TW202046515A - 紅外線ｌｅｄ元件 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於實現一種發光波長超過1000nm，比以往更提升光的取出效率之紅外線LED元件。 其解決手段為一種紅外線LED元件，其特徵係具有： 基板，其係含InP而成，顯示n型摻雜劑濃度為1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ； 第一半導體層，其係被形成於基板的上層，顯示n型； 活性層，其係被形成於第一半導體層的上層；及 第二半導體層，其係被形成於活性層的上層，顯示p型； 第一電極，其係被形成於基板的面之中，與形成有第一半導體層的側相反側的第一面； 第二電極，其係被形成於第二半導體層的上層，從與基板的面正交的第一方向來看時，只被形成於第二半導體層的面的一部分區域， 主要的發光波長為顯示1000nm以上。

Description

紅外線ＬＥＤ元件

本發明是有關紅外線LED元件，特別是有關發光波長為1000nm以上的紅外線LED元件。

以往，作為將1000nm以上的紅外線區域設為發光波長的發光元件，是作為通訊･計測用的雷射元件的開發廣泛進展。另一方面，有關如此的波長域的LED元件是至今不太有用途，比起雷射元件是開發未進展。

例如，在下述專利文獻1中揭示若為GaAs系的發光元件，則可產生0.7~0.8μm(700~800nm)的波長的光，但為了產生更長波長的1.3μm(1300nm)程度的光，需要InP系的發光元件。特別是根據專利文獻1，揭示以p型的InP基板作為成長基板，使晶格匹配成InP結晶的p型包覆層、活性層、n型包覆層依次磊晶成長之後，形成電極。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平4-282875號公報 [專利文獻2]日本特公平6-103759號公報 [專利文獻3]日本特許第3084364號公報

(發明所欲解決的課題)

如上述般，有關發光波長超過1000nm的LED元件是至今不太有產業用的用途，開發未進展。對於此，近年來，有關如此的波長帶的LED元件也顯示來自市場的要求高漲，被要求更光強度高的LED元件。

本發明是有鑑於上述的課題，提供一種發光波長超過1000nm的紅外線LED元件，以使光的取出效率比以往更提升為目的。 (用以解決課題的手段)

作為發光波長超過1000nm的發光元件，有史以來如上述般至今仍以雷射元件的開發為主進展。由使發光效率提升的觀點，為了提高在活性層內的發光強度，至今檢討了用以注入大的電流的手法。例如，在使用InP基板的半導體雷射的領域中，也進行藉由提高InP的摻雜劑濃度來使基板的電阻率降低，提高可對於活性層注入的電流密度。

若以至今對於半導體雷射進行的開發為鑑，則可思考對於InP系的LED元件，也為了通過InP基板來對於活性層供給大的電流，而對於InP基板以高濃度注入摻雜劑。但，根據本發明者(們)的深入研究，確認一旦提高InP基板的摻雜劑濃度，則被取出的光的量會降低。有關此理由，本發明者(們)推測因為提高InP基板的摻雜劑濃度，流動於基板內的電流往與基板面平行的方向(以下有稱為「橫方向」的情況)的擴展會被抑制，此結果，電流會集中活性層內的被限定的區域，活性層之中有助於發光的區域會變少。

有鑑於上述的本發明者(們)的新穎的見解，本發明為一種紅外線LED元件，其特徵係具有： 一種紅外線LED元件，其特徵為具有： 基板，其係含InP而成，顯示n型摻雜劑濃度為1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ； 第一半導體層，其係被形成於前述基板的上層，顯示n型； 活性層，其係被形成於前述第一半導體層的上層；及 第二半導體層，其係被形成於前述活性層的上層，顯示p型； 第一電極，其係被形成於前述基板的面之中，與形成有前述第一半導體層的側相反側的第一面； 第二電極，其係被形成於前述第二半導體層的上層，從與前述基板的面正交的第一方向來看時，只被形成於前述第二半導體層的面的一部分區域， 主要的發光波長為顯示1000nm以上。

在n型的InP基板上，使n型半導體層、活性層及p型半導體層磊晶成長時，由於p型半導體層的吸收係數大，所以p型半導體層是需要儘可能以薄膜成長。因此，若在p型半導體層的上面設置p側電極，在與InP基板的半導體層相反側的面(背面)設置n側電極，在此兩電極間施加電壓，則電流會容易集中於p側電極的正下面。此情況，位於p側電極的正下面的活性層的發光變強，有助於活性層內的發光的區域變窄，發光後的光會容易在p側電極被吸收，結果光取出效率降低。

又，如上述般，一旦電流集中於特定之處，則焦耳熱會增大，活性層內的缺陷會增加，光被吸收於此缺陷，因此也存在光取出效率更容易降低的課題。

在化合物半導體發光元件中，對於電流路徑集中的對策，至今有幾個的方法為人所知。例如，在專利文獻2是揭示：在活性層的上層的位置，以厚膜來形成對於被產生的光為透明的半導體層之技術。並且，在專利文獻3是揭示：在活性層與上部電極之間形成透明電極的方法。

但，在發光波長超過1000nm的紅外線LED元件，亦即InP系(GaInAsP系)的紅外線LED元件中，有因為厚膜化，結晶品質降低而缺陷密度上昇的課題。並且，在p型半導體層中，如上述般亦有吸收係數大的情事。鑑於如此的點，即使將專利文獻2記載的方法原封不動適用於發光波長超過1000nm的紅外線LED元件，也無法取得使光取出效率提升的效果。並且，構成GaInAsP系的紅外線LED元件的半導體層的成分之In是產出地域偏重的稀少金屬。因此，使半導體層厚膜化，會引起原材料的安定性的確保或製造成本的上昇等別的課題。

又，如專利文獻3所記載般，利用ITO等的透明電極來使電流分散於水平方向的技術是廣用在發光波長為顯示可視光區域的半導體發光元件。但，一般作為透明電極使用的ITO是吸收發光波長超過1000nm的紅外線光。因此，即使將專利文獻3記載的方法原封不動適用於發光波長超過1000nm的紅外線LED元件，也無法取得使光取出效率提升的效果。

本發明者(們)經深入研究的結果發現新的見解，在主要的發光波長為顯示1000nm以上的紅外線LED元件中，若使含InP的基板的n型摻雜劑濃度比為了低電阻化而摻雜的以往的濃度更降低，則可取得使電流分散於橫方向(與基板的面平行的方向)的效果。亦即，若根據上述的本發明的紅外線LED元件，則由於基板的n型摻雜劑濃度被設定成1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ 的稍微低的值，因此相對於顯示p型的第二半導體層，基板的電阻率相對地上昇的結果，在基板內電子容易移動於橫方向，可將流動於活性層內的電流擴展於橫方向。

半導體層內的電阻率是以載流子濃度所決定，載流子濃度是幾乎依靠摻雜劑濃度。在此，顯示p型的第二半導體層，由使作為對於活性層的包覆層機能的觀點，一般是提高摻雜劑濃度至接近可注入的上限，例如，其濃度是5×10¹⁷ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下。相對於此，基板的n型摻雜劑濃度是如上述般，1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ，第二半導體層的p型摻雜劑濃度的同等以下。藉此，基板亦即n側的電阻率會比第二半導體層亦即p側的電阻率更相對地提高。

有關前述第一方向，即使前述基板的厚度對於前述第二半導體層的厚度設為10倍以上也無妨。

如上述般，在發光波長超過1000nm的紅外線LED元件中，一旦增厚顯示p型的半導體層(第二半導體層)的膜厚，則因為吸收係數大，所以光的取出效率降低，因此儘可能薄化膜厚為理想，通常被設定於數μm程度。另一方面，由於InP是劈開性極高，因此由確保自立性的觀點，至少需要將基板的厚度設為50μm以上，理想是150μm以上，更理想是200μm以上。

如此，相對於第二半導體層的厚度，基板的厚度為10倍以上時，由於基板的厚度厚，因此藉由使基板的n型摻雜劑濃度意圖地降低，電流流動於基板內時往橫方向擴展的效果會顯著。此結果，將流動於活性層內的電流擴展於橫方向的效果會更被發揮，光取出效率會提升。

另外，由將紅外線LED元件收於一般的封裝的觀點，基板的厚度是700μm以下為理想，400μm以下更理想。

前述第二電極是即使設為：只被形成於前述第二半導體層的面的一部分區域，有關前述第一方向，未形成有前述第二電極的區域的至少一部分與形成有前述第一電極的區域的至少一部分對向者也無妨。

若根據上述構成，則被形成於基板的第一面側的第一電極，及被形成於其相反側的面(稱為「第二面」)側的第二電極，是被配置於對於第一方向完全不對向的位置。此結果，將流動於第一電極與第二電極之間的電流擴展於橫方向的效果會更被提高。

另外，藉由將第二電極形成於第二半導體層的面的一部分區域，不僅基板的側面，有關第二半導體層的面也可設為光取出面，可提高光的取出效率。

在上述構成中，有關被配置於基板的第一面側的第一電極也即使設為只被形成於基板的第一面的一部分者也無妨。在此情況中，第一電極與第二電極的非形成區域，關於第一方向，設為對向，第二電極與第一電極的非形成區域，關於第一方向，設為對向者為理想。

前述第二電極是設為具有：在前述第二半導體層的面上延伸於不同的方向之呈現格子形狀或梳子形狀的複數的部分電極，鄰接的前述部分電極彼此間的分離距離為100μm以下者也無妨。

藉由將基板的n型摻雜劑濃度設為1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ，可使電流的分散長形成50μm以上。在此，所謂「分散長」是意指對於第二電極的附近的亮度顯示1/2的亮度之處與第二電極的橫方向的距離。

藉由將部分電極彼此間的分離距離設為100μm以下，從分離配置的複數的部分電極流動的電流會互相重疊，此結果，可跨越橫方向的廣範圍流動電流於活性層內。

即使前述基板的摻雜劑設為含Sn者也無妨。如上述般，以1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ 的摻雜劑濃度來對於InP進行摻雜時，藉由使Sn含於摻雜劑，可使結晶缺陷的密度降低。

即使設為在前述基板的前述第一面之中，未形成有前述第一電極的區域內，具有由對於在前述活性層產生的光之反射率比前述第一電極更高的材料所成的反射層者也無妨。

若根據上述的構成，則特別是在將基板的側面或第二電極側的面設為光取出面的紅外線LED元件中，即使光行進於與取出面不同的方向的情況，也可回到基板內，因此取出效率的降低會被抑制。

前述反射層是即使設為包含由Ag、Ag合金、Au及Al所成的群中含的1種以上的材料者也無妨。

前述紅外線LED元件是即使設為在前述基板的前述第一面之中，未形成有前述第一電極的區域內，具有由折射率比前述基板更小0.2以上的材料所成的介電質層者也無妨。

若根據如此的構成，則在基板與特定區域的境界部分容易產生全反射。此結果，特別是在將基板的側面或第二電極側的面設為光取出面的紅外線LED元件中，即使光行進於與取出面不同的方向的情況，也可回到基板內，因此取出效率的降低會被抑制。

前述介電質層是即使設為包含由SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 、ZnO及ITO所成的群中含的1種以上的材料者也無妨。

又，前述基板是即使設為在前述第一面及與前述第一面相反側的第二面以外的面亦即側面具有凹凸部者也無妨。由於InP的折射率是3.0以上，顯示極大的值，因此在基板與空氣之間折射率差變大，光難取出。為此，藉由在基板的側面設置凹凸部，在側面的全反射不易產生，可提高光的取出效率。

另外，若在第二半導體層的面形成有凹凸部，則由於存在第二半導體層的厚度變薄的區域，因此有使將電流擴展於橫方向的作用降低的情況。由如此的觀點，在第二半導體層的面中是使不形成有凹凸部為理想。

特別是基板相對於半導體層的厚度具有10倍以上的厚度時，由於側面的表面積變大，因此在活性層產生的光之中，大部分會從基板的側面取出。因此，為了抑制在側面的全反射，使光取出效率提升，在側面設置凹凸部為理想。 [發明的效果]

若根據本發明的紅外線LED元件，則在發光波長超過1000nm的區域中，光取出效率比以往更提升。

參照圖面來說明有關本發明的紅外線LED元件的實施形態。另外，以下的圖面是模式性地表示者，圖面上的尺寸比與實際的尺寸比是不一定一致。並且，在圖面間也有尺寸比不一致的情形。

在本說明書中，「GaInAsP」的記述是意思Ga、In、As及P的混晶，將組成比的記述簡略記載者。「AlGaInAs」等的其他的記載也同樣。

在本說明書內，「在層A的上層形成有層B」的說法，當然是在層A的面上直接形成層B的情況，不過也包含在層A的面上經由薄膜來形成層B的情況。另外，在此所謂的「薄膜」是意指膜厚10nm以下的層，理想是設為5nm以下的層也無妨。

[第一實施形態] 說明有關本發明的紅外線LED元件的第一實施形態的構成。

《構造》 圖1是模式性地表示本實施形態的紅外線LED元件的構造的剖面圖。圖1所示的紅外線LED元件1是包含基板3及被形成於基板3的上層的半導體層10。又，紅外線LED元件1是具備用以注入電流的電極(21，22，23)。

另外，圖1是對應於在預定的位置沿著XZ平面來切斷紅外線LED元件1時的模式性的剖面圖。以下，適當參照附在圖1的XYZ座標系。若根據圖1所示的座標系，則Z方向為對應於「第一方向」。

又，圖2是從+Z方向來看紅外線LED元件1時的模式性的平面圖的一例。基於說明的方便起見，在圖2中省略電極23的圖示。

(基板3) 在本實施形態中，基板3是由摻雜n型雜質的InP所成。此情況，n型為對應於「第一導電型」。作為被摻雜於基板3的n型雜質材料，可利用Sn、Si、S、Ge、Se等，Sn特別理想。

基板3的厚度(Z方向的長度)是50μm以上，700μm以下。InP是劈開性極高，因此由確保自立性的觀點，至少需要將基板3的厚度設為50μm以上。又，由將紅外線LED元件1收於一般性的封裝的觀點，基板3的厚度是需要設為700μm以下。基板3的厚度，理想是150μm以上，更理想是200μm以上。又，基板3的厚度，理想是400μm以下。

基板3的n型雜質的摻雜劑濃度是1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ，更理想是3×10¹⁷ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下，特別理想是5×10¹⁷ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下。另外，使用Sn作為摻雜劑時，盡管以上述的數值範圍的摻雜劑濃度來注入雜質，卻可將構成基板3的InP結晶的品質特別地維持於良好的狀態。

上述的摻雜劑濃度，若與一般為了提高InP基板的導電性而進行摻雜的情況作比較，則為稍微低的值。因此，由抑制基板3本身的電阻過高的觀點，將基板3的厚度設為700μm以下為理想。例如，若將電流密度設為150A/cm² ，則厚度為700μm以上的基板3，因內部電阻而產生0.1V以上的電位差。如參照圖4B後述般，以紅外線LED元件1的驅動電壓例如1.0V程度的情形為借鑑，10%以上的電位差會在基板3內產生，不太理想。相對於此，例如厚度為400μm的基板3的情況，起因於內部電阻的電位差是0.06V，被抑制於未滿0.1V。

另外，基板3是設為在InP的結晶摻雜上述n型雜質而構成者，但即使設為更加別的雜質微量(例如未滿1%)混在者也無妨。

(半導體層10) 在本實施形態中，半導體層10是被形成於基板3的面3b上。面3b是對應於「第二面」。

在圖1所示的例子中，半導體層10是包含第一半導體層11、活性層12及第二半導體層(13，14)，層疊該等的層而成。

第一半導體層11是被形成於基板3的第二面3b上。第一半導體層11是摻雜n型雜質的InP層，構成紅外線LED元件1的n型包覆層。第一半導體層11的n型摻雜劑濃度，理想是1×10¹⁷ /cm³ 以上，5×10¹⁸ /cm³ 以下，更理想是5×10¹⁷ /cm³ 以上，4×10¹⁸ /cm³ 以下。作為被摻雜於第一半導體層11的n型雜質材料是可利用Sn、Si、S、Ge、Se等，Si特別理想。

如後述般，活性層12是產生主要的發光波長為1000nm以上，未滿1800nm的紅外線光。第一半導體層11是由不吸收如此的波長帶的光的材料，且可與由InP所成的基板3晶格匹配而磊晶成長的材料來適當選擇。例如，作為第一半導體層11是除了InP以外，亦可利用GaInAsP、AlGaInAs等的材料。

第一半導體層11的膜厚是0.1μm以上，10μm以下，理想是0.5μm以上，5μm以下。

活性層12是被形成於第一半導體層11的上層(+Z方向的位置)。活性層12是以產生主要的發光波長為1000nm以上，未滿1800nm的紅外線光的材料所構成。活性層12是可產生目標的波長的光，且由可與由InP所成的基板3晶格匹配而磊晶成長的材料來適當選擇。例如，活性層12是即使設為GaInAsP、InGaAs或AlGaInAs的單層構造也無妨，或設為包含：由GaInAsP、InGaAs或AlGaInAs所成的阱層、及由帶隙能量比阱層更大的GaInAsP、InGaAs、AlGaInAs或InP所成的障壁層之MQW(Multiple Quantum Well：多重量子阱)構造也無妨。

活性層12是即使被摻雜成n型或p型也無妨，即使無摻雜也無妨。被摻雜成n型時，例如可利用Si作為摻雜劑。

當活性層12為單層構造時，活性層12的膜厚是100nm以上，2000nm以下，理想是500nm以上，1500nm以下。又，當活性層12為MQW構造時，膜厚5nm以上20nm以下的阱層及障壁層會在2週期以上50週期以下的範圍被層疊而構成。

第二半導體層(13，14)是被形成於活性層12的上層(+Z方向的位置)。第二半導體層(13，14)皆摻雜p型雜質。第二半導體層13是構成紅外線LED元件1的p型包覆層，第二半導體層14是構成紅外線LED元件1的p型接觸層。第二半導體層14是為了在與後述的第二電極21之間確保電性連接，而高濃度地摻雜的層。但，電性連接可充分確保時，即使省略第二半導體層14，使第二電極21直接對於構成p型包覆層的第二半導體層13接觸也無妨。

作為一例，構成p型包覆層的第二半導體層13是由摻雜Zn的InP所成，構成p型接觸層的第二半導體層14是由摻雜Zn的GaInAsP所成。

構成p型包覆層的第二半導體層13的p型摻雜劑濃度，理想是8×10¹⁷ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下，更理想是1×10¹⁸ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下。又，構成p型接觸層的第二半導體層14的p型摻雜劑濃度，理想是5×10¹⁷ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下，更理想是1×10¹⁸ /cm³ 以上，3×10¹⁸ /cm³ 以下。另外，作為被摻雜於第二半導體層(13，14)的Zn的擴散防止層，即使p型摻雜劑濃度低的層介於活性層12與第二半導體層(13，14)之間也無妨。

作為被摻雜於第二半導體層(13，14)的p型雜質材料是可利用Zn、Mg、Be等，Zn或Mg為理想，Zn特別理想。另外，構成p型包覆層的第二半導體層13的p型摻雜劑、及構成p型接觸層的第二半導體層14的p型摻雜劑的材料是亦可為相同或亦可為不同。

(電極21，22，23) 紅外線LED元件1是具有電極(21，22，23)。

在基板3的第一面3a上是形成有第一電極22。第一電極22是對於基板3的第一面3a實現歐姆接觸。第一電極22是以AuGe/Ni/Au、Pt/Ti、Ge/Pt等的材料所構成，作為一例，即使設為具備複數該等的材料者也無妨。另外，在本說明書內，在記載材料時使用的「X1/X2」的標記是意思層疊由X1所成的層及由X2所成的層。

在第二半導體層14的面上是形成有第二電極21。第二電極21是對於第二半導體層14的面實現歐姆接觸。第二電極21是以Au/Zn/Au、AuZn、AuBe等的材料所構成，作為一例，即使設為具備複數該等的材料者也無妨。

在第二電極21的面上是形成有焊墊電極23。此焊墊電極23是形成用以連接接合線的區域。焊墊電極23是例如以Ti/Au、Ti/Pt/Au等所構成。

在圖2所示的例子中，第二電極21是具有：配置焊墊電極23的電極區域21b、及從電極區域21b線狀地延伸的電極區域21a。電極區域21a是以將電流擴展於與XY平面平行的方向之目的而設。

(凹凸部41) 在本實施形態中，在基板3的側面是形成有凹凸部41。在此，所謂基板3的側面是如圖1所示般，意指基板3的面之中，與XY平面平行的2面(3a，3b)以外的面。基板3大致呈現長方體形狀時，基板3是具有4個的側面，在該等的側面皆形成有凹凸部41。

凹凸部41是被構成為高低差的最大值為發光波長的0.5倍以上，凸彼此間及凹彼此間的間隔為發光波長的0.7倍以上。作為一例，凹凸部的高低差的最大值是0.5μm以上，3μm以下為理想，0.8μm以上，2μm以下為更理想。又，凸彼此間及凹彼此間的間隔，亦即凹凸部41的間距是0.8μm以上，4μm以下為理想，1.4μm以上，3μm以下為更理想。

《製造方法》 參照圖3A~圖3I的各圖來說明有關上述的紅外線LED元件1的製造方法之一例。圖3A~圖3I皆是製造製程內之一工程的剖面圖。

(步驟S1) 如圖3A所示般，準備由以1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ 的摻雜劑濃度來摻雜n型雜質的InP所成的基板3。

(步驟S2) 如圖3A所示般，將基板3搬送至MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)裝置內，使包含第一半導體層11、活性層12、第二半導體層(13，14)的半導體層10依次磊晶成長於基板3的第二面3b側。在本步驟S2中，按照使成長的層的材料或膜厚來適當調整原料氣體的種類及流量、處理時間、環境溫度等。

各半導體層10的材料例是如上述般。藉由此磊晶成長工程來形成半導體層10作為一例，該半導體層10是包含：由摻雜Si的InP所成的第一半導體層11、由GaInAsP所成的活性層12、由摻雜Zn的InP所成的第二半導體層13、及由摻雜Zn的GaInAsP所成的第二半導體層14。藉由此工程，取得在基板3的面上形成有半導體層10而成的磊晶晶圓。

(步驟S3) 從MOCVD裝置取出磊晶晶圓，在第二半導體層14的表面形成藉由微影製程(photolithography) 法來圖案化的抗蝕劑遮罩。然後，利用真空蒸鍍裝置來將第二電極21的形成材料(例如Au/Zn/Au)成膜之後，藉由剝離法(Lift-off method)來剝離抗蝕劑遮罩。然後，例如，藉由450℃，10分鐘的加熱處理來實施合金處理(退火處理)，藉此如圖3B所示般，在第二半導體層14的上面形成第二電極21。

(步驟S4) 在基板3的面之中，形成有半導體層10的側的面塗佈抗蝕劑而保護之後，對於和該面相反的面，亦即第一面3a，進行研削研磨處理、及根據鹽酸系蝕刻劑的濕蝕刻處理。藉此，調整基板3的厚度(參照圖3C)。基板3的厚度是如上述般被設定成50μm以上，700μm以下，例如被設定成250μm。然後，作為保護膜的抗蝕劑會藉由有機溶劑來除去。

(步驟S5) 如圖3D所示般，在基板3的第一面3a側，使用真空蒸鍍裝置來將第一電極22的形成材料(例如AuGe/Ni/Au)成膜之後，例如，藉由450℃，10分鐘的加熱處理來實施合金處理(退火處理)，藉此形成第一電極22。

(步驟S6) 如圖3E所示般，在第二電極21的上面，藉由微影製程法、真空蒸鍍法及剝離法來形成例如由Ti/Au所成的焊墊電極23。

(步驟S7) 如圖3F所示般，按每個元件實施為了分離的台面蝕刻(Mesa etching)。具體而言，在藉由利用微影製程法所被圖案化的抗蝕劑來遮罩第二半導體層14的面之中的非蝕刻區域之狀態下，藉由溴與甲醇的混合液來進行濕蝕刻處理。藉此，位於未被遮罩的區域內之第二半導體層(13，14)、活性層12及第一半導體層11的一部分會被除去。

(步驟S8) 如圖3G所示般，將被實施台面蝕刻處理的晶圓貼附於切割座31之後，使用刀刃切割裝置來沿著切割線而進行元件分割。進一步，利用擴張裝置，貼附有紅外線LED元件1的切割座31會被擴張，在鄰接的紅外線LED元件1間設有間隙。

(步驟S9) 如圖3H所示般，連同貼附有紅外線LED元件1的切割座31浸液處理於含鹽酸的酸性的蝕刻液，在紅外線LED元件1的側面形成凹凸形狀。藉由此步驟S9，在基板3的側面形成凹凸部41，在半導體層10的側面形成凹凸部42。

另外，在圖3H中雖未被圖示，但即使藉由此步驟S9在第二半導體層14的上面也形成有凹凸部也無妨。

(步驟S10) 從切割座31卸下紅外線LED元件1。藉此，成為圖1所示的狀態。

(步驟S11) 如圖3I所示般，例如在TO-18型的芯柱(stem)35上，將紅外線LED元件1的第一電極22側經由銀膏34來黏晶(Die bonding)，熱硬化後，接合焊墊電極23與接線36而電性連接。另外，在本步驟S11中，即使取代銀膏34而使用焊料也無妨。焊料是可採用AuSn或SnAgSu等的材料。

《作用》 一旦電壓被施加於經過步驟S1~S11的工程而製造的紅外線LED元件1所具有的第一電極22與第二電極21之間，則電流會流動於活性層12內而發光。此光之中，行進於+Z方向的光是從第二半導體層14的面取出至外部。又，行進於-Z方向的光是通過基板3來從側面取出至外部。

在此，在基板3的側面是形成有凹凸部41，因此在基板3的側面被全反射而再度返回至基板3的內側的光量會被抑制。

又，基板3的摻雜劑濃度是1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ，若與在半導體雷射的領域中以使基板的電阻率降低的目的來摻雜的濃度作比較，為低濃度。藉由將摻雜劑濃度設為如此的範圍內的值，流動於基板3內的電流會被擴展於橫方向(與XY平面平行的方向)，此結果，藉由電流流動於活性層12內的廣的範圍內，發光區域會擴大，可提高光取出效率。

圖4A及圖4B是在使基板3的摻雜劑濃度不同的狀態下，經過步驟S1~S11的工程而製造的複數的紅外線LED元件1所示之有關發光強度與分散長的各者的值，使與摻雜劑濃度的關係圖表化者。圖4A是表示摻雜劑濃度與發光強度的關係的圖表。圖4B是表示摻雜劑濃度與分散長的關係的圖表

更詳細，圖4A是將藉由積分球系統來評價對於使基板3的摻雜劑濃度不同而製造的紅外線LED元件1注入50mA的電流時的發光強度之結果予以按每個摻雜劑濃度而圖表化者。

又，圖4B是將在使基板3的摻雜劑濃度不同而製造的紅外線LED元件1的各者發光的狀態下測定以亮度最高之處與亮度降低成1/2之處的距離所定義的「分散長」的結果予以按每個摻雜劑濃度而圖表化者。分散長是採用在實際使各紅外線LED元件1發光的狀態下攝取紅外線LED元件1的表面，根據攝像結果來將對應於表面位置的明亮變換成數值，由對應於位置的數值的比較結果來導出的值。

若根據圖4A，則確認在基板3的摻雜劑濃度為1×10¹⁷ /cm³ 以上，1×10¹⁹ /cm³ 以下的範圍內，隨著基板3的摻雜劑濃度降低，發光強度上昇。又，若根據圖4B，則確認隨著基板3的摻雜劑濃度降低，分散長上昇。由以上的結果，如在「用以解決課題的手段」的項所述般，藉由將基板3的摻雜劑濃度設定於1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ 的範圍內，可思考流動於基板3內的電流會被擴展於橫方向，隨之，流動於活性層12的電流也被擴展於橫方向，而發光效率提升。

若根據圖4B的結果，則可將分散長設為50μm以上。因此，為了在活性層12內的廣的範圍流動電流，而在第二電極21設分離距離d1(參照圖2)時，將該等的分離距離設定成100μm以下為理想。

另外，圖2所示的第二電極21的形狀只是一例，在本實施形態中，紅外線LED元件1所具備的第二電極21的形狀為任意。例如，如圖5所示般，第二電極21是具有：配置焊墊電極23的電極區域21b、及被連接至電極區域21b而線狀地延伸的電極區域21a，電極區域21a即使呈現格子形狀也無妨。此情況也將構成格子的各電極區域21a彼此間的分離距離d1設為例如100μm以下為理想。

[別的實施形態] 以下，說明有關紅外線LED元件1的別的實施形態。

＜1＞如圖6所示般，第一電極22是即使設為形成於基板3的第一面3a的一部分區域者也無妨。此情況，第一電極22的至少一部分是有關Z方向，被配置為與未形成有第二電極21的區域對向為理想。亦即，以形成有第一電極22的區域B1的至少一部分對於未形成有第二電極21的區域A2，對向於Z方向的方式，配置各電極(21，22)為理想。藉此，電流會被擴展於橫方向(與XY平面平行的方向)，電流會流動於活性層12內的廣範圍而發光強度被提高。

又，藉由將未形成有第一電極22的區域B2設為空隙，在基板3與區域B2的境界面，折射率差變極大。此結果，在基板3內行進於-Z方向的光會在基板3的-Z側的面(第一面3a)容易全反射，從基板3的側面等的光取出面被取出的光量會增加。

在製造圖6所示的紅外線LED元件1時，上述的步驟S5的實行時，只要將第一電極22圖案化即可。更詳細，藉由微影製程法來形成圖案化的抗蝕劑遮罩之後，利用真空蒸鍍裝置來將第一電極22的形成材料(例如AuGe/Ni/Au)成膜，藉由剝離來將抗蝕劑遮罩剝離。然後，藉由450℃，10分鐘的加熱處理來實施合金處理(退火處理)，藉此形成第一電極22。以後的步驟是與上述實施形態共通，因此省略說明。

對於圖6所示的紅外線LED元件1，與圖3I同樣地經由銀膏34來黏晶於芯柱35上時，銀膏34會進入至圖6所圖示的空隙B2內。此結果，上述般的基板3與空隙B2之間的大的折射率差是不能取得。然而，在進入至空隙B2內的銀膏34中所含的銀粒子是對於紅外線光具有高的反射率，因此依然可實現使在基板3內行進於-Z方向的光反射於+Z方向的機能。

並且，在圖6所示的紅外線LED元件1中，由於在基板3的第一面3a側是形成有階差，因此在安裝時是即使設為焊料連接第一電極22與封裝基板者也無妨。焊料是可採用AuSn或SnAgSu等的材料。此情況，空隙B2依然留下，因此如上述般，可在基板3與空隙B2之間設大的折射率差，所以容易使在基板3內行進於-Z方向的光在第一面3a全反射。

＜2＞在圖6中，即使設為在未形成有第一電極22的區域B2內形成有反射層25者也無妨(參照圖7)。

反射層25是只要對於1000nm以上，未滿1800nm的紅外線光顯示高的反射率的材料即可，例如，以Ag、Ag合金、Au、Al等的材料所構成。該等的材料皆是相較於第一電極22的材料，對於紅外線光的反射率高。另外，反射層25的對於紅外線光的反射率是只要為50%以上即理想，若為70%以上更理想。

在製造圖7所示的紅外線LED元件1時，上述的步驟S5的實行時，只要分別形成被圖案化的第一電極22及被圖案化的反射層25即可。

＜3＞在圖6中，即使設為在未形成有第一電極22的區域B2內形成有介電質層26者也無妨(參照圖8)。

介電質層26是只要為比由InP所成的基板3更低折射率的材料即可，例如以SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 、ITO、ZnO等的材料所構成。該等的材料是皆顯示比InP的折射率更小0.2以上的折射率，因此實現在基板3與介電質層26的界面容易產生全反射的折射率差。

在製造圖8所示的紅外線LED元件1時，上述的步驟S5的實行時，只要分別形成被圖案化的第一電極22、及被圖案化的介電質層26即可。例如藉由電漿CVD法來將由SiO₂ 所成的介電質層26成膜於全面之後，使用藉由微影製程法來圖案化的抗蝕劑遮罩，進行利用BHF溶液的濕蝕刻處理，而進行介電質層26的圖案化處理。然後，在介電質層26的開口區域形成第一電極22。

另外，在圖8所示的紅外線LED元件1中，如上述般可藉由步驟S11的方法來安裝。此情況，由於銀膏34會介入於介電質層26的下層，因此含在銀膏34的Ag粒子會具有作為反射構件的機能。

進一步，如圖9所示般，即使設為以覆蓋介電質層26及第一電極22的面之方式形成反射層25者也無妨。

＜4＞在上述實施形態中，說明在紅外線LED元件1所具備的基板3的側面是形成有凹凸部41者。但，基板3是即使不一定在側面具備凹凸部41也無妨(參照圖10)。此情況，如圖10所示般，即使在半導體層10的側面亦不形成有凹凸部42也無妨。

＜5＞在上述實施形態說明的紅外線LED元件1中，半導體層10的面之中，與XY平面平行的光取出面，亦即，有關第二半導體層14的表面也形成有凹凸部也無妨。

＜6＞在上述實施形態中，說明有關在作為p型包覆層的第二半導體層13的上面形成作為p型接觸層的第二半導體層14，在此第二半導體層14的面上形成第二電極21的情況。但，只要對於第二電極21取得接觸，即使接觸層的導電型為n型也無妨。此情況，在第二半導體層13的上層經由薄膜的n型接觸層來形成第二電極21。

1:紅外線LED元件 3:基板 3a:基板的第一面 3b:基板的第二面 10:半導體層 11:第一半導體層 12:活性層 13,14:第二半導體層 21:第二電極 22:第一電極 23:焊墊電極 24:焊墊電極 25:反射層 26:介電質層 28:鈍化膜 31:切割座 34:銀膏 35:芯柱 41:凹凸部 42:凹凸部

[圖1]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的第一實施形態的構造的剖面圖。 [圖2]是由+Z方向來看圖1所示的紅外線LED元件時的模式性的平面圖的一例。 [圖3A]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3B]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3C]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3D]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3E]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3F]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3G]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3H]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖3I]是用以說明圖1所示的紅外線LED元件的製造方法之一工程的剖面圖。 [圖4A]是表示在經過步驟S1~S11的工程而製造的紅外線LED元件中，基板的摻雜劑濃度與發光強度的關係的圖表。 [圖4B]是表示在經過步驟S1~S11的工程而製造的紅外線LED元件中，基板的摻雜劑濃度與分散長的關係的圖表。 [圖5]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的第一實施形態的別的構造的平面圖。 [圖6]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的別的實施形態的構造的剖面圖。 [圖7]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的別的實施形態的構造的剖面圖。 [圖8]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的別的實施形態的構造的剖面圖。 [圖9]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的別的實施形態的構造的剖面圖。 [圖10]是模式性地表示本發明的紅外線LED元件的別的實施形態的構造的剖面圖。

1:紅外線LED元件

3:基板

3a:基板的第一面

3b:基板的第二面

10:半導體層

11:第一半導體層

12:活性層

13,14:第二半導體層

21:第二電極

22:第一電極

23:焊墊電極

41:凹凸部

42:凹凸部

Claims (9)

1. 一種紅外線LED元件，其特徵係具有： 基板，其係含InP而成，顯示n型摻雜劑濃度為1×10¹⁷ /cm³ 以上，未滿3×10¹⁸ /cm³ ； 第一半導體層，其係被形成於前述基板的上層，顯示n型； 活性層，其係被形成於前述第一半導體層的上層；及 第二半導體層，其係被形成於前述活性層的上層，顯示p型； 第一電極，其係被形成於前述基板的面之中，與形成有前述第一半導體層的側相反側的第一面； 第二電極，其係被形成於前述第二半導體層的上層，從與前述基板的面正交的第一方向來看時，只被形成於前述第二半導體層的面的一部分區域， 主要的發光波長為顯示1000nm以上， 前述第二電極，係只被形成於前述第二半導體層的面的一部分區域， 有關前述第一方向，未形成有前述第二電極的區域的至少一部分與形成有前述第一電極的區域的至少一部分係對向。
2. 如請求項1記載的紅外線LED元件，其中，有關前述第一方向，前述基板的厚度相對於前述第二半導體層的厚度為10倍以上。
3. 如請求項1或2記載的紅外線LED元件，其中，前述基板的厚度為150μm以上，400μm以下。
4. 如請求項1或2記載的紅外線LED元件，其中，前述第二電極，係具有：在前述第二半導體層的面上延伸於不同的方向之呈現格子形狀或梳子形狀的複數的部分電極， 鄰接的前述部分電極彼此間的分離距離為100μm以下。
5. 如請求項1或2記載的紅外線LED元件，其中，前述基板的摻雜劑含Sn。
6. 如請求項3記載的紅外線LED元件，其中，前述第二電極，係具有：在前述第二半導體層的面上延伸於不同的方向之呈現格子形狀或梳子形狀的複數的部分電極， 鄰接的前述部分電極彼此間的分離距離為100μm以下。
7. 如請求項3記載的紅外線LED元件，其中，前述基板的摻雜劑為含Sn。
8. 如請求項4記載的紅外線LED元件，其中，前述基板的摻雜劑為含Sn。
9. 如請求項6記載的紅外線LED元件，其中，前述基板的摻雜劑為含Sn。

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