JP2004031856A

JP2004031856A - ZnSe-BASED LIGHT EMITTING DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD

Info

Publication number: JP2004031856A
Application number: JP2002189291A
Authority: JP
Inventors: Hideki Matsubara; 松原　秀樹
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ZnSe-based light emitting device that can be improved in luminance. <P>SOLUTION: In this light emitting device, an LED chip is mounted on a mounting substrate 31. The LED chip is provided with n-type ZnSe-based compound layers 2 and 3 formed on an n-type ZnSe substrate 1, p-type ZnSe-based compound layers 5 and 7 formed at positions farther than the compound layers 2 and 3 when the layers 5 and 7 are viewed from the substrate 1, and an active layer 4 positioned between the n-type compound layers 2 and 3 and p-type 5 and 7. In addition, the LED chip contains a self-activated luminescence center SA in the substrate 1. The LED chip is mounted on the mounting substrate 31 with the p-type ZnSe-based compound layers 5 and 7 in the epitaxial-down configuration. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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θ_ｃ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、ｎ_１ｓｉｎθ_１＝ｎ_２ｓｉｎθ_２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θ_２は９０°で、ｓｉｎθ_２＝１となるので、発光素子における全反射角θ_１と屈折率との条件：ｓｉｎθ_１＝１／ｎ_１が成り立つ。このθ_１が上述の全反射の臨界角θ_ｃである。臨界角θ_ｃ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θ_ｃは、発光素子の屈折率ｎ_１が大きいほど、ｓｉｎθ_ｃ＝１／ｎ_１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】

【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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ZnSe-based light emitting device and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a ZnSe-based light emitting device with high luminance and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In a ZnSe-based white light emitting element, blue light is emitted in an active layer including a pn junction formed on an n-type ZnSe substrate, and a self-active emission center (SA (Self-Activated) center) in the ZnSe substrate is the blue light. It is excited by receiving light and emits yellow light. FIG. 19 is a schematic configuration diagram illustrating a ZnSe-based white light emitting element. An n-type ZnSe-based compound epitaxial layer 103 is formed on an n-type ZnSe substrate 101 having an SA center, and an active layer 104 as a light emitting layer including at least one pn junction is formed thereon. A p-type ZnSe-based compound epitaxial layer 105 is formed thereon. In order to cause the active layer 104 to emit light, a voltage is applied between the n-type electrode 112 provided on the back surface of the n-type ZnSe substrate 101 and the p-type electrode 110 provided on the p-type ZnSe epitaxial layer 105. . A predetermined voltage is applied to the p-type electrode 110 and a lower voltage is applied to the n-type electrode 112 so that a forward voltage is applied to the pn junction. By this voltage application, carriers are injected into the pn junction, and light emission occurs in the active layer 104. In the case of a ZnSe compound semiconductor, light emitted from the active layer has a color in a blue to blue-green region having a wavelength corresponding to the band gap of the ZnSe-based compound layer of the active layer 104. This blue emission has a narrow bandwidth.
[0003]
This blue light is not only emitted out of the emission surface through the p-type ZnSe epitaxial layer on the upper surface side, but also reaches the n-type ZnSe substrate 101 on the lower side. The n-type ZnSe substrate is doped with at least one of iodine, aluminum, chlorine, bromine, gallium, indium and the like in advance to have n-type conductivity. By this doping, the above SA emission center is formed on the ZnSe substrate. By irradiation with light in the short wavelength range of 510 nm or shorter including the above-described blue light, light in the long wavelength range of 550 nm to 650 nm is emitted from the SA emission center. The light in the long wavelength region is yellow or orange visible light. Light emitted from the SA emission center as described above may be called fluorescence.
[0004]
FIG. 20 is a diagram showing the spectra of the above blue light emission and SA light emission. SA emission is broad emission including a very wide range of wavelengths, and blue emission is emission having a sharp peak near the blue wavelength. White light emission can be obtained by combining these two light emissions.
[0005]
FIG. 21 shows an example of the vicinity of the emission surface of the above ZnSe light emitting element. On a ZnSe / ZnCdSe multiple quantum well active layer (not shown) and a p-type ZnMgSSe clad layer thereon, a p-type ZnSe layer 106 having a thickness of 0.2 μm and a p-type contact layer having a laminated superlattice structure of ZnTe and ZnSe 107 are provided sequentially. Further thereon, a 60 nm-thick p-type ZnTe layer 108 is provided. An Au thin film electrode 110 having a thickness of 20 nm is formed on each of the epitaxial layers.
[0006]
The pn junction emits light at a position where the current density injected from the electrode is high, but the p-type ZnSe-based compound epitaxial layer is very thin. It cannot be spread in the in-plane direction. That is, even if an electrode is formed on the peripheral portion, the current cannot be spread from there to the entire layer. Therefore, the gold (Au) film is formed so as to cover the entire thin p-type ZnSe-based compound epitaxial film as described above so that the current flows all over the pn junction.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the above structure, the gold film of the p-type electrode does not have a low light absorptivity and is formed over the entire surface of the light emission surface, so that light transmission is hindered and the luminance of the light emitting element is reduced. . For this reason, studies have been made to reduce the thickness of the gold film. In this case, however, the increase in sheet resistance in the gold film makes it difficult for the current to spread to the entire pn junction. It was difficult to make it extremely thinner than 20 nm. Therefore, the absorption of light by the gold film could not be reduced to zero.
[0008]
In addition to the decrease in luminance caused by the p-type electrode as described above, another factor for reducing luminance includes the following total reflection factor. FIG. 22 is a diagram illustrating how light emitted from the light emitting point 135 in the light emitting element is transmitted and extracted outside at the interface with air. According to FIG. 22, light that intersects with the interface within a critical angle close to 90 ° can be transmitted through the air layer and extracted, but light that intersects obliquely more than that is totally reflected and emitted to the air layer. Not done. The range of the incident angle at which the light is totally reflected becomes remarkable as the refractive index of the light emitting element increases. FIG. 23 is a view for explaining the principle of total reflection. When light travels from a medium having a large refractive index (light emitting element) to a medium having a small refractive index (air), the incident angle becomes a critical angle θ. _c If it is smaller, the light propagates out of the air as shown by the dashed line in the figure. However, when the incident angle is larger than the critical angle, the light is reflected at the interface of the medium as shown by the thin line in the figure, and the light does not propagate to the outside air.
[0009]
Such total reflection can be explained based on Snell's law. According to Snell's law, n is between the angle of incidence and the angle of refraction of light incident on the interface between two media having different refractive indices. ₁ sin θ ₁ = N ₂ sin θ ₂ Holds. When total reflection occurs, the refraction angle is set to 90 ° as a condition that light does not propagate in the air, as indicated by the thick line in the drawing. Therefore, assuming that the refractive index of air is 1, the refraction angle θ in air ₂ Is 90 °, sin θ ₂ = 1, the total reflection angle θ in the light emitting element ₁ And condition of refractive index: sin θ ₁ = 1 / n ₁ Holds. This θ ₁ Is the critical angle θ of total reflection described above. _c It is. Critical angle θ _c Light that reaches the surface of the light emitting element at a more inclined angle is totally reflected and cannot be taken out to the air. Critical angle θ _c Is the refractive index n of the light emitting element ₁ Is larger, sin θ _c = 1 / n ₁ And it becomes difficult to extract light into the air. In other words, if the medium having a higher refractive index is not light that is closer to normal incidence, the amount of light that is totally reflected increases, making it difficult to extract light to the air side.
[0010]
FIG. 24 is a diagram showing a range in which total reflection is not performed or a range in which total reflection is performed based on one light emitting point 135. With reference to one light emission center 135, a range that can be taken out into the air without total reflection is a range inside the cone 136 having the light emission center as a vertex. Since the refractive index of the ZnSe-based compound is larger than that of the gallium nitride (GaN) -based compound, it is more strongly affected by the total reflection, and the above cone becomes a thinner cone.
[0011]
To summarize the above problems, in the ZnSe-based light emitting device, the emitted light is absorbed by the gold film constituting the p-type electrode on the side of the p-type electrode from which light is emitted, and is extracted into the air by total reflection. The amount of light that can be reduced. The above two problems both reduce the brightness of the ZnSe light emitting device. Therefore, a measure for increasing the luminance of the ZnSe light emitting device has been strongly desired.
[0012]
As a means for increasing the brightness of the LED element, when the semiconductor substrate constituting the LED is transparent to the emission wavelength of the LED, an epitaxial layer forming an active layer is arranged on the mounting surface side, which is a so-called epi-down structure. Recruitment is known. In the structure of a normal LED, the mounting surface side is a semiconductor substrate (epi-up structure), and the emission surface of device light emission opposite to the mounting surface is on the epi layer side with the active layer. Then, the emission surface is on the semiconductor substrate side. It has already been shown that the ZnSe-based white light-emitting device of the present invention can also achieve effects such as improvement of the spatial distribution of emission colors by employing the epi-down structure (Japanese Patent No. 3087742). However, in the conventional technique, since the impurity concentration of the n-type ZnSe substrate is low, a good n-type electrode having a low contact resistance cannot be formed. In order to make the element emit light at a desired low voltage, For the n-type electrode formed on the ZnSe substrate surface side, a front electrode was required to cover the entire substrate surface in the same manner as the above-mentioned epitaxial layer side p-type electrode. Therefore, an epi-down structure having an n-type electrode that absorbs light emitted from an element similar to the p-type electrode described above does not become a high-luminance element, and there is a problem that advantages of the epi-down structure cannot be obtained.
[0013]
An object of the present invention is to provide a ZnSe-based light emitting device capable of improving luminance and a method for manufacturing the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The ZnSe-based light emitting device of the present invention is a light emitting device in which a light emitting element is mounted on a mounting substrate. The light emitting device includes a first conductivity type ZnSe-based compound layer formed on a first conductivity type ZnSe substrate, and a first conductivity type ZnSe-based compound layer located farther from the first conductivity type ZnSe-based compound layer when viewed from the first conductivity type ZnSe substrate. It has a two-conductivity-type ZnSe compound layer and an active layer located between the first-conductivity-type ZnSe-based compound layer and the second-conductivity-type ZnSe-based compound layer. The light emitting element includes a self-active emission center on the first conductivity type ZnSe substrate, is mounted on the mounting substrate with the second conductivity type ZnSe-based compound layer down, and has a surface of the first conductivity type ZnSe substrate. A ZnSe layer having a high concentration of the first conductivity type containing a higher impurity concentration of the first conductivity type than the first conductivity type impurity of the first conductivity type ZnSe substrate is provided thereon. Of the first conductivity type ZnSe substrate including the n-type impurity ZnSe layer.
[0015]
The second conductive type ZnSe layer down mounting is the same as the ZnSe substrate up mounting, and the first conductive type ZnSe layer and the second conductive type ZnSe layer are both epitaxially formed. There is also. With the above configuration, epi-down mounting is performed, and the light emission surface becomes the surface (bottom surface) of the ZnSe substrate. The above-mentioned emission surface is constituted by a first conductivity type ZnSe substrate surface including a high concentration impurity first conductivity type ZnSe layer.
[0016]
By forming the high-concentration impurity first conductivity type ZnSe layer, the contact resistance between the metal electrode disposed thereon and the layer can be significantly reduced. Therefore, the electrode provided on the ZnSe substrate side surface is provided on the epitaxial layer surface. It is not necessary to provide it on the entire surface unlike the gold film electrode. With a metal electrode covering a relatively small area, current can be injected into the device at a desired low voltage.
[0017]
As long as blue light is generated on the entire surface of the active layer, the above-mentioned low contact resistance first conductivity type electrode provided on the high-concentration impurity first conductivity type ZnSe film on the first conductivity type ZnSe substrate side has any shape. May be. Since the second conductivity type electrode near the active layer has a thin second conductivity type ZnSe-based compound layer, it is essential to provide the second conductivity type electrode over the entire surface from the necessity of avoiding the sheet resistance. However, the electrode provided on the high-concentration first conductivity type ZnSe film located far from the active layer does not necessarily need to cover the entire surface under the condition that the contact resistance is sufficiently low as described above. This is because the first conductivity type ZnSe substrate is sufficiently thick, so that its sheet resistance is low and the current spreads over the entire surface in the substrate. A predetermined voltage may be applied to each region of the active layer in combination with the second conductivity type electrode covering the entire surface of the second conductivity type ZnSe-based compound layer. Therefore, for example, a grid electrode may be formed on the surface of the ZnSe substrate along the periphery. Therefore, in the region of the emission surface where the electrodes are not disposed, both the blue light and the yellow light are emitted without passing through the absorption layer.
[0018]
In particular, when the yellow light is mounted on the substrate, the component emitted from the first conductivity type electrode disposed on the entire bottom surface of the substrate and then emitted in the emission direction increases. Although the reflectance was low and the absorption ratio was high, in the above-described epi-down mounting arrangement, most of the components were directly emitted from the ZnSe substrate side, so not only the presence of the gold film electrode but also from the arrangement The intensity of yellow light can be increased. For this reason, it is possible to make the chromaticity of the white light more warm.
[0019]
As described above, the first conductivity type and the second conductivity type ZnSe-based compound layers are formed by an epitaxial growth method, but “epitaxial” is usually omitted.
[0020]
In addition, that a certain layer is formed on a ZnSe substrate means that the layer is formed on the ZnSe substrate when formed. When a certain layer is formed on a ZnSe substrate, the surface of the ZnSe substrate may be directed upward or downward.
[0021]
In addition, as an example of the above-mentioned first conductivity type electrode, a grid electrode of a metal layer provided along a peripheral portion on the high concentration impurity first conductivity type ZnSe layer can be provided.
[0022]
Further, it is preferable that a texture composed of a concavo-convex pattern is formed on the surface layer constituting the light emitting surface on the side opposite to the mounting surface side of the light emitting element.
[0023]
By providing the texture of the concavo-convex pattern, it is possible to satisfy the condition for transmitting light on a slope depending on the direction of light even from a portion that has been totally reflected in the past, and to increase the amount of emitted light per unit area, that is, the luminance. The surface on which each unevenness in the unevenness pattern constituting the texture may intersect with the surface at any angle, and may be flat or curved. In the case of a curved surface, it may be a convex curved surface or a concave curved surface. An uneven pattern extending in a ridge shape or an uneven pattern in which point-like unevenness covers a region at random may be used.
[0024]
Since the ZnSe substrate is relatively fragile, if the texture is directly formed on the substrate surface, crystal defects in the substrate and oxides and dirt on the substrate surface cause the intention in the formed texture structure. Chips or the like occur in portions that are not to be formed, and irregular patterns having irregular shapes are easily formed. On the other hand, the high-concentration impurity first conductivity type ZnSe film has a surface that is cleaner than the substrate surface and is composed of an epitaxial layer with few crystal defects. Thereby, it is possible to form an uneven pattern that is aligned as intended. In this case, it becomes easy to form a concavo-convex pattern that satisfies the transmission condition for more light.
[0025]
When a texture is formed when a grid electrode is formed, the texture is naturally formed inside the grid electrode. In this case, it is possible to increase the brightness at the front central portion of the outgoing slope.
[0026]
By forming the above-mentioned high-concentration impurity first conductivity type ZnSe film and providing the texture, it is possible to eliminate two factors of luminance reduction, that is, the second conductivity type electrode covering the entire surface and total reflection. As a result, the luminance of the light emitting device can be greatly improved.
[0027]
The method of manufacturing a ZnSe-based light emitting device of the present invention includes forming a first conductivity type ZnSe-based compound layer, a first conductive type ZnSe-based compound layer, and an active layer formed thereon on a first conductive type ZnSe substrate having a self-active emission center. A light emitting device including the second conductivity type ZnSe-based compound layer is mounted on a mounting substrate. This manufacturing method includes a step of preparing a first conductivity type ZnSe substrate including a self-active emission center, a step of cleaning a surface of the first conductivity type ZnSe substrate, and a step of cleaning the surface of the first conductivity type ZnSe substrate with the first conductivity type ZnSe substrate. Forming a ZnSe film containing a first conductivity type impurity at a higher concentration than the concentration of the type impurity. And mounting the light-emitting element on the mounting substrate with the second conductivity type ZnSe-based compound layer down.
[0028]
As described above, the entire surface of the emission surface of the second conductivity type electrode can be eliminated by the epi-down mounting, and the SA emission component in the white light can be increased.
[0029]
Further, the method may include a step of forming a grid-like electrode for forming a metal film along a peripheral portion of the high-concentration impurity ZnSe film on the surface of the first conductivity type ZnSe substrate constituting a light emission surface of the light emitting element.
[0030]
By this method, an ohmic substrate electrode can be formed.
Further, it is preferable to include a step of forming a texture having a concavo-convex pattern on a surface layer portion constituting an emission surface on a side opposite to a mounting surface side of the light emitting element. As a result, it is possible to form an emission surface that can satisfy transmission conditions more. In particular, by forming a texture after forming a high-concentration impurity ZnSe film, a pattern in which a concavo-convex pattern is aligned as intended can be formed. As a result, it is possible to form a slope that satisfies the transmission conditions systematically for light traveling in each direction.
[0031]
Further, in the above-mentioned uneven pattern forming step, it is preferable to form the uneven pattern by ion milling. According to the ion milling, it is possible to systematically form an uneven pattern on a relatively fragile ZnSe substrate without damaging the crystal.
[0032]
Further, in the above-described cleaning step, it is preferable to perform a first cleaning step of etching the surface of the ZnSe substrate with hydrochloric acid gas at a temperature range of 250 ° C. or lower, and then a second cleaning step of performing a radical hydrogen treatment on the surface. .
[0033]
According to this method, an ohmic electrode can be reliably obtained without damaging the active layer of the ZnSe layer by high-temperature heating.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a ZnSe-based light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a high-concentration ZnSe epitaxial layer 15 containing an n-type impurity at a higher concentration than the substrate 1 is provided in contact with the upper surface of the n-type ZnSe substrate 1. A lattice electrode 12 made of Ti / Au is provided in contact with the upper surface of the high-concentration ZnSe epitaxial layer 15. The high-concentration ZnSe epitaxial layer 15 is provided so that the Ti / Au lattice electrode 12 can easily become an ohmic electrode. This high-concentration ZnSe epitaxial layer 15 also forms the emission surface 16 in the light emitting device.
[0036]
A method for manufacturing the high-concentration ZnSe film 15 will be described below. First, as shown in FIG. 2, a ZnSe substrate having an SA emission center is polished from a thickness of 400 μm to a thickness of 200 μm by a chemomechanical polishing method. Next, as shown in FIG. 3, mirror etching is performed using a solution containing dichromic acid and sulfuric acid. At this stage, particles 22 such as oxides and dust in the atmosphere adhere to the still etched surface.
[0037]
Next, the ZnSe substrate is etched in a vacuum chamber at 250 ° C. or lower using hydrochloric acid gas. The reason why the etching is performed at 250 ° C. or lower is to prevent the ZnSe epitaxial light emitting layer and the like from being damaged at a high temperature. Since hydrochloric acid gas etching is performed at a temperature of 250 ° C. or less, chlorine remains adsorbed on the substrate surface. Therefore, a radical hydrogen treatment is performed to remove the adsorbed chlorine and obtain a clean surface (FIG. 4). Next, an n + -type ZnSe film 15 containing a higher concentration of n-type impurities than the n-type ZnSe substrate 1 is formed on the n-type ZnSe substrate 1 on the above-mentioned clean surface without being exposed to the atmosphere (FIG. 5).
[0038]
The n-type ZnSe substrate is doped with one or more types of n-type impurities such as iodine, aluminum, chlorine, bromine, gallium, indium, etc., and emits light in a wavelength range of 550 nm to 650 nm by irradiation with light having a wavelength shorter than 510 nm. The SA emission center is formed. This SA emission light may be referred to as fluorescence. Hereinafter, each of the layers formed on the ZnSe substrate is an epitaxial layer. However, as described above, the layers are not limited to the epitaxial layers.
[0039]
On the lower surface side of the ZnSe substrate, an n-type ZnSe buffer layer 2, an n-type ZnMgSSe cladding layer 3, a ZnSe / ZnCdSe multiple quantum well active layer 4, a p-type ZnMgSSe cladding layer 5, and a p-type ZnTe / ZnSe A grid contact layer 7 is provided. The p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 7 has a lattice-shaped Ti / Au electrode 10b and a p-type electrode 10a made of a gold film surrounded by the lattice-shaped electrode. The p-type electrode 10 composed of the Ti / Au electrode 10b and the gold film 10a is mounted facing the mounting substrate 31 side.
[0040]
FIG. 6 shows an exploded perspective view of the p-type electrode 10. As shown in FIG. 6, a p-type electrode 10 is composed of a frame-shaped (lattice-shaped) Ti / Au film 10b and a gold film 10a located therein. The n-type electrode is composed of a frame-shaped (lattice-shaped) Ti / Au film 12.
[0041]
According to the above structure, epi-down mounting is performed, and the emission surface of light emission becomes the surface (bottom surface) of the ZnSe substrate. In this arrangement, the electrode provided on the n-type ZnSe substrate may have any shape as long as blue light is generated on the entire surface of the active layer. That is, the p-type electrode close to the active layer must be provided on the entire surface of the p-type ZnSe layer, but the electrode provided on the n-type ZnSe substrate far from the active layer does not necessarily need to cover the entire surface. A predetermined voltage may be applied to each region of the active layer in combination with a p-type electrode covering the entire surface of the p-type ZnSe layer. Therefore, for example, as shown in FIG. 7, a grid-like electrode may be formed on the surface of the ZnSe substrate along the periphery.
[0042]
Therefore, both the blue light in the short wavelength region and the yellow light of SA emission (fluorescence) in the active layer are not absorbed by the gold film forming the p-type electrode, and the luminance of the light emitting device can be increased. In particular, yellow light, when mounted on a substrate, is reflected by the n-type electrode disposed on the entire bottom surface of the substrate, and then is largely emitted in the emission direction. In the above-described arrangement of the epi-down mounting, most of the components are emitted directly from the ZnSe substrate side, so that not only the presence of the gold film electrode but also the yellow light Can be increased in strength. For this reason, it is possible to make the chromaticity of the cool color light closer to white.
[0043]
For example, when a structure of an active layer having a sharp emission peak at 485 nm is selected as the epitaxial light emitting structure and a ZnSe substrate using iodine (I) as a dopant is employed as the substrate, SA emission from the substrate has a broad center of gravity of 585 nm. Light emission with a large peak. FIG. 8 shows the two emission colors on the (X, Y) chromaticity diagram. The light emission (blue light emission) from the epitaxial light emission structure is a black square point in FIG. 8, and the SA light emission (fluorescence) of the ZnSe substrate is a black circle point in FIG. 8, and the mixed color of both is on the line connecting these two points. Expressed as a point. As in the conventional case, when the ratio of blue light emission from the active layer is relatively high, the color becomes bluish white as indicated by a point A, that is, cool white. By increasing the ratio of yellow light emission of SA light as in the present embodiment, it is possible to approach the point B of pure white. For reference, if the yellow light emission is too strong, the color becomes a yellowish white as shown by a point C, that is, a warm white.
[0044]
(Example)
Table 1 shows the above example as Invention Example 1. However, a substrate employing aluminum (Al) as a dopant was used as the n-type ZnSe substrate.
[0045]
[Table 1]

[0046]
According to Table 1, it can be seen that, in Example 1 of the present invention, the luminance was improved by about 30% from 2.0 mW to 2.6 mW as compared with the comparative example in which the substrate was down. In addition, the chromaticity is also changed from a cold color system to a white system, in particular, the chromaticity immediately above is changed from (0.26, 0.28) to (0.28, 0.29) with reference to FIG. You can see that it is approaching. It can also be seen that the chromaticity in the 45 ° direction is slightly closer to white from cool color. The operating voltage was as low as that of the substrate down.
[0047]
As described above, a substrate-up (epitaxial layer down) mounting in which an n-type ZnSe substrate including a high-concentration impurity ZnSe film and containing a fluorescent center is used as an emission surface side and an epitaxial layer is arranged on a mounting substrate side is used. As a result, the luminance could be improved without changing the operating voltage. Further, the chromaticity of the cool color system can be made closer to perfect white.
[0048]
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a ZnSe-based light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention. The present embodiment is characterized in that the texture 30 is provided on the exit surface of the ZnSe substrate 1 that forms the exit surface by epi-down mounting. The structure of other parts is the same as the structure of the ZnSe-based light emitting device in the first embodiment. However, this embodiment is different from the first embodiment in that a high-concentration impurity n-type ZnSe film is not formed on the surface of the ZnSe substrate forming the emission surface.
[0049]
According to this structure, in addition to the light emitting device of the first embodiment, an increase in luminance can be obtained by increasing transmitted light at the interface due to texture. It is not so easy to obtain this texture by processing a relatively fragile ZnSe substrate. Next, a method of forming a texture on a ZnSe substrate will be described.
[0050]
First, as shown in FIG. 10, the grid electrode 12 is formed on the emission surface of the n-type ZnSe substrate 1, and a photoresist 23 for photolithography is patterned and arranged thereon. Then, as shown in FIG. 11, ion milling is performed by irradiating xenon ions Xe + from ± 45 ° directions. Removing the photoresist after ion milling exposes the substrate surface on which texture 30 has been formed (FIG. 12). This texture is intended to form the aligned concavo-convex pattern shown in FIG. However, since the surface of the ZnSe substrate is actually rich in oxides and dirt and has high density of crystal defects, an ordered texture as shown in FIG. 13A is not easily formed. The uneven ridge-like uneven pattern shown in FIG. As a result, it is possible to increase the amount of light transmitted through the light emitting element / air interface without total reflection, thereby contributing to an improvement in luminance. However, the intended slope angle cannot be realized on the entire surface of the element.
[0051]
(Example)
An example of the light emitting device according to the second embodiment is shown in Table 1 above as Example 2 of the present invention. According to Table 1, it can be seen that Example 2 of the present invention improved the luminance from 2.6 mW to 3.7 mW, slightly more than 40%, as compared with Example 1 of the present invention having no texture. Further, compared with the comparative example, the luminance is actually improved by 85%. As for the chromaticity, referring also to FIG. 8, the chromaticity immediately above changes from (0.28, 0.29) to (0.30, 0.31), and approaches a more perfect white color from a cool color. I understand. The chromaticity in the 45 ° direction does not change. However, the operating voltage of the device became extremely high.
[0052]
As described above, by using the epi-down mounting with the ZnSe substrate having the fluorescence center on the emission surface side, and further forming a texture on the emission surface, the luminance could be significantly improved. Further, the chromaticity of the cool color system viewed from directly above can be made closer to perfect white. However, in this structure, the contact resistance of the n-type lattice electrode (Ti / Au) directly formed on the ZnSe substrate is extremely high, so that a good ohmic electrode cannot be obtained and the operating voltage is high as in the conventional technique. It became an element, and the desired characteristics could not be obtained.
[0053]
(Embodiment 3)
In the third embodiment of the present invention, a high-concentration impurity n-type ZnSe film is formed on the surface layer of the n-type ZnSe substrate constituting the emission surface, and the texture is further increased by using the high-concentration impurity n-type ZnSe film and the underlying layer. It is characterized in that it is formed on the surface layer of an n-type ZnSe substrate. The structure of the other parts is the same as the structure of the ZnSe-based light emitting device in the first embodiment.
[0054]
A part of the manufacturing method will be described below.
As shown in FIG. 14, a grid electrode 12 made of Ti / Au is formed on the periphery of the n + -type ZnSe film 15. Thereafter, a photoresist for photolithography is arranged in a pattern as shown in FIG. 15, and ion milling is performed from ± 45 ° directions (FIG. 16). As a result, as shown in FIG. 17, a texture 30 is formed on the surface of the n-type ZnSe substrate 1 including the n + -type ZnSe film 15. Although this texture is formed on the ZnSe substrate, it is formed on the n + -type ZnSe film 15 which is a film made of an epitaxial layer having a cleaner surface than the substrate surface and having few crystal defects. For this reason, unintended irregularities are not chipped off by the influence of crystal defects and contamination by ion milling, and ridge-shaped grooves having a periodic arrangement as shown in FIG. 18 can be obtained. As a result, it is possible to form a concavo-convex pattern that can bring out the full effect of the texture.
[0055]
(Example)
An example of the light emitting device according to the third embodiment is shown in Table 1 above as Example 3 of the present invention. According to Table 1, the brightness of the present invention example 3 was improved from 3.7 mW to 4.4 mW, slightly less than 20%, as compared with the present invention example 2 having no high-concentration impurity n-type ZnSe epitaxial layer on the ZnSe substrate. You know what you did. Further, compared with the comparative example, the luminance is actually improved by 120%. Regarding the chromaticity, referring also to FIG. 8, it is possible to obtain a chromaticity immediately above (0.31, 0.32) that is almost completely white (0.31, 0.32) both directly above and in the 45 ° direction. Also, the operating voltage of the device was a desired low voltage.
[0056]
As described above, the operating voltage is reduced by using the epi-down mounting in which the ZnSe substrate having the fluorescence center is located on the emission surface side and the epitaxial layer is arranged on the mounting substrate side, and further forming a complete texture as intended on the emission surface. Brightness could be greatly improved without any change. Further, the production yield in forming the texture can be improved.
[0057]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is shown by the description of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims.
[0058]
【The invention's effect】
According to the ZnSe-based light emitting device and the method of manufacturing the same of the present invention, the brightness is improved and the ratio of the SA light emitting component in the white light is improved by epi-down mounting in which a ZnSe substrate including a self-active light emitting center is arranged on the emission surface side. Can be enhanced. Further, by providing a texture on the emission surface of the substrate, the amount of light transmitted through the surface of the light emitting element can be increased, the luminance can be further improved, and more complete white light can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ZnSe-based light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a ZnSe substrate is polished by a chemomechanical polishing method in manufacturing the ZnSe-based light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a state of being etched with a mixed solution of a dichromic acid solution and sulfuric acid.
FIG. 4 is a diagram showing a state in which etching with hydrochloric acid gas has been performed in a vacuum chamber at 250 ° C. or lower, and then radical hydrogen treatment has been performed.
5 is a diagram showing a state in which an n + -type ZnSe epitaxial layer containing a high concentration of n-type impurities is formed on an n-type ZnSe substrate without being exposed to the atmosphere after the state of FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a p-type electrode of the ZnSe-based light emitting device of FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing an n-type electrode of the ZnSe-based light emitting device of FIG.
FIG. 8 is a chromaticity diagram illustrating the principle of obtaining white light in the ZnSe-based light emitting device of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a ZnSe-based light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a state in which a photoresist is formed on an emission surface side in manufacturing the ZnSe-based light emitting device of FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a state in which ion milling is performed.
FIG. 12 is a view showing a state where a photoresist is removed.
13A and 13B are diagrams illustrating a shape of a texture, wherein FIG. 13A is an ideal shape, and FIG. 13B is a diagram illustrating an actually obtained shape.
FIG. 14 is a diagram showing a stage in which a Ti / Au lattice electrode is formed on an n + type ZnSe epitaxial layer.
FIG. 15 is a diagram showing a state where a photoresist is formed.
FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which ion milling is performed.
FIG. 17 is a view showing a state where a photoresist is removed.
FIG. 18 is an enlarged view of a texture.
FIG. 19 is a view showing a conventional ZnSe-based light emitting device.
20 is a diagram showing a wavelength distribution of blue light and light from SA emission emitted from the active layer of the light emitting device of FIG.
FIG. 21 is a diagram showing a p-type electrode in a conventional ZnSe-based light emitting device.
FIG. 22 is a diagram showing a transmission behavior of light from a light emitting point.
FIG. 23 is a diagram illustrating total reflection.
FIG. 24 is a diagram showing a light beam (cone) taken out from a light emitting point in a light emitting element.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 n-type ZnSe substrate, 2 n-type ZnSe buffer layer, 3 n-type ZnMgSSe cladding layer, 4 ZnSe / ZnCdSe multiple quantum well active layer, 5 p-type ZnMgSSe cladding layer, 7 p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer, 8 p Type ZnTe layer, 10p type electrode, 10a Au film, 10b lattice Ti / Au film, 12n type electrode, 15n + type ZnSe layer, 16 emission surface, 22 particles, 23 photoresist, 30 texture, 31 mounting substrate, SA Self-active center.

Claims

A light emitting device in which the light emitting element is mounted on a mounting substrate,
The light emitting device includes a first conductivity type ZnSe-based compound layer formed on a first conductivity type ZnSe substrate, and a position farther from the first conductivity type ZnSe-based compound layer when viewed from the first conductivity type ZnSe substrate. A second conductivity type ZnSe-based compound layer, and an active layer located between the first conductivity type ZnSe-based compound layer and the second conductivity type ZnSe-based compound layer;
The light emitting element includes a self-active luminescent center in a first conductivity type ZnSe substrate, and is mounted on the mounting substrate in a configuration in which the second conductivity type ZnSe-based compound layer is down,
A light-emitting element comprising a ZnSe layer having a high concentration of the first conductivity type and a first conductivity type impurity having a higher concentration than the impurity concentration of the first conductivity type of the first conductivity type ZnSe substrate on the surface of the first conductivity type ZnSe substrate; Is a ZnSe-based light emitting device, wherein the emission surface of is formed by the surface of the first conductivity type ZnSe substrate including the high concentration first conductivity type impurity ZnSe layer.

2. The ZnSe-based light emitting device according to claim 1, further comprising: a metal layer lattice electrode provided along a peripheral portion on the high-concentration first conductivity type impurity ZnSe layer. 3.

3. The ZnSe-based light emitting device according to claim 1, wherein a texture made of a concavo-convex pattern is formed on a surface layer constituting an emission surface on a side opposite to a mounting surface side of the light emitting element. 4.

Light emission including a first conductivity type ZnSe-based compound layer, an active layer formed thereon, and a second conductivity type ZnSe-based compound layer formed thereon on a first conductivity type ZnSe substrate having a self-active emission center. An element is a method for manufacturing a light-emitting device mounted on a mounting board,
Preparing a first conductivity type ZnSe substrate including the self-active emission center;
Cleaning the surface of the first conductivity type ZnSe substrate; and forming a ZnSe film containing the first conductivity type impurity at a higher concentration than the first conductivity type impurity on the surface of the first conductivity type ZnSe substrate. Process and
Mounting the light emitting element on the mounting substrate with the second conductivity type ZnSe-based compound layer down.

5. The method according to claim 4, further comprising a step of forming a grid-like electrode that forms a metal film along a peripheral portion of the high-concentration impurity ZnSe film on a surface of the first conductivity type ZnSe substrate that forms a light emission surface of the light-emitting element. 6. A method for manufacturing a ZnSe-based light emitting device.

The method for manufacturing a ZnSe-based light emitting device according to claim 4, further comprising a step of forming a texture having a concavo-convex pattern on a surface layer constituting an emission surface opposite to a mounting surface side of the light emitting element.

The method for manufacturing a ZnSe-based light emitting device according to claim 6, wherein in the texture forming step, the texture is formed by ion milling.

In the step of cleaning the surface of the first conductivity type ZnSe substrate, a first cleaning step of etching the surface of the first conductivity type ZnSe substrate with a hydrochloric acid gas in a temperature range of 250 ° C. or less, The method for manufacturing a ZnSe-based light emitting device according to any one of claims 4 to 7, further comprising performing a second cleaning step of performing a radical hydrogen treatment.