JP2018170469A - 共振器型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】発熱を低減する。【解決手段】基板５０上に積層されたｎ型多重反射層１１と、ｎ型クラッド層２１、発光層２２、及びｐ型クラッド層２３が順次積層されてなる半導体発光部２７と、ｐ型多重反射層２４とが順次積層された積層構造と、ｎ型多重反射層１１の内層界面、ｎ型多重反射層１１の最下部と基板５０との間の境界面、及びｎ型多重反射層１１とｎ型クラッド層２１との間の境界面、何れか１つの界面に介挿された低抵抗層１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、共振器型発光ダイオードに関し、例えば、画像形成装置の露光装置に備える発光ダイオードに関する。

共振器型発光ダイオードは、発光層が光の共振を起こす共振器に内在しているため、Resonant-Cavity Light Emitting Diode：ＲＣＬＥＤ（共振器型発光ダイオード）と呼ばれ例えば、特許文献１，２に開示されているものが知られている。
共振器型発光ダイオードは、通常のＬＥＤと比べて、１）発光スペクトルの半値幅が狭い、２）出射光の指向性が高い、３）光取り出し効率が高い、などの特徴がある。このため、共振器型発光ダイオードは、高出力の発光素子として表示用光源、データ送信用の光源や、同一光量であれば低電力で発光する省エネルギを目的とする高効率光源等として期待され、研究開発が進められている。

共振器型発光ダイオードは、発光層（活性層）の上下を分布型ブラッグ反射層（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）で挟んだ構造を成している。つまり、共振器型発光ダイオードは、縦型共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）に類似した構造を有している。但し、縦型共振器面発光レーザは、活性層が薄く、利得が小さいことから、全反射側のＤＢＲ層）の反射率を１００％近くにするだけでなく、出射光側のＤＢＲ層の反射率も９９％超にしている。

特許文献１は、共振器の上下のミラーの反射率をレーザの反射率よりも低く設定した発光ダイオードを開示している。この構造により、レーザではなくＬＥＤとして動作し、共振器を持たない通常のＬＥＤよりも効率よく、かつ狭い線幅の自然放出光を取り出している。また、特許文献２は、活性層を挟んで形成された光反射側の第１反射層、及び光出射側の第２反射層を、ＡｌＧａＡｓ膜／ＡｌＡｓ膜とからなる半導体交互膜を１対として、複数層積層させた構造の垂直共振型発光ダイオードを開示している。

特開平５−２７５７３９号公報（要約、段落００３７） 特許４２７３４３１号公報

共振器型発光ダイオードは、活性層の上下にＤＢＲ層が設けてある点で、通常のＬＥＤ（Light Emitting Diode）と相違する。ＤＢＲ層は、バンド不連続な境界が多数存在し、そのためバルク構造と比較して高抵抗である。このため、共振器型発光ダイオードは、電流によって発生した熱が発光波長を長波長側にシフトさせてしまう。共振器型発光ダイオードは、設計した共振器長とのずれにより、発光強度の低下等の特性劣化を生じる。共振器型発光ダイオードは、熱の発生の抑制、言い換えれば電流経路の低抵抗化が強く求められている。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、発熱を低減することができる共振器型発光ダイオードを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の共振器型発光ダイオードは、基板上に積層されたｎ型多重反射層と、ｎ型クラッド層、発光層、及びｐ型クラッド層が順次積層されてなる半導体発光部と、ｐ型多重反射層と、が順次積層された積層構造と、前記ｎ型多重反射層の内層界面、前記ｎ型多重反射層の最下部と前記基板との間の境界面、及び前記ｎ型多重反射層と前記ｎ型クラッド層との間の境界面、何れか１つの界面に介挿された低抵抗層と、を有することを特徴とする。

ｎ型多重反射層は、電気抵抗が大きい。そこで、該ｎ型多重反射層の積層面に平行な低抵抗層を設けることにより、積層面内の抵抗を低下させることができる。これにより、共振器型発光ダイオードは、通電したときの発熱が低減し、共振器長に対する発光波長のズレが回避される。これに伴い、共振器型発光ダイオードは、発光強度の低下を避けることができる。

ｎ型多重反射層は、半導体発光部の光の出射方向と逆側であって、実効的な光侵入深さの周期数よりも半導体発光部から離間した位置で二分割されたものである。低抵抗層は、砒化ガリウム系化合物半導体にドーパントを高濃度導入したものが二分割されたｎ型多重反射層に挿入されて形成されている。これにより、共振器型発光ダイオードは、挿入された低抵抗層が共振器特性に影響を与えない。また、低抵抗層は、ｎ型多重反射層の最下部に設けたバルクのＧａＡｓ層であっても構わない。

本発明によれば、発熱を低減することができる。

本発明の第１実施形態による共振器型発光ダイオードの断面図である。 多重反射層に侵入する光の実効的な侵入深さを説明するための説明図である。 低抵抗層の積層位置を変更したときの多重反射層の断面図である。 挿入する低抵抗層の厚さを変更したときの多重反射層の分光反射率を示す図である。 低抵抗層としてのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ濃度を変化したときの多重反射層の分光反射率を示す図である。 本発明の第２実施形態による共振器型発光ダイオードの断面図である。 本発明の比較例としての共振器型発光ダイオードの断面図である。 本発明の第３実施形態における剥離工程を説明するための工程断面図である。 本発明の第３実施形態における接合工程を説明するための工程断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係などについては、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎず、発明を図示例に限定するものではない。各図面間において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、以下の説明において、特定の条件等を用いることがあるが、これらの条件等は好適例の一つに過ぎないため、本発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（第１実施形態）
（構成の説明）
図１は、本発明の第１実施形態である共振器型発光ダイオードの構造図である。
共振器型発光ダイオード１００は、発光部にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体をＭＱＷ構造として用いた発光波長７６０ｎｍ（赤色）の共振器型発光ダイオードである。共振器型発光ダイオード１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０の主面上に積層された多層膜が図面の左右方向に３つの領域（反射層領域１０、発光領域２０、高抵抗領域３０）に区分されている。なお、発光領域２０は、開口部２８と、ｐ電極４１に覆われた非開口部とに区分される。高抵抗領域３０は、発光領域２０と同一の積層構造を有しており、さらに、選択的に酸素のイオン注入が行われ、ｐ電極４１に流れる電流を発光領域２０に絞り込む電流狭窄を行っている領域である。

発光領域２０は、ｎ型多重反射層としてのｎ−ＤＢＲ層１１ａと、低抵抗層１２と、ｎ−ＤＢＲ層１１ｂと、ｎ−クラッド層２１と、ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）層２２と、ｐ−クラッド層２３と、ｐ−ＤＢＲ層２４と、キャップ層２５とが形成された共振器型薄膜発光ダイオード１１０を構成している。これらの層は、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法により順次結晶成長されて形成されている。なお、ｎ−クラッド層２１と、ＭＱＷ層２２と、ｐ−クラッド層２３とは、半導体発光部２７を構成している。

ここで、ｎ−ＤＢＲ層１１ａとｎ−ＤＢＲ層１１ｂとを併せたｎ−ＤＢＲ層１１は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系の分布型ブラッグ反射層である。なお、ｎ−ＤＢＲ層１１ａとｎ−ＤＢＲ層１１ｂとの境界面は、ｎ−ＤＢＲ層１１を分割する分割面であり、ｎ−ＤＢＲ層１１の内層界面の一つでもある。ｎ−クラッド層２１は、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層であり、ＭＱＷ層２２は、発光ピーク波長が７６０ｎｍとなるように調整されたＡｌＧａＡｓ系多重量子井戸活性層である。ｐ−クラッド層２３は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層であり、ｐ−ＤＢＲ層２４は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ系の分布型ブラッグ反射層である。キャップ層２５は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。

ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ層１１は、光学膜厚が共振波長（７６０ｎｍ）の１／４の厚さとなるように、ＡｌＡｓとＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）とを交互に積層した構造を有している。具体的な厚さは、後記するように、ＡｌＡｓがＬ_１（図２）＝６１．７ｎｍ、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）がＬ_２（図２）＝５５．７ｎｍである。ｎ−ＤＢＲ層１１は、ｎ−ＤＢＲ層１１ａとｎ−ＤＢＲ層１１ｂとを併せて、上層のＡｌＡｓから４０周期の積層が繰り返され、最下層の最終層をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）とした構造が採用される。

一方、ｐ−ＤＢＲ層２４は、ｐ−クラッド層２３側のＡｌＡｓから１０周期の積層が繰り返され、最終層をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）とした構造が採用される。これにより、活性層であるＭＱＷ層３２を挟んだ上下のＤＢＲ層による共振器構造の共振波長は約７６０ｎｍとなるように構成される。

さらに、共振器型発光ダイオード１００は、本実施形態の特徴構成として、ｎ−ＤＢＲ層１１を二分割して、第１のｎ型多重反射層としてのｎ−ＤＢＲ層１１ａと、第２のｎ型多重反射層としてのｎ−ＤＢＲ層１１ｂとの間に低抵抗層１２が積層面に平行に挿入されている。この低抵抗層１２は、素子の横方向の抵抗値を下げ、不要な発熱を低下させる。低抵抗層１２挿入位置は、ｎ−ＤＢＲ層１１ｂの上端から５周期下であるが、厚みやドーパント濃度などの数値は後記する。

ＭＱＷ層２２は、多重量子井戸構造の発光層（活性層）である。ＭＱＷ層２２は、通常、その厚さが発光波長（７６０ｎｍ）の１／２の倍数（ｎλ／２）である。これにより、共振器型発光ダイオード１００は、共振器長として発光の共振条件（位相条件）を満たす。なお、ＭＱＷ層２２の代わりに、異種接合構造（Double Hetero：ＤＨ）を用いても構わない。

高抵抗領域３０は、発光領域２０と同一の積層構造を有するが、さらに、ｐ電極４１の一部に選択的に酸素をイオン注入させた領域である。これにより、ｐ電極４１の一部の領域の電流密度が増加する。なお、イオン注入条件は、例えば加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量６×１０^１３／ｃｍ^２と、加速電圧２００［ｋｅＶ］、ドーズ量１×１０^１４［／ｃｍ^２］との２段注入である。

ｐ電極４１、及びｎ電極４２は、例えば、Ｔｉ／Ａｌが使われる。これらの金属電極は、同一材料が使われることにより、同一工程で堆積することができる。ｐ電極４１、及びｎ電極４２は、共振器型発光ダイオードを集積化して使用すること（例えば、ＬＥＤプリンタの露光装置など）を想定し、上面側に配設されている。なお、共振器型発光ダイオード１０２は、ｐ電極４１は上面に配置し、ｎ電極４２は下面に配置しても構わない。

ｐ電極４１は、高抵抗領域３０から発光領域２０の一部に渡ってキャップ層２５，３５の上面に堆積されている。発光領域２０であって、ｐ電極４１の非堆積領域が、光取り出し部としての開口部２８である。ｎ電極４２は、ｎ−ＤＢＲ層１１ｂの最上面の一部に堆積されている。つまり、反射層領域１０であって、ｎ電極４２の非堆積領域は、ｎ−ＤＢＲ層１１ｂが露出している。

ｎ電極４２は、キャップ層２５，３５まで積層された状態で、ｎ−ＤＢＲ層１１ｂの上面までエッチングを行ってから堆積される。通常はこの部分やエッチングされた側面をパッシベーション膜で覆う。パッシベーションで覆う前に光が出射される領域に透明電極を形成する構造もよく知られている。

（動作の説明）
共振器型発光ダイオード１００は、ｐ電極４１とｎ電極４２との間の通電により、ＭＱＷ層３２が発光（自然放出）する。共振器型発光ダイオード１００は、ｎ−ＤＢＲ層１１で多重反射（全反射）、ｐ−ＤＢＲ層２４で多重反射することにより、自然抄出した光が共振する。共振器型発光ダイオード１００は、ｐ−ＤＢＲ層２４から共振した光の一部が開口部２８から外部に出射する。この出射光は、１）発光スペクトルの半値幅が狭い、２）出射光の指向性が高い、３）光取り出し効率が高い、等のコヒーレント光としての性質を有している。

ここで、光学特性を満足させるためには、共振器内に任意の厚さの膜（低抵抗層１２）を設けることはできない。つまり、ｎ−ＤＢＲ層１１に挿入する低抵抗層１２の厚さや挿入位置が問題となる。そこで、光学特性を維持したまま、ｐ電極４１とｎ電極４２との間の抵抗値を下げるために、低抵抗層１２の挿入位置の最適化を検討する。

図２は、多重反射層に侵入する光の実効的な侵入深さを説明するための説明図である（Ｅ・フレッド・シューベルト著、八百隆文，藤井克司，神門賢二訳、Light-Emitting Diodes SECOND EDITION(発光ダイオード)、朝倉書店、2010年1月25日初版発行、図10.9、p.140-p.148参照）。
ｎ−ＤＢＲ層１１は、屈折率が低いＡｌＡｓ層１ａ，２ａ，・・・と、屈折率が高いＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層１ｂ，２ｂ，・・・との対がｍ周期（ｍ＝４０）、積層された多重反射構造である。ＡｌＡｓの屈折率ｎ_ｌｏｗは、ｎ_ｌｏｗ＝３．０８であり、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層の屈折率ｎ_ｈｉｇｈは、ｎ_ｈｉｇｈ＝３．４１である。なお、ＡｌＡｓ層、及びＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層の一対の積層膜と隣接する一対の積層膜との界面を内層界面といい、前記したｎ−ＤＢＲ層１１ａとｎ−ＤＢＲ層１１ｂとの境界面（分割面）は、該内層界面の一つである。

層の厚みＬ_１，Ｌ_２は、ブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}の１／４の厚み、すなわち、Ｌ_１＝λ_{Ｂｒａｇｇ}／（４ｎ_ｌｏｗ）、Ｌ_２＝λ_{Ｂｒａｇｇ}／（４ｎ_ｈｉｇｈ）であるとする。このとき、ｍ周期の反射率Ｒ_ＤＢＲ（ｍ）は、
Ｒ_ＤＢＲ（ｍ）＝［｛１−（ｎ_ｌｏｗ／ｎ_ｈｉｇｈ）^２ｍ｝／｛１＋（ｎ_ｌｏｗ／ｎ_ｈｉｇｈ）^２ｍ｝］
である。

ここで、ｍ＝１０，４０のときの反射率Ｒ_ＤＢＲ（ｍ）を演算する。
Ｒ_ＤＢＲ（１０）＝［｛１−（３．０８／３．４１）^２・１０｝／｛１＋（３．０８／３．４１）^２・１０｝］＝０．７７
Ｒ_ＤＢＲ（４０）＝［｛１−（３．０８／３．４１）^２・４０｝／｛１＋（３．０８／３．４１）^２・４０｝］＝０．９９９４
である。つまり、ｐ−ＤＢＲ層２４の反射率は、７７［％］であり、ｎ−ＤＢＲ層１１（１１ａ，１１ｂ）の反射率は、９９．９４［％］である。

１／４波長のペアの全てのうちのある限られたペアのみが波の反射に有効に機能する有効ペア数ｍ_ｅｆｆは、積層数ｍ＝∞のとき、
ｍ_ｅｆｆ≒１／２・｛（ｎ_ｈｉｇｈ＋ｎ_ｌｏｗ）／（ｎ_ｈｉｇｈ−ｎ_ｌｏｗ）｝
である。また、ブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}では、反射波の位相のずれは、ゼロである。そして、ブラッグ波長の近傍（λ≒λ_{Ｂｒａｇｇ}）では、反射波の位相は、波長と共に直線的に変化する。このため、ｎ−ＤＢＲ層１１は、上面からＬ_Ｐの位置に置かれた金属鏡であると近似することができる。この金属鏡とｎ−ＤＢＲ層１１の上面との距離を実効的な侵入深さ（Penetration depth）Ｌ_Ｐと定義し、実効的な侵入深さＬ_Ｐは、積層数ｍ＝∞のとき、
Ｌ_Ｐ≒｛（Ｌ_１＋Ｌ_２）／４｝・｛（ｎ_ｈｉｇｈ＋ｎ_ｌｏｗ）／（ｎ_ｈｉｇｈ−ｎ_ｌｏｗ）｝
≒（１／２）ｍ_ｅｆｆ（Ｌ_１＋Ｌ_２）
である。

すなわち、実効的な侵入深さＬ_Ｐは、有効ペア数ｍ_ｅｆｆと積層膜１対の長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）との積の１／２である。この１／２の係数は、Ｌ_Ｐがパワー（エネルギ）の侵入深さであるのに対して、有効ペア数ｍ_ｅｆｆが電場に対する繰り返しの実効数である、ことに起因する。つまり、光のパワーは、電場の２乗に等しいので、光のパワーは、電場に比べてミラーへの侵入深さが半分になる。

具体的に、ｎ−ＤＢＲ層１１は、ｎ_ｌｏｗ＝３．０８、ｎ_ｈｉｇｈ＝３．４１であるので、有効ペア数ｍ_ｅｆｆは、
ｍ_ｅｆｆ≒１／２・｛（ｎ_ｈｉｇｈ＋ｎ_ｌｏｗ）／（ｎ_ｈｉｇｈ−ｎ_ｌｏｗ）｝
≒１／２・｛（３．４１＋３．０８）／（３．４１−３．０８）＝９．８３
となる。

また、ブラッグ波長λ_{Ｂｒａｇｇ}＝７６０ｎｍのとき、Ｌ_１＝λ_{Ｂｒａｇｇ}／（４ｎ_ｌｏｗ）＝７６０ｎｍ／（４×３．０８）＝６１．６９ｎｍ、Ｌ_２＝λ_{Ｂｒａｇｇ}／（４ｎ_ｈｉｇｈ）＝７６０／（４×３．４１）＝５５．７２である。光のパワーの実効的な侵入深さＬ_Ｐは、
Ｌ_Ｐ≒（１／２）ｍ_ｅｆｆ（Ｌ_１＋Ｌ_２）
＝（１／２）・９．８３・（６１．６９＋５５．７２）＝５７７［ｎｍ］
である。

光のパワーの実効的な侵入深さＬ_Ｐまでは、低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１に挿入して、周期構造を乱さない方が良いと考える。このため、本実施形態の共振器型発光ダイオード１００は、光のパワーの実効的な侵入深さＬ_Ｐを超えた深さで、低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１に挿入している。つまり、共振器型発光ダイオード１００は、ｎ−ＤＢＲ層１１の５周期目である５×（Ｌ_１＋Ｌ_２）＝５８７［ｎｍ］の深さで低抵抗層１２を挿入している。

図３は、低抵抗層の積層位置を変更したときの多重反射層の断面図である。特に、図３（ａ）は、低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１のトップ位置に積層した状態を示しており、図３（ｂ）は、低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１の５周期下に挿入した状態を示しており、図３（ｃ）は、低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１のボトム位置に積層した状態を示している。

ここでは分かり易くするために、ＡｌＡｓ（最下層）からＡｌＡｓ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）を４０周期＋１層の積層で繰り返し、最終層（最上層）をＡｌＡｓとした構造の試料としている。また、この試料は、ｎ−ＤＢＲ層１１の上部に２つの電極４ａ，４ｂを形成しており、電極間の抵抗を算出している。但し、相対値として比較を行うために、奥行きは考えず、両電極長は１０μｍ、電極間隔も１０［μｍ］で計算している。なお、ｎ−ＤＢＲ層１１は、４０周期の厚み（高さ）が４．７［μｍ］である。また、低抵抗層１２は、厚み５００［ｎｍ］としている。

ｎ−ＤＢＲ層１１の各層は、ドーパント濃度５×１０^１７／ｃｍ^３が基準である。図３（ａ）において、ｎ−ＤＢＲ層１１の最上部（トップ）に低抵抗層１２を積層した場合、挿入した層のドーパント濃度を１０倍の５×１０^１８／ｃｍ^３としたときの抵抗値は、基準ドーパント濃度（５×１０^１７／ｃｍ^３）にしたときに対して、０．８０倍となる。

図３（ｂ）の４０周期のｎ−ＤＢＲ層１１の５周期下の位置に低抵抗層１２を挿入した場合、１０倍のドーパント濃度での抵抗値は、基準ドーパント濃度にしたときに対して、０．８２倍となる。図３（ｃ）において、最下部（ボトム）に低抵抗層１２を積層した揚合、１０倍のドーパント濃度の構成の抵抗値は、基準ドーパント濃度にしたときに対して、０．９１倍となる。

つまり、電気特性として抵抗値を下げるためには、共振器型発光ダイオード１００は、できるだけ低抵抗層１２をｎ−ＤＢＲ層１１の上部（この場合、発光層としてのＭＱＷ層２２に近い位置）に設けるのが良い。ｎ−ＤＢＲ層１１のトップ位置から５周期下側に挿入した低抵抗層１２は、十分な抵抗値低減効果を有する。なお、低抵抗層１２を最上部に積層しても、抵抗値が０．８倍であり、且つ、積層位置を変えたときの抵抗変化が少ないので、ｎ−ＤＢＲ層１１の抵抗よりも低抵抗層１２の抵抗が支配している。

図４は、挿入する低抵抗層の厚さを変更したときの多重反射層の分光反射率を示す図である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の縦軸を拡大した拡大図であるが、７３０ｎｍ以下、及び７５０ｎｍ以上の周辺部分で、条件ズレによる干渉が複数発生している。
試料は、４０周期のｎ−ＤＢＲ層１１の上面から５周期下に低抵抗層１２を挿入したものであり、低抵抗層１２の厚さが実線で示す５００［ｎｍ］、一点鎖線で示す１０００［ｎｍ］、破線で示す５０００［ｎｍ］の３種類である。

この揚合、低抵抗層１２は、厚さを変えても中心波長７６０［ｎｍ］での反射率の低下が少ないことが確認できる。但し、図４（ｂ）の拡大図においては、低抵抗層１２は、厚み５００［ｎｍ］と比較して、１０００［ｎｍ］や５０００［ｎｍ］では中心波長での反射率が低下（劣化）したり、反射できる波長帯域幅が狭くなったりしている。このため、挿入する低抵抗層１２は、光学特性としての劣化がない範囲で、できるだけ厚くすることが求められる。例えば、低抵抗層１２の厚さは、１０００［ｎｍ］以下であり、好ましくは、５００［ｎｍ］（５００ｎｍ±５０ｎｍ）である。なお、図３（ｃ）のように、最下部（ボトム）に低抵抗層１２を積層したときには、光学特性としての劣化がないので、低抵抗層１２は、より厚くすることができる。

ところで、ｎ−ＤＢＲ層１１は、ＡｌＡｓが厚み６１．７［ｎｍ］であり、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）が厚み５５．７［ｎｍ］である。つまり、低抵抗層１２の好ましい厚さ５００［ｎｍ］は、一対の積層膜の厚さ（１周期の厚み）１１７．４［ｎｍ］の４．２６倍である。したがって、低抵抗層１２は、実効的な侵入深さＬ_Ｐ≒５７７［ｎｍ］から該実効的な侵入深さにｎ−ＤＢＲ層１１の１対の積層膜の厚さ１１７．４［ｎｍ］の５倍を加算した加算位置までの間に配設されていることになる。
また、低抵抗層１２の厚さ１０００［ｎｍ］は、発光波長（共振波長）７６０［ｎｍ］の１．３１倍であり、５００ｎｍは、発光波長７６０［ｎｍ］の０．６６倍である。つまり、低抵抗層１２の厚さは、発光波長の１．５倍以下、好ましくは発光波長以下、さらに好ましくは、発光波長の０．５倍以下である。

図５は、低抵抗層としてのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ濃度を変化したときの多重反射層の分光反射率を示す図である。
試料は、低抵抗層１２の挿入位置がｎ−ＤＢＲ層１１上面からの５周期下であり、低抵抗層１２の厚みが５００［ｎｍ］である。低抵抗層１２は、発光波長７６０［ｎｍ］に対して不透明なＧａＡｓと、発光波長７６０［ｎｍ］に対して透明なＡｌ濃度０．４のＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓと、Ａｌ濃度０．２のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓとを用いている。

低抵抗層１２は、ＧａＡｓであるとき、試料の反射率が０．２以下であり、光学特性の劣化を招く。一方、低抵抗層１２がＡｌ_０．４Ｇａ_０．６ＡｓやＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓであれば、試料の反射率が１．０に近い。しかしながら、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓを用いたときの反射率は、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓを用いたときよりも、低い。したがって、Ａｌ濃度４０％以上のＡｌＧａＡｓは、低抵抗層の材料として望ましく、光学特性を満足する。

ところで、ＡｌＧａＡｓ系半導体は、同じ膜厚・ドーパント濃度であるとき、Ａｌ濃度が薄いほど、抵抗値が低くなる性質を有している。つまり、ＡｌＧａＡｓ系半導体は、Ａｌ：１００％のＡｌＡｓよりもＡｌ：０％のＧａＡｓの方が抵抗値は低い。このため、低抵抗層１２は、電気特性のみ考えたときはＧａＡｓが好ましいが、ＧａＡｓは、発光波長に対して不透明なので光学特性の劣化を招く材料である。

（効果の説明）
以上説明したように、本実施形態の共振器型発光ダイオード１００は、低抵抗層１２がｐ電極とｎ電極との間の電流経路の抵抗値を下げている。これにより、共振器型発光ダイオード１００は、高電流動作時にも熱の発生を抑えることが可能である。したがって、共振器型発光ダイオード１００は、設計共振器長に対する発光波長のズレが回避され、これに伴い、発光強度の低下を避けることができる。

（第２実施形態）
前記第１実施形態の共振器型発光ダイオード１００は、二分割されたｎ−ＤＢＲ層１１ａ，１１ｂにＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる低抵抗層１２を挿入したが、低抵抗層として、バルクのＧａＡｓ層をｎ−ＤＢＲ層１１とｎ型ＧａＡｓ基板５０との間に挿入することもできる。

（構成の説明）
図６は、本発明の第２実施形態による共振器型発光ダイオードの断面図である。
共振器型発光ダイオード１０２は、共振器型発光ダイオード１００（図１）と同様に、ｎ−クラッド層２１と、半導体発光部としてのＭＱＷ層２２と、ｐ−クラッド層２３と、ｐ−ＤＢＲ層２４と、キャップ層２５とが形成されている。また、共振器型発光ダイオード１０２は、これらの隣接領域に同様の高抵抗領域３０が形成されている。また、共振器型発光ダイオード１０２は、ｎ−クラッド層２１，３１がｎ−ＤＢＲ層１１の上面に積層されている。

しかしながら、ｎ−ＤＢＲ層１１は、ｎ−ＤＢＲ層１１ａ，１１ｂ（図１）に分割されておらず、ＡｌＡｓとＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）との対が４０周期、繰り返されている。

また、ｎ−ＤＢＲ層１１の最下層であるＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）と、ｎ型ＧａＡｓ基板５０との境界面に低抵抗層６０が挿入されている。つまり、低抵抗層６０は、ｎ−ＤＢＲ層１１の最下面に積層されている。低抵抗層６０は、バルクのＧａＡｓ層であり、その抵抗率は６×１０^−４［Ωｃｍ］である。ＧａＡｓは、ＡｌＡｓおよびＡｌＡｓとＧａＡｓの混晶であるＡｌＧａＡｓと比較して、同じ厚み、ドーパント濃度であればバルクでの抵抗値が小さい点に特徴がある。また、ＧａＡｓは、図５の一点鎖線で示したように、本来であれば７６０［ｎｍ］を吸収する材料である。

共振器型発光ダイオード１０２は、この構成により、電気特性として低抵抗を確保しつつ、光学的にＤＢＲ層による反射特性を劣化させることを回避している。したがって、本実施形態の共振器型発光ダイオード１０２は、動作時の電流経路の抵抗を下げ、熱の発生を抑えることが可能である。

（比較例）
図７は、本発明の比較例としての共振器型発光ダイオードの断面図である。
共振器型発光ダイオード１０３は、共振器型発光ダイオード１００，１０２（図１，６）と同様に、ｎ−クラッド層２１と、半導体発光部としてのＭＱＷ層２２と、ｐ−クラッド層２３と、ｐ−ＤＢＲ層２４と、キャップ層２５とが形成されている。また、共振器型発光ダイオード１０２は、これらの隣接領域に同様の高抵抗領域３０が形成されている。また、共振器型発光ダイオード１０２は、ｎ−クラッド層２１，３１がｎ−ＤＢＲ層１１の上面に積層されている。

ｎ−ＤＢＲ層１１は、共振器型発光ダイオード１０２（図６）と同様に、ＡｌＡｓとＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）との対が４０周期、繰り返されて構成されている。また、ｎ−ＤＢＲ層１１は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０の上面に積層されている。しかしながら、共振器型発光ダイオード１０３は、低抵抗層１２，６０を積層していない点で、共振器型発光ダイオード１００，１０２と相違する。

つまり、共振器型発光ダイオード１０３は、低抵抗層１２，６０を積層していないので、ｐ電極とｎ電極との間の電流経路の抵抗が共振器型発光ダイオード１００，１０２よりも高い。このため、共振器型発光ダイオード１０３は、同一の光量を得るために、同一電流を流したとき、前記実施形態の共振器型発光ダイオード１００，１０２よりも多くの熱が発生してしまう。

（第３実施形態）
第１実施形態で説明した共振器型薄膜発光ダイオード１１０は、画像形成装置の露光装置（プリントヘッド）として、線状に配列されることがある。露光装置として使用される共振器型薄膜発光ダイオード１１０は、ｎ−ＤＢＲ層１１ａの下面が共振器型薄膜発光ダイオードを駆動する駆動回路が形成された第２の基板（例えば、Ｓｉ基板）７０（図９）に接合されたものである。また、共振器型薄膜発光ダイオード１１０は、上部にｐ電極４１，及びｎ電極４２を配置する構造のため、ｐ電極４１、及びｎ電極４２が該駆動回路に接続される。

（製造方法）
ｎ型ＧａＡｓ基板５０とｎ−ＤＢＲ層１１ａとの界面にエッチングストップ層（ＧａＡｓ系に対してＧａｌｎＰなど格子定数は一致するが化学的性質が異なる材料）を成長し、エッチングにより本素子を剥離する。なお、エピタキシャル成長に使用したＧａＡｓ基板は、研磨等によって除去しても構わない。

図８は、第３実施形態における剥離工程を説明するための工程断面図であり、図９は、第３実施形態における接合工程を説明するための工程断面図である。
図８（ａ）に示すように、製造者は、第１の基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板５０に犠牲層８０を介して共振器型薄膜発光ダイオード１１０を積層させる。つまり、共振器型発光ダイオード１００（図１）のｎ−ＤＢＲ層１１ａの下面とｎ型ＧａＡｓ基板５０との間に犠牲層８０を介挿したものを製造する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、共振器型薄膜発光ダイオード１１０をエッチングして所定の大きさの島状パターンに形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、犠牲層８０を、選択的にエッチング除去することによって、共振器型薄膜半導体発光ダイオード１１０をｎ型ＧａＡｓ基板５０から剥離することができる。剥離され分離された共振器型薄膜発光ダイオード１１０を分離島と称し、この分離島の剥離された側の面を剥離面とする。

次に、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、剥離した分離島（共振器型薄膜発光ダイオード１１０）の剥離面を、Ｓｉ基板７０（第２の基板）の表面に加圧・密着させ、密着した面の間に働く分子間力によって接合させる。分子間力による接合（分子間力接合）とは、接着剤、半田、ペースト等を使わずに、水素結合、分極、誘導電荷等の相互作用（引力）によって、接合させる面同士を直接接合することを意味する。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態の共振器型半導体発光ダイオードは、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓ，ＧａｌｎＰ等を用いた素子に適用することができる。

（２）前記実施形態の共振器型発光ダイオード１００，１０２は、ＡｌＡｓ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）の対を用い、中心波長７６０［ｎｍ］のＤＢＲ反射層を形成したが、他の材料、例えば、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ／ＧａＡｓを用いて、波長５９０［ｎｍ］のＤＢＲ反射鏡を形成することができる。また、ＳｉＯ_２／Ｓｉを用いて、波長１３００［ｎｍ］のＤＢＲ反射鏡を形成することができる。

（３）前記実施形態の共振器型発光ダイオード１００は、ｎ−ＤＢＲ層１１を二分割し、二分割されたｎ−ＤＢＲ層１１ａ，１１ｂの間に低抵抗層１２を挿入したが、ｎ−ＤＢＲ層１１を３つ以上に分割して、２層以上の低抵抗層１２を挿入しても構わない。

１ａ，２ａ，３ａ，・・・ ＡｌＡｓ層
１ｂ，２ｂ，３ｂ，・・・ ＡｌＧａＡｓ層
１０ 反射層領域
１１ ｎ−ＤＢＲ層（ｎ型多重反射層）
１１ａ ｎ−ＤＢＲ層（第１のｎ型多重反射層）
１１ｂ ｎ−ＤＢＲ層（第２のｎ型多重反射層）
１２ 低抵抗層
２０ 発光領域
２１，３１ ｎ−クラッド層
２２，３２ ＭＱＷ層（発光層）
２３，３３ ｐ−クラッド層
２４，３４ ｐ−ＤＢＲ層（ｐ型多重反射層）
２７ 半導体発光部
２８ 開口部（光取り出し部）
３０ 高抵抗領域
５０ ｎ型ＧａＡｓ基板（第１の基板）
６０ 低抵抗層（ＧａＡｓバルク層）
７０ Ｓｉ基板（第２の基板）
１００，１０２，１０３ 共振器型発光ダイオード
１１０ 共振器型薄膜発光ダイオード

Claims (11)

1. 基板上に積層されたｎ型多重反射層と、
   ｎ型クラッド層、発光層、及びｐ型クラッド層が順次積層されてなる半導体発光部と、
   ｐ型多重反射層と、が順次積層された積層構造と、
   前記ｎ型多重反射層の内層界面、前記ｎ型多重反射層の最下部と前記基板との間の境界面、及び前記ｎ型多重反射層と前記ｎ型クラッド層との間の境界面、何れか１つの界面に介挿された低抵抗層と、を有する
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
2. 請求項１に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記界面は、前記ｎ型多重反射層を第１のｎ型多重反射層と第２のｎ型多重反射層とに分割した分割面であり、
   前記低抵抗層は、前記分割面に介挿されている
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
3. 請求項２に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記低抵抗層は、
   前記ｎ型多重反射層と前記半導体発光部との界面から、前記半導体発光部の発光の実効的な侵入深さ以上離間している
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
4. 請求項３に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記半導体発光部、前記ｎ型多重反射層、及び前記ｐ型多重反射層は、ＡｌＧａＡｓ系半導体であり、
   前記低抵抗層は、Ａｌ濃度が４０％以上であるＡｌＧａＡｓ系半導体である
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
5. 請求項４に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記低抵抗層は、前記実効的な侵入深さから前記実効的な侵入深さに前記ｎ型多重反射層の１対の積層膜の厚さの５倍を加算した加算位置までの間に配設している
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
6. 請求項５に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記低抵抗層は、前記ＡｌＧａＡｓ系半導体にドーパントを高濃度導入したものである
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
7. 請求項５又は請求項６に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   発光波長が７６０ｎｍであり、
   前記低抵抗層は、その膜厚が１０００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
8. 請求項７に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記低抵抗層は、膜厚が５００ｎｍ±５０ｎｍである
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
9. 請求項１に記載の共振器型発光ダイオードであって、
   前記界面は、前記ｎ型多重反射層の最下部と前記基板との間の境界面であり、
   前記低抵抗層は、前記境界面に介挿されているバルクのＧａＡｓ半導体である
   ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
10. 請求項１に記載の共振器型発光ダイオードであって、
    前記半導体発光部、前記ｎ型多重反射層、及び前記ｐ型多重反射層は、ＡｌＧａＡｓ系半導体であり、
    前記界面は、前記ｎ型クラッド層と前記ｎ型多重反射層との間の境界面であり、
    前記低抵抗層は、前記境界面に介挿されているＡｌ濃度４０％以上のＡｌＧａＡｓ系半導体である
    ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。
11. 第１のｎ型多重反射層と、
    前記第１のｎ型多重反射層よりも抵抗値が小さい低抵抗層と、
    前記第１のｎ型多重反射層と同一材料の第２のｎ型多重反射層と、
    ｎ型クラッド層、発光層、及びｐ型クラッド層が順次積層されてなる半導体発光部と、
    ｐ型多重反射層とが順次積層されて構成されている
    ことを特徴とする共振器型発光ダイオード。

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