JP2010034100A - 半導体装置、プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ用の半導体装置において、発光効率を向上する。
【解決手段】ＬＥＤ用の半導体装置は、基板１０上に形成されたオーミック電極１１と、このオーミック電極１１上に接合され、電気を光に変換して出射するＬＥＤ用の半導体薄膜２０と、オーミック電極膜１１の開口部内に形成され、半導体薄膜２０の裏面側から漏れる光を反射する反射部１２とを有している。反射部１２は、高反射金属膜により形成され、半導体薄膜２０の裏面側から漏れる光をその半導体薄膜２０の方向へ反射する機能を有している。そのため、反射部１２の光反射により、光出力を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子である発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）を有する半導体装置と、これを用いたプリントヘッド、及び電子写真技術用いたプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

従来、半導体装置の１つであるＬＥＤ装置は、例えば、次の文献等に記載されている。

特開２００４−２０７３２３号公報 図１７（ａ）、（ｂ）は、特許文献１等に記載された従来の半導体装置を示す模式的な構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ１−Ａ２線断面図である。

この半導体装置は、ＬＥＤ装置であり、Ｓｉ等の基板１を有し、この基板１上に、金属膜（例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ）からなるｎ型オーミック電極２が形成されている。ｎ型オーミック電極２上には、ＬＥＤを構成する半導体薄膜３が固着されている。半導体薄膜３は、例えば、下部のｎ型層３ａ及び上部のｐ型層３ｂからなるｐｎ接合を有し、このｎ型層３ａの裏面がｎ型ＧａＡｓにより形成されている。ｎ型層３ａの裏面のｎ型ＧａＡｓは、ｎ型オーミック電極２上に接合され、熱処理をされてオーミックコンタクト（低抵抗性の接触）が取られている。半導体薄膜３を含めたｎ型オーミック電極２の全面は、層間絶縁膜４により覆われており、半導体薄膜３上における層間絶縁膜４の一部に、光放射用の開口部４ａが形成されている。層間絶縁膜４上には、透明な金属膜（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）からなるｐ型オーミック電極５が形成され、このｐ型オーミック電極５が開口部４ａを介してｐ型層３ｂに接続されている。

例えば、ｎ型オーミック電極２を接地電位とし、ｐ型オーミック電極５側に正電位を印加することにより、半導体薄膜３の表面の発光領域から発光し、この光が開口部４ａを通して外部へ放射される。

この種のＬＥＤ装置では、半導体薄膜３の裏面からｎ電極を取っているので、半導体薄膜３の上面からｐ電極及びｎ電極の２つの電極を取る構造のＬＥＤ装置に比べて、１電極分のスペースを削減でき、ＬＥＤ装置における平面形状の小型化が可能になる。又、ゲート電極、ｎ側電極、及びｐ側電極の３端子を有する半導体装置を、半導体薄膜３により形成する場合、例えば、１つの電極を半導体薄膜３の裏面から取ることにより、１電極分の平面形状の小型化が可能になる。

しかしながら、従来のＬＥＤ装置では、半導体薄膜３とｎ型オーミック電極２との間の接合箇所において、半導体薄膜３内で発生した光が吸収されやすい。そのため、開口部４ａから放射される光量が減少し、発光効率が小さくなるという課題があった。

又、ｎ型オーミック電極２の種類によっては、オーミック接触を取るための熱処理後、更に光が吸収されやすいものもある。この対策として、熱処理を行わなくて済むようにｎ型オーミック電極２に接する半導体薄膜部分に、不純物イオンのドーピング（添加）濃度を高くすることも考えられる。しかし、ドーピング濃度を高くすると、半導体薄膜部分に欠陥が増える傾向にあり、信頼性上問題が生じるので、このような対策を採用できない。

本発明は、このような従来の課題を解決し、平面形状の小型化が可能で、且つ、発光効率の大きな半導体装置と、これを用いたプリントヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、基板と、前記基板上に形成されたオーミック電極膜と、表面及び裏面を有し、前記裏面が前記オーミック電極膜上に接合され、電気を光に変換して前記表面側から出射すると共に、前記光の一部が前記裏面側から漏れる半導体薄膜と、前記オーミック電極膜と前記半導体薄膜とが接合された接合箇所において、前記オーミック電極膜内又は前記半導体薄膜の裏面内のいずれか一方に形成された１つ又は複数の開口部と、前記開口部内に設けられ、前記半導体薄膜の前記裏面側から漏れる前記光を前記半導体薄膜の方向へ反射する反射部と、を有することを特徴とする。

本発明のプリントヘッドは、前記発明の半導体装置と、前記半導体装置における前記半導体薄膜から出射される前記光を導く光学系と、を有することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、搬送手段により搬送される記録媒体に記録材による画像を形成する画像形成部を有する画像形成装置において、前記画像形成部は、像担持体と、記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、前記発明のプリントヘッドにより構成され、帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、オーミック電極膜上に接合された半導体薄膜と、前記オーミック電極膜内又は前記半導体薄膜の裏面内のいずれか一方に形成された開口部と、前記開口部内に設けられ、前記半導体薄膜の前記裏面側から漏れる前記光を前記半導体薄膜の方向へ反射する反射部とを有するので、半導体薄膜とオーミック電極膜との接合箇所のオーミック性をそれほど低下させることなく、反射部の光反射により、光出力を向上できる。

本発明のプリントヘッドによれば、前記発明の半導体装置を使用しているので、小型化が可能で、発光効率が大きく、信頼性の高いプリントヘッドを提供することができる。

本発明の画像形成装置によれば、前記発明のプリントヘッドを使用しているので、小型化が可能で、発光効率が大きく、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の構成）
図２は、本発明の実施例１における半導体装置を示す模式的な平面図である。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１における図２中のＢ１−Ｂ２線断面を示す半導体装置の模式的な拡大断面図であり、図同図（ａ）は半導体装置の全体の断面図、及び、同図（ｂ）は同図（ａ）中のｎ型半導体薄膜の断面図である。

図１（ａ）に示す半導体装置は、ＬＥＤ装置であり、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板等）の基板１０を有している。基板１０内には、例えば、図示しない集積回路素子等が形成され、更に、その基板１０上に、金属膜（例えば、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＧｅ等）からなるオーミック電極膜（例えば、ｎ型オーミック電極）１１が形成されている。ｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域内には、方形の開口部が形成され、この開口部内に反射部１２が設けられている。反射部１２は、例えば、ｎ型オーミック電極１１よりも反射率の大きなＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の第１の高反射金属膜により形成されている。

反射部１２を中心にしたｎ型オーミック電極１１上には、ＬＥＤを構成するｎ型半導体薄膜２０が固着されている。ｎ型半導体薄膜２０は、例えば、下部のｎ型層２０ａ及び上部のｐ型層２０ｂからなるｐｎ接合を有し、このｎ型層２０ａの裏面が、ｎ型オーミック電極１１上に接合され、熱処理をされてオーミックコンタクトが取られている。半導体薄膜２０を含めたｎ型オーミック電極１１の全面は、ＳｉＮ膜、有機絶縁膜等からなる層間絶縁膜３０により覆われており、半導体薄膜２０上における層間絶縁膜３０の一部に、光出射用の開口部３０ａが形成されている。層間絶縁膜３０上には、透明な金属膜（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等）からなるｐ型オーミック電極３１が形成され、このｐ型オーミック電極３１が開口部３０ａを介してｐ型層２０ｂに接続されている。

ｎ型半導体薄膜２０は、例えば、単結晶半導体材料から構成されている。単結晶半導体材料は、例えば、Ｓｉ又は化合物半導体材料である。化合物半導体材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、あるいはＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓ等の３元系、あるいはＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓＰ等の４元系、Ｇａｐｓ、ＧａＡｓＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物を含む窒化物半導体である。このｎ型半導体薄膜２０の具体的な構成例が図１（ｂ）に示されている。

図１（ｂ）に示すｎ型半導体薄膜２０は、下部のｎ型層２０ａ及び上部のｐ型層２０ｂにより構成されている。下部のｎ型層２０ａは、下層から上層に向けて、例えば、ｎ型ＧａＡｓ層からなる接合層２１、ｎ型Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層からなる導通層２２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるｎ側コンタクト層２３、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層からなる下クラッド層２４、及び、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_ｌ−_ｙＡｓ層からなるｎ型活性層２５が順に積層されている。上部のｐ型層２０ｂは、ｎ型活性層２５上に形成されたｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層からなる上部クラッド層２６と、この上に形成されたｐ型ＧａＡｓ層からなるｐ側コンタクト層２７とにより構成されている。

ここで、Ａｌ組成ｔ、ｘ、ｙ、ｚは、例えば、ｔ、ｘ、ｚ＞ｙであることが望ましい。この条件を満たすｔ、ｘ、ｙ、ｚは、例えば、ｔ＝０．２、ｘ、ｚ＝０．６、ｙ＝０．１５である。

図２に示す半導体装置の平面において、方形の基板１０上には、反射部１２を有するｎ型オーミック電極１１を介して、複数（例えば、６つ）のＬＥＤ用半導体薄膜２０が１列（１次元）に配列されている。複数の半導体薄膜２０は、個別に素子分離され、これらにそれぞれ接続されたｐ型オーミック電極１１も互いに分離されている。各半導体薄膜２０にそれぞれ接続されたｎ型オーミック電極１１は、例えば、基板１０上に形成された図示しない共通の配線によって相互に接続されている。

１つの半導体薄膜２０における上面の発光領域の大きさは、複数の半導体薄膜２０の配列ピッチに応じて適宜設計することができる。例えば、発光領域の大きさを１６μｍ□、配列ピッチを４２．３μｍとしたり、発光領域の大きさを８μｍ、配列ピッチを２１．２μｍとする等である。なお、半導体薄膜２０の数は任意であり（６つ以外の数であって１つでもよい。）、又、配列も図２のような１次元の配列の他に、２次元に配列してもよい。

（実施例１の反射部の反射特性）
図３は、図１中の反射部１２における光波長（ｎｍ）に対する反射率（％）の特性を示す反射特性図である。

図１の半導体装置において、例えば、半導体薄膜２０における裏面側の接合層２１をｎ型ＧａＡｓ層、発光部となるｎ型活性層２５をｎ型ＡｌＧａＡｓ層、ｎ型オーミック電極１１をＡｕＧｅＮｉ層とした場合、反射部１２を形成する高反射金属膜としては、次のような材料が望ましい。

図３の反射特性図において、発光部となるｎ型活性層２５をｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓとした場合、発光波長はほぼ７６０（ｎｍ）程度である。発光波長７６０（ｎｍ）のときの各金属膜の反射率は以下の通りである。

Ａｇ（９８％）、Ｃｕ（９７％）、Ａｌ（８７％）、ＡｕＧｅＮｉ（８５％）、
Ｐｔ（７６％）、Ｐｄ（７５％）、Ｔｉ（５６％）
また、ｎ型活性層２５を４元系のｎ型ＡｌＩｎＧａＰとし、発光波長を６６０（ｎｍ）としたときの各金属膜の反射率は以下のようになる。

Ａｇ（９９％）、Ｃｕ（９６％）、Ａｌ（９０％）、ＡｕＧｅＮｉ（８２％）、
Ｐｔ（７５％）、Ｐｄ（７３％）、Ｔｉ（５６％）
そのため、ｎ型オーミック電極１１のＡｕＧｅＮｉ層より高反射な金属膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌであるから、これらの金属膜により反射部１２を形成するのが望ましい。

（実施例１の製造方法）
図４−１（ａ）〜（ｃ）及び図４−２（ｄ）、（ｅ）は、図１及び図２の半導体装置における製造方法の例を示す模式的な製造工程図である。

図１及び図２のような半導体装置を製造する場合、先ず、図４−１（ａ）の工程において、例えば、ＧａＡｓ基板のような半導体基板４０を用意し、この半導体基板４０上に、この半導体基板４０に対して選択的にエッチングできる犠牲層４１（例えば、半導体層であるＡｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層（ｓ≧０．６））を形成する。犠牲膜４１は、次にこの上に形成される単結晶の半導体薄膜層２０に対しても選択的にエッチングできる半導体材料を使用する。犠牲膜４１の形成後、例えば、半導体結晶成長法であるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸成長法）やＭＢＥ法（分子線エビタキシー法）等により、犠牲膜４１上に、図１（ｂ）の積層構造を有する単結晶の半導体薄膜層２０を順次形成する。

半導体薄膜２０の膜厚は、形成するＬＥＤの構造及び所定の特性を得るために必要な膜厚とする。例えば、半導体薄膜２０の膜厚は、０．１〜１０μｍとすることができる。半導体薄膜２０の膜厚が厚すぎると、後の配線形成工程において半導体薄膜２０を乗り越える配線形成がやり難くなるので、これらも考慮して最適な膜厚に設定しておく。

図４−１（ｂ）の工程において、ホトリソグラフィ技術により、半導体薄膜２０を選択的にエッチングし、図２のような複数の方形の半導体薄膜パターンを形成し、犠牲層４１を露出させる。次に、半導体薄膜２０上に支持体４２を形成した後、エッチング液を使って犠牲層４２をエッチングする。図４−１（ｂ）では、犠牲層エッチングの途中の過程が示されている。

図４−１（ｃ）の工程において、犠牲層４１を全てエッチングすることにより、半導体基板４０から半導体薄膜２０を剥離する。

図４−２（ｄ）の工程において、内部に集積回路素子等が形成されたＳｉ基板等の基板１０を用意する。ＣＶＤ（化学気相成長法）等により、基板１０の全面に、高熱伝導特性を有する金属膜（例えば、ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＧｅ等）を形成し、エッチングにより、その金属膜をパターニングして所定箇所にｎ型オーミック電極１１を形成する。ホトリソグラフィ技術のエッチング及びリフトオフ法等を用い、ｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域に方形の開口部を形成した後、ＣＶＤ等により、全面に高反射金属膜を形成してその開口部を埋める。高反射金属膜としては、半導体薄膜２０の裏面側における接合層２１に対して反応し難い（即ち、例えば、３５０°Ｃ程度の熱処理によっても合金化し難い）金属（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等）を用いる。次に、研磨やエッチング等により、ｎ型オーミック電極１１が露出するまで削ると、ｎ型オーミック電極１１の開口部内に、高反射金属膜からなる反射部１２が形成される。支持体４２に支持された半導体薄膜２０を、ｎ型オーミック電極１１の反射部１２上に位置決めする。

図４−２（ｅ）の工程において、支持体４２に支持された半導体薄膜２０の裏面を、反射部１２を中心にしてｎ型オーミック電極１１の表面に加圧及び密着させ、半導体薄膜２０をｎ型オーミック電極１１上に、接合表面間に働く分子間力によって直接接合する。直接接合を完了した後、剥離剤等により、支持体４２を除去する。

半導体薄膜２０をｎ型オーミック電極１１上に接合した後、図２に示すように、エッチング等により、半導体薄膜間の素子分離等を行って複数のＬＥＤ構造に加工する。図１（ａ）に示すように、ＣＶＤ等により、全面にＳｉＮ膜、有機絶縁膜等からなる層間絶縁膜３０を被着し、ホトリソグラフィ技術により、各半導体薄膜２０上における層間絶縁膜３０の一部に、光出射用の開口部３０ａを形成する。層間絶縁膜３０上に、透明な金属膜（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等）からなるｐ型オーミック電極３１を選択的に形成し、このｐ型オーミック電極３１を、開口部３０ａを介して各半導体薄膜２０のｐ型層２０ｂに接続する。最後に、基板１０を切断して、複数個の半導体薄膜２０を有する半導体装置、又は、１個の半導体薄膜２０を有する半導体装置に分離等すれば、製造工程が終了する。

（実施例１の動作）
前記のようにして製造された図１及び図２の半導体装置において、例えば、複数個の半導体薄膜２０を有する半導体装置の場合、同一のｎ型オーミック電極１１に対して、複数個の半導体薄膜２０における裏面側の接合層２１が共通に接続されていれば、その同一のｎ型オーミック電極１１を共通電位の接地電位とし、各個別の半導体薄膜２０におけるｐ型オーミック電極３１に正電位を印加する。これにより、各半導体薄膜２０の表面の発光領域からそれぞれ発光し、これらの光が各開口部３０ａを通して外部へ出射されるので、複数個の半導体薄膜２０を個別に点灯制御することができる。

又、１個の半導体薄膜２０を有する半導体装置の場合は、ｎ型オーミック電極１１を接地電位とし、ｐ型オーミック電極３１に正電位を印加すれば、半導体薄膜２０の表面の発光領域から発光し、この光が開口部３０ａを通して外部へ出射される。

ここで、半導体薄膜２０において、内部のｎ型活性層２５で発生した光は、大半が上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射されるが、発生した光の一部が、下部のｎ型層２０ａを通して裏面側へ放射される。裏面側へ放射された光は、高反射金属膜からなる反射部１２で反射され、下部のｎ型層２０ａ、上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射される。そのため、表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（１）、（２）のような効果がある。
（１） ｎ型オーミック電極１１上に半導体薄膜２０を接合した半導体装置において、ｎ型オーミック電極１１の一部（例えば、中央付近）に、半導体薄膜２０における裏面側の接合層２１に対して反応し難い高反射金属膜からなる反射部１２を配設したので、半導体薄膜２０とｎ型オーミック電極１１との接合箇所のオーミック性をそれほど低下させることなく、反射部１２の光反射により、光出力を向上できる。

（２） 図２のような複数個の半導体薄膜２０を有する半導体装置の場合、複数個の半導体薄膜２０を、高熱伝導性の金属膜からなるｎ型オーミック電極１１上に直接接合する構造にしたので、複数個の半導体薄膜２０を集積した形態であっても、各半導体薄膜２０の放熱性が高く、集積した半導体薄膜群の素子特性や寿命の劣化を防止するこができる。これにより、集積した半導体薄膜２０の特性や信頼性が高い半導体装置を提供することができる。

（実施例１の変形例）
図１（ａ）において、ｎ型オーミック電極１１中に配設される反射部１２に代えて、あるいは、反射部１２と併用して、有機膜（図示しないが、説明の便宜上、この有機膜に符号「１２Ａ」を付す。）を設けてもよい。

金属膜上ではまったく固着しない材料でも、有機膜上では接合できる場合もある。有機膜１２Ａの有機材料としては、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド等がある。このような有機膜１２Ａ上には、半導体薄膜２０を強固に接合しやすいことが分かっている。有機膜１２Ａで半導体薄膜２０を強固に接合し、ｎ型オーミック電極１１で半導体薄膜２０の裏面と電気的なオーミック接合を取る。これにより、強固に接合及びオーミック性を兼ね備えることができる。

特に、反射部１２と併用して有機膜１２Ａを設ければ、反射部１２において接合強度が小さくなっても、有機膜１２Ａにて接合強度を補強できるという効果がある。

（実施例２の構成）
図５は、本発明の実施例２における半導体装置を示す模式的な断面図であり、この図に対応する実施例１の図１（ａ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２の半導体装置では、実施例１の反射部１２に代えて、これとは構成の異なる複数の反射部１３が、ｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域内に形成された複数の開口部内に設けられている。複数の反射部１３は、平面からみて所定間隔をおいて並行に配列された複数の帯状部材、又は所定間隔をおいてマトリクス状に配列された複数の小片部材により構成され、これらの各反射部１３が、半導体薄膜２０における裏面側の接合層２１に対して反応し難い金属膜であって、且つ、ｎ型オーミック電極１１よりも反射率の大きなＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の高反射金属膜により形成されている。その他の構成は、実施例１と同様である。

（実施例２の製造方法）
複数の反射部１３を形成する場合、基板１０上に形成されたｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域内に、ホトリソグラフィ技術のエッチング及びリフトオフ法等を用いて複数の開口部を形成した後、ＣＶＤ等により、全面に高反射金属膜を形成してその複数の開口部を埋める。高反射金属膜としては、実施例１と同様に、半導体薄膜２０の裏面側における接合層２１に対して反応し難い（即ち、例えば、３５０°Ｃ程度の熱処理によっても合金化し難い）金属（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等）を用いる。次に、研磨やエッチング等により、ｎ型オーミック電極１１が露出するまで削ると、ｎ型オーミック電極１１における複数の開口部内に、高反射金属膜からなる複数の反射部１３が形成される。

その後、実施例１と同様に、反射部１３を含むｎ型オーミック電極１１上に、半導体薄膜２０、層間絶縁膜３１、及びｐ型オーミック電極３１が順に積層される。

（実施例２の動作）
例えば、ｎ型オーミック電極１１を接地電位とし、ｐ型オーミック電極３１に正電位を印加すれば、ｐ型オーミック電極３１からｎ型オーミック電極１１方向へ電流が流れ、図１（ｂ）に示す半導体薄膜２０内のｎ型活性層２５が発光する。ｎ型活性層２５で発生した光Ｈは、一部が上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射されるが、発生した光Ｈの一部が、下部のｎ型層２０ａを通して裏面側へ放射される。裏面側へ放射された光Ｈは、高反射金属膜からなる複数の反射部１３で反射され、下部のｎ型層２０ａ、上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射される。そのため、表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。

（実施例２の効果）
半導体薄膜２０の下に、小面積のｎ型オーミック電極１１と反射部１３が複数配置されているので、電流が複数箇所のオーミック電極１１へ分散されて流れ、１箇所のオーミック電極近辺のみに集中することを避けられる。そのため、半導体薄膜２０の表面から放射される光Ｈの分布状態が特定箇所に偏らずに均一になり、しかも、半導体薄膜２０の部分的な劣化を抑制できる。

（実施例２の変形例１）
図６は、図５の変形例１を示す複数の反射部付近の拡大断面図である。
この変形例１では、図５中の高反射金属膜からなる複数の反射部１３に代えて、半導体薄膜２０における裏面側の接合層２１に対して反応し難い無機絶縁膜からなる複数の反射部１３Ａが、ｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域内に形成された複数の開口部内に設けられている。複数の反射部１３Ａを構成する無機絶縁膜は、屈折率が低く、接合層２１との界面においてその低屈折率による全反射角の低減により、接合層２１からの光Ｈを反射（高反射）する機能を有している。無機絶縁膜の屈折率は、製膜条件により変わるが、例えば、下記の通りである。

空気（１）に対して、
Ｓｉ０２（１．４８）、Ａｌ２Ｏ３（１．６３）、ＳｉＮ（２．０）
複数の反射部１３Ａを構成する無機絶縁膜としては、Ｓｉ０２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の種々のものがあるが、例えば、低屈折率のＳｉＯ２が望ましい。

このような半導体装置では、電圧の印加により、半導体薄膜２０内のｎ型活性層２５で発生した光Ｈの一部が、下部のｎ型層２０ａを通して裏面側へ出射される。裏面側へ放射された光Ｈは、ｎ型層２０ａの底面の接合面２１と、無機絶縁膜からなる複数の反射部１３Ａとの界面で反射され、下部のｎ型層２０ａ、上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ放射される。そのため、表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。

（実施例２の変形例２）
図７は、図５の変形例２を示す半導体装置の模式的な断面図であり、実施例２を示す図５及びこの変形例１を示す図６中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

この変形例２では、図６に示す無機絶縁膜からなる複数の反射部１３Ａを有するｎ型オーミック電極１１の下に、第２の高反射金属膜（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等）からなる高反射電極１４が配置されている。その他の構成は、実施例２及びこの変形例１と同様である。

基板１０が光を吸収する場合は、無機絶縁膜からなる複数の反射部１３Ａの下に高反射電極１４を配置形成すれば、無機絶縁膜からなる複数の反射部１３Ａを通って基板１０に吸収される光を、その高反射電極１４で反射させることができる。これにより、半導体薄膜２０の表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。

図８は、本発明の実施例３における半導体装置を示す模式的な断面図であり、実施例２を示す図５中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例３の半導体装置では、実施例２の高反射金属膜からなる複数の反射部１３に代えて、空気層を収容する複数の開口部からなる複数の反射部１５が、ｎ型オーミック電極１１における方形の半導体薄膜形成予定領域内に形成されている。複数の反射部１５を構成する開口部内の空気層は、屈折率が低く（＝１）、接合層２１との界面においてその低屈折率により、接合層２１からの光を反射する機能を有している。このような複数の開口部に収容された空気層からなる複数の反射部１５は、ｎ型オーミック電極１１を、ホトリソグラフィ技術のエッチング及びリフトオフ法等を用いたパターニングだけで形成できる。その他の構成は、実施例２と同様である。

図９は、図８に示す複数の反射部付近の拡大断面図である。
本実施例３の半導体装置では、電圧の印加により、半導体薄膜２０内のｎ型活性層２５で発生した光Ｈの一部が、下部のｎ型層２０ａを通して裏面側へ放射される。裏面側へ放射された光Ｈは、ｎ型層２０ａの底面の接合面２１と、複数の開口部内に収容された空気層からなる複数の反射部１５との界面で反射され、下部のｎ型層２０ａ、上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射される。そのため、表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。しかも、複数の開口部内に収容された空気層からなる複数の反射部１５は、ｎ型オーミック電極１１をパターニングするだけで形成できるので、製造が容易である。

（実施例３の変形例）
図１０は、図８の実施例３における変形例を示す半導体装置の模式的な断面図である。
この変形例では、図８に示す複数の開口部内に収容された空気層からなる複数の反射部１５を有するｎ型オーミック電極１１の下に、第２の高反射金属膜（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等）からなる高反射電極１４が配置されている。その他の構成は、実施例３と同様である。

基板１０が光を吸収する場合は、複数の開口部内に収容された空気層からなる複数の反射部１５の下に高反射電極１４を配置形成すれば、複数の開口部内に収容された空気層からなる複数の反射部１５を通って基板１０に吸収される光を、その高反射電極１４で反射させることができる。これにより、半導体薄膜２０の表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。

図１１は、本発明の実施例４における半導体装置を示す模式的な断面図であり、実施例１を示す図１（ｂ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例４の半導体装置では、実施例１の高反射金属膜からなる反射部１２に代えて、空気層を収容する複数の開口部（例えば、凹部）からなる複数の反射部１６が、半導体薄膜２０の裏面に形成されている。複数の反射部１６を構成する各凹部内の空気層は、屈折率が低く（＝１）、半導体薄膜２０の裏面との界面においてその低屈折率により、半導体薄膜２０内のｎ型活性層２５からの光を反射する機能を有している。このような空気層を収容する複数の凹部からなる複数の反射部１６は、半導体薄膜２０の裏面をエッチングするだけで形成できる。その他の構成は、実施例１と同様である。

図１２は、図１１中の半導体薄膜２０を示す拡大断面図である。
本実施例４の半導体装置では、電圧の印加により、半導体薄膜２０内のｎ型活性層２５で発生した光Ｈの一部が、下部のｎ型層２０ａ方向へ放射される。放射された光Ｈは、ｎ型層２０ａと、空気層を収容した複数の凹部からなる複数の反射部１６との界面で反射され、上部のｐ型層２０ｂ及び表面の開口部３０ａを通して外部へ出射される。そのため、表面の開口部３０ａから出射される光量が増え、発光効率が向上する。しかも、複数の凹部からなる複数の反射部１６は、半導体薄膜２０の裏面をエッチングするだけで形成できるので、製造が容易である。

図１３は、本発明の実施例５における半導体装置の要部を示す模式的な断面図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

実施例１〜４及びこれらの変形例では、ｎ型半導体薄膜２０を搭載した半導体装置について説明したが、実施例１〜４及びこれらの変形例は、ｐ型半導体薄膜２０Ａを搭載した半導体装置についても適用できる。

この場合、基板１０上には、ｎ型オーミック電極１１に代えて、ＡｕＺｎ、Ｔｉ、Ａｌ等のｐ型オーミック電極１１Ａが形成される。このｐ型オーミック電極１１Ａ上には、ｐ型半導体薄膜２０Ａが接合される。ｐ型半導体薄膜２０Ａは、下層から上層に向けて、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層からなる接合層２１Ａ、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層からなる下クラッド層２４Ａ、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_ｌ−_ｙＡｓ層からなるｐ型活性層２５Ａ、ｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層からなる上部クラッド層２６Ａ、及びｎ型ＧａＡｓ層からなるｎ側コンタクト層２７Ａが積層された構成になっている。

このような構成のｐ型半導体薄膜２０Ａを搭載した半導体装置では、ｎ側コンタクト層２７Ａを接地電位にし、ｐ型オーミック電極１１Ａを介して接合層２１Ａに正電位を印加すれば、接合層２１Ａからｎ側コンタクト層２７Ａ方向へ電流が流れ、ｐ型活性層２５Ａが発光する。従って、実施例１〜４及びこれらの変形例とほぼ同様の作用効果を奏することができる。

（実施例６の構成）
図１４は、本発明の実施例６におけるプリントヘッドの構成例を示す断面図である。
このプリントヘッド１００は、ＬＥＤプリントヘッドであり、実施例１〜５及びこれらの変形例のいずれかの半導体装置を用いて構成されており、部品搭載用のベース部材１０１を有している。ベース部材１０１は、例えば、水平部と、この水平部の両側面に立設された脚部等とにより構成され、その両脚部に開口部１０１ａがそれぞれ形成されている。ベース部材１０１の水平部には、ＬＥＤユニット２００が搭載されている。ＬＥＤユニット２００は、実装基板２０１を有し、この実装基板２０１上に、光を出射するための発光ユニット２０２等が搭載されている。

ベース部材１０１及びＬＥＤユニット２００を覆うように、レンズホルダ１０２が装着されている。レンズホルダ１０２は、キャップ状の頭部と、この頭部の両側面に立設された脚部等とにより構成され、その両脚部に開口部１０２ａがそれぞれ形成されている。レンズホルダ１０２の頭部には、ロッドレンズアレイ１０３が装着されている。ロッドレンズアレイ１０３は、発光部ユニット２０２の上方に配置され、この発光部ユニット２０２から出射された光を集光する光学素子であり、例えば、複数の柱状の光学レンズが直線状に配列された構造をしている。

ベース部材１０１、ＬＥＤユニット２００及びレンズホルダ１０２は、そのベース部材１０１及びレンズホルダ１０２に形成された開口部１０１ａ，１０２ａを介して取り付けられたクランパ１０４によって一体的に挟持されている。

図１５は、図１４中のＬＥＤユニット２００の構成例を示す平面図である。
このＬＥＤユニット２００は、実施例１〜５及びこれらの変形例の何れかの半導体装置等が、ほぼ長方形の実装基板２０１上に搭載されたものである。実装基板２０１上には、この長手方向に沿って、複数の発光部２０２−１〜２０２−Ｋからなる発光部ユニット２０２が配設されている。発光部ユニット２０２の各発光部２０２−１〜２０２−Ｋは、実施例１〜５やこれらの変形例で説明したＬＥＤ用の半導体装置と、この半導体装置を駆動するための駆動部等とにより構成されている。実装基板２０１上には、更に、電子部品が配置されて配線が形成されている電子部品実装エリア２０３，２０４、及び外部から制御信号や電源等を供給するためのコネクタ２０５等が設けられている。

（実施例６の動作）
電源を投入すると、発光部ユニット２０２における発光部２０２−１〜２０２−Ｋから光が出射される。この光はロッドレンズアレイ１０３により集光され、所定の外部部材（例えば、用紙等の記録媒体）に照射される。

（実施例６の効果）
本実施例６のプリントヘッド１００によれば、ＬＥＤユニット２００として、前記実施例１〜５及びこれらの変形例の何れかの半導体装置が使用されるため、小型化が可能で、発光効率が大きく、信頼性の高いプリントヘッドを提供することができる。このプリントヘッド１００は、例えば、電子写真プリンタ、電子写真複写機等の露光装置といった種々の用途に使用できる。

（実施例７の構成）
図１６は、本発明の実施例７における画像形成装置の概略を示す模式的な要部の構成図である。

この画像形成装置は、例えば、実施例６のプリントヘッド１００を露光装置として用いた電子写真カラープリンタであり、黒（Ｋ）、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の画像を、各々に形成する４つの画像形成部（例えば、画像形成ユニット）３００（＝３００Ｋ，３００Ｙ，３００Ｍ，３００Ｃ）が記録媒体（例えば、用紙）３０９の搬送経路３１０に沿ってその上流側から順に配設されている。

各画像形成ユニット３００には、像担持体（例えば、感光ドラム）３０１が矢印方向に回転可能に配置され、この感光ドラム３０１の周囲にはその回転方向上流側から順に、感光ドラム３０１の表面に電気供給して帯電させる帯電手段（例えば、帯電装置）３０２、帯電された感光ドラム３０１の表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段（例えば、プリントヘッド）１００が配設されている。更に、静電潜像が形成された感光ドラム３０１の表面に、記録材（例えば、所定色のトナー）を付着させて顕像を発生させる現像手段（例えば、現像装置）３０３、及び感光ドラム３０１の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置３０４が配設されている。これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源及びギアにより回転する構成になっている。

画像形成装置の下部には、用紙３０９を堆積した状態で収納する用紙カセット３１１が装着されている。用紙カセット３１１の上方には、用紙３０９を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ３１２が設けられている。用紙３０９の搬送方向におけるホッピングローラ３１２の下流側には、ピンチローラ３１３，３１４と共に用紙３０９を挟持することによって、用紙３０９の斜行を修正し、各画像形成ユニット３００へ搬送するレジストローラ３１５，３１６が設けられている。これらのホッピングローラ３１２及びレジストローラ３１５，３１６は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転する構成になっている。

各画像形成ユニット３００の感光ドラム３０１に対向する位置には、半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ３１７がそれぞれ設けられている。そして、各感光ドラム３０１上のトナーを用紙３０９に付着させるために、各感光ドラム３０１の表面と各転写ローラ３１７の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

画像形成ユニット３００Ｃの近傍には、定着装置３１８が設けられている。定着装置３１８は、加熱ローラ、及びバックアップローラを有し、用紙３０９上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着させる装置であり、この下流側に、排出ローラ３１９，３２０、ピンチローラ３２１，３２２、及び用紙スタッカ部３２３が設けられている。排出ローラ３１９，３２０は、定着装置３１８から排出された用紙３０９を、排出部のピンチローラ３２１，３２２と共に挟持し、用紙スタッカ部３２３へ搬送する機能を有している。排出ローラ３１９，３２０は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転する構成になっている。

（実施例７の動作）
画像形成装置の動作を説明すると、先ず、用紙カセット３１１に堆積した状態で収納されている用紙３０９がホッピングローラ３１２によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この用紙３０９は、レジストローラ３１５，３１６及びピンチローラ３１３，３１４に挟持されて、黒用画像形成ユニット３００Ｋの感光ドラム３０１及び転写ローラ３１７へ搬送される。その後、用紙３０９は、感光ドラム３０１及び転写ローラ３１７に挟持され、その記録画面にトナー画像が転写されると同時に感光ドラム３０１の回転によって搬送される。

同様にして、用紙３０９は、順次、黄用画像形成ユニット３００Ｙ、マゼンタ用画像形成ユニット３００Ｍ、及びシアン用画像形成ユニット３００Ｃを通過し、この通過過程で、各露光装置１００により形成された静電潜像を、各現像装置３０３によって現像した各色のトナー像がその記録画面に順次転写されて重ね合わされる。そして、記録面上に各色のトナー像が重ね合わされた後、定着装置３１８によってトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙３０９は、排出ローラ３１９，３２０及びピンチローラ３２１，３２２に挟持され、用紙スタッカ部３２３へ排出される。このような過程を経て、カラー画像が用紙３０９上に形成される。

（実施例７の効果）
本実施例７の画像形成装置によれば、前記実施例６のプリントヘッド１００を採用しているため、小型化が可能で、発光効率が大きく、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

（実施例１〜７の他の変形例）
本発明は、上記実施例や変形例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。

（ａ） 図１の反射部１２、図５の反射部１３、図６の反射部１３Ａを半導体薄膜２０，２０Ａの裏面側に設けてもよい。

（ｂ） 実施例１の変形例で説明した有機膜１２Ａは、他の実施例２〜５及びこれらの変形例におけるオーミック電極１１，１１Ａ内に、追加（即ち、併用）して設けてもよく、これにより、実施例１の変形例とほぼ同様の効果を奏することができる。

（ｃ） 図２の半導体装置において、基板１０上に集積する複数の半導体薄膜２０は、全て同一のＬＥＤ用の半導体薄膜であってもよいし、一部あるいは全てが異なる半導体薄膜の組み合わせ（即ち、ＬＥＤ用の半導体薄膜と他の受光素子等の半導体薄膜との混成集積型）であってもよい。又、集積する半導体薄膜２０の材料が異なってもよい。

本発明の実施例１における半導体装置を示す模式的な拡大断面図である。 本発明の実施例１における半導体装置を示す模式的な平面図である。 図１中の反射部における光波長（ｎｍ）に対する反射率（％）の特性を示す反射特性図である。 図１及び図２の半導体装置における製造方法の例を示す模式的な製造工程図である。 図１及び図２の半導体装置における製造方法の例を示す模式的な製造工程図である。 本発明の実施例２における半導体装置を示す模式的な断面図である。 図５の変形例１を示す複数の反射部付近の拡大断面図である。 図５の変形例２を示す半導体装置の模式的な断面図である。 本発明の実施例３における半導体装置を示す模式的な断面図である。 図８に示す複数の反射部付近の拡大断面図である。 図８の実施例３における変形例を示す半導体装置の模式的な断面図である。 本発明の実施例４における半導体装置を示す模式的な断面図である。 図１１中の半導体薄膜を示す拡大断面図である。 本発明の実施例５における半導体装置の要部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施例６におけるプリントヘッドの構成例を示す断面図である。 図１４中のＬＥＤユニットの構成例を示す平面図である。 本発明の実施例７における画像形成装置の概略を示す模式的な要部の構成図である。 従来の半導体装置を示す模式的な構成図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ ｎ型オーミック電極
１１Ａ ｐ型オーミック電極
１２，１２Ａ，１３，１３Ａ，１５，１６， 反射部
１４ 高反射電極
２０ ｎ型半導体薄膜
２０Ａ ｐ型半導体薄膜
３１ ｐ型オーミック電極
１００ プリントヘッド
１０３ ロッドレンズアレイ
２００ ＬＥＤユニット
２０２ 発光部ユニット

Claims (16)

1. 基板と、
   前記基板上に形成されたオーミック電極膜と、
   表面及び裏面を有し、前記裏面が前記オーミック電極膜上に接合され、電気を光に変換して前記表面側から出射すると共に、前記光の一部が前記裏面側から漏れる半導体薄膜と、
   前記オーミック電極膜と前記半導体薄膜とが接合された接合箇所において、前記オーミック電極膜内又は前記半導体薄膜の裏面内のいずれか一方に形成された１つ又は複数の開口部と、
   前記開口部内に設けられ、前記半導体薄膜の前記裏面側から漏れる前記光を前記半導体薄膜の方向へ反射する反射部と、
   を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記オーミック電極膜内に形成された前記開口部は、
   前記半導体薄膜をパターニングして形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記半導体薄膜の裏面内に形成された前記開口部は、
   前記半導体薄膜の裏面をパターニングして形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記半導体薄膜の裏面内に形成された前記開口部は、
   前記半導体薄膜の裏面がエッチングで形成された凹部形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記半導体薄膜、前記開口部、及び前記反射部は、前記基板上において所定間隔隔てて複数配設されていることを特徴とする半導体装置。
6. 前記反射部は、第１の高反射金属膜により形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記反射部は、前記半導体薄膜の裏面側との境界において、前記半導体薄膜の前記裏面側から漏れた前記光を反射する無機絶縁膜により形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 請求項７記載の半導体装置は、更に、
   前記オーミック電極膜と前記基板との間に形成された第２の高反射金属膜を有することを特徴とする半導体装置。
9. 前記反射部は、前記半導体薄膜の裏面側との境界において、前記半導体薄膜の前記裏面側から漏れた前記光を反射する空気層により形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 請求項９記載の半導体装置は、更に、
    前記オーミック電極膜と前記基板との間に形成された第２の高反射金属膜を有することを特徴とする半導体装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置は、更に、
    前記オーミック電極膜内に形成され、前記半導体薄膜と接合しやすい有機絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置
12. 前記オーミック電極膜は、
    ｎ型オーミック金属膜又はｐ型オーミック金属膜であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
13. 前記半導体薄膜は、化合物半導体及び／又はＳｉを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
14. 前記半導体薄膜は、発光素子を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置における前記半導体薄膜から出射される前記光を導く光学系と、
    を有することを特徴とするプリントヘッド。
16. 搬送手段により搬送される記録媒体に記録材による画像を形成する画像形成部を有する画像形成装置において、
    前記画像形成部は、
    像担持体と、
    記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
    請求項１５記載のプリントヘッドにより構成され、帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、
    前記静電潜像を現像する現像手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。

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