的c軸方向與基底基板1的法線方向大致一致。

n型層3優(yōu)選：由按電子濃度為2×10¹⁸/cm³～2×10¹⁹/cm³摻雜有Si的GaN形成，厚度為400nm～5000nm。

活性層4優(yōu)選：第一單位層4a由組成為In_xGa_1-xN(0<x≤0.2)的13族氮化物形成，厚度為2nm～10nm，第二單位層4b由GaN形成，厚度為5nm～15nm，且第一單位層4a與第二單位層4b的成對(duì)反復(fù)層疊數(shù)為3～8。

p型包層5a優(yōu)選：由按空穴濃度為5×10¹⁷/cm³～5×10¹⁸/cm³摻雜有Mg的組成為Al_yGa_1-yN(0<y≤0.2)的13族氮化物形成，厚度為50nm～150nm。

p型蓋層5b優(yōu)選：由按空穴濃度為1×10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³摻雜有Mg的GaN形成，厚度為200nm～650nm。

由于具有如上所述的構(gòu)成，所以柱狀發(fā)光部6的長(zhǎng)度方向的尺寸達(dá)到500nm～6000nm左右。應(yīng)予說明，發(fā)光元件10中，所有的柱狀發(fā)光部6的上端部(更具體而言，p型蓋層5b的上端部)和光封入層2的上表面(更具體而言，第二光封入層2b的上表面)齊平，因此，柱狀發(fā)光部6的長(zhǎng)度方向的尺寸與掩埋該柱狀發(fā)光部6的光封入層2的厚度相同。

后面，對(duì)柱狀發(fā)光部6的詳細(xì)情況及基于其形成方式的作用效果進(jìn)行說明。

透明導(dǎo)電膜7以與第二光封入層2b的上表面和所有的柱狀發(fā)光部6的上端部鄰接的形態(tài)形成。由此，所有的柱狀發(fā)光部6均與透明導(dǎo)電膜7電連接。通過例如ITO、氧化鋅等形成厚度為50nm～200nm左右的透明導(dǎo)電膜7。

焊盤電極8是與柱狀發(fā)光部6的上端部分電連接的電極。焊盤電極8設(shè)置于透明導(dǎo)電膜7的上表面的一部分。焊盤電極8的理想的一例是形成為Ti/Au層疊膜。構(gòu)成焊盤電極8亦即Ti/Au層疊膜的Ti膜、Au膜的厚度分別優(yōu)選為20nm～200nm、50nm～500nm左右。

陰極電極9是與柱狀發(fā)光部6的基底基板1側(cè)的端部電連接的電極。陰極電極9設(shè)置于基底基板1的與具備柱狀發(fā)光部6等的一側(cè)的主面相反側(cè)的另一個(gè)主面上的大致整面。陰極電極9優(yōu)選形成為Ti/Al/Ni/Au多層膜。構(gòu)成陰極電極9亦即Ti/Al/Ni/Au多層膜的Ti膜、Al膜、Ni膜、Au膜的厚度分別優(yōu)選為10nm～30nm、150nm～1000nm、20nm～100nm、50nm～500nm左右。

<柱狀發(fā)光部的詳細(xì)情況＞

接下來(lái)，對(duì)柱狀發(fā)光部6、特別是其配置位置及尺寸和它們所帶來(lái)的作用效果進(jìn)行詳細(xì)的說明。

如上所述，發(fā)光元件10中，柱狀發(fā)光部6離散地設(shè)置于基底基板1的一個(gè)主面上，更具體而言，各柱狀發(fā)光部6設(shè)置于該主面上的具有假想確定的規(guī)定周期p的平面晶格(例如六方平面晶格、正方平面晶格等)的晶格點(diǎn)位置(以下為形成候補(bǔ)位置)且該主面不存在結(jié)晶缺陷1d的部位。換言之，設(shè)置于在基底基板1的一個(gè)主面上以周期p二維確定的形成候補(bǔ)位置中的、基底基板1的一個(gè)主面的不存在結(jié)晶缺陷1d的區(qū)域(第一區(qū)域)的上方。另外，各柱狀發(fā)光部6設(shè)置成:滿足在與長(zhǎng)度方向垂直的截面中的最大尺寸(最大外徑尺寸)d為D/2以下的條件。

由此，本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10中，僅在實(shí)質(zhì)上視為單晶的GaN結(jié)晶上形成有柱狀發(fā)光部6。即，任意一個(gè)柱狀發(fā)光部6都是以不受存在于基底基板1的晶界等結(jié)晶缺陷1d的影響的方式形成的。因此，任意一個(gè)柱狀發(fā)光部6都具有優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量。

應(yīng)予說明，如后所述，柱狀發(fā)光部6的形成候補(bǔ)位置規(guī)定為第一光封入層2a形成時(shí)所設(shè)置的開口部2h的位置(參照?qǐng)D3)。

另外，周期p是成為柱狀發(fā)光部6的最小間距的值，還取決于構(gòu)成基底基板1的GaN結(jié)晶的平均粒徑D的值，優(yōu)選為15μm～70μm左右。在這種情況下，發(fā)光元件10優(yōu)選具備滿足上述條件的多個(gè)柱狀發(fā)光部6。具備多個(gè)結(jié)晶質(zhì)量?jī)?yōu)異的柱狀發(fā)光部6有助于增大發(fā)光元件10中的發(fā)光強(qiáng)度。

假若周期p過小，則柱狀發(fā)光部6的最大外徑尺寸d也自然變小，雖然增加了柱狀發(fā)光部6的數(shù)量，但是與結(jié)晶缺陷1d重疊的形成候補(bǔ)位置也增多，因此，結(jié)果無(wú)法得到充分的發(fā)光強(qiáng)度。另一方面，如果周期p過大，則由于柱狀發(fā)光部6的數(shù)目變少，所以仍然無(wú)法得到充分的發(fā)光強(qiáng)度。

更詳細(xì)而言，在平均粒徑D低于20μm的情況下，尺寸d優(yōu)選為D/4以下，在平均粒徑D為20μm以上的情況下，尺寸d優(yōu)選為D/3以下。在滿足這些條件的情況下，能夠以良好的成品率制作發(fā)光強(qiáng)度較大的發(fā)光元件10。

另一方面，關(guān)于尺寸d的下限，只要能夠形成柱狀發(fā)光部6就沒有限制。但是，在尺寸d為1μm以上的情況下，如后所述，能夠通過MOCVD法比較容易地形成柱狀發(fā)光部6。或者，通過應(yīng)用例如公知的納米線的形成方法也能夠以尺寸d為100nm～1000nm左右的方式形成柱狀發(fā)光部6。

應(yīng)予說明，發(fā)光元件10中，在柱狀發(fā)光部6的形成候補(bǔ)位置且正下方存在結(jié)晶缺陷1d的部位存在雖然具有與柱狀發(fā)光部6同樣的層疊構(gòu)成(發(fā)光結(jié)構(gòu))但是長(zhǎng)度方向的尺寸比柱狀發(fā)光部6小的不完全柱狀部6β(第二柱狀結(jié)構(gòu)體)，而不是柱狀發(fā)光部6。換言之，不完全柱狀部6β形成于在基底基板1的一個(gè)主面上以周期p二維確定的形成候補(bǔ)位置中的、基底基板1的一個(gè)主面的存在結(jié)晶缺陷1d的區(qū)域(第二區(qū)域)的上方。不完全柱狀部6β由于以存在結(jié)晶缺陷1d的部位為生長(zhǎng)的起點(diǎn)(生長(zhǎng)基礎(chǔ))，所以是雖然以與柱狀發(fā)光部6相同的結(jié)晶生長(zhǎng)條件形成、但是生長(zhǎng)速度比柱狀發(fā)光部6小的部位。與柱狀發(fā)光部6不同，不完全柱狀部6β的上端部分被第二光封入層2b覆蓋，沒有與透明導(dǎo)電膜7電連接，因此，不會(huì)對(duì)發(fā)光帶來(lái)幫助。

假設(shè)與本實(shí)施方式同樣地使用取向GaN基板作為基底基板1、像以往的發(fā)光元件那樣在該基板的一個(gè)主面的大致整面上依次層疊n型層、活性層及p型層而形成發(fā)光結(jié)構(gòu)(LED結(jié)構(gòu))的發(fā)光元件(以下為整面層疊發(fā)光元件)的情況下，因構(gòu)成取向GaN基板的各晶粒的結(jié)晶缺陷1d而可能導(dǎo)致在形成于其上方的部分，由n型層、活性層及p型層構(gòu)成的LED結(jié)構(gòu)中在面內(nèi)方向不連續(xù)。圖6是例示用于對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行說明而示出的、整面層疊發(fā)光元件中的發(fā)光結(jié)構(gòu)的圖。如圖6所示，在整面層疊發(fā)光元件的情況下，由于在結(jié)晶缺陷1d的上方生長(zhǎng)速度變慢，所以也形成有與周圍相比，形成發(fā)光結(jié)構(gòu)的n型層3、活性層4及p型層5的層疊方向尺寸較小的不完全柱狀部6β。因此，有可能發(fā)生如下情形:各層在面內(nèi)方向不連續(xù)，正常形成的n型層3與不完全柱狀部6β的活性層4以及p型層5接觸，正常形成的活性層4與不完全柱狀部6β的p型層5接觸。特別是在活性層4(尤其是MQW結(jié)構(gòu))中出現(xiàn)不連續(xù)的情況下，產(chǎn)生p型層5上形成的p型電極接觸到活性層4或n型層3的不良情況，因此，成為發(fā)生電流泄漏的主要原因。并且，取向GaN基板中存在的該結(jié)晶缺陷1d并不整齊，因此，在整面層疊發(fā)光元件的情況下，在基板表面避開該結(jié)晶缺陷1d進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)或者避開結(jié)晶缺陷1d上的生長(zhǎng)部分形成電極都是比較困難的。

與此相對(duì)，本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的情況下，在結(jié)晶缺陷1d上僅存在沒有與透明導(dǎo)電膜7電連接的不完全柱狀部6β，柱狀發(fā)光部6沒有存在于結(jié)晶缺陷1d上，因此，能夠很好地抑制該電流泄漏產(chǎn)生。如果換個(gè)角度來(lái)看，可以理解為：本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10通過在結(jié)晶缺陷1d上配置不完全柱狀部6β來(lái)抑制電流泄漏產(chǎn)生。即，發(fā)光元件10中，不完全柱狀部6β可以作為電流泄漏抑制部起作用。

應(yīng)予說明，本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的情況下，與整面層疊發(fā)光元件相比，負(fù)責(zé)發(fā)光的部分的面積相對(duì)于基底基板1的一個(gè)主面的面積的比例較小，但是，如上所述，通過在柱狀發(fā)光部6的周圍具備光封入層2，倒是與整面層疊發(fā)光元件相比提高了出光效率。

因此，通過具有如上所述的構(gòu)成，本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10中，雖然將取向GaN基板用作基底基板1，但是實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的發(fā)光強(qiáng)度。

<發(fā)光元件的制作方法＞

接下來(lái)，對(duì)制作本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的方法進(jìn)行說明。以下的說明中，以準(zhǔn)備處于母基板(晶片)狀態(tài)的基底基板1、通過同時(shí)制作多個(gè)發(fā)光元件10的、所謂的多電子部件同時(shí)制作的方法制作發(fā)光元件10的情形為對(duì)象。圖2是示意性地表示發(fā)光元件10在制作過程中的樣子的圖。

首先，作為基底基板1，準(zhǔn)備(制作)如圖2(a)所示的存在晶界等結(jié)晶缺陷1d的取向GaN基板。作為取向GaN基板的制作方法，例如可以舉出利用助熔劑法(Na助熔劑法)的方法。

在利用助熔劑法的情況下，首先，準(zhǔn)備作為取向多晶基板的取向氧化鋁基板。

取向氧化鋁基板由一個(gè)主面中的平均粒徑為15μm～70μm左右的氧化鋁(Al₂O₃)粒子的c軸大致向基板法線方向取向的多晶氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。關(guān)于氧化鋁基板的尺寸，只要在后續(xù)的處理時(shí)能夠操作就沒有特別的限制，但是，優(yōu)選使用例如直徑2英寸～8英寸、厚度500μm～2000μm左右的氧化鋁基板。

然后，以氫為載氣，以TMG(三甲基鎵)和氨為原料氣體，通過MOCVD法在該取向氧化鋁基板的一個(gè)主面上，依次形成厚度20nm～30nm左右的GaN低溫緩沖層及厚度1μm～5μm左右的GaN層，由此，得到種基板。GaN低溫緩沖層的形成溫度只要為510℃～530℃左右即可，接下來(lái)的GaN層的形成溫度只要為1050℃～1150℃左右即可。

將該種基板和與氧化鋁基板的尺寸對(duì)應(yīng)的重量的金屬Ga及金屬Na一同填充到氧化鋁坩堝中，進(jìn)而，將該氧化鋁坩堝放入耐熱金屬制的培養(yǎng)容器中并密閉。將該培養(yǎng)容器載置于耐熱耐壓的結(jié)晶培養(yǎng)爐內(nèi)。使?fàn)t內(nèi)溫度為750℃～900℃，導(dǎo)入氮?dú)舛範(fàn)t內(nèi)壓力為3MPa～5MPa，然后，使該培養(yǎng)容器水平旋轉(zhuǎn)，并且保持50小時(shí)～100小時(shí)，由此，生長(zhǎng)厚度250μm～500μm左右的GaN厚膜層。這種情況下，GaN厚膜層是以晶粒效仿構(gòu)成作為基底的氧化鋁基板的各晶粒的結(jié)晶方位進(jìn)行c軸取向而成的取向多晶層的形式得到的。

然后，通過研磨裝置進(jìn)行磨削等而除去取向氧化鋁基板側(cè)，之后，使用金剛石磨粒等公知的方法將GaN厚膜層研磨為期望的厚度，由此，得到取向GaN基板。

雖然取向氧化鋁基板上所形成的GaN厚膜層也成為多晶層且各晶粒的c軸效仿取向氧化鋁基板大致向基板法線方向取向，但是內(nèi)包有晶界等結(jié)晶缺陷1d。因此，最終得到的取向GaN基板也具有該特點(diǎn)。

當(dāng)?shù)玫阶鳛榛谆?的取向GaN基板后，如圖2(b)所示，在它的一個(gè)主面上形成第一光封入層2a。第一光封入層2a形成為：在俯視觀察第一光封入層2a時(shí)，貫通孔亦即開口部2h位于平面晶格(例如六方平面晶格、正方平面晶格等)的晶格點(diǎn)位置。圖3是例示在俯視觀察時(shí)為圓形的開口部2h設(shè)置于六方平面晶格的晶格點(diǎn)位置的情形的第一光封入層2a的俯視圖。如上所述，該開口部2h的配置位置為柱狀發(fā)光部6的形成候補(bǔ)位置。即，第一光封入層2a在形成柱狀發(fā)光部6(及不完全柱狀部6β)時(shí)作為掩膜起作用。換言之，成為柱狀發(fā)光部6或者不完全柱狀部6β的形成位置。

開口部2h的最大外徑尺寸只要為與柱狀發(fā)光部6的最大外徑尺寸d大致一致的值即可，另外，如上所述，周期p優(yōu)選為30μm～100μm左右。應(yīng)予說明，關(guān)于開口部2h的配置位置、亦即柱狀發(fā)光部6的形成候補(bǔ)位置并未對(duì)不整齊地存在于基底基板1的結(jié)晶缺陷1d的位置作任何考慮，可以說是機(jī)械式確定的。

該第一光封入層2a可以通過以下方法來(lái)形成：利用例如濺射法、CVD法形成厚度0.05μm～5μm的、SiO₂、Al₂O₃、SiN、SiON等折射率比構(gòu)成柱狀發(fā)光部6的13族氮化物小的材料的層，然后，通過光刻工藝和RIE蝕刻工藝在該層上形成開口徑d的開口部2h。

當(dāng)?shù)谝还夥馊雽?a的形成結(jié)束后，如圖2(c)所示，在開口部2h形成柱狀發(fā)光部6。通過MOCVD法形成柱狀發(fā)光部6。

首先，將形成有第一光封入層2a的基底基板1以第一光封入層2a一側(cè)為形成面的方式載置于MOCVD爐內(nèi)的基座上。然后，在氫氮混合氣氛中，使基板溫度(基座溫度)為規(guī)定的n型層形成溫度1050℃～1150℃，以氮和氫為載氣，以TMG(三甲基鎵)和氨為原料，將硅烷氣體作為摻雜物，在開口部2h使作為n型層3的Si摻雜GaN層生長(zhǎng)在基底基板1上。

接下來(lái)，使基板溫度(基座溫度)為規(guī)定的活性層形成溫度750℃～850℃，以氮和氫為載氣，以TMG及TMI(三甲基銦)和氨為原料，在n型層3上，自基底基板1側(cè)開始依次反復(fù)交替地形成由組成為In_xGa_1-xN(0<x≤0.2)的13族氮化物形成的第一單位層4a和由GaN形成的第二單位層4b，由此，形成具有MQW結(jié)構(gòu)的活性層4。

進(jìn)而，使基板溫度(基座溫度)為規(guī)定的p型層形成溫度1000℃～1100℃，以氮和氫為載氣，以TMG及TMA(三甲基鋁)和氨為原料，將Cp₂Mg作為摻雜物，在活性層4上依次形成在組成為Al_yGa_1-yN(0<y≤0.2)的13族氮化物中摻雜Mg而得到的p型包層5a和由摻雜Mg的GaN形成的p型蓋層5b作為p型層5。應(yīng)予說明，在形成p型蓋層5b時(shí)，由于在后續(xù)的處理中對(duì)其上端部分5e進(jìn)行研磨，所以需要預(yù)見該研磨所導(dǎo)致的減少量來(lái)確定形成厚度。具體而言，如上所述，p型蓋層5b的厚度優(yōu)選為50nm～200nm，因此，可以使形成厚度比該厚度大100nm～300nm左右。

通過進(jìn)行以上的步驟而在開口部2h形成有柱狀發(fā)光部6。如上所述，機(jī)械式地確定開口部2h的配置位置，因此，有時(shí)在一部分的開口部2h的正下方存在結(jié)晶缺陷1d，但是，在存在結(jié)晶缺陷1d的部位，以比柱狀發(fā)光部6的生長(zhǎng)速度小的生長(zhǎng)速度形成有比柱狀發(fā)光部6短的不完全柱狀部6β，因此，實(shí)際上形成有期望的尺寸的柱狀發(fā)光部6僅是在開口部2h的正下方不存在結(jié)晶缺陷1d的部位。換言之，本實(shí)施方式中，利用因生長(zhǎng)起點(diǎn)(生長(zhǎng)基底)的狀態(tài)不同而導(dǎo)致的生長(zhǎng)速度差異，由此，還可以說無(wú)需進(jìn)行特別的控制或嚴(yán)加區(qū)別，就能夠從柱狀發(fā)光部6的形成部位中將構(gòu)成基底基板1的GaN結(jié)晶的晶界部分排除在外。

當(dāng)柱狀發(fā)光部6的形成結(jié)束后，接下來(lái)，如圖2(d)所示，形成第二光封入層2b。第二光封入層2b與第一光封入層2a同樣地以SiO₂、Al₂O₃、SiN、SiON等折射率比構(gòu)成柱狀發(fā)光部6的13族氮化物小的材料為構(gòu)成材料，以掩埋柱狀發(fā)光部6及不完全柱狀部6β之間且覆蓋柱狀發(fā)光部6的最上層亦即p型層5的上端部分5e的方式形成。換言之，第二光封入層2b形成為：覆蓋暴露出來(lái)的柱狀發(fā)光部6及不完全柱狀部6β。該第二光封入層2b優(yōu)選以例如濺射法形成。另外，第二光封入層2b優(yōu)選形成為：與第一光封入層2a合起來(lái)而得到的光封入層2整體的厚度為0.8μm～8μm左右。此時(shí)，不完全柱狀部6β的上端部分當(dāng)然也被第二光封入層2b覆蓋。

當(dāng)?shù)诙夥馊雽?b的形成結(jié)束后，對(duì)其表層部分進(jìn)行研磨，如圖2(e)所示，使p型層5(更嚴(yán)格地講使p型蓋層5b)暴露出來(lái)，形成由p型層5的上表面5s和第二光封入層2b的上表面2s構(gòu)成的平坦面。作為該研磨方法，優(yōu)選CMP研磨，優(yōu)選在第二光封入層2b的研磨速度(化學(xué)蝕刻速度)與p型層5的研磨速度相同或者更快的條件下進(jìn)行研磨。

當(dāng)研磨處理結(jié)束后，接下來(lái)，使用高速退火爐(RTA)，在750℃～850℃的氮?dú)夥罩校M(jìn)行10分鐘～20分鐘的熱處理，以便使p型層5活化。

接下來(lái)，通過光刻工藝和RIE蝕刻，形成最終得到多個(gè)發(fā)光元件10時(shí)的分割部位亦即分離槽，然后，依次形成陰極電極9、透明導(dǎo)電膜7及焊盤電極8。

陰極電極9優(yōu)選通過光刻工藝和真空蒸鍍法形成，并且，陰極電極9優(yōu)選形成在基底基板1的與第一光封入層2a的形成面相反側(cè)的主面的大致整面。陰極電極9形成后，在600℃～650℃的氮?dú)夥罩?，進(jìn)行50秒鐘～300秒鐘的熱處理，以便使其歐姆接觸特性變得良好。

另外，透明導(dǎo)電膜7優(yōu)選通過濺射法形成在由p型層5的上表面5s和第二光封入層2b的上表面2s構(gòu)成的平坦面的大致整面上。

進(jìn)而，焊盤電極8優(yōu)選通過光刻工藝和真空蒸鍍法形成在透明導(dǎo)電膜7的上表面的一部分。焊盤電極8形成后，在600℃～650℃的氮?dú)夥罩校M(jìn)行1分鐘～5分鐘的熱處理，以便使其歐姆接觸特性變得良好。

最后，利用切塊機(jī)等，沿著之前形成的分離槽切斷，由此，能夠得到多個(gè)發(fā)光元件10(圖3(f))。

應(yīng)予說明，基底基板1中的結(jié)晶缺陷1d的分布不整齊，因此，在以如上所述的步驟制作多個(gè)發(fā)光元件10的情況下，因切斷部位和結(jié)晶缺陷1d的存在部位疊合，還可能產(chǎn)生沒有充分形成柱狀發(fā)光部6的發(fā)光元件10，但是，通過很好地確定柱狀發(fā)光部6的尺寸d和開口部2h的周期p，能夠限定形成此類發(fā)光元件10的概率。根據(jù)本實(shí)施方式，換言之，能夠以高的成品率制作發(fā)光強(qiáng)度大的發(fā)光元件10。

如以上說明所述，根據(jù)本實(shí)施方式，作為基底基板，使用與單晶基板相比廉價(jià)且容易制作的取向多晶基板亦即取向GaN基板，并且在它的一個(gè)主面上且不存在晶界等結(jié)晶缺陷的位置離散地設(shè)置將分別由13族氮化物形成的n型層、活性層以及p型層層疊而得到的柱狀發(fā)光部，并且，在該柱狀發(fā)光部的周圍以折射率比形成柱狀發(fā)光部的13族氮化物小的物質(zhì)設(shè)置光封入層，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)出光效率優(yōu)異、并且電流泄漏被抑制的縱型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。

并且，存在晶界等結(jié)晶缺陷的部位是生長(zhǎng)起點(diǎn)的情況下，與不存在結(jié)晶缺陷的部位是生長(zhǎng)起點(diǎn)的情形相比，13族氮化物的生長(zhǎng)速度較小，利用這一點(diǎn)，盡管在形成柱狀發(fā)光部時(shí)無(wú)論正下方是否存在結(jié)晶缺陷都將其形成候補(bǔ)位置機(jī)械式地確定為平面晶格的晶格點(diǎn)位置，還是能夠僅在基底基板的不存在結(jié)晶缺陷的部位很好地形成柱狀發(fā)光部。

<第一實(shí)施方式的變形例＞

圖4是示意性地表示第一實(shí)施方式的變形例所涉及的發(fā)光元件110在制作過程中的樣子的圖。應(yīng)予說明，對(duì)該變形例所涉及的發(fā)光元件110中所具備的構(gòu)成部件且與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的構(gòu)成部件相同的構(gòu)成部件賦予相同的符號(hào)，并省略其詳細(xì)的說明。

如圖4(a)所示，該變形例中準(zhǔn)備的基底基板1與第一實(shí)施方式相同，但是，如圖4(b)所示，第一光封入層102a的開口部102h與發(fā)光元件10所具備的第一光封入層2a的開口部2h的形狀不同，呈越是上方越寬的錐狀(對(duì)截面進(jìn)行觀察時(shí)為梯形)。這是通過在用于形成開口部102h的RIE蝕刻時(shí)使基底基板1傾斜且旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

形成該開口部102h后，接下來(lái)，以與第一實(shí)施方式中的柱狀發(fā)光部6的形成條件相同的形成條件形成柱狀發(fā)光部106，但是，如圖4(c)所示，因開口部102h的形狀，而使得n型層103、活性層104及p型層105的外形尺寸比柱狀發(fā)光部6大。

以下，如圖4(d)～(e)所示，與第一實(shí)施方式同樣地，形成第二光封入層102b，利用研磨處理形成由p型層105的上表面105s和第二光封入層102b的上表面102s構(gòu)成的平坦面，進(jìn)而，形成分離槽及形成陰極電極9、透明導(dǎo)電膜7及焊盤電極8，由此，得到圖4(f)所示的發(fā)光元件110。

發(fā)光元件110中，由其制作步驟還可知：構(gòu)成柱狀發(fā)光部106的n型層103的基底基板附近呈越是上方外徑尺寸越大的錐狀，由此，與n型層103與基底基板1的界面的面積相比，與該界面平行的活性層104的截面的面積較大。由此，發(fā)光元件110和n型層103與基底基板1的界面的面積相同的發(fā)光元件10相比，實(shí)現(xiàn)更大的出光效率。

<第二實(shí)施方式＞

如上所述，第一實(shí)施方式(及其變形例)中，對(duì)通過使用取向多晶基板亦即GaN基板作為基底基板1來(lái)實(shí)現(xiàn)出光效率優(yōu)異的縱型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的情形進(jìn)行了說明，本實(shí)施方式中，對(duì)橫型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件210進(jìn)行說明。

圖5是示意性地表示第二實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件210在制作過程中的樣子的圖。應(yīng)予說明，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件210所具備的構(gòu)成部件且與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10的構(gòu)成部件相同的構(gòu)成部件賦予相同的符號(hào)，并省略其詳細(xì)的說明。另外，以下的說明中，以準(zhǔn)備處于母基板狀態(tài)的基底基板201、通過同時(shí)制作多個(gè)發(fā)光元件210的、所謂的多電子部件同時(shí)制作的方法制作發(fā)光元件210的情形為對(duì)象。

如圖5(a)所示，本實(shí)施方式中，作為基底基板201，使用在取向氧化鋁基板201a的一個(gè)主面的大致整面上形成有呈n型導(dǎo)電型的基底層201b的基底基板。

取向氧化鋁基板201a由一個(gè)主面中的平均粒徑D為15μm～70μm左右的多個(gè)氧化鋁(Al₂O₃)粒子的c軸向大致基板法線方向取向的多晶氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。關(guān)于取向氧化鋁基板201a的尺寸，只要在后續(xù)的處理時(shí)能夠操作就沒有特別的限制，優(yōu)選使用例如直徑2英寸～8英寸、厚度500μm～2000μm左右的取向氧化鋁基板。

通過MOCVD法形成基底層201b。首先，將取向氧化鋁基板201a載置于MOCVD爐內(nèi)的基座上，通過暫且在氫氣氛中加熱保持為清潔處理1150℃～1250℃來(lái)進(jìn)行清潔處理，然后，使基板溫度(基座溫度)降低至低溫緩沖層形成溫度500℃～550℃，以氫為載氣，以TMG和氨為原料，生長(zhǎng)厚度為10nm～30nm的未圖示的GaN低溫緩沖層。接下來(lái)，使基板溫度(基座溫度)為規(guī)定基底層形成溫度1080℃～1120℃，以氮和氫為載氣，以TMG和氨為原料，將硅烷氣體作為摻雜物，形成厚度2μm～5μm的、作為基底層201b的Si摻雜GaN層。

應(yīng)予說明，取向氧化鋁基板201a中，與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10中使用的基底基板1同樣地存在晶界等結(jié)晶缺陷201d。另外，基底層201b中的、該結(jié)晶缺陷201d上的部分與其它部分相比，發(fā)生結(jié)晶品質(zhì)劣化。

當(dāng)準(zhǔn)備好基底基板201后，如圖5(b)～(e)所示，以與第一實(shí)施方式同樣的步驟形成作為掩膜的第一光封入層2a，直至通過研磨處理形成由p型層5的上表面5s和第二光封入層2b的上表面2s構(gòu)成的平坦面。此時(shí)的、開口部2h的周期p、開口徑d的優(yōu)選條件(開口徑d與晶粒徑D的關(guān)系)以及其它制作條件可以與第一實(shí)施方式相同。

應(yīng)予說明，在本實(shí)施方式中形成柱狀發(fā)光部6時(shí)，與第一實(shí)施方式同樣，形成在結(jié)晶缺陷201d的存在位置的上方的是尺寸比柱狀發(fā)光部6小的不完全柱狀部6β，因此，最終得到的發(fā)光元件210與發(fā)光元件10同樣，能夠很好地抑制因結(jié)晶缺陷201d的存在而發(fā)生的電流泄漏。

也與第一實(shí)施方式同樣地進(jìn)行緊接著的分離槽的形成，然后，接下來(lái)，通過光刻工藝和RIE蝕刻使基底層201b的一部分暴露出來(lái)(圖5(f))，以便確保陰極電極209的形成位置。然后，通過光刻工藝和真空蒸鍍法在該露出部位形成陰極電極209。陰極電極209的構(gòu)成材料及厚度可以與第一實(shí)施方式相同。進(jìn)而，關(guān)于透明導(dǎo)電膜7及焊盤電極8的形成，只要與第一實(shí)施方式同樣地進(jìn)行即可。由此，得到圖5(f)所示的橫型結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件210。

發(fā)光元件210的整體結(jié)構(gòu)為橫型，基底基板使用取向氧化鋁基板，但是，柱狀發(fā)光部6的形成方案與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10相同。因此，關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件210，也能夠與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10同樣地使用與單晶基板相比廉價(jià)且容易制作的取向多晶基板作為基底基板，并且，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的出光效率、抑制電流泄漏。

實(shí)施例

(實(shí)施例)

制作具有與第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光元件10同樣的構(gòu)成的多種發(fā)光元件。

具體而言，制作使取向GaN基板中的平均粒徑D不同為15μm、30μm、50μm這三個(gè)水準(zhǔn)且使開口部2h的開口徑(柱狀發(fā)光部6的最大外徑尺寸)d不同為1μm、2μm、3μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm這八個(gè)水準(zhǔn)的共24個(gè)發(fā)光元件(試樣No.1～24)。

首先，利用助熔劑法制作作為基底基板1的取向GaN基板。最初，將一個(gè)主面中的平均粒徑為15μm、30μm、50μm這3種取向氧化鋁基板各準(zhǔn)備8張，分別使用它們制作取向GaN基板。應(yīng)予說明，任意一種取向氧化鋁基板的直徑均為2英寸，厚度均為400μm。

關(guān)于這些取向氧化鋁基板，分別通過MOCVD法形成厚度20nm的GaN低溫緩沖層后，形成厚度3μm的GaN層，由此，得到3種種基板。GaN低溫緩沖層的形成溫度為520℃，接下來(lái)的GaN層的形成溫度為1100℃。

關(guān)于該3種種基板，分別利用助熔劑法生長(zhǎng)GaN厚膜層。此時(shí)，與種基板一同填充到氧化鋁坩堝中的金屬Ga及金屬Na的填充量分別為20g、40g。結(jié)晶培養(yǎng)爐的爐內(nèi)溫度為850℃，爐內(nèi)壓力為4MPa。另外，保持時(shí)間為20小時(shí)。由此，在種基板上生長(zhǎng)厚度為約500μm左右的GaN厚膜層。將氧化鋁坩堝冷卻至室溫后，將形成GaN厚膜層后的種基板從氧化鋁坩堝中取出。

然后，利用研磨裝置進(jìn)行磨削除去取向氧化鋁基板側(cè)后，使用金剛石磨粒對(duì)GaN厚膜層進(jìn)行研磨，使其厚度為300μm。由此，得到3種取向GaN基板。得到的3種取向GaN基板的一個(gè)主面中的平均粒徑與成為基底的取向氧化鋁基板中的平均粒徑大致相同(15μm、30μm、50μm)。

接下來(lái)，在得到的各取向GaN基板上形成第一光封入層2a。具體而言，首先，以濺射法形成厚度0.1μm的SiO₂層。然后，通過光刻工藝和RIE蝕刻工藝，在該層上以不同的開口徑d形成開口部2h。任意一種取向GaN基板中，開口部2h均形成在六方平面晶格的晶格點(diǎn)位置。應(yīng)予說明，周期p均為30μm。

當(dāng)該第一光封入層2a的形成結(jié)束后，通過MOCVD法形成柱狀發(fā)光部6。

首先，使基板溫度為1100℃，形成厚度0.7μm的、電子濃度為5×10¹⁸/cm³的Si摻雜GaN層作為n型層3。

接下來(lái)，使基板溫度750℃，自基底基板1側(cè)依次形成由In_0.1Ga_0.9N形成且厚度為2nm的第一單位層4a和由GaN形成且厚度為10nm的第二單位層4b各5層，由此，形成活性層4。

進(jìn)而，使基板溫度為1100℃，形成厚度25nm的、空穴濃度為5×10¹⁷/cm³的Mg摻雜Al_0.1Ga_0.9N層作為p型包層5a，接下來(lái)，形成厚度200nm的、空穴濃度為5×10¹⁸/cm³的Mg摻雜GaN層作為p型蓋層5b。

當(dāng)柱狀發(fā)光部6的形成結(jié)束后，利用濺射法形成作為第二光封入層2b的SiO₂層。第二光封入層2b是以光封入層2整體的厚度為1μm的方式形成的。

當(dāng)?shù)诙夥馊雽?b的形成結(jié)束后，通過CMP研磨將其表層部分研磨平坦，直至p型層5(更嚴(yán)格地講，p型蓋層5b)暴露出來(lái)。

當(dāng)研磨處理結(jié)束后，接下來(lái)，使用高速退火爐(RTA)，在800℃的氮?dú)夥罩校M(jìn)行10分鐘的熱處理，以便使p型層5活化。

接下來(lái)，通過光刻工藝和RIE蝕刻，形成最終得到多個(gè)發(fā)光元件10時(shí)的分割部位亦即分離槽。

接下來(lái)，通過光刻工藝和真空蒸鍍法，在基底基板1的與第一光封入層2a的形成面相反側(cè)的主面的大致整面上形成作為陰極電極9的Ti/Al/Ni/Au多層電極。各金屬膜的厚度依次為15nm、220nm、40nm、75nm。

該陰極電極9形成后，在700℃的氮?dú)夥罩?，進(jìn)行30秒鐘的熱處理，以便使其歐姆接觸特性變得良好。

接下來(lái)，利用濺射法，于基板溫度200℃，在由p型層5的上表面5s和第二光封入層2b的上表面2s構(gòu)成的平坦面的大致整面上形成厚度100nm的作為透明導(dǎo)電膜7的ITO膜。

進(jìn)而，通過光刻工藝和真空蒸鍍法，在透明導(dǎo)電膜7的上表面的一部分形成作為焊盤電極8的Ti/Au多層電極。各金屬膜的厚度依次為20nm、200nm。

該焊盤電極8形成后，在500℃的氮?dú)夥罩?，進(jìn)行5分鐘的熱處理，以便使其歐姆接觸特性變得良好。

最后，利用切塊機(jī)等，沿著之前形成的分離槽切斷，由此，得到多個(gè)發(fā)光元件10。元件尺寸為0.3mm×0.3mm。

(比較例)

作為比較例，以異種材料基板為基底基板，在其大致整面上形成發(fā)光層，由此，制作發(fā)光元件。

具體而言，在直徑2英寸且厚度400μm的單晶藍(lán)寶石基板的一個(gè)主面的大致整面上以與實(shí)施例所涉及的n型層3、活性層4、p型層5的形成條件相同的條件形成發(fā)光層，且在該發(fā)光層的上表面以與實(shí)施例相同的條件形成透明導(dǎo)電膜7及焊盤電極8，進(jìn)而，在藍(lán)寶石基板的另一個(gè)主面以與實(shí)施例相同的條件形成陰極電極9，然后，切斷，由此，制作多個(gè)發(fā)光元件。

(特性評(píng)價(jià))

關(guān)于制作的實(shí)施例所涉及的共24種發(fā)光元件10及比較例所涉及的發(fā)光元件，分別抽取出各20個(gè)，分別施加正向+5V及反向-100V的電壓，測(cè)定電流量。將施加+5V時(shí)的電流量相對(duì)于施加-100V時(shí)的電流量的比值為100以上的情形判定為合格品，求出合格品相對(duì)于共20個(gè)的比例(％)，將其作為元件成品率。

另外，除元件成品率為0％的試樣以外，測(cè)定合格品的發(fā)光強(qiáng)度而計(jì)算出平均值。然后，以比較例所涉及的發(fā)光元件為基準(zhǔn)元件，求出實(shí)施例的各試樣的平均發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于基準(zhǔn)元件的發(fā)光強(qiáng)度的比值(發(fā)光強(qiáng)度比)。

表1中匯總示出實(shí)施例所涉及的共24種試樣的、取向GaN基板中的平均粒徑D、開口部2h的開口徑d、兩者的比值d/D、元件成品率以及發(fā)光強(qiáng)度比。其中，表1中，將取向GaN基板中的平均粒徑D表示為“GaN基板中的平均粒徑D”，將開口部2h的開口徑d表示為“掩膜的開口徑d”。應(yīng)予說明，比較例所涉及的發(fā)光元件的成品率為10％。

表1

由表1所示的結(jié)果可知：如果d/D為0.5以下、亦即、開口徑d為平均粒徑D的1/2以下，則元件成品率有時(shí)低至小于50％，但是，得到了發(fā)光強(qiáng)度大于比較例的發(fā)光元件。

再者，在平均粒徑D為15μm且d/D為0.2以下的情況下，以75％以上的元件成品率得到發(fā)光強(qiáng)度比超過300％這樣的發(fā)光強(qiáng)度較高的發(fā)光元件。這滿足了以下條件：在平均粒徑D低于20μm的情況下，如果d為D/4以下，則以高的元件成品率得到發(fā)光強(qiáng)度較大的發(fā)光元件。

另外，在平均粒徑D為30μm且d/D為0.33以下的情況下，以75％以上的元件成品率得到發(fā)光強(qiáng)度比超過300％這樣的發(fā)光強(qiáng)度較高的發(fā)光元件。然后，在平均粒徑D為50μm且d/D為0.3以下的情況下，以70％以上的元件成品率得到發(fā)光強(qiáng)度比超過300％這樣的發(fā)光強(qiáng)度較高的發(fā)光元件。這些情形均滿足以下條件：在平均粒徑D為20μm以上的情況下，如果d為D/3以下，則以高的元件成品率得到發(fā)光強(qiáng)度較大的發(fā)光元件。

這些結(jié)果意味著：即使在將作為取向多晶基板的取向GaN基板用作基底基板的情況下，也能夠通過很好地形成柱狀發(fā)光部且設(shè)置光封入層來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度比在基板的大致整面上設(shè)置發(fā)光層的構(gòu)成大的發(fā)光元件。