JP3229474B2

JP3229474B2 - 半導体発光装置の製造方法

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Publication number: JP3229474B2
Application number: JP33376193A
Authority: JP
Inventors: 剛鈴▲ド▼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH07193277A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光プリンター、複写
機、ファクシミリ等、電子写真方式の記録装置における
感光体への書き込み手段等として用いられる、発光ダイ
オードを用いた高密度な半導体発光装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真による印字方式を採用した光プ
リンター等の光源等への応用を目的として、発光ダイオ
ードアレイの研究が行われている。ここで発光ダイオー
ドアレイは、自己発光型アレイ素子からなり、画像信号
に応じて発光ダイオードアレイを発光させ、等倍結像素
子で感光体面上に静電潜像を形成し、電子写真方式によ
り印字印刷を行うものである。発光ダイオードアレイは
可動部がなく構成部品も少ないことから、このような発
光ダイオードアレイを光プリンター等のヘッドに用いる
と、プリントヘッドの小型化が可能になる。また、自己
発光型で消光比が高く、良好なコントラストが得られ、
さらに、チップの接続により長尺化対応が可能となり、
発光ダイオードの高出力化により高速化にも対応可能と
なる等、種々の利益を得ることができる。この場合、用
いられる発光ダイオードアレイとしては、基板面と平行
な面内に、四角形等の発光部を所定方向に多数配列した
面発光型発光ダイオードアレイや、基板面と垂直な端面
から、所定方向に多数配列した光出力が得られる端面発
光型発光ダイオードアレイ等がある。

【０００３】先ず、面発光型発光ダイオードアレイの基
本的な構造としては、例えば、図１９に示すようなもの
が報告されている（昭和５５年電子通信学会通信部門全
国大会予稿集、第１−２１１項参照）。このような面発
光型発光ダイオードアレイでは、多くの場合、その発光
部５より得られる光出力の強度を発光面内で均一化する
ために、発光部５の両端若しくは周囲に電極６が形成さ
れている。このように面発光型発光ダイオードアレイで
は、光出力が取り出される発光部５と電極６とが同一面
上に存在するため、単位素子当りに要する幅は、発光部
５の幅と電極６の幅、及び素子分離領域の幅を合計した
ものとなり、例えば６００ｄｐｉ（dotsper inchi）以
上のような高密度に発光部を形成することは極めて困難
である。

【０００４】次に、端面発光型発光ダイオードアレイと
しては、例えば、図２０に示すようなものがある（特開
昭６０−３２３７３号公報参照）。この例では、基板上
の積層構造内に複数の発光部７が形成されており、これ
らの発光部７は、その基板面と平行な面内に、その端面
に対して垂直な方向に形成された分離溝３により、電気
的かつ空間的に分離されている。このような端面発光型
発光ダイオードアレイでは、光出力が取り出される発光
部７と電極２０，２５とが同一面上に存在せず、単位素
子当りに要する幅は、発光部７の幅と素子分離領域３の
幅を合計したものとなり、例えば６００ｄｐｉ以上のよ
うな高密度の発光部の形成も、原理的に可能である。こ
のため、高密度光プリンターヘッド用発光ダイオードア
レイとしては、端面発光型発光ダイオードアレイが適し
ているといえる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような特徴を有
する端面発光型発光ダイオードアレイの形状は、従来、
光出射端面を含む端面は全て垂直の段差を有していた。
上記従来例では、発光素子上の電極２０上にワイヤーボ
ンディングがなされて発光素子に電流を注入できるよう
になっている。しかし、このような方法ではワイヤーボ
ンディング時の発光素子部へのダメージが考えられ、ま
たワイヤーボンディングに要する電極部の幅の制限も発
生する。このような問題を解決するには発光部から配線
を引出し、発光部のない場所にボンディング用のパッド
を形成することが必要になる。よって、この段差を配線
が通ることが必要になる。そして、この端面発光型発光
ダイオードアレイの電流を注入するための配線材料であ
るＡｕ系やＡｌ系の材料の成膜を、通常のスパッタリン
グ法を用いて形成した場合に、主に到達粒子のShadowin
g 効果によるステップカバレージ率の低下により、段差
部分の膜厚（特に、段差の角の部分（図２１のＣ部分）
の膜厚）は他の部分より薄くなってしまう。この場合、
段差の部分で局所的に電流密度が大きくなり、エレクト
ロマイグレーション等による配線の断線が発生する可能
性が大きくなり、信頼性に乏しいものになる。また、通
常のスパッタリング法で段差部分に必要な膜厚を得よう
とした場合には、ウエハを傾けるなどの工夫が必要にな
り、成膜装置の特別な仕様が必要になる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、上述の課題を解決することにより、例えば、６
００ｄｐｉ以上のような高密度に発光部を形成でき、印
字ドットの大きさや、印字濃度の均一性の高い、高品質
で高解像な印字印刷が可能であり、かつ高信頼で長寿命
な端面発光型発光ダイオードアレイを用いた光プリンタ
ー光源を実現することが可能な半導体発光装置の製造方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】通常のスパッタリング法
によって、従来のような端面発光型発光ダイオードアレ
イに配線材料を堆積する場合、図２１に示すように段差
の角の部分Ｃにくびれが生じ、２〜３μｍ程度の成膜に
おいてステップカバレージの良い成膜は困難である。こ
の理由としては、主にShadowing 効果が挙げられる。こ
のShadowing 効果とは、図２１のＢの部分に膜が堆積し
て来るとその下の部分Ｃに入射するスパッタ粒子の入射
角度が限られてくるので、図２１のＡ，Ｂ，Ｄの部分に
比べて膜厚が薄くなってしまい、図２１のように段差の
部分にくびれが生じてしまうことである。また、このく
びれは図２１のＣ部分の角度θが小さくなれば、程度が
さらに大きくなる。このような場合、配線の膜厚を全体
的に厚くしても、くびれの部分の膜厚を所望の厚さに厚
くすることは大変難しい。また、通電時にこの部分のみ
局所的に電流密度が大きくなり、エレクトロマイグレー
ションによる断線が起こる可能性があり、信頼性に乏し
い配線になってしまう。このようなShadowing 効果によ
るステップカバレージの悪さを改善するためには、図２
１のＢ部分でShadowing される粒子の影響を少なくすれ
ば良いと考えられる。このために本発明では、図２１の
Ｃ部分の角度θを大きくすること、かつ図２１のＣ部分
において所望の膜厚が得られるようにテーパー面を設け
ることによって、粒子の入射角による影響を防ぎ、段差
部分においても所望の膜厚が得られるようにしている。

【０００８】ここで、上記問題を解決しえる半導体発光
装置の構成例を以下に示す。まず、第１の構成例として
は、少なくとも発光ダイオードの発光層と、該発光層を
発光させるための電極を含む積層構造より成り、積層端
面より光出力が得られる端面発光型発光ダイオードを、
当間隔に設けた複数の分離溝により各層を電気的、空間
的に分離して形成した端面発光型発光ダイオードアレイ
により構成した半導体発光装置において、通常のスパッ
タリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるよう
にするために、「端面発光型発光ダイオードアレイを構
成する各端面発光型発光ダイオードの配線の引出方向の
端面に、基板面とのなす角度が９０度より大きい角度に
なる面が少なくとも一面存在するような形状にする」こ
とにより、通常のスパッタリング法のステップカバレー
ジ率の低下の主な原因であるShadowing 効果によるステ
ップカバレージの悪さを改善することができ、段差の角
の部分でも断面形状にくびれを発生させることなく、配
線用の膜が堆積できるようになる。このことにより、通
常のスパッタリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得
られるようになり、配線内での配線の膜厚が均一化さ
れ、電流密度が局所的に大きくなるようなことが無くな
り、エレクトロマイグレーション等による配線の断線を
防ぐことができる。

【０００９】次に第２の構成例としては、通常のスパッ
タリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるよう
にするために、「各端面発光型発光ダイオードの端面の
形状を、少なくとも発光ダイオードの発光層の深さまで
は垂直に形成し、それより下部に基板面とのなす角度が
９０度より大きいテーパー面を設ける」ことにより、通
常のスパッタリング法のステップカバレージ率の低下の
主な原因であるShadowing 効果によるステップカバレー
ジの悪さを改善することができ、段差の角の部分でも断
面形状にくびれを発生させることなく、配線用の膜が堆
積できるようになる。このことにより、通常のスパッタ
リング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるように
なり、配線内での配線の膜厚が均一化され、電流密度が
局所的に大きくなるようなことが無くなり、エレクトロ
マイグレーション等による配線の断線を防ぐことができ
る。

【００１０】次に第３の構成例としては、通常のスパッ
タリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるよう
にするために、「各端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向の端面の形状を、少なくとも発光ダイオードの
発光層の深さまでは垂直に形成し、それより下部に基板
面とのなす角度が９０度より大きいテーパー面を設け
る」ことにより、通常のスパッタリング法のステップカ
バレージ率の低下の主な原因であるShadowing 効果によ
るステップカバレージの悪さを改善することができ、段
差の角の部分でも断面形状にくびれを発生させることな
く、配線用の膜が堆積できるようになる。このことによ
り、通常のスパッタリング法で段差部分に必要な配線膜
厚が得られるようになり、配線内での配線の膜厚が均一
化され、電流密度が局所的に大きくなるようなことが無
くなり、エレクトロマイグレーション等による配線の断
線を防ぐことができる。また、第2の構成例に比べて、
光出射端面を完全に垂直に形成することが可能であるた
め、各発光ダイオードのＮＦＦ（Near Field Pattarn）
やＦＦＰ(Far Field Pattarn）に与える形状の影響を少
なくできる。

【００１１】次に第４の構成例としては、通常のスパッ
タリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるよう
にするために、「各端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向の端面に、光出射端面の垂直性を保ったまま
で、基板面とのなす角度が９０度より大きい角度を付け
る」ことにより、通常のスパッタリング法のステップカ
バレージ率の低下の主な原因であるShadowing 効果によ
るステップカバレージの悪さを改善することができ、段
差の角の部分でも断面形状にくびれを発生させることな
く、配線用の膜が堆積できるようになる。このことによ
り、通常のスパッタリング法で段差部分に必要な配線膜
厚が得られるようになり、配線内での配線の膜厚が均一
化され、電流密度が局所的に大きくなるようなことが無
くなり、エレクトロマイグレーション等による配線の断
線を防ぐことができる。また、第２、第３の構成例に比
べて、素子分離、光出射端面形成用のドライエッチング
が一回で形成可能であるため、工程の簡略化ができる。

【００１２】次に第５の構成例としては、通常のスパッ
タリング法で段差部分に必要な配線膜厚が得られるよう
にするために、「各端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向を平坦化する」ことにより、従来の端面発光型
発光ダイオードの配線の引出方向が垂直段差になってい
る構造に配線を通常のスパッタリング法で成膜した場合
に比べ、平坦な部分に成膜するので、配線内での配線の
膜厚が均一化され、電流密度が局所的に大きくなるよう
なことが無くなり、エレクトロマイグレーション等によ
る配線の断線を防ぐことができる。

【００１３】次に第６の構成例としては、第５の構成例
の構造をより具体的に示したものであり、「各端面発光
型発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化し、発光部
と配線を形成する部分が、高さが同一で、つながってい
るような形状にし、かつ発光部近傍にのみ電流を注入す
ることにより発光を得るような構成にする」ことによ
り、従来の端面発光型発光ダイオードの配線の引出方向
が垂直段差になっている構造に配線を通常のスパッタリ
ング法で成膜した場合に比べ、平坦な部分に成膜するの
で、配線内での配線の膜厚が均一化され、電流密度が局
所的に大きくなるようなことが無くなり、エレクトロマ
イグレーション等による配線の断線を防ぐことができ
る。また、上記第６の構成例の構造を形成するための方
法としては、「各端面発光型発光ダイオードの配線の引
出方向を平坦化する方法として、発光部のみでなく配線
を形成する部分もドライエッチングの際にエッチングマ
スクを形成することにより、発光部と配線を形成する部
分が、高さが同一で、つながっているような形状にす
る」ことにより、第６の構成例の様な形状が実現でき
る。

【００１４】次に第７の構成例としては、第５の構成例
の構造をより具体的に示したものであり、「各端面発光
型発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化し、発光部
と配線を形成する部分がつながっているような形状に
し、かつ、発光部と配線を形成する部分を電気的に分離
した構成にする」ことにより、従来の端面発光型発光ダ
イオードの配線の引出方向が垂直段差になっている構造
に配線を通常のスパッタリング法で成膜した場合に比
べ、平坦な部分に成膜するので、配線内での配線の膜厚
が均一化され、電流密度が局所的に大きくなるようなこ
とが無くなり、エレクトロマイグレーション等による配
線の断線を防ぐことができる。また、第６の構成例に比
べ、配線の前後の方向にも電気的分離がなされているの
で、注入電流密度が大きくなり、発光効率が上昇するだ
けでなく、発光に寄与していない部分での電流のリーク
等も防ぐことができる。ここで、本発明は特に上記第７
の構成例の半導体発光装置の製造方法に特徴を有するも
のである。すなわち、「少なくとも発光ダイオードの発
光層と、該発光層を発光させるための電極を含む積層構
造より成り、積層端面より光出力が得られる端面発光型
発光ダイオードを、当間隔に設けた複数の分離溝により
各層を電気的、空間的に分離して形成した端面発光型発
光ダイオードアレイにより構成され、各端面発光型発光
ダイオードの配線の引出方向を平坦化した構成の半導体
発光装置の製造方法であって、各端面発光型発光ダイオ
ードの配線の引出方向を平坦化する方法として、予めエ
ッチング溝を形成した基板にエピタキシャル成長を行
い、次に、エッチバック工程を利用して平坦化すること
により、発光部と配線を形成する部分がつながっている
ような形状にし、かつ、発光部と配線を形成する部分を
電気的に分離した構成にし、次に、ドライエッチングで
光出射端面、及び素子分離溝を形成する」ことにより、
第７の構成例の様な形状が実現できる。

【００１５】

【作用】以上に示した構成例の半導体発光装置において
は、発光ダイオードアレイに化合物半導体からなる端面
発光型発光ダイオードアレイを用いることにより、単純
な電極ストライプ型ＤＨ（double hetero)構造とするこ
とができ、所望の高ドット密度になるように隣接する素
子間のピッチを選定して電気的、空間的な分離溝を形成
することが自在である。これにより高ドット密度発光ダ
イオードプリンター用光源等を実現できる。また、端面
発光型発光ダイオードアレイを採用し、その発光ダイオ
ードアレイの各発光ダイオード素子の形状を、「各端面
発光型発光ダイオードの配線の引出方向の端面に、基板
面とのなす角度が９０度より大きい角度になる面が少な
くとも一面存在するような形状」、「各端面発光型発光
ダイオードの端面の形状を、少なくとも発光ダイオード
の発光層の深さまでは垂直に形成し、それより下部に基
板面とのなす角度が９０度より大きいテーパー面を設け
たような形状」、「各端面発光型発光ダイオードの配線
の引出方向の端面の形状を、少なくとも発光ダイオード
の発光層の深さまでは垂直に形成し、それより下部に基
板面とのなす角度が９０度より大きいテーパー面を設け
たような形状」、「端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向の端面に、光出射端面の垂直性を保ったまま
で、基板面とのなす角度が９０度より大きい角度を付け
たような形状」、「端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向を平坦化したような形状」に、それぞれ形成す
ることにより、通常のスパッタリング法のステップカバ
レージ率の低下の主な原因であるShadowing 効果による
ステップカバレージの悪さを改善することができ、段差
の角の部分でも断面形状にくびれを発生させることな
く、配線用の膜が堆積できるようになる。このことによ
り、通常のスパッタリング法で段差部分や平坦化された
部分に必要な配線膜厚が得られるようになり、配線内で
の配線の膜厚が均一化され、電流密度が局所的に大きく
なるようなことが無くなり、エレクトロマイグレーショ
ン等による配線の断線を防ぐことができる。そして、本
発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、「各端
面発光型発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化する
方法として、予めエッチング溝を形成した基板にエピタ
キシャル成長を行い、次に、エッチバック工程を利用し
て平坦化することにより、発光部と配線を形成する部分
がつながっているような形状にし、かつ、発光部と配線
を形成する部分を電気的に分離した構成にし、次に、ド
ライエッチングで光出射端面、及び素子分離溝を形成す
る」ことにより、上述した構成のうちの、特に、「各端
面発光型発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化し、
発光部と配線を形成する部分がつながっているような形
状にし、かつ、発光部と配線を形成する部分を電気的に
分離した構成」の半導体発光装置を容易に実現すること
ができる。

【００１６】

【実施例】以下、半導体発光装置の構成と製造方法の実
施例について図面を参照して詳細に説明する。［実施例１］第一の実施例を図１に示す。これは前述の第１、第２の
構成例における半導体発光装置を満たすものである。図
１において、端面発光型発光ダイオードアレイの各素子
（端面発光型発光ダイオード）１の寸法は、６００ｄｐ
ｉを実現するために横幅が３２．３μｍ、素子長が５０
μｍ、高さを５μｍとし、各素子間の分離溝３の幅を１
０μｍとし、端面発光型発光ダイオードアレイの各素子
１の端面の形状を、少なくとも発光ダイオードの発光層
の深さまでは垂直に形成し、それより下部に基板面との
なす角度が９０度より大きいテーパー面１９を設けて実
施した。

【００１７】本発明の第一実施例による半導体発光装置
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、エピタキシャル成長に
より化合物半導体からなる端面発光型発光ダイオードア
レイを形成した構造となっており、その層構造は、隣接
する素子間に凹状の分離溝３を設けるだけで容易に高ド
ット密度の端面発光型発光ダイオードアレイチップが得
られるようにするために、３層スラブ型ＤＨ構造１３，
１４，１５となっている。そして、この３層１３，１
４，１５の上には亜鉛を高濃度にドーピングしたＰ＋型
ＧａＡｓキャップ層１６、さらにその上には電極２０が
形成されている。また、隣接する素子部との電気的、空
間的分離のための分離溝３が各層にわたり形成されてお
り、端面発光型発光ダイオードアレイの各素子１の端面
の形状を、少なくとも発光ダイオードの発光層の深さま
では垂直に形成し、それより下部に基板面とのなす角度
が９０度より大きいテーパー面１９を設けて実施した。
また、この裏面側には電極２４が形成されている。

【００１８】ここで、図２（ａ）〜（ｅ）及び図３
（ｆ）〜（ｈ）を参照して本発明の第一実施例の半導体
発光装置の製造工程の一例について説明する。尚、図
２、図３の（ａ）〜（ｈ）各図の左側はアレイ方向の断
面、右側はアレイ方向に直交する方向の断面を表わして
いる。まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１１上にＭＢＥ(MolecularBeam Epitaxy）法やＬＰＥ
（Liquid Phase Epitaxy）法、あるいはＭＯＣＶＤ（Me
tal organic Chemical Vapor Deposition)法等による結
晶成長法を用いて、例えば、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１
２を０．５μｍ、ｎ−Ａｌ_0.33Ｇａ_0.67Ａｓクラッド層
１３を１．５μｍ、発光層であるＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ａｓ
活性層１４を５００Å、Ｐ−Ａｌ_0.33Ｇａ_0.67Ａｓクラ
ッド層１５を１．５μｍ、亜鉛を高濃度にドーピングし
たｐ＋ＧａＡｓキャップ層１６を０．４μｍ、順次形成
する。

【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
塗布及びフォトリソ工程の後、Ｃｒ蒸着を行ない、リフ
トオフ法によりＣｒマスク１７を形成する。次に、図２
（ｃ）に示すように、ＥＣＲ−ＲＩＢＥ装置(Electoron
CyclotronResonance−Reactive Ion Beam Etching)を
用いるドライエッチングにより、深さ２．５μｍ程度の
少なくとも活性層１４までは達するような、微細幅の分
離溝１８及び光出射端面１０を形成する。次に、図２
（ｄ）に示すように、図２（ｃ）で用いたＣｒマスク１
７を再度用い、垂直な面を形成する条件よりも、エッチ
ング圧力を下げ、イオン引出電圧を下げたテーパー面を
形成する条件を用い、深さ５．０μｍ程度の少なくとも
ｎ−クラッド層１２に達するような深さで、基板面との
なす角度が９０度より大きいテーパー面１９を形成す
る。次に、図２（ｅ）に示すように、ＨＣｌ等によりＣ
ｒマスクの除去を行なった後、フォトレジスト塗布及び
フォトリソ工程の後、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ蒸着を行ないリ
フトオフ法を用いて上部電極２０を形成する。

【００２０】次に、図３（ｆ）に示すように、ＥＢ(Ele
ctron Beam）蒸着やＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 等の絶縁膜
２１を形成し、この絶縁膜２１に、フォトリソ工程及び
フッ酸によるウェットエッチング工程によりコンタクト
ホール２２を形成する。次に、図３（ｇ）に示すよう
に、スパッタリング法による成膜により、Ａｌ膜を成膜
し、フォトリソ工程の後、燐酸系のエッチャントによる
ウェットエッチングや塩素系のガスを用いたＲＩＥ（Re
active Ion Etching）などにより、配線２３を形成す
る。次に、図３（ｈ）に示すように、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ
／Ａｕ等の蒸着により裏面電極２４を形成して、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１１上に、エピタキシャル成長により化合物
半導体からなる端面発光型発光ダイオードアレイを形成
してなる半導体発光装置が形成される。

【００２１】尚、本発明による半導体発光装置を実現す
るためには図２（ｃ）（ｄ）に示すように同一のマスク
１７を用い、二種類の条件を用いたＥＣＲ−ＲＩＢＥに
よるドライエッチングにより、端面発光型発光ダイオー
ドアレイの各素子１の端面の形状を、少なくとも発光ダ
イオードの発光層の深さまでは垂直に形成し、それより
下部に基板面とのなす角度が９０度より大きいテーパー
面１９を設けることが必要不可欠である。

【００２２】［実施例２］次に第二の実施例を図４に示す。これは前述の第１、第
３の構成例における半導体発光装置を満たすものであ
る。図４において、端面発光型発光ダイオードアレイの
各素子１の寸法、及び基板１１上のエピタキシャル層１
２〜１６、電極２０，２４、配線２３等の構成は実施例
１と同様であり、本実施例では、端面発光型発光ダイオ
ードアレイの各素子１の配線の引出方向の端面の形状
を、少なくとも発光ダイオードの発光層の深さまでは垂
直に形成し、それより下部に基板面とのなす角度が９０
度より大きいテーパー面１９を設けて実施した。

【００２３】ここで、図５（ａ）〜（ｅ）及び図６
（ｆ）〜（ｈ）を参照して本発明の第二実施例の半導体
発光装置の製造工程の一例について説明する。尚、図
５、図６の（ａ）〜（ｈ）各図の左側はアレイ方向の断
面、右側はアレイ方向に直交する方向の断面を表わして
いる。本発明の第二の実施例の製造工程は、図５（ａ）
〜（ｃ），（ｅ）、図６（ｆ）〜（ｈ）は図２（ａ）〜
（ｃ），（ｅ）、図３（ｆ）〜（ｈ）と同一であり、図
５（ｄ）のみが異なっている。図５（ｄ）では、図５
（ｃ）で用いたＣｒマスク１７を再度用い、垂直な面を
形成する条件よりも、エッチング圧力を下げ、イオン引
出電圧を下げたテーパー面を形成する条件を用い、かつ
サンプルホルダーを傾けることにより、光出射端面１０
の垂直性を保ったままで、少なくともｎ−クラッド層１
３に達する様な深さで、基板面とのなす角度が９０度よ
り大きいテーパー面１９を光出射端面１０を除く端面に
形成している。

【００２４】尚、本発明による半導体発光装置を実現す
るためには、図５（ｃ）（ｄ）に示すように同一のマス
クを用い、二種類の条件を用いたＥＣＲ−ＲＩＢＥによ
るドライエッチングにより、端面発光型発光ダイオード
アレイの各素子１の配線の引出方向の端面の形状を、少
なくとも発光ダイオードの発光層の深さまでは垂直に形
成し、それより下部に基板面とのなす角度が９０度より
大きいテーパー面１９を設けることが必要不可欠であ
る。

【００２５】［実施例３］次に第三の実施例を図７に示す。これは前述の第１、第
４の構成例における半導体発光装置を満たすものであ
る。図７において、端面発光型発光ダイオードアレイの
各素子１の寸法、及び基板１１上のエピタキシャル層１
２〜１６、電極２０，２４、配線２３等の構成は実施例
１と同様であり、本実施例では、端面発光型発光ダイオ
ードアレイの各素子１の配線の引出方向の端面に、光出
射端面の垂直性を保ったままで、基板面とのなす角度が
９０度より大きい角度を付けた面１９を設けて実施し
た。

【００２６】ここで、図８（ａ）〜（ｅ）及び図９
（ｆ），（ｇ）を参照して本発明の第三実施例の半導体
発光装置の製造工程の一例について説明する。尚、図
８、図９の（ａ）〜（ｇ）各図の左側はアレイ方向の断
面、右側はアレイ方向に直交する方向の断面を表わして
いる。本発明の第三の実施例の製造工程は、図８（ａ）
〜（ｂ），（ｄ）〜（ｅ）、図９（ｆ）〜（ｇ）は図２
（ａ）〜（ｂ），（ｅ）、図３（ｆ）〜（ｈ）と同一で
対応しており、図８（ｃ）のみが異なっている。図８
（ｃ）では、ＥＣＲ−ＲＩＢＥ装置（Electoron Cyclot
ron Resonance −Reactive Ion Beam Etching)を用いる
ドライエッチングにより、深さ３．５μｍ程度の少なく
ともｎ−クラッド層１３までは達するような、微細幅の
分離溝１８を形成する。この際に、垂直な面を形成する
条件よりも、エッチング圧力を下げ、イオン引出電圧を
下げたテーパー面を形成する条件を用い、かつサンプル
ホルダーを傾けてエッチングすることにより、端面発光
型発光ダイオードアレイの各素子１の配線の引出方向の
端面に、光出射端面１０の垂直性を保ったままで、基板
面とのなす角度が９０度より大きい角度を付けた面１９
を設ける。

【００２７】尚、本発明による半導体発光装置を実現す
るためには図８（ｃ）に示すように、垂直な面を形成す
る条件よりも、エッチング圧力を下げ、イオン引出電圧
を下げたテーパー面を形成する条件を用い、かつサンプ
ルホルダーを傾けてエッチングすることにより、端面発
光型発光ダイオードアレイの各素子１の配線の引出方向
の端面に、光出射端面１０の垂直性を保ったままで、基
板面とのなす角度が９０度より大きい角度を付けた面１
９を設けることが必要不可欠である。

【００２８】ここで、本発明の実施例１，２，３におけ
る、ＥＣＲ−ＲＩＢＥによるドライエッチングの二種類
の条件とその組合せの方法について簡単に述べる。ＥＣ
Ｒ−ＲＩＢＥはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓをはじめとす
る、半導体のドライエッチングとして一般的に使用され
ている。そのエッチング面は垂直かつ平滑であり、レー
ザーダイオードの光共振器端面としても利用できるほど
である。本発明による半導体発光装置においても、塩素
ガスを用いたＥＣＲ−ＲＩＢＥによるドライエッチング
を光出射端面の形成に利用しているが、本発明では、垂
直面を形成できる条件と、垂直面を形成できる条件から
エッチング圧力を下げ、かつイオン引出電圧を下げるこ
とによりテーパー面を形成できる方法を組み合わせるこ
とを行ない利用している。表１に本発明の実施例１，
２，３で用いた二種類のＥＣＲ−ＲＩＢＥ条件（Ａ），
（Ｂ）を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１において、（Ａ）に比べ（Ｂ）はエッ
チング圧力を下げ、イオン引出電圧を下げた条件になっ
ている。これらのエッチング条件でＧａＡｓ基板をエッ
チングしたエッチングプロファイルを図１６に示す。図
１６から判るように、（Ａ）条件において、エッチング
側面は基板面とのなす角度が９０度で形成されている。
これは、通常の光デバイスの光出射端面を形成する条件
である。一方、（Ｂ）条件においては、エッチング側面
は基板面とのなす角度が１００度で形成されている。こ
れは、エッチング圧力を下げ、イオン引出電圧を下げた
ことに起因するエッチングプロファイルの変化である。
この原因は、エッチング圧力を下げ、イオン引出電圧を
下げたことで、イオンのエネルギーが小さくなり、反応
生成物が十分に離脱されず側壁などに堆積し、エッチン
グマスクのような効果をして、エッチングプロファイル
が図１６（Ｂ）のようになる。

【００３１】本発明の実施例１においては、図２
（ｃ），（ｄ）に示すように、始めに表１（Ａ）の条件
を用いて、少なくとも活性層の深さまでは側面が基板面
と９０度をなすようにエッチングを行ない、それより下
の部分は、表１（Ｂ）の条件を用いて、所望の深さまで
エッチングを行ない、図１、図２，３のような形状を実
現している。本発明の実施例２においては、図５
（ｃ），（ｄ）に示すように、始めに表１（Ａ）の条件
を用いて、少なくとも活性層の深さまでは側面が基板面
と９０度をなすようにエッチングを行ない、それより下
の部分は、表１（Ｂ）の条件を用いて、かつ、サンプル
ホルダーを１０度光出射端面側に傾けて所望の深さまで
エッチングを行ない、図４、図５，６のような形状を実
現している。図１７にこの時のサンプルホルダーとイオ
ンビームのレイアウトを、またその時のエッチングプロ
ファイルを図１８に示す。図１７の様にサンプルホルダ
ーを１０度傾けることにより、図１８の様に光出射端面
側は垂直に、かつ配線の引出方向側の端面は基板面と１
１０度をなすような面に形成することができる。本発明
の実施例３においては、図８（ｃ）に示すように、表１
（Ｂ）の条件を用いて、かつ、サンプルホルダーを１０
度光出射端面側に傾けて所望の深さまでエッチングを行
ない、図７、図８，９のような形状を実現している。
尚、以上の様なエッチング形状を得るためには、上述し
たＥＣＲ−ＲＩＢＥの他、ＲＩＥ（Reactive Ion Etchi
ng）等のエッチング方式でも条件を選ぶことにより可能
である。

【００３２】［実施例４］次に第四の実施例を図１０に示す。これは前述の第１、
第５、第６の構成例における半導体発光装置を満たすも
のである。図１０において、端面発光型発光ダイオード
アレイの各素子１の寸法は、６００ｄｐｉを実現するた
めに横幅が３２．３μｍ、高さを５μｍとし、各素子間
の分離溝３の幅を１０μｍで配線部分も分離されるよう
に形成し、基板１１とその上のエピタキシャル層１２〜
１６、及び電極２０，２４、配線２３等の構成は実施例
１と同様であり、本実施例では、端面発光型発光ダイオ
ードアレイの各素子１の配線の引出方向を平坦化して実
施した。

【００３３】ここで、図１１（ａ）〜（ｅ）及び図１２
（ｆ），（ｇ）を参照して第四実施例の半導体発光装置
の製造工程の一例について説明する。尚、図１１、図１
２の（ａ）〜（ｇ）各図の左側はアレイ方向の断面、右
側はアレイ方向に直交する方向の断面を表わしている。
まず、図１１（ａ）に示すように、図２（ａ）と同様の
方法で基板１１上にエピタキシャル層１２〜１６を形成
する。次に、図１１（ｂ）に示すように、図２（ｂ）と
同様にＣｒマスク１７を形成し、図１１（ｃ）に示すよ
うに、ＥＣＲ−ＲＩＢＥ装置（Electoron CyclotronRes
onance −Reactive Ion Beam Etching)を用いるドライ
エッチングにより、深さ５．０μｍ程度の少なくとも活
性層１４までは達するような、微細幅の分離溝１８及び
光出射端面１０を形成する。以降、図１１及び図１２の
（ｄ）〜（ｇ）の工程は、図２及び図３の（ｅ）〜
（ｈ）に対応して同様に作製した。

【００３４】尚、本発明の実施例４による半導体発光装
置を実現するには、図１１（ｂ）に示すように、Ｃｒマ
スクを配線が形成される部分にも形成し、発光部と、配
線が形成される部分の高さを同一に、かつ、つながって
いるように形成することが必要不可欠である。

【００３５】［実施例５］次に第五の実施例を図１３に示す。これは前述の第1、
第５、第７の構成例における半導体発光装置を満たすも
のである。図１３において、端面発光型発光ダイオード
アレイの各素子１の寸法は、６００ｄｐｉを実現するた
めに横幅が３２．３μｍ、高さを５μｍとし、各素子間
の分離溝３の幅を１０μｍ、奥行き１００μｍとし、基
板１１とその上のエピタキシャル層１２〜１６、及び電
極２０，２４、配線２３等の構成は実施例１と同様であ
り、本実施例では、端面発光型発光ダイオードアレイの
各素子１の配線の引出方向を平坦化して実施した。

【００３６】ここで、図１４（ａ）〜（ｅ）及び図１５
（ｆ）〜（ｉ）を参照して第五実施例の半導体発光装置
の製造工程（請求項１）の一例について説明する。尚、
図１４、図１５の（ａ）〜（ｉ）各図の左側はアレイ方
向の断面、右側はアレイ方向に直交する方向の断面を表
わしている。まず、図１４（ａ）に示すように、（１０
０）ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にフォトリソ工程により、
（０１１）方向と平行な方向に幅１００μｍ程度のスト
ライプを形成した後、硫酸過酸化系のエッチャントを用
いたウェットエッチングにより、深さ５．０μｍ程度の
順メサを形成する。次に、図１４（ｂ）に示すように、
順メサを形成した（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板１１上
に、ＭＯＣＶＤ（Metal organic Chemical Vapor Depos
ition)法等による結晶成長法を用いて、例えば、ｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層１２を０．５μｍ、ｎ−Ａｌ_０．３３
Ｇａ_０．６７Ａｓクラッド層１３を１．５μｍ、発光層
であるＡｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ａｓ活性層１４を５０
０Å、ｐ−Ａｌ_０．３３Ｇａ_０．６７Ａｓクラッド層１
５を１．５μｍ、亜鉛を高濃度にドーピングしたｐ＋Ｇ
ａＡｓキャップ層１６を０．４μｍ、順次形成する。

【００３７】次に、図１４（ｃ）に示すように、順メサ
を覆うことのできるような、フォトレジストによるウェ
ットエッチング用のマスクをフォトリソ工程で形成し、
硫酸過酸化系のエッチャントを用いたエッチバックを行
ない平坦化を行なう。次に、図１４（ｄ）に示すよう
に、レジスト塗布及びフォトリソ工程の後Ｃｒ蒸着を行
ない、リフトオフ法によりＣｒマスク１７を形成する。
次に、図１４（ｅ）に示すようにＥＣＲ−ＲＩＢＥ装置
(Electoron CyclotronResonance −Reactive Ion Beam
Etching）を用いるドライエッチングにより、深さ５．
０μｍ程度の少なくともｎ−クラッド層１３までは達す
るような、微細幅の分離溝１８及び光出射端面１０を形
成する。

【００３８】次に、図１５（ｆ）に示すように、ＨＣｌ
等によりＣｒマスク除去を行なった後、フォトレジスト
塗布及びフォトリソ工程の後、Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕ蒸着を
行ない、リフトオフ法を用いて上部電極２０を形成す
る。次に、図１５（ｇ）に示すように、ＥＢ蒸着やＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ₂ 等の絶縁膜２１を形成し、この絶縁
膜２１に、フォトリソ工程及びフッ酸によるウェットエ
ッチング工程によりコンタクトホール２２を形成する。
次に、図１５（ｈ）に示すように、スパッタリング法に
よる成膜により、Ａｌ膜を成膜し、フォトリソ工程の
後、燐酸系のエッチャントによるウェットエッチングや
塩素系のガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）
などにより、配線２３を形成する。次に、図１５（ｉ）
に示すように、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の蒸着により
裏面電極２４を形成して、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、
エピタキシャル成長により化合物半導体からなる端面発
光型発光ダイオードアレイを形成してなる半導体発光装
置が形成される。

【００３９】尚、本発明の実施例５による半導体発光装
置を実現するには、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、予め順メサを形成した基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用
いて結晶成長を行ない、かつ、エッチバック工程を行な
い、基板を平坦化することが必要不可欠である。また、
この実施例では、実施例４と同様に発光部と配線を形成
する部分がつながっているような形状にしてあるが、エ
ッチバック工程の際に、配線を形成する部分のエピタキ
シャル層１２〜１６が除去されるため、発光部と配線を
形成する部分を電気的に分離した構成にすることができ
る。従って、実施例４の構成に比べ、配線の前後の方向
にも電気的分離がなされているので、注入電流密度が大
きくなり、発光効率が上昇するだけでなく、発光に寄与
していない部分での電流のリーク等も防ぐことができ、
発光強度を強くすることができる。

【００４０】以上、本発明の実施例１〜５について説明
したが、実施例１〜５における絶縁膜としては、ＳｉＯ
₂ の他にＳｉＮを用いても実施可能である。また、基板
１１としてｎ型ＧａＡｓ基板を用いた例を幾つか示して
きたが、ｐ型のＧａＡｓ基板を用いても良く、その場合
には、バッファ層１２にはｐ−ＧａＡｓ、クラッド層１
３にはｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ、活性層１４にはＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ、クラッド層１５にはｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ａｓ、キャップ層１６にはｎ−ＧａＡｓを用い、キ
ャップ層の上に設けるコンタクト層にはｎ＋ＧａＡｓを
用い、素子駆動のための注入電流は基板からコンタクト
層へと流れる。尚、化合物半導体層の組成は上記以外の
組成によっても十分に機能を果すことができることは言
うまでもない。また、ＡｌＧａＡｓ系以外の、例えばＩ
ｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓＰ等、その他の
化合物半導体及び混晶半導体を用いても実施可能であ
る。

【００４１】さらに、本発明における半導体発光素子の
特徴は、発光ダイオードアレイ素子部が単純な電極スト
ライプ型ＤＨ構造をしており、これによるメリットは、
所望の高ドット密度になるように隣接する素子間のピッ
チを選定して電気的、空間的な分離溝を形成することが
自在であり、これにより高ドット密度発光ダイオードア
レイプリンター用光源を実現できるということである
が、別の構造、例えば、ＳＨ（Single Hetero)構造、ホ
モ接合構造など純バイアス電流注入により発光を生じる
接合が少なくとも一つ素子端面に対して平行で光出射端
面に垂直な端面発光型構造の発光素子であれば適用でき
る。

【００４２】

【発明の効果】以上に示した構成の半導体発光装置にお
いては、発光素子部に端面発光型発光ダイオードアレイ
を採用し、その発光ダイオードアレイの各発光ダイオー
ド素子の形状を、「各端面発光型発光ダイオードの配線
の引出方向の端面に、基板面とのなす角度が９０度より
大きい角度になる面が少なくとも一面存在するような形
状」、「各端面発光型発光ダイオードの端面の形状を、
少なくとも発光ダイオードの発光層の深さまでは垂直に
形成し、それより下部に基板面とのなす角度が９０度よ
り大きいテーパー面を設けたような形状」、「各端面発
光型発光ダイオードの配線の引出方向の端面の形状を、
少なくとも発光ダイオードの発光層の深さまでは垂直に
形成し、それより下部に基板面とのなす角度が９０度よ
り大きいテーパー面を設けたような形状」、「端面発光
型発光ダイオードの配線の引出方向の端面に、光出射端
面の垂直性を保ったままで、基板面とのなす角度が９０
度より大きい角度を付けたような形状」、「端面発光型
発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化したような形
状」に、それぞれ形成することにより、通常のスパッタ
リング法のステップカバレージ率の低下の主な原因であ
るShadowing 効果によるステップカバレージの悪さを改
善することができ、段差の角の部分でも断面形状にくび
れを発生させることなく、配線用の膜が堆積できるよう
になる。このことにより、通常のスパッタリング法で段
差部分や平坦化された部分に必要な配線膜厚が得られる
ようになり、配線内での配線の膜厚が均一化され、電流
密度が局所的に大きくなるようなことが無くなり、エレ
クトロマイグレーション等による配線の断線を防ぐこと
ができる。そして、本発明に係る半導体発光装置の製造
方法によれば、「各端面発光型発光ダイオードの配線の
引出方向を平坦化する方法として、予めエッチング溝を
形成した基板にエピタキシャル成長を行い、次に、エッ
チバック工程を利用して平坦化することにより、発光部
と配線を形成する部分がつながっているような形状に
し、かつ、発光部と配線を形成する部分を電気的に分離
した構成にし、次に、ドライエッチングで光出射端面、
及び素子分離溝を形成する」ことにより、上述した構成
のうちの、特に、「各端面発光型発光ダイオードの配線
の引出方向を平坦化し、発光部と配線を形成する部分が
つながっているような形状にし、かつ、発光部と配線を
形成する部分を電気的に分離した構成」の半導体発光装
置を容易に実現することができる。

【００４３】これにより、高密度高品質、かつ高階調な
印字を実現するために、例えば、６００ｄｐｉ以上のよ
うな高密度に発光部を形成でき、印字ドットの大きさ
や、印字濃度の均一性の高い、高品質で高解像な印字印
刷が可能であり、かつ高信頼で長寿命な端面発光型発光
ダイオードアレイを用いた光プリンター光源を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す半導体発光装置の
要部斜視図である。

【図２】図１に示す半導体発光装置の作製プロセスの一
例を示す説明図である。

【図３】図２に示す作製プロセスの続きを示す説明図で
ある。

【図４】本発明の第二の実施例を示す半導体発光装置の
要部斜視図である。

【図５】図４に示す半導体発光装置の作製プロセスの一
例を示す説明図である。

【図６】図５に示す作製プロセスの続きを示す説明図で
ある。

【図７】本発明の第三の実施例を示す半導体発光装置の
要部斜視図である。

【図８】図７に示す半導体発光装置の作製プロセスの一
例を示す説明図である。

【図９】図８に示す作製プロセスの続きを示す説明図で
ある。

【図１０】本発明の第四の実施例を示す半導体発光装置
の要部斜視図である。

【図１１】図１０に示す半導体発光装置の作製プロセス
の一例を示す説明図である。

【図１２】図１１に示す作製プロセスの続きを示す説明
図である。

【図１３】本発明の第五の実施例を示す半導体発光装置
の要部斜視図である。

【図１４】図１３に示す半導体発光装置の作製プロセス
の一例を示す説明図である。

【図１５】図１４に示す作製プロセスの続きを示す説明
図である。

【図１６】表１に示すＥＣＲ−ＲＩＢＥの二つの条件で
ＧａＡｓ基板をエッチングした際のエッチングプロファ
イルを示す説明図である。

【図１７】ＥＣＲ−ＲＩＢＥを用いてＧａＡｓ基板をエ
ッチングする際のサンプルホルダーとイオンビームのレ
イアウトの一例を示す説明図である。

【図１８】図１７に示すレイアウトでエッチングした際
のエッチングプロファイルを示す説明図である。

【図１９】従来技術の説明図であって、面発光型発光ダ
イオードアレイの一例を示す図である。

【図２０】従来技術の説明図であって、端面発光型発光
ダイオードアレイの一例を示す図である。

【図２１】従来技術の問題点の説明図である。

【符号の説明】

１：端面発光型発光ダイオード素子３，１８：素子分離溝１１：基板１２：バッファ層１３，１５：クラッド層１４：活性層（発光層）１６：キャップ層１７：マスク２０：上部電極２１：絶縁膜２２：コンタクトホール２３：配線２４：裏面電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも発光ダイオードの発光層と、該
発光層を発光させるための電極を含む積層構造より成
り、積層端面より光出力が得られる端面発光型発光ダイ
オードを、当間隔に設けた複数の分離溝により各層を電
気的、空間的に分離して形成した端面発光型発光ダイオ
ードアレイにより構成され、各端面発光型発光ダイオー
ドの配線の引出方向を平坦化した構成の半導体発光装置
の製造方法であって、各端面発光型発光ダイオードの配線の引出方向を平坦化
する方法として、予めエッチング溝を形成した基板にエ
ピタキシャル成長を行い、次に、エッチバック工程を利
用して平坦化することにより、発光部と配線を形成する
部分がつながっているような形状にし、かつ、発光部と
配線を形成する部分を電気的に分離した構成にし、次
に、ドライエッチングで光出射端面、及び素子分離溝を
形成したことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。