JP5412678B2 - Method for forming fine pattern and method for manufacturing semiconductor light emitting device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、微細パターンの形成工程に関するもので、特に光効率を改善するための微細パターンを有する半導体発光素子製造工程に関するものである。   The present invention relates to a process for forming a fine pattern, and more particularly to a process for manufacturing a semiconductor light emitting device having a fine pattern for improving light efficiency.

一般的に、半導体に基づき発光ダイオード(light emitting diode)、レーザーダイオード(laser diode)、フォトダイオード(photo diode)、トランジスタ(transistor)のような多様な半導体素子が製造されている。   In general, various semiconductor devices such as a light emitting diode, a laser diode, a photodiode, and a transistor are manufactured based on a semiconductor.

このような半導体素子は、特定機能のために所定の領域に周期/非周期的パターンのような微細パターンが求められる場合がある。このような微細パターンは半導体表面を公知のエッチング工程を用いることで形成することができる。   Such a semiconductor element may require a fine pattern such as a periodic / non-periodic pattern in a predetermined region for a specific function. Such a fine pattern can be formed on the semiconductor surface by using a known etching process.

代表的に、窒化物半導体発光素子の場合、外部と窒化物半導体の屈折率の差により光抽出効率が制限されるため、これを解消するために窒化物半導体発光素子の表面に微細パターン構造を形成することができる。   Typically, in the case of a nitride semiconductor light emitting device, the light extraction efficiency is limited by the difference in refractive index between the outside and the nitride semiconductor, and in order to solve this, a fine pattern structure is formed on the surface of the nitride semiconductor light emitting device. Can be formed.

最近では、半導体発光素子の出力を向上させるために、周期的な微細格子パターンであるフォトニック結晶(photonic crystal)構造が活発に研究されており、また、表面プラズモン共鳴(surface plasmon resonance)原理を用いて輝度を向上させる方案も類似な微細格子パターンを用いている。   Recently, in order to improve the output of a semiconductor light emitting device, a photonic crystal structure that is a periodic fine lattice pattern has been actively studied, and the surface plasmon resonance principle has been studied. A method for improving luminance by using a similar fine lattice pattern is also used.

しかし、このようなパターニング工程に用いられるエッチング工程は、エッチング方式により半導体表面上に微細パターンを形成することにおいて、夫々異なる問題点を有している。   However, the etching process used in such a patterning process has different problems in forming a fine pattern on the semiconductor surface by an etching method.

例えば、RIE(Reactive Ion Etching)、ICP−RIE(Inductively Coup発光素子 Plasma Reactive Ion Etching)のようなドライエッチング(dry etching)の場合には、パワー調節が可能で、異方性を有するため、得られたパターンが精密で再現性のあるパターンを保障することができるが、イオンまたは中性原子による物理的衝突で半導体表面の特性が簡単に劣化するという問題がある。たとえp型GaN層上に他の物質で薄膜を蒸着してからドライエッチングにより薄膜をパターニングしても、上記薄膜が除去される部分に位置したp型GaN層に対する損傷は避けがたい。   For example, in the case of dry etching (RIE etching) such as RIE (Reactive Ion Etching) and ICP-RIE (Inductive Coup Light Emitting Device Plasma Reactive Ion Etching), power adjustment is possible and anisotropy is obtained. Although the obtained pattern can guarantee a precise and reproducible pattern, there is a problem that the characteristics of the semiconductor surface are easily deteriorated by physical collision with ions or neutral atoms. Even if a thin film is deposited on the p-type GaN layer with another material and then patterned by dry etching, damage to the p-type GaN layer located in the portion where the thin film is removed is unavoidable.

図1の実線は、p型GaN表面に電極を形成する前に、わざとハロゲンガスを用いたICP−RIEで損傷を与えた窒化物発光素子のI−V特性を示し、損傷されない窒化物発光素子(◆)と異なり、点線Xは、損傷前の窒化物発光素子のI−V特性を示す。ドライエッチングにより損傷し窒化物発光素子は、低い電圧から電流が流れ始めるが、これは正常のキャリア再結合による電流ではなく、漏洩電流で、実際には殆ど光を発生させないという問題がある。   The solid line in FIG. 1 shows the IV characteristics of a nitride light-emitting device intentionally damaged by ICP-RIE using a halogen gas before forming an electrode on the p-type GaN surface. Unlike (♦), the dotted line X represents the IV characteristic of the nitride light emitting device before damage. The nitride light emitting device is damaged by dry etching, and a current starts to flow from a low voltage. However, this is not a current due to normal carrier recombination but a leakage current, and there is a problem that light is not actually generated.

従って、ドライエッチングにより損傷した結晶を元の状態に取り戻す方法が研究されているが、p型GaN層の表面はエッチング工程時に窒素空孔(nitrogen vacancy)が発生し、n型半導体化する現象が発生するため、一般的な後処理工程を通じては、元通りに取り戻されないという限界ある。このような形態の導電型変換(type conversion)現象は、pn接合ダイオードでは致命的な欠陥となる。   Therefore, a method for recovering a crystal damaged by dry etching to its original state has been studied. However, the surface of the p-type GaN layer generates nitrogen vacancies during the etching process, which causes the phenomenon of becoming an n-type semiconductor. Therefore, there is a limit that it cannot be recovered through a general post-processing process. Such a type conversion phenomenon is a fatal defect in a pn junction diode.

これと異なり、ウェットエッチング工程の場合には、ドライエッチングとは異なりp型GaNのような半導体表面に損傷を発生させないが、窒化物単結晶の特定面(例えば、c面)において、エッチングが殆ど行われず、精密なパターニング工程が困難であるという短所がある。また、エッチングの深さが深い場合には、薄膜の上端が完全に除去されマスクのフォトレジスト層が剥離されるという問題がある。   In contrast to this, in the case of the wet etching process, unlike dry etching, the semiconductor surface such as p-type GaN is not damaged, but almost no etching is performed on a specific surface of the nitride single crystal (for example, c-plane). However, it is difficult to perform a precise patterning process. Further, when the etching depth is deep, there is a problem that the upper end of the thin film is completely removed and the photoresist layer of the mask is peeled off.

本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためのもので、その目的はドライエッチング後に{0001}c面六方晶系半導体結晶の水平方向のエッチング特性を用いてドライエッチングによる損傷領域を最小化する微細パターンの形成方法を提供することにある。   The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to minimize the damage area caused by dry etching by using the horizontal etching characteristics of {0001} c-plane hexagonal semiconductor crystal after dry etching. An object of the present invention is to provide a method for forming a fine pattern to be changed.

本発明の他の目的は、上記微細パターンの形成方法を用いて光出力が向上した微細パターンを有する半導体発光素子の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a fine pattern with improved light output by using the fine pattern forming method.

上記の技術的な課題を実現するために、本発明の一側面は、c面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記半導体結晶をドライエッチングすることで上記半導体結晶上に1次微細パターンを形成する段階と、上記1次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで上記1次微細パターンが水平方向に延びた2次微細パターンを形成する段階を含む微細パターンの形成方法を提供する。ここで、上記ウェットエッチング工程から得られた2次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。   In order to achieve the above technical problem, one aspect of the present invention includes a step of providing a c-plane hexagonal semiconductor crystal, a step of forming a mask having a predetermined pattern on the semiconductor crystal, and the mask. Forming a primary fine pattern on the semiconductor crystal by dry-etching the semiconductor crystal using the method, and forming the primary fine pattern by wet-etching the semiconductor crystal on which the primary fine pattern is formed. Provided is a method of forming a fine pattern including a step of forming a secondary fine pattern extending in a horizontal direction. Here, the bottom surface and the side wall of the secondary fine pattern obtained from the wet etching process can each have a unique crystal plane.

好ましく、上記半導体結晶はドライエッチングにより深刻に問題になるp型窒化物半導体であることができる。   Preferably, the semiconductor crystal may be a p-type nitride semiconductor that becomes a serious problem by dry etching.

ウェットエッチング段階において、c面である底面は、殆どエッチングされないことがあるため、上記2次微細パターンの形成工程から得られた底面は上記1次微細パターン形成工程から得られた底面と同じc面であることができる。   In the wet etching stage, since the bottom surface that is the c-plane may be hardly etched, the bottom surface obtained from the secondary fine pattern forming step is the same c-plane as the bottom surface obtained from the primary fine pattern forming step. Can be.

本発明の一実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の<11−20>方向に形成され<1−100>方向に従って配列された複数のラインパターンで、上記2次微細パターンの側壁はm面であることができる。   In one embodiment of the present invention, the mask pattern is a plurality of line patterns formed in the <11-20> direction of the semiconductor crystal and arranged according to the <1-100> direction. The side wall can be m-plane.

本発明の他の実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の<1−100>方向に形成され<11−20>方向に従って配列された複数のラインパターンであることができる。本実施例において、上記ラインパターンはウェットエッチングのさらなる進行時間により、そのラインパターンの表面が不規則になって部分的に薄くなってドットパターンで提供されることができる。さらに、必要な場合に更なるエッチング進行でそのドットパターンさえも完全にエッチングされ無くなるようにすることができる。結果的に、このようなエッチング方法により該当半導体層の厚さが薄くなる半導体層の厚さの調節方法として活用されることもできる。   In another embodiment of the present invention, the mask pattern may be a plurality of line patterns formed in the <1-100> direction of the semiconductor crystal and arranged in the <11-20> direction. In the present embodiment, the line pattern may be provided as a dot pattern with the surface of the line pattern becoming irregular and partially thin according to the further progress time of wet etching. Further, even if necessary, even the dot pattern can be completely etched away by further etching. As a result, the etching method can be used as a method for adjusting the thickness of the semiconductor layer in which the thickness of the corresponding semiconductor layer is reduced.

本発明の好ましい実施例において、上記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、上記2次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることができる。2次エッチング工程のウェットエッチング時間に従ってホールの内側壁は他の結晶面を有することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the mask pattern may have a plurality of fine hole structures, and the secondary fine pattern may have a plurality of fine hole structures having hexagonal release ports. According to the wet etching time of the secondary etching process, the inner wall of the hole may have other crystal planes.

即ち、上記2次微細パターンであるホールの内側壁は、m面成分及びs面成分の結合からなることができる。また、ウェットエッチング時間をより持続させることで、上記ホールの内側壁がより安定された面でありながら、より低いカバレッジを提供することができるr面成分を含むことができる。   That is, the inner side wall of the hole, which is the secondary fine pattern, can be formed by combining an m-plane component and an s-plane component. In addition, by further maintaining the wet etching time, it is possible to include an r-plane component that can provide lower coverage while the inner wall of the hole is a more stable surface.

特定例において、上記2次微細パターンは複数のピラー(pillar)構造であることができる。   In a specific example, the secondary fine pattern may have a plurality of pillar structures.

必要になって、上記2次微細パターンを形成する段階は、上記マスクを除去してから、または上記マスクを除去する前に行うことができる。   The step of forming the secondary fine pattern may be performed after the mask is removed or before the mask is removed.

本発明の他の側面は、半導体発光素子の製造方法を提供する。特に微細パターンが求められるフォトニック結晶構造または表面プラズモン共鳴原理を用いた構造に有益に採用されることができる。   Another aspect of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor light emitting device. In particular, the photonic crystal structure or the structure using the surface plasmon resonance principle that requires a fine pattern can be advantageously employed.

上記半導体発光素子の製造方法は、第1導電型及び第2導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記第2導電型半導体層をドライエッチングすることで上記第2導電型半導体層上に1次微細パターンを形成する段階と、上記1次微細パターンが形成された第2導電型半導体層をウェットエッチングすることで上記1次微細パターンが水平方向に延びた2次微細パターンを形成する段階と、上記マスクが除去された状態で上記第1及び第2導電型半導体層に接続されるように第1及び第2電極を形成する段階を含む。ここで、上記第2導電型半導体層はc面六方晶系半導体結晶で、上記ウェットエッチング工程から得られた2次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes providing a semiconductor stacked body having a first conductive type and a second conductive type semiconductor layer and an active layer therebetween, and forming a mask having a predetermined pattern on the semiconductor crystal. Forming a primary fine pattern on the second conductive semiconductor layer by dry etching the second conductive semiconductor layer using the mask; and forming a first fine pattern on the first conductive pattern. A step of forming a secondary fine pattern in which the primary fine pattern extends in a horizontal direction by wet-etching the two-conductivity type semiconductor layer; and the first and second conductive type semiconductor layers with the mask removed. Forming first and second electrodes to be connected to each other. Here, the second conductive semiconductor layer is a c-plane hexagonal semiconductor crystal, and the bottom surface and the side wall of the secondary fine pattern obtained from the wet etching process may have a unique crystal plane.

上記第2導電型半導体層に形成された上記2次微細パターンは、上記活性層において発生した光は上記第2導電型半導体層の表面を通じて外部に抽出されるとき、周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果を減殺され光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。   The secondary fine pattern formed on the second conductive type semiconductor layer may be configured such that when light generated in the active layer is extracted to the outside through the surface of the second conductive type semiconductor layer, ambient air or a sealing material Therefore, it can act as a photonic crystal structure that reduces the total reflection effect due to the low refractive index and improves the light extraction efficiency.

好ましいフォトニック結晶構造として活用するためには、上記2次微細パターンが形成された第2導電型半導体層上に光透過性伝導層を形成することができる。例えば 光透過性を有する金属層またはITOのような光透過性伝導性酸化物層を形成することができる。   In order to utilize as a preferable photonic crystal structure, a light-transmitting conductive layer can be formed on the second conductive semiconductor layer on which the secondary fine pattern is formed. For example, a light transmissive metal layer or a light transmissive conductive oxide layer such as ITO can be formed.

好ましく、表面プラズモン共鳴原理を用いた構造を形成するために、上記第2電極を形成する段階は、上記2次微細パターンが形成された第2導電型半導体層上にAgのような高反射性金属を含む高反射性金属層を形成する段階を含むことができる。上記高反射性金属層は多層構造であることができる。   Preferably, in order to form a structure using the surface plasmon resonance principle, the step of forming the second electrode includes a high reflectivity such as Ag on the second conductive semiconductor layer on which the secondary fine pattern is formed. A step of forming a highly reflective metal layer containing metal may be included. The highly reflective metal layer may have a multilayer structure.

上記第2導電型半導体層は上記活性層に注入された電子−正孔対の再結合により発生するエネルギーから上記第2導電型半導体層と上記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することができる。   In the second conductivity type semiconductor layer, surface plasmons are excited at the interface between the second conductivity type semiconductor layer and the highly reflective metal layer from energy generated by recombination of electron-hole pairs injected into the active layer. Can have a thickness that can be made.

好ましく、上記2次微細パターンから上記活性層の間の第2導電型半導体層の厚さは50nm以下であることができる。   Preferably, a thickness of the second conductive semiconductor layer between the secondary fine pattern and the active layer may be 50 nm or less.

本発明による製造方法は、上記半導体積層体が窒化物半導体の発光素子に有益に採用されることができる。この場合、上記第2導電型半導体層はp型窒化物半導体層であることができる。   The manufacturing method according to the present invention can be advantageously employed in a light emitting device in which the semiconductor laminate is a nitride semiconductor. In this case, the second conductive semiconductor layer may be a p-type nitride semiconductor layer.

本発明によると、所望のパターン面積のうち、最小限の領域のみをドライエッチングしてから、水平方向のウェットエッチングを通じて構造物を形成することでドライエッチングによる損傷領域を最小化することができ、結晶方向(パターン形成方向)及びウェットエッチングの条件(時間等の条件)を適切に調節することで、微細パターンの高さと大きさを自由に決めながらも高い再現性を有する微細パターンを確保することができる。このような微細パターンをフォトニック結晶構造または表面プラズモンによる構造に適用することで、光効率に優れた半導体発光素子を提供することができる。   According to the present invention, only a minimum region of a desired pattern area is dry-etched, and then a structure is formed through wet etching in the horizontal direction, thereby minimizing a damaged region due to dry etching. By appropriately adjusting the crystal direction (pattern formation direction) and wet etching conditions (time and other conditions), it is possible to secure a fine pattern with high reproducibility while freely determining the height and size of the fine pattern. Can do. By applying such a fine pattern to a photonic crystal structure or a structure using surface plasmons, a semiconductor light emitting device with excellent light efficiency can be provided.

また、本発明による微細パターンは、六方晶系結晶性により後続のウェットエッチング過程において自然に特定の幾何学的な模様が形成されるため、殆ど損傷のないc面、m面、s面及び/またはr面等の固有の結晶面を有する。このような結晶面は半導体発光素子において金属または伝導性酸化物の電極層と直接接することができるため、p型オーミックコンタクトを形成することに、より有利である。   Further, the fine pattern according to the present invention naturally forms a specific geometric pattern in the subsequent wet etching process due to the hexagonal crystallinity, so that the c-plane, m-plane, s-plane and / or Or it has an intrinsic crystal plane such as r-plane. Since such a crystal plane can be in direct contact with a metal or conductive oxide electrode layer in a semiconductor light emitting device, it is more advantageous to form a p-type ohmic contact.

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2a乃至図2dは、本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。   2A to 2D are cross-sectional views for each process for explaining a fine pattern forming process using horizontal wet etching according to the present invention.

図2aに図示されたように、本微細パターンの形成工程は、c面六方晶系半導体結晶11を設ける段階から始まる。   As shown in FIG. 2 a, the fine pattern forming process starts from the stage of providing the c-plane hexagonal semiconductor crystal 11.

上記半導体結晶11は、GaNのような窒化物半導体のみではなく、他の公知の六方晶系半導体であることができる。特に、上記半導体結晶11はドライエッチングによる損傷に脆弱なp型窒化物層であることができる。本発明においては、上面がc面{0001}で提供される六方晶系半導体結晶を用いる。   The semiconductor crystal 11 can be not only a nitride semiconductor such as GaN but also other known hexagonal semiconductors. In particular, the semiconductor crystal 11 may be a p-type nitride layer that is vulnerable to damage by dry etching. In the present invention, a hexagonal semiconductor crystal whose upper surface is provided by c-plane {0001} is used.

次いで、図2bのように、上記半導体結晶11上に所定のパターンを有するマスク18を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a mask 18 having a predetermined pattern is formed on the semiconductor crystal 11.

上記マスク18は、フォトレジストパターンであることができる。本工程においては、半導体結晶11の上面にフォトレジストを塗布してから通常のリソグラフィ工程やホログラフィックリソグラフィまたはナノインプリント等の工程を適用して所望のパターンを有するマスク18を形成することができる。   The mask 18 may be a photoresist pattern. In this step, a mask 18 having a desired pattern can be formed by applying a photoresist on the upper surface of the semiconductor crystal 11 and then applying a normal lithography process, a holographic lithography process, or a nanoimprint process.

このようなパターンは、必要によって周期的なパターンであることができるが、本発明に採用されることができるマスク18のパターンは多様である。例えば、上記パターンは1次元ラインパターン、2次元三角格子または四角格子のパターンのような周期的なパターンであることができ、短い範囲における周期性(short range periodicity)が低く、長い範囲における周期性(long range periodicity)を有する反周期性パターン(quasi−periodic pattern)であることができ、不規則な非周期性パターン(non−periodic pattern)であることができる。   Such a pattern may be a periodic pattern if necessary, but there are various patterns of the mask 18 that can be employed in the present invention. For example, the pattern may be a periodic pattern such as a one-dimensional line pattern, a two-dimensional triangular lattice, or a quadrangular lattice pattern, and the short range periodicity is low and the periodicity is long. It may be an anti-periodic pattern having a (long range period), and may be an irregular-non-periodic pattern (non-periodic pattern).

本発明において、このような周期性または反周期性は維持されても、パターンの大きさ及び形状は変更されることができる。これはマスクを用いたドライエッチング後に等方性(本発明では水平方向)のウェットエッチング工程が進行されるためである。これに対しては図2c及び図2dを参照して詳細に説明する。   In the present invention, even if such periodicity or anti-periodicity is maintained, the size and shape of the pattern can be changed. This is because an isotropic (horizontal direction in the present invention) wet etching process proceeds after dry etching using a mask. This will be described in detail with reference to FIGS. 2c and 2d.

次いで、本微細パターンの形成工程は、1次ドライエッチングと2次ウェットエッチングを結合したハイブリッドエッチング工程が適用される。   Next, a hybrid etching process in which primary dry etching and secondary wet etching are combined is applied to the formation process of the fine pattern.

即ち、図2cのように、上記マスク18を用いて半導体結晶11をドライエッチングして1次微細パターンP1を形成する。本工程で得られる1次微細パターンP1は、上記マスク18の開放された幅W1に該当する幅と上記半導体結晶11の所定の深さd1を有するようにドライエッチングする。本ドライエッチングで得られた1次微細パターンP1の深さ(または、パターン構造の高さ)は、最終微細パターン(図2dのP2)の深さとほぼ同じであるが、その幅W1(または、パターンの大きさ)は、最終微細パターンの幅より小さくなる。これに対しては図2dにおいて詳細に説明する。   That is, as shown in FIG. 2c, the semiconductor crystal 11 is dry-etched using the mask 18 to form the primary fine pattern P1. The primary fine pattern P1 obtained in this step is dry-etched so as to have a width corresponding to the open width W1 of the mask 18 and a predetermined depth d1 of the semiconductor crystal 11. The depth of the primary fine pattern P1 (or the height of the pattern structure) obtained by this dry etching is substantially the same as the depth of the final fine pattern (P2 in FIG. 2d), but its width W1 (or The size of the pattern is smaller than the width of the final fine pattern. This will be described in detail in FIG. 2d.

また、上述のように、本工程では、ドライエッチングで使用されるイオンと中性原子による半導体結晶11の微細パターンP1の全体面にわたって損傷領域Dが発生する。即ち、1次微細パターンP1の底面のみではなく、その側壁までドライエッチングに直接露出され結晶が損傷する領域Dが存在するが、図2dのウェットエッチング工程により最小化されることができる。   Further, as described above, in this step, the damaged region D is generated over the entire surface of the fine pattern P1 of the semiconductor crystal 11 due to ions and neutral atoms used in dry etching. That is, not only the bottom surface of the primary fine pattern P1 but also the side wall of the primary fine pattern P1 is directly exposed to dry etching and there is a region D where the crystal is damaged, but can be minimized by the wet etching process of FIG.

図2dの工程では、上記1次微細パターンP1が形成された半導体結晶にウェットエッチングを行う。ここでは、マスク18を除去した後に行ったが、これに限定されず、本ウェットエッチング工程後にマスクを除去することもできる。   In the step of FIG. 2d, wet etching is performed on the semiconductor crystal on which the primary fine pattern P1 is formed. Here, the process is performed after the mask 18 is removed. However, the present invention is not limited to this, and the mask can be removed after the wet etching process.

このようなウェットエッチング工程は、安定されたc面に対しては殆どエッチングが進行しないため、1次微細パターンP1の水平方向に進行する。このような水平方向に進行するウェットエッチングは側壁が特定の結晶面になるまで進行する。これは特定結晶面にエッチング率が著しく低下するため、高い再現性を有するように実施されることができる。   Such a wet etching process proceeds in the horizontal direction of the primary fine pattern P1, since the etching hardly proceeds on the stabilized c-plane. Such wet etching that proceeds in the horizontal direction proceeds until the side wall reaches a specific crystal plane. This can be performed with high reproducibility because the etching rate is remarkably lowered on the specific crystal plane.

このように、上記1次微細パターンP1は、その水平方向に拡張され、その側壁が固有の結晶面を有する2次微細パターンP1で提供されることができ、結果的に、上記2次微細パターンP2は1次微細パターンP1の深さd1と同じ深さd2とその幅W1より大きい幅W2を有することができるためである。   As described above, the primary fine pattern P1 can be provided as a secondary fine pattern P1 that is expanded in the horizontal direction and whose side wall has a unique crystal plane. As a result, the secondary fine pattern P1 can be provided. This is because P2 can have the same depth d2 as the depth d1 of the primary fine pattern P1 and a width W2 larger than its width W1.

本工程において、図2dに図示されたように、水平方向に拡張され得られた底面と新たに露出した側壁は損傷領域が発生しないか、除去されることができる。従って、1次微細パターンP1の底面に該当する領域に限ってのみ損傷領域D'が残留するようになる。   In this step, as shown in FIG. 2d, the bottom surface obtained by extending in the horizontal direction and the newly exposed side wall may not be damaged or removed. Accordingly, the damaged region D ′ remains only in the region corresponding to the bottom surface of the primary fine pattern P1.

従って、2次微細パターンP2は、全体露出面積において損傷領域D'の比率を最小化させることができる。このような原理を応用して損傷領域の比率をより低めるようにマスクパターン設計及びドライエッチング工程を調整することができる。   Therefore, the secondary fine pattern P2 can minimize the ratio of the damaged region D ′ in the entire exposed area. By applying such a principle, the mask pattern design and the dry etching process can be adjusted so as to reduce the ratio of the damaged region.

より具体的に説明すると、マスク18の幅W1を減少させ1次微細パターンP1の深さをより増加させることで、1次微細パターンP1に該当する損傷された底面の面積を減少させながら2次微細パターンP2で得られた新たな面積を増加させることができる。   More specifically, the width W1 of the mask 18 is decreased and the depth of the primary fine pattern P1 is increased, thereby reducing the area of the damaged bottom surface corresponding to the primary fine pattern P1 while reducing the secondary area. The new area obtained by the fine pattern P2 can be increased.

結果的に、2次微細パターンP2の全体露出面積に対する損傷領域D'の比率をより大きく減少させることができ、これによりドライエッチングによって発生する損傷領域による電気的特性の低下のような影響を画期的に改善することができる。   As a result, the ratio of the damaged region D ′ to the entire exposed area of the secondary fine pattern P2 can be greatly reduced, thereby degrading the electrical characteristics due to the damaged region caused by dry etching. It can be improved on a periodic basis.

本発明において、ドライエッチングにより得られた1次微細パターンの底面が半導体結晶の上面と同一のc面であることができ、そのc面は非常に安定的な結晶面であるため、1次微細パターンの側壁にウェットエッチングが進行してもその底面で殆どエッチングが起こらない。従って、2次微細パターンの深さは1次微細パターンの深さで決まり、ドライエッチングを通じ最終微細パターンの深さを正確に調節することができる。   In the present invention, the bottom surface of the primary fine pattern obtained by dry etching can be the same c-plane as the top surface of the semiconductor crystal, and since the c-plane is a very stable crystal plane, the primary fine pattern Even when wet etching proceeds on the side wall of the pattern, almost no etching occurs on the bottom surface. Accordingly, the depth of the secondary fine pattern is determined by the depth of the primary fine pattern, and the depth of the final fine pattern can be accurately adjusted through dry etching.

また、本発明による水平方向のウェットエッチングは、これにより表れる側壁が特定の結晶面になるとき、非常に低いエッチング率を有するようになる。例えば、窒化物単結晶の場合、s面{1−101}、m面{1−100}、r面{1−102}のような側壁を有することができる。   Also, the horizontal wet etching according to the present invention has a very low etching rate when the side wall that appears thereby becomes a specific crystal plane. For example, a nitride single crystal can have sidewalls such as s-plane {1-101}, m-plane {1-100}, r-plane {1-102}.

従って、本ウェットエッチング工程は、自動的にエッチング進行が中断するセルフターミネイティング(self−terminating process)であるため、工程均一度(または、高い再現性)を確保するのに非常に有利である。   Therefore, since this wet etching process is a self-terminating process in which the etching progress is automatically interrupted, it is very advantageous to ensure process uniformity (or high reproducibility).

このように、本発明において、最終パターンの形状と大きさを得るために、マスクのパターンだけではなく、ウェットエッチングされる結晶方向が重要な役割をする。このような結晶方向はエッチングされる半導体結晶上に形成されるマスクパターンにより選ばれることができる。   Thus, in the present invention, in order to obtain the shape and size of the final pattern, not only the mask pattern but also the crystal direction of wet etching plays an important role. Such a crystal direction can be selected according to a mask pattern formed on a semiconductor crystal to be etched.

即ち、結晶面によりウェットエッチングに対する影響が異なるため、マスクパターンにより露出する結晶パターンの側壁にいかなる結晶面が露出するように形成されるかによって多様なパターンを得ることができる(実施例1A、B参照)。   That is, since the influence on wet etching differs depending on the crystal plane, various patterns can be obtained depending on which crystal plane is formed on the side wall of the crystal pattern exposed by the mask pattern (Examples 1A and 1B). reference).

特に、本発明者は、ドライエッチングによってほぼ円形のホール(circular hole)を形成するとき、これを水平方向のウェットエッチングすることで六角形のホール(hexagonal hole)の微細パターンに変化させることができるということを発見した。このような微細パターンはサブマイクロメートルの大きさを有し、六角形の各辺が互いに120°の角度をなし、非常に鋭く形成されることができる(実施例1C参照)。これは既存の如何なる半導体エッチング方法でも達成することができなかった本発明のみの特徴であると言える。   In particular, when the present inventor forms a substantially circular hole by dry etching, it can be changed into a fine pattern of hexagonal holes by wet etching in the horizontal direction. I discovered that. Such a fine pattern has a size of submicrometer, and each side of the hexagon forms an angle of 120 ° with each other, and can be formed very sharply (see Example 1C). This can be said to be a feature of the present invention that could not be achieved by any existing semiconductor etching method.

さらに、上述のように、六角形で露出された各結晶面はウェットエッチングにより他の結晶面を有することができる。特に、ウェットエッチング条件により側壁の結晶面は傾いた面であることができるため、更なる電極物質の蒸着に有利なカバレッジを有する側壁を提供することもできる。   Furthermore, as described above, each crystal plane exposed in a hexagon can have another crystal plane by wet etching. Particularly, since the crystal plane of the side wall can be inclined according to the wet etching condition, the side wall having coverage advantageous for deposition of further electrode material can be provided.

以下、本発明の多様な実施例を通じ本発明の作用と効果に対してより詳細に説明する。   Hereinafter, the operation and effect of the present invention will be described in detail through various embodiments of the present invention.

(実施例1A)
本実施例では、c面GaN半導体結晶上に<11−20>方向に形成され<1−100>方向に配列されたラインパターンのマスクを形成した。その周期は約0.6μmに設定した。次いで、0.1μmの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した(図3a)。
Example 1A
In this example, a line pattern mask formed in the <11-20> direction and arranged in the <1-100> direction on the c-plane GaN semiconductor crystal was formed. The period was set to about 0.6 μm. Next, after performing dry etching to a depth of 0.1 μm, the mask was removed (FIG. 3 a).

次いで、4M KOH水溶液で、約100℃で約10分間行い、走査型電子顕微鏡(そうさがたでんしけんびきょう、Scanning Electron Microscope,SEM)で観察してから、さらに20分間(総30分)行った。   Next, it was performed with a 4M KOH aqueous solution at about 100 ° C. for about 10 minutes, and observed with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM) for another 20 minutes (total 30 minutes). )went.

10分間ウェットエッチングを適用した結果、図3bのように、水平ウェットエッチングの前に多少傾いていた初期側壁が垂直な側壁を成したが、さらに進行してもGaNの比較的に安定的な結晶面の{1−100}面、即ち、m面になり、これ以上エッチングが進行しなかった。底面の安定的なc面に対してはほぼエッチングが進行しなった。   As a result of applying the wet etching for 10 minutes, as shown in FIG. 3b, the initial side wall that was slightly inclined before the horizontal wet etching formed a vertical side wall. The surface was the {1-100} plane, that is, the m plane, and etching did not proceed any further. Etching hardly progressed for the stable c-plane at the bottom.

本実施例を通じ、ドライエッチング後の損傷領域を側壁及び一部底面から除去すると共に、綺麗な結晶面を得ることができるということを確認することができる。このような結晶面は半導体素子において優れた電気的コンタクトを保障することができる。   Through this embodiment, it can be confirmed that a damaged region after dry etching is removed from the side wall and part of the bottom surface, and a beautiful crystal plane can be obtained. Such crystal planes can ensure excellent electrical contact in semiconductor devices.

(実施例1B)
本実施例では、上述の実施例1Aと類似に、c面GaN半導体結晶上に複数のラインパターンのマスク(周期:約0.6μm)を形成するが、その形成方向及び配列を異なるようにした。即ち、本実施例では、<1−100>方向に形成され<11−20>方向に配列された複数のラインパターンを形成した。次いで、0.1μmの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した(図4a)。
(Example 1B)
In this example, a mask having a plurality of line patterns (period: about 0.6 μm) is formed on the c-plane GaN semiconductor crystal in the same manner as in Example 1A described above, but the formation direction and arrangement are different. . That is, in this example, a plurality of line patterns formed in the <1-100> direction and arranged in the <11-20> direction were formed. Next, after performing dry etching to a depth of 0.1 μm, the mask was removed (FIG. 4a).

次いで、4M KOH水溶液で、約100℃で約10分間行い、SEMで観察してから(図4b)、さらに20分間(総30分)、その上さらに20分(総50分)を行い、夫々をSEMで観察した(図4c及び図4d)。   Next, with 4M KOH aqueous solution at about 100 ° C. for about 10 minutes, observed with SEM (FIG. 4b), another 20 minutes (total 30 minutes), and further 20 minutes (total 50 minutes), respectively. Was observed by SEM (FIGS. 4c and 4d).

本実施例の結果、ドライエッチングされた結果であるパターン(図4a)は実施例1A(図3a)と類似な形態を有する。   As a result of the present example, the pattern (FIG. 4a) resulting from dry etching has a form similar to that of Example 1A (FIG. 3a).

しかし、図4bのように、水平方向のウェットエッチングが進行しながらパターンの幅が増加し(パターン構造物の幅が次第に減少)、時間が経つほどエッチングが続けて進行され、図4cのように、30分経過時点では、ラインに従って配列されたドットパターンで残る。さらに進行すると、完全に平らな平面のみが残るようになる(図4d参照)。ウェットエッチングは安定化された他の結晶面に比べ、<11−20>方向へは相対的に高いエッチング率を有するため、ウェットエッチングの時間による持続的なパターンの変化が発生すると理解することができる。   However, as shown in FIG. 4b, the width of the pattern increases while the wet etching in the horizontal direction progresses (the width of the pattern structure gradually decreases), and the etching progresses over time, as shown in FIG. 4c. After 30 minutes, the dot pattern arranged according to the line remains. As it proceeds further, only a completely flat plane remains (see FIG. 4d). It can be understood that since wet etching has a relatively high etching rate in the <11-20> direction compared to other stabilized crystal planes, a continuous pattern change occurs depending on the time of wet etching. it can.

このように、本実施例によると、比較的に低い損傷を有する多様な深さと幅の一次元格子及びドットパターンを提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a one-dimensional lattice and a dot pattern having various depths and widths having relatively low damage.

また、本実施例(<1−100>方向格子の水平ウェットエッチング)で確認できるように、本来はウェットエッチングされないc面を一定厚さで除去することができるということを確認することができる。即ち、本発明では、狭い面積をドライエッチングして溝を形成し、後続工程に水平ウェットエッチングを用いる。最初のドライエッチングの深さを調節することで本来のエピタキシャル層の厚さを所望するほど薄くすることも可能である。   Further, as can be confirmed in the present example (horizontal wet etching of <1-100> direction lattice), it can be confirmed that the c-plane which is not originally wet-etched can be removed with a constant thickness. That is, in the present invention, a narrow area is dry-etched to form a groove, and horizontal wet etching is used in the subsequent process. It is also possible to reduce the original thickness of the epitaxial layer as desired by adjusting the depth of the initial dry etching.

特にp型GaN層の表面は損傷のためにドライエッチングができず、c面であるため、ウェットエッチングも出来ないが、本発明の工程を用いると損傷部位を最小化しながら厚さを薄くすることができる。   In particular, the surface of the p-type GaN layer cannot be dry-etched due to damage and cannot be wet-etched because it is a c-plane, but the thickness of the p-type GaN layer can be reduced while minimizing the damage site using the process of the present invention. Can do.

(実施例1C)
本実施例では、上記実施例1A及び1Bと異なり、3次元パターンを採用した。c面GaN半導体結晶上に約0.3μm大きさの複数の円形マスクパターンを約0.6μm周期で縦と横方向に形成した。
(Example 1C)
In this example, a three-dimensional pattern was adopted unlike the above Examples 1A and 1B. A plurality of circular mask patterns having a size of about 0.3 μm were formed on the c-plane GaN semiconductor crystal in the vertical and horizontal directions with a period of about 0.6 μm.

次いで、0.1μmの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した。次いで、4M KOH水溶液で、約100℃で約10分間行ってからSEMで撮影した。図5に示したようにピラー構造(直径:約130nm)のような3次元パターンが形成されたことを確認することができた。   Next, after performing dry etching to a depth of 0.1 μm, the mask was removed. Subsequently, the film was taken with a 4M KOH aqueous solution at about 100 ° C. for about 10 minutes, and then photographed with an SEM. As shown in FIG. 5, it was confirmed that a three-dimensional pattern such as a pillar structure (diameter: about 130 nm) was formed.

(実施例1D)
本実施例では、上記実施例1Cのように3次元パターンを採用するが、c面GaN半導体結晶上に約100nm大きさの複数の円形ホールを有するマスクパターンを約0.5μm間隔で縦と横方向に形成した。
(Example 1D)
In this example, a three-dimensional pattern is adopted as in Example 1C, but a mask pattern having a plurality of circular holes of about 100 nm size on a c-plane GaN semiconductor crystal is vertically and horizontally spaced at intervals of about 0.5 μm. Formed in the direction.

マスクを用いてc面GaN表面にドライエッチング(約0.1μm)でほぼ円形のホールパターンを形成し、マスクを除去した(図6a)。円形のホールパターンを形成してから4M KOH水溶液で、約108℃で約30分間ウェットエッチングを進行した。結果は図6bに示したように、各辺が{1−100}m面と平行な六角形のホール模様の微細パターンが形成されてからは、これ以上エッチングが進行しなかった。   Using the mask, a substantially circular hole pattern was formed on the c-plane GaN surface by dry etching (about 0.1 μm), and the mask was removed (FIG. 6a). After forming a circular hole pattern, wet etching was performed with a 4M KOH aqueous solution at about 108 ° C. for about 30 minutes. As a result, as shown in FIG. 6b, after the fine pattern of the hexagonal hole pattern in which each side is parallel to the {1-100} m plane was formed, the etching did not proceed any more.

(実施例1E)
本実施例は、実施例1Dと類似に適用するが、最終ホールの側壁で結晶面の変化をより容易に観察するために、実施例1Dのようにホールの周期は維持するがホールの直径を大きくして実施した。
(Example 1E)
This embodiment is applied in a similar manner to Embodiment 1D, but in order to more easily observe the change in crystal plane on the side wall of the final hole, the hole period is maintained as in Embodiment 1D, but the hole diameter is changed. Enlarged and implemented.

本実施例の水平方向のウェットエッチング(100℃、4M KOH水溶液)後に得られた六角形ホールの断面をSEM写真で撮影した。図7aは10分のウェットエッチングを適用した結果で、図7bは、40分間エッチングした結果である。   A cross section of the hexagonal hole obtained after wet etching (100 ° C., 4M KOH aqueous solution) in the horizontal direction of this example was taken with an SEM photograph. FIG. 7a shows the result of applying wet etching for 10 minutes, and FIG. 7b shows the result of etching for 40 minutes.

その結果、ウェットエッチングが進行するほど、ホールの側壁において相対的に安定的でないs面が占める面積が減り、m面が占める面積が増えることがわかる。より具体的に説明すると、図7aにはm面と底面のc面が接する部分がs面からなっていたが、エッチングが進行するに従ってr面を経て次第にc面に近づくことが分かる。   As a result, it can be seen that as wet etching progresses, the area occupied by the relatively unstable s-plane decreases on the side wall of the hole, and the area occupied by the m-plane increases. More specifically, in FIG. 7a, the portion where the m-plane and the c-plane at the bottom contact with each other is the s-plane, but as the etching proceeds, it gradually approaches the c-plane through the r-plane.

このように、ウェットエッチングの進行時間に従い六角形ホールの断面をSEMで確認した結果、初期ドライエッチングによって形成された側壁の模様がウェットエッチングが進行するに従って安定された結晶面が現れるまで変化することが分かった。特に、ホールの内部側壁の結晶面は底面である{0001}c面と、ウェット条件(時間)により{1−101}s面、{1−100}m面、{1−102}r面等の組合せで構成されることができる。このとき、c面方向へはウェットエッチングが進行しないため、ホールの深さは変化しないが、底面の微細な屈曲や傾きが存在する場合、上記の水平方向へのエッチング作用により除去されることができると推定することができる。   As described above, as a result of checking the cross section of the hexagonal hole by SEM according to the progress time of the wet etching, the pattern of the side wall formed by the initial dry etching changes until a stable crystal plane appears as the wet etching progresses. I understood. In particular, the crystal plane of the inner side wall of the hole is the {0001} c plane which is the bottom, and the {1-101} s plane, the {1-100} m plane, the {1-102} r plane, etc. depending on the wet conditions (time). It can be composed of a combination of At this time, since the wet etching does not proceed in the c-plane direction, the depth of the hole does not change, but if there is a fine bend or inclination of the bottom surface, it may be removed by the etching action in the horizontal direction described above. It can be estimated that it is possible.

上述のように、本発明により得られた微細パターンは、水平エッチングにより表れた結晶面は、本来ドライエッチングによって発生した損傷面が除去された綺麗な面で、その結晶面に電気的コンタクト層が形成される場合、優れたオーミック特性を保障することができる。また、結晶面により傾斜度を調整し電極物質を蒸着するとき、接触性を改善することもできる。   As described above, in the fine pattern obtained by the present invention, the crystal plane shown by the horizontal etching is a clean surface from which the damaged surface originally generated by the dry etching is removed, and the electrical contact layer is formed on the crystal plane. When formed, excellent ohmic characteristics can be ensured. In addition, when the electrode material is deposited by adjusting the inclination by the crystal plane, the contact property can be improved.

このような微細パターンの形成工程は、多様な半導体素子の機能性パターンを形成するのに広く適用されることができ、特に半導体発光素子の光効率を向上させるためのパターンを形成するのに有益に適用されることができる。図8aに例示された実施形態はフォトニック結晶(photonic crystal)の適用例である窒化物半導体発光素子80を示す。   Such a fine pattern forming process can be widely applied to form functional patterns of various semiconductor devices, and is particularly useful for forming patterns for improving the light efficiency of semiconductor light emitting devices. Can be applied to. The embodiment illustrated in FIG. 8a shows a nitride semiconductor light emitting device 80 which is an application example of a photonic crystal.

図8aを参照すると、窒化物半導体発光素子80は、サファイア基板81とそのサファイア基板81上に順次に形成されたn型窒化物半導体層82、活性層84及びp型窒化物半導体層85を含む。   Referring to FIG. 8a, the nitride semiconductor light emitting device 80 includes a sapphire substrate 81, an n-type nitride semiconductor layer 82, an active layer 84, and a p-type nitride semiconductor layer 85 that are sequentially formed on the sapphire substrate 81. .

また、上記窒化物半導体発光素子80は、上記n型窒化物半導体層82と上記p型窒化物半導体層85に夫々電気的に接続されるn側及びp側電極89a,89bを含む。   The nitride semiconductor light emitting device 80 includes n-side and p-side electrodes 89a and 89b that are electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer 82 and the p-type nitride semiconductor layer 85, respectively.

上記p型窒化物半導体層85上には、一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンP3は、図2a乃至図2dにおいて説明した工程(実施例1D)を通じて得ることができる。即ち、図8bに図示されたように、六角形状のホールが一定周期に配列されるように採用されている。   A fine pattern having a certain periodicity is formed on the p-type nitride semiconductor layer 85. Such a fine pattern P3 can be obtained through the process (Example 1D) described in FIGS. 2a to 2d. That is, as shown in FIG. 8b, hexagonal holes are employed so as to be arranged at a constant period.

本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンP3が形成されたp型窒化物半導体層85上には光透過性導電層87がさらに形成される。上記光透過性導電層87はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら、光透過性を有する物質であれば、好ましく使用することができる。例えば、Ni/Auのような光透過性金属層またはITOのような光透過性伝導性酸化物層を使用することができる。   In the present embodiment, as shown in the drawing, a light transmissive conductive layer 87 is further formed on the p-type nitride semiconductor layer 85 on which the periodic fine hole pattern P3 is formed. The light transmissive conductive layer 87 can be preferably used as long as it is a material that can ensure ohmic contact but has a light transmissive property. For example, a light transmissive metal layer such as Ni / Au or a light transmissive conductive oxide layer such as ITO can be used.

また、上記p型窒化物半導体層85の厚さtは50nm以下であることができる。一方、上記p型窒化物半導体層85の厚さt、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記p型窒化物半導体層85の厚さtは10nm以上が好ましい。 The thickness t s of the p-type nitride semiconductor layer 85 can be is 50nm or less. On the other hand, if the thickness t s of the p-type nitride semiconductor layer 85, that is, the distance to the lattice structure is too close, there is a problem that the leakage current increases rapidly. of thickness t s is preferably equal to or greater than 10nm.

上記p型窒化物半導体層85に形成された上記微細パターンP3は上記活性層84において発生した光が上記p型窒化物半導体層85の表面を通じ外部に抽出されるときに周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果が減殺させ光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。   The fine pattern P3 formed on the p-type nitride semiconductor layer 85 has a surrounding air or sealing when light generated in the active layer 84 is extracted to the outside through the surface of the p-type nitride semiconductor layer 85. It can act as a photonic crystal structure that reduces the total reflection effect due to the low refractive index of the material and improves the light extraction efficiency.

本発明の微細パターンの形成工程は、ウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図8aに図示されたフォトニック結晶構造を有する窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。   The fine pattern forming process of the present invention can be implemented to have high precision and excellent reproducibility due to a difference in etching rate depending on crystal planes even when wet etching is used. Therefore, the present invention can be applied to the nitride semiconductor light emitting device having the photonic crystal structure illustrated in FIG.

本実施形態においては、窒化物半導体発光素子を特定して説明したが、様々な公知の他の半導体物質からなる発光素子にも有益に適用されることができる。   In the present embodiment, the nitride semiconductor light emitting device has been specified and described, but it can be beneficially applied to light emitting devices made of various other known semiconductor materials.

また、図8aに図示された実施形態は、p型窒化物半導体層のような特定半導体層の表面上にフォトニック結晶で例示されているが、表面プラズモンに採用される周期的な微細パターンを形成する方法に応用されるが、光抽出のための不規則な凹凸パターンを異種物質で提供するときにも、結晶の表面を保護しながら所望の微細パターンを形成する方法にも非常に有益に使用されることができる。   In addition, although the embodiment illustrated in FIG. 8a is exemplified by a photonic crystal on the surface of a specific semiconductor layer such as a p-type nitride semiconductor layer, the periodic fine pattern employed in the surface plasmon is illustrated. Although it is applied to the forming method, it is also very useful for the method of forming a desired fine pattern while protecting the surface of the crystal even when providing irregular irregular patterns for light extraction with different materials Can be used.

実施例2は、フォトニック結晶を有する発光素子に対する実験及びその結果である。   Example 2 is an experiment on a light-emitting element having a photonic crystal and the result thereof.

(実施例2)
本実施例では、緑色の波長を有するInGaN多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
(Example 2)
In this example, a nitride semiconductor light emitting device having an active layer of InGaN multiple quantum wells having a green wavelength was manufactured.

本実施例で製造された発光素子は、約150nm厚さのp型GaN上に円形ホールのマスクを用いて実施例1Dの条件と類似に、54nm深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程(10分間実施)を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図8aに図示された構造と類似に、p型GaN層上に光透過性電極層で、ITOのような光透過性伝導性酸化物を蒸着しp側コンタクトを形成し、n型GaN層を部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたn型GaN層上にn側コンタクトを形成した。   The light emitting device manufactured in the present example was subjected to a wet etching process (for 10 minutes) after dry etching at a depth of 54 nm using a circular hole mask on p-type GaN having a thickness of about 150 nm, similar to the condition of Example 1D. Implementation) was applied to form a hexagonal hole pattern. Next, similar to the structure illustrated in FIG. 8a, a light-transmitting conductive oxide such as ITO is deposited on the p-type GaN layer with a light-transmitting electrode layer to form a p-side contact. Mesa etching was performed so that the layer was partially exposed, and an n-side contact was formed on the exposed n-type GaN layer.

このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を確認するために、実施例2により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例と比較して図9及び図10に示した。 ここで、基準例はp型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、Agコンタクトのみが形成された発光素子構造の結果である。   Thus, in order to confirm the improvement of the electrical characteristics and the luminance of the semiconductor light emitting device manufactured by the method of the present invention, the improvement of the electrical characteristics and the luminance of the nitride semiconductor light emitting device obtained in Example 2 was performed. The measurement results are shown in FIGS. 9 and 10 in comparison with the reference example. Here, the reference example is a result of the light emitting element structure in which only the Ag contact is formed without forming a pattern on the p-type nitride semiconductor layer.

図9は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図10は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing a current-voltage curve of the nitride semiconductor light emitting device according to this example, and FIG. 10 is a graph showing an optical output according to the current of the nitride semiconductor light emitting device according to this example.

先ず、図9に示したように、本発明の実施例2により製造された窒化物半導体発光素子は図1で確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないI−V特性を有することを確認することができた。本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例(Ref)に比べて同じ電流で電圧が多少高いと示されたが、大きな差はなく、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善して本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。   First, as shown in FIG. 9, the nitride semiconductor light emitting device manufactured according to Example 2 of the present invention, as confirmed in FIG. 1, has almost no leakage current due to crystal damage during dry etching. It was confirmed that it had characteristics. The nitride semiconductor light emitting device according to this example was shown to have a slightly higher voltage at the same current than the reference example (Ref), but there was no significant difference and the area ratio of the crystal plane obtained during wet etching increased. By designing in this way, it is possible to improve the contact resistance and expect electric characteristics superior to those of the present embodiment.

図10は本発明の本実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。   FIG. 10 is a graph showing the light output according to the current of the nitride semiconductor light emitting device manufactured according to this embodiment of the present invention.

図10に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例(Ref)に比べフォトニック結晶の回折効果により350mA電流で約24%輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造されたフォトニック結晶パターンを精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させてチップの外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができる。   As shown in FIG. 10, it is confirmed that the nitride semiconductor light emitting device according to this example has an improvement of about 24% in luminance at 350 mA current due to the diffraction effect of the photonic crystal compared to the reference example (Ref). did it. That is, the photonic crystal pattern manufactured through the etching process according to the present invention is formed with a precise profile, and a part of the light that is totally reflected and restrained inside the light emitting device chip is diffracted and emitted to the outside of the chip. Change the direction of travel at an angle that can be done. Through this, the luminance of the light emitting element can be greatly improved.

図11は、本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子(表面プラズモン共鳴原理の適用例)を示す側断面図である。   FIG. 11 is a side sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device (application example of surface plasmon resonance principle) obtained by the manufacturing method of the present invention.

本明細書において、用いられる表面プラズモン(surface plasmon)は、金属薄膜の表面で起きる電子の集団的振動(collective charge density oscillation)で、これにより発生した表面プラズモン波は金属と誘電体の境界面に従って進行する表面電磁気波である。表面プラズモンと活性層の間で結合が生じると、活性層において生じる自発放出は表面プラズモンにより増加し、自発放出により生成された光は多くの部分が表面プラズモンで励起される。このような原理を用いて発光素子の効率を向上させようとするものが表面プラズモン半導体発光素子といえる。   In the present specification, the surface plasmon used is a collective charge density oscillation that occurs on the surface of a metal thin film, and the surface plasmon wave generated thereby follows the interface between the metal and the dielectric. It is a traveling surface electromagnetic wave. When the coupling occurs between the surface plasmon and the active layer, the spontaneous emission generated in the active layer is increased by the surface plasmon, and a large part of the light generated by the spontaneous emission is excited by the surface plasmon. A device that improves the efficiency of a light-emitting element using such a principle can be said to be a surface plasmon semiconductor light-emitting element.

図11を参照すると、サブマウント基板120にソルダーにより搭載された表面プラズモン窒化物半導体発光素子110が図示されている。   Referring to FIG. 11, a surface plasmon nitride semiconductor light emitting device 110 mounted on a submount substrate 120 by solder is illustrated.

上記窒化物半導体サファイア基板111とそのサファイア基板111上に順次に形成されたn型窒化物半導体層112、活性層114及びp型窒化物半導体層115を含む。   The nitride semiconductor sapphire substrate 111 and an n-type nitride semiconductor layer 112, an active layer 114, and a p-type nitride semiconductor layer 115 are sequentially formed on the sapphire substrate 111.

また、上記窒化物半導体発光素子110は上記n型窒化物半導体層112と上記p型窒化物半導体層115に夫々電気的に接続されるn側及びp側電極117、118を含む。   The nitride semiconductor light emitting device 110 includes n-side and p-side electrodes 117 and 118 that are electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer 112 and the p-type nitride semiconductor layer 115, respectively.

上記p型窒化物半導体層115上には一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンP4は図2a乃至図2dにおいて説明した工程(実施例1D)を通じ六角形状のホールが一定周期で配列されたパターンが得られる。   A fine pattern having a certain periodicity is formed on the p-type nitride semiconductor layer 115. Such a fine pattern P4 is a pattern in which hexagonal holes are arranged at a constant cycle through the steps (Example 1D) described in FIGS. 2a to 2d.

本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンP4が形成されたp型窒化物半導体層115上にはp側電極118として高反射性金属層を形成する。上記高反射性金属層はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら所定の反射率を有する物質であれば好ましく使用されることができる。例えば、Al、Ag、Au、Cr、Ni、Pd、Ptのような単層または複層の金属物質であることができる。   In the present embodiment, as shown, a highly reflective metal layer is formed as a p-side electrode 118 on the p-type nitride semiconductor layer 115 on which the periodic fine hole pattern P4 is formed. The highly reflective metal layer can be preferably used as long as it is a material that can ensure ohmic contact but has a predetermined reflectance. For example, it can be a single layer or multiple layer metal material such as Al, Ag, Au, Cr, Ni, Pd, Pt.

また、表面プラズモン共鳴が生じるためには、活性層115と高反射性金属層間の距離が非常に重要である。従って、p型窒化物半導体層115は上記活性層114から放出された光により上記p型窒化物半導体層115と上記高反射性金属層の界面で表面プラズモンが励起されることができる厚さが求められる。   Further, in order for surface plasmon resonance to occur, the distance between the active layer 115 and the highly reflective metal layer is very important. Accordingly, the p-type nitride semiconductor layer 115 has such a thickness that surface plasmons can be excited at the interface between the p-type nitride semiconductor layer 115 and the highly reflective metal layer by the light emitted from the active layer 114. Desired.

好ましくは、上記p型窒化物半導体層115の厚さtは50nm以下であることができる。一方、上記p型窒化物半導体層115の厚さt、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記p型窒化物半導体層115の厚さtは10nm以上が好ましい。 Preferably, the p-type nitride semiconductor layer 115 may have a thickness ts of 50 nm or less. On the other hand, when the thickness t s of the p-type nitride semiconductor layer 115, that is, the distance to the lattice structure is too close, there is a problem that the leakage current increases rapidly. of thickness t s is preferably equal to or greater than 10nm.

本実施形態のように、表面プラズモン共鳴は、発光効率を改善するための原理で発光素子に採用されることができる。   As in the present embodiment, surface plasmon resonance can be employed in a light emitting element on the principle for improving light emission efficiency.

このような形態においては、励起された表面プラズモンを光に再変換するためには、p型窒化物半導体層115と金属層の界面には周期的格子構造である微細パターンP4が求められる。特に、このような周期的な格子構造は活性層から発生する波長によりパターンの精密な周期及び大きさが決まる。   In such a form, in order to reconvert the excited surface plasmon into light, a fine pattern P4 having a periodic lattice structure is required at the interface between the p-type nitride semiconductor layer 115 and the metal layer. In particular, in such a periodic lattice structure, the precise period and size of the pattern are determined by the wavelength generated from the active layer.

このような事情を勘案すると、ドライエッチングが好ましい。しかし、上述のように、表面プラズモン共鳴が生じるためには条件(入射光の波長、金属と接する物質の屈折率)のうち、活性層114と金属層間の距離が非常に重要である。一般的に、その距離は相対的に50nm以下で小さいため、ドライエッチングによるp型窒化物半導体層115の損傷が深刻に問題されることができるが、パターンで最終に残留する損傷領域を最小化することができる。また、本発明の微細パターンの形成工程はウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図11に図示された表面プラズモン窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。   Considering such circumstances, dry etching is preferable. However, as described above, the distance between the active layer 114 and the metal layer is very important among the conditions (the wavelength of incident light and the refractive index of the substance in contact with the metal) in order to cause surface plasmon resonance. In general, since the distance is relatively small at 50 nm or less, damage to the p-type nitride semiconductor layer 115 due to dry etching can be a serious problem, but the damage region finally remaining in the pattern is minimized. can do. In addition, the fine pattern forming process of the present invention can be implemented to have high precision and excellent reproducibility due to a difference in etching rate depending on crystal planes even when wet etching is used. Therefore, the present invention can be applied to the surface plasmon nitride semiconductor light emitting device shown in FIG.

(実施例3)
本実施例では、実施例2と類似に緑色の波長を有するInGaN多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
(Example 3)
In this example, a nitride semiconductor light emitting device having an active layer of InGaN multiple quantum wells having a green wavelength was manufactured in the same manner as in Example 2.

本実施例で製造された発光素子は、約66nm厚さのp型GaN上に円形ホールのマスクを用いて実施例1Dの条件と類似に33nm深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程(10分間実施)を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図11に図示された構造と類似に、p型GaN層上にAg層の高反射性金属層が含まれた多層金属電極を蒸着してp型コンタクトを形成し、n型GaN層が部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたn型GaN層上にn側コンタクトを形成した。   The light emitting device manufactured in this example was subjected to a wet etching process (performed for 10 minutes) after dry etching at a depth of 33 nm, similar to the condition of Example 1D, using a circular hole mask on p-type GaN having a thickness of about 66 nm. ) Was applied to form a hexagonal hole pattern. Next, similarly to the structure shown in FIG. 11, a multi-layer metal electrode including a highly reflective metal layer of Ag layer is deposited on the p-type GaN layer to form a p-type contact, and the n-type GaN layer is formed. Mesa etching was performed so as to be partially exposed, and an n-side contact was formed on the exposed n-type GaN layer.

このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的 特性及び輝度の向上を確認するために、実施例3により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例(Ref)と比較して図12及び図13に示した。ここで、基準例はp型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、実施例3と同じ多層金属電極のみが形成された発光素子構造の結果である。   Thus, in order to confirm the improvement in the electrical characteristics and luminance of the semiconductor light emitting device manufactured by the method of the present invention, the improvement in the electrical characteristics and luminance of the nitride semiconductor light emitting device obtained in Example 3 was performed. The measurement results are shown in FIGS. 12 and 13 in comparison with the reference example (Ref). Here, the reference example is a result of the light-emitting element structure in which only the same multilayer metal electrode as in Example 3 is formed without forming a pattern on the p-type nitride semiconductor layer.

図12は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図13は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。   FIG. 12 is a graph showing a current-voltage curve of the nitride semiconductor light emitting device according to this example, and FIG. 13 is a graph showing an optical output according to the current of the nitride semiconductor light emitting device according to this example.

先ず、図12に示したように、本発明の実施例3により製造された窒化物半導体発光素子は図1において確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないI−V特性を有することを確認することができた。但し、通常の窒化物半導体発光素子に比べ非常に薄いp型窒化物半導体層を有する本実施例の特徴によりI−V曲線上に多少不規則な折れが観察された。   First, as shown in FIG. 12, the nitride semiconductor light emitting device manufactured according to Example 3 of the present invention has an IV current that hardly generates leakage current due to crystal damage during dry etching, as confirmed in FIG. It was confirmed that it had characteristics. However, somewhat irregular folds were observed on the IV curve due to the characteristics of this example having a p-type nitride semiconductor layer that is very thin compared to a normal nitride semiconductor light emitting device.

本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例(Ref)に比べて同じ電流で電圧が殆ど同じであると示され、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善し本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。   The nitride semiconductor light emitting device according to this example is shown to have almost the same voltage at the same current as the reference example (Ref), and designed so that the area ratio of the crystal plane obtained during wet etching is increased. Thus, the contact resistance can be improved, and electrical characteristics superior to those of this embodiment can be expected.

図13は、本発明の他の実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。   FIG. 13 is a graph showing light output according to current of a nitride semiconductor light emitting device manufactured according to another embodiment of the present invention.

図13に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例(Ref)に比べて表面プラズモン共鳴効果によって350mA電流で約64%輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造された微細格子構造を精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部の多重量子井戸に注入された電子−正孔対のエネルギーが表面プラズモンを媒介体にし光に変換されチップ外部に放出される。   As shown in FIG. 13, it can be confirmed that the nitride semiconductor light emitting device according to this example has an improved brightness of about 64% at 350 mA current due to the surface plasmon resonance effect as compared with the reference example (Ref). It was. That is, the fine lattice structure manufactured through the etching process according to the present invention is formed with a precise profile, and the energy of electron-hole pairs injected into the multiple quantum wells inside the light emitting device chip is converted into light using the surface plasmon as a medium. And released outside the chip.

また、表面プラズモンを媒介にせず、自発放出により発生した光のうち、発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させチップ外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができた。   In addition, among the light generated by spontaneous emission without using surface plasmons as a medium, the traveling direction is set at an angle at which a part of the light that is totally reflected and restrained inside the light emitting element chip can be diffracted and emitted to the outside of the chip. Convert. Through this, the luminance of the light emitting element can be greatly improved.

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、上記の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。   The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is limited by the above claims. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration can be made by those having ordinary knowledge in the art without departing from the technical idea of the present invention described in the claims, and this is also within the scope of the present invention. Belongs.

ドライエッチングによりp型GaN層が損傷された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the current-voltage curve of the nitride semiconductor light-emitting device with which the p-type GaN layer was damaged by dry etching. 本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。It is sectional drawing for every process for demonstrating the formation process of the fine pattern using the horizontal wet etching by this invention. 本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。It is sectional drawing for every process for demonstrating the formation process of the fine pattern using the horizontal wet etching by this invention. 本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。It is sectional drawing for every process for demonstrating the formation process of the fine pattern using the horizontal wet etching by this invention. 本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。It is sectional drawing for every process for demonstrating the formation process of the fine pattern using the horizontal wet etching by this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の一実施例(1A)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in one Example (1A) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の一実施例(1A)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in one Example (1A) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の一実施例(1A)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in one Example (1A) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1B)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1B) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1B)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1B) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1B)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1B) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1B)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1B) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1C)で得られた3次元パターン(ピラー構造)を撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the three-dimensional pattern (pillar structure) obtained by other Example (1C) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例(1D)において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the fine pattern obtained after dry etching and horizontal wet etching in other Example (1D) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例(1D)において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph which image | photographed the fine pattern obtained after dry etching and horizontal wet etching in other Example (1D) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1E)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1E) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例(1E)において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the pattern change by the application time of horizontal wet etching in other Example (1E) of the formation process of the fine pattern of this invention. 本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子(フォトニック結晶構造の適用例)を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the nitride semiconductor light-emitting device (application example of a photonic crystal structure) obtained by the manufacturing method of this invention. 図8aに図示された窒化物半導体発光素子のA−A'方向に切開してみた微細パターン層の平面図である。FIG. 8B is a plan view of a fine pattern layer cut in the AA ′ direction of the nitride semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 8A. 本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例(2)により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage curve of the nitride semiconductor light-emitting device manufactured by one Example (2) of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例(2)により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。It is a graph which shows the optical output by the electric current of the nitride semiconductor light-emitting device manufactured by one Example (2) of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子(表面プラズモン共鳴構造の適用例)を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the nitride semiconductor light-emitting device (application example of surface plasmon resonance structure) obtained by the manufacturing method of this invention. 本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例(3)により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage curve of the nitride semiconductor light-emitting device manufactured by one Example (3) of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例(3)により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。It is a graph which shows the optical output by the electric current of the nitride semiconductor light-emitting device manufactured by one Example (3) of the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of this invention.

Claims (26)

c面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、
前記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記半導体結晶をドライエッチングすることで前記半導体結晶の表面に垂直方向に前記半導体結晶の一部を除去した1次微細パターンを形成する段階と、
前記1次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで前記1次微細パターンが水平方向に延びた2次微細パターンを形成する段階を含み、
前記ウェットエッチングすることで得られた2次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする微細パターンの形成方法。
providing a c-plane hexagonal semiconductor crystal;
Forming a mask having a predetermined pattern on the semiconductor crystal;
Forming a primary fine pattern by removing a portion of said semiconductor crystal in a direction perpendicular to the semiconductor crystal surface by dry-etching the semiconductor crystal by using the mask,
Forming a secondary fine pattern in which the primary fine pattern extends in a horizontal direction by wet etching the semiconductor crystal on which the primary fine pattern is formed;
A method for forming a fine pattern, wherein the bottom and side walls of the secondary fine pattern obtained by the wet etching each have a unique crystal plane.
前記マスクのパターンは、複数の微細ホール構造で、  The mask pattern has a plurality of fine hole structures,
前記2次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの形成方法。  2. The method of forming a fine pattern according to claim 1, wherein the secondary fine pattern is a plurality of fine hole structures having hexagonal release ports.
前記2次微細パターンを形成する段階は、  The step of forming the secondary fine pattern includes:
前記2次微細パターンの側壁がm面成分及びs面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項1または2に記載の微細パターンの形成方法。  The method for forming a fine pattern according to claim 1 or 2, wherein the wet etching is performed so that a side wall of the secondary fine pattern includes a combination of an m-plane component and an s-plane component.
前記2次微細パターンを形成する段階は、  The step of forming the secondary fine pattern includes:
前記2次微細パターンの側壁がr面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項1または2に記載の微細パターンの形成方法。  3. The method of forming a fine pattern according to claim 1, wherein the wet etching is performed so that an r-plane component is generated on a sidewall of the secondary fine pattern.
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の<11−20>方向に形成され<1−100>方向に従って配列された複数のラインパターンで、
前記2次微細パターンの側壁は、m面であることを特徴とする請求項に記載の微細パターンの形成方法。
The mask pattern is a plurality of line patterns formed in the <11-20> direction of the semiconductor crystal and arranged according to the <1-100> direction,
The method for forming a fine pattern according to claim 1 , wherein the sidewall of the secondary fine pattern is an m-plane.
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の<1−100>方向に形成され<11−20>方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項に記載の微細パターンの形成方法。 2. The fine pattern according to claim 1 , wherein the mask pattern is a plurality of line patterns formed in a <1-100> direction of the semiconductor crystal and arranged in a <11-20> direction. Forming method. 前記半導体結晶はp型窒化物半導体であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の微細パターンの形成方法。  The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the semiconductor crystal is a p-type nitride semiconductor. 前記1次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記2次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じc面であることを特徴とすることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の微細パターンの形成方法。  The bottom surface obtained from the step of forming the primary fine pattern is the same c-plane as the bottom surface obtained from the step of forming the secondary fine pattern. 8. The method for forming a fine pattern according to any one of 7 above. 前記2次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項に記載の微細パターンの形成方法。 The method of forming a fine pattern according to claim 8 , wherein the secondary fine pattern has a pillar structure. 前記2次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去した後に行われることを特徴とする請求項1から請求項9の何れか1項に記載の微細パターンの形成方法。 The forming of the second fine pattern, the fine pattern forming method of according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is carried out after removing the mask. 前記2次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去する前に行われることを特徴とする請求項1から請求項9の何れか1項に記載の微細パターンの形成方法。 The forming of the second fine pattern, the fine pattern forming method of according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is performed prior to removing the mask. 第1導電型及び第2導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、
前記半導体積層体の第2導電型半導体層上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記第2導電型半導体層をドライエッチングすることで前記第2導電型半導体層の表面に垂直方向に前記第2導電型半導体層の一部を除去した1次微細パターンを形成する段階と、
前記1次微細パターンが形成された第2導電型半導体層をウェットエッチングすることで前記1次微細パターンが水平方向に延びた2次微細パターンを形成する段階と、
前記マスクが除去された状態で前記第1導電型及び第2導電型半導体層に接続されるように第1及び第2電極を形成する段階を含み、
前記第2導電型半導体層はc面六方晶系半導体結晶で、前記ウェットエッチングすることで得られた2次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
Providing a semiconductor laminate having a first conductive type and a second conductive type semiconductor layer and an active layer therebetween;
Forming a mask having a predetermined pattern on the second conductive type semiconductor layer of the semiconductor laminate;
A primary fine pattern in which a part of the second conductive semiconductor layer is removed in a direction perpendicular to the surface of the second conductive semiconductor layer is formed by dry etching the second conductive semiconductor layer using the mask. And the stage of
Forming a secondary fine pattern in which the primary fine pattern extends in a horizontal direction by wet etching the second conductive semiconductor layer on which the primary fine pattern is formed;
Forming first and second electrodes to be connected to the first conductive type and second conductive type semiconductor layers with the mask removed;
The second conductive semiconductor layer is a c-plane hexagonal semiconductor crystal, and the bottom surface and the side wall of the secondary fine pattern obtained by the wet etching each have a unique crystal surface. Manufacturing method.
前記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、  The mask pattern has a plurality of fine hole structures,
前記2次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項12に記載の半導体発光素子の製造方法。  The method according to claim 12, wherein the secondary fine pattern has a plurality of fine hole structures having hexagonal opening.
前記2次微細パターンを形成する段階は、  The step of forming the secondary fine pattern includes:
前記2次微細パターンの側壁がm面成分及びs面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項12または13に記載の半導体発光素子の製造方法。  14. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the wet etching is performed so that a side wall of the secondary fine pattern includes a combination of an m-plane component and an s-plane component.
前記2次微細パターンを形成する段階は、  The step of forming the secondary fine pattern includes:
前記2次微細パターンの側壁がr面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項12または13に記載の半導体発光素子の製造方法。  14. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the wet etching is performed so that an r-plane component is generated on a sidewall of the secondary fine pattern.
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の<11−20>方向に形成され<1−100>方向に従って配列された複数のラインパターンで、  The mask pattern is a plurality of line patterns formed in the <11-20> direction of the semiconductor crystal and arranged according to the <1-100> direction,
前記2次微細パターンの側壁は、m面であることを特徴とする請求項12に記載の半導体発光素子の製造方法。  The method of claim 12, wherein the sidewall of the secondary fine pattern is an m-plane.
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の<1−100>方向に形成され<11−20>方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項12に記載の半導体発光素子の製造方法。  13. The semiconductor light emitting device according to claim 12, wherein the mask pattern is a plurality of line patterns formed in the <1-100> direction of the semiconductor crystal and arranged in accordance with the <11-20> direction. Manufacturing method. 前記1次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記2次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じc面であることを特徴とすることを特徴とする請求項12から17の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 Bottom obtained from the step of forming the primary fine pattern from claim 12, characterized in that, characterized in that the same c-plane and the bottom surface resulting from the forming of the second fine pattern 18. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of items 17 to 17 . 前記第2電極を形成する段階は、前記2次微細パターンが形成された第2導電型半導体層上に透明電極層を形成する段階を含む請求項12から18の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 It said step of forming a second electrode, a semiconductor according to any one of claims 12 to 18 including the step of forming a transparent electrode layer on the second conductive type semiconductor layer on said second fine pattern is formed Manufacturing method of light emitting element. 前記第2電極を形成する段階は、前記2次微細パターンが形成された第2導電型半導体層上に高反射性金属層を形成する段階を含む請求項12から19の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 The forming of the second electrode, according to any one of claims 12 to 19 including the step of forming a highly reflective metal layer on the second conductive type semiconductor layer on said second fine pattern is formed Manufacturing method of the semiconductor light-emitting device. 前記第2導電型半導体層は、前記活性層から放出された光により前記第2導電型半導体層と前記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することを特徴とする請求項20に記載の半導体発光素子の製造方法。 The second conductivity type semiconductor layer has a thickness that allows surface plasmons to be excited at an interface between the second conductivity type semiconductor layer and the highly reflective metal layer by light emitted from the active layer. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 20 . 前記第2導電型半導体層の厚さは、50nm以下であることを特徴とする請求項20または21に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 20 or 21 , wherein the thickness of the second conductivity type semiconductor layer is 50 nm or less. 前記半導体積層体は窒化物半導体で、
前記第1導電型及び第2導電型半導体層は、夫々n型及びp型窒化物半導体層であることを特徴とする請求項12から22何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
The semiconductor laminate is a nitride semiconductor,
Said first conductivity type and the second conductivity type semiconductor layer, a method of manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 12 to 22, characterized in that the respective n-type and p-type nitride semiconductor layer .
前記2次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項19に記載の半導体発光素子の製造方法。 20. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 19 , wherein the secondary fine pattern has a pillar structure. 前記マスクの除去は、前記1次微細パターンを形成する段階と前記2次微細パターンを形成する段階の間に行われることを特徴とする請求項13から請求項24の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 Removing the mask, according to any one of claims 24 claim 13, characterized in that it is performed during the step of forming a step between the second fine pattern forming the primary fine pattern A method for manufacturing a semiconductor light emitting device. 前記マスクの除去は、前記2次微細パターンを形成する段階後に行われることを特徴とする請求項13から請求項24の何れか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 Removing the mask, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claims 13 to any one of claims 24, characterized in that it is performed after the forming of the second fine pattern.
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