JPH0645650A - 半導体発光素子、ならびに当該発光素子を用いた光学検知装置、光学的情報処理装置及び発光装置。 - Google Patents

半導体発光素子、ならびに当該発光素子を用いた光学検知装置、光学的情報処理装置及び発光装置。

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JPH0645650A
JPH0645650A JP21824192A JP21824192A JPH0645650A JP H0645650 A JPH0645650 A JP H0645650A JP 21824192 A JP21824192 A JP 21824192A JP 21824192 A JP21824192 A JP 21824192A JP H0645650 A JPH0645650 A JP H0645650A
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light
emitting device
semiconductor light
layer
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JP21824192A
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Hideaki Watanabe
秀明 渡辺
Hiroshi Imamoto
浩史 今本
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Omron Corp
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Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小な発光径を有し、しかも高い発光効率を
有する半導体発光素子を提供する。 【構成】 半導体基板1の上に半導体からなる多層反射
膜層2、下部クラッド層3、活性層4、上部クラッド層
5を順次積層する。上部クラッド層5の上面には円錐台
や角錐台等の凸状部分6を設け、凸状部分6の頂面に光
出射窓8を開口するようにして上部クラッド層5の表面
に電極9を形成し、凸状部分6の外周面の斜面7に電極
9による光反射面11を形成する。活性層4から出射さ
れた光の一部は、多層反射膜層2と光反射面11の間で
多重反射された後、光出射窓8から外部へ出射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子、ならび
に当該発光素子を用いた光学検知装置、光学的情報処理
装置及び発光装置に関する。具体的にいうと、本発明
は、投光器として用いられる高出力で発光領域の微小化
が可能な半導体発光素子と、当該半導体発光素子を用い
た光学検知装置等に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体発光素子の用途としては、距離セ
ンサ、光電センサなどの光学検知装置やその光源部分で
ある投光器(発光装置)などがある。従来、この種の光
源部分には、半導体レーザ素子や高出力化を図った発光
ダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。こ
のうち半導体レーザ素子は高出力であり、発光径の絞ら
れたレーザビームを生成することができるので、この種
のセンサに適した素子である。しかし、半導体レーザ素
子は、ノイズや温度変化に弱く、そのため半導体レーザ
素子を駆動するための駆動回路が高価になることや、人
体(特に、目)に危険であるため、応用範囲が限られる
といった問題があった。一方、発光ダイオードは、発光
径が大きいために検出精度が悪く、検出精度を上げるた
めに発光径を小さくすると発光出力が低くなるので、セ
ンサの検出距離が短くなるという問題があった。
【0003】このため、従来より発光ダイオードの高出
力化を図るための工夫が講じられている。図15に示す
ものは発光ダイオードの高出力化を図るための構造であ
って、特開平3−85774号公報に記載されたもので
ある。この発光ダイオード151にあっては、凹状に窪
んだ半導体基板152上に多層反射膜層153を形成
し、その上にクラッド層154を介して活性層(ヘテロ
接合層)155を形成している。しかして、凹状に形成
された活性層155から光を出射させることにより、活
性層155から出射された光を電極157に開口された
光取り出し窓156へ向けて集光させ、また、凹状に形
成された多層反射膜層153によって反射された光を光
取り出し窓156へ向けて集光させ、発光ダイオード1
51の光取り出し効率を高めようとしている。
【0004】しかし、上記のような構造の発光ダイオー
ドにおいては、活性層から出射される光のうち光取り出
し窓へ向かう光の割合は増加するが、光取り出し窓に進
む光以外は外部へ取り出せないため、当初に意図した程
の発光効率の向上は得られなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、高い発光効率を有し、しかも微小な発光領域を
有する半導体発光素子を提供することにある。
【0006】また、本発明の他の目的とするところは、
このような半導体発光素子を用いることにより、高い分
解能を有する光学検知装置や構成の簡単な発光装置等を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板の上方に多層反射膜層が形成され、該多層反射
膜層の上方に活性層が形成され、該活性層の上方から光
を取り出される半導体発光素子において、上記活性層の
上方に凸状部分を形成し、該凸状部分の側面を斜面に形
成すると共に該斜面に光反射面を形成し、該凸状部分の
頂部に光出射窓を形成したことを特徴としている。
【0008】上記半導体発光素子の光反射面は、屈折率
の異なる2種の薄膜を複数層交互に積層した多層反射膜
によって形成することができる。
【0009】この場合、光反射面を構成する多層反射膜
の各薄膜が、複数種の膜厚からなっていてもよい。
【0010】特に、2種の薄膜の屈折率をそれぞれ
1,n2、膜厚をそれぞれd1,d2、活性層の発光波長
の中心波長をλcとするとき、各薄膜がそれぞれ d1≧〔λc/(4n1)〕 d2≧〔λc/(4n2)〕 を満たすようにすることが好ましい。
【0011】また、光反射面は多層反射膜に限らず、電
極によって形成してもよい。
【0012】また、上記半導体発光素子においては、凸
状部分の側面は活性層を貫いていてもよい。さらに、光
出射窓にほぼ対応して電流狭窄構造を形成してもよい。
【0013】また、上記半導体発光素子は、光学検知装
置や光学的情報処理装置、発光装置等に応用することが
できる。
【0014】
【作用】本発明の半導体発光素子にあっては、光を発生
させる活性層の上方に凸状部分を形成し、該凸状部分の
側面に光反射面を形成し、該凸状部分の頂部に光出射窓
を形成しているので、活性層から光出射窓へ向けて出射
された光(及び、多層反射膜層で光出射窓へ向けて反射
された光)が光出射窓から直接外部へ出射されるのはも
ちろん、光出射窓以外の方向へ向けて出射もしくは反射
された光も上記光反射面及び多層反射膜層で1回ないし
複数回反射された後、光出射窓から外部へ出射される。
【0015】しかも、光反射面を形成されている凸状部
分の側面を斜面にしているので、光反射面及び多層反射
膜層で反射された光を凸状部分の光反射面と多層反射膜
層によって囲まれた領域に閉じ込める確率が高く、光を
光出射窓以外(例えば、素子の側面)から逃がすことな
く、効率的に光出射窓から出射させることができる。
【0016】したがって、本発明によれば、半導体発光
素子から外部に取り出す光量を増加させることができ
る。特に、光センサ、光通信等の分野に有益な微小の光
出射窓を有する発光素子を想定したとき、光出射窓の周
囲の電極の影となる部分の割合が従来構造に較べて相対
的に減少するので、発光効率がより高くなる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例による半導体発光素
子Aの構造を示す断面図である。この半導体発光素子A
にあっては、図1に示すように、半導体基板1の上に半
導体からなる多層反射膜層2、下部クラッド層3、光を
発生させる活性層(発光層)4、上部クラッド層5を順
次エピタキシャル成長法等により積層している。多層反
射膜層2及び下部クラッド層3は同一導電型、例えばn
型となっており、上部クラッド層5はこれらと逆の導電
型、例えばp型となっている。ここで、多層反射膜層2
は、屈折率n3の半導体材料及び屈折率n4(≠n3)の
半導体材料からなる2種類の薄膜2a,2bを複数層交
互に積層したものである。活性層から出射される光の中
心波長をλcとするとき、屈折率n3の薄膜2aの膜厚d
3は、 d3=λc/(4n3) としてあり、屈折率n4の薄膜2bの膜厚d4は、 d4=λc/(4n4) としてあり、多層反射膜層2はこれらの1/4波長膜の
光波干渉作用により光を高い反射率で反射する。
【0018】上部クラッド層5の上面にはエッチングに
よって円錐台や角錐台等の形状に突出した凸状部分6が
設けられており、凸状部分6の外周面が斜面7となって
いる。この凸状部分6の頂面の中央部は光出射窓8とな
っており、上部クラッド層5の上面の光出射窓8以外の
領域は一方の極性のオーミック電極(例えば、p側電
極)9が蒸着等によって形成されている。同時に、当該
電極9によって覆われた凸状部分6の斜面7は反射鏡と
して機能する光反射面11となっており、上部クラッド
層5内を通って斜面7に達した光線は斜面7と電極9と
の界面で鏡面反射される。また、半導体基板1の下面に
は他方の極性のオーミック電極(例えば、n側電極)1
0が設けられている。
【0019】しかして、両電極9,10間に電圧を印加
すると、活性層4は例えば電極9側から電流を注入され
て発光する。図2に活性層4で発生した光線の挙動の一
例を示す。例えば、活性層4中のP点から発した光は上
下左右360°の方向に進行する。このうち、図1中の
光線αのように活性層4から上方へ出射され、光出射窓
8へ向けて進行する光は直接光出射窓8から外部へ出射
される。同様に、活性層4から下方へ出射されて多層反
射膜層2で上方へ反射され、光出射窓8へ向けて進行す
る光も直接光出射窓8から外部へ出射される。一方、光
出射窓8以外の方向へ進行する光のうちでも、光線βの
ように多層反射膜層2で反射されてから凸状部分6へ向
けて進行する光や活性層4から凸状部分6へ向けて出射
された光は、光反射面11で1回反射された後、あるい
は、光反射面11及び多層反射膜層2で多重反射された
後、光出射窓8から外部へ出射される。特に、光反射面
11を形成されている凸状部分6の外周面が斜面7とな
っているので、凸状部分6の光導入口を広くすることが
できると共に、光反射面11及び多層反射膜層2で反射
された光を光反射面11及び多層反射膜層2で囲まれる
領域に閉じ込める確率が高くなり、素子の側面から光の
漏れる確率を小さくすることができ、光出射窓8からの
光出射効率を一層高めることができる。
【0020】したがって、本発明のような構造の半導体
発光素子Aによれば、光出射窓8を小さくして微小発光
径化しても、効率的に光を外部へ取り出すことができ、
発光径が小さく、かつ高出力の半導体発光素子Aを得る
ことができる。よって、特にセンサ等の光源として有益
な微小発光窓(光出射窓8)を有する半導体発光素子に
適用した場合、発光効率が向上する。しかも、この実施
例では、電極9が電極本来の機能と反射鏡の機能とを兼
ね備えているので、製造工程が簡略になり、コストも安
価になる。
【0021】図3に示すものは本発明の別な実施例によ
る半導体発光素子Bの構造を示す断面図である。この実
施例にあっては、凸状部分6の斜面7を活性層4を貫通
する深さまで形成している。言い換えると、活性層4が
凸状部分6の内部に形成されている。この場合には、活
性層4と電極9との電気的絶縁を確保するため、活性層
4や下部クラッド層3等と電極9との間に絶縁膜12a
を介在させている。電極9は、光出射窓8の周囲におい
てのみ上部クラッド層5と電気的に接触しており、素子
駆動時には光出射窓8の周囲から活性層4側へ電流を注
入する。また、凸状部分6の光反射面11は、絶縁膜1
2a及び電極9によって形成されており、光は上部クラ
ッド層5と絶縁膜12aとの界面や絶縁膜12aと電極
9との界面で反射される。
【0022】このような構造によれば、活性層4から素
子側面へ進む光は光反射面11(絶縁膜12a及び電極
9)で反射されるので、素子側面からの光の放射(漏
れ)が無くなり、光出射窓8からのみ発光し、レンズ、
光ファイバ等への正味の結合効率が向上する。
【0023】図4は本発明のさらに別な実施例による半
導体発光素子Cの構造を示す断面図である。この実施例
にあっては、半導体基板1の上に順次n型の多層反射膜
層2、n型の下部クラッド層3、活性層4、p型の上部
クラッド層5、p型の拡散ストップ層19、n型の電流
ブロック層15及びp型のキャップ層16を成長させた
後、キャップ層16、電流ブロック層15、拡散ストッ
プ層19及び上部クラッド層5をエッチングすることに
よってキャップ層16、電流ブロック層15、拡散スト
ップ層19及び上クラッド層5からなる凸状部分6を形
成し、凸状部分6の中央部に光出射窓8を形成してい
る。さらに、光出射窓8の内部においてキャップ層16
から上部クラッド層5に達する深さまでZn等のp型不
純物を例えば拡散、イオン注入等の方法によって注入
し、電流ブロック層15を貫通するようにp型の電流通
路領域17を形成している。また、光出射窓8及びその
周辺を除く上部クラッド層5の上面に半導体もしくは誘
電体からなる多層反射膜12bを形成し、その上に電極
9を形成し、多層反射膜12bによって凸状部分6の斜
面7に光反射面11を形成している。この半導体発光装
置Cも後述の半導体発光装置E(図6参照)と同様電流
狭窄構造の素子となっている。
【0024】多層反射膜12bは、半導体もしくは誘電
体からなる2種の薄膜を複数層交互に積層したものであ
って、両薄膜の屈折率をそれぞれn1,n2、膜厚をそれ
ぞれd1,d2とし、活性層4における発光波長の中心波
長をλcとするとき、1/4波長膜となるように、すな
わち、 d1=〔λc/(4n1)〕 … d2=〔λc/(4n2)〕 … の関係を満たすようにしてもよいが、凸状部分6の斜面
7における薄膜の実質的な膜厚は膜厚(鉛直方向の膜
厚)d1、d2よりも薄くなるので、多層反射膜12bの
効果が弱くなる。従って、薄膜の膜厚d1、d2を上記
式及び式で決まるものよりも厚めに設定することによ
り、言い換えると、予め中心波長λcよりも長めの波長
に対して反射率が最大となるように、膜厚d1、d2を、 d1>〔λc/(4n1)〕 … d2>〔λc/(4n2)〕 … とすることにより、多層反射膜12bは斜面7において
も十分な反射率を得ることができる。
【0025】あるいは、両薄膜をそれぞれ、中心波長λ
cより短い波長からλcより長い波長までの波長域にある
異なる膜厚の複数種類の1/4波長膜を用いて多層反射
膜を形成してもよい。つまり、両薄膜の膜厚d1、d
2を、式及び式で決まる値よりも小さな膜厚から大
きな膜厚までの異なる数種の膜厚とし、それぞれ複数の
膜厚を有する薄膜を積層して多層反射膜を形成すれば、
斜面7において十分な反射率を有する多層反射膜12b
を得ることができる。
【0026】図5に示すものは本発明のさらに別な実施
例による半導体発光素子Dの構造を示す断面図である。
この実施例にあっては、凸状部分6に対応させて活性層
4の下方に内部電流狭窄構造が形成されている。すなわ
ち、下部クラッド層3と多層反射膜層2との間には、下
部クラッド層3及び多層反射膜層2と逆の導電型の内部
電流狭窄層13が形成されており、凸状部分6の中央付
近と対向させて内部電流狭窄層13にエッチングによっ
て電流通路領域となるリセス部分14を開口している。
【0027】しかして、電極9及び10間に電圧を印加
すると、例えば、電極9側から注入された電流は、上部
クラッド層5、活性層4、下部クラッド層3、多層反射
膜層2及び半導体基板1を通過し、下面の電極10に流
れる。このとき、下部クラッド層3と内部電流狭窄層1
3(もしくは、内部電流狭窄層13と多層反射膜層2)
の間が逆バイアスされた電流阻止層となるため、内部電
流狭窄層13の存在する領域には電流が流れず、リセス
部分14のみに電流が集中して流れる。こうしてリセス
部分14の直上の活性層4にのみ電流が注入されて発光
するので、凸状部分6の光反射面11及び多層反射膜層
2の働きと相まって半導体発光素子Dの光出力がより向
上する。特に、このリセス部分14の径を光出射窓8の
径よりも小さくしておけば、光の取り出し効率をより向
上させることができる。
【0028】図6は本発明のさらに別な実施例による半
導体発光素子Eの構造を示す断面図である。この実施例
にあっては、凸状部分6に対応させて活性層4の上方に
内部電流狭窄構造が形成されている。すなわち、上部ク
ラッド層5の上に上部クラッド層5と逆の導電型の電流
ブロック層15を設け、その上に上部クラッド層5と同
一導電型のキャップ層16を形成し、光出射窓8の内部
においてキャップ層16から上部クラッド層5に達する
深さまで上部クラッド層5と同一導電型の不純物を例え
ば拡散、イオン注入等の方法によって注入し、電流ブロ
ック層15を貫通するように電流通路領域17を形成し
ている。
【0029】このような構造によっても電流狭窄構造を
実現することができ、電流ブロック層15と上部クラッ
ド層5の間は逆バイアスされて電流阻止層となるため電
流が流れず、電流通路領域17を通してのみ活性層4に
電流が注入され、電流通路領域17に対応する領域での
み発光する。したがって、電流狭窄構造による発光径の
微小化に加え、多層反射膜層2と光反射膜11との多重
反射とにより微小発光径で光出力の半導体発光素子Eを
得る個とができる。しかも、このような構造によれば、
図4の実施例と比較して結晶成長工程が1回で済み、製
造工程が簡易になるという長所がある。
【0030】図7に示すものは本発明のさらに別な実施
例による半導体発光素子Fの構造を示す断面図である。
この半導体発光素子Fにあっては、上面に凹状の窪み1
8を形成された半導体基板1の上に窪み18に沿って多
層反射膜層2を形成し、その上に下部クラッド層3及び
活性層4を窪み18に沿って形成している。このような
構造の半導体発光素子Fによれば、光出射窓8に対応す
る領域における活性層4の発光密度が高くなる。また、
多層反射膜層2が凹部状の反射鏡となるので、横方向へ
進む光に対しても多層反射膜層2による反射効果が生
じ、多層反射膜層2による凸状部分6への光の集光効果
が高くなり、光出射窓8から外部へ光を取り出す効率が
さらに向上する。
【0031】なお、窪み18に対応する活性層4の凹状
部分の傾斜領域から見たときの多層反射膜層2の実質的
な膜厚も薄くなるため、反射鏡の効果が弱くなるが、予
め中心波長λcより長めの波長において反射率が最大と
なるよう長めの波長に対して1/4波長膜となるように
多層反射膜層2を形成すれば、傾斜領域においても十分
な反射率を得ることができる。あるいは、中心波長λc
より短い波長から長い波長までの波長域において膜厚の
異なる複数種類の1/4波長膜を用いて多層反射膜層2
を形成しても、傾斜領域においても十分な反射率を得る
ことができる。
【0032】つぎに、上記半導体発光素子を用いた応用
例について説明する。まず、図8(a)(b)(c)に
示す投光器(発光装置)Gについて説明する。この投光
器Gは、本発明の半導体発光素子71を一方のリードフ
レーム72の上にダイボンディングすると共に他方のリ
ードフレーム73にワイヤボンディングした状態で透明
エポキシ樹脂等の封止樹脂74で所定形状に低圧注型し
て封止し、全体として角ブロック状の外形に構成されて
いる。封止樹脂74の表面には多数の環状レンズ単位を
同心状に配列したフレネル型平板状レンズ75が一体形
成されると共に、表面の両側にはフレネル型平板状レン
ズ75と同じ高さ、あるいはフレネル型平板状レンズ7
5よりもやや高いアゴ部76を突設してあり、アゴ部7
6によってフレネル型平板状レンズ75を保護してい
る。
【0033】この投光器Gの場合、半導体発光素子71
は、高い発光効率で、しかも微小な発光領域を有するも
のであるから、フレネル型平板状レンズ75により光の
指向特性が狭小化し、出力が強く、かつ細いビームが長
距離においても得られる。例えば、フレネル型平板状レ
ンズ75を焦点距離f=4.5mm、レンズ直径3.5m
mとし、半導体発光素子71の光取り出し窓を直径20
μmにしたとき、1mの距離におけるビーム径は直径4
mm程度である。しかるに、従来より用いられている通
常の発光ダイオード(すなわち、その光の出射面積が3
50μm角程度のもの)では、直径70mm程度まで広
がってしまうので、本発明による半導体発光素子71を
用いて投光器Gを作製することにより大きなメリットが
得られる。
【0034】また、従来より用いられている投光器とし
ては、図16に示すような構造のものがあるが、ステム
162から突出したヒートシンク163に半導体レーザ
素子164及びフレネル型平板状レンズ165を取り付
け、これらを金属キャップ166で覆ったキャンシール
型のものなどがあるが、このような従来の投光器161
と比較して本発明の投光器Gは構造が大幅に簡略化され
ており、コスト及び嵩体積の低減を図ることができる。
【0035】なお、ここでは投光ビームとして指向性の
狭い平行光線を出射するものについて説明したが、フレ
ネル型平板状レンズ75のパラメータを変えることによ
り、集光ビームや偏向ビームなどの投光器にも適用でき
ることは自明である。
【0036】図9に示すものは、スクリーンなどの上の
映像等の位置を指示するためのハンディタイプのポイン
タ(投光器)Hである。このポインタHは、本発明によ
る発光ダイオード(LED)81、コリメート用の投光
レンズ82、動作回路83及びバッテリー84からなっ
ており、半導体発光素子81から出射された光は投光レ
ンズ82でコリメートされた後、スクリーン上に投射さ
れ、光スポットにより指示箇所を示す。
【0037】現在使用されているポインタは、半導体レ
ーザ素子を用いたものがほとんどであるが、レーザ光を
用いているため、出射レーザ光が周囲の人の目に入ると
有害である。この危険性のため、レーザ規制等の問題が
起こっている。したがって、このような問題を解決する
ため、発光ダイオードを用いたLEDポインタなどが考
えられている。しかし、従来の全面発光型LED(発光
径400μm)を用い、焦点距離f=10mm、レンズ
径4mmの投光レンズでコリメートしたLEDポインタ
の場合、5m先のスクリーン上でのビーム径は200m
mと大きく広がってしまい、ほとんど見えなくなってし
まう。
【0038】これに対し、本発明によるLED81を用
いたポインタHの場合には、発光径10μmのLED8
1と、焦点距離f=10mm、レンズ径4mmの同様な
投光レンズ82を用いた場合、5m先のスクリーン上で
もビーム径は5mmと小さく、見易いものとなる。した
がって、本発明のLED81で光出力や指向性を向上さ
せることにより、安全で見易いポインタHを製作するこ
とができる。
【0039】図10(a)に示すものは本発明による半
導体発光素子95を用いた透過型光学式ロータリーエン
コーダJを示す斜視図である。このロータリーエンコー
ダJは、回転軸91に取り付けられた回転板92、回転
板92の外周部に対向した固定板93、回転板92及び
固定板93を挟んで対向させられた投光レンズ94と本
発明による半導体発光素子95及び受光素子96から構
成されている。回転板92の外周部には全周にわたって
1mmの間隔のスリット97が穿孔されており、固定板
93にも1mmの間隔でトラックAスリット98及びト
ラックBスリット99が穿孔されている。
【0040】しかして、半導体発光素子95から出射さ
れた光は、投光レンズ94でコリメートされた後、固定
板93のスリット98,99で分割され、回転板92の
スリット97を通り、受光素子96で検知される。固定
板93のトラックAスリット98とトラックBスリット
99は電気位相角を90゜ずらしてあり、A相信号・B
相信号が共にオン(受光状態)になるときをスケールの
1単位(1スリット)と数えることによりスケールを読
むものである。また、図10(b)に示すようにA相か
らオンになるか、あるいはB相からオンになるかで回転
方向を判別できるようになっている。
【0041】このロータリーエンコーダにおいて、例え
ば、従来の全面発光型半導体発光素子(発光径400μ
m)を用い、焦点距離f=10mm、レンズ径4mmの
投光レンズでコリメートしたとすると、そのコリメート
性の悪さによって回転板上のビーム径は、固定板のスリ
ット幅+約40μmに広がってしまう。したがって、6
00DPI(40μmピッチ)以上のスケールではスリ
ット幅以上にビームが広がることとなり、スケールを読
み取ることができず、高分解能化が不可能である。
【0042】これに対し、本発明による半導体発光素子
95を用いたロータリーエンコーダJでは、半導体発光
素子95の発光径を10μm程度に微小発光径化できる
ので、焦点距離f=10mm、レンズ径4mmの同様な
投光レンズ94を用いてコリメートしたとしても、回転
板92上のビーム径は、固定板93のスリット幅+約
0.5μmにビームの広がりを抑えることができる。し
たがって、高分解能化が可能であり、600DPI(4
0μmピッチ)以上のスケールを読み取ることも可能に
なる。よって、本発明による半導体発光素子95をロー
タリーエンコーダJに用いることにょり、特別な光学系
を用いることなく、ロータリーエンコーダJの分解能を
向上させることができる。
【0043】なお、上記実施例では、ロータリーエンコ
ーダを説明したが、リニアエンコーダヘッドにおいて本
発明による半導体発光素子を用いることによっても同様
な効果を得ることができる。
【0044】図11は本発明による半導体発光素子10
1を用いた光学式距離センサKの構成を示す説明図であ
る。この距離センサKは、本発明による半導体発光素子
101及びコリメートレンズ102からなる投光部と、
受光レンズ103及び位置検出素子104からなる受光
部とから構成されている。
【0045】また、図11は当該距離センサKによって
対象物105が有する凹凸の段差dを計測する場合を表
わしている。半導体発光素子101から出射された光は
コリメートレンズ102で平行光化された後、対象物1
05上に照射されてビームスポットSP1,SP2を生成
し、それぞれビームスポットSP1,SP2の反射像を位
置検出素子104上に結像させる。これらの結像位置
は、位置検出素子104の信号線106,107で得た
信号比をもって検出でき、その位置ずれ量より三角測量
の原理を用いて段差qが算出される。
【0046】本発明による半導体発光素子101は、高
出力で、かつ発光領域が制限されていて微小発光窓を有
するものであるので、このような距離センサHに本発明
による半導体発光素子101を用いれば、長距離検出が
可能で、しかもビームスポット径が小さく、分解能を向
上させることができる。
【0047】図12は上記距離センサKによる段差qの
測定結果を示している。これは距離センサHから10c
mだけ離れた位置に高さが2mmと5mmの凸部及び2
mmと5mmの凹部を有する対象物を位置させた場合の
測定結果であり、段差qに応じた特性曲線108が得ら
れている。なお、特性曲線108において、イは2mm
の凸部、ロは5mmの凸部、ハは2mmの凹部、ニは5
mmの凹部に対応する箇所である。
【0048】図13は本発明による半導体レーザ素子1
11を用いたレーザビームプリンタLを示す斜視図であ
る。これは、半導体レーザ素子111、投光側コリメー
トレンズ112、回転多面鏡(ポリゴンミラー)11
3、回転多面鏡113を一定方向に一定速度で回転させ
るスキャナモータ114、スキャナコントローラ11
5、集光レンズ116、感光体ドラム117、水平同期
用受光センサ118などから構成されている。
【0049】しかして、半導体レーザ素子111から出
射された光は投光側コリメートレンズ112を通ってコ
リメート光となり、回転多面鏡113で反射されると共
に水平方向にスキャンされ、集光レンズ116で感光体
ドラム117上に集光され、感光体ドラム117上に潜
像を生じさせる。
【0050】このようなレーザビームプリンタにおい
て、例えば全面発光型の従来のLED(発光径400μ
m)を用い、焦点距離f=15mmの集光レンズで15
0mm先の感光体ドラム上に集光したとすると、その集
光性の悪さのため、感光体ドラム上でのビーム径は4.
8mmと大きくなり、400DP1の印字密度仕様を満
足できなかった。
【0051】これに対し、本発明による半導体レーザ素
子111を用いたレーザビームプリンタLにあっては、
その発光径を5μm程度に微小化できるので、同一条件
で集光させた場合でもビーム径を60μm以下に絞るこ
とができ、400DPIの仕様を十分に満足することが
できる。
【0052】図14(a)は本発明による半導体発光素
子121を用いたバーコードリーダMを示す斜視図であ
る。このバーコードリーダMは、半導体発光素子12
1、投光側集光レンズ122、回転多面鏡123、回転
多面鏡123を一定方向に一定速度で回転させるスキャ
ナモータ124、等速走査レンズ125、受光側集光レ
ンズ126、受光素子127から構成されている。
【0053】しかして、半導体発光素子121から出射
された光は投光側集光レンズ122を通り、回転多面鏡
123で反射されると共に水平方向にスキャンされ、等
速走査レンズ125で等速化された後、バーコード12
8上で集光され、バーコード128上を走査される。さ
らに、バーコード128からの反射光は、受光側集光レ
ンズ126により受光素子127上に集光されて検知さ
れ、バーコード信号BSが得られる。このバーコードリ
ーダMにおいては、等速走査レンズ125により光ビー
ムの走査速度が等速化されているので、横軸に時間をと
り、縦軸に検知信号(バーコード信号BS)をとると、
図14(b)に示すようにバーコードに応じた信号BS
が得られる。
【0054】このようなバーコードリーダにおいて、例
えば全面発光型の従来のLED(発光径400μm)を
用い、焦点距離f=15mmの集光レンズで250mm
先のバーコード上に集光したとすると、その集光性の悪
さのため、バーコード上でのビーム径は約6.7mmと
大きくなり、ハーコード(一般的に、最小線幅は0.2
mm)は到底読み取ることができない。
【0055】これに対し、本発明による半導体発光素子
121を用いたバーコードリーダMにあっては、その発
光径を10μm程度に微小発光径化できるので、同一条
件で集光させた場合でもバーコード128上のビーム径
をバーコード128の最小線幅以下(0.2mm弱)ま
で絞ることができ、バーコード128を読み取ることが
できる。
【0056】また、本発明の半導体発光素子は、図示し
ないが、半導体発光素子と光ファイバーとからなる光フ
ァイバーモジュールにも適用することができる。
【0057】なお、本発明の半導体発光素子は、面発光
型の半導体ダイオードに限らず、面発光型の半導体レー
ザ素子にも適用できることはもちろんである。
【0058】
【発明の効果】本発明によれば、光出射窓以外の方向へ
向かう光も凸状部分の斜面に形成された光反射面と多層
反射膜層の間で反射されることによって光反射面と多層
反射膜層の間の領域に効率的に閉じ込められ、光反射面
及び多層反射膜層で1回ないし複数回反射された後、光
出射窓から外部へ出射されるので、半導体発光素子から
外部に取り出す光量を増加させることができる。特に、
光センサ、光通信等の分野に有益な微小の光出射窓を有
する発光素子を想定したとき、光出射窓の周囲の電極の
影となる部分の割合が従来構造に較べて相対的に減少す
るので、発光効率がより高くなり、この結果、発光領域
が小さく、かつ、発光出力が大きな半導体発光素子を製
作することができる。
【0059】さらに、この光出射窓に対応させて電流狭
窄構造を付加すれば、活性層で発生した光を凸状部分へ
集中させることができるので、一層発光効率が大きくな
る。
【0060】また、凸状部分の斜面を活性層を貫通する
ように形成すれば、素子の側面からの光の漏れをカット
することができるので、光センサ等の光源として当該発
光素子を用いた場合には、光センサ等の性能向上に寄与
することができる。
【0061】また、多層反射膜によって光反斜面を構成
する場合には、各薄膜の膜厚を、活性層の発光波長の中
心波長に対する1/4波長膜よりも厚めにしておくこと
により、斜面における多層反射膜の反射率を十分に高め
ることができる。
【0062】また、多層反射膜によって光反斜面を構成
する場合には、中心波長λcより短い波長からλcより長
い波長までの波長域にある異なる膜厚の複数種類の1/
4波長膜を積層して多層反射膜を形成しても、斜面7に
おいて十分な反射率を有する多層反射膜を得ることがで
きる。
【0063】また、このような半導体発光素子を光学検
知装置や投光器、バーコードリーダ等に用いると、発光
領域が小さく、かつ、発光出力が大きいので、複雑な光
学系を用いることなく、検出精度にすぐれ、しかも安全
な光学検知装置等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体発光素子の構造
を示す断面図である。
【図2】同上の実施例における活性層から出射された光
の挙動の一例を示す光線図である。
【図3】本発明の別な実施例による半導体発光素子の構
造を示す断面図である。
【図4】本発明のさらに別な実施例による半導体発光素
子の構造を示す断面図である。
【図5】本発明のさらに別な実施例による半導体発光素
子の構造を示す断面図である。
【図6】本発明のさらに別な実施例による半導体発光素
子の構造を示す断面図である。
【図7】本発明のさらに別な実施例による半導体発光素
子の構造を示す断面図である。
【図8】(a)(b)(c)は本発明による半導体発光
素子を用いた投光器を示す斜視図、水平断面図及び側断
面図である。
【図9】本発明による半導体発光素子を用いたポインタ
を示す断面図である。
【図10】(a)は本発明による半導体発光素子を用い
たロータリーエンコーダを示す斜視図、(b)は当該エ
ンコーダのA相信号とB相信号を示す波形図である。
【図11】本発明による半導体発光素子を用いた距離セ
ンサの構成を示す概略図である。
【図12】同上の距離センサによる測定結果の一例を示
す図である。
【図13】本発明による半導体発光素子を用いたレーザ
ビームプリンタを示す斜視図である。
【図14】(a)は本発明による半導体発光素子を用い
たバーコードリーダを示す斜視図、(b)はバーコード
リーダによる検知信号を示す図である。
【図15】従来の半導体発光素子の構造を示す断面図で
ある。
【図16】従来の投光器を示す一部破断した斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 多層反射膜層 4 活性層 6 凸状部分 7 斜面 8 光出射窓 9 電極 11 光反射面 12a 絶縁膜 12b 多層反射膜 13 内部電流狭窄層 14 リセス部分 15 電流ブロック層 17 電流通路領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01D 5/36 T 7269−2F G06K 7/10 C 8945−5L

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の上方に多層反射膜層が形成され、
    該多層反射膜層の上方に活性層が形成され、該活性層の
    上方から光を取り出される半導体発光素子において、 上記活性層の上方に凸状部分を形成し、該凸状部分の側
    面を斜面に形成すると共に該斜面に光反射面を形成し、
    該凸状部分の頂部に光出射窓を形成したことを特徴とす
    る半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記凸状部分の側面が前記活性層を貫い
    ていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素
    子。
  3. 【請求項3】 前記光出射窓にほぼ対応して、電流狭窄
    構造が形成されていることを特徴とする請求項1又は2
    に記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項4】 前記光反射面が電極によって形成されて
    いることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導
    体発光素子。
  5. 【請求項5】 前記光反射面が、屈折率の異なる2種の
    薄膜を複数層交互に積層した多層反射膜によって形成さ
    れていることを特徴とする請求項1,2,3又は4に記
    載の半導体発光素子。
  6. 【請求項6】 前記光反射面を構成する多層反射膜の各
    薄膜が、複数種の膜厚からなることを特徴とする請求項
    5に記載の半導体発光素子。
  7. 【請求項7】 前記2種の薄膜の屈折率をそれぞれ
    1,n2、膜厚をそれぞれd1,d2とし、前記活性層の
    発光波長の中心波長をλcとするとき、各薄膜がそれぞ
    れ d1≧〔λc/(4n1)〕 d2≧〔λc/(4n2)〕 であることを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体
    発光素子。
  8. 【請求項8】 請求項1,2,3,4,5,6又は7に
    記載の半導体発光素子を備えた光学検知装置。
  9. 【請求項9】 請求項1,2,3,4,5,6又は7に
    記載の半導体発光素子を備えた光学的情報処理装置。
  10. 【請求項10】 請求項1,2,3,4,5,6又は7
    に記載の半導体発光素子を備えた発光装置。
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