TW202240933A - 微型發光元件、生長基板、製造方法以及圖像顯示元件 - Google Patents

微型發光元件、生長基板、製造方法以及圖像顯示元件 Download PDF

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Abstract

微型發光元件包括層疊有N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層。在氮化物半導體層的層疊方向上觀察時，多個V形坑在氮化物半導體層的區域中，分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。

Description

微型發光元件、生長基板、製造方法以及圖像顯示元件
本發明關於微型發光元件、生長基板、製造方法以及圖像顯示元件。
已知在基板(backplane)上配置有構成圖元的多個微型發光元件的圖像顯示元件。例如，在美國公開專利第2018/0090058號所公開的技術中，在形成有驅動電路的驅動電路基板上配置有發出可見光的微小的發光二極體(LED)陣列。
這樣的圖像顯示元件雖然是小型的，但具有亮度高、耐久性也高的特性。故，作為眼鏡型終端（glasses-like devices）、平視顯示器（HUD：Head-Up Display）等的顯示元件而被期待。
在將圖像顯示元件組裝到眼鏡型終端的情況下，需要將產生的光高效地取入光學系統，並且需要抑制從圖像顯示元件放出的光發散。
在美國公開專利第2018/0090058號中，通過在發光二極體的周圍設置反射壁，從而抑制向外部放出的光的發散。
在眼鏡型終端、平視顯示器用的圖像顯示元件中，為了實現明亮的顯示，優選以將從圖元放出的光向前方集中的方式來控制配光。故，反射壁(reflector)、微透鏡、光電晶體、天線元件等配光控制元件與微型發光元件組合使用。為了使這些配光控制元件高效地發揮功能，需要盡可能減小作為光源的微型發光元件。另一方面，如果要提高圖像顯示元件的解析度，則圖元尺寸變小，如果要配置微型發光元件和反射壁，則微型發光元件需要比圖元尺寸更小。例如，如果圖元尺寸為5至2μm，則微型發光元件的一邊的長度即使在較長的情況下也需要為2.5至1μm，並且優選比1μm更小。
如上前述，為了實現微米尺寸或亞微米尺寸的小的微型發光元件，需要對構成微型發光元件的氮化鎵等氮化物半導體進行微小加工。然而，氮化物半導體等的化合物半導體在加工面上容易產生缺陷，且發光效率容易降低。故，在實現高解析度的圖像顯示元件這方面，不降低發光效率地實現微細的微型發光組件成為重要的課題。
本發明的一方式是鑒於上述問題點而完成的，其目的在於，實現一種微細且發光效率高的微型發光元件。
為了解決上述問題，本發明一方式涉及的微型發光元件包括層疊有N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層，在作為與前述氮化物半導體層的表面垂直的方向的前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察時，多個V形坑在前述氮化物半導體層的區域中，分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。
為了解決上述問題，本發明一方式涉及的生長基板是用於使氮化物半導體層生長的生長基板，在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列。
為了解決上述問題，本發明一方式涉及的微型發光元件的製造方法包括：使氮化物半導體層在生長基板上生長之工序；以及去除前述氮化物半導體層的一部分，形成多個棱面部之工序，在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列，前述棱面部形成在前述凸部排列的中央區域。
根據本發明的一方式，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
〔實施方式1〕 （圖像顯示元件的整體結構） 以下，對用於圖像顯示元件的、本發明的實施方式1涉及的微型發光元件進行說明。首先，對圖像顯示元件的大致的整體結構進行說明。圖像顯示元件為平板狀，在其第一面側形成有配置了多個微型發光元件的圖元區域(pixel region)。再者，在微型發光元件的第一面的相反面側配置有驅動電路基板。驅動電路基板向形成於圖元區域中的微型發光元件供給電流，並控制發光。在驅動電路基板的第一面側配置有微型發光元件，以下，以向第一面側放出光的情況為例進行說明，但光放出方向不限於第一面側。
微型發光元件在圖元區域中配置為陣列狀。配置為陣列狀是指規則地配置、或者按照規定的法則來配置。微型發光元件向與驅動電路基板的相反側的方向放出光。將放出的光記為放出光。只要沒有特別說明，則將微型發光元件放出光的面稱為光放出面（light emitting surface）。此外，在圖像顯示元件的構成的說明中，只要沒有特別說明，則將光放出面稱為上表面(第一面)，將與光放出面側相反一側的面稱為下表面(第二面)，將除上表面以及下表面以外的側的面稱為側面。這些稱呼是將與光放出面正交的剖面與光放出面朝向上側觀察到的剖面圖中的方向對應的表現。同樣地，將光放出方向稱為上方，相反方向稱為下方。再者，在相對於光放出面的垂線方向上，也將朝向空氣中的方向稱為前方。
微型發光元件是包含氮化物半導體層的發光二極體元件。通過氮化物半導體層，能夠實現可在從紫外光到紅色的波段發光的微型發光元件。
微型發光元件具有陽極電極、陰極電極，並且與驅動電路基板上的驅動電極連接。關於微型發光元件的電極和保護膜等氮化物半導體層以外的部分，與本發明的一方式沒有直接關係，故有時在以下省略詳細的說明。
驅動電路基板中，控制向各微型發光元件供給的電流的微型發光元件驅動電路(micro light emitting element driving circuit)配置(接合)在與圖元區域相對的區域中。再者，驅動電路基板中，選擇配置為二維矩陣狀的微型發光元件的各行的行選擇電路、向各列輸出發光信號的列信號輸出電路、基於輸入信號計算發光信號的影像處理電路、輸入輸出電路等配置在與圖元區域相對的區域的外側。在驅動電路基板的接合面側的表面配置有與微型發光元件連接的P驅動電極(P-drive electrode)（第二驅動電極）和N驅動電極(N-drive electrode)（第一驅動電極）。驅動電路基板一般是形成有LSI(Large Scale Integration：大型積體電路)的矽基板（半導體基板）、形成有TFT(Thin Film Transistor：薄膜電晶體)的玻璃基板、塑料基板，由於能夠以公知的技術製造，故關於其功能、構成不進行詳述。
此外，從與圖元區域正交的方向觀察微型發光元件時的微型發光元件的形狀並無特別限定。微型發光元件的形狀可取矩形、多邊形、圓形、橢圓形等各種平面形狀。微型發光元件中，在從與圖元區域正交的方向觀察的情況下的最大的長度(寬度)為5μm以下的情況較多，但並不限定於此。再者，圖像顯示元件在圖元區域中集聚有3千個以上的微型發光元件的情況較多，但並不限定於此。
（現有技術的問題點） 接著，為了使本實施方式的特徵更明確，對現有技術的微型發光元件的構成和其問題點進行說明。此外，對於與本實施方式中的構成要素對應的構成要素，標注與本實施方式中的構成要素的附圖標記相同的附圖標記進行說明。
圖14A示出現有型的氮化物半導體層中的V形坑的剖面示意圖。在形成於生長基板上的非摻雜GaN層上依次層疊有N型層11、發光層12、P型層13。V形坑形成於穿透位錯的末端，且具有上下反轉的棱錐的形狀。在V形坑的棱面沉積有與多量子阱層相同層構成的多層膜，且內部埋入有P型層13。
圖14B示出對於現有型的氮化物半導體層，在發光層12生長後，停止氮化物半導體層的生長，並利用AFM(Atomic Force Microscopy，原子力顯微鏡)觀察表面而得到的圖像。看起來黑色的部分為V形坑的開口部。圖14B是觀察5µm見方的區域的圖，根據該圖像，能夠估計V形坑的密度為1.5E8/cm 2(1.5X10 8/cm 2)。發光層12的生長結束階段中的V形坑開口部的長度(直徑)優選為100nm至300nm左右，在比其大的或比其小的情況下，發光層的發光特性均下降。當使P型層13生長時，V形坑的開口部(孔)被填充，表面被平坦化。圖14B中雖難以理解，但V形坑開口部的平面形狀為六邊形的情況較多，V形坑的棱面可認為由氮化物半導體的特定的晶面構成。
在現有的製造方法中，在氮化物半導體層的生長中，能夠控制開始形成V形坑的外延層的深度方向上之位置(V形坑的起點)。但是，由於無法控制V形坑在水準方向上的產生位置，故如圖14B所示，V形坑在水平面內的產生位置是隨機的。即，無法控制微型發光元件包括幾個V形坑，以及在微型發光元件的何處形成V形坑。故，在通過現有方法形成的微型發光元件中，所包含的V形坑的數量、微型發光元件的平面內的V形坑之位置產生較大的偏差。在現有方法中，V形坑的平面密度為1E8個/cm 2至5E8個/cm 2左右。即，在微型發光元件的發光層的面積為1μm 2的情況下，平均含有1個至5個左右的V形坑。例如，如果假設V形坑分佈是平面密度為1E8個/cm 2的泊松分佈，則1個微型發光元件(1μm 2)中包含的V形坑數在0個到4個的情況下占多數，且還存在包括更多個數的情況。
由於V形坑本身不具有有意形成的發光層，故不發光，或即使發光，其發光強度也小。故，如上前述，微型發光元件所包含的V形坑的數量具有大的偏差，這意味著微型發光元件的發光效率大幅偏差。
再者，存在如下其他的發光強度的變動因素：存在於微型發光元件的發光層的外周部的V形坑的影響是輕微的，存在於中心部的V形坑的影響較大。在加工微型發光組件的棱面部時，由於加工損傷，棱面部的周邊部的發光層12的發光效率低，故即使在棱面部的周邊部具有V形坑，影響也是輕微的。但是，存在於棱面部的中央部的V形坑對發光強度的影響大。如上前述，在具有微米尺寸的微細棱面部的微型發光元件中，存在由於V形坑的隨機性而在發光效率上產生大的偏差的問題。
與此相對，根據本發明的實施方式，能夠降低上述現有技術的微型發光元件所具有的發光效率的偏差。具體而言，由於V形坑主要起因於氮化物半導體層14中存在的穿透位錯而產生，故通過控制產生穿透位錯之位置，能夠實現本實施方式的微型發光元件100。以下，參照附圖，對本實施方式的微型發光元件100的構成和製造方法進行說明。
（微型發光元件100的構成） 參照圖1以及圖2，對本實施方式1涉及的微型發光元件100的構成進行說明。圖1是本發明的實施方式1涉及的微型發光元件100的剖面示意圖。圖1是在圖2的B-B剖面上觀察的圖。圖2是在圖1的A-A剖面(也稱為水準方向上的剖面)、即在作為與氮化物半導體層14的表面垂直的方向的氮化物半導體層14的層疊方向上觀察微型發光元件100時的平面示意圖。以下，也將在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察的情況稱為俯視觀察。
微型發光元件100包括層疊有N型層11、發光層12和P型層13的氮化物半導體層14，在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察時，多個V形坑40在氮化物半導體層14的區域中分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。微型發光元件100包括與N型層11連接之N電極24N和與P型層13連接的P電極23P。如圖1和圖2所示，氮化物半導體層14的P型層13側的側面大多被多個V形坑40的棱面包圍。
氮化物半導體層14的區域是指，在一個微型發光元件100中，在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察時，N型層11、發光層12以及P型層13至少層疊在其一部分上的區域。例如，氮化物半導體層14的區域是指後述的棱面部的區域。但是，V形坑40也可以不在氮化物半導體層14的區域內配置其整體。例如，形成在與多邊形的頂點對應之位置的多個V形坑40，可以在微型發光元件100的形成工序中通過蝕刻等被去除一部分。此外，難以嚴格地控制V形坑40之位置。故，“V形坑40配置在與多邊形的頂點對應之位置”是指，例如在俯視觀察時，相應的多邊形的頂點存在於V形坑40的開口部內。
此外，多邊形優選為n≥6(n為整數)的n邊形。這是因為，在俯視觀察V形坑40的棱面時，容易成為n≥6的n邊形。尤其是，在俯視V形坑40的棱面時，容易成為正六邊形，故尤其優選多邊形為正六邊形。通過將V形坑40配置在與正六邊形的頂點對應之位置，由6個V形坑40包圍的發光層12在俯視觀察時容易成為正六邊形。此外，在本實施方式中，多邊形為正六邊形。
再者，在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察發光層12的情況下，發光層12的端部與多個V形坑40各自的棱面相接。發光層12的端部在圖1中為發光層12的側面側的端部。如圖1所示，發光層12的側面側的端部與V形坑40的棱面相接。
再者，在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察發光層12的情況下，發光層12的端部所相接的棱面具有與多邊形相似的形狀。該多邊形為指如後所，在用於使氮化物半導體層14生長的生長基板上形成的凸部的配置形狀。如圖1和圖2所示，發光層12的側面側的端部與多個V形坑40的棱面抵接。在俯視觀察發光層12的情況下，該抵接的棱面與在生長基板上形成的凸部的配置形狀相似。在圖1和圖2所示的示例中，發光層12的水準端部與6個V形坑40的棱面抵接，在抵接的部分俯視觀察時具有六邊形的形狀。該六邊形與在生長基板上形成的凸部的配置形狀即六邊形是相似形狀。
V形坑40是在使N型層11生長的階段產生的、剖面呈V字形的凹部。如上前述，V形坑40主要是由於穿透位錯而產生的。V形坑40的凹部的表面形成有V形坑40所特有的棱面。在使下一發光層12生長的階段，在V形坑40的凹部的表面上薄地形成發光層12。在使下一p型層13生長的階段，p型層13以填充該V形坑40的凹部的方式生長。包括在從N型層11到發光層12的生長過程中形成的棱錐狀的凹部和填充該凹部的P型層13，在本實施方式中稱為V形坑40。
V形坑的棱面是在使氮化物半導體層14生長時形成的特定的晶面，與在氮化物半導體層14形成後通過等離子體蝕刻等加工的面不同。
在圖1中，將包含發光層12的氮化物半導體層14的一邊的長度稱為檯面尺寸。微型發光元件100的長度由檯面尺寸來表示。如圖2所示，在從P型層13側觀察的情況下，多個V形坑40配置在氮化物半導體層14的外周。即，V形坑40未配置在氮化物半導體層14的中央區域。
在圖2所示的示例中，相鄰的V形凹部40彼此不相互相接，但也可以相接。在微型發光元件100中，在P型層13側的中央部的不具有V形坑40的部分(發光區域3)中，從發光層12產生發光。
如圖2所示，在從下方觀察時，P電極23P形成在覆蓋上述發光區域3的範圍內。P電極23P也可以形成不僅覆蓋發光區域3、而且至少部分地覆蓋V形坑40的範圍。在本實施方式中，如圖1所示，N型層11形成為T字形狀，在沿水準方向延伸的部分的下側(驅動電路基板50側，參照圖6)配置有N電極24N。N電極24N優選為具有高反射性的金屬膜。在圖1所示的示例中，N型層11在相鄰的微型發光元件100之間連續(即共用)，但也可以針對每個微型發光元件100而獨立。
在本實施方式中，如圖2所示，對於一個微型發光元件100，在從下方觀察的情況下，6個V形坑40配置在與正六邊形的頂點對應之位置。並且，在由6個V形坑40包圍的中央區域配置有發光區域3。這樣，通過將V形坑40配置在與多邊形的頂點對應之位置，能夠在該多邊形的中央區域形成未形成V形坑40的區域。通過將未形成該V形坑40的區域作為發光區域3，能夠形成難以受到V形坑40的影響的發光區域3。
再者，配置V形坑40的多邊形不限於六邊形，可以是n邊形。其中，n是4以上的整數，更優選為6以上。再者，也可以不是正多邊形。但是，為了盡可能形成精細的微型發光元件，優選為正多邊形。再者，如圖2所示，V形坑40的面在俯視觀察下為正六邊形，故多邊形優選為六邊形。再者，進一步優選為正六邊形。這樣，通過將V形坑40配置在與正六邊形頂點對應之位置，能夠在中央區域形成沒有V形坑40的區域。
（微型發光元件100的效果） 如上前述，本實施方式涉及的微型發光元件100在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察時，多個V形坑40在氮化物半導體層14的區域中分別配置在與多邊形(本實施方式中為正六邊形)的頂點對應之位置。故，在發光層12的中央區域未形成V形坑40。由於能夠將未形成該V形坑40的區域作為發光區域，故能夠抑制因V形坑40導致發光效率降低。故，根據本實施方式，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
（生長基板10的構成） 接著，將參照圖3A至圖6，對本實施方式涉及的用於使微型發光元件100的氮化物半導體層14的生長的生長基板10的構成、以及微型發光元件100的製造方法進行說明。首先，說明生長基板10。圖3A和圖3B是形成在生長基板10的表面上的凸部和與之對應地形成在氮化物半導體層上的V形坑的平面配置的示意圖。
在本實施方式中，與現有技術類同樣地，藍寶石基板（C面）作為生長基板10使用。但是，成長基板10的構成與現有技術不同。生長基板10在其生長面（表面）上具有凸部20。具體而言，如圖3A所示，在與多邊形的頂點對應之位置配置凸部20。在圖3A所示的示例中，多邊形為正六邊形。
這樣，將在與多邊形頂點對應之位置配置了凸部20的結構稱為一組凸部排列。將包含一組凸部排列的區域稱為單位晶格5。在生長面上二維陣列狀地配置多個單位晶格5。作為一例，如圖3A所示將單位晶格5沿縱橫方向上相鄰地配置於生長基板10的表面。此外，單位晶格5的二維陣列狀的排列圖案不限於圖3A所示的方法。例如，如圖3C所示，也可以每隔一列錯開單位晶格5的一邊的一半的長度地排列。再者，凸部排列的配置圖案不限於正六邊形，也可以是邊數不同的多邊形。
單位晶格5對應於一個微型發光元件100。即，凸部排列的中央部成為微型發光元件100的發光區域。圖3的C-C線的剖面圖示於圖4的4001。如圖3A和圖4的4001所示，在用於使氮化物半導體層生長的生長基板10的表面，具有凸部20配置在與多邊形(本實施方式中為正六邊形)的頂點對應之位置的凸部排列，且包含凸部排列的單位晶格5配置為二維陣列狀。多邊形優選為n≥6(n為整數)的n邊形，最優選為正六邊形。
凸部20的形狀優選為圓錐形或圓錐台。觀察圓錐形和圓錐台剖面時的側面不僅限於直線，也可以彎曲。再者，凸部20的高度優選為3μm以下。凸部20之間的距離可以根據微型發光元件100的大小來變更。凸部20的高度也可以根據凸部20之間的距離來變更。在本實施方式中，凸部20之間的距離為1μm以下，高度也優選為1μm以下。隔著單位晶格5的中心而相對的2個凸部20之間的距離優選大致等於圖1所示的氮化物半導體層14的下表面的尺寸(例如檯面尺寸)。
（生長基板10的效果） 如上前述，在本實施方式涉及的生長基板10的表面，二維陣列狀地配置有包括凸部20在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列的單位晶格5。根據該構成，能夠使在發光層12的中央區域未形成V形坑40的氮化物半導體層14生長。故，能夠製造微細且發光效率高的微型發光元件。
〔微型發光元件100的製造方法〕 接著，說明微型發光元件100的製造方法。圖4至圖6是示出本實施方式涉及的微型發光元件100的製造工序的剖面圖。微型發光元件100的V形坑40之位置形成在與正六邊形的頂點對應之位置處。
首先，在圖4的4001所示的生長基板10上使氮化物半導體層14生長。詳細而言，如圖7所示，在生長基板10的表面上依次層疊緩衝層21、非摻雜層(未圖示)、N型層11。與現有技術的生長方法的不同點在於，由於凸部20之間的距離小、高度也低，故非摻雜層、N型層的厚度在整體上薄。
在向緩衝層21的生長初期，在凸部20的斜面幾乎不附著膜，在平坦部選擇性地沉積氮化鎵層，由此使凸部20為由GaN(氮化鎵)層的棱面(圖7的斜的虛線。虛線的內側是最初生長的部分)包圍的狀態。通過這樣做，能夠將在單位晶格5的中央部產生的位錯以棱面彎折(參照圖7)，阻礙位錯向上方行進。隨著生長膜厚的增加，棱面朝向凸部20的頂點，生長面變得平坦。從該時間點開始，位錯主要從凸部20的頂點向上方生長。在該生長中途形成的棱面在從層疊方向觀察時容易形成為六邊形，故單位晶格5內的凸部20的配置優選為六邊形，最優選為正六邊形。
生長面變得平坦的是距離生長基板10的平面(沒有凸部的平面區域)的高度稍微超過凸部20的高度的區域。在現有技術中，為了改善結晶性，沉積了厚的非摻雜層和N型層。但是，在生長面的平坦化之後，如果使生長膜厚變厚，則位錯從凸部20的頂點開始向水準方向錯位的概率變高，故在本實施方式中，在生長面的平坦化之後沉積的膜厚設為最小限度。具體而言，從凸部20的頂點的高度到V形坑40的起點為止的氮化鎵層的厚度T1(參照圖7)優選為檯面尺寸以下，進一步優選為檯面尺寸的一半以下。其結果，從生長基板10的平面到N型層11表面為止的厚度為凸部20的高度的2倍至3倍左右，與現有技術的氮化物半導體層14的厚度相比，為一半左右的厚度。
在生長表面平坦化後，快速地切換為N型GaN的生長，在使規定厚度的N型GaN生長後，開始V形坑40的形成。作為開始V形坑40的形成的方法，最普遍使用的是降低生長溫度。與V形坑的形成方法、V形坑的成長並行地，關於形成包含InGaN層的多層膜、改善結晶性的方法以及多層膜的結構是公知的，故此處不詳述。
V形坑40生長到某種程度的大小後，形成成為發光層12的多量子阱層，進而形成P型層13。在V形坑內，沿著V形坑的內壁，多量子阱層比平坦部薄地形成。V形坑內部最終被P型層填充。如圖7所示，在本實施方式中，在凸部20的頂點的上方形成V形坑40。在俯視觀察時，如圖3B所示，6個V形坑40配置在外周部，在中央形成沒有V形坑的區域。
但是，如上前述，由於V形坑之位置並非能夠完全控制，故也存在如圖3B的V形坑A那樣從規定位置沿水準方向偏離的情況、或如V形坑B、V形坑C那樣在凸部20的頂點以外的點形成V形坑的情況。但是，總之在單位晶格5的中央部沒有V形坑，能夠形成V形坑包圍中央部的周圍的配置。
返回到圖4，在使氮化物半導體層14生長後，如圖4的4002所示，形成P電極23P。P電極23P形成為覆蓋單位晶格的中央部、即沒有V形坑40的區域。P電極23P也可以覆蓋V形坑40的一部分。接著，如圖4的4003所示，通過乾蝕刻去除P電極23P周圍的氮化物半導體層14的一部分，形成棱面部16和分割槽15。此時，在棱面部16的端部殘留被分割的V形坑40的一部分，在棱面部16的周圍的大部分殘留構成V形坑40的棱面。棱面部16是 “氮化物半導體層的區域”的一個示例。
接著，如圖5的5001所示，在分割槽15的底部形成N電極24N。然後，如圖5的5002所示，形成保護膜17。保護膜17優選為如矽氧化膜這樣的透明的絕緣膜。接著，如圖5的5003所示，在保護膜17上形成接觸孔18，使P電極23P露出。接著，如圖6的6001所示，在P電極23P上形成連接電極19。接著，如圖6的6002所示，將到圖6的6001為止形成的基板反向並與驅動電路基板50貼合。由此，配置在驅動電路基板50的表面的P驅動電極51與連接電極19連接，形成從驅動電路基板50向微型發光元件100流過電流的路徑。進一步地，在驅動電路基板50與微型發光元件100之間的空間中配置有埋入材料25。雖然未圖示，同時，配置在驅動電路基板50表面的N驅動電極與N電極24N也連接。接著，如圖6的6003所示，通過剝離成長基板10並研磨N型層11的上表面，完成微型發光元件100。
以上的微型發光元件100的製造方法可以如下說明。即，本實施方式中的微型發光元件100的製造方法包括如圖8的流程S1所示的以下工序。即，在步驟S11，在生長基板10上使氮化物半導體層14生長。接著，在步驟S12中，去除氮化物半導體層14的一部分，形成多個棱面部16。在本實施方式的製造方法中，在生長基板10的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格5，該單位晶格5包含凸部20在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列。再者，棱面部16設於凸部排列的中央區域。
根據上述製造方法，在氮化物半導體層14的層疊方向上觀察時，多個V形坑40在氮化物半導體層14的區域中，分別形成在與多邊形的頂點對應之位置。故，在發光層12的中央區域未形成V形坑40。由於能夠將未形成該V形坑40的區域作為發光區域，故能夠抑制因V形坑40導致發光效率降低。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
再者，微型發光元件100的其它製造方法包括以下之工序。如圖8的流程S2所示，首先，在步驟S21中，在生長基板10上使氮化物半導體層14生長。氮化物半導體層14包括層疊有N型層11、發光層12和P型層13的層疊結構。接著，在步驟S22中，去除氮化物半導體層14的一部分，形成多個棱面部16。多個棱面部16中分別包括氮化物半導體層14（即，N型層11、發光層12和P型層13）。進而，在步驟S23中，在各個棱面部16上形成覆蓋棱面部16的至少中央部且與P型層13連接的P電極。接著，在步驟S24中，形成與N型層11連接之N電極24N。
根據上述的製造方法，能夠實現微細且發光效率高的、包括包含N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層的微型發光元件。
（變形例） 在圖4至圖6中，對與驅動電路基板50連接的微型發光元件100的製造工序進行了說明，但也可以代替驅動電路基板50而貼附於轉印基板，剝離生長基板10，並在分離各個微型發光元件100之後，向其它驅動電路基板50進行轉印(未圖示)。
(實施方式1的效果) 如上前述，根據本實施方式，在微型發光元件100的氮化物半導體層14中，多個V形坑40形成在與正六邊形的頂點對應之位置。故，在被V形坑40包圍的區域未形成V形坑40。能夠將未形成該V形坑40的區域作為發光區域，故能夠抑制因V形坑40導致發光效率降低。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。即，能夠實現適合於高解析度的圖像顯示元件的、高亮度且低功耗的微米尺寸、亞微米尺寸的微小的微型發光元件。
此外，在現有技術中，如圖14C所示，在生長面的整個面上設置有在1邊3μm左右的正三角形的頂點配置凸部的最緻密配置。相對於現有技術中的凸部，在本申請中，在一組凸部排列的中央部存在未配置凸部20的區域這一點大不相同。未設置凸部20的區域的大小大於凸部20的大小。在現有技術中沒有這樣的未配置凸部20的區域。在本實施方式中，只要改變現有技術的生長基板的凸部的尺寸、配置即可，能夠使用現有技術的材料、設備，故在應用於本實施方式的微型發光元件100的生產方面，不會產生成本上的問題。
〔實施方式2〕 （微型發光元件100a的構成） 接著，參照圖9以及圖10至12，對本發明的實施方式2涉及的微型發光元件100構成和製造方法進行說明。並且，為了便於說明，對與在上述實施方式中說明的部件具有相同功能的部件，標注相同的附圖標記，並不重複其說明。
圖9是本實施方式涉及的微型發光元件100的剖面示意圖。在實施方式1的微型發光元件100中，在N型層11側配置有光放出面130，但在本實施方式中，如圖9所示，不同之處在於P型層13配置於光放出面130側。即，在實施方式1中，V形坑40的開口側(俯視觀察時的直徑大的側)配置在驅動電路基板50側，相對於此，在本實施方式的微型發光元件100a中，不同之處在於V形坑的開口側配置在光放出面130側。
如圖9所示，構成微型發光元件100a的氮化物半導體層14通過保護膜17從相鄰的微型發光元件100a完全切斷。再者，由於放出光通過，故本實施方式的P電極23Pa優選為使光透射的透明電極。
（微型發光元件100a的製造方法） 接著，使用圖10至圖12，說明微型發光元件100a的製造方法。作為用於製造微型發光元件100a的生長基板，與實施方式1同樣地，使用圖3A（圖4的4001）所示的生長基板10。使氮化物半導體層14在生長基板10上生長之工序與實施方式1中說明之工序相同。
在生長基板10上生長了氮化物半導體層14之後，如圖10的1001所示，經由粘接層31將氮化物半導體層14側貼合於轉印基板30。接著，如圖10的1002所示，剝離生長基板10，研磨氮化物半導體層14，並調整為在微型發光元件100a中使用的厚度。
接著，如圖10的1003所示，沉積作為N電極的金屬膜24L。接著，如圖11的1101所示，使用光刻技術和乾蝕刻技術來分割金屬膜24L和氮化物半導體層14。具體而言，通過分割槽15a，在每個微型發光元件100a中，氮化物半導體層14與金屬膜24L一起被分割為棱面部16a，且金屬膜24L被分割為N電極24Na。與實施方式1同樣地，棱面部16a的側壁的大部分被V形坑40的剖面覆蓋。
接著，如圖11的1102所示，利用保護膜17a覆蓋棱面部16a，使N電極24Na露出。在圖11的1102中，分割槽15a被保護膜17a完全埋入。這樣的結構能夠通過沉積厚的保護膜17a，並利用CMP進行研磨來形成。然而，保護膜17a覆蓋包括棱面部16a的上部的周圍，可以通過光刻技術和乾蝕刻技術來去除N電極24Na上的保護膜17a。此外，也可以在金屬膜24L的沉積前，分割氮化物半導體層14，沉積保護膜17a，並在露出棱面部16a後，形成N電極24Na。
接著，如圖11的1103所示，將N電極24Na側與驅動電路基板50a貼合。此時，N電極24Na與排列在驅動電路基板50a的表面的N驅動電極52a連接。接下來，如圖12的1201所示，將轉印基板30和粘接層31剝離。進一步地，如圖12的1202所示，沉積P電極23Pa。由於P電極23Pa和驅動電路基板50a上的P驅動電極(未圖示)的連接方法能夠應用公知的技術，故省略。
(實施方式2的效果) 在本實施方式中也可以實現與實施方式1同樣的效果。即，即使在本實施方式中，在微型發光元件100a中，多個V形坑40在氮化物半導體層14的區域中形成在與正六邊形的頂點對應之位置，且被V形坑40包圍的區域未形成V形坑40。能夠將未形成該V形坑40的區域作為發光區域，故能夠抑制因V形坑40導致發光效率降低。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
〔附記事項〕 本發明不限於上述各實施方式，能在請求項所示的範圍中進行各種變更，將不同的實施方式中分別公開的技術手段適當組合得到的實施方式也包含於本發明的技術範圍。而且，能夠通過組合各實施方式分別公開的技術方法來形成新的技術特徵。
〔總結〕 本發明的方式1涉及的微型發光元件包括層疊有N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層，在作為與前述氮化物半導體層的表面垂直的方向的前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察時，多個V形坑在前述氮化物半導體層的區域中分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。
根據上述構成，多個V形坑分別配置在與多邊形頂點對應之位置，且被多個V形坑包圍的區域不形成V形坑。通過將未形成該V形坑的區域作為發光區域，能夠抑制因V形坑導致發光效率降低。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式2涉及的微型發光元件，也可以在上述方式1中，在前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察前述發光層時，前述發光層的端部與前述多個V形坑各自的棱面相接觸。
根據上述構成，在氮化物半導體層的俯視觀察下的中心部未形成V形坑。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式3涉及的微型發光元件，也可以在上述方式2中，在前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察前述發光層時，前述發光層的端部所相接觸的多個前述棱面具有與前述多邊形相似的形狀。
根據上述構成，在氮化物半導體層的俯視觀察下的中心部未形成V形坑。故，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式4涉及的微型發光元件，也可以在上述方式1至3的任一個中，前述多邊形為n≥6的n邊形，其中，n為整數。
根據上述構成，能夠實現微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式5涉及的微型發光元件，也可以在上述方式4中，前述多邊形為正六邊形。
根據上述構成，能夠最有效地實現微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式6涉及的生長基板是用於使氮化物半導體層生長的生長基板，在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列。
根據上述構成，能夠使在多邊形的中央區域未形成V形坑40的氮化物半導體層14生長。通過將前述中央區域主要用作發光區域，可以製造微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式7涉及的生長基板，也可以在上述方式6中，前述多邊形為n≥6的n邊形，其中，n為整數。
根據上述構成，能夠製造微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式8涉及的生長基板，也可以在上述方式7中，前述多邊形為正六邊形。
根據上述構成，能夠最有效地實現微細且發光效率高的微型發光元件。
發明的方式9涉及的微型發光元件的製造方法包括：使氮化物半導體層在生長基板上生長之工序；以及去除前述氮化物半導體層的一部分，形成多個棱面部之工序，在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列，前述棱面部形成在前述凸部排列的中央區域。
根據上述構成，可以製造在多邊形的中央區域包括未形成V形坑40的氮化物半導體層14的微型發光元件。故，通過主要在前述中央區域配置發光區域，能夠製造微細且發光效率高的微型發光元件。
本發明的方式10涉及的微型發光元件的製造方法，也可以在上述方式9中，前述氮化物半導體層包括層疊有N型層、發光層和P型層的層疊結構，多個前述棱面部分別包括前述氮化物半導體層，前述製造方法進一步包括：在各個前述棱面部上形成P電極之工序，前述P電極覆蓋前述棱面部的至少中央部且與前述P型層連接；以及形成與前述N型層連接之N電極之工序。
根據上述的構成，能夠製造微細且發光效率高的、包括包含N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層的微型發光元件。 （實施例）
（實施例1） 接著，說明實施例。通過上述製造方法製作了本實施方式1中說明的微型發光元件100。然而，微型發光元件100非常小，難以分別進行評價。故，將製造的微型發光元件100粘貼在驅動電路基板50之後，使用驅動電路基板50的電路，訪問每個微型發光元件100，並測量其發光強度。評價中使用的驅動電路基板50能夠進行352×198圖元的動作。其中，對900個以上的圖元評價了亮度。
對使用了應用本實施方式的氮化物半導體層14的微型發光元件100、和作為比較例的使用了現有型(比較例)的氮化物半導體層的微型發光元件的亮度進行了比較。微型發光元件的形成工序相同。
本實施例的微型發光元件100的配置間距（單位晶格5的一條邊的長度）為8.2μm，棱面部16的一邊的長度（檯面尺寸）為2.5μm。發光波長為450nm。凸部20的高度為1.5μm、底面直徑呈1.5μm的圓錐形，凸部排列在相對的邊之間的距離為2.2μm的正六邊形。
比較例的微型發光元件的形狀與實施例的微型發光元件100相同，使用如圖14C所示的最緻密配置了直徑3μm、高度2μm的凸部的生長基板來製造。
將實施例1的微型發光元件100與比較例的微型發光元件的亮度的頻數分佈示於圖13。亮度以將比較例的氮化物半導體層的採樣中得到的最高值設為100而進行標準化。現有技術的微型發光元件的亮度由反白的棒狀圖來表示，本實施方式的微型發光元件100的亮度由塗黑的棒狀圖來表示。
如圖13所示，與比較例相比，在本實施例的微型發光元件100中，可知能夠實現大幅度緊密的亮度分佈。相對於亮度分佈的標準差在比較例為8.9，在本實施例的構成中，亮度分佈的標準差為2.8，減小到約1/3。在本實施例的微型發光元件100中，與比較例相比，使氮化物半導體層變薄，故在最高特性上與比較例相比稍微降低，但偏差的降低效果非常大。再者，氮化物半導體層的厚度的降低導致外延生長時間的縮短，故成為降低成本的主要原因。
如上前述，可知在單位晶格5內，將凸部20配置在與多邊形的頂點對應之位置，使氮化物半導體層14生長，將多邊形的中央部的氮化物半導體層14作為微型發光元件100的棱面部16來形成，將其中央區域設為發光區域3，由此能夠形成發光強度的偏差少的微型發光元件100。
10:生長基板 11:N型層 12:發光層 13:P型層 14:氮化物半導體層 17:保護膜 21:緩衝層 23P:P電極 24N:N電極 40:V形坑 100:微型發光元件 130:光放出面
圖1是本發明的實施方式1涉及的微型發光元件的剖面示意圖。 圖2是從圖1的A-A剖面觀看時的情況的平面示意圖。 圖3A是在用於實施方式1涉及的微型發光元件的製造的生長基板的表面上形成的凸部的單位晶格的平面配置的示意圖。 圖3B是氮化物半導體層生長後形成的V形坑的平面配置的示意圖。 圖3C是實施方式1的變形例涉及的凸部的單位晶格的平面配置的示意圖。 圖4是示出實施方式1涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖5是示出實施方式1涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖6是示出實施方式1涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖7是示出實施方式1涉及的微型發光元件的製造工序中的、氮化物半導體層的剖面示意圖。 圖8是示出實施方式1涉及的微型發光元件的製造工序的流程圖。 圖9是本發明的實施方式2涉及的微型發光元件的剖面示意圖。 圖10是示出實施方式2涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖11是示出實施方式2涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖12是示出實施方式2涉及的微型發光元件的製造工序的剖面示意圖。 圖13是示出與實施例涉及的微型發光元件和比較例的微型發光元件的亮度分佈的圖表。 圖14A是現有技術的氮化物半導體層的剖面示意圖。 圖14B是在現有技術的氮化物半導體層中，利用AFM觀察發光層表面的表面圖像。 圖14C是示出現有技術的生長基板表面的凸部配置的平面示意圖。
11:N型層
12:發光層
13:P型層
14:氮化物半導體層
17:保護膜
23P:P電極
24N:N電極
40:V形坑
100:微型發光元件
130:光放出面

Claims (19)

  1. 一種微型發光元件，其中， 包括層疊有N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層， 在作為與前述氮化物半導體層的表面垂直的方向的前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察時，多個V形坑在前述氮化物半導體層的區域中，分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。
  2. 如請求項1所述之微型發光元件，其中， 前述多邊形的中央區域為主要的發光區域。
  3. 如請求項1所述之微型發光元件，其中， 前述多個V形坑通過規定前述氮化物半導體層的區域的分割槽來被切割。
  4. 如請求項1所述之微型發光元件，其中， 在前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察前述發光層時，前述發光層的端部與前述多個V形坑各自的棱面相接觸。
  5. 如請求項4所述之微型發光元件，其中， 在前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察前述發光層時，前述發光層的端部所相接觸的多個前述棱面具有與前述多邊形相似的形狀。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之微型發光元件，其中， 前述P型層被配置在前述微型發光元件光放出面側。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之微型發光元件，其中， 前述N型層被配置在前述微型發光元件的光放出面側。
  8. 如請求項1至5中任一項所述之微型發光元件，其中， 前述多邊形為n≥6的n邊形，其中，n為整數。
  9. 如請求項1至5中任一項所述之微型發光元件，其中， 前述多邊形為正六邊形。
  10. 一種用於生長基板，其用於使氮化物半導體層生長，其中， 在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列。
  11. 如請求項10所述之生長基板，其中， 前述多邊形為n≥6的n邊形，其中，n為整數。
  12. 如請求項11所述之生長基板，其中， 前述多邊形為正六邊形。
  13. 一種微型發光元件的製造方法，其包括：使氮化物半導體層在生長基板上生長之工序；以及 去除前述氮化物半導體層的一部分，形成多個棱面部之工序，其中， 前述製造方法， 在前述生長基板的表面上二維陣列狀地配置有單位晶格，前述單位晶格包含凸部在與多邊形的頂點對應之位置配置的凸部排列， 前述棱面部形成在前述凸部排列的中央區域。
  14. 如請求項13所述的製造方法，其中， 前述氮化物半導體層包括層疊有N型層、發光層和P型層的層疊結構， 多個前述棱面部分別包括前述氮化物半導體層， 前述製造方法進一步包括：在各個前述棱面部上形成P電極之工序，前述P電極覆蓋前述棱面部的至少中央部且與前述P型層連接；以及 形成與前述N型層連接之N電極之工序。
  15. 一種圖像顯示元件，其中， 在驅動電路基板上，以陣列狀配置多個微型發光元件，前述驅動電路基板包括向前述微型發光元件供給電流並控制發光的驅動電路， 前述多個微型發光元件分別包括層疊有N型層、發光層和P型層的氮化物半導體層， 在作為與前述氮化物半導體層的表面垂直的方向的前述氮化物半導體層的層疊方向上觀察時，多個V形坑在前述氮化物半導體層的區域中，分別配置在與多邊形的頂點對應之位置。
  16. 如請求項15所述之圖像顯示元件，其中， 前述多個微型發光元件中包含的氮化物半導體層通過分割槽來針對前述多個微型發光元件的每一個進行分割。
  17. 如請求項15所述之圖像顯示元件，其中， 前述多個微型發光元件中的與前述N型層連接之N電極配置於前述多個微型發光元件的每一個。
  18. 如請求項15所述之圖像顯示元件，其中, 前述多個微型發光元件中包含的前述N型層相互連續。
  19. 如請求項15所述之圖像顯示元件，其中， 前述多個微型發光元件中的與前述N型層連接之N電極配置在前述多個微型發光元件之間。
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