(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-26
(45)【発行日】2023-01-10
(54)【発明の名称】赤外ＬＥＤ素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/02 20100101AFI20221227BHJP
H01L 33/10 20100101ALI20221227BHJP
H01L 33/30 20100101ALI20221227BHJP
【ＦＩ】
H01L33/02
H01L33/10
H01L33/30
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019220348
(22)【出願日】2019-12-05
(62)【分割の表示】P 2019064586の分割
【原出願日】2019-03-28
(65)【公開番号】P2020167372
(43)【公開日】2020-10-08
【審査請求日】2019-12-09
【審判番号】
【審判請求日】2021-12-15
(73)【特許権者】
【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】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 和幸
(72)【発明者】
【氏名】喜根井 聡文
(72)【発明者】
【氏名】中村 薫
(72)【発明者】
【氏名】杉山 徹
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 真二
【合議体】
【審判長】加々美 一恵
【審判官】吉野 三寛
【審判官】金高 敏康
(56)【参考文献】
【文献】特開平３－１８４３７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３２４５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１１６９９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－２０１００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５１３７８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－２２５５８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－６９３８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01L 33/00-33/64, H01S 5/00-5/50
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
赤外ＬＥＤ素子であって、ＩｎＰを含んでなり、ｎ型のドーパント濃度が１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満を示す基板と、
前記基板の上層に形成され、ｎ型を示す第一半導体層と、
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、ｐ型を示す第二半導体層と、
前記基板の面のうち、前記第一半導体層が形成されている側とは反対側の第一面の一部領域に形成された、第一電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された、第二電極と、
前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内、又は前記領域から前記基板に対して離れる方向に離間した位置に形成され、前記活性層で生成される光に対する反射率が前記第一電極よりも高い材料からなる反射層とを有し、
主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満を示すことを特徴とする、赤外ＬＥＤ素子。
【請求項2】
前記第一半導体層は、前記基板と比較してドーパントの材料又はドーパント濃度の少なくとも一方が異な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】
前記基板のドーパントがＳｎ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4】
前記第一半導体層のドーパントがＳｉを含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項5】
前記反射層は、前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内に形成されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項6】
前記反射層は、前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域から前記基板に対して離れる方向に離間した位置に形成されており、前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内には、前記基板よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなる誘電体層を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項7】
前記誘電体層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、及びＩＴＯからなる群に含まれる１種以上の材料を含むことを特徴とする、請求項６に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項8】
前記反射層は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、及びＡｌからなる群に含まれる１種以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の赤外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１０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、１０００ｎｍ以上の赤外領域を発光波長とする発光素子としては、通信・計測用のレーザ素子としての開発が広く進められてきた。一方で、このような波長域のＬＥＤ素子については、これまであまり用途がなく、レーザ素子よりは開発が進んでいなかった。
【0003】
例えば、下記特許文献１には、ＧａＡｓ系の発光素子であれば０．７～０．８μｍ（７００～８００ｎｍ）の波長の光が生成できるが、より長波長の１．３μｍ（１３００ｎｍ）程度の光を生じるためにはＩｎＰ系の発光素子が必要であることが開示されている。特に、特許文献１によれば、ｐ型のＩｎＰ基板を成長基板とし、ＩｎＰ結晶に格子整合するｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層を順次エピタキシャル成長させた後、電極を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平４－２８２８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、発光波長が１０００ｎｍを超えるＬＥＤ素子については、これまで産業用の用途があまりなかったこともあり、開発が進んでいなかった。これに対し、近年、このような波長帯のＬＥＤ素子についても、市場からの要求が高まりを示しつつあり、より光強度の高いＬＥＤ素子が求められるようになってきている。
【0006】
本発明は、上記の課題に鑑み、発光波長が１０００ｎｍを超える赤外ＬＥＤ素子であって、光の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】
【0007】
発光波長が１０００ｎｍを超える発光素子としては、上述したようにこれまでレーザ素子の開発が主として進められてきた歴史がある。レーザ素子の場合、基板が配置されている領域から離れた位置において光が閉じ込められた状態で伝搬し、発振することで、光（レーザ光）が外部に取り出される。すなわち、端面発光型であっても面発光型（ＶＣＳＥＬ型）であっても、活性層で生成された光が基板を通過して外部に取り出されるということはない。このため、光の取り出し効率を向上させる際に、光が基板において吸収されるという課題に着目する必要がなかった。
【0008】
また、１０００ｎｍよりも短い波長帯のＬＥＤ素子として、ＧａＡｓ系のＬＥＤ素子についても開発が進められてきた歴史がある。ただし、ＧａＡｓのバンドギャップエネルギーが１．４３ｅＶであることから、ＧａＡｓの吸収端の波長は約８７０ｎｍである。このため、赤色光などの可視光に対してはＧａＡｓ基板自体がそもそも不透明である。従って、ＧａＡｓ系のＬＥＤ素子においても、基板を通過させて光を取り出すということが想定されない。
【0009】
基板内における光の吸収という課題を意識せずに、発光効率を向上させるという観点からは、活性層内での発光強度を高めるべく、大きな電流を注入するための手法がこれまで検討されてきた。例えば、上述したＩｎＰ基板を用いた半導体レーザの分野においても、ＩｎＰのドーパント濃度を高めることで基板の抵抗率を低下させて、活性層に対して注入できる電流密度を高めることが行われてきた。
【0010】
これまで半導体レーザに対して行われてきた開発に鑑みると、ＩｎＰ系のＬＥＤ素子に対しても、ＩｎＰ基板を通して活性層に対して大きな電流を供給すべく、ＩｎＰ基板に対してドーパントを高濃度で注入することが考えられる。なお、ＩｎＰのバンドギャップエネルギーが１．３５ｅＶであることから、ＩｎＰは９５０ｎｍよりも波長の長い光に対しては充分に透明であるため、仮に基板を通じて光を取り出すとしても、ＩｎＰ基板内における光の吸収という課題は生じないと考えられていた。
【0011】
しかし、本発明者（ら）の鋭意研究によれば、ＩｎＰ基板のドーパント濃度を高くすると、取り出される光の量が低下することが確認された。この理由に関し、本発明者（ら）は、ＩｎＰ基板のドーパント濃度を高くしたことで、発光波長領域でのフリーキャリアでの光吸収量が増加し、この結果、ＩｎＰ基板内における光の吸収量が増加したことによるものと推察している。
【0012】
ところで、基板母結晶（ここでいうＩｎＰ）のバンド端吸収による吸収係数は１０4／ｃｍ以上と非常に大きいのに対して、フリーキャリアの吸収係数は１０／ｃｍ程度と小さい。よって、一般的なＬＥＤ素子のサイズが、数百μｍ～数ｍｍ程度と小型であることに鑑みると、上記のようなフリーキャリアの吸収係数程度であればＬＥＤ素子の光出力に対する影響はほとんどないようにも思われる。
【0013】
しかし、ＩｎＰの屈折率は３．０以上と極めて大きい値を示すため、ＩｎＰ基板と空気（大気）との間には大きな屈折率差が存在する。従って、ＩｎＰ基板を通過して外部に取り出さる前に、光の多くが全反射してしまう。すなわち、活性層内で生成された光がＬＥＤ素子の外部に１回で取り出される確率は高々数％であり、９０％以上の光は１回以上ＬＥＤ素子の内部に戻されてしまう。
【0014】
このため、活性層内で生成された光は、ＬＥＤ素子内で反射が複数回繰り返された後、ＬＥＤ素子の外部に取り出されることとなる。言い換えれば、活性層内で生成された光は、ＬＥＤ素子の外部に取り出される迄に、ＬＥＤ素子のサイズの数倍から数十倍程度の長さを導波することになる。従って、ＩｎＰ基板を用いたＬＥＤ素子においては、上述したようにフリーキャリアの吸収係数が１０／ｃｍと低い値であったとしても、基板内を複数回導波することで吸収される光量は無視できない大きさとなり、この結果、外部に取り出される光の量が低下したものと推察される。
【0015】
上述した本発明者（ら）の新規の知見に鑑み、本発明は、
赤外ＬＥＤ素子であって、
ＩｎＰを含んでなり、第一導電型のドーパント濃度が１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満を示す基板と、
前記基板の上層に形成され、前記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、
前記基板の面のうち、前記第一半導体層が形成されている側とは反対側の第一面の一部領域に形成された、第一電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された、第二電極と、
前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内、又は前記領域から前記基板に対して離れる方向に離間した位置に形成され、前記活性層で生成される光に対する反射率が前記第一電極よりも高い材料からなる反射層とを有し、
主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満を示すことを特徴とする。
赤外ＬＥＤ素子であって、
ＩｎＰを含んでなり、第一導電型のドーパント濃度が１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満を示す基板と、
前記基板の上層に形成され、前記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、
前記基板の面のうち、前記第一半導体層が形成されている側とは反対側の第一面の一部領域に形成された、第一電極と、
前記第二半導体層の上層に形成された、第二電極と、
前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内、又は前記領域から前記基板に対して離れる方向に離間した位置に形成され、前記活性層で生成される光に対する反射率が前記第一電極よりも高い材料からなる反射層とを有し、
主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満を示すことを特徴とする。
【0016】
上記の構成によれば、ＩｎＰからなる基板のドーパント濃度を、３×１０18／ｃｍ3未満という意図的に少し低い値とすることで、光取り出し効率を向上させることができる。上述したように、レーザ素子やＬＥＤ素子においては、駆動電圧を低下させて発光効率を向上させる目的で、基板のドーパント濃度を高めるのが一般的である。上記の構成は、このような従来の方法とはいわば反対の方法を採用することで、光取り出し効率が向上するという、これまで知られていなかった驚くべき効果を示すものである。
【0017】
ただし、基板のドーパント濃度をあまりに低下させてしまうと、抵抗の増加に伴うジュール熱が上昇し、発光効率が低下してしまう。検討の結果、基板のドーパント濃度は１×１０17／ｃｍ3以上にしておくことで、このようなジュール熱に起因した発光効率の低下という課題は生じにくいことが分かった。
【0018】
なお、最も汎用的な、紫色光～緑色光を発光するサファイア基板を用いたＧａＮ系のＬＥＤの場合には、サファイア基板が絶縁性のため、電流の注入量を高めるべく基板にドーピングを行うという動機が存在しない。また、ＧａＡｓ系のＬＥＤの場合には、上述したように、基板において光がそもそも吸収されてしまうため、フリーキャリアによる光吸収という課題が生じない。更に、レーザ素子の場合には、上述したように光が基板を通過して取り出されることがないため、基板内における光吸収という課題が顕在化しない。
【0019】
更に、上述した特許文献１には、ｐ型ＩｎＰ基板を用いたＬＥＤ素子において、ＩｎＰ基板にドープするｐ型ドーパントとしてのＺｎの濃度が高くなり過ぎると、フリーキャリアに寄与しないＺｎが増加（すなわち、活性化率が低下）し、このフリーキャリアに寄与しないＺｎが格子間欠陥となって光を吸収することが記載されている。しかし、本発明に係るドーパント濃度は、フリーキャリアにおける光吸収を抑制することのできる範囲であって、フリーキャリアに寄与しないドーパントが発生するような高濃度を指していない。このことは、特許文献１において、Ｚｎの濃度が３×１０18／ｃｍ3以上、７×１０18／ｃｍ3以下と記載されており、本発明に係るドーパント濃度よりも高い範囲内であることにも現れている。
【0020】
上述した本発明に係る赤外ＬＥＤ素子は、ＩｎＰ系の基板を含み、主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満を示すＬＥＤ素子の特有の課題に対して、解決することを可能にするものである。
【0021】
また、上記構成によれば、前記第一電極は、前記基板の前記第一面の一部領域に形成されるため、第一電極の形成面積が少なく、基板内を進行した光のうち、第一電極で吸収される光の量を抑制することができる。
【0022】
更に、上記構成によれば、前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内、又は前記領域から前記基板に対して離れる方向に離間した位置に、前記活性層で生成される光に対する反射率が前記第一電極よりも高い材料からなる反射層が形成される。これにより、特に、基板の側面や第二電極側の面を光取り出し面とする赤外ＬＥＤ素子において、取り出し面とは異なる方向に光が進行した場合においても、基板内に光を戻すことができるため、取り出し効率の低下が抑制される。
【0023】
前記反射層は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、及びＡｌからなる群に含まれる１種以上の材料を含むものとしても構わない。
【0024】
上記の赤外ＬＥＤ素子において、第一導電型をｎ型とし、第二導電型をｐ型とするものとしても構わないし、逆に、第一導電型をｐ型とし、第二導電型をｎ型とするものとしても構わない。ただし、同じドーパント濃度であればｎ型よりもｐ型の方が抵抗率が高くなる上、赤外光の吸収量はｎ型よりもｐ型の方が大きくなる。このため、抵抗率の上昇の程度をできる限り抑制しながら、基板内での光吸収量を低下させるという観点からは、基板をｎ型ドーパントでドーピングを行うのがより好ましい。
【0025】
前記第一半導体層は、前記基板と同一の材料であっても構わないし、前記基板と同一のドーパントが注入されていても構わない。更に、前記第一半導体層は、前記基板と同一のドーパント濃度でドーピングされていても構わない。
【0026】
前記第一半導体層は、前記基板と比較してドーパントの材料又はドーパント濃度の少なくとも一方が異なるものとしても構わない。
【0027】
前記基板のドーパントがＳｎを含むものとしても構わない。上述したような、１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満のドーパント濃度でＩｎＰに対してドーピングを行う場合には、ドーパントにＳｎを含ませることで、結晶欠陥の密度を低下させることができる。
【0028】
前記第二半導体層のドーパントがＳｉを含むものとしても構わない。
【0029】
前記赤外ＬＥＤ素子は、前記基板の前記第一面のうち、前記第一電極が形成されていない領域内には、前記基板よりも屈折率が０．２以上小さい材料からなる誘電体層を有するものとしても構わない。
【0030】
かかる構成によれば、基板との境界部分で全反射が生じやすくなる。この結果、特に、基板の側面や第二電極側の面を光取り出し面とする赤外ＬＥＤ素子において、取り出し面とは異なる方向に光が進行した場合においても、基板内に戻すことができるため、取り出し効率の低下が抑制される。
【0031】
前記誘電体層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、及びＩＴＯからなる群に含まれる１種以上の材料を含むものとしても構わない。
【0032】
また、前記基板は、前記第一面及び前記第一面とは反対側の第二面以外の面である側面に凹凸部を有するものとしても構わない。上述したように、ＩｎＰの屈折率は３．０以上と極めて大きい値を示すため、基板と空気との間で屈折率差が大きくなり、光が取り出しにくい。このため、基板の側面に凹凸部を設けておくことで、側面での全反射が生じにくくなり、光の取り出し効率が高められる。
【0033】
特に、基板が、半導体層の厚みに対して１０倍以上の厚みを有する場合には、側面の表面積が大きくなるため、活性層で生成された光のうち、大半が基板の側面から取り出されることになる。このため、側面での全反射を抑制し、光取り出し効率を向上させるべく、側面に凹凸部を設けるのが好ましい。
【発明の効果】
【0034】
本発明の赤外ＬＥＤ素子によれば、発光波長が１０００ｎｍを超える領域において、従来よりも光取り出し効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【図4A】ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された赤外ＬＥＤ素子において、基板のドーパント濃度と発光強度との関係を示すグラフである。
【図4B】ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された赤外ＬＥＤ素子において、基板のドーパント濃度と動作電圧との関係を示すグラフである。
【図4C】ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された赤外ＬＥＤ素子において、基板のドーパント濃度と光取り出し効率との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の別構造を模式的に示す断面図である。
【図6】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の別構造を模式的に示す断面図である。
【図7】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の別構造を模式的に示す断面図である。
【図8】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の別構造を模式的に示す断面図である。
【図9】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の別構造を模式的に示す平面図である。
【図10】本発明の赤外ＬＥＤ素子の第二実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【図12】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13】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14】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。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の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、「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」などの他の記載も同様である。
【0038】
本明細書内において、「層Ａの上層に層Ｂが形成されている」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１０ｎｍ以下の層を指し、好ましくは５ｎｍ以下の層を指すものとして構わない。
【0039】
［第一実施形態］
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の構成につき、説明する。
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の第一実施形態の構成につき、説明する。
【0040】
《構造》
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、基板３と、基板３の上層に形成された半導体層１０を含む。また、赤外ＬＥＤ素子１は、電流を注入するための電極（２１，２２，２３）を備える。
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、基板３と、基板３の上層に形成された半導体層１０を含む。また、赤外ＬＥＤ素子１は、電流を注入するための電極（２１，２２，２３）を備える。
【0041】
なお、図１は、赤外ＬＥＤ素子１を所定の位置においてＸＺ平面に沿って切断したときの模式的な断面図に対応する。以下では、図１に付されたＸＹＺ座標系が適宜参照される。図１に示す座標系によれば、Ｚ方向が「第一方向」に対応する。
【0042】
【0043】
（基板３）
本実施形態において、基板３は、ｎ型不純物がドープされたＩｎＰからなる。この場合、ｎ型が「第一導電型」に対応する。基板３にドープされるｎ型不純物材料としては、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅなどを利用することができ、Ｓｎが特に好ましい。
本実施形態において、基板３は、ｎ型不純物がドープされたＩｎＰからなる。この場合、ｎ型が「第一導電型」に対応する。基板３にドープされるｎ型不純物材料としては、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅなどを利用することができ、Ｓｎが特に好ましい。
【0044】
基板３の厚み（Ｚ方向に係る長さ）は、５０μｍ以上、７００μｍ以下である。ＩｎＰは劈開性が極めて高いため、自立性を確保する観点から、少なくとも基板３の厚みを５０μｍ以上にする必要がある。また、赤外ＬＥＤ素子１を一般的なパッケージに収める観点から、基板３の厚みは７００μｍ以下とする必要がある。基板３の厚みは、好ましくは１５０μｍ以上であり、より好ましくは２００μｍ以上である。また、基板３の厚みは、好ましくは４００μｍ以下である。
【0045】
基板３における、ｎ型不純物のドーパント濃度は、１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満であり、より好ましくは、３×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下であり、特に好ましくは、５×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下である。なお、ドーパントとしてＳｎを用いた場合には、上記の数値範囲のドーパント濃度で不純物を注入しながらも、基板３を構成するＩｎＰ結晶の品質を特に良好な状態に維持することができる。
【0046】
上記のドーパント濃度は、一般的にＩｎＰ基板の導電性を高めるためにドーピングをする場合と比較すると、少し低い値である。このため、基板３自体の抵抗が高くなりすぎるのを抑制する観点からも、基板３の厚みを７００μｍ以下とするのが好ましい。例えば、電流密度を１５０Ａ／ｃｍ2とすると、厚みが７００μｍ以上の基板３によれば、内部抵抗により０．１Ｖ以上の電位差が生じてしまう。図４Ｂを参照して後述されるように、赤外ＬＥＤ素子１の駆動電圧が例えば１．０Ｖ程度であることに鑑みると、１０％以上の電位差が基板３内で発生していることになり、あまり好ましくない。これに対し、例えば厚みが４００μｍの基板３の場合、内部抵抗に起因する電位差は０．０６Ｖであり、０．１Ｖ未満に抑制される。
【0047】
なお、基板３は、ＩｎＰの結晶に上記ｎ型不純物がドープされて構成されているものとしたが、更に別の不純物が微量（例えば１％未満）に混在しているものとしても構わない。
【0048】
（半導体層１０）
本実施形態において、半導体層１０は基板３の面３ｂ上に形成されている。面３ｂは、「第二面」に対応する。
本実施形態において、半導体層１０は基板３の面３ｂ上に形成されている。面３ｂは、「第二面」に対応する。
【0049】
図１に示す例では、半導体層１０は、第一半導体層１１、活性層１２、及び第二半導体層（１３，１４）を含み、これらの層が積層されてなる。
【0050】
第一半導体層１１は、基板３の第二面３ｂ上に形成されている。第一半導体層１１は、ｎ型不純物がドープされたＩｎＰ層であり、赤外ＬＥＤ素子１におけるｎ型クラッド層を構成する。第一半導体層１１のｎ型ドーパント濃度は、好ましくは１×１０17／ｃｍ3以上、５×１０18／ｃｍ3以下であり、より好ましくは、５×１０17／ｃｍ3以上、４×１０18／ｃｍ3以下である。第一半導体層１１にドープされるｎ型不純物材料としては、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｓｅなどを利用することができ、Ｓｉが特に好ましい。
【0051】
後述するように、活性層１２は、主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の赤外光を生成する。第一半導体層１１は、かかる波長帯の光を吸収しない材料であり、且つ、ＩｎＰからなる基板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。例えば、第一半導体層１１としては、ＩｎＰの他、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓなどの材料を利用することも可能である。
【0052】
第一半導体層１１の膜厚は、１００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下であり、好ましくは、５００ｎｍ以上、５０００ｎｍ以下である。
【0053】
活性層１２は、第一半導体層１１の上層（＋Ｚ方向の位置）に形成されている。活性層１２は、主たる発光波長が１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の赤外光を生成する材料で構成される。活性層１２は、狙いとする波長の光を生成可能であり、且つ、ＩｎＰからなる基板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。例えば、活性層１２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。
【0054】
活性層１２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を利用することができる。
【0055】
活性層１２の膜厚は、活性層１２が単層構造の場合は、１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であり、好ましくは、５００ｎｍ以上、１５００ｎｍ以下である。また、活性層１２がＭＱＷ構造の場合は、膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下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。
【0056】
第二半導体層（１３，１４）は、活性層１２の上層（＋Ｚ方向の位置）に形成されている。第二半導体層（１３，１４）は、いずれもｐ型不純物がドープされている。第二半導体層１３は赤外ＬＥＤ素子１におけるｐ型クラッド層を構成し、第二半導体層１４は赤外ＬＥＤ素子１におけるｐ型コンタクト層を構成する。第二半導体層１４は、後述される第二電極２１との間で電気的接続を確保するために、高濃度にドープされた層である。ただし、電気的接続が充分確保できる場合には、第二半導体層１４を省略して、ｐ型クラッド層を構成する第二半導体層１３に対して直接第二電極２１を接触させても構わない。
【0057】
一例として、ｐ型クラッド層を構成する第二半導体層１３は、ＺｎがドープされたＩｎＰからなり、ｐ型コンタクト層を構成する第二半導体層１４は、ＺｎがドープされたＧａＩｎＡｓＰからなる。
【0058】
ｐ型クラッド層を構成する第二半導体層１３のｐ型ドーパント濃度は、活性層１２から離れた位置において、好ましくは１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下であり、より好ましくは、５×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下である。また、ｐ型コンタクト層を構成する第二半導体層１４のｐ型ドーパント濃度は、好ましくは５×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下であり、より好ましくは、１×１０18／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3以下である。なお、第二半導体層（１３，１４）にドープされたＺｎの拡散防止層として、活性層１２と第二半導体層（１３，１４）の間にｐ型ドーパント濃度が低い層が介在していても構わない。
【0059】
第二半導体層（１３，１４）にドープされるｐ型不純物材料としては、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅなど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。なお、ｐ型クラッド層を構成する第二半導体層１３のｐ型ドーパントと、ｐ型コンタクト層を構成する第二半導体層１４のｐ型ドーパントの材料は、同一であっても異なっていても構わない。
【0060】
（電極２１，２２，２３）
赤外ＬＥＤ素子１は、電極（２１，２２，２３）を有する。
赤外ＬＥＤ素子１は、電極（２１，２２，２３）を有する。
【0061】
基板３の第一面３ａ上には、第一電極２２が形成されている。第一電極２２は、基板３の第一面３ａに対してオーミック接触が実現されている。第一電極２２は、一例として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ｇｅ／Ｐｔなどの材料で構成され、これらの材料を複数備えるものとしても構わない。なお、本明細書内において、材料を記載する際に用いられる「Ｘ１／Ｘ２」という表記は、Ｘ１からなる層とＸ２からなる層が積層されていることを意味する。
【0062】
第二半導体層１４の面上には、第二電極２１が形成されている。第二電極２１は、第二半導体層１４の面に対してオーミック接触が実現されている。第二電極２１は、一例として、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅなどの材料で構成され、これらの材料を複数備えるものとしても構わない。
【0063】
第二電極２１の面上には、パッド電極２３が形成されている。このパッド電極２３は、ボンディングワイヤを接続するための領域を形成する。パッド電極２３は、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで構成される。
【0064】
図２に示す例では、第二電極２１は、パッド電極２３が配置される電極領域２１ｂと、電極領域２１ｂから線状に延伸する電極領域２１ａとを有している。電極領域２１ａは、電流をＸＹ平面に平行な方向に拡げる目的で設けられている。
【0065】
（凹凸部４１）
本実施形態において、基板３の側面には凹凸部４１が形成されている。ここで、基板３の側面とは、図１に示すように、基板３の面のうち、ＸＹ平面に平行な２面（３ａ，３ｂ）以外の面を指す。基板３がほぼ直方体形状を呈している場合、基板３は４つの側面を有しており、これらの側面にいずれも凹凸部４１が形成される。
本実施形態において、基板３の側面には凹凸部４１が形成されている。ここで、基板３の側面とは、図１に示すように、基板３の面のうち、ＸＹ平面に平行な２面（３ａ，３ｂ）以外の面を指す。基板３がほぼ直方体形状を呈している場合、基板３は４つの側面を有しており、これらの側面にいずれも凹凸部４１が形成される。
【0066】
凹凸部４１は、高低差の最大値が発光波長の０．５倍以上であり、凸同士及び凹同士の間隔が発光波長の０．７倍以上となるように構成されている。一例として、凹凸部の高低差の最大値は、０．５μｍ以上、３．０μｍ以下とするのが好ましく、０．８μｍ以上、２．０μｍ以下とするのがより好ましい。また、凸同士及び凹同士の間隔、すなわち凹凸部４１のピッチは、０．８μｍ以上、４．０μｍ以下とするのが好ましく、１．４μｍ以上、３．０μｍ以下とするのがより好ましい。
【0067】
【0068】
（ステップＳ１）
図３Ａに示すように、１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満のドーパント濃度でｎ型不純物がドープされたＩｎＰからなる基板３を準備する。
図３Ａに示すように、１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満のドーパント濃度でｎ型不純物がドープされたＩｎＰからなる基板３を準備する。
【0069】
（ステップＳ２）
図３Ａに示すように、基板３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、基板３の第二面３ｂ側に、第一半導体層１１、活性層１２、第二半導体層（１３，１４）を含む半導体層１０を順次エピタキシャル成長させる。本ステップＳ２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、環境温度などが適宜調整される。
図３Ａに示すように、基板３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に搬送し、基板３の第二面３ｂ側に、第一半導体層１１、活性層１２、第二半導体層（１３，１４）を含む半導体層１０を順次エピタキシャル成長させる。本ステップＳ２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、環境温度などが適宜調整される。
【0070】
各半導体層１０の材料例は上述した通りである。一例として、このエピタキシャル成長工程によって、ＳｉがドープされたＩｎＰからなる第一半導体層１１と、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層１２と、ＺｎがドープされたＩｎＰからなる第二半導体層１３と、ＺｎがドープされたＧａＩｎＡｓＰからなる第二半導体層１４とを含む半導体層１０が形成される。この工程により、基板３の面上に半導体層１０が形成されてなる、エピタキシャルウェハを得る。
【0071】
（ステップＳ３）
エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第二半導体層１４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第二電極２１の形成材料（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ）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、図３Ｂに示すように、第二半導体層１４の上面に第二電極２１が形成される。
エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第二半導体層１４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第二電極２１の形成材料（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ）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、図３Ｂに示すように、第二半導体層１４の上面に第二電極２１が形成される。
【0072】
（ステップＳ４）
基板３の面のうち、半導体層１０が形成されている側の面にレジストを塗布して保護した後、その面とは逆の面、すなわち第一面３ａに対して、研削研磨処理、及び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、基板３の厚みが調整される（図３Ｃ参照）。基板３の厚みは、上述したように５０μｍ以上、７００μｍ以下に設定され、一例として２５０μｍに設定される。その後、保護膜としてのレジストが有機溶剤によって除去される。
基板３の面のうち、半導体層１０が形成されている側の面にレジストを塗布して保護した後、その面とは逆の面、すなわち第一面３ａに対して、研削研磨処理、及び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、基板３の厚みが調整される（図３Ｃ参照）。基板３の厚みは、上述したように５０μｍ以上、７００μｍ以下に設定され、一例として２５０μｍに設定される。その後、保護膜としてのレジストが有機溶剤によって除去される。
【0073】
（ステップＳ５）
図３Ｄに示すように、基板３の第一面３ａ側に、真空蒸着装置を用いて第一電極２２の形成材料（例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）を成膜した後、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、第一電極２２が形成される。
図３Ｄに示すように、基板３の第一面３ａ側に、真空蒸着装置を用いて第一電極２２の形成材料（例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）を成膜した後、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、第一電極２２が形成される。
【0074】
（ステップＳ６）
図３Ｅに示すように、第二電極２１の上面に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＴｉ／Ａｕからなるパッド電極２３が形成される。
図３Ｅに示すように、第二電極２１の上面に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＴｉ／Ａｕからなるパッド電極２３が形成される。
【0075】
（ステップＳ７）
図３Ｆ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、第二半導体層１４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、第二半導体層（１３，１４）、活性層１２、及び第一半導体層１１の一部が除去される。
図３Ｆ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、第二半導体層１４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、第二半導体層（１３，１４）、活性層１２、及び第一半導体層１１の一部が除去される。
【0076】
（ステップＳ８）
図３Ｇに示すように、メサエッチング処理が施されたウエハをダイシングシート３１に貼り付けた後、ブレードダイシング装置を用いてダイシングラインに沿って素子分割が行われる。更に、拡張装置を用いて、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１が拡張され、隣接する赤外ＬＥＤ素子１間に隙間が設けられる。
図３Ｇに示すように、メサエッチング処理が施されたウエハをダイシングシート３１に貼り付けた後、ブレードダイシング装置を用いてダイシングラインに沿って素子分割が行われる。更に、拡張装置を用いて、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１が拡張され、隣接する赤外ＬＥＤ素子１間に隙間が設けられる。
【0077】
（ステップＳ９）
図３Ｈに示すように、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１ごと、塩酸を含む酸性のエッチング液にディップ処理され、赤外ＬＥＤ素子１の側面に凹凸形状を形成する。このステップＳ９により、基板３の側面に凹凸部４１が形成され、半導体層１０の側面に凹凸部４２が形成される。
図３Ｈに示すように、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１ごと、塩酸を含む酸性のエッチング液にディップ処理され、赤外ＬＥＤ素子１の側面に凹凸形状を形成する。このステップＳ９により、基板３の側面に凹凸部４１が形成され、半導体層１０の側面に凹凸部４２が形成される。
【0078】
なお、図３Ｈには図示されていないが、このステップＳ９によって、第二半導体層１４の上面にも凹凸部が形成されるものとしても構わない。
【0079】
（ステップＳ１０）
ダイシングシート３１から赤外ＬＥＤ素子１が取り外される。これにより、図１に示す状態となる。
ダイシングシート３１から赤外ＬＥＤ素子１が取り外される。これにより、図１に示す状態となる。
【0080】
（ステップＳ１１）
図３Ｉに示すように、例えばＴＯ－１８型のステム３５上に、赤外ＬＥＤ素子１の第一電極２２側を銀ペースト３４を介してダイボンディングし、熱硬化後に、パッド電極２３とワイヤ３６とをボンディングして電気的に接続する。
図３Ｉに示すように、例えばＴＯ－１８型のステム３５上に、赤外ＬＥＤ素子１の第一電極２２側を銀ペースト３４を介してダイボンディングし、熱硬化後に、パッド電極２３とワイヤ３６とをボンディングして電気的に接続する。
【0081】
《作用》
ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された赤外ＬＥＤ素子１が有する第一電極２２と第二電極２１との間に電圧が印加されると、活性層１２内に電流が流れて発光する。この光のうち、＋Ｚ方向に進行した光は、第二半導体層１４の面から外部に取り出される。また、－Ｚ方向に進行した光は、基板３を通過して側面から外部に取り出される。
ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された赤外ＬＥＤ素子１が有する第一電極２２と第二電極２１との間に電圧が印加されると、活性層１２内に電流が流れて発光する。この光のうち、＋Ｚ方向に進行した光は、第二半導体層１４の面から外部に取り出される。また、－Ｚ方向に進行した光は、基板３を通過して側面から外部に取り出される。
【0082】
ここで、上述したように、基板３の側面には凹凸部４１が形成されているため、基板３の側面で全反射されて再び基板３の内側に戻される光量が抑制される。
【0083】
また、基板３のドーパント濃度は１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満であり、半導体レーザの分野において基板の抵抗率を低下させる目的でドープされる濃度と比較すると低濃度である。ドーパント濃度をこのような範囲内の値としたことで、基板３内において光が吸収される量が抑制され、取り出し効率が高められる。
【0084】
図４Ａ～図４Ｃは、基板３のドーパント濃度を異ならせた状態で、ステップＳ１～Ｓ１１の工程を経て製造された複数の赤外ＬＥＤ素子１が示す、発光強度、動作電圧、及び光取り出し効率のそれぞれの値について、ドーパント濃度との関係をグラフ化したものである。図４Ａは、ドーパント濃度と発光強度との関係を示すグラフである。図４Ｂは、ドーパント濃度と動作電圧との関係を示すグラフである。図４Ｃは、ドーパント濃度と電力変換効率（Wall-Plug Efficiency：ＷＰＥ）との関係を示すグラフである。
【0085】
図４Ａは、基板３のドーパント濃度を異ならせて製造された赤外ＬＥＤ素子１に対して、５０ｍＡの電流を注入したときの発光強度を積分球システムによって評価した結果を、ドーパント濃度毎にグラフ化したものである。図４Ｂは、基板３のドーパント濃度を異ならせて製造された赤外ＬＥＤ素子１に対して、５０ｍＡの電流Ｉ１を注入したときの入力電圧をドーパント濃度毎にグラフ化したものである。図４Ｃは、図４Ａの結果に基づき、電力変換効率（ＷＰＥ）をドーパント濃度毎にグラフ化したものである。なお、図４Ｃに示す電力変換効率（ＷＰＥ）は、積分球システムで受光した光強度Ｐ０を、入力電流Ｉ１と入力電圧Ｖｆの積で除算した値によって算出した。
【0086】
図４Ａ及び図４Ｃによれば、基板３のドーパント濃度が１×１０17／ｃｍ3以上、１×１０19／ｃｍ3以下の範囲内において、基板３のドーパント濃度が低下されるに連れ、発光強度及び電力変換効率が上昇していることが確認される。なお、図４Ｂによれば、基板３のドーパント濃度を低下させるに伴って、入力電圧が上昇していることが確認されるが、前記のドーパンド濃度の範囲内においては、電圧の上昇の程度は低いことから、電力変換効率としては上昇したものと推察される。これにより、「課題を解決するための手段」の項で上述したように、基板３のドーパント濃度を１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満の範囲内に設定したことで、基板３内のフリーキャリアにおける光吸収が抑制され、発光強度及び電力変換効率が高められたことが確認された。
【0087】
《別構造》
以下、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の別構造について説明する。
以下、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の別構造について説明する。
【0088】
〈１〉図５に示すように、第一電極２２は、基板３の第一面３ａの一部領域に形成されるものとしても構わない。この場合、第一電極２２の少なくとも一部は、Ｚ方向に関して、第二電極２１が形成されていない領域と対向するように配置されるのが好ましい。すなわち、第一電極２２が形成されている領域Ｂ１の少なくとも一部が、第二電極２１が形成されていない領域Ａ２に対して、Ｚ方向に対向するように、各電極（２１，２２）が配置されるのが好ましい。これにより、電流が横方向（ＸＹ平面に平行な方向）に拡げられ、活性層１２内の広い範囲に電流が流れて発光強度が高められる。
【0089】
また、第一電極２２が形成されていない領域Ｂ２を空隙とすることで、基板３と領域Ｂ２との境界面で屈折率差が極めて大きくなる。この結果、基板３内を－Ｚ方向に進行した光が、基板３の－Ｚ側の面（第一面３ａ）で全反射しやすくなり、基板３の側面などの光取り出し面から取り出される光量が増加される。
【0090】
図５に示す赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、上述したステップＳ５の実行時に、第一電極２２をパターニングすればよい。より詳細には、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した後、真空蒸着装置を用いて第一電極２２の形成材料（例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）を成膜し、リフトオフによってレジストマスクを剥離する。その後、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、第一電極２２が形成される。以後のステップは上記実施形態と共通であるため、説明を割愛する。
【0091】
図５に示す赤外ＬＥＤ素子１に対して、図３Ｉと同様に、銀ペースト３４を介してステム３５上にダイボンディングした場合、図５に図示された空隙Ｂ２内に銀ペースト３４が入り込むことになる。この結果、上述したような、基板３と空隙Ｂ２との間の大きな屈折率差は得られなくなる。しかしながら、空隙Ｂ２内に入り込んだ銀ペースト３４に含まれる銀粒子は、赤外光に対して高い反射率を有するため、やはり基板３内を－Ｚ方向に進行した光を＋Ｚ方向に反射させる機能を実現できる。
【0092】
また、図５に示す赤外ＬＥＤ素子１においては、基板３の第一面３ａ側には段差が形成されることから、実装時には第一電極２２とパッケージ基板とをハンダ接続するものとしても構わない。ハンダとしては、ＡｕＳｎやＳｎＡｇＳｕなどの材料を採用することができる。この場合には、空隙Ｂ２が依然として残るため、上述したように、基板３と空隙Ｂ２との間に大きな屈折率差を設けることができるため、基板３内を－Ｚ方向に進行した光を、第一面３ａで全反射させやすくなる。
【0093】
【0094】
反射層２５は、１０００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の赤外光に対して高い反射率を示す材料であればよく、例えば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｕ、Ａｌなどの材料で構成される。これらの材料は、いずれも第一電極２２の材料に比べて、赤外光に対する反射率が高い。なお、反射層２５の赤外光に対する反射率は、５０％以上であれば好ましく、７０％以上であればより好ましい。
【0095】
図６に示す赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、上述したステップＳ５の実行時に、パターニングされた第一電極２２、及びパターニングされた反射層２５をそれぞれ形成すればよい。
【0096】
【0097】
誘電体層２６は、ＩｎＰからなる基板３よりも屈折率が低い材料であればよく、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの材料で構成される。これらの材料は、いずれもＩｎＰの屈折率よりも０．２以上小さい屈折率を示すため、基板３と誘電体層２６との界面において全反射を生じやすい屈折率差が実現される。
【0098】
図７に示す赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、上述したステップＳ５の実行時に、パターニングされた第一電極２２、及びパターニングされた誘電体層２６をそれぞれ形成すればよい。例えばプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ2からなる誘電体層２６を全面に成膜した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストマスクを用いて、ＢＨＦ溶液によるウェットエッチング処理を行って、誘電体層２６のパターニング処理が行われる。その後、誘電体層２６の開口領域に第一電極２２が形成される。
【0099】
なお、図７に示す赤外ＬＥＤ素子１においては、上述したようにステップＳ１１の方法によって実装が可能である。この場合、誘電体層２６の下層に銀ペースト３４が介在するため、銀ペースト３４に含まれるＡｇ粒子が反射部材として機能する。
【0100】
更に、図８に示すように、誘電体層２６及び第一電極２２の面を覆うように、反射層２５を形成するものとしても構わない。
【0101】
〈４〉本実施形態において、第一導電型をｐ型とし、第二導電型をｎ型としても構わない。すなわち、図１に示す赤外ＬＥＤ素子１において、基板３をｐ型のドーパントがドープされたＩｎＰとし、第一半導体層１１をｐ型半導体層とし、第二半導体層（１３，１４）をｎ型半導体層としても構わない。この場合、赤外ＬＥＤ素子１は、ｎ型コンタクト層としての第二半導体層１４を備えないものとしても構わない。
【0102】
〈５〉図２に示す第二電極２１の形状はあくまで一例であり、本実施形態において、赤外ＬＥＤ素子１が備える第二電極２１の形状は任意である。例えば、図９に示すように、第二電極２１は、パッド電極２３が配置される電極領域２１ｂと、電極領域２１ｂに連絡されて線状に延伸する電極領域２１ａとを有しており、電極領域２１ａは格子形状を呈していても構わない。また、電極領域２１ａは、櫛形状を呈していても構わない。
【0103】
［第二実施形態］
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の第二実施形態の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。本実施形態において、第一実施形態と共通する要素については、同一の符号を付して説明を簡略化又は割愛する。
本発明に係る赤外ＬＥＤ素子の第二実施形態の構成につき、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。本実施形態において、第一実施形態と共通する要素については、同一の符号を付して説明を簡略化又は割愛する。
【0104】
《構造》
図１０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１０に示す赤外ＬＥＤ素子１は、第一実施形態と比較して、基板３の第一面３ａ側が光取り出し面の一部を構成している点が異なる。第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の場合には、基板３の側面と、基板３の第二面３ｂ側に位置する第二半導体層１４の面とが、光取り出し面を構成していた。これに対し、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、基板３の側面と、基板３の第一面３ａとが、光取り出し面を構成する。
図１０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１０に示す赤外ＬＥＤ素子１は、第一実施形態と比較して、基板３の第一面３ａ側が光取り出し面の一部を構成している点が異なる。第一実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の場合には、基板３の側面と、基板３の第二面３ｂ側に位置する第二半導体層１４の面とが、光取り出し面を構成していた。これに対し、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１は、基板３の側面と、基板３の第一面３ａとが、光取り出し面を構成する。
【0105】
図１０に示す赤外ＬＥＤ素子１は、半導体層１０の側面を覆うパッシベーション膜２８を備える。パッシベーション膜２８は、例えばＳｉＯ2などの絶縁体で構成される。また、本実施形態においては、第一電極２２側がワイヤボンディングされるため、第一電極２２の面上にパッド電極２４が形成されている。
【0106】
本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１においても、基板３のドーパント濃度が１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満とされているため、基板３内において光が吸収される量が抑制され、取り出し効率が高められる。
【0107】
《製造方法》
以下、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の製造方法の一例につき、図１１Ａ～図１１Ｊの各図を参照しながら、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。図１１Ａ～図１１Ｊは、いずれも本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の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、本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の製造方法の一例につき、図１１Ａ～図１１Ｊの各図を参照しながら、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。図１１Ａ～図１１Ｊは、いずれも本実施形態の赤外ＬＥＤ素子１の製造プロセス内における一工程における断面図である。
【0108】
（ステップＳ１，Ｓ２）
第一実施形態と同様に、ステップＳ１及びＳ２を実行し、基板３の面上に半導体層１０が形成されてなる、エピタキシャルウェハを得る。
第一実施形態と同様に、ステップＳ１及びＳ２を実行し、基板３の面上に半導体層１０が形成されてなる、エピタキシャルウェハを得る。
【0109】
（ステップＳ２１）
図１１Ａに示すように、エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第二半導体層１４の表面にプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ2からなる誘電体層２６を形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストマスクを用いて、ＢＨＦ溶液によるウェットエッチング処理を行って、パターン開口部に位置する誘電体層２６が除去される。
図１１Ａに示すように、エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、第二半導体層１４の表面にプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ2からなる誘電体層２６を形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストマスクを用いて、ＢＨＦ溶液によるウェットエッチング処理を行って、パターン開口部に位置する誘電体層２６が除去される。
【0110】
（ステップＳ２２）
真空蒸着装置を用いて、第二電極２１の形成材料（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ）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。これにより、図１１Ａに示すように、第二半導体層１４の面上には、パターニングされた誘電体層２６と第二電極２１とが形成される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によって第二電極２１に対してアロイ処理（アニール処理）が施される
真空蒸着装置を用いて、第二電極２１の形成材料（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ）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。これにより、図１１Ａに示すように、第二半導体層１４の面上には、パターニングされた誘電体層２６と第二電極２１とが形成される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によって第二電極２１に対してアロイ処理（アニール処理）が施される
【0111】
（ステップＳ２３）
図１１Ｂに示すように、第一実施形態のステップＳ４と同様の方法で、基板３の厚みが調整される。
図１１Ｂに示すように、第一実施形態のステップＳ４と同様の方法で、基板３の厚みが調整される。
【0112】
（ステップＳ２４）
図１１Ｃに示すように、基板３の第一面３ａ側に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるパターニングされた第一電極２２が形成される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によって第一電極２２に対してアロイ処理（アニール処理）が施される。
図１１Ｃに示すように、基板３の第一面３ａ側に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるパターニングされた第一電極２２が形成される。その後、例えば、４５０℃、１０分間の加熱処理によって第一電極２２に対してアロイ処理（アニール処理）が施される。
【0113】
（ステップＳ２５）
図１１Ｄに示すように、第二電極２１及び誘電体層２６からなる面上に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＡｌ／Ａｕからなる反射層２５が形成される。
図１１Ｄに示すように、第二電極２１及び誘電体層２６からなる面上に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＡｌ／Ａｕからなる反射層２５が形成される。
【0114】
（ステップＳ２６）
図１１Ｅ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、基板３の第二面３ｂ側の、反射層２５を含む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、マスクがない領域に形成された、誘電体層２６、第二電極２１、半導体層１０、及び基板３の一部をウェットエッチング処理によって除去する。誘電体層２６及び第二電極２１に対しては、例えばＢＨＦ溶液によってウェットエッチング処理が行われ、半導体層１０及び基板３の一部に対しては、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。
図１１Ｅ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、基板３の第二面３ｂ側の、反射層２５を含む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、マスクがない領域に形成された、誘電体層２６、第二電極２１、半導体層１０、及び基板３の一部をウェットエッチング処理によって除去する。誘電体層２６及び第二電極２１に対しては、例えばＢＨＦ溶液によってウェットエッチング処理が行われ、半導体層１０及び基板３の一部に対しては、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。
【0115】
（ステップＳ２７）
図１１Ｆに示すように、メサエッチングが行われた層の表面全体に、プラズマＣＶＤ法によって例えばＳｉＯ2からなるパッシベーション膜２８が形成される。
図１１Ｆに示すように、メサエッチングが行われた層の表面全体に、プラズマＣＶＤ法によって例えばＳｉＯ2からなるパッシベーション膜２８が形成される。
【0116】
（ステップＳ２８）
パッシベーション膜２８の一部領域を、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法によって開口させて反射層２５を露出させる。その後、図１１Ｇに示すように、反射層２５の上層に、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎからなるパッド電極２３が形成される。
パッシベーション膜２８の一部領域を、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法によって開口させて反射層２５を露出させる。その後、図１１Ｇに示すように、反射層２５の上層に、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＳｎからなるパッド電極２３が形成される。
【0117】
（ステップＳ２９）
図１１Ｈに示すように、第一電極２２の上面に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＴｉ／Ａｕからなるパッド電極２４が形成される。
図１１Ｈに示すように、第一電極２２の上面に、フォトリソグラフィ法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、例えばＴｉ／Ａｕからなるパッド電極２４が形成される。
【0118】
（ステップＳ３０）
図１１Ｉに示すように、第一実施形態のステップＳ８と同様、ウエハをダイシングシート３１に貼り付けた後、ブレードダイシング装置を用いてダイシングラインに沿って素子分割が行われる。更に拡張装置を用いて、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１が拡張されることで、隣接する赤外ＬＥＤ素子１間に隙間が設けられる。
図１１Ｉに示すように、第一実施形態のステップＳ８と同様、ウエハをダイシングシート３１に貼り付けた後、ブレードダイシング装置を用いてダイシングラインに沿って素子分割が行われる。更に拡張装置を用いて、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１が拡張されることで、隣接する赤外ＬＥＤ素子１間に隙間が設けられる。
【0119】
（ステップＳ３１）
図１１Ｊに示すように、第一実施形態のステップＳ９と同様、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１ごと、塩酸を含む酸性のエッチング液にディップ処理され、赤外ＬＥＤ素子１の側面に凹凸形状を形成する。このステップＳ３１により、基板３の側面に凹凸部４１が形成される。
図１１Ｊに示すように、第一実施形態のステップＳ９と同様、赤外ＬＥＤ素子１が貼り付けられたダイシングシート３１ごと、塩酸を含む酸性のエッチング液にディップ処理され、赤外ＬＥＤ素子１の側面に凹凸形状を形成する。このステップＳ３１により、基板３の側面に凹凸部４１が形成される。
【0120】
（ステップＳ３２）
その後、ダイシングシート３１から赤外ＬＥＤ素子１が取り外される。これにより、図１０に示す状態となる。
その後、ダイシングシート３１から赤外ＬＥＤ素子１が取り外される。これにより、図１０に示す状態となる。
【0121】
（ステップＳ３３）
第二電極２１側のパッド電極２３が、パッケージ基板に対して、例えばＡｕＳｎなどの共晶ハンダを用いてハンダ接続される。また、第一電極２２側のパッド電極２４が、パッケージ基板とワイヤボンディングによって接続される。
第二電極２１側のパッド電極２３が、パッケージ基板に対して、例えばＡｕＳｎなどの共晶ハンダを用いてハンダ接続される。また、第一電極２２側のパッド電極２４が、パッケージ基板とワイヤボンディングによって接続される。
【0122】
［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。
【0123】
〈１〉上記各実施形態において、赤外ＬＥＤ素子１は、基板３の一方の面（第一面３ａ）側に第一電極２２を有し、他方の面（第二面３ｂ）側に第二電極２１を有するものとして説明された。しかし、例えば、図１２に示すように、赤外ＬＥＤ素子１が備える第一電極２２及び第二電極２１が、基板３の同一面側に配置されていても構わない。かかる構成においても、活性層１２内で生成された光は、基板３を通過して取り出されるため、基板３のドーパント濃度を１×１０17／ｃｍ3以上、３×１０18／ｃｍ3未満とすることで、基板３内における光の吸収量が抑制され、取り出し効率が向上する。
【0124】
なお、図１２に示す赤外ＬＥＤ素子１を製造するに際しては、例えば以下の方法を利用することができる。基板３の第二面３ｂ上に半導体層１０を成長させた後、第一電極２２及び第二電極２１を形成する前に、メサエッチング処理を実行する。次に、非エッチング領域をマスクした状態で、第二半導体層（１３，１４）、活性層１２をエッチングして、第一半導体層１１の一部を露出させるように開口溝を形成する。次に、全面をパッシベーション膜２８で覆うように成膜した後、開口溝の内側面に形成されたパッシベーション膜２８を残しつつ、開口溝内のパッシベーション膜２８をエッチングして、再び第一半導体層１１の一部を露出させる。そして、このパッシベーション膜２８で覆われた開口領域を充填するように、例えばステップＳ５と同様の方法で、第一電極２２を形成する。また、パッシベーション膜２８の所定の箇所をエッチングによって除去した後、第二半導体層１４の面上の所定の領域に、例えばステップＳ３と同様の方法で第二電極２１を形成し、更に、上述した図７の赤外ＬＥＤ素子１と同様の方法で誘電体層２６を形成する。
【0125】
〈２〉上記各実施形態では、赤外ＬＥＤ素子１が備える基板３の側面には、凹凸部４１が形成されているものとして説明した。しかし、基板３は必ずしも側面に凹凸部４１を備えていなくても構わない（図１３、図１４参照）。この場合、図１３に示すように、半導体層１０の側面にも凹凸部４２が形成されないものとして構わない。
【0126】
〈３〉第一実施形態で説明した赤外ＬＥＤ素子１において、半導体層１０の面のうち、ＸＹ平面に平行な光取り出し面、すなわち、第二半導体層１４の表面についても、凹凸部が形成されていても構わない。
【0127】
〈４〉上記実施形態では、ｐ型クラッド層としての第二半導体層１３の上面に、ｐ型コンタクト層としての第二半導体層１４を形成し、この第二半導体層１４に面上に第二電極２１が形成されている場合について説明した。しかし、第二電極２１に対してコンタクトが取れる限りにおいて、コンタクト層の導電型はｎ型であっても構わない。この場合、第二半導体層１３の上層に、薄膜のｎ型コンタクトを介して第二電極２１が形成される。
【符号の説明】
【0128】
１ ： 赤外ＬＥＤ素子
３ ： 基板
３ａ ： 基板の第一面
３ｂ ： 基板の第二面
１０ ： 半導体層
１１ ： 第一半導体層
１２ ： 活性層
１３，１４ ： 第二半導体層
２１ ： 第二電極
２２ ： 第一電極
２３ ： パッド電極
２４ ： パッド電極
２５ ： 反射層
２６ ： 誘電体層
２８ ： パッシベーション膜
３１ ： ダイシングシート
３４ ： 銀ペースト
３５ ： ステム
４１ ： 凹凸部
４２ ： 凹凸部
３ ： 基板
３ａ ： 基板の第一面
３ｂ ： 基板の第二面
１０ ： 半導体層
１１ ： 第一半導体層
１２ ： 活性層
１３，１４ ： 第二半導体層
２１ ： 第二電極
２２ ： 第一電極
２３ ： パッド電極
２４ ： パッド電極
２５ ： 反射層
２６ ： 誘電体層
２８ ： パッシベーション膜
３１ ： ダイシングシート
３４ ： 銀ペースト
３５ ： ステム
４１ ： 凹凸部
４２ ： 凹凸部
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図11G】
【図11H】
【図11I】
【図11J】
【図12】
【図13】
【図14】