JP3131106B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光装置に関し、
特にページプリンタ用感光ドラムの露光光源などに用い
られる半導体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体発光装置の構造を図4に示
す。図4において、1は例えばn型半導体不純物を含有
するシリコンやガリウム砒素などから成る単結晶半導体
基板、2は例えばn型半導体不純物を含有するガリウム
砒素層などから成るバッファ層、3は例えばn型半導体
不純物を含有するアルミニウムガリウム砒素などから成
る電子注入層、4は例えばp型半導体不純物を含有する
アルミニウムガリウム砒素などから成る発光層、5は例
えばp型半導体不純物を含有するアルミニウムガリウム
砒素などから成る電子閉じ込め層、6は例えばp型半導
体不純物を含有するガリウム砒素などから成るオーミッ
クコンタクト層、7は窒化シリコン膜などから成るパッ
シベーション膜、8は単結晶半導体基板1の裏面側に設
けられた共通電極、9はオーミックコンタクト層6上に
設けられた個別電極である。
【0003】上記のように構成して、個別電極9から共
通電極8に向けて(順方向に)電流を流すと、電子閉じ
込め層3には正孔(ホール)が注入され、発光層4には
電子が注入される。これら少数キャリアは一部が多数キ
ャリアと発光再結合することによって光を生じる。
【0004】前記電子注入層3、発光層4、及び電子閉
じ込め層5は、いずれもアルミニウムガリウム砒素(A
lGaAs)などで構成される。この場合、電子注入層
3と電子閉じ込め層5は、同じ混晶比のアルミニウムガ
リウム砒素膜(Alx Ga1- x As)が用いられ、また
発光層4はこれら各層とは異なる混晶比のアルミニウム
ガリウム砒素膜(Aly Ga1-y As)が用いられる。
【0005】上述の半導体発光装置は、半導体基板1上
にMOCVD(有機金属化学気相成長)法などで、バッ
ファ層2、電子注入層3、発光層4、電子閉じ込め層
5、及びオーミックコンタクト層6となる各半導体層を
順次形成した後、オーミックコンタクト層6を所定形状
にパターニングし、バッファ層2、電子注入層3、発光
層4、及び電子閉じ込め層5を順次所定形状にメサエッ
チングし、次いでパッシベーション膜7をCVD法など
で形成して、エッチングでコンタクトホール7aを形成
し、さらに金属薄膜を蒸着法などで形成してパターニン
グすることにより個別電極9を形成していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
半導体発光装置では、オーミックコンタクト層6のパタ
ーニング、バッファ層2、電子注入層3、発光層4及び
電子閉じ込め層5のメサエッチング、コンタクトホール
7aの形成、個別電極9のパターニングの各工程がフォ
トリソ工程となり、製造工程が煩雑であると共に、バッ
ファ層2、電子注入層3、発光層4及び電子閉じ込め層
5から成る半導体発光素子の素子領域を島状に形成する
ことから、各半導体層2、3、4、5のかなりの部分を
エッチングすることになり、エッチング処理時の廃液も
大量に発生するという問題があった。
【0007】また、発光素子の最上層に電子閉じ込め層
5が位置することから、発光素子の発光量を調整しにく
いという問題もあった。
【0008】さらに、オーミックコンタクト層が形成さ
れた領域以外の領域では、パッシベーション膜7の直下
部にAlGaAsから成る電子閉じ込め層が位置するこ
とから、このAlGaAs層が酸化され易いという問題
があった。
【0009】
【発明の目的】本発明に係る半導体発光装置は、このよ
うな従来技術の問題点に鑑みて発明されたものであり、
製造が煩雑になるフォトリソ工程を少なくすると共に、
エッチング量を少なくし、また発光量を容易に調整でき
るようにすると共に、半導体層が酸化されにくい半導体
発光装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体発光装置では、一方の電極を設
けた半導体基板上にバッファ層、電子注入層、発光層、
電子閉じ込め層、オーミックコンタクト層および他方の
電極を順次形成した半導体発光装置において、前記オー
ミックコンタクト層を前記発光層よりもバンドギャップ
の小さい層で形成するとともに、このオーミックコンタ
クト層に膜厚の薄い薄肉部を列状に設け、この薄肉部に
前記他方の電極を形成した。
【0011】
【作用】上記のように構成すると、半導体層内で発光し
た光はオーミックコンタクト層の薄肉部のみから取り出
されることから、フォトリソ工程を少なくできると共
に、エッチング量を少なくできる。
【0012】また、オーミックコンタクト層の薄肉部か
ら光を取り出すことから、薄肉部の膜厚を調整すること
によって光の取り出し量を調整できる。
【0013】さらに、パッシベーション膜の直下部に
は、オーミックコンタクト層が存在し、このオーミック
コンタクト層の下に発光層が位置することから、発光層
が酸化されることも防止できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る半導体発光装置の一実施
例を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明
に係る半導体発光装置の一実施例を示す平面図、図2は
図1のA−A線断面図であり、1はn型半導体不純物を
含有する半導体基板、2はn型半導体不純物を含有する
ガリウム砒素などから成るバッファ層、3はn型半導体
不純物を含有するアルミニウムガリウム砒素などから成
る電子注入層、4はp型半導体不純物を含有するアルミ
ニウムガリウム砒素などから成る発光層、5はp型半導
体不純物を含有するアルミニウムガリウム砒素などから
成る電子閉じ込め層、6はp型半導体不純物を含有する
ガリウム砒素などから成るオーミックコンタクト層であ
る。
【0015】本発明に係る半導体発光装置に用いられる
半導体基板1は、(100)面から(011)面に2°
オフして切り出した単結晶シリコン基板や単結晶ガリウ
ム砒素基板などで構成され、アンチモン(Sb)などか
ら成るドナーを1018atm/cm3 程度含有させた単
結晶半導体基板が用いられる。
【0016】前記n型半導体基板1上には、n型不純物
を含有するバッファ層2が形成されている。このバッフ
ァ層2はガリウム砒素などから成り、シリコン(Si)
などから成るドナーを1018個/cm3 程度含有する。
上記半導体基板1を例えば単結晶シリコン基板で形成す
る場合、このバッファ層2はシリコンとガリウム砒素の
格子定数の相違に基づくミスフィット転位を防止するた
めに、二段階成長法や熱サイクル法を適宜採用したMO
CVD法で厚み1〜3μm程度に形成する。すなわち、
MOCVD装置内を900〜1000℃で一旦加熱した
後に、400〜450℃に下げてGaAs膜を成長させ
ると共に、600〜650℃に上げてGaAs膜を成長
(二段階成長)させ、次に300〜900℃で温度を上
下させ(熱サイクル法)、熱膨張係数の相違に起因する
内部応力を発生させ、シリコン基板1とGaAs層2の
格子定数の相違に起因するミスフィット転位を低減させ
るように形成する。
【0017】前記n型不純物を含有するバッファ層2上
には、n型不純物を含有する電子注入層3が形成されて
いる。このn型不純物を含有する電子注入層3は、例え
ばAlx Ga1-x As層などから成り、シリコン(S
i)などから成るドナーを1017atm/cm3 程度含
有している。
【0018】前記電子注入層3上には、発光層4が形成
される。この発光層4は、Alx Ga1-x Asなどから
成り、亜鉛(Zn)などから成るアクセプタを1017
/cm3 程度含有している。なお、電子注入層3におけ
るAlx Ga1-x Asの混晶比xは0.3〜0.4程度
に設定され、発光層4におけるAly Ga1-y Asの混
晶比yは0.6〜0.7程度に設定される。いずれにし
てもn型不純物を含有するAly Ga1-y Asから成る
発光層4の両側にバンドギャップの大きな電子注入層3
と電子閉じ込め層5が位置するようにこれら各層の混晶
比を設定する。
【0019】前記発光層4上には、p型半導体不純物を
含有するAlx Ga1-x Asから成る電子閉じ込め層5
が形成されている。この電子閉じ込め層5は1μm程度
の厚みに形成され、混晶比xは上述のように0.3〜
0.4程度に設定される。
【0020】前記電子閉じ込め層5上には、p型不純物
を多量に含有するGaAsなどから成るオーミックコン
タクト層6が形成される。このオーミックコンタクト層
6は、電子閉じ込め層5よりバンドギャップが小さく、
薄肉部6aが列状に設けてある。すなわち、このオーミ
ックコンタクト層6を発光層4よりもバンドギャップの
小さいGaAsで形成した場合、発光層4で発光した光
はオーミックコンタクト層6の厚肉部では遮光される
が、薄肉部6aでは透過する。したがって、発光層4で
発光した光は、薄肉部6aのみから取り出され、薄肉部
6aの形状が発光素子の形状となる。
【0021】図3に、オーミックコンタクト層(GaA
s層)6の膜厚と強度100μWの光の吸収率の関係を
示す。オーミックコンタクト層6の膜厚が0.15μm
のときは、光吸収率は12%であるのに対し、膜厚が
1.5μmになると光吸収率は100%になる。すなわ
ち、オーミックコンタクト層6の膜厚が1.5μm以上
になると発光層4で発光した光は完全に遮光される。一
方、薄肉部の膜厚を0.15μmにすれば、発光層4で
発光した光の90%程度は取り出される。なお、このオ
ーミックコンタクト層6は、オーミックコンタクトに必
要なキャリア密度を有していなければならない。
【0022】前記オーミックコンタクト層6上には、個
別電極(他方の電極)9が形成されており、この個別電
極9は金(Au)/クロム(Cr)などから成り、蒸着
法などで厚み5000Å程度に形成される。
【0023】また、半導体基板1の裏面側には共通電極
(一方の電極)8が形成されており、この共通電極8は
アルミニウムまたは珪化アルミニウム(AlSi)など
から成り、蒸着法などで厚み5000Å程度に形成され
る。
【0024】上述のように形成した半導体発光装置は、
個別電極9と共通電極8間に電流を流して、n型の電子
注入層3とp型の発光層層4部分でキャリアを発生させ
て、界面部分で再結合させることによって発光させるも
のである。
【0025】上述のような半導体発光装置は、まず半導
体基板1上に、ガリウム砒素などから成るバッファ層
2、n型のアルミニウムガリウム砒素膜などから成る電
子注入層3、p型のアルミニウムガリウム砒素膜などか
ら成る電子閉じ込め層5、及びガリウム砒素膜などから
成るオーミックコンタクト層6をMOCVD法などで順
次形成する。次に、オーミックコンタクト層6に、平面
視したときに列状に配列されるような薄肉部6aを形成
する。この薄肉部6aは、発光層4で発光した光を外部
に取り出すものであり、発光素子の計上そのものにな
る。具体的には、50×50μm程度の大きさでピッチ
60μm程度に形成される。この薄肉部6aは、オーミ
ックコンタクト層6の所定部分をエッチングすることに
より形成する。次に、プラズマCVD法などでパッシベ
ーション膜7を形成した後に、フォトリソ工程でコンタ
クトホール7aを形成し、最後に半導体基板1の裏面側
に共通電極8を形成すると共に、裏面側に個別電極9を
パターニングして形成する。このような半導発光装置の
製造工程では、オーミックコンタクト層6の薄肉部6a
の形成、パッシベーション膜7へのコンタクトホール7
aの形成、個別電極9のパターニングの3工程がフォト
リソ工程となる。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
装置によれば、オーミックコンタクト層を電子閉じ込め
層や発光層よりもバンドギャップの小さい材料で形成す
るとともに、このオーミックコンタクト層に膜厚の薄い
薄肉部を列状に設け、この薄肉部に電極を形成したこと
から、オーミックコンタクト層の薄肉部のみから光が取
り出され、フォトリソ工程を少なくできると共に、エッ
チング量を少なくできる。
【0027】また、オーミックコンタクト層の薄肉部か
ら光を取り出すことから、薄肉部の膜厚を調整すること
によって光の取り出し量を調整できる。
【0028】さらに、パッシベーション膜の直下部に
は、オーミックコンタクト層が存在し、このオーミック
コンタクト層の下に発光層が位置することから、発光層
が酸化されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体発光装置の一実施例を示す
平面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】オーミックコンタクト層の厚みと光吸収率の関
係を示す図である。
【図4】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・バッファ層、3・・・電
子注入層、4・・・発光層、5・・・電子閉じ込め層、
6・・・オーミックコンタクト層、7・・・パッシベー
ション膜、8・・・共通電極、9・・・個別電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−190895(JP,A) 特開 平1−225178(JP,A) 特開 平2−281762(JP,A) 特開 平3−106093(JP,A) 特開 平5−243610(JP,A) 特開 平4−87381(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の電極を設けた半導体基板上にバッ
    ファ層、電子注入層、発光層、電子閉じ込め層、オーミ
    ックコンタクト層および他方の電極を順次形成した半導
    体発光装置において、前記オーミックコンタクト層を前
    記発光層よりもバンドギャップの小さい材料で形成する
    とともに、このオーミックコンタクト層に膜厚の薄い薄
    肉部を列状に設け、この薄肉部に前記他方の電極を形成
    したことを特徴とする半導体発光装置。
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