(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023068951
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】赤外ＬＥＤ素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/44 20100101AFI20230511BHJP
【ＦＩ】
H01L33/44
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021180435
(22)【出願日】2021-11-04
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉山 徹
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 和幸
(72)【発明者】
【氏名】新森 辰則
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA34
5F241CA05
5F241CA65
5F241CA74
5F241CA93
5F241CB11
5F241CB15
(57)【要約】
【課題】湿度の高い環境下に設置された場合であっても、動作電圧の上昇を招きにくい赤外ＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子であって、支持基板と、支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、第一半導体層の上層に配置された活性層と、活性層の上層に配置され第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、コンタクト電極と第二半導体層との接触領域の外側の位置において第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、支持基板の主面に直交する方向から見てコンタクト電極と保護層とが重なりを有する。
【選択図】図１
【解決手段】ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子であって、支持基板と、支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、第一半導体層の上層に配置された活性層と、活性層の上層に配置され第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、コンタクト電極と第二半導体層との接触領域の外側の位置において第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、支持基板の主面に直交する方向から見てコンタクト電極と保護層とが重なりを有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子であって、
支持基板と、
前記支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に配置された活性層と、
前記活性層の上層に配置され前記第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、
前記第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、
前記コンタクト電極と前記第二半導体層との接触領域の外側の位置において、前記第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、
前記支持基板の主面に直交する方向から見て、前記コンタクト電極と前記保護層とが重なりを有することを特徴とする、赤外ＬＥＤ素子。
支持基板と、
前記支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に配置された活性層と、
前記活性層の上層に配置され前記第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、
前記第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、
前記コンタクト電極と前記第二半導体層との接触領域の外側の位置において、前記第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、
前記支持基板の主面に直交する方向から見て、前記コンタクト電極と前記保護層とが重なりを有することを特徴とする、赤外ＬＥＤ素子。
【請求項2】
前記保護層及び前記コンタクト電極の一方は、他方の一部上面に乗り上がるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項3】
前記保護層は、前記第二半導体層の上面と前記コンタクト電極の上面とを連絡するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項4】
前記パッド電極は、前記コンタクト電極の上面に乗り上げられた前記保護層の領域の上面に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項5】
前記コンタクト電極は、前記第二半導体層の上面と前記保護層の上面とを連絡するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項6】
前記パッド電極の電極幅は、前記コンタクト電極の電極幅と同等以下であることを特徴とする、請求項５に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項7】
前記保護層は、前記第二半導体層の上面のうち、前記コンタクト電極が形成されていない領域の全面を覆うように配置されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項8】
前記保護層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、及びＡｌＮからなる群に属する１種以上を含むことを特徴とする、請求項７に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項9】
前記第二半導体層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓからなる群に属する１種以上を含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項10】
前記コンタクト電極は、前記第二半導体層の構成材料とＧｅとを含む合金であることを特徴とする、請求項９に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、赤外ＬＥＤ素子に関し、特にピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、波長１０００ｎｍ以上の赤外領域を発光波長とする半導体発光素子は、防犯・監視カメラ、ガス検知器、医療用のセンサ、又は産業機器等の用途で幅広く用いられている。
【0003】
発光波長が１０００ｎｍ以上の半導体発光素子は、例えば、以下の手順で製造される（下記特許文献１参照）。すなわち、成長基板としてのＩｎＰ基板上に、ＩｎＰ基板に格子整合する、第一導電型の半導体層、活性層（「発光層」と称されることもある。）、及び第一導電型とは異なる第二導電型の半導体層を順次エピタキシャル成長させる。その後、半導体ウェハ上に電流注入のための電極を形成し、チップ状に切断して製造される。
【0004】
半導体発光素子の製造手順として、以下の方法も知られている（下記特許文献２参照）。すなわち、成長基板上にＬＥＤ構造のエピタキシャル半導体層を結晶成長させてＬＥＤウェハを作製する。次に、このＬＥＤウェハを高反射膜を介して導電性の支持基板に接合する。その後、成長基板を薄膜化するか、又は完全に除去する。ただし、特許文献２に記載された発光素子の発光波長は、１０００ｎｍよりも短い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６６１７２１８号公報
【特許文献2】特開２０１２－１２９３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来のＬＥＤ素子において、素子の上面を誘電体からなる保護層で覆うことは知られている。この保護層は、半導体層と大気との間の屈折率差を縮小することで全反射を抑制して光出力を向上させる目的や、素子の表面に異物等が付着するのを防止して突発故障を抑制する目的で、形成される。
【0007】
しかし、本発明者の鋭意研究によれば、素子の上面を覆うように保護層を設けてなる、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子を作製し、高湿下での保管試験を行ったところ、動作電圧（順方向電圧）が上昇するという新規な現象が確認された。この点については、図４を参照して後述される。
【0008】
更に、本発明者は、ＡｌＧａＡｓを主材料とする可視光（赤色）のＬＥＤ素子を作製して、同様の試験を行ったところ、動作電圧の上昇を確認できなかった。つまり、高湿下で保管することで動作電圧が上昇するという現象は、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子に特有の課題であると結論付けられる。
【0009】
上記の事実は、保護膜を設けた状態で作製されたピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子を、防犯・監視カメラ等の上述した用途で利用した場合、同素子が搭載された装置の設置環境によっては、動作電圧が上昇したり不点灯になる可能性を示唆する。
【0010】
本発明は、上記の課題に鑑み、湿度の高い環境下に設置された場合であっても、動作電圧の上昇を招きにくい赤外ＬＥＤ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子は、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子であって、
支持基板と、
前記支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に配置された活性層と、
前記活性層の上層に配置され前記第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、
前記第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、
前記コンタクト電極と前記第二半導体層との接触領域の外側の位置において、前記第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、
前記支持基板の主面に直交する方向から見て、前記コンタクト電極と前記保護層とが重なりを有することを特徴とする。
支持基板と、
前記支持基板の上層に配置されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に配置された活性層と、
前記活性層の上層に配置され前記第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、
前記第二半導体層の上面に接触して配置されたコンタクト電極と、
前記コンタクト電極の上面に接触して配置されたパッド電極と、
前記コンタクト電極と前記第二半導体層との接触領域の外側の位置において、前記第二半導体層の上面に接触して配置された保護層とを備え、
前記支持基板の主面に直交する方向から見て、前記コンタクト電極と前記保護層とが重なりを有することを特徴とする。
【0012】
本発明者は、高湿試験によって動作電圧が上昇した素子を分析及び検討したところ、電極（より詳細にはコンタクト電極）の一部が剥離していることを確認した。コンタクト電極の一部が半導体層から剥離すると、両者の密着性が低下するため、コンタクト抵抗が上昇する。つまり、電極の剥離が、動作電圧が上昇した直接的な原因であると考えられる。
【0013】
電極が剥離した理由として、本発明者は、高湿環境下で電極の一部が酸化した結果、半導体層に対する電極の密着性が低下したことに起因するものと推察している。
【0014】
赤外ＬＥＤ素子は、半導体層の上面に接触したコンタクト電極と、コンタクト電極の上面にボンディングワイヤが接続されるパッド電極とを有する。上述したように、半導体層の上面には保護層が設けられる。より詳細には、コンタクト電極が形成されていない半導体層の上面に保護層が設けられる。
【0015】
保護層を成膜する際には、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術が用いられる。例えば、半導体層の上面にコンタクト電極を成膜後、半導体層の上面とコンタクト電極の上面を含む全面に保護層が成膜される。その後、コンタクト電極の上面の保護層がエッチングによって除去されることで、コンタクト電極の上面が露出される。その後、露出したコンタクト電極の上面にパッド電極が形成される。
【0016】
上記エッチング処理においては、不要な領域の形成膜を除去するために、パターニングされたフォトマスクが用いられる。エッチング処理は、コンタクト電極の上面を露出させる目的で行われるため、マスク幅はコンタクト電極の幅に対応して設計される。しかし、マスク幅は、加工精度及び設計誤差を考慮して、コンタクト電極の幅に対して余裕を持たせた状態で設計される。つまり、マスク幅は、コンタクト電極の幅よりも少し大きく設計される。
【0017】
このようなマスクを用いてエッチングが行われることで、エッチング後に露出するコンタクト電極と、保護層との間には、微小な隙間が生じる（図１１参照）。図１１は、隙間８０を誇張表記した、赤外ＬＥＤ素子９０の一部構造の模式的な断面図である。赤外ＬＥＤ素子９０は、半導体層８１の上面に、コンタクト電極８２と、保護層８３と、パッド電極８４とを備える。なお、図１１は、半導体層８１について図示が簡素化されているが、実際には、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と、これらの半導体層の間に挟まれた活性層を含む。
【0018】
図１１に示す赤外ＬＥＤ素子９０によれば、コンタクト電極８２と保護層８３との間に、半導体層８１が露出している領域（隙間８０）が確認される。半導体層８１とコンタクト電極８２とが接触する界面には、コンタクト電極８２の材料と半導体層８１の材料とを含む合金が形成されている。図１１には、合金化されている領域が模式的にハッチングされている（領域８２ａ）。この結果、隙間８０の端部の位置において、合金化されている領域８２ａが露出する。以上の見地から、湿度の高い水蒸気が、隙間８０を通じて合金化された領域８２ａ内に入り込むことで、半導体層８１と接触するコンタクト電極８２の一部が酸化し、コンタクト電極８２が剥離する現象が生じたものと推察される。
【0019】
なお、上記の説明では、半導体層８１の上面にコンタクト電極８２を成膜した後、半導体層８１の上面とコンタクト電極８２の上面を含む全面に保護層８３を成膜し、その後に保護層８３をエッチングする製造手順を例に挙げた。しかし、半導体層８１の上面に保護層８３を成膜した後、半導体層８１の上面と保護層８３の上面を含む全面にコンタクト電極８２の材料を成膜し、その後に電極材料をエッチングしてコンタクト電極８２を形成する場合においても、同様の理由により、コンタクト電極８２と保護層８３との間に隙間８０が形成され得る。
【0020】
これに対し、本発明の赤外ＬＥＤ素子によれば、支持基板の主面に直交する方向から見て、コンタクト電極と保護層とが重なりを有するように構成されている。このため、コンタクト電極と第二半導体層との接触領域が露出されることがない。つまり、高湿環境下に設置されても、湿度の高い空気（水蒸気）がコンタクト電極と第二半導体層との接触領域に入り込みにくく、電極の剥離が抑制される。
【0021】
なお、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子は、半導体層にＩｎが含まれる。赤外ＬＥＤ素子に含まれる材料としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ａｕ、Ｇｅ、及びＮｉ等が考えられるが、これらの材料の中では、Ｉｎが最もイオン化エネルギーが低く酸化しやすい。よって、Ｉｎを含む半導体材料が電極材料と合金化することで酸化の影響を強く受けやすくなり、動作電圧が上昇するという課題が発現化したものと推察される。このことは、上述したように、ＡｌＧａＡｓを主成分とする赤色ＬＥＤ素子においては、動作電圧が上昇するという課題が発現化しなかったことにも整合する。
【0022】
本発明は、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子において、支持基板の主面に直交する方向から見て、コンタクト電極と保護層とが重なりを有するように構成されている。つまり、本発明によれば、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上を示す赤外ＬＥＤ素子という、高湿環境下で動作電圧が上昇しやすい素子において、合金化領域への水蒸気の流入を防ぎ、電極の剥離を抑制する効果が奏される。
【0023】
前記保護層及び前記コンタクト電極の一方は、他方の一部上面に乗り上がるように配置されていても構わない。
【0024】
これによれば、コンタクト電極と第二半導体層との接触領域の外周を、保護層によって確実に覆うことができる。
【0025】
前記保護層は、前記第二半導体層の上面と前記コンタクト電極の上面とを連絡するように配置されていても構わない。
【0026】
この構成によれば、コンタクト電極と第二半導体層との接触領域の幅を、コンタクト電極の電極幅と同等にすることができ、動作電圧の上昇を更に招来しにくい。
【0027】
前記パッド電極は、前記コンタクト電極の上面に乗り上げられた前記保護層の領域の上面に配置されていても構わない。
【0028】
この構成によれば、パッド電極の電極幅を、コンタクト電極の電極幅と同等とした場合であっても、パッド電極のほぼ全面をワイヤボンディング領域として利用できる。
【0029】
前記コンタクト電極は、前記第二半導体層の上面と前記保護層の上面とを連絡するように配置されていても構わない。
【0030】
前記パッド電極の電極幅は、前記コンタクト電極の電極幅と同等以下であるものとしても構わない。
【0031】
前記保護層は、前記第二半導体層の上面のうち、前記コンタクト電極が形成されていない領域の全面を覆うように配置されていても構わない。この場合において、前記保護層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、及びＡｌＮからなる群に属する１種以上を含むものとしても構わない。
【0032】
前記第二半導体層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、及びＡｌＩｎＡｓからなる群に属する１種以上を含むものとしても構わない。
【0033】
前記コンタクト電極は、前記第二半導体層の構成材料とＧｅとを含む合金であるものとしても構わない。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、湿度の高い環境下に設置された場合であっても、動作電圧が上昇しにくい赤外ＬＥＤ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図4】実施例１と比較例１の各素子を高湿環境下で保管したときの、保管時間と順方向電圧の変動率との関係を示すグラフである。
【図7A】第三実施形態の赤外ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための、一工程における断面図であり、一部分が模式的に拡大表示されている。
【図7B】第三実施形態の赤外ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための、一工程における断面図であり、一部分が模式的に拡大表示されている。
【図9】赤外ＬＥＤ素子の別実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図11】従来の赤外ＬＥＤ素子の構造の一部断面図であり、一部分が誇張して図示されている。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の各実施形態につき、図面を参照して説明する。以下の各図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しない。また、図面間においても寸法比が一致していない場合がある。
【0037】
本明細書において、「ある層Ｑ１の上層に別の層Ｑ２が形成されている」という表現は、層Ｑ１の面上に直接層Ｑ２が形成されている場合はもちろん、層Ｑ１の面上に薄膜を介して層Ｑ２が形成されている場合も含む意図である。なお、ここでいう「薄膜」とは、膜厚２０ｎｍ以下の層を指し、好ましくは１０ｎｍ以下の層を指すものとして構わない。なお、この段落内で用いた符号Ｑ１、Ｑ２は、一般的な層を指し示す符号として用いられており、図面内に登場するものではない。
【0038】
本明細書において、「ＧａＩｎＡｓＰ」という記述は、ＧａとＩｎとＡｓとＰの混晶であることを意味し、組成比の記述を単に省略して記載したものである。「ＡｌＧａＩｎＡｓ」等の他の記載も同様である。
【0039】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子の構造を模式的に示す断面図である。図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の上層に配置された半導体積層体２０を備える。図１は、所定の位置においてＸＹ平面に沿って赤外ＬＥＤ素子１を切断したときの模式的な断面図に対応する。以下の説明では、適宜、図１に付されたＸ-Ｙ-Ｚ座標系が参照される。
図１は、第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子の構造を模式的に示す断面図である。図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の上層に配置された半導体積層体２０を備える。図１は、所定の位置においてＸＹ平面に沿って赤外ＬＥＤ素子１を切断したときの模式的な断面図に対応する。以下の説明では、適宜、図１に付されたＸ-Ｙ-Ｚ座標系が参照される。
【0040】
以下の説明では、方向を表現する際に正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。以下の例では、支持基板１１の主面がＸＺ平面に平行であり、その法線方向（Ｙ方向）に光が取り出されるものとして説明される。
【0041】
赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０内（特に後述される活性層２５内）で、赤外光Ｌを生成する。より詳細には、図１に示すように、赤外光Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）は、活性層２５を基準としたときに＋Ｙ方向に取り出される。赤外光Ｌは、ピーク波長が１０００ｎｍ以上である。なお、ここでいうピーク波長とは、光スペクトルにおいて光出力が最も高い波長に対応する。つまり、赤外ＬＥＤ素子１は、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の素子である。
【0042】
〈素子構造〉
以下、赤外ＬＥＤ素子１の構造について詳細に説明する。ただし、以下の説明における各層の膜厚や組成については典型的な一例であり、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。
以下、赤外ＬＥＤ素子１の構造について詳細に説明する。ただし、以下の説明における各層の膜厚や組成については典型的な一例であり、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。
【0043】
（支持基板１１）
支持基板１１は、例えばＳｉ又はＧｅ等の半導体や、Ｃｕ又はＣｕＷ等の金属材料で構成される。支持基板１１が半導体からなる場合には、導電性を示すように高濃度にドーパントがドープされているものとして構わない。一例として、支持基板１１は、ホウ素(Ｂ)が１×１０19／ｃｍ3以上のドーパント濃度でドープされた、抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下のＳｉ基板である。ドーパントとしては、ホウ素(Ｂ)以外には、例えば、リン(Ｐ)、砒素(Ａｓ)、アンチモン(Ｓｂ)等が利用できる。高い放熱性と低い製造コストとを両立する観点からは、支持基板１１としてはＳｉ基板が好適に用いられる。
支持基板１１は、例えばＳｉ又はＧｅ等の半導体や、Ｃｕ又はＣｕＷ等の金属材料で構成される。支持基板１１が半導体からなる場合には、導電性を示すように高濃度にドーパントがドープされているものとして構わない。一例として、支持基板１１は、ホウ素(Ｂ)が１×１０19／ｃｍ3以上のドーパント濃度でドープされた、抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下のＳｉ基板である。ドーパントとしては、ホウ素(Ｂ)以外には、例えば、リン(Ｐ)、砒素(Ａｓ)、アンチモン(Ｓｂ)等が利用できる。高い放熱性と低い製造コストとを両立する観点からは、支持基板１１としてはＳｉ基板が好適に用いられる。
【0044】
支持基板１１の厚み（Ｙ方向に係る長さ）は、特に限定されないが、例えば５０μｍ～５００μｍであり、好ましくは１００μｍ～３００μｍである。
【0045】
（導電層１６）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の上層に形成された導電層１６を備える。本実施形態において、導電層１６は、より詳細には接合層１３と反射層１５を含む。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の上層に形成された導電層１６を備える。本実施形態において、導電層１６は、より詳細には接合層１３と反射層１５を含む。
【0046】
接合層１３は低融点のハンダ材料からなり、例えばＡｕ、Ａｕ－Ｚｎ、Ａｕ－Ｓｎ、Ａｕ－Ｉｎ、Ａｕ－Ｃｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｓｎ、Ｐｄ－Ｓｎ、Ｓｎ等で構成される。図３Ｅを参照して後述されるように、この接合層１３は、半導体積層体２０が上面に形成された成長基板３と、支持基板１１とを貼り合わせるために利用される。接合層１３の厚みは、特に限定されないが、例えば０．５μｍ～５．０μｍであり、好ましくは１．０μｍ～３．０μｍである。
【0047】
反射層１５は、活性層２５内で生成された赤外光Ｌのうち、支持基板１１側（－Ｙ方向）に進行する赤外光Ｌ２を反射させて、＋Ｙ方向に導く機能を奏する。反射層１５は、導電性材料であって、且つ、赤外光Ｌに対して高い反射率を示す材料で構成される。反射層１５の赤外光Ｌに対する反射率は、７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのが特に好ましい。
【0048】
赤外光Ｌのピーク波長が１０００ｎｍ～２０００ｎｍである場合、反射層１５はＡｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。反射層１５を構成する材料は、活性層２５で生成される光の波長に応じて適宜選択される。
【0049】
反射層１５の厚みは、特に限定されないが、例えば０．１μｍ～２．０μｍであり、好ましくは０．３μｍ～１．０μｍである。
【0050】
図１では図示しないが、導電層１６は、反射層１５と接合層１３との間に、接合層１３を構成するハンダ材料の拡散を抑制するためのバリア層を更に含むものとしても構わない。バリア層の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ等を含む材料で実現できる。一例として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体で構成される。バリア層の厚みは、特に限定されないが、例えば０．０５μｍ～３μｍであり、好ましくは０．２μｍ～１μｍである。このバリア層が介在することで、接合層１３の材料が反射層１５側に拡散して反射層１５の反射率が低下するのを防止できる。バリア層は、接合層１３と支持基板１１との間にも設けられていても構わない。
【0051】
光取り出し効率を向上させる観点からは、図１に示すように、赤外ＬＥＤ素子１が反射層１５を備えるのが好適であるが、本発明において、赤外ＬＥＤ素子１が反射層１５を備えるか否かは任意である。
【0052】
（絶縁層１７）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、反射層１５の上層に形成された絶縁層１７を備える。絶縁層１７は、電気的絶縁性を示し、且つ赤外光Ｌに対する透過性の高い材料で構成される。絶縁層１７の赤外光Ｌに対する透過率は、７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのが特に好ましい。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、反射層１５の上層に形成された絶縁層１７を備える。絶縁層１７は、電気的絶縁性を示し、且つ赤外光Ｌに対する透過性の高い材料で構成される。絶縁層１７の赤外光Ｌに対する透過率は、７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのが特に好ましい。
【0053】
赤外光Ｌのピーク波長が１０００ｎｍ～２０００ｎｍである場合においては、絶縁層１７はＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等の材料を用いることができる。絶縁層１７の材料は、活性層２５で生成される光の波長に応じて適宜選択される。
【0054】
（半導体積層体２０）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７の上層に形成された半導体積層体２０を有する。半導体積層体２０は複数の半導体層の積層体であり、第一半導体層２３と、活性層２５と、第二半導体層２７とを含む。半導体積層体２０を構成する各半導体層は、後述される成長基板３と格子整合してエピタキシャル成長が可能な材料で構成される。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７の上層に形成された半導体積層体２０を有する。半導体積層体２０は複数の半導体層の積層体であり、第一半導体層２３と、活性層２５と、第二半導体層２７とを含む。半導体積層体２０を構成する各半導体層は、後述される成長基板３と格子整合してエピタキシャル成長が可能な材料で構成される。
【0055】
《第一半導体層２３》
第一半導体層２３は、例えばｐ型の半導体層である。第一半導体層２３は、支持基板１１に近い領域に配置され相対的なドーパント濃度が高いコンタクト層（以下、便宜上「第一コンタクト層」という。）と、活性層２５に近い領域に配置され第一コンタクト層よりも相対的なドーパント濃度が低いクラッド層（以下、便宜上「第一クラッド層」という。）とを含むものとしてもよい。
第一半導体層２３は、例えばｐ型の半導体層である。第一半導体層２３は、支持基板１１に近い領域に配置され相対的なドーパント濃度が高いコンタクト層（以下、便宜上「第一コンタクト層」という。）と、活性層２５に近い領域に配置され第一コンタクト層よりも相対的なドーパント濃度が低いクラッド層（以下、便宜上「第一クラッド層」という。）とを含むものとしてもよい。
【0056】
この場合、第一コンタクト層は例えばｐ型のＧａＩｎＡｓＰで構成される。第一コンタクト層の厚みは限定されないが、例えば、１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、好ましくは５０ｎｍ～５００ｎｍである。また、第一コンタクト層のｐ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０17／ｃｍ3～３×１０19／ｃｍ3であり、より好ましくは、１×１０18／ｃｍ3～２×１０19／ｃｍ3である。
【0057】
第一半導体層２３に含まれる第一クラッド層は、第一コンタクト層の上層に形成されており、例えばｐ型のＩｎＰで構成される。第一クラッド層の厚みは限定されないが、例えば、１０００ｎｍ～１００００ｎｍであり、好ましくは２０００ｎｍ～５０００ｎｍである。第一クラッド層のｐ型ドーパント濃度は、活性層２５から離れた位置において、好ましくは１×１０17／ｃｍ3～３×１０18／ｃｍ3であり、より好ましくは、５×１０17／ｃｍ3～３×１０18／ｃｍ3である。
【0058】
第一半導体層２３に含まれるｐ型ドーパントとしては、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等を利用することができ、Ｚｎ又はＭｇが好ましく、Ｚｎが特に好ましい。
【0059】
《活性層２５》
本実施形態において、活性層２５は、第一半導体層２３の上層に形成された半導体層である。活性層２５の材料は、狙いとする波長の光を生成可能であり、且つ図３Ａを参照して後述される成長基板３と格子整合してエピタキシャル成長が可能な材料から適宜選択される。
本実施形態において、活性層２５は、第一半導体層２３の上層に形成された半導体層である。活性層２５の材料は、狙いとする波長の光を生成可能であり、且つ図３Ａを参照して後述される成長基板３と格子整合してエピタキシャル成長が可能な材料から適宜選択される。
【0060】
ピーク波長が１０００ｎｍ～２０００ｎｍの赤外光Ｌを出射する赤外ＬＥＤ素子１を実現したい場合、活性層２５は、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、又はＩｎＧａＡｓの単層構造としても構わないし、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、又はＩｎＧａＡｓからなる井戸層と、井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＰからなる障壁層とを含むＭＱＷ（Multiple Quantum Well：多重量子井戸）構造としても構わない。
【0061】
活性層２５の膜厚は、活性層２５が単層構造の場合は、５０ｎｍ～２０００ｎｍであり、好ましくは、１００ｎｍ～３００ｎｍである。また、活性層２５がＭＱＷ構造の場合は、膜厚５ｎｍ～２０ｎｍの井戸層及び障壁層が、２周期以上５０周期以下の範囲で積層されて構成される。
【0062】
活性層２５は、ｎ型又はｐ型にドープされていても構わないし、アンドープでも構わない。ｎ型にドープされる場合には、ドーパントとしては、例えばＳｉを利用できる。
【0063】
《第二半導体層２７》
本実施形態において、第二半導体層２７は、活性層２５の上層に配置されている。第二半導体層２７は、活性層２５に近い領域に配置され相対的なドーパント濃度が低いクラッド層（以下、便宜上「第二クラッド層」という。）と、活性層２５に遠い領域に配置され第二クラッド層よりも相対的なドーパント濃度が高いコンタクト層（以下、便宜上「第二コンタクト層」という。）とを含むものとしてもよい。
本実施形態において、第二半導体層２７は、活性層２５の上層に配置されている。第二半導体層２７は、活性層２５に近い領域に配置され相対的なドーパント濃度が低いクラッド層（以下、便宜上「第二クラッド層」という。）と、活性層２５に遠い領域に配置され第二クラッド層よりも相対的なドーパント濃度が高いコンタクト層（以下、便宜上「第二コンタクト層」という。）とを含むものとしてもよい。
【0064】
第二半導体層２７に含まれる第二クラッド層は、例えばｎ型のＩｎＰである。第二クラッド層の厚みは限定されないが、例えば１００ｎｍ～１００００ｎｍであり、好ましくは、５００ｎｍ～５０００ｎｍである。第二クラッド層のｎ型ドーパント濃度は、好ましくは１×１０17／ｃｍ3～５×１０18／ｃｍ3であり、より好ましくは、５×１０17／ｃｍ3～４×１０18／ｃｍ3である。第二クラッド層にドープされるｎ型不純物材料としては、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅ等を利用することができ、Ｓｉが特に好ましい。
【0065】
第二半導体層２７に含まれる第二コンタクト層は、例えばｎ型のＩｎＰである。第二コンタクト層の厚みは限定されないが、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍであり、好ましくは、５０ｎｍ～５００ｎｍである。第二コンタクト層のｎ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０17／ｃｍ3～１×１０19／ｃｍ3であり、より好ましくは、１×１０18／ｃｍ3～５×１０18／ｃｍ3である。
【0066】
図１に示す例では、第二半導体層２７の＋Ｙ側の表面に凹凸部５０が形成されている。凹凸部５０が形成されることで、活性層２５から＋Ｙ方向に進行した赤外光Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）が第二半導体層２７の表面で活性層２５側に反射される光量が低下され、光取り出し効率が高められる。ただし、本発明において、第二半導体層２７の表面に凹凸部５０を設けるか否かは任意である。
【0067】
第一半導体層２３及び第二半導体層２７の材料は、活性層２５で生成された赤外光Ｌを吸収しない材料であって、且つ、成長基板３（後述する図３Ａ参照）と格子整合してエピタキシャル成長が可能な材料から適宜選択される。成長基板３としてＩｎＰ基板を採用する場合には、第一半導体層２３及び第二半導体層２７の材料は、ＩｎＰの他、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ等を利用することが可能である。
【0068】
本実施形態では、第一半導体層２３がｐ型半導体であり、第二半導体層２７がｎ型半導体であるものとして説明されるが、両者の導電型が逆転しても構わない。
【0069】
（内部電極３１）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７内の複数の箇所においてＹ方向に貫通して形成された、内部電極３１を有する。内部電極３１は、第一半導体層２３と、導電層１６とを電気的に接続する。内部電極３１は、ＸＺ平面に平行な方向（すなわち、支持基板１１の主面に平行な方向）に分散した複数の位置に設けられている。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７内の複数の箇所においてＹ方向に貫通して形成された、内部電極３１を有する。内部電極３１は、第一半導体層２３と、導電層１６とを電気的に接続する。内部電極３１は、ＸＺ平面に平行な方向（すなわち、支持基板１１の主面に平行な方向）に分散した複数の位置に設けられている。
【0070】
内部電極３１は、第一半導体層２３（より詳細には第一コンタクト層）に対してオーミック接続の形成が可能な材料で構成されている。一例として、内部電極３１は、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、又は少なくともＡｕとＺｎを含む積層構造（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ等）で構成される。
【0071】
この内部電極３１は、支持基板１１の主面に平行な方向（ＸＺ方向）に関して、活性層２５内の広い範囲にわたって均質に電流を流す目的で設けられている。かかる観点から、内部電極３１はＸＺ平面に沿った面方向に規則的な形状を有して分散した状態で配置されるのが好ましい。ただし、本発明において、Ｙ方向に見た場合の内部電極３１の配置パターンの形状は任意であるし、更にいえば赤外ＬＥＤ素子１が内部電極３１を備えるか否かも任意である。内部電極３１を備えない場合は、例えば絶縁層１７を備えずに、導電層１６を直接第一半導体層２３に接触させてもよい。
【0072】
（裏面電極３３）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の半導体積層体２０とは反対側（－Ｙ側）の面上に形成された、裏面電極３３を備える。裏面電極３３は支持基板１１に対してオーミック接触が実現されている。裏面電極３３は、一例として、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の材料で構成され、これらの材料を複数備えるものとしても構わない。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の半導体積層体２０とは反対側（－Ｙ側）の面上に形成された、裏面電極３３を備える。裏面電極３３は支持基板１１に対してオーミック接触が実現されている。裏面電極３３は、一例として、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の材料で構成され、これらの材料を複数備えるものとしても構わない。
【0073】
（保護層３７）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の側面と上面を覆うように配置された保護層３７を備える。保護層３７は、半導体積層体２０に対して異物が付着したり、水分が流入するのを防止する目的で設けられている。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の側面と上面を覆うように配置された保護層３７を備える。保護層３７は、半導体積層体２０に対して異物が付着したり、水分が流入するのを防止する目的で設けられている。
【0074】
図１に示すように、保護層３７が半導体積層体２０の上面を覆うように配置される場合は、保護層３７は、絶縁層１７と同様に、電気的絶縁性を示し、且つ赤外光Ｌに対する透過性の高い材料で構成される。保護層３７の赤外光Ｌに対する透過率は、７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのが特に好ましい。
【0075】
赤外光Ｌのピーク波長が１０００ｎｍ～２０００ｎｍである場合においては、保護層３７はＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等の材料を用いることができ、この中では相対的にガスバリア性の高いＳｉＮ、又はＳｉＯ2がより好ましい。保護層３７は、絶縁層１７と同種の材料であっても構わない。
【0076】
保護層３７は、後述するパッド電極４２の上面を露出するように設けられている。そして、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、保護層３７の一部が、後述するコンタクト電極４１の上面に位置している。この点に関しては、図２を参照して後述される。
【0077】
保護層３７の膜厚は任意であるが、例えば、１００ｎｍ～１０００ｎｍである。ただし、図１に示すように、保護層３７が半導体積層体２０の上面を覆うように配置されている場合には、保護層３７の膜厚を、赤外光Ｌの主発光波長をλとし、保護層３７の屈折率をｎとしたときに、（２ｋ－１）×λ／（４ｎ）（ただし、ｋは自然数である。）に設定するのが好適である。このような膜厚で保護層３７を形成することで、保護層３７を通過した赤外光Ｌ１を干渉により強め合うことができる。
【0078】
（コンタクト電極４１）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、第二半導体層２７の上面に接触して配置されたコンタクト電極４１を有する。コンタクト電極４１は、第二半導体層２７との間で電気的な接続を確保する電極である。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、第二半導体層２７の上面に接触して配置されたコンタクト電極４１を有する。コンタクト電極４１は、第二半導体層２７との間で電気的な接続を確保する電極である。
【0079】
図示は省略されるが、コンタクト電極４１は、例えば半導体積層体２０の辺に沿うように、Ｘ方向及びＺ方向に複数本が延在する構成が採用される。これにより、支持基板１１の主面に平行な方向（ＸＺ方向）に関して、活性層２５内の広い範囲にわたって均質に電流を流すことができる。また、複数本を延在させることで、コンタクト電極４１の下層に位置する半導体積層体２０（ここでは第二半導体層２７）の面を露出できるため、遮光領域の面積を小さくすることができる。ただし、本発明において、コンタクト電極４１のパターン形状は任意である。
【0080】
一例として、コンタクト電極４１は、Ｘ方向及びＺ方向のうちの一方向には１本が延在し、他の方向には複数本が延在する構成であっても構わない。別の例として、コンタクト電極４１は、Ｘ方向及びＺ方向の双方に１本が延在する構成であっても構わない。更に別の例として、コンタクト電極４１は、Ｘ方向及びＺ方向に対して非平行な方向に延在する構成であっても構わない。更に別の例として、コンタクト電極４１は、半導体積層体２０の上面（＋Ｙ側の面）に、アイランド状に１箇所又は複数箇所に配置されていても構わない。
【0081】
コンタクト電極４１は、一例として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、又はＡｕ／Ｇｅ／Ａｕ等の材料で構成され、これらの材料を複数備えるものとしても構わない。
【0082】
（パッド電極４２）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、コンタクト電極４１の上面に接触して配置されたパッド電極４２を有する。パッド電極４２は、給電のためのボンディングワイヤを接触させる領域を確保する目的で設けられている。パッド電極４２は、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成される。なお、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上げられた保護層３７の上面３７ａの一部にも接触している（後述する図２参照）。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、コンタクト電極４１の上面に接触して配置されたパッド電極４２を有する。パッド電極４２は、給電のためのボンディングワイヤを接触させる領域を確保する目的で設けられている。パッド電極４２は、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成される。なお、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上げられた保護層３７の上面３７ａの一部にも接触している（後述する図２参照）。
【0083】
典型的な例として、パッド電極４２は、例えば半導体積層体２０の各辺（チップサイズ）が８００μｍ～２５００μｍ程度である場合に、内径９０μｍ～１２０μｍ程度の円形状を呈する。このとき、コンタクト電極４１の線幅は１０μｍ～３０μｍ程度である。チップサイズが８００μｍを超える高出力型の赤外ＬＥＤ素子１においては、高い電流を注入する観点から、パッド電極４２を複数箇所に設けるものとしてもよい。
【0084】
Ｙ方向に見たときに、コンタクト電極４１及びパッド電極４２（以下、便宜上「上部電極」と総称する。）の専有面積は、好ましくは第二半導体層２７の占有面積の２０％以下であり、より好ましくは１５％以下である。上部電極の専有面積が高くなりすぎると、光取り出し面の面積が低下してしまうため、光取り出し効率が低下する可能性がある。
【0085】
【0086】
図２に示すように、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、保護層３７の一部がコンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上がるような態様で配置されている。すなわち、保護層３７は、第二半導体層２７の上面２７ａと、コンタクト電極４１の上面４１ａとを連絡するように配置されている。この結果、Ｙ方向（支持基板１１の主面に直交する方向）に見たときに、コンタクト電極４１と保護層３７とは重なりを有している。
【0087】
コンタクト電極４１の形成に際しては、後述されるように、電極材料を蒸着した後に加熱工程（アニール工程）が行われる。このとき、コンタクト電極４１と第二半導体層２７との界面において、コンタクト電極４１の材料と、第二半導体層２７の材料とが合金化される（合金化領域４０）。図２では、合金化領域４０を模式的にハッチングにて図示している。
【0088】
上記によれば、合金化領域４０の幅は、コンタクト電極４１と第二半導体層２７とが接触する領域の幅に対応する。そして、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１によれば、コンタクト電極４１の上面４１ａの一部領域に保護層３７が乗り上げている。この結果、合金化領域４０の端部の上面を、保護層３７によって確実に覆うことができる。
【0089】
つまり、図１１を参照して上述した従来の素子のように、合金化領域４０が露出することが抑制される。この結果、仮に赤外ＬＥＤ素子１が高湿環境下に保管された場合であっても、合金化領域４０内に水蒸気が浸入することが抑制され、コンタクト電極４１が剥がれにくくなる。よって、動作電圧の上昇が抑制される。
【0090】
〈製造方法〉
上述した赤外ＬＥＤ素子１の製造方法の一例について、図３Ａ～図３Ｈの各図を参照して説明する。図３Ａ～図３Ｈは、いずれも製造プロセス内における一工程における断面図である。ただし、説明の都合上、図３Ｇ～図３Ｈは、一部が模式的に拡大された状態で図示されている。以下の各手順は、赤外ＬＥＤ素子１の製造に影響のない範囲内であれば、その順序は適宜前後しても構わない。
上述した赤外ＬＥＤ素子１の製造方法の一例について、図３Ａ～図３Ｈの各図を参照して説明する。図３Ａ～図３Ｈは、いずれも製造プロセス内における一工程における断面図である。ただし、説明の都合上、図３Ｇ～図３Ｈは、一部が模式的に拡大された状態で図示されている。以下の各手順は、赤外ＬＥＤ素子１の製造に影響のない範囲内であれば、その順序は適宜前後しても構わない。
【0091】
（ステップＳ１）
図３Ａに示すように、例えばＩｎＰからなる成長基板３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、成長基板３上に、第二半導体層２７、活性層２５、及び第一半導体層２３を順次エピタキシャル成長させて、半導体積層体２０を形成する。本ステップＳ１において、成長させる層の材料や膜厚に応じて、原料ガスの種類及び流量、処理時間、環境温度等が適宜調整される。各半導体層（２３，２５，２７）の材料例は上述した通りである。
図３Ａに示すように、例えばＩｎＰからなる成長基板３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、成長基板３上に、第二半導体層２７、活性層２５、及び第一半導体層２３を順次エピタキシャル成長させて、半導体積層体２０を形成する。本ステップＳ１において、成長させる層の材料や膜厚に応じて、原料ガスの種類及び流量、処理時間、環境温度等が適宜調整される。各半導体層（２３，２５，２７）の材料例は上述した通りである。
【0092】
成長基板３としては、ＩｎＰが好適に利用される。ただし、ピーク波長が１０７０ｎｍ以下の赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、成長基板３としてＧａＡｓを利用しても構わない。
【0093】
（ステップＳ２）
エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第一半導体層２３の表面にフォトリソグラフィ法によってパターニングされたレジストマスクを形成する。その後、真空蒸着装置を用いて内部電極３１の形成材料（例えばＡｕＺｎ）を成膜した後、リフトオフ法によってレジストマスクが剥離される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によってアロイ処理（アニール処理）が施されることで、第一半導体層２３と内部電極３１との間のオーミック接触が実現される。
エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第一半導体層２３の表面にフォトリソグラフィ法によってパターニングされたレジストマスクを形成する。その後、真空蒸着装置を用いて内部電極３１の形成材料（例えばＡｕＺｎ）を成膜した後、リフトオフ法によってレジストマスクが剥離される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によってアロイ処理（アニール処理）が施されることで、第一半導体層２３と内部電極３１との間のオーミック接触が実現される。
【0094】
次に、プラズマＣＶＤ法によって例えばＳｉＯ2からなる絶縁層１７が成膜される。その後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、内部電極３１の上層に位置する絶縁層１７が取り除かれて、内部電極３１が露出される（図３Ｂ参照）。
【0095】
（ステップＳ３）
図３Ｃに示すように、絶縁層１７及び内部電極３１を覆うように、反射層１５が形成され、その後に接合層１３ａが形成される。例えば、真空蒸着装置によって、例えばＡｌ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることで反射層１５が形成され、引き続き、Ａｕ－Ｓｎが所定の膜厚で成膜されることで接合層１３ａが形成される。なお、上述したように、反射層１５と接合層１３ａとの間に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることでバリア層を形成してもよい。
図３Ｃに示すように、絶縁層１７及び内部電極３１を覆うように、反射層１５が形成され、その後に接合層１３ａが形成される。例えば、真空蒸着装置によって、例えばＡｌ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることで反射層１５が形成され、引き続き、Ａｕ－Ｓｎが所定の膜厚で成膜されることで接合層１３ａが形成される。なお、上述したように、反射層１５と接合層１３ａとの間に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることでバリア層を形成してもよい。
【0096】
（ステップＳ４）
図３Ｄに示すように、成長基板３とは別の支持基板１１を準備し、その上面に例えばＡｕ－Ｓｎからなる接合層１３ｂが形成される。なお、図示されていないが、支持基板１１の面上に、コンタクト用の金属層（例えばＴｉ）を形成し、その上層に接合層１３ｂを形成するものとして構わない。また、接合層１３ｂを形成する前に、上述したバリア層を形成しても構わない。
図３Ｄに示すように、成長基板３とは別の支持基板１１を準備し、その上面に例えばＡｕ－Ｓｎからなる接合層１３ｂが形成される。なお、図示されていないが、支持基板１１の面上に、コンタクト用の金属層（例えばＴｉ）を形成し、その上層に接合層１３ｂを形成するものとして構わない。また、接合層１３ｂを形成する前に、上述したバリア層を形成しても構わない。
【0097】
（ステップＳ５）
図３Ｅに示すように、接合層１３（１３ａ，１３ｂ）を介して、成長基板３と支持基板１１とが、例えば２８０℃の温度、１ＭＰａの圧力下で貼り合わせられる。この処理により、成長基板３上の接合層１３ａと支持基板１１上の接合層１３ｂとが溶融されて、接合層１３として一体化される。
図３Ｅに示すように、接合層１３（１３ａ，１３ｂ）を介して、成長基板３と支持基板１１とが、例えば２８０℃の温度、１ＭＰａの圧力下で貼り合わせられる。この処理により、成長基板３上の接合層１３ａと支持基板１１上の接合層１３ｂとが溶融されて、接合層１３として一体化される。
【0098】
（ステップＳ６）
半導体積層体２０側の面にレジストを塗布して保護した後、露出した成長基板３に対して、研削研磨処理又は塩酸系エッチャントによるウェットエッチング処理を行う。これにより、成長基板３が剥離されて、第二半導体層２７が露出する（図３Ｆ参照）。
半導体積層体２０側の面にレジストを塗布して保護した後、露出した成長基板３に対して、研削研磨処理又は塩酸系エッチャントによるウェットエッチング処理を行う。これにより、成長基板３が剥離されて、第二半導体層２７が露出する（図３Ｆ参照）。
【0099】
（ステップＳ７）
露出した第二半導体層２７の上面のうち、コンタクト電極４１を形成する予定の領域をマスクした状態で、第二半導体層２７の表面に対してウェットエッチングを行って、凹凸部５０（図１参照）を形成する。このウェットエッチングの際には、例えば塩酸を含む混合液が好適に用いられる。ただし、第二半導体層２７の上面に凹凸部５０を形成しない場合は、本ステップＳ７は不要である。
露出した第二半導体層２７の上面のうち、コンタクト電極４１を形成する予定の領域をマスクした状態で、第二半導体層２７の表面に対してウェットエッチングを行って、凹凸部５０（図１参照）を形成する。このウェットエッチングの際には、例えば塩酸を含む混合液が好適に用いられる。ただし、第二半導体層２７の上面に凹凸部５０を形成しない場合は、本ステップＳ７は不要である。
【0100】
（ステップＳ８）
エピタキシャルウェハを素子毎に分離するためのメサエッチングが施される。具体的には、第二半導体層２７の面のうちの非エッチング領域を、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたレジストによってマスクした状態で、例えば臭素とメタノールの混合液によってウェットエッチング処理が行われる。これにより、マスクされていない領域内に位置する半導体積層体２０の一部が除去される（図１参照）。
エピタキシャルウェハを素子毎に分離するためのメサエッチングが施される。具体的には、第二半導体層２７の面のうちの非エッチング領域を、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたレジストによってマスクした状態で、例えば臭素とメタノールの混合液によってウェットエッチング処理が行われる。これにより、マスクされていない領域内に位置する半導体積層体２０の一部が除去される（図１参照）。
【0101】
（ステップＳ９）
図３Ｇに示すように、第二半導体層２７の上面の所定の位置に、コンタクト電極４１を形成する。ステップＳ７が実施されている場合には、凹凸部５０が形成されていない第二半導体層２７の上面にコンタクト電極４１が形成される。
図３Ｇに示すように、第二半導体層２７の上面の所定の位置に、コンタクト電極４１を形成する。ステップＳ７が実施されている場合には、凹凸部５０が形成されていない第二半導体層２７の上面にコンタクト電極４１が形成される。
【0102】
【0103】
まず、第二半導体層２７の上面にフォトレジストを塗布する。次に、コンタクト電極４１の形状に応じてパターニングされたフォトマスクを所定の位置に設置した状態で、フォトマスクを介して露光用の光を照射する。これにより、フォトレジストがコンタクト電極４１の形状にパターニングされ、レジストマスクが形成される。
【0104】
次に、コンタクト電極４１を構成する材料の膜を例えば真空蒸着装置を用いて成膜する。典型的な例としては、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ又はＡｕ／Ｇｅ／Ａｕ等を成膜する。次に、フォトレジストが剥離された後、例えば４５０℃、１０分間の加熱処理（アニール処理）が施される。これにより、コンタクト電極４１が形成される。
【0105】
この加熱処理によって、コンタクト電極４１と第二半導体層２７との界面には、コンタクト電極４１を構成する金属材料と、第二半導体層２７を構成する半導体材料とが合金化されてなる領域（合金化領域４０）が形成される。
【0106】
（ステップＳ１０）
次に、図３Ｈに示すように、第二半導体層２７の上面を覆い、且つコンタクト電極４１の上面４１ａの一部領域に乗り上げるように、保護層３７が形成される。詳細には例えば以下の手順で行われる。
次に、図３Ｈに示すように、第二半導体層２７の上面を覆い、且つコンタクト電極４１の上面４１ａの一部領域に乗り上げるように、保護層３７が形成される。詳細には例えば以下の手順で行われる。
【0107】
まず、コンタクト電極４１の上面４１ａにフォトレジストを塗布する。次に、露出予定のコンタクト電極４１の領域の形状、すなわち、コンタクト電極４１の外縁部よりも内側の領域の形状に応じてパターニングされたフォトマスクを所定の位置に設置する。次に、フォトマスクを介して露光用の光を照射する。これにより、フォトレジストがコンタクト電極４１の露出予定形状にパターニングされ、レジストマスクが形成される。
【0108】
次に、保護層３７を構成する材料膜を例えば真空蒸着装置を用いて成膜した後、フォトレジストを剥離する。これにより、第二半導体層２７の上面２７ａを覆い、且つ第二半導体層２７の上面２７ａとコンタクト電極４１の上面４１ａを連絡するように、保護層３７が形成される。
【0109】
（ステップＳ１１）
次に、コンタクト電極４１の上面４１ａの一部箇所に、パッド電極４２が形成される（図１、図２参照）。例えば、パッド電極４２を構成する膜の材料であるＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等を、真空蒸着装置を用いて成膜した後、リフトオフ工程が行われる。なお、本実施形態においては、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上げられた保護層３７の上面３７ａの一部にも形成される。
次に、コンタクト電極４１の上面４１ａの一部箇所に、パッド電極４２が形成される（図１、図２参照）。例えば、パッド電極４２を構成する膜の材料であるＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等を、真空蒸着装置を用いて成膜した後、リフトオフ工程が行われる。なお、本実施形態においては、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上げられた保護層３７の上面３７ａの一部にも形成される。
【0110】
（後の工程）
ステップＳ１１以後は、例えば以下の工程が実行される。なお、以下の手順は適宜入れ替えることができる。
ステップＳ１１以後は、例えば以下の工程が実行される。なお、以下の手順は適宜入れ替えることができる。
【0111】
支持基板１１の裏面側の厚みが調整された後、支持基板１１の裏面側に裏面電極３３が形成される。裏面電極３３の具体的な形成方法としては、コンタクト電極４１及びパッド電極４２と同様に、真空蒸着装置によって裏面電極３３の形成材料（例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を成膜後、リフトオフすることで形成できる。
【0112】
なお、支持基板１１の裏面側の厚みの調整は、必要に応じて行えばよく、必ずしも必須な工程ではない。また、厚みの程度も用途等に応じて適宜設定される。
【0113】
その後、支持基板１１ごとダイシングされることでチップ化された後、各チップのパッド電極４２に対して、ボンディングワイヤが取り付けられる。
【0114】
〈検証〉
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１を実施例１とした。また、Ｙ方向に見て、コンタクト電極４１と保護層３７とが重なりを有しない赤外ＬＥＤ素子を比較例１とした。すなわち、比較例１は、図１１に模式的に図示したように、保護層８３とコンタクト電極８２のうちの一方が他方に乗り上げてはおらず、この結果、上述したように製造プロセスの過程で隙間８０が形成されていると想定される素子に対応する。
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１を実施例１とした。また、Ｙ方向に見て、コンタクト電極４１と保護層３７とが重なりを有しない赤外ＬＥＤ素子を比較例１とした。すなわち、比較例１は、図１１に模式的に図示したように、保護層８３とコンタクト電極８２のうちの一方が他方に乗り上げてはおらず、この結果、上述したように製造プロセスの過程で隙間８０が形成されていると想定される素子に対応する。
【0115】
実施例１及び比較例１のそれぞれの素子に対し、ＪＥＩＴＡ ＥＤ-４７０１/１００Ａ（半導体デバイスの環境及び耐久性試験方法［寿命試験Ｉ］）の規格に準拠した方法で、試験を行った。詳細には、周囲温度６０℃、相対湿度９０％の試験環境に各素子を暴露させた状態で素子を所定時間にわたって保管した後、試験環境から取り出してから、直流２０ｍＡで通電して順方向電圧を計測した。
【0116】
図４は、試験環境下に保管された時間（保管時間）を横軸とし、試験開始時における順方向電圧に対する相対値を縦軸として表記したグラフである。なお、測定結果の信頼性を確保する観点から、実施例１及び比較例１の素子がそれぞれ２５個準備され、各素子の順方向電圧の平均値が採用された。すなわち、実施例１のデータは、実施例１の構造を示す２５個の素子の順方向電圧の平均値に対応し、比較例１のデータは、比較例１の構造を示す２５個の素子の順方向電圧の平均値に対応する。
【0117】
図４によれば、比較例１の素子の場合、保管時間が５００時間を超えると順方向電圧が上昇し始め、１０００時間では３０％以上も順方向電圧が高くなることが確認された。このことは、比較例１の素子を含む装置が設置される環境によっては、発光に必要な電圧が経時的に極めて高まり、頻繁に素子の交換を行うことが余儀なくされることを示唆する。これに対し、実施例１の素子の場合には、保管時間が１０００時間を超えても順方向電圧が維持されており、順方向電圧の上昇を抑える効果が実現されていることが分かる。
【0118】
［第二実施形態］
赤外ＬＥＤ素子の第二実施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
赤外ＬＥＤ素子の第二実施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
【0119】
【0120】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、第一実施形態と同様に、保護層３７の一部がコンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上がるような態様で配置されている。すなわち、保護層３７は、第二半導体層２７の上面２７ａと、コンタクト電極４１の上面４１ａとを連絡するように配置されている。この結果、Ｙ方向に見たときに、コンタクト電極４１と保護層３７とは重なりを有している。ただし、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、第一実施形態とは異なり、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上げられた保護層３７の上面３７ａには接触していない。
【0121】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においても、第一実施形態と同様に、コンタクト電極４１の上面４１ａの一部領域に保護層３７が乗り上げているため、合金化領域４０の端部の上面を保護層３７によって確実に覆うことができる。
【0122】
なお、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、上記ステップＳ１１において、パッド電極４２の形成箇所を異ならせる以外は、第一実施形態と同様の方法で製造できる。
【0123】
［第三実施形態］
赤外ＬＥＤ素子の第三実施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
赤外ＬＥＤ素子の第三実施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
【0124】
【0125】
第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子１では、保護層３７の一部がコンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上がるように配置されていた。これに対し、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、コンタクト電極４１の一部が、保護層３７の上面３７ａの一部に乗り上がるように配置されている。つまり、コンタクト電極４１は、第二半導体層２７の上面２７ａと、保護層３７の上面３７ａとを連絡するように配置されている。
【0126】
そして、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面に接触する一方、保護層３７の上面３７ａには接触していない。つまり、本実施形態において、パッド電極４２の電極幅は、コンタクト電極４１の電極幅と同等以下である。
【0127】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においても、上記各実施形態と同様に、Ｙ方向に見たときに、コンタクト電極４１と保護層３７とは重なりを有している。
【0128】
上述したように、合金化領域４０の幅は、コンタクト電極４１と第二半導体層２７とが接触する領域（接触領域）の幅に対応する。そして、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１によれば、保護層３７の上面３７ａの一部領域にコンタクト電極４１が乗り上げている。この結果、合金化領域４０の端部の上方には保護層３７が位置することになり、やはり、第一実施形態と同様に、合金化領域４０の端部の上面を保護層３７によって確実に覆うことができる。
【0129】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の製造に際しては、ステップＳ１～Ｓ８までを第一実施形態と共通の工程とすることができる。
【0130】
（ステップＳ９ａ）
ステップＳ８の実行後、図７Ａに示すように、第二半導体層２７の上面の所定の位置に保護層３７が形成される。なお、より詳細には、半導体積層体２０の側面と、第二半導体層２７の上面のうちのコンタクト電極４１を形成する予定の領域を除く領域とに、保護層３７が形成される。保護層３７の形成方法は、第一実施形態におけるステップＳ１０に準じて実行される。
ステップＳ８の実行後、図７Ａに示すように、第二半導体層２７の上面の所定の位置に保護層３７が形成される。なお、より詳細には、半導体積層体２０の側面と、第二半導体層２７の上面のうちのコンタクト電極４１を形成する予定の領域を除く領域とに、保護層３７が形成される。保護層３７の形成方法は、第一実施形態におけるステップＳ１０に準じて実行される。
【0131】
（ステップＳ１０ａ）
次に、図７Ｂに示すように、露出している第二半導体層２７の上面と、保護層３７の上面３７ａの一部とを連絡するように、コンタクト電極４１を形成する。コンタクト電極４１の形成方法は、第一実施形態におけるステップＳ９に準じて実行される。
次に、図７Ｂに示すように、露出している第二半導体層２７の上面と、保護層３７の上面３７ａの一部とを連絡するように、コンタクト電極４１を形成する。コンタクト電極４１の形成方法は、第一実施形態におけるステップＳ９に準じて実行される。
【0132】
その後は、第一実施形態のステップＳ１１以後と共通の工程が採用できる。
【0133】
［第四実施形態］
赤外ＬＥＤ素子の第四施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
赤外ＬＥＤ素子の第四施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、以下の図面においては、第一実施形態と共通する要素は、共通の符号を付して説明が適宜割愛される。
【0134】
【0135】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、第三実施形態と同様に、コンタクト電極４１の一部が保護層３７の上面３７ａに乗り上がるような態様で配置されている。すなわち、コンタクト電極４１は、第二半導体層２７の上面２７ａと、保護層３７の上面３７ａとを連絡するように配置されている。
【0136】
一方、本実施形態において、パッド電極４２は、コンタクト電極４１の上面に加えて、保護層３７の上面３７ａにも接触している。つまり、本実施形態において、パッド電極４２の電極幅は、コンタクト電極４１の電極幅よりも広い。
【0137】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においても、上記各実施形態と同様に、Ｙ方向に見たときに、コンタクト電極４１と保護層３７とは重なりを有している。
【0138】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においても、第三実施形態と同様に、保護層３７の上面３７ａの一部領域にコンタクト電極４１が乗り上げているため、合金化領域４０の端部の上面を保護層３７によって確実に覆うことができる。
【0139】
なお、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、上記ステップＳ１１において、パッド電極４２の形成箇所を異ならせる以外は、第三実施形態と同様の方法で製造できる。
【0140】
［別実施形態］
上記各実施形態では、半導体積層体２０の側面を覆う保護層３７が、半導体積層体２０の上面においても、端部（周縁部）からコンタクト電極４１の近傍にかけて形成されているものとして説明した。しかし、コンタクト電極４１の近傍のみを、保護層３７とは別の部材からなる保護層３８で形成しても構わない（図９参照）。この場合、保護層３８は、必ずしも絶縁性材料でなくてもよく、更には赤外光Ｌに対する透過率が低い材料であっても構わない。典型的な例としては、保護層３８をＩＴＯとすることができる。
上記各実施形態では、半導体積層体２０の側面を覆う保護層３７が、半導体積層体２０の上面においても、端部（周縁部）からコンタクト電極４１の近傍にかけて形成されているものとして説明した。しかし、コンタクト電極４１の近傍のみを、保護層３７とは別の部材からなる保護層３８で形成しても構わない（図９参照）。この場合、保護層３８は、必ずしも絶縁性材料でなくてもよく、更には赤外光Ｌに対する透過率が低い材料であっても構わない。典型的な例としては、保護層３８をＩＴＯとすることができる。
【0141】
図１０は、図９から、コンタクト電極４１の近傍（領域Ａ１）を拡大した図面であり、図２にならって図示されている。図９～図１０に示す赤外ＬＥＤ素子１は、Ｙ方向から見たときに、保護層３８とコンタクト電極４１とが重なりを有するように配置されているため、合金化領域４０の端部の上面が保護層３８によって覆われる。この結果、上記の第一実施形態と同様、仮に高湿環境下に保管された場合であっても、合金化領域４０内に水蒸気が浸入することが抑制でき、コンタクト電極４１が剥がれにくくなる。よって、動作電圧の上昇が抑制される。
【0142】
なお、この別実施形態では、第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の構成を一部変形した場合を例に挙げて説明した。すなわち、第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、図２に示すように、保護層３７の一部がコンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上がるような態様で配置されていたが、この別実施形態では、図１０に示すように、保護層３８の一部がコンタクト電極４１の上面４１ａに乗り上がるような態様で配置されている。しかし、コンタクト電極４１の近傍に保護層３７とは別材料からなる保護層３８を設ける構成は、第二実施形態以下の各実施形態に対しても同様に適用が可能である。
【符号の説明】
【0143】
１ ：赤外ＬＥＤ素子
３ ：成長基板
１１ ：支持基板
１３，１３ａ，１３ｂ ：接合層
１５ ：反射層
１６ ：導電層
１７ ：絶縁層
２０ ：半導体積層体
２３ ：第一半導体層
２５ ：活性層
２７ ：第二半導体層
２７ａ ：上面
３１ ：内部電極
３３ ：裏面電極
３７ ：保護層
３７ａ ：保護層の上面
３８ ：保護層
３８ａ ：保護層の上面
４０ ：合金化領域
４１ ：コンタクト電極
４１ａ ：コンタクト電極の上面
４２ ：パッド電極
５０ ：凹凸部
８０ ：隙間
８１ ：半導体層
８２ ：コンタクト電極
８２ａ ：合金化領域
８３ ：保護層
８４ ：パッド電極
９０ ：従来の赤外ＬＥＤ素子
３ ：成長基板
１１ ：支持基板
１３，１３ａ，１３ｂ ：接合層
１５ ：反射層
１６ ：導電層
１７ ：絶縁層
２０ ：半導体積層体
２３ ：第一半導体層
２５ ：活性層
２７ ：第二半導体層
２７ａ ：上面
３１ ：内部電極
３３ ：裏面電極
３７ ：保護層
３７ａ ：保護層の上面
３８ ：保護層
３８ａ ：保護層の上面
４０ ：合金化領域
４１ ：コンタクト電極
４１ａ ：コンタクト電極の上面
４２ ：パッド電極
５０ ：凹凸部
８０ ：隙間
８１ ：半導体層
８２ ：コンタクト電極
８２ａ ：合金化領域
８３ ：保護層
８４ ：パッド電極
９０ ：従来の赤外ＬＥＤ素子
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】