JP2015050230A - Optical element and optical element array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子およびこの光学素子を備える光学素子アレイに関する。 The present invention relates to an optical element and an optical element array including the optical element.
従来、各種露光装置等の光源に用いられる光学素子アレイにおける光学素子として、LEDチップが採用されている。例えば、特許文献1に記載の光学素子アレイは、基板の上面に複数の半導体層を積層した後に、フォトリソグラフィ法によって複数の光学素子を縞状に形成している。そして、複数の配列された光学素子は、複数の半導体層の最上層に電極を接続するためのコンタクト層を有している。 Conventionally, LED chips have been employed as optical elements in optical element arrays used for light sources such as various exposure apparatuses. For example, in the optical element array described in Patent Document 1, after a plurality of semiconductor layers are stacked on the upper surface of a substrate, a plurality of optical elements are formed in a stripe shape by a photolithography method. The plurality of arranged optical elements have a contact layer for connecting an electrode to the uppermost layer of the plurality of semiconductor layers.
しかしながら、最上層に位置するコンタクト層のエッチングレートが小さい場合には、コンタクト層の側面がサイドエッチングによりエッチングされて錐台形状になり、上面の面積が小さくなるという問題があった。 However, when the etching rate of the contact layer located at the uppermost layer is small, there is a problem that the side surface of the contact layer is etched by side etching to form a frustum shape and the area of the upper surface is reduced.
コンタクト層の上面の面積が小さくなることは、すなわち光学素子の発光面積が小さくなることであり、光学素子で発した光を効率よく取り出すことができない。 The reduction in the area of the upper surface of the contact layer means that the light emitting area of the optical element is reduced, and the light emitted from the optical element cannot be extracted efficiently.
コンタクト層の上面の面積を大きくすることは、コンタクト層のサイドエッチング量を予め計算により求めることによって光学素子そのものを大きくすることで対応可能である。しかし、光学素子を大きくすることは光学素子の小型化が図れないばかりか光学素子のコストアップにつながる。また、光学素子の配列の狭ピッチ化が要求されることから単純に光学素子を大きくすることもできない。 Increasing the area of the upper surface of the contact layer can be dealt with by increasing the size of the optical element itself by previously calculating the side etching amount of the contact layer. However, increasing the size of the optical element not only reduces the size of the optical element but also increases the cost of the optical element. Further, since the pitch of the arrangement of the optical elements is required to be narrowed, the optical elements cannot be simply enlarged.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、光学素子の最上層に位置するコンタクト層のエッチングレートが小さい場合であっても、コンタクト層の上面の面積の大きい小型の光学素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a small optical element having a large area on the upper surface of the contact layer even when the etching rate of the contact layer located on the uppermost layer of the optical element is small. The purpose is to do.
本発明の光学素子は、基板と、基板の上面に積層された複数の半導体層と、電極と、絶縁膜とを備え、前記複数の半導体層は、複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層からなるとともに、最上層には複数の錐台部からなる逆導電型コンタクト層を有し、前記複数の錐台部のうち、一の錐台部の上底における、前記一の錐台部の上方に位置する他の錐台部の下底と接する面積は、前記他の錐台部の下底の面積よりも小さくされており、前記電極は、前記逆導電型コンタクト層の上面に接続されて、絶縁膜を介して前記複数の一導電型半導体層および前記複数の逆導電型半導体層の側面上に配置されていることを特徴とする。 An optical element of the present invention includes a substrate, a plurality of semiconductor layers stacked on the upper surface of the substrate, an electrode, and an insulating film, wherein the plurality of semiconductor layers include a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and a plurality of inverted layers. The uppermost layer has a reverse conductivity type contact layer composed of a plurality of frustum portions, and the one of the plurality of frustum portions at the upper base of one frustum portion The area in contact with the lower base of the other frustum portion located above the frustum portion is smaller than the area of the lower base of the other frustum portion, and the electrode is formed of the reverse conductivity type contact layer. It is connected to the upper surface and is disposed on the side surfaces of the plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and the plurality of opposite-conductivity-type semiconductor layers with an insulating film interposed therebetween.
また、本発明の光学素子は、上記構成において、前記複数の錐台部の高さは、前記基体側で低くなっていることを特徴とする。 The optical element of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the height of the plurality of frustum portions is low on the base side.
さらに、本発明の光学素子は、上記構成において、前記複数の錐台部のそれぞれの上底
のうち、他の錐台部の下底と接するものの上底端から、接する前記下底の下底端までの距離は、前記電極の厚みの1/5以下であり、前記複数の錐台部のうち、他の錐台部と接するものの高さは、前記電極の厚みの1/10以下であることを特徴とする。
Furthermore, the optical element of the present invention is the above-mentioned configuration, wherein the lower base of the lower base that is in contact with the lower base of the other frustum part among the upper bases of the plurality of frustum parts is in contact with the lower base of the lower base. The distance to the end is 1/5 or less of the thickness of the electrode, and the height of the plurality of frustum portions that are in contact with the other frustum portions is 1/10 or less of the thickness of the electrode. It is characterized by that.
本発明の光学素子アレイは、上記いずれかの本発明の光学素子を、基体上に複数配列したことを特徴とする。 An optical element array of the present invention is characterized in that a plurality of the optical elements of the present invention are arranged on a substrate.
本発明の光学素子によれば、基板と、基板の上面に積層された複数の半導体層と、電極と、絶縁膜とを備え、前記複数の半導体層は、複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層からなるとともに、最上層には複数の錐台部からなる逆導電型コンタクト層を有し、前記複数の錐台部のうち、一の錐台部の上底における、前記一の錐台部の上方に位置する他の錐台部の下底と接する面積は、前記他の錐台部の下底の面積よりも小さくされており、前記電極は、前記逆導電型コンタクト層の上面に接続されて、絶縁膜を介して前記複数の一導電型半導体層および前記複数の逆導電型半導体層の側面上に配置されていることから、光学素子の最上層に位置するコンタクト層のエッチングレートが小さい場合であっても、コンタクト層の上面の面積の大きい小型の光学素子が実現される。 According to the optical element of the present invention, the optical element includes a substrate, a plurality of semiconductor layers stacked on the upper surface of the substrate, an electrode, and an insulating film. The plurality of semiconductor layers include a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and a plurality of semiconductor layers. The reverse conductivity type semiconductor layer, and the uppermost layer has a reverse conductivity type contact layer composed of a plurality of frustum portions, and among the plurality of frustum portions, in the upper base of one frustum portion, The area in contact with the lower base of another frustum portion located above one frustum portion is smaller than the area of the lower base of the other frustum portion, and the electrode is the reverse conductivity type contact. A contact that is connected to the upper surface of the layer and disposed on the side surfaces of the plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and the plurality of opposite-conductivity-type semiconductor layers via an insulating film, so Even if the etching rate of the layer is small, Large compact optical element area is realized.
以下、本発明の光学素子1の実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は、本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of embodiments of the optical element 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples illustrate the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments.
図1(a)および(b)に示す光学素子1は、ページプリンター等の電子写真装置に組み込まれる光学素子ヘッド等の露光装置における光源および受発光素子センサー等における光源として機能する。 An optical element 1 shown in FIGS. 1A and 1B functions as a light source in an exposure apparatus such as an optical element head incorporated in an electrophotographic apparatus such as a page printer and a light source in a light emitting / receiving element sensor.
光学素子1は、基板2と、基板2の上面に積層された複数の半導体層30と、電極31(第1電極31aおよび第2電極31b)と、絶縁膜8とを備えている。
The optical element 1 includes a
基板2は、例えばシリコン(Si)およびガリウム砒素(GaAs)などの単結晶半導体基板およびサファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板である。例えば、単結晶半導体基板の場合においては、(100)面を<011>方向に2〜7°のオフセット角度を有する基板が好適に用いられる。サファイアの場合においては、C面基板が好適である。ここで、C面とは(0001)面のことである。本例の基板2は、不純物がドーピングされていない高抵抗のシリコン(Si)基板を用いている。
The
複数の半導体層30は、複数の一導電型半導体層および逆導電型半導体層で構成されている。なお、本例では一導電型はn型であり、他導電型はp型である。 The plurality of semiconductor layers 30 are composed of a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and reverse-conductivity-type semiconductor layers. In this example, one conductivity type is n-type, and the other conductivity type is p-type.
まず、基板2の上面には、基板2と基板2の上面に積層される半導体層(本例の場合は
後に説明するn型コンタクト層30b)との格子定数の差を緩衝するバッファ層30aが形成されている。バッファ層30aは、基板2と基板2の上面に形成される半導体層との格子定数の差を緩衝することによって、基板2と光学素子1を構成する半導体層との間に発生する格子歪などの格子欠陥を少なくし、ひいては基板2の上面に形成される光学素子1を構成する半導体層全体の格子欠陥または結晶欠陥を少なくする機能を有する。
First, on the upper surface of the
本例のバッファ層30aは、ガリウム砒素(GaAs)からなり、その厚さが2〜3μm程度とされている。
The
バッファ層30aの上面には、n型コンタクト層30bが形成されている。n型コンタクト層30bは、ガリウム砒素(GaAs)にn型不純物であるシリコン(Si)またはセレン(Se)などがドーピングされており、ドーピング濃度は1×1016〜1×1020atoms/cm3程度とされるとともに、その厚さが0.8〜1μm程度とされている。
An n-
本例では、n型不純物としてシリコン(Si)が1×1018〜2×1018atoms/cm3のドーピング濃度でドーピングされている。n型コンタクト層30bの上面の一部は露出しており、この露出している部分は電第1電極31aを介して、外部電源(図示せず)に接続されている。本例では、図示はしないが、金(Au)線によるワイヤボンディングによって第1電極31aと外部電源が接続されている。金(Au)線の代わりにアルミニウム(Al)線、銅(Cu)線などのワイヤを選択することも可能である。
In this example, silicon (Si) is doped as an n-type impurity at a doping concentration of 1 × 10 18 to 2 × 10 18 atoms / cm 3 . A part of the upper surface of the n-
また、本例ではワイヤボンディングによって第1電極31aと外部電源とを接続しているが、ワイヤボンディングの代わりに、電気配線をはんだなどによって第1電極31aと接合してもよいし、第1電極31aの上面に金スタッドバンプを形成して、電気配線をはんだなどによってこの金(Au)スタッドバンプと接合してもよい。n型コンタクト層30bは、n型コンタクト層30bに接続される第1電極31aとの接触抵抗を下げる機能を有している。
In this example, the
第1電極31aは、例えば金(Au)アンチモン(Sb)合金、金(Au)ゲルマニウム(Ge)合金またはNi系合金などを用いて、その厚さが0.5〜5μm程度で形成される。それとともに、第1電極31aは、基板2の上面からn型コンタクト層30bの上面を覆うように形成される絶縁膜8の上に配置されているため、基板2およびn型コンタクト層30b以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。
The
絶縁膜8は、例えば窒化シリコン(SiNx)または酸化シリコン(SiO2)などの無機絶縁膜や、ポリイミドなどの有機絶縁膜などで形成され、その厚さが0.1〜1μm程度とされている。
The
n型コンタクト層30bの上面には、n型クラッド層30cが形成されており、このn型クラッド層30cは、後に説明する活性層30dに正孔を閉じ込める機能を有している。n型クラッド層30cは、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)にn型不純物であるシリコン(Si)またはセレン(Se)などがドーピングされており、ドーピング濃度は1×1016〜1×1020atoms/cm3程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μm程度とされている。本例では、n型不純物としてシリコン(Si)が1×1017〜5×1017atoms/cm3のドーピング濃度でドーピングされている。
An n-type cladding layer 30c is formed on the upper surface of the n-
n型クラッド層30cの上面には、活性層30dが形成されており、この活性層30dは、電子や正孔などのキャリアが集中して、再結合することによって光を発する発光層と
して機能する。活性層30dは、不純物を含まないアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)であるとともに、その厚さが0.1〜0.5μm程度とされている。なお、本例の活性層30dは、不純物を含まない層であるが、p型不純物を含むp型活性層であっても、n型不純物を含むn型活性層であってもよく、活性層のバンドギャップがn型クラッド層30cおよび後に説明するp型クラッド層30eのバンドギャップよりも小さくなっていればよい。
An active layer 30d is formed on the upper surface of the n-type cladding layer 30c, and this active layer 30d functions as a light-emitting layer that emits light when carriers such as electrons and holes are concentrated and recombined. . The active layer 30d is made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) containing no impurities, and has a thickness of about 0.1 to 0.5 μm. The active layer 30d in this example is a layer that does not contain impurities, but may be a p-type active layer that contains p-type impurities or an n-type active layer that contains n-type impurities. The band gap should be smaller than the band gap of the n-type cladding layer 30c and the p-
活性層30dの上面には、p型クラッド層30eが形成されており、活性層30dに電子を閉じ込める機能を有している。p型クラッド層30eは、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)にp型不純物である亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)または炭素(C)などがドーピングされており、ドーピング濃度は1×1016〜1×1020atoms/cm3程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μm程度とされている。本例では、p型不純物として亜鉛(Zn)が1×1019〜5×1019atoms/cm3のドーピング濃度でドーピングされている。
A p-
p型クラッド層30eの上面には、p型コンタクト層30fが形成されている。p型コンタクト層30fは、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)にp型不純物である亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)または炭素(C)などがドーピングされており、ドーピング濃度は1×1016〜1×1020atoms/cm3程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μm程度とされている。p型コンタクト層30fは、複数の半導体層の最上層に位置しており、複数の錐台部(本例では30fa、30fb、30fcの3つ)で構成されている。ここで錐台とは、錐体から、頂点を共有し相似に縮小した錐体を取り除いた立体図形のことである。
A p-type contact layer 30f is formed on the upper surface of the p-
複数の錐台部のうち、一の錐台部の上底(錐台の2枚の平行な底面の上の底面)における、一の錐台部の上方に位置する他の錐台部の下底(錐台の2枚の平行な底面の下の底面)と接する面積は、他の錐台部の下底の面積よりも小さくされている。本例の場合、錐台部30fbおよび30fcの上底の面積は、それぞれ錐台部30faおよび30fbの下底の面積よりも小さくされている。なお、本例の錐台部30fa、30fbおよび30fcの高さは等しくなっている。 Among the plurality of frustum portions, below the other frustum portions located above the one frustum portion on the upper bottom of the frustum portion (the bottom surface above the two parallel bottom surfaces of the frustum) The area in contact with the bottom (the bottom surface below the two parallel bottom surfaces of the frustum) is smaller than the area of the bottom bottom of the other frustum portions. In the case of this example, the areas of the upper bases of the frustum parts 30fb and 30fc are smaller than the areas of the lower bases of the frustum parts 30fa and 30fb, respectively. In addition, the height of the frustum parts 30fa, 30fb, and 30fc of this example is equal.
このようにp型コンタクト層30fを複数の錐台部で構成することによって、p型コンタクト層30fの上面30ft(上底30ft)の面積を広くすることができる。したがって、光学素子1の発する光を効率よく取り出すことが可能になる。また、錐台部30fcの下底の面積は、p型コンタクト層30fを1つの錐台部で形成する場合に比べて小さくすることができる。 Thus, by forming the p-type contact layer 30f with a plurality of frustum portions, the area of the upper surface 30ft (upper bottom 30ft) of the p-type contact layer 30f can be increased. Therefore, the light emitted from the optical element 1 can be extracted efficiently. In addition, the area of the lower base of the frustum portion 30fc can be reduced as compared with the case where the p-type contact layer 30f is formed by one frustum portion.
よって、光学素子1の最上層に位置するp型コンタクト層30fのエッチングレートが小さい場合であっても、p型コンタクト層30fの上面30ftの面積の大きい小型の光学素子1を実現することができる。 Therefore, even when the etching rate of the p-type contact layer 30f located at the uppermost layer of the optical element 1 is small, the small optical element 1 having a large area of the upper surface 30ft of the p-type contact layer 30f can be realized. .
p型コンタクト層30fは、第2電極31bを介して、外部電源に接続されている。第2電極31bと外部電源との接続方法および接合形態のバリエーションは第1電極31aの場合と同様である。p型コンタクト層30fは、p型コンタクト層30fに接続される第2電極31bとの接触抵抗を下げる機能を有している。
The p-type contact layer 30f is connected to an external power supply via the
第2電極31bは、p型コンタクト層30fの上面30ftに接続されて、絶縁膜8を介してp型コンタクト層30f、p型クラッド層30e、活性層30d、n型クラッド層30c、n型コンタクト層30bおよびバッファ層30aの側面上に配置されている。つまり、第2電極31bは、絶縁膜8を介して複数のn型半導体層および複数のp型半導体
層の側面上に配置されている。
The
なお、p型コンタクト層30fは、ドーピングされるp型不純物の種類および濃度が異なる2層構造であってもよい。例えばp型不純物の濃度を上面側で高くすることによって第2電極31bとの接触抵抗をさらに下げてp型コンタクト層30fと第2電極31bとの接続の信頼性を高めることができる。その厚さは0.01〜0.03μm程度とすればよい。このp型コンタクト層30fの上面側の層は、例えば不純物を含まないガリウム砒素(GaAs)で形成して、p型コンタクト層30fの酸化を防止する機能を有するキャップ層としてもよい。
The p-type contact layer 30f may have a two-layer structure in which the type and concentration of the p-type impurity to be doped are different. For example, by increasing the concentration of the p-type impurity on the upper surface side, the contact resistance with the
第2電極31bは、例えば金(Au)やアルミニウム(Al)と、密着層であるニッケル(Ni)、クロム(Cr)またはチタン(Ti)とを組み合わせたAuNi、AuCr、AuTiまたはAlCr合金などで形成されており、その厚さが0.5〜5μm程度とされる。そして、第2電極31bは、基板2の上面からp型コンタクト層30fの上面を覆うように形成される絶縁膜8の上に配置されているため、基板2およびp型コンタクト層30f以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。
The
このようにして構成された光学素子1は、第1電極31aと第2電極31bとの間にバイアスを印加することによって、活性層30dが発光して、光源として機能する。
In the optical element 1 configured as described above, when a bias is applied between the
(光学素子の製造方法)
次に、光学素子1の製造方法の例を示す。
(Optical element manufacturing method)
Next, an example of a manufacturing method of the optical element 1 is shown.
まず、不純物がドーピングされていない高抵抗のシリコンからなる基板2を準備する。
First, a
そして、基板2をMOCVD(有機金属化学気相成長:Metal-organic Chemical Vapor
Deposition)装置の反応炉内で熱処理することによって、基板2の表面に形成された自
然酸化膜を除去する。この熱処理は、例えば1000℃の温度で10分間程度行なう。
Then, the
The natural oxide film formed on the surface of the
次いで、MOCVD法を用いて、光学素子1を構成する各々の半導体層(バッファ層30a、n型コンタクト層30b、n型クラッド層30c、活性層30d、p型クラッド層30e、p型コンタクト層30f)を基板2上に順次積層する。そして、積層された半導体層L(図示せず)上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法によって光学素子1を形成する。このとき、p型コンタクト層30fが複数の錐台部30fa、30fbおよび30fcで構成されるように、またn型コンタクト層30bの上面の一部が露出するように、複数回のエッチングを行なう。その後、フォトレジストを除去する。
Next, using the MOCVD method, each semiconductor layer (
p型コンタクト層30fが複数の錐台部30fa、30fbおよび30fcで構成されるようにするためには、図2(a)〜(f)に示すような方法を採用すればよい。 In order for the p-type contact layer 30f to be composed of a plurality of frustum portions 30fa, 30fb, and 30fc, a method as shown in FIGS. 2A to 2F may be employed.
まず、図2(a)に示すように、p型コンタクト層30fとなるアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)からなる半導体層Sの上面にフォトレジストR1を形成する。そして、図2(b)に示すように、エッチングにより錐台部30faを形成する。次に、図2(c)に示すように、フォトレジストR1を除去した後に、フォトレジストR2を錐台部30faの上面30ftおよび側面を覆うように形成する。そして、図2(d)に示すように、エッチングにより錐台部30fbを形成する。さらに、図2(e)に示すように、フォトレジストR2を除去した後に、フォトレジストR3を錐台部30faの上面および側面ならびに錐台部30fbの側面を覆うように形成する。そして、図2(f)に示すように、エッチングにより錐台部30fcを形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a photoresist R1 is formed on the upper surface of a semiconductor layer S made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) to be the p-type contact layer 30f. Then, as shown in FIG. 2B, the frustum portion 30fa is formed by etching. Next, as shown in FIG. 2C, after removing the photoresist R1, the photoresist R2 is formed so as to cover the upper surface 30ft and the side surface of the frustum 30fa. Then, as shown in FIG. 2D, the frustum portion 30fb is formed by etching. Further, as shown in FIG. 2E, after removing the photoresist R2, the photoresist R3 is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the frustum portion 30fa and the side surface of the frustum portion 30fb. Then, as shown in FIG. 2F, the frustum portion 30fc is formed by etching.
次に、熱酸化法、スパッタリング法またはプラズマCVD法などを用いて、光学素子1の露出面および基板2の上面を覆うように絶縁膜8を形成する。続いて、絶縁膜8上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法によって、後に説明する第1電極31aおよび第2電極31bを、それぞれn型コンタクト層30bおよびp型コンタクト層30fに接続するための開口を、絶縁膜8に形成する。その後、フォトレジストを除去する。
Next, the insulating
次に、絶縁膜8上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、抵抗加熱法やスパッタリング法などを用いて、第1電極31aを形成するための合金膜を形成する。そして、リフトオフ法を用いて、フォトレジストを除去するとともに、第1電極31aを所望の形状に形成する。同様に第2電極31bもそれぞれ同様の工程によって形成する。
Next, after applying a photoresist on the insulating
以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the example of specific embodiment of this invention was shown, this invention is not limited to this, A various change is possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、図3に示した第1変形例のように、複数の錐台部の高さは、基体2側で低くなっていてもよい。第1変形例の場合、錐台部30faの高さが最も高く、錐台部30fbおよび30fcの高さが錐台部30faの高さよりも低くされている。このような構成とすることで、複数の錐台部のそれぞれの上底のうち、他の錐台部の下底と接するものの上底端から、接する下底の下底端までの距離を短くすることができることから第2電極31bが隣り合う錐台部の境界で断線することを抑制できる。本例の場合には錐台部30fbの上底端から錐台部30faの下底端までの距離、および錐台部30fcの上底端から錐台部30fbの下底端までの距離を短くすることができる。なお、図4に錐台部の上底端と下底端の位置について示した。
For example, as in the first modification shown in FIG. 3, the height of the plurality of frustum portions may be lower on the
また、図示はしないが、複数の錐台部のそれぞれの上底のうち、他の錐台部の下底と接するものの上底端から、接する下底の下底端までの距離は、第2電極31bの厚みの1/5以下であり、複数の錐台部のうち、他の錐台部と接するものの高さは、第2電極31bの厚みの1/10以下であってもよい。本例の場合には錐台部30fbの上底端から錐台部30faの下底端までの距離が第2電極31bの厚みの1/5以下であり、錐台部30fbおよび30fcの高さが第2電極31bの厚みの1/10以下である。このような構成とすることで、第2電極31bが隣り合う錐台部の境界で断線することを抑制でき、接続信頼性を高くできる。
Although not shown, the distance from the upper bottom end of each of the plurality of frustum portions in contact with the lower bottom of the other frustum portion to the lower bottom end of the lower bottom in contact is the second. It is 1/5 or less of the thickness of the
さらに、図示はしないが、光学素子1を基体上に複数配列した光学素子アレイとしてもよい。この場合、基体を基板2と同様に、例えばシリコン(Si)およびガリウム砒素(GaAs)などの単結晶半導体基板やサファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板で構成すれば、基体を別に設ける必要はなく、基板2上に複数の光学素子1を形成した光学素子アレイとすることが可能となる。
Furthermore, although not shown, an optical element array in which a plurality of optical elements 1 are arranged on a substrate may be used. In this case, if the substrate is formed of a single crystal semiconductor substrate such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) or a single crystal insulating substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ), as in the case of the
高抵抗のシリコン(Si)基板を基板として、この基板の上面にガリウム砒素(GaAs)からなる0.3mm×8.1mmの光学素子アレイを作製した。光学素子アレイには192個の光学素子が形成されている。光学素子の発光面積、すなわちp型コンタクト層の上面の面積は、いずれの光学素子アレイでも広く形成されていることを目視で確認した。そして、光学素子に形成された電極の接続信頼性を評価するために3001光学素子アレイに形成された光学素子のそれぞれに17mAを500時間連続通電し、連続通電前後の光量低下を評価した。フォトセンサーにより通電前後の各光学素子の光量を測定し、通電前後の光量変動率(=通電前の光量÷通電後の光量×100[%])が、すべての光学素子において5%以内であれば光量低下◎、5%を超え10%以内であれば光量低下○と判断した。評価結果を表1に示す。 Using a high resistance silicon (Si) substrate as a substrate, an optical element array of 0.3 mm × 8.1 mm made of gallium arsenide (GaAs) was formed on the upper surface of the substrate. In the optical element array, 192 optical elements are formed. It was visually confirmed that the light emitting area of the optical element, that is, the area of the upper surface of the p-type contact layer was widely formed in any optical element array. Then, in order to evaluate the connection reliability of the electrodes formed on the optical elements, 17 mA was continuously energized for 500 hours to each of the optical elements formed on the 3001 optical element array, and the light amount decrease before and after the continuous energization was evaluated. Measure the light quantity of each optical element before and after energization with a photo sensor, and the fluctuation rate of light quantity before and after energization (= light quantity before energization ÷ light quantity after energization × 100 [%]) should be within 5% for all optical elements If the light intensity is less than 5% and less than 10%, it is judged that the light intensity is reduced. The evaluation results are shown in Table 1.
光学素子の電極の厚みに対して、錐台部の上底端から下底端までの距離が5分の1以下であり、他の錐台部と接する錐台部の高さが10分の1以下である場合には全ての光学素子において通電前後の光量変動率が5%以内となった。 The distance from the upper base end to the lower base end of the frustum portion is 1/5 or less of the electrode thickness of the optical element, and the height of the frustum portion in contact with the other frustum portions is 10 minutes When it was 1 or less, the light quantity fluctuation rate before and after energization was within 5% in all the optical elements.
1 光学素子
2 基板
8 絶縁膜
30 半導体層
30a バッファ層
30b n型コンタクト層
30c n型クラッド層
30d 活性層
30e p型クラッド層
30f p型コンタクト層
31 電極
31a 第1電極
31b 第2電極
1
Claims (4)
前記複数の半導体層は、複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層からなるとともに、最上層には複数の錐台部からなる逆導電型コンタクト層を有し、
前記複数の錐台部のうち、一の錐台部の上底における、前記一の錐台部の上方に位置する他の錐台部の下底と接する面積は、前記他の錐台部の下底の面積よりも小さくされており、
前記電極は、前記逆導電型コンタクト層の上面に接続されて、絶縁膜を介して前記複数の一導電型半導体層および前記複数の逆導電型半導体層の側面上に配置されていることを特徴とする光学素子。 A substrate, a plurality of semiconductor layers stacked on the upper surface of the substrate, an electrode, and an insulating film;
The plurality of semiconductor layers include a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and a plurality of reverse-conductivity-type semiconductor layers, and an uppermost layer includes a reverse-conductivity-type contact layer composed of a plurality of frustum portions,
Of the plurality of frustum parts, the area of the upper base of one frustum part that is in contact with the bottom of another frustum part located above the one frustum part is the same as that of the other frustum part. It is smaller than the area of the bottom,
The electrode is connected to the upper surface of the reverse conductivity type contact layer and disposed on the side surfaces of the plurality of one conductivity type semiconductor layers and the plurality of reverse conductivity type semiconductor layers via an insulating film. An optical element.
前記複数の錐台部のうち、他の錐台部と接するものの高さは、前記電極の厚みの1/10以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。 The distance from the upper bottom end of each of the plurality of frustum portions contacting the lower bottom of the other frustum portion to the lower bottom end of the lower bottom in contact is 1 / th of the thickness of the electrode. 5 or less,
3. The optical element according to claim 1, wherein a height of one of the plurality of frustum portions that contacts another frustum portion is 1/10 or less of a thickness of the electrode.
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