(57)【要約】【課題】発光層からの放出光のうち、可視光側の発光強度を低減可能な半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体発光装置は、発光層と、第１の層と、電極と、第２の層と、を有する。前記発光層は、可視光から近赤外光に広がった発光スペクトルを有する放出光を放出可能である。前記第１の層は、第１の面および前記第１の面の反対の側となる第２の面を有する。前記第１の層の前記第１の面の側には前記発光層が設けられる。また、前記第１の層は、少なくとも可視光吸収層を有し、第１導電形を有する。前記電極は、前記第２の面の側に選択的に設けられる。前記第２の層は、前記第１の層とは反対の側となる前記発光層の側に設けられ、第２導電形を有する。前記可視光吸収層のバンドギャップ波長は、前記放出光のピーク波長よりも短く、かつ前記発光スペクトルの強度が前記ピーク波長における前記発光スペクトルの強度の１０分の１となる波長のうちの可視光側の波長よりも長いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光から近赤外光に広がった発光スペクトルを有する放出光を放出可能な発光層と、
第１の面および前記第１の面の反対の側となる第２の面を有する第１の層であって、前記第１の面の側には前記発光層が設けられ、可視光吸収層を少なくとも有し、第１導電形を有する第１の層と、
前記第２の面の側に選択的に設けられた電極と、
前記第１の層とは反対の側となる前記発光層の側に設けられ、第２導電形を有する第２の層と、
を備え、
前記可視光吸収層のバンドギャップ波長は、前記放出光のピーク波長よりも短く、かつ前記発光スペクトルの強度が前記ピーク波長における前記発光スペクトルの強度の１０分の１となる波長のうちの可視光側の波長よりも長いことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１の層の前記第２の面は、前記電極が設けられた領域と、前記可視光吸収層からなり光取り出し面となる領域と、を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記光取り出し面は、凹凸部を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記ピーク波長は、０．７８μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記可視光吸収層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．４５）からなることを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラの光センサや電子機器のリモコンには、０．７８〜１μｍの波長範囲の近赤外光が広く用いられる。
【０００３】
この場合、光源として近赤外光を放出可能なＬＥＤ（Light  Emitting Diode)を用い、かつ受光装置としてＳｉフォトダイオードを用いることにより、近赤外光を感度良く検出することができる。
【０００４】
しかしながら、近赤外光波長範囲にピーク波長を有するＬＥＤからの放出光は、ピーク波長よりも、例えば０．１μｍ短い波長である可視光のスペクトル成分を含むことが多い。
【０００５】
可視光の波長帯域における視感度は、近赤外光の視感度よりも高く、０．５５５μｍ近傍において最大となり、赤色光である０．６８μｍ近傍まで広がっている。このため、発光強度が低い可視光であっても、人間の目には認識可能である。この結果、光センサやリモコン用途としては好ましくない場合を生じる。つまり、光源からの光が人に見えてしまうことがある。可視光阻止フィルタを用いて可視光を選択的に遮光する方法もあるが、発光装置の構造が複雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３２３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、発光層からの放出光のうち、可視光側の発光強度を低減可能な半導体発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の半導体発光装置は、発光層と、第１の層と、電極と、第２の層と、を有する。
前記発光層は、可視光から近赤外光に広がった発光スペクトルを有する放出光を放出可能である。前記第１の層は、第１の面および前記第１の面の反対の側となる第２の面を有する。前記第１の層の前記第１の面の側には前記発光層が設けられる。また、前記第１の層は、少なくとも可視光吸収層を有し、第１導電形を有する。前記電極は、前記第２の面の側に選択的に設けられる。前記第２の層は、前記第１の層とは反対の側となる前記発光層の側に設けられ、第２導電形を有する。前記可視光吸収層のバンドギャップ波長は、前記放出光のピーク波長よりも短く、かつ前記発光スペクトルの強度が前記ピーク波長における前記発光スペクトルの強度の１０分の１となる波長のうちの可視光側の波長よりも長いことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図２】バンドギャップ波長の範囲を説明するグラフ図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光装置の製造方法の工程断面図である。
【図４】可視光吸収層のバンドギャップ波長のＡｌ組成比に対する依存性を表すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）はバンドギャップ波長をピーク波長側に設定した発光スペクトルのグラフ図、図５（ｂ）はバンドギャップ波長を可視光側に設定した発光スペクトルのグラフ図、である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
半導体発光装置は、発光層２６、発光層２６の上に設けられた第１の層３３、第１の層３３の上に設けられた第１の電極４０、第１の層３３とは反対の側となる発光層２６の側に設けられ、第２導電形を有する第２の層２５と、基板１０と、第２の電極５０と、を有する。
【００１１】
第１の層３３は、第１導電形を有し、第１の面３３ａと、第１の面３３ａの反対側の第２の面３３ｂと、を有する。発光層２６は、第１の層３３の第１の面３３ａの側に配置されている。
【００１２】
第１の電極４０は、第１の層３３の第２の面３３ｂの側に配置されている。なお、第１の電極４０は、パッド部４０ａおよび細線部４０ｂを有していてもよい。この場合、図１（ｂ）のように、パッド部４０ａと、第１の層３３と、の間に電流ブロック層３２を設けると、パッド部４０ａの下方領域への電流注入を抑制できる。このため、パッド部４０ａの下方領域での発光を抑制でき、光取り出し効率を高めることができる。また、第２の電極５０は、基板１０の裏面１０ａに設けられる。
【００１３】
パッド電極４０ａと第１の層３３との間に電流ブロック層３２を設けた場合、電流は、パッド電極４０ａと接続された細線電極４０ｂから第１の層３３へ注入され、発光層２６へ流れ込む。すなわち、細線電極４０ｂの下方の発光層２６の領域Ｅの近傍が発光領域となる。
【００１４】
なお、第１の層３３は、少なくとも可視光吸収層３０を有する。さらに、第１の層３３は、発光層２６と、可視光吸収層３０と、の間に、第１クラッド層２８を有してもよい。このようにすると、発光層２６からの放出光を第１の層３３の積層方向に適正に閉じ込めることができる。さらに可視光吸収層３０と第１クラッド層２８との間に、高い不純物濃度を有する層を設けると、細線電極４０ｂから注入された電流を発光層２６の面内に広げ、発光効率を高めることができる。
【００１５】
また、第２の層２５は第２導電形を有しており、基板１０の側にバッファ層２２、バッファ層２２と発光層２６との間に第２クラッド層２４を有してもよい。
【００１６】
発光層２６をＭＱＷ（Multi Quantum Well)構造とし、ＭＱＷの組成と構造とを変化することにより、所望のピーク波長λｐに制御することが容易となる。なお、ピーク波長λｐとは、広がりを有する発光スペクトルにおいて、スペクトル強度が最大値Ｉmaxとなる波長を表すものとする。
【００１７】
図２は、バンドギャップ波長の範囲を説明するグラフ図である。
本明細書において、発光スペクトル強度が最大値Ｉmaxとなる発光波長をピーク波長λｐと呼ぶことにする。ＬＥＤの場合、発光スペクトルは、図２のように広がる。また、スペクトル強度の最大値Ｉmaxの２分の１となる波長範囲は半値幅で表され、例えば３０〜６０ｎｍなどの範囲となる。可視光側の発光スペクトルの裾部の僅かなスペクトル成分であっても、近赤外光と比べて高い視感度を有する可視光は人間の目が認識しやすい。本実施形態では、発光スペクトル強度の最大値Ｉmaxの１０分の１のスペクトル強度となる波長を、λ１（可視光側）およびλ２（近赤外光側）とそれぞれ表し、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapを設定する基準とする。なお、本明細書において、「近赤外光」とは、０．７８〜１μｍの波長範囲の光を表すものとする。
【００１８】
発光層２６からの放出光は、ピーク波長λｐを中心にして、可視光側および近赤外光側にそれぞれ広がった発光スペクトルを有している。本実施形態では、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapをピーク波長λｐよりも短く、かつ波長λ１よりも長く設定する。バンドギャップ波長λgapよりも長い波長を有する光は、可視光吸収層３０による吸収を生じることなく外部に放出される。他方、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長を有する光は、可視光吸収層３０内での吸収が大きくかつバンドギャップ波長λgapから短い波長の側に近づくほど吸収率が大きい。
【００１９】
この結果、領域Ｅから上方へ向かった放出光は、可視光吸収層３０を通過する間に可視光の一部が吸収された後、第１の層３３の表面のうち第１の電極４０が設けられない領域である光取り出し面から出射する（出射光Ｇ）。すなわち、０．５５５μｍに最大値を有し、赤色光範囲まで連続した比視感度を有する可視光は、可視光吸収層３０によりその発光強度が低減される。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光装置の製造方法の工程断面図である。すなわち、図３（ａ）は結晶成長後の模式図、図３（ｂ）はフォトレジストパターニング後の模式図、図３（ｃ）は電流ブロック層のパターニング後の模式図、図３（ｄ）はフォトレジストパターニングの模式図、図３（ｅ）は第１の電極の蒸着後の模式図、図３（ｆ）は第１の電極のパターニング後の模式図、図３（ｇ）は第２の電極の形成後の模式図、である。
【００２１】
図３(ａ）〜（ｇ）において、基板１０はｎ形ＧａＡｓからなる。第１の層３３はｐ形ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる。発光層２６はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．４５）またはＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなる。第２の層２５はｎ形ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるものとする。ただし、導電形および材質はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
なお、本明細書において、ＡｌＧａＡｓとは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。また、ＩｎＡｌＧａＰとは、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。また、ＩｎＧａＡｓとは、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。
【００２３】
図３（ａ）において、ｎ形ＧａＡｓからなる基板１０は、例えば、（１００）面を主面とする。基板１０の主面の上に、ｎ形ＧａＡｓなどからなるバッファ層２２、ｎ形ＩｎＡｌＧａＰまたはｎ形ＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層２４、アンドープＡｌＧａＡｓまたはアンドープＩｎＧａＡｓからなる発光層２６、ｐ形ＩｎＡｌＧａＰまたはｐ形ＩｎＧａＡｓからなる第１クラッド層２８、ｐ形ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０、ｎ形ＩｎＡｌＰまたはＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層３２がこの順序で積層される。結晶成長法として、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor Deposition）法、およびＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法などを用いることができる。なお、電流ブロック層３２は、半導体材料ではなく、ＳｉＯ２などの絶縁膜であってもよい。
【００２４】
続いて、図３（ｂ）のように、電流ブロック層３２の上にフォトレジスト膜６０のパターニングを行う。さらに、図３（ｃ）のように、フォトレジスト膜６０をマスクとして燐酸などにより、第１の電極４０のパッド電極４０ａとすべき領域の電流ブロック層３２のみを残し、他の領域の電流ブロック層を除去する。
【００２５】
続いて、図３（ｄ）のようにフォトレジスト膜６２のパターニングを行い、図３（ｅ）のように第１の電極４０とするＡｕＺｎ膜などを蒸着する。
【００２６】
続いて、フォトレジスト６２を除去すると、図３（ｆ）のように、第１の電極４０（ｐ側電極）が形成される。
【００２７】
ｐ形ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０のｐ形不純物濃度を高くすると第１の電極４０に対するコンタクト層を設けなくともよい。または、可視光吸収層３０と細線電極４０ｂとの間に、例えばｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層を設けてもよい。この場合、細線電極４０ｂの下方領域のコンタクト層をのみに残すようにすると、ＧａＡｓによる光吸収を低減することができるのでより好ましい。
【００２８】
また、可視光吸収層３０のＡｌ組成比を可視光吸収層３０の下方に設ける高濃度層のＡｌ組成比よりも小さくすると、ヘテロ障壁高さを緩和し、順方向電圧を低減することが容易となる。さらに、図３（ｇ）のように、基板１０の裏面１０ａに第２の電極（ｎ側電極）５０を形成すると、図１に表す第１の実施形態にかかる半導体発光装置が完成する。
【００２９】
図４は、可視光吸収層のバンドギャップ波長のＡｌ組成比に対する依存性を表すグラフ図である。
可視光吸収層３０が、ＡｌＧａＡｓからなるものとする。図４において、縦軸はバンドギャップ波長λgap（μｍ）、横軸はＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比ｘ、である。なお、バンドギャップをＥｇ（ｅＶ）で表すとき、バンドギャップ波長λgap（μｍ）は、次式で近似することができる。
【００３０】
λgap＝１．２４／Ｅｇ          （式１）
【００３１】
また、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、０≦ｘ≦０．４５の範囲では直接遷移型となり、バンドギャップＥｇは、Ａｌ組成比ｘと共に増加する。この結果、バンドギャップ波長λgapは、図４のように、Ａｌ組成比ｘが増加するのに応じて低下する。例えば、Ａｌ組成比ｘが０．１３３の場合、バンドギャップ波長λgapは０．７８μｍとなる。また、Ａｌ組成比ｘが０．２５の場合、バンドギャップ波長λgapは０．７１μｍとなる。
【００３２】
検出器としてＳｉフォトダイオードを用いるとその受光感度は０．８μｍ波長の近傍で最大となる。このため、センサやリモコン用途の場合、Ｓｉフォトダイオードと、ピーク波長が近赤外光となる発光装置と、を組み合わせると、検出感度を高めることが容易となる。すなわち、放出光のピーク波長λｐは、０．７８〜１μｍの波長とすることが好ましく、０．７８〜０．９μｍとすることがより好ましい。
【００３３】
図５（ａ）はバンドギャップ波長をピーク波長側に設定した発光スペクトルのグラフ図、図５（ｂ）はバンドギャップ波長を可視光側に設定した発光スペクトルのグラフ図、である。
発光層２６がＡｌＧａＡｓである場合、ピーク波長λｐは、例えば、０．６５〜０．８７μｍの波長範囲とすることができる。図５において、所望のピーク波長λｐは、０．７８μｍとする。また、波長λ１は、発光層２６、第１の層３３、および第２の層２５などの構造により決定されるが、例えば、０．７１μｍとする。
【００３４】
図５（ａ）では、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapがピーク波長λｐでする０．７８μｍよりも僅かに短いものとする。バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光は、可視光吸収層３０内で吸収される。その吸収率は、ピーク波長λｐから離れるに従って大きくなる。このため、図５（ａ）に、実線で表す外部への取り出し可能な出力は、破線で表す発光層２６からの放出光よりも低下する。また、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光の発光強度は、破線で表す放出光よりも低減できる。なお、可視光吸収層３０の厚さは、例えば０．０５μｍ以上とすることが好ましい。厚さを大きくすると、可視光成分の吸収量を大きくすることができる。
【００３５】
図５（ｂ）では、バンドギャップ波長λgapが波長λ１（０．７１μｍ）よりも僅かに大きいものとする。バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光が可視光吸収層３０内で吸収される。この場合、外部へ取り出し可能な出力は、図５（ａ）の場合よりも大きくできる。また、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光の発光強度を低減できるが、バンドギャップ波長λgapとピーク波長λｐとの間の波長を有する光のスペクトル強度は、図５（ａ）の場合よりは高い。
【００３６】
図５（ａ）および（ｂ）において、可視光吸収層３０のＡｌ組成比ｘは、０．１３３〜０．２５の間の範囲とすればよいことになる。なお、比視感度が高くなる０．６８μｍ以下の光を遮光すればよい場合、スペクトル最大値Ｉmaxに対して、例えばマイナス２０ｄＢ（１００分の１）のスペクトル強度となる波長をλ１としてもよい。  
【００３７】
次に、所望のピーク波長λｇを０．８５μｍとする場合について説明する。この場合、波長λ１を０．７８μｍとする。バンドギャップ波長λgapを０．７８〜０．８５μｍの間に設定するには、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成比ｘを０．０２８〜０．１３３の間の範囲に設定すればよい。
【００３８】
さらに、所望のピーク波長λｐは、０．８７〜０．９μｍの範囲とする場合を考える。この場合、波長λ１を０．８２μｍとする。このピーク波長λｐの範囲に対応するには、発光層２６をＩｎＧａＡｓとすることが好ましい。ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０において、Ａｌ組成比ｘが０〜０．０７の間の範囲で、バンドギャップ波長λgapは０．８２μｍ以上０．８７μｍ以下となる。この場合、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光のスペクトル強度を低減可能である。
【００３９】
このようにして、バンドギャップ波長λgapは、要求される光出力と、遮光したい可視光の波長範囲と、を満たすように、ピーク波長λｐと波長λ１との間の適正な波長として決めることができる。
【００４０】
光センサやリモコンなどにおいて、人間の目が認識容易な可視光を遮光したい用途が増加している。例えば、監視カメラからの近赤外光が可視光を少しでも含むと、監視機能を遂行することが困難となる。また、３Ｄ（３次元）テレビや３Ｄ液晶プロジェクターなどで、液晶シャッターメガネを近赤外光に同期させてオンオフする場合、目の近くで近赤外光を受光することになる。このため、発光スペクトルには可視光成分が含まれないことが好ましい。本実施形態によれば、結晶成長工程において元素の組成比を変えることにより、可視光成分が低減された発光装置を容易に提供できる。
【００４１】
図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第２の実施形態では、上方からみて、第１の層３３の表面には第１の電極４０が設けられている。第１の電極４０の非形成領域の表面は、可視光吸収層３０からなり、微小な凹凸部３０ａが設けられている。ＡｌＧａＡｓなどからなる可視光吸収層３０の表面を、硝酸を含む溶液などを用いてフロスト処理を行うと、微小な凹凸部３０ａが形成される。例えば、可視光吸収層３０の厚さを１μｍ以上とし、凹凸の谷と山の高さの差の平均を０．５μｍ以下とする。山と山との間の距離をピッチとすると、平均ピッチは、例えば０．３〜１μｍなどの範囲とできる。このようにすると、発光層２６からの放出光と凹凸部３０ａとの交差角の範囲を広げることができる。この結果、全反射が低減され、可視光側の成分が低減された発光スペクトルを有する光の取り出し効率を高めることができる。
【００４２】
図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第３の実施形態の基板１１は、結晶成長基板ではなく、例えばＳｉからなる。基板１１と、発光層２６を含む積層体と、の間には、例えば金属反射膜７０を設けて、発光層２６から下方へ向かう放出光を上方に向かって反射する。このため、可視光側の成分が低減された発光スペクトルを有する光の取り出し効率を高めることができる。
【００４３】
なお、発光層２６を含む積層体は、結晶成長用の基板（図示せず）の上に結晶成長されたのち、基板１１とウェーハ接着される。その後、結晶成長基板を除去すると、基板１１の上に積層体が配置された第３の実施形態の構造となる。なお、第１の電極４０が設けられていない可視光吸収層３０の表面に凹凸部を設けると、さらに光取り出し効率を高めることができる。
【００４４】
第１〜第３の実施形態によれば、発光層からの放出光のうち、比視感度が高い可視光側の発光強度が低減された半導体発光装置が提供される。このため、可視光成分が低減された近赤外光を得ることができ、光センサやリモコンに広く用いることができる。  
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
２５  第２の層、  ２６  発光層、３０  可視光吸収層、３３  第１の層、４０、４０ａ、４０ｂ  （第１の）電極、λｐ  ピーク波長、λgap  バンドギャップ波長、λ１  波長（可視光側）、λ２  波長（近赤外光側）、Ｉmax  発光スペクトル最大値、x  Ａｌ組成比、Ｇ  出射光    
【図１】
2012160665.tif 000003
【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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