ＧａＮ계 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 document_id A220623052736

예를 들면, n형 GaN층과, InGaN으로 이루어지는 활성층과, p형 GaN층이 적층된 청색(靑色) 혹은 녹색(綠色)을 발광하는 발광 다이오드(LED)를 상정한 경우, InGaN 결정의 격자 정수(格子定數)는, GaN 결정의 격자 정수보다도 조금 크다. 따라서, 꼭대기면(頂面)이 C면과 평행한 n형 GaN층과, 꼭대기면이 C면과 평행한 InGaN으로 이루어지는 활성층과, 꼭대기면이 C면과 평행한 p형 GaN층이 적층된 경우, 활성층에 압축 압력이 가해진다. 그 결과, 활성층의 두께 방향에 피에조(piezo) 자발 분극(自發分極)이 생기고, 이와 같은 발광 다이오드로부터의 발광 파장에 시프트가 생기거나, 동작 전압의 상승, 발광 효율의 저하, 휘도 포화(輝度飽和)라고 하는 현상이 발생한다. 　이와 같은 활성층의 두께 방향에 피에조 자발 분극이 생기는 현상을 억제하기 위한 기술이, 일본 특개 제2003-158294호 공보에 개시(開示)되어 있다. 이 특허 공개 공보에 개시된 기술에 의하면, 활성층의 꼭대기면이, 예를 들면 A면과 평행하며, 혹은 또 M면과 평행하며, 혹은 또, 2-1-14면과 평행한 경우, 피에조 자발 분극이 활성층의 두께 방향과 수직인 방향에 생긴다고 되어 있다. 한편, 요즈음(최근), 결정 결함 밀도가 낮은 GaN계 화합물 반도체층을 형성하기 위해서, GaN계 화합물 반도체층을 사파이어 기판 위에 횡방향으로 성장시키는 방법[이하, 횡방향 에피택셜 성장, 혹은 ELOG 성장법(Epitaxial Lateral OverGrowh법)이라고 부름]이, 여러 가지 검토되고 있다. 일반적으로, 사파이어 기판 위에, GaN계 화합물 반도체로 이루어지는, 이간(離間; 간격을 두고 서로 떨어짐)된 시드층을 복수 형성하면, 이 시드층으로부터 GaN계 화합물 반도체층이 횡방향으로 성장한다. 그리고, GaN계 화합물 반도체층이 횡방향으로 성장하는 영역에서, 전위(轉位)는, GaN계 화합물 반도체층의 성장과 함께 횡방향으로만 진행하고, GaN계 화합물 반도체층의 종방향(두께 방향)으로는 관통하지 않기 때문에, 결정 결함 밀도가 낮은 GaN계 화합물 반도체층을 얻을 수가 있다. 이와 같은 ELOG법의 하나가, 예를 들면 일본 특개 제2002-100579호 공보에 개시되어 있다. 이 일본 특개 제2002-100579호 공보에 개시된 기술에 있어서는, 질화물 반도체와 다른 이종(異種) 기판 위에, 질화물 반도체로 이루어지는 성장핵(成長核)을, 주기적(周期的)인 스트라이프 모양, 섬 모양(島狀) 또는 격자 모양으로 형성하는 공정과, 성장핵으로부터, 성장핵끼리 대략 중앙부에서 서로 접합(接合)해서 기판 전면(全面)을 덮도록, 질화물 반도체층을 성장시키는 성장 공정을 구비하고 있으며, 이 성장 공정에서, 질화물 반도체층의 성장을 도중(途中)까지 성장시킨 후에, 성장핵의 위쪽(上方)에 보호막을 형성하고, 또 질화물 반도체층을 성장시킨다. [특허 문헌 1] 일본 특개 제2003-158294호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개 제2002-100579호 공보 사파이어 기판의 C면 위에 ELOG 성장법에 의거해서 형성된 GaN계 화합물 반도체층은, 그의 꼭대기면이 C면으로 되며, 측면이 A면으로 된다. 즉, GaN계 화합물 반도체층의 꼭대기면은, GaN계 화합물 반도체 결정의 0001면과 평행하게 되며, GaN계 화합물 반도체층의 측면은, GaN계 화합물 반도체 결정의 [수학식 1] 과 평행하게 된다. 또, 이와 같은 결정면(結晶面)을, 편의상 이하, 11-20면으로 표기한다. 또, 육방정계(六方晶系)에 있어서의 예를 들면 이하에 예시하는 결정면의 표기, [수학식 2] 을, 편의상 본 명세서에서는, hk-il면, h-kil면으로 표기하고, 이하에 예시하는 방향의 표기, [수학식 3] 을, 편의상 본 명세서에서는, ＜hk-il＞방향, ＜h-kil＞방향으로 표기한다. 상술한 일본 특개 제2003-158294호 공보에 있어서는, 활성층의 두께 방향에서의 피에조 자발 분극의 발생을 억제할 수가 있지만, 활성층 위에 형성된 p형층(24)에, 직접 p컨택트(26)가 접속되어 있으므로, 발광 다이오드의 구동 전압을 소망의(원하는) 값(値)까지 저감하는 것이 곤란하다고 하는 문제를 가진다. 또, 상술한 일본 특개 제2002-100579호 공보에는, GaN계 화합물 반도체층이 피에조 자발 분극을 나타낸 경우의 문제점이나 그 해결 수단에 대해서, 전혀 언급되어 있지 않다.