JP3439950B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置に関
し、特に基板上に発光素子を多数列状に形成してページ
プリンタ用感光ドラムの露光源などに用いる半導体発光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光装置を図３と図４に示
す。図３は平面図であり、図４は図３中のＸ−Ｘ線断面
図である。図３および図４において、２１は基板、２２
はガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などから成
る一導電型半導体層、２３はガリウム砒素やアルミニウ
ムガリウム砒素などから成る逆導電型半導体層、２４は
窒化シリコン膜などから成る絶縁膜、２５は金（Ａｕ）
や金ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）とクロム（Ｃｒ）の二
層構造の金属層などから成る第１の電極、２６は金（Ａ
ｕ）や金ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）とクロム（Ｃｒ）
の二層構造の金属層などから成る第２の電極である。逆
導電型半導体層２３は、一導電型半導体層２２の一部が
露出するように島状に形成され、この一導電型半導体層
２２の露出部Ａには、第１の電極２５が接続して形成さ
れ、逆導電型半導体層２３上には第２の電極２６が接続
して形成されている。

【０００３】この半導体発光装置では、一導電型半導体
層２２と逆導電型半導体層２３で半導体接合部が形成さ
れ、例えば第２の電極２６側から第１の電極２５側に向
けて電流Ｉを流すと、一導電型半導体層２２中の少数キ
ャリアが逆導電型半導体層２３に注入され、この逆導電
型半導体層２３中の多数キャリアと発光再結合して発光
する。この一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２
３の界面分部分で発光した光は、逆導電型半導体層２３
側へ取り出される。

【０００４】

【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、一導電型半導体層２２と逆導電型
半導体層２３の界面部分で発光するものの、この一導電
型半導体層２２と逆導電型半導体層２３の界面部分の中
央部を覆うように、逆導電型半導体層２３上に第２の電
極２６が形成されていることから、一導電型半導体層２
２と逆導電型半導体層２３の界面部分で発光した光のう
ち、第２の電極２６の直下部の光は、この第２の電極２
６に遮られ、逆導電型半導体層２３の外部に取り出すこ
とがでず、外部取り出し効率が悪いという問題があっ
た。特に、第２の電極２６の直下部は発光素子のなかで
も一番強く発光する箇所であり、この一番強く発光する
箇所が第２の電極２６で被覆されていると、発光した光
の外部取り出し効率に大きく影響する。

【０００５】また、第２の電極２６は２〜３ミクロン程
度の位置合わせ精度で逆導電型半導体層２３上に形成す
ることができるが、逆導電型半導体層２３上における第
２の電極２６の位置が発光素子ごとにばらつき、発光素
子毎に発光パターンが異なって発光ばらつきが発生する
という問題があった。

【０００６】さらに、この従来の半導体発光装置では、
第２の電極２６から第１の電極２５に向けて電流Ｉを流
す場合、逆導電型半導体層２３内において電流Ｉの流れ
る領域が狭くなり、電流Ｉの流れが局所的になって一導
電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３が劣化すると
いう問題があった。

【０００７】本発明に係る半導体発光装置は、このよう
な従来装置の問題点に鑑みてなさたものであり、半導体
接合部で発生した光の外部取り出し効率が低く、また発
光素子ごとに発光ばらつきが発生したり、半導体層が局
所的に劣化するという従来装置の問題を解消した半導体
発光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、基板上に一導電
型半導体層を島状に設けると共に、この一導電型半導体
層上に、この一導電型半導体層の一部が露出するように
逆導電型半導体層を島状に設け、前記一導電型半導体層
の露出部に第１の電極を接続して設けると共に、この第
１の電極の一端部側を前記一導電型半導体層の側壁部を
経由して前記基板上に延在させ、前記逆導電型半導体層
上に第２の電極を接続して設けると共に、この第２の電
極の一端部側を前記第１の電極と対向する側の前記逆導
電型半導体層の側壁部と一導電型半導体層の側壁部を経
由して前記基板上に延在させた半導体発光装置におい
て、前記第１の電極の他の端部側を絶縁膜を介して前記
一導電型半導体層の露出部から前記第２の電極と対向す
る側の前記逆導電型導体層の側壁部まで延在させ、該側
壁部に延在する電極によって前記逆導電型半導体層内に
内部電界を形成せしめ、それにより逆導電型半導体層内
を流れる電流を前記一導電型半導体層の露出部に引き寄
せて発光させるようにした。

【０００９】また、本発明に係る半導体発光装置では、
前記基板上に前記島状の一導電型半導体層と逆導電型半
導体層を列状に複数設け、前記第１の電極と第２の電極
が隣接する島状半導体層毎に前記基板上の対向する側に
延在するように形成することが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明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
一実施形態を示す平面図、図２は図１中のＸ−Ｘ線断面
図であり、１は基板、２は一導電型半導体層、３は逆導
電型半導体層、４は絶縁膜、５は第１の電極、６は第２
の電極である。

【００１１】基板１はシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素
（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基板、あるいはサファ
イア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などの単結晶絶縁基板で構成され
る。基板としてシリコンやガリウム砒素などの半導体基
板を用いる場合、（１００）面から（００１）面方向に
数度オフした基板などが用いられ、サファイアなどを用
いる場合は、Ｃ面基板などが用いられる。基板１として
シリコンやガリウム砒素などの半導体基板を用いる場合
は、１０００〜２０００Ω・ｃｍ程度の比抵抗を有する
高抵抗基板を用いる。

【００１２】一導電型半導体層２は、ガリウム砒素やア
ルミニウムガリウム砒素などから成り、例えばシリコン
（Ｓｉ）などの一導電型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１
０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度含有する。この一導電型半
導体層２の下層部分は、基板１と一導電型半導体層２と
の格子定数の相違に基づくミスフィット転位が一導電型
半導体層２に連続して侵入しないようにするために、厚
み２μｍ程度のバッファ層を設けることが望ましい。な
お、バッファ層として機能する部分以外は、０．２〜１
μｍ程度の厚みを有するように形成すればよい。また、
後述する第１の電極５との接続部分はオーミックコンタ
クトをとるために、一導電型半導体不純物を１×１０¹⁹
〜１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度に高濃度に含有させ
る。

【００１３】逆導電型半導体層３は、ガリウム砒素やア
ルミニウムガリウム砒素などから成り、例えば亜鉛（Ｚ
ｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１０¹⁸
ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度含有する。この逆導電型半導体
層３は、一導電型半導体層２との界面部分に少数キャリ
アが閉じ込められて効率よく発光するように、一導電型
半導体層２よりも光学的エネルギーバンドギャップが狭
くなるように形成することが望ましい。また、この逆導
電型半導体層３の上部は光学的エネルギーバンドギャッ
プが広くなるように形成することが望ましい。この逆導
電型半導体層３の光学的エネルギーバンドギャップが狭
い層と広い層は、それぞれ０．２〜２μｍ程度の厚みに
形成される。また、後述する第２の電極６との接続部
は、第２の電極６がオーミックコンタクトできるよう
に、逆導電型半導体不純物を高濃度に含有させる。

【００１４】この一導電型半導体層２と逆導電型半導体
層３は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法などで形成される。
一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ
法で形成する場合、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃
Ｇａ）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａ
ｌ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）などの原料ガス、シラン
（ＳｉＨ₄ ）、ジメチルジンク（（ＣＨ₃ ）₂ Ｚｎ）な
どの半導体不純物ガス、あるいは水素（Ｈ₂ ）などのキ
ャリアガスを用いて形成する。

【００１５】逆導電型半導体層３は、一導電型半導体層
２の一部が露出するように島状に形成され、電極との接
続箇所を除く全体が絶縁膜４で被覆される。絶縁膜４
は、窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）などから成り、プラズマ
ＣＶＤ法などで形成される。この絶縁膜４は、１０００
〜１００００Å程度の厚みに形成される。この絶縁膜４
の一導電型半導体層２の露出部と逆導電型半導体層３に
は、第１の電極５と第２の電極６を接続するためのスル
ーホールが形成されている。

【００１６】一導電型半導体層２の露出部４には第１の
電極５が接続される。逆導電型半導体層３上には、第２
の電極６が接続される。第１の電極５の一端部は、一導
電型半導体層２の側壁部を経由して基板１上に延在する
ように形成れている。第２の電極６は、逆導電型半導体
層３上の第１の電極５と対向する側に形成され、その端
部は逆導電型半導体層３の側壁部と一導電型半導体層２
の側壁部を経由して基板１上に延在するように形成され
る。また、第１の電極５の他方側の端部は、一導電型半
導体層２の露出部から逆導電型半導体層３の側壁部まで
延在するように形成されている。なお、第１の電極５と
第２の電極６は、半導体層２、３の幅方向の側壁部も被
覆されるように広幅に形成することが望ましい。

【００１７】この第１の電極５の他方側の端部を逆導電
型半導体層３の側壁部まで延在するように形成すると、
この第１の電極５と絶縁膜４と逆導電型半導体膜３とで
キャパシタンスが形成されると共に、逆導電型半導体層
３内に内部電界が形成され、このキャパシタンスと内部
電界によって逆導電型半導体層３内の電界を一導電型半
導体層２の露出部Ａ側に引き寄せて発光させることがで
きるようになる。つまり、第２の電極６から第１の電極
５に向かって流れる電流Ｉは、一導電型半導体層２の露
出部Ａ側に引き寄せられて流れる。したがって、発光し
た光が第２の電極６で遮られる率が少なくなり、発光し
た光の外部取り出し効率が向上すると共に、発光ばらつ
きが極力低減される。

【００１８】第１の電極５と第２の電極６は、金（Ａ
ｕ）と金ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）、或いは金とクロ
ム（Ｃｒ）の二層構造の膜などから成り、真空蒸着法な
どで形成される。この第１の電極５と第２の電極６の外
部回路との接続部を除いた箇所は、幅２μｍ程度で厚さ
０．１〜５μｍ程度に形成される。

【００１９】基板１上に上述のような発光素子を多数列
状に形成し、第１の電極５（５ａ、５ｂ）と第２の電極
６との組み合わせを選択して電流を流すことによって、
発光素子を選択的に発光させ、例えばページプリンタ用
感光ドラムの露光源などとして用いる。

【００２０】

【発明の効果】 以上のように、本発明に係る半導体発
光素子によれば、第１の電極を一導電型半導体層の露出
部から絶縁膜を介して逆導電型半導体層の側壁部まで延
在させ、該側壁部に延在する電極によって前記逆導電型
半導体層内に内部電界を形成せしめ、それにより逆導電
型半導体層内を流れる電流を前記一導電型半導体層の露
出部に引き寄せて発光させるようにしたことから、第２
の電極で被覆された領域以外での発光する割合が多くな
り、発光した光の外部取り出し効率が向上して発光効率
が向上する。また、第１の電極と第２の電極は、同じマ
スクでパターニングできるため、島状半導体層との位置
合わせ精度に係わらず発光取り出し面積は、第１の電極
と第２の電極との間隔で決まり、常に一定に形成するこ
とができ、発光ばらつきが減少する。また、第２の電極
で被覆された領域以外で発光する割合が多くなると、第
２の電極が多少位置ずれしても発光ばらつきが減少す
る。さらに、半導体層内で電流が流れる領域が広くなる
ために、電流の流れが局所的になることによる光素子の
劣化を防止できる。

【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形態を示
す平面図である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】従来の半導体発光装置を示す図である。

【図４】図３中のＸ−Ｘ線断面図である。

【符号の説明】

１………基板、２………一導電型半導体層、３………逆
導電型半導体層、４………絶縁膜、５………第１の電
極、６………第２の電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に一導電型半導体層を島状に設け
   ると共に、この一導電型半導体層上に、この一導電型半
   導体層の一部が露出するように逆導電型半導体層を島状
   に設け、前記一導電型半導体層の露出部に第１の電極を
   接続して設けると共に、この第１の電極の一端部側を前
   記一導電型半導体層の側壁部を経由して前記基板上に延
   在させ、前記逆導電型半導体層上に第２の電極を接続し
   て設けると共に、この第２の電極の一端部側を前記第１
   の電極と対向する側の前記逆導電型半導体層の側壁部と
   一導電型半導体層の側壁部を経由して前記基板上に延在
   させた半導体発光装置において、前記第１の電極の他の
   端部側を絶縁膜を介して前記一導電型半導体層の露出部
   から前記第２の電極と対向する側の前記逆導電型導体層
   の側壁部まで延在させ、該側壁部に延在する電極によっ
   て前記逆導電型半導体層内に内部電界を形成せしめ、そ
   れにより逆導電型半導体層内を流れる電流を前記一導電
   型半導体層の露出部に引き寄せて発光させるようにした
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 【請求項２】 前記基板上に前記島状の一導電型半導体
   層と逆導電型半導体層を列状に複数設け、前記第１の電
   極と第２の電極が隣接する島状半導体層毎に前記基板上
   の対向する側に延在するように形成したことを特徴とす
   る請求１に記載の半導体発光装置。