微細パターンの形成方法及びこれを用いた半導体発光素子の製造方法
【課題】本発明は、微細パターンの形成工程に関する。
【解決手段】微細パターンの形成方法は、ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階から始まる。上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する。次いで、上記マスクを用いて上記半導体結晶をドライエッチングすることで上記半導体結晶上に１次微細パターンを形成し、上記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する。ここで、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。本微細パターンの形成工程は、半導体発光素子に非常に有益に採用されることができる。特に微細パターンが求められるフォトニック結晶構造または表面プラズモン共鳴原理を用いた構造に有益に採用されることができる。
【解決手段】微細パターンの形成方法は、ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階から始まる。上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する。次いで、上記マスクを用いて上記半導体結晶をドライエッチングすることで上記半導体結晶上に１次微細パターンを形成し、上記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する。ここで、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。本微細パターンの形成工程は、半導体発光素子に非常に有益に採用されることができる。特に微細パターンが求められるフォトニック結晶構造または表面プラズモン共鳴原理を用いた構造に有益に採用されることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンの形成工程に関するもので、特に光効率を改善するための微細パターンを有する半導体発光素子製造工程に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体に基づき発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような多様な半導体素子が製造されている。
【０００３】
このような半導体素子は、特定機能のために所定の領域に周期／非周期的パターンのような微細パターンが求められる場合がある。このような微細パターンは半導体表面を公知のエッチング工程を用いることで形成することができる。
【０００４】
代表的に、窒化物半導体発光素子の場合、外部と窒化物半導体の屈折率の差により光抽出効率が制限されるため、これを解消するために窒化物半導体発光素子の表面に微細パターン構造を形成することができる。
【０００５】
最近では、半導体発光素子の出力を向上させるために、周期的な微細格子パターンであるフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造が活発に研究されており、また、表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）原理を用いて輝度を向上させる方案も類似な微細格子パターンを用いている。
【０００６】
しかし、このようなパターニング工程に用いられるエッチング工程は、エッチング方式により半導体表面上に微細パターンを形成することにおいて、夫々異なる問題点を有している。
【０００７】
例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐ発光素子 Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング（ｄｒｙ ｅｔｃｈｉｎｇ）の場合には、パワー調節が可能で、異方性を有するため、得られたパターンが精密で再現性のあるパターンを保障することができるが、イオンまたは中性原子による物理的衝突で半導体表面の特性が簡単に劣化するという問題がある。たとえｐ型ＧａＮ層上に他の物質で薄膜を蒸着してからドライエッチングにより薄膜をパターニングしても、上記薄膜が除去される部分に位置したｐ型ＧａＮ層に対する損傷は避けがたい。
【０００８】
図１の実線は、ｐ型ＧａＮ表面に電極を形成する前に、わざとハロゲンガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥで損傷を与えた窒化物発光素子のＩ−Ｖ特性を示し、損傷されない窒化物発光素子（◆）と異なり、点線Ｘは、損傷前の窒化物発光素子のＩ−Ｖ特性を示す。ドライエッチングにより損傷し窒化物発光素子は、低い電圧から電流が流れ始めるが、これは正常のキャリア再結合による電流ではなく、漏洩電流で、実際には殆ど光を発生させないという問題がある。
【０００９】
従って、ドライエッチングにより損傷した結晶を元の状態に取り戻す方法が研究されているが、ｐ型ＧａＮ層の表面はエッチング工程時に窒素空孔（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ）が発生し、ｎ型半導体化する現象が発生するため、一般的な後処理工程を通じては、元通りに取り戻されないという限界ある。このような形態の導電型変換（ｔｙｐｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）現象は、ｐｎ接合ダイオードでは致命的な欠陥となる。
【００１０】
これと異なり、ウェットエッチング工程の場合には、ドライエッチングとは異なりｐ型ＧａＮのような半導体表面に損傷を発生させないが、窒化物単結晶の特定面（例えば、ｃ面）において、エッチングが殆ど行われず、精密なパターニング工程が困難であるという短所がある。また、エッチングの深さが深い場合には、薄膜の上端が完全に除去されマスクのフォトレジスト層が剥離されるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためのもので、その目的はドライエッチング後に｛０００１｝ｃ面六方晶系半導体結晶の水平方向のエッチング特性を用いてドライエッチングによる損傷領域を最小化する微細パターンの形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、上記微細パターンの形成方法を用いて光出力が向上した微細パターンを有する半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の技術的な課題を実現するために、本発明の一側面は、ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記半導体結晶をドライエッチングすることで上記半導体結晶上に１次微細パターンを形成する段階と、上記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階を含む微細パターンの形成方法を提供する。ここで、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。
【００１４】
好ましく、上記半導体結晶はドライエッチングにより深刻に問題になるｐ型窒化物半導体であることができる。
【００１５】
ウェットエッチング段階において、ｃ面である底面は、殆どエッチングされないことがあるため、上記２次微細パターンの形成工程から得られた底面は上記１次微細パターン形成工程から得られた底面と同じｃ面であることができる。
【００１６】
本発明の一実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、上記２次微細パターンの側壁はｍ面であることができる。
【００１７】
本発明の他の実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることができる。本実施例において、上記ラインパターンはウェットエッチングのさらなる進行時間により、そのラインパターンの表面が不規則になって部分的に薄くなってドットパターンで提供されることができる。さらに、必要な場合に更なるエッチング進行でそのドットパターンさえも完全にエッチングされ無くなるようにすることができる。結果的に、このようなエッチング方法により該当半導体層の厚さが薄くなる半導体層の厚さの調節方法として活用されることもできる。
【００１８】
本発明の好ましい実施例において、上記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、上記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることができる。２次エッチング工程のウェットエッチング時間に従ってホールの内側壁は他の結晶面を有することができる。
【００１９】
即ち、上記２次微細パターンであるホールの内側壁は、ｍ面成分及びｓ面成分の結合からなることができる。また、ウェットエッチング時間をより持続させることで、上記ホールの内側壁がより安定された面でありながら、より低いカバレッジを提供することができるｒ面成分を含むことができる。
【００２０】
特定例において、上記２次微細パターンは複数のピラー（ｐｉｌｌａｒ）構造であることができる。
【００２１】
必要になって、上記２次微細パターンを形成する段階は、上記マスクを除去してから、または上記マスクを除去する前に行うことができる。
【００２２】
本発明の他の側面は、半導体発光素子の製造方法を提供する。特に微細パターンが求められるフォトニック結晶構造または表面プラズモン共鳴原理を用いた構造に有益に採用されることができる。
【００２３】
上記半導体発光素子の製造方法は、第１導電型及び第２導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記第２導電型半導体層をドライエッチングすることで上記第２導電型半導体層上に１次微細パターンを形成する段階と、上記１次微細パターンが形成された第２導電型半導体層をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階と、上記マスクが除去された状態で上記第１及び第２導電型半導体層に接続されるように第１及び第２電極を形成する段階を含む。ここで、上記第２導電型半導体層はｃ面六方晶系半導体結晶で、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。
【００２４】
上記第２導電型半導体層に形成された上記２次微細パターンは、上記活性層において発生した光は上記第２導電型半導体層の表面を通じて外部に抽出されるとき、周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果を減殺され光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。
【００２５】
好ましいフォトニック結晶構造として活用するためには、上記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に光透過性伝導層を形成することができる。例えば 光透過性を有する金属層またはＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物層を形成することができる。
【００２６】
好ましく、表面プラズモン共鳴原理を用いた構造を形成するために、上記第２電極を形成する段階は、上記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上にＡｇのような高反射性金属を含む高反射性金属層を形成する段階を含むことができる。上記高反射性金属層は多層構造であることができる。
【００２７】
上記第２導電型半導体層は上記活性層に注入された電子−正孔対の再結合により発生するエネルギーから上記第２導電型半導体層と上記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することができる。
【００２８】
好ましく、上記２次微細パターンから上記活性層の間の第２導電型半導体層の厚さは５０ｎｍ以下であることができる。
【００２９】
本発明による製造方法は、上記半導体積層体が窒化物半導体の発光素子に有益に採用されることができる。この場合、上記第２導電型半導体層はｐ型窒化物半導体層であることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、所望のパターン面積のうち、最小限の領域のみをドライエッチングしてから、水平方向のウェットエッチングを通じて構造物を形成することでドライエッチングによる損傷領域を最小化することができ、結晶方向（パターン形成方向）及びウェットエッチングの条件（時間等の条件）を適切に調節することで、微細パターンの高さと大きさを自由に決めながらも高い再現性を有する微細パターンを確保することができる。このような微細パターンをフォトニック結晶構造または表面プラズモンによる構造に適用することで、光効率に優れた半導体発光素子を提供することができる。
【００３１】
また、本発明による微細パターンは、六方晶系結晶性により後続のウェットエッチング過程において自然に特定の幾何学的な模様が形成されるため、殆ど損傷のないｃ面、ｍ面、ｓ面及び／またはｒ面等の固有の結晶面を有する。このような結晶面は半導体発光素子において金属または伝導性酸化物の電極層と直接接することができるため、ｐ型オーミックコンタクトを形成することに、より有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【００３３】
図２ａ乃至図２ｄは、本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【００３４】
図２ａに図示されたように、本微細パターンの形成工程は、ｃ面六方晶系半導体結晶１１を設ける段階から始まる。
【００３５】
上記半導体結晶１１は、ＧａＮのような窒化物半導体のみではなく、他の公知の六方晶系半導体であることができる。特に、上記半導体結晶１１はドライエッチングによる損傷に脆弱なｐ型窒化物層であることができる。本発明においては、上面がｃ面｛０００１｝で提供される六方晶系半導体結晶を用いる。
【００３６】
次いで、図２ｂのように、上記半導体結晶１１上に所定のパターンを有するマスク１８を形成する。
【００３７】
上記マスク１８は、フォトレジストパターンであることができる。本工程においては、半導体結晶１１の上面にフォトレジストを塗布してから通常のリソグラフィ工程やホログラフィックリソグラフィまたはナノインプリント等の工程を適用して所望のパターンを有するマスク１８を形成することができる。
【００３８】
このようなパターンは、必要によって周期的なパターンであることができるが、本発明に採用されることができるマスク１８のパターンは多様である。例えば、上記パターンは１次元ラインパターン、２次元三角格子または四角格子のパターンのような周期的なパターンであることができ、短い範囲における周期性（ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）が低く、長い範囲における周期性（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）を有する反周期性パターン（ｑｕａｓｉ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）であることができ、不規則な非周期性パターン（ｎｏｎ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）であることができる。
【００３９】
本発明において、このような周期性または反周期性は維持されても、パターンの大きさ及び形状は変更されることができる。これはマスクを用いたドライエッチング後に等方性（本発明では水平方向）のウェットエッチング工程が進行されるためである。これに対しては図２ｃ及び図２ｄを参照して詳細に説明する。
【００４０】
次いで、本微細パターンの形成工程は、１次ドライエッチングと２次ウェットエッチングを結合したハイブリッドエッチング工程が適用される。
【００４１】
即ち、図２ｃのように、上記マスク１８を用いて半導体結晶１１をドライエッチングして１次微細パターンＰ１を形成する。本工程で得られる１次微細パターンＰ１は、上記マスク１８の開放された幅Ｗ１に該当する幅と上記半導体結晶１１の所定の深さｄ１を有するようにドライエッチングする。本ドライエッチングで得られた１次微細パターンＰ１の深さ（または、パターン構造の高さ）は、最終微細パターン（図２ｄのＰ２）の深さとほぼ同じであるが、その幅Ｗ１（または、パターンの大きさ）は、最終微細パターンの幅より小さくなる。これに対しては図２ｄにおいて詳細に説明する。
【００４２】
また、上述のように、本工程では、ドライエッチングで使用されるイオンと中性原子による半導体結晶１１の微細パターンＰ１の全体面にわたって損傷領域Ｄが発生する。即ち、１次微細パターンＰ１の底面のみではなく、その側壁までドライエッチングに直接露出され結晶が損傷する領域Ｄが存在するが、図２ｄのウェットエッチング工程により最小化されることができる。
【００４３】
図２ｄの工程では、上記１次微細パターンＰ１が形成された半導体結晶にウェットエッチングを行う。ここでは、マスク１８を除去した後に行ったが、これに限定されず、本ウェットエッチング工程後にマスクを除去することもできる。
【００４４】
このようなウェットエッチング工程は、安定されたｃ面に対しては殆どエッチングが進行しないため、１次微細パターンＰ１の水平方向に進行する。このような水平方向に進行するウェットエッチングは側壁が特定の結晶面になるまで進行する。これは特定結晶面にエッチング率が著しく低下するため、高い再現性を有するように実施されることができる。
【００４５】
このように、上記１次微細パターンＰ１は、その水平方向に拡張され、その側壁が固有の結晶面を有する２次微細パターンＰ１で提供されることができ、結果的に、上記２次微細パターンＰ２は１次微細パターンＰ１の深さｄ１と同じ深さｄ２とその幅Ｗ１より大きい幅Ｗ２を有することができるためである。
【００４６】
本工程において、図２ｄに図示されたように、水平方向に拡張され得られた底面と新たに露出した側壁は損傷領域が発生しないか、除去されることができる。従って、１次微細パターンＰ１の底面に該当する領域に限ってのみ損傷領域Ｄ'が残留するようになる。
【００４７】
従って、２次微細パターンＰ２は、全体露出面積において損傷領域Ｄ'の比率を最小化させることができる。このような原理を応用して損傷領域の比率をより低めるようにマスクパターン設計及びドライエッチング工程を調整することができる。
【００４８】
より具体的に説明すると、マスク１８の幅Ｗ１を減少させ１次微細パターンＰ１の深さをより増加させることで、１次微細パターンＰ１に該当する損傷された底面の面積を減少させながら２次微細パターンＰ２で得られた新たな面積を増加させることができる。
【００４９】
結果的に、２次微細パターンＰ２の全体露出面積に対する損傷領域Ｄ'の比率をより大きく減少させることができ、これによりドライエッチングによって発生する損傷領域による電気的特性の低下のような影響を画期的に改善することができる。
【００５０】
本発明において、ドライエッチングにより得られた１次微細パターンの底面が半導体結晶の上面と同一のｃ面であることができ、そのｃ面は非常に安定的な結晶面であるため、１次微細パターンの側壁にウェットエッチングが進行してもその底面で殆どエッチングが起こらない。従って、２次微細パターンの深さは１次微細パターンの深さで決まり、ドライエッチングを通じ最終微細パターンの深さを正確に調節することができる。
【００５１】
また、本発明による水平方向のウェットエッチングは、これにより表れる側壁が特定の結晶面になるとき、非常に低いエッチング率を有するようになる。例えば、窒化物単結晶の場合、ｓ面｛１−１０１｝、ｍ面｛１−１００｝、ｒ面｛１−１０２｝のような側壁を有することができる。
【００５２】
従って、本ウェットエッチング工程は、自動的にエッチング進行が中断するセルフターミネイティング（ｓｅｌｆ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）であるため、工程均一度（または、高い再現性）を確保するのに非常に有利である。
【００５３】
このように、本発明において、最終パターンの形状と大きさを得るために、マスクのパターンだけではなく、ウェットエッチングされる結晶方向が重要な役割をする。このような結晶方向はエッチングされる半導体結晶上に形成されるマスクパターンにより選ばれることができる。
【００５４】
即ち、結晶面によりウェットエッチングに対する影響が異なるため、マスクパターンにより露出する結晶パターンの側壁にいかなる結晶面が露出するように形成されるかによって多様なパターンを得ることができる（実施例１Ａ、Ｂ参照）。
【００５５】
特に、本発明者は、ドライエッチングによってほぼ円形のホール（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｈｏｌｅ）を形成するとき、これを水平方向のウェットエッチングすることで六角形のホール（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｈｏｌｅ）の微細パターンに変化させることができるということを発見した。このような微細パターンはサブマイクロメートルの大きさを有し、六角形の各辺が互いに１２０°の角度をなし、非常に鋭く形成されることができる（実施例１Ｃ参照）。これは既存の如何なる半導体エッチング方法でも達成することができなかった本発明のみの特徴であると言える。
【００５６】
さらに、上述のように、六角形で露出された各結晶面はウェットエッチングにより他の結晶面を有することができる。特に、ウェットエッチング条件により側壁の結晶面は傾いた面であることができるため、更なる電極物質の蒸着に有利なカバレッジを有する側壁を提供することもできる。
【００５７】
以下、本発明の多様な実施例を通じ本発明の作用と効果に対してより詳細に説明する。
【００５８】
（実施例１Ａ）
本実施例では、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に配列されたラインパターンのマスクを形成した。その周期は約０．６μｍに設定した。次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した（図３ａ）。
【００５９】
次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行い、走査型電子顕微鏡（そうさがたでんしけんびきょう、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＥＭ）で観察してから、さらに２０分間（総３０分）行った。
【００６０】
１０分間ウェットエッチングを適用した結果、図３ｂのように、水平ウェットエッチングの前に多少傾いていた初期側壁が垂直な側壁を成したが、さらに進行してもＧａＮの比較的に安定的な結晶面の｛１−１００｝面、即ち、ｍ面になり、これ以上エッチングが進行しなかった。底面の安定的なｃ面に対してはほぼエッチングが進行しなった。
【００６１】
本実施例を通じ、ドライエッチング後の損傷領域を側壁及び一部底面から除去すると共に、綺麗な結晶面を得ることができるということを確認することができる。このような結晶面は半導体素子において優れた電気的コンタクトを保障することができる。
【００６２】
（実施例１Ｂ）
本実施例では、上述の実施例１Ａと類似に、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に複数のラインパターンのマスク（周期：約０．６μｍ）を形成するが、その形成方向及び配列を異なるようにした。即ち、本実施例では、＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に配列された複数のラインパターンを形成した。次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した（図４ａ）。
【００６３】
次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行い、ＳＥＭで観察してから（図４ｂ）、さらに２０分間（総３０分）、その上さらに２０分（総５０分）を行い、夫々をＳＥＭで観察した（図４ｃ及び図４ｄ）。
【００６４】
本実施例の結果、ドライエッチングされた結果であるパターン（図４ａ）は実施例１Ａ（図３ａ）と類似な形態を有する。
【００６５】
しかし、図４ｂのように、水平方向のウェットエッチングが進行しながらパターンの幅が増加し（パターン構造物の幅が次第に減少）、時間が経つほどエッチングが続けて進行され、図４ｃのように、３０分経過時点では、ラインに従って配列されたドットパターンで残る。さらに進行すると、完全に平らな平面のみが残るようになる（図４ｄ参照）。ウェットエッチングは安定化された他の結晶面に比べ、＜１１−２０＞方向へは相対的に高いエッチング率を有するため、ウェットエッチングの時間による持続的なパターンの変化が発生すると理解することができる。
【００６６】
このように、本実施例によると、比較的に低い損傷を有する多様な深さと幅の一次元格子及びドットパターンを提供することができる。
【００６７】
また、本実施例（＜１−１００＞方向格子の水平ウェットエッチング）で確認できるように、本来はウェットエッチングされないｃ面を一定厚さで除去することができるということを確認することができる。即ち、本発明では、狭い面積をドライエッチングして溝を形成し、後続工程に水平ウェットエッチングを用いる。最初のドライエッチングの深さを調節することで本来のエピタキシャル層の厚さを所望するほど薄くすることも可能である。
【００６８】
特にｐ型ＧａＮ層の表面は損傷のためにドライエッチングができず、ｃ面であるため、ウェットエッチングも出来ないが、本発明の工程を用いると損傷部位を最小化しながら厚さを薄くすることができる。
【００６９】
（実施例１Ｃ）
本実施例では、上記実施例１Ａ及び１Ｂと異なり、３次元パターンを採用した。ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に約０．３μｍ大きさの複数の円形マスクパターンを約０．６μｍ周期で縦と横方向に形成した。
【００７０】
次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した。次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行ってからＳＥＭで撮影した。図５に示したようにピラー構造（直径：約１３０ｎｍ）のような３次元パターンが形成されたことを確認することができた。
【００７１】
（実施例１Ｄ）
本実施例では、上記実施例１Ｃのように３次元パターンを採用するが、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に約１００ｎｍ大きさの複数の円形ホールを有するマスクパターンを約０．５μｍ間隔で縦と横方向に形成した。
【００７２】
マスクを用いてｃ面ＧａＮ表面にドライエッチング（約０．１μｍ）でほぼ円形のホールパターンを形成し、マスクを除去した（図６ａ）。円形のホールパターンを形成してから４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１０８℃で約３０分間ウェットエッチングを進行した。結果は図６ｂに示したように、各辺が｛１−１００｝ｍ面と平行な六角形のホール模様の微細パターンが形成されてからは、これ以上エッチングが進行しなかった。
【００７３】
（実施例１Ｅ）
本実施例は、実施例１Ｄと類似に適用するが、最終ホールの側壁で結晶面の変化をより容易に観察するために、実施例１Ｄのようにホールの周期は維持するがホールの直径を大きくして実施した。
【００７４】
本実施例の水平方向のウェットエッチング（１００℃、４Ｍ ＫＯＨ水溶液）後に得られた六角形ホールの断面をＳＥＭ写真で撮影した。図７ａは１０分のウェットエッチングを適用した結果で、図７ｂは、４０分間エッチングした結果である。
【００７５】
その結果、ウェットエッチングが進行するほど、ホールの側壁において相対的に安定的でないｓ面が占める面積が減り、ｍ面が占める面積が増えることがわかる。より具体的に説明すると、図７ａにはｍ面と底面のｃ面が接する部分がｓ面からなっていたが、エッチングが進行するに従ってｒ面を経て次第にｃ面に近づくことが分かる。
【００７６】
このように、ウェットエッチングの進行時間に従い六角形ホールの断面をＳＥＭで確認した結果、初期ドライエッチングによって形成された側壁の模様がウェットエッチングが進行するに従って安定された結晶面が現れるまで変化することが分かった。特に、ホールの内部側壁の結晶面は底面である｛０００１｝ｃ面と、ウェット条件（時間）により｛１−１０１｝ｓ面、｛１−１００｝ｍ面、｛１−１０２｝ｒ面等の組合せで構成されることができる。このとき、ｃ面方向へはウェットエッチングが進行しないため、ホールの深さは変化しないが、底面の微細な屈曲や傾きが存在する場合、上記の水平方向へのエッチング作用により除去されることができると推定することができる。
【００７７】
上述のように、本発明により得られた微細パターンは、水平エッチングにより表れた結晶面は、本来ドライエッチングによって発生した損傷面が除去された綺麗な面で、その結晶面に電気的コンタクト層が形成される場合、優れたオーミック特性を保障することができる。また、結晶面により傾斜度を調整し電極物質を蒸着するとき、接触性を改善することもできる。
【００７８】
このような微細パターンの形成工程は、多様な半導体素子の機能性パターンを形成するのに広く適用されることができ、特に半導体発光素子の光効率を向上させるためのパターンを形成するのに有益に適用されることができる。図８ａに例示された実施形態はフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）の適用例である窒化物半導体発光素子８０を示す。
【００７９】
図８ａを参照すると、窒化物半導体発光素子８０は、サファイア基板８１とそのサファイア基板８１上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層８２、活性層８４及びｐ型窒化物半導体層８５を含む。
【００８０】
また、上記窒化物半導体発光素子８０は、上記ｎ型窒化物半導体層８２と上記ｐ型窒化物半導体層８５に夫々電気的に接続されるｎ側及びｐ側電極８９ａ，８９ｂを含む。
【００８１】
上記ｐ型窒化物半導体層８５上には、一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンＰ３は、図２ａ乃至図２ｄにおいて説明した工程（実施例１Ｄ）を通じて得ることができる。即ち、図８ｂに図示されたように、六角形状のホールが一定周期に配列されるように採用されている。
【００８２】
本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンＰ３が形成されたｐ型窒化物半導体層８５上には光透過性導電層８７がさらに形成される。上記光透過性導電層８７はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら、光透過性を有する物質であれば、好ましく使用することができる。例えば、Ｎｉ／Ａｕのような光透過性金属層またはＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物層を使用することができる。
【００８３】
また、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓは５０ｎｍ以下であることができる。一方、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓ、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００８４】
上記ｐ型窒化物半導体層８５に形成された上記微細パターンＰ３は上記活性層８４において発生した光が上記ｐ型窒化物半導体層８５の表面を通じ外部に抽出されるときに周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果が減殺させ光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。
【００８５】
本発明の微細パターンの形成工程は、ウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図８ａに図示されたフォトニック結晶構造を有する窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。
【００８６】
本実施形態においては、窒化物半導体発光素子を特定して説明したが、様々な公知の他の半導体物質からなる発光素子にも有益に適用されることができる。
【００８７】
また、図８ａに図示された実施形態は、ｐ型窒化物半導体層のような特定半導体層の表面上にフォトニック結晶で例示されているが、表面プラズモンに採用される周期的な微細パターンを形成する方法に応用されるが、光抽出のための不規則な凹凸パターンを異種物質で提供するときにも、結晶の表面を保護しながら所望の微細パターンを形成する方法にも非常に有益に使用されることができる。
【００８８】
実施例２は、フォトニック結晶を有する発光素子に対する実験及びその結果である。
【００８９】
（実施例２）
本実施例では、緑色の波長を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
【００９０】
本実施例で製造された発光素子は、約１５０ｎｍ厚さのｐ型ＧａＮ上に円形ホールのマスクを用いて実施例１Ｄの条件と類似に、５４ｎｍ深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程（１０分間実施）を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図８ａに図示された構造と類似に、ｐ型ＧａＮ層上に光透過性電極層で、ＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物を蒸着しｐ側コンタクトを形成し、ｎ型ＧａＮ層を部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたｎ型ＧａＮ層上にｎ側コンタクトを形成した。
【００９１】
このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を確認するために、実施例２により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例と比較して図９及び図１０に示した。 ここで、基準例はｐ型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、Ａｇコンタクトのみが形成された発光素子構造の結果である。
【００９２】
図９は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図１０は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【００９３】
先ず、図９に示したように、本発明の実施例２により製造された窒化物半導体発光素子は図１で確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないＩ−Ｖ特性を有することを確認することができた。本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例（Ｒｅｆ）に比べて同じ電流で電圧が多少高いと示されたが、大きな差はなく、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善して本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。
【００９４】
図１０は本発明の本実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【００９５】
図１０に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例（Ｒｅｆ）に比べフォトニック結晶の回折効果により３５０ｍＡ電流で約２４％輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造されたフォトニック結晶パターンを精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させてチップの外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができる。
【００９６】
図１１は、本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（表面プラズモン共鳴原理の適用例）を示す側断面図である。
【００９７】
本明細書において、用いられる表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）は、金属薄膜の表面で起きる電子の集団的振動（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）で、これにより発生した表面プラズモン波は金属と誘電体の境界面に従って進行する表面電磁気波である。表面プラズモンと活性層の間で結合が生じると、活性層において生じる自発放出は表面プラズモンにより増加し、自発放出により生成された光は多くの部分が表面プラズモンで励起される。このような原理を用いて発光素子の効率を向上させようとするものが表面プラズモン半導体発光素子といえる。
【００９８】
図１１を参照すると、サブマウント基板１２０にソルダーにより搭載された表面プラズモン窒化物半導体発光素子１１０が図示されている。
【００９９】
上記窒化物半導体サファイア基板１１１とそのサファイア基板１１１上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層１１２、活性層１１４及びｐ型窒化物半導体層１１５を含む。
【０１００】
また、上記窒化物半導体発光素子１１０は上記ｎ型窒化物半導体層１１２と上記ｐ型窒化物半導体層１１５に夫々電気的に接続されるｎ側及びｐ側電極１１７、１１８を含む。
【０１０１】
上記ｐ型窒化物半導体層１１５上には一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンＰ４は図２ａ乃至図２ｄにおいて説明した工程（実施例１Ｄ）を通じ六角形状のホールが一定周期で配列されたパターンが得られる。
【０１０２】
本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンＰ４が形成されたｐ型窒化物半導体層１１５上にはｐ側電極１１８として高反射性金属層を形成する。上記高反射性金属層はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら所定の反射率を有する物質であれば好ましく使用されることができる。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのような単層または複層の金属物質であることができる。
【０１０３】
また、表面プラズモン共鳴が生じるためには、活性層１１５と高反射性金属層間の距離が非常に重要である。従って、ｐ型窒化物半導体層１１５は上記活性層１１４から放出された光により上記ｐ型窒化物半導体層１１５と上記高反射性金属層の界面で表面プラズモンが励起されることができる厚さが求められる。
【０１０４】
好ましくは、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓは５０ｎｍ以下であることができる。一方、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓ、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓは１０ｎｍ以上が好ましい。
【０１０５】
本実施形態のように、表面プラズモン共鳴は、発光効率を改善するための原理で発光素子に採用されることができる。
【０１０６】
このような形態においては、励起された表面プラズモンを光に再変換するためには、ｐ型窒化物半導体層１１５と金属層の界面には周期的格子構造である微細パターンＰ４が求められる。特に、このような周期的な格子構造は活性層から発生する波長によりパターンの精密な周期及び大きさが決まる。
【０１０７】
このような事情を勘案すると、ドライエッチングが好ましい。しかし、上述のように、表面プラズモン共鳴が生じるためには条件（入射光の波長、金属と接する物質の屈折率）のうち、活性層１１４と金属層間の距離が非常に重要である。一般的に、その距離は相対的に５０ｎｍ以下で小さいため、ドライエッチングによるｐ型窒化物半導体層１１５の損傷が深刻に問題されることができるが、パターンで最終に残留する損傷領域を最小化することができる。また、本発明の微細パターンの形成工程はウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図１１に図示された表面プラズモン窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。
【０１０８】
（実施例３）
本実施例では、実施例２と類似に緑色の波長を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
【０１０９】
本実施例で製造された発光素子は、約６６ｎｍ厚さのｐ型ＧａＮ上に円形ホールのマスクを用いて実施例１Ｄの条件と類似に３３ｎｍ深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程（１０分間実施）を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図１１に図示された構造と類似に、ｐ型ＧａＮ層上にＡｇ層の高反射性金属層が含まれた多層金属電極を蒸着してｐ型コンタクトを形成し、ｎ型ＧａＮ層が部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたｎ型ＧａＮ層上にｎ側コンタクトを形成した。
【０１１０】
このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的 特性及び輝度の向上を確認するために、実施例３により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例（Ｒｅｆ）と比較して図１２及び図１３に示した。ここで、基準例はｐ型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、実施例３と同じ多層金属電極のみが形成された発光素子構造の結果である。
【０１１１】
図１２は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図１３は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【０１１２】
先ず、図１２に示したように、本発明の実施例３により製造された窒化物半導体発光素子は図１において確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないＩ−Ｖ特性を有することを確認することができた。但し、通常の窒化物半導体発光素子に比べ非常に薄いｐ型窒化物半導体層を有する本実施例の特徴によりＩ−Ｖ曲線上に多少不規則な折れが観察された。
【０１１３】
本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例（Ｒｅｆ）に比べて同じ電流で電圧が殆ど同じであると示され、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善し本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。
【０１１４】
図１３は、本発明の他の実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【０１１５】
図１３に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例（Ｒｅｆ）に比べて表面プラズモン共鳴効果によって３５０ｍＡ電流で約６４％輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造された微細格子構造を精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部の多重量子井戸に注入された電子−正孔対のエネルギーが表面プラズモンを媒介体にし光に変換されチップ外部に放出される。
【０１１６】
また、表面プラズモンを媒介にせず、自発放出により発生した光のうち、発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させチップ外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができた。
【０１１７】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、上記の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】ドライエッチングによりｐ型ＧａＮ層が損傷された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線の変化を示すグラフである。
【図２ａ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｂ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｃ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｄ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図３ａ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図３ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図３ｃ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ａ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｃ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｄ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｃ）で得られた３次元パターン（ピラー構造）を撮影したＳＥＭ写真である。
【図６ａ】本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例（１Ｄ）において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したＳＥＭ写真である。
【図６ｂ】本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例（１Ｄ）において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したＳＥＭ写真である。
【図７ａ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｅ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図７ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｅ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図８ａ】本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（フォトニック結晶構造の適用例）を示す側断面図である。
【図８ｂ】図８ａに図示された窒化物半導体発光素子のＡ−Ａ'方向に切開してみた微細パターン層の平面図である。
【図９】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（２）により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。
【図１０】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（２）により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【図１１】本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（表面プラズモン共鳴構造の適用例）を示す側断面図である。
【図１２】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（３）により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。
【図１３】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（３）により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンの形成工程に関するもので、特に光効率を改善するための微細パターンを有する半導体発光素子製造工程に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体に基づき発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような多様な半導体素子が製造されている。
【０００３】
このような半導体素子は、特定機能のために所定の領域に周期／非周期的パターンのような微細パターンが求められる場合がある。このような微細パターンは半導体表面を公知のエッチング工程を用いることで形成することができる。
【０００４】
代表的に、窒化物半導体発光素子の場合、外部と窒化物半導体の屈折率の差により光抽出効率が制限されるため、これを解消するために窒化物半導体発光素子の表面に微細パターン構造を形成することができる。
【０００５】
最近では、半導体発光素子の出力を向上させるために、周期的な微細格子パターンであるフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造が活発に研究されており、また、表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）原理を用いて輝度を向上させる方案も類似な微細格子パターンを用いている。
【０００６】
しかし、このようなパターニング工程に用いられるエッチング工程は、エッチング方式により半導体表面上に微細パターンを形成することにおいて、夫々異なる問題点を有している。
【０００７】
例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐ発光素子 Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング（ｄｒｙ ｅｔｃｈｉｎｇ）の場合には、パワー調節が可能で、異方性を有するため、得られたパターンが精密で再現性のあるパターンを保障することができるが、イオンまたは中性原子による物理的衝突で半導体表面の特性が簡単に劣化するという問題がある。たとえｐ型ＧａＮ層上に他の物質で薄膜を蒸着してからドライエッチングにより薄膜をパターニングしても、上記薄膜が除去される部分に位置したｐ型ＧａＮ層に対する損傷は避けがたい。
【０００８】
図１の実線は、ｐ型ＧａＮ表面に電極を形成する前に、わざとハロゲンガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥで損傷を与えた窒化物発光素子のＩ−Ｖ特性を示し、損傷されない窒化物発光素子（◆）と異なり、点線Ｘは、損傷前の窒化物発光素子のＩ−Ｖ特性を示す。ドライエッチングにより損傷し窒化物発光素子は、低い電圧から電流が流れ始めるが、これは正常のキャリア再結合による電流ではなく、漏洩電流で、実際には殆ど光を発生させないという問題がある。
【０００９】
従って、ドライエッチングにより損傷した結晶を元の状態に取り戻す方法が研究されているが、ｐ型ＧａＮ層の表面はエッチング工程時に窒素空孔（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ）が発生し、ｎ型半導体化する現象が発生するため、一般的な後処理工程を通じては、元通りに取り戻されないという限界ある。このような形態の導電型変換（ｔｙｐｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）現象は、ｐｎ接合ダイオードでは致命的な欠陥となる。
【００１０】
これと異なり、ウェットエッチング工程の場合には、ドライエッチングとは異なりｐ型ＧａＮのような半導体表面に損傷を発生させないが、窒化物単結晶の特定面（例えば、ｃ面）において、エッチングが殆ど行われず、精密なパターニング工程が困難であるという短所がある。また、エッチングの深さが深い場合には、薄膜の上端が完全に除去されマスクのフォトレジスト層が剥離されるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためのもので、その目的はドライエッチング後に｛０００１｝ｃ面六方晶系半導体結晶の水平方向のエッチング特性を用いてドライエッチングによる損傷領域を最小化する微細パターンの形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、上記微細パターンの形成方法を用いて光出力が向上した微細パターンを有する半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の技術的な課題を実現するために、本発明の一側面は、ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記半導体結晶をドライエッチングすることで上記半導体結晶上に１次微細パターンを形成する段階と、上記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階を含む微細パターンの形成方法を提供する。ここで、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。
【００１４】
好ましく、上記半導体結晶はドライエッチングにより深刻に問題になるｐ型窒化物半導体であることができる。
【００１５】
ウェットエッチング段階において、ｃ面である底面は、殆どエッチングされないことがあるため、上記２次微細パターンの形成工程から得られた底面は上記１次微細パターン形成工程から得られた底面と同じｃ面であることができる。
【００１６】
本発明の一実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、上記２次微細パターンの側壁はｍ面であることができる。
【００１７】
本発明の他の実施例において、上記マスクのパターンは、夫々上記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることができる。本実施例において、上記ラインパターンはウェットエッチングのさらなる進行時間により、そのラインパターンの表面が不規則になって部分的に薄くなってドットパターンで提供されることができる。さらに、必要な場合に更なるエッチング進行でそのドットパターンさえも完全にエッチングされ無くなるようにすることができる。結果的に、このようなエッチング方法により該当半導体層の厚さが薄くなる半導体層の厚さの調節方法として活用されることもできる。
【００１８】
本発明の好ましい実施例において、上記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、上記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることができる。２次エッチング工程のウェットエッチング時間に従ってホールの内側壁は他の結晶面を有することができる。
【００１９】
即ち、上記２次微細パターンであるホールの内側壁は、ｍ面成分及びｓ面成分の結合からなることができる。また、ウェットエッチング時間をより持続させることで、上記ホールの内側壁がより安定された面でありながら、より低いカバレッジを提供することができるｒ面成分を含むことができる。
【００２０】
特定例において、上記２次微細パターンは複数のピラー（ｐｉｌｌａｒ）構造であることができる。
【００２１】
必要になって、上記２次微細パターンを形成する段階は、上記マスクを除去してから、または上記マスクを除去する前に行うことができる。
【００２２】
本発明の他の側面は、半導体発光素子の製造方法を提供する。特に微細パターンが求められるフォトニック結晶構造または表面プラズモン共鳴原理を用いた構造に有益に採用されることができる。
【００２３】
上記半導体発光素子の製造方法は、第１導電型及び第２導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、上記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、上記マスクを用いて上記第２導電型半導体層をドライエッチングすることで上記第２導電型半導体層上に１次微細パターンを形成する段階と、上記１次微細パターンが形成された第２導電型半導体層をウェットエッチングすることで上記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階と、上記マスクが除去された状態で上記第１及び第２導電型半導体層に接続されるように第１及び第２電極を形成する段階を含む。ここで、上記第２導電型半導体層はｃ面六方晶系半導体結晶で、上記ウェットエッチング工程から得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することができる。
【００２４】
上記第２導電型半導体層に形成された上記２次微細パターンは、上記活性層において発生した光は上記第２導電型半導体層の表面を通じて外部に抽出されるとき、周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果を減殺され光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。
【００２５】
好ましいフォトニック結晶構造として活用するためには、上記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に光透過性伝導層を形成することができる。例えば 光透過性を有する金属層またはＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物層を形成することができる。
【００２６】
好ましく、表面プラズモン共鳴原理を用いた構造を形成するために、上記第２電極を形成する段階は、上記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上にＡｇのような高反射性金属を含む高反射性金属層を形成する段階を含むことができる。上記高反射性金属層は多層構造であることができる。
【００２７】
上記第２導電型半導体層は上記活性層に注入された電子−正孔対の再結合により発生するエネルギーから上記第２導電型半導体層と上記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することができる。
【００２８】
好ましく、上記２次微細パターンから上記活性層の間の第２導電型半導体層の厚さは５０ｎｍ以下であることができる。
【００２９】
本発明による製造方法は、上記半導体積層体が窒化物半導体の発光素子に有益に採用されることができる。この場合、上記第２導電型半導体層はｐ型窒化物半導体層であることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、所望のパターン面積のうち、最小限の領域のみをドライエッチングしてから、水平方向のウェットエッチングを通じて構造物を形成することでドライエッチングによる損傷領域を最小化することができ、結晶方向（パターン形成方向）及びウェットエッチングの条件（時間等の条件）を適切に調節することで、微細パターンの高さと大きさを自由に決めながらも高い再現性を有する微細パターンを確保することができる。このような微細パターンをフォトニック結晶構造または表面プラズモンによる構造に適用することで、光効率に優れた半導体発光素子を提供することができる。
【００３１】
また、本発明による微細パターンは、六方晶系結晶性により後続のウェットエッチング過程において自然に特定の幾何学的な模様が形成されるため、殆ど損傷のないｃ面、ｍ面、ｓ面及び／またはｒ面等の固有の結晶面を有する。このような結晶面は半導体発光素子において金属または伝導性酸化物の電極層と直接接することができるため、ｐ型オーミックコンタクトを形成することに、より有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【００３３】
図２ａ乃至図２ｄは、本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【００３４】
図２ａに図示されたように、本微細パターンの形成工程は、ｃ面六方晶系半導体結晶１１を設ける段階から始まる。
【００３５】
上記半導体結晶１１は、ＧａＮのような窒化物半導体のみではなく、他の公知の六方晶系半導体であることができる。特に、上記半導体結晶１１はドライエッチングによる損傷に脆弱なｐ型窒化物層であることができる。本発明においては、上面がｃ面｛０００１｝で提供される六方晶系半導体結晶を用いる。
【００３６】
次いで、図２ｂのように、上記半導体結晶１１上に所定のパターンを有するマスク１８を形成する。
【００３７】
上記マスク１８は、フォトレジストパターンであることができる。本工程においては、半導体結晶１１の上面にフォトレジストを塗布してから通常のリソグラフィ工程やホログラフィックリソグラフィまたはナノインプリント等の工程を適用して所望のパターンを有するマスク１８を形成することができる。
【００３８】
このようなパターンは、必要によって周期的なパターンであることができるが、本発明に採用されることができるマスク１８のパターンは多様である。例えば、上記パターンは１次元ラインパターン、２次元三角格子または四角格子のパターンのような周期的なパターンであることができ、短い範囲における周期性（ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）が低く、長い範囲における周期性（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）を有する反周期性パターン（ｑｕａｓｉ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）であることができ、不規則な非周期性パターン（ｎｏｎ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）であることができる。
【００３９】
本発明において、このような周期性または反周期性は維持されても、パターンの大きさ及び形状は変更されることができる。これはマスクを用いたドライエッチング後に等方性（本発明では水平方向）のウェットエッチング工程が進行されるためである。これに対しては図２ｃ及び図２ｄを参照して詳細に説明する。
【００４０】
次いで、本微細パターンの形成工程は、１次ドライエッチングと２次ウェットエッチングを結合したハイブリッドエッチング工程が適用される。
【００４１】
即ち、図２ｃのように、上記マスク１８を用いて半導体結晶１１をドライエッチングして１次微細パターンＰ１を形成する。本工程で得られる１次微細パターンＰ１は、上記マスク１８の開放された幅Ｗ１に該当する幅と上記半導体結晶１１の所定の深さｄ１を有するようにドライエッチングする。本ドライエッチングで得られた１次微細パターンＰ１の深さ（または、パターン構造の高さ）は、最終微細パターン（図２ｄのＰ２）の深さとほぼ同じであるが、その幅Ｗ１（または、パターンの大きさ）は、最終微細パターンの幅より小さくなる。これに対しては図２ｄにおいて詳細に説明する。
【００４２】
また、上述のように、本工程では、ドライエッチングで使用されるイオンと中性原子による半導体結晶１１の微細パターンＰ１の全体面にわたって損傷領域Ｄが発生する。即ち、１次微細パターンＰ１の底面のみではなく、その側壁までドライエッチングに直接露出され結晶が損傷する領域Ｄが存在するが、図２ｄのウェットエッチング工程により最小化されることができる。
【００４３】
図２ｄの工程では、上記１次微細パターンＰ１が形成された半導体結晶にウェットエッチングを行う。ここでは、マスク１８を除去した後に行ったが、これに限定されず、本ウェットエッチング工程後にマスクを除去することもできる。
【００４４】
このようなウェットエッチング工程は、安定されたｃ面に対しては殆どエッチングが進行しないため、１次微細パターンＰ１の水平方向に進行する。このような水平方向に進行するウェットエッチングは側壁が特定の結晶面になるまで進行する。これは特定結晶面にエッチング率が著しく低下するため、高い再現性を有するように実施されることができる。
【００４５】
このように、上記１次微細パターンＰ１は、その水平方向に拡張され、その側壁が固有の結晶面を有する２次微細パターンＰ１で提供されることができ、結果的に、上記２次微細パターンＰ２は１次微細パターンＰ１の深さｄ１と同じ深さｄ２とその幅Ｗ１より大きい幅Ｗ２を有することができるためである。
【００４６】
本工程において、図２ｄに図示されたように、水平方向に拡張され得られた底面と新たに露出した側壁は損傷領域が発生しないか、除去されることができる。従って、１次微細パターンＰ１の底面に該当する領域に限ってのみ損傷領域Ｄ'が残留するようになる。
【００４７】
従って、２次微細パターンＰ２は、全体露出面積において損傷領域Ｄ'の比率を最小化させることができる。このような原理を応用して損傷領域の比率をより低めるようにマスクパターン設計及びドライエッチング工程を調整することができる。
【００４８】
より具体的に説明すると、マスク１８の幅Ｗ１を減少させ１次微細パターンＰ１の深さをより増加させることで、１次微細パターンＰ１に該当する損傷された底面の面積を減少させながら２次微細パターンＰ２で得られた新たな面積を増加させることができる。
【００４９】
結果的に、２次微細パターンＰ２の全体露出面積に対する損傷領域Ｄ'の比率をより大きく減少させることができ、これによりドライエッチングによって発生する損傷領域による電気的特性の低下のような影響を画期的に改善することができる。
【００５０】
本発明において、ドライエッチングにより得られた１次微細パターンの底面が半導体結晶の上面と同一のｃ面であることができ、そのｃ面は非常に安定的な結晶面であるため、１次微細パターンの側壁にウェットエッチングが進行してもその底面で殆どエッチングが起こらない。従って、２次微細パターンの深さは１次微細パターンの深さで決まり、ドライエッチングを通じ最終微細パターンの深さを正確に調節することができる。
【００５１】
また、本発明による水平方向のウェットエッチングは、これにより表れる側壁が特定の結晶面になるとき、非常に低いエッチング率を有するようになる。例えば、窒化物単結晶の場合、ｓ面｛１−１０１｝、ｍ面｛１−１００｝、ｒ面｛１−１０２｝のような側壁を有することができる。
【００５２】
従って、本ウェットエッチング工程は、自動的にエッチング進行が中断するセルフターミネイティング（ｓｅｌｆ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）であるため、工程均一度（または、高い再現性）を確保するのに非常に有利である。
【００５３】
このように、本発明において、最終パターンの形状と大きさを得るために、マスクのパターンだけではなく、ウェットエッチングされる結晶方向が重要な役割をする。このような結晶方向はエッチングされる半導体結晶上に形成されるマスクパターンにより選ばれることができる。
【００５４】
即ち、結晶面によりウェットエッチングに対する影響が異なるため、マスクパターンにより露出する結晶パターンの側壁にいかなる結晶面が露出するように形成されるかによって多様なパターンを得ることができる（実施例１Ａ、Ｂ参照）。
【００５５】
特に、本発明者は、ドライエッチングによってほぼ円形のホール（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｈｏｌｅ）を形成するとき、これを水平方向のウェットエッチングすることで六角形のホール（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｈｏｌｅ）の微細パターンに変化させることができるということを発見した。このような微細パターンはサブマイクロメートルの大きさを有し、六角形の各辺が互いに１２０°の角度をなし、非常に鋭く形成されることができる（実施例１Ｃ参照）。これは既存の如何なる半導体エッチング方法でも達成することができなかった本発明のみの特徴であると言える。
【００５６】
さらに、上述のように、六角形で露出された各結晶面はウェットエッチングにより他の結晶面を有することができる。特に、ウェットエッチング条件により側壁の結晶面は傾いた面であることができるため、更なる電極物質の蒸着に有利なカバレッジを有する側壁を提供することもできる。
【００５７】
以下、本発明の多様な実施例を通じ本発明の作用と効果に対してより詳細に説明する。
【００５８】
（実施例１Ａ）
本実施例では、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に配列されたラインパターンのマスクを形成した。その周期は約０．６μｍに設定した。次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した（図３ａ）。
【００５９】
次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行い、走査型電子顕微鏡（そうさがたでんしけんびきょう、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＥＭ）で観察してから、さらに２０分間（総３０分）行った。
【００６０】
１０分間ウェットエッチングを適用した結果、図３ｂのように、水平ウェットエッチングの前に多少傾いていた初期側壁が垂直な側壁を成したが、さらに進行してもＧａＮの比較的に安定的な結晶面の｛１−１００｝面、即ち、ｍ面になり、これ以上エッチングが進行しなかった。底面の安定的なｃ面に対してはほぼエッチングが進行しなった。
【００６１】
本実施例を通じ、ドライエッチング後の損傷領域を側壁及び一部底面から除去すると共に、綺麗な結晶面を得ることができるということを確認することができる。このような結晶面は半導体素子において優れた電気的コンタクトを保障することができる。
【００６２】
（実施例１Ｂ）
本実施例では、上述の実施例１Ａと類似に、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に複数のラインパターンのマスク（周期：約０．６μｍ）を形成するが、その形成方向及び配列を異なるようにした。即ち、本実施例では、＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に配列された複数のラインパターンを形成した。次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した（図４ａ）。
【００６３】
次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行い、ＳＥＭで観察してから（図４ｂ）、さらに２０分間（総３０分）、その上さらに２０分（総５０分）を行い、夫々をＳＥＭで観察した（図４ｃ及び図４ｄ）。
【００６４】
本実施例の結果、ドライエッチングされた結果であるパターン（図４ａ）は実施例１Ａ（図３ａ）と類似な形態を有する。
【００６５】
しかし、図４ｂのように、水平方向のウェットエッチングが進行しながらパターンの幅が増加し（パターン構造物の幅が次第に減少）、時間が経つほどエッチングが続けて進行され、図４ｃのように、３０分経過時点では、ラインに従って配列されたドットパターンで残る。さらに進行すると、完全に平らな平面のみが残るようになる（図４ｄ参照）。ウェットエッチングは安定化された他の結晶面に比べ、＜１１−２０＞方向へは相対的に高いエッチング率を有するため、ウェットエッチングの時間による持続的なパターンの変化が発生すると理解することができる。
【００６６】
このように、本実施例によると、比較的に低い損傷を有する多様な深さと幅の一次元格子及びドットパターンを提供することができる。
【００６７】
また、本実施例（＜１−１００＞方向格子の水平ウェットエッチング）で確認できるように、本来はウェットエッチングされないｃ面を一定厚さで除去することができるということを確認することができる。即ち、本発明では、狭い面積をドライエッチングして溝を形成し、後続工程に水平ウェットエッチングを用いる。最初のドライエッチングの深さを調節することで本来のエピタキシャル層の厚さを所望するほど薄くすることも可能である。
【００６８】
特にｐ型ＧａＮ層の表面は損傷のためにドライエッチングができず、ｃ面であるため、ウェットエッチングも出来ないが、本発明の工程を用いると損傷部位を最小化しながら厚さを薄くすることができる。
【００６９】
（実施例１Ｃ）
本実施例では、上記実施例１Ａ及び１Ｂと異なり、３次元パターンを採用した。ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に約０．３μｍ大きさの複数の円形マスクパターンを約０．６μｍ周期で縦と横方向に形成した。
【００７０】
次いで、０．１μｍの深さまでドライエッチングを行ってからマスクを除去した。次いで、４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１００℃で約１０分間行ってからＳＥＭで撮影した。図５に示したようにピラー構造（直径：約１３０ｎｍ）のような３次元パターンが形成されたことを確認することができた。
【００７１】
（実施例１Ｄ）
本実施例では、上記実施例１Ｃのように３次元パターンを採用するが、ｃ面ＧａＮ半導体結晶上に約１００ｎｍ大きさの複数の円形ホールを有するマスクパターンを約０．５μｍ間隔で縦と横方向に形成した。
【００７２】
マスクを用いてｃ面ＧａＮ表面にドライエッチング（約０．１μｍ）でほぼ円形のホールパターンを形成し、マスクを除去した（図６ａ）。円形のホールパターンを形成してから４Ｍ ＫＯＨ水溶液で、約１０８℃で約３０分間ウェットエッチングを進行した。結果は図６ｂに示したように、各辺が｛１−１００｝ｍ面と平行な六角形のホール模様の微細パターンが形成されてからは、これ以上エッチングが進行しなかった。
【００７３】
（実施例１Ｅ）
本実施例は、実施例１Ｄと類似に適用するが、最終ホールの側壁で結晶面の変化をより容易に観察するために、実施例１Ｄのようにホールの周期は維持するがホールの直径を大きくして実施した。
【００７４】
本実施例の水平方向のウェットエッチング（１００℃、４Ｍ ＫＯＨ水溶液）後に得られた六角形ホールの断面をＳＥＭ写真で撮影した。図７ａは１０分のウェットエッチングを適用した結果で、図７ｂは、４０分間エッチングした結果である。
【００７５】
その結果、ウェットエッチングが進行するほど、ホールの側壁において相対的に安定的でないｓ面が占める面積が減り、ｍ面が占める面積が増えることがわかる。より具体的に説明すると、図７ａにはｍ面と底面のｃ面が接する部分がｓ面からなっていたが、エッチングが進行するに従ってｒ面を経て次第にｃ面に近づくことが分かる。
【００７６】
このように、ウェットエッチングの進行時間に従い六角形ホールの断面をＳＥＭで確認した結果、初期ドライエッチングによって形成された側壁の模様がウェットエッチングが進行するに従って安定された結晶面が現れるまで変化することが分かった。特に、ホールの内部側壁の結晶面は底面である｛０００１｝ｃ面と、ウェット条件（時間）により｛１−１０１｝ｓ面、｛１−１００｝ｍ面、｛１−１０２｝ｒ面等の組合せで構成されることができる。このとき、ｃ面方向へはウェットエッチングが進行しないため、ホールの深さは変化しないが、底面の微細な屈曲や傾きが存在する場合、上記の水平方向へのエッチング作用により除去されることができると推定することができる。
【００７７】
上述のように、本発明により得られた微細パターンは、水平エッチングにより表れた結晶面は、本来ドライエッチングによって発生した損傷面が除去された綺麗な面で、その結晶面に電気的コンタクト層が形成される場合、優れたオーミック特性を保障することができる。また、結晶面により傾斜度を調整し電極物質を蒸着するとき、接触性を改善することもできる。
【００７８】
このような微細パターンの形成工程は、多様な半導体素子の機能性パターンを形成するのに広く適用されることができ、特に半導体発光素子の光効率を向上させるためのパターンを形成するのに有益に適用されることができる。図８ａに例示された実施形態はフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）の適用例である窒化物半導体発光素子８０を示す。
【００７９】
図８ａを参照すると、窒化物半導体発光素子８０は、サファイア基板８１とそのサファイア基板８１上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層８２、活性層８４及びｐ型窒化物半導体層８５を含む。
【００８０】
また、上記窒化物半導体発光素子８０は、上記ｎ型窒化物半導体層８２と上記ｐ型窒化物半導体層８５に夫々電気的に接続されるｎ側及びｐ側電極８９ａ，８９ｂを含む。
【００８１】
上記ｐ型窒化物半導体層８５上には、一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンＰ３は、図２ａ乃至図２ｄにおいて説明した工程（実施例１Ｄ）を通じて得ることができる。即ち、図８ｂに図示されたように、六角形状のホールが一定周期に配列されるように採用されている。
【００８２】
本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンＰ３が形成されたｐ型窒化物半導体層８５上には光透過性導電層８７がさらに形成される。上記光透過性導電層８７はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら、光透過性を有する物質であれば、好ましく使用することができる。例えば、Ｎｉ／Ａｕのような光透過性金属層またはＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物層を使用することができる。
【００８３】
また、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓは５０ｎｍ以下であることができる。一方、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓ、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記ｐ型窒化物半導体層８５の厚さｔｓは１０ｎｍ以上が好ましい。
【００８４】
上記ｐ型窒化物半導体層８５に形成された上記微細パターンＰ３は上記活性層８４において発生した光が上記ｐ型窒化物半導体層８５の表面を通じ外部に抽出されるときに周辺の空気または封止材の低い屈折率による全反射効果が減殺させ光抽出効率を改善するフォトニック結晶構造として作用することができる。
【００８５】
本発明の微細パターンの形成工程は、ウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図８ａに図示されたフォトニック結晶構造を有する窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。
【００８６】
本実施形態においては、窒化物半導体発光素子を特定して説明したが、様々な公知の他の半導体物質からなる発光素子にも有益に適用されることができる。
【００８７】
また、図８ａに図示された実施形態は、ｐ型窒化物半導体層のような特定半導体層の表面上にフォトニック結晶で例示されているが、表面プラズモンに採用される周期的な微細パターンを形成する方法に応用されるが、光抽出のための不規則な凹凸パターンを異種物質で提供するときにも、結晶の表面を保護しながら所望の微細パターンを形成する方法にも非常に有益に使用されることができる。
【００８８】
実施例２は、フォトニック結晶を有する発光素子に対する実験及びその結果である。
【００８９】
（実施例２）
本実施例では、緑色の波長を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
【００９０】
本実施例で製造された発光素子は、約１５０ｎｍ厚さのｐ型ＧａＮ上に円形ホールのマスクを用いて実施例１Ｄの条件と類似に、５４ｎｍ深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程（１０分間実施）を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図８ａに図示された構造と類似に、ｐ型ＧａＮ層上に光透過性電極層で、ＩＴＯのような光透過性伝導性酸化物を蒸着しｐ側コンタクトを形成し、ｎ型ＧａＮ層を部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたｎ型ＧａＮ層上にｎ側コンタクトを形成した。
【００９１】
このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を確認するために、実施例２により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例と比較して図９及び図１０に示した。 ここで、基準例はｐ型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、Ａｇコンタクトのみが形成された発光素子構造の結果である。
【００９２】
図９は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図１０は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【００９３】
先ず、図９に示したように、本発明の実施例２により製造された窒化物半導体発光素子は図１で確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないＩ−Ｖ特性を有することを確認することができた。本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例（Ｒｅｆ）に比べて同じ電流で電圧が多少高いと示されたが、大きな差はなく、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善して本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。
【００９４】
図１０は本発明の本実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【００９５】
図１０に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例（Ｒｅｆ）に比べフォトニック結晶の回折効果により３５０ｍＡ電流で約２４％輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造されたフォトニック結晶パターンを精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させてチップの外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができる。
【００９６】
図１１は、本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（表面プラズモン共鳴原理の適用例）を示す側断面図である。
【００９７】
本明細書において、用いられる表面プラズモン（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）は、金属薄膜の表面で起きる電子の集団的振動（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）で、これにより発生した表面プラズモン波は金属と誘電体の境界面に従って進行する表面電磁気波である。表面プラズモンと活性層の間で結合が生じると、活性層において生じる自発放出は表面プラズモンにより増加し、自発放出により生成された光は多くの部分が表面プラズモンで励起される。このような原理を用いて発光素子の効率を向上させようとするものが表面プラズモン半導体発光素子といえる。
【００９８】
図１１を参照すると、サブマウント基板１２０にソルダーにより搭載された表面プラズモン窒化物半導体発光素子１１０が図示されている。
【００９９】
上記窒化物半導体サファイア基板１１１とそのサファイア基板１１１上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層１１２、活性層１１４及びｐ型窒化物半導体層１１５を含む。
【０１００】
また、上記窒化物半導体発光素子１１０は上記ｎ型窒化物半導体層１１２と上記ｐ型窒化物半導体層１１５に夫々電気的に接続されるｎ側及びｐ側電極１１７、１１８を含む。
【０１０１】
上記ｐ型窒化物半導体層１１５上には一定の周期性を有する微細パターンが形成される。このような微細パターンＰ４は図２ａ乃至図２ｄにおいて説明した工程（実施例１Ｄ）を通じ六角形状のホールが一定周期で配列されたパターンが得られる。
【０１０２】
本実施形態においては、図示されたように、周期的な微細ホールパターンＰ４が形成されたｐ型窒化物半導体層１１５上にはｐ側電極１１８として高反射性金属層を形成する。上記高反射性金属層はオーミックコンタクトを保障することができる物質でありながら所定の反射率を有する物質であれば好ましく使用されることができる。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのような単層または複層の金属物質であることができる。
【０１０３】
また、表面プラズモン共鳴が生じるためには、活性層１１５と高反射性金属層間の距離が非常に重要である。従って、ｐ型窒化物半導体層１１５は上記活性層１１４から放出された光により上記ｐ型窒化物半導体層１１５と上記高反射性金属層の界面で表面プラズモンが励起されることができる厚さが求められる。
【０１０４】
好ましくは、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓは５０ｎｍ以下であることができる。一方、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓ、即ち、格子構造までの距離が近すぎる場合、漏洩電流が急激に増加するという問題点があるため、上記ｐ型窒化物半導体層１１５の厚さｔｓは１０ｎｍ以上が好ましい。
【０１０５】
本実施形態のように、表面プラズモン共鳴は、発光効率を改善するための原理で発光素子に採用されることができる。
【０１０６】
このような形態においては、励起された表面プラズモンを光に再変換するためには、ｐ型窒化物半導体層１１５と金属層の界面には周期的格子構造である微細パターンＰ４が求められる。特に、このような周期的な格子構造は活性層から発生する波長によりパターンの精密な周期及び大きさが決まる。
【０１０７】
このような事情を勘案すると、ドライエッチングが好ましい。しかし、上述のように、表面プラズモン共鳴が生じるためには条件（入射光の波長、金属と接する物質の屈折率）のうち、活性層１１４と金属層間の距離が非常に重要である。一般的に、その距離は相対的に５０ｎｍ以下で小さいため、ドライエッチングによるｐ型窒化物半導体層１１５の損傷が深刻に問題されることができるが、パターンで最終に残留する損傷領域を最小化することができる。また、本発明の微細パターンの形成工程はウェットエッチングを用いても結晶面によるエッチング率の差により高い精密度と優れた再現性を有するように具現されることができる。従って、図１１に図示された表面プラズモン窒化物半導体発光素子に非常に有益に適用されることができる。
【０１０８】
（実施例３）
本実施例では、実施例２と類似に緑色の波長を有するＩｎＧａＮ多重量子井戸の活性層を有する窒化物半導体発光素子を製作した。
【０１０９】
本実施例で製造された発光素子は、約６６ｎｍ厚さのｐ型ＧａＮ上に円形ホールのマスクを用いて実施例１Ｄの条件と類似に３３ｎｍ深さでドライエッチング後にウェットエッチング工程（１０分間実施）を適用して六角形ホールパターンを形成した。次いで、図１１に図示された構造と類似に、ｐ型ＧａＮ層上にＡｇ層の高反射性金属層が含まれた多層金属電極を蒸着してｐ型コンタクトを形成し、ｎ型ＧａＮ層が部分的に露出されるようにメサエッチングを行い露出されたｎ型ＧａＮ層上にｎ側コンタクトを形成した。
【０１１０】
このように、本発明の方法により製造された半導体発光素子の電気的 特性及び輝度の向上を確認するために、実施例３により得られた窒化物半導体発光素子の電気的特性及び輝度の向上を測定し、その結果を基準例（Ｒｅｆ）と比較して図１２及び図１３に示した。ここで、基準例はｐ型窒化物半導体層上にパターンを形成しないで、実施例３と同じ多層金属電極のみが形成された発光素子構造の結果である。
【０１１１】
図１２は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフで、図１３は、本実施例による窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【０１１２】
先ず、図１２に示したように、本発明の実施例３により製造された窒化物半導体発光素子は図１において確認したように、ドライエッチング時の結晶損傷による漏洩電流が殆ど発生しないＩ−Ｖ特性を有することを確認することができた。但し、通常の窒化物半導体発光素子に比べ非常に薄いｐ型窒化物半導体層を有する本実施例の特徴によりＩ−Ｖ曲線上に多少不規則な折れが観察された。
【０１１３】
本実施例による窒化物半導体発光素子は基準例（Ｒｅｆ）に比べて同じ電流で電圧が殆ど同じであると示され、ウェットエッチング時に得られた結晶面の面積比率が多くなるように設計することで接触抵抗を改善し本実施例より優れた電気的特性を期待することができる。
【０１１４】
図１３は、本発明の他の実施例により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【０１１５】
図１３に示したように、本実施例による窒化物半導体発光素子は、基準例（Ｒｅｆ）に比べて表面プラズモン共鳴効果によって３５０ｍＡ電流で約６４％輝度が向上されたことを確認することができた。即ち、本発明によるエッチング工程を通じ製造された微細格子構造を精密なプロファイルで形成し発光素子チップ内部の多重量子井戸に注入された電子−正孔対のエネルギーが表面プラズモンを媒介体にし光に変換されチップ外部に放出される。
【０１１６】
また、表面プラズモンを媒介にせず、自発放出により発生した光のうち、発光素子チップ内部で全反射され拘束される光の一部を回折させチップ外部に放出されることができる角度で進行方向を変換する。これを通じ、発光素子輝度も大きく向上させることができた。
【０１１７】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、上記の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】ドライエッチングによりｐ型ＧａＮ層が損傷された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線の変化を示すグラフである。
【図２ａ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｂ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｃ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図２ｄ】本発明による水平ウェットエッチングを用いた微細パターンの形成工程を説明するための各工程毎の断面図である。
【図３ａ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図３ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図３ｃ】本発明の微細パターンの形成工程の一実施例（１Ａ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ａ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｃ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図４ｄ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｂ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｃ）で得られた３次元パターン（ピラー構造）を撮影したＳＥＭ写真である。
【図６ａ】本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例（１Ｄ）において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したＳＥＭ写真である。
【図６ｂ】本発明の微細パターンの形成工程のさらに他の実施例（１Ｄ）において、ドライエッチング後と水平ウェットエッチング後に得られた微細パターンを撮影したＳＥＭ写真である。
【図７ａ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｅ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図７ｂ】本発明の微細パターンの形成工程の他の実施例（１Ｅ）において、水平ウェットエッチングの適用時間によるパターン変化を示すＳＥＭ写真である。
【図８ａ】本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（フォトニック結晶構造の適用例）を示す側断面図である。
【図８ｂ】図８ａに図示された窒化物半導体発光素子のＡ−Ａ'方向に切開してみた微細パターン層の平面図である。
【図９】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（２）により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。
【図１０】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（２）により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【図１１】本発明の製造方法により得られた窒化物半導体発光素子（表面プラズモン共鳴構造の適用例）を示す側断面図である。
【図１２】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（３）により製造された窒化物半導体発光素子の電流−電圧曲線を示すグラフである。
【図１３】本発明の半導体発光素子の製造方法の一実施例（３）により製造された窒化物半導体発光素子の電流による光出力を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、
前記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記半導体結晶をドライエッチングすることで前記半導体結晶上に１次微細パターンを形成する段階と、
前記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで前記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階を含み、
前記ウェットエッチングすることで得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記半導体結晶はｐ型窒化物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記１次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記２次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じｃ面であることを特徴とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、
前記２次微細パターンの側壁は、ｍ面であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記マスクのパターンは、複数の微細ホール構造で、
前記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項７】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｍ面成分及びｓ面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項８】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｒ面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項９】
前記２次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記２次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去した後に行われることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記２次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去する前に行われることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１２】
第１導電型及び第２導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、
前記半導体積層体の第２導電型半導体層上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記第２導電型半導体層をドライエッチングすることで前記第２導電型半導体層上に１次微細パターンを形成する段階と、
前記１次微細パターンが形成された第２導電型半導体層をウェットエッチングすることで前記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階と、
前記マスクが除去された状態で前記第１導電型及び第２導電型半導体層に接続されるように第１及び第２電極を形成する段階を含み、
前記第２導電型半導体層はｃ面六方晶系半導体結晶で、前記ウェットエッチングすることで得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２電極を形成する段階は、前記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に透明電極層を形成する段階を含む請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２電極を形成する段階は、前記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に高反射性金属層を形成する段階を含む請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２導電型半導体層は、前記活性層から放出された光により前記第２導電型半導体層と前記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２導電型半導体層の厚さは、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体積層体は窒化物半導体で、
前記第１導電型及び第２導電型半導体層は、夫々ｎ型及びｐ型窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記１次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記２次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じｃ面であることを特徴とすることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、
前記２次微細パターンの側壁は、ｍ面であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、
前記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｍ面成分及びｓ面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｒ面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記２次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記マスクの除去は、前記１次微細パターンを形成する段階と前記２次微細パターンを形成する段階の間に行われることを特徴とする請求項１３から請求項２４の何れかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記マスクの除去は、前記２次微細パターンを形成する段階後に行われることを特徴とする請求項１３から請求項２４の何れかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
ｃ面六方晶系半導体結晶を設ける段階と、
前記半導体結晶上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記半導体結晶をドライエッチングすることで前記半導体結晶上に１次微細パターンを形成する段階と、
前記１次微細パターンが形成された半導体結晶をウェットエッチングすることで前記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階を含み、
前記ウェットエッチングすることで得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記半導体結晶はｐ型窒化物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記１次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記２次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じｃ面であることを特徴とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、
前記２次微細パターンの側壁は、ｍ面であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記マスクのパターンは、複数の微細ホール構造で、
前記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項７】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｍ面成分及びｓ面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項８】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｒ面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項９】
前記２次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記２次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去した後に行われることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記２次微細パターンを形成する段階は、前記マスクを除去する前に行われることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の微細パターンの形成方法。
【請求項１２】
第１導電型及び第２導電型半導体層とその間に活性層を有する半導体積層体を提供する段階と、
前記半導体積層体の第２導電型半導体層上に所定のパターンを有するマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて前記第２導電型半導体層をドライエッチングすることで前記第２導電型半導体層上に１次微細パターンを形成する段階と、
前記１次微細パターンが形成された第２導電型半導体層をウェットエッチングすることで前記１次微細パターンが水平方向に延びた２次微細パターンを形成する段階と、
前記マスクが除去された状態で前記第１導電型及び第２導電型半導体層に接続されるように第１及び第２電極を形成する段階を含み、
前記第２導電型半導体層はｃ面六方晶系半導体結晶で、前記ウェットエッチングすることで得られた２次微細パターンの底面と側壁は夫々固有の結晶面を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２電極を形成する段階は、前記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に透明電極層を形成する段階を含む請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２電極を形成する段階は、前記２次微細パターンが形成された第２導電型半導体層上に高反射性金属層を形成する段階を含む請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２導電型半導体層は、前記活性層から放出された光により前記第２導電型半導体層と前記高反射性金属層の界面において表面のプラズモンが励起されることができる厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２導電型半導体層の厚さは、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体積層体は窒化物半導体で、
前記第１導電型及び第２導電型半導体層は、夫々ｎ型及びｐ型窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記１次微細パターンを形成する段階から得られた底面は、前記２次微細パターンを形成する段階から得られた底面と同じｃ面であることを特徴とすることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１１−２０＞方向に形成され＜１−１００＞方向に従って配列された複数のラインパターンで、
前記２次微細パターンの側壁は、ｍ面であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記マスクのパターンは、夫々前記半導体結晶の＜１−１００＞方向に形成され＜１１−２０＞方向に従って配列された複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記マスクのパターンは複数の微細ホール構造で、
前記２次微細パターンは六角形の解放口を有する複数の微細ホール構造であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｍ面成分及びｓ面成分の結合からなるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記２次微細パターンを形成する段階は、
前記２次微細パターンの側壁がｒ面成分が発生するように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記２次微細パターンは、ピラー構造であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記マスクの除去は、前記１次微細パターンを形成する段階と前記２次微細パターンを形成する段階の間に行われることを特徴とする請求項１３から請求項２４の何れかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記マスクの除去は、前記２次微細パターンを形成する段階後に行われることを特徴とする請求項１３から請求項２４の何れかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公開番号】特開２０１２−４４２１７（Ｐ２０１２−４４２１７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９８４３（Ｐ２０１１−２４９８４３）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【分割の表示】特願２００８−２４８７８７（Ｐ２００８−２４８７８７）の分割
【原出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（５０９１５６５３８）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【分割の表示】特願２００８−２４８７８７（Ｐ２００８−２４８７８７）の分割
【原出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（５０９１５６５３８）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (114)
【Ｆターム（参考）】
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