(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】P2023008413
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】赤外ＬＥＤ素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/38 20100101AFI20230112BHJP
H01L 33/30 20100101ALI20230112BHJP
【ＦＩ】
H01L33/38
H01L33/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021111964
(22)【出願日】2021-07-06
(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】飯塚 和幸
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA04
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA39
5F241CA65
5F241CA73
5F241CA74
5F241CA85
5F241CA99
5F241CB15
(57)【要約】
【課題】ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子を縦型構造で実現しつつ、光取り出し効率を従来よりも向上させる。
【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、導電性の支持基板と、支持基板の上層に形成された導電層と、導電層の上層に形成された絶縁層と、絶縁層の上層に形成されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、第一半導体層の上層に形成された活性層と、活性層の上層に形成され第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で絶縁層を貫通して第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、第二半導体層の上層に形成された上部電極と、第二半導体層と上部電極との界面に形成され、上部電極の構成材料と第二半導体層の構成材料との合金からなり平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備える。
【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、導電性の支持基板と、支持基板の上層に形成された導電層と、導電層の上層に形成された絶縁層と、絶縁層の上層に形成されたｐ型又はｎ型の第一半導体層と、第一半導体層の上層に形成された活性層と、活性層の上層に形成され第一半導体層とは異なる導電型の第二半導体層と、支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で絶縁層を貫通して第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、第二半導体層の上層に形成された上部電極と、第二半導体層と上部電極との界面に形成され、上部電極の構成材料と第二半導体層の構成材料との合金からなり平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備える。
【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、
導電性の支持基板と、
前記支持基板の上層に形成された導電層と、
前記導電層の上層に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上層に形成された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形成された活性層と、
前記活性層の上層に形成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、
前記支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で前記絶縁層を貫通して前記第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された上部電極と、
前記第二半導体層と前記上部電極との界面に形成され、前記上部電極の構成材料と前記第二半導体層の構成材料との合金からなり、平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備えたことを特徴とする、赤外ＬＥＤ素子。
導電性の支持基板と、
前記支持基板の上層に形成された導電層と、
前記導電層の上層に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上層に形成された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形成された活性層と、
前記活性層の上層に形成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、
前記支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で前記絶縁層を貫通して前記第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された上部電極と、
前記第二半導体層と前記上部電極との界面に形成され、前記上部電極の構成材料と前記第二半導体層の構成材料との合金からなり、平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備えたことを特徴とする、赤外ＬＥＤ素子。
【請求項2】
前記第二半導体層はＩｎＰを含むことを特徴とする、請求項１に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項3】
前記第二半導体層は、前記活性層側に位置するクラッド層と、前記クラッド層の上層に位置し前記クラッド層に対して組成及びドーパント濃度の少なくとも一方が異なるコンタクト層とを含み、
前記コンタクト層の構成材料は、前記ピーク発光波長の光エネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
前記コンタクト層の構成材料は、前記ピーク発光波長の光エネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項4】
前記合金層は、Ｇｅを含む材料からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項5】
前記第二半導体層は、前記合金層に隣接する箇所のドーパント濃度が５×１０17／ｃｍ3～５×１０18／ｃｍ3であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項6】
前記支持基板の主面に直交する方向に見たときに、前記上部電極の占有面積は、前記第二半導体層の占有面積の２０％以下であることを特徴とする、請求項１又は２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、医療用のセンサや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、これまで以下の手順で製造されるのが一般的であった（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、半導体ウエ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】
従来、発光波長が１０００ｎｍ以上の半導体発光素子としては、半導体レーザ素子の開発が先行して進められてきた経緯がある。一方で、ＬＥＤ素子については、その用途があまりなかったこともあり、レーザ素子よりは開発が進んでいなかった。
【0005】
しかしながら、近年、アプリケーションの広がりを受け、赤外ＬＥＤ素子についても光出力の向上が求められるようになってきている。ＩｎＰ基板は、可視光領域で用いられるＧａＡｓ基板と同様に、屈折率が３以上と高い値を示す。このため、ＩｎＰ基板を通じて光を取り出そうとすると、空気との界面における屈折率差に起因した全反射が生じ、光取り出し効率が低く制限されてしまう。更に、ＩｎＰ基板は熱抵抗が大きいため、大電流駆動において光出力が飽和状態になりやすい。このような事情から、特許文献１に開示されている構造は、高い光出力を得るＬＥＤ素子を実現するには不向きであった。
【0006】
特許文献１に開示された構造よりも高い光出力を得る方法として、例えば、特許文献２に開示された構造の採用が考えられる。すなわち、高い放熱性を示す導電性の支持基板に、エピタキシャル層が形成された成長基板を貼り合わせた後、成長基板を除去することで実現した構造が有効であると考えられる。ただし、特許文献２に記載された発光素子は、ターゲットとしている波長が、１０００ｎｍよりも低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平４－２８２８７５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】
【0008】
特許文献２に記載されたようなＬＥＤ素子、すなわち、活性層よりも上層に一方の電極を、活性層よりも下層に他方の電極をそれぞれ配置して、活性層内において基板の面に直交する方向に電流を流すことで発光させるＬＥＤ素子は、「縦型構造」と呼ばれることがある。
【0009】
本発明は、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子を縦型構造で実現しつつ、光取り出し効率を従来よりも向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、
導電性の支持基板と、
前記支持基板の上層に形成された導電層と、
前記導電層の上層に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上層に形成された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形成された活性層と、
前記活性層の上層に形成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、
前記支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で前記絶縁層を貫通して前記第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された上部電極と、
前記第二半導体層と前記上部電極との界面に形成され、前記上部電極の構成材料と前記第二半導体層の構成材料との合金からなり、平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備えたことを特徴とする。
導電性の支持基板と、
前記支持基板の上層に形成された導電層と、
前記導電層の上層に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上層に形成された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形成された活性層と、
前記活性層の上層に形成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、
前記支持基板の主面に平行な方向に分散した複数の位置で前記絶縁層を貫通して前記第一半導体層と前記支持基板とを電気的に接続する内部電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された上部電極と、
前記第二半導体層と前記上部電極との界面に形成され、前記上部電極の構成材料と前記第二半導体層の構成材料との合金からなり、平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層とを備えたことを特徴とする。
【0011】
半導体層との間で良好な電気的な接続（オーミック性）を確保する観点から、半導体層の上層に位置する電極（上部電極）を形成するに際しては、半導体層の上面に電極材料を成膜した後にアニール処理が施される。アニール処理が行われることで、半導体層と上部電極との界面には合金層が形成される。
【0012】
電極材料として使われる金属材料は、半導体層の材料に応じて決定される。なぜならば、半導体層の材料によって、当該半導体層に対する接触抵抗を小さくできる金属が異なるからである。つまり、電極材料の種類は、半導体層の材料、言い換えれば発光波長によって決定される。本発明で対象としているピーク波長が１０００ｎｍ以上の発光素子を実現できる半導体材料としては、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ系の半導体しか実用化されていない。
【0013】
従来、発光波長が１０００ｎｍ以上を示す半導体発光素子は、光通信用のレーザ用途として開発が進められていた。レーザ素子の場合、半導体層の端面から光が取り出されるため、半導体層の主面（基板の主面に平行な面）から光が取り出されることは想定されていない。
【0014】
これに対し、上記のように、接触抵抗を低下させる観点でアニール処理が施されると、縦型構造の赤外ＬＥＤ素子の場合、光取り出し面を構成する半導体層の主面の下層位置に合金層が形成される。
【0015】
仮に、合金層が存在しない場合、活性層から出射した赤外光の一部は、上部電極に入射される。上部電極は金属材料で構成されているため、上部電極に入射された赤外光の一部は電極表面で反射する。このため、反射光は基板側に向かって戻され、再度赤外ＬＥＤ素子内の層で反射されることで、光取り出し面から取り出される。
【0016】
つまり、合金層の存在は、活性層から出射された赤外光を吸収してしまい、光取り出し効率を低下させる原因となる。
【0017】
一方で、合金層を完全になくした場合、半導体層と上部電極との間の接触抵抗が高まることで、順方向電圧の上昇を招く。更に、半導体層と上部電極との密着性が低下するため、ワイヤボンディング時に電極が剥がれる現象を招く場合がある。かかる観点から、合金層を完全になくすことは難しい。
【0018】
本発明者の鋭意研究の結果、合金層の平均膜厚が１５０ｎｍを超えると、光取り出し効率の低下傾向が促進されることを見出した。また、合金層の平均膜厚が１５０ｎｍ以内であれば、合金層が存在しない場合と遜色ない光出力が得られることを見出した。
【0019】
つまり、上記赤外ＬＥＤ素子によれば、順方向電圧の上昇及び電極の剥がれという２つの課題の発現を抑制しながらも、光取り出し効率を高めることが可能となる。
【0020】
なお、合金層の平均膜厚は、支持基板の主面に直交する方向から見て１０μｍ四方以上の範囲内から、均等に１μｍ毎の計測点を設定し、各計測点における合金層の膜厚を平均することで得られた値を採用することができる。
【0021】
前記第二半導体層はＩｎＰを含むものとして構わない。前記第二半導体層の全体がＩｎＰからなるものとしても構わない。
【0022】
前記第二半導体層は、前記活性層側に位置するクラッド層と、前記クラッド層の上層に位置し前記クラッド層に対して組成及びドーパント濃度の少なくとも一方が異なるコンタクト層とを含み、
前記コンタクト層の構成材料は、前記ピーク発光波長の光エネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するものとしても構わない。
前記コンタクト層の構成材料は、前記ピーク発光波長の光エネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するものとしても構わない。
【0023】
ＩｎＰ系材料の場合、ＩｎＰ層よりもＧａＩｎＡｓＰやＧａＩｎＡｓ等の比較的バンドギャップエネルギーが小さい材料の方が、オーミック接合を形成しやすい。これは、表面のＩｎ組成が高い方が、自然酸化膜が形成されやすいためと考えられる。しかしながら、合金層の膜厚を薄くした場合であっても、コンタクト層が活性層から出射した光を吸収してしまうと、光取り出し効率が低下してしまう。上記のように、コンタクト層を、ピーク発光波長の光エネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有する材料で形成することで、コンタクト層内での光吸収が抑制されるため、高い光取り出し効率が確保される。
【0024】
かかる観点から、コンタクト層としては、クラッド層よりもドーパント濃度の高いＩｎＰで形成するのが好適である。ＩｎＰによれば、III族元素とＶ族元素がそれぞれ１種類で構成されるため、組成ズレが発生しにくい。これにより、製造時に素子間のばらつきが抑制され、均質な特性を示す赤外ＬＥＤ素子を安定的に製造できるというメリットもある。
【0025】
前記合金層は、Ｇｅを含む材料からなるものとしても構わない。
【0026】
前記第二半導体層は、前記合金層に隣接する箇所のドーパント濃度が５×１０17／ｃｍ3～５×１０18／ｃｍ3であるものとしても構わない。
【0027】
上部電極と第二半導体層との間で低抵抗のオーミック接触を実現するためには、第二半導体層に対して適切なドーピングを行う必要がある。ドーパント濃度が５×１０17／ｃｍ3未満である場合には、第二半導体層と上部電極間の接触抵抗が大きくなる可能性がある。また、過度にドーピングを行うと結晶性の劣化を招く。特に、上記赤外ＬＥＤ素子を製造するに際しては、第二半導体層を形成した後に、活性層が形成されるため、第二半導体層は活性層を形成する下地となる。したがって、活性層における高い発光効率を確保する観点からは、第二半導体層の結晶性が劣化する事態は避ける必要がある。かかる観点から、第二半導体層のドーパント濃度は５×１０18／ｃｍ3以下とするのが好適である。
【0028】
前記支持基板の主面に直交する方向に見たときに、前記上部電極の占有面積は、前記第二半導体層の占有面積の２０％以下であるものとしても構わない。
【0029】
第二半導体層の露出面によって光取り出し面が形成される。つまり、上部電極の占有面積が大きくなると、それだけ光取り出し面の面積が低下し、光取り出し量が低下する。上記の構成によれば、光取り出し面の面積を確保しつつ、合金層内における光吸収が抑制されるため、高い光取り出し効率が実現される。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、光取り出し効率を従来よりも向上した、ピーク発光波長が１０００ｎｍ以上の縦型構造の赤外ＬＥＤ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の赤外ＬＥＤ素子の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図3B】上部電極の近傍位置における赤外ＬＥＤ素子の断面ＳＥＭ写真である。
【図5】光出力と合金層の平均膜厚との関係を示すグラフである。
【図6】順方向電圧と合金層の平均膜厚との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の赤外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。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の実施形態につき、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。
【0033】
本明細書において、「層Ｑ１の上層に層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。
【0034】
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。
【0035】
図１は、本実施形態の赤外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の上層に形成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。
【0036】
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。
【0037】
本実施形態の赤外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が生成される。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。
【0038】
［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。
以下、赤外ＬＥＤ素子１の構造について詳細に説明する。
【0039】
（支持基板１１）
支持基板１１は、例えばＳｉやＧｅ等の半導体や、Ｃｕ、ＣｕＷ等の金属材料で構成されている。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はＳｉ基板が好適に用いられる。
支持基板１１は、例えばＳｉやＧｅ等の半導体や、Ｃｕ、ＣｕＷ等の金属材料で構成されている。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はＳｉ基板が好適に用いられる。
【0040】
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。
【0041】
（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。
【0042】
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４Ｅ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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
（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。
【0049】
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。
【0050】
（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、例えば、コンタクト層２１と、第一クラッド層２３と、活性層２５と、第二クラッド層２７とを含む。なお、図７を参照して後述されるように、半導体積層体２０は、第二クラッド層２７の上層にコンタクト層２８を更に含むものとしても構わない。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、例えば、コンタクト層２１と、第一クラッド層２３と、活性層２５と、第二クラッド層２７とを含む。なお、図７を参照して後述されるように、半導体積層体２０は、第二クラッド層２７の上層にコンタクト層２８を更に含むものとしても構わない。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。
【0051】
《コンタクト層２１，第一クラッド層２３》
本実施形態において、コンタクト層２１は例えばｐ型のＧａＩｎＡｓＰで構成される。コンタクト層２１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、コンタクト層２１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。
本実施形態において、コンタクト層２１は例えばｐ型のＧａＩｎＡｓＰで構成される。コンタクト層２１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、コンタクト層２１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。
【0052】
本実施形態において、第一クラッド層２３はコンタクト層２１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２３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２３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。
【0053】
コンタクト層２１及び第一クラッド層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。本実施形態では、コンタクト層２１及び第一クラッド層２３が「第一半導体層」に対応する。
【0054】
《活性層２５》
本実施形態において、活性層２５は、第一クラッド層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４Ａ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、第一クラッド層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４Ａ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。
【0055】
ピーク波長が１０００ｎｍ～２０００ｎｍの赤外光Ｌを出射する赤外ＬＥＤ素子１を実現したい場合に、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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
《第二クラッド層２７》
本実施形態において、第二クラッド層２７は、活性層２５の上層に形成されており、例えばｎ型のＩｎＰである。第二クラッド層２７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２７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２７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。本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、第二クラッド層２７が「第二半導体層」に対応する。
本実施形態において、第二クラッド層２７は、活性層２５の上層に形成されており、例えばｎ型のＩｎＰである。第二クラッド層２７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２７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２７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。本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においては、第二クラッド層２７が「第二半導体層」に対応する。
【0059】
図１に示す例では、第二クラッド層２７の＋Ｙ側の表面に凹凸部２７ａが形成されている。凹凸部２７ａ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）が第二クラッド層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、第二クラッド層２７の表面に凹凸部２７ａを設けるか否かは任意である。
【0060】
第一クラッド層２３及び第二クラッド層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４参照）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、第一クラッド層２３及び第二クラッド層２７の材料は、ＩｎＰの他、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等を利用することが可能である。
【0061】
本実施形態では、第一半導体層（２１，２３）がｐ型半導体であり、第二半導体層（第二クラッド層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。
【0062】
（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（２１，２３）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（２１，２３）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。
【0063】
内部電極３１は、コンタクト層２１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。これらの材料は、反射層１５を構成する材料と比較して、赤外光Ｌに対する反射率が低い。
【0064】
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。ただし、支持基板１１の主面に平行な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観点からは、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。
【0065】
図２は、赤外ＬＥＤ素子１を第二クラッド層２７の上方からＹ方向に見たときの模式的な平面図の一例である。ただし、図２は、内部電極３１の形状パターンの理解を容易化する観点で、内部電極３１についても図示されている。図２については、上部電極４０の説明の箇所で詳細に後述される。なお、図２では、半導体積層体２０が上面視で矩形状を呈している場合が図示されている。
【0066】
赤外ＬＥＤ素子１をＹ方向に見たときの、全ての内部電極３１の総面積は、半導体積層体２０（例えば第二クラッド層２７）の面方向に係る面積に対して、３０％以下であるのが好ましく、２０％以下であるのがより好ましく、１５％以下であるのが特に好ましい。内部電極３１の総面積が比較的大きくなると、活性層２５から支持基板１１側（－Ｙ方向）に進行する赤外光Ｌ２が内部電極３１に吸収されてしまい、取り出し効率が低下してしまう。一方で、内部電極３１の総面積が小さすぎると、抵抗値が高くなって順方向電圧が上昇してしまう。
【0067】
（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。
【0068】
（上部電極４０）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の上層に形成された上部電極４０を有する。上部電極４０は、典型的には複数本が所定の方向に延在するように形成されている。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の上層に形成された上部電極４０を有する。上部電極４０は、典型的には複数本が所定の方向に延在するように形成されている。
【0069】
図２には、上部電極４０が、半導体積層体２０の辺に沿うように、Ｘ方向及びＺ方向に複数延在する第一上部電極４１と、特定の箇所の第一上部電極４１の上面に形成された、第一上部電極４１よりも上面視の内径が大きい第二上部電極４２を含む構成が示されている。第二上部電極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おり、パッド電極と呼ばれることがある。
【0070】
第一上部電極４１の配置パターン形状は任意であり、例えば格子状であっても構わないし、渦巻状であっても構わない。上部電極４０のうちの第一上部電極４１は、下層に位置する半導体層（ここでは第二クラッド層２７）の面を露出させつつ、ＸＺ平面上の広い範囲にわたって形成される。これにより、活性層２５内を流れる電流をＸＺ平面に平行な方向に広げることができ、活性層２５内の広い範囲で発光させることができる。
【0071】
第一上部電極４１は、一例として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ／Ｇｅ／Ａｕ、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ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。第二上部電極４２は、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成される。
【0072】
パッド電極を構成する第二上部電極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。なお、第一上部電極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、図２に示すように第二上部電極４２を複数箇所に設けるのが好適である。
【0073】
Ｙ方向に見たときに、上部電極４０（第一上部電極４１，第二上部電極４２）の専有面積は、好ましくは第二クラッド層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４０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。なお、前記上部電極４０の占有面積は、好ましくは５％以上であり、より好ましくは８％以上である。
【0074】
（合金層３５）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、上部電極４０と第二クラッド層２７との界面に、合金層３５を有する。合金層３５は、上部電極４０を構成する金属材料と第二クラッド層２７を構成する半導体材料との合金である。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、上部電極４０と第二クラッド層２７との界面に、合金層３５を有する。合金層３５は、上部電極４０を構成する金属材料と第二クラッド層２７を構成する半導体材料との合金である。
【0075】
合金層３５は、主として上部電極４０の形成箇所に対向する位置（すなわち上部電極４０の直下の位置）に存在する。合金層３５は、ＸＺ平面上の位置に応じて膜厚が微妙に変化しており、その平均膜厚は１５０ｎｍ以下であり、より好ましくは平均膜厚が５０ｎｍ～１５０ｎｍである。合金層３５の平均膜厚は、支持基板１１の主面に直交する方向、すなわちＹ方向から見て１０μｍ四方以上の範囲内から、均等に１μｍ毎の計測点を設定し、各計測点における合金層の膜厚の平均値を採用することができる。
【0076】
図３Ａは、上部電極４０の近傍位置の拡大図である。図３Ｂは、上部電極４０の近傍位置における赤外ＬＥＤ素子１の断面ＳＥＭ写真である。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、上部電極４０のうち、特に第二上部電極４２が形成されている箇所の近傍が示されている。
【0077】
図３Ａ～図３Ｂに示す例では、上部電極４０は、第一上部電極４１と第二上部電極４２と有しており、第二上部電極４２の第一上部電極４１に最も近い位置には例えばＴｉからなる密着層４５を含む。密着層４５は、パッド電極を構成する第二上部電極４２を半導体積層体２０側に密着させる目的で設けられている。
【0078】
図３Ｂに示すＳＥＭ写真にも現れているように、合金層３５は、上部電極４０と第二クラッド層２７との界面に形成されており、その膜厚は場所に応じて微妙に変化している。合金層３５は、後述されるように、上部電極４０（より詳細には第一上部電極４１）を形成する過程で、電極材料を蒸着した後に行われる加熱工程（アニール工程）によって、電極材料と半導体材料とが合金化されることで形成される。加熱工程による合金化の進行の速度が場所に応じて微妙に異なることで、図３ＢのＳＥＭ写真に示されるように、合金層３５の膜厚が場所に応じて微妙に変化しているものと推定される。なお、図３ＢのＳＥＭ写真において、第二上部電極４２と第一上部電極４１との境界箇所に、色が異なる層が存在するが、この層は、上記のように第二上部電極４２の一部を構成する密着層４５に対応する。
【0079】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１によれば、合金層３５の平均膜厚が１５０ｎｍ以下とされていることで、光取り出し効率が高められる。この点は、実施例を参照して後述される。
【0080】
［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４Ａ～図４Ｆの各図を参照して説明する。図４Ａ～図４Ｆ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。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４Ａ～図４Ｆの各図を参照して説明する。図４Ａ～図４Ｆ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。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。
【0081】
（ステップＳ１）
図４Ａ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、第二クラッド層２７、活性層２５、第一クラッド層２３及びコンタクト層２１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（２１，２３，２５，２７）の材料例は上述した通りである。
図４Ａ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、第二クラッド層２７、活性層２５、第一クラッド層２３及びコンタクト層２１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（２１，２３，２５，２７）の材料例は上述した通りである。
【0082】
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。
【0083】
（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、コンタクト層２１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、コンタクト層２１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、コンタクト層２１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、コンタクト層２１と内部電極３１との間のオーミック接触が実現される。
【0084】
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４Ｂ参照）。
【0085】
（ステップＳ３）
図４Ｃ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４Ｃ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。
【0086】
（ステップＳ４）
図４Ｄ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４Ｄ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。
【0087】
（ステップＳ５）
図４Ｅ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４Ｅ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。
【0088】
（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、第二クラッド層２７が露出する（図４Ｆ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、第二クラッド層２７が露出する（図４Ｆ参照）。
【0089】
（ステップＳ７）
第二クラッド層２７の上面の所定の位置に、上部電極４０を形成する。詳細には以下の手順で行われる。
第二クラッド層２７の上面の所定の位置に、上部電極４０を形成する。詳細には以下の手順で行われる。
【0090】
まず、第二クラッド層２７の上面にフォトレジストを塗布する。次に、上部電極４０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、フォトレジストが上部電極４０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。
【0091】
次に、上部電極４０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。より詳細には、第一上部電極４１を構成する膜の材料である、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、第一上部電極４１が形成される。
【0092】
なお、この加熱処理によって、第一上部電極４１を構成する金属材料と、第二クラッド層２７を構成する半導体材料とが合金化されてなる合金層３５が、第一上部電極４１と第二クラッド層２７との界面に形成される（図３Ａ参照）。第二クラッド層２７を構成する半導体材料として想定され得る、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ等は第一上部電極４１を構成する金属材料としては用いられないため、第一上部電極４１の直下を含む領域を例えばＸＲＦ等を用いて組成分析することで、合金層３５の存在を検知できる。
【0093】
次に、第一上部電極４１の上面の所定位置に第二上部電極４２が形成される。より詳細には、密着層４５を構成する膜の材料であるＴｉ、第二上部電極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（図１，図２参照）。
【0094】
（後の工程）
ステップＳ７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Ｓ７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。
【0095】
上部電極４０が形成されていない第二クラッド層２７の表面に対してウェットエッチングが施され、凹凸部２７ａが形成される。その後、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、第二クラッド層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、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）。
【0096】
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、上部電極４０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。
【0097】
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。
【0098】
その後、支持基板１１ごとダイシングされることで、チップ化される。
【0099】
その後、各チップの第二上部電極４２に対して、ボンディングワイヤが取り付けられる。
【0100】
［検証１］
ステップＳ７において、第一上部電極４１の形成の際に行われる加熱工程の加熱条件を異ならせた点を除き、他は同一の条件で各ステップを実行することで、複数種の赤外ＬＥＤ素子のサンプル＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１を製造した。なお、サンプル＃Ｂ１は、ステップＳ７において加熱処理を行わずに製造されたサンプルであり、合金層３５を備えていない点において、他のサンプル（＃Ａ１～＃Ａ４）とは異なっている。なお、各サンプル＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１のそれぞれは、同一の製造条件で複数個（約１０００個）が製造された。
ステップＳ７において、第一上部電極４１の形成の際に行われる加熱工程の加熱条件を異ならせた点を除き、他は同一の条件で各ステップを実行することで、複数種の赤外ＬＥＤ素子のサンプル＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１を製造した。なお、サンプル＃Ｂ１は、ステップＳ７において加熱処理を行わずに製造されたサンプルであり、合金層３５を備えていない点において、他のサンプル（＃Ａ１～＃Ａ４）とは異なっている。なお、各サンプル＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１のそれぞれは、同一の製造条件で複数個（約１０００個）が製造された。
【0101】
各サンプル＃Ａ１～＃Ａ４について、ＳＥＭ像に基づき合金層３５の平均膜厚を計測した。平均膜厚は、各ＳＥＭ像の１５μｍ四方の範囲内から、均等に１μｍごとに抽出された複数の計測点における合金層３５の膜厚の平均値が採用された。それぞれの平均膜厚は、下記表１の通りである。なお、サンプル＃Ｂ１については、合金層３５が存在していないため、平均膜厚は０ｎｍである。サンプル＃Ｂ１が合金層３５を有していない点は、念の為ＳＥＭ像によっても確認された。
【0102】
ワイヤボンディング工程の実行時に、上部電極４０がワイヤに引っ張られて剥がれを生じたサンプルの比率（剥がれ率）を測定した。結果を表１に示す。
【0103】
【表1】
【0104】
表１によれば、合金層３５が形成されていないサンプル＃Ｂ１については、１０００個の素子のうちの８個の素子に、上部電極４の剥がれが生じていた。これに対し、合金層３５が形成されたサンプル＃Ａ１～＃Ａ４に属する素子は、いずれも上部電極４０の剥がれが確認されなかった。この結果より、第一上部電極４１の形成時に加熱工程を行って、第二クラッド層２７と上部電極４０との密着性を高めることで、ワイヤボンディング工程時における上部電極４０の剥がれが抑制されることが分かる。
【0105】
［検証２］
上部電極４０の剥がれが生じなかった各サンプル（＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１）に属する素子に対して、同一の順方向電流（２０ｍＡ）を供給して点灯させて、光出力と合金層３５の平均膜厚との関係、並びに順方向電圧と合金層３５の平均膜厚との関係をそれぞれ計測した。この結果を図５及び図６に示す。なお、図５に示す光出力は、積分球によって測定された。
上部電極４０の剥がれが生じなかった各サンプル（＃Ａ１～＃Ａ４，＃Ｂ１）に属する素子に対して、同一の順方向電流（２０ｍＡ）を供給して点灯させて、光出力と合金層３５の平均膜厚との関係、並びに順方向電圧と合金層３５の平均膜厚との関係をそれぞれ計測した。この結果を図５及び図６に示す。なお、図５に示す光出力は、積分球によって測定された。
【0106】
図５によれば、合金層３５の平均膜厚が２７０ｎｍ以上であるサンプル＃Ａ３及びサンプルＡ４は、平均膜厚が１５０ｎｍ以下であるサンプル＃Ａ１及びサンプル＃Ａ２と比べて、光出力が大きく低下していることが分かる。また、サンプル＃Ａ１及びサンプル＃Ａ２は、合金層３５が形成されていないサンプル＃Ｂ１とほぼ同等の光出力であることが分かる。
【0107】
この結果から、サンプル＃Ａ３及びサンプルＡ４の場合、内部に存在する合金層３５の膜厚が厚いため、合金層３５内で吸収された赤外光Ｌの光量が比較的大きくなり、相対的に光出力が低下したものと推察される。
【0108】
一方、図６によれば、合金層３５の平均膜厚が１５０ｎｍ以下であるサンプル＃Ａ１及びサンプル＃Ａ２は、合金層３５の平均膜厚が２７０ｎｍ以上であるサンプル＃Ａ３及びサンプルＡ４と同等の順方向電圧が示されている。そして、合金層３５を設けていないサンプル＃Ｂ１は、サンプル＃Ａ１及びサンプル＃Ａ２と比べて、順方向電圧が大幅に上昇している。この結果から、合金層３５の膜厚をある程度薄くした場合であっても、合金層３５を全く設けない構成と比べると、順方向電圧を低下させる効果が得られることが分かる。また、合金層３５の膜厚を厚膜化しても、順方向電圧を低下させる作用が大幅に高められるわけではないことが分かる。
【0109】
以上の結果に鑑みれば、平均膜厚が１５０ｎｍ以下の合金層３５を備えた赤外ＬＥＤ素子１によれば、上部電極４０の膜剥がれの抑制と、順方向電圧の上昇の抑制を両立しながらも、光出力を高められることが分かる。なお、上記の検証からは、合金層３５の平均膜厚が５０ｎｍ～１５０ｎｍであるのがより好ましいことが分かる。
【0110】
［別実施形態］
図７に示すように、赤外ＬＥＤ素子１は、第二クラッド層２７の上層に、第二クラッド層２７よりもドーパントが高濃度にドープされたコンタクト層２８を備えるものとしても構わない。上記実施形態のように、第二クラッド層２７がｎ型半導体層である場合、コンタクト層２８もｎ型半導体層で構成される。この場合、第二クラッド層２７及びコンタクト層２８が「第二半導体層」に対応する。
図７に示すように、赤外ＬＥＤ素子１は、第二クラッド層２７の上層に、第二クラッド層２７よりもドーパントが高濃度にドープされたコンタクト層２８を備えるものとしても構わない。上記実施形態のように、第二クラッド層２７がｎ型半導体層である場合、コンタクト層２８もｎ型半導体層で構成される。この場合、第二クラッド層２７及びコンタクト層２８が「第二半導体層」に対応する。
【0111】
一例として、コンタクト層２８は、ｎ型のＩｎＰで構成される。コンタクト層２８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。コンタクト層２８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。
【0112】
図７に示す赤外ＬＥＤ素子１は、ステップＳ１で上述したエピタキシャル工程において、第二クラッド層２７の形成前にコンタクト層２８を形成する以外は、上記と同様の方法で製造される。
【符号の説明】
【0113】
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
２１ ：コンタクト層
２３ ：第一クラッド層
２５ ：活性層
２７ ：第二クラッド層
２７ａ ：凹凸部
２８ ：コンタクト層
３１ ：内部電極
３３ ：裏面電極
３５ ：合金層
４０ ：上部電極
４１ ：第一上部電極
４２ ：第二上部電極
４５ ：密着層
Ｌ ：赤外光
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
２１ ：コンタクト層
２３ ：第一クラッド層
２５ ：活性層
２７ ：第二クラッド層
２７ａ ：凹凸部
２８ ：コンタクト層
３１ ：内部電極
３３ ：裏面電極
３５ ：合金層
４０ ：上部電極
４１ ：第一上部電極
４２ ：第二上部電極
４５ ：密着層
Ｌ ：赤外光
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5】
【図6】
【図7】