TW202308181A - 紅外ｌｅｄ元件 - Google Patents

Abstract

本發明的課題係提供即使量產在元件間發射光譜的不均也較低，可抑制多峰化的紅外LED元件。 解決手段之本發明的紅外LED元件，係可射出峰值波長為1000nm～1800nm，其具備：導電性的支持基板、配置於支持基板的上層，至少一部分由表示對於前述紅外光之反射性的材料所成的導電層、配置於導電層的上層，由可與InP晶格匹配的材料所成的半導體層積體、及配置於半導體層積體的一部分的上層的上面電極。半導體層積體係從接近支持基板之側依序層積p型或n型的第一半導體層、活性層、及第二半導體層所成。第二半導體層係在形成上面電極之側的面即第一面，具備以表示相互不同的規則性之複數週期構造構成的凹凸部。

Description

紅外ＬＥＤ元件

本發明係關於紅外LED元件，尤其關於可射出峰值發光波長為1000nm～1800nm之紅外光的紅外LED元件。

近年來，屬於發光波長1000nm以上的紅外區域的半導體發光元件，係在預防犯罪相機、監視相機、瓦斯偵測器、醫療用的感測器、或產業機器等的用途中被廣泛使用。

發光波長為1000nm以上的半導體發光元件係先前一般來說透過以下程序製造(參照後述專利文獻1)。於作為成長基板的InP基板上，依序磊晶成長對於InP基板晶格匹配之第一導電型的半導體層、活性層(也有稱為「發光層」之狀況)及第二導電型的半導體層。接著，於半導體晶圓上形成用以注入電流的電極，並切斷成晶片狀來製造。

先前，作為發光波長為1000nm以上的半導體發光元件，有先行進展半導體雷射元件的開發的經緯。另一方面，關於LED元件，因為並無太多用途，開發比雷射元件緩慢。

然而，近年來，因為應用程式的廣泛利用，關於紅外LED元件，也逐漸被要求光輸出的提升。InP基板係與可視光區域所用之GaAs基板相同，顯示折射率為3以上的高值。因此，欲透過InP基板取出光線的話，會發生起因與空氣的界面之折射率差的全反射，光取出效率被限制成較低。進而，InP基板因為熱阻抗較大，故即使為了實現高輸出而注入高電流，光輸出也容易飽和。根據此種情況，專利文獻1所揭示的構造對於實現高輸出的LED元件並不合適。

作為獲得比專利文獻1所揭示之構造還高的光輸出的方法，例如考量採用專利文獻2所揭示之構造。該構造係對於顯示高放熱性之導電性的支持基板(高濃度摻雜硼(B)等的Si基板)，貼合形成磊晶層的成長基板之後，通過去除成長基板來實現。 [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] 日本特開2013-030606號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，依據本案發明者的勤奮研究，確認了以專利文獻2所記載的方法，製造波長1000nm以上的紅外LED元件而實際使其發光的話，於發射光譜中會出現複數尖峰的現象(多峰(multi peak)化)。

發射光譜多峰化的話，各元件的峰值波長會微妙不同，或峰值波長間之強度比也會有發生不均之虞。此種紅外LED元件利用於以光譜分析或特定波長之吸收的用途等的利用特定波長為前提的應用程式的話，會有測定值發生起伏之虞。亦即，根據應用程式，有變成不適合利用的紅外LED元件的可能性。

又，即使藉由利用方的應用程式的巧思，成功讓光譜單峰(single peak)化，由於在紅外LED元件的出貨檢查時也會顯示多峰光譜，會發生無法正確檢查最重要的性能要素即發光波長的問題。

本發明係有鑑於前述的課題，目的為提供即使量產在元件間發射光譜的不均也較低，可抑制多峰化的紅外LED元件。 [用以解決課題之手段]

關於以專利文獻2所記載的方法，製造波長1000nm以上的紅外LED元件時，發射光譜會多峰化的理由，本案發明者如下所述般得到結論。

在貼合作為形成磊晶層的成長基板的InP基板與作為支持基板的Si基板時，根據貼合強度的穩定化與確保導電性的觀點，一般來說，使兩者間存在金屬層。對於InP基板貼合Si基板之後，剝離InP基板。在剝離InP基板的構造之狀況中，活性層生成的光線通常並不是在支持基板側，而是從其相反側取出。亦即，在與支持基板相反側的位置形成光取出面。

金屬層對於紅外光表示反射性，故在活性層生成的光線中，行進於支持基板側的光線，也在金屬層反射而行進於光取出面。也就是說，在活性層生成的光線係直進光及反射光都在行進於磊晶層之後被取出至外部。再者，「直進光」的用語係使用來作為代表從活性層向光取出面側行進之光線的用語。

磊晶層的厚度係相較於支持基板，一般來說非常薄。例如支持基板的厚度為100μm以上，相對於此，磊晶層的厚度頂多30μm以下，典型來說為5μm～20μm。該理由係因為磊晶層堆積太厚的話，於磊晶層內容易蓄積應力，有導致結晶缺陷或裂痕等之結晶品質的降低之虞。又，作為其他理由，可舉出由於原本磊晶層堆積越厚，則在磊晶成長時所利用之原料氣體的消費量越增加，導致製造成本的飆漲。

由於此種情況，於表示剝離成長基板而貼合支持基板的構造(以下適當稱為「垂直構造」)的紅外LED元件中，在活性層生成的光線係傳播於具有5μm～20μm程度之厚度的磊晶層(結晶層)內。實際製造峰值發光波長為1000nm～1800nm之紅外光的紅外LED元件而使其發光的話，其紅外光的FWHM(半峰全寬)為50nm～100nm程度，相干長度成為15μm～50μm程度。亦即，該相干長度係為與磊晶層的膜厚同等的階值。

結果，在活性層產生的自然放射光(LED光)係在磊晶層內受到光的干擾所致之影響，根據波長而發生光線相增幅或相減的現象，發射光譜會產生複數峰值(多峰)。順道一提，此種現象係在相較於本發明所設想之表示峰值發光波長為1000nm～1800nm之InP系的紅外LED元件，發光波長短的GaN系或GaAs系的紅外LED元件中也可確認。

發射光譜多峰化的現象係因為光線傳播於被表示反射性的一對界面挾持之薄區域內而發生。有鑑於此點，考量可透過降低光取出面的反射率，來抑制多峰化。於上述之GaN系及GaAs系的LED元件中，對於構成光取出面之半導體層的主面進行蝕刻，以進行隨機粗化表面。藉此，抑制GaN系及GaAs系的LED元件的發射光譜的多峰化。

於GaN系及GaAs系的LED元件中，可採用如上所述的方法的是因為建立了可對於半導體層的主面進行再現性高的蝕刻的方法。GaN的狀況中，氮極面([000-1]面)係相對地化學穩定性低且缺陷密度高，故可藉由KOH等的藥液所致之蝕刻，比較容易形成粗面。又，GaAs系的狀況中，As是相對地容易氧化的元素，故可通過使用添加了氧化劑的蝕刻劑，一邊於表面形成微遮罩一邊進行蝕刻，可容易形成粗面。

然而，在本發明的時間點，於InP系的LED元件中，並未建立再現性佳地隨機粗化表面的方法。作為該理由，可舉出InP除了相較於GaN的氮極面，穩定性高且缺陷密度低之外，更理想之處有難形成氧化物微遮罩。進而，如上所述，InP系的LED元件係相較於GaN系及GaAs系的LED元件，也因為至今需要比較少，存在並未進行開發可隨機粗化表面的蝕刻劑之情況。又，假設即使有開發此種蝕刻劑，有鑑於前述情況，其費用可推估會非常昂貴。

進而，於垂直構造的紅外LED元件中，於光取出面的上面配置電極。在粗化光取出面時，需要一邊意圖性避開形成該電極的區域一邊進行。因為此種情況，在粗化表面時，需要高再現性。

根據以上的情況，於InP系的LED元件中，可再現性佳地隨機粗化表面的方法在現在時間點並未實用化。

再者，如上所述，磊晶層的厚度為較薄的5μm～20μm程度，故實際上通過對於光取出面使用物理方法磨削，在表面設置微小的凹凸很困難。假設採用此種方法時，會有凹部到達活性層的可能性，發光效率降低之虞。

本案發明者係有鑑於前述的驗證，檢討利用光微影技術而對於光取出面施加週期性的圖案化之後，利用通過藉由該圖案所形成之凹部來進行濕式蝕刻，對於光取出面形成週期性的凹凸構造。通過設為週期性的凹凸構造，可讓電極等的除外區域的對應容易化，並且可讓濕式蝕刻的進行程度同樣化，故可實現均質性與再現性的兼容。

但是，如後述般，藉由此種方法，在光取出面上設置週期性的凹凸構造時，相較於未設置凹凸構造的元件，雖然削減發射光譜的尖峰數，但是依然於發射光譜的曲線出現源於多峰的形狀。亦即，於透過此方法製造之InP系的紅外LED元件中，也可確認道多峰並未完全消除。

本案發明者推估此種現象發生的原因之一是因為具有高對稱性與均勻性的週期構造所產生之繞射的反轉對稱性。依據繞射光學，對設置於光取出面的凹凸形狀以θ1的角度射入之光線藉由+α次(α為除了0的整數)的繞射而以θ2的角度反射的話，同樣地以θ2的角度射入之光線係藉由-α次的繞射而以θ1的角度反射。本案發明者考量源於該現象，原來以θ1的角度射入的光線與原來θ2的角度的光線之間，(可能比當初還弱的強度)依然發生干擾現象。

在相關考察下，本案發明者推估通過對於形成週期性的凹凸構造的光取出面，形成其他週期性的凹凸構造，更可抑制前述的干擾現象。

有鑑於以上內容，本發明的紅外LED元件，係可射出峰值波長為1000nm～1800nm，其特徵為具備： 導電性的支持基板； 導電層，係配置於前述支持基板的上層，至少一部分由表示對於前述紅外光之反射性的材料所成； 半導體層積體，係配置於前述導電層的上層，由可與InP晶格匹配的材料所成； 上面電極，係配置於前述半導體層積體的一部分的上層；及 背面電極，係配置於前述支持基板之與形成前述導電層之側相反側的面； 前述半導體層積體，係從接近前述支持基板之側依序層積p型或n型的第一半導體層、活性層、及導電型不同於前述第一半導體層的第二半導體層所成； 前述第二半導體層，係在形成前述上面電極之側的面即第一面，具備以表示相互不同的規則性之複數週期構造構成的凹凸部。

依據前述的構造，在構成光取出面之第二半導體層的第一面上，形成以表示相互不同的規則性之複數週期構造構成的凹凸部。因此，於半導體層積體內，同時發生大小及方向不同的複數繞射，故可相乘地減低上述之光的干擾現象。所以，可比先前之InP系的紅外LED元件，大幅抑制多峰化。所射出之前述紅外光的發射光譜為實質上表示單一極大值的單峰波形為佳。

在此，「實質上單一的極大值」係表示除了雜訊等級的極大值，極大值為單一。在此，雜訊等級係代表將表示極大值之波長λ1的發光強度設為A(λ1)，將表示接近λ1之極小值的波長λ2的發光強度設為A(λ2)時，使用某微小的閾值ε，比率σ=[A(λ1)-A(λ2)]/A(λ1)＜ε者。作為典型的ε之值，設為0.001亦可。

如果是具有前述構造的紅外LED元件，可利用作為半導體製造方法所建立之光微影技術與蝕刻技術來製造，故可保證量產性、均質性及再現性。

前述半導體層積體係由可與InP晶格匹配的材料，更詳細來說是可磊晶成長於由InP所成之成長基板的上層的材料所構成。更具體來說，以屬於包含InP、GaInAsP、AlGaInAs、及InGaAs的群之1種或2種以上的材料構成。再者，於本說明書中，「GaInAsP」的記述係代表是Ga與In與As與P的混晶，僅只是省略組成比的記述所記載者。關於「AlGaInAs」等其他記載也相同。

前述凹凸部，係包含鄰接的凸部彼此或凹部彼此的間隔距離即週期長度、及從前述第二半導體層的前述第一面的法線方向觀察時的排列形狀中至少一方的規則性相互不同的複數凹凸群組亦可。

作為一例，第一凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀為三角格子狀，相對於此，第二凹凸群組係前述週期長度為4μm，前述排列形狀為三角格子狀。

作為其他一例，第一凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀為三角格子狀，相對於此，第二凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀為正方格子狀。

作為另其他一例，第一凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀為三角格子狀，相對於此，第二凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀呈與第一凹凸群組不同的三角格子狀。更具體來說，前述第二凹凸群組的前述排列形狀並未完全與前述第一凹凸群組的前述排列形狀重疊，以除了60°外的倍數的旋轉角旋轉。作為一例，前述旋轉角為90°。

作為另其他一例，第一凹凸群組係前述週期長度為6μm，前述排列形狀為三角格子狀，相對於此，第二凹凸群組係前述週期長度為4μm，前述排列形狀為正方格子狀。

亦即，複數凹凸群組係前述週期長度與前述排列形狀中任一方或雙方相互不同。

對前述第二半導體層的前述第一面上之各座標位置的高度的資訊進行傅立葉轉換所得之波數空間上的繞射強度圖案，係至少重疊對合源於屬於前述複數凹凸群組之第一凹凸群組的第一繞射強度圖案，與屬於前述複數凹凸群組，源於和前述第一凹凸群組不同的第二凹凸群組的第二繞射強度圖案所成； 前述第一繞射強度圖案及前述第二繞射強度圖案，係表示相互不同的圖案形狀亦可。

如上所述，複數凹凸群組係由分別表示規則性的週期構造構成，其規則性相互不同。第二半導體層的第一面上，形成由相同週期構造構成的凹凸部時，對其第一面上的座標位置之高度資訊進行傅立葉轉換所得之資訊被轉換成源於該凹凸構造的週期性的資訊。例如，凹凸構造的排列形狀為三角格子狀時，根據其排列形狀的對稱性，作為波數空間上的繞射強度圖案，以原點為中心在等間隔的6處位置獲得高強度值。出現該強度值之處係依存於凹凸構造的週期長度而決定。

於繞射強度圖案中，表示高強度值之處(點)係決定繞射光的強度與入射光的繞射方向。亦即，在該處少時，換句話說於極為限定之處表示高強度值時，強繞射光比較會向相同方向行進。此種狀況中，繞射光彼此容易相互干擾。反過來說，於繞射強度圖案中，出現相對高的強度值之處越增加，光線散射的方向也越增多，可減弱干擾的程度。

依據前述構造，形成於前述第二半導體層的前述第一面上的錢數凹凸部，係包含相互規則性不同的第一凹凸群組與第二凹凸群組，源於各凹凸群組的規則性的繞射強度圖案不同。結果，相較於形成表示單一週期構造的凹凸之狀況，光的散射方向增加，故可減弱干擾性。

從前述第一面的法線方向觀察時，包含於前述第一凹凸群組的凹部與包含於前述第二凹凸群組的凹部之形狀相互不同亦可。

作為對於第二半導體層的第一面，形成屬於第一凹凸群組的凹凸之方法的一例，執行使用光微影技術的圖案化與蝕刻的一連串的處理。在此狀態下對於前述第一面形成的凹部，係露出通過在該處理中使用的蝕刻處理而蝕刻難以進行的面。因此，接著，為了形成屬於第二凹凸群組的凹凸，即使使用與剛剛相同的蝕刻劑進行蝕刻處理，也會有蝕刻未充分進行的可能性。

根據該觀點，在對於形成屬於第一凹凸群組的凹凸之後的第一面，形成屬於第二凹凸群組之際，使用不同蝕刻劑為佳。此時，源於各蝕刻劑的材料之對於第二半導體層的面的蝕刻特性不同，故從前述法線方向觀察時，包含於前述第一凹凸群組的凹部與包含於前述第二凹凸群組的凹部之形狀容易成為相互不同。作為典型的範例，包含於前述第一凹凸群組的凹部表示橢圓形狀，包含於前述第二凹凸群組的凹部表示真圓形狀。

前述複數凹凸群組，係僅利用前述第一凹凸群組與前述第二凹凸群組構成亦可。

依據前述構造，可通過進行2次使用光微影技術的圖案化與蝕刻的一連串的處理來形成凹凸部。亦即，可不用大幅增加製造工程，實現保證了量產性、均質性及再現性之單峰的紅外LED元件。

前述半導體層積體係厚度為20μm以下亦可。

前述紅外LED元件係在前述第二半導體層的前述第一面之未形成前述上面電極的區域，具備表示對於前述紅外光之透射性的介電質層亦可。

依據前述構造，抑制了前述第二半導體層的前述第一面與空氣的界面之全反射，更提升光取出效率。作為前述介電質層，例如屬於由SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、ZrO、HfO、及MgO所成之群的1種或2種以上。

前述導電層係包含對於前述紅外光的峰值波長表示50%以上之反射率的反射層亦可。

依據該構造，可將在活性層生成且行進於支持基板的光線，以高效率導引至第二半導體的第一面側(光取出面側)。然後，如上所述，依據前述構造，抑制了在光線傳輸於半導體層積體內之間光線彼此干擾的現象。結果，可一邊抑制多峰化，一邊提升光取出效率。

作為前述反射層，例如可作為屬於由Ag、Ag合金、Au、Al、及Cu所成之群的1種或2種以上。 [發明的效果]

依據本發明的紅外LED元件，即使量產在元件間發射光譜的不均較低，且可抑制多峰化。

針對本發明的紅外LED元件的實施形態，參照圖式來進行說明。再者，以下的圖式係示意揭示者，圖式上的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。又，於各圖式之間，有尺寸比不一致之狀況。

於本說明書中，「於層Q1的上層形成層Q2」的表現方式當然包含於層Q1的面上直接形成層Q2之狀況，也有包含於層Q1的面上隔著薄膜形成層Q2之狀況的意圖。再者，在此所謂「薄膜」係指膜厚10nm以下之層，理想為指5nm以下之層亦可。

圖1係示意揭示本實施形態之紅外LED元件的構造的剖面圖。圖1所示的紅外LED元件1係具備形成於支持基板11的上層(+Y側)的半導體層積體20。圖1所示的紅外LED元件1係對應於所定位置中沿著XY平面切斷時的示意剖面圖。在以下的說明中，適當參照附加於圖1的XYZ座標系。

又，在以下的說明中，在表現方向時區別正負的朝向時，如「+X方向」、「-X方向」般，附加正負的符號記載。又，在不區別正負的朝向來表現方向時，僅記載為「X方向」。亦即，於本說明書中，在僅記載為「X方向」時，包含「+X方向」與「-X方向」雙方。關於Y方向及Z方向也相同。

紅外LED元件1係在半導體層積體20內(更詳細來說是後述的活性層25內)，生成紅外光L。更詳細來說，如圖1所示，紅外光L(L1，L2)係以活性層25為基準時往+Y方向取出。紅外光L係峰值波長為1000nm～1800nm。

[元件構造] 以下，針對紅外LED元件1的構造，進行詳細說明。

(支持基板11) 支持基板11係由例如Si、Ge等的半導體，或Cu、CuW等的金屬材料構成。支持基板11由半導體所成時，以顯示導電性之方式高濃度地摻雜摻雜物。作為一例，支持基板11係利用B(硼)以1×10 ¹⁹/cm ³以上的摻雜物濃度摻雜，電阻率為10mΩcm以下的Si基板。作為摻雜物，除了B(硼)以外，例如可利用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等。根據兼顧高放熱性與低製造成本的觀點，支持基板11為Si基板比較理想。

支持基板11的厚度(Y方向的長度)並未特別限定，但例如為50μm～500μm，理想為100μm～300μm。

(導電層19) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於支持基板11的上層的導電層19。於本實施形態中，導電層19為包含阻障層16、接合層13、阻障層14及反射層15的層積構造。以下，針對各個要素進行說明。

(接合層13) 紅外LED元件1係具備配置於支持基板11的上層的接合層13。再者，在圖1的實施形態中，於支持基板11的上層配置阻障層16，於阻障層16的上層配置接合層13，但如後所述，是否具備阻障層16可為任意。

接合層13係由低熔點的焊接材料所成，例如由Au、Au-Zn、Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、或Sn等構成。參照圖8G如後述般，該接合層13係利用於為了貼合半導體層積體20形成於上面的成長基板3與支持基板11。接合層13的厚度並未特別限定，但例如為0.5～5.0μm，理想為1.0～3.0μm。

(阻障層14) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於接合層13的上層的阻障層14。阻障層14係目的為設置來抑制構成接合層13之焊接材料的擴散，只要可實現相關功能，材料並未限定。例如，阻障層14係可利用包含Ti、Pt、W、Mo、或Ni等的材料實現。作為更具體的一例，阻障層14係為Ti/Pt/ Au的層積體。

阻障層14的厚度並未特別限定，但例如為0.05～3μm，理想為0.2～1μm。

再者，圖1所示的LED元件1係具備阻障層14，但是，於本發明中是否具備阻障層14可為任意。

(反射層15) 紅外LED元件1係具備配置於接合層13的上層的反射層15。在本實施形態中，反射層15係為接合層13的上層，進而配置於阻障層14的上層。

反射層15係發揮使活性層25內生成的紅外光L中，行進於支持基板11側(-Y方向)的紅外光L2反射，並往+Y方向導引的功能。反射層15係以導電性材料，且對於紅外光L顯示高反射率的材料構成。反射層15對於紅外光L的反射率係50%以上，70%以上為佳，80%以上更佳，90%以上特別理想。

在紅外光L的峰值波長為1000nm～1800nm的狀況中，作為反射層15的材料，可使用Ag、Ag合金、Au、Al、或Cu等。該材料係因應紅外光L的波長而可適當選擇。

反射層15的厚度並未特別限定，但例如為0.1μm～2.0μm以下，理想為0.3μm～1.0μm以下。

如圖1所示，在反射層15與接合層13之間形成阻障層14時，可抑制構成接合層13的材料擴散於反射層15側導致反射層15的反射率降低之狀況。

根據提升光取出效率的觀點，如圖1所示，紅外LED元件1具備反射層15為佳，但是，於本發明中，紅外LED元件1是否具備反射層15可為任意。假設紅外LED元件1不具備反射層15，也會於導電層19內的任一層中反射紅外光L1的一部分。

(阻障層16) 圖1所示的紅外LED元件1係在支持基板11與接合層13之間具備阻障層16。該阻障層16係作為與阻障層14相同材料構成者亦可。但是，如上所述，紅外LED元件1是否具備阻障層16為任意。

(絕緣層17) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於反射層15的上層的絕緣層17。絕緣層17係由顯示電氣絕緣性，且對於紅外光L的透射性高的材料構成。絕緣層17對於紅外光L的透射率係70%以上為佳，80%以上更佳，90%以上特別理想。

紅外光L的峰值波長為1000nm～1800nm時，作為絕緣層17的材料，可使用SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、ZrO、HfO、或MgO等。該材料可因應活性層25中生成之光線的波長而適當選擇。

(半導體層積體20) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於絕緣層17的上層的半導體層積體20。半導體層積體20係為複數半導體層的層積體，例如包含接觸層21、第一被覆層23、活性層25、第二被覆層27。構成半導體層積體20的各半導體層(21，23，25，27)係由與後述的成長基板3晶格匹配，可磊晶成長的材料構成。

半導體層積體20整體的厚度係為30μm (30000nm)以下，理想為5μm～20μm。

《接觸層21，第一被覆層23》 於本實施形態中，接觸層21係例如由p型的GaInAsP構成。接觸層21的厚度並未限定，但例如為10nm～1000nm，理想為50nm～500nm。又，接觸層21的p型摻雜物濃度係理想為5×10 ¹⁷/cm ³～3×10 ¹⁹/cm ³，更理想為1×10 ¹⁸/cm ³～2×10 ¹⁹/cm ³。

於本實施形態中，第一被覆層23係配置於接觸層21的上層，例如由p型的InP構成。第一被覆層23的厚度並未限定，但例如為1000nm～10000nm，理想為2000nm～5000nm。第一被覆層23的p型摻雜物濃度係於從活性層25隔開的位置中，理想為1×10 ¹⁷/cm ³～3×10 ¹⁸/cm ³以下，更理想為5×10 ¹⁷/cm ³～3×10 ¹⁸/cm ³以下。

作為接觸層21及第一被覆層23所包含的p型摻雜物材料，可利用Zn、Mg、或Be等，Zn或Mg為佳，Zn特別理想。在本實施形態中，接觸層21及第一被覆層23對應「第一半導體層」。

《活性層25》 於本實施形態中，活性層25係配置於第一被覆層23的上層。活性層25係從可生成作為目標之波長的光線，且如參照圖8B等後述般，與成長基板3進行晶格匹配，可磊晶成長的材料適當選擇。

例如，在製造射出峰值波長為1000nm～1800nm的紅外光L的紅外LED元件1時，活性層25係作為GaInAsP、AlGaInAs、或InGaAs的單層構造亦可，作為包含由GaInAsP、AlGaInAs、或InGaAs所成的量子井層，與帶間隙能比量子井層大之由GaInAsP、AlGaInAs、InGaAs、或InP所成的障壁層的MQW(Multiple Quantum Well：多重量子井)構造亦可。

活性層25的膜厚係在活性層25為單層構造時，為50nm～2000nm，理想為100nm～300nm。又，活性層25為MQW構造時，膜厚5nm～20nm的量子井層及障壁層以在2週期～50週期的範圍中層積而構成。

活性層25係作為摻雜p型或n型亦可，作為無摻雜亦可。摻雜於n型時，作為摻雜物例如可利用Si。

《第二被覆層27》 於本實施形態中，第二被覆層27係配置於活性層25的上層，例如由n型的InP構成。第二被覆層27的厚度並未限定，但例如為100nm～10000nm，理想為500nm～5000nm。第二被覆層27的n型摻雜物濃度係理想為1×10 ¹⁷/ cm ³～5×10 ¹⁸/cm ³，更理想為5×10 ¹⁷/cm ³～4×10 ¹⁸/cm ³。作為摻雜於第二被覆層27的n型不純物材料，可利用Sn、Si、S、Ge、或Se等，Si特別理想。第二被覆層27對應「第二半導體層」。

第一被覆層23及第二被覆層27係從不吸收活性層25中生成的紅外光L的材料，且為與成長基板3(參照後述的圖8B)進行晶格匹配，可磊晶成長的材料適當選擇。作為成長基板3而採用InP基板時，作為第一被覆層23及第二被覆層27的材料係可利用InP、GaInAsP、AlGaInAs等。

如圖1所示，於本實施形態的紅外LED元件1中，於第二被覆層27的+Y側之面(以下稱為「第一面27a」)形成凹凸部40亦可。該凹凸部40表示相互不同的規則性之複數週期構造。關於此點，參照圖2～圖5B於後敘述。

(內部電極31) 圖1所示的紅外LED元件1係具備於絕緣層17內的複數處中貫通於Y方向而形成的內部電極31。內部電極31係電性連接第一半導體層(21，23)與支持基板11。內部電極31係設置於分散在與XY平面平行的方向(亦即與支持基板11的主面平行的方向)的複數位置。

內部電極31係由可對於接觸層21形成歐姆接觸的材料構成。作為一例，內部電極31係由AuZn、AuBe、或至少包含Au與Zn的層積構造(例如Au/Zn/Au等)構成。再者，該等材料係相較於構成反射層15的材料，對於紅外光L的反射率比較低。

從Y方向觀察時的內部電極31的圖案形狀為任意。但是，根據於與支持基板11的主面(XY平面)平行的方向(以下稱為「面方向」)，在活性層25內的廣範圍流通電流的觀點，內部電極31係分散於面方向而配置複數個為佳。

從Y方向觀察時之所有內部電極31的總面積，係相對於半導體層積體20(例如活性層25)之面方向的面積，為30%以下為佳，20%以下更佳，15%以下特別理想。內部電極31的總面積變得比較大的話，從活性層25行進於支持基板11側(-Y方向)的紅外光L2被內部電極31吸收光量會增加，導致光取出效率降低。另一方面，內部電極31的總面積過小的話，電阻值變高而順向電壓會上升。

(上面電極32) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於半導體層積體20的上面的上面電極32。上面電極32係典型上以複數個延伸於所定方向之方式形成。作為一例，上面電極32係以沿著半導體層積體20之邊的方式，複數個延伸於X方向及Z方向，呈梳子形的形狀。但是，上面電極32的配置圖案形狀為任意，例如作為格子狀亦可，作為螺旋狀亦可。上面電極32係使位於下層(-Y側)的第二被覆層27之面露出(除了直接或形成於同面上的介電質層之一部分)，同時涵蓋XZ平面上的廣範圍而形成。藉此，可將流動於活性層25內的電流往與XZ平面平行的方向擴散，可在活性層25的廣範圍內發光。

上面電極32係作為一例，由AuGe/Ni/Au、或AuGe等的材料構成，作為具備複數該等材料者亦可。

(片狀電極34) 如圖1所示，紅外LED元件1係具備配置於上面電極32之一部分的上面的片狀電極34。再者，在圖1中，以於上面電極32的整面形成片狀電極34之方式圖示，但是，此為為了圖示方便。實際上，於延伸於面方向的上面電極32之一部分的面上，形成片狀電極34亦可。

片狀電極34係例如由Ti/Au、或Ti/Pt/Au等構成。該片狀電極34係設置目的為確保接觸用於供電之接合線的區域，但是，於本發明中是否具備片狀電極34為任意。

(背面電極33) 圖1所示的紅外LED元件1係具備配置於支持基板11之與半導體層積體20相反側(-Y側)的面上的背面電極33。背面電極33係對於支持基板11實現歐姆接觸。背面電極33係作為一例，由Ti/Au、或Ti/Pt/Au等的材料構成，作為具備複數該等材料者亦可。

[凹凸部40的構造] 如上所述，於第二被覆層27之一方的主面即第一面27a，形成凹凸部40。該凹凸部40係由表示相互不同的規則性的複數週期構造構成。

圖2係依據從+Y側以雷射顯微鏡拍攝一實施形態的紅外LED元件1的圖像，揭示形成凹凸部40之第二被覆層27的第一面27a之XZ平面上的各位置之高度(Y座標)的變化的圖像。亦即，圖2係揭示第一面27a之高度位置的實際空間分布。縱軸及橫軸係分別對應XZ平面上之座標位置，以因應高度位置的顏色來表示。

依據圖2，可確認到凹凸部40包含排列成三角格子狀的第一凹凸群組41，與排列成週期長度不同的三角格子狀的第二凹凸群組42。在圖2所示的範例中，第一凹凸群組41係週期長度(凸部彼此或凹部彼此的間隔)為6μm，凹部的深度為1μm。又，第二凹凸群組42係週期長度為4μm，凹部的深度為0.05μm～0.25μm。但是，各凹部的深度並不是限定於該數值者。

圖3係對圖2所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的分布資訊進行2維傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。詳細來說，圖3係將高度y=f(x,z)的資訊，遵照後述(1)式進行傅立葉轉換，將所得之F(K _x,K _z)之值描點於波數空間上所得的圖像。

包含於凹凸部40的第一凹凸群組41及第二凹凸群組42係分別為週期構造，故依存於其週期性而在XZ平面上的特定位置，傅立葉轉換強度F(K _x,K _z)之值會變高。於此實施形態中，第一凹凸群組41及第二凹凸群組42都排列成三角格子狀，故根據其對稱性，以原點為中心，等間隔在6處分別出現強度最強的點。再者，自原點起的間隔距離依存於凹凸的週期長度的倒數。

於波數空間上，傅立葉轉換強度相對高的點係決定入射光的繞射方向(繞射光的行進方向)與繞射光的強度。再者，入射光接受(i,j)次的繞射係代表具有波數向量(k _x,k _y,k _z)的光線被轉換成具有波數向量(k _x+iK _x,k _y’, k _z+jK _z)的光線。再者，於前述內容中，k _y’是以後述(2)式規定之值。

亦即，傅立葉轉換強度F(K _x,K _z)之值相對高的點(倒格子點)的數量越增加，射入的光線(在此為紅外光L)散亂的組合越增加。

於圖3，出現源於第一凹凸群組41的一次的倒格子點(以圓顯示)及二次的倒格子點(以三角顯示)。以提升識別性為目的，各倒格子點以間斷線連接。再者，關於三次及比其高次的倒格子點，傅立葉轉換強度之值並不充分高，故顯示顏色顯示比較淡，或顯示無法視認的顏色(白色)。

又，於圖3，出現源於第二凹凸群組42的一次的倒格子點(以圓顯示)。為了提升識別性，各倒格子點以單點鏈線連接。再者，關於二次及比其高次的倒格子點，傅立葉轉換強度之值並不充分高，故顯示顏色顯示比較淡，或顯示無法視認的顏色(白色)。

依據圖3，可理解於波數空間上源於第一凹凸群組41的繞射強度圖案與源於第二凹凸群組42的繞射強度圖案相互不同。針對此點，參照圖4A～圖5B進而說明。

圖4A係揭示僅形成屬於第一凹凸群組41的凹凸之狀態下，第二被覆層27的第一面27a之XZ平面上的各位置之高度(Y座標)的變化的圖像，仿照圖2表示。圖4B係對圖4A所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的資訊進行2維傅立葉轉換所得之資訊，仿照圖3表示。

圖5A係揭示僅形成屬於第二凹凸群組42的凹凸之狀態下，第二被覆層27的第一面27a之XZ平面上的各位置之高度(Y座標)的變化的圖像，仿照圖2表示。圖5B係對圖5A所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的資訊進行2維傅立葉轉換所得之資訊，仿照圖3表示。

考慮圖4A～圖5B的話，可理解圖3所示之紅外LED元件1之第二被覆層27的第一面27a的波數空間上之繞射強度圖案，係為重疊源於第一凹凸群組41的繞射強度圖案(第一繞射強度圖案)與源於第二凹凸群組42的繞射強度圖案(第二繞射強度圖案)。然後，也可理解該等第一繞射強度圖案與第二繞射強度圖案表示相互不同的圖案形狀。

圖6A係揭示為了比較而準備之表示表面隨機粗化之狀態的表面上之高度位置的實際空間分布的圖像。又，圖6B係揭示對圖6A所得之各位置的高度進行2維傅立葉轉換之值的波數空間分布的圖像。再者，用於此比較的表面係通過對於厚度厚的InP基板以物理方法進行研磨來粗化表面所得者。

依據圖6B，隨機粗化之表面的狀況中，可確認波數空間上難以出現特異點(倒格子點)。

圖7係從紅外LED元件1射出之紅外光L的發射光譜的一例。依據圖7，可確認到成功實現單峰的發射光譜。再者，圖7係對應後述之實施例1的元件的發射光譜。

再者，對於第二被覆層27的第一面27a不設置凹凸部40之狀況(比較例1)、及僅設置源於第一凹凸群組41的凹凸之狀況(參考例1)係分別發射光譜被多峰化(參照圖10、圖12)。此點係在紅外LED元件1的製造方法的說明之後進行說明。

[製造方法] 針對上述之紅外LED元件1的製造方法之一例，參照圖8A～圖8N的各圖來進行說明。圖8A～圖8N都是製程內的一工程的剖面圖。再者，以下的個程序係只要是在不影響LED元件1的製造的範圍的話，該順序適當前後改變亦可。

(步驟S1) 如圖8A所示，準備成長基板3。在本實施形態中，作為成長基板3，理想地利用將(001)面設為一方的主面的InP基板。厚度的一例為370μm，主面的直徑為2英吋。但是，成長基板3的厚度及大小係因應製造之紅外LED元件1的輸出而適當設定。

(步驟S2) 將成長基板3搬送至例如MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)裝置內，於成長基板3上，使緩衝層29、蝕刻終止層(ES層)28、第二被覆層27、活性層25、第一被覆層23及接觸層21依序磊晶成長，形成半導體層積體20(參照圖8B)。於本步驟S2中，因應成長之層的材料或膜厚，適當調整原料氣體的種類及流量、處理時間、以及環境溫度等。

半導體層積體20的形成例係如以下所述。首先，於成長基板3上，摻雜了Si之n型的InP層積所定膜厚(例如500nm程度)，獲得緩衝層29。接著，與緩衝層29不同的材料之層(在此為InGaAs層)層積所定膜厚(例如200nm程度)，獲得ES層28。之後，在以成為上述之膜厚及組成之方式設定成長條件之狀態下，依序形成第二被覆層27、活性層25、第一被覆層23及接觸層21。

作為詳細的一例，摻雜了Si之n型的InP層積膜厚8000nm，以獲得第二被覆層27。接著，InGaAsP層積膜厚900nm，獲得活性層25。在此，設為如從紅外LED元件1射出的紅外光L的峰值波長成為1300nm的條件。但是，如上所述，藉由調整構成活性層25之材料的組成比，或採用MQW構造，紅外光L的峰值波長可在1000nm～1800nm的範圍內調整。

之後，將Zn作為摻雜物之p型的InP層積膜厚3000nm而形成第一被覆層23，接下來，將Zn作為摻雜物之p型的InGsAsP層積膜厚200nm而形成接觸層21。

(步驟S3) 於成長基板3上形成半導體層積體20的晶圓從MOCVD裝置取出之後，藉由電漿CVD法形成例如由SiO ₂所成的絕緣層17(參照圖8C)。膜厚的一例為200nm。接著，於絕緣層17的表面，形成藉由光微影法形成被圖案化的光阻遮罩。藉由使用緩衝氫氟酸的所定藥劑的蝕刻法，去除形成於光阻開口部的絕緣層17之後，藉由EB蒸鍍裝置，例如形成由Au/Zn/Au所成之內部電極31的材料膜。內部電極31的材料膜之膜厚的一例為Au/Zn/Au=25nm/25nm/150nm。

接著，利用去除光阻遮罩之後，通過剝離形成於不需要區域的材料膜，形成內部電極31(參照圖8C)。之後，利用藉由例如450℃、10分鐘之間的加熱處理來施加退火處理，實現接觸層21與內部電極31之間的歐姆接觸。

(步驟S4) 如圖8D所示，於絕緣層17的上面，依序形成反射層15、阻障層14、及接合層13a。例如，利用藉由EB蒸鍍裝置，通過所定膜厚形成Al/Au，形成反射層15，接下來，通過以所定膜厚形成Ti/Pt/Au，形成阻障層14，接下來，通過所定膜厚形成Ti/Au，形成接合層13a。接合層13a作為與上述之接合層13相同材料亦可。

反射層15的材料膜的一例為Al/Au=5nm/ 200nm。阻障層14的材料膜的一例為Ti/Pt/Au=150nm/ 300nm/200nm。接合層13a的膜厚的一例為Ti/Au=150nm/ 1500nm。

(步驟S5) 如圖8E所示，準備不同於成長基板3之其他支持基板11。在本實施形態中，利用將(001)面設為一方的主面，高濃度地摻雜硼(B)之顯示導電性的Si基板。支持基板11的電阻率係設為未滿100mΩ・cm(=1mΩ・m)為佳。

(步驟S6) 如圖8F所示，於支持基板11的主面上，形成阻障層16及接合層13b。阻障層16及接合層13b係利用與步驟S4中上述之阻障層14及接合層13a相同的方法形成。

(步驟S7) 如圖8G所示，透過接合層13(13a，13b)，成長基板3與支持基板11例如使用晶圓接合裝置一邊被加壓一邊貼合。理想為在洗淨了各接合層13(13a，13b)的表面之狀態下重疊對合。該貼合處理係例如在300℃、1MPa下進行。藉由該處理，成長基板3上的接合層13a與支持基板11上的接合層13b會熔融而一體化(接合層13)。

(步驟S8) 如圖8H所示，去除成長基板3。作為一例，利用將接合後的晶圓浸漬於鹽酸系的蝕刻劑，去除成長基板3。此時，以與成長基板3及緩衝層29不同的材料形成的ES層28不溶於鹽酸系的蝕刻劑，故在ES層28露出的時間點中停止蝕刻處理。

(步驟S9) 如圖8I所示，去除ES層28，讓第二被覆層27露出。例如因應需要以純水洗淨後，浸漬於對於ES層28為可溶，對於第二被覆層27為不溶的所定藥液，去除ES層28。作為一例，可利用硫酸與過氧化氫水的混合溶液(SPM)。

(步驟S10) 如圖8J所示，對於露出的第二被覆層27的表面，形成上面電極32。具體來說，利用以下的步驟進行。

於第二被覆層27的表面，形成藉由光微影法被圖案化的光阻遮罩。接著，藉由EB蒸鍍裝置，形成上面電極32的形成材料(例如Au/Ge/Au)之後，利用剝離，形成上面電極32。上面電極32的膜厚的一例為Au/Ge/Au= 10nm/30nm/150nm。

之後，為了實現上面電極32的歐姆接觸性，藉由例如450℃、10分鐘之間的加熱處理來施加退火處理。

接著，於上面電極32的上面的所定位置形成片狀電極34。此時，與上面電極32相同，可藉由EB蒸鍍裝置所致之成膜工程、及剝離工程來實現。作為片狀電極25，例如形成Ti/Pt/Au，其厚度的一例為Ti/Pt/Au=150nm/ 300nm/1500nm。

(步驟S11) 如圖8K所示，對於第二被覆層27的第一面27a，形成基於第一凹凸群組41的凹凸。

作為具體方法的一例，首先，對於第二被覆層27的第一面27a，形成依據光微影法被圖案化的光阻遮罩。於該光阻，對於除了形成上面電極32的區域之外的區域，形成複數個直徑3μm的孔部以週期長度6μm排列成三角格子形狀的圖案。再者，在形成上面電極32的區域，覆蓋未形成孔部的光阻。

隔著該被圖案化的光阻，使用鹽酸-磷酸混合液等的蝕刻劑，對於第二被覆層27的第一面27a進行蝕刻。藉此，透過設置於光阻的孔部，對於第一面27a形成例如深度1μm的蝕刻圖案。之後，利用丙酮等的洗淨液去除光阻。作為一例，步驟S11所得的蝕刻圖案係從Y方向(對於第一面27a的法線方向)觀察，顯示排列複數個橢圓形狀的形狀(參照圖4A)。

(步驟S12) 如圖8L所示，對於形成基於第一凹凸群組41之凹凸的第一面27a，形成被圖案化的光阻45。形成於該光阻45的圖案係相較於步驟S11中使用的光阻圖案，週期長度及排列形狀的一方或雙方不同。作為一例，被圖案化的光阻45係對於除了形成上面電極32的區域之外的區域，形成複數個直徑2μm的孔部以週期長度4μm排列成三角格子形狀的圖案。作為另一例，被圖案化的光阻45係對於除了形成上面電極32的區域之外的區域，形成複數個直徑2μm的孔部以週期長度6μm排列成正方格子形狀的圖案。

隔著該光阻45，使用與步驟S11不同的蝕刻劑，對於第二被覆層27的第一面27a進行蝕刻。藉此，透過設置於光阻45的孔部，對於第一面27a形成例如深度2μm的蝕刻圖案。作為一例，步驟S12所得的蝕刻圖案係從Y方向(對於第一面27a的法線方向)觀察，顯示排列複數個真圓形狀的形狀(參照圖5A)。

之後，利用丙酮等的洗淨液去除光阻45。作為蝕刻劑的一例，利用例如硫酸-過氧化氫水的混合溶液(SPM)。

結果，對於形成基於第一凹凸群組41之凹凸的第一面27a，進而形成基於第二凹凸群組42的凹凸。亦即，於第一面27a，形成包含第一凹凸群組41與週期長度及排列形狀的一方或雙方不同的第二凹凸群組42的凹凸部40(參照圖8M)。再者，基於各凹凸群組(41、42)的蝕刻圖案的形狀並不是限定於前述內容者。

(步驟S13) 如圖8N所示，施加用以分離成各元件的高台蝕刻。具體來說，在將第二被覆層27之面中的非蝕刻區域，藉由利用光微影法圖案化的光阻進行遮蔽之狀態下，使用所定蝕刻劑進行濕式蝕刻處理。藉此，去除位於未遮蔽的區域內之半導體層積體20的一部分。

作為具體方法的一例，首先藉由使用鹽酸-磷酸混合液的蝕刻，去除第二被覆層27。該反應在活性層25露出時停止。接著，藉由使用硫酸與過氧化氫水的混合溶液(SPM)的蝕刻，去除活性層25。該反應在第一被覆層23停止。接著，藉由使用鹽酸-磷酸混合液的蝕刻，去除第一被覆層23及接觸層21，露出絕緣層17。之後，利用丙酮等的洗淨液去除光阻。

(步驟S14) 調整支持基板11的背面的厚度之後，於支持基板11的背面側形成背面電極33(參照圖1)。作為背面電極33的具體形成方法，與上面電極32同樣地，通過藉由真空蒸鍍裝置，形成背面電極33的形成材料(例如Ti/Pt/Au)來形成。背面電極33的膜厚的一例為Ti/Pt/Au=150nm/300nm/ 1500nm。

支持基板11的厚度的調整方法為任意，作為一例，在將半導體層積體20側貼附於耐高溫研磨膠帶(back grind tape)的狀態下，藉由背面研磨機(back grinder)進行磨削的方法。磨削後的厚度可在例如50μm～250μm的範圍內適當調整，根據紅外LED元件1的用途及之後的製程而適當選擇。作為具體例，磨削後的支持基板11的厚度為150μm。磨削處理結束之後，從膠帶剝離、洗淨。

再者，支持基板11的背面側之厚度的調整因應需要而進行即可，不一定是必須的工程。

(步驟S15) 接著，通過切割各支持基板11進行晶片化。例如在背面電極33側藉由切割膠帶貼附的狀態下，沿著步驟S13中藉由高台蝕刻形成的切割線，從上面電極32側使用鑽石刀等與支持基板11一起進行切割。

之後，晶片化的紅外LED元件1係使用Ag膏等的導電性接著劑，安裝於幹體等。片狀電極34係藉由接合線連接於幹體的柱部。

[驗證] 以下，說明使用實施例及比較例的驗證結果。

(實施例1) 經由上述的步驟S1～S15所製造的紅外LED元件1作為實施例1的元件。再者，藉由步驟S11形成的第一凹凸群組41係複數凹凸以週期長度6μm排列成三角格子狀所成的構造。再者，藉由步驟S12形成的第二凹凸群組42係複數凹凸以週期長度4μm排列成三角格子狀所成的構造。此時揭示第二被覆層27的第一面27a之高度位置的變化的資訊係如圖2及圖3所示，所得之紅外光L的發射光譜如圖7所示。

再者，圖7所示的發射光譜係對於安裝紅外LED元件1的幹體連接電源通電，從幹體正上方以直徑400μm、NA0.22的光纖對射出之紅外光L進行受光，通過光譜分析儀測定所得者。於以下的比較例1等也相同。

(比較例1) 除了不進行步驟S11～S12之處，通過與實施例1相同的方法製造的紅外LED元件51(參照圖9)作為比較例1的元件。如圖9所示，比較例1的元件係於第二被覆層27的第一面27a並未形成凹凸部40。

圖10係從比較例1的紅外LED元件51射出之紅外光L的發射光譜的一例。依據圖10，可確認到發射光譜有多數尖峰。

(參考例1) 除了不進行步驟S12之處，通過與實施例1相同的方法製造的紅外LED元件52(參照圖11)作為參考例1的元件。如圖11所示，參考例1的元件係於第二被覆層27的第一面27a，形成僅源於第一凹凸群組41的凹凸。

圖12係從參考例1的紅外LED元件52射出之紅外光L的發射光譜的一例。依據圖12，相較於圖10所示之比較例1的元件的發射光譜的話，出現於光譜上的尖峰數雖然降低，但是，相較於圖7所示之實施例1的元件的發射光譜的話，可確認到尖峰數較多。亦即，可知從參考例1的紅外LED元件52射出之紅外光L依然是多峰狀態。

再者，參考例1的紅外LED元件52之第二被覆層27的第一面27a的表面狀態係作為實際空間上的資訊，對應圖4A，作為波數空間上之繞射強度圖案的資訊，對應圖4B。

(實施例2) 經由上述的步驟S1～S15所製造的紅外LED元件1作為實施例2的元件。但是，不同於實施例1，藉由步驟S12形成的第二凹凸群組42係複數凹凸以週期長度6μm排列成正方格子狀所成的構造。

圖13係仿照圖2表示實施例2的紅外LED元件1之第二被覆層27的第一面27a之XZ平面上的各位置之高度(Y座標)的變化的圖像。圖14係對圖13所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的資訊進行2維傅立葉轉換所得之資訊，仿照圖3表示。

形成於實施例2的紅外LED元件1的凹凸部40中，源於第一凹凸群組41之凹凸的圖案，與實施例1的紅外LED元件1共通。因此，僅形成屬於第一凹凸群組41的凹凸之狀態的第二被覆層27的第一面27a的表面狀態係圖4A與圖4B共通。

圖15A係於實施例2的紅外LED元件1中，僅形成屬於第二凹凸群組42的凹凸之狀態下，第二被覆層27的第一面27a之高度(Y座標)的變化的圖像，仿照圖2表示。圖15B係對圖15A所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的資訊進行2維傅立葉轉換所得之資訊，仿照圖3表示。

在圖15B所示的範例中，出現源於第二凹凸群組42的一次的倒格子點(以圓顯示)及二次的倒格子點(以三角形顯示)。為了提升識別性，各倒格子點以單點鏈線連接。再者，關於三次及比其高次的倒格子點，傅立葉轉換強度之值並不充分高，故顯示顏色顯示比較淡，或顯示無法視認的顏色(白色)。

依據圖15B，由於連接各倒格子點的單點鏈線表示為矩形狀，可理解該資訊是源於形成於實施例2的紅外LED元件1之第二凹凸群組42(正方格子狀)的資訊。

考慮圖4A～圖4B及圖15A～圖15B的話，可理解圖14所示之實施例2的紅外LED元件1之第二被覆層27的第一面27a的波數空間上之繞射強度圖案，係為重疊源於第一凹凸群組41的繞射強度圖案(第一繞射強度圖案)與源於第二凹凸群組42的繞射強度圖案(第二繞射強度圖案)。然後，也可理解該等第一繞射強度圖案及第二繞射強度圖案表示相互不同的圖案形狀。

圖16係從實施例2的紅外LED元件1射出之紅外光L的發射光譜的一例。依據圖16，與實施例1同樣地，可確認到成功實現單峰的發射光譜。

(實施例3) 經由上述的步驟S1～S15所製造的紅外LED元件1作為實施例3的元件。但是，不同於實施例1，藉由步驟S12形成的第二凹凸群組42係複數凹凸以週期長度6μm，排列成對於第一凹凸群組41所構成的三角格子旋轉90°的三角格子狀所成的構造。

圖17係仿照圖2表示實施例3的紅外LED元件1之第二被覆層27的第一面27a之XZ平面上的各位置之高度(Y座標)的變化的圖像。圖18係對圖17所得之XZ平面上的各位置的高度(Y座標)的資訊進行2維傅立葉轉換所得之資訊，仿照圖3表示。

依據圖18，可理解實施例3的紅外LED元件1之第二被覆層27的第一面27a的波數空間上之繞射強度圖案，也是重疊源於第一凹凸群組41的繞射強度圖案(第一繞射強度圖案)與源於第二凹凸群組42的繞射強度圖案(第二繞射強度圖案)。然後，可理解該等第一繞射強度圖案與第二繞射強度圖案表示相互不同的圖案形狀。

因此，於實施例3的紅外LED元件1中，也與實施例1及實施例2的元件同樣地，發射光譜表示單峰。

[其他實施形態] 以下，針對其他實施形態進行說明。

＜1＞如圖19所示，於第二被覆層27的第一面27a的上層以覆蓋第一面27a的方式形成介電質層36亦可。該介電質層36係沿著形成凹凸部40之第一面27a的表面形成。介電質層36係由表示對於紅外光L之透射性的材料所成，例如由SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、ZrO、HfO、及MgO所成之群的1種或2種以上。

通過介電質層36形成於第二被覆層27的第一面27a，發揮對於第二被覆層27的保護功能，並且縮小空氣與第二被覆層27的折射率差，藉此可更提升光取出效率。

再者，在圖19中，介電質層36的表面以沿著凹凸部40的形狀之方式圖示。但是，介電質層36以填滿凹凸部40之方式形成亦可。即使在該狀況中，在介電質層36與第二被覆層27之間存在充分的折射率差，故會發生與在前述內容中議論的事由同等的效果。藉此，因為與前述實施形態的紅外LED元件1相同的理由，發射光譜表示單峰。

＜2＞在前述實施形態中，已說明凹凸部40包含源於第一凹凸群組41的凹凸與源於第二凹凸群組42的凹凸。但是，本發明並不排除凹凸部40包含3種類以上的凹凸群組的構造。但是，凹凸圖案的種類數越增加，工程數也會越增加，此外，有鑑於藉由2種類的凹凸圖案也成功實現單峰，凹凸部40所包含的凹凸圖案設為2種類為佳。

＜3＞在前述實施形態中，第一半導體層(接觸層21，第一被覆層23)為p型半導體，第二半導體層(第二被覆層27)為n型半導體，但是，兩者的導電型逆轉亦可。

1:紅外LED元件 3:成長基板 11:支持基板 13:接合層 13a:接合層 13b:接合層 14:阻障層 15:反射層 16:阻障層 17:絕緣層 19:導電層 20:半導體層積體 21:接觸層 23:第一被覆層 25:活性層 27:第二被覆層 27a:第二被覆層的第一面 28:ES層 29:緩衝層 31:內部電極 32:上面電極 33:背面電極 34:片狀電極 36:介電質層 40:凹凸部 41:第一凹凸群組 42:第二凹凸群組 45:光阻 51:紅外LED元件 52:紅外LED元件 L:紅外光 L1:紅外光 L2:紅外光

[圖1]示意揭示本發明之紅外LED元件的一實施形態之構造的剖面圖。 [圖2]揭示第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖3]對圖2所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖4A]揭示僅形成屬於第一凹凸群組的凹凸之狀態的第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖4B]對圖4A所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖5A]揭示僅形成屬於第二凹凸群組的凹凸之狀態的第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖5B]對圖5A所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖6A]揭示隨機粗化的表面上之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖6B]對圖6A所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖7]從紅外LED元件射出之紅外光的光譜的一例，對應實施例1的元件的發射光譜。 [圖8A]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8B]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8C]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8D]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8E]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8F]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8G]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8H]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8I]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8J]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8K]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8L]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8M]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖8N]用以說明圖1所示之紅外LED元件的製造方法的一工程的剖面圖。 [圖9]示意揭示比較例1的紅外LED元件之構造的剖面圖。 [圖10]從比較例1的紅外LED元件射出之紅外光的光譜。 [圖11]示意揭示參考例1的紅外LED元件之構造的剖面圖。 [圖12]從參考例1的紅外LED元件射出之紅外光的光譜。 [圖13]揭示實施例2的紅外LED元件之第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖14]對圖13所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖15A]揭示實施例2的元件中，僅形成屬於第二凹凸群組的凹凸之狀態的第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖15B]對圖15A所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖16]從實施例2的紅外LED元件射出之紅外光的光譜。 [圖17]揭示實施例3的紅外LED元件之第二被覆層的第一面之高度位置的實際空間分布的圖像。 [圖18]對圖17所示之高度位置的分布資訊進行傅立葉轉換，顯示於波數空間上的圖像。 [圖19]示意揭示本發明之紅外LED元件的其他實施形態之構造的剖面圖。

1:紅外LED元件

11:支持基板

13:接合層

14:阻障層

15:反射層

16:阻障層

17:絕緣層

19:導電層

20:半導體層積體

21:接觸層

23:第一被覆層

25:活性層

27:第二被覆層

27a:第二被覆層的第一面

31:內部電極

32:上面電極

33:背面電極

34:片狀電極

40:凹凸部

L:紅外光

L1:紅外光

L2:紅外光

Claims (9)

1. 一種紅外LED元件，係可射出峰值波長為1000nm～1800nm的紅外LED元件，其特徵為具備： 導電性的支持基板； 導電層，係配置於前述支持基板的上層，至少一部分由表示對於前述紅外光之反射性的材料所成； 半導體層積體，係配置於前述導電層的上層，由可與InP晶格匹配的材料所成； 上面電極，係配置於前述半導體層積體的一部分的上層；及 背面電極，係配置於前述支持基板之與形成前述導電層之側相反側的面； 前述半導體層積體，係從接近前述支持基板之側依序層積p型或n型的第一半導體層、活性層、及導電型不同於前述第一半導體層的第二半導體層所成； 前述第二半導體層，係在形成前述上面電極之側的面即第一面，具備具有表示相互不同的規則性之複數週期構造的凹凸部。
2. 如請求項1所記載之紅外LED元件，其中， 前述凹凸部，係包含鄰接的凸部彼此或凹部彼此的間隔距離即週期長度、及從前述第二半導體層的前述第一面的法線方向觀察時的排列形狀中至少一方的規則性相互不同的複數凹凸群組。
3. 如請求項2所記載之紅外LED元件，其中， 對前述第二半導體層的前述第一面上之各座標位置的高度的資訊進行傅立葉轉換所得之波數空間上的繞射強度圖案，係至少重疊對合源於屬於前述複數凹凸群組之第一凹凸群組的第一繞射強度圖案，與屬於前述複數凹凸群組，源於和前述第一凹凸群組不同的第二凹凸群組的第二繞射強度圖案所成； 前述第一繞射強度圖案及前述第二繞射強度圖案，係表示相互不同的圖案形狀。
4. 如請求項3所記載之紅外LED元件，其中， 從前述第一面的法線方向觀察時，包含於前述第一凹凸群組的凹部與包含於前述第二凹凸群組的凹部之形狀相互不同。
5. 如請求項3或4所記載之紅外LED元件，其中， 前述複數凹凸群組，係僅利用前述第一凹凸群組與前述第二凹凸群組構成。
6. 如請求項1或2所記載之紅外LED元件，其中， 前述半導體層積體，係厚度為20μm以下。
7. 如請求項1或2所記載之紅外LED元件，其中， 在前述第二半導體層的前述第一面之未形成前述上面電極的區域，具備表示對於前述紅外光之透射性的介電質層。
8. 如請求項1或2所記載之紅外LED元件，其中， 前述導電層，係包含對於前述紅外光的峰值波長表示50%以上之反射率的反射層。
9. 如請求項1或2所記載之紅外LED元件，其中， 所射出之前述紅外光的發射光譜為實質上表示單一極大值的單峰波形。

Images