JP2019075342A - 発光素子、赤外光源、及び発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制する。【解決手段】一実施形態に係る発光素子４は、基板４１と、基板４１上に配置されたグラファイト薄膜４２と、グラファイト薄膜４２における基板４１に対向する第１面４２ａとは反対側の第２面４２ｂにおいて、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄに設けられた電極４３と、を備え、基板４１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面には、少なくとも基板４１の厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と基板４１とが重なる領域Ａ１の全体に亘って、グラファイト薄膜４２を支持する複数の突状部１０（突状部形成領域Ｐ）が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子、赤外光源、及び発光素子の製造方法に関する。

赤外光源として、グラファイト薄膜（例えば単層又は多層のグラフェン）を用いた発光素子を備えた光源が知られている（特許文献１〜３参照）。

特許第６１５５０１２号公報 特開２０１４−６７５４４号公報 国際公開第２０１３／０９０７７４号

特許文献１に記載の構造では、グラファイト薄膜の一方の面の全体が基板表面の絶縁膜と接触しているため、グラファイト薄膜から基板への熱伝導（放熱）が顕著となる。このため、グラファイト薄膜を効率良く加熱して高輝度化を図る上で、改善の余地がある。また、上記構造では、グラファイト薄膜からの熱によって基板が損傷するおそれもある。一方、特許文献２に記載されているようにグラファイト薄膜の縁部を一対の電流端子で支える構造によれば、グラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制できる可能性があるが、このような構造によってグラファイト薄膜を安定的に支持することは極めて困難である。特に長尺なグラファイト薄膜を使用する場合において、グラファイト薄膜の支持が不安定となる。このように、特許文献１，２に記載の構造では、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することは困難である。また、特許文献３にも、このような課題を解決するための構造について何ら開示されていない。

そこで、本発明は、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる発光素子、赤外光源、及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る発光素子は、基板と、基板上に配置されたグラファイト薄膜と、グラファイト薄膜における基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、を備え、基板におけるグラファイト薄膜に対向する表面には、少なくとも基板の厚さ方向から見てグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と基板とが重なる領域の全体に亘って、グラファイト薄膜を支持する複数の突状部が形成されている。

本発明の一側面に係る発光素子では、グラファイト薄膜の中央部分（縁部を除いた部分）と基板とが重なる領域全体に亘って、グラファイト薄膜を支持する複数の突状部が形成されている。グラファイト薄膜の中央部分が複数の突状部によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜が基板に対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜は、複数の突状部と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜から基板への熱伝導が抑制される。以上により、上記発光素子によれば、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる。

突状部におけるグラファイト薄膜と接触する部分は、絶縁性を有していてもよい。この場合、グラファイト薄膜から基板へのリーク電流を抑制し、効率良くグラファイト薄膜のみを加熱することができる。

突状部は、基板の厚さ方向から見てグラファイト薄膜と基板とが重なる領域に設けられていてもよい。この場合、グラファイト薄膜の第１面の全域に亘って、グラファイト薄膜と基板との間の熱絶縁を図ることができる。これにより、グラファイト薄膜から基板への熱伝導をより一層効果的に抑制できる。

突状部は、基板の厚さ方向から見て電極と基板とが重なる領域には設けられていなくてもよい。この場合、基板の厚さ方向から見て電極と基板とが重なる領域に突状部が設けられないことにより、グラファイト薄膜における電極と重なる部分から基板への熱伝導は、突状部によって抑制されない。これにより、グラファイト薄膜における電極と重なる部分の熱については効率良く基板に逃すことが可能となり、グラファイト薄膜における電極と重なる部分が高温になることを抑制することができる。その結果、グラファイト薄膜における電極と重なる部分からの熱による電極の損傷を抑制し得る。

突状部におけるグラファイト薄膜と接触する部分の高さ位置は、基板におけるグラファイト薄膜に対向する表面のうち突状部が形成されていない部分の高さ位置と同一であってもよい。この構成によれば、突状部が形成された部分と突状部が形成されていない部分との両方の部分にグラファイト薄膜が跨る場合であっても、グラファイト薄膜を平坦な状態で支持することができる。これにより、グラファイト薄膜の反りを抑制し、グラファイト薄膜の損傷を抑制することができる。

基板は、基板部材と、基板部材におけるグラファイト薄膜に対向する表面に設けられた絶縁層と、を有し、突状部は、絶縁層に形成されていてもよい。この構成によれば、基板部材上に設けられた絶縁層の微細加工により、突状部を形成することができる。

基板部材は、シリコンにより形成されており、絶縁層は、二酸化ケイ素により形成されていてもよい。この構成によれば、シリコン（基板部材）の表面に形成された二酸化ケイ素（絶縁層）の微細加工により、比較的容易なプロセスで突状部を形成することができる。

突状部とグラファイト薄膜との接触面積は、突状部と基板部材との接触面積よりも小さくてもよい。突状部と基板部材との接触面が大きい程、突状部を基板部材に対して安定的に支持することができる。また、突状部とグラファイト薄膜との接触面が小さい程、グラファイト薄膜から突状部への熱伝導を抑制でき、突状部を介した基板部材への熱伝導を効果的に抑制することができる。

突状部は、柱状に形成されていてもよい。この構成によれば、複数の柱状の突状部により、グラファイト薄膜を複数の場所で部分的且つ安定的に支持する構造を実現できる。

複数の突状部は、一方向に沿って並設された複数の壁部を含んでいてもよい。この構成によれば、複数の壁部によってグラファイト薄膜を部分的に支持することでグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制しつつ、グラファイト薄膜をより一層安定的に支持することが可能となる。

突状部におけるグラファイト薄膜に対向する表面には、微細な凹凸構造を有する微細構造部が形成されていてもよい。この構成によれば、突状部の表面に形成された微細構造部によって、グラファイト薄膜と突状部との接触面積を更に減少させることができるため、グラファイト薄膜から基板への熱伝導をより一層効果的に抑制することができる。

グラファイト薄膜は、単層又は多層のグラフェンであってもよい。特に、グラファイト薄膜は、層数が１００〜２０００である多層のグラフェンであってもよい。発光強度を向上させるためには、グラファイト薄膜の層数は多い方がよい。一方、熱応答速度を改善する観点からは、グラファイト薄膜の熱容量を低くするために、グラファイト薄膜の層数は少ない方がよい。グラファイト薄膜の層数を１００〜２０００とすることにより、上記観点において好適な発光素子が得られる。

グラファイト薄膜は、基板の厚さ方向から見て矩形状に形成されており、グラファイト薄膜の長辺の長さは、１００μｍ以上であってもよい。グラファイト薄膜は、非常に薄く柔軟性に富む。このため、例えば、長尺なグラファイト薄膜の両端２点を支持する架橋構造を採用した場合、グラファイト薄膜の中央部分が大きく撓み、損傷するおそれがある。一方、上記発光素子では、グラファイト薄膜は、複数の突状部によって複数の場所で支持されるため、上記のような架橋構造を採用した場合に生じ得るグラファイト薄膜の損傷が抑制される。これにより、グラファイト薄膜の長尺化を実現できる。また、長辺の長さが１００μｍ以上の長尺なグラファイト薄膜を採用することにより、発光素子の設計自由度を向上させることができる。

本発明の他の側面に係る発光素子は、基板と、基板上に配置されたグラファイト薄膜と、グラファイト薄膜における基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、基板におけるグラファイト薄膜に対向する表面のうち、少なくとも基板の厚さ方向から見てグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と基板とが重なる領域に設けられた、ポーラス構造を有する被覆層と、を備える。

本発明の他の側面に係る発光素子では、少なくともグラファイト薄膜の中央部分（縁部を除いた部分）が、被覆層によって支持される。これにより、グラファイト薄膜が基板に対して安定的に支持される。また、被覆層がポーラス構造を有するため、グラファイト薄膜から被覆層を介した基板への熱伝導が抑制される。以上により、上記発光素子によれば、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる。

本発明の一側面に係る赤外光源は、光透過窓を有し、真空状態に保持された内部空間を形成するパッケージと、パッケージ内に配置されたステムと、ステム上に配置された発光素子と、を備え、発光素子は、基板と、基板上に配置されたグラファイト薄膜と、グラファイト薄膜における基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、を有し、基板におけるグラファイト薄膜に対向する表面には、少なくとも基板の厚さ方向から見てグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と基板とが重なる領域の全体に亘って、グラファイト薄膜を支持する複数の突状部が形成されており、グラファイト薄膜から発光された光は、光透過窓を介してパッケージの外部に出射される。

本発明の一側面に係る赤外光源は、上述した効果を有する発光素子を有する。したがって、この赤外光源によれば、発光素子において、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる。

本発明の他の側面に係る赤外光源は、ステムと、光透過窓が設けられたキャップと、を有し、真空状態に保持された内部空間を形成するパッケージと、ステム上に配置された発光素子と、を備え、発光素子は、基板と、基板上に配置されたグラファイト薄膜と、グラファイト薄膜における基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、基板におけるグラファイト薄膜に対向する表面のうち、少なくとも基板の厚さ方向から見てグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と基板とが重なる領域に設けられた、ポーラス構造を有する被覆層と、を有し、グラファイト薄膜から発光された光は、光透過窓を介してパッケージの外部に出射される。

本発明の他の側面に係る赤外光源は、上述した効果を有する発光素子を有する。したがって、この赤外光源によれば、発光素子において、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる。

本発明の一側面に係る発光素子の製造方法は、基板を準備する準備工程と、基板の表面における少なくとも一部の領域に複数の突状部を形成する形成工程と、グラファイト薄膜の第１面のうち少なくともグラファイト薄膜の縁部を除いた部分が複数の突状部に接触するように、グラファイト薄膜を基板上に配置する配置工程と、グラファイト薄膜の第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に電極を形成する電極形成工程と、を含む。

本発明の一側面に係る発光素子の製造方法では、基板の表面における少なくとも一部の領域に複数の突状部が形成され、グラファイト薄膜の中央部分（縁部を除いた部分）が当該複数の突状部に接触した構造が得られる。このようにグラファイト薄膜の中央部分が複数の突状部によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜が基板に対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜は、複数の突状部と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜から基板への熱伝導が抑制される。以上により、上記発光素子の製造方法によれば、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することが可能な発光素子が得られる。

上記発光素子の製造方法は、準備工程は、基板部材を準備する工程と、基板部材の表面に絶縁層を設ける工程と、を含み、形成工程において、絶縁層の少なくとも一部の領域をエッチングすることにより、複数の突状部を形成してもよい。この場合、基板部材の表面に設けられた絶縁層のエッチングという比較的容易なプロセスによって突状部を形成することができる。

本発明の他の側面に係る発光素子の製造方法は、基板を準備する準備工程と、基板の表面における少なくとも一部の領域に、ポーラス構造を有する被覆層を形成する被覆層形成工程と、グラファイト薄膜の第１面のうち、少なくともグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と被覆層とが重なるように、グラファイト薄膜を被覆層上に配置する配置工程と、グラファイト薄膜の第１面とは反対側の第２面において、グラファイト薄膜の縁部に電極を形成する電極形成工程と、を含む。

本発明の他の側面に係る発光素子の製造方法では、基板の表面における少なくとも一部の領域に、ポーラス構造を有する被覆層が形成され、グラファイト薄膜の中央部分（縁部を除いた部分）が当該被覆層に接触した構造が得られる。このようにグラファイト薄膜の中央部分が、被覆層によって支持されることにより、グラファイト薄膜が基板に対して安定的に支持される。また、被覆層がポーラス構造であるため、グラファイト薄膜から被覆層を介した基板への熱伝導が抑制される。以上により、上記発光素子の製造方法によれば、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することが可能な発光素子が得られる。

本発明によれば、グラファイト薄膜を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜から基板への熱伝導を抑制することができる発光素子、赤外光源、及び発光素子の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る発光素子を含む赤外光源を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示される発光素子を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図１に示される発光素子の突状部形成領域を含む部分の概略構成を示す斜視図である。 図１に示される発光素子の熱解析モデルを説明するための図である。 図６に示される熱解析モデルのシミュレーション結果を示す図である。 図１に示される発光素子の製造工程を示す概略図である。 図１に示される発光素子の製造工程を示す概略図である。 第１実施形態の変形例を示す概略図である。 第２実施形態に係る発光素子を示す概略図である。 第３実施形態及び第４実施形態に係る発光素子を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図に示される各部材（又は部位）の寸法又は寸法の比率は、説明をわかり易くするために、実際の寸法又は寸法の比率とは異なることがある。

［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る赤外光源１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る発光素子４を含む赤外光源１を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１においては、後述する光透過窓２３の図示を省略している。図１及び図２に示されるように、赤外光源１は、真空状態に保持された内部空間Ｓを形成するパッケージ２と、パッケージ２内に配置されたステム３と、ステム３上に配置された発光素子４と、ベース板５と、ステムピン６と、ボンディングワイヤ７と、スペーサ８と、ハトメ９と、を備えている。発光素子４は、基板４１と、グラファイト薄膜４２と、電極４３（ソース電極４３ａ及びドレイン電極４３ｂ）と、を備えている。

パッケージ２は、例えば金属からなる円板状のベース部材２１と、例えば金属からなる円筒状のキャップ２２と、光透過窓２３と、を有している。ベース部材２１とキャップ２２とは、ベース部材２１の縁部とキャップ２２のベース部材２１側において外側に延びるリング状のフランジ部２２ａとが接触した状態で、気密に接合されている。キャップ２２の上端部（フランジ部２２ａとは反対側の端部）には、内側に延びるリング状のフランジ部２２ｂが形成されている。

光透過窓２３は、円板状に形成されている。光透過窓２３は、例えばＣａＦ２（フッ化カルシウム）等の赤外光透過率の高い材料によって形成されている。光透過窓２３は、キャップ２２のフランジ部２２ｂに接触すると共にキャップ２２の上端部の内側表面に気密に接合されることにより、キャップ２２に固定されている。以上のようにベース部材２１、キャップ２２、及び光透過窓２３が気密に接合されることにより、パッケージ２の内側に、真空状態に保持された内部空間Ｓが形成されている。ベース部材２１の内側表面（内部空間Ｓ側の表面）には、ベース部材２１よりも一回り小さい円板状の金属からなるベース板５が接合されている。

ステム３は、ベース板５よりも一回り小さい円板状の部材である。ステム３は、例えばセラミックからなる。ステム３、ベース板５、及びベース部材２１には、ステムピン６ａを挿通させるための貫通孔３ａ、貫通孔５ａ、及び貫通孔２１ａと、ステムピン６ｂを挿通させるための貫通孔３ｂ、貫通孔５ｂ、及び貫通孔２１ｂとが形成されている。貫通孔３ａ、貫通孔５ａ、及び貫通孔２１ａは、ステム３の厚さ方向から見て互いに重なる位置に形成されている。貫通孔３ｂ、貫通孔５ｂ、及び貫通孔２１ｂは、ステム３の厚さ方向から見て互いに重なる位置に形成されている。ステムピン６ａを挿通させるための貫通孔（貫通孔３ａ、貫通孔５ａ、及び貫通孔２１ａ）とステムピン６ｂを挿通させるための貫通孔（貫通孔３ｂ、貫通孔５ｂ、及び貫通孔２１ｂ）とは、ソース電極４３ａとドレイン電極４３ｂとが対向する方向に、互いに対向している。具体的には、ステム３の厚さ方向から見て、貫通孔３ａ、貫通孔５ａ、及び貫通孔２１ａは、ソース電極４３ａよりも外側に位置しており、貫通孔３ｂ、貫通孔５ｂ、及び貫通孔２１ｂは、ドレイン電極４３ｂよりも外側に位置している。すなわち、ステム３の厚さ方向から見て、ステムピン６ａは、ソース電極４３ａの外側に位置しており、ステムピン６ｂは、ドレイン電極４３ｂの外側に位置している。

各ステムピン６は、導電性を有する部材であり、例えばコバール金属にニッケルめっき（１〜１０μｍ）と金めっき（０．１〜２μｍ）等を施した金属からなり、ステム３の厚さ方向に延在している。各ステムピン６とベース部材２１の貫通孔２１ａ，２１ｂとは、例えば低融点ガラスからなるシール部材Ｇにより、気密に接合されている。各ステムピン６においてステム３から突出している一部分とステム３とは、ハトメ９を介して互いに固定されている。これにより、各ステムピン６は、ステム３に対して固定されている。ステムピン６ａにおいてパッケージ２の外側に延びる部分は、図示しない外部電源等に接続される。一方、ステムピン６ａにおいてステム３から突出している部分（本実施形態ではステムピン６ａの先端）は、ボンディングワイヤ７を介して、ソース電極４３ａと電気的に接続されている。これにより、ソース電極４３ａと外部電源との間の導通が確保されている。同様に、ステムピン６ｂにおいてパッケージ２の外側に延びる部分は、図示しない外部電源等に接続される。一方、ステムピン６ｂにおいてステム３から突出している部分（本実施形態ではステムピン６ｂの先端）は、ボンディングワイヤ７を介して、ドレイン電極４３ｂと電気的に接続されている。これにより、ドレイン電極４３ｂと外部電源との間の導通が確保されている。

ステム３とベース板５との間には、各ステムピン６の周囲を覆うように、円筒状のスペーサ８が配置されている。スペーサ８は、例えばセラミックからなる。スペーサ８により、ステム３は、ベース板５から離間した位置に配置されている。

発光素子４は、基板４１におけるグラファイト薄膜４２が設けられる側とは反対側の面がダイボンディング等によってステム３の上面に固定されることにより、ステム３上に固定されている。電極４３によって発光素子４のグラファイト薄膜４２に電圧が印加されることによりグラファイト薄膜４２から発光された光は、光透過窓２３を介してパッケージ２の外部に出射される。

なお、赤外光源１の構成は上記構成に限られない。例えば、赤外光源１では、ステム３は、ソース電極４３ａとドレイン電極４３ｂとが対向する方向に対向する２つのステムピン６ａ，６ｂによって固定されているが、ステム３をより安定的に固定するために、３つ以上のステムピンがステム３、ベース板５、及びベース部材２１に挿通されてもよい。

図３及び図４を参照して、本実施形態に係る発光素子４の構成について説明する。図３は、発光素子４を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図３及び図４に示されるように、発光素子４は、基板４１と、基板４１上に配置されたグラファイト薄膜４２と、基板４１の厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄに設けられた電極４３（ソース電極４３ａ及びドレイン電極４３ｂ）と、を有している。

基板４１は、矩形板状に形成されている。本実施形態では、基板４１は、矩形板状の基板部材４１１と、基板部材４１１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面４１１ａに設けられた絶縁層４１２と、を有している。

基板部材４１１は、Ｓｉ（シリコン）によって形成されたシリコン基板である。基板部材４１１の厚さは、例えば６００μｍ程度である。ただし、基板部材４１１は、グラファイト薄膜４２と比べて電気抵抗が十分大きく、ソース電極４３ａとドレイン電極４３ｂとの間で電気的に短絡しないような材料であればよく、例えばＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等であってもよい。絶縁層４１２は、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）によって形成されている。絶縁層４１２は、基板部材４１１の表面４１１ａにコーティングされている。絶縁層４１２の厚さは、例えば２μｍ程度である。

グラファイト薄膜４２は、基板４１の厚さ方向から見て、基板４１よりも一回り小さい矩形状（例えば短辺１００μｍ×長辺２００μｍ）に形成されており、基板４１の中央部に配置されている。グラファイト薄膜４２は、例えば層数が１〜２０００である単層又は多層のグラフェン（又はグラファイト）である。グラフェン１層分の膜厚は、約３．３Å（０．３３ｎｍ）である。グラファイト薄膜４２の材料となる単層又は多層のグラフェンは、例えば、粘着テープ等によるグラファイトからの転写、化学気相成長法、ＳｉＣ加熱法等により作製され得る。

グラファイト薄膜４２は、電極４３によって電圧を印加されて発熱することにより赤外光を発光する発光部として機能する。ここで、発光強度を向上させるためには、グラファイト薄膜４２の層数は多い方がよい。一方、熱応答速度を改善する観点からは、グラファイト薄膜４２の熱容量を低くするために、グラファイト薄膜４２の層数は少ない方がよい。上記観点から、グラファイト薄膜４２は、より好ましくは、層数が１００〜２０００の多層グラフェンであってもよい。グラファイト薄膜４２の層数を１００〜２０００とすることにより、上記観点において好適な発光素子４が得られる。

電極４３は、グラファイト薄膜４２における基板４１に対向する第１面４２ａとは反対側の第２面４２ｂにおいて、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄに設けられている。本実施形態では、基板４１の厚さ方向から見て、グラファイト薄膜４２の一方の短辺に沿った縁部４２ｃ上に矩形板状のソース電極４３ａが設けられており、グラファイト薄膜４２の他方の短辺に沿った縁部４２ｄ上に矩形板状のドレイン電極４３ｂが設けられている。なお、電極４３の形状は、矩形板状以外の形状であってもよく、例えば櫛形等でもよい。また、本実施形態では電極４３の全体がグラファイト薄膜４２上に配置されているが、電極４３の一部がグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄからはみ出していてもよい。この場合、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄからはみ出した電極４３の一部は、基板４１の表面（本実施形態では、絶縁層４１２の表面）に接触していてもよい。また、電極４３の材料は、電流が流れる材料であればどのような材料でもよく、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属であってもよいし、半導体であってもよい。ただし、グラファイト薄膜４２の発光強度に関して高速変調が要求される場合には、電極４３は、電気抵抗が小さい金属であることが好ましい。

基板４１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面には、少なくとも基板４１の厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と基板４１とが重なる領域Ａ１の全体に亘って、グラファイト薄膜４２を支持する複数の突状部が形成された突状部形成領域Ｐが設けられている。本実施形態では、絶縁層４１２が「基板４１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面」に相当する。突状部形成領域Ｐには、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）を支持する複数の突状部（後述）が形成されている。基板４１の厚さ方向から見て、突状部形成領域Ｐは、領域Ａ１を包含するように設けられているが、電極４３と基板４１とが重なる領域Ａ２には設けられていない。

図５は、発光素子４の突状部形成領域Ｐを含む部分の概略構成を示す斜視図である。図５に示されるように、本実施形態では一例として、突状部形成領域Ｐには、複数の突状部１０が格子状に配置されている。突状部１０は、例えば、基板４１の表面（すなわち、絶縁層４１２）に対して微細加工技術を施すことによって、柱状に形成されている。具体的には、突状部１０は、基板部材４１１から遠ざかるにつれて断面積が小さくなるテーパ状（本実施形態では、四角錐台状）に形成されている。例えば、突状部形成領域Ｐに含まれる絶縁層４１２に対して、ＣＨ３を用いたドライエッチング、或いはＨＦ等を用いたウェットエッチング等が実行されることにより、複数の突状部１０が形成されている。この場合、突状部１０におけるグラファイト薄膜４２と接触する部分の高さ位置（すなわち、突状部１０の先端面の高さ位置）は、基板４１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面のうち突状部１０が形成されていない部分の高さ位置（すなわち、絶縁層４１２のグラファイト薄膜４２側の表面の高さ位置）と同一である。

図６及び図７を参照して、グラファイト薄膜４２から基板部材４１１への熱伝導が突状部形成領域Ｐによって抑制されることを示した熱解析（シミュレーション）の結果について説明する。図６の（Ａ）は、熱解析に用いられた実際の構造（ピラー構造）を概略的に示している。ここでは、グラファイト薄膜４２は、膜厚が５００ｎｍの多層グラフェン（約１５００層）である。グラファイト薄膜４２の短辺の長さｄ１は１００μｍであり、長辺の長さｄ２は２００μｍである。グラファイト薄膜４２は、３×７の格子状に配置された計２１個のＳｉＯ２（絶縁層４１２の一部）からなる四角錐台状の突状部１０によって支持されている。隣り合う突状部１０同士の間隔ｄ３は１０μｍである。突状部１０において基板部材４１１に接する底面の形状は、１辺の長さｄ４が２１μｍの正方形である。突状部１０においてグラファイト薄膜４２に接する上面の形状は、１辺の長さｄ５が１μｍの正方形である。突状部１０の高さｄ６は１０μｍである。突状部１０の傾斜角度（突状部１０の側面と突状部１０の底面とがなす角度）は４５°である。なお、高さｄ６は、グラファイト薄膜４２の一部が撓んで基板部材４１１に接触することがないような値に設定される。このため、突状部１０の形状にもよるが、高さｄ６は、突状部形成領域Ｐに設けられる突状部１０の密度が小さい（突状部１０間の隙間が大きい）程大きい値に設定される。また、各突状部１０とグラファイト薄膜４２との接触熱抵抗は、１０^５〜１０^８Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）であり、各突状部１０と基板部材４１１との接触熱抵抗（すなわち、絶縁層４１２と基板部材４１１との接触熱抵抗）は、１．２５×１０^８Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）である。

図６の（Ｂ）は、熱解析を簡易的に行うために、図６の（Ａ）に示される実際の構造を置換することによって得られた解析モデルを示している。具体的には、解析モデルは、複数の突状部１０を１つの突状部１１に集約することにより得られたモデルである。本熱解析時におけるグラファイト薄膜４２の設定条件（パラメータ）は、以下の通りである。
・熱伝導率：１０００Ｗ／ｍ／Ｋ
・入力電力：２００ｍＷ
・輻射率：０．８
・グラファイト薄膜４２と突状部１１との接触熱抵抗：１０^５Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）
・グラファイト薄膜４２の膜厚：５００ｎｍ

本発明者らは、上記設定条件の下、電極４３によってグラファイト薄膜４２に与えられる入力電力を２００ｍＷとして熱解析を行った。その結果、図７に示されるように、グラファイト薄膜４２の最高温度は３０９４℃に到達する一方で、突状部１１の最高温度は７１５℃であり、突状部１１の最低温度は１４４℃であるという結果が得られた。突状部１１の最高温度は、突状部１１のグラファイト薄膜４２と接する上面１１ａ付近で計測され、突状部１１の最低温度は、突状部１１の基板部材４１１と接する下面１１ｂ付近で計測された。このように、上記熱解析によって、図６の（Ａ）に示した構造（突状部形成領域Ｐ）がグラファイト薄膜４２と基板部材４１１との熱絶縁を図る上で有効であることが示された。

［製造方法］
次に、発光素子４の製造方法について説明する。まず、基板４１を準備する（準備工程）。準備工程は、基板部材４１１を準備する工程（図８の（Ａ）参照）と、基板部材４１１の表面に絶縁層４１２を設ける工程（図８の（Ｂ））と、を含む。本実施形態のように基板部材４１１がＳｉにより形成されている場合には、絶縁層４１２は、例えば熱酸化膜形成により、基板部材４１１の表面４１１ａにコーティングされる。

続いて、図９の（Ａ）に示されるように、基板４１の表面（ここでは、絶縁層４１２）における少なくとも一部の領域（突状部形成領域Ｐ）に複数の突状部１０を形成する（形成工程）。複数の突状部１０は、例えば、ＣＨ３を用いたドライエッチング、或いはＨＦ等を用いたウェットエッチング等により形成される。

続いて、図９の（Ｂ）に示されるように、グラファイト薄膜４２の第１面４２ａのうち少なくともグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分（中央部分）が複数の突状部１０（すなわち、突状部形成領域Ｐ）に接触するように、グラファイト薄膜４２を基板４１上に配置する（配置工程）。グラファイト薄膜４２は、例えば転写によって、基板４１上に配置される。

続いて、図４に示されるように、グラファイト薄膜４２の第２面４２ｂにおいて、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄに電極４３を形成する（電極形成工程）。以上により、発光素子４が製造される。その後、図２に示されるように、当該発光素子４がダイボンディング等によってステム３上に固定され、ステム３及び発光素子４を含むユニットがパッケージ２内に収容されることにより、赤外光源１が製造される。

［作用効果］
以上述べた発光素子４では、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）と基板４１とが重なる領域Ａ１全体に亘って、グラファイト薄膜４２を支持する複数の突状部１０（すなわち、突状部形成領域Ｐ）が形成されている。グラファイト薄膜４２の中央部分が複数の突状部１０によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜４２が基板４１に対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜４２は、複数の突状部１０と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導が抑制される。以上により、発光素子４によれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導を抑制することができる。その結果、熱による基板４１の損傷を抑制すると共に、グラファイト薄膜４２の加熱による高輝度化を実現できる。また、グラファイト薄膜４２を低電力で効率的に加熱することができる。

また、突状部１０は絶縁性を有している。このため、グラファイト薄膜４２から基板（基板部材４１１）へのリーク電流を抑制し、効率良くグラファイト薄膜４２のみを加熱することができる。なお、上記効果を得るためには、少なくとも突状部１０におけるグラファイト薄膜４２と接触する部分が絶縁性を有していればよく、突状部１０の全体が絶縁性を有していなくてもよい。

突状部１０は、基板４１の厚さ方向から見て電極４３と基板４１とが重なる領域Ａ２（すなわち、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄと基板４１とが重なる領域）には設けられていない。領域Ａ２に突状部１０（すなわち、突状部形成領域Ｐ）が設けられないことにより、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄから基板４１への熱伝導は、突状部１０によって抑制されない。これにより、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄの熱については効率良く基板４１に逃すことが可能となり、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄが高温になることを抑制することができる。その結果、グラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄからの熱による電極４３の損傷を抑制し得る。

突状部１０におけるグラファイト薄膜４２と接触する部分の高さ位置（すなわち、突状部１０の先端面の高さ位置）は、基板４１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面のうち突状部１０が形成されていない部分の高さ位置（すなわち、絶縁層４１２のグラファイト薄膜４２側の表面の高さ位置）と同一である。このため、本実施形態のように、突状部１０が形成された部分（領域Ａ１）と突状部１０が形成されていない部分（領域Ａ２）との両方の部分にグラファイト薄膜４２が跨る場合であっても、グラファイト薄膜４２を平坦な状態で支持することができる。これにより、グラファイト薄膜４２の反りを抑制し、グラファイト薄膜４２の損傷を抑制することができる。

基板４１は、基板部材４１１と、基板部材４１１におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面４１１ａに設けられた絶縁層４１２と、を有しており、突状部１０は、絶縁層４１２に形成されている。この構成によれば、基板部材４１１上に設けられた絶縁層４１２の微細加工（例えば、上述したドライエッチング、ウェットエッチング等）により、突状部１０を形成することができる。特に、基板部材４１１は、シリコンにより形成されており、絶縁層４１２は、二酸化ケイ素により形成されている。このため、シリコン（基板部材４１１）の表面に形成された二酸化ケイ素（絶縁層４１２）の微細加工により、比較的容易なプロセスで突状部１０を形成することができる。

突状部１０とグラファイト薄膜４２との接触面積は、突状部１０と基板部材４１１との接触面積よりも小さい。具体的には、突状部１０は、基板部材４１１から遠ざかるにつれて断面積が小さくなるテーパ状（本実施形態では、四角錐台状）に形成されている。ここで、突状部１０と基板部材４１１との接触面が大きい程、突状部１０を基板部材４１１に対して安定的に支持することができる。また、突状部１０とグラファイト薄膜４２との接触面が小さい程、グラファイト薄膜４２から突状部１０への熱伝導を抑制でき、突状部１０を介した基板部材４１１への熱伝導を効果的に抑制することができる。

突状部１０は、柱状に形成されている。複数の柱状の突状部１０により、グラファイト薄膜４２を複数の場所で部分的且つ安定的に支持する構造を実現できる。

グラファイト薄膜４２は、基板４１の厚さ方向から見て矩形状に形成されており、グラファイト薄膜４２の長辺の長さは、１００μｍ以上である。本実施形態では、グラファイト薄膜４２の短辺の長さについても、５０μｍ以上となっている。グラファイト薄膜４２は、非常に薄く柔軟性に富む。このため、例えば特許文献２に記載されているように、上記のような長尺なグラファイト薄膜４２の両端２点を支持する架橋構造を採用した場合、グラファイト薄膜４２の中央部分が大きく撓み、損傷するおそれがある。一方、発光素子４では、グラファイト薄膜４２は、複数の突状部１０によって複数の場所で支持されるため、上記のような架橋構造を採用した場合に生じ得るグラファイト薄膜４２の損傷が抑制される。これにより、グラファイト薄膜４２の長尺化を実現できる。また、長辺の長さが１００μｍ以上の長尺なグラファイト薄膜４２を採用することにより、発光素子４の設計自由度を向上させることができる。

また、赤外光源１は、上述した効果を有する発光素子４を有する。したがって、赤外光源１によれば、発光素子４において、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導を抑制することができる。

また、上述した発光素子４の製造方法では、基板４１の表面（ここでは絶縁層４１２）における少なくとも一部の領域（突状部形成領域Ｐに対応する領域）に複数の突状部が形成され、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）が当該複数の突状部１０に接触した構造が得られる。このようにグラファイト薄膜４２の中央部分が複数の突状部１０によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜４２が基板４１に対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜４２は、複数の突状部１０と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導が抑制される。以上により、上記発光素子４の製造方法によれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導を抑制することが可能な発光素子４が得られる。

また、上記製造方法では、準備工程は、基板部材４１１を準備する工程と、基板部材４１１の表面４１１ａに絶縁層４１２を設ける工程と、を含む。また、形成工程において、絶縁層４１２の少なくとも一部の領域（突状部形成領域Ｐに対応する領域）をエッチングすることにより、複数の突状部１０が形成される。これにより、基板部材４１１の表面に設けられた絶縁層４１２のエッチングという比較的容易なプロセスによって突状部１０を形成することができる。

［変形例１］
図１０の（Ａ）に示されるように、突状部形成領域Ｐに形成される複数の突状部は、一方向に沿って並設された複数の壁部１２であってもよい。すなわち、突状部形成領域Ｐには、上述した柱状（具体的には四角錐台状）の突状部１０の代わりに、いわゆるラインアンドスペースのパターンで形成された複数の壁部１２が設けられていてもよい。このような壁部１２は、上述した突状部１０と同様に、絶縁層４１２のエッチングによって形成され得る。この場合、複数の壁部１２によってグラファイト薄膜４２を部分的に支持することでグラファイト薄膜４２から基板４１（特に基板部材４１１）への熱伝導を抑制しつつ、グラファイト薄膜４２をより一層安定的に支持することが可能となる。

さらに、突状部形成領域Ｐに形成される複数の突状部は、格子状（網目状）のパターンで形成された複数の壁部であってもよい。具体的には、図１０の（Ａ）において、壁部１２の延在方向に交差する方向に延在する複数の壁部（以下「第２壁部」）がさらに設けられてもよい。この場合、複数の第２壁部の各々と複数の壁部１２の各々とが交差する部分において、各第２壁部と各壁部１２とが接続される。格子パターンは、比較的加工が容易であるため、格子パターンを採用することにより、複数の突状部を容易なプロセスによって形成することができる。また、突状部としての壁部は、上記のように一方向に延在するものではなく、例えば曲線状、渦巻き状等のパターンで形成されたものであってもよい。

［変形例２］
図１０の（Ｂ）に示されるように、突状部１０におけるグラファイト薄膜４２に対向する表面には、微細な凹凸構造を有する微細構造部１３が形成されていてもよい。このような微細構造部１３は、突状部１０の表面に対する表面処理によって形成され得る。表面処理は、例えば、エッチングによって突状部１０の表面を原子オーダーから１ｎｍオーダー程度の細かさで荒らす処理、表面が粗い物質（例えばポーラスシリカ、ポーラスアルミナ等のポーラス物質等）のコーティング等である。この構成によれば、突状部１０の表面に形成された微細構造部１３によって、グラファイト薄膜４２と突状部１０との接触面積を更に減少させることができるため、グラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導をより一層効果的に抑制することができる。なお、微細構造部１３は、突状部１０以外の形状の突状部（例えば、上述した壁部１２及び第２壁部等）の表面にも形成され得る。

［その他の変形例］
上述した発光素子４では、突状部形成領域Ｐは、領域Ａ２を避けるようにして形成されているが、例えば、グラファイト薄膜４２からの熱による電極４３の損傷のおそれがなく、むしろグラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導をより効果的に抑制したい場合には、突状部形成領域Ｐは、領域Ａ２にも設けられてもよい。すなわち、複数の突状部１０は、基板４１の厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２と基板４１とが重なる領域（図４に示される領域Ａ１及び領域Ａ２を併せた領域）に設けられてもよい。この場合、グラファイト薄膜４２の第１面４２ａの全域に亘って、グラファイト薄膜４２と基板４１との間の熱絶縁を図ることができる。これにより、グラファイト薄膜４２から基板４１への熱伝導をより一層効果的に抑制でき、グラファイト薄膜４２を効率的に加熱することが可能となる。

［第２実施形態］
図１１は、第２実施形態に係る発光素子４Ａを示している。図１１の（Ａ）は、発光素子４Ａ全体の断面を示している。図１１の（Ｂ）は、グラファイト薄膜４２と基板４１Ａとの接触部分を拡大して示している。発光素子４Ａは、基板４１の代わりに基板４１Ａを備える点で発光素子４と相違しており、その他の構成については発光素子４と同様である。図１１の（Ｂ）に示されるように、基板４１Ａにおけるグラファイト薄膜４２に対向する表面には、少なくとも基板４１Ａの厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と基板４１Ａとが重なる領域の全体に亘って、グラファイト薄膜４２を支持する複数の突状部１４が形成されている。複数の突状部１４は、例えば、原子オーダーから１ｎｍオーダー程度の細かさの凹凸構造である。このような凹凸構造は、例えば、エッチングによって基板４１Ａの表面を原子オーダーから１ｎｍオーダー程度の細かさで荒らすことで形成され得る。当該エッチングは、上述した第１実施形態の変形例２における「エッチングによって突状部１０の表面を原子オーダーから１ｎｍオーダー程度の細かさで荒らす処理」と同様の処理である。

このように、第１実施形態で説明したような柱状、壁状等の突状部を形成することなく、基板４１Ａの表面に原子オーダーから１ｎｍオーダー程度の細かさの凹凸構造（複数の突状部１４）を形成した場合であっても、上述した第１実施形態の複数の突状部１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、グラファイト薄膜４２の少なくとも中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）が、複数の突状部１４の先端部によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜４２が基板４１Ａに対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜４２は、複数の突状部１４と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜４２から基板４１Ａへの熱伝導が抑制される。以上により、発光素子４Ａによれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１Ａへの熱伝導を抑制することができる。なお、基板４１Ａは、第１実施形態の基板部材４１１のみからなる部材であってもよいし、基板部材４１１の表面に絶縁層４１２が形成された部材であってもよい。前者の場合には、複数の突状部１４は、基板部材４１１の表面に形成される。後者の場合には、複数の突状部１４は、絶縁層４１２の表面に形成される。

［第３実施形態］
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子４Ｂを示している。図１２の（Ａ）は、発光素子４Ｂ又は４Ｃの全体の断面を示している。図１２の（Ｂ）は、グラファイト薄膜４２と被覆層４４Ａとの接触部分を拡大して示している。発光素子４Ｂは、基板４１の代わりに基板４１Ｂと基板４１Ｂにおけるグラファイト薄膜４２に対向する表面に設けられた被覆層４４Ａとを備える点で発光素子４と相違しており、その他の構成については発光素子４と同様である。基板４１Ｂは、第１実施形態の基板部材４１１のみからなる部材であってもよいし、基板部材４１１の表面に絶縁層４１２が形成された部材であってもよい。基板４１Ｂは、表面を荒らすエッチング処理がされていない点において第２実施形態の基板４１Ａと相違しており、その他の点については基板４１Ａと同様である。

被覆層４４Ａは、表面が粗い物質（例えばポーラスシリカ、ポーラスアルミナ等のポーラス物質等）を基板４１Ｂの表面にコーティングすることによって形成されている。被覆層４４Ａは、基板４１Ｂにおけるグラファイト薄膜４２に対向する表面のうち、少なくとも基板４１Ｂの厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と基板４１Ｂとが重なる領域に設けられている。なお、本実施形態では一例として、被覆層４４Ａは、基板４１Ｂの表面全体に設けられているが、被覆層４４Ａは、例えば、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）の直下にのみ設けられてもよい。この場合、グラファイト薄膜４２の中央部分の高さ位置は、被覆層４４Ａの高さ分だけ、縁部４２ｃ，４２ｄの高さ位置よりも高くなってもよい。すなわち、グラファイト薄膜４２は、中央部分が縁部４２ｃ，４２ｄに比べて盛り上がった形状とされてもよい。

被覆層４４Ａの表面には、複数の突状部１５が形成されている。グラファイト薄膜４２の少なくとも中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）が、当該複数の突状部１５の先端部によって複数の場所で支持されることにより、グラファイト薄膜４２が基板４１Ｂに対して安定的に支持される。また、グラファイト薄膜４２は、複数の突状部１５と部分的に接触することになるため、グラファイト薄膜４２から基板４１Ｂへの熱伝導が抑制される。以上により、発光素子４Ｂによれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１Ｂへの熱伝導を抑制することができる。

［第４実施形態］
図１２の（Ａ）及び（Ｃ）は、第３実施形態に係る発光素子４Ｃを示している。図１２の（Ｃ）は、グラファイト薄膜４２と被覆層４４Ｂとの接触部分を拡大して示している。発光素子４Ｃは、被覆層４４Ａの代わりに被覆層４４Ｂを備える点で発光素子４Ｂと相違しており、その他の構成については発光素子４Ｂと同様である。

被覆層４４Ｂは、内部に多数の気孔（空孔）が形成されたポーラス構造を有している。被覆層４４Ｂの材料は、例えば熱伝導率の低い酸化物等である。このような材料の具体例としては、例えばＬｏｗ−ｋ材料を添加したＳＯＧ（Spin on Glass）等が挙げられる。被覆層４４Ｂは、基板４１Ｂにおけるグラファイト薄膜４２に対向する表面のうち、少なくとも基板４１Ｂの厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と基板４１Ｂとが重なる領域に設けられている。なお、本実施形態では一例として、被覆層４４Ｂは、基板４１Ｂの表面全体に設けられているが、被覆層４４Ｂは、例えば、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）の直下にのみ設けられてもよい。この場合、グラファイト薄膜４２の中央部分の高さ位置は、被覆層４４Ｂの高さ分だけ、縁部４２ｃ，４２ｄの高さ位置よりも高くなってもよい。すなわち、グラファイト薄膜４２は、中央部分が縁部４２ｃ，４２ｄに比べて盛り上がった形状とされてもよい。

発光素子４Ｃでは、少なくともグラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）が、被覆層４４Ｂによって支持される。これにより、グラファイト薄膜４２が基板４１Ｂに対して安定的に支持される。また、被覆層４４Ｂがポーラス構造を有するため、グラファイト薄膜４２から被覆層４４Ｂを介した基板４１Ｂへの熱伝導が抑制される。具体的には、被覆層４４Ｂは、内部に多数の気孔を有していることにより、熱伝導率が比較的小さいものとなっている。以上により、発光素子４Ｃによれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１Ｂへの熱伝導を抑制することができる。

発光素子４Ｃは、以下のようにして製造され得る。すなわち、発光素子４の製造方法の形成工程の代わりに、基板４１Ｂの表面における少なくとも一部の領域（グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）に対応する領域）に、ポーラス構造を有する被覆層４４Ｂを形成する被覆層形成工程が実行される。また、発光素子４の製造方法の配置工程の代わりに、グラファイト薄膜４２の第１面４２ａのうち、少なくとも基板４１Ｂの厚さ方向から見てグラファイト薄膜４２の縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分と被覆層４４Ｂとが重なるように、グラファイト薄膜４２を被覆層４４Ｂ上に配置する配置工程が実行される。

この発光素子４Ｃの製造方法では、基板４１Ｂの表面における少なくとも一部の領域に、ポーラス構造を有する被覆層４４Ｂが形成され、グラファイト薄膜４２の中央部分（縁部４２ｃ，４２ｄを除いた部分）が当該被覆層４４Ｂに接触した構造が得られる。このようにグラファイト薄膜４２の中央部分が、被覆層４４Ｂによって支持されることにより、グラファイト薄膜４２が基板４１Ｂに対して安定的に支持される。また、被覆層４４Ｂがポーラス構造であるため、グラファイト薄膜４２から被覆層４４Ｂを介した基板４１Ｂへの熱伝導が抑制される。以上により、発光素子４Ｃの製造方法によれば、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板４１Ｂへの熱伝導を抑制することが可能な発光素子４Ｃが得られる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、赤外光源１は、発光素子４の代わりに発光素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃのいずれかを備えてもよい。いずれの発光素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃを用いた場合においても、グラファイト薄膜４２を安定的に支持すると共にグラファイト薄膜４２から基板への熱伝導を抑制可能な赤外光源が得られる。すなわち、グラファイト薄膜４２を効率的に加熱することができ、高輝度化を図ることが可能な赤外光源が得られる。

１…赤外光源、２…パッケージ、３…ステム、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…発光素子、１０，１１，１４，１５…突状部、１２…壁部、１３…微細構造部、２２…キャップ、２３…光透過窓、４１，４１Ａ，４１Ｂ…基板、４２…グラファイト薄膜、４２ａ…第１面、４２ｂ…第２面、４２ｃ，４２ｄ…縁部、４３…電極、４４，４４Ａ，４４Ｂ…被覆層、４１１…基板部材、４１２…絶縁層、Ｐ…突状部形成領域、Ｓ…内部空間。

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板上に配置されたグラファイト薄膜と、
   前記グラファイト薄膜における前記基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、
   を備え、
   前記基板における前記グラファイト薄膜に対向する表面には、少なくとも前記基板の厚さ方向から見て前記グラファイト薄膜の前記縁部を除いた部分と前記基板とが重なる領域の全体に亘って、前記グラファイト薄膜を支持する複数の突状部が形成されている、
   発光素子。
2. 前記突状部における前記グラファイト薄膜と接触する部分は、絶縁性を有する、
   請求項１に記載の発光素子。
3. 前記突状部は、前記基板の厚さ方向から見て前記グラファイト薄膜と前記基板とが重なる領域に設けられている、
   請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記突状部は、前記基板の厚さ方向から見て前記電極と前記基板とが重なる領域には設けられていない、
   請求項１又は２に記載の発光素子。
5. 前記突状部における前記グラファイト薄膜と接触する部分の高さ位置は、前記基板における前記突状部が形成されていない部分の高さ位置と同一である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記基板は、基板部材と、前記基板部材における前記グラファイト薄膜に対向する表面に設けられた絶縁層と、を有し、
   前記突状部は、前記絶縁層に形成されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 前記基板部材は、シリコンにより形成されており、
   前記絶縁層は、二酸化ケイ素により形成されている、
   請求項６に記載の発光素子。
8. 前記突状部と前記グラファイト薄膜との接触面積は、前記突状部と前記基板部材との接触面積よりも小さい、
   請求項６又は７に記載の発光素子。
9. 前記突状部は、柱状に形成されている、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
10. 複数の前記突状部は、一方向に沿って並設された複数の壁部を含む、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
11. 前記突状部における前記グラファイト薄膜に対向する表面には、微細な凹凸構造を有する微細構造部が形成されている、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
12. 前記グラファイト薄膜は、単層又は多層のグラフェンである、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子。
13. 前記グラファイト薄膜は、層数が１００〜２０００である多層のグラフェンである、
    請求項１２に記載の発光素子。
14. 前記グラファイト薄膜は、前記基板の厚さ方向から見て矩形状に形成されており、
    前記グラファイト薄膜の長辺の長さは、１００μｍ以上である、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光素子。
15. 基板と、
    前記基板上に配置されたグラファイト薄膜と、
    前記グラファイト薄膜における前記基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、
    前記基板における前記グラファイト薄膜に対向する表面のうち、少なくとも前記基板の厚さ方向から見て前記グラファイト薄膜の前記縁部を除いた部分と前記基板とが重なる領域に設けられた、ポーラス構造を有する被覆層と、
    を備える、
    発光素子。
16. 光透過窓を有し、真空状態に保持された内部空間を形成するパッケージと、
    前記パッケージ内に配置されたステムと、
    前記ステム上に配置された発光素子と、
    を備え、
    前記発光素子は、基板と、前記基板上に配置されたグラファイト薄膜と、前記グラファイト薄膜における前記基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、を有し、
    前記基板における前記グラファイト薄膜に対向する表面には、少なくとも前記基板の厚さ方向から見て前記グラファイト薄膜の前記縁部を除いた部分と前記基板とが重なる領域の全体に亘って、前記グラファイト薄膜を支持する複数の突状部が形成されており、
    前記グラファイト薄膜から発光された光は、前記光透過窓を介して前記パッケージの外部に出射される、
    赤外光源。
17. ステムと、光透過窓が設けられたキャップと、を有し、真空状態に保持された内部空間を形成するパッケージと、
    前記ステム上に配置された発光素子と、
    を備え、
    前記発光素子は、基板と、前記基板上に配置されたグラファイト薄膜と、前記グラファイト薄膜における前記基板に対向する第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の縁部に設けられた電極と、前記基板における前記グラファイト薄膜に対向する表面のうち、少なくとも前記基板の厚さ方向から見て前記グラファイト薄膜の前記縁部を除いた部分と前記基板とが重なる領域に設けられた、ポーラス構造を有する被覆層と、を有し、
    前記グラファイト薄膜から発光された光は、前記光透過窓を介して前記パッケージの外部に出射される、
    赤外光源。
18. 基板を準備する準備工程と、
    前記基板の表面における少なくとも一部の領域に複数の突状部を形成する形成工程と、
    グラファイト薄膜の第１面のうち少なくともグラファイト薄膜の縁部を除いた部分が前記複数の突状部に接触するように、前記グラファイト薄膜を前記基板上に配置する配置工程と、
    前記グラファイト薄膜の第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の前記縁部に電極を形成する電極形成工程と、
    を含む発光素子の製造方法。
19. 前記準備工程は、基板部材を準備する工程と、前記基板部材の表面に絶縁層を設ける工程と、を含み、
    前記形成工程において、前記絶縁層の少なくとも一部の領域をエッチングすることにより、前記複数の突状部を形成する、
    請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
20. 基板を準備する準備工程と、
    前記基板の表面における少なくとも一部の領域に、ポーラス構造を有する被覆層を形成する被覆層形成工程と、
    グラファイト薄膜の第１面のうち、少なくともグラファイト薄膜の縁部を除いた部分と前記被覆層とが重なるように、前記グラファイト薄膜を前記被覆層上に配置する配置工程と、
    前記グラファイト薄膜の第１面とは反対側の第２面において、前記グラファイト薄膜の前記縁部に電極を形成する電極形成工程と、
    を含む発光素子の製造方法。