JP4436527B2

JP4436527B2 - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP4436527B2
Application number: JP2000090969A
Authority: JP
Inventors: 哲広大崎; 勝信北田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001284648A

Description

【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５から図８に示す。図５は断面図、図６は平面図、図７は図６のＡ−Ａ'で切った断面図、図８は図７の平面図（図６の一部拡大図）である。図５において、２１は単結晶基板、２２は一導電型半導体層、２３は逆導電型半導体層、２４は個別電極、２５は共通電極、２６は絶縁層である。
【０００３】
単結晶基板２１上に、一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３を一導電型半導体層２２よりも逆導電型半導体層２３が小面積となるように設けると共に、この一導電型半導体層２２の露出部に共通電極２５を接続して設け、逆導電型半導体層２３に個別電極２４を接続して設けている。なお、図５において、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。
【０００４】
また、図６に示すように、共通電極２５は隣接する島状半導体層２２ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設けられ、隣接する島状半導体層２３は同じ個別電極２４に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような発光ダイオードアレイでは、個別電極２４と共通電極２５の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光ダイオードを選択的に発光させることができる。
【０００６】
ところが、この従来の半導体発光装置では、発光層で発光した光が複数の島状半導体層２２、２３間に形成される配線パターン２７によって反射し、この配線パターン２７で反射した光そのものが発光素子一つ一つの発光径を広げることから、光プリンターヘッドとして用いた場合、解像度が悪くなるという欠点があった。
【０００７】
また、半導体層２２、２３を島状にパターンニングする際、エッチング液の条件によっては島状半導体層２２、２３が並ぶ方向における島状半導体層２２、２３の断面が、図７に示すように、高抵抗シリコン基板２１に近い所では裾を長く引くような形状になっていた。そのため、島状半導体層２２、２３と隣接する島状半導体２２、２３間を通る電極配線パターン２７は、パターンニングの露光工程において、照射光の散乱により、図８に示すように、パターンの周縁部が非常にみだれていた。そして、このみだれにより、発光層から島状半導体層２２、２３が並ぶ方向に漏れて島状半導体層２２、２３と隣接する島状半導体２２、２３間を通る電極配線パターン２７で反射する光量にばらつきが発生するという欠点があった。
【０００８】
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、発光した光が複数の島状半導体層間に形成される配線パターンによって反射して、半導体発光装置一つ一つの発光径が広がって光プリンターヘッドの解像度が悪くなるという従来の問題点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。
【０００９】
また、複数の島状半導体層間に形成される配線パターンの周縁部が凹凸状に形成されて反射光自体もばらつくという従来の問題点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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体発光装置では、単結晶基板と、該単結晶基板の上に列状に設けられている、一導電型半導体層の上に逆導電型半導体層を重ねて成る複数の島状の半導体層と、前記一導電型半導体層に接続して設けられている電極と、前記逆導電型半導体層に接続して設けられている電極と、前記一導電型半導体層に接続して設けられている前記電極同士、または前記逆導電型半導体層に接続して設けられている前記電極同士、を接続している、前記複数の半導体層の間に設けられている配線パターンと、を有しており、隣接する前記半導体層の間に、当該半導体層を構成する前記一導電型半導体層の下層部分を張り出しており、当該張り出している一導電型半導体層の下層部分の表面部が粗面状に成されており、当該粗面状に成された一導電型半導体層の下層部分の上に設けられている前記配線パターンの表面部が粗面状に成されていることを特徴とする。
【００１２】
【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から図３は本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示し、図１は島状半導体層が並ぶ方向と交差する方向の断面図、図２は島状半導体層が並ぶ方向の断面図、図３は複数の島状半導体層の平面図である。それぞれの図において、１は単結晶基板、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は個別電極、５は共通電極である。
【００１３】
本発明は高抵抗シリコン単結晶の（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適に用いられる。
【００１４】
一導電型半導体層２は、バッファ層２ａ、オーミックコンタクト層２ｂ、キャリア注入層２ｃで構成される。バッファ層２ａは１〜４μｍ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、キャリア注入層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、キャリア注入層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１×１０^１６〜１×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３程度含有し、キャリア注入層２ｃもシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０^１６〜１×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３程度含有する。バッファ層２ａは高抵抗シリコン基板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。
【００１５】
逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、クラッド層３ｂ、および第２のオーミックコンタクト層３ｃで構成される。発光層３ａとクラッド層３ｂは０．２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層３ｃは０．０１μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。発光層３ａとクラッド層３ｂはアルミニウムガリウム砒素などから成り、第２のオーミックコンタクト層３ｃはガリウム砒素などから成る。
【００１６】
発光層３ａとクラッド層３ｂ及びオーミックコンタクト抵抗低減層３ｃ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及びクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０^１６〜１×１０^２１ａｔｏｍ／ｃｍ^３程度含有し、第２のオーミックコンタクト層３ｃは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０^１９〜１
【００１７】
絶縁膜６は窒化シリコンなどから成り、厚み３０００Å程度に形成される。個別電極４と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００１８】
本発明の半導体発光装置でも、図６の従来例に示すように、一導電型半導体層２（２２）と逆導電型半導体層３（２３）から成る島状半導体層２（２２）、３（２３）を基板１（２１）上に一列状に並べて、隣接する島状半導体層２（２２）、３（２３）毎に同じ個別電極４（２４）に接続し、同じ個別電極４（２４）に接続された下の一導電型半導体層２（２２）が異なる共通電極５（２５）に接続されるように複数群に分けて接続される。個別電極４（２４）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。
【００１９】
一般にガリウム砒素のウエットエッチングでは、Ｈ₂ＳＯ₄（９８％）／Ｈ₂Ｏ₂（３０％）／Ｈ₂Ｏを適当な比で混合した液が用いられ、異方性エッチングによって、｛１００｝面のエッチングで[１１０]方向に順メサ形状、[１−１０]方向に逆メサ形状になることが知られているが、ガリウム砒素の上にアルミニウムガリウム砒素が積層されていると、アルミニウムガリウム砒素のエッチングレートがガリウム砒素のそれより大きいため、アルミニウムガリウム砒素層での逆メサ形状が支配的となり、下層のガリウム砒素はそこだけ見れば必ずしも逆メサ形状にはならない。よって、液組成によっては図７に示すような形状になるが、エッチング液のＨ₂ＳＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏのうち、Ｈ₂Ｏ₂比により島状半導体層が並ぶ方向における島状半導体層の断面形状を変化させることができる。例えば、上層がアルミニウム（０．３）ガリウム（０．７）砒素の場合で、Ｈ₂Ｏ₂が３０％くらいで逆導電型半導体層３の上端３ｃと一導電型半導体層２の下端２ａが基板１に対してほぼ垂直線上になる。このＨ₂Ｏ₂比を小さくすると一導電型半導体層２の下端２ａが逆導電型半導体層３の上端３ｃより外になり、図７に示したように、基板１付近で長く裾を引く形になるが、さらにエッチング時間を短くして一導電型半導体層２の下層（バッファ層）部分２ａを露出させた時点でエッチングを止めて、図４に示すように、一導電型半導体層２の下層（バッファ層）部分２ａが残るような形状を作成する。また、Ｈ₂Ｏ比を大きくした（５０％以上）状態では、表面が荒れることがわかっており、このときに一導電型半導体層２の下層（バッファ層）部分２ａの表面が粗面状になる。こうして各島状半導体層の下層（バッファ層）部分２ａが一部残され、その後の電極形成工程において、複数の島状半導体層間を通る配線パターン７に対し、バッファ層２ａ上の粗面がそのまま反映される。できあがった半導体発光装置は複数の島状半導体層間を通る配線パターン７での反射光は表面の粗面状部分で散乱される。
【００２０】
図９（ａ）（ｂ）に粗面の有無による反射の違いを示す。図９（ａ）は従来の発光装置のように、配線パターン７の表面を粗面状にしなかった場合の発光プロファイルであり、図９（ｂ）は本発明の発光装置のように、配線パターン７の表面を粗面状にした場合の発光プロファイルである。島状半導体層間を通る配線パターン７の表面を粗面状とすることによって、図９（ａ）のサブピークＰの高さからわかるように、１／２以下にすることができる。
【００２１】
なお、この場合用いるエッチング液はＨ₂ＳＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏ系に限らず、酸においてはＨ₂ＳＯ₄の代わりにＨＣｌ（ａｑ）、ＨＦ（ａｑ）等でもよい。
【００２２】
次に、上述のような半導体発光装置の製造方法を説明する。まず、高抵抗シリコン単結晶基板１上に、一導電型半導体層２、逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００２３】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ₃）、ＴＭＡ（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｌ）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（Ｈ₂Ｓｅ）、ＤＭＺ（（ＣＨ₃）₂Ｚｎ）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。
【００２４】
次に、隣接する素子同士が電気的に分離されるように、半導体層２、３が島状にパターニングされる。その際、例えばＨ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ系のＨ_２Ｏ_２比の小さい液を用い、一導電型半導体層２を薄く残すようにする。
【００２５】
次に、一導電型半導体層２の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングする。このときに各々の島状半導体層が隣接する島状半導体層と分離されるように島状半導体層の周囲にシリコン基板が露出するように薄く残した一導電型半導体層２をエッチングする。このエッチングもＨ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ系の液を用いたウエットエッチングで行なったり、ＣＣｌ_２Ｆ_２ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２６】
次に、シランガス（ＳｉＨ₄）とアンモニアガス（ＮＨ₃）を用いたプラズマＣＶＤ法で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。最後に、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することにより完成する。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体発光装置によれば、隣接する半導体層の間に、当該半導体層を構成する一導電型半導体層の下層部分を張り出しており、当該張り出している一導電型半導体層の下層部分の表面部が粗面状に成されており、当該粗面状に成された一導電型半導体層の下層部分の上に設けられている配線パターンの表面部が粗面状に成されているから、複数の島状半導体間を通る配線パターンで反射する光を散乱させることができ、もって発光素子の発光径を小さく維持して光プリンターヘッドの解像度が高く維持できると共に、反射光のばらつきも低減することができる。
【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発光素子の配列方向と交差する方向の断面図である。
【図２】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示す発光素子の配列方向の断面図である。
【図３】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４】本発明に係る半導体発光装置の製造方法を示す図である。
【図５】従来の半導体発光装置の発光素子の配列方向と交差する方向の断面図である。
【図６】従来の半導体発光装置を示す平面図である。
【図７】従来の半導体発光装置の発光素子の配列方向の断面図である。
【図８】従来の半導体発光装置の発光素子部分を拡大して示す平面図である。
【図９】半導体発光装置の発光プロファイルを示す図であり、（ａ）は従来の半導体発光装置の発光プロファイルを示す図、（ｂ）は本発明の半導体発光装置の発光プロファイルを示す図である。
【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：個別電極、５：共通電極配線、６：絶縁膜

Claims

単結晶基板と、
該単結晶基板の上に列状に設けられている、一導電型半導体層の上に逆導電型半導体層を重ねて成る複数の島状の半導体層と、
前記一導電型半導体層に接続して設けられている電極と、
前記逆導電型半導体層に接続して設けられている電極と、
前記一導電型半導体層に接続して設けられている前記電極同士、または前記逆導電型半導体層に接続して設けられている前記電極同士、を接続している、前記複数の半導体層の間に設けられている配線パターンと、を有しており、
隣接する前記半導体層の間に、当該半導体層を構成する前記一導電型半導体層の下層部分を張り出しており、
当該張り出している一導電型半導体層の下層部分の表面部が粗面状に成されており、
当該粗面状に成された一導電型半導体層の下層部分の上に設けられている前記配線パターンの表面部が粗面状に成されていることを特徴とする半導体発光装置。