(57)【要約】【課題】赤外線発光素子の光取り出し効率を向上する。【解決手段】赤外線発光素子１は、ＧａＡｓ基板２と、ＧａＡｓ基板の一面２１上に形成された半導体積層部３を備える。半導体積層部の第一導電型半導体層３１はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成され、半導体積層部は第一メサ部３０１と第二メサ部３０２とを有し、第一メサ部と第二メサ部との境界が発光層よりもＧａＡｓ基板側に存在する。一面２１に垂直な断面で、基準線分Ｓ１と一面線Ｌ21とのなす角度αが３２．２°＜α≦９０°を、基準側面線Ｌ１と一面線Ｌ21とのなす角度βが３２．２°＜β≦９０°を満たす。基準線分Ｓ１は、発光層の中心点Ａと、一面２１をなす一面線Ｌ21との共有点Ｂと、を結ぶ線分で、第二メサ部の側面をなす第二側面線Ｌ302と交差しない。基準側面線Ｌ１は、第二側面線Ｌ302を含む直線で、第一側面線Ｌ301と交差しない。ＧａＡｓ基板２の裏面２２が光取り出し面である。【選択図】図７
2019046900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の一面上に形成された半導体積層部であって、前記一面側から第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層をこの順に有し、前記第一導電型半導体層はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成され、前記一面から突出する第一メサ部と前記第一メサ部から突出する第二メサ部とを有し、前記第一メサ部と前記第二メサ部との境界が前記発光層よりも前記ＧａＡｓ基板側に存在する半導体積層部と、
を備え、
前記一面に対して垂直な断面において、
前記発光層の前記第二導電型半導体層との境界線の中心点Ａと、前記第一メサ部の側面をなす第一側面線と前記一面をなす一面線との共有点Ｂと、を結ぶ線分であって、前記第二メサ部の側面をなす第二側面線と交差しない基準線分と、前記一面線とのなす角度αが、３２．２°＜α≦９０°を満たすとともに、
前記第二側面線を含む直線であって、前記第一側面線と交差しない基準側面線と、前記一面線とのなす角度βが、３２．２°＜β≦９０°を満たし、
前記一面の反対面である前記ＧａＡｓ基板の裏面が光取り出し面である赤外線発光素子。
【請求項２】
前記角度αが７５．２°＜α≦９０°を満たす請求項１記載の赤外線発光素子。
【請求項３】
前記角度βが３２．２°＜β≦７５．２°を満たす請求項１または２記載の赤外線発光素子。
【請求項４】
ＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の一面上に形成された半導体積層部であって、前記一面側から第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層をこの順に有し、前記第一導電型半導体層はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成され、前記一面から突出する第一メサ部と前記第一メサ部から突出する第二メサ部とを有し、前記第一メサ部と前記第二メサ部との境界が前記発光層よりも前記ＧａＡｓ基板側に存在する半導体積層部と、
を備え、
前記一面に対して垂直な断面において、
前記発光層の前記第二導電型半導体層との境界線の中心点Ａと、第一メサ部と第二メサ部との境界点Ｃと、を結ぶ線分を含む直線であって、前記第一メサ部の側面をなす第一側面線と交差しない基準直線と、前記一面をなす一面線とのなす角度γが、３２．２°＜γ≦９０°を満たし、
前記第二メサ部の側面をなす第二側面線を含む直線であって、前記第一側面線と交差しない基準側面線と、前記一面線とのなす角度βが、３２．２°＜β≦９０°を満たし、
前記一面の反対面である前記ＧａＡｓ基板の裏面が光取り出し面である赤外線発光素子。
【請求項５】
前記角度γが７５．２°＜γ≦９０°を満たす請求項４記載の赤外線発光素子。
【請求項６】
角度βが３２．２°＜β≦７５．２°を満たす請求項４または５記載の赤外線発光素子。
【請求項７】
前記第一導電型半導体層はＩｎＳｂ層である請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線発光素子。
【請求項８】
前記裏面の少なくとも一部を露出させ、前記半導体積層部を封止する封止部を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、中赤外の波長領域、特に波長が２．０μｍから１２μｍ程度である赤外線発光素子が注目されている。この波長領域はＣＯ2や炭化水素などの気体分子による光吸収が見られる波長域であるため、ＬＥＤ光源、赤外線センサ、及び所望の波長帯のみを透過する光学フィルタを組み合わせ、吸収量を検出することで気体分子の濃度を計測する、低消費電力の非分散型ガスセンサとしての応用が期待されている。
特許文献１には、基板と基板の一面上に形成された半導体積層部を備え、基板の裏面（一面の反対面）が光取り出し面である赤外線発光素子が記載されている。この半導体積層部は、基板の一面側から第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層をこの順に有し、ＩｎおよびＳｂを含む材料からなるメサ部を有する。また、基板としてＧａＡｓ基板が例示されている。そして、赤外線発光素子の発光効率（単位面積当たりの発光強度）を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４９３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板の裏面を光取り出し面とする赤外線発光素子には、光取り出し効率を向上させることが求められているが、現状では光取り出し効率を向上させる有用な技術が提案されていない。
本発明の課題は、基板の裏面を光取り出し面とする赤外線発光素子の光取り出し効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第一態様の赤外線発光素子は、下記の構成(1)〜(4)を有する。
(1)ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板の一面上に形成された半導体積層部であって、一面側から第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層をこの順に有し、第一導電型半導体層はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成され、一面から突出する第一メサ部と第一メサ部から突出する第二メサ部とを有し、第一メサ部と第二メサ部との境界が発光層よりもＧａＡｓ基板側に存在する半導体積層部と、を備える。
(2)ＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面において、以下に定義する基準線分Ｓ１と、ＧａＡｓ基板の一面をなす一面線と、のなす角度αが、３２．２°＜α≦９０°を満たす。基準線分Ｓ１とは、発光層の第二導電型半導体層との境界線の中心点Ａと、第一メサ部の側面をなす第一側面線と一面線との共有点Ｂと、を結ぶ線分であって、第二メサ部の側面をなす第二側面線と交差しない線分である。
(3)ＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面において、基準側面線と一面線とのなす角度βが、３２．２°＜β≦９０°を満たす。基準側面線とは、第二側面線を含む直線であって、第一側面線と交差しない直線である。
(4)一面の反対面であるＧａＡｓ基板の裏面が光取り出し面である。
【０００６】
本発明の第二態様の赤外線発光素子は、上記構成(1)(3)(4)と下記の構成(5)を有する。
(5)ＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面において、以下に定義する基準直線Ｓ２と、ＧａＡｓ基板の一面をなす一面線と、のなす角度γが、３２．２°＜γ≦９０°を満たす。基準直線Ｓ２とは、発光層の第二導電型半導体層との境界線の中心点Ａと、第一メサ部と第二メサ部との境界点Ｃと、を結ぶ線分を含む直線であって、第一メサ部の側面をなす第一側面線と交差しない直線である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の赤外線発光素子によれば、ＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面における角度αまたは角度γと角度βとを特定することにより、光取り出し効率の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一態様の赤外線発光素子のＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面を示し、基準線分Ｓ１と角度αを説明する図である。
【図２】第一態様および第二態様の赤外線発光素子のＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面を示し、基準側面線Ｌ１と角度βを説明する図である。
【図３】第一態様および第二態様の赤外線発光素子のＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面を示し、ＧａＡｓから空気に入射する光の屈折角θ３が９０°となる入射角θ２１と、そのためのＩｎＳｂからＧａＡｓに入射する光の入射角θ１とを説明する図である。
【図４】第一態様および第二態様の赤外線発光素子のＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面を示し、角度βの好ましい範囲を説明する図である。
【図５】第二態様の赤外線発光素子のＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面を示し、基準直線Ｓ２と角度γを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態の赤外線発光素子を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図７】図６（ｂ）の部分拡大図である。
【図８】一実施形態の赤外線発光素子を構成する半導体積層部の形成方法を説明する断面図である。
【図９】一実施形態の赤外線発光素子を含む赤外線発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本発明の第一態様および第二態様に関する詳細な説明］
本発明の第一態様の赤外線発光素子は、ＧａＡｓ基板を備え、光取り出し面がＧａＡｓ基板の裏面（半導体積層部が形成されている一面の反対面）であり、半導体積層部が第一メサ部と第二メサ部を有し、第一導電型半導体層がＩｎおよびＳｂを含む材料で形成された赤外線発光素子において、上記構成(2)および(3)を有することを特徴とする。
波長４．０μｍの場合、ＩｎＳｂの屈折率ｎ１は３．９であり、ＧａＡｓの屈折率ｎ２は３．３であるため、スネルの法則（ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２）により、ＩｎＳｂからＧａＡｓに入射する光の屈折角θ２が９０°となる入射角θ１は、θ１＝ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１）＝５７．７９５７７°≒５７．８°である。
【００１０】
つまり、この赤外線発光素子の第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、図１に示すように、ＧａＡｓ基板２の一面に対して垂直な断面において、発光層３３の第二導電型半導体層３５との境界線の中心点Ａから、第一メサ部３０１の側面をなす第一側面線Ｌ301とＧａＡｓ基板２の一面をなす一面線Ｌ21との共有点Ｂに向かう波長４．０μｍの光は、入射角θ１が５７．８°の時に屈折角θ２が９０°になる。よって、点Ａと点Ｂを結ぶ基準線分Ｓ１と一面線Ｌ21とのなす角度α（９０°−θ１）が３２．２°より大きければ（例えば３２．３°以上であれば）、この光は全反射しないで、ＧａＡｓ基板２に入る。なお、一般的に半導体積層部を形成する各半導体層の屈折率差は小さいため、発光層３３から第一導電型半導体層３１に入射する光はほぼ直進するものと考えることができる。
【００１１】
すなわち、上記構成(2)を有することで、第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、理想的には中心点ＡからＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光の全てをＧａＡｓ基板に入射させることができる。よって、第一態様の赤外線発光素子は、上記構成(2)を有することで光取り出し効率の向上が期待できる。
また、この赤外線発光素子の第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、図２に示すように、ＧａＡｓ基板の一面に対して垂直な断面において、発光層３３の第二メサ部３０２の側面をなす第二側面線Ｌ302を含む直線Ｌ１と、一面線Ｌ21とのなす角度βが３２．２°以下であれば、直線Ｌ１に沿ってＧａＡｓ基板２に向かう光は、上記と同じ理由で、全反射しないでＧａＡｓ基板２に入る。
【００１２】
これに対して、図２に二点鎖線で示すように、第二メサ部の側面の傾斜が実線の傾斜より小さい（すなわち、角度βが３２．２°より小さい）と、第二側面線Ｌ302を含む直線Ｌ１０に沿ってＧａＡｓ基板２に向かう光は界面で全反射する。そのため、二点鎖線で示す第二側面線Ｌ302を有する赤外線発光素子の場合は、直線Ｌ１０と角度βが３２．２°である直線Ｌ１との間でＧａＡｓ基板２に向かう光Ｅは、ＧａＡｓ基板２に入らない。
つまり、β＞３２．２°を満たすことで、第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、発光層の幅方向端部Ｄから第二側面線Ｌ302を含む直線Ｌ１に沿って向かう波長４．０μｍの光を理想的には全てＧａＡｓ基板に入射させることができる。
よって、第一態様の赤外線発光素子は、上記構成(3)を有することで光取り出し効率の向上が期待できる。
【００１３】
また、第二メサ部の側面の傾斜が小さいほど、発光層の幅方向両端部からＧａＡｓ基板２に入らない光の量が多くなるだけでなく、赤外線発光素子の幅が大きくなる。そのため、β≦３２．２°であることは、赤外線発光素子の小型化という点でも好ましくない。
一方、ＧａＡｓ基板と空気との界面を考えると、波長４．０μｍの場合、空気の屈折率ｎ３は１．０であり、ＧａＡｓの屈折率ｎ２は３．３である。そのため、図３に示すように、ＧａＡｓ基板から空気に入射する光の入射角をθ２１とし、屈折角をθ３とすると、スネルの法則（ｎ２×ｓｉｎθ２１＝ｎ３×ｓｉｎθ３）により、屈折角θ３が９０°となる入射角θ２１は、θ２１＝ｓｉｎ-1（ｎ３／ｎ２）＝１７．６３９７°≒１７．６である。
【００１４】
つまり、入射角θ２１が１７．６°より大きければ、ＧａＡｓ基板２に入った光を裏面２２から空気中に取り出せる。
そして、入射角θ２１と屈折角θ２は同じであるため、屈折角θ２が１７．６になる入射角θ１は、θ１＝ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１）＝１４．８２４°≒１４．８°となり、θ１が１４．８°未満（つまりθ１の余角δが７５．２°より大）であれば、ＩｎＳｂ層３１からＧａＡｓ基板２に入った波長４．０μｍの光を裏面２２から空気中に取り出せる。
よって、余角δに相当する角度αが７５．２°より大きければ（例えば７５．３°以上であれば）、第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、中心点Ａから点Ｂを通ってＧａＡｓ基板２に入った波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板２の裏面から空気中に取り出せるため好ましい。
【００１５】
また、発光層３３の幅方向端部ＤからＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光についても、入射角θ１の余角δが７５．２°より大きい光は、ＩｎＳｂ層３１からＧａＡｓ基板２に入って裏面２２から空気中に取り出せる。そして、図４に示すように、余角δに相当する角度βについて、第二側面線Ｌ302が二点鎖線で示されるβ＝９０°の場合は、第二側面線Ｌ302が実線で示されるβ＝７５．２°の場合よりも、三角形Ｆで示す面積分だけ上記光の空気中への取り出し量が少なくなる。つまり、角度βが７５．２°より大きいと、上記光の空気中への取り出し量が少なくなるため、角度βは７５．２°以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第二態様の赤外線発光素子は、ＧａＡｓ基板を備え、光取り出し面がＧａＡｓ基板の裏面（半導体積層部が形成されている一面の反対面）であり、半導体積層部が第一メサ部と第二メサ部を有し、第一導電型半導体層がＩｎおよびＳｂを含む材料で形成された赤外線発光素子において、上記構成(3)および(5)を有することを特徴とする。
この赤外線発光素子の第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、図５に示すように、ＧａＡｓ基板２の一面に対して垂直な断面において、発光層３３の第二導電型半導体層３５との境界線の中心点Ａから、第一メサ部３０１と第二メサ部３０２との境界点Ｃを通ってＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光は、入射角θ１が５７．８°の時に屈折角θ２が９０°になる。よって、基準直線Ｓ２と一面線Ｌ21とのなす角度γ（９０°−θ１）が３２．２°より大きければ（例えば、３２．３°以上）であれば、この光は全反射しないで、ＧａＡｓ基板２に入る。
【００１７】
すなわち、上記構成(5)を有することで、第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、中心点Ａから点Ｃを通ってＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板に入射させることができる。よって、第二態様の赤外線発光素子は、上記構成(5)を有することで光取り出し効率の向上が期待できる。
なお、第二態様の赤外線発光素子が上記構成(3)を有することで光取り出し効率の向上が期待できる理由は、第一態様の赤外線発光素子で説明された理由と同じである。
また、ＧａＡｓ基板と空気との界面での考察については、角度γが、第一態様の赤外線発光素子での説明の余角δに相当する。
【００１８】
よって、第二態様の赤外線発光素子の場合も、余角δに相当する角度γが７５．２°より大きければ（例えば７５．３°以上であれば）、第一導電型半導体層３１がＩｎＳｂ層である場合、中心点Ａから点Ｃを通ってＧａＡｓ基板２に入った波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板２の裏面から空気中に取り出せるため好ましい。
また、角度βについては、第一の対応で説明した理由と同じで、７５．２°以下であることが好ましい。
以上、本発明の第一態様および第二態様について、第一導電型半導体層がＩｎＳｂの場合を例に挙げて説明したが、ＩｎおよびＳｂを含む半導体層はＩｎＳｂの屈折率と近い屈折率を有するため、第一導電型半導体層がＩｎＳｂ以外の材料（例えばＩｎＡｓＳｂやＡｌＩｎＳｂなど）の場合にも、上記と同様の効果が期待できる。
【００１９】
以下、本発明の第一態様および第二態様の赤外線発光素子の構成について説明する。
＜半導体積層部＞
半導体積層部は、ＧａＡｓ基板の一面上に形成され、この一面側から第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層をこの順に有し、第一導電型半導体層はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成されている。また、ＧａＡｓ基板の一面から突出する第一メサ部と第一メサ部から突出する第二メサ部とを有し、第一メサ部と第二メサ部との境界が発光層よりもＧａＡｓ基板側に存在する。ここで、第一導電型とは、ｎ型、ｉ型およびｐ型のいずれでもよい。また、第二導電型についても、ｎ型、ｉ型およびｐ型のいずれでもよい。第一導電型半導体層と第二導電型半導体層は異なる導電型を有することが好ましい。
【００２０】
半導体積層部は、第一導電型半導体層、発光層、および第二導電型半導体層以外の層を含んでいてもよい。具体的には、第一導電型半導体層と発光層の間に、さらに別の層を有してもよい。例えば第一導電型半導体層がｉ型のバッファ層の場合に、このバッファ層と発光層の間にｎ型の半導体層を有してもよい。また、発光層と第二導電型半導体層の間に、さらに別の層を有してもよい。
半導体積層部は、例えば、半絶縁性のＧａＡｓ基板上にｎ型半導体層（ｐ型半導体層）、発光層、ｐ型半導体層（ｎ型半導体層）をこの順に成膜し、この積層体をウエットエッチング、或いはドライエッチングの手法を用いて、２段階の加工を行う事により形成される。成膜の方法としては、例えば分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、或いは有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）が挙げられる。
【００２１】
第一導電型半導体層はＩｎおよびＳｂを含む材料で形成された層である。発光層および第二導電型半導体層も、ＩｎおよびＳｂを含む材料で形成された層とすることが好ましい。ＩｎおよびＳｂを含む材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＳｂおよびＩｎＡｓＳｂなどが挙げられる。発光層がこれらの材料で構成されることで、上述した波長４．０μｍの赤外線を効率良く発生させることが可能となる。
【００２２】
＜封止部＞
本発明の第一態様および第二態様の赤外線発光素子は、裏面の少なくとも一部を露出し、半導体積層部を封止する封止部を備えることが好ましい。これにより、半導体積層部を外部環境から保護することができる。封止部の材料としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などの樹脂製モールド材を用いることができる。その際、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などのフィラーを含む樹脂製モールド材を用いてもよい。またポリイミド、ポリアミド、シリコーン樹脂などからなる応力緩和層（バッファ層）を、半導体積層部と封止部との間に設けてもよい。
【００２３】
＜金属層＞
本発明の第一形態および第二態様の赤外線発光素子は、金属層を備えることが好ましい。この金属層は、第一メサ部の第一導電型半導体層に接触する第一部分と、第一部分とは独立した部分であって第二メサ部の第二導電型半導体層に接触する第二部分と、を有する。金属層の第一部分および第二部分は、通常、半導体積層部に絶縁層を介して形成され、この絶縁層に設けた開口部を介して第一導電型半導体層および第二導電型半導体層と接触する。また、金属層は、第一メサ側に形成された第一金属層（第一部分を含む）と、第二メサ側に形成された第二金属層（第二部分を含む）とに分かれていて、第一金属層と第二金属層がそれぞれＧａＡｓ基板の一面上に形成された第三部分を有する形態をとることができる。
【００２４】
金属層は、第一導電型半導体層と第二導電型半導体層との外部電源を介した電気的接続のための電極として用いられる。また、ＧａＡｓ基板上に複数の半導体積層部を設ける場合に、これらを直列接続するための配線として用いられる。また、金属層がＧａＡｓ基板の一面上に形成されること（第三部分を有すること）で、発光層で発生した光のＧａＡｓ基板の一面での反射率が高くなり、発光層で発生した光を光取り出し面（ＧａＡｓ基板の裏面）から効率よく取り出すことができる。
この金属層は、半導体積層部およびＧａＡｓ基板側から例えば、密着層、バリア層、低抵抗層の順に積層された積層構造を有することが好ましい。
【００２５】
積層構造の密着層は、ＴｉやＣｒなど、絶縁層との密着性が良く、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層との接触抵抗の低い材料が用いられる。バリア層は、金属層材料と半導体層との相互拡散を抑制するために設けられ、例えばＰｔを用いることができる。低抵抗層は、金属層を介した外部との接続または複数の半導体積層部間の接続において、不要な電位差による電圧ロスを生じさせないために、低抵抗であることが望ましく、例えばＡｕを用いることができる。
また、金属層が積層構造である場合の密着層は、金属層の第三部分が発光層で発生した光を反射する役割を有することから、光の吸収損失が少ないことが望ましい。
【００２６】
［実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
図６に示すように、この実施形態の赤外線発光素子１は、ＧａＡｓ基板２、半導体積層部３、絶縁層４、金属層５、および裏面絶縁膜６を備えている。
ＧａＡｓ基板２の一面２１は［１００］面であり、裏面２２は［−１００］面である。ＧａＡｓ基板２の一面２１に半導体積層部３が形成されている。
【００２７】
半導体積層部３は、ＧａＡｓ基板２の一面２１から突出する第一メサ部３０１と第一メサ部３０１から突出する第二メサ部３０２とからなる二段メサ構造を有する。
半導体積層部３は、図７に示すように、ＧａＡｓ基板２側から、ＳｎドープＩｎＳｂ層（ｎ型半導体層、第一導電型半導体層に相当）３１、ＳｎドープＡｌＩｎＳｂ層（ｎ型バリア層）３２、ノンドープのＡｌＩｎＳｂ層（発光層に相当）３３、ＺｎドープＡｌＩｎＳｂ層（ｐ型バリア層）３４、およびＺｎドープＡｌＩｎＳｂ層（ｐ型半導体層、第二導電型半導体層に相当）３５をこの順に有する。図６および図７に示すように、第一メサ部３０１と第二メサ部３０２との境界がＳｎドープＩｎＳｂ層３１内に存在する。
【００２８】
半導体積層部３は、図８に示すように、ＧａＡｓ基板２上に、ｎ型半導体層３１、ｎ型バリア層３２、発光層３３、ｐ型バリア層３４、ｐ型半導体層４５、からなる半導体積層体３０を形成した後に、一点鎖線に沿ったメサエッチングと、その後の二点鎖線に沿ったメサエッチングを行うことで形成される。
絶縁層４は、半導体積層部３の第一メサ部３０１および第二メサ部３０２の上面と側面、およびＧａＡｓ基板２の一面２１上の第一メサ部３０１の周囲に形成されている。絶縁層４は、第一メサ部３０１のｎ型半導体層３１上に第一開口部４１を有する。第二メサ部３０２のｐ型半導体層３５上に第二開口部４２を有する。
【００２９】
金属層５は、第一メサ部３０１側に形成された第一金属層５１０と、第二メサ部３０２側に形成された第二金属層５２０とに分かれている。第一金属層５１０は、第一開口部４１を塞ぎ第一メサ部３０１のｎ型半導体層３１に接触する部分（第一部分）５１１と、絶縁層４上に形成されている部分５１２と、ＧａＡｓ基板２の一面２１上に形成された部分（第三部分、電極）５１３とからなる。第二金属層５２０は、第二開口部４２を塞ぎ第二メサ部３０２のｐ型半導体層３５に接触する部分（第二部分）５２１と、絶縁層４上に形成されている部分５２２と、ＧａＡｓ基板２の一面２１上に形成された部分（第三部分、電極）５２３とからなる。
【００３０】
図７は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面の部分拡大図であり、ＧａＡｓ基板２の一面２１に対して垂直な断面の一つを示している。そして、図７に示すように、赤外線発光素子１は、第一メサ部３０１の側面をなす第一側面線Ｌ301と一面線Ｌ21との共有点Ｂ１，Ｂ２を有する。
共有点Ｂ１と、発光層３３のｐ型バリア層（第二導電型半導体層）３４との境界線の中心点Ａと、を結ぶ線分は、第二メサ部３０２の側面をなす第二側面線Ｌ302と交差しないため、基準線分Ｓ１である。この基準線分Ｓ１と一面線Ｌ21とのなす角度αが３２．２°＜α≦９０°を満たしている。なお、共有点Ｂ２と中心点Ａとを結ぶ線分ＬSは、第二メサ部３０２の側面をなす第二側面線Ｌ302と交差するため、基準線分Ｓ１ではない。
【００３１】
また、図７に示す断面の幅方向両端部において、各第二側面線Ｌ302を含む直線Ｌ１は第一側面線と交差しないため、いずれも基準側面線である。そして、赤外線発光素子１は、図７に示す断面の幅方向両端部において、基準側面線である直線Ｌ１と一面線Ｌ21とのなす角度βが３２．２°＜β≦７５．２°を満たしている。
また、図７に示す断面の幅方向両端部において、中心点Ａと、第一メサ部３０１と第二メサ部３０２との境界点Ｃと、を結ぶ線分を含む各直線は、第一メサ部３０１の側面をなす第一側面線Ｌ301と交差しないため、いずれも基準直線Ｓ２である。また、この例では、図７の左側の基準直線Ｓ２は、基準線分Ｓ１を含んでいる。つまり、図７の左側の基準直線Ｓ２と一面線Ｌ21とのなす角度γは角度αと同じである。そして、赤外線発光素子１は、図７に示す断面の幅方向両端部において、３２．２°＜γ≦９０°を満たしている。
【００３２】
このように、赤外線発光素子１は、図７に示す断面において、α＞３２．２°を満たしているため、中心点ＡからＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板２に入射させることができる。また、γ＞３２．２°を満たしていることで、中心点Ａから点Ｃを通ってＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板に入射させることができる。さらに、角度βが３２．２°＜β≦７５．２°を満たしていることで、発光層３３の幅方向両側で幅方向端部Ｄから点Ｃを通ってＧａＡｓ基板２に向かう波長４．０μｍの光を、理想的には全てＧａＡｓ基板２に入射させることでできるとともに、この光のＧａＡｓ基板２の裏面２２から空気中への取り出し量を多くすることができる。
【００３３】
したがって、実施形態の赤外線発光素子１は、波長４．０μｍの光取り出し効率が高いものとなる。
なお、ここでは、赤外線発光素子１のＧａＡｓ基板２の一面２１に対して垂直な一断面（図６（ａ）のＡ−Ａ断面）における角度α，β，γについて説明しているが、ＧａＡｓ基板２の一面２１に対して垂直な二以上の断面において、３２．２°＜α，β，γ≦９０°を満たしていることが好ましく、ＧａＡｓ基板２の一面２１に対して垂直な全ての断面において、３２．２°＜α，β，γ≦９０°を満たしていることがより好ましい。
【００３４】
＜赤外線発光装置＞
第一実施形態の赤外線発光素子１を用いて、図９に示す赤外線発光装置１０を製造することができる。赤外線発光装置１０は、赤外線発光素子１と、リード端子７１，７２と、金属細線８２，８２と、封止部９を有する。
リード端子７１，７２は、赤外線発光素子１の周囲に配置されている。金属細線８１は、赤外線発光素子１の第一金属層５１０の第三部分（第一電極）５１３とリード端子７１とを接続する。金属細線８２は、赤外線発光素子１の第二金属層５２０の第三部分（第二電極）５２３とリード端子７２とを接続する。封止部９は、赤外線発光素子１の裏面絶縁膜６のＧａＡｓ基板２とは反対の面を除いた部分に配置され、赤外線発光素子１とリード端子７１，７２との間を封止している。つまり、赤外線発光素子１の半導体積層部３が封止されている。
【００３５】
つまり、この赤外線発光装置１０は、半導体積層部３を封止する封止部９を備える赤外線発光素子１の一例である。
なお、上記実施形態の赤外線発光素子１では、第一金属層５１０、第二金属層５２０、および金属層５３０が、ＧａＡｓ基板２の一面２１上に接触する部分５１３，５２３，５３３を有するが、ＧａＡｓ基板２の一面２１とこれらの部分との間に絶縁膜が介装されていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  赤外線発光素子
２  ＧａＡｓ基板
２１  ＧａＡｓ基板の一面
２１１  一面の半導体積層部が形成されていない領域
２２  ＧａＡｓ基板の裏面
３  半導体積層部
３０  半導体積層体
３１  ｎ型半導体層
３２  ｎ型バリア層
３３  発光層
３４  ｐ型バリア層
３５  ｐ型半導体層
３０１  第一メサ部
３０１１  第一メサ部の第二メサ部で覆われていない上面
３０２  第二メサ部
４  絶縁層
５  金属層
５１０  第一金属層
５１１  ｎ型半導体層に接触する部分（第一部分）
５１２  絶縁層上に形成されている部分
５１３  ＧａＡｓ基板の一面上に形成された部分（第三部分、電極）
５２０  第二金属層
５２１  ｐ型半導体層に接触する部分（第二部分）
５２２  絶縁層上に形成されている部分
５２３  ＧａＡｓ基板の一面上に形成された部分（第三部分、電極）
７１、７２  リード端子
８１，８２  金属細線
９  封止部
１０  赤外線発光装置
Ｓ１  基準線分
Ｓ２  基準直線
Ｌ１  基準側面線（第二側面線を含む直線）
Ｌ21  一面線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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