KR200326032Y1 - 질화물 벌크 단결정을 이용하는 발광 소자 구조 - Google Patents

Abstract

고출력 타이프의 질화물 발광 소자를 제공하는 것으로서, n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 질화물 발광 소자에 있어서,

상기 기판이 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정에서 잘라내어서, 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 에피택셜성장면을 가지며, 육방정의 C축에 평행한 에피택셜성장을 위한 A면 또는 M면을 구비할 수 있고, 이 면위에 직접, 상기 n형 반도체층이 적층된다. 상기 활성층이 In을 포함하는 질화물 반도체로 되는 경우는 활성층에 손상을 주지 않는 저온에서 단결정 Al_xGa_1-xN(0x

Description

질화물 벌크 단결정을 이용하는 발광 소자 구조{Light-Emitting Element Structure Using Nitride Bulk Single Crystal}

본 고안은 초임계 암모니아를 사용하여 형성되는 단결정 질화물층을 레이저 구조등의 발광 소자의 기판 또는 중간층으로서 사용하는 발광 소자의 구조에 관한 것이다.

레이저 구조의 도파로에 있어서의 결함은 비폭사 재결합의 원인으로 되며, 이상적으로는 도파로에 있어서의 결함밀도는 레이저의 기능상, 10⁴/㎠이하의 결함밀도가 요구된다. 그러나, 현재의 상태에서는 기상 에피택셜성장법(MOCVD 및 HVPE)을 사용하고, 게다가 사파이어, SiC등의 이종기판상에 성장시키는 관계상, 반복 ELOG(Epitaxial-Lateral-Overgrowth)법을 사용하여도 결함밀도의 감소는 10⁶/㎠가 한도이다.

또한 사파이어, SiC상에 기상성장으로 에피택셜층은 크랙없이 성장시키려면 그 막두께의 한도는 기껏 해서 100㎛이다. 게다가 SiC나 사파이어기판등의 이종기판상에 기상성장으로 형성되는 질화물 결정은 C면을 에피형성면으로 하여 형성하기 때문에 그위에 형성되는 레이저 구조의 활성층에는 자발분극 또는 에피분극등의 분극에 의해 발광의 레드시프트(red shift), 재결합의 저하 및 임계값 전류의 상승원인등 성능열화의 원인으로 되는 것이 발견된다.

또한, 이종기판상에 형성되는 활성층을 In을 포함하는 양자우물층으로 형성하는 경우, 기초로 되는 n형 질화물층의 결정상태의 영향을 받기 때문에 논도프의 GaN층 또는 초격자구조층을 형성하는 경우가 있다. 다른 한편, 활성층이 In을 포함하는 경우, p형 질화물층을 적층할때에, 활성층으로부터 In이 증발하여 흩어짐에 의한 열화를 피하기 위하여 보호막을 설치하는 것이 장려되고 있지만 상기 보호막을 GaN 또는 AlGaN층에 형성하는 경우, 활성층의 형성온도보다 낮은 800-900℃로 형성된다. 이 때문에 형성되는 질화물층은 아몰퍼스상태로 형성되므로, 그위에 형성되는 광가이드층, p형 클래드층의 결정상태에 영향을 준다고 하는 문제가 있다.

이와 같이 기상성장법에 의한 레이저 소자의 층형성에는 한계가 있다. 다른 한편, 발광다이오드에 있어서도 보다 고휘도 고출력으로 하는 경우에, 기판 및 중간층의 결정결함은 중대한 문제로 되는 것이 예측된다.

따라서, 본 고안의 제 1 목적은 현상태의 기상성장으로가 아니고, 초임계 상태의 암모니아를 사용하여 10⁵/㎠이하, 바람직하게는 10⁴/㎠이하의 저결함밀도의 질화물 기판을 형성하고 이 기판상에 비폭사(非輻射) 재결합의 원인으로 되는 결정결함이 적은 레이저 구조를 형성하는 것에 있다.

또한, 본 고안의 제 2 목적은 기상성장으로가 아니고 초임계 상태로 질화물 벌크 단결정층을 얻음으로써 분극이 없는 질화물 A면 또는 M면 기판상에 레이저 구조를 형성하여 분극의 영향이 없는 레이저 소자를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 고안의 제 3 목적은 레이저 소자등의 발광 소자 구조에 있어서, 특히 활성층의 결정성에 영향을 주는 중간층을 기상성장으로가 아니고, 초임계 상태의 암모니아를 이용하여 형성함으로써, 기상성장법으로는 얻어질 수 없는 저결정결함의 중간층을 가진 발광 소자 구조를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 실시형태의 질화물 반도체 레이저 소자의 제조공정을 나타내는 단면도,

도 2a~2e는 본 고안에 따른 실시형태의 질화물 형태의 질화물 반도체 레이저 소자의 제조공정을 타나내는 단면도이다.

도 3a~3e은 벽개에 의한 질화물 반도체 레이저 소자의 제조방법에 본 고안을 적용한 경우의 공정설명도이다.

도 4는 벌크 단결정 기판상상에 형성한 LED 소자의 단면도이다.

도 5는 벌크 단결정에서 C축에 평행한 A면(A-plane)을 잘라내어 출사단면측을 M면(M-plane)으로 하는 기판의 개략도이다

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 기판 2 : n형 질화물 반도체층

3 : 활성층 4 : p형 질화물 반도체층

5 : 단면막 21 : n-GaN콘택트층

22 : InGaN크랙방지층 23 : n형 AlGaN클래드층

24 : n형 GaN광가이드층 41 : AlGaN보호층

42 : p형 AlGaN광가이드층 43 : p형 AlGaN클래드층

44 : p-GaN콘택트층 70 : 매입층

80 : p오믹전극 90 : n전극

100 : 반사막 110 : p패드전극

120 : n패드전극 201 : GaN기판

202 : n-콘택트층 203 : 변조도프층

204 : 초격자층 205 : 활성층

206 : p클래드층 207 : 언도프 AlGaN층

208 : p-콘택트층 209 : p전극

210 : n전극

본 고안자들은 초임계 상태 암모니아를 사용하여 갈륨함유 질화물을 재결정시키는 기술(이하, AMMONO법이라 한다)을 사용하면 MOCVD기상성장법에 비교하여, 현저한 Ga/NH₃비를 향상(20배 이상)시킬 수 있고, 더욱이 1000℃이상에서 행하여 지는 질화물의 기상성장법에 비교하여 극히 저온(600℃ 이하)에서, 저결함밀도의 벌크 단결정이 얻어지며, 그래서 종래의 기상성장법에서는 결코 얻어질 수 없었던 A면 또는 M면을 에피성장면으로 하는 것이 가능한 단결정기판이 얻어지는 것을 발견하였다.

즉, 제 1 고안은 갈륨함유 질화물의 단결정기판과, 이 기판상에 기상성장법으로 형성되는 n형 갈륨함유 질화물 반도체층과, 갈륨함유 질화물 반도체 활성층과 p형 갈륨함유 질화물 반도체층으로 되는 발광 소자에 있어서, 상기 단결정기판이 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정으로부터 잘라내어, 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 에피택셜성장면을 가진 것을 특징으로 하는 것이다. 본 고안에 있어서 기판의 에피택셜성장면은 결정결함이 종래 기상성장법이자 ELOG법을 사용하여 얻어지는 것보다도 저감되기 때문에, 그위에 형성되는 에피택셜층은 저온성장 버퍼층을 형성하지 않고, 양호한 결정품질의 것이 얻어지고 우수한 디바이스 구조를 형성할 수 있다.

본 고안에 있어서, 갈륨함유 질화물 단결정기판으로는 그 전체가 갈륨함유 질화물로 형성되어 있는 경우 뿐만 아니고, 이종기판상에 갈륨함유 질화물을 성장시킨 복합기판(텐플레이트)도 포함한다.

이종기판상에 초임계 암모니아중에서 갈륨함유 질화물을 성장시키려면 이종기판상에 GaN, AlN 또는 AlGaN의 층을 미리 형성하고 이 위에 갈륨함유 질화물을 성장시키는 방법이 채용된다.

또한, 제 2 고안은 갈륨함유 질화물의 단결정기판과, 이 기판상에 기상성장법으로 형성되는 n형 갈륨함유 질화물 반도체층과, 갈륨함유 질화물 반도체 활성층과 p형 갈륨함유 질화물 반도체층으로 되는 발광 소자에 있어서, 상기 단결정기판이 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정에서 잘라내고, 육방정(六方晶)의 C축에 직접 또는 Al(Ga)N버퍼층을 개재하여, 상기 n형 반도체층이 적층되어서 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자에 있다.

본 고안에 의하면, AMMONO법을 이용하여 도시한 바와 같은 질화물 벌크 단결정을 형성할 수 있기 때문에 이것으로부터 육방정의 C축에 평행한 에피택셜성장을 위한 A면 또는 M면을 잘라낼 수 있다(도 5 참조). 현상태에서는 100㎟의 면적을 가짐으로써 디바이스 구조에 필요한 에피택셜성장을 행할수 있다. A면 및 M면은 C면에 비하여 분극이 없기(non-polar) 때문에 발광의 레드시프트, 재결합의 저하 및 임계값 전류의 상승원인등 성능열화의 원인이 없는 레이저 소자를 제공할 수 있다.

상기 기판은 갈륨함유 질화물의 A면 또는 M면이고, 더구나 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 것이 바람직하다.

상기 제 1 및 제 2 고안에서는, 갈륨함유 질화물 단결정기판의 한쪽면에 에피택셜층을 성장시켰지만, AMMONO법으로 형성되는 논도프 GaN, AlN 또는 AlGaN층을 중간층으로 하여 사용하는 기판의 양쪽면에 에피택셜층을 성장시켜서 발광 소자를 형성할 수 있다. 즉, 제 3 고안은 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 In을 포함하는 질화물 활성층을 형성하여 되는 질화물계 발광 소자에 있어서, 질화물 벌크 단결정기판의 한쪽면에 적어도 n형 불순물을 포함하는 n형 질화물 반도체층을 형성하고, 질화물 벌크 단결정의 다른 쪽의 면에 직접 또는 n형 질화물 반도체층을 개재하여 질화물 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하여서 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.

상기 기판은 디바이스의 중간층이기 때문에 편면(片面)에피의 성장후 소정의 막두께까지 얇게 할 필요가 있지만 AMMONO법으로 형성되는 기판의 결정결함이 아주 작기 때문에, 종래 n형 버퍼층, 논도프 GaN층, n형 초격자층등을 개재하여 형성하였던 활성층을 직접 또는 필요한 n형 질화물 반도체층, 예를 들면 n형 클래드층, n형 광가이드층을 개재하여 형성할 수 있어, 활성층의 결정품질을 향상시킬 수 있다. 특히, A면 또는 M면 기판을 사용함으로써 활성층으로의 분극의 영향을 없앨 수 있다.

상기 제 3 고안에서는, 중간층으로서 AMMONO법으로 형성한 질화물 벌크 단결정층을 사용하였지만, AMMONO법을 사용하여 직접, 중간층을 형성할 수 있다. 제 4 고안에서는 n형 질화물 In을 포함하는 질화물 활성층위에 활성층의 In이 증발하지 않는 In을 포함하는 활성층을 열화시키지 않는 저온으로 GaN 또는 AlGaN단결정층을 형성하는 것이다.

여기서, In을 포함하는 질화물 반도체로 되는 활성층을 열화시키지 않는 저온으로는 In을 포함하는 질화물 반도체로 되는 활성층의 형성온도 이하를 말한다. In을 포함하는 질화물 반도체로 되는 활성층은 통상 성장온도 900℃로 성장시키기 때문에, 그 성장온도이하의 온도이면, 상기 활성층이 분해등에 의해 손상을 받지 않는다. AMMONO법에서는 질화물의 성장온도가 600℃이하, 바람직하게는 550℃이하이기 때문에 단결정의 GaN 또는 AlGaN층을 In을 포함하는 활성층을 열화시키지 않고 성장시킬 수 있다.

본 고안에 있어서는, 활성층의 보호층은 단결정 Al_xGa_1-xN(0x1)으로 구성된다. 이 혼정비율은 광가이드층 및 클래드층보다 높게 형성되는 것이 좋다. AMMONO법으로는 통상, 이러한 단결정층이 논도프의 단결정으로 형성된다. 특히 AlGaN층은 두께방향혼정비가 균일하지 않고, 형성초기의 혼정비로부터 감소하는 경향을 표시하여도 본 고안의 보호층으로서의 기능에는 지장이 없다. 또한, 이러한 캡층은 수~수십㎚의 얇은 층으로 그 기능을 달성할 수 있기 때문에 AMMONO법의 적용에 있어서는 미네랄라이저로서 알카리금속을 사용하지만 그 중에서도 Li이온이 바람직하다. 한편, 활성층은 InGaN우물층/GaN장벽층의 GaN장벽층으로 종료하는 형식이 AMMONO법의 적용에는 구애되는 것이며, AMMONO법 적용초기에서 초임계 암모니아와의 접촉에 의한 용해를 고려하여 통상 장벽층의 종단 막두께를 약간 크게 하는 것이 바람직한 경우가 있다.

본 고안의 질화물 반도체 레이저 소자가 초임계 암모니아중에서 성장시킨 GaN기판의 M면상에서 형성되면 레이저 소자의 활성층에 분극작용을 주지 않고, 더욱이나 공진기 출사면이 M면으로 되어 M면상에 M면 단면막이 형성되므로 벽개에 유리하다. 상기 질화물 반도체 레이저 소자가 초임계 암모니아중에서 성장된 GaN기판의 M면상에 형성되면, 활성층에 분극작용이 미치지 않고 더욱이나 공진기 출사면에 극성이 없는 A면 단면막을 형성할 수 있다.

AMMONO법을 이용하여 중간층을 형성하는 경우는 그이외의 부분에 초임계 암모니아에 대하여 용해도가 같거나 또는 낮은 마스크를 형성하여 놓는 것이 바람직하다. 이 마스크를 형성함으로써 용해성이 강한 초임계 암모니아중에 있어서 질화물 반도체이외의 층, 특히 활성층이 단면으로부터 용해하는 것을 억제할 수 있다. 상기 마스크는 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 모리브덴, 텅스텐으로 되는 군에서 선택되는 것이 좋다. 이들의 마스크재는 초임계 암모니아중에서 GaN에 비하여 안정하기 때문에 이 마스크재로 피복된 콘택트표면에는 용해를 억제할 수 있다. 마스크재는 공정에서 릿지형성시에 제거가 용이하다.

그리고, 본 명세서에서, 초임계 암모니아를 사용한 AMMONO법으로는 초임계 상태의 암모니아중에서 질화갈륨계 화합물이 음(-)의 용해도 곡선을 나타나는 것을 이용한 질화물 반도체의 성장방법으로 폴란드출원(P-347918호 및 P-350375호) 및 PCT 출원(PCT/IB02/04185)에 상세히 기재되어 있으며, 당업자는 이하의 요약 및 실시예를 참조하여 용이하게 본 고안을 실시할 수 있다.

본 고안에서 있어서, 갈륨함유 질화물 또는 질화물은 이와 같이 정의된다.

Al_xGa_1-x-yIn_yN(0≤x＜1, 0≤y＜1, 0≤x+y＜1) 용도에 따라서 도너, 억셉터 또는 자기성의 도프를 함유할 수 있다. 초임계 용매는 이하와 같이 정의되며, NH₃또는 그 유도체를 포함하고, 미네랄라이저로서 알카리금속이온, 적어도 리튬, 나토륨 또는 갈륨의 이온을 함유한다. 다른 한편, 갈륨함유 피드스토크는 주로 갈륨함유 질화물 또는 그 전구체로 구성되고 전구체는 갈륨을 함유하는 아지드, 이미드, 아미드이미드, 아미드, 수소화물, 금속간화합물, 합금 또는 금속갈륨으로부터 선택되며 이하와 같이 정의된다.

본 고안에 있어서, 씨드는 HVPE로 제조한 GaN 또는 AMMONO법으로 자발성장에 의해 오토크레이브 벽면에 성장한 결정, 플럭스법으로 얻어진 결정, 고압법으로 얻어진 결정을 사용할 수 있다. 이종씨드로서는 a₀축의 격자정수가 2.8~3.6인 씨드면을 가지며 그 결정층에서의 표면결함밀도는 10⁶/㎠이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는 체심입방결정계의 Mo, W, 육방최밀충진결정계의 α-Hf, α-Zr, 정방정계 다이어몬드, WC구조결정계의 WC, W₂C, ZnO구조결정계 SiC 특히 α-SiC, TaN, NbN, AlN, 육방정(P6/mmc)계 AgB₂, AuB₂, HfB₂, ZrB₂, 육방정(P6₃/mmc)계 γ-MoC, ε-MbN, ZrB₂로부터 선택된다. 이종씨드의 경우는 표면 특성을 결정성장에 적당한 형태로 하기 위해 Ga극성, N극성을 가지도록 Ga조사, NH₃처리, 산소프라즈마처리를 적절히 행하여야 한다. 또한 표면청정화를 위해 HCl처리, HF처리를 적절히 행하여야 한다. 혹은 기상성장법으로 GaN, AlN층을 이종씨드상에 형성하여 AMMONO법으로의 결정화를 촉진할 수 있다.

본 고안에서, 갈륨함유 질화물의 결정화는 100~800℃범위에서 행할 수 있지만, 바람직하게는 300~600℃, 더욱 바람직하게는 400~550℃온도로 행하는 것이 좋다. 또한, 갈륨함유 질화물의 결정화는 100~10000바로 행할 수 있지만, 바람직하게는 1000~5500바, 더욱 바람직하게는 1500~3000바의 압력으로 행하는 것이 좋다.

초임계 용매내의 알카리금속이온의 농도는 피드스토크 및 알카리 함유 질화물의 특정용해도를 확보할 수 있도록 조정되며, 초임계 용매내의 다른 성분에 대한알카리금속이온의 몰비는 1:200~1:2이지만 바람직하게는1:100~1:5, 더욱 바람직하게는 1:20~1:8의 범위이내로 관리하는 것이 좋다.

그리고 본 고안은, 암모노 염기성(ammono-basic)을 부여하는 일종 또는 복수의 미네랄라이저를 포함하는 초임계 암모니아 용매중에서 화학수송이 일어나서 갈륨함유 질화물의 단결정 성장을 얻는 암모노 염기성 결정성장기술에 관한 것이며, 아주 독창성이 높은 기술이기 때문에 본 고안에서 사용되는 이하의 용어는 이하의 명세서에서 정의된 의미로 해석되어야 한다.

갈륨함유 질화물이라는 것은 적어도 구성요소로서 적어도 갈륨과 질소원소를 포함하는 화합물로, 적어도 2원 화합물 GaN, 3원소 화합물 AlGaN, InGaN 및 4원 화합물 AlInGaN을 포함하며, 상기 암모노 염기성 성장기술에 반하지 않는 한 갈륨에 대한 다른 원소의 조성 범위는 교체할 수 있다.

갈륨함유 질화물의 전구물질(前驅物質)이라는 것은, 적어도 갈륨, 필요하면 알카리금속, XIII족 원소, 질소 및/또는 수소를 포함하는 물질 또는 그 혼합물로서, 금속 Ga, 그 합금 또는 금속간화합물, 그 수소화물, 아미드류, 이미드류, 아미드-이미드류, 아지드류로서 이하에 정의하는 초임계 암모니아 용매에 용해가능한 갈륨화합물을 형성하는 것을 말한다.

갈륨함유 피드스토크라는 것은 갈륨함유 질화물 또는 그 전구물질을 말한다.

초임계 암모니아 용매라는 것은 적어도 암모니아를 포함하고, 초임계 해당용매는 갈륨함유 질화물을 용해시키기 위한 1종 또는 복수의 알카리 금속이온을 포함하는 것이라고 이해한다.

미네랄라이저라는 것은, 초임계 암모니아 용매에, 갈륨함유 질화물을 용해시키기 위한 1종 또는 복수의 알카리금속이온(Li, K, Na, Cs)을 공급하는 것을 말한다.

AMMONO법에서 갈륨함유 피드스토크 용매라고 하는 것은 상기 피드스토크가 초임계 용매에 대한 용해성 갈륨화합물, 예를 들면 갈륨착체화합물의 형태를 취하는 가역성 또는 비가역성의 과정을 말하며, 갈륨착체화합물이라는 것은 NH₃또는 그 유도체 NH₂ ^-, NH^2-와 같은 배위자(配位子)가 갈륨을 배위중심으로 하여 둘러싸는 착체화합물을 의미한다.

초임계 암모니아 용액이라 하는 것은, 상기 초임계 암모니아 용매와 갈륨함유 피드스토크의 용해로부터 생기는 용해성 갈륨화합물을 포함하는 용액을 의미한다. 본 고안의 고안자들은 실험에 의해 충분한 고온고압에서는 고체의 갈륨함유 질화물과 초임계 용액과의 사이에 평행관계가 존재하는 것을 찾아내었으며, 따라서 용해성 갈륨함유 질화물의 용해도는 고체의 갈륨함유 질화물의 존재하여서 상기 용해성 갈륨화합물의 평행농도라고 정의할 수 있다.

해당공정에서는 이 평형은 온도 및/또는 압력변화에 의해 시프트될 수 있다.

갈륨함유 질화물은 초임계 암모니아중에서 용해도가 음인 온도계수를 나타나지만, 그것은 다른 전체의 파라미터를 보전하여 유지할 수 있는 용해도가 온도의 감소함수(monotonically decreasing function)로서 표시되는 것을 의미하며, 마찬가지로, 용해도 양의 압력계수라는 것은 다른 전체의 파라미터를 보전하여 유지할수 있는 용해도가 온도의 증가함수로써 표시되는 것을 의미한다. 본 고안자들의 연구에서는 초임계 암모니아 용매에서 갈륨함유 질화물의 용해도는 적어도 300~550℃에 미치는 온도영역이고, 그래서 1~5.5Kbar의 압력범위에서 음의 온도계수 및 양의 압력계수로서 나타나는 것을 발견하였다.

갈륨함유 질화물의 결정화에는 초임계 암모니아 용액의 과포화 상태를 필요로 하지만, 그 과포화하고 하는 것은 상기 초임계 암모니아 용액중에서의 가용성갈륨 화합물의 농도가 평형상태의 농도, 즉 용해도 보다 높은 것을 의미한다. 폐쇄계에서는 갈륨함유 질화물의 용해의 경우, 그와 같은 과포화로 용해도의 음의 온도계수 또는 양의 압력계수에 따라 온도의 증가 또는 압력의 감소에 의해 도달될 수 있다.

초임계 암모니아 용액에서의 갈륨함유 질화물은 저온도의 용해영역에서 고온도의 결정화 영역으로의 화학수송이 중요하지만, 그 화학수송이라는 것은 갈륨함유 피드스토크의 용해, 가용성 갈륨화합물의 초임계 암모니아 용액을 통하여 이동, 과포화 초임계 암모니아 용액으로부터의 갈륨함유 질화물의 결정화를 포함하는 연속공정을 말하며, 일반적으로 화학수송은 온도구배, 압력구배, 농도구배, 용해한 피드스토크와 결정화한 생성물의 화학적 또는 물리적으로 다른 성질등의 어떤 구동력에 의해 행하여 진다. 본 고안에 의해, 갈류함유 질화물의 벌크 단결정을 얻을 수 있지만, 상기 화학수송은 용해와 결정화 공정을 별개의 영역으로 행하며 결정화영역을 용해영역보다 높은 온도로 유지함으로써 달성하는 것이 바람직하다.

씨드라고 하는 것은 상술한 바와 같이, 본 고안에서는 갈륨함유 질화물의 성장품질을 지배하기 때문에 품질이 좋은 것이 선택된다.

자발적 결정화(Spontaneous crystallization)이라 하는 것은 과포화의 초임계 암모니아 용액에서 갈륨함유 질화물의 핵형성 및 성장이 오토크레이브내에서 어느 사이트에도 일어나는 바람직하지 않는 공정을 말하며, 씨드표면에서의 다른 방향성 성장(disoriented growth)을 포함한다.

씨드로의 선택적 결정화라는 것은 자발적 성장이 아니고 결정화가 씨드상에서 행하여지는 공정을 말한다. 벌크 단결정의 성장에는 없어서는 안될 실현하여야 할 공정이며, 본 고안에서는 AMMONO법을 적용하여 중간층을 형성하기 위한 조건의 하나이다.

오토크레이브라고 하는 것은 형태에 관계없이 암모노 염기성 결정성장을 행하기 위한 폐쇄계 반응실을 말한다.

그리고, 본 고안의 실시예에서는 오토크레이브내의 온도분포는 초임계 암모니아가 존재하지 않는 빈 오토크레이브에서 측정한 것으로, 실제의 초임계 온도에서가 아니다. 또한, 압력은 직접측정을 하지 않았지만 최초로 도입한 암모니아의 광 및 오토크레이브의 온도, 용적에서 계산에 의해 결정한 것이다.

상기 방법을 실시하려면, 이하의 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 고안은 초임계 용매를 생성하는 오토크레이브를 가진 설비로서, 상기 오토크레이브에는 대류관리장치가 설치되고, 가열장치 또는 냉각장치를 구비한 로(爐)유니트를 특징으로 한다.

상기 로유니트라는 것은, 오토크레이브의 결정화영역에 상당하는, 가열장치를 구비한 고온영역 및 오토크레이브의 용해영역에 상당하는 가열장치 또는 냉각장치를 구비한 저온영역을 가진다. 대류관리장치는 결정화영역과 용해영역을 구별하여 중심혹은 주위에 구멍이 있는 횡형배플(baffle) 1매 또는 수매로 구성된다. 오토크레이브내에는, 피드스토크를 용해영역에 씨드를 결정화영역에 배치하고 이들 영역사이의 초임계 용액의 대류를 관리장치에 의하여 설정하도록 구성된다. 용해영역은 횡형배플의 상위에, 결정화영역은 횡형배플의 하위에 있다.

이러한 방법에 대하여 요약하면, 상기 음의 용해도 곡선은 반응계내에 있어서, 고온영역에서 질화물 반도체의 용해도가 낮고, 저온영역은 질화물 반도체의 용해도가 높은 것을 의미하며, 오토크레이브중에서 고온영역과 저온영역을 적절히 관리하면, 저온도영역에서는 질화물의 용해가 생기는 한편, 고온영역에서는 질화물의 재결정화가 일어나서 저온영역으로부터 고온영역으로 대류를 행하게 함으로써 고온영역에서 질화물을 소정농도로 유지하여 질화물 성장을 씨드상에 선택적으로 행하는 것이다.

따라서, 상기 웨이퍼는 상기 오토크레이브 반응계내에서 고온영역에 배치되고, 피드스토크는 저온영역에 배치된다. 이것에 의해, 먼저 저온영역의 피드스토크가 용해하여 과포화 상태를 형성한다. 다음에 반응계내에서는 대류가 일어나고, 용해한 피드스토크는 고온영역으로 흐른다. 이 고온영역은 용해도가 낮기 때문에 용해한 피드스토크는 씨드인 웨이퍼상에서 재결정한다. 이 재결정에 의하여 본 고안은 벌크 단결정을 형성한다. 또한, 이 방법은 질화물 반도체의 기상성장과 같은 900℃이상에서 질화물 반도체를 성장시키는 것은 아니고, 600℃이하, 바람직하게는550℃이하의 저온에서 질화물 반도체를 성장시키는 것이 특징이기 때문에 고온영역에 배치된 웨이퍼의 In을 포함하는 활성층은 열에 의한 분해가 발생하지 않는다.

상기 피드스토크에는 단결정층의 조성에 의하여 변하지만, GaN으로 형성하는 경우는 일반으로, GaN단결정 또는 다결정을 사용하던가 또는 GaN의 전구체나 Ga메탈을 사용하여 일단 GaN단결정 또는 다결정을 형성하고, 이것을 재결정시킬 수 있다. GaN은 HVPE법 또는 MOCVD법의 기상성장에 의하여 형성된 것이나, AMMONO법, 플럭스법이나 고압법에 의하여 형성된 것을 사용할 수 있다. GaN의 전구체에는 갈륨아지드, 갈륨이미드, 갈륨아미드 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. AlN의 경우는 GaN과 마찬가지로 AlN단결정 또는 다결정을 사용하던가, 또는 AlN의 전구체나 Al메탈을 사용하여, 일단 AlN단결정 또는 다결정을 형성하고 이것을 재결정시킬 수 있다. AlGaN의 경우는 AlN과 GaN의 공정(共晶)이기 때문에, 양자의 피드스토크를 적절히 혼합하여 사용하지만, 메탈과 단결정 또는 다결정(예를 들면, Al메탈과 GaN 단결정 또는 다결정)을 사용하고, 바람직하게는 미네랄라이저를 2종이상 사용하는 것에 의해 소정 조성을 얻는 것이 가능하다.

상기 미네랄라이저에는 알카리금속(Li, Na, K, Cs) 또는 알카리금속착체(알카리금속아미드, 알카리금속이미드)를 사용할 수 있다. 여기서 상기 알카리금속은 암모니아와의 몰비가 1:200~1:2이며, 바람직하게는 Li을 사용한다. Li은 용해도가 낮은 미네랄라이저이기 때문에 노출된 단면이 용해하는 것을 억제할 수 있고, 더욱이나 수~수십㎚ 정도의 얇은 보호막 형성에 좋다.

[실시예]

이하, 본고안에 따른 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본고안에 다른 반도체 레이저의 단면도로서, GaN기판(1)상에 n형 질화물 반도체층(2)과 p형 질화물 반도체층(4)이 적층되고, 그 사이에 In을 포함하는 질화물 반도체로 되는 단일 또는 다중 양자우물구조의 활성층(3)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 근자외에서부터 가시광의 녹색까지의 파장영역(370㎚이상 550㎚이하)에서 발광효율이 우수한 레이저 소자가 얻어진다. n형 질화물 반도체층(2)은 GaN콘택트층(21), InGaN크랙방지층(22), n형 AlGaN클래드층(23) 및 n형 GaN광가이드층(24)으로 된다. 그리고 상기 크랙방지층(22)은 생략가능하다. p형 질화물 반도체층(4)은 AlGaN보호층(41), p형 AlGaN광가이드층(42), p형 AlGaN클래드층(43), p-GaN콘택트층(44)으로 된다. 여기서, 상기 GaN기판(1)은 상술한 AMMONO법으로 형성된 벌크 단결정으로 되며, 이때, 600℃이하의 낮은 온도에서 벌크 단결정이 형성되어 전위결함이 10⁴/㎠정도로 아주 낮기 때문에, 저감층으로서의 ELO층이나 피트저감을 목적으로 한 AlGaN층을 개재시키는 일없이, n-콘택트층(21)을 형성하고 있다.

상기 실시태양에서는, 반도체 레이저 소자의 공진기는 상기 활성층(3)과 p형층 및 n형층의 광가이드층(24,42), 또한 캡층(41)으로 구성되어 있다. 공진기 단면의 출사단면에는, 단결정 Al_xGa_1-xN(0x1)으로 되는 단면막(5)이 형성된다.

이하 본 실시형태에 따른 질화물 반도체 레이저 소자의 대표적인 2가지 제조방법을 설명한다.

도 2a∼e는 GaN기판의 C면상에 레이저 구조를 형성하고, 공진기의 출사단면을 M면으로하고, 릿지, 전극을 형성한 후에 벽개로 출사단면을 형성하는 공정을 나타내며, 도 3a∼e는 도 5에 나타나는 GaN기판의 A면상에 레이저 구조를 형성하고, 공진기의 출사단면을 M면으로 하여, 릿지, 전극을 형성한 후에 벽개로 출사단면을 형성한다. 다음에 이 단면측이외에 마스크를 설치하고 출사단면에 M면 단면막을 형성하여, 그 후 벽개등에 의해 칩화하여 레이저 소자를 형성하는 공정을 나타낸다.

도 2에 표시하는 제 1 방법에서는, 먼저 GaN기판(1)의 C면상에 n형 질화물 반도체층(2), 즉 n-콘택트층(21), 크랙방지층(22), n형 클래드층(23) 및 n형 광가이드층(24), 이어서 활성층(3), p형 질화물 반도체층(4), 즉 보호층(41), p형 광가이드층(42), p형 클래드층(43), p형 콘택트층(44)을 순차형성시킨 웨이퍼를 준비한다(도 2a). 여기서, GaN기판을 사용하기 때문에, 제 1 방법과 같이 저온버퍼층(11)상에 ELO층을 개재하여 n형 질화물 반도체층(2)을 성장시키지 않고 에피층의 결함을 저감시킬수 있다.

다음에, 상기 웨이퍼를 에칭에 의해 공진기단면 및 n-콘택트층(21)을 노출하고, 공진기단면의 출사면측을 제외하여 마스크(7)을 형성한다(도2b). 그 후, 공진기단면을 노출한 웨이퍼에 AMMONO법을 적용하여 단면막(5)을 형성한다(도 2c).

다음에, 단면막을 형성한 후, 마스크(7)을 택하여, 통상의 디바이스공정에 의해 릿지를 형성한다(도 2d). 광도파를 행하는 릿지스트라이프는 공진기 방향으로 형성된다.

릿지의 폭은 1.0∼2.0㎛이며, 릿지의 깊이는 p형 클래드층 또는 p형 광가이드층까지 도달하고 있다. 그 후 릿지를 덮도록 ZrO₂막으로 되는 매입층(70)을 형성한다.

릿지의 최상부의 p형 콘택트층(43)에 접촉하도록 p오믹전극(80)을 형성한다. 상기 릿지의 수는 단수만이 아니고, 복수로 형성하여 멀티스트라이프형 레이저 소자로 할수있다. 다음에 n형 콘택트층(21)의 표면에 n형 전극(90)을 p형 전극과 평행하게 형성한다. 다음에 p패드전극(110), n패드전극(120)을 형성한다. 다시 SiO₂와 FiO₂를 번갈아 형성하여 패터닝함으로써 p전극 및 n전극위를 제외하는 소자전체를 덮도록 SiO₂/TiO₂절연막을 레이저 발전을 위한 절연막(100)으로서 기능하도록 형성한다. 최후에, 웨이퍼에서 스크라이빙에 의해, 개개의 질화물 반도체 레이저 소자로 분할한다. 이상과 같이하여 질화물 반도체 레이저 소자를 제작할 수 있다(도 2e, 도 1).

또한 상기 단면막위에 공진을 효율좋게 행하기 위한 보호막을 설치하여도 된다. 이 보호막은 단면막인 AlGaN과 굴절율차를 가진 것이다. 구체적으로는 Wb, Ni, Cr, Ti, Cu, Fe, Zr, Hf, W, Rh, Ru, Mg, Al, Sc, Y, Mo, Ta, Co, Pd, Ag, Au, Pt, Ga 또는 이들이 산화물, 질화물, 불소화물 등의 화합물이다.

도 3a∼e는 제 2 방법으로서, 도 5에 나타낸 바와 같이 상술한 AMMONO법으로 형성된 벌크 단결정으로부터, 기판으로서 GaN기판(1)의 A면을 잘라내어 사용하고, 출사단면을 M면으로 하여 벽개에 의해 레이저 소자를 얻은 공정을 나타낸다.

이 GaN기판(1)상에 제 1 방법과 마찬가지로 질화물 반도체 레이저 소자를 형성한다. 동일부재에 동일번호를 부여하여 설명을 생략한다. 다음에 에칭에 의해 n형 콘택트층(21)을 노출시킨다(도 3a). 그 후, 릿지를 형성하고(도 3b), 다시 릿지 최상부의 p형 콘택트층(43)에 접촉하도록 p오믹전극(80)을 형성한다. 다음에 n형 콘택트층(21)의 표면에 n전극(90)을 형성한다. 이어서, p패드전극(110), n패드전극(120)을 형성한다(도 3c). 다음에 출사면을 벽개에 의해 형성한다. 이것에 의해 웨이퍼는 바형상으로 된다. 그 후 초임계 암모니아 중에서, 단면막(5)을 형성한다(도 3d). 이것을 벽개하여 레이저 소자를 제작할 수 있다(도 3e).

상기 보호막(41)의 형성에서는 AMMONO법을 적용하여 500℃에서 600℃의 저온으로 단결정의 AlGaN층을 형성할 수 있다. 이 경우, In을 포함하는 활성층을 열화시키는 일없이 p형 질화물층을 형성한다.

도 4는, 초임계 암모니아법으로 얻어지는 GaN기판(201)상에 LED소자를 형성한 경우를 나타낸다.

저온성장으로 버퍼층을 형성하지 않고, GaN기판(201)상에 직접 n-콘택트층(202)을 형성한 후, 언도프 GaN/Si 도프 GaN/언도프 GaN의 변조도프층(203) 및 초격자층(204)을 개재하여 InGaN우물층/GaN장벽층으로 되는 활성층(205)이 형성된다. 활성층(205)의 상측에 p클래드층(206), 논도프 AlGaN층(207), p-콘택트층(208)을 순차로 형성함으로써 LED를 형성한다. 한편 209는 p전극, 210은 n전극이다.

상기 변조도프층(203) 및 초격자층(204) 대신에 본 고안에 따른 벌크 단결정 기판을 중간층으로서 사용하고, 하측의 한쪽면에 상기 n콘택트층(202)을 형성시키는 한편, 상측에 활성층(205), p클래드층(206), 논도프 AlGaN층(207), p-콘택트층(208)을 순차로 형성함으로써 마찬가지의 층구조를 형성할 수 있다. 이와같이, 저온에서 단결정층을 형성할 수 있는 AMMONO법을 사용함으로써 결정결함이 없는 중간층을 형성할 수 있고, 소자 구조의 간략화의 역할을 할 수 있다.

이하에 본 고안에 따른 실시예를 나타낸다. 그러나, 본 고안은 이하에 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저, 2인치 직경, C면을 주면으로 한 GaN기판(1)을 MOCVD 반응용기내에 세트하고, 온도를 1050℃로 하여, 캐리어가스로서 수소, 원료가스로서 암모니아와 TMG(트리메틸갈륨)을 사용한다.

(1) n형 콘택트층으로서 Si를 3 ×10¹⁸/㎤ 도프한 GaN을 4㎛을 형성하고,

(2) n형 클래드층으로서 언도프 Al_0.1Ga_0.9N을 25Å과, Si를 1 ×10¹⁹/㎤ 도프한 n형 GaN층을 번갈아 반복적층하여 총 막두께 1.2㎛의 초격자를 형성하며,

(3) n형 광가이드층으로서, 언도프 GaN을 0.2㎛를 형성하고,

(4) 활성층으로서, Si도프 In_0.05Ga_0.95N으로 되는 장벽층 100Å과 언도프 In_0.1Ga_0.9N으로 되는 우물층 40Å을 번갈아 적층한 장벽층/우물층/장벽층/우물층/장벽층으로 되는 충 막두께 380Å의 양자우물층을 적층한다.

(5) 웨이퍼를 시스템내가 초임계 암모니아인 반응용기(오트크레이브)내에 배치시킨다. 오트크레이브(36㎤)내에는 웨이퍼 이외에는 피드스토크로서 GaN을 0.5g, 암모니아를 14.7g 또는 미네랄라이저로서 Li을 0.036g 준비하여 밀폐한다. 이 오트크레이브 내외 온도는 500℃이하이며, 고온영역과 저온영역과를 형성한다. 550℃의 고온영역에는 웨이퍼를 배치시키고, 450℃의 저온영역에는 피드스토크의 GaN, Ga메탈을 배치시킨다. 이 오트크레이브내를 밀페한 상태에서 3일간 방치한다. 이것에 의해, 저온조건으로 초임계 암모니아중에서 단결정 GaN으로 되는 보호막을 100Å의 막두께로 n형 활성층의 GaN장벽층상에 성장시킨다.

이 웨이퍼를 꺼내어 MOCVD 반응용기내에 세트하고, 온도를 1050℃로 하여,

(6) p형 광가이드층으로서 언도프 GaN층을 0.2㎛,

(7) p형 클래드층으로서 언도프 Al_0.16Ga_0.84N25Å와 언도프 GaN25Å을 번갈아 적층한 총 막두께 0.6㎛의 초격자층,

(8) p형 콘택트층으로서 Mg을 1 ×10²⁰/㎤ 도프한 p형 GaN층을 150Å 순차 적층한다.

적층후, MOCVD 반응장치내를 질소분위기로 하여 700℃로 웨이퍼를 어닐링하고, p형 질화물 반도체층을 더욱 저저항화한다.

어닐링후, 웨이퍼를 반응용기로부터 꺼내어 최상층 p형 콘택트층의 표면에 스트라이프 형상의 SiO₂로 되는 보호막(마스크)를 형성하고, RIE에 의해 에칭을 행함으로써 스트라이프를 형성하여 공진기단면 및 n형 콘택트층의 표면을 노출시킨다. p형 콘택트층의 표면에 형성한 SiO₂보호막(마스크)은 습식에칭에 의해 제거한다.

다음에 저온조건으로 초임계 암모니아중에서 GaN으로 되는 단면막을 100Å 막두께로 스트라이프의 단면과 측면 및 노출된 n형 콘택트층의 표면, p형 콘택트층의 표면에 성장시킨다.

다음에, 단결정 GaN으로 되는 단면막을 형성한 후, 최상층의 p형 콘택트층의 상면에 형성한 단결정 GaN을 에칭으로 제거한 후, 이 p형 콘택트층의 상면에 폭 1.5㎛ 스트라이프 형상의 SiO₂마스크를 형성하고, p형 클래드층의 도중까지 에칭함으로써, 스트라이프부에서 다시 릿지를 형성한다. 이 에칭은 에칭후의 릿지 양측의 p형 콘택트층의 막두께가 0.1㎛로 되도록 행한다.

이상과 같이하여 폭 1.5㎛의 릿지부를 형성한다.

다음에 스퍼터법을 이용하여 SiO₂마스크의 위로부터 스트라이프부의 상면을 덮도록 ZrO₂막을 0.5㎛의 막두께로 형성한다.

그의 열처리후, 스트라이프부의 상면에서, 릿지부의 측면 및 릿지부의 양측 p클래드층의 표면에 ZrO₂막으로 되는 매입층(70)을 형성한다. 이 ZrO₂막에 의해 레이저 발진시의 횡모드를 안정화시킬 수 있다.

다음에, p형 콘택트층에 오믹접촉하도록 Ni/Au로 되는 p전극(80)을 형성하고, n형 콘택트층의 위에 Ti/Al로 되는 n전극(90)을 형성한다. 다음에 웨이퍼를 600℃로 열처리한다. 그 후 p, n전극위에 Ni(1000Å)-Ti(1000Å)-Au(8000Å)로 되는 패드전극을 각각 형성한다. 그래서 SiO₂와 FiO₂로 되는 반사막(100)을 형성한 후 최후에 웨이퍼로부터 스크라이빙에 의해 개개의 질화물 반도체 레이저 소자로 분할한다.

이상과 같이하여 얻어진 질화물 반도체 레이저 소자에 각각 히트싱크를 설치하여서 레이저 발진을 행하면, COD레벨의 향상에 의해 임계값 2.0㎄/㎠, 100㎽, 바람직하게는 200㎽의 출력에서 발진파장 405㎚의 연속발진 시간의 향상이 기대된다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, 더욱 스트라이프부의 한쪽 출사단면에만 단결정 GaN으로 되는 단면막을 막두께 1㎛로 성장시키고, 기타의 점은 실시예 1과 마찬가지로 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하였다.

이상과 같이하여 얻어진 레이저 소자에 각각 히트싱크을 설치하여서 레이저 발진을 시켰던 바, 실시예 1과 마찬가지로 임계값 2.0㎄/㎠, 100㎽의 출력에서 발진파장 405㎚의 연속발진에서의 장수명을 기대할 수 있다.

실시예 3

실시예 1에 있어서, 최상층 p형 콘택트층의 표면에 격자패턴혀상의 SiO₂로 되는 보호막을 형성하여 RIE에 의해 에칭을 행하여 공진기단면 및 n형 콘택트층의 표면을 노출시킨다. 다음에 p형 콘택트층의 표면에 형성된 상기 SiO₂마스크를 막두께 0.5㎛인 상태로 웨이퍼를 계내(系內)가 초임계 암모니아인 반응용기(오토크레이브)내에 배치된다. 기타의 점은 실시예 1과 마찬가지로 하여 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하였다.

이상과 같이하여 얻어진 레이저 소자에 각각 히트싱크를 설치하여서 레이저 발진을 시켰던 바, 실시예 1과 마찬가지로 임계값 2.0㎄/㎠, 100㎽의 출력에서 발진파장 405㎚의 연속발진에서의 장수명을 기대할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 질화물 반도체 발광 소자는, 초임계 암모니아를 사용하여 얻어진 벌크 단결정기판을 사용하기 때문에, 비폭사 재결합의 원인을 발생시키는 결정결함이 작은 기판상에 레이저 소자를 형성하므로 효율이 좋은 레이저 소자를 제공할 수 있다.

또한, 벌크 단결정으로부터 분극이 없는 질화물 A면 또는 M면을 잘라내어서, 그 면을 에피성장면으로 소자를 형성할 수 있기 때문에, 활성층이 분극의 영향을 받지 않고, 발광의 레드시프트, 재결합의 저하 및 임계값, 전류의 상승원인등 성능열화의 원인이 없는 레이저 소자를 제공할 수 있다.

또한, 중간층으로서 결정결함이 적은 벌크 단결정을 이용함으로써 레이저 소자를 포함하는 발광 소자 구조를 간략화하는 것이 가능하다.

또한, 질화물을 저온에서 단결정으로 성장할 수 있기 때문에, 활성층이 In을 포함하는 경우에도 이것을 열화 또는 이것에 손상을 주지 않으므로 소자의 기능 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 갈륨함유 질화물 기판과, 상기 기판상에 기상성장법으로 형성되는 n형 갈륨함유 질화물 반도체층과, 갈륨함유 질화물 반도체 활성층과, p형 갈륨함유 질화물 반도체층으로 되는 발광 소자에 있어서,

   상기 기판은 초임계 암모니아법을 사용하여 형성된 갈륨 질화물 벌크 단결정에서 잘라내어서, 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 에피택셜성장면을 가진 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
2. 갈륨함유 질화물 기판과, 상기 기판상에 기상성장법으로 형성되는 n형 갈륨 질화물 반도체층과, 갈륨함유 질화물 반도체 활성층과, p형 갈륨함유 질화물 반도체층으로 되는 발광 소자에 있어서,

   상기 기판은 초임계 암모니아법을 사용하여 형성된 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정에서 잘라내어서, 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 육방정(六方晶)의 C축에 평행한 에피택셜성장을 위한 A면 또는 M면을 구비하고, 이면의 위에 직접 또는 Al(Ga)N 버퍼층을 개재하여 상기 n형 반도체층이 적층된 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 초임계 암모니아법을 이용하여 형성된 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정의 A면 또는 M면인 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판은 이종기판상에 초암모니아법을 이용하여 갈륨함유 질화물을 성장시킨 복합기판(텐플레이트)임을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 복합기판은, 이종기판상에 GaN, AlN 또는 AlGaN의 층을 미리 형성하고, 이 위에 초임계 암모니아법을 이용하여 갈륨함유 질화물의 벌크 단결정을 성장시켜 형성된 기판임을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
6. 기상성장법으로 형성되고, n형 칼륨함유 질화물 반도체층과, 갈륨함유 질화물 반도체 활성층과 p형 갈륨함유 질화물 반도체층으론 되는 발광 소자에 있어서, n형 갈륨함유 질화물 반도체층의 논도프층이 초임계 암모니아법을 이용하여 형성된 벌크 단결정에서 잘라내어서 결함밀도가 10⁵/㎠이하인 에피택셜성장면을 가진 질화물 벌크 단결정 기판으로 되고, 이 기판의 한쪽면에 적어도 n형 불순물을 포함하는 질화물 반도체층을 형성하고, 다른쪽면에 직접 또는 n형 질화물 반도체층을 개재하여 상기 질화물 반도체층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하여서 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 벌크 단결정기판이 육방정의 C축에 평행한 에피택셜성장을 위한 A면 또는 M면을 구비함을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 갈륨함유 질화물 반도체 활성층이 In을 포함하고, 이 질화물 활성층의 위에 초임계 암모니아법으로 단결정 Al_xGa_1-xN(0x1)으로 되는 보호막을 형성하여 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 활성층은 적어도 하나의 InGaN우물층 또는 InAlGaN우물층을 포함하는 양자우물구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 발광 소자가 GaN기판의 A면 또는 M면상에 형성되어 있는 것을 특징으로하는 발광 소자 구조.
11. 제 1 항, 제 2 항 및 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 발광 소자가 반도체 레이저 소자로서 벌크 단결정 GaN기판의 A면상에 형성되고, 공진기 출사면이 M면이고, 이 M면에 상기 단면막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 구조.