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公開番号2025066980
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176589
出願日2023-10-12
発明の名称赤外LED素子
出願人ウシオ電機株式会社
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類H10H 20/831 20250101AFI20250417BHJP()
要約【課題】発光効率がより高められた赤外LED素子を提供する。
【解決手段】第一導電型を示す第一半導体層と、第一半導体層の上層に配置された活性層と、活性層の上層に配置された、第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、絶縁層の上層に配置された、赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、貫通孔内において、第二半導体層の面に接触して配置された、絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、貫通孔内において、導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、充填層は、赤外光に対する反射性を示す材料からなる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ピーク波長が１，０００ｎｍ～２，０００ｎｍの赤外光を出射可能な赤外ＬＥＤ素子であって、
第一導電型を示す第一半導体層と、
前記第一半導体層の上層に配置された活性層と、
前記活性層の上層に配置された、前記第一導電型とは異なる第二導電型を示す第二半導体層と、
前記第二半導体層の上層に配置され、一部に貫通孔を含む絶縁層と、
前記絶縁層の上層に配置された、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなる反射層と、
前記貫通孔内において、前記第二半導体層の面に接触して配置された、前記絶縁層よりも厚みの薄い導電性酸化膜層と、
前記貫通孔内において、前記導電性酸化膜層が位置する領域以外の領域を充填するように形成された、前記導電性酸化膜層とは異なる導電性材料からなる充填層とを有し、
前記充填層は、前記赤外光に対する反射性を示す材料からなることを特徴とする赤外ＬＥＤ素子。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見て、前記導電性酸化膜層は、前記貫通孔内において、前記充填層の内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記第二半導体層と前記絶縁層との接触面積をＳ１、前記第二半導体層と前記導電性酸化膜層との接触面積をＳ２、前記第二半導体層と前記充填層との接触面積をＳ３としたときに、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記第二半導体層が、Ａｓを含むIII－V族半導体からなる、前記絶縁層と接触するコンタクト層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記導電性酸化膜層が、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化亜鉛スズ、酸化カドミウムスズ、酸化アンチモンスズからなる群に属する一種以上の材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記導電性酸化膜層の厚みが、５ｎｍ～５０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記第一半導体層と前記活性層と前記第二半導体層とが積層された方向である第一方向に見たときの、前記導電性酸化膜層の占有領域の総面積が、前記活性層の占有領域の総面積に対して４％～５０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記第二半導体層が、少なくとも前記導電性酸化膜層と接触する領域のドーパント濃度が５×１０
18
／ｃｍ
3
以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項９】
前記反射層、前記絶縁層、前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層を含む積層体を支持する、導電性の支持基板と、
前記第一半導体層の前記活性層とは反対側の面上に配置された第一電極と、
前記支持基板の、前記積層体が形成されている側とは反対側の面に配置された第二電極とを備え、
前記導電性酸化膜層は、前記支持基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。
【請求項１０】
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の成長基板であるＩｎＰ基板と、
前記第一半導体層のうち、前記活性層が上層に配置されていない領域に電気的に接続するように設けられた第一電極と、
前記反射層の前記絶縁層が形成されている側とは反対側の面に接触して配置された第二電極とを備え、
前記ＩｎＰ基板に近い側から順に、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が積層されており、
前記絶縁層は、前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層の積層体の側面、前記第二半導体層の上面、及び、前記活性層が上層に配置されていない領域における前記第一半導体層の上面を連絡するように配置されており、
前記導電性酸化膜層は、前記ＩｎＰ基板の主面に平行な方向に離間した複数の位置に分散して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外ＬＥＤ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外ＬＥＤ素子に関し、特に発光波長が１，０００ｎｍ以上の赤外ＬＥＤ素子に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、波長１，０００ｎｍ以上の赤外領域を発光波長とする半導体発光素子は、防犯・監視カメラ、ガス検知器、医療用のセンサや産業機器等の用途で幅広く用いられている。
【０００３】
発光波長が１，０００ｎｍ以上の半導体発光素子は、一般的に以下の手順で製造される。成長基板としてのＩｎＰ基板上に、第一導電型の半導体層、活性層（「発光層」と称されることもある。）、及び第二導電型の半導体層を順次エピタキシャル成長させた後、半導体ウェハ上に電流注入のための電極が形成される。その後、チップ状に切断される。
【０００４】
従来、発光波長が１，０００ｎｍ以上の半導体発光素子としては、半導体レーザ素子の開発が先行して進められてきた経緯がある。一方で、ＬＥＤ素子については、その用途があまりなかったこともあり、レーザ素子よりは開発が進んでいなかった。
【０００５】
しかしながら、近年、アプリケーションの広がりを受け、赤外ＬＥＤ素子についても高効率化の要求が高まっている。当該要求に応える構成として、例えば、特許文献１には、ＩｎＰ基板上にＬＥＤ構造を結晶成長させたウェハの上下面に電極を形成し、両電極間に電圧を印加することで活性層に電流を注入して発光させる赤外ＬＥＤ素子が開示されている。
【０００６】
さらに、該当波長域帯の用途の広まりから、より発光効率が高くより小型低背なＬＥＤが求められている。当該要求に応える構成として、特許文献２には、成長基板上にＬＥＤ構造のエピタキシャル半導体膜を結晶成長した発光ダイオードウェハに対して、高反射膜を介して支持基板に金属層と接合した後、成長基板を薄膜化、又は完全に除去した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平４－２８２８７５号公報
特開２０１２－１２９３５７号公報
米国特許第１１２３９３８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者らは、発光波長が１，０００ｎｍ以上であるＬＥＤ素子の発光効率の向上について鋭意検討していたところ、以下のような課題が存在することに気が付いた。
【０００９】
従来、ＬＥＤ素子は、光取り出し効率を高めるために、活性層から発せられて光出射面とは反対側に向かって進行する光を光出射面側へと反射する、反射層が形成される。反射層は、多くの場合、活性層で発せられる所望の波長帯域の光に対して、比較的高い反射率を示す材料からなる膜によって実現される。
【００１０】
上記反射層は、一般的に、所望の波長帯の光に対して透過性を示す絶縁層における、半導体層とは反対側に面に形成される層である。そして、当該反射層は、活性層の広い範囲で発光を生じさせるため、反射面と平行な方向に電流を分散させることを目的として、当該透明絶縁層に設けられた貫通孔内に形成された電極によって半導体層と電気的に接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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