JP3236401B2

JP3236401B2 - 光プリンター光源

Info

Publication number: JP3236401B2
Application number: JP8970393A
Authority: JP
Inventors: 洋之家地
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH06302856A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードを用い
て感光体への光書込みを行う光プリンター光源に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式による画像形成装置
や光プリンタ等の光源に利用するための発光ダイオード
アレイの研究が進められている。この発光ダイオードア
レイは自己発光型アレイ素子からなっており、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
子で感光体表面に静電潜像を形成し、電子写真方式によ
って印字、印刷を行うものである。図１４は、従来の発
光ダイオードを用いた光プリントヘッドの構造を示すも
のである。放熱板を兼ねた基板１上には、セラミックス
等で形成される配線部材２，３，４を貼付けられてお
り、これら配線部材３，４にはそれぞれ画像信号や電源
との接続を行うためのケーブル５，６が接続されてい
る。中央部の長手方向に沿って発光ダイオードを一列に
並べた発光ダイオードアレイチップ７₁〜７nが配列され
ている。この発光ダイオードアレイチップ７₁〜７nの両
側には、これらチップを駆動するドライバー回路８₁〜
８n，９₁〜９n が配列されている。これにより、ケーブ
ル５，６より入力される画像信号のシリアルパラレル変
換回路等を内蔵した発光ダイオードドライブ集積回路１
０を構成している。このような構成において、ケーブル
５，６から画像信号を一列分逐次、ドライバー回路８₁
〜８n，９₁〜９nに入力し、一列分のデータをシフトし
た後、これを並列に図示しない発光ダイオード駆動端子
に出力することにより、各発光ダイオードが点灯、消灯
し、これにより一列分の画像形成用の輝点が発生する。

【０００３】図１５は、発光ダイオードアレイ発光部と
ドラム面結像点との関係を示したものである。発光ダイ
オードアレイを構成する各発光ダイオードアレイチップ
７₁〜７n の発光ダイオード１１は、セルフォックレン
ズアレイ等の等倍結像系１２によって感光体ドラム１３
上に結像される。このように発光ダイオードアレイを用
いた光プリントヘッドは、可動部がなく構成部品の少な
いことから小型化となる。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、これにより発光ダイ
オードの高出力化により高速化にも対応させることがで
きる。

【０００４】このような光プリントヘッドに用いられる
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
オードがある。まず、前者の面発光型発光ダイオードア
レイとしては、例えば、昭和５５年度の電子通信学会通
信部門全国大会予稿集１−２１１頁に開示されているも
のがある。図１６は、面発光型発光ダイオードアレイの
基本的な構造を示したものである。発光部１４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１４の両端若しくは周囲に電極１５が形成されてい
る。このように光出力が取り出される発光部１４と電極
１５とが同一面上に存在するため、単位素子当たりの要
する幅は、発光部１４の幅と電極１５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、６００ｄｐ
ｉ（dot per inch）以上のような高密度に発光部１４を
形成することは極めて困難である。次に、後者の端面発
光型発光ダイオードアレイとしては、例えば、特開昭６
０−３２３７３号公報に「横方向光取出し発光ダイオー
ドアレイ構造」なる名称で開示されているものがある。
これは、図１７に示すように、基板１６上の積層構造内
に複数個の発光部１７が形成されており、これらの発光
部１７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１８により電気的かつ空間
的に分離される。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１７と電極１
９とが同一面内に存在せず、単位面積当たりの要する幅
は、発光部１７の幅と素子の分離溝１８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１７の形成も原理的に可能である。従って、この
ようなことから、高密度光プリンタ用発光ダイオードア
レイとしては、原理的に端面発光型発光ダイオードアレ
イが適している。

【０００５】このように面発光型及び端面発光型の従来
の装置においては、発光ダイオードアレイ内の各発光ダ
イオードの光出力のバラツキに関しては、最近の化合物
半導体の結晶成長技術の進歩により、基板面内において
積層構造の層厚の均一性、膜の電気的或いは光学的特性
の均一性等が良好なものとなり、同一チップ内の発光ダ
イオードアレイの各発光ダイオードの光出力のバラツキ
を〜±５％以内にすることが可能である。しかし、一般
に、高密度光プリンタ用の発光ダイオードアレイとして
用いる場合、原理的には、後者の端面発光型発光ダイオ
ードをアレイ状に配列した端面発光型発光ダイオードア
レイが適しているが、現状では必ずしも適しているとは
言えない。すなわち、図１５に示したように、発光ダイ
オード発光部とドラム面結像点との関係において、アレ
イレンズの光軸に端面発光型発光ダイオードアレイ光源
からの出射光の光軸を合わせ込む必要があるが、端面発
光型発光ダイオードからの出射光の光発散角θが面発光
型発光ダイオードよりも小さく扁平で、かつ、指向性を
もった光なので、光発散角θが大きな面発光型発光ダイ
オードをアレイ状に配列して面発光型光プリンタヘッド
を組み立てる場合に比べて光軸を合わせることが難しく
なってしまい、これにより本質的に高密度化に有利であ
るという端面発光型発光ダイオード本来の特徴を活用し
切れていなかった。これにより、端面発光型発光ダイオ
ードの光軸とアレイレンズとの光軸とが一致しない場合
には光出力が弱くなってしまい、また、部分的に端面発
光型発光ダイオードの光軸とアレイレンズとの光軸とが
一致しない場合には光プリンタヘッドとして感光体像面
上で光強度のバラツキが生じ（その値は、〜±５０％に
も達する）、印字ドットの大きさや印字濃度に大きな差
が生じてしまうため、高密度の端面発光型発光ダイオー
ドを光プリンタ用光源に用いたとしても必ずしも所望の
光プリンタヘッドを得ることができなかった。一方、前
者の面発光型発光ダイオードを用いても、図１６に示し
たように、光出力が取り出される発光部１４と電極１５
とが同一面上に存在していたことにより、高密度に発光
部１４を形成することは困難である。さらに、この場
合、高密度化に不利であったのは、発光部１４のサイズ
を小さくすることにより電極サイズも同様に小さくなり
光出力が低下するためであり、このように面発光型発光
ダイオードアレイの光出力の強度を発光領域の大きさ
（言い替えれば、ＰＮ接合面の面積）で補っていた点に
あると考えられる。

【０００６】このような従来からの問題点を考慮して、
ダブルヘテロ構造の発光ダイオードで発光効率を高くす
るためには、その積層構造中の活性層を薄くして僅かな
電流で高い注入キャリア密度（高い利得）が得られるよ
うにしてやることが重要であり、また、光は屈折率の高
い領域に集まる性質を持っているため、活性層とクラッ
ド層の屈折率差が大きくなるように設定することによ
り、光の活性層での閉じ込め効果が高くなり高い利得を
もつ活性層に光波が閉じ込められ、これにより効果的に
発光するすなわち発光効率が高くなることが知られてい
る。ただし、ダブルヘテロ構造でＬＥＤアレイを作製す
る場合、必ずＬＥＤ動作をすることが重要であるため、
発光効率を高めるための手立てを講じるのと同時に、全
く相反するレージング（レーザ発振）を抑制させるよう
にする必要がある。すなわち、光増幅作用によってのみ
で発光効率を高めていったのでは光利得によってレージ
ングしてしまうからである。従って、ダブルヘテロ構造
において高発光効率の発光ダイオードアレイを実現する
ためには、レージング抑制を行いつつ高発光効率になる
ように工夫する必要がある。

【０００７】そこで、従来において、そのようなレージ
ングを抑制した具体例としては、例えば、特願平０３−
１８２５７０号公報（出願日は平成３年７月２３日）に
「光プリンター光源」なる名称で本出願人により出願さ
れているものがある。これは、ダブルヘテロ構造の端面
発光型発光ダイオードアレイなるものであり、活性層と
クラッド層とのバンドギャップ差を小さくし、活性層を
薄くして有効質量が小さい電子をＰ型クラッド層へオー
バーフローさせながら動作させることによってレージン
グ抑制を行っている。また、これと同時に、クラッド層
のキャリア濃度を活性層のキャリア濃度よりも高く設定
して活性層内の共振器損失を小さくすることによって発
光効率を高めている。すなわち、活性層の結晶の品質を
高めることが可能なエピタキシャル成長技術によって、
高出力で長寿命の端面発光型ダブルヘテロ構造発光ダイ
オードアレイを実現している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような端
面発光型ダブルヘテロ構造発光ダイオードアレイを用い
ることによって、面発光型ダブルヘテロ構造発光ダイオ
ードアレイを実現しようとした場合、高出力はおろか極
端に寿命の短い面発光型発光ダイオードアレイになって
しまうことが判明した。以下、その理由について述べ
る。図１８は、端面発光型ダブルヘテロ構造発光ダイオ
ードの光取出し側の電極を小さくした構造を示す断面図
であり、図１９はその平面図である。この場合、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２０上には、エピタキシャル成長させた膜厚
０．３μｍでキャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ~³のｎ型Ｇａ
Ａｓバッファー層２１と、膜厚１．１５μｍでキャリア
濃度３×１０¹⁷ｃｍ~³のｎ型Ａｌ₀.₄ Ｇａ₀.₆Ａｓクラ
ッド層２２と、膜厚０．０５μｍでキャリア濃度１×１
０¹⁵ｃｍ~³のｎ型Ａｌ₀.₂ Ｇａ₀.₈Ａｓ活性層２３と、
膜厚１．１５μｍでキャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ~³のｐ
型Ａｌ₀.₄ Ｇａ₀.₆Ａｓクラッド層２４と、膜厚０．２
μｍでキャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ~³のｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層２５とが順次積層されてなるダブルヘテロ構造
が設けられ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２５の上部にはｐ
型電極２６が設けられ、これと反対側のｎ型ＧａＡｓ基
板２０の裏面側にはｎ型電極２７が設けられている。さ
らに、ｐ型電極２６上にはボンディングパッドを有する
配線２８と、絶縁膜ＳｉＯ₂ ２９とが積層されている。

【０００９】このような面発光型ダブルヘテロ構造発光
ダイオードを用いてＬＥＤを動作させた場合、図２０
（ａ）に示すように、発光領域Ａは、電極２６の直下付
近のみとなる。図２０（ｂ）は、その中央部付近のライ
ン上に対応した光強度プロファイル３０を示したもので
あり、これにより活性層２３に対する注入電流の広がり
が小さくなっていることを意味している。また、前述し
たように、レージング抑制のために活性層２３とクラッ
ド層２２，２４とのバンドギャップ差はあまり大きくで
きないものの、発光効率は大きくしたいがために、クラ
ッド層２２，２４は最低のレージング抑制を許可するバ
ンドギャップ差をもっている。このため、クラッド層２
２，２４の抵抗は高くなって活性層２３上のクラッド層
２４での電流の広がりが小さくなり、電極２６の直下付
近のみが発光領域Ａとなるものと考えられる。すなわち
言い替えると、ＡｌＧａＡｓ系の材質では、Ａｌ組成が
大きくなるにつれて高品質の結晶層を保証しながらキャ
リア濃度を高くすることができなくなっていくため、ク
ラッド層２２，２４の抵抗が高くなり、これにより活性
層２３の上のクラッド層２４での電流の広がりが小さく
なり、電極２６の直下付近のみが発光領域Ａとなってい
ると考えられる。

【００１０】このような理由から、単純にダブルヘテロ
構造の面発光型発光ダイオードにしても光出力が高くな
らないことが判明した。また、面発光型ダブルヘテロ構
造発光ダイオードの場合、光を上から取り出すことにな
るために、光取出し側の電極２６を大きくして電極２６
の直下付近の発光効率を高くしても、光取出し効率の面
からはその電極２６によって光をさえぎることになり、
結果的に光出力の低下を招くことになる。一方、寿命に
関して言えば、電極２６の直下付近に電流集中が生じて
しまうため、活性層２３中（発光領域Ａ）における非発
光再結合中心の増加のために、光出力劣化が著しく寿命
が短いものとなる。従って、このように従来の端面発光
型ダブルヘテロ構造発光ダイオードに面発光型のものを
組み込もうとしても、発光効率や寿命の面で必ずしも高
効率なものとなっているとは言えないのが現状である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、少なくとも、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓバッファー
層と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる発光層をクラッド層
で挟んだダブルへテロ構造部と、ＡｌＧａＡｓ電流拡散
層と、第１のＧａＡｓキャップ層と、前記第１のキャッ
プ層よりも低抵抗の第２のＧａＡｓキャップ層が順次積
層する構造と、前記ＧａＡｓ基板の裏面に接合する電極
と、前記第２のキャップ層に接合する電極を有し、前記
ダブルヘテロ構造の積層面より垂直に光出力が得られる
面発光型発光ダイオードを設けた。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、ＧａＡｓバッファー層の直上に、Ａｌ_x
Ｇａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）からなるブラック反射鏡を
設けた。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明において、ブラック反射鏡は、入射波長（発光波
長）に対して吸収がない層により形成した。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明においては、ダブルヘテロ
構造の端面発光型発光ダイオードを基調とした面発光型
発光ダイオードを構成したことによって、高密度の発光
ダイオード光プリンター光源を従来の実装技術を用いて
実現することが可能となり、また、ＡｌＧａＡｓ電流拡
散層を設けたことによって、発光領域からの光出力を均
一にすることが可能となり、さらに、キャップ層を複数
層形成することによって、発光ダイオードの寿命を格段
に向上させることが可能となる。

【００１５】請求項２，３記載の発明においては、発光
波長に対して吸収しないブラック反射鏡を設けたことに
よって、光出射方向と反対側へ出た光を光出射方向へ反
射させることができ、これにより一段と高出力の面発光
型発光ダイオードアレイを実現することが可能となる。

【００１６】

【実施例】請求項１記載の発明の一実施例を図１〜図６
に基づいて説明する。図３及び図４は光プリンター光源
の全体構成を示すものであり、面発光型発光ダイオード
３１の素子がドット密度６００ｄｐｉ相当で２５６個直
線状に配列され、面発光型発光ダイオードアレイ３２を
構成している。そこで、面発光型発光ダイオード３１の
内部構成を図１及び図２に基づいて述べる。ｎ型ＧａＡ
ｓ基板３３上には、ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル
成長させた膜厚０．３μｍでキャリア濃度３×１０¹⁸ｃ
ｍ~³のｎ型ＧａＡｓバッファー層３４と、膜厚０．７μ
ｍでキャリア濃度３×１０¹⁷ｃｍ~³のｎ型Ａｌ₀.₄Ｇ
ａ₀.₆Ａｓクラッド層３５と、発光層としての膜厚０．
１５μｍでキャリア濃度３×１０¹⁶ｃｍ~³のＡｌ₀.₂Ｇ
ａ₀.₈Ａｓ活性層３６と、膜厚０．５μｍでキャリア濃
度５×１０¹⁷ｃｍ~³のｐ型Ａｌ₀.₄Ｇａ₀.₆ Ａｓクラッ
ド層３７と、膜厚１．２５μｍでキャリア濃度２×１０
¹⁸ｃｍ~³のｐ型Ａｌ₀.₄Ｇａ₀.₆ Ａｓ電流拡散層３８
と、膜厚０．０５μｍでキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ~³
の第一のｐ型ＧａＡｓキャップ層３９と、膜厚０．０５
μｍでキャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ~³の第二のｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層４０とが順次積層されダブルヘテロ構造
をなしている。また、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４０の上
面にはｐ型電極４１が形成され、この電極４１の上部に
は図示しないボンディングパッドを有する配線４２と配
線形成用絶縁膜ＳｉＯ₂ ４３とが積層されている。さら
に、ｎ型ＧａＡｓ基板３３の裏面側にはｎ型電極４４が
設けられている。このように面発光型発光ダイオード３
１は、ダブルヘテロ構造の端面発光型発光ダイオードア
レイを基調として構成されている。また、図２は、図１
の平面図を示すものであり、Ａは垂直発光を行う発光領
域Ａを示すものである。

【００１７】図４に示すように、面発光型発光ダイオー
ド３１のコンタクト層たるｐ型ＧａＡｓキャップ層４０
の上面からｎ型ＧａＡｓ基板３３の表面に達する領域に
は、分離溝４５が塩素系ガスを用いたドライエッチング
法によって形成されている。この分離溝４５によって面
発光型発光ダイオードアレイ３２内の各面発光型発光ダ
イオード３１が電気的に分離される。また、各面発光型
発光ダイオード３１は基板端面に位置して配置されてお
り、積層面Ｑは基板面に対して平行に形成され、その積
層面Ｑより垂直方向（矢印方向）に光は出射される。

【００１８】ｐ型電極４１はＡｕ−Ｚｎ／Ａｕからなっ
ており、ｎ型電極４４はＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからな
っている。ｐ型電極４１は、図４に示すように、面発光
型発光ダイオード３１の後方に配置された配線用ボンデ
ィングパッド４６に電気的に接続されている。これによ
り、ボンディングによるダメージから素子を保護し、発
光効率の劣化を防いでいる。また、配線用ボンディング
パッド４６は、図３に示すように、光出射方向に４段に
配列されており、高密度実装が可能となっている。この
配線用ボンディングパッド４６は、図示しない、ワイヤ
ボンディングを介してドライバー回路と接続されてい
る。

【００１９】上述したような積層構造は、基本的にはダ
ブルヘテロ構造である。ｐ型又はｎ型のＡｌＧａＡｓか
らなる活性層３６は、エネルギーギャップが上下にある
クラッド層３５，３７よりも小さくなるようにＡｌＧａ
Ａｓ混晶組成が設定されており、キャリア及び光を活性
層３６に閉じ込めることが可能なように設定している。
ＧａＡｓ基板３３の直上にＧａＡｓバッファー層３４を
形成したのは、積層する結晶層の品質を向上させるため
である。上側のクラッド層３７上にＡｌＧａＡｓの電流
拡散層３８を形成したのは、電極４１，４４によってさ
えぎられて取り出すことができない電極直下以外へ注入
電流が均一に広がるように考慮し、かつ、活性層３６面
内に均一に注入電流が広がるようにするためである。電
流拡散層３８のキャリア濃度を２×１０¹⁸ｃｍ~³程度に
設定したのは、活性層３６から積層面に対して垂直に出
力する発光波長に対して光学的に透明なクラッド層３７
と同一のＡｌＧａＡｓ混晶組成で、かつ、結晶性は多少
犠牲にしても抵抗を低減するためである。ＡｌＧａＡｓ
の電流拡散層３８を膜厚１〜２μｍ程度に設けることに
よって、発光部の発光波長に対して吸収係数が十分に小
さい拡散層としての役割を果たしている。電流拡散層３
８の膜厚に関しては、十分な注入電流広がりをさせるた
めに５μｍ程度以上あることが必要であるが、ここでは
１〜２μｍ程度に設定した。その理由は、膜厚を厚く形
成すると長時間を要するため、活性層３６へクラッド層
３５，３７などから不純物の拡散があることによって活
性層３６のキャリア濃度が高くなった場合、結晶性の低
下を伴い準位の発生によって非発光再結合中心が増加す
ることやキャリアの拡散長が短くなって発光再結合を阻
害する要因になってしまうからである。

【００２０】また、本実施例では、キャップ層３９，４
０はＧａＡｓの２層から形成した。以下、このように２
層から形成した理由について述べる。従来のＡｌＧａＡ
ｓ系面発光型ダブルヘテロ構造発光ダイオードの場合に
は、キャップ層に関しては、活性層上のＡｌＧａＡｓク
ラッド層上にＧａＡｓキャップ層を設けないで直接電極
を設けた構造になっていた。すなわち、ＡｌＧａＡｓ発
光層の発光波長よりもバンドギャップが小さいＧａＡｓ
層を光出力の取出し方向に設けることは、光吸収によっ
て光の取出し効率を低下させるために発光層からの光出
力の低下を促進してしまうという考え方が優先してい
た。しかしながら、このように考えることによって、Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層の表面で電極が設けられていない
領域が大気によって酸化されやすい状態になっているた
め、素子の寿命が低下する原因にもなっていた。従っ
て、このような理由から２層からなるキャップ層３９，
４０を設けたものである。第一のキャップ層３９は、結
晶性を多少犠牲にしても抵抗を低減させるためにキャリ
ア濃度を高くしたＡｌＧａＡｓの電流拡散層３８との界
面を急峻にし、その電流拡散層３８とＧａＡｓのキャッ
プ層３９との界面でのリーク電流を抑えるためにそのキ
ャリア濃度を１〜２×１０¹⁸ｃｍ~³程度に設定してい
る。また、第二のキャップ層４０は、電流注入のために
メタル電極とのオーミック接触を容易にするために、そ
のキャリア濃度を１〜２×１０¹⁹ｃｍ~³程度に設定して
いる。これらＧａＡｓのキャップ層３９，４０の膜厚に
関しては、図５に示すように、予め物性の計算によって
求めたＡｌ₀.₂Ｇａ₀.₈Ａｓの活性層３６からの発光波長
７４１０Åに対する光吸収の割合と、ＧａＡｓのキャッ
プ層３９，４０の膜厚との関係から、第一のＧａＡｓキ
ャップ層３９と第二のＧａＡｓキャップ層４０との総膜
厚が１０００Å以下、すなわち、光吸収の割合が１０％
以下になるように設定する。

【００２１】このような構成において、面発光型発光ダ
イオード３１を分離溝４５により垂直に電気的空間的に
分離してなる面発光型発光ダイオードアレイ３２にドラ
イバー回路から駆動電圧を印加し、任意のｐ型電極４１
とｎ型電極４４との間に所定の電流を流すことによっ
て、面発光型発光ダイオードアレイ３２内の任意の位置
の面発光型発光ダイオード３１の光出射面たる積層面Ｑ
から垂直（図４の矢印方向）に光出力を得ることができ
る。図６（ａ）（ｂ）は、面発光型発光ダイオード３１
の近視野像（Ｎ．Ｆ．Ｐ）を示したものである。図６
（ａ）に示すように、発光領域Ａ（紙面の垂直方向に発
光する）は、電極４１の直下付近のみとなる。図６
（ｂ）は、その中央部付近のライン上に対応した光強度
プロファイル４７を示したものであり、活性層３６に対
する注入電流の広がりが従来の図２０（ａ）の場合より
も大きくなっている。これにより、発光領域Ａからの光
が均一に取り出されていることがわかり、発光の有効性
を実証することができる。また、面発光型発光ダイオー
ド３１を２５６個配列してなる面発光型発光ダイオード
アレイ３２は、膜特性の均一性に優れたＭＯＶＰＥ法に
より作製することができ、同一のチップ内においては光
出力のバラツキが±５％以下となる。さらに、積層面よ
り垂直に光出力が得られる面発光型発光ダイオード３１
を分離溝４５により各層を垂直に電気的空間的に分離し
て面発光型発光ダイオードアレイ３２にすることによ
り、面発光型発光ダイオードアレイ３２の光出射方向に
面発光型発光ダイオード３１の側壁からの不用な光が出
射されるのを防止することができる。

【００２２】なお、面発光型発光ダイオードアレイ３２
のチップに用いられる材料としては、III−Ｖ族化合物
半導体であるＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌ
Ｐ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、Ｉｎ
ＡｓＰ、ＩｎＡｓＳｂ等、また、II−VI族化合物半導体
であるＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳＳｅ、
ＣｄＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ等、さらに、IV−VI族化合物半
導体であるＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｎＳｅ、ＰｂＳ
ｎＴｅ等の材料を用いることができる。また、活性層３
６として、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いた場合、ＧａＡ
ｓ又はＡｌ組成が０より大きく０．４５よりも小さい値
をもつＡｌＧａＡｓを用い、クラッド層３７は活性層３
６よりも禁制帯幅の広いＡｌＧａＡｓを用いることがで
きる。

【００２３】次に、請求項２，３記載の発明の一実施例
を図７〜図１１に基づいて説明する。なお、請求項１記
載の発明と同一部分についての説明は省略し、その同一
部分については同一符号を用いる。

【００２４】ここでは、図７に示すような面発光型発光
ダイオード３１において、ｎ型ＧａＡｓ基板３３上にＭ
ＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させた膜厚０．３
μｍでキャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ~³のｎ型ＧａＡｓバ
ッファー層３４の直上に、Ａｌ_xＧａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦
１）からなるブラック反射鏡４８を設けたものである。
具体的には、ブラック反射鏡４８は、Ａｌ₀.₄Ｇａ₀.₆Ａ
ｓの膜厚５４０Å／ＡｌＡｓの膜厚６１０Åの繰返し積
層構造からなる。このブラック反射鏡４８は、入射波長
（発光波長）に対して吸収がない層により形成されてい
る。そして、このブラック反射鏡４８の上部に、前述し
た実施例のようなダブルヘテロ構造を形成することによ
り面発光型発光ダイオードを作製することができる。図
８は、図７の平面図を示すものであり、図２と同様な発
光領域Ａを有する。

【００２５】この場合、ブラック反射鏡４８は、入射波
長（発光波長）に対して吸収のない層、例えば、Ａｌ₀.
₄Ｇａ₀.₆Ａｓ／ＡｌＡｓ系を用いた場合、図９に示すよ
うな反射率のＡｌ₀.₄Ｇａ₀.₆Ａｓ／ＡｌＡｓのペア数
（Ｎ）の依存性を示すことから、理論計算上Ｎ＝２０ペ
ア程度のＡｌ₀.₄Ｇａ₀.₆Ａｓ／ＡｌＡｓペアを設けるこ
とにより、理論反射率は９８％程度になることを表わし
たものである。また、図１０は、膜厚５４０ÅのＡｌ₀.
₄Ｇａ₀.₆Ａｓ／膜厚６１０ÅのＡｌＡｓとの繰返し構造
からなるブラック反射鏡４８を、ＡｌＧａＡｓ系面発光
型ダブルヘテロ構造発光ダイオードに用いた場合におけ
るそれぞれＮ＝４，１０，２０ペアのブラック反射鏡４
８の反射率の入射波長依存性の理論計算結果を示してい
る。それぞれのペア数に対して、２４％、７３％、９８
％の反射率が得られることを示している。この場合、各
波形は、台形状に比較的広い波長範囲に対して高い反射
率が得られることから、発光ダイオードのブロードな発
光スペクトルに対して極めて有効な反射鏡になることが
わかる。図１０の理論計算上結果は、図１１（ａ）に示
すようにＧａＡｓ基板３３上のＧａＡｓバッファー層３
４直上に最初にＡｌ₀.₄ Ｇａ₀.₆ＡｓのＸ層を形成し、
次にそのＸ層の上部にＡｌＡｓのＹ層を形成し、その後
Ｘ，Ｙ，Ｘ，Ｙ…の順に順次積層して形成したブラック
反射鏡４８の反射率の入射波長依存性を示すものであ
り、基本的には入射波長に対して屈折率が高い方の層か
ら積層している。一方、図１１（ｂ）は、入射波長に対
して屈折率が低い方の層からＹ，Ｘ，Ｙ，Ｘ…の順に順
次積層して形成した場合のブラック反射鏡４８の構成を
示すものである。この場合、屈折率が高い方の層から積
層した図１１（ａ）に示す構成の方がペア数の増加に対
する反射率の増加は大きいものとなるが、これら両方の
積層方法によりブラック反射鏡４８を作製することがで
きる。

【００２６】従って、このようにブラック反射鏡４８を
設けたことにより、光出射方向と反対側へ出た光を光出
射方向へ反射させて、活性層３６からの光出力の光出射
方向への光強度をさらに向上させることができるため、
高出力の面発光型発光ダイオードアレイ３１を実現する
ことができる。

【００２７】最後に、面発光型発光ダイオードアレイ３
２の基板３３上におけるレイアウトの変形例を図１２及
び図１３に基づいて説明する。前述した図３及び図４の
構成では、面発光型発光ダイオードアレイ３２を基板３
３の端部に位置させて配列したが、ここでは、基板３３
の中央部付近に位置させて配列したものである。このよ
うに基板中央付近に設けることにより、ボンディングパ
ッド４６は基板両側に配置されることになるため、一段
と実装しやすい構成とすることができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、少なくとも、Ｇ
ａＡｓ基板と、ＧａＡｓバッファー層と、ＡｌＧａＡｓ
系材料からなる発光層をクラッド層で挟んだダブルへテ
ロ構造部と、ＡｌＧａＡｓ電流拡散層と、第１のＧａＡ
ｓキャップ層と、前記第１のキャップ層よりも低抵抗の
第２のＧａＡｓキャップ層が順次積層する構造と、前記
ＧａＡｓ基板の裏面に接合する電極と、前記第２のキャ
ップ層に接合する電極を有し、前記ダブルヘテロ構造の
積層面より垂直に光出力が得られる面発光型発光ダイオ
ードを設けたので、ダブルヘテロ構造の端面発光型発光
ダイオードを基調とした面発光型発光ダイオードを作製
することによって高密度な発光ダイオード光プリンター
光源を従来の実装技術を用いて実現することができ、ま
た、ＡｌＧａＡｓ電流拡散層を設けたことによって発光
領域からの光出力を均一にすることができ、さらに、キ
ャップ層を複数層形成することによって発光ダイオード
の寿命を格段に向上させることができ、これにより、光
プリンターとして用いた場合に高密度、高品質な印字を
実現できる半導体発光装置を提供することができるもの
である。

【００２９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ＧａＡｓバッファー層の直上にＡｌ_xＧａ
_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）からなるブラック反射鏡を設け
たので、光出射方向と反対側へ出た光を光出射方向へ反
射させることにより、一段と高出力な面発光型発光ダイ
オードアレイを実現することができるものである。

【００３０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、ブラック反射鏡を入射波長（発光波長）に
対して吸収がない層により形成したので、請求項２記載
の発明よりもさらに一段と高出力な面発光型発光ダイオ
ードアレイを実現することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の一実施例である面発光型
発光ダイオードの積層構造を示す図２のｂ−ｂ断面図で
ある。

【図２】図１の面発光型発光ダイオードの上部電極側か
らみた平面図である。

【図３】面発光型発光ダイオードアレイの基板面でのレ
イアウトを示す平面図である。

【図４】基板上に形成された面発光型発光ダイオードア
レイの構成を一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図５】キャップ層の膜厚に対する光吸収率の変化の様
子を示す特性図である。

【図６】（ａ）は図２に対する実際の発光領域の様子を
示す模式図、（ｂ）はその光強度プロファイルの様子を
示す波形図である。

【図７】請求項２，３記載の発明の一実施例である面発
光型発光ダイオードの積層構造を示すｃ−ｃ断面図であ
る。

【図８】図７の面発光型発光ダイオードの上部電極側か
らみた平面図である。

【図９】ブラック反射鏡のペア数に対する反射率の関係
を示す特性図である。

【図１０】ブラック反射鏡の反射率の入射波長依存性を
示す特性図である。

【図１１】ブラック反射鏡のペア数の構成を示す模式図
である。

【図１２】面発光型発光ダイオードアレイの基板面での
レイアウトの変形例を示す平面図である。

【図１３】面発光型発光ダイオードアレイの構成を一部
を切り欠いて示す斜視図である。

【図１４】従来の光プリントヘッドを構成する発光部基
板の形状を示す斜視図である。

【図１５】発光ダイオード発光部とドラム面結像点との
関係を示す模式図である。

【図１６】面発光型発光ダイオードアレイの基本的な構
造を示す平面図である。

【図１７】端面発光型発光ダイオードアレイの基本的な
構造を示す斜視図である。

【図１８】端面発光型発光ダイオードアレイの積層構造
を示す図１９のａ−ａ断面図である。

【図１９】図１８の端面発光型発光ダイオードアレイの
上部電極側からみた平面図である。

【図２０】（ａ）は図１９に対する実際の発光領域の様
子を示す模式図、（ｂ）はその光強度プロファイルの様
子を示す波形図である。

【符号の説明】

３１面発光型発光ダイオード３４ＧａＡｓバッファー層３６発光層３８電流拡散層３９，４０ＧａＡｓキャップ層４１，４４電極４８ブラック反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−212479（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−253283（ＪＰ，Ａ) 特開平４−328877（ＪＰ，Ａ) 特開平５−3343（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−188385（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 B41J 2/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ
バッファー層と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる発光層を
クラッド層で挟んだダブルへテロ構造部と、ＡｌＧａＡ
ｓ電流拡散層と、第１のＧａＡｓキャップ層と、前記第
１のキャップ層よりも低抵抗の第２のＧａＡｓキャップ
層が順次積層する構造と、前記ＧａＡｓ基板の裏面に接
合する電極と、前記第２のキャップ層に接合する電極を
有し、前記ダブルヘテロ構造の積層面より垂直に光出力
が得られる面発光型発光ダイオードを設けたことを特徴
とする光プリンター光源。
【請求項２】ＧａＡｓバッファー層の直上に、Ａｌ_x
Ｇａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）からなるブラック反射鏡を
設けたことを特徴とする請求項１記載の光プリンター光
源。
【請求項３】ブラック反射鏡は、入射波長（発光波
長）に対して吸収がない層により形成したことを特徴と
する請求項２記載の光プリンター光源。