JP4256014B2 - 発光ダイオードアレイ - Google Patents
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【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し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる発光ダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードアレイを図４および図５に示す。図４および図５において、１は基板、２はガリウム砒素やアルミガリウム砒素などからなる一導電型を呈する第一の半導体層、３は逆導電型を呈する第二の半導体層、４は窒化シリコン膜などからなる絶縁膜、５は金（Ａｕ）や金ゲルマニウムなどからなる共通電極、６は金（Ａｕ）や金ゲルマニウムなどからなる個別電極、７は第二の半導体層と同じ導電型のハイドープされた第三の半導体層である。
【０００３】
第三の半導体層７は個別電極６とオーミックコンタクトを得るためのものであり、発光を妨げないように膜厚を０．０２μｍ以下に薄く形成している。
【０００４】
このように構成された発光ダイオードアレイでは、第一の半導体層２と第二の半導体層３とで半導体接合部が形成され、例えば個別電極６から共通電極５に電流を流すと、第一の半導体層２中の少数キャリアが第二の半導体層３に注入され、第二の半導体層３中の多数キャリアと発光再結合することで発光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の発光ダイオードアレイでは、個別電極６を形成する際に、工程中で汚れた第三の半導体層７の表面をライトエッチングするが、膜厚が薄く形成された第三の半導体層７の途中でエッチングを止める必要があり、工程での制御が難しい。この第三の半導体層７のエッチング量が相違すると、個別電極６の直下の第三の半導体層７の断面形状が変化するため、発光強度の再現性が乏しくなる。すなわち、図６に示すように、個別電極６の直下の第三の半導体層７の断面形状は、エッチングにより傾斜部分７ａを有するように形成されるが、この傾斜部分７ａの上に形成される電極６ａ部で反射した光が半導体層３ｂ部分などで再反射した場合、半導体層７の外部への取り出し率が増す。従って、この個別電極６の傾斜部分６ａの位置や傾斜角度が変化すると、発光強度が変化してしまう。
【０００６】
【発明の目的】
本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、個別電極が形成される第三の半導体層の断面形状のばらつきに起因して発光強度がばらつくという従来の問題点を解消した発光ダイオードアレイ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】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光ダイオードアレイでは、半導体基板上に一導電型を呈する島状の第一の半導体層を列状に設け、この第一の半導体層上に逆導電型を呈する第二の半導体層を設け、前記第一の半導体層と第二の半導体層にそれぞれ電極を接続して設けた発光ダイオードアレイにおいて、
前記第二の半導体層上に、この第二の半導体層と同じ導電型で不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、膜厚が０．１μｍ以下の第三の半導体層を設け、
さらにこの第三の半導体層中に、前記第二の半導体層と同じ導電型で、この第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【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は本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す断面図、図２は平面図である。
【０００９】
図１および図２において、１は基板、２は第一の半導体層、３は第二の半導体層、４は絶縁膜、５は共通電極、６は個別電極、７は第二の半導体層と同じ導電型のハイドープされた第三の半導体層、８は第二の半導体層と同じ導電型で、第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層である。
【００１０】
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やサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７ー オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、Ｃ面基板が好適に用いられる。
【００１１】
第一の半導体層２は、バッファ層２ａ、オーミックコンタクト層２ｂ、電子の注入層２ｃで構成される。バッファ層２ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層２ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層２ａとオーミックコンタクト層２ｂはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層２ｃはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層２ｂはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、電子の注入層２ｃはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。また、このとき電子注入層２ｃのＡｌの組成はｘ＝０．２４〜０．５程度に形成する。バッファ層２ａは基板１と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【００１２】
第二の半導体層３は、発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂで構成される。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。
【００１３】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１４】
第三の半導体層７はオーミックコンタクト層で、０．０１〜０．１μｍ程度の厚みに形成され、ガリウム砒素などから成る。亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０19〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１５】
第四の半導体層８は第三の半導体層７中に形成され、インジウムガリウム砒素などから成る。亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０１９〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。この第四の半導体層８は５０Å程度の厚みに形成される。この第四の半導体層８は、第三の半導体層７よりエッチングレートが小さい。
【００１６】
絶縁膜４ａ、４ｂは窒化シリコンなどから成り、厚み３０００〜５０００Å程度に形成される。また、個別電極６と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００１７】
本発明の発光ダイオードアレイでは、図２に示すように、第一の半導体層２と第二の半導体層３から成る島状半導体層２、３を基板１上に一列状に並べる。隣接する島状半導体層２、３、７、８毎に同じ個別電極６に接続し、同じ個別電極６に接続された下の第一の半導体層２が異なる共通電極５に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極６を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【００１８】
次に、上述のようなＬＥＤアレイの製造方法を説明する。まず、単結晶基板１上に、第一の半導体層２、第二の半導体層３、および第四の半導体層８が介装された第三の半導体層７をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００１９】
これらの半導体層２、３、７、８を形成する場合、基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望厚みの半導体層２、３、７、８を形成する。
【００２０】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ＴＭＡ（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ）、ＴＭＩ（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ）などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン（ＳｉＨ4 ）、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ3 ）3 Ｚｎ）などが用いられ、キャリアガスとしては、Ｈ2 などが用いられる。
【００２１】
次に、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層２、３、７，８が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングなどで行われる。
【００２２】
次に、第一の半導体層２の一端部側の一部を露出させるためのエッチングをする。さらに、工程中で汚れた第三の半導体層７の表面をライトエッチするため、第三の半導体層７の表面の一部（第四の半導体層８の上まで）をエッチングする。これらのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２３】
このように構成すると、図３に示すように、第三の半導体層７の表面をライトエッチする際、第四の半導体層８のエッチングレートが小さいため第四の半導体層８の表面部分でエッチングを確実に停止することができ、エッチング量の再現性がよくなり、個別電極６の直下の半導体層７、８の断面形状が安定する。その結果、個別電極６の傾斜部分６ａで反射する光の外部への取り出し率が安定し、発光強度の再現性が改善される。
【００２４】
次に、プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4 ）とアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングし、さらに、もう一度プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4 ）とアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングすることにより完成する。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る発光ダイオードアレイによれば、第二の半導体層上に、この第二の半導体層と同じ導電型で不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、膜厚が０．１μｍ以下の第三の半導体層を設け、さらにこの第三の半導体層中に、第二の半導体層と同じ導電型で、この第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層を設けたことから、第三の半導体層の表面をライトエッチする際、エッチング量の再現性がよくなり、個別電極直下の半導体層の断面形状が安定する。その結果、電極部分で反射する光の外部への取り出し率が安定し、発光強度の再現性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す一部拡大断面図である。
【図４】従来の発光ダイオードアレイの断面図である。
【図５】従来の発光ダイオードアレイの平面図である。
【図６】従来の発光ダイオードアレイの一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１………基板、２………第一の半導体層、３………第二の半導体層、４………絶縁膜、５、６………電極（５………共通電極、６………個別電極）、７………第三の半導体）、８………第四の半導体層
【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し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる発光ダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードアレイを図４および図５に示す。図４および図５において、１は基板、２はガリウム砒素やアルミガリウム砒素などからなる一導電型を呈する第一の半導体層、３は逆導電型を呈する第二の半導体層、４は窒化シリコン膜などからなる絶縁膜、５は金（Ａｕ）や金ゲルマニウムなどからなる共通電極、６は金（Ａｕ）や金ゲルマニウムなどからなる個別電極、７は第二の半導体層と同じ導電型のハイドープされた第三の半導体層である。
【０００３】
第三の半導体層７は個別電極６とオーミックコンタクトを得るためのものであり、発光を妨げないように膜厚を０．０２μｍ以下に薄く形成している。
【０００４】
このように構成された発光ダイオードアレイでは、第一の半導体層２と第二の半導体層３とで半導体接合部が形成され、例えば個別電極６から共通電極５に電流を流すと、第一の半導体層２中の少数キャリアが第二の半導体層３に注入され、第二の半導体層３中の多数キャリアと発光再結合することで発光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の発光ダイオードアレイでは、個別電極６を形成する際に、工程中で汚れた第三の半導体層７の表面をライトエッチングするが、膜厚が薄く形成された第三の半導体層７の途中でエッチングを止める必要があり、工程での制御が難しい。この第三の半導体層７のエッチング量が相違すると、個別電極６の直下の第三の半導体層７の断面形状が変化するため、発光強度の再現性が乏しくなる。すなわち、図６に示すように、個別電極６の直下の第三の半導体層７の断面形状は、エッチングにより傾斜部分７ａを有するように形成されるが、この傾斜部分７ａの上に形成される電極６ａ部で反射した光が半導体層３ｂ部分などで再反射した場合、半導体層７の外部への取り出し率が増す。従って、この個別電極６の傾斜部分６ａの位置や傾斜角度が変化すると、発光強度が変化してしまう。
【０００６】
【発明の目的】
本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、個別電極が形成される第三の半導体層の断面形状のばらつきに起因して発光強度がばらつくという従来の問題点を解消した発光ダイオードアレイ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】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光ダイオードアレイでは、半導体基板上に一導電型を呈する島状の第一の半導体層を列状に設け、この第一の半導体層上に逆導電型を呈する第二の半導体層を設け、前記第一の半導体層と第二の半導体層にそれぞれ電極を接続して設けた発光ダイオードアレイにおいて、
前記第二の半導体層上に、この第二の半導体層と同じ導電型で不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、膜厚が０．１μｍ以下の第三の半導体層を設け、
さらにこの第三の半導体層中に、前記第二の半導体層と同じ導電型で、この第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【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は本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す断面図、図２は平面図である。
【０００９】
図１および図２において、１は基板、２は第一の半導体層、３は第二の半導体層、４は絶縁膜、５は共通電極、６は個別電極、７は第二の半導体層と同じ導電型のハイドープされた第三の半導体層、８は第二の半導体層と同じ導電型で、第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層である。
【００１０】
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やサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７ー オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、Ｃ面基板が好適に用いられる。
【００１１】
第一の半導体層２は、バッファ層２ａ、オーミックコンタクト層２ｂ、電子の注入層２ｃで構成される。バッファ層２ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層２ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層２ａとオーミックコンタクト層２ｂはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層２ｃはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層２ｂはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、電子の注入層２ｃはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。また、このとき電子注入層２ｃのＡｌの組成はｘ＝０．２４〜０．５程度に形成する。バッファ層２ａは基板１と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【００１２】
第二の半導体層３は、発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂで構成される。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。
【００１３】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１４】
第三の半導体層７はオーミックコンタクト層で、０．０１〜０．１μｍ程度の厚みに形成され、ガリウム砒素などから成る。亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０19〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１５】
第四の半導体層８は第三の半導体層７中に形成され、インジウムガリウム砒素などから成る。亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０１９〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。この第四の半導体層８は５０Å程度の厚みに形成される。この第四の半導体層８は、第三の半導体層７よりエッチングレートが小さい。
【００１６】
絶縁膜４ａ、４ｂは窒化シリコンなどから成り、厚み３０００〜５０００Å程度に形成される。また、個別電極６と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００１７】
本発明の発光ダイオードアレイでは、図２に示すように、第一の半導体層２と第二の半導体層３から成る島状半導体層２、３を基板１上に一列状に並べる。隣接する島状半導体層２、３、７、８毎に同じ個別電極６に接続し、同じ個別電極６に接続された下の第一の半導体層２が異なる共通電極５に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極６を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【００１８】
次に、上述のようなＬＥＤアレイの製造方法を説明する。まず、単結晶基板１上に、第一の半導体層２、第二の半導体層３、および第四の半導体層８が介装された第三の半導体層７をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００１９】
これらの半導体層２、３、７、８を形成する場合、基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望厚みの半導体層２、３、７、８を形成する。
【００２０】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ＴＭＡ（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ）、ＴＭＩ（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ）などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン（ＳｉＨ4 ）、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ3 ）3 Ｚｎ）などが用いられ、キャリアガスとしては、Ｈ2 などが用いられる。
【００２１】
次に、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層２、３、７，８が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングなどで行われる。
【００２２】
次に、第一の半導体層２の一端部側の一部を露出させるためのエッチングをする。さらに、工程中で汚れた第三の半導体層７の表面をライトエッチするため、第三の半導体層７の表面の一部（第四の半導体層８の上まで）をエッチングする。これらのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２３】
このように構成すると、図３に示すように、第三の半導体層７の表面をライトエッチする際、第四の半導体層８のエッチングレートが小さいため第四の半導体層８の表面部分でエッチングを確実に停止することができ、エッチング量の再現性がよくなり、個別電極６の直下の半導体層７、８の断面形状が安定する。その結果、個別電極６の傾斜部分６ａで反射する光の外部への取り出し率が安定し、発光強度の再現性が改善される。
【００２４】
次に、プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4 ）とアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングし、さらに、もう一度プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4 ）とアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングすることにより完成する。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る発光ダイオードアレイによれば、第二の半導体層上に、この第二の半導体層と同じ導電型で不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、膜厚が０．１μｍ以下の第三の半導体層を設け、さらにこの第三の半導体層中に、第二の半導体層と同じ導電型で、この第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層を設けたことから、第三の半導体層の表面をライトエッチする際、エッチング量の再現性がよくなり、個別電極直下の半導体層の断面形状が安定する。その結果、電極部分で反射する光の外部への取り出し率が安定し、発光強度の再現性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードアレイの一実施形態を示す一部拡大断面図である。
【図４】従来の発光ダイオードアレイの断面図である。
【図５】従来の発光ダイオードアレイの平面図である。
【図６】従来の発光ダイオードアレイの一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１………基板、２………第一の半導体層、３………第二の半導体層、４………絶縁膜、５、６………電極（５………共通電極、６………個別電極）、７………第三の半導体）、８………第四の半導体層
Claims (1)
- 半導体基板上に一導電型を呈する島状の第一の半導体層を列状に設け、この第一の半導体層上に逆導電型を呈する第二の半導体層を設け、前記第一の半導体層と第二の半導体層にそれぞれ電極を接続して設けた発光ダイオードアレイにおいて、
前記第二の半導体層上に、この第二の半導体層と同じ導電型で不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、膜厚が０．１μｍ以下の第三の半導体層を設け、
さらにこの第三の半導体層中に、前記第二の半導体層と同じ導電型で、この第三の半導体層よりエッチングレートが小さい第四の半導体層を設けたことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
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1999
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