(57)【要約】【課題】輝度を向上させることができるＺｎＳｅ系発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップが実装基板３１に実装された発光装置であって、ＬＥＤチップは、ｎ型ＺｎＳｅ基板１上に形成されたｎ型ＺｎＳｅ系化合物層２，３と、ｎ型ＺｎＳｅ基板から見てｎ型ＺｎＳｅ系化合物層より遠い位置に形成されたｐ型ＺｎＳｅ系化合物層５，７と、ｎ型ＺｎＳｅ系化合物層とｐ型ＺｎＳｅ系化合物層との間に位置する活性層４とを備え、そのｎ型ＺｎＳｅ基板中に自己活性発光中心ＳＡを含み、実装基板３１に対して、ｐ型ＺｎＳｅ系化合物層ダウンの配置で実装されている。【選択図】　　　　図１
2004031856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が実装基板に実装された発光装置であって、
前記発光素子は、第１導電型ＺｎＳｅ基板上に形成された第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層と、前記第１導電型ＺｎＳｅ基板から見て前記第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層より遠い位置に位置する第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層と、前記第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層と第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層との間に位置する活性層とを備え、
前記発光素子は、その第１導電型ＺｎＳｅ基板に自己活性発光中心を含み、前記実装基板に対して、前記第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層ダウンの配置で実装されており、
前記第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面上に、その第１導電型ＺｎＳｅ基板の第１導電型不純物濃度より高濃度の第１導電型不純物を含む高濃度第１導電型不純物ＺｎＳｅ層を備え、発光の出射面は前記高濃度第１導電型不純物ＺｎＳｅ層を含む前記第１導電型ＺｎＳｅ基板表面によって構成される、ＺｎＳｅ系発光装置。
【請求項２】
前記高濃度第１導電型不純物ＺｎＳｅ層の上の周縁部に沿って設けられた金属層の格子状電極を備える、請求項１に記載のＺｎＳｅ系発光装置。
【請求項３】
前記発光素子の実装面側と反対側の出射面を構成する表層部に、凹凸模様からなるテクスチャが形成されている、請求項１または２に記載のＺｎＳｅ系発光装置。
【請求項４】
自己活性発光中心を有する第１導電型ＺｎＳｅ基板上に、第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層、その上に形成された活性層およびその上に形成された第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層を含む発光素子が、実装基板に実装された発光装置の製造方法であって、
前記自己活性発光中心を含む第１導電型ＺｎＳｅ基板を準備する工程と、
前記第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面を洗浄する工程と、前記第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面にその第１導電型不純物の濃度よりも高濃度の第１導電型不純物を含むＺｎＳｅ膜を形成する工程とを備え、
前記発光素子を、前記実装基板に対して、前記第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層ダウンの配置で実装する工程とを備える、ＺｎＳｅ系発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記発光素子の発光の出射面を構成する前記第１導電型ＺｎＳｅ基板表面の前記高濃度不純物ＺｎＳｅ膜の周縁部に沿って金属膜を形成する格子状電極形成工程を備える、請求項４に記載のＺｎＳｅ系発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記発光素子の実装面側と反対側の出射面を構成する表層部に、凹凸模様からなるテクスチャを形成する工程を備える、請求項４または５に記載のＺｎＳｅ系発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記テクスチャ形成工程では、イオンミリングにより前記テクスチャを形成する、請求項６に記載のＺｎＳｅ系発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面を洗浄する工程においては、２５０℃以下の温度域で、前記第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面を塩酸ガスでエッチングする第１洗浄工程と、その後、前記表面をラジカル水素処理する第２洗浄工程とを行う、請求項４〜７のいずれかに記載のＺｎＳｅ系発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＺｎＳｅ系発光装置およびその製造方法に関し、より具体的には、高輝度化をはかったＺｎＳｅ系発光装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＺｎＳｅ系白色発光素子では、ｎ型ＺｎＳｅ基板上に形成されたｐｎ接合を含む活性層において青色光を発光し、さらに、ＺｎＳｅ基板における自己活性発光中心（ＳＡ（Ｓｅｌｆ−Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）中心）がその青色光を受けて励起され黄色光を発光する。図１９は、ＺｎＳｅ系白色発光素子を示す構成概略図である。ＳＡ中心を有するｎ型ＺｎＳｅ基板１０１の上にｎ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層１０３が形成され、その上に少なくとも１つのｐｎ接合を含む発光層である活性層１０４が形成されている。その上にはｐ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層１０５が形成されている。活性層１０４で発光を生じさせるには、ｎ型ＺｎＳｅ基板１０１の裏面に設けたｎ型電極１１２と、ｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層１０５の上に設けたｐ型電極１１０との間に電圧を印加する。電圧は、ｐｎ接合に順方向電圧がかかるように、ｐ型電極１１０に所定の電圧を、またｎ型電極１１２にそれより低い電圧を印加する。この電圧印加により、ｐｎ接合にキャリアが注入され、活性層１０４で発光が生じる。ＺｎＳｅ化合物半導体の場合、活性層から発光される光は、活性層１０４のＺｎＳｅ系化合物層のバンドギャップに相当する波長の青色から青緑色の領域の色である。この青色発光は狭いバンド幅を有する。
【０００３】
この青色光は、上面側のｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層を通り出射面から外に出射されるだけでなく、下側のｎ型ＺｎＳｅ基板１０１にも到達する。ｎ型ＺｎＳｅ基板には、あらかじめ、ヨウ素、アルミニウム、塩素、臭素、ガリウム、インジウム等の少なくとも１種類をドーピングしてｎ型導電性としている。このドーピングにより、ＺｎＳｅ基板には上述のＳＡ発光中心が形成される。上記の青色光を含む５１０ｎｍ以短の短波長域の光の照射により、ＳＡ発光中心から、５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの長波長域の光が発光される。この長波長域の光は、黄色または橙色の可視光である。上記のようなＳＡ発光中心から発光される光を蛍光とよぶことがある。
【０００４】
図２０は、上記の青色発光およびＳＡ発光のスペクトルを示す図である。ＳＡ発光は非常に広い範囲の波長を含むブロードな発光であり、青色発光は青色波長付近に位置する鋭いピークを有する発光である。この２つの発光を組み合わせることにより、白色発光を得ることができる。
【０００５】
図２１に上記のＺｎＳｅ発光素子の出射面付近の一例を示す。図示していないＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井戸活性層およびその上のｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層の上に、０．２μｍ厚のｐ型ＺｎＳｅ層１０６、ＺｎＴｅとＺｎＳｅの積層超格子構造からなるｐ型コンタクト層１０７が順次設けられている。さらにその上に、６０ｎｍ厚のｐ型ＺｎＴｅ層１０８が設けられている。このような各エピタキシャル層の上に、２０ｎｍ厚のＡｕ薄膜電極１１０が形成されている。
【０００６】
ｐｎ接合での発光は、電極から注入される電流密度が高い位置ほど強く発光するが、ｐ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層は非常に薄いので、そのシート抵抗の高さから、それ自体で注入電流を面内方向に広げることはできない。つまり周縁部に電極を形成しても、そこから層全体に電流を広げることはできない。そのため、金（Ａｕ）膜は、電流がｐｎ接合全体に行き渡って流れるよう、上記のように、薄いｐ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル膜全体に覆い重なるように形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造の場合、ｐ型電極の金膜は光の吸収率が低くなく、光の出射面の全面にわたって形成されるので、光の透過を妨げ、発光素子の輝度を低下させてしまう。このため、金膜の厚みを薄くする検討もなされたが、その場合は、今度は金膜内でのシート抵抗の上昇により、電流がｐｎ接合全体に行き渡りにくくなることから、その厚みを、例えば２０ｎｍより極端に薄くすることは困難であった。よって金膜による光の吸収をゼロにすることはできなかった。
【０００８】
また上記のようなｐ型電極に起因する輝度の低下の他に輝度を低下させる別の要因として次の全反射の要因がある。図２２は、発光素子おいて発光点１３５から発光した光が、空気との界面において、どれだけ透過して外に取り出されるか説明する図である。図２２によれば、界面と９０°に近い臨界角度内で交差する光は空気層に透過して取り出すことができるが、それより斜めに傾いて交差する光は全反射して空気層に出射されない。全反射する入射角の範囲は、発光素子の屈折率が大きくなるほど顕著になる。図２３は全反射の原理を説明する図である。屈折率が大きい媒体（発光素子）から屈折率が小さい媒体（空気）に向って光が進むとき、入射角が臨界角θｃより小さい場合には、図中の破線のように光は外の空気内に出て伝播する。しかし、入射角が臨界角より大きい場合には、図中の細線のように媒体の界面で反射して、外部の空気に光が伝播しない。
【０００９】
このような全反射は、スネルの法則をもとに説明することができる。スネルの法則によれば、屈折率の異なる２媒体の界面に入射する光の入射角および屈折角の間には、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２が成立する。全反射が生じる場合、図中の太線のように、空気内を光が伝播しない条件として屈折角９０°とする。したがって、空気の屈折率を１とし、空気における屈折角θ２は９０°で、ｓｉｎθ２＝１となるので、発光素子における全反射角θ１と屈折率との条件：ｓｉｎθ１＝１／ｎ１が成り立つ。このθ１が上述の全反射の臨界角θｃである。臨界角θｃより斜めに傾いた角度で発光素子の表面にいたる光は全反射して、空気に取り出すことができない。臨界角θｃは、発光素子の屈折率ｎ１が大きいほど、ｓｉｎθｃ＝１／ｎ１にしたがって小さくなり、空気内に光を取り出しにくくなる。すなわち、屈折率が大きい媒体ほど垂直入射に近い光でないと、全反射する光量が多くなり光を空気側に取り出しにくくなる。
【００１０】
図２４は、１つの発光点１３５を基準に、全反射しない範囲または全反射する範囲を示す図である。１つの発光中心１３５を基準にして、全反射しないで空気中に取り出すことができる範囲は、発光中心を頂点とする円錐１３６の内部の範囲である。ＺｎＳｅ系化合物の屈折率は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物より大きいので、全反射の影響をより強く受け、上記の円錐はより細い円錐となる。
【００１１】
上記の問題点をまとめると、ＺｎＳｅ系発光装置では、光が出射されるｐ型電極側で出射光がｐ型電極を構成する金膜により吸収を受け、かつ全反射により空気中に取り出すことができる光量が絞られる。上記の２つの問題点は、ともにＺｎＳｅ発光装置の輝度を低下させる。このため、ＺｎＳｅ発光素子の輝度を高めるための方策が強く望まれていた。
【００１２】
ＬＥＤ素子の輝度を高める手段として、ＬＥＤを構成する半導体基板が、ＬＥＤの発光波長に対して透明であるような場合、活性層を形成するエピタキシャル層を実装面側に配置する、いわゆるエピダウン構造の採用が知られている。通常のＬＥＤの構造では、実装面側は半導体基板であり（エピアップ構造）、実装面と反対側である素子発光の出射面は、活性層のあるエピ層側となっているが、このエピダウン構造では、出射面は半導体基板側となる。本発明のＺｎＳｅ系白色発光素子においても、エピダウン構造の採用により、発光色の空間分布の改善などの効果が得られることは既に示されている（特許公報第３０８７７４２号）。しかしながら、従来の技術では、ｎ型ＺｎＳｅ基板の不純物濃度が低いため、低い接触抵抗を有する良好なｎ型電極を構成することができず、所望の低電圧にて素子を発光させるためには、ＺｎＳｅ基板面側に形成するｎ型電極は、上記のエピタキシャル層側のｐ型電極と同様に基板表面全体を覆うような前面電極が必要となった。そのため、上記のｐ型電極と同様の素子の発光を吸収してしまうようなｎ型電極を有するエピダウン構造は、高輝度の素子とならず、エピダウン構造のメリットが得られない問題があった。
【００１３】
本発明は、輝度を向上させることができるＺｎＳｅ系発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のＺｎＳｅ系発光装置は、発光素子が実装基板に実装された発光装置である。この発光素子は、第１導電型ＺｎＳｅ基板上に形成された第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層と、第１導電型ＺｎＳｅ基板から見て第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層より遠い位置に位置する第２導電型ＺｎＳｅ化合物層と、第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層と第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層との間に位置する活性層とを備える。そして、発光素子は、その第１導電型ＺｎＳｅ基板に自己活性発光中心を含み、実装基板に対して、第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層ダウンの配置で実装され、第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面上に、その第１導電型ＺｎＳｅ基板の第１導電型不純物濃度より高濃度の第１導電型不純物を含む高濃度第１導電型不純物ＺｎＳｅ層を備え、発光の出射面は高濃度第１導電型不純物ＺｎＳｅ層を含む第１導電型ＺｎＳｅ基板表面によって構成されている。
【００１５】
上記の第２導電型ＺｎＳｅ層ダウン実装とは、ＺｎＳｅ基板アップ実装と同じであり、また上記第１導電型ＺｎＳｅ層および第２導電型ＺｎＳｅ層がともにエピタキシャル成膜されるため、エピダウン実装と呼ぶこともある。上記の構成により、エピダウン実装がなされ、光の出射面はＺｎＳｅ基板の表面（底面）となる。上記の出射面は高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ層を含む第１導電型ＺｎＳｅ基板表面によって構成されることとなる。
【００１６】
この高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ層を形成することにより、その上に配置する金属電極とその層との接触抵抗が著しく低減できるため、ＺｎＳｅ基板側表面に設ける電極は、エピタキシャル層表面に設ける金膜電極のように全面に設ける必要がない。比較的小さいな面積を覆う金属電極にて、所望の低電圧にて素子に電流注入を行うことができるようになる。
【００１７】
青色光が活性層の全面で発生さえすれば、第１導電型ＺｎＳｅ基板側の高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ膜上に設けられる、上記の低接触抵抗第１導電型電極はどのような形状でもよい。活性層に近い第２導電型電極は、第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層が薄いため、そのシート抵抗を避ける必要性から、全面に設けることが必須である。しかし、活性層から遠い位置にある高濃度第１導電型ＺｎＳｅ膜に設けられる電極は、上記のように接触抵抗が十分低いと言う条件のもとでは、必ずしも全面を覆う必要がない。なぜなら、第１導電型ＺｎＳｅ基板が十分厚いため、そのシート抵抗は低く、基板中にて電流は全面に広がるからである。第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層全面を覆う第２導電型電極と組み合わせて、活性層の各領域に所定の電圧が印加されればよい。このため、たとえば、ＺｎＳｅ基板表面には周縁部に沿って格子状電極を形成すればよい。そのため、電極が配置されない出射面の領域では、光は青色光および黄色光ともに吸収層を通らずに出射される。
【００１８】
また、とくに黄色光は、基板ダウン実装する場合、基板の底面全面に配置されていた第１導電型電極に反射されてから、出射方向へ出射される成分が多くなるが、その底面電極での反射率は低く、吸収される比率が高かったが、上記のエピダウン実装の配置では、大部分の成分がＺｎＳｅ基板側からそのまま出射されるので、金膜電極の存在だけでなく、配置上からも黄色光の強度を高めることができる。このため、白色光の色度をより暖色系にすることが可能となる。
【００１９】
なお、上述のように、第１導電型および第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層は、エピタキシャル成長法により形成されるが、通常、「エピタキシャル」を省略する。
【００２０】
また、ある層がＺｎＳｅ基板の上に形成されたとは、形成されたときＺｎＳｅ基板の上に形成されていればよい。また、ある層をＺｎＳｅ基板の上に形成するとき、そのＺｎＳｅ基板の表面が上向きになっていても下向きになっていてもよい。
【００２１】
また、上記の第１導電型電極の１例としては、上記の高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ層の上の周縁部に沿って設けられた金属層の格子状電極を備えることができる。
【００２２】
さらに、上記の発光素子の実装面側と反対側の出射面を構成する表層部に、凹凸模様からなるテクスチャが形成されるのがよい。
【００２３】
上記の凹凸模様のテクスチャを設けることにより、従来全反射していた部分からも光の向きによっては斜面において透過する条件を満たし単位面積あたりの出射光量、すなわち輝度を高めることができる。テクスチャを構成する凹凸模様における各凹凸を形成する面は、表面に対してどのような角度で交差してもよく、また平面状でも曲面状でもよい。曲面の場合、凸曲面でも凹曲面でもよい。畝状に延びる凹凸模様でもよいし、点状凹凸がランダムに領域を覆うような凹凸模様であってもよい。
【００２４】
ＺｎＳｅ基板は比較的脆弱であるため、直接、基板表面にテクスチャを形成しようとすると、基板中の結晶欠陥や基板表面上の酸化物や汚れなどが原因となって、形成したテクスチャ構造中の意図しない部分に欠け落ちなどが生じ、形状的に不揃いの凹凸模様が形成されやすい。これに対し、上記の高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ膜は、基板表面より清浄な表面を有し、また結晶欠陥の少ないエピタキシャル層からなっていることから、その表層部にテクスチャを形成することにより、意図した通りに整列した凹凸模様を形成することができる。この場合、より多くの光に対して透過条件を満たす凹凸模様を形成しやすくなる。
【００２５】
格子電極が形成される場合にテクスチャを形成するとき、当然、格子状電極で囲まれた中にテクスチャが形成されることになる。この場合、出斜面の正面中心部の輝度を高めることができる。
【００２６】
上記の高濃度不純物第１導電型ＺｎＳｅ膜の形成とテクスチャを設けることにより、全面を覆う第２導電型電極と全反射という２つの輝度低下要因を除くことができる。この結果、発光装置の輝度を大きく向上させることができる。
【００２７】
本発明のＺｎＳｅ系発光装置の製造方法は、自己活性発光中心を有する第１導電型ＺｎＳｅ基板上に、第１導電型ＺｎＳｅ系化合物層、その上に形成された活性層およびその上に形成された第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層を含む発光素子が、実装基板に実装された発光装置の製造方法である。この製造方法は、自己活性発光中心を含む第１導電型ＺｎＳｅ基板を準備する工程と、第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面を洗浄する工程と、第１導電型ＺｎＳｅ基板の表面にその第１導電型不純物の濃度よりも高濃度の第１導電型不純物を含むＺｎＳｅ膜を形成する工程とを備える。そして、発光素子を、実装基板に対して、第２導電型ＺｎＳｅ系化合物層ダウンの配置で実装する工程とを備える。
【００２８】
上記により、エピダウン実装による出射面の第２導電型電極の全面被覆の廃止、白色光中のＳＡ発光成分を高めることができる。
【００２９】
また、発光素子の発光の出射面を構成する第１導電型ＺｎＳｅ基板表面の高濃度不純物ＺｎＳｅ膜の周縁部に沿って、金属膜を形成する格子状電極形成工程を備えることができる。
【００３０】
この方法により、オーミックな基板電極を形成することができる。
さらに、上記の発光素子の実装面側と反対側の出射面を構成する表層部に、凹凸模様からなるテクスチャを形成する工程を備えることが望ましい。この結果、透過条件をより多く充足できる出射面を形成することができる。とくに高濃度不純物ＺｎＳｅ膜を形成した後にテクスチャを設けることにより、凹凸模様を意図した通りの整列した模様を形成することができる。この結果、各方向に進む光に対して系統的に透過条件を満たす斜面を形成することができる。
【００３１】
また、上記の凹凸模様形成工程では、イオンミリングにより凹凸模様を形成するのがよい。イオンミリングによれば比較的脆いＺｎＳｅ基板に対して、整列した凹凸模様を系統的に、かつ結晶に損傷を与えることなく、形成することが可能になる。
【００３２】
さらに、上記の洗浄工程では、２５０℃以下の温度域で、ＺｎＳｅ基板の表面を塩酸ガスでエッチングする第１洗浄工程と、その後、表面をラジカル水素処理する第２洗浄工程とを行うのがよい。
【００３３】
この方法により、ＺｎＳｅ層の活性層を高温加熱で損傷を与えることなく、確実にオーミックの電極を得ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＺｎＳｅ系発光装置を示す断面図である。図１において、ｎ型ＺｎＳｅ基板１の上面に接して基板１よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度ＺｎＳｅエピタキシャル層１５が設けられている。この高濃度ＺｎＳｅエピタキシャル層１５の上面に接してＴｉ／Ａｕからなる格子状電極１２が設けられている。この高濃度ＺｎＳｅエピタキシャル層１５は、Ｔｉ／Ａｕ格子状電極１２がオーミック電極となることが容易となるように設けられている。この高濃度ＺｎＳｅエピタキシャル層１５は、またこの発光装置における出射面１６を形成する。
【００３６】
この高濃度ＺｎＳｅ膜１５の製造方法を以下に説明する。まず、図２に示すように、ＳＡ発光中心を有するＺｎＳｅ基板をケモメカニカルポリッシュ法により、４００μｍ厚みから２００μｍ厚みに研磨する。次いで、図３に示すように、重クロム酸と硫酸とを含む溶液を用いて鏡面エッチングを行う。この段階では、まだエッチングされた表面には酸化物や雰囲気中の埃などのパーティクル２２が付着している。
【００３７】
次いで、真空チャンバ内で、２５０℃以下で塩酸ガスを用いてＺｎＳｅ基板に対してエッチングを行う。２５０℃以下でエッチングを行うのは、ＺｎＳｅエピタキシャル発光層などを高温で損傷させないためである。２５０℃以下で塩酸ガスエッチングを行うために、基板表面には塩素が吸着残留する。このため、ラジカル水素処理を行い、吸着した塩素を除去し、清浄表面を得る（図４）。次いで、大気にさらすことなく、上記の清浄表面にｎ型ＺｎＳｅ基板１よりも高濃度のｎ型不純物を含むｎ＋型ＺｎＳｅ膜１５をｎ型ＺｎＳｅ基板１の上に形成する（図５）。
【００３８】
ｎ型ＺｎＳｅ基板には、ｎ型不純物であるヨウ素、アルミニウム、塩素、臭素、ガリウム、インジウム等を１種類以上ドーピングし、５１０ｎｍ以短の波長の光の照射により５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域の発光をするＳＡ発光中心を形成している。このＳＡ発光の光を蛍光と呼ぶこともある。以後、ＺｎＳｅ基板に形成される各層はいずれもエピタキシャル層であるが、上述したように、エピタキシャル層であることを一々断らない。
【００３９】
ＺｎＳｅ基板の下面側には、順に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２と、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３と、ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井戸活性層４と、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５およびｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層７が配置されている。ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層７には格子状のＴｉ／Ａｕ電極１０ｂと、その格子状電極で囲まれた中に金膜からなるｐ型電極１０ａとを備えている。Ｔｉ／Ａｕ電極１０ｂと金膜１０ａとから構成されるｐ型電極１０は、実装基板３１の側に向いて実装されている。
【００４０】
図６にｐ型電極１０の分解斜視図を示す。図６に示すように、枠状（格子状）のＴｉ／Ａｕ膜１０ｂと、その中に位置する金膜１０ａとによって、ｐ型電極１０が構成されている。また、ｎ型電極は、枠状（格子状）のＴｉ／Ａｕ膜１２から構成される。
【００４１】
上記の構造によれば、エピダウン実装がなされ、発光の出射面はＺｎＳｅ基板の表面（底面）となる。この配置の場合、青色光が活性層の全面で発生さえすれば、ｎ型ＺｎＳｅ基板に設けられる電極はどのような形状でもよい。すなわち、活性層に近いｐ型電極はｐ型ＺｎＳｅ層全面に設けることが必須であるが、活性層から遠い位置にあるｎ型ＺｎＳｅ基板に設けられる電極は必ずしも全面を覆う必要がない。ｐ型ＺｎＳｅ層全面を覆うｐ型電極と組み合わせて、活性層の各領域に所定の電圧が印加されればよい。このため、たとえば、図７に示すように、ＺｎＳｅ基板表面には周縁部に沿って格子状電極を形成すればよい。
【００４２】
このため、活性層の短波長域の青色光およびＳＡ発光（蛍光）の黄色光ともに、ｐ型電極を構成する金膜によって吸収されることがなくなり、発光装置の輝度を高めることができる。また、とくに黄色光は、基板ダウン実装する場合、基板の底面全面に配置されていたｎ型電極に反射されてから、出射方向へ出射される成分が多く、その底面ｎ型電極での反射率は低く、吸収される比率が高かったが、上記のエピダウン実装の配置では、大部分の成分がＺｎＳｅ基板側からそのまま出射されるので、金膜電極の存在だけでなく、配置上からも黄色光の強度を高めることができる。このため、寒色光の色度をより白色に近づけることが可能となる。
【００４３】
例えば、エピタキシャル発光構造として、４８５ｎｍに鋭い発光ピークを持つ活性層の構造を選択し、基板としてヨウ素（Ｉ）をドーパントとしたＺｎＳｅ基板を採用すると、基板からのＳＡ発光は５８５ｎｍを重心とするブロードなピークを持つ発光となる。この両者の発光色を、（Ｘ，Ｙ）色度図上で表現すると、図８のようになる。エピタキシャル発光構造からの発光（青色発光）が図８上の黒四角点、ＺｎＳｅ基板のＳＡ発光（蛍光）が図８上の黒丸点となり、両者の混合色はこの２つの点を結ぶ線分上の点として表現される。従来のように、活性層からの青色発光の割合が多めの時は、点Ａに示されるような青みがかった白色、つまり寒色系の白色となる。上記の本実施例のように、ＳＡ発光の黄色発光の割合を高めることにより、純白色の点Ｂに近づけることができる。参考のために、黄色発光が強過ぎる場合は、点Ｃに示されるような黄みがかった白色、つまり暖色系の白色となる。
【００４４】
（実施例）
上記の実施例を本発明例１として、表１に示す。ただし、ｎ型ＺｎＳｅ基板として、アルミニウム（Ａｌ）をドーパントとして採用したものを用いた。
【００４５】
【表１】
2004031856.tif 000003
【００４６】
表１によれば、本発明例１は、基板ダウンの比較例と比べて、輝度が２．０ｍＷから２．６ｍＷへと、約３０％向上したことが分る。また、色度についても、図８も合わせて参照して、とくに直上色度が（０．２６，０．２８）から（０．２８，０．２９）へと、寒色系からより白色系に近づいたことが分る。４５°方向色度についても、寒色系から少し白色系に近づいたことが分る。また動作電圧についても、基板ダウンのものと同等の低電圧が得られた。
【００４７】
上記のように、高濃度不純物ＺｎＳｅ膜を備え、蛍光中心を含有するｎ型ＺｎＳｅ基板を出射面側にして、エピタキシャル層を実装基板側に配置した基板アップ（エピタキシャル層ダウン）の実装を用いることにより、動作電圧を変化させることなく、輝度を向上することができた。また、寒色系の色度をより完全な白色に近づけることができるようになった。
【００４８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２におけるＺｎＳｅ系発光装置を示す断面図である。本実施の形態では、エピダウン実装により出射面を形成するＺｎＳｅ基板１の出射面にテクスチャ３０を設けることに特徴がある。他の部分の構造は、実施の形態１におけるＺｎＳｅ系発光装置の構造と同様である。ただし、出射面を形成するＺｎＳｅ基板の表面には、高濃度不純物ｎ型ＺｎＳｅ膜は形成していない点が、形態１と異なる。
【００４９】
この構造によれば、実施の形態１の発光装置に加えて、テクスチャによる界面での透過光の増大をはかることにより、輝度上昇を得ることができる。このテクスチャは、比較的脆弱な材料であるＺｎＳｅ基板に加工によって得ることは、それほど容易なことではない。次に、ＺｎＳｅ基板にテクスチャを形成する方法について説明する。
【００５０】
まず、図１０に示すように、ｎ型ＺｎＳｅ基板１の出射面に格子状電極１２を形成し、その上にフォトリソグラフィ用のフォトレジスト２３をパターニング配置する。次いで、図１１に示すように、±４５°方向からキセノンイオンＸｅ＋を照射してイオンミリングを行う。イオンミリング後にフォトレジストを除去すると、テクスチャ３０が形成された基板表面が暴露される（図１２）。このテクスチャは、図１３（ａ）に示す整列された凹凸模様を形成することを意図して行う。しかしながら、実際はＺｎＳｅ基板表面には、酸化物や汚れが多く、また結晶欠陥も高密度で存在するため、図１３（ａ）のような整然としたテクスチャは容易には形成されず、図１３（ｂ）に示すような不揃いの畝状凹凸模様が形成される。この結果、全反射しないで、発光素子／空気の界面を透過する光量を増やし、輝度向上に貢献することはできるが、素子全面では意図した斜面角度を実現できない。
【００５１】
（実施例）
上記の実施の形態２の発光装置の実施例を本発明例２として、上述の表１に示す。表１によれば、本発明例２は、テクスチャのない本発明例１に比べて、輝度が２．６ｍＷから３．７ｍＷへと、４０％強向上したことが分る。また、比較例と比べると、実に８５％も輝度が向上している。色度については、図８も合わせて参照して、直上色度が（０．２８，０．２９）から（０．３０，０．３１）へと、寒色系からより完全な白色系に近づいたことが分る。４５°方向色度については、変わりない。しかし、素子の動作電圧は著しく高いものとなった。
【００５２】
上記のように、蛍光中心を有するＺｎＳｅ基板を出射面側にしてエピダウン実装を用い、さらに出射面にテクスチャを形成することにより、輝度を大幅に向上することができた。また、直上から見た寒色系の色度をより完全な白色に近づけることができるようになった。しかしながら、本構造では、ＺｎＳｅ基板に直接形成したｎ型格子状電極（Ｔｉ／Ａｕ）の接触抵抗が著しく高いため、従来の技術と同様に、良好なオーミック電極は得られず、動作電圧の高い素子となってしまい、所望の特性を得ることはできなかった。
【００５３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、出射面を構成するｎ型ＺｎＳｅ基板の表層部に、高濃度不純物ｎ型ＺｎＳｅ膜を形成し、さらにテクスチャを、その高濃度不純物ｎ型ＺｎＳｅ膜とその下のｎ型ＺｎＳｅ基板の表層部に形成することに特徴がある。他の部分の構造は、実施の形態１におけるＺｎＳｅ系発光装置の構造と同様である。
【００５４】
製造方法の一部を以下に説明する。
図１４に示すように、Ｔｉ／Ａｕからなる格子状電極１２をｎ＋型ＺｎＳｅ膜１５の周縁部に形成する。この後、図１５に示すようにフォトリソグラフィ用のフォトレジストをパターン配置して、±４５°方向からイオンミリングする（図１６）。この結果、図１７に示すように、ｎ＋型ＺｎＳｅ膜１５を含むｎ型ＺｎＳｅ基板１の表面にテクスチャ３０が形成される。このテクスチャは、ＺｎＳｅ基板の上に形成されるものの、ｎ＋型ＺｎＳｅ膜１５という、基板表面よりも清浄な表面を有し、また結晶欠陥の少ないエピタキシャル層から成る膜上に形成されている。このため、イオンミリングにより、意図しない凹凸部分が、結晶欠陥や汚れの影響で、欠け落ちることはなく、図１８に示すような周期性をもった配列の畝状溝を得ることができる。この結果、テクスチャの効果をフルに引き出すことができる凹凸模様を形成することができる。
【００５５】
（実施例）
上記の実施の形態３の発光装置の実施例を本発明例３として、上述の表１に示す。表１によれば、本発明例３は、ＺｎＳｅ基板上の高濃度不純物ｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル層のない本発明例２に比べて、輝度が３．７ｍＷから４．４ｍＷへと、２０％弱向上したことが分る。また、比較例と比べると、実に１２０％も輝度が向上している。色度については、図８も合わせて参照して、直上色度がほぼ完全な白色に近い（０．３１，０．３２）を、直上でも４５°方向でも得ることが可能となる。また素子の動作電圧も、所望の低電圧となった。
【００５６】
上記のように、蛍光中心を有するＺｎＳｅ基板を出射面側にしてエピタキシャル層を実装基板側に配置したエピダウン実装を用い、さらに出射面に意図した通り完全なテクスチャを形成することにより、動作電圧を変化させることなく、輝度を大幅に向上することができた。また、テクスチャの形成における製造歩留りを向上させることができる。
【００５７】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことを意図するものである。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のＺｎＳｅ系発光装置およびその製造方法によれば、自己活性発光中心を含むＺｎＳｅ基板を出射面側に配置するエピダウン実装により、輝度を向上させ、さらに白色光中のＳＡ発光成分の比率を高めることができる。さらに、基板の出射面にテクスチャを設けることにより、発光素子の表面を透過する光量を増し、輝度をさらに向上し、またさらに完全な白色光とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＺｎＳｅ系発光装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＺｎＳｅ系発光装置の製造において、ＺｎＳｅ基板をケモメカニカルポリッシュ法で研磨した状態を示す図である。
【図３】重クロム酸溶液と硫酸との混合液でエッチングした状態を示す図である。
【図４】真空チャンバ内で、かつ２５０℃以下で、塩酸ガスでエッチングし、次いでラジカル水素処理をした状態を示す図である。
【図５】図４の状態の後、大気に暴露しないで、高濃度のｎ型不純物を含むｎ＋型ＺｎＳｅエピタキシャル層をｎ型ＺｎＳｅ基板上に形成した状態を示す図である。
【図６】図１のＺｎＳｅ系発光装置のｐ型電極を示す斜視図である。
【図７】図１のＺｎＳｅ系発光装置のｎ型電極を示す斜視図である。
【図８】図１のＺｎＳｅ系発光装置において白色光を得る原理を説明する色度図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるＺｎＳｅ系発光装置の断面図である。
【図１０】図９のＺｎＳｅ系発光装置の製造において、出射面側にフォトレジストを形成した状態を示す図である。
【図１１】イオンミリングしている状態を示す図である。
【図１２】フォトレジストを除去した状態の図である。
【図１３】テクスチャの形状を示す図であり、（ａ）は理想的な形状であり、（ｂ）は実際に得られる形状を示す図である。
【図１４】ｎ＋型ＺｎＳｅエピタキシャル層の上にＴｉ／Ａｕの格子状電極を形成した段階の図である。
【図１５】フォトレジストを形成した状態を示す図である。
【図１６】イオンミリングを行っている状態を示す図である。
【図１７】フォトレジストを除去した状態を示す図である。
【図１８】テクスチャの拡大図である。
【図１９】従来のＺｎＳｅ系発光装置を示す図である。
【図２０】図１９の発光装置の活性層から出射される青色光およびＳＡ発光からの光の波長分布を示す図である。
【図２１】従来のＺｎＳｅ系発光装置におけるｐ型電極を示す図である。
【図２２】発光点からの光の透過挙動を示す図である。
【図２３】全反射を説明する図である。
【図２４】発光素子中の発光点から外部に取り出される光束（円錐）を示す図である。
【符号の説明】
１　ｎ型ＺｎＳｅ基板、２　ｎ型ＺｎＳｅバッファ層、３　ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、４　ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井戸活性層、５　ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、７　ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層、８　ｐ型ＺｎＴｅ層、１０　ｐ型電極、１０ａ　Ａｕ膜、１０ｂ　格子状Ｔｉ／Ａｕ膜、１２　ｎ型電極、１５　ｎ＋型ＺｎＳｅ層、１６　出射面、２２　パーティクル、２３　フォトレジスト、３０　テクスチャ、３１　実装基板、ＳＡ　自己活性中心。
【図１】
2004031856.tif 000004
【図２】
2004031856.tif 000005
【図３】
2004031856.tif 000006
【図４】
2004031856.tif 000007
【図５】
2004031856.tif 000008
【図６】
2004031856.tif 000009
【図７】
2004031856.tif 000010
【図８】
2004031856.tif 000011
【図９】
2004031856.tif 000012
【図１０】
2004031856.tif 000013
【図１１】
2004031856.tif 000014
【図１２】
2004031856.tif 000015
【図１３】
2004031856.tif 000016
【図１４】
2004031856.tif 000017
【図１５】
2004031856.tif 000018
【図１６】
2004031856.tif 000019
【図１７】
2004031856.tif 000020
【図１８】
2004031856.tif 000021
【図１９】
2004031856.tif 000022
【図２０】
2004031856.tif 000023
【図２１】
2004031856.tif 000024
【図２２】
2004031856.tif 000025
【図２３】
2004031856.tif 000026
【図２４】
2004031856.tif 000027