JPH05136459A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光部の高密度化、光出力の均一化を実現し、
光プリンター等の光源として高密度、高品位印字を実現
することが可能な半導体発光装置を提供する。 【構成】本発明は、少なくとも発光ダイオードの発光層
23と該発光層を発光させるための電極27，28を含む積層
構造よりなり積層端面より光出力が得られる端面発光型
発光ダイオードを、等間隔に設けた複数の第一分離溝に
より各層を電気的空間的に分離して形成してなる発光ダ
イオードアレイ２により構成した半導体発光装置におい
て、前記発光ダイオードアレイ２の光出射端面前方の基
板形状を、出射光束の角度θと幾何学的に関係した階段
状に形成し、該幾何学的に関係した階段形状が下記の二
式を同時に満たすように形成したことを特徴とする。 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０
≦θ≦90°) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０
≦θ≦90°)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式による画
像形成装置や光プリンター等の光源等として利用される
半導体発光装置に関し、特に、発光ダイオードアレイを
用いた半導体発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式による画像形成装置
や光プリンタ等の光源等に利用するための発光ダイオー
ドアレイの研究が進められている。この発光ダイオード
アレイは自己発光型アレイ素子から成っており、画像信
号に応じて発光ダイオードアレイを発光させ、等倍結像
素子で感光体表面に静電潜像を形成し、前記電子写真方
式による現像、転写、定着の工程を経て印字・印刷を行
うものである。この従来の発光ダイオードアレイを用い
た光プリンタヘッドを構成する発光部基板は図９に示す
ように、放熱板を兼ねた基板102 上に、セラミック基板
等で構成される配線部材103，104，105 が貼り付けられ
ており、この配線部材103，104，105 には、それぞれ画
像信号や電源との接続を行うためのケーブル106，107が
接続されている。また、図中の108-1〜108-n（ｎは正の
整数）は発光ダイオードを一列に並べた発光ダイオード
アレイチップであり、109-1〜109-n及び110-1〜110-n
は、発光ダイオードアレイチップ108-1〜108-nを駆動す
るドライバ回路、即ち、ケーブル106，107より入力され
る画像信号のシリアルパラレル変換回路等を内蔵した発
光ダイオードドライブ集積回路である。

【０００３】このような構成の発光部基板101 におい
て、ケーブル106，107より画像信号を一列分逐次、発光
ダイオードドライブ集積回路109-1〜109-n，110-1〜110
-nに入力し、一列分のデータをシフトした後、これを並
列に発光ダイオード駆動端子に出力し、これに従い各発
光ダイオードが点灯、消灯し、一列分の画像形成用の輝
点が発生する。また、発光ダイオードの発光部と感光ド
ラム面の結像点の関係については、図１０に示すよう
に、発光ダイオードアレイを構成する各発光ダイオード
アレイチップ201-m 上の発光ダイオード201-m-p は、セ
ルフォックレンズアレイやＲＭＬＡ（ルーフミラーレン
ズアレイ）等の等倍結像系202 によって感光ドラム203
上に結像される。このような発光ダイオードアレイを用
いた光プリンタヘッドは、可動部がなく構成部品も少な
いことから、小型化が可能となる。また、自己発光型で
消光比が高く、良好なコントラストが得られ、さらにチ
ップの接続により長尺化対応が可能となり、発光ダイオ
ードの高出力化により高速化にも対応可能となる等、種
々の利点がある。

【０００４】ところで、このような光プリントヘッドに
用いられる発光ダイオードアレイとしては、基板面と平
行な面内に四角形等の発光部を所定方向に多数配列した
面発光型発光ダイオードアレイや、基板面と垂直な端面
から、所定方向に多数配列した光出力が得られる端面発
光型発光ダイオード等がある。先ず、面発光型発光ダイ
オードアレイの基本的な構造としては、例えば図１１に
示すものが報告されており（昭和５５年電通学会予稿集
１-211頁、（他に、特開昭62−238673号））、この面発
光型発光ダイオードアレイでは、発光部120 より得られ
る光出力の強度を発光面内で均一化するために、発光部
120 の両端若しくは周囲に電極121 が形成されている。
しかしこの構造では、光出力が取り出される発光部120
と電極121とが同一面上に存在するため、単位素子当た
りに要する幅は発光部120 の幅と電極121 の幅、及び素
子分離領域の幅を合計したものとなり、例えば、600dpi
（dots per inch)以上の高密度な発光部を形成すること
は極めて困難である。

【０００５】次に、端面発光型発光ダイオードアレイと
しては、例えば図１２に示すようなものがあり（特開昭
６０−３２３７３号公報）、この例では、基板上の積層
構造内に複数の発光部122 が形成されており、これらの
発光部122 はその基板面と平行な面内にその端面に対し
て垂直な方向に形成された分離溝123 により、電気的且
つ空間的に分離されている。このような端面発光型発光
ダイオードアレイでは、光出力が取り出される発光部12
2 と電極124，125とが同一面上に存在せず、単位素子当
たりに要する幅は、発光部122 の幅と素子分離溝領域の
幅を合計したものとなり、例えば、600dpi以上の高密度
な発光部122 の形成も原理的に可能である。従って、高
密度光プリンター用光源として用いる発光ダイオードア
レイとしては、端面発光型発光ダイオードアレイが適し
ていると言える。また、発光ダイオードアレイ内の各発
光ダイオードの光出力のばらつきに関しては、最近の化
合物半導体の結晶成長技術の進歩により、基板面内にお
いて結晶成長構造の層厚の均一性や膜の電気的特性ある
いは光学的特性の均一性が良好なものとなり、同一チッ
プ内の発光ダイオードアレイの各発光ダイオードの光出
力のばらつきを±５％以内にすることが充分可能となっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発光ダイオードアレイを用いた発光装置において
は、該発光ダイオードアレイを構成する化合物半導体結
晶成長層の特性を引き出すための電極形成手段や素子の
放熱特性を含む実装のばらつき等により、チップ間での
発光ダイオードの光出力に不均一性が生じてしまい（そ
の値は、〜±50％にも達する）、光プリンター光源に用
いた場合、印字ドットの大きさや印字濃度に大きな差が
でてしまうという問題点を有している。特に、従来の端
面発光型発光ダイオードアレイにおいては、図１２に示
したように発光端面がへき開によって形成されており、
このように発光ダイオードアレイの発光端面をへき開に
よって製造することは、へき開そのものが安定しない技
術であるが故に、発光端面形状にばらつきを生じてしま
い、発光部からの光出力を散乱したり吸収したりする効
果の差異によって発光ダイオードアレイの光出力に均一
性を欠いてしまう。また、発光端面がへき開によって形
成されていることにより、必然的に発光端面自体が基板
端面をも兼ねている。従って、発光端面がむき出しの状
態になっており、実装のためのハンドリングの際に発光
端面を損傷し易く、光出力の均一性と歩留まりを更に悪
化することが度々あるという問題があった。本発明は上
記事情に鑑みてなされたものであって、発光部の高密度
化、光出力の均一化をより一層図ることができ、光プリ
ンター等の光源として用いた時に、高密度、高品位印字
を実現することができる半導体発光装置を提供すること
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、請求項１記載の発明では、少なくとも発光ダイオー
ドの発光層と、該発光層を発光させるための電極を含む
積層構造よりなり、積層端面より光出力が得られる端面
発光型発光ダイオードを、等間隔に設けた複数の第一分
離溝により各層を電気的空間的に分離して形成してなる
発光ダイオードアレイにより構成した半導体発光装置に
おいて、前記端面発光型発光ダイオードの光出射端面前
方の基板形状を、出射光束の角度θと幾何学的に関係し
た階段状に形成し、該幾何学的に関係した階段形状が下
記の二式を同時に満たすように形成したことを特徴とす
る。 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°)

【０００８】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の半導体発光装置において、幾何学的に関係した階
段形状が、ｍ段の一般式として、全ての階段の段数ｎに
おいて成立するようにした次式を満足することを特徴と
する。 Ｌｘ_n＜Ｌｚ_n／ｔａｎθ ；(Ｌｘ_n≠Ｌｚ_n／tanθ)，(０≦θ≦90°)，(ｎ＝1,2,3・・・,m)

【０００９】また、請求項３記載の発明では、請求項１
若しくは請求項２記載の半導体発光装置において、発光
ダイオードアレイを構成する端面発光型発光ダイオード
と同じ積層構造の端面発光型発光ダイオードを第二分離
溝により電気的空間的に分離して形成した発光素子と受
光素子よりなり、その光出射方向が前記発光ダイオード
アレイの光出射方向に対して直角になるように前記発光
ダイオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に少
なくとも一つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光出
力に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発光
集積型素子と、該モニター用受発光集積型素子から出力
されるモニター信号のばらつきを補正する補正手段とを
具備していることを特徴とする。

【００１０】以下、本発明の構成についてより詳細に説
明する。前述した従来技術の問題を解決するための初歩
的な手段として、発光ダイオードの発光端面をへき開に
よって形成するのではなく、発光ダイオードアレイの隣
接する素子間に分離溝を形成する際に、同時に発光ダイ
オードの光出射端面前方をテラス状に形成して、例えば
図３に示すように、発光ダイオードの光出射端面前方の
基板形状を、モノリシックで且つへき開によらない発光
端面と該発光端面を保護するためのテラスの両方を兼ね
備えた形状にすることが考えられる。すなわち、発光端
面をへき開によらない方法によって形成することで形状
を均一にでき、しかもテラスを形成することで発光端面
自体が基板端面を兼ねないので、実装のためのハンドリ
ングの際に発光端面を損傷しないので、光出力の均一性
と歩留まりを向上させ得るものである。

【００１１】さて、発光ダイオードアレイを光プリンタ
ー光源として用いる場合、図１０の発光ダイオードの発
光部と感光ドラム面結像点の関係図中で示すように、発
光ダイオード201-m-p からの発光は、等倍結像系202 を
介して感光ドラム203 のドラム面上に結像される訳であ
るが、このような光学系においては、レンズの角度Θ
（＝arctan(φ/2s）：φはレンズの有効口径、ｓは物距
離）は重要である。すなわち、等倍結像素子の開口数
（Ｎ．Ａ．＝ｎsinΘ：ｎは媒質の屈折率)はＭＴＦ（レ
ンズの空間周波数）等を考慮して決まっているので、発
光ダイオード端面からの光束の角度θがΘより大きい場
合には、等倍結像素子に入射できない光により光利用効
率が低下する。従って、光束の角度θを小さくするため
の努力がなされている。

【００１２】一般的に、端面発光型発光ダイオードにお
いては光出射端面から奥の発光は光出力にあまり寄与せ
ず、むしろ光出射端面近傍の発光が主に寄与することか
ら、光出射端面に垂直な方向の光束の角度θは面発光型
発光ダイオードに比較して小さいことが知られている。
我々の実験では、面発光型発光ダイオードが ２θ≒120
°程度であるのに対して、端面発光型発光ダイオードは
２θ＝30°〜100°の範囲になっており、我々はこの範
囲で所望の光束の角度を有する素子を作製することが可
能なことを確認している。さて、このような中で前述の
従来の問題点を解決するための手段として発光端面をへ
き開によって形成するのではなく、発光ダイオードアレ
イの隣接する素子間に分離溝を形成する際に同時に発光
端面を形成する場合には、図４に示すパラメータ、 Ｌｚ：発光層23からテラス面29までの深さ. Ｌｘ：発光端面からテラス端面１までの長さ． θ：発光層端面からの光束の角度． の関係を幾何学的に考慮した次式を満足するように端面
発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状を設計して
作製することが必然的になる。 Ｌｘ＜Ｌｚ／tanθ ;(Ｌｘ≠Ｌｚ／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(１)

【００１３】すなわち、(１)式を満足しない場合には発
光端面から仰角θ方向に関しては何ら問題にならない
が、発光端面から俯角θ方向に関しては、例えば図５
(ａ)に示すように、発光端面から基板端（テラス端面）
までの長さＬｘが長い場合(Ｌｘ'）には発光端面からの
光がテラス面（エッチング底面）で反射され光出力の損
失により光出力が減衰し、その後仰角θ方向に光が進行
するために、結果的に発光端面から仰角θ方向に出射し
た光との相互干渉等により２θが増大して等倍結像素子
のΘに対して大きくなり、光利用効率が低下してしま
う。また、図５(ｂ)に示すように、Ｌｚが浅い場合(Ｌ
ｚ’)や、図５(ｃ)に示すようにθが大きい場合(θ’)
にも同様な理由により光利用効率が低下してしまうこと
になる。従って、(１)式を満足するように端面発光ダイ
オードの光出射端面前方の基板形状を作製することは、
端面発光ダイオードの発光端面からの光束の角度θを等
倍結像素子のΘに対して有効に制御するために極めて重
要である。尚、(１)式で、Ｌｘ＝Ｌｚ／tanθを除いて
いるのは、等号が成り立つ場合、発光端面から俯角方向
のテラス端で光の反射が生じるためである。

【００１４】ところで、条件式(１)を満足するように端
面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状を
設計して製造したとしても、製造上、次に述べるような
問題点がある。すなわち、現状の化合物半導体素子製造
プロセスでは、通常２インチサイズの単結晶ウエハーを
用い、このウエハー上に前述の端面発光型発光ダイオー
ドアレイ等の発光装置を図８に示すように効率良く配置
して製造する。そして、ウエハー上に製造したアレイ素
子をウエハーから切り出す際に、スクライブラインに沿
って前述のへき開技術やダイシング技術で切削してい
る。従って、条件式(１)を満足するためには、ウエハー
から切り出す際のＬｘの寸法加工精度が重要なポイント
となる。しかしながら、へき開技術は前述のように安定
しない技術であるため、Ｌｘの寸法加工精度を得るのは
困難である。一方、へき開技術よりも安定した技術であ
るダイシング技術も、ディスク状のブレード刃を30,000
rpm 程度の回転数で高速回転させながらウエハーからの
切り出しを行うので、ウエハーにチッピングが生じやす
く、Ｌｘの寸法精度を十分に出すのは難しい。

【００１５】ここで、表１にＬｘ＝Ｌｚ／tanθ ;(０
≦θ≦90°)の関係を示す。

【表１】 すなわち、具体的に必要な寸法精度に関しては表１に示
すように、例えば光束の角度θが15°の場合に、発光層
からエッチング底面までの深さＬｚが１μｍであるなら
ば、発光端面から基板端までの長さＬｘを3.7μｍ 以下
にすることでテラス面からの反射を防止できる。同様
に、光束の角度θが50°の場合には、Ｌｚ＝１μｍで、
Ｌｘ＝0.8μｍ以下にする必要がある。

【００１６】従って、本発明を実現するためには、ウエ
ハーからの切り出し時にＬｘの寸法精度に対してかなり
の精度が要求されることになる。従って、条件式(１)を
満足するためには現状のへき開技術やダイシング技術を
用いてでは困難である。我々の実験結果によれば、ダイ
シング技術によりＬｘ＝10μｍ程度にできることを確認
しているものの、現実的にはＬｘ＝10μｍで光束の角度
θが50°の場合には、Ｌｚは12μｍ以上にする必要があ
る。しかし、12μｍ以上エッチングすることはドライエ
ッチング時間が長く(約１μｍ／10min )なってしまい製
造コストが高くなってしまう。また、発光素子部とメタ
ル配線部との段差が12μｍ以上あることでメタル配線が
段切れしやすいという欠点がある。従って、発光層から
エッチング底面までの深さＬｚの形成に対してのみ技術
的活路を見出そうとすることは望ましくない。一方、Ｌ
ｘ＝10μｍで光束の角度θが15°の場合には、Ｌｚは
2.7μｍ以上あればよいのでドライエッチング時間が極
端に長くなるようなことはない。しかしながら、光束の
角度θの制御に関してはＭＯＣＶＤ法等による素子層構
造形成のためのエピタキシャル成長技術に依っており、
θ＝15°以下にするためには、端面発光型発光ダイオー
ドアレイ全素子に渡って(２inchウエハーの全域に渡っ
て）光伝搬条件を満たす構造で且つ活性層厚を 500Å以
下の厚さで均一に安定的に実現しなくてはならない。し
かし、今のところ光束の角度θを15°程度以下にするこ
とは実験室レベルでは可能であるが量産レベルに取り入
れることは難しい。

【００１７】本発明は、以上のような欠点を更に解消し
て端面発光型発光ダイオードアレイの光出力の均一性を
大幅に改善するのと同時に、製造しやすく且つ実装しや
すくするために、Ｌｘ，Ｌｚ，θの関係を幾何学的に考
慮した条件式と、それを満足するための端面発光ダイオ
ードの光出射端面前方の基板形状及びその製造方法を提
供するものである。すなわち、次に示す新たなＬｘ，Ｌ
ｚ，θの関係を幾何学的に考慮した条件式(２)式、(３)
式を同時に満足して、図６に示すような階段状の発光ダ
イオードの光出射端面前方の基板形状とこれを実現する
方法を提供する。すなわち、 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(２) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(３) の(２)式、(３)式を同時に満たすように形成したことを
特徴とする。更に、本発明では、図７に示すｍ段の一般
式として、 Ｌｘ_n＜Ｌｚ_n／tanθ ・・・(４) 但し、(Ｌｘ_n≠Ｌｚ_n／tanθ)，(０≦θ≦90°)，(ｎ＝
1,2,3・・・,m) 全ての段数ｎに対して成立する(４)式を提供する。尚、
本発明では例として発光端面からの光束の角度で俯角方
向θと仰角方向θとが等しい場合を考えているが、同等
ではなく著しく異なっている場合には発光端面から俯角
方向の角度θが対象となる角度である。

【００１８】

【作用】本発明の半導体発光装置においては、端面発光
型発光ダイオードの発光端面をへき開によらない方法に
よって形成することで、高密度に且つ均一な発光端面形
状にできることにより、端面発光型発光ダイオードアレ
イの光出力の一層の均一化が可能となる。また、前記端
面発光型発光ダイオードアレイの発光端面前方の基板形
状を階段状にすることにより、発光端面自体が基板端面
を兼ねないので、実装のためのハンドリングの際に発光
端面を損傷しない。従って、光出力の均一性と素子の歩
留まりを向上させ得ることができる。また、幾何学的に
考慮した階段状のテラスを発光端面前方に形成すること
で、前記端面発光型発光ダイオードアレイの光出射方向
に不用な光が出射されるのを防止することができるた
め、光プリンター用光源として用いた場合に、印字ドッ
トの大きさや印字濃度が均一な高品質画像を実現でき
る。

【００１９】

【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。 ［実施例１］図１は本発明の一実施例を示す半導体発光
装置の平面図、図２は図１に示す半導体発光装置のＡ−
Ａ’断面図、図３は図１に示す半導体発光装置の発光ダ
イオードアレイ部分の部分斜視図である。図１に示す半
導体発光装置において、発光ダイオードアレイは端面発
光型発光ダイオードアレイ２（2-1〜2-256）であり、こ
の端面発光型発光ダイオードアレイ２（2-1〜2-256）は
ドット密度が600dpi相当であり、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に256 素子形成されている。この発光ダイオードアレイ
２の積層構造は、図３に示すように（これは図２に示す
図１のモニター用受発光集積型素子４の集積方向Ａ−
Ａ’断面構造と同様な構造である）、基板１の上にＭＯ
ＶＰＥ法により、ｎ型バッファー層21、ｎ型Ａｌ_0.4Ｇ
ａ_0.6Ａｓクラッド層22、発光層である Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8
Ａｓ 活性層23、ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層2
4、ｐ型ＧａＡｓキャップ層25、そして亜鉛を高濃度に
ドーピングしたｐ+ 型ＧａＡｓコンタクト層26の複数の
層からなる積層構造により形成されている。

【００２０】尚、本積層構造はいわゆるダブルヘテロ構
造を含んでいるため、俯角と仰角の光束の角度θは等し
い。また図３に示すように、この積層構造の表面、すな
わちコンタクト層26上面から基板１の表面まで及びアレ
イ方向に対して直角に該基板１に達する第一分離溝11が
塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって形成さ
れており、この第一分離溝11によって、発光ダイオード
アレイ２内の各発光ダイオード２が電気的に分離されて
いる。また、この時同時に発光ダイオードの光出射端面
前方の基板形状を図３に示すようなテラス(29)状に形成
する。次に、マスク形成後、前述のドライエッチング法
によって、へき開によらない発光端面と発光端面を保護
するためのテラスの両方を兼ね備えた図６に示すような
階段状の基板形状に発光ダイオードの光出射端面前方が
形成される。この際に、本発明による幾何学的に考慮し
た式、(２)式、(３)式を満足するようにドライエッチン
グ用マスク（例えば、レジスト、ＳｉＯ₂ などの誘電体
膜、Ｃｒ，Ｔｉなどのメタルやそれらの組合せ）を使用
すれば良い。簡単な方法としては、例えば２回ドライエ
ッチング法がある。すなわち、１回目のエッチングで第
一分離溝、第二分離溝を形成し、２回目のエッチング前
に本発明による幾何学的に考慮した式を満足するように
ドライエッチング用マスクを設けた後に２回目のドライ
エッチングを行い、図６に示すような本発明による階段
状のテラスを形成する。尚、各発光ダイオードアレイ２
の光出射端面2aは、基板面に対して垂直に、且つアレイ
方向に平行で、基板１の辺1aに近接した本発明による位
置に配置されている。

【００２１】これらの各発光ダイオードアレイ２のコン
タクト層26上には、それぞれＡｕ−Ｚｎ／Ａｕからなる
ｐ型電極27が形成され、また基板１の裏面にはＡｕ−Ｇ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型電極28が形成されている。
ｐ型電極27は、図１及び図３に示すように、端面発光型
発光ダイオードアレイ２の光出射端面2aと該端面発光型
発光ダイオードアレイ２の後方に配置された配線用ボン
ディングパッド３（3-1〜3-256）に電気的に接続されて
いる。これによりボンディングによるダメージから素子
を保護し、発光効率の劣化を防いでいる。この配線用ボ
ンディングパッド３は、光出射方向に４段に配列されて
おり、高密度実装が可能になっている。尚、発光ダイオ
ードアレイチップは、配線用ボンディングパッド３から
図示しないドライバー回路チップとワイヤーボンディン
グにより接続される。このようにして構成された端面発
光型発光ダイオードアレイ２は、膜特性の均一性に優れ
たＭＯＶＰＥ法により作製されているため、同一の発光
ダイオードアレイチップ内においては、光出力のばらつ
きが±５％以下になっている。

【００２２】さて、以上のようにして形成された端面発
光型発光ダイオードアレイ２とは別に、請求項３記載の
半導体発光装置のように、モニター用受発光集積素子４
を同一基板上に集積化することができる。この場合に
は、図１に示すように、モニター用受発光集積素子４
が、ボンディングパッド３や配線部以外の基板上であっ
て端面発光型発光ダイオードアレイ２の光出射方向と反
対側の図中左下位置に１素子集積して形成される。この
モニター用受発光集積型素子４は、前記端面発光型発光
ダイオードアレイ２と同様な積層構造からなり、図２に
示すように、モニター用端面発光型発光ダイオード５
と、側面入射型受光素子６とから形成されており、側面
入射型受光素子６は、基板１の面に対して垂直であって
基板１の面にまで達する第二分離溝12によりモニター用
端面発光型発光ダイオード５と電気的空間的に分離され
て該モニター用端面発光型発光ダイオード５に隣接して
集積形成されている。

【００２３】尚、本発明による半導体発光装置の発光部
である発光ダイオードアレイチップ上の端面発光型発光
ダイオードアレイ２やモニター用受発光集積型素子４を
構成する端面発光型発光ダイオード５、及び側面入射型
受光素子６においては、ｎ型をｐ型、ｐ型をｎ型として
構成しても良い。さらに、発光ダイオードアレイチップ
上の端面発光型発光ダイオードアレイ２の光出力端面
と、端面発光型発光ダイオードアレイ２の各発光ダイオ
ードを素子分離している第一分離溝11と、モニター用受
発光集積型素子４を構成する端面発光型発光ダイオード
５と側面入射型受光素子６の間に形成された第二分離溝
12は、基板１の面に垂直に形成されているが、これは必
ずしも垂直である必要はなく、略垂直な面、若しくは活
性層23と平行でない面であれば良い。また、第一分離溝
11や第二分離溝12は、積層構造表面より基板１に達する
ように形成されているが、本質的には、隣接する端面発
光型発光ダイオードの活性層23間や、モニター用受発光
集積型素子４の端面発光型発光ダイオード５と側面入射
型受光素子６の活性層23間を電気的に分離すれば良いこ
とから、溝の底部が必ずしも基板１まで達している必要
はなく、活性層23を通りクラッド層22に達していれば充
分機能するものである。

【００２４】［実施例２］次に、本発明による半導体発
光装置の発光ダイオードアレイチップの第二の実施例に
ついて図７を参照して説明する。本実施例において、端
面発光型発光ダイオードアレイ２及びモニター用受発光
集積型素子４の構造は第一の実施例と同様であるが、異
なっている点は、図７に示すように、発光ダイオードの
光出射端面前方の基板形状が光束の角度θと幾何学的に
関係しながら階段状に何段にもなっていることである。
すなわち、全ての階段の段数ｎにおいて成立するように
したことを特徴とする。前述の実施例１においては、基
板１に達する第一分離溝11（第３図参照）を形成する際
の塩素系ガスを用いた第一回目のドライエッチングによ
って同時にテラスが形成されており、この時には、予め
(２)式、(３)式、 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(２) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(３) から決定したＬｚ₁ を規定するようにドライエッチング
される。そして、続いて行う第二回目のドライエッチン
グのために、端面前方の基板形状が(３)式から決定した
Ｌｘ₁を規定するようにマスクを形成した後に、第二回
目のドライエッチングを行う。また、第二回目のドライ
エッチング時には、(２)式を満足するようにドライエッ
チングの深さ（Ｌｚ₂−Ｌｚ₁）を決定する。Ｌｘ₂ の規
定に関しては、ウエハーからの切り出し時に実現され
る。

【００２５】このようにして、例えば、光束の角度θが
50°の場合には、(２)式、(３)式からＬｚ₁＝2.4μｍで
Ｌｘ₁＝２μｍ、Ｌｚ₂＝12μｍでＬｘ₂=10μｍのように
設計する。以上をまとめると、第一回目のドライエッチ
ング量は2.4μｍ以上、第二回目のドライエッチング量
は9.6μｍ以上で且つＬｘ₁＝２μｍを満たし、ウエハー
からの切り出し時に、光出射端面から10μｍ以下の所で
切断してやれば良い。このＬｘ₂=10μｍは、現状の技術
で充分実現可能である。以上示した具体的な方法と手法
により、図７のように階段状に何段にもなっている形状
を実現することが充分可能である。要するに、実施例２
では、図７のように必要な階段数になるまで上記実施例
１の方法を繰り返し行えばよい。これにより、光出射端
面前方の基板形状が光束の角度θと幾何学的に関係しな
がら階段状に何段にもなっている構造が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、半導体発光装置の発光部を構成する端面発光型
発光ダイオードアレイの光出射端面前方の基板形状を、
光束の角度θと幾何学的に関係して階段状に形成したこ
とにより、発光端面形状を均一にでき、発光端面をへき
開によらない方法（ドライエッチング法）によって形成
することで、高密度に発光部を形成することができる。
また、発光端面形状を均一にすることができるため、端
面発光型発光ダイオードアレイの光出力の一層の均一化
が可能となる。また、前記端面発光型発光ダイオードア
レイの発光端面前方の基板形状を、 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(２) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(３) 上記(２)式、(３)式を同時に満たすように形成した階段
状にすることにより、簡単な設計手段により発光端面形
状を均一にでき、しかも発光端面自体が基板端面を兼ね
ないので、実装のためのハンドリングの際に発光端面を
損傷することがない。従って、光出力の均一性と歩留ま
りを向上させることができる。

【００２７】さらに、請求項２記載の発明では、幾何学
的に考慮して端面発光型発光ダイオードアレイの発光端
面前方に形成する多段の階段形状のテラスに関してｍ段
の一般式として全ての階段の段数ｎにおいて成立するよ
うにした次式、 Ｌｘ_n＜Ｌｚ_n／tanθ ；(Ｌｘ_n≠Ｌｚ_n／tanθ)，(０≦θ≦90°)，(ｎ＝1,2,3・・・,m) を提案したことにより、前述した光出力の均一化に加え
て幅広い設計が可能になる。従って、本発明によれば、
端面発光型発光ダイオードアレイの光出射方向に不用な
光が出射されるのを防止することができるため、光プリ
ンター等の光源として用いた場合に、印字ドットの大き
さや印字濃度が均一な高品質画像を実現することができ
る。

【００２８】ここで、上記本発明の請求項１及び２の効
果に関して、実験的に検証したので、その結果を以下に
示す。実験のために作製したサンプルは、図６に示すよ
うな断面形状であり、請求項２で示すところの階段の段
数ｎ＝２の場合であり、結果的に請求項１を満足するよ
うな端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板
形状になっている。サンプル作製の方法は、実施例１及
び２で述べた通りである。但し、本サンプルの第一回目
のドライエッチングによるエッチング深さＬｚ₁は2.4μ
ｍにし、第二回目のドライエッチングのためのＬｘ₁ を
規定するためのマスクにより、ドライエッチングを行な
った。第二回目のエッチング深さＬｚ₂は9.0μｍにし、
前述のＬｘ₁は3.3μｍにした。また、ウェハーからの切
り出し時に実現されるＬｘ₂は10.0μｍであった。ここ
で簡単に、発光ダイオードの断面形状を図６とし、各部
の寸法を表２にまとめておく。

【００２９】

【表２】 表２に示す各々の寸法は、本発明による設計値を満足し
ている。すなわち、今回作製した発光ダイオードの光束
の角度θが15°であったことにより、全ての数値を下記
(２)式、(３)式に代入して満足していることによってい
る。 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(２) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(３) ここで、(２)式にＬｘ₂，Ｌｚ₂，θを代入すると、 10.0＜9.0／tan15°＝33.6 ・・・(２') (３)式にＬｘ₁，Ｌｚ₁，θを代入すると、 3.3＜2.4／tan15°＝9.0 ・・・(３') となり、本発明による設計値を満足している。

【００３０】次に比較のために、本発明による設計値を
満足しない従来のテラス有りの端面発光型発光ダイオー
ドを作製した。サンプル作製方法は、基本的には実施例
１に示した通りであるが、第一回目のドライエッチング
しか行なっておらず、その断面形状は図５(ａ)または
(ｂ)と同様である。エッチング深さは、前述した本発明
によるサンプルとの比較がし易いように、同等の2.3μ
ｍとした。また、テラスの長さＬｘは10.6μｍにした。
以上の比較例の発光ダイオードの断面形状を図５(ａ)ま
たは(ｂ)とし、各部の寸法を表３にまとめておく。

【表３】

【００３１】表３に示す各寸法は、本発明による設計値
を満足していない。すなわち、この比較例は、第一回目
のドライエッチングで形成される階段の段数ｎ＝１の場
合に相当するため、請求項２の一般式にｎ＝１を代入し
た(３)式、 Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°) ・・・(３) を満足するか否かを確かめてやれば良い訳であるが、以
下に示すように満足していない。すなわち、(３)式のＬ
ｘ₁に表３のＬｘ' or Ｌｘ、Ｌｚ₁にＬｚ or Ｌｚ'を代
入し、θを代入すると（但し、この発光ダイオードの光
束の角度θは13°であった）、 10.6＞2.3／tan13°＝9.9 となり、(３)式を満足しない。従って、本発明による設
計値を満足しないテラスを有する発光ダイオードが得ら
れた訳である。

【００３２】以上、比較のために準備した２種類の発光
ダイオードを用いて遠視野像（ＦＦＰ）の測定を行なっ
たところ、図１３に示すように、図１３(ａ)の本発明の
設計値を満足しない従来のテラス有りの発光ダイオード
のＦＦＰは、素子の上方側に、素子の下方に出た光がテ
ラス面で反射された後に上方に向かう光との相互干渉作
用によって出現したと予想されるサイドロープが見られ
る。一方、図１３(ｂ)に示す本発明による設計値を満足
したテラスを有する発光ダイオードのＦＦＰでは、従来
の図１３(ａ)と比較して、サイドローブの無い狭い角度
のＦＦＰになっている。このように、本発明に関する実
施例の比較も含めた実験的検証によって、本発明の優れ
た効果が示された。

【００３３】以上、請求項１，２の作用効果について述
べたが、さらに請求項３記載の発明によれば、端面発光
型発光ダイオードアレイと同じ構造のモニター用受発光
集積型素子を同一基板上に具備したことにより、温度変
化や電源電圧の変動等による端面発光型発光ダイオード
アレイの光出力の変動をモニターすることができ、端面
発光型発光ダイオードアレイの光出力の安定化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１及び請求項３の一実施例を示
す半導体発光装置の平面図である。

【図２】図１に示す半導体発光装置のＡ−Ａ’断面図で
ある。

【図３】図１に示す半導体発光装置の発光ダイオードア
レイ部分の部分斜視図である。

【図４】本発明の基本となる考え方の原理を示す発光ダ
イオードアレイ部分の断面説明図である。

【図５】本発明の基本となる考え方の原理を示す発光ダ
イオードアレイ部分の断面説明図であって、（ａ）は発
光ダイオードの発光端面から基板端面までのテラス部分
の長さが長い場合の光の進行を示す図、（ｂ）はＬｚが
浅い場合の光の進行を示す図、（ｃ）は光束の角度θが
大きい場合の光の進行を示す図である。

【図６】本発明の請求項１の実施例を示す発光ダイオー
ドアレイ部分の断面説明図である。

【図７】本発明の請求項２の実施例を示す発光ダイオー
ドアレイ部分の断面説明図である。

【図８】単結晶ウエハー上に形成された発光ダイオード
アレイチップ群を示す斜視図である。

【図９】従来の発光ダイオードアレイを用いた光プリン
タヘッドを構成する発光部基板を示す斜視図である。

【図１０】発光ダイオードアレイの発光部と感光体面の
結像点との関係を示す説明図である。

【図１１】従来の面発光型発光ダイオードアレイを示す
平面図である。

【図１２】従来の端面発光型発光ダイオードアレイを示
す斜視図である。

【図１３】本発明による端面発光型発光ダイオードと従
来の端面発光型発光ダイオードとの比較結果を示す図で
あって、(ａ)は従来構造の発光ダイオード（テラス有
り）を用いて測定した遠視野像（ＦＦＰ）を示す図、
(ｂ)本発明による階段状テラスを有する発光ダイオード
を用いて測定した遠視野像を示す図である。

【符号の説明】 １ ・・・基板 ２（2-1〜2-256） ・・・端面発光型発光ダイオードアレ
イ ３（3-1〜3-256） ・・・配線用ボンディングパッド ４ ・・・モニター用受発光集積型素子 ５ ・・・モニター用端面発光型発光ダイオード ６ ・・・モニター用側面入射型受光素子 ７ ・・・光出射方向 11 ・・・第一分離溝 12 ・・・第二分離溝 21 ・・・ｎ型バッファー層 22 ・・・ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 23 ・・・発光層であるＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ活性層 24 ・・・ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 25 ・・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層 26 ・・・ｐ+ 型ＧａＡｓコンタクト層 27 ・・・ｐ型電極 28 ・・・ｎ型電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも発光ダイオードの発光層と、該
   発光層を発光させるための電極を含む積層構造よりな
   り、積層端面より光出力が得られる端面発光型発光ダイ
   オードを、等間隔に設けた複数の第一分離溝により各層
   を電気的空間的に分離して形成してなる発光ダイオード
   アレイにより構成した半導体発光装置において、 前記端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板
   形状を、出射光束の角度θと幾何学的に関係した階段状
   に形成し、該幾何学的に関係した階段形状が下記の二式
   を同時に満たすように形成したことを特徴とする半導体
   発光装置。 Ｌｘ₂＜Ｌｚ₂／tanθ ;(Ｌｘ₂≠Ｌｚ₂／tanθ)，(０≦θ≦90°) Ｌｘ₁＜Ｌｚ₁／tanθ ;(Ｌｘ₁≠Ｌｚ₁／tanθ)，(０≦θ≦90°)
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体発光装置において、
   幾何学的に関係した階段形状が、ｍ段の一般式として、
   全ての階段の段数ｎにおいて成立するようにした次式を
   満足することを特徴とする半導体発光装置。 Ｌｘ_n＜Ｌｚ_n／tanθ ；(Ｌｘ_n≠Ｌｚ_n／tanθ)，(０≦θ≦90°)，(ｎ＝1,2,3・・・,m)
3. 【請求項３】請求項１若しくは請求項２記載の半導体発
   光装置において、発光ダイオードアレイを構成する端面
   発光型発光ダイオードと同じ積層構造の端面発光型発光
   ダイオードを第二分離溝により電気的空間的に分離して
   形成した発光素子と受光素子よりなり、その光出射方向
   が前記発光ダイオードアレイの光出射方向に対して直角
   になるように前記発光ダイオードアレイの光出射方向と
   反対側の後方位置に少なくとも一つ設けられ、該発光ダ
   イオードアレイの光出力に応じたモニター信号を得るた
   めのモニター用受発光集積型素子と、該モニター用受発
   光集積型素子から出力されるモニター信号のばらつきを
   補正する補正手段とを具備していることを特徴とする半
   導体発光装置。