JP3886345B2

JP3886345B2 - 発光ダイオードアレイ

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Publication number: JP3886345B2
Application number: JP2001188229A
Authority: JP
Inventors: 光彦荻原; 広浜野; 真澄谷中
Original assignee: 株式会社沖データ; 株式会社沖デジタルイメージング
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP2003008057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードアレイに関する。
【０００２】
従来、電子写真方式のプリンタの光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）を一列に配列したＬＥＤアレイチップを搭載したＬＥＤヘッドが用いられている。図１３は例えば「光プリンタ設計」武木田義祐監修、トリケプスに記載された従来のＬＥＤヘッドに搭載されているＬＥＤアレイの一例を示す。
【０００３】
ＬＥＤヘッドに搭載されているＬＥＤアレイは、例えば、ＧａＡｓ基板１０１上のｎ型のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル層１０２にＺｎを選択的に拡散させてｐ型領域１０３を形成している。この種のＬＥＤは一般的にホモ接合と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＥＤアレイチップでは、従来各ＬＥＤに１つの電極パッドが設けられている。そのため、ＬＥＤの集積度が高くなると電極パッド及び配線の密度が高くなる。また、ＬＥＤアレイチップを駆動するためには、ＬＥＤアレイチップと駆動ＩＣとのＡｕワイヤによる接続（ワイヤボンディング）が必要である。ＬＥＤの集積度が高くなると、ワイヤボンディングの密度も高くなり、ワイヤボンディングも困難となってくる。
【０００５】
一方、第１導電側例えばｎ側の電極と第２導電側例えばｐ側の電極を半導体エピタキシャルウエハ主面に設け、例えばｎ型領域を複数のブロックに分割し、各ブロック内に複数の、かつ互いに同数のｐ型領域を形成し、それぞれのブロック内の互いに対応する位置のｐ型領域に接続されたｐ側電極配線が共通の配線により結線された構造にすることにより、ＬＥＤアレイのマトリクス駆動を可能とし、配線やワイヤボンディング密度を低減することが知られている。
【０００６】
このようなＬＥＤアレイ（以下、マトリクス型ＬＥＤアレイと呼ぶ）では、電流が流れるｎ型の半導体エピタキシャル層の層厚が従来例のＬＥＤアレイと比較して大幅に薄いため、ｎ型半導体エピタキシャル層のシート抵抗が低くなるようにすることにより、ｎ側電極とｐ側電極の間の抵抗を小さくし、ＬＥＤを駆動する際の電圧（以下、Ｖｆ）が高くならないようにすることが望ましい。
【０００７】
例えば、ｎ型半導体エピタキシャル層のシート抵抗を低くするためには、半導体エピタキシャル層の不純物濃度を高くする方法が考えられる。例えば図１４に示すように、半導体基板１１１と、バッファ層１１２と、半導体エピタキシャル層１１３と、ｎ側電極１１４と、層間絶縁膜１１５と、ｐ側電極１１６と、ｐ型領域１１７とを有し、ｐｎ接合が単一のｎ型半導体層１１３に形成されたＬＥＤにおいて、ｎ型半導体層１１３の不純物濃度を高くするとｎ型半導体層のシート抵抗は低くなるが、ＬＥＤの逆方向の耐圧（Ｖｒｔｈ）も小さくなる。ＬＥＤアレイを駆動する際には、駆動回路の構成上、ある一定以上の逆方向の耐圧が必要である。また、ｎ型半導体層のシート抵抗の低減のために、半導体エピタキシャル層１１３を厚くすることが考えられるが、半導体ウエハのコストの増加や加工プロセス設計が困難になるという問題が発生する。
【０００８】
本発明の目的は、第１導電型の半導体ウエハの主面に複数の第２導電型の領域を配列したＬＥＤアレイであって、第１導電型半導体層のシート抵抗を低減し、かつ各ＬＥＤの逆方向の耐圧を適切な値にすることができる、優れた特性を有するＬＥＤアレイを提供することにある。
【０００９】
本発明は例えば、マトリクス型ＬＥＤアレイのような薄い半導体エピタキシャル層を有する第１導電型の半導体ウエハの主面に複数の第２導電型の領域を配列し、第１導電側電極と第２導電側電極を設けたＬＥＤアレイに適用し得るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
第１導電型の第１の半導体エピタキシャル層即ち活性層（２４）と、
前記活性層（２４）の上側に位置し、前記活性層に積層された第１導電型の第２の半導体エピタキシャル層即ちクラッド層（２５）とを含む半導体ウエハに、複数の第２導電型の領域（２７）を列をなすように形成した発光ダイオードアレイであって、
前記第２導電型の領域（２７）はそのフロント面が少なくとも部分的に前記活性層（２４）内に又は前記活性層及びクラッド層の界面に存在し、
前記第２のクラッド層（２５）は、そのエネルギーバンドギャップが前記活性層（２４）よりも大きく、
前記第２のクラッド層（２５）は、その第１導電型不純物キャリア濃度が前記活性層（２４）よりも高い
ことを特徴とするＬＥＤアレイを提供するものである。
【００１１】
ここで、不純物キャリア濃度とは、不純物がイオン化し、不純物をドーピングした半導体層のシート抵抗を決定する電気伝導度に寄与するキャリアの濃度を意味している。
【００１２】
前記活性層（２４）の上側に位置する前記クラッド層（２５）に加えて、下側に位置するクラッド層（２３）をさらに備えていても良い。
【００１３】
さらに、前記活性層及びクラッド層の上又は下に、前記活性層及びクラッド層と同じ導電型で、そのエネルギーバンドギャップが活性層（２４）よりも大きい導通層を備えることとしても良い。
【００１４】
半導体基板としては、半絶縁性のもの、第１導電型のもの、又は第２導電型のものを用い得る。
【００１５】
半導体基板と前記活性層及びクラッド層の間に少なくとも１層の半絶縁性、第１導電型又は第２導電型の半導体エピタキシャル層で形成されたバッファ層をさらに備えることとしても良い。
【００１６】
半導体基板、及び半導体基板と前記活性層及びクラッド層の間に設けた半導体エピタキシャル層を全て第１導電型のものとしても良い。
【００１７】
第２導電型領域の最上層に前記コンタクト層と同じ組成の第２導電型の半導体層で形成されたコンタクト層（３０）をさらに備え、
該第２導電型のコンタクト層（３０）と前記第１導電型のコンタクト層（２６）の間にはコンタクト層の層厚以上の深さの溝（３６）を設けることとしても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。これらの図は実施の形態の特徴が明確になるように模式的に示した図であり、本発明を限定するものではない。
【００２１】
第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態の断面図である。図２は図１のＡ−Ａ′断面図である。図１及び図２に示したように本発明の第１の実施の形態のＬＥＤアレイ１は、半導体ウエハ２に列状に配置された発光部３を有するものである。発光部３は、半導体ウエハ２の第１導電型例えばｎ型のエピタキシャル層４内に第２導電型例えばｐ型の不純物を選択的にドーピングすることにより形成されたｐ型領域２７で構成されている。
【００２２】
半導体ウエハ（エピタキシャルウエハ）２の主面（図２で上側の面）に、ｎ側共通電極５及びｐ側個別電極６が設けられ、エピタキシャル層４のうちｐ型領域２７以外の部分、即ちｎ型領域は、ｎ側共通電極５に接続され、各発光部３を構成するｐ型領域２７は、ｐ側個別電極６に接続されている。ｐ側電極６は、それぞれｐ側個別配線７に接続されている。ｎ型領域は素子分離領域１０により、各々複数の発光部３を含む複数のブロックＢＬに分割されている。ｎ側電極５は各ブロックＢＬに対し１個ずつ設けられ、配線１１を介してパッド１２に接続されている。各ブロックＢＬ内の互いに対応する位置のｐ型領域２７に接続されたｐ側電極６に接続されたｐ側個別配線７が共通配線１３で結線されている。この共通配線１３はｐ側電極パッド１４に接続されている。以上のうち、これらの電極５及び６、配線７、１１及び１３並びにパッド１２及び１４はすべてウエハ２の主面に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、本実施の形態のＬＥＤアレイ１は下から順に設けられた、半絶縁性の半導体基板２１、半絶縁性又はノンドープのバッファー層２２、ｎ型の第１の即ち下側のクラッド層２３、ｎ型の活性層２４、ｎ型の第２の即ち上側のクラッド層２５、及びコンタクト層２６を有する。
【００２４】
ＬＥＤアレイ１はさらに上記したｐ型領域２７を有する。このｐ型領域２７は、ウエハ２の主面からｎ型の半導体エピタキシャル層（コンタクト層２６、クラッド層２５及び活性層２４）にｐ型の不純物を選択的にドープして形成したものであり、半導体エピタキシャル層相互の界面と略平行なフロント面２８を有する。フロント面２８は少なくとも部分的に活性層２４内に位置する。
【００２５】
例えば、半導体基板２１は半絶縁性ＧａＡｓ基板で形成され、バッファー層２２はノンドープＧａＡｓ半導体エピタキシャル層で形成され、下側のクラッド層２３はｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ半導体エピタキシャル層で形成され、活性層２４はｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ半導体エピタキシャル層で形成され、上側のクラッド層２５はｎ型Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ半導体エピタキシャル層で形成され、コンタクト層２６はＧａＡｓ半導体エピタキシャル層で形成されている。
【００２６】
ｎ型不純物としては例えばＳｉを用いられ、ｐ型不純物としては例えばＺｎが用いられる。半導体エピタキシャル層（２２、２３、２４、２５、２６）は例えばＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor deposition）法により形成することができる。
【００２７】
コンタクト層２６は電極とのオーミックコンタクトを形成するためのものである。コンタクト層２６には、ｐ型不純物がドープされて島状のコンタクト層３０が形成されている。
【００２８】
ＬＥＤアレイ１はさらに、ｎ側電極３２、ｐ側電極３３及び層間絶縁膜３１を有する。層間絶縁膜３１は、半導体層（第２クラッド層２５及びコンタクト層２６）及びｎ側電極３２とｐ側電極３３とを互いに絶縁するためのものである。さらに、後述のように、コンタクト層２６とコンタクト層３０が直接接触するのを防いでいる。
【００２９】
上記のうち、基板２１からコンタクト層２６までは、基板２１を用意し、その基板２１上にエピタキシャル成長を行うことにより形成されたものであり、全体をエピタキシャルウエハ２と呼ぶ。
【００３０】
このエピタキシャルウエハ２では、下側のクラッド層のエネルギーバンドギャップＥｇ（２３）、活性層のエネルギーバンドギャップＥｇ（２４）、上側のクラッド層のエネルギーバンドギャップＥｇ（２５）の間に少なくとも以下の関係がある。
Ｅｇ（２３）＞Ｅｇ（２４）．．．（１）
Ｅｇ（２５）＞Ｅｇ（２４）．．．（２）
【００３１】
活性層２４並びにクラッド層２３及び２５をＡｌＧａＡｓで形成する場合、各層のエネルギーバンドギャップはＡｌの組成比により決定することができる。下側のクラッド層２３、活性層２４及び上側のクラッド層２５の組成を上記のようにそれぞれＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ、及びＡｌ_zＧａ_1-zＡｓで表わす場合、上記（１）式及び（２）式で表わされるエネルギーバンドギャップの必要条件を満たすＡｌ組成比として、例えば
ｘ＝０．４，ｙ＝０．１５，ｚ＝０．４
とすることができる。即ち、下側のクラッド層２３、活性層２４及び上側のクラッド層２５をそれぞれ、Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ、及びＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓで形成することができる。
【００３２】
本実施の形態では、クラッド層２３及びクラッド層２５にドープするたｎ型不純物の活性化率がほぼ１００％となる範囲で高い不純物濃度とする。例えば、ｎ型不純物濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3とする。一方、活性層２４にドープする不純物濃度は、クラッド層２３及び２５にドープした不純物濃度よりも小さくし、所望の逆耐圧が得られる範囲で適当な濃度を採用する。例えば、クラッド層にドープした不純物濃度よりも低い１×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。
【００３３】
コンタクト層２６及び３０は、まずコンタクト層２６と同じ材料の層を形成した後、選択的ドーピング（この選択的ドーピングはｐ型領域２７の形成のための選択的ドーピングとともに行われるものである）を行ない、ドーピングした部分としない部分の境界部分をエッチングすることにより形成されたものであり、ドーピングした部分がｐ型のコンタクト層３０、しない部分がｎ型のコンタクト層２６となり、エッチングした部分がエッチング溝３６となっている。このエッチング溝３６は、深さがコンタクト層２６及び３０の厚さよりも大となるよう形成されており、層間絶縁膜３１で埋められている。その結果、コンタクト層２６とｐ型半導体領域２７とが接触しない。言換えると、ＧａＡｓで形成されたコンタクト層２６及び３０内には、ｐｎ接合が存在しない構造となっている。また、コンタクト層３０とｎ型半導体領域２５とが接触しないようになっている。即ち、ｐ側コンタクト層３０と接触しているｐ側電極３３がｎ型半導体領域２５と接触しないようになっている。
【００３４】
次に本実施の形態のＬＥＤアレイ１の動作を説明する。ｎ側電極３２とｐ側電極３３の間に順方向電圧を印加すると、ｎ側電極３２からコンタクト層２６、第２クラッド層２５を介して活性層２４に供給された電子と、ｐ側電極３３からコンタクト層３０を介してｐ型半導体領域２７に供給された正孔とが、活性層２４内のｐｎ接合を介して、ｐ側領域であるｐ型半導体領域（Ｚｎ拡散領域）２７とｎ側領域（活性層２４のうちの拡散領域２７に隣接する部分）に少数キャリアとして注入され、その部分における多数キャリアである正孔及び電子と再結合を起こして発光する。
【００３５】
上側のクラッド層２５のエネルギーバンドギャップＥｇ（２５）は活性層２４のエネルギーバンドギャップＥｇ（２４）よりも大きくしてあるため、少数キャリアは活性層２４内のｐｎ接合を介してのみ注入される。また、活性層２４内のｐｎ接合を介して注入された正孔及び電子は、下側のクラッド層２３と活性層２４の界面に存在するエネルギー障壁及び上側のクラッド層２５と活性層２４の界面に存在するエネルギー障壁によってクラッド層２３及びクラッド層２５へは拡散できない。すなわち注入キャリアは活性層２４内に閉じ込められる。このため、発光効率が高くなる。また、光の発光波長は活性層２４のＡｌ組成で決まるエネルギーバンドギャップに相当する発光波長となる。
【００３６】
また、活性層２４の不純物濃度（不純物キャリア濃度）は活性層２４内の接合の逆耐圧が所望の値以上になるように設定されているため、各ＬＥＤは所望の逆耐圧をもつ。
【００３７】
さらに、少数キャリアがヘテロエピタキシャル層界面のエネルギー障壁によって活性層２４からクラッド層２３や２５へ拡散できないのとは異なり、活性層２４内の多数キャリアは同じ導電型のクラッド層２３及び２５と活性層２４との間を自由に移動できるため、ＬＥＤを駆動する際の電流はｎ型半導体層全体を流れることができる。従って、ｎ型領域の抵抗は不純物濃度（不純物キャリア濃度）が非常に高いクラッド層２３及び２５が持つ低抵抗成分と活性層２４の抵抗成分が合成された抵抗となり、ｎ電極−ｐ電極間の抵抗が、クラッド層２３及び２５を低不純物ドープとした場合、例えば、活性層２４のｎ型不純物濃度（不純物キャリア濃度）と同等にした場合（即ち、低不純物濃度のクラッド層を設けた場合、或いはクラッド層を設けない場合）と比較して小さくなる。
【００３８】
図３は本実施の形態のＬＥＤアレイの電流−電圧特性ＩＶａと、従来のＬＥＤアレイでｎ型領域の不純物ドープ量（不純物キャリア濃度）を高くした場合の電流−電圧特性ＩＶｂを比較した図である。図示の通り、従来のＬＥＤアレイでｎ型ドープ量を増やすと逆方向の耐圧が減少するが、本実施の形態のＬＥＤアレイでは、逆方向の耐圧を低下させることなく順方向の抵抗を下げることができる。
【００３９】
さらにまた、上記のようにエッチング溝３６が設けてあるためＧａＡｓコンタクト層２６とｐ型半導体領域２７とは接触していない。従って、ＧａＡｓで形成されたコンタクト層２６及び３０内にはｐｎ接合が存在しない。ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップがＡｌ_yＧａ_1-yＡｓのエネルギーバンドギャップよりも小さいので、仮にＧａＡｓで形成されたコンタクト層２６及び３０内にｐｎ接合が形成されているとすれば、そのｐｎ接合を介してキャリアの注入が起こる。この場合には、発光はＧａＡｓ層２６での発光が主となってしまう。すなわち、活性層２４のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓのエネルギーバンドギャップに相当した発光波長の光が得られない。
【００４０】
しかし、本実施の形態のエピタキシャルウエハを使ったＬＥＤアレイ１では、上記のようにエッチング溝３６を設けたことにより、表面のＧａＡｓ層２６への注入（少数キャリアの供給）はない。
【００４１】
要約すれば、本実施の形態のＬＥＤアレイでは以下のような効果が得られる。即ち、活性層２４とクラッド層２３及び２５の組成及び不純物濃度（不純物キャリア濃度）を別々に設定でき、ｎ型層の抵抗と逆耐圧を独立して制御することができる。従って、クラッド層２３及び２５として、不純物濃度（不純物キャリア濃度）が高く、エネルギーバンドギャップの高いものを用いることで、ｐ側電極及びｎ側電極相互間の抵抗を低くする一方、注入された正孔及び電子を活性層に閉じ込めることができ、また、ＬＥＤの逆耐圧が低下しないようにすることができる。
【００４２】
第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態のＬＥＤアレイを示す。同図において、図１及び図２と同一の符号は、同一又は対応する構成要素を示す。この実施の形態は概して第１の実施の形態と同じである。異なるのは、以下の点である。即ち、バッファー層２２と下側のクラッド層２３の間にｎ型の導通層４１が挿入されている。
【００４３】
この導通層４１は、エネルギーバンドギャップＥｇがクラッド層２３及び２５よりも小さい半導体層、例えばＧａＡｓとし、電気的に活性な不純物の濃度がクラッド層２３及び２５よりも高い構造としている。
【００４４】
本実施の形態の動作及び効果は概して第１の実施の形態と同様である。しかし、導通層４１を設けたため、以下のような付加的な作用効果がある。即ち、導通層４１はその電気的に活性な不純物濃度がクラッド層２３及び２５よりも高いので、抵抗が小さい。第１の実施の形態と同様、ｎ型領域の抵抗は不純物濃度が非常に高いクラッド層２３及び２５並びに導通層４１が持つ低抵抗成分と活性層２４の抵抗成分とが合成された抵抗となるので、ｎ側電極及びｐ側電極相互間の抵抗を第１の実施の形態の場合よりもさらに小さくすることができる。
【００４５】
第３の実施の形態
図５は本発明の第３の実施の形態のＬＥＤアレイを示す。同図において、図４と同一の符号は、同一又は対応する構成要素を示す。図示のように、この実施の形態のＬＥＤアレイは概して第２の実施の形態と同じである。異なるのは以下の点である。
【００４６】
第３の実施の形態の導通層４１がなく、代りに、上側のクラッド層２５とコンタクト層２６の間に挿入されたｎ型の導通層４２が設けてある。ｎ型の導通層４２は例えばｎ型Ａｌ_tＧａ_1-tＡｓで形成され、第１の実施の形態についての説明における、上記の式（１）、式（２）の条件に加えて、
Ｅｇ（２５）＞Ｅｇ（４２）＞Ｅｇ（２４）．．．（３）
が満たされるように、導通層４２の組成が定められている。
この条件を満たすため、例えば、t＝0.2と定められている。即ち、導通層４２をｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成している。
【００４７】
また、導通層４２は、エネルギーバンドギャップＥｇがクラッド層２３及び２５よりも小さく、電気的に活性な不純物濃度（不純物キャリア濃度）が、クラッド層１０３及び１０５よりも高い。
【００４８】
例えば、活性層２４のｎ型不純物のドーピンク量を１×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、クラッド層２３及び２５のｎ型不純物のドーピンク量を２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、導通層４２のｎ型不純物のドーピング量を５×１０¹⁸ｃｍ^-3とすることで上記各層の不純物キャリア濃度（不純物濃度）の大小関係の条件を満たすことができる。
【００４９】
本実施の形態の動作は、概して第２の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち、導通層４２は、電気的に活性な不純物濃度（不純物キャリア濃度）がクラッド層２３及び２５よりも高いため、抵抗が低い。第１の実施の形態等と同様、ｎ型領域の抵抗は不純物濃度（不純物キャリア濃度）が非常に高いクラッド層２３及び２５並びに導通層４２がもつ低抵抗成分と活性層２４の抵抗成分が合成された抵抗となるので、ｎ側電極及びｐ側電極相互間の抵抗が、クラッド層を活性層と同等の低不純物ドープ量とし、高不純物ドープした導通層を設けない場合と比較して小さくなる。
【００５０】
また、ｎ型の導通層４２がｎ側電極の直下に設けてあるため、第２の実施の形態よりもさらに抵抗が低くなる。
【００５１】
第４の実施の形態
第３の実施の形態では、ｎ型のコンタクト層２６と上側のクラッド層２５の間に導通層４２を設けた構造としたが、図６に示すように、この導通層４２に加え、第２の実施の形態に関連して述べた導通層４１を下側のクラッド層２３とバッファー層２２の間に設けた構造とすれば、さらに抵抗を低減できる。
【００５２】
第５の実施の形態
図７は本発明の第５の実施の形態を示す。同図において、図１及び図２と同一の符号は同一又は対応するである。本実施の形態の構造は第１の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち第１の実施の形態の下側のクラッド層２３が設けられておらず、バッファー層２２の上に活性層２４が形成されている。
【００５３】
本実施の形態の動作は第１の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち、活性層２４内のｐｎ接合を介してｐ型領域に注入された電子は、クラッド層２５と活性層２４の界面に存在するエネルギー障壁によってクラッド層２５へは拡散できない。一方活性層２４内のｐｎ接合を介してｎ型領域に注入された正孔に対する閉じ込め効果はない。また、活性層２４の下側にはクラッド層がないので、閉じ込め効果は上側のクラッド層２５によるものに限定される。また、上側のクラッド層２５による抵抗低減効果がある。さらにまた、活性層２４の下側にクラッド層を設けないので、第１の実施の形態に比べ、半導体エピタキシャル層の層数を少なくでき、半導体ウエハのコストを低減することができる。
【００５４】
第６の実施の形態
図８は本発明の第６の実施の形態の断面図である。同図において、図４と同一の符号は同一又は対応する構成要素を示す。第６の実施の形態の構造は第２の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち、上側のクラッド層２５が設けられておらず、活性層２４の上にコンタクト層２６が形成されている。第２の実施の形態と同様、下側のクラッド層２３が設けてあるため、活性層２４内のｐｎ接合を介してｎ型領域に注入された正孔は、クラッド層２３と活性層２４の界面に存在するエネルギー障壁によってクラッド層２３へは拡散できない。一方、一方活性層２４内のｐｎ接合を介してｐ型領域に注入された電子に対する閉じ込め効果はない。また、活性層２４の上側にはクラッド層がないので、閉じ込め効果は下側のクラッド層２３によるものに限定される。
【００５５】
また、第２の実施の形態と同様、クラッド層２３及び導通層４１による抵抗低減効果がある。さらに本実施の形態では、発光領域としてＺｎ拡散領域をほぼ単一の半導体層２４に形成するため、ドーピングによるｐ型領域２７の形成に当たり、拡散深さばらつきが小さい高精度の拡散制御が可能である。従って、発光特性のばらつきの小さいＬＥＤアレイを作製できるという効果がある。
【００５６】
第７の実施の形態
図９は本発明の第７の実施の形態を示す。同図において、図８と同一の符号は同一又は対応する構成要素を示す。本実施の形態の構造は第６の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち、下側のクラッド層２３が設けられていない。言換えると、本実施の形態のＬＥＤアレイは、第１の実施の形態に導通層４１のみを付加した構成となっている。
【００５７】
本実施の形態の動作は第６の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。即ち、クラッド層がないので、閉じ込め効果がない。しかし、導通層４１による抵抗低減効果がある。第１の実施の形態等と同様、ｎ型領域の抵抗は不純物濃度（不純物キャリア濃度）が非常に高い導通層がもつ低抵抗成分と活性層の抵抗成分が合成された抵抗となるので、ｎ電極−ｐ電極間の抵抗が、導通層を設けない場合と比較して小さくなる。さらに、第６の実施の形態と比較して、クラッド層がないので、半導体エピタキシャル層の構造を簡単にすることができる。
【００５８】
第８の実施の形態
以上の実施の形態では、ｎ側電極がｐ側電極とともにウエハの主面に設けてあるが、ｎ側電極を裏面に設けても良い。その例を第８及び第９の実施の形態として説明する。
【００５９】
図１０及び図１１は本発明の第８の実施の形態を示す。図１０は本実施の形態の上面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ′断面図である。これらの図において、図１及び図５と同一の符号は同一又は対応する構成要素を示す。本実施の形態の構造は概して第３の実施の形態と同じである。しかし、以下の点で異なる。
【００６０】
即ち、第３の実施の形態の半絶縁性の基板２１及びバッファ層２２の代りに、ｎ型の基板５１及びｎ型のバッファ層５２が用いられ、ウエハの主面に設けられたｐ側電極３３の代りに、ウエハの裏面にｎ側電極５３が設けられている。ｎ型半導体基板５１としては例えばｎ型ＧａＡｓ基板が用いられ、ｎ型のバッファー層５２としては、例えばｎ型ＧａＡｓ半導体エピタキシャル層が用いられている。ｎ型半導体基板５１は、その不純物濃度（不純物キャリア濃度）が活性層２４の不純物濃度（不純物キャリア濃度）よりも高く、例えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、この実施の形態の層間絶縁膜３１は、ｐ側電極３３とコンタクト層２６及び導通層４１０とを互いに絶縁する役割を持つとともに、コンタクト層２６とコンタクト層３０とが互いに直接接触するのを防いでいる。
【００６１】
本実施の形態の動作は概して第３の実施の形態と同様である。しかし、以下の点で異なる。
【００６２】
即ち、ｐ側電極がウエハの裏面に設けられ、電流が活性層２４よりも下側のｎ型半導体層を通って流れる。また、半導体基板５１がｎ型であり、その不純物濃度（不純物キャリア濃度）を高くすることにより抵抗が低くなり、これによりｐ側電極及びｎ側電極相互間の抵抗を一層低くすることができる。さらに、本実施の形態のＬＥＤアレイでは半導体ウエハの裏面に共通電極を設けてあるので、素子構造が単純になる。従って、ＬＥＤアレイの製造プロセスが容易になり、ＬＥＤアレイの歩留まりや信頼性もより一層高くなる。
【００６３】
さらにまた、導通層４２のうちのｐ型の領域は電気的なに活性な不純物濃度をクラッド層２３及び２５よりも高くすることができ、従って抵抗が低い。
【００６４】
第９の実施の形態
図１２に示すように、第８の実施の形態の導通層４２を省略しても良い。この場合、導通層５２による抵抗低減効果はあるが、クラッド層２３及び２５による抵抗低減効果及び閉じ込め効果は得られない。
【００６５】
変形例
上記の実施の形態において、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型であるが逆に第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型であっても良い。
【００６６】
上記の実施の形態では、コンタクト層２６がｎ型のエピタキシャル層で形成されているが、コンタクト層２６は全体的には半絶縁性又はノンドープとし、ｎ側電極３２とのコンタクト領域のみにｎ型不純物領域を選択的に形成してもよい。
【００６７】
上記の実施の形態では、基板が半絶縁性又は第１導電型（発光部を形成する拡散領域の導電型とは逆の型）であるが、第２導電型であっても良い。
【００６８】
上記の実施の形態では、活性層２４及びクラッド層２３及び／又は２５と、基板２１又は５１の間にノンドープのバッファ層２２又はｎ型の、即ち活性層やクラッド層と同じ導電型のバッファ層５２が設けられているが、代りに活性層やクラッド層とは異なる導電型のバッファ層を設けても良い。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、逆方向の耐圧を低下させることなく、電極相互間の抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤアレイを示す上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤアレイの電流−電圧特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態のＬＥＤアレイを示す上面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態のＬＥＤアレイを示す上面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ′断面図である。
【図１２】本発明の第９の実施の形態のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図１３】従来のＬＥＤアレイの一例を示す。
【図１４】半導体エピタキシャル層の不純物濃度を示す。
【符号の説明】
２１半導体基板、２２バッファ層、２３下側のクラッド層、２４活性層、２５上側のクラッド層、２６コンタクト層、２７ｐ型領域、２８ｐ型領域のフロント面、３０コンタクト層、３１層間絶縁膜、３２ｎ側電極、３３ｐ側電極、４１導通層、４２導通層、５１半導体基板、５２バッファー層、５３ｎ側電極。

Claims

第１導電型の第１の半導体エピタキシャル層（２４）と、
前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）に積層された第１導電型の第２の半導体エピタキシャル層（２５）とを含む半導体ウエハに、複数の第２導電型の領域（２７）を列をなすように形成した発光ダイオードアレイであって、
前記第２導電型の領域（２７）はそのフロント面が少なくとも部分的に前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）内に又は前記第１及び第２の半導体エピタキシャル層の界面に存在し、
前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）は、そのエネルギーバンドギャップが前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）よりも大きく、
前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）は、その第１導電型不純物キャリア濃度が前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）よりも高く、
前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）が、前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）の上側に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
ことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
前記第１の半導体エピタキシャル層（２４）の下側に第１導電型の第３の半導体エピタキシャル層（２３）をさらに備え、
前記第３の半導体エピタキシャル層（２３）は、そのエネルギーバンドギャップが第１の半導体エピタキシャル層（２４）よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）の上に第１導電型の第４の半導体エピタキシャル層（４２）をさらに備え、
前記第４の半導体エピタキシャル層（４２）は、そのエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）よりも小さく、第１の半導体エピタキシャル層（２４）よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
前記第４の半導体エピタキシャル層（４２）は前記第２の半導体エピタキシャル層（２５）よりも、不純物キャリア濃度が高いことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードアレイ。
前記第３の半導体エピタキシャル層（２３）の下に第１導電型の第５の半導体エピタキシャル層（４１）をさらに備え、
前記第５の半導体エピタキシャル層（４１）は、そのエネルギーバンドギャップが前記第３の半導体エピタキシャル層（２３）よりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードアレイ。
半絶縁性又は第２導電型の半導体基板の上に前記半導体エピタキシャル層を設けていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
半導体基板と前記第１及び第２の半導体エピタキシャル層の間に少なくとも１層の半絶縁性又はノンドープ又は第２導電型の半導体エピタキシャル層を含むエピタキシャル層で形成されたバッファ層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
半導体基板、及び半導体基板と前記第１及び第２の半導体エピタキシャル層の間に設けた半導体エピタキシャル層が全て第１導電型のものである
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
第１導電型不純物がＳｉであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
第２導電型不純物がＺｎであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
第２導電型領域が第２導電型不純物の拡散により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
前記第１及び第２の半導体エピタキシャル層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０）であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
電極とのコンタクトを形成するための第１導電型のコンタクト層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
前記コンタクト層がＧａＡｓ層であることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードアレイ。
第２導電型領域の最上層に前記コンタクト層と同じ組成の第２導電型の半導体層で形成されたコンタクト層（３０）をさらに備え、
該第２導電型のコンタクト層（３０）と前記第１導電型のコンタクト層（２６）の間にはコンタクト層の層厚以上の深さの溝（３６）があることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードアレイ。