JPH04207087A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、端面発光型発光素子に係り、特に。

端面発光を半導体基板主表面から出射することができる
発光素子に関するものである。

〔従来の技術〕

基板主表面と垂直な方向に光を取り出すことができる発
光素子は、縦横並列に並べた２次元アレーを構成するこ
とができるだけでなく、モノリシックな光集積回路への
適用が可能となり、光の特徴を十分に活かした新しい並
列光通信や光情報処理への発展性が期待されている。

従来の半導体発光素子には、大きく分けて端面発光型と
面発光型の二つの型がある。現在、実用化している端面
発光型発光素子は、″（電子材料シリーズ・ガリウムヒ
素）丸善１７０頁″に記載のように活性層面に平行に光
を取り呂す構造である。

第１０図はこの構造の一例である。この構造は、活性層
５０１をバンドギャップの大きいクラッド層５０２，５
０３にはさまれた構造にすることにより、光のガイド層
を作り、比較的低電流密度で高輝度が得られるという特
徴がある。

また、端面発光型発光素子においては、製造技術がすで
に確立され、市販されている。しかし、この発光素子は
、基板主表面からではなく、基板の側面方向、すなわち
、横方向から光を取り出す構造となっている。このこと
から、縦横並列に並べて平面形状の発光位置を得るとい
うような、２次元的な集積化が困難であった。

これに対して、基板主表面と垂直な方向に光を取り出す
ことができる面発光型発光素子は、縦横並列に並べた２
次元アレーを構成することができるだけでなく、モノシ
リツクな光集積回路への適用が可能となり、光の特徴を
十分に生かした新しい並列光通信や光情報処理への発展
性が期待できる。

近年、″情報通信学会誌Ｖｏ１．７０．　Ｎｏ、２．１
５４頁。

１９８７年”に記載のように、基板主表面と垂直な方向
に光を出すような構造の発光素子が研究されている。第
１１図は、この構造の面発光レーザの一例である。

第１１図に示す素子は、ｎ−ＩｎＰ基板６０１に、ｐ−
ＧａＩｎＡｓＰの活性層６０２を設けて、この活性層６
０２を、ｎ−ＩｎＰ６０３およびｐ−Ｉ　ｎＰ６０４で
挾み、さらに、これらを反射鏡６０５．６０６で挾む構
造を有している。そして、この基板６０１の主表面に設
けた開口部６０７から光呂力を取り出す構成となってい
る。

しかし、この種の面発光素子は、現状では、発光効率、
発光強度ともに実用レベルにいたっていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

端面発光型の発光素子は、高輝度が得られるが、基板主
表面からではなく、基板の側面方向から光を取り出す構
造となっているために、２次元的な集積化や、モノリシ
ックな光集積回路への適用が困難であった。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決する
もので、発光光を効率良く取り出すことができる端面発
光型でありながら、見かけ上、面発光素子として、２次
元的な集積化が可能となる発光素子を提供することにあ
る。

〔課題を解決する手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、主表面。

底面および側面を有する半導体基板と、この基板に設け
られて、電気エネルギを受けて発光する活性層およびそ
の電極とを含み、上記活性層は、半導体基板の、主表面
と底面の間の位置で１発光光の少なくとも一部が半導体
基板主表面から構成される位置に配置されることを特徴
とするものである。

より具体的には、予め半導体基板主表面に設けられた。

凹部または半導体基板主表面とは異なる第２の面に活性
層を形成することができる。そして、活性層は、その少
なくとも一部の端面が半導体基板め主表面上に位置する
ように配置される。

これにより、半導体主表面上に、活性層の端面があられ
れるよう構成される。

また、予め半導体基板主表面に設けられた、凹部または
半導体基板主表面とは異なる第２の面に活性層および光
のガイド層を形成することができる。そして、活性層は
、その活性層の少なくとも一部に光のガイド層を結合さ
せ、発光光がガイド層を伝搬して、半導体主表面より出
射するように配置される。

これにより、光を活性層端面から効率良く取り出すこと
のできる端面発光型の構造を持つ発光素子でありながら
、見かけ上面発光型の発光素子のように光を取り出すこ
とができ、２次元的な集積化が可能となる。

半導体基板上に形成される凹部には、いろいろな形状が
ある。例えば、第２図に示すように、凹部を半球状にし
た場合、その上に、均一な活性層を堆積することができ
、電流が均一に流れるので。

発光端面全体で均一な発光が得られる。これは、半球状
の場合に限らず、第３図に示すように、角のほとんどな
い球状に近い楕円形状の場合も同様である。また、この
凹部が、第４図に示すように、矩形状の場合、発光部分
は矩形状になり、アレイ状やマトリクス状に配列する場
合、高密度に発光素子を並べることができる。凹部が、
第５図に示すように、７字状等の溝の場合、発光部分は
その溝に平行な方向に並び、ストライプ状の発光源を並
べたアレイを得ることができる。

一方、半導体基板に形成される半導体基板の主表面とは
異なる第２の面としては、いろいろな形状がある。例え
ば、第１２図に示すように、円筒の一部をなす曲面とす
ることができる。また、第１３図に示すように、斜面と
することができる。

また、第１７図に示すように、半導体基板主表面に垂直
な平面と平行な平面からなる段部とすることができる。

これらの主表面とは異なる第２の面は、面の形成と、均
一な活性層を堆積することが容易である。

このように、半導体主表面に、凹部または主表面とは異
なる第２の面を設けた半導体基板上に活性層を形成する
ために、あらかじめ基板上の凹部をアレイ状やマトリク
ス状に配置しておくことによって、１回の活性層堆積プ
ロセスで発光素子アレイやマトリクスを得ることができ
る。

活性層を堆積する半導体基板には、活性層と同じ化合物
半導体の基板を用いるのがよい。これにより、結晶性の
良い活性層を堆積することができ、効率の良い発光を得
ることができる。

また、シリコン基板あるいはシリコン基板上にあらかじ
め化合物半導体を堆積した基板を用いた場合は、上記発
光素子と同一のシリコン基板上に発光素子駆動用スイッ
チング回路や増幅回路を形成することができ、モノリシ
ックに集積化したよりコンパクトな発光素子が得られる
。

活性層には、周期律表の■族元素として、アルミニウム
、ガリウム、インジウム、■族元素として窒素、リン、
砒素、アンチモンから成る■−■族の２元化合物半導体
あるいはこれらの３元ないし４元化合物混晶材料を用い
る。ｍ−ｖ族化合物半導体は、直接遷移型半導体が多い
ために発光効率が高く、化合物の種類によってバンドギ
ャップが変化し得るので、いろいろな波長の発光素子が
実現可能である。さらに、固定されたエネルギーバンド
ギャップを持つ２元化合物だけでなく、３元ないし４元
化合物混晶材料を用いることによって、２元化合物では
実現できない波長帯域の発光材料を得ることができる。

同様に、周期律表の■族元素として、亜鉛、カドミウム
、水銀、■族元素として、硫黄、セレン。

テルルから成るＩＩ−Ｖｌ族の２元化合物半導体あるい
はこれらの混晶材料も用いる。これらのＩＩ　−ＶＩ族
化合物半導体は、■−ｖ族化合物半導体よりもエネルギ
ーバンドギャップが大きく、はとんどが直接遷移型半導
体で、発光効率も高く、可視光の発光材料として期待で
きる。

本発明の発光素子は、見かけ上、面発光型となるので、
駆動回路との集積化も容易であるので、光ディスクの高
速アクセスを可能とする、薄膜−体型光ヘッドとして用
いることができる。

また、前述のように、上記発光素子は、２次元アレイを
形成することができる。これを発光源として用いれば高
精細かつコンパクトな光プリンタ用ヘッドを実現するこ
とができる。さらに、デイスプレィとすることもできる
。

例えば、アレイ状発光素子、マトリクス状発光素子また
は発光素子アレイを用い、その活性層からの発光光の出
射端が、印刷面の画像を構成する画素群の少なくとも一
部に対応するよう配置することにより、光プリンタ用ヘ
ッドを構成することができる。

なお、同様にして、発光光の出射端を表示面の画像を構
成する画素群に対応するように配置することにより、デ
イスプレィ素子を構成することもできる。

また、シリコン基板あるいはシリコン基板上にあらかじ
め化合物半導体を堆積した基板を用いて、発光素子を形
成し、発光素子アレイとその能動回路をモノリシックに
集積化すれば、よりコンパクトな光プリンタ用ヘッドが
得られる。

このようにして形成したヘッドを用いれば、高性能かつ
コンパクトな光プリンタを実現することができる。また
、マトリクス状に配列した素子を含め、従来のオプティ
カルインタコネクションや光コンピュータの発光素子と
して有用である。

また、本発明の発光素子は、見かけ上１面発光型となる
ので、素子上面に、レンズ、回折格子、光ファイバーな
どの光学部品を配置したデバイスを製造することが容易
である。

上記発光素子を製造するにあたって、半導体基板主表面
上の凹部の内部または半導体基板主表面とは異なる第２
の面上に、活性層を設け、さらに、その上に電極を形成
した後、この電極をマスクにしてエツチングして活性層
端面を露出することにより、プロセス工程を簡単にする
ことができる。

また、これにより、上部電極が活性層の全面を覆う構造
となり電流密度が均一になる。

半導体基板上に形成した凹部または半導体基板主表面と
は異なる第２の面は、イオンミリングやエツチングなど
種々の方法によって形成することができる０例えば、エ
ツチングにより形成する場合には、凹部が半球状になる
ようにエッチャントを選択することができる。また、エ
ッチャントを変えることにより、凹部の形状は変化し、
完全な半球状だけでなく、楕円のような形状を得ること
もできる。

凹部は、穴状と溝状の形状がある。断面の形状は、例え
ば矩形状、円弧状、Ｕ字状、Ｖ字状とすることができる
。

〔作　用〕

本発明は、半導体基板主表面上の凹部または半導体基板
主表面とは異なる第２の面に活性層を形成することによ
り、活性層端面より発光した光を半導体基板主表面より
直接または光のガイド層を介して出射させる。この活性
層端面より光を取りだすことにより、半導体主表面から
放射される発光光の高輝度化が可能になる。

さらに、半導体基板上に設けた凹部を半球状あるいは角
のほとんどない球状に近い形状にすることにより、その
上に形成した発光素子の電流密度が均一になり、より均
一な発光を得ることができる。

（以下余白） 〔実施例〕 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図に、本発明に係る発光素子の第１実施例の概要を
示す。

同図に示すように、本実施例の発光素子は、半導体基板
を構成する第１導電型半導体結晶（以下、基板とい°う
場合もある）１に、凹部１１０が設けられ、その内部に
、発光層となる活性層３および第２導電型半導体結晶２
が設けられている。この構造において、活性層３の端部
３ａは、基板の主表面１００上にあられれている。

第２図に、本実施例の詳細な構成を示す。

本実施例は、例えば、第２図に示すように、半導体基板
４としてｎ型の導電型（以下、単にｎ型と称する）の砒
化ガリウム（ｎ−ＧａＡｓ）が用いられる。この基板は
、発光を取り出す側の主表面１００と、その裏面の底面
１５０と、それらに挾まれる半導体の空間を囲む側面１
２０とで、その外形が構成される。

この基板４の主表面１００側に、半球状の凹部１１０が
形成される。この凹部１１０の内面に、クラッド層５と
してｎ型砒化ガリウムアルミニウム（ｎ−ＡＩＧａＡｓ
）、活性層３としてｎ型砒化ガリウム（ｎ−ＧａＡｓ）
、クラッド層６としてｐ型の導電型（以下、単に、ｐ型
と称する）の砒化ガリウムアルミニウム（ｐ　−ＡＩＧ
ａＡｓ）、コンタクト層７としてｐ型砒化ガリウム（Ｐ
　　ＧａＡｓ）、および、電極８としてｐ型の導電層が
、この順で設けられ、積層膜を構成する。また、基板４
の底面１５０側には、電極９としてｎ型の導電層が設け
られる。

発光層となる活性層３の端部３ａは、半導体基板４の主
表面１００上に露出され、ここから、光を放射する。

半球状の凹部１１０は１例えば、硫酸、過酸化水素水、
水を４：１：４０の体積比で混合させたエッチャントを
用いて、５０℃〜７０℃のエツチング温度でエツチング
することにより形成することができる。

クラッド層５、活性層３、クラッド層６およびコンタク
ト層７は、例えば、Ｍ　Ｂ　Ｅ　（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）により形成することができ
る。また、電極８が、コンタクト層７上に形成される。

ｎ型の導電型の電極９が、半導体基板４の背面上に形成
される。

活性層端部３ａの主表面１００上での露出は、例えば、
電極８をマスクにして、硫酸、過酸化水素水、水を４：
１：１の体積比で混合させたエッチャントで、積層膜の
一部をエツチングすることにより行なうことができる。

なお、活性層端部３ａを含めて、主表面１００は、光の
出射を妨げない保護層（図示せず）で覆うことができる
。

本実施例の構造は、活性層３の両側が異なる組成からな
る層５，６でサンドイッチされているダブルへテロ構造
となっている。本構造の特徴は、半球状の凹部１１０を
設けた半導体基板４上にダブルへテロ構造を形成してい
ることから、電極８゜９間に電流を流すことにより、活
性Ｍ３で発生した光の大部分がクラッド層５，６に閉し
込められて、活性層３に沿って伝搬し、半導体基板４の
主表面１００上に露出している活性層３の端部３ａから
その光を取り出すことができることである。

従来の端面発光型発光素子は、第１０図に示すように、
活性層５０１面に平行に光を取り出す構造であり、基板
主表面からではなく、基板の側面方向から光を取り出す
構造となっている。しかし、本実施例では、活性層３の
端部３ａを基板主表面１００上に露出させているので、
端面発光型素子でありながら、面発光型発光素子と同様
に、基板主表面１００と垂直な方向に光を取り出すこと
ができる。また、この構造は、半導体基板４上に設けた
凹部１１０が半球状になっていることから、活性層３に
沿ってキャリヤや光が均一に伝搬し、均一な発光を得る
ことができる。

次に、本発明の第２実施例および第３実施例について、
第３図および第４図を参照して説明する。

これらの実施例は、第２図に示す実施例と同様に、凹部
として穴を有する構造となっているもので、穴の構造に
相違がある。

第３図に示す第２実施例の発光素子は、基板４上に形成
した凹部１１０の平面形状が長円ないし楕円形状になっ
ているものである。第３図（ａ）にその上面を示し、第
３図（ｂ）にその断面を示す。

第４図に示す第３実施例の発光素子は、基板４上に形成
した凹部１１０の平面形状が長方形状に、断面形状が台
形状になっているものである。第４図（ａ）にその上面
を示し、第４図（ｂ）にその断面を示す。

次に、本発明の第４実施例について、第５図を参照して
説明する。

本実施例の発光素子は、凹部１１０として、断面Ｖ字状
の溝が形成されているものである。第５図（ａ）にその
上面を示し、第５図（ｂ）にその断面を示す。この場合
、発光部分は溝に平行な２本の輝線となる。

上記第２から第４の実施例の発光素子は、上記第１実施
例と同様の材料を用いて、それ同様に構成される。すな
わち、凹部１１０の内面に、クラッド層５、活性層３、
クラッド層６、コンタクト層７および電極８が、この順
で積層される。また、基板４の底面１５０側には、電極
９としてｎ型の導電層が設けられる。さらに、発光層と
なる活性層３の端部３ａは、半導体基板４の主表面１０
０上にあられれるように設けられている。

なお、凹部１１０を、矩形上に形成するには、例えば、
硫酸、過酸化水素水、水を４：１：４０の体積比で混合
させたエッチャントで、エツチング温度５０度以下で、
エツチングすればよい。また、凹部１１０をＶ溝とする
には、例えば、硫酸。

過酸化水素水、水を４：１：２０の体積比で混合させた
エッチャントを用いてエツチングすればよい。

次に、本発明の第５実施例について、第６図を参照して
説明する。この実施例は、第２図に示す実施例と同様に
、凹部として穴を有する構造となっているものである。

第６図（ａ）は上面図を、第６図（ｂ）はＩ−Ｉ’に沿
った断面図を、第６図（ｃ）はｎ−ｎ’　に沿った断面
図である。

本実施例は、第２図に示す構造の変形例で、半球状の凹
部１１０内面に、活性層３をストライプ状（帯状）にし
、それに伴い上部電極８も同様のストライプ形状にして
いる。これより、電流の流れる領域を狭くし、効率良く
光を伝搬させるものである。この構造により、第２図に
示す構造よりも、さらに高輝度の発光素子を実現するこ
とができる。

次に、本発明の第６実施例および第７実施例について、
第７図および第８図を参照して説明する。

これらの実施例は、半導体基板の主表面側に、該主表面
とは異なる第２の面を有する例である。

第７図に示す本発明の第６実施例の発光素子は。

半導体基板４の主表面１００とは異なる第２の面として
、基板４の主表面１００と１の側面１２０との交差部分
を断面円弧状に切り欠いた構造の曲面１３１を有する。

第８図に示す本発明の第７実施例の発光素子は、半導体
基板４の主表面１００とは異なる第２の面として、基板
４の主表面１００と１の側面１２０との交差部分に傾斜
を設けた斜面１３２を有する。

上記第６および第７の実施例の発光素子は、上記第１実
施例と同様の材料を用いて、そ九同様に構成される。す
なわち、第２の面である曲面１３１または斜面１３２に
沿って、クラッド層５、活性層３、クラッド層６、コン
タクト層７および電極８が、この順で積層される。また
、基板４の底面１５０側には、電極９としてｎ型の導電
層が設けられる。さらに、発光層となる活性層３の一方
の端部３ａは、半導体基板４の主表面１００に位置し、
他方の端部３ｂは、側面１２に位置する。

上記曲面１３１として、例えば、円筒面の１７４周を用
いると、主表面１００と側面１２０とに対して、それぞ
れ垂直に交わるように構成することができる。すなわち
、各端部３ａ、３ｂの法線が、それぞれ主表面１００の
方線と側面１２０の法線と平行となるので、主表面１０
０と側面１２０のそれぞれの面から垂直方向に光を放射
させることが可能となる。

これらの実施例の場合、発光部分は、半導体基板４の主
表面１００では、１本の輝線となる。

なお、上記第７および第８の実施例では、第２の面をそ
れぞ、れ１固有する例を示したが、２面以上としてもよ
い。

また、半導体基板の主表面と底面との間に位置する面と
しては、上記した面に限られない。例えば、半導体基板
のいずれかの側面に段部を形成し、主表面と交差する壁
面を利用することが考えられる。

上記各実施例は、活性層３の端部３ａが基板４の主表面
１００の面に位置しているが、本発明は、これに限られ
ない。

次に、本発明の第８実施例の発光素子について。

第９図を参照して説明する。

第９図に示す発光素子は、半球状の１１０凹部を設けた
半導体基板４の凹部１１０の底部１１１に活性層３を形
成し、さらに、活性層３の端部３ａと凹部１１０の開口
部１１２との間に、光をガイドするガイド層１０が設け
られるにのガイド層１０と活性層３とが、クラッド層５
，６に挾まれる。

ガイド層１０は、クラッド層５，６に挾まれることによ
り、光波がその内部を伝搬するような物質を選べばよい
。本実施例では、活性層３を構成する物質を同じものを
用いている。すなわち、活性層３とガイド層１０とは、
同一の物質からなる層であって、電極形状により、その
一部が活性領域となって発光し、他の部分が導波路とな
って。

光を導く。

なお、本実施例の他の構成は、上記第１の実施例と同様
である。

このような構成によれば、活性層３の端部３ａから出射
された光がガイド層１０を伝搬し、半導体基板４主表面
１００まで導かれて、出射する。

このような構造は、電流の流れる領域が狭くなるため、
電流密度が高まり、高効率で発光させることができる。

また、任意の位置にガイド層を設けることにより、半導
体基板表面の任意の位置から出射させることができる。

次に１本発明の発光素子の第９実施例について、第１２
図を参照して説明する。

第１２図に示す実施例の発光素子は、半導体基板に半球
状の凹部を形成して、この凹部内に、活性層等を設けて
構成されるものである。

すなわち、本実施例の発光素子は、例えば、ｎ型Ｓｉ基
板４ａに、バッファ層５ａとしてｎ型砒化ガリウム（ｎ
−ＧａＡｓ）を堆積し、このバッファ層５ａに凹部１１
０を設ける。さらに、この凹部１１０内に、クラッド層
５としてｎ型砒化ガリウムアルミニウム（ｎ　　Ａ　１
　ｘ　Ｇ　ａ　１−　ｘ　Ａ　ｓ　＋ｘ＝０．３）　１
　μｍ、活性層３としてｎ型砒化ガリウム（ｎ−ＧａＡ
ｓ）　０．２　ａ　ｒｎ、クラッド層６としてｎ型砒化
ガリウムアルミニウム（ｎ−Ａｌ、Ｇａｘ−、Ａｓ、ｘ
＝　０．３）１　ｐｍ、および、コンタクト層７として
Ｐ型の導電型の砒化ガリウム（ｐ　＋−ＧａＡｓ）　０
．２　ｐ　ｍを、順次ＭＢＥによって成膜して構成され
る。また、その上にｐ型の導電型の電極８が形成される
。基板４の底面には、ｎ型の電極９ａが設けられる。

上記第１実施例との相違点は、半導体基板がｎ型Ｓｉ基
板４ａであり、凹部１１０内に、バッファ層５ａが設け
られている点である。その他の構成は、第１実施例と同
様である。また、第１実施例の発光素子と同様に機能し
、リング状に発光する。

次に、本発明の発光素子の第１０実施例について、第１
３図を参照して説明する。

第１３図に示す実施例の発光素子は、半導体基板に半球
状の凹部を形成して、この凹部内に、複数の活性層１１
．１２および１３を積層して設けて構成される。すなわ
ち、本実施例の発光素子は。

第２図に示したのもと同様の構造の発光素子１１を、形
成した後、その上に、さらに２個の発光素子１２．１３
を積み重ねて形成したものである。

このような構造をとることにより、１の発光素子で３重
の同心円状の発光パターンをもつ発光が得られ、単位面
積あたりの発光量を増すことができ、高輝度の発光素子
を実現することができる。

また、この構造において、積み重ねて形成した３つの発
光素子が、それぞれ発光波長の異なるの活性層を形成す
ることにより、多色光の発光素子を同心円状に実現する
ことができる。

積層する発光素子の数は、特に３つに限定されるもので
はなく、必要に応じて増減することができる。

次に、本発明の発光素子をアレイ状に配列した場合の実
施例について、第１４図から第１７図までを参照して説
明する。

第１４図に示す実施例は、１の半導体基板４に、矩形状
の発光部を有する発光素子２ｏを複数個１列設したもの
である。この発光素子２ｏは、上記第４図に示すものと
同様のものを用いることができる。

第１５図に示す実施例は、１の半導体基板４に、矩形状
の発光部を有する発光素子２ｏを複数個マトリクス状に
配置して設けたものである。

いずれの素子も、出射端が列状に、または、マトリクス
状に配置されればよい。呂射端としては、活性層、ガイ
ド層のいずれであってもよい。

上記第１４図、第１５図に示す実施例の発光素子は、例
えば、第１６図に示す構造とすることができる。

すなわち、第１６図に示す実施例は、発光ダイオード（
ＬＥＤ）アレイに本発明を用いた場合の一例である。半
導体基板主表面上に２つの矩形の凹部を設け、発光層５
から７を順次堆積し、さらに電極８を設けて、２つの発
光素子を構成するものである。これらの素子は、電極８
が分離されていることから、独立に発光させることがで
きる。

発光素子数は、２つに限定されるものではなく必要に応
じて増すことができる。

これを、１列に並べることにより、第１４図に示す実施
例のアレイが得られる。また、これを、マトリクス状に
配列することにより、第１５図に示すマトリクス状のア
レイが得られる。

第１７図に示す実施例は、上述した第５図に示す実施例
の発光素子を、アレイ状に構成したものである。

すなわち、半導体基板４にＶ溝状の凹部１１０を設け、
この凹部１１０に、クラッド層５．活性層３．クラッド
層６およびコンタクト層７を積層して設け、さらに、コ
ンタクト層７上に、電極８を、アレイを構成する素子毎
に分離して設ける。

これにより、活性層３等が共通でありながら、独立の発
光素子の並んだアレイを容易に形成することができる。

以上に説明した各実施例は、発光ダイオードとして用い
ることができる。また、ダブルへテロ構造を持つので、
レーザーダイオードを構成することに用いることができ
る。

本発明は、必要に応じて半導体主表面上に保護膜、回折
格子、マイクロレンズなどを設けることができる。

次に、本発明の発光素子の製造プロセスの一例について
、第２図に示す実施例の発光素子を例として説明する。

なお、他の実施例についても、構造的な差がある部分を
除き、同様なプロセスで製造することができる。

第１８図（ａ）から（ｄ）に本発明の発光素子の製造プ
ロセスの一例を示す。

半導体基板４としては、ｎ−ＧａＡｓを用いた。

この半導体基板４について、硫酸、過酸化水素水。

水を４：１：４０の体積比で混合させたエッチャントを
用いて、５０℃〜７０℃のエツチング温度で、主表面１
００側からエツチングをおこなって、半球状の凹部１１
０を形成した。

次に、この基板４の凹部１１０および主表面１００に、
クラッド層５としてｎ型砒化ガリウムアルミニウム（ｎ
−ＡｌｘＧａｌ−ｘＡｓ、　ｘ＝　０゜３）１μｍ、活
性層３としてｎ型砒化ガリウム（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）　
０　、２　μｍ　ｔクラッド層６としてｐ型砒化ガリウ
ムアルミニウム（ｎ−ＡｌｘＧａｌ−ｘＡｓ、ｘ＝０．
３）１μｍ、コンタクト層７としてＰ型砒化ガリウム（
ｐ＋−ＧａＡｓ）０．２μｍを、順次ＭＢＥによって成
膜した。

その上に、ｐ型の導電型の電極８を形成した。

電極８は後のエツチング時のマスクになるように、リン
グラフ等により、第１８図のように、目的部分のみに成
膜した。さらに、半導体基板４の裏面にｎ型電極９を形
成した。

次に、接極８をマスクにして、硫酸、過酸化水素水、水
を４：１：１の体積比で混合させたエッチャントで、積
層膜の一部をエツチングし、発光層の活性層端面３ａを
半導体基板４の主表面１００上に露出させた。

電極８，９に電流を注入したところ、半導体基板４の主
表面１００より、リング状の発光が認められた。

なお、半導体基板としてｎ型の導電型のシリコン（ｎ−
８ｉ）を用いる場合は、バッファ層としてｎ型の導電型
の砒化ガリウム（ｎ−ＧａＡｓ）を設け、このバッファ
層について、上記プロセスと同様にして、凹部および凹
部内の積層膜を形成したところ、これについても、同様
の発光素子が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体基板主表面方向に活性層端面か
ら発光した光を取り出すことができ、高輝度化が可能と
なる。これより、端面発光型の構造でありながら面発光
素子としての機能を果たす発光素子が実現できる。また
、本発明によれば、複数の発光素子を縦横並列に並べた
二次元アレイが構成でき、またモノリシックな光集積回
路への適用が可能となる。これより光の特徴を十分に活
かした新しい並列光通信や光情報処理への発展性が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１の実施例の発光素子の概要を示す断
面図、第２図（ａ）は本発明の第１実施例を示す上面図
、第２図（ｂ）はその断面図、第３図（ａ）は本発明の
第２実施例を示す上面図、第３図（ｂ）はその断面図、
第４図（ａ）は本発明の第３実施例を示す上面図、第４
図（ｂ）はその断面図、第５図（Δ）は本発明の第４実
施例を示す上面図、第５図（ｂ）はその断面図、第６図
（ａ）は本発明の第５実施例を示す上面図、第６図（ｂ
）はそのＩ−Ｉ’断面図、第６図（ｃ）はそのｎ−ｎ’
断面図、第７図（ａ）は本発明の第６実施例を示す上面
図、第７図（ｂ）はその断面図、第８図（ａ）は本発明
の第７実施例を示す上面図、第８図（ｂ）はその断面図
、第９図（ａ）は本発明の第８実施例を示す上面図、第
９図（ｂ）はその断面図、第１０図は端面発光型発光素
子の従来例を示す断面図、第１１図は面発光型発光素子
の従来例を示す断面図、第１２図は本発明の第９実施例
を示す上面図、第１３図（ａ）は本発明の第１０実施例
を示す上面図、第１３図（ｂ）はその断面図、第１４図
および第１５図は本発明に基づく発光素子をアレイ状に
配列した実施例を示す平面図、第１６図はアレイに適し
た本発明の発光素子−例を示す平面図、第１７図（ａ）
は本発明のアレイ用の発光素子の一実施例を示す上面図
、第１７図（ｂ）はその断面図、第１８図（ａ）から（
ｄ）に本発明の発光素子の製造プロセスの一例を示す断
面図である。 １・・・第１導電型半導体結晶、２・・・第２導電型半
導体結晶、３・・・活性層、４・・・半導体基板、５・
・・クラッド層、６・・・クラッド層、７・・・コンタ
クト層、８・・・電極、９・・・電極、１０・・・ガイ
ド層、１１・・発光素子、１２・・・発光素子、１３・
・・発光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主表面および底面を有する半導体基板と、この基板
   に設けられて、電気エネルギを受けて発光する活性層お
   よびその電極とを含み、上記活性層は、半導体基板の、
   主表面と底面の間の位置で、その端面からの出射光の少
   なくとも一部が半導体基板主表面から出射される位置に
   配置されることを特徴とする発光素子。 ２、請求項１において、上記活性層は、その端面の少な
   くとも一部が、半導体基板主表面にあられれる位置に配
   置されることを特徴とする発光素子。 ３、請求項１において、光をガイドするガイド層を備え
   、上記活性層は、ガイド層を介して半導体基板主表面に
   発光光を出射する位置に配置されていることを特徴とす
   る発光素子。 ４、請求項２において、半導体基板は、その主表面側に
   凹部を有し、上記活性層は、凹部の内面に沿う位置で、
   その端面の少なくとも一部が凹部開口部に位置するよう
   に配置されることを特徴とする発光素子。 ５、請求項２において、半導体基板は、その主表面側に
   、主表面とは異なる第２の面を有し、上記活性層は、該
   第２の面に沿う位置で、その端面の少なくとも一部が、
   半導体基板主表面に位置するように配置されることを特
   徴とする発光素子。 ６、請求項３において、半導体基板は、その主表面側に
   凹部を有し、上記活性層およびガイド層は、凹部内に設
   けられ、かつ、ガイド層は、凹部の内面に沿う位置で、
   ガイド層の光の出射側が、凹部の開口部に位置するよう
   に配置され、その光の入射側が凹部内に配置された活性
   層の少なくとも一部に結合して、発光光がガイド層を介
   して凹部開口部から射出される構造であることを特徴と
   する発光素子。 ７、請求項３において、半導体基板は、その主表面側に
   、主表面とは異なる第２の面を有し、上記活性層および
   ガイド層は、第２の面に沿って設けられ、上記ガイド層
   は、その光の出射側の少なくとも一部が半導体基板主表
   面に位置するように配置され、上記活性層は、上記ガイ
   ド層の他側と結合され、その発光光がガイド層を介して
   半導体基板主表面より出射される構造であることを特徴
   とする発光素子。 ８、請求項５または７において、上記第２の面が、主表
   面に引き続いて設けられる斜面である発光素子。 ９、請求項４または６において、上記半導体基板に設け
   られる凹部が、半球状である発光素子。 １０、請求項４または６において、上記半導体基板に設
   けられる凹部が、矩形状である発光素子。 １１、請求項４または６において、半導体基板の凹部が
   、溝である発光素子。 １２、請求項５または７において、上記第２の面が、主
   表面に引き続いて設けられる曲面である発光素子。 １３、請求項１、２、４、５、８、９、１０、１１また
   は１２において、クラッド層を有し、上記活性層は、該
   クラッド層に挾まれて配置されることを特徴とする発光
   素子。 １４、請求項３、６、７、８、９、１０、１１または１
   ２において、クラッド層を有し、上記活性層およびガイ
   ド層は、該クラッド層に挾まれて配置されることを特徴
   とする発光素子。 １５、請求項１から１４のいずれかにおいて、半導体基
   板上に複数の活性層が設けられると共に、これらの活性
   層からの発光光の出射端が、アレイ状に配列されること
   を特徴とするアレイ状発光素子。 １６、請求項１から１４のいずれかにおいて、半導体基
   板上に複数の活性層が設けられると共に、これらの活性
   層からの発光光の出射端が、マトリクス状に配列される
   ことを特徴とするマトリクス状発光素子。 １７、請求項１から１４のいずれかに記載される発光素
   子を、複数個配列した発光素子アレイ。 １８、請求項１５記載のアレイ状発光素子、１６記載の
   マトリクス状発光素子または１７記載の発光素子アレイ
   を用い、活性層からの発光光の出射端が、印刷面の画像
   を構成する画素群の少なくとも一部に対応するよう配置
   されることを特徴とする、光プリンタ用ヘッド。 １９、半導体基板の主表面に、凹部、斜面および曲面の
   いずれかを形成し、その内部または上面に、電気エネル
   ギを受けて発光する活性層を設け、その上に電極を形成
   し、この電極をマスクとしてエッチングして、活性層端
   面を露出することを特徴とする発光素子の製造方法。