(57)【要約】【課題】傾斜面による応力が分散されるようにピラミッドの傾斜面を分離させることができる窒化物半導体の成長方法、これを用いた窒化物発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体の選択成長方法は、窒化物半導体層３３上に開口部を有するマスクを形成する段階と、上記マスクの開口部に露出された上記窒化物半導体層領域に上記窒化物半導体層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造窒化物半導体結晶３４を選択的に成長させる段階とを含み、上記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む。また、上記の窒化物半導体の選択成長方法を用いて製造できる窒化物発光素子と、その製造方法を提供する。【選択図】        図３
2008042176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層上に開口部を有するマスクを形成する段階と、
前記マスクの開口部に露出された前記窒化物半導体層領域に、前記窒化物半導体層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶を選択的に成長させる段階と、を含み、
前記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項２】
前記窒化物半導体結晶の選択成長段階は、
六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第１成長速度で窒化物半導体結晶の第１成長工程を行う段階と、
前記中間分離領域が形成されるように前記第１成長速度より高い第２成長速度で窒化物半導体結晶の第２成長工程を行う段階と、
六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第３成長速度であって、前記第３成長速度は前記第２成長速度より低い第３成長速度で窒化物半導体結晶の第３成長工程を行う段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項３】
前記窒化物半導体結晶の選択成長段階は、前記第２成長工程を行う段階と、前記第３成長工程を行う段階とを少なくとも１回繰り返す段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項４】
前記第１及び第３成長速度は、同じ成長速度を有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項５】
前記第２成長速度は、前記第１成長速度より２０％以上高い速度であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項６】
前記第１及び第３成長速度は７〜９μｍ／時間の範囲で、前記第２成長速度は１０μｍ／時間以上であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項７】
前記窒化物半導体結晶の選択成長段階における成長速度は、ＩＩＩ族ソースガスの流量を用いて制御することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項８】
前記少なくとも一つの中間分離領域は、各々０．１〜２μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項９】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面はＳ面で、前記中間分離領域の結晶面は非Ｓ面であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項１０】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面の傾斜角は６０〜６５°で、前記中間分離領域の結晶面の傾斜角は８０〜１５０°であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の選択成長方法。
【請求項１１】
上面に、その上面に対して傾斜した結晶面を有する少なくとも一つの六角ピラミッド結晶構造が形成され、前記六角ピラミッド結晶構造は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む第１導電型窒化物半導体層と、
前記少なくとも一つの六角ピラミッド結晶構造の結晶面上に順次に形成された活性層及び第２導電型窒化物半導体層と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記六角ピラミッドの結晶構造は、相互離隔され位置した複数の中間分離領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記中間分離領域の上下部に位置した結晶面は、同じ傾斜角を有することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの中間分離領域は、各々０．１〜２μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面はＳ面で、前記中間分離領域の結晶面は非Ｓ面であることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面の傾斜角は６０〜６５°で、前記中間分離領域の結晶面の傾斜角は８０〜１５０°であることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
第１導電型窒化物半導体からなる基底層の上面に少なくとも一つの開口部を有するマスクを形成する段階と、
前記マスクの開口部に露出された前記基底層領域各々に、前記基底層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶を選択的に成長させる段階と、
前記第１導電型窒化物半導体結晶の表面に活性層及び第２導電型窒化物半導体層を順次に成長させる段階と、を含み、
前記六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１導電型窒化物半導体結晶の選択成長段階は、
六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第１成長速度で第１導電型窒化物半導体結晶の第１成長工程を行う段階と、
前記中間分離領域が形成されるように前記第１成長速度より高い第２成長速度で第１導電型窒化物半導体結晶の第２成長工程を行う段階と、
六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第３成長速度であって、前記第３成長速度は前記第２成長速度より低い第３成長速度で第１導電型窒化物半導体結晶の第３成長工程を行う段階と、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１導電型窒化物半導体結晶の選択成長段階は、前記第２成長工程を行う段階と前記第３成長工程を行う段階とを少なくとも１回繰り返す段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１及び第３成長速度は、同じ成長速度を有することを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２成長速度は、前記第１成長速度より２０％以上速い速度であることを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第３成長速度は７〜９μｍ／時間の範囲で、前記第２成長速度は１０μｍ／時間以上であることを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１導電型窒化物半導体結晶の選択成長段階における成長速度は、ＩＩＩ族ソースガスの流量を用いて制御することを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの中間分離領域は、各々０．１〜２μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶の結晶面はＳ面で、前記中間分離領域の結晶面は非Ｓ面であることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記中間分離領域を除いた前記六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶の結晶面の傾斜角は６０〜６５°で、前記中間分離領域の結晶面の傾斜角は８０〜１５０°であることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体の成長方法に関するものであって、より詳しくは、六角ピラミッド構造の窒化物半導体の選択成長方法及びこれを用いた窒化物発光素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、フィラメントを使用したバルブ型電球と蛍光灯に代える新たな照明源として半導体発光素子に関する研究が活発に進んでいる。特に、ＧａＮのような窒化物化合物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する研究が注目を浴びている。窒化物結晶は、成長のための適切な基板がないため、多くの結晶欠陥を有するという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決して選択的な成長方法を用いて六角ピラミッド型の発光構造を形成することにより、高品質の窒化物発光素子を提供する方案が開発された。
【０００４】
図１は、従来の六角ピラミッド型窒化物半導体発光素子の一例を示した断面図である。
【０００５】
図１に図示された通り、低温バッファ層１２が形成されたサファイア基板１１上に形成された第１導電型窒化物である基底層１３上にウィンドウＷを有する誘電体層Ｍが形成される。上記ウィンドウ領域Ｗに上記基底層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッドの第１導電型窒化物結晶１４を形成し、その表面に活性層１５及び第２導電型窒化物層１６を順次に成長させ六角ピラミッド型発光構造を形成する。
【０００６】
上記六角ピラミッド型発光構造の第２導電型窒化物層１６上に透明伝導薄膜１７及び／または電極１９を形成し、上記誘電体層の一部を第１導電型の基底層１３が露出されるようにエッチングして相違する極性の電極１８を形成する。
【０００７】
このように選択的成長方法により得られた六角ピラミッド型窒化物単結晶は、水平成長過程において欠陥が減少するため、高品質結晶の活性層を提供することができ、また、傾斜した側面により実質的な発光面積が広くなると同時に、結晶成長方向により圧電効果（ｐｉｅｚｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ）の緩和も期待できる。
【０００８】
しかし、従来の六角ピラミッド型窒化物発光構造は、上述の様々な長所にも係わらず、傾斜面による応力によってピラミッドの底と頂点付近での成長速度の差が生じて、量子井戸層と障壁層の厚さ及びＩｎ含量の差が生じる。即ち、図１に図示された通り、ピラミッドの底付近の活性層の厚さは頂点付近の厚さより薄くなり、所望の波長光を正確に得ることが困難であるという問題がある。また、このような傾斜面の応力によりｐ型不純物ドーピング特性が低下する問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の従来技術の問題を解決するためのものであって、その目的は、傾斜面による応力が分散されるようにピラミッドの傾斜面を分離させることができる新たな窒化物半導体の選択成長方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、傾斜面による応力が分散されるようにその傾斜面が複数の領域に区分された形態を有する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、上記の窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の技術的課題を達成すべく、本発明の一側面は、窒化物半導体層上に開口部を有するマスクを形成する段階と、上記マスクの開口部に露出された上記窒化物半導体層領域に、上記窒化物半導体層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶を選択的に成長させる段階とを含み、上記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む窒化物半導体の選択成長方法を提供する。
【００１３】
好ましくは、上記窒化物半導体結晶の選択成長段階は、六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第１成長速度で窒化物半導体結晶の第１成長工程を行う段階と、上記中間分離領域が形成されるように上記第１成長速度より高い第２成長速度で窒化物半導体結晶の第２成長工程を行う段階と、六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第３成長速度であって、前記第３成長速度は前記第２成長速度より低い第３成長速度で窒化物半導体結晶の第３成長工程を行う段階と、を含む。
【００１４】
この場合、上記窒化物半導体結晶の選択成長段階において、上記第２成長工程段階と上記第３成長工程段階とを少なくとも１回繰り返して実施することにより、その反復回数によって３段以上の構造を有する六角ピラミッド型窒化物半導体結晶構造を提供することができる。また、上記第１及び第３成長速度は実質的に同じ成長速度を有するようにすることができる。
【００１５】
本発明に採用されたピラミッド構造の中間分離領域は、傾斜面を分離する効果を上げるため、十分の傾斜角の差を有するように形成することが好ましい。このような側面から、上記第２成長速度は上記第１及び第３成長速度に比べて２０％以上高い速度にすることが好ましい。
【００１６】
具体的には、上記第１及び第３成長速度は７〜９μｍ／時間の範囲で、上記第２成長速度は１０μｍ／時間より大きくすることができる。
【００１７】
好ましくは、上記窒化物半導体結晶の選択成長段階における成長速度は、ＩＩＩ族ソースガスの流量を用いて制御することができるが、これに限定されず、圧力及び／またはＶ／ＩＩＩ族比を代わりに用いるか、または両者を併用して制御することができる。
【００１８】
好ましくは、上記少なくとも一つの中間分離領域は、各々０．１〜２μｍの厚さを有していてもよい。
【００１９】
ウルツアイト構造の窒化物単結晶において、上記中間分離領域を除いた上記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面はＳ面で、上記中間分離領域の結晶面は非Ｓ面であってもよい。また、上記中間分離領域を除いた上記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶の結晶面の傾斜角は６０〜６５°に、上記中間分離領域の結晶面の傾斜角は８０〜１５０°にすることができる。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、上面に、その上面に対して傾斜した結晶面を有する少なくとも一つの六角ピラミッド結晶構造が形成され、上記六角ピラミッド結晶構造は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む第１導電型窒化物半導体層と、上記少なくとも一つの六角ピラミッド結晶構造の結晶面上に順次形成された活性層及び第２導電型窒化物半導体層と、を含む窒化物半導体発光素子が提供される。
【００２１】
好ましくは、上記六角ピラミッド結晶構造は、傾斜面による応力をより効果的に分散させるため、相互離隔されて位置した複数の中間分離領域を有する３段以上のピラミッド構造である。
【００２２】
好ましくは、上記中間分離領域の上下部に位置した結晶面は、実質的に同じ傾斜角を有する。
【００２３】
好ましくは、上記少なくとも一つの中間分離領域は、各々０．１〜２μｍの厚さである。
【００２４】
本発明の他の側面によれば、第１導電型窒化物半導体からなる基底層の上面に、少なくとも一つの開口部を有するマスクを形成する段階と、上記マスクの開口部に露出された上記基底層領域各々に上記基底層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶を選択的に成長させる段階と、上記第１導電型窒化物半導体結晶の表面に活性層及び第２導電型窒化物半導体層を順次に成長させる段階とを含み、上記六角ピラミッド構造の第１導電型窒化物半導体結晶は、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む窒化物半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、他の領域の結晶面より大きい傾斜角を有する中間分離領域を採用することにより、六角ピラミッド構造の連続した傾斜面を小さい単位に分離させることができ、これによって応力発生を低減させることができる。結果的に、本発明による窒化物半導体発光素子は、活性層のより均一な厚さを保障できると共に、ｐ型不純物ドーピング特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照に本発明をより詳しく説明する。
【００２７】
図２は、本発明の一側面による窒化物半導体の選択成長方法の一例を説明するための工程フロー図である。
【００２８】
図２を参照すると、本実施形態による窒化物半導体の選択成長方法は、窒化物半導体層上に開口部を有するマスクを形成する段階Ｓ２１から始まる。
【００２９】
通常、上記窒化物半導体層は基板上に形成され、このような基板としてはサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＭｇＯ、ＬｉＡｌＯ2、Ｇａ2Ｏ3及びＬｉＧａＯ2で構成されたグループから選択された物質からなる基板が使用されることができる。マスク物質としては、シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜が使用されることができる。マスクに形成された開口部は、六角ピラミッドの窒化物半導体結晶が成長され始める領域を称する。
【００３０】
次いで、上記開口部に露出された上記窒化物半導体層領域に窒化物半導体結晶を選択的に成長する。選択成長される窒化物半導体層は、上記窒化物半導体層の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッド構造の条件で成長され、その上下部に位置した結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する少なくとも一つの中間分離領域を含む。特に、本発明に採用された中間分離領域は、連続した傾斜面を所定の領域で分離させることにより、傾斜面による応力を分散できる手段として活用することができる。
【００３１】
本発明の一側面による窒化物半導体結晶の選択成長段階は、図２に図示された通り、成長速度を調節して成長モードを変更する方式で具現することができる。本明細書において使用される「成長速度」という用語は他の明示的な説明がない限り、平面成長換算（ｐｌａｎａｒ  ｇｒｏｗｔｈ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）による成長速度を意味するものと理解できる。
【００３２】
先ず、第１成長段階Ｓ２３では、六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第１成長速度で窒化物半導体結晶を成長する工程を行う。好ましくは、上記第１成長速度は７〜９μｍ／時間の範囲である。このような成長速度は、成長温度、圧力及び／またはＶ／ＩＩＩ族比により適切に調節することができる。
【００３３】
特定の例では、本工程から得られる窒化物半導体結晶は、マスクの厚さ以上に成長される時に開口部領域より広い面積に成長されるため、電位を減少させることができ、次いで傾斜面を有するピラミッド構造で形成されるように適切な条件で成長される。このように、ピラミッド構造のための初期成長段階は、必要に応じて部分的に成長モードを変更することができるため、本成長段階の第１成長速度は、必ずしも一定の速度を意味するとは限らない。
【００３４】
次に、段階Ｓ２５において、傾斜した結晶面を提供する第１成長速度より高い第２成長速度で窒化物半導体結晶の第２成長工程を行う。本第２成長工程は、通常のピラミッドを有するための成長条件より側方向の成長モード傾向が強化される。従って、第１成長工程から形成された結晶面の傾斜角より大きい傾斜面を有する中間分離領域を形成することができる。このような中間分離領域は、ピラミッドの結晶面を第１成長工程により既に成長された傾斜した結晶面と、後続の第３成長工程により形成された傾斜した結晶面とに分離させることにより、傾斜面による応力を分散させることができる。
【００３５】
このような傾斜面の分離効果を向上させるため、本工程から成長される中間分離領域は、他のピラミッド領域の傾斜面と明確な差を有するように成長速度の変更条件を第１成長速度より２０％以上速い速度で実施することが好ましい。例えば、上記第１成長速度が７．５μｍ／時間の範囲である場合、２次成長工程は９μｍ／時間以上の成長速度を実施することが好ましい。このように、成長速度を制御する過程は成長温度、圧力及び／またはＶ／ＩＩＩ族比を用いて実現することができるが、主にＩＩＩ族ソースガスの流量で制御することが比較的速やかな成長モードの変更が保障できるため好ましい。
【００３６】
次いで、段階Ｓ２７において、六角ピラミッド構造のための成長モードを満足する第３成長速度で窒化物半導体結晶の第３成長工程を行う。本工程において、上記第３成長速度は六角ピラミッド構造のための成長条件を満足するため、側方向成長モードが強化された第２成長速度より低い成長速度を有する。先に説明した通り、このような成長モード変更のための成長速度の制御過程は、成長温度、圧力及び／またはＶ／ＩＩＩ族比を用いてＩＩＩ族ソースガスの流量を制御することにより実現することができ、好ましくは成長温度で制御することができる。Ａ方向に表示された通り、本第３成長工程を通じて六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶を完成（段階Ｓ２９）することができるが、Ｂ方向に表示された通り、追加的な中間分離領域を提供して応力分散効果を向上させるために、第２成長工程と第３成長工程とを少なくとも１回さらに反復遂行することができる。
【００３７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の一側面による選択成長方法により製造された六角ピラミッド型窒化物半導体構造の一例を示した断面図である。
【００３８】
図３（ａ）に図示された通り、バッファ層３２が形成された基板３１上に窒化物半導体層３３が形成される。上記窒化物半導体層３３は、六角ピラミッドの窒化物半導体結晶構造を成長させるための基底層として提供される。上記窒化物半導体層３３上には開口部Ｗを有するマスクＭが形成される。
【００３９】
既に図２を参照に説明した通り、上記マスクＭを用いた選択的成長過程により、窒化物半導体層３３の上面に対して傾斜した結晶面を有する六角ピラミッドの窒化物半導体結晶構造３４が形成される。
【００４０】
本実施形態に採用された六角ピラミッド窒化物半導体結晶構造３４は、相異なる傾斜角の結晶面を有する中間分離領域３４ｂによって上部及び下部領域３４ｃ、３４ａに区分され、上記中間分離領域３４ｂは上記上下部領域３４ｃ、３４ａ結晶面の傾斜角θ３、θ１より大きい傾斜角の結晶面を有する。傾斜面により引き起こされる応力の緩和効果を十分得るために、図２に説明された中間分離層３４ｂの傾斜角θ２の範囲と共にその厚さｔを考慮することができる。このような側面から、中間分離領域３４ｂの厚さｔは約０．１μｍ以上にすることが好ましい。一方、中間分離領域３４ｂが大き過ぎると、六角ピラミッド構造の効果がかえって相殺される恐れがあるため、約２μｍを超えないことが好ましい。
【００４１】
本実施形態のように、上記中間分離領域３４ｂにより分離された上下部領域３４ａ、３４ｃは、ほぼ同じ成長モードに成長され、実質的に同じ傾斜角（θ１≒θ３）の結晶面を有することができるが、所望のピラミッド条件を満足する範囲内で、上下部領域３４ｃ、３４ａの傾斜角θ３、θ１はやや異なるようにすることができ、さらに、同じ領域内で異なる傾斜角を有するようにすることができる。例えば、六角ピラミッドの窒化物半導体結晶構造は、圧電特性の改善を考慮して６０〜６５°の範囲で両領域３４ａ、３４ｃの傾斜角はやや異なっていてもよく、同一領域内で異なる複数の傾斜角を有するようにすることができる。
【００４２】
一方、上記中間分離領域３４ｂの結晶面は、傾斜面分離のための十分の効果のため８０°以上の傾斜角を有することが好ましい。但し、中間分離領域の側方向成長モードを強化しても、中間分離領域３４ｂの表面にさらなる結晶成長が求められる場合には、好ましく１５０°以下、より好ましく１００°以下の傾斜角を有するようにすることができる。
【００４３】
上記六角ピラミッドの窒化物半導体結晶構造３４が有する傾斜した結晶面は、基板上面（或いは窒化物半導体層の上面）の結晶面によるが、基板上面がＣ面の場合、（１−１００）面であるＭ面、（１−１０１）面であるＳ面、（１１−２０）面であるＡ面、（１−１０２）面であるＲ面、（１１−２３）面であるＮ面とこれに等価である結晶面中から得ることができるが、圧電特性の改善効果の側面からＳ面が好ましいと知られている。このような点を踏まえて、上記中間分離領域３４を除いた上記六角ピラミッド構造の窒化物半導体結晶３４の結晶面はＳ面が好ましい。上記中間分離領域３４ｂの結晶面は、側方向成長モードの条件により定められるため、特定の一つの結晶面で表現できないが、上下部領域３４ｂの結晶面がＳ面である場合に非Ｓ面として表現することができる。
【００４４】
ここで、本明細書に表記されたミラー指数では、数字上のバー（ｂａr）表記に代えて数字の前に「−」を使用したことに注意されたい。例えば、（１−１００）において、「−１」は「１」の上にバーがあるものと同じであると理解すべきである。他も同様である。
【００４５】
本実施形態では、図３（ｂ）のように六角ピラミッドの窒化物半導体結晶３４が一つの中間分離領域３４ｂを採用した２段構造で例示されているが、傾斜面の応力分散効果を増加させるため、３段以上の構造を有するように相互離隔されて位置した複数の中間分離領域を有することができる。
【００４６】
図４は、本発明の他の側面による六角ピラミッド型窒化物半導体発光素子を示した側断面図である。
【００４７】
本実施形態による窒化物半導体発光素子は、バッファ層４２が形成された基板４１上に第１導電型窒化物半導体からなる基底層４３が形成される。上記基底層４３上には、開口部Ｗを有するマスクＭが形成される。選択的成長過程を通じて、基底層４３の上面に対して傾斜した結晶面を有する少なくとも一つの六角ピラミッドの第１導電型窒化物半導体結晶構造４４が形成される。
【００４８】
図４に図示された通り、六角ピラミッドの第１導電型窒化物半導体結晶構造４４は、相違する傾斜角の結晶面を有する中間分離領域４４ｂにより上部及び下部領域４４ａ、４４ｃに区分されるように上記上下部領域４４ａ、４４ｃの結晶面の傾斜角より大きい傾斜角の結晶面を有する。
【００４９】
本実施形態による窒化物半導体発光素子４０は、六角ピラミッドの第１導電型窒化物半導体結晶構造４４の表面に活性層４５と第２導電型窒化物半導体層４６が順次形成される。上記第２導電型窒化物半導体層４６上には、透明電極４７が形成され、上記第１導電型窒化物半導体である基底層４３の一部領域と透明電極４７の一領域上には、各々第１及び第２電極４８、４９が形成される。このような電極配列構造は、必要に応じて様々な形態に変更されることができる。
【００５０】
本実施形態において、上記中間分離領域４４ｂは、六角ピラミッド構造４４の連続した傾斜面をより小さい長さを有する２個の領域４４ａ、４４ｃに分割することにより、傾斜面の長さが増加することによって大きくなる局部的な応力を大きく低減させることができる。このような応力低減効果は、上記第１導電型窒化物半導体結晶構造４４の表面に形成された活性層４５の厚さの差を減少させることができる。即ち、ピラミッドの頂点領域に形成された活性層４５の厚さと、その底付近に形成された活性層４５の厚さとの差が中間分離領域４４ｂのない従来の形態より大きく低減されるようにすることができる。従って、活性層４５を構成する量子井戸層と量子障壁層が相対的に均一な厚さ及びＩｎ含量を有するように具現させることができるため、厚さ及びＩｎ含量のバラツキによる発光波長の信頼性の問題を大きく改善させることができる。
【００５１】
また、先に説明した通り、傾斜した結晶面における応力は、ｐ型のような第２導電型窒化物半導体層４６の不純物ドーピング特性を悪化させる傾向があると知られている。従って、六角ピラミッドの窒化物半導体結晶構造４４では、中間分離領域４４ｂにより相対的に応力を減少できるため、ｐ型不純物の注入特性が改善される効果も期待できる。
【００５２】
本実施形態に採用された中間分離層４４ｂの様々な好ましい条件は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に説明された条件と結合して理解できる。
【００５３】
図３及び図４に例示された構造は、一つの六角ピラミッド構造のみ例示されているが、必要に応じて開口部の数を増やして複数の六角ピラミッド構造が配列されたアレイ構造として提供されることもできる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明による一実施例を参照に中間分離領域が採用された六角ピラミッド窒化物半導体結晶構造をより具体的に説明する。
【００５５】
サファイア基板上に低温バッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ工程を用いて基底層としてｎ型ＧａＮ層を形成した。次いで、ｎ型ＧａＮ層上に約４μｍ直径の開口部を有するＳｉＯ2マスクを形成した。
【００５６】
六角ピラミッド成長のための条件として、９５０℃の温度で約８μｍ／時間の成長速度（成長圧力：４００ｔｏｒｒ、Ｖ／ＩＩＩ族比：約３０００）で約１時間ほどＧａＮ結晶を成長させた後、側方向成長モードを強化するため、他の条件を維持したままトリメチルガリウム［ＴＭＧ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  ｇａｌｌｉｕｍ）］の流量を増加させ成長速度を約１０μｍ／時間に上げることにより、中間分離領域のための成長工程を連続して実施した。中間分離領域のための成長工程を約５分間続けた後、再び以前のような六角ピラミッド成長条件で六角ピラミッドのｎ型 ＧａＮ結晶を成長させた。
【００５７】
その結果により製造された六角ピラミッド構造のｎ型窒化物半導体結晶は、図５（ａ）及び（ｂ）に示した。
【００５８】
本実施例の条件によってピラミッド成長条件より側方向成長モードが強化された条件で成長された部分は、結晶面がほぼ９０°に近い中間分離領域が形成され、全体的なピラミッド構造の傾斜面は、その中間分離領域により分かれることにより、本発明による六角ピラミッド結晶において傾斜面延長による応力発生が低減できるという事実が確認できた。
【００５９】
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ず、添付の請求範囲によって限定されるものである。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有している者が様々な形態の置換、変形及び変更を行うことが可能であり、これらの置換、変形及び変更もまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の六角ピラミッド型発光素子を示した側断面図である。
【図２】本発明の一側面による窒化物半導体の選択成長方法の一例を説明するための工程フロー図である。
【図３】本発明の一側面による選択成長方法により製造された六角ピラミッド型窒化物半導体構造の一例を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の他の側面による六角ピラミッド型窒化物発光素子の一例を示した側断面図である。
【図５】本発明の一実施例によって製造された六角ピラミッド構造のｎ型窒化物半導体を他の角度から撮影したＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６１】
３１、４１  基板
３２、４２  バッファ層
３３  窒化物半導体層
３４  六角ピラミッド窒化物半導体結晶
３４ａ  下部領域
３４ｂ  中間分離領域
３４ｃ  上部領域
４３  第１導電型窒化物基底層
４４  六角ピラミッド第１導電型窒化物半導体結晶
４５  活性層
４６  第２導電型窒化物半導体層
４７  透明電極
４８  第１電極
４９  第２電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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