KR20040029301A - 질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 제조방법 - Google Patents

질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 제조방법 Download PDF

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KR20040029301A
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오쿠야마히로유키
도이마사토
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

선택성장 등에 의해 소자구조를 3차원화 한 경우에 있어서도, 특성이 우수한 질화물 반도체소자와 그 제조방법이다. 본 발명의 질화물 반도체소자는, 측면부(16s) 및 상층부(16t)를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층의 상기 상층부는 언도프 질화갈륨층(17) 등의 고저항영역을 거쳐서 전극층(21)이 형성된다. 상층부(16t)에 고저항영역을 설치하는 것에서, 그 상층부(16t)의 고저항영역을 우회하도록 전류가 흐르고, 상층부(16t)를 회피하여 측면부(16s)를 주체로 하는 전류경로가 형성된다. 그 결과, 결정성이 좋지 않은 상층부(16t)에 전류를 흘리는 것이 제어된다.

Description

질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 제조방법{Nitride semiconductor element and production method for nitride semiconductor element}
GaN, AlGaN, GaInN 등의 질화물(나이트라이드)계 III-V족 화합물 반도체는, 그 금제대폭이 1.8eV에서 6.2V에 걸쳐 있고, 적색에서 자외선의 발광이 가능한 발광소자의 실현이 이론상 가능하는 것에서, 근래 주목을 집중하고 있다.
이 질화물계 III-V족 화합물 반도체에 의해 발광다이오드(LED)나 반도체 레이저를 제조하는 경우에는, GaN, AlGaN, GaInN 등을 다층으로 적층하고, 발광층(활성층)을 n형 클래드층 및 P형 클래드층에 의해 끼운 구조를 형성할 필요가 있다. 이와 같은 발광다이오드 또는 반도체 레이저로서, 발광층을 GaInN/GaN 양자 우물구조 또는 GaInN/AlGaN 양자 우물구조로 한 것이 있다.
질화갈륨계 화합물 반도체 등의 질화물 반도체의 기상 성장기술에 있어서는 격자를 정합하는 기판이나 저전위밀도의 기판이 존재하지 않기 때문에, 종래부터사파이어 등의 기판표면 상에 900℃이하의 저온에서 AlN 혹은 AlxGa1-xN(x는 0이상 1미만) 저온 버퍼층을 퇴적하고, 그 후에 질화갈륨계 화합물 반도체를 성장하여 격자 부정합에 기인하는 전위를 저감하는 기술이 있다. 이와 같은 기술은, 예를 들면, 특개소63-188938호 공보나 특허공평8-8217호 공보에 개시되는 것이 있고, 이들의 기술을 사용하는 것에서 질화갈륨계 화합물 반도체층의 결정성 및 모포로지를 개선할 수 있는 특징이 있다.
또한 저전위 밀도의 고품질 결정을 얻는 기술로서는, 일단 제 1질화갈륨계 화합물 반도체층을 퇴적한 후에 산화규소나 질화규소 등으로 이루는 질화갈륨계 화합물 반도체의 성장을 저해하는 재료로 보호막을 형성하고, 그 보호막으로 덮혀지지 않은 영역에서 제 2질화갈륨계 화합물 반도체층을 면내방향(횡방향)으로 성장하는 것에서, 기판계면에서 수직으로 펴지는 관통 전위의 전파를 방해하는 기술이 있다(예를 들면, 특개평10-312971호 공보, 특개평11-251253호 공보참조). 또, 동일한 기술로서는, 일단 제 1질화갈륨계 화합물 반도체를 성장한 후에, 리액티브 이온에칭장치(이하, RIE) 등을 이용하여 그 막을 선택적으로 제거하고, 그 후 성장장치내에서 남겨진 결정에서 제 2질화갈륨계 화합물 반도체를 선택적으로 성장하는 것으로 관통 전위밀도를 저감하는 기술이 있다(예를 들면, MRS internet J. Nitride Semicond.Res. 4Sl, G3, 38(1999), 또는 Journal of Crystal Growth 189/190(1998)83-86). 이들의 기술을 사용하는 것에서 106cm-2정도까지의 전위밀도를 가지는 결정막이 얻어지고, 반도체 레이저의 고수명화 등이 실현되고 있다.
또, 이와 같은 선택성장을 이용하는 것에서, 관통 전위의 저감뿐만 아니라, 3차원적인 구조를 가지는 반도체소자를 작성할 수 있다. 예를 들면, 질화갈륨계 화합물 반도체막 혹은 기판 상에 성장 저해막을 형성하여 개구부에서 선택적으로 결정을 성장시키고, 혹은 질화갈륨계 화합물 반도체막 혹은 기판을 선택적으로 제거한 위에서 남겨진 결정에서 선택적으로 결정을 성장시키는 것에서, 3차원적인 구조를 가지는 반도체 격자구조를 가질 수 있다. 이와 같은 반도체소자는 퍼세트로 이루는 측면과 측면이 합류하는 정점(상면)으로 이루는 입체구조로 되고, 예를 들면 소자분리의 공정에서의 손상이 적게 되며, 레이저에 있어서의 전류협착 구조를 형성할 수 있고, 더욱이는 퍼세트로 되는 결정면의 특성을 적극적으로 이용하여 결정성의 개선이 가능하다는 등의 이점이 있다.
도 30은 선택적 성장에 의해 3차원 형상으로 형성되는 질화물계 발광소자의 일예의 단면도이며, 이 발광소자는 GaN계의 발광다이오드이다. 그 구조에 대해서는, 사파이어기판(330) 상에 하지성장층으로서의 n형 GaN층(331)이 형성되고, 그 n형 GaN층(331) 상에는 개구부(333)가 형성된 실리콘 산화막(332)이 피복되고, 이 실리콘 산화막(332)의 개구부(333)로부터의 선택성장에 의해 육각추형상의 GaN층(334)이 형성되어 있다.
이 GaN층(334)은, 사파이어기판(330)의 주면을 C면으로 한 경우에 S면({1-101}면)으로 덮혀진 피라미트형의 성장층이며, 실리콘을 도프시킨 영역이다. 이 GaN층(334)의 경사한 S면의 부분은 클래드로서 기능한다. GaN층(334)의 경사한 S면을 덮는 것같이 활성층인 InGaN층(335)이 형성되어 있고, 그 외측에AlGaN층(336)과 마그네슘 도프의 GaN층(337)이 형성된다.
이와 같은 발광다이오드에는, p전극(338)과 n전극(339)이 형성되어 있다. p전극(338)은 마그네슘 도프의 GaN층(337) 상에 형성되는 Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다. n전극(339)은 상술한 실리콘 산화막(332)을 개구한 부분에서 Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
도 31은 종래의 선택성장에 의해 3차원 형상으로 형성되는 질화물계 발광소자의 다른 일 예의 단면도이며, 도 30의 질화물계 발광소자와 동일하게, 사파이어기판(350) 상에 하지 성장층으로서의 n형의 GaN층(351)이 형성되고, 그 n형 GaN층(351) 상에는 개구부(353)가 형성된 실리콘 산화막(352)이 피복되고, 이 실리콘 산화막(352)의 개구부(353)로부터의 선택성장에 의해 단면이 직사각형상의 육각주형상의 GaN층(354)이 형성된다.
이 GaN층(354)은 실리콘을 도프시킨 영역이며, 선택성장의 성장조건에 의해 {1-100}면을 측면으로 하는 성장층에 형성된다. 이 GaN층(354)을 덮는 것같이 활성층인 InGaN층(355)이 형성되어 있고, 그 외측에 p형 AlGaN층(356)과 마그네슘 도프의 p형 GaN층(357)이 형성된다.
이와 같은 발광다이오드에는, p전극(358)과 n전극(359)이 형성되고, p전극(358)은 마그네슘 도프의 GaN층(357) 상에 형성되는 Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다. n전극(359)은 상술한 실리콘 산화막(352)을 개구한 부분에서 Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
그러나, 이와 같은 선택성장을 이용한 경우에, 정점 혹은 상면은 성장속도가 늦은 퍼세트로 이루는 측면에 둘러싸이기 때문에 원료의 공급이 과다하게 되고 결정성이 열화하는 일이 있다. 또, 기판면적에 비해서 정점 혹은 상면의 면적이 작은 경우에, 그 부분의 막 두께나 혼정 조성의 제어 등이 곤란하게 된다. 따라서, 선택성장에 의해 3차원 구조의 반도체소자를 형성한 경우라도, 상기 이유에 의해 정점 혹은 상면의 결정성이 나쁘고, 비발광 재결합에 의한 효율의 저하, PN접합이 정상으로 형성되지 않음으로써 전류의 리크 등의 모든 문제가 발생한다. 또, 전극과 접하는 도전형층의 저항율과 두께에 의해서는 그 층에서 전류가 넓혀지고, 정점 혹은 상면에 전류가 주입되어서 소자 특성이 나쁘게 되는 경향에 있다.
또, 선택성장을 이용한 경우에는, 상술한 정점이나 상면과 동일하게, 서로 이웃하는 측면의 교차선인 능선부와 이 능선부에 따른 영역이나, 측면과 저면과의 교차선인 저변부와 이 저변부에 따른 영역에 있어서도 결정성이 나쁘고, 비발광 재결합에 의한 효율이 저하, PN접합이 정상으로 형성되지 않음으로써 전류의 리크 등의 문제가 발생한다.
그래서 본 발명은, 선택성장 등에 의해 소자구조를 3차원화 한 경우에 있어서도, 특성이 우수한 질화물 반도체소자와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 결정 성장된 질화물계 반도체 결정층에 전극층을 형성하고, 발광 등의 기능을 일으키게 하는 질화물 반도체소자 및 그 제조방법에 관하여, 특히 효율적인 전류주입을 실현하는 질화물 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 제 1실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제 1실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제 2실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제 3실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제 4실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제 5실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제 6실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제 6실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제 7실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제 8실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 제 9실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 제 10실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시단면도이다.
도 13은, 본 발명의 제 11실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 제 12실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 제 13실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 제 14실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 17은, 본 발명의 제 15실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 18은, 본 발명의 제 16실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 19는, 본 발명의 제 17실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 제조방법의 공정사시 단면도이며, 질화갈륨층의 형성공정까지의 사시단면도이다.
도 20은, 본 발명의 제 17실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 제조방법의 공정사시 단면도이며, 질화갈륨층의 선택적 제거공정까지의 사시단면도이다.
도 21은, 본 발명의 제 17실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 제조방법의 공정사시 단면도이며, 질화물 반도체소자 구조의 형성공정까지의 사시단면도이다.
도 22a 내지 도 22b는, 본 발명의 제 18실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 도면이며, 도 22a는 종단면도, 도 22b는 수평단면도이다.
도 23a 내지 도 23b는 본 발명의 제 19실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 도면이며, 도 23a는 종단면도, 도 23b는 수평단면도이다.
도 24a 내지 도 24b는, 본 발명의 제 20실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 도면이며, 도 24a는 종단면도, 도 24b는 수평단면도이다.
도 25는, 본 발명의 제 21실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시도이다.
도 26은, 본 발명의 제 22실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 종단면도이다.
도 27은, 본 발명의 제 23실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 종단면도이다.
도 28은, 본 발명의 제 24실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 종단면도이다.
도 29는, 본 발명의 제 25실시형태에 관계되는 반도체 발광소자의 사시도이다.
도 30은, 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 31은, 반도체 발광소자의 다른 일예를 나타내는 단면도이다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 질화물 반도체소자는, 측면부 및 상측부를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층의 상기 상층부는 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체소자에 의하면, 전극층에서 당해 질화물 반도체소자를 동작시키기 위한 전류가 주입되지만, 상층부에 고저항영역이 존재하는 것에서, 그 상층부의 고저항영역을 우회하도록 전류가 흐르고, 상층부를 피해서 측면부를 주체로 하는 전류경로가 형성된다. 이와 같은 측면을 주체로 하는 전류경로를 이용하는 것에서, 결정성이 좋지 않은 상층부에 전류가 흐르게 하는 것이 억제된다.
또, 본 발명의 다른 질화물 반도체소자는, 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판 상에 성장하는 결정층은 결정상태가 양호한 제 1결정부와 결정상태가 상기 제 1결정부보다는 열화한 제 2결정부를 가지며, 상기 제 2결정부에는 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 질화물 반도체소자에 의하면, 제 2결정부에는 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것에서, 당해 제 2결정부를 피하도록 한 전류경로가 형성되게 되며, 고저항영역의 존재에 의해 결정상태가 좋지 않은 제 2결정부보다도 결정상태가 양호한 제 1결정부에 주된 전류경로가 형성되게 된다. 따라서, 능동소자로서 결정상태가 양호한 부분을 활용할 수 있고, 소자특성이 최적한 것으로 된다.
또, 본 발명의 질화물 반도체소자의 제조방법은, 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판 상에 선택성장에 의해 결정층을 형성하고, 이 결정층의 상층부가 형성된 후에 결정성장의 조건을 바꾸는 것으로 고저항영역을 연속하여 형성하고, 상기 고저항영역의 형성 후에 전극층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체소자의 제조방법에 있어서는, 선택성장에 의해 형성되는 결정층은, 상기 질화물 반도체층 또는 상기 질화물 반도체기판 상에 성장 저해막을 형성한 후, 상기 성장 저해막을 개구한 개구부로부터의 성장에 의해 형성되고, 혹은 상기 질화물 반도체층 또는 상기 질화물 반도체기판을 선택적으로 제거한 위에서 남겨진 결정에서 성장하여 형성된다.
본 발명의 질화물 반도체소자의 제조방법에 의하면, 결정층은 선택성장에 의해 형성되고, 선택성장을 이용하는 것에서 상층부 또는 측면부를 수반하도록 결정층이 3차원 형상으로 성장한다. 이 결정성장과 연속적으로 형성되는 고저항영역은 결정성장의 조건을 바꾸는 것으로 고저항화 하고, 전극층으로부터의 전류경로를 우회시키도록 기능한다. 결정층의 상층부와 고저항영역이 그 연속성에서 근접하여 배치되고, 결정성이 좋지 않은 상층부에서는 전류가 억제되게 된다.
또, 본 발명에 관계하는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 능선부 및 이 능선부에 따른 영역에, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 관계하는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 고저항영역은, 언도프부나 이온이 주입되어서 이루는 이온주입부의 형성, 또는 p형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 대해서 전자선의 선택적인 조사를 행함으로써 형성된다.
본 발명의 질화물 반도체소자에 의하면, 전극층에서 당해 질화물 반도체소자를 동작시키기 위한 전류가 주입되지만, 능선부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 고저항영역이 존재하는 것에서, 이들의 영역에 있어서의 고저항영역을 우회하도록 전류가 흐르고, 측면부, 구체적으로는 측면부의 평탄면 부분을 주체로 하는 전류경로가 형성된다. 이와 같은 측면부의 평탄면 부분을 주체로 하는 전류경로를 이용하는 것에서, 결정성이 좋지 않은 능선부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 전류를 흘리는 것이 억제된다.
또, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 능선부 및 이 능선부에 따른 영역을 제거한 평탄면부에 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 저변부 및 이 전변부에 따른 영역을 제거한 평탄면부에 전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체소자에 의하면, 전극층에서 당해 질화물 반도체소자를 동작시키기 위한 전류가 주입되지만, 능성부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역 상에는 전극층을 형성하지 않는 것에서, 전극층이 형성된 측면부, 구체적으로는 측면부의 평탄면부를 주체로 하는 전류경로가 형성된다. 이와 같은 측면부의 평탄면 부분을 주체로 하는 전류경로를 이용하는 것에서, 결정성이 좋지 않은 능선부분 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 전류를 흘리는 것이 억제된다.
본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 측면부 및 상층부를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층의 상기 상층부는 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 능선부 및 이 능선부에 따른 영역에, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 구조, 혹은 전극층이 형성되지 않은 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체층은, 3차원 형상으로 성장한 결정층의 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 구조, 혹은 전극층이 형성되지 않는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서 전극층이 형성되지 않는 구조로서는, 전면에 전극층을 형성하여 능선이나 저면 및 그들의 근방에서 일부 제거하는 구조나, 능선이나 저면 및 그들의 근방에 미리 부분적으로 절연막을 형성하여 직접 접속하도록 전극층을 설치하지 않는 구조나, 능선이나 저면 및 그들의 근방을 피해서 전극층을 공간을 통해서 배선하도록 한 구조라도 좋다.
또, 본 명세서에 있어서, 3차원 형상이란, 질화물 반도체층 등으로 이루는 입체구조의 형상이며, 실질적인 결정면으로서 구성되는 측면부 및 상층부를 가진 형상이다. 전형적으로는 다각형의 피라미드구조, 다각형의 각주구조, 스트라이프형의 개구부를 이용하여 형성되는 돌출구조 등, 여러 가지의 구조를 포함한다.
이 3차원 형상으로 성장한 결정층은 측면부와 상층부를 가지고 있다. 이 중 상층부는 3차원 형상의 결정층의 상측의 영역이다. 육각추형상 등의 각추형상으로 결정층이 형성되는 경우에서는, 상층부는 결정층의 정점부분과 그 근방이며, 각추형상의 정점부분을 없앤 결정구조의 경우에서는, 상층부는 상단면을 포함하는 영역이다. 저면이 스트라이프형으로 단면이 3각형상의 경우는, 상층부는 경사면 끼리의 능선부와 그 근방이며, 결정층이 능선부를 수반하지 않은 단면이 기본대형 형상의 경우는, 상층부는 상단면과 그 근방의 영역이다. 결정층이 각주형상의 경우, 상층부는 각주의 상면부를 포함하는 영역으로 된다. 또, 결정층의 측면부는, 상술한 결정층의 상층부와 결정층의 저면부와의 영역이다. 육각 추형상 등의 각추형상에 결정층이 형성되는 경우에서는, 측면부는 각추형의 결정층의 경사한 결정면이며, 각추형상의 정점부분을 없앤 결정구조의 경우라도 동일하게, 측면부는 결정층의 경사한 결정면이다. 결정층의 저면이 스트라이프형으로 단면이 3각형상 혹은 능선부를 수반하지 않는 단면이 대형형상의 경우에서는, 측면부는 상기 상층부와 저면부의 사이의 영역이며, 경사한 퍼세트를 포함하는 영역이다. 결정층이 각주형상의 경우, 상층부는 각주의 상면부를 포함하는 영역이기 때문에, 각주형상의 결정층의 측면부는 상면부와 거의 수직인 측벽부분이 된다. 상층부와 측면부는, 그 구성재료의 점에서 동일한 재료로 할 수 있고, 예를 들면, 결정층이 각추형상으로 구성되는 경우, 정점부와 그 근방이 상층부가 되며, 그 바로 아래의 부분에서 저면부분까지의 경사한 결정면을 결정층의 측면부로 할 수 있고, 상층부와 측면부는 연속적인 구성을 가지고 있어도 좋다.
또, 3차원 형상으로 성장한 결정층은, 능선부 및 전변부를 가지고 있다. 능선부란, 서로 이웃하는 측면부 또는 서로 이웃하는 측면부와 상단면(상면부)과의 교차선이며, 저변부란, 저면부와 측면부와의 교차선이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 능선부 및 저변부에는, 교차선부분에 더해서, 그 교차선에 따른 영역을 포함하는 것으로 한다.
3차원 형상으로 결정층을 성장시키는 경우, 일 예로서 결정성장용으로 사파이어기판을 이용하고, 그 사파이어기판 상에 버퍼층 등의 성장 하지층을 형성하고, 그 성장 하지층으로부터의 선택성장 등에 의해 3차원 형상의 퍼세트 구조를 가지는 결정층을 형성하는 것이 행해진다. 결정성장에 의해 결정성장층을 형성하는 경우에서는, 기판주면에 대해서 경사한 경사면으로서 S면 및 {11-22} 및 또는 이들 각면에 실질적으로 등가한 면 중에서 선택되는 면을 가지는 것이 소망스럽다. 예를 들면, 기판주면을 C면으로 한 경우에서는, 경사면인 S면 또는 S면에 실질적으로 등가인 면을 용이하게 형성하는 것이 가능하다. S면 또는 C+면 상에 선택성장한 때에 보이는 안정면이며, 비교적 얻기쉬운 면이며 6방정계의 면지수에서는 (1-101)이다. C면에 C+면과 C-면이 존재하는 것과 동일하게, S면에 대해서는 S+면과 S-면이 존재하지만, 본 명세서에 있어서는, 특히 말해지지 않은 경우는, C+면 GaN상에 S+면을 성장하고 있고, 이들을 S면으로서 설명하고 있다. 또한, S면에 대해서는 S+면이 안정면이다. 또 C+면의 면지수는 (0001)이다. 이와 같은 기판주면에 대해서 경사한 경사면으로서 S면 및 {11-22}면 또는 이들 각면에 실질적으로 등가인 면을 퍼세트로 하는 결정층을 형성하고, 상술한 바와 같이 상층부와 측면부를 형성하는 것에서, 본 발명에 관계되는 구조의 질화물 반도체소자를 작성할 수 있다.
본 발명의 질화물 반도체에 있어서의 결정층은, 전형적으로 선택성장법에 의해 형성되고, 여기서 질화물 반도체층의 선택성장에 대해서 설명한다. 선택성장은, 성장저해막을 이용하는 방법과, 기판이나 반도체층의 표면을 선택적으로 제거하는 방법 등에 의해 행할 수 있다. 성장저해막을 이용하는 방법에서는, 기체상에 개구부를 가지는 성장저해막을 형성하고, 그 상태에서 반응 화로에 기체마다 보내어 넣고, 소요의 캐리어 가스 및 원재료 가스를 공급하여 성장저해막 상에는 질화물 반도체층을 퇴적하지 않고 개구부에 질화물 반도체층을 선택적으로 형성한다. 기판이나 반도체층의 표면을 선택적으로 제거하는 방법에서는, 하지성장층이나 기판의 일부가 선택적으로 제거되어, 기판 등의 표면에 요철이 형성되고, 소요의 캐리어 가스 및 원재료 가스를 공급하여 요철부분에 3차원 형상의 결정층을 성장시키는 방법이다.
결정층이 성장하는 기체부분으로서는, 질화갈륨계 화합물 반도체기판 등의 질화물 반도체기판 혹은 사파이어기판 등의 기판과 그 기판 상에 성장한 질화물 반도체층으로 이루도록 구성할 수 있고, 후자와 같이 질화물 반도체층을 기판 상에 성장시키는 경우에서는, 당해 기판으로서 이용할 수 있는 것은, 서파이어(Al2O3,A면, R면, C면을 포함한다) SiC(6H, 4H, 3C를 포함한다), GaN, Si, ZnS, ZnO, AlN, LiMgO, GaAs, MgAl2O4, InAIGaN 등으로 이루는 기판이며, 바람직하게는 이들 재료로 이루는 6방정계 기판 또는 입방정계 기판이며, 보다 바람직하게는 6방정계 기판이다. 예를 들면, 사파이어기판을 이용하는 경우에서는, 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체의 재료를 성장시키는 경우에 많이 이용되고 있는 C면을 주면으로 한 사파이어기판을 이용할 수 있다. 이 경우의 기판 주면으로서의 C면은, 5 내지 6도의 범위에서 기울어진 면방위를 포함하는 것이다.
기체의 일부로서 질화물 반도체층이 형성되는 경우, 질화물 반도체층을 형성하기 전에, 하지 성장층을 기판상에 형성하는 것이 바람직하다. 이 하지성층은 예를 들면 질화 갈륨층이나 질화알루미늄층으로 이루어지며, 하지성장층은 저온버퍼층과 고온버퍼층과의 조합 혹은 버퍼층과 결정종으로서 기능하는 결정층과의 조합으로 이루는 구조라도 좋다. 이 하지성장층은, 여러가지 기상성장법으로 형성할 수 있고, 예를 들면 유기금속 화합물 기상성정법(MOCVD법)이나 분자선 애피택시법(MBE법), 하이드라이드 기상성장법(HVPE법) 등의 기상성장법을 이용할 수 있다.
성장저해막을 이용한 선택성장의 경우, 이와 같은 기체상에는 성장저해막이 형성된다. 성장저해막은 예를 들면 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막등으로 구성되고, 이 성장저해막으로 덮여진 영역에 있어서 질화물 반도체층의 퇴적을 방지하는 기능을 갖고, 성장저해막에 설치된 개구부에서는 그 저부에 상기 기체의 표면이 면하고, 그 기체표면에서 개구부의 범위내에서 결정성장이 진행된다. 개구부의 형성은, 포토리소크라피기술에 의해 행해지고, 개구부의 형상은 스트라이프형, 원형상, 육각형상 등의 다각형상 등이지만, 특히 한정되는 것은 아니다. 개구부를 10㎛정도의 원형(혹은 변이 1-100방향의 육각형, 또는 변이 11-20방향의 육각형 등)으로 하는 것에서 그 약 2배정도의 선택성장영역까지 간단히 제작할 수 있다. S면이 기판과 다른 방향이면 전위를 구부리는 효과 및 전위를 차폐하는 효과가 있기 때문에, 전위밀도의 저감에도 유용하다.
기판상의 성장저해막에 개구부를 형성한 점에서, 선택성장에 의해 질화물 반도체층이 선택적으로 성장된다. 질화물 반도체층으로서는, 우르츠(wurtz) 광형의 결정구조를 가지는 반도체 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 질화물 반도체층으로서는, 예를 들면 III족계 화합물 반도체나 BeMgZnCdS계 화합물 반도체를 이용할 수 있고, 또는 질화 갈륨(GaN)계 화합물 반도체, 질화알루미늄(AlN)계 화합물 반도체, 질화인듐(InN)계 화합물 반도체, 질화인듐갈륨(InGaN)계 화합물 반도체, 질화알루미늄갈륨(AlGaN)계 화합물 반도체를 바람직하게는 형성할 수 있고, 특히 질화갈륨계 화합물 반도체가 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, InGaN, AIGaN, GaN등은 반드시, 3원혼정만, 2원혼정만의 질화물 반도체를 가리키지 않고, 예를 들면 InGaN에서는, InGaN의 작용을 변화시키지 않는 범위에서의 미량의 Al, 기타 불순물을 포함하고 있어도 본 발명의 범위인 것은 말할 것도 없다.
이 결정층의 성장법으로서는, 여러가지 기상성장법을 예로 들수 있고, 예를 들면 유기금속화합물 기상성장법(MOCVD(MOVPE)법)이나 분자선 에피택시법(MBE법)등의 기상성장법이나, 하이드라이드 기상성장법(HVPE법)등을 이용할 수 있다. 그 중에서도 MOVPE법에 의하면, 신속히 결정성이 좋은 것이 얻어진다. MOVPE법에서는, Ga소스로서 TMG(트리메틸갈륨), TEG(트리에틸갈륨), Al소스로서는 TMA(트리메틸알루미늄), TEA(트리에틸알루미늄), In소스로서는, TMI(트리메틸인듐), TEI(트리에틸인듐) 등의 알킬금속 화합물이 많이 사용되고, 질소원으로서는 암모니아, 히드라진 등의 가스가 사용된다. 또, 불순물 소스로서는 Si이면 실란가스, Ge이면 겔만가스, Mg이면 Cp2Mg(시클로 펜타디에닐 마그네슘), Zn이면 DEZ(디에틸진크)등의 가스가 사용된다. MOCVD법에서는, 이들 가스를 예를 들면 600℃이상으로 가열된 기판의 표면에 공급하고, 가스를 분해함으로써, InAIGaN계 화합물 반도체를이피텍셜 성장시킬 수 있다.
선택성장에 의해, 전형적으로 질화물 반도체층은 퍼세트를 수반한 구조를 나타낸다. 예를 들면, 기체 혹은 기판의 주면이 C+면을 갖고 있는 경우에서는, 질화물 반도체층의 결정의 경사면으로서 S면을 안정면으로서 형성하는 것이 가능하며, 이 S면은 선택성장한 때에 보이는 비교적 얻기 쉬운 면이며 6방정계의 면지수에서는 (1-101)이다. C면에 C+면과 C-면 이 존재하는 것과 동일하게, S면에 대해서는 S+면과 S-면이 존재하지만, 본 명세서에 있어서는, 특히 거절하지 않는 경우는, C+면 GaN상에 S+면을 성장하고 있고, 이들을 S면으로서 설명하고 있다. 또한, S면에 대해서는 S+면에 대해서는, 상술한 바와 같이 질화갈륨게 화합물 반도체에서 질화물 반도체층을 구성한 경우에는, S면상, Ga에서 N으로의 본드수가 2 또는 3과 C-면의 다음으로 많게 된다. 여기서 C-면은 C+면 상에는 사실상 얻을 수없으므로, S면에서의 본드수는 가장 많은 것으로 된다. 예를 들면, C면을 주면으로 가지는 사파이어기판에 질화물을 성장한 경우, 일반적으로 우르츠 광형의 질화물의 표면은 C+면이 되지만, 선택성장을 이용하는 것에서 S면을 형성할 수 있고, C면에 평행한 면에서는 달리하기 쉬운 경을 가진 N의 본드가 Ga에서 일체의 본드로 결합하고 있는데 대해서, 기울어진 S면에서는 적어도 한 개 이상의 본드로 결합하게 된다. 따라서, 실효적으로 V/III비가 상승하게 되며, 적층구조의 결정성의 향상에 유리하다. 또, 기판과 다른 방위로 성장하는 것과 기판에서 연장한 전위가 구부러지는 것도 있고, 결함의 저감에도 유리하게 된다. 또, 선택성장 마스크를 이용하여 선택성장하는 경우에는 횡방향 성장시키는 창영역에서 확대한 형상으로 할 수 있고, 이와 같은 마이크로 채널 에피택시를 이용하여 회방향 성장을 한 편이 관통전위를 피하기 쉽게 되고, 전위가 주는 것을 알 수 있다. 또 이와 같은 횡방향 성장에 의해 소자를 발광소자로 하는 경우에서는, 그 발광영역도 증대하고, 또한 전류의 균일화, 전류집중의 회피, 및 전류밀도의 저감을 도모할 수 있다.
선택성장에 의해 형성되는 질화물 반도체층은 S면 또는 S면에 실질적으로 등가인 면 등을 수반한 퍼세트 구조를 갖지만, 전형적으로는 성장이 진행하는 정도, 기본주면에 평행한 면에서의 면적이 점점 작게되도록 성장한다. 즉, 질화물 반도체층은 사면을 수반하여 각추형 혹은 피라미드형으로 성장하는 것에서, 정점부에 가까운 만큼 기체 주면에 평행한 면에서의 면적이 점점 작게 된다. 여기서 정점부란, 사면끼리가 교차하는 첨두부분이며, 스트라이프형의 개구부에서는 능선이 되도록한 영역이며, 또 육각추형의 질화물 반도체층을 성장시키는 경우에서는 가장 높이가 있는 영역이다.
본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상의 결정층의 상층부에 고저항영역이 형성되는 구조를 갖는다. 고저항영역은 당해 질화물 반도체소자에 주입되는 전류의 경로를 측면측으로 이동시키기 위한 영역이다. 예를 들면, 결정층의 상층부에 제 1도전영역으로서 n형 질화물 반도체층을 형성하고, 이 위에 활성층이나 제 2도전영역인 p형질화물 반도체층을 형성하여 발광소자로 하는 경우, n형 정상부와 p형정상부 사이의 저항치가, n형측면부와 거기에 접한 p형측면부 사이의 저항치보다도 크게 되도록 정상부를 형성하는 것이 바람직하다. n형정상부와 p형정상부사이의 저항치가 n형측면부와 p형측면부 사이의 저항치보다도 작으면, n형정상부와 p형정상부 사이에서 전류가 흐르고, 결정성이 나쁜 활성층이 흐르기 때문에, 발광효율이 낮은 무효전류로 되는 등의 불편이 일어난다. 이 때, 재현성의 면에서는, n형 정상부와 p형정상부의 저항치(상층부와 전극층 사이의 저항치)가 n형측면부와 p형측면부 사이의 저항치(측면부와 전륵층간의 저항치)가 n형측면부와 p형측면부 사이의 저항치(측면부와 전극층간의 저항치)의 1.5배이상인 것이 바람직하고, 또한, 전압이나 전류밀도를 올릴 때의 특성을 향상시킨다는 면에서는, 2배이상인 것이 보다 바람직하다.
이 고저항영역은, 예를 들면, 언도프 질화물 반도체층, p형불순물이 도입된 질화물 반도체층, 혹은 n형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 의해 형성된다. 고저항영역을 질화물 반도체층을 이용하여 형성하는 경우에서는, 결정층의 상층부을 형성한 후에, 결정성장의 조건을 바꾸는 것에서 고저항영역을 연속하여 형성할 수 있다. 즉, 동일 반응로 내에 소자 형성용의 기판을 덮은 채로, 결정성장조건으로서의 불순물가스의 공급과 정지, p형불순물이 도입된 지화물 반도체층을 형성하는 경우에서는 마그네슘 등의 불순물이 도입되고, n형분술문이 도입된 질화물 반도체층을 형성하는 경우에서는 실리콘 등의 불순물이 도입된다. 언도프 질화물 반도체층은 불순물 농도가 극히 낮고, 고저항영역으로 된다. p형불순물이 도입된 질화물 반도체층은 주위의 층이 반대도전형의 질화물 반도체층인 n형질화물 반도체층인 경우에, 그 계면에 pn접합을 형성하고, 주위의 층이 동일 도전형의 지로화물 반도체층인 p형질화물 반도체층인 경우에는 당해 p형불순물이 도입된 질화물 반도체층의 불순물 농도를 저농도로 하는 것에서, 주위의 층보다도 상대적으로 고저항인 영역으로 되며, 전류의 경로를 측면측으로 이동시키는 기능을 발휘한다. 동일하게, n형불순물이 도입된 질화물 반도체층은 주위의 층이 반대 도전형의 질화물 반도체층인 p형질화물 반도체인 경우에, 그 계면에 pn접합을 형성하고, 주위의 층이 동일 도전형의 질화물 반도체층인 n형 질화물 반도체층인 경우에는 당해 n형 불순물이 도입된 질화물 반도체층의 불순물 농도를 저농도로 하는 것에서, 주위의 증보다도 상대적으로 고저항인 영역으로 되며, 전류의 경로를 측면측으로 이동시키는 기능을 발휘한다. 고저항영역은 결정층을 구성하는 질화물 반도체층과 동일 재료로 할 수 있지만, 다른 재료로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면 결정을 GaN계 반도체층으로 하고, AlGaN계 반도체층에서 고저항영역을 형성하여도 좋다.
고저항영역으로서는, 상술한 바와 같이, 질화물 반도체층에 도입되는 불순물을 제어하는 것으로 구성하는 것도 가능하지만, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연막을 결정층의 상층부에 대해서 직접 또는 활성층 등의 다른 층을 거쳐서 간접적으로 형성하도록 하여도 좋다. 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연막은 단층으로 한정되지 않고, 다른 절연막이나, 언도프의 화합물 반도체층, 기타 각종 반도체층과의 복합막 등이라도 좋다.
또, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상의 결정층의 능선부에 고저항영역이 형성된다. 이 고저항영역은, 결정층의 능선부에 언도프부를 형성하는 방법이나 이온주입(이온이프라텐션)을 행하는 방법, 또는 p형질화물 반도체층에 전자선을 선택적으로 조사하는 방법에 의해 형성된다. 또한, 본 발명에관계되는 질화물 반도체소자는, 3차원 형상의 결정층의 저변부에, 능선부에 고저항영역을 형성하는 것과 동일한 방법으로, 고저항영역이 형성된다.
이와 같은 고저항영역은, 상술한 바와 같이 3차원 형상의 결정층의 상층부나 능선부, 저변부에 형성되지만, 질화물 반도체소자로서 반도체 발광소자가 형성되는 경우에는, 고저항영역의 형성 전후에 활성층이 형성된다. 즉, 활성층의 하부에 고저항영역을 활성층이 형성된다. 즉, 활성층의 하부에 고저항영역을 형성하는 것도 가능하고, 활성층의 상부에 고저항영역을 형성할 수 있다. 전극층은 이와 같은 고저항영역을 거쳐서 결정층상에 형성된다. 전극층으로서는, 예를 들면 Ni/Pt/Au로 이루어지는 전극층이 형성되고, 예를 들면 Ti/Al로 이루는 전극층을 대측의 전극층으로 할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 결정층의 측면부에 효율적으로 전류가 주입되도록 하는 것에서, 상술한 고저항영역을 형성하지 않고, 능선부 또는 저변부를 제거한 측면부의 평탄면부분(상단면이나 상면부를 가지는 결정층에 있어서는, 이들 상단면, 상면부의 평탄면 부분을 포함한다)에만 전극층을 형성하고 있다.
본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 반도체를 이용하여 작동하는 각종 소자의 구조를 취할 수 있고, 일예로서 발광다이오드나 반도체 레이저 등의 반도체 발광소자로 할 수 있지만, 그들 이외에도 예를 들면 전계효과형 트랜지스터나, 수광소자 등 기타 각종 소자라도 좋다.
이와 같은 구조를 가지는 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 상층부나 능선부, 저변부에 형성된 고저항영역에 의해, 측면부를 주체로 하는 전류주입이행해진다. 특히, 상층부에 고저항영역이 형성되는 경우, 질화갈륨계 화합물 반도체의 결정성장에 있어서는, 일반적으로 성장속도나 성장온도, 성장압력이나 V족원료와 III족 원료의 공급비 등의 성장조건에 의해, 형성되는 퍼세트나 표면에 있어서의 성장과 이탈의 밸런스 등을 제어할 수 있고, 이들 성장 중에 변조시키는 것에서, 고저항영역을 상층부에 연속하도록 형성할 수 있다. 이 때문에, 활성층의 근방에도 형성할 수 있기 때문에, 전류의 확대에 의한 리크나 비발광 재결합도 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자는, 능선부나 저변부에 전극층을 형성하지 않고 측면부의 평탄면부분(상단면이나 상면부를 가지는 결정층에 있어서, 이들 상단면, 상면부의 평탄면 부분을 포함한다)에만 전극층을 형성함으로써, 측면부를 주체로 하는 전류주입이 행해진다.
이하, 각 실시형태를 참조하면서 본 발명을 또한 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 질화물 반도체소자는, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 변형, 변경 등이 가능하며, 본 발명은 이하의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
[제 1실시형태]
본 실시형태는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(11) 상에 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자 구조(12)가 선택성장에 의해 형성되어 있고, 3차원 형상으로서 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자구조(12)의 부분에 전극이 형성되어서 발광다이오드로서 기능한다. 사파이어기판(11) 상에는, 언도프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 질화갈륨층(13)이 형성되어 있고, 그질화갈륨층(13)을 덮도록 실리콘 산화막(14)이 형성되어 있다. 이 실리콘 산화막(14)은 선택성장 시의 성장저해막으로서 기능하고, 당해 실리콘 산화막(14)에 형성된 개구부로부터의 선택성장에 의해 육각추형의 질화물 반도체 발광소자구조(12)가 형성된다.
도 2는 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자구조(12)의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(11) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 포함의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(13)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(13)을 덮도록 실리콘 산화막(14)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(14)에는 거의 육각형의 개구부(15)가 형성되고, 그 개구부(15)로부터의 선택성장에 의해 n형 GaN층(16)이 형성된다. 이 사파이어기판(11)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(15)의 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 일반적으로, 이와 같은 개구부(15)를 이용하여 선택성장을 한 경우에서는, 그 성장조건에 의해 S면({1,-1,0,1}면)을 경사한 측면으로 하는 육각추형상의 성장층이 형성된다. 그래서, 개구부(15)를 이용하여 선택성장에 의해 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(16)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(16)은, 반응로 내에 캐리어가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흐르고, N원재로서의 암모니아(NH3) 및 Ga원재로서의 트리메틸갈륨(TMGa, Ga(CH3)3)을 공급하여 형성된다. 이 n형질화갈륨층(16)에는불순물로서의 실리콘이 도입된다.
n형질화갈륨층(16)은, 완전한 육각추형상이 되기 전에 성장이 정지되고, 그 시점에서 불순물가스의 공급을 정지하는 것에서, 언도프 질화갈륨층(17)이 된다. 이 불순물가스의 정지에 의한 전환은 동일 반응 화로에서 연속적으로 행할 수 있고, 생산성에 대한 방지는 이루어지지 않는다. 언도프 질화갈륨층(17)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부로의 전류의 유입을 방지한다.
불순물가스의 정지에 의한 성장층의 전환에 의해, n형질화갈륨층(16)의 성장은 정지하고, n형질화갈륨층(16) 자체는 첨두부분을 없앤 육각추형상으로 되며, 그 첨두부분을 없앤 상면부분이 상층부(16t)가 되며, 경사한 결정층의 S면의 부분이 측면부(16s)가 된다. 언도프 질화갈륨층(17)의 형상은, 정점부인 상층부(16t)상에서 단면이 대략 3각형상이며, 측면부(16s)의 부분에서 얇은 막으로 측면부(16s)의 주위를 덮는다. 상층부(16t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(17)에 연속하는 것에서, 상층부(16t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(17) 상에 형성되는 활성층을 흐르는 전류도 억제하게 된다.
언도프 질화갈륨층(17) 상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN활성층이며, 그 위에 p형 AlGaN층(19)과 p형질화갈륨층(20)이 적층된다. p형 AlGaN층(19)과 p형질화갈륨층(20)에는 불순물로서 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(20)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 p형전극(21)이 형성된다. n전극(22)은 상술한 실리콘 산화막(14)을 개구한 개구부(23)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(18)의 아래에, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(17)이 형성되어 있고, 이 언도프 질화갈륨층(17)은 n형 질화갈륨층(16)으로의 상층부(16t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(16)에 대해서 주로 측면부(16s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(16s)에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크전류가 작은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(14)의 개구부(15)의 형성을 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해, 동일한 육각추형상의 결정성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아니고, {1,1,-2,2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형상할 수 있다.
[제 2실시형태]
본 실시형태는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 활성층 상에 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자구조를 갖고 있는 점에서는, 제 1실시형태와 동일하며, 질화물 반도체 발광소자구조의 내부구조가 제 1실시형태의 것과는 다른 것이다.
도 3은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(31) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(33)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(33)을 덮도록 실리콘 질화막(34)이 형성되어 있다. 실리콘 질화막(34)에는 거의 정육각형의 개구부(35)가 형성되고, 그 개구부(35)로부터의 선택성장에 의해 n형의 GaN층(36)이 형성된다. 이 사파이어기판(31)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(35)의 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(35)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(36)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(36)은, 반응로 내에 캐리어가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘려서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(36)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. n형질화갈륨층(36)은 완전한 육각추형상으로 되기 전에 성장이 정지되고, 이 정지시점에서 가스를 TMI(트리메틸인듐)이나 TEI(트리에틸인듐) 등을 포함하는 가스로 전환하여 InGaN활성층(37)을 형성한다. InGaN활성층(37)은 n형질화갈륨층(36)의 상층부(36t)를 덮는 동시에 측면부(36s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(37)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 언도프 질화갈륨층(38)을 형성한다. 이 언도프 질화갈륨층(38)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부로의 전류의 유입을 방지한다. 언도프 질화갈륨층(38)의 형상은, 정점부인 상층부(36t)상에서 단면이 대략 3각형이며, 측면부(36s)의 부분에서 얇은 막으로 InGaN활성층(37)의 주위를 덮는다. 상층부(36t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(38)에 InGaN활성층(37)을 거쳐서 연속하는 것에서 언도프 질화갈륨층(38)의 하부에 형성되고 또한 상층부(36t) 위에 형성되는 InGaN활성층(37)을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(38) 상에는, p형AlGaN층(39)과 p형질화갈륨층(40)이 적층된다. p형 AlGaN층(39)과 p형질화갈륨층(40)에는 불순물로서 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(40)상에는 Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재를 증착하고 p전극(41)이 형성된다. n전극(42)은 상술한 실리콘 산화막(34)을 개구한 개구부(43)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(37)상에, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(38)이 형성되어 있고, 이 언도프 질화갈륨층(38)은 n형질화갈륨층(36)으로의 상층부(36t)를 거친 전류를 억압하고, n형질화갈륨층(36)에 대해서 주로 측면부(36s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(36s)의 활성층에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크전류가 작은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(34)의 개구부(35)의 형상을 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다른 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해, 동일한 육각추형상의 결정성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아니라, {1,1,-2,2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다.
[제 3실시형태]
본 실시형태는 도 4에 나나태는 바와 같이 활성층 상에 p형질화물 반도체층을 이용하여 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자구조를 가지고 있는 점에서는, 제 1실시형태와 동일하며, 질화물 반도체 발광소자구조의 내부구조가 제 1실시형태의 것과는 다르다.
도 4는 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(51) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(53)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(53)을 덮도록 실리콘 산화막(54)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(54)에는 거의 정육각형의 개구부(55)가 형성되고, 그 개구부(55)로부터의 선택성장에 의해 n형 GaN층(56)이 형성된다. 이 사파이어기판(51)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(5)의 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(55)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(56)이 형성한다.
이 n형질화갈륨층(56)은, 반응로 내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘러서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(56)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. n형질화갈륨층(56)은, 완전한 육각추형상으로 되기 전에 성장이 정지되고, 이 정지시점에서 가스를 TMI(트리메틸인듐) 이나 TEI(트리에틸인듐) 등을 포함하는 가스로 전환하여 InGaN활성층(57)을 형성한다. InGaN활성층(57)은 n형질화갈륨층(56)의 상층부(56t)를 덮는 동시에 측면부(56s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(57)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 p형 AlGaN층(58)을 형성한다. p형 AlGaN층(58)은 불순물 농도가 낮은 질화물 반도체이며, 육각추형의 정점부분에서 두껍게 형성된 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다. 이 p형 AlGaN층(58)의 불순물 농도 예를 들면 10 ×1018/cm3이하이며, 모비리티도 수 cm2/Vs로 낮게 된다. p형 AlGaN층(58)의 형상은, 정점부인 상층부(56t) 상에서 단면이 대략 3각형상이며, 측면부(56s)부분에서 얇은 막으로 InGaN활성층(57)의 주위를 덮는다. 상층부(56t)의 부분은, 고저항영역인 p형AlaN층(58)의 하부에 위치하는 것에서 상층부(56t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되게 된다.
p형 AlGaN층(58) 상에는 p형질화갈륨층(59)이 적층된다. p형 AlGaN층(58)과 p형질화갈륨층(59)에는, 불순물로서 예를 들면 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(59) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 p전극(60)이 형성된다. n전극(61)은 상술한 실리콘 산화막(54)을 개구한 개구부(62)에 Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(57) 상에, 고저항영역인 p형AlGaN층(58)이 형성되어 있고, 이 p형 AlGaN층(58)은 n형질화갈륨층(56)에의 상층부(56t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(56)에 대해서 주로 측면부(56s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부 측보다도 측면부(56s)의 활성층에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크전류가 작은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(54)의 개구부(55)의 형상을 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다각형 또는 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해, 동일한 육각추형의 결정성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아닌, {1,1,-2,2}면으로 하여도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다.
[제 4실시예]
본 실시형태는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 활성층 상에 제 4실시형태와 동일한 p형 질화물 반도체층을 이용하여 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각추형의 질화물 반도체소자구조를 가지고 있는 점에서는, 제 1실시형태와 동일하며, 질화물 반도체소자구조의 내부구조가 제 1실시형태의 것과 다르게 되어 있다.
도 5는 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(71) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(73)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(73)을 덮도록 실리콘 산화막(74)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(74)에 거의 정육각형의 개구부(75)가 형성되고, 그 개구부(75)로부터의 선택성장에 의해 n형GaN층(76)이 형성된다. 이 사파이어기판(71)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(75)의 일변을[1,1,-2,0]방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(75)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형 질화갈륨층(76)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(76)은, 반응로 내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘려서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(76) 상에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. n형질화갈륨층(76)은, 완전한 육각추형으로 되기 전에 성장이 정지되고, 이 정지시점에서 가스를 TMI(트리메틸인듐)이나 TEI(트리에틸인듐)등을 포함하는 가스로 전환하여 InGaN활성층(77)을 형성한다. InGaN활성층(77)은 n형질화갈륨층(76)의 상층부(76t)를 덮는 동시에 측면부(76s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(77)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 p형AlGaN층(78)을 형성하고, 또한 p형질화갈륨층(79)을 형성한다. p형질화갈륨층(79)은, 불순물 농도가 낮은 질화물 반도체층이며, 육각추형의 정점부분에서 두껍게 형성된 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다. p형질화갈륨층(79)의 형상은, 정점부인 상층부(79t) 상에서 단면이 대략 3각형상이며, 당해 정점부에서 두꺼운 막두께로 형성되어 있다. p형질화갈륨층(79)은, 측면부(76s)의 부분에서 얇은 막이며, p형AlGaN층(78)의 주위를 덮는다. 상층부(76t)의 부분은, 고저항영역인 p형질화갈륨층(79)의 하부에 위치하는 것에서 상층부(76t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되게 된다. p형AlGaN층(78)과 p형질화갈륨층(79)에는, 불순물로서 예를 들면 마그네슘이 도입된다.
p형질화갈륨층(79)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 p전극(80)이 형성된다. n전극(81)은 상술한 실리콘 산화막(74)을 개구한 개구부(82)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, p형 AlGaN층(81)상에 고저항영역인 p형질화갈륨층(79)이 형성되어 있고, 이 p형질화갈륨층(79)은 n형질화갈륨층(76)에의 상층부(76t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(76)에 대해서 주로 측면부(76s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(76s)의 활성층에 효율적으로 전류가 유입되게 되며, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(74)의 개구부(75)의 형상을 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해, 동일한 육각추형상의 결정성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아니고, {1,1,-2,2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일한 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다.
[제 5실시형태]
본 실시형태는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(91) 상에 3차원 형상으로서 단면이 3각형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(92)가 선택성장에 의해 형성되어 있고, 단면이 3각형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(92)의 부분에 전극이 형성되어서 발과다이오드로서 기능한다. 사파이어기판(91) 상에는, 언도프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 질화갈륨층(93)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(93)을 덮도록 실리콘 산화막(94)이 형성되어 있다. 이 실리콘 산화막(94)은 선택성장 시의 성장저해막으로서 기능하고, 당해 실리콘 산화막(94)에 형성된 개구부로부터의 선택성장에 의해 단면이 3각형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(92)가 형성된다.
이와 같은 단면이 3각형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(92)는, 제 1실시형태의 질화물 반도체 발광소자구조(12)와 동일한 공정을 가지고 형성할 수 있고, 실리콘 산화막(94)에 형성되는 개구부의 형상을 스트라이프 형상으로 하는 것에서 결정 성장시킬 수 있다. 질화물 반도체 발광소자구조(92)의 내부구조로서는, 도 2 내지 도 5에 나타내는 구조의 것을 작성할 수 있다.
[제 6실시형태]
본 실시형태는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(95) 상에 3차원 형상으로서 육각형상의 질화물 반도체 발광소자구조(96)가 선택성장에 의해 형성되어 있고, 육각 주형상의 질화물 반도체 발광소자구조(96)의 부분에 p전극이 형성되어서 발광다이오드로서 기능한다. 사파이어기판(95) 상에는, 언도프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 질화갈륨층(97)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(97)을 덮도록 실리콘 질화막(98)이 형성되어 있다. 이 실리콘 산화막(98)은 선택성장시의 성장저해막으로서 기능하고, 당해 실리콘 산화막(98)에 형성된 개구부로부터의 선택성장에 의해 육각주형상의 질화물 반도체 발광소자구조(96)가 형성된다. 개구부는 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있고, 성장조건을 조정하는 것에서, {1,-1,0,0}면을 측면으로 하는 육각주형상의 질화물 반도체 발광소자 구조(96)가 얻어진다.
도 8은 육각 주형상의 질화물 반도체 발광소자구조(96)의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(95) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(96)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(96)을 덮도록 실리콘 산화막(98)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(98)에 거의 정육각형의 개구부(99)가 형성되고, 그 개구부(99)로부터의 선택성장에 의해 n형 GaN층(100)이 형성된다. 이 사파이어기판(95)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(99)의 일변을 [1,1-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 개구부(99)를 이용하여 선택성장에 의해 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(100)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(100)은, 반응로 내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘리고, N원재로서의 암모니아(NH3) 및 Ga원재로서의 트리메틸갈륨(TMGa,Ga(CH3)3)을 공급하여 형성된다. 이 n형질화갈륨층(100)에는 불수물로서의 실리콘이 도입된다. n형질화갈륨층(100)은, 육각주형상이 되는 모양으로 형성되고, 그 도중에서 불순물가스의 공급을 정지하는 것에서, 언도프 질화갈륨층(101)이 성장된다. 이 불순물가스의 정지에 의한 전환은 동일 반응로 내에서 연속적으로 행할 수 있고, 생산성에 대한 방해가 되지 않는다. 언도프 질화갈륨층(101)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체이며, 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다.
불순물가스의 정지에 의한 성장층의 전환에 의해, n형질화갈륨층(100)의 성장은 정지하고, 상층부(100t)상에 두껍게 되고, 측면부(100s)의 상에서 얇게 되는 형상으로, 언도프 질화갈륨층(101)이 성장한다. 상층부(100t)의 부분에는, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(101)에 연속하는 것에서, 상층부(100t)를 거쳐서 흐르는 전류가 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(101) 상에 형성되는 활성층을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(101) 상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN활성층(102)이며, 그 위에 p형AlGaN층(103)과 p형질화갈륨층(104)이 적층된다. p형AlGa층(103)과 p형질화갈륨층(104)에는, 불순물로서 예를 들면 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(104) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 p전극(105)이 형성된다. n전극(106)은 상술한 실리콘 산화막(98)을 개구한 개구부(107)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(102)하에, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(101)이 형성되어 있고, 이 언도프 질화갈륨층(101)은 n형질화갈륨층(100)에의 상층부(100t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(100)에 대해서 주로 측면부(100s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(100s)에 효율적으로 전류가 주입되게 되며,리크전류가 작은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
[제 7실시형태]
본 실시형태는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 활성층의 상에 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각 주형상의 질화물 반도체 발광소자구조를 가지고 있는 점에서는, 제 6실시형태와 동일하며, 질화물 반도체 발광소자 구조의 내부구조가 제 1실시형태의 것과는 다르다.
도 9는 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(111) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(113)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(113)을 덮도록 실리콘 산화막(114)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(114)에 거의 정육각형의 개구부(115)가 형성되고, 그 개구부(115)로부터의 선택성장에 의해 n형 GaN층(116)이 형성된다. 이 사파이어기판(111)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(115)의 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(115)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(116)이 형성된다.
이 n형질화갈륨층(116)은, 반응로 내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘려서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(116)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. n형질화갈륨층(116)의 형성 후에, InGaN활성층(123)이 형성된다. InGaN활성층(123)은 n형질화갈륨층(116)의 상층부(116t)를 덮는 동시에 측면부(116s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(123)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 언도프 질화갈륨층(117)을 형성한다. 이 언도프 질화갈륨층(117)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부로의 전류의 유입을 방지한다. 언도프 질화갈륨층(117)의 형상은 정점부인 상층부(116t)상에서 막두께가 두꺼운 형상이며, 측면부(116s)의 부분에서 얇은 막이 되며, InGaN활성층(123)의 주위를 덮는다. 상층부(116t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(117)에 InGaN활성층(123)을 거쳐서 연속하는 것에서, 언도프 질화갈륨층(117)의 하부에 형성되고 또한 상층부(116t) 상에 형성되는 InGaN활성층(123)을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(117) 상에는, p형AlGaN층(118)과 p형질화갈륨층(119)이 적층된다. p형AlGa층(118)과 p형질화갈륨층(119)에는, 불순물로서 예를 들면 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(119) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(123) 상에, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(117)이 형성되어 있고, 이 언도프 질화갈륨층(117)은 n형질화갈륨층(116)에의 상층부(116t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(116)에 대해서 주로 측면도(116s)를 거쳐서 전류를 흘리도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(116s)의 활성층에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(114)의 개구부(115)의 형상은 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해 동일한 육각주형상의 결정성장이 가능하다.
[제 8실시형태]
본 실시형태는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 활성층 상에 p형질화물 반도체층을 이용하여 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각 주형상의 질화물 반도체 발광소자구조를 갖고 있는 점에서는, 제 6실시형태와 동일하며, 질화물 반도체 발광소자구조의 내부구조가 제 6실시형태의 것과는 다르다.
도 10은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자구조의 내부구조를 나타내는 동시에, p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(131) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(133)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(133)을 덮도록 실리콘 산화막(134)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(134)에 거의 정육각형의 개구부(135)가 형성되고, 그 개구부(135)로부터의 선택성장에 의해 n형GaN층(136)이 형성된다. 이 사파이어기판(131)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(135)의 일변을, [1,1,-2,0]방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(135)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(136)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(136)은, 반응화로내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘려서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(136)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. 육각 주형상의 n질화갈륨층(136)을 형성한 후, 가스를 TMI(트리메틸인듐)이나 TEI(트리에틸인듐) 등을 포함하는 가스로 전환하여 InGaN활성층(137)을 형성한다. InGaN활성층(137)은 n형질화갈륨층(136)의상층부(136t)를 덮는 동시에 측면도(136s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(137)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 p형AlGaN층(138)을 형성한다. 이 p형AlGaN층(138)은, 불술물 농도가 낮은 질화물 반도체층이며, 육각 주형상의 상면부분에서 두껍게 형성된 고저항영역으로서 상층부(136t)에의 전류의 유입을 방지한다. 이 p형AlGaN층(138)의 불순물 농도는 예를 들면 10 ×1018/cm3이하이며, 모비리티도 수 cm2/Vs로 낮게 된다. 이 p형AlGaN층(138)의 형상은, 상면부인 상층부(136t)상에서 비교적 두꺼운 막두께로 되고, 측면부(136s)의 부분에서 얇은 막두께로 되어서 InGaN활성층(137)의 주위를 덮는다. 상층부(136t)의 부분은, 고저항영역인 p형 AlGaN층(138)의 하부에 위치하는 것에서 상층부(136t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되게 된다.
p형 AlGaN층(138) 상에는 p형질화갈륨층(139)이 적층된다. p형AlGaN층(138)과 p형질화갈륨층(139)에는, 불순물서 예를 들면 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(139) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 p전극(140)이 형성된다. n전극(141)은 상술한 실리콘 산화막(134)을 개구한 개구부(142)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(137) 상에, 고저항영역인 p형AlGaN층(138)이 형성되어 있고, 이 p형 AlGaN층(138)은 n형질화갈륨층(136)에의 상층부(136t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(136)에 대해서 주로 측면부(136s)를 거쳐서 전류를 흘리도록 기능한다. 따라서 정점부측보다도 측면부(136s)의 활성층에 효율적으로 전류가 주입되게 된다. 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(134)의 개구부(135)의 형상을 거의 정육각형으로서 하였으나, 기타 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해, 동일한 육각주형상의 결정성장이 가능하다.
[제 9실시형태]
본 실시형태는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 활성층 상에 제 8의 실시형태와 동일한 p형 질화물 반도체층을 이용하여 고저항영역을 형성한 예이다. 소자는 육각추형상의 질화물 반도체 발광소자구조를 가지고 있는 점에서는, 제 1실시형태와 동일하며, 질화물 반도체 발광소자구조의 내부구조가 제 1실시형태의 것과 다르다.
도 11은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(151) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형질화갈륨층(153)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(153)을 덮도록 실리콘 산화막(154)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(154)에 거의 정육각형의 개구부(155)가 형성되고, 그 개구부(155)로부터의 선택성장에 의해 n형의 GaN층(156)이 형성된다. 이 사파이어기판(151)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(155)의 일변을 [1,1,-2,0] 방향으로 평행하게 되도록 하고 있다. 이 개구부(155)를 이용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형질화갈륨층(156)을 형성한다.
이 n형질화갈륨층(156)은, 반은화로내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흘려서 형성된다. 이 n형질화갈륨층(156)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다. 육각 주형상의 n형질화갈륨층(156)을 형성한 후, 가스를 전환하여 InGaN활성층(157)을 형성한다. InGaN활성층(157)은 n형질화갈륨층(156)의 상층부(156t)를 덮는 동시에 측면부(156s)도 피복하도록 형성된다.
이 활성층으로서의 InGaN활성층(157)을 형성한 후, 결정성장을 계속하여 p형 AlGaN층(158)을 형성하고, 또한 p형질화갈륨층(159)을 형성한다. p형질화갈륨층(159)은, 불순물 농도가 낮은 질화물 반도체층이며, 육각주형상의 상면부분에서 두껍게 형성된 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다. p형질화갈륨층(159)의 형상은 상층부(156t)상에서 두꺼운 막두께로 형성되어 있다. 동시에 p형질화갈륨층(159)은, 측면부(156s)의 부분에서 얇은 막이며, p형 AlGaN층(158)의 주위를 덮는다. 상층부(156t)의 부분은, 고저항영역인 p형질화갈륨층(159)의 두꺼운 막두께부분의 하부에 위치하는 것에서 상층부(156t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되게 된다. p형AlGaN층(158)과 p형질화갈륨층(159)에는, 불순물로서 예를 들면 마그네슘이 도입된다.
p형질화갈륨층(159) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 p전극(160)이 형성된다. n전극(161)은 상술한 실리콘 산화막(154)을 개구한 개구부(162)에 Ti/Al/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, p형AlGaN층(158) 상에 고저항영역인 p형질화갈륨층인 p형질화갈륨층(159)이 형성되어 있고, 이 p형질화갈륨층(159)은 n형질화갈륨층(156)에의 상층부(156t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(156)에 대해서 주로 측면부(156s)를 거쳐서 전류를 흘리도록 기능한다. 따라서, 상면측보다도 측면부(156s)의 활성층에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(154)의 개구부(155)의 형상을 거의 정육각형으로 하였으나, 기타 다각형이나 원형 등의 형상이라도 성장조건에 의해 동일한 육각주형상의 결정성장이 가능하다.
[제 10실시형태]
본 실시형태는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(171) 상에 단면이 직사각형 형상의 스트라이프형의 질하물 반도체 발광소자 구조(172)가 선택성자에 의해 형성되어 있고, 단면이 직사각형 형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(172)의 부분에 전극이 형성되어서 발광다이오드로서 기능한다. 사파이어기판(171) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 질화갈륨층(173)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(173)을 덮도록 실리콘 질화막(174)이 형성되어 있다. 이 실리콘 산화막(174)은 선택성장 시의 성장저해막으로서 기능하고, 당해 실리콘 산화막(174)에 형성된 개구부(175)로부터의 선택성장에 의해 단면이 직사각형 형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자 구조(172)가 형성된다.
이와 같은 단면이 직사각형 형상의 스트라이프형의 질화물 반도체 발광소자구조(172)는, 제 6실시형태의 질화물 반도체 발광소자 구조(96)와 동일한 공정에 따라서 형성할 수 있고, 실리콘 산화막(174)에 형성되는 개구부의 형상을 스트라이프 형상으로 하는 것에서 결정성장시킬 수 있다. 질화물 반도체 발광소자구조(172)의 내부구조로서는, 도 8 내지 도 11에 나타내는 구조의 것을 작성할 수 있다.
[제 11실시형태]
본 실시형태는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 기판에서 액정층을 박리하고, 그 이면에 투명전극을 형성한 구조이다. 첨두부분을 없앤 육각추형상인 n형질화갈륨층(181)의 S면으로 이루는 경사면이 측면부(181s)가 되며, C면으로 이루는 상면이 상층부(181t)가 된다. 이와 같이 측면부(181s)와 상층부(181t)가 형성된 n형질화갈륨층(181)은, 언도프 질화갈륨층(182)에 피복되어 있다.
n형질화갈륨층(181)의 성장시에 완전한 육각추형상이 되기 전에 성장을 정지시키고, 그 시점에서 불순물가스의 공급을 정지하는 것에서, 언도프 질화갈륨층(182)이 형성된다. 이 불순물가스의 정지에 의한 전환은 동일 반응 화로에서 연속적으로 행할 수 있고, 생산성에 대한 방해는 되지 않는다. 언도프 질화갈륨층(182)은, 불순물 농도가 극히 낮은 산화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다.
n형질화갈륨층(181) 자체는 첨두부분을 없앤 육각추형상으로 되며, 그 첨두부분을 없앤 상면부분이 상층부(181t)로 되고, 경사한 결정층의 S면의 부분이 측면도(181s)로 된다. 언도프 질화갈륨층(182)의 형상은, 정점부인 상층부(181t)상에서 단면이 대략 3각형상이며, 측면도(181s)의 부분에서 얇은 막으로 측면도(181s)의 주위를 덮는다. 상층부(181t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(182)으로 연속하는 것에서, 상층부(181t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(182) 상에 형성되는 활성층을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(182) 상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN활성층(183)이며, 그 위에 p형 AlGaN층(184)과 p형질화갈륨층(185)이 적층된다. p형 AlGaN층(184)과 p형질화갈륨층(185)에는, 불순물과 마그네슘이 도입된다. p형질화갈륨층(185) 상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au등의 금속재료를 증착하여 p전극(186)이 형성된다. n전극은, 본 실시형태에 있어서는, ITO막 등의 투명 n전극(187)이며, 성장기판을 레이저 어플레션 등에 의해 박리한 후의 N형질화갈륨층(181)의 이면에 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(183)의 아래에, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(182)이 형성되어 있고, 이 언도프 질화갈륨층(182)은 n형질화갈륨층(181)에의 상층부(181t)를 거친 전류를 억제하고, n형질화갈륨층(181)에 대해서 주로 측면부(181s)를 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(181s)에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 경사한 측면은 S면이 아니고, {1,1,-2,2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다. 또, n형질화갈륨층(181)등을 육각추형상으로서 하고 있으나, 단면이 3각형상의 스트라이프형이라도 좋다. 상술한 투명 n전극(187)은, 이 투명 n전극(187)이 설치된 측에서 빛을 추출하는 경우의 구성이며, 예를 들면 스트라이프형으로 연재되는 결정층을 반도체 레이저의 활성층으로 하고, 빛을 그 스트라이프과 평행하게 추출하는 경우에는, 투명전극이외의 전극을 형성할 수 있다.
[제 12실시형태]
본 실시형태는, 도전성 기판을 이용한 구성예이며, 도 14에 나타내는 구조를 가진다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 도전성 기판으로서 n형실리콘 카바이드기판(191)이 사용되고, 그 n형 실리콘 카바이드 기판(191) 상에 실리콘 등의 불순물을 함유하는 n형질화갈륨층(192)이 형성된다. n형질화갈륨층(192)은, 저면에서 n형실리콘 카바이드기판(191)에 접속되고, 예를 들면 육각추형상으로 되도록 선택성장 등의 방법으로 3차원 형상으로 형성된다.
첨두부분을 없앤 각추형상인 n형질화갈륨층(192)의 S면으로 이루는 경사면이 측면부(192s)가 되며, C면으로 이루는 상면이 상층부(192t)가 된다. 이와 같이 측면도(192s)와 상층부(192t)가 형성된 n형질화갈륨층(192)은, 언도프 질화갈륨층(193)에 피복되어 있다.
n형질화갈륨층(192)의 성장시에 완전한 육각추형이 되기 전에 성장을 정지시키고, 그 시점에서 불순물가스의 공급을 정지하는 것으로, 언도프 질화갈륨층(193)이 형성된다. 이 불순물가스의 정지에 의한 전환은 동일 반응로 내에서 연속적으로 행할 수 있고, 생산성에 대한 방해는 되지 않는다. 언도프질화갈륨층(193)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부로의 전류의 유입을 방지한다.
n형질화갈륨층(192) 자체는 첨두부분을 없앤 육각형상으로 되며, 그 첨두부분을 없앤 상면부분이 상층부(192)가 되며, 경사한 결정층의 S면의 부분이 측면도(192s)가 된다. 언도프 질화갈륨층(193)의 형상은, 정점부인 상층부(192t)상에서 단면이 대략 3각형상이며, 측면도(192s)의 부분에서 얇은 막으로 측면부(192s)의 주위를 덮는다. 상층부(192t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(193)에 연속하는 것에서, 상층부(192t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(193) 상에 형성되는 활성층을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화 갈륨층(193)상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN활성층(194)인 것이며, 그 상에 p형 AIGaN층(195)과 p형 질화 갈륨층(196)이 적층된다. p형 AIGaN층(195)와 p형 질화 갈륨층(196)에는, 불순물로서 마그네슘이 도입된다. p형 질화 갈륨층(196)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하고 p전극(197)이 형성된다. n전극(198)은, 본 실시형태에 있어서는, Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하고 전도성기판인 것의 n형 실리콘 카바이드 기판(191)에 직접 형성된다.
이와 같은 구조의 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, InGaN활성층(194)의 아래에, 고저항영역인 것의 언도프 질화 갈륨층(193)이 형성되어 있으며, 이 언도프질화 갈륨층(193)은 n형 질화 갈륨층(192)에의 상층부(192t)를 경유하여 전류를억압하고, n형 질화갈륨층(192)에 대하여 주로 측면부(192s)를 경유하여 전류를 흐를수 있도록 기능한다. 따라서, 정점부측보다도 측면부(192s)에 효율적인 전류가 주입되게 되고, 리크 전류의 적은 발광효율의 높은 발광 다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 경사한 측면은 S면이 아닌, {1, 1, -2, 2}면으로 하는 것도 가능하며, 같은 모양에 리크 전류를 억압한 소자를 형성 할 수 있다. 또, n형 질화 갈륨층(192)의 형상은 첨두부분을 없앤 육각추형상에 한하지 않고, 단면이 기본대형 형상의 스트라이프형의 n형 질화갈륨층을 형성하는 것도 가능하다.
[제 13의 실시형태]
본 실시형태는, 제 11의 실시형태의 질화물 반도체소자의 변형예이며, n형 실리콘 카바이드 기판(201)상에 육각추형상의 소자가 형성되는 예인 것이다. 도 15에 나타낸 바와같이, 본 실시형태의 질화물 반도체소자는, 표면에 투명 n전극(208)이 형성된 n형 실리콘 카바이드 기판(201)상에, n형 질화갈륨층(202)이 형성되는 구조가 된다.
이 n형 질화갈륨층(202)은, 예를 들면 첨두부분을 없앤 육각추형상이 되도록 선택성장 등의 방법에서 3차원 형상으로 형성된다. n형 질화갈륨층(202)의 S면으로 이루는 경사면이 측면부(202s)가 되고, C면으로 이루는 상면이 상층부(202t)가 된다. 이와같이 측면부(202s)와 상층부(202t)가 형성된 n형 질화갈륨층(202)은, 언도프 질화 갈륨층(203)에 피복되어 있다.
n형 질화갈륨층(202)의 성장시에 완전한 육각추형상이 되기 전에 성장을 정지시키고, 그 시점에서 불순물가스의 공급을 정지하는 것에서, 언도프질화 갈륨층(203)이 형성된다. 이 불순물가스의 정지에 의한 교체는 같은 반응로에서 연속적으로 행할수 있고, 생산성에 대한 방해는 되지 않는다. 언도프 질화갈륨층(203)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다. 언도프 질화갈륨층(203)의 형상은, 정점부인 상층부(202t) 상에서 단면이 대략 3각형상이며, 측면부(202s) 부분에서 얇은 막에 측면부(202s)의 주위를 덮는다. 상층부(202t)의 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(203)에 연속하는 것으로부터, 상층부(202t)를 경유하여 흐르는 전류는 억압되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(203)상에 형성되는 활성층을 흐르는 전류도 정점부근에서는 확실히 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(203)상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN층과 p형 질화갈륨층(206)이 적층된다. p형 AlGaN층(205)과 p형 질화갈륨층(206)에는, 불순물로서 마그네슘이 도입된다. p형 질화갈륨층(206)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하고 p전극(207)이 형성된다.
이와 같은 구조의 소자에 있어서도, 상면층보다도 측면부(202s)측의 활성층(204)에 효율적인 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적고 발광효율이 높은 발광 다이오드가 얻어지게 된다. n형 질화갈륨층 등을 육각추형상로서이지만, 단면이 3각형 또는 단면이 태형형상의 스트라이프형이라도 좋다.
[제 14의 실시형태]
본 실시형태의 질화물 반도체소자는, 언도프의 질화물 반도체층을 사용하고고저항영역을 형성한 예이다.
도 16은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타냄과 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(210)상에는, 언도프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형 질화갈륨층이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(211)을 덮음으로써 실리콘 산화막(220)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(220)에는 거의 정육각형의 개구부(219)가 형성되고, 그 개구부(219)로부터의 선택성장에 따라서 n형 GaN층(212)이 형성된다. 이 사파이어기판(210)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 정육각형의 개구부(219)의 한변을 [1, 1, -2, 0]방향으로 평행이 되도록 하고 있다. 이 개구부(219)을 사용하여, 선택성장에서 실리콘 도프의 n형 질화갈륨층(212)을 형성한다.
이 n형 질화갈륨층(212)은, 예를 들면 S면을 사면으로 하는 구조로 되고, 육각추형상의 첨두부를 없앤 형상으로 형성되고, 사면부(212s)와 C면으로 이루는 상층부(212t)가 형성된다. 이 n형 질화갈륨층(212)을 형성한 후, 가스를 교체하여 언도프질화갈륨층(213)을 형성한다. 이 불순물가스의 정지에 의해 교체와 동시에 반응로에서 연속적으로 행할 수 있고, 생산성을 유지할 수 있다. 언도프질화 갈륨층(213)은, 불순물농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부에의 전류의 유입을 방지한다. 언도프 질화갈륨층(213)의 형상은, 상층부(212t) 사에서 C면에 평행한 면을 가진 두꺼운 막 두께의 형상으로 되고, 측면부(212s)의 부분에서 얇은 막에서 측면부(212s)의 주위를 덮는다. 상층부(212t)의 부분은, 고저항영역에 있는 언도프질화 갈륨층(213)에 연속하는 것으로부터, 상층부(212t)를 경유하여 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(213) 상에 형성되는 활성층(214)을 흐르는 전류도 상층부(212t)측에서 확실하게 제어되게 된다.
언도프 질화갈륨층(213)상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN 활성층(214)이며, 그 위에 p형 AlGaN층(215)과 p형 질화갈륨층(216)이 적층된다. 이들 InGaN 활성층(214), p형 AlGaN층(215), p형 질화갈륨층(216)은, 상층부(212t)의 C면을 반영하고 각각 C면을 퍼세트로서 가지는 구조로 된다. p형 질화갈륨층(216) 상에는, Ni/ Pt/ Au 또는 Ni(Pd)/ Pt/ Au 등의 금속재료를 증착해서 p전극(217)이 형성된다. 또, n전극(218)은 전술의 실리콘 산화막(220)을 개구한 개구부에 Ti/ Al/ Pt/ Au 등의 금속재료를 증착해서 형성된다.
이와 같은 구조의 소자에 있어서도, 상면측 보다도 측면부(212s)측의 활성층(214)에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크 전류가 적고 발광효율이 높은 발광 다이오드가 얻어지게 된다. n형 질화갈륨층 등을 육각추형상으로 하고 있지만, 단면이 3각형상 또는 단면이 태형형상의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 15실시형태]
본 실시형태의 질화물 반도체소자는, 중앙이 움푹들어간 형상의 실리콘 도프의 n형 질화 갈륨층을 형성하고, 중앙에서 두껍게 형성된 언도프 질화물 반도체층을 고저항영역으로서 이용하는 예이다.
도 17은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타냄과 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(231) 상에는, 언도프의 GaN층 상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형 질화갈륨층(232)이 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(232)을 덮음으로써 실리콘 산화막(233)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(233)에는 거의 정육각형외주부의 내측중앙부분에 대략 정육각형의 섬 형태의 성장방해부를 가진 개구부(234)가 형성되고, 그 개구부(234)로부터의 선택성장에 따라서 n형 GaN층(235)이 형성된다. 이 사파이어기판(231)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 섬 형태의 성장방해부를 반영하고 선택성장으로부터 중앙이 움푹들어간 형상의 실리콘도프의 n형 질화갈륨층(235)이 형성된다.
이 n형 질화갈륨층(235)은, 예를 들면 S면을 사면으로 하는 구조가 되지만, 중앙부분이 역육각추상에 움푹들어간 오목부가 되고, S면에서 구성되는 사면부(235s)와 중앙이 움푹들어간 형상의 상층부(235t)가 형성된다. 이 n형 질화갈륨층(235)을 형성한 후, 가스를 교체하여 언도프 질화갈륨층(236)을 형성한다. 이 불순물가스의 정지에 의한 교체는 같이 반응로에서 연속적으로 행해질 수 있고, 생산성을 유지할 수 있다. 언도프 질화갈륨층(236)은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층이며, 고저항영역으로서 상층부(235t)에의 전류의 유입을 방지한다. 언도프 질화갈륨층(236)의 형상은, 상층부(236t)의 중앙의 오목부를 채우고 또한 정점부를 가짐으로써 형성된다. 측면부(235s)의 부분에는, 언도프 질화갈륨층(236)은 얇은 막이며, 측면부(235s)의 주위를 덮는다. 상층부(235t)의 부분은, 중앙부분에서 두껍게 형성된 고저항영역이고 언도프 질화갈륨층(236)에 연속하는 것으로부터, 상층부(235t)를 경유하여 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(236) 상에 형성되는 활성층(237)을 흐르는 전류도 상층부(235t)측에서 확실하게 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(236) 상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN 활성층(237)이며, 그 위에 p형 AlGaN층(238)과 p형 질화갈륨층(239)이 적층된다. p형 질화갈륨층(239) 상에는, Ni/ Pt/ Au 또는 Ni(Pd)/ Pt/ Au 등의 금속재료를 증착해서 p전극(240)이 형성된다. 또, n전극(241)은 전술의 실리콘 산화막(233)을 개구한 개구부(242)에 Ti/ Al/ Pt/ Au 등의 금속재료를 증착해서 형성된다.
이와 같은 구조의 소자에 있어서도, 중앙에 오목부를 가지고 고저항영역이 두껍게 형성된 상층부(235t)측 보다도 측면부(235s) 측의 활성층(237)에 효율적으로 전류가 주입되게 되며, 리크 전류가 적고 발광효율이 높은 발광 다이오드가 얻어지게 된다. n형 질화갈륨층 등을 육각추형상으로 하고 있지만, 단면이 3각형상 또는 단면이 태형형상의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 16의 실시예]
본 실시형태의 질화물 반도체소자는, n형 질화갈륨층을 2단으로 형성하여, 전류를 주입하는 측면부의 범위를 특정하는 구조의 소자이다.
도 18은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 사파이어기판(251)상에는, 앤드프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형 질화갈륨층(252)가 형성되어 있고, 그 질화갈륨층(252)을 덮도록 실리콘 산화막(253)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(253)에는 거의 정육각형의개구부(254)가 형성되고, 그 개구부(254)로부터의 선택성장에 의하여 하단의 n형 GaN층(255)이 형성된다. 이 사파이어기판(251)은 주면을 C면으로 하는 기판이며, 선택성장에서 경사면을 예로 들면 S면으로 하는 형상의 실리콘 도프의 n형 질화갈륨층(255)이 형성된다.
이 n형 질화갈륨층(255)은, 예를 들면 S면을 경사면으로서 가지고, C면으로 이루는 상면이 형성되는 단면이 사다리꼴 형상의 영역으로 성장한다. n형 질화갈륨층(255)의 주위에는, 언도프 질화갈륨층(256)이 형성된다. 이 언도프 질화갈륨층(256)은 고저항인 비교적 두꺼운 막층에서 n형 질화갈륨층(255)의 경사면에 소자구조의 기판에 가까운 측의 경사면을 덮어서 형성되고, 경사면의 일부만 전류를 흐르도록 기능한다. 이 언도프 질화갈륨층(256)의 위에는, 이 언도프 질화갈륨층(256)과 연속하는 형으로 상단의 n형 질화갈륨층(257)이 형성된다. 상단의 n형 질화갈륨층(257)은, 단면이 사다리꼴 상태로 형성되고, 그 S면으로부터 경사면이 측면부(257s)로 되고, 상측의 C면으로 이루는 퍼세트가 상층부(257t)로 된다.
상단의 n형 질화갈륨층(257)상에는, 또한 언도프 질화갈륨층(258)이 형성된다. 언도프 질화갈륨층(258)의 형성은 상층부(257t)상에서 단면이 대략 3각형 상태이며, 측면부(257s)의 부분에서 얇은 막에서 측면부(257s)의 주위를 덮는다. 상층부(257t) 부분은, 고저항영역인 언도프 질화갈륨층(258)에 연속함으로서, 상층부(257t)를 거쳐서 흐르는 전류는 억제되고, 그 결과, 언도프 질화갈륨층(257) 위에 형성되는 활성층(259)을 흐르는 전류도 억제되게 된다.
언도프 질화갈륨층(258)상에 형성되는 활성층은 인듐을 함유하는 InGaN활성층(259)이며, 그 위에 p형 AlGaN층(260)과 p형 질화갈륨층(261)이 적층된다. p형 질화갈륨층(261)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 p전극(262)이 형성된다. 또, n전극(263)은, 상술의 실리콘 산화막(253)을 개구한 개구부(264)에 Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 구조의 소자에서는, 2개의 언도프 질화갈륨층(256, 258)이 각각 고저항영역으로서 기능하고, 이들 언도프 질화갈륨층(256, 258)에 둘러싸인 n형 질화갈륨층(257)의 측면부(257s)를 주체로 전류가 흐르게 되도록 되고, 그 결과, 결정성이 좋지 않은 정점부와 저면부를 제거하고 전류가 흐르므로, 특히 리크전류가 적고, 또한, n형 질화갈륨층 등을 육각추형 상태로 하고 있지만, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 17의 실시의 형태]
본 실시의 형태는 질화물 반도체소자의 제조방법의 예이며, 도 19 내지 도 21을 참조하면서, 그 공정측에 제조방법에 대하여 설명한다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 사파이어기판(271) 상에 유기금속기상성장 범에 의해, n형 질화갈륨층(272)을 형성한다. 다음으로, 포토 리소그래피에 의하여, n형 질화갈륨층(272)상에 형성한 레지스트층을 선택적으로 노광 및 제거하고, 남겨잔 레지스트층의 사이에 임하는 n화갈륨층(272)을 부분적으로 제거한다. 남겨진 n형 질화갈륨은 [1, 1, 2, 0]에 평행한 스트라이프형태로 된다. 이 n형 질화갈륨층(272)의 부분적인 제거에 의해, 사파이어기판(271)의 표면은 일부 노출하게 된다.
재차, 유기금속기 성장법에 의하여 질화물 반도체의 결정층을 형성한다. 당초, 반응로 내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2와의 혼합가스를 흐르게 하고, N재료로서의 암모니아(NH3) 및 Ga원료로서의 트리메틸 갈륨(TMGa, Ga(CH3)3)을 공급하여 n형 질화갈륨층을 형성하고, 다음으로, 불순물가스의 공급을 정지하여 언도프 질화갈륨층을 형성한다. 언도프 질화갈륨층의 형성후, 트리메틸 인듐(IMG) 등을 사용하여 InGaN층을 활성층으로서 형성하고, 또한 반응로에 공급되는 가스를 교체하는 것으로 AlGaN층과 p형 GaN층을 형성하고, 도 21에 나타내는 바와 같은 단면이 3각형 상태의 질화물 반도체 소자구조(273)가 형성된다.
이 질화물 반도체소자구조(273)에 있어서는, 도중에 형성된 언도프 질화갈륨층이 고저항영역으로서 기능하고, 결정성이 좋지 않은 영역부 등으로 전류를 억제할 수 있다.
[제 18의 실시형태]
본 실시형태는, 도 22a 및 도 22b에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자구조의 능선부에 고저항영역으로서 언도프부를 형성한 예이다. 또한, 동일 도 22a는, 상대향 하는 능선부 사이를 연결하는 선에 있어서의 질화물 반도체 발광소자구조의 종단면도이다.
도 22a는 본 실시형태의 질화물반도체소자의 발광소자구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타낸다. 사파이어기판(281)상에는, 언도프의 GaN층상에 실리콘 함유의 GaN층이 적층된 n형 질화갈륨층(282)이 형성되어 있고, 그 n형 질화갈륨층(282)을 덮도록 실리콘 산화막(283)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(283)에는 또 거의 정육각형의 개구부(284)가 형성되고, 그 개구부(284)로부터의 선택성장에 의하여 실리콘 도프의 n형 GaN층(285)가 형성된다.
이 n형 GaN층(285)은, 반응로내에 캐리어 가스로서 예를 들면 H2와 N2과의 혼합가스를 흐르게 하고, N원료로서의 암모니아(NH3) 및 Ga 원료로서의 트리멘틸 갈륨(TMGa, Ga(CH3)3)을 공급하여 형성된다. 이 n형 GaN층(285)에는 불순물로서의 실리콘이 도입된다.
n형 GaN층(285) 상에 형성되는 활성층은 인듐을 포함하는 InGaN활성층(286)이며, 그 위에 p형 AlGaN층(287)과 p형 질화갈륨층(288)이 적층된다. p형 AlGaN층(287)과 p형 질화갈륨층(288)에는, 불순물로서 마그네슘이 도입된다. p형 질화갈륨층(288)상에는, Ni/Pt/Au 또는 Ni(Pd)/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 p전류(289)가 형성된다. n전극(290)은, 상술의 실리콘 산화막(283)을 개구한 개구부(284)에 Ti/Al/Pt/Au 등의 금속재료를 증착하여 형성된다.
이와 같은 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 도 22a 및 도 22b에 나타내는 바와 같이, 능선부에 앤드부(291)가 형성되어 있다. 이 언도프부(291)는, 불순물 농도가 극히 적고, 능선부에 위치하는 n형 GaN층(285)으로의 전류의 주입을 억제하고, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류를 흐르게 하도록 기능한다. 따라서,결정성이 좋지 않은 능선부 보다도 측면부(285s)의 평탄면 부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광 디이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(283)의 개구부(284)의 형상을 거의 정육각형으로 했지만, 그 외의 다각형이나 원형 등의 형상이여도 성장저건에 의해, 동일한 육각추 형상의 결정성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아닌 {1, 1, -2, 2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 평평한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서는, InGaN 활성층(286) 보다도 하층 측에 언도프층(291)을 형성하고 있지만, 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니고, InGaN활성층(286) 보다도 상층 측에 형성하는 것이라도 좋다.
[제 19의 실시형태]
본 실시형태는, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 능선부에 이온의 주입, 소위 이온 인프란텐션을 설치하여 고저항영역으로 한 예이다. 동일 도 23a는, 상대향하는 능선부 사이를 연결하는 선에 있어서의 질화물 반도체 발광소자 구조의 종단면도이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일의 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 23a는 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타낸다. 이와 같은 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 바와 같이, 능선부에 이온 인프란텐션을 설치하여 고저항역인 이온주입부(292)가 형성된다. 이온 인프란텐션은, 이온 주입장치에 의해, 예를 들면 질소이온을 가속하여 질화물 반도체 발광소자 구조에 박아 넣도록 함으로써 행해진다. 또한, 이 실시형태에 있어서 이온 인프란텐션은, 질소를 이용하여 행하였지만, 알루미늄으로 행해도 좋다. 또, 이온 인프란텐션은 집속 이온빔에 의해 주입하는 방법으로 행할 수도 있다.
이온 인프란텐션이 실시된 영역은, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층으로 되고 고저항화하고, 능선부에 위치하는 n형 GaN층(285)으로의 전류의 주입을 억제하고, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류를 흐르게 하도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 능선부보다도 저면부(285s)의 평탄면 부분에 효율적으로 전류가 주입됨으로서, 리크전류 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 팽팽한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 20의 실시형태]
본 실시형태는, 도 24a 및 도 24b에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 능선부 이외의 부분에 전자선을 선택적으로 조사하고 활성화 시킴으로써, 전자선이 조사되지 않았던 능선부를 고저항역역으로 한 예이다. 동일 도 24a는, 상대향 하는 능선부 사이를 연결하는 선에 있어서의 질화물 반도체 발광소자 구조의 종단면도이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 24a는, 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타낸다. 이와 같은 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 도 24a 및 도 24b에 나타내는 바와 같이, 능선부를 제거한 p형의 질화물 반도체층에 전자선의 조사가 행해진다.
전자선의 방사는, p형의 질화물 반도체층(p형 AlGaN층(287), p형 질화갈륨층(288))의 활성화에 필요하고, 즉 능선부의 p형 질화물 반도체층은 활성화 되지 않고 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층(이하, 비활성화부(293)로 칭한다.)으로 되고 고저항화 한다. 이 능선부에 있어서의 비활성화부(293)에 의하여, 능선부에 있어서의 전류의 흐름이 억제되고, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류를 흐르게 하도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 능선부 보다도 측면부(285s)의 평탄면 부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 평평한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 상태의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 21의 실시형태]
본 실시형태는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 능선부 이외의 부분에만 p전류를 형성한 예이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일한 기능을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
이와 같은 구성을 가지는 질화물 반도체 발광소자에서는, 능선부를 제거하는 부분에 p전극(289)을 선택적으로 형성함으로서, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 p전극(289)이 형성된 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류가 흐르도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 능선부 보다도 측면부(285s)의 평탄면 부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적고 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 평평한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스프라이프상이라도 좋다.
[제 22의 실시의 형태]
본 실시의 형태는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 저변부에 고저항영역으로서 언도프부를 형성한 예이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 26은, 본 실시형태의 질화물 반도체소자 구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 이와 같은 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 저변부에 언도프부(249)가 형성되어 있다. 이 언도프부(297)는, 불순물 농도가 극히 낮고, 저변부에 위치하는 n형 GaN층(285)으로의 전류의 주입을 억제하고, n형 GaN층(258)에 대하여 주로 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류를 흐르도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 능선부 보다도 측면부(285s)의 평탄면 부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적은 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어진다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 실리콘 산화막(283)의 개구부(284)의 형상을 거의 정육각형으로 했지만, 그외의 다각형이나 원형 등의 형상이더라도 성장 조건에 의해, 동일한 육각추 형상의 결정 성장이 가능하다. 또, 경사한 측면을 S면이 아닌, {1, 1, -2, 2}면으로 하는 것도 가능하며, 동일하게 리크전류를 억제한 소자를 형성할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 팽팽한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서는, InGaN활성층(286) 보다도 하층 측에 언도프층(294)을 형성하고 있지만, 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니고, InGaN활성층(286) 보다도 상층 측에 형성하는 것이여도 좋다.
[제 23의 실시형태]
본 실시형태는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 저변부에 이온 주입, 이른바 이온 인프란텐션을 실시하여 고저항영역으로 한 예이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일의 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 27은, 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 이와 같은 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 저변부에 이온 인프란텐션을 설치하고, 고저항영역인 이온주입부(295)가 형성된다. 이온 인프란텐션은, 이온주입장치에 의해, 예를 들면 질소 이온을 가속하여 질화물 반도체 발광소자 구조에 쳐넣음으로써 행해진다. 또한, 이 실시형태에 있어서 이온 인프란텐션은, 질소를 이용하여 행하였지만, 알루미늄으로 행하여도 좋다. 또, 이온 인프란텐션은 집속이온빔에 의해 주입하는 방법으로 행할 수 있다.
이온 인프란텐션이 행해진 이온 주입부(295)는, 불순물 농도가 극히 낮은 질화물 반도체층으로 되어 고저항화하고, 저변부에 위치하는 n형 GaN층(285)으로의전류의 주입을 억제하고, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 측면부(285S)의 평탄면부분을 거쳐서 전류를 흐르게 하도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 저변부 보다도 측면부(285a)의 평탄면부분에 효율적으로 전류가 주입됨으로서, 리크전류가 적고 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는 설명했지만, 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니고, 다른 다각 추형상이나 다각 추사다리꼴형, 단면이 3각형 상태의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 24의 실시형태]
본 실시형태는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 저변부 이외의 부분에 전자선을 선택적으로 조사하여 활성화 시킴으로써, 전자선이 조사되지 않았던 저변부를 고저항영역으로 한 예이다. 또한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일의 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 28은 본 실시형태의 질화물 반도체소자의 발광소자구조의 내부구조를 나타내는 동시에 p전극, n전극을 형성한 구조를 나타내는 단면도이다. 이와 같은 질화물 반도체 발광소자 구조에 있어서는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 저변부를 제거한 p형의 질화물 반도체층에 전자선의 조사가 행해진다.
전자선의 방사는, p형의 질화물 반도체층(p형 AlGaN층(287), p형 질화 갈륨층(288))의 활성화에 필요하며, 전자선의 조사가 행하여 지지 않았던 영역, 즉 저변부의 p형 질화물 반도체층은 활성화 되지 않고 불순물 농도가 극히 질화물 반도체층(이하, 비활성화부(296)로 칭한다.)으로 되어 고저항화한다. 이 고저항화한 저변부의 p형 질화물 반도체층인 비활성화부(296)는, 저변부에 있어서의 전류의 흐름을 어제하고, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 측면부(285s)의 평탄면 부분을 거쳐서 전류를 흐르게 하도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 저변부보다도 측면부(285a)의 평탄면부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적고 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추체상의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대하여 설명했지만, 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 다른 다각추 형상이나 다각추 팽팽한 상태, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
[제 25의 실시형태]
본 실시형태는, 도 29에 나타내는 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자 구조의 저변부 이외의 부분에만 p전극을 형성한 예이다. 도한, 본 실시형태에 관계되는 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는, 상술한 제 18의 실시형태와 동일의 구성을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
이와 같은 구성을 가지는 질화물 반도체 발광소자 에서는, 저변부를 제거하는 부분에 p전극(289)을 선택적으로 형성함으로서, n형 GaN층(285)에 대하여 주로 p전극(289)이 형성된 측면부(285s)의 평탄면부분을 거쳐서 전류가 흐르게 하도록 기능한다. 따라서, 결정성이 좋지 않은 저변부보다도 측면부(285s)의 평탄면부분에 효율적으로 전류가 주입되게 되고, 리크전류가 적고 발광효율이 높은 발광다이오드가 얻어지게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 육각추체 상태의 질화물 반도체 발광소자 구조에 대해서는 설명했지만, 이와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니고, 다른 다각 추형상이나 다각 추사다리꼴상, 단면이 3각형 상태 혹은 단면이 사다리꼴 형상의 스트라이프상이라도 좋다.
상술의 실시의 형태에 있어서는, 주로 발광다이오드구조의 소자에 대하여 설명했지만, 동일 구성에 공진면을 형성하는 것으로 반도체 레이저로 하는 것도 가능하다. 또, 본 발명의 질화물 반도체소자로서는, 반도체 발광소자에 한정되지 않고, 전계효율형 트랜지스터나, 수광소자, 그 다른 광학부품등의 소자이라도 좋다.
본 발명의 질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 구조방법에 의하면, 전극층으로부터 당해 질화물 반도체소자를 동작시키기 위한 전류가 주입되지만, 상층부에 고저항영역이 존재하므로, 그 상층부의 고저항영역을 우회하도록 전류가 흐르고, 상층부를 피하여 측면부를 주체로 하는 전류경로가 형성된다. 이와 같은 측면을 주체로 하는 전류경로를 이용하는 것으로, 결정성이 좋지 않은 상층부에 전류를 흐르는 것이 억제된다. 따라서, 리크전류가 적고, 발광효율이 높은 디바이스를 실현할 수 있게 된다.
본 발명의 질화물 반도체소자의 구조에 있어서는, 결정성장공정에 있어서 자기형성적으로 작성되는 것에서, 포토 리소그래피 등의 외부프로세스를 필요로 하지 않는다. 따라서, 프로세스의 간략화도 실현된다. 또, 이와 같은 3차원 형상을 가지는 반도체장치상의 포토 리소그래피 등의 곤란성을 회피할 수 있고, 활성층 근방에 고저항층을 형성할 수 있기 때문에, 외부에 고저항부를 형성한 경우 등에 비해, 전류의 퍼짐에 의해 전류의 리크패스로 돌아 들어가는 것도 억제된다.
또, 본 발명에 관계되는 질화물 반도체소자에 의하면, 전극층으로부터 질화물 반도체소자를 동작시키기 위해 전류가 주입되지만, 능선부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 고저항역을 형성하는 것으로, 이들 영역에 있어서의 고저항영역을 우회하도록 전류가 흐르고, 측면부, 구체적으로는 측면부의 평탄면부분을 주체로 하는 전류경로를 형성할 수 있다. 이와 같은 전류경로를 이용하는 것으로, 결정성이 좋지 않은 능선부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 전류를 흐르게 하는 것을 억제할 수 있고, 이 결과, 리크전류가 적고, 발광효율이 높은 디바이스를 실현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체소자에 의하면 전극층에서 당해 질화물 반도체소자를 동작시키기 위한 전류가 주입되지만, 능성부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역 상에는 전극층을 형성하지 않는 것에서, 전극층이 형성된 측면부, 구체적으로는 측면도의 평탄면 부분을 주체로 하는 전류경로를 형성할 수 있다. 이와 같은 전류경로를 이용하는 것으로, 결정성이 좋지 않은 능선부 및 이 능선부에 따른 영역, 또는 저변부 및 이 저변부에 따른 영역에 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있고, 이 결과, 리크전류가 적고, 발광효율이 높은 디바이스를 실현할 수 있게 된다.

Claims (50)

  1. 측면부 및 상층부를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층의 상기 상층부와 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 측면부는 상기 결정층의 경사면으로 이루는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상층부의 형상은 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층은, 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판 상에 성장저해막을 형성한 후, 상기 성장저해막을 개구한 개구부로부터의 선택성장에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층은, 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판을 선택적으로 일부제거하고, 상기 질화물 반도체층 또는 상기 질화물 반도체기판의 잔존한 부분으로부터의 결정성장에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층의 저면부는 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층의 저면부는 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층은 기판 상에 형성되고 또한 이 기판에 평행한 면을 가지고 있고, 그 기판에 평행한 면은 우르츠광형 결정구조의 C면에 대해서 ±10도 이내의 면인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 결정층의 상기 측면부분은 우르츠광형 결정구조의 {1, 1, -2, -2}면, {1, -1, 0, 1}면, {1, 1, -2, 0}면, 또는 {1, -1, 0, 0}면의 어느 쪽의 면에 대해서 ±10도 이내의 면인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 고저항영역은 언도프 질화물 반도체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 고저항영역은 p형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 고저항영역은 n형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 상층부 상에는 활성층을 거쳐서 상기 고저항영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 상층부 상에는 상기 고역저항영역을 거쳐서 활성층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  15. 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판 상에 성장하는 결정층은 결정상태가 양호한 제 1결정부와 결정상태가 상기 제 1결정부보다는 열화한 제 2결정부를 가지며, 상기 제 2결정부에는 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  16. 측면부 및 상층부를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층 상에 적어도 제 1도전영역과 제 2도전영역이 형성되어서 이루고, 상층부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치는, 측면부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치보다도 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 상층부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치는, 상기 측면부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 상층부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치는, 상기 측면부에 있어서의 제 1도전영역과 제 2도전영역 사이의 저항치의 2배이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  19. 질화물 반도체층 또는 질화물 반도체기판 상에 선택성장에 의해 결정층을 형성하고, 이 결정층의 상층부가 형성된 후에 결정성작의 조건을 바꾸는 것으로 고저항영역을 연속해서 형성하고, 상기 고저항영역의 형성 후에 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자의 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 선택성장에 의해 형성되는 결정층은, 상기 질화물 반도체층 또는 상기 질화물 반도체기판 상에 성장저해막을 형성한 후, 상기 성장저해막을 개구한 개구부로부터의 성장에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자의 제조방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 선택성장에 의해 형성되는 결정층은, 상기 질화물 반도체층 또는 상기 질화물 반도체기판을 선택적으로 제거한 위에서 남겨진 결정에서 성장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자의 제조방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 고저항영역은 단면이 3각형상의 상기 결정층의 정점부분을 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자의 제조방법.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 고저항영역은 불순물을 도입하지 않는 조건으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자의 제조방법.
  24. 3차원 형상으로 성장한 결정층의 능선부 및 이 능성부에 따른 영역은, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 고저항영역은, 언도프부를 설치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 고저항영역은, 이온이 주입되어서 이루는 이온주입부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 저항영역은, p형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 대해서, 상기 능선부 및 이 능선부에 따른 영역을 제거하고 전자선의 선택적인 조사가 행해져서 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  28. 제 24항에 있어서,
    상기 결정층은, 상층부의 형상이 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  29. 제 24항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  30. 제 24항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  31. 3차원 형상으로 성장한 결정층의 저변부 및 이 저변부에 따른 영역은, 고저항영역을 거쳐서 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 고저항영역은, 언도프부를 설치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 고저항영역은, 이온이 주입되어서 이루는 이온주입부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 고저항영역은, p형 불순물이 도입된 질화물 반도체층에 대해서, 상기 능선부 및 이 능선부에 따른 영역을 제외하고 전자선의 선택적인 조사가 행해져서 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  35. 제 31항에 있어서,
    상기 결정층은, 상층부의 형상이 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  36. 제 31항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  37. 제 31항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  38. 3차원 형상으로 성장한 결정층의 능선부 및 이 능선부에 따른 영역을 제외한 평탄면부에 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 결정층은, 상층부의 형상이 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 질화물 반도체소자.
  40. 제 38항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  41. 제 38항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  42. 3차원 형상으로 성장한 결정층의 저변부 및 이 저변부에 따른 영역을 제외한 평탄면부에 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 결정층은, 상층부의 형상이 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 결정층은, 저변부가 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  45. 제 42항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  46. 측면부 및 상층부를 가지고 3차원 형상으로 성장한 결정층의 상기 상층부에는 전극층이 형성되지 않고, 상기 측면부에는 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  47. 제 46항에 있어서,
    상기 측면부의 결정층의 능선부 및 이 능선부 근방 및 상기 측면부의 결정층의 저면부 및 이 저면부 근방의 전부 또는 일부에는 전극층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  48. 제 46항에 있어서,
    상기 결정층은, 상층부의 형상이 첨두형 또는 평면형인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  49. 제 46항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
  50. 제 46항에 있어서,
    상기 결정층은, 저면부가 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체소자.
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