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(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】P2025066980
(43)【公開日】2025-04-24
(54)【発明の名称】赤外ＬＥＤ素子
(51)【国際特許分類】
H10H 20/831 20250101AFI20250417BHJP
H10H 20/814 20250101ALI20250417BHJP
H10H 20/823 20250101ALI20250417BHJP
H10H 20/833 20250101ALI20250417BHJP
【ＦＩ】
H01L33/38
H01L33/10
H01L33/28
H01L33/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023176589
(22)【出願日】2023-10-12
(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
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA03
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA12
5F241CA39
5F241CA65
5F241CA74
5F241CA75
5F241CA77
5F241CA88
5F241CA93
5F241CA94
5F241CB15
5F241FF16
(57)【要約】
【課題】発光効率がより高められた赤外ＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】第一導電型を示す第一半導体層と、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た、第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、絶縁層の上層に配置された、赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、貫通孔内において、第二半導体層の面に接触して配置された、絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、貫通孔内において、導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、充填層は、赤外光に対する反射性を示す材料からなる。
【選択図】 図３
【解決手段】第一導電型を示す第一半導体層と、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た、第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、絶縁層の上層に配置された、赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、貫通孔内において、第二半導体層の面に接触して配置された、絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、貫通孔内において、導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、充填層は、赤外光に対する反射性を示す材料からなる。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの赤外光を出射可能な赤外ＬＥＤ素子であって、
第一導電型を示す第一半導体層と、
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た、前記第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、
前記第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、
前記絶縁層の上層に配置された、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、
前記貫通孔内において、前記第二半導体層の面に接触して配置された、前記絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、
前記貫通孔内において、前記導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、前記導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、
前記充填層は、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなることを特徴とする赤外ＬＥＤ素子。
第一導電型を示す第一半導体層と、
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た、前記第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、
前記第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、
前記絶縁層の上層に配置された、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、
前記貫通孔内において、前記第二半導体層の面に接触して配置された、前記絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、
前記貫通孔内において、前記導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、前記導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、
前記充填層は、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなることを特徴とする赤外ＬＥＤ素子。
【請求項2】
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見て、前記導電性酸化膜層は、前記貫通孔内において、前記充填層の内側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】
前記第二半導体層と前記絶縁層との接触面積をＳ１、前記第二半導体層と前記導電性酸化膜層との接触面積をＳ２、前記第二半導体層と前記充填層との接触面積をＳ３としたときに、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３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4】
前記第二半導体層が、Ａｓを含むIII－V族半導体からなる、前記絶縁層と接触するコンタクト層を含む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】
前記導電性酸化膜層が、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛スズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズからなる群に属する一種以上の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6】
前記導電性酸化膜層の厚みが、５ｎｍ～５０ｎｍ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7】
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見たときの、前記導電性酸化膜層の占有領域の総面積が、前記活性層の占有領域の総面積に対して４％～５０％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8】
前記第二半導体層が、少なくとも前記導電性酸化膜層と接触する領域のドーパント濃度が５×１０18／ｃｍ3以上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9】
前記反射層、前記絶縁層、前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層を含む積層体を支持する、導電性の支持基板と、
前記第一半導体層の前記活性層とは反対側の面上に配置された第一電極と、
前記支持基板の、前記積層体が形成されている側とは反対側の面に配置された第二電極とを備え、
前記導電性酸化膜層は、前記支持基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されてい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。
前記第一半導体層の前記活性層とは反対側の面上に配置された第一電極と、
前記支持基板の、前記積層体が形成されている側とは反対側の面に配置された第二電極とを備え、
前記導電性酸化膜層は、前記支持基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されてい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10】
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の成長基板であるＩｎＰ基板と、
前記第一半導体層のうち、前記活性層が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられた第一電極と、
前記反射層の前記絶縁層が形成されている側とは反対側の面に接触して配置された第二電極とを備え、
前記ＩｎＰ基板に近い側から順に、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が積層されており、
前記絶縁層は、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の積層体の側面、前記第二半導体層の上面、及び、前記活性層が上層に配置されていない領域における前記第一半導体層の上面を連絡するように配置されており、
前記導電性酸化膜層は、前記ＩｎＰ基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されてい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。
前記第一半導体層のうち、前記活性層が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられた第一電極と、
前記反射層の前記絶縁層が形成されている側とは反対側の面に接触して配置された第二電極とを備え、
前記ＩｎＰ基板に近い側から順に、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が積層されており、
前記絶縁層は、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の積層体の側面、前記第二半導体層の上面、及び、前記活性層が上層に配置されていない領域における前記第一半導体層の上面を連絡するように配置されており、
前記導電性酸化膜層は、前記ＩｎＰ基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されてい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、特に発光波長が１，０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、波長１，０００ｎｍ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１，０００ｎｍ以上の半導体発光素子は、一般的に以下の手順で製造される。成長基板としてのＩｎＰ基板上に、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た後、半導体ウェハ上に電流注入のための電極が形成される。その後、チップ状に切断される。
【0004】
従来、発光波長が１，０００ｎｍ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素子についても高効率化の要求が高まっている。当該要求に応える構成として、例えば、特許文献１には、ＩｎＰ基板上にＬＥＤ構造を結晶成長させたウェハの上下面に電極を形成し、両電極間に電圧を印加することで活性層に電流を注入して発光させる赤外ＬＥＤ素子が開示されている。
【0006】
さらに、該当波長域帯の用途の広まりから、より発光効率が高くより小型低背なＬＥＤが求められている。当該要求に応える構成として、特許文献２には、成長基板上にＬＥＤ構造のエピタキシャル半導体膜を結晶成長した発光ダイオードウェハに対して、高反射膜を介して支持基板に金属層と接合した後、成長基板を薄膜化、又は完全に除去した構造が開示されている。
【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
【特許文献3】米国特許第１１２３９３８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明者らは、発光波長が１，０００ｎｍ以上であるＬＥＤ素子の発光効率の向上について鋭意検討していたところ、以下のような課題が存在することに気が付いた。
【0009】
従来、ＬＥＤ素子は、光取り出し効率を高めるために、活性層から発せられて光出射面とは反対側に向かって進行する光を光出射面側へと反射する、反射層が形成される。反射層は、多くの場合、活性層で発せられる所望の波長帯域の光に対して、比較的高い反射率を示す材料からなる膜によって実現される。
【0010】
上記反射層は、一般的に、所望の波長帯の光に対して透過性を示す絶縁層における、半導体層とは反対側に面に形成される層である。そして、当該反射層は、活性層の広い範囲で発光を生じさせるため、反射面と平行な方向に電流を分散させることを目的として、当該透明絶縁層に設けられた貫通孔内に形成された電極によって半導体層と電気的に接続される。
【0011】
上記構成のＬＥＤ素子においては、アニール処理が施されることによって、半導体層と、絶縁層の貫通孔内に形成される電極との間にオーミックコンタクトが形成される。ここで、本発明者らは、鋭意研究により、特に発光波長が１，０００ｎｍ以上であるＬＥＤ素子においては、反射層のオーミックコンタクトが形成されている部分の反射率が、その他の部分の反射率に比べて大きく低下していることに気が付いた。
【0012】
本発明は、上記課題に鑑み、発光効率がより高められた赤外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】
【0013】
本発明の半導体発光素子は、
ピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの赤外光を出射可能な赤外ＬＥＤ素子であって、
第一導電型を示す第一半導体層と、
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た、前記第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、
前記第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、
前記絶縁層の上層に配置された、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、
前記貫通孔内において、前記第二半導体層の面に接触して配置された、前記絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、
前記貫通孔内において、前記導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、前記導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、
前記充填層は、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなることを特徴とする。
ピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの赤外光を出射可能な赤外ＬＥＤ素子であって、
第一導電型を示す第一半導体層と、
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た、前記第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、
前記第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、
前記絶縁層の上層に配置された、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、
前記貫通孔内において、前記第二半導体層の面に接触して配置された、前記絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、
前記貫通孔内において、前記導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、前記導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、
前記充填層は、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなることを特徴とする。
【0014】
本明細書において、「反射性を示す」とは、活性層で発せられる赤外光のピーク波長の光に対する反射率が５０％以上であることをいう。
【0015】
良好なオーミック特性と高反射率を兼ね備えた材料は、稀であり、製造コストや安定した特性が得られるかどうかといった観点をも考慮すると、発光素子の量産に用いることができる材料となると今のところ見当たらない。このような事情から、ピーク波長が可視光領域に属するＬＥＤ素子では、上記特許文献３に示されているような、導電性酸化物であるＩＴＯからなる透明導電層と反射膜とを組み合わせた構造が提案されている。
【0016】
しかしながら、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）に代表される導電性酸化物は、内部のフリーキャリアが増大すると、赤外光に対する吸収率が高まるという特徴がある。このため、上記特許文献３に示されている導電性酸化物からなる透明導電層と反射膜とを組み合わせた構造は、赤外ＬＥＤ素子に適用すると、かえって発光効率を低下させてしまうという課題があり、これまで採用されてこなかった。
【0017】
ここで、本発明者らは、上述した背景から、導電性酸化物による吸収を抑制し、従来の赤外ＬＥＤ素子よりも発光効率を高める構造を鋭意検討し、上記構造の赤外ＬＥＤ素子を発明するに至った。
【0018】
上記構成によれば、半導体層と金属からなる電極とが接触する面積が低減されることにより、従来構成と比較して、合金の形成による反射率の低下が抑制される。また、上記構成によれば、透明導電膜である導電性酸化膜を形成する領域が、絶縁層の貫通孔内に限定されるため、導電性酸化膜によって吸収される赤外光の量が低減される。したがって、上記構成の赤外ＬＥＤ素子は、取り出される光の量が従来構造の赤外ＬＥＤ素子よりも向上されるため、結果として、発光効率が向上される。
【0019】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見て、前記導電性酸化膜層は、前記貫通孔内において、前記充填層の内側に配置されていても構わない。
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見て、前記導電性酸化膜層は、前記貫通孔内において、前記充填層の内側に配置されていても構わない。
【0020】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第二半導体層と前記絶縁層との接触面積をＳ１、前記第二半導体層と前記導電性酸化膜層との接触面積をＳ２、前記第二半導体層と前記充填層との接触面積をＳ３としたときに、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であることが好ましい。
前記第二半導体層と前記絶縁層との接触面積をＳ１、前記第二半導体層と前記導電性酸化膜層との接触面積をＳ２、前記第二半導体層と前記充填層との接触面積をＳ３としたときに、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であることが好ましい。
【0021】
導通のための電極が形成されていない部分は、絶縁層を配置することが一般的であるが、絶縁層は電流経路を制限する機能を持ち、更に反射層としても機能する場合がある。反射層として機能するとは、絶縁層に対して入射角が臨界角よりも大きい場合、半導体層と絶縁層の屈折率差によって全反射が生じることである。なお、入射角が小さくて全反射が生じないとしても、透過した光が反射層によって反射されることで高反射率が実現される。
【0022】
一方で、電流経路を制限する機能を考えると、絶縁層と対向する位置の活性層には電流が流れず、導電性酸化膜層及び充填層が形成される貫通孔と対向する位置の活性層に電流が流れて発光することになる。つまり、貫通孔に近い位置では入射角が小さい状態になり、貫通孔から遠い位置では入射角が大きくなる。つまり、全反射にならない部分では、絶縁層を透過させるよりも反射層で直接反射した方が、絶縁層と反射層全体で見た場合の反射される赤外光の総量が多くなると考えられる。このため、半導体層に絶縁層を介して反射膜が形成され、絶縁層には一部に貫通孔が設けられ、貫通孔内においては、半導体層と反射膜が接する部分が存在することが好ましい。
【0023】
上記構成によれば、絶縁層に設けられた貫通孔内を導電性酸化物のみで充填した場合と比較して、導電性酸化物による赤外光の吸収が抑制される。したがって、上記構成の赤外ＬＥＤ素子は、取り出される光の量が更に向上されることになり、結果として、発光効率がより向上される。
【0024】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第二半導体層が、Ａｓを含むIII－V族半導体からなる、前記絶縁層と接触するコンタクト層を含む半導体層であっても構わない。
前記第二半導体層が、Ａｓを含むIII－V族半導体からなる、前記絶縁層と接触するコンタクト層を含む半導体層であっても構わない。
【0025】
第二半導体層に含まれるコンタクト層の材料としては、例えば、ＩｎＰ基板に対して格子不整合系ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓと、ＩｎＰ基板に対して格子整合系ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓが考えられる。第二半導体層に含まれるコンタクト層の材料は、これらの中でも、オーミックコンタクトの得やすさから、ＧａＡｓが特に好ましい。
【0026】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記導電性酸化膜層が、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛スズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズからなる群に属する一種以上の材料からなる膜であっても構わない。
前記導電性酸化膜層が、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛スズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズからなる群に属する一種以上の材料からなる膜であっても構わない。
【0027】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記導電性酸化膜層の厚みが、５ｎｍ～５０ｎｍであることが好ましい。
前記導電性酸化膜層の厚みが、５ｎｍ～５０ｎｍであることが好ましい。
【0028】
上記構成によれば、赤外ＬＥＤ素子における光出力をより高めることができる。なお、詳細については、「発明を実施するための形態」の項目において、検証実験の結果とともに説明される。
【0029】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見たときの、前記導電性酸化膜層の占有領域の総面積が、前記活性層の占有領域の総面積に対して４％～５０％であることが好ましい。
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見たときの、前記導電性酸化膜層の占有領域の総面積が、前記活性層の占有領域の総面積に対して４％～５０％であることが好ましい。
【0030】
上記構成によれば、第二半導体層と導電性参加膜層との間においてより良好なオーミックコンタクトが得られるとともに、高い光取り出し効率を実現できる。
【0031】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第二半導体層が、少なくとも前記導電性酸化膜層と接触する領域のドーパント濃度が５×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。
前記第二半導体層が、少なくとも前記導電性酸化膜層と接触する領域のドーパント濃度が５×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【0032】
上記構成の赤外ＬＥＤ素子は、採用され得る種々の半導体材料に対してより良好なオーミックコンタクトが得られる。
【0033】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記反射層、前記絶縁層、前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層を含む積層体を支持する、導電性の支持基板と、
前記第一半導体層の前記活性層とは反対側の面上に配置された第一電極と、
前記支持基板の、前記積層体が形成されている側とは反対側の面に配置された第二電極とを備え、
前記導電性酸化膜層は、前記支持基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていても構わない。
前記反射層、前記絶縁層、前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層を含む積層体を支持する、導電性の支持基板と、
前記第一半導体層の前記活性層とは反対側の面上に配置された第一電極と、
前記支持基板の、前記積層体が形成されている側とは反対側の面に配置された第二電極とを備え、
前記導電性酸化膜層は、前記支持基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていても構わない。
【0034】
上記赤外ＬＥＤ素子は、
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の成長基板であるＩｎＰ基板と、
前記第一半導体層のうち、前記活性層が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられた第一電極と、
前記反射層の前記絶縁層が形成されている側とは反対側の面に接触して配置された第二電極とを備え、
前記ＩｎＰ基板に近い側から順に、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が積層されており、
前記絶縁層は、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の積層体の側面、前記第二半導体層の上面、及び、前記活性層が上層に配置されていない領域における前記第一半導体層の上面を連絡するように配置されており、
前記導電性酸化膜層は、前記ＩｎＰ基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていても構わない。
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の成長基板であるＩｎＰ基板と、
前記第一半導体層のうち、前記活性層が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられた第一電極と、
前記反射層の前記絶縁層が形成されている側とは反対側の面に接触して配置された第二電極とを備え、
前記ＩｎＰ基板に近い側から順に、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が積層されており、
前記絶縁層は、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の積層体の側面、前記第二半導体層の上面、及び、前記活性層が上層に配置されていない領域における前記第一半導体層の上面を連絡するように配置されており、
前記導電性酸化膜層は、前記ＩｎＰ基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていても構わない。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、発光効率がより高められた赤外ＬＥＤ素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】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3】絶縁層を＋Ｙ側から見たときの構造を模式的に示す図面である。
【図5】比較例１の領域Ａ１に相当する部分を拡大した図面である。
【図6】別実施形態の赤外ＬＥＤ素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図7】反射電極と第二電極とを取り除いた状態の、別実施形態の赤外ＬＥＤ素子を＋Ｙ側から見たときの模式的な図面である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、本発明の赤外ＬＥＤ素子について、図面を参照して説明する。なお、赤外ＬＥＤ素子に関する以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。
【0038】
本明細書において、「層Ａの上層に層Ｂが配置されている」という表現は、層Ａの面上に直接層Ｂが形成されている場合はもちろん、層Ａの面上に薄膜を介して層Ｂが配置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５０ｎｍ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。
【0039】
また、本明細書において、「層Ａの上層に層Ｂが配置されている」という表現は、赤外ＬＥＤ素子の配置位置を回転させれば、層Ａの上方に層Ｂが位置する場合をも包含する概念として用いられる。つまり、上記表現は、赤外ＬＥＤ素子がある向きで設置されている状態での上方を限定する表現ではなく、積層方向である第一方向において層Ａと層Ｂが順に配置されることを示唆する表現である。
【0040】
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り、図２は、図１における領域Ａ１を拡大した図面である。図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の＋Ｙ側に配置された半導体積層体２０を備える。図３は、絶縁層１７を＋Ｙ側から見たときの構造を模式的に示す図面である。以下の説明では、適宜、図１に付されたＸＹＺ座標系が参照される。なお、Ｙ方向が「第一方向」に相当する。
【0041】
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。なお、本実施形態においては、「層Ａの上層に層Ｂが配置されている」ことについて、層Ｂが層Ａの－Ｙ側に配置されていることを意図として説明される。
【0042】
赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０内（より詳細には後述される活性層２５内）で、赤外光Ｌが生成される。より詳細には、図２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１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍである。
【0043】
［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。
【0044】
（支持基板１１）
支持基板１１は、例えばＳｉ、Ｇｅ等の半導体、又はＣｕ、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、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てもよい。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１０ｍΩ・ｃｍ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、支持基板１１は好適にはＳｉ基板である。
支持基板１１は、例えばＳｉ、Ｇｅ等の半導体、又はＣｕ、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、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てもよい。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１０ｍΩ・ｃｍ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、支持基板１１は好適にはＳｉ基板である。
【0045】
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。
【0046】
（金属接合層１３）
赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の＋Ｙ側に配置された金属接合層１３を備える。金属接合層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、又はＳｎ等で構成される。図４Ｇを参照して後述されるように、この金属接合層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。金属接合層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。
赤外ＬＥＤ素子１は、支持基板１１の＋Ｙ側に配置された金属接合層１３を備える。金属接合層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、又はＳｎ等で構成される。図４Ｇを参照して後述されるように、この金属接合層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。金属接合層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】
なお、金属接合層１３の＋Ｙ側には、バリア層が形成されていても構わない。バリア層は、金属接合層１３を構成するハンダ材料の拡散を抑制することを目的として設けられる場合がある。かかる機能を実現する限りにおいて材料は限定されないが、バリア層は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、又はＮｉ等を含む材料で実現できる。より具体的な一例としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体である。
【0048】
（反射層１５）
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、金属接合層１３の＋Ｙ側に配置された反射層１５を備える。
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、金属接合層１３の＋Ｙ側に配置された反射層１５を備える。
【0049】
活性層２５内で生成された赤外光Ｌには、光出射面側（＋Ｙ側）に向かって進行する赤外光Ｌ１と、光出射面とは反対側（－Ｙ側）に向かって進行する赤外光Ｌ２とが含まれる。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側）に進行する赤外光Ｌ２を反射させて、＋Ｙ側に導く機能を奏する。反射層１５は、導電性材料であって、かつ、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５０％以上であり、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。
【0050】
赤外光Ｌのピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍである場合、反射層１５の材料としては、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、Ａｌ、又はＣｕ等が利用できる。この材料は、赤外光Ｌの波長に応じて適宜選択され得る。
【0051】
反射層１５の厚みは特に限定されないが、例えば０．１μｍ～２．０μｍ以下であり、好ましくは０．３μｍ～１．０μｍ以下である。
【0052】
なお、反射層１５と金属接合層１３の間に、上述したようなバリア層が形成される場合、金属接合層１３を構成する材料が反射層１５側に拡散して反射層１５の反射率が低下することを抑制できる。
【0053】
（絶縁層１７）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、反射層１５の＋Ｙ側に配置された絶縁層１７を備える。絶縁層１７は、電気的絶縁性を示し、かつ、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＋Ｙ側に配置された絶縁層１７を備える。絶縁層１７は、電気的絶縁性を示し、かつ、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。
【0054】
赤外光Ｌのピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍである場合、絶縁層１７の材料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ、ＨｆＯ、又はＭｇＯ等を用いることができる。この材料は、活性層２５で生成される光の波長に応じて適宜選択され得る。
【0055】
（半導体積層体２０）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７の＋Ｙ側に配置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、第一コンタクト層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。半導体積層体２０を構成する各半導体層（２１，２３，２５，２７）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からなる。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７の＋Ｙ側に配置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、第一コンタクト層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。半導体積層体２０を構成する各半導体層（２１，２３，２５，２７）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からなる。
【0056】
半導体積層体２０の全体の厚みは、３０μｍ（３０，０００ｎｍ）以下であり、好ましくは５μｍ～２０μｍである。
【0057】
《第一コンタクト層２１，第一クラッド層２３》
本実施形態において、第一コンタクト層２１は、任意の半導体材料で構成されるが、Ａｓを含むIII－V族半導体で構成されることが好ましく、例えば、ｐ型のＧａＡｓで構成される。第一コンタクト層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、第一コンタクト層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。なお、第一コンタクト層２１に関しては、良好なオーミックコンタクトを得る観点から、少なくとも後述される導電性酸化膜層３１ａと接触する領域のドーパント濃度が５×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。
本実施形態において、第一コンタクト層２１は、任意の半導体材料で構成されるが、Ａｓを含むIII－V族半導体で構成されることが好ましく、例えば、ｐ型のＧａＡｓで構成される。第一コンタクト層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、第一コンタクト層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。なお、第一コンタクト層２１に関しては、良好なオーミックコンタクトを得る観点から、少なくとも後述される導電性酸化膜層３１ａと接触する領域のドーパント濃度が５×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【0058】
本実施形態において、第一クラッド層２３は、第一コンタクト層２１の＋Ｙ側に配置されており、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１，０００ｎｍ～１０，０００ｎｍであり、好ましくは２，０００ｎｍ～５，０００ｎｍ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以下であり、より好ましくは５×１０17／ｃｍ3～３×１０18／ｃｍ3以下である。
【0059】
第一コンタクト層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、又はＢｅ等を利用でき、Ｚｎ又はＭｇが好ましく、Ｚｎが特に好ましい。本実施形態では、第一コンタクト層２１及び第一クラッド層２３が「第二半導体層」に対応する。
【0060】
《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＋Ｙ側に配置されている。活性層２５の材料は、狙いとする波長の光を生成可能であって、かつ、図４Ｂ等を参照して後述されるように、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＋Ｙ側に配置されている。活性層２５の材料は、狙いとする波長の光を生成可能であって、かつ、図４Ｂ等を参照して後述されるように、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。
【0061】
ピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの赤外光Ｌを出射する赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、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。
【0062】
活性層２５の膜厚は、活性層２５が単層構造の場合は、５０ｎｍ～２，０００ｎｍであり、好ましくは１００ｎｍ～１，０００ｎｍ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～５０周期の範囲で積層されて構成される。
【0063】
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。
【0064】
《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＋Ｙ側に配置されており、例えばｎ型のＩｎＰで構成される。第二クラッド層２７は、電流分散を目的とするため、ある程度の膜厚と不純物濃度が必要になる。第二クラッド層２７の厚みは限定されないが、例えば、２，０００ｎｍ～１５，０００ｎｍであり、好ましくは、５，０００ｎｍ～１０，０００ｎｍ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５×１０17／ｃｍ3以上であり、より好ましくは、１×１０18／ｃｍ3以上である。なお、電流分散等をも考慮した場合、第二クラッド層２７のｎ型ドーパント濃度の範囲は、例えば、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。
本実施形態において、第二クラッド層２７は、活性層２５の＋Ｙ側に配置されており、例えばｎ型のＩｎＰで構成される。第二クラッド層２７は、電流分散を目的とするため、ある程度の膜厚と不純物濃度が必要になる。第二クラッド層２７の厚みは限定されないが、例えば、２，０００ｎｍ～１５，０００ｎｍであり、好ましくは、５，０００ｎｍ～１０，０００ｎｍ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５×１０17／ｃｍ3以上であり、より好ましくは、１×１０18／ｃｍ3以上である。なお、電流分散等をも考慮した場合、第二クラッド層２７のｎ型ドーパント濃度の範囲は、例えば、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。
【0065】
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、かつ、成長基板３（図４Ｂ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、第二クラッド層２７の材料としては、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、又はＡｌＧａＩｎＡｓ等が利用可能であるが、ＩｎＰであることが好ましい。
【0066】
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、又はＳｅ等を利用することができ、Ｓｉが特に好ましい。第二クラッド層２７が「第一半導体層」に対応する。
【0067】
図１に示すように、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１において、第二クラッド層２７の＋Ｙ側の面（以下、「第一面２７ａ」と称する。）には、凹凸部４０が形成されている。この凹凸部４０は、図１においては模式的に周期的な形状で図示されているが、実際にはエッチング液を用いたディップ処理によって形成されたランダムな凹凸形状となっている。
【0068】
（内部電極３１）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、絶縁層１７の複数の箇所においてＹ方向に貫通する貫通孔内に形成された、内部電極３１を有しており、第二半導体層（２１，２３）と支持基板１１とを電気的に接続する。内部電極３１は、図２に示すように、第一コンタクト層２１と接触する導電性酸化膜層３１ａと、貫通孔内において、導電性酸化膜層３１ａが位置する領域以外の領域を充填するように形成された充填層３１ｂとを備える。導電性酸化膜層３１ａの位置は任意であるが、本実施形態では、図３に示すように、Ｙ方向に見たときに、貫通孔内において、充填層３１ｂの内側に配置されている。そして、内部電極３１は、図３に示すように、好ましくは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の複数の箇所においてＹ方向に貫通する貫通孔内に形成された、内部電極３１を有しており、第二半導体層（２１，２３）と支持基板１１とを電気的に接続する。内部電極３１は、図２に示すように、第一コンタクト層２１と接触する導電性酸化膜層３１ａと、貫通孔内において、導電性酸化膜層３１ａが位置する領域以外の領域を充填するように形成された充填層３１ｂとを備える。導電性酸化膜層３１ａの位置は任意であるが、本実施形態では、図３に示すように、Ｙ方向に見たときに、貫通孔内において、充填層３１ｂの内側に配置されている。そして、内部電極３１は、図３に示すように、好ましくは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。
【0069】
本実施形態における内部電極３１が有する導電性酸化膜層３１ａは、第一コンタクト層２１に対してオーミックコンタクトの形成が可能な材料で構成されている。導電性酸化膜層３１ａの材料は、導電性を示す酸化物であって、光に対して透過性を示す材料であれば任意であるが、赤外光Ｌに対する透過性の高さに鑑みれば、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛スズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズからなる群に属する一種以上の材料であることが好ましい。また、導電性酸化膜層３１ａの厚みは、絶縁層１７よりも薄ければ任意であるが、本実施形態においては、２０ｎｍである。
【0070】
本実施形態における内部電極３１が有する充填層３１ｂは、反射層１５と同一の材料と、反射層１５とは異なる材料であって、かつ、赤外光Ｌに対する反射性を示す材料との少なくとも一方を含む材料によって構成される。充填層３１ｂの材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、又はこれらの合金、これらを積層させてなる金属層が挙げられる。
【0071】
なお、本実施形態の内部電極３１は、図２に示すように、導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂのいずれもが第一コンタクト層２１と接触するように構成されているが、導電性酸化膜層３１ａのみが第一コンタクト層２１と接触するように構成されていても構わない。また、任意ではあるが、本実施形態においては、第一コンタクト層２１と絶縁層１７との接触面積をＳ１、第一コンタクト層２１と導電性酸化膜層３１ａとの接触面積をＳ２、第一コンタクト層２１と充填層３１ｂとの接触面積をＳ３としたときに、各面積の値（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係性を満たすように形成されている。
【0072】
Ｙ方向に見た場合の、内部電極３１のパターン形状は任意である。ただし、支持基板１１の主面（ＸＺ平面）に平行な方向（以下、「面方向」という。）に関して活性層２５内の広い範囲に電流を流す観点からは、内部電極３１は面方向に分散して複数配置されるのが好ましい。
【0073】
Ｙ方向に見たときの、全ての導電性酸化膜層３１ａの占有領域の総面積は、半導体積層体２０（例えば、活性層２５）の面方向に係る専有領域の総面積に対して、４％以上５０％以下であるのが好ましく、５％以上４０％以下であるのがより好ましく、６％以上３０％以下であるのが特に好ましい。導電性酸化膜層３１ａ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が導電性酸化膜層３１ａに吸収される光量が増えてしまい、光取り出し効率の低下を招く。一方で、導電性酸化膜層３１ａの総面積が小さすぎると、極小な領域に電流が集中することになり高抵抗化することで動作電圧の増大を招く。なお、本実施形態においては、導電性酸化膜層３１ａの総面積は、半導体積層体２０の面方向に係る面積に対して、３０％となるように構成されている。
【0074】
（上面電極３２）
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の上面に配置された上面電極３２を有する。上面電極３２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。一例として、上面電極３２は、半導体積層体２０の辺に沿うように、Ｘ方向及びＺ方向に複数延在して、櫛形の形状を呈している。ただし、上面電極３２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。
図１に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体積層体２０の上面に配置された上面電極３２を有する。上面電極３２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。一例として、上面電極３２は、半導体積層体２０の辺に沿うように、Ｘ方向及びＺ方向に複数延在して、櫛形の形状を呈している。ただし、上面電極３２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。
【0075】
上面電極３２は、－Ｙ側に位置する第二クラッド層２７の面を（直接又は同面上に形成された誘電体層の一部を除き）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。
【0076】
上面電極３２は、一例として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、又はＡｕＧｅ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。なお、上面電極３２が「第一電極」に対応する。
【0077】
（パッド電極３４）
図１に示すように、赤外ＬＥＤ素子１は、上面電極３２の一部の上面に配置されたパッド電極３４を有する。なお、図１では、上面電極３２の全面にパッド電極３４が形成されているように図示されているが、これは図示の都合によるものである。実際には、面方向に延伸する上面電極３２の一部の面上に、パッド電極３４が形成されるものとして構わない。
図１に示すように、赤外ＬＥＤ素子１は、上面電極３２の一部の上面に配置されたパッド電極３４を有する。なお、図１では、上面電極３２の全面にパッド電極３４が形成されているように図示されているが、これは図示の都合によるものである。実際には、面方向に延伸する上面電極３２の一部の面上に、パッド電極３４が形成されるものとして構わない。
【0078】
パッド電極３４は、例えばＴｉ／Ａｕ、又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成される。このパッド電極３４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が、本発明においてパッド電極３４を備えるか否かは任意である。
【0079】
（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）の面上に配置された、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、又は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）の面上に配置された、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、又は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。
【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４Ｎの各図を参照して説明する。図４Ａ～図４Ｎ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。なお、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４Ｎの各図を参照して説明する。図４Ａ～図４Ｎ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。なお、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、成長基板３が準備される。本実施形態では、成長基板３として、（００１）面を一方の主面とするＩｎＰ基板が好適に利用される。厚みの一例は３７０μｍであり、主面の直径は２インチである。ただし、成長基板３の厚み及び大きさは、適宜設定される。
図４Ａに示すように、成長基板３が準備される。本実施形態では、成長基板３として、（００１）面を一方の主面とするＩｎＰ基板が好適に利用される。厚みの一例は３７０μｍであり、主面の直径は２インチである。ただし、成長基板３の厚み及び大きさは、適宜設定される。
【0082】
（ステップＳ２）
成長基板３を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、成長基板３上に、バッファ層２２、エッチングストップ層（ＥＳ層）２４、第二クラッド層２７、活性層２５、第一クラッド層２３及び第一コンタクト層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（図４Ｂ参照）。本ステップＳ２において、成長させる層の材料、又は膜厚に応じて、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。
成長基板３を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、成長基板３上に、バッファ層２２、エッチングストップ層（ＥＳ層）２４、第二クラッド層２７、活性層２５、第一クラッド層２３及び第一コンタクト層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（図４Ｂ参照）。本ステップＳ２において、成長させる層の材料、又は膜厚に応じて、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。
【0083】
半導体積層体２０の形成例は以下の通りである。まず、成長基板３上に、Ｓｉをドーパントしたｎ型のＩｎＰが所定膜厚（例えば５００ｎｍ程度）積層されて、バッファ層２２が得られる。次に、バッファ層２２とは異なる材料の層（ここでは、ＩｎＧａＡｓ層）が所定膜厚（例えば２００ｎｍ程度）積層されて、ＥＳ層２４が得られる。その後、上述した膜厚や組成となるように成長条件が設定された状態で、第二クラッド層２７、活性層２５、第一クラッド層２３及び第一コンタクト層２１が順次形成される。
【0084】
詳細な一例として、Ｓｉをドーパントとしたｎ型のＩｎＰが膜厚７，０００ｎｍ積層されて第二クラッド層２７が得られる。次に、ＩｎＧａＡｓＰが膜厚９００ｎｍ積層されて、活性層２５が得られる。ここでは、赤外ＬＥＤ素子１から出射される赤外光Ｌのピーク波長が１，３００ｎｍとなるような条件とされている。ただし、上述したように、活性層２５を構成する材料の組成比を調整することや、ＭＱＷ構造を採用することにより、赤外光Ｌのピーク波長は１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの範囲内で調整可能である。
【0085】
その後、Ｚｎをドーパントとしたｐ型のＩｎＰが膜厚３，０００ｎｍ積層されて第一クラッド層２３が形成され、引き続き、Ｚｎをドーパントとしたｐ型のＧａＡｓが膜厚２００ｎｍ積層されて第一コンタクト層２１が形成される。
【0086】
（ステップＳ３）
成長基板３上に半導体積層体２０が形成されたウェハが、ＭＯＣＶＤ装置から取り出された後、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（図４Ｃ参照）。膜厚の一例は２００ｎｍである。次に、絶縁層１７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が形成される。バッファードフッ酸等の所定の薬剤を用いたエッチング法により、レジスト開口部に対応する絶縁層１７の一部が除去されて、貫通孔３１ｃが形成される（図４Ｄ参照）。
成長基板３上に半導体積層体２０が形成されたウェハが、ＭＯＣＶＤ装置から取り出された後、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（図４Ｃ参照）。膜厚の一例は２００ｎｍである。次に、絶縁層１７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が形成される。バッファードフッ酸等の所定の薬剤を用いたエッチング法により、レジスト開口部に対応する絶縁層１７の一部が除去されて、貫通孔３１ｃが形成される（図４Ｄ参照）。
【0087】
（ステップＳ４）
次に、貫通孔３１ｃ内に導電性酸化膜層３１ａが形成される（図４Ｅ参照）。充填層３１ｂが形成された後、レジストマスクを除去してから例えば３２０℃、１０分間の加熱処理によってアニール処理が施され、第一コンタクト層２１と、導電性酸化膜層３１ａとの間のオーミックコンタクトが形成される。その後、貫通孔３１ｃ内に充填層３１ｂが形成される。充填層３１ｂは、ステップＳ５で形成される反射層１５と同一材料でも良く、工程の簡略化のため充填層３１ｂの形成工程は省略されても構わない。また、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介して、反射層１５とは異なる材料を用いて充填層３１ｂを形成しても構わない。
次に、貫通孔３１ｃ内に導電性酸化膜層３１ａが形成される（図４Ｅ参照）。充填層３１ｂが形成された後、レジストマスクを除去してから例えば３２０℃、１０分間の加熱処理によってアニール処理が施され、第一コンタクト層２１と、導電性酸化膜層３１ａとの間のオーミックコンタクトが形成される。その後、貫通孔３１ｃ内に充填層３１ｂが形成される。充填層３１ｂは、ステップＳ５で形成される反射層１５と同一材料でも良く、工程の簡略化のため充填層３１ｂの形成工程は省略されても構わない。また、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介して、反射層１５とは異なる材料を用いて充填層３１ｂを形成しても構わない。
【0088】
（ステップＳ５）
図４Ｆに示すように、絶縁層１７の上面に、反射層１５、及び金属接合層１３ａが順次形成される。例えば、ＥＢ蒸着装置によって、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Ｔｉ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることで金属接合層１３ａが形成される。金属接合層１３ａは上述した金属接合層１３と同一の材料として構わない。なお、反射層１５は、上述した充填層３１ｂと同一の材料としても構わない。図４Ｆにおいては、図示の都合上、導電性酸化膜層３１ａと充填層３１ｂとが区別されず、内部電極３１として図示されている。
図４Ｆに示すように、絶縁層１７の上面に、反射層１５、及び金属接合層１３ａが順次形成される。例えば、ＥＢ蒸着装置によって、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Ｔｉ／Ａｕが所定の膜厚で成膜されることで金属接合層１３ａが形成される。金属接合層１３ａは上述した金属接合層１３と同一の材料として構わない。なお、反射層１５は、上述した充填層３１ｂと同一の材料としても構わない。図４Ｆにおいては、図示の都合上、導電性酸化膜層３１ａと充填層３１ｂとが区別されず、内部電極３１として図示されている。
【0089】
反射層１５の材料膜の一例は、Ａｌ／Ａｕ＝５ｎｍ／２００ｎｍである。金属接合層１３ａの膜厚の一例は、Ｔｉ／Ａｕ＝１５０ｎｍ／１５００ｎｍである。なお、上述したように、反射層１５と金属接合層１３ａとの間には、バリア層が形成されても構わない。バリア層の材料膜の一例は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ＝１５０ｎｍ／３００ｎｍ／２００ｎｍである。
【0090】
（ステップＳ６）
図４Ｇに示すように、成長基板３とは別の支持基板１１が準備される。本実施形態では、（００１）面を一方の主面とし、ホウ素（Ｂ）が高濃度にドープされた導電性を示すＳｉ基板が利用される。支持基板１１の電気抵抗率は、１０ｍΩ・ｃｍ（＝０．１ｍΩ・ｍ）未満とするのが好適である。なお、上述したように、支持基板１１と金属接合層１３ｂとの間には、バリア層が形成されても構わない。
図４Ｇに示すように、成長基板３とは別の支持基板１１が準備される。本実施形態では、（００１）面を一方の主面とし、ホウ素（Ｂ）が高濃度にドープされた導電性を示すＳｉ基板が利用される。支持基板１１の電気抵抗率は、１０ｍΩ・ｃｍ（＝０．１ｍΩ・ｍ）未満とするのが好適である。なお、上述したように、支持基板１１と金属接合層１３ｂとの間には、バリア層が形成されても構わない。
【0091】
（ステップＳ７）
図４Ｈに示すように、支持基板１１の主面上に、金属接合層１３ｂが形成される。金属接合層１３ｂは、ステップＳ４で上述した、金属接合層１３ａと同様の方法で形成できる。
図４Ｈに示すように、支持基板１１の主面上に、金属接合層１３ｂが形成される。金属接合層１３ｂは、ステップＳ４で上述した、金属接合層１３ａと同様の方法で形成できる。
【0092】
（ステップＳ８）
図４Ｉに示すように、金属接合層１３（１３ａ，１３ｂ）を介して、成長基板３と支持基板１１とが、例えば、ウェハボンディング装置を用いて加圧されながら貼り合わせられる。好ましくは、それぞれの金属接合層１３（１３ａ，１３ｂ）の表面を洗浄した状態で重ね合わせられる。この貼り合わせ処理は、例えば３００℃、１ＭＰａ下で行われる。この処理により、成長基板３上の金属接合層１３ａと支持基板１１上の金属接合層１３ｂとが、溶融されて一体化される（金属接合層１３）。
図４Ｉに示すように、金属接合層１３（１３ａ，１３ｂ）を介して、成長基板３と支持基板１１とが、例えば、ウェハボンディング装置を用いて加圧されながら貼り合わせられる。好ましくは、それぞれの金属接合層１３（１３ａ，１３ｂ）の表面を洗浄した状態で重ね合わせられる。この貼り合わせ処理は、例えば３００℃、１ＭＰａ下で行われる。この処理により、成長基板３上の金属接合層１３ａと支持基板１１上の金属接合層１３ｂとが、溶融されて一体化される（金属接合層１３）。
【0093】
（ステップＳ９）
図４Ｊに示すように、成長基板３が除去される。一例としては、接合後のウェハを塩酸系のエッチャントに浸漬することで、成長基板３が除去される。このとき、成長基板３やバッファ層２２とは異なる材料で形成されたＥＳ層２４は、塩酸系のエッチャントに不溶であるため、ＥＳ層２４が露出した時点でエッチング処理が停止する。
図４Ｊに示すように、成長基板３が除去される。一例としては、接合後のウェハを塩酸系のエッチャントに浸漬することで、成長基板３が除去される。このとき、成長基板３やバッファ層２２とは異なる材料で形成されたＥＳ層２４は、塩酸系のエッチャントに不溶であるため、ＥＳ層２４が露出した時点でエッチング処理が停止する。
【0094】
（ステップＳ１０）
図４Ｋに示すように、ＥＳ層２４を除去して第二クラッド層２７を露出させる。例えば、必要に応じて純水で洗浄後、ＥＳ層２４に対しては可溶で、第二クラッド層２７に対しては不溶な所定の薬液に浸漬することで、ＥＳ層２４が除去される。一例として、硫酸と過酸化水素水の混合溶液（ＳＰＭ）を利用できる。
図４Ｋに示すように、ＥＳ層２４を除去して第二クラッド層２７を露出させる。例えば、必要に応じて純水で洗浄後、ＥＳ層２４に対しては可溶で、第二クラッド層２７に対しては不溶な所定の薬液に浸漬することで、ＥＳ層２４が除去される。一例として、硫酸と過酸化水素水の混合溶液（ＳＰＭ）を利用できる。
【0095】
（ステップＳ１１）
図４Ｌに示すように、露出した第二クラッド層２７の表面に対して上面電極３２が形成される。具体的には、以下の手順で行われる。
図４Ｌに示すように、露出した第二クラッド層２７の表面に対して上面電極３２が形成される。具体的には、以下の手順で行われる。
【0096】
第二クラッド層２７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が形成される。次に、ＥＢ蒸着装置によって、上面電極３２の形成材料（例えば、Ａｕ／Ｇｅ／Ａｕ）が成膜された後、リフトオフすることで、上面電極３２が形成される。上面電極３２の膜厚の一例は、Ａｕ／Ｇｅ／Ａｕ＝１０ｎｍ／３０ｎｍ／１５０ｎｍである。
【0097】
その後、上面電極３２のオーミック性を実現するために、例えば４５０℃、１０分間の加熱処理によってアニール処理が施される。
【0098】
次に、上面電極３２の所定位置の上面にパッド電極３４が形成される。この場合も、上面電極３２と同様に、ＥＢ蒸着装置による成膜工程及びリフトオフ工程によって実現できる。パッド電極３４としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが成膜され、その厚みの一例はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ＝１５０ｎｍ／３００ｎｍ／１，５００ｎｍである。
【0099】
（ステップＳ１２）
図４Ｍに示すように、第二クラッド層２７の第一面２７ａに対して、凹凸部４０が形成される。
図４Ｍに示すように、第二クラッド層２７の第一面２７ａに対して、凹凸部４０が形成される。
【0100】
具体的な方法の一例としては、まず、第二クラッド層２７の第一面２７ａに対してフォトリソグラフィ法に基づいてパターニングされたレジストが形成される。このレジストには、上面電極３２が形成されている領域を除く領域に対して、複数の直径３μｍの孔部が周期長６μｍで三角格子状に配列されたパターンが形成されている。なお、上面電極３２が形成されている領域には、孔部が形成されていないレジストが覆われている。
【0101】
このパターニングされたレジストを介して、塩酸－リン酸混合液等のエッチャントを用いて第二クラッド層２７の第一面２７ａに対してエッチングが行われる。これにより、レジストに設けられた孔部を通じて、第一面２７ａに対して例えば深さ１μｍのエッチングパターンが形成される。その後、レジストがアセトンなどの洗浄液で除去される。
【0102】
（ステップＳ１３）
図４Ｎに示すように、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、所定のエッチャントを用いてウェットエッチングが行われる。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４Ｎに示すように、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、所定のエッチャントを用いてウェットエッチングが行われる。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。
【0103】
具体的な方法の一例として、まず、塩酸－リン酸混合液を用いたエッチングにより、第二クラッド層２７が除去される。この反応は活性層２５が露出すると停止される。次に、硫酸と過酸化水素水の混合溶液（ＳＰＭ）を用いたエッチングにより、活性層２５が除去される。この反応は第一クラッド層２３で停止される。次に、塩酸－リン酸混合液を用いたエッチングにより、第一クラッド層２３及び第一コンタクト層２１が除去され、絶縁層１７が露出される。その後、アセトン等の洗浄液によってレジストが除去される。
【0104】
（ステップＳ１４）
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（図１参照）。裏面電極３３の具体的な形成方法としては、上面電極３２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）を成膜することで形成できる。裏面電極３３の膜厚の一例は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ＝１５０ｎｍ／３００ｎｍ／１，５００ｎｍである。
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（図１参照）。裏面電極３３の具体的な形成方法としては、上面電極３２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）を成膜することで形成できる。裏面電極３３の膜厚の一例は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ＝１５０ｎｍ／３００ｎｍ／１，５００ｎｍである。
【0105】
支持基板１１の厚みの調整方法は任意であるが、一例として、半導体積層体２０側をバックグラインドテープに貼り付けた状態で、バックグラインダにより研削する方法が採用できる。研削後の厚みは例えば５０μｍ～２５０μｍの範囲内で調整され、赤外ＬＥＤ素子１の用途やその後のプロセスによって適宜選択される。具体例として、研削後の支持基板１１の厚みは１５０μｍである。研削処理が終了した後は、テープから剥離され、洗浄される。
【0106】
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。
【0107】
（ステップＳ１５）
次に、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。例えば、裏面電極３３側がダイシングテープによって貼り付けられた状態で、ステップＳ１３におけるメサエッチングにより形成されたダイシングラインに沿って、上面電極３２側から、ダイヤモンドブレード等を用いて支持基板１１とともにダイシングが行われる。
次に、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。例えば、裏面電極３３側がダイシングテープによって貼り付けられた状態で、ステップＳ１３におけるメサエッチングにより形成されたダイシングラインに沿って、上面電極３２側から、ダイヤモンドブレード等を用いて支持基板１１とともにダイシングが行われる。
【0108】
その後、チップ化された赤外ＬＥＤ素子１は、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いてステム等に実装される。パッド電極３４は、ワイヤボンディングによって、ステムのポスト部に接続される。
【0109】
［検証実験］
ここで、内部電極３１（導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂ）の構造と、赤外ＬＥＤ素子１の発光効率との関係性を確認するための検証実験を行ったので、以下、その詳細について説明する。
ここで、内部電極３１（導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂ）の構造と、赤外ＬＥＤ素子１の発光効率との関係性を確認するための検証実験を行ったので、以下、その詳細について説明する。
【0110】
（実施例１）
実施例１は、上述した実施形態の赤外ＬＥＤ素子１である。なお、実施例１は、導電性酸化膜層３１ａが、酸化インジウムスズによって構成されている。また、導電性酸化膜３１ａの厚みは２０ｎｍである。
実施例１は、上述した実施形態の赤外ＬＥＤ素子１である。なお、実施例１は、導電性酸化膜層３１ａが、酸化インジウムスズによって構成されている。また、導電性酸化膜３１ａの厚みは２０ｎｍである。
【0111】
（実施例２）
実施例２は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが５０ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
実施例２は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが５０ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
【0112】
（実施例３）
実施例３は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが１０ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
実施例３は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが１０ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
【0113】
（実施例４）
実施例４は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが５ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
実施例４は、導電性酸化膜層３１ａの厚みが５ｎｍである点を除いて、実施例１と同一である。
【0114】
（比較例）
図５は、比較例１の赤外ＬＥＤ素子１の領域Ａ１に相当する部分を拡大した図面である。図５に示すように、比較例１は、絶縁層１７に設けられた貫通孔３１ｃ内に、導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂに代えて、Ａｕ系材料からなる金属電極６０が形成されている点を除いて、実施例１と同一である。
図５は、比較例１の赤外ＬＥＤ素子１の領域Ａ１に相当する部分を拡大した図面である。図５に示すように、比較例１は、絶縁層１７に設けられた貫通孔３１ｃ内に、導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂに代えて、Ａｕ系材料からなる金属電極６０が形成されている点を除いて、実施例１と同一である。
【0115】
（測定方法）
供給電流Ｉｆが２０ｍＡの場合と、５０ｍＡの場合とで、順方向電圧値Ｖｆが同等となるように電力を供給した際の、上述した各実施形態における光出力Ｐｏを測定した。そして、結果の比較は、比較例における光出力を１００％として、実施例１及び実施例２の光出力の比率によって行った。
供給電流Ｉｆが２０ｍＡの場合と、５０ｍＡの場合とで、順方向電圧値Ｖｆが同等となるように電力を供給した際の、上述した各実施形態における光出力Ｐｏを測定した。そして、結果の比較は、比較例における光出力を１００％として、実施例１及び実施例２の光出力の比率によって行った。
【0116】
（結果）
それぞれの値は、下記表１のとおりとなった。
それぞれの値は、下記表１のとおりとなった。
【0117】
【表1】
【0118】
供給電流Ｉｆが５０ｍＡである場合は、実施例２において比較例よりも光出力が低下していることが確認されるが、光出力比が９９％以上であり、これは十分に同等と評価し得る範囲内である。そして、実施例１、実施例３、及び実施例４については、光出力比が１２０％を超えている。
【0119】
そして、供給電流Ｉｆが２０ｍＡである場合は、実施例１については、光出力比が１２０％を超えており、実施例２については、光出力比が１０４．５％と十分高くなっていることが確認される。
【0120】
上記構成の赤外ＬＥＤ素子１は、半導体層と金属からなる電極とが接触する面積が低減されることにより、従来構成と比較して、合金の形成による反射率の低下が抑制される。また、上記構成の赤外ＬＥＤ素子１は、導電性酸化膜層３１ａを形成する領域が、絶縁層１７の貫通孔３１ｃ内に限定されるため、導電性酸化膜層３１ａによって吸収される赤外光Ｌの量が低減される。したがって、上記構成の赤外ＬＥＤ素子１は、取り出される光の量が従来構造の赤外ＬＥＤ素子よりも向上されるため、結果として、発光効率が向上される。
【0121】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
以下、別実施形態につき説明する。
【0122】
〈１〉 図６は、別実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、図６に示すように、ＩｎＰ基板５０と、半導体積層体２０と、絶縁層１７と、反射層に相当する反射電極（５１，５２）と、第一電極５３と、第二電極５４と、内部電極５５と、高さ調整用電極５６とを備える。
【0123】
ＩｎＰ基板５０は、成長基板であり、表面が赤外光Ｌを取り出すための光出射面５０ａを構成する。光出射面５０ａは、図６に示すように、上述した実施形態と同様に凹凸部が形成されている。
【0124】
半導体積層体２０は、上述した実施形態と同様に、第一クラッド層２３、活性層２５、第二クラッド層２７が積層された構造をなしている。本実施形態の半導体積層体２０は、Ｙ方向に見たときに、第一クラッド層２３が、ＩｎＰ基板５０の全体にわたって形成されているが、活性層２５と第二クラッド層２７とは、ＩｎＰ基板５０の一部にのみ形成されている。ここで、別実施形態においては、第一クラッド層２３が「第一半導体層」に対応し、第二クラッド層２７が「第二半導体層」に対応する。
【0125】
反射電極（５１，５２）は、いずれも活性層２５から発せられて、直接、又は素子内での反射を繰り返すことで絶縁層１７側（－Ｙ側）へと進行する赤外光Ｌを、ＩｎＰ基板５０側（＋Ｙ側）へ進行するように反射する、反射層に相当する。本実施形態のような、フリップチップ型の赤外ＬＥＤ素子１は、上述したように、サブマウント５８に対してフリップ実装が行われる。
【0126】
そして、第一電極５３は、第一クラッド層２３のうち、活性層２５が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられており、第二電極５４は、反射電極５２の絶縁層１７が形成されている側とは反対側（－Ｙ側）の面に接触して設けられている。
【0127】
絶縁層１７は、第一クラッド層２３、活性層２５、及び第二クラッド層２７の積層体の側面、第二クラッド層２７の上面、及び、活性層２５が上層に配置されていない領域における第一クラッド層２３の上面を連絡するように配置されている。
【0128】
図７は、反射電極５２と第二電極５４とを取り除いた状態の、別実施形態の赤外ＬＥＤ素子１を＋Ｙ側から見たときの模式的な図面である。内部電極５５は、図７に示すように、絶縁層１７に設けられた貫通孔内において、導電性酸化膜層５５ａと充填層５５ｂとが形成されている。なお、上述した実施形態において採用し得る、導電性酸化膜層３１ａ及び充填層３１ｂの材料、構造、形成方法は、いずれも本実施形態の導電性酸化膜層５５ａ及び充填層５５ｂにおいても同様に採用し得る。
【符号の説明】
【0129】
１ ： 赤外ＬＥＤ素子
３ ： 成長基板
１１ ： 支持基板
１３，１３ａ，１３ｂ ： 金属接合層
１５ ： 反射層
１７ ： 絶縁層
２０ ： 半導体積層体
２１ ： 第一コンタクト層
２２ ： バッファ層
２３ ： 第一クラッド層
２４ ： ＥＳ層
２５ ： 活性層
２７ ： 第二クラッド層
２７ａ ： 第一面
３１ ： 内部電極
３１ａ ： 導電性酸化膜層
３１ｂ ： 充填層
３１ｃ ： 貫通孔
３２ ： 上面電極
３３ ： 裏面電極
３４ ： パッド電極
４０ ： 凹凸部
５０ ： ＩｎＰ基板
５０ａ ： 光出射面
５１，５２ ： 反射電極
５３ ： 第一電極
５４ ： 第二電極
５５ ： 内部電極
５５ａ ： 導電性酸化膜層
５５ｂ ： 充填層
５６ ： 高さ調整用電極
５７ａ，５７ｂ ： パターン電極
５８ ： サブマウント
６０ ： 金属電極
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ ： 赤外光
３ ： 成長基板
１１ ： 支持基板
１３，１３ａ，１３ｂ ： 金属接合層
１５ ： 反射層
１７ ： 絶縁層
２０ ： 半導体積層体
２１ ： 第一コンタクト層
２２ ： バッファ層
２３ ： 第一クラッド層
２４ ： ＥＳ層
２５ ： 活性層
２７ ： 第二クラッド層
２７ａ ： 第一面
３１ ： 内部電極
３１ａ ： 導電性酸化膜層
３１ｂ ： 充填層
３１ｃ ： 貫通孔
３２ ： 上面電極
３３ ： 裏面電極
３４ ： パッド電極
４０ ： 凹凸部
５０ ： ＩｎＰ基板
５０ａ ： 光出射面
５１，５２ ： 反射電極
５３ ： 第一電極
５４ ： 第二電極
５５ ： 内部電極
５５ａ ： 導電性酸化膜層
５５ｂ ： 充填層
５６ ： 高さ調整用電極
５７ａ，５７ｂ ： パターン電極
５８ ： サブマウント
６０ ： 金属電極
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ ： 赤外光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図4I】
【図4J】
【図4K】
【図4L】
【図4M】
【図4N】
【図5】
【図6】
【図7】
