JPH0738153A

JPH0738153A - 半導体発光素子並びに光ファイバモジュール装置および半導体発光素子ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH0738153A
Application number: JP17909993A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Wada; 安弘和田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】光出射面に電極を有せず、外部量子効率を向
上させて輝度を高めることができ、発光領域を狭くして
いわゆる点発光を実現でき、しかも簡単に作製できる半
導体発光素子を提供する。【構成】ｎ型半導体基板１０と、基板１０の一つの面
の所定領域に設けられたｎ型半導体層１１と、ｎ型半導
体層１１上に積層されたｐ型半導体層１２と、ｐ型半導
体層１２上に設けられた第１の電極１５を備える。半導
体層１１，１２の近傍に、基板１０の上記面に直接、ま
たは、基板１０と同一の導電型を持つ第３の半導体層
（図示せず）を介して設けられた第２の電極１４を備え
る。第１の電極１５と第２の電極１４との間に通電され
たとき、半導体層１１と１２との接合で発した光ｌを、
基板１０の反対側の面１７を通して出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光素子に関
する。より詳しくは、半導体基板の片面にｎ型半導体層
とｐ型半導体層とを有し、このｎ型半導体層とｐ型半導
体層との接合面から略垂直方向へ光を出射する半導体発
光素子に関する。また、そのような半導体発光素子を用
いて構成した光ファイバモジュール装置および半導体発
光素子ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光素子としては、図１０
に示すように、ｎ型半導体基板１０１の表面側に、例え
ばエピタキシャル成長法によりｎ型半導体層１０２、ｐ
型半導体層１０３を順に形成し、ｎ型半導体基板１０１
の裏面側とｐ型半導体層１０３の表面側に、スパッタ法
や蒸着法などによりオーミックコンタクト用の金属材料
（例えばＡu）を設けてそれぞれｎ側電極１０４、ｐ側
電極１０５を構成したものがある。ｎ型半導体層１０２
とｐ型半導体層１０３とでｐｎ接合面１１８が形成され
ている。図１２(a)に示すように、ｎ側電極１０４とｐ
側電極１０５との間に電流が注入されると（図中、電流
広がり幅を破線１２２ａ，１２２ｂで示している。）、
ｐｎ接合面１１８のうち電流広がり幅１２２ａ，１２２
ｂに含まれる部分１１８ａが発光し、その光Ｌはｐ型半
導体層１０３を通して表面１１７側から出射される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
発光素子内部での電流の広がりを説明すると、半導体素
子内部のｐｎ接合面１１８での実効電流広がり幅Ｗａは
近似的に次式（１）および（２）で表される(ヒロオ・
ヨネズら：ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジクス（Ｊapan．Ｊ．Ａppl．Ｐhys．）Ｎo.１０
(１９７３)１５８５．)。

【０００４】Ｗａ＝Ｗ₀＋２Ｗ₁ …（１）Ｗ₁＝（２ｎｋＴ／ｑＪ(ρ／ｈ)）^1/2 …（２）ここで、Ｗ₀はｐ側電極１０５の電極幅、ｎはダイオー
ド特性を表す定数、kはボルツマン定数、Ｔは温度、qは
電荷、Ｊは電流密度、ρはｐ型半導体層１０３の抵抗
率、ｈはｐ型半導体層１０３の厚さをそれぞれ示してい
る。

【０００５】式（２）から分かるように、ｐ型半導体層
１０３の厚さが薄い場合は、Ｗ₁が小さく、ｐｎ接合面
１１８での発光領域１１８ａのほとんどは電極１０５直
下にある。このため、上記従来の半導体発光素子は、電
極１０５によって光Ｌが殆ど遮ぎられ、素子（チップ）
外部へ出射される光の効率(一般に「外部量子効率」と
いう。)が低いという問題がある。また、出射された光
Ｌの指向性が、電極１０５の陰によって影響を受け、チ
ップの正面方向がくぼむという問題がある。

【０００６】これらの問題を改善するため、従来は、ｐ
型半導体層１０３の抵抗率ρを小さくしたり、図１２
(b)に示すようにｐ型半導体層１０３の厚みｈ₁（ｈ₁＞
ｈ）を厚くしたりして、ｐｎ接合面１１８での電流広が
り幅Ｗａを広げる設計がなされている。しかし、ｐ型半
導体層１０３の抵抗率ρを小さく（不純物濃度を高く）
すると、ｐ型半導体層１０３の光吸収係数が大きくな
り、また、結晶欠陥による非発光センターが発生しやす
くなるという弊害が生ずる。一方、ｐ型半導体層１０３
の厚さｈを厚くすると、ｐ型半導体層１０３での光吸収
量が大きくなり、また、電流の広がりに伴い電流密度が
低くなって発光効率が低下するという弊害が生ずる。結
果として、外部量子効率を向上させる効果はあまり得ら
れていない。

【０００７】また、図１１に示すように、ｎ型半導体層
１０２とｐ型半導体層１０３の両側部分を除去して、そ
こにポリイミドなどの絶縁用樹脂１０６を設け、樹脂１
０６表面からｐ型半導体層１０３表面に延びる電極１０
５′を設けた半導体発光素子が提案されている。つま
り、発光領域１１８ａが電極１０５′直下にくるのを避
け、電極１０５′の隙間を通して光Ｌを出射させようと
している。この半導体発光素子では、電極１０５′によ
って吸収，遮光される割合を低くして、ある程度外部量
子効率を向上させ、光の指向性におけるチップ正面方向
の窪みをなくすことができる。しかし、光出射面１１７
の一部がオーミック接触領域として電極１０５′に覆わ
れているため、光Ｌの一部は電極１０５′により吸収及
び反射を受け、外部に出射されていない。さらに、この
半導体発光素子は、図１１に示したものに比して、内部
構造が複雑になるため、製造工程が複雑で、工程数が増
加するという問題がある。

【０００８】また、図１０に示した従来の半導体発光素
子と、光ファイバとを組み合わせて光ファイバモジュー
ル装置を構成した場合、半導体発光素子自体が持つ上述
の問題点のほかに、半導体発光素子の発光領域が広いこ
とが問題となる。すなわち、通常の光ファイバモジュー
ル装置では、半導体発光素子からの光を効率よく光ファ
イバに取り込むために、半導体発光素子と光ファイバと
の間に集光用のレンズが形成されている。ここで、上記
従来の半導体発光素子は、ｐｎ接合面での電流広がり幅
を広げた結果、発光領域が広くなっているため、レンズ
による集光性が悪くなって、光ファイバに対する光結合
効率が低下する。また、半導体発光素子と光ファイバ、
集光用レンズとの位置合わせも難しい点であり、これら
の位置ずれによる光結合効率の低下が問題となる。

【０００９】また、図１０に示した従来の半導体発光素
子を同一面内に複数配置して半導体発光素子ディスプレ
イ装置を構成した場合、各半導体発光素子の光出射面１
１７側に電極１０５が形成されているため、装置のディ
スプレイ面に電極１０５の陰（暗い部分）が発生すると
いう問題がある。また、半導体発光素子アレイをマトリ
クス状に配置する場合、ディスプレイ面側に電極１０５
があるため、電極配線が非常に難しいという問題があ
る。

【００１０】そこで、この発明の目的は、光出射面に電
極を有せず、外部量子効率を向上させて輝度を高めるこ
とができ、発光領域を狭くしていわゆる点発光を実現で
き、しかも簡単に作製できる半導体発光素子を提供する
ことにある。

【００１１】また、この発明の目的は、半導体発光素子
と光ファイバとの間の光結合効率を高めることができる
光ファイバモジュール装置を提供することにある。

【００１２】また、この発明の目的は、ディスプレイ面
に電極の陰が発生することなく、高輝度を示し、かつ電
極配線が簡単に行うことができる半導体発光素子ディス
プレイ装置を提供することにある。

【００１３】

【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に記載の半導体発光素子は、ｐ型またはｎ
型のいずれかの導電型を持つ半導体基板と、上記半導体
基板の導電型と同一の導電型を持ち、上記半導体基板の
一つの面の所定領域に設けられた第１の半導体層と、上
記半導体基板の導電型と異なる導電型を持ち、上記第１
の半導体層上に積層された第２の半導体層と、上記第２
の半導体層上に設けられた第１の電極と、上記第１，第
２の半導体層の近傍に、上記半導体基板の上記面に直
接、または、上記半導体基板の導電型と同一の導電型を
持つ第３の半導体層を介して設けられた第２の電極を備
えて、上記第１の電極と第２の電極との間に通電された
とき、上記第１の半導体層と第２の半導体層との接合部
で発した光を、上記半導体基板の上記面と反対側の面を
通して出射するようにしたことを特徴としている。

【００１４】また、請求項２に記載の半導体発光素子
は、請求項１記載の半導体発光素子において、上記第２
の半導体層の厚さが５０μm以下に設定されていること
を特徴としている。

【００１５】また、請求項３に記載の半導体発光素子
は、請求項１または２に記載の半導体発光素子におい
て、上記第２の半導体層の抵抗率が０．２Ωcm^-1以上に
設定されていることを特徴としている。

【００１６】また、請求項４に記載の半導体発光素子
は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の半導体発光
素子において、上記第２の半導体層と上記第１の電極と
の間に、コンタクト用開口を有する絶縁層が設けられ、
このコンタクト用開口を通して上記第２の半導体層と上
記第１の電極とが接触していることを特徴としている。

【００１７】また、請求項５に記載の半導体発光素子
は、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体発光
素子において、上記半導体基板の上記反対側の面で、上
記光が出射する箇所に、集光用のレンズが設けられてい
ることを特徴としている。

【００１８】また、請求項６に記載の光ファイバモジュ
ール装置は、半導体発光素子アレイと、この半導体発光
素子アレイと光結合する光ファイバアレイとを有し、上
記半導体発光素子アレイは、ｐ型またはｎ型のいずれか
の導電型を持つ半導体基板と、上記半導体基板の導電型
と同一の導電型を持ち、上記半導体基板の一つの面の複
数の領域に設けられた第１の半導体層と、上記半導体基
板の導電型と異なる導電型を持ち、上記第１の半導体層
上にそれぞれ積層された第２の半導体層と、上記第２の
半導体層上にそれぞれ設けられた第１の電極と、上記第
１，第２の半導体層の近傍に、上記半導体基板の上記面
に直接、または、上記半導体基板の導電型と同一の導電
型を持つ第３の半導体層を介して設けられた第２の電極
を備えて、上記第１の電極と第２の電極との間に通電さ
れたとき、上記第１の半導体層と第２の半導体層との接
合部で発した光を、上記半導体基板の上記面と反対側の
面を通して出射するようになっており、上記光ファイバ
アレイを構成する各光ファイバの一端は、それぞれ上記
半導体発光素子アレイの上記半導体基板の上記反対側の
面の光出射箇所に配されていることを特徴としている。

【００１９】また、請求項７に記載の半導体発光素子デ
ィスプレイ装置は、一方向に延びる半導体発光素子アレ
イを平行に複数並べて配置したマトリクス状の半導体発
光素子ディスプレイ装置であって、上記半導体発光素子
アレイは、ｐ型またはｎ型のいずれかの導電型を持ち一
方向に延びる半導体基板と、上記半導体基板の導電型と
同一の導電型を持ち、上記半導体基板の一つの面で一方
向に並ぶ複数の領域に設けられた第１の半導体層と、上
記半導体基板の導電型と異なる導電型を持ち、上記第１
の半導体層上にそれぞれ積層された第２の半導体層と、
上記第２の半導体層上にそれぞれ設けられた第１の電極
と、上記第１，第２の半導体層の近傍に、上記半導体基
板の上記面に直接、または、上記半導体基板の導電型と
同一の導電型を持つ第３の半導体層を介して設けられた
第２の電極を備えて、上記第１の電極と第２の電極との
間に通電されたとき、上記第１の半導体層と第２の半導
体層との接合部で発した光を、上記半導体基板の上記面
と反対側の面を通して出射するようになっていることを
特徴としている。

【００２０】

【作用】請求項１の半導体発光素子では、電極がすべて
半導体基板の一つの面側に設けられ、この面と反対側の
面から光が出射されるので、電極によって光が遮ぎられ
るようなことが無く、従来の半導体発光素子（図１０）
に比して外部量子効率が改善される。この結果、従来に
比して、輝度が高まる。また、電極によって光が遮られ
ないことから、第１の半導体層と第２の半導体層とがな
す接合部（ｐｎ接合面）での電流広がり幅を狭くして、
発光領域を狭くする設計が可能となる。したがって、い
わゆる点発光を実現できる。また、この半導体発光素子
は、内部構造として樹脂を含まないので、通常の工程に
よって簡単に作製される。

【００２１】また、請求項２の半導体発光素子では、上
記第２の半導体層の厚さが５０μm以下に設定されてい
る。この場合、式（１）、（２）から分かるように、上
記ｐｎ接合面での電流広がり幅が狭くなり、発光領域が
狭くなる。

【００２２】また、請求項３の半導体発光素子では、上
記第２の半導体層の抵抗率が０．２Ωcm^-1以上に設定さ
れている。この場合、式（１）、（２）から分かるよう
に、上記ｐｎ接合面での電流広がり幅が狭くなり、発光
領域が狭くなる。

【００２３】また、請求項４の半導体発光素子では、上
記第２の半導体層と上記第１の電極との間に、コンタク
ト用開口を有する絶縁層が設けられ、このコンタクト用
開口を通して上記第２の半導体層と上記第１の電極とが
接触している。この場合、上記式（１）において、電極
幅が実質的に上記コンタクト用開口の寸法に減じられ
る。したがって、上記ｐｎ接合面での電流広がり幅がさ
らに狭くなり、さらに発光領域が狭くなる。

【００２４】また、請求項５の半導体発光素子は、上記
半導体基板の上記反対側の面（光出射面）で、光が出射
する箇所に、集光用のレンズが設けられている。この場
合、ｐｎ接合面での電流広がり幅を狭くした結果、発光
領域が狭くなっているので、レンズによる集光性が良く
なり、光ファイバに対する光結合効率が高くなる。ま
た、ｐｎ接合面の発光領域と上記集光用レンズとの位置
合わせは、光出射面に直接レンズを設けることにより高
精度になされる。したがって、光ファイバと組み合わせ
る場合の光結合効率が高まる。

【００２５】また、請求項６に記載の光ファイバモジュ
ール装置は、半導体発光素子アレイと、この半導体発光
素子アレイと光結合する光ファイバアレイとを有する。
ここで、上記半導体発光素子アレイは、電極が半導体基
板の一つの面側に設けられ、この面と反対側の面から光
が出射するようになっている。したがって、電極によっ
て光が遮ぎられるようなことが無く、外部量子効率が改
善され、従来に比して輝度が高くなる。また、電極によ
って光が遮られないことから、第１の半導体層と第２の
半導体層とがなす接合部（ｐｎ接合面）での電流広がり
幅を狭くして、発光領域を狭くする設計がなされる。し
たがって、集光性が良くなって、光ファイバに対する光
結合効率が高まる。また、半導体発光素子アレイの光出
射面には電極が存在しないので、この光出射面に直接レ
ンズを設けたり、光ファイバとの接続用の凹溝を設ける
ことが可能となる。このようにした場合、ｐｎ接合面の
発光領域と集光用レンズとの位置合わせが、容易に、か
つ高精度になされる。したがって、さらに光結合効率が
高まる。

【００２６】また、請求項７に記載の半導体発光素子デ
ィスプレイ装置は、各半導体発光素子アレイの電極がす
べて半導体基板の一つの面側に設けられ、この面と反対
側（ディスプレイ面側）の面を通して光を出射するの
で、装置のディスプレイ面に電極の陰（暗い部分）が発
生することがない。したがって、高輝度を示す。また、
第１，第２の電極に対する配線は、すべて上記半導体基
板の上記一つの面側で行われる。したがって、電極配線
が簡単に行われる。また、各半導体発光素子アレイの第
２の電極を、それぞれ各半導体発光素子アレイの一端側
に設けた場合、第２の電極は、上記半導体基板を共通配
線として用いる。したがって、電極配線のパターンが交
差しなくなり、この結果、電極配線がさらに簡単に行わ
れる。

【００２７】

【実施例】以下、この発明を図面を参照して実施例によ
り詳細に説明する。

【００２８】図１は、この発明の一実施例の半導体発光
素子を示している。この半導体発光素子は、ＧaＡs系赤
外発光素子であって、ｎ−ＧaＡs基板１０の表面（一つ
の面）に、ｎ−ＧaＡs層１１、ｐ−ＧaＡs層１２を順に
備えている。ｐ−ＧaＡs層１２の表面には、コンタクト
用開口１３ａを有する絶縁膜としてのＳｉＯ₂膜１３が
設けられている。さらに、ＳｉＯ₂膜１３上に、第１の
電極としてのｐ層電極１５が設けられている。このｐ層
電極１５は、コンタクト用開口１３ａを通してｐ−Ｇa
Ａs層１２とオーミック接触している。一方、上記メサ
部１１，１２近傍のｎ−ＧaＡs基板１０の表面上に、第
２の電極としてのｎ層電極１４が設けられている。

【００２９】この半導体発光素子は、ｐ層電極１５とｎ
層電極１４との間に電流を流すことにより、ｐ型半導体
層１２とｎ型半導体層１１との接合面１８から基板１０
の反対側の面１７を通して光Ｌを出射する。光出射面１
７に電極が存在しないので、従来に比して外部量子効率
を向上させ、輝度を高めることができる。

【００３０】図８，図９は、前述した式(１)、(２)にお
いて、ｐ−ＧaＡs層１２の抵抗率ρ、厚さｈ、および素
子の全電流値Ｉをパラメータとして、ｐｎ接合面１８で
の実効電流広がり幅Ｗａを計算した結果を示している。
なお、図８ではｐ層電極１５の電極幅Ｗoを２０μm、素
子の全電流値Ｉを２０mＡとし、図９ではｐ層電極１５
の電極幅Ｗoを２０μm、ｐ−ＧaＡs層１２の厚さｈを１
０μmとして計算している。これらの図から、ｐ−ＧaＡ
s層１２の抵抗率ρが大きいほど、また厚さｈが小さい
ほど、また素子の全電流値Ｉが大きいほど実効電流広が
り幅Ｗａは小さくなることがわかる。

【００３１】この半導体発光素子では、光出射面１７に
電極が存在しないことから、上記計算結果に基づいて実
効電流広がり幅Ｗａを小さく取って発光領域１８ａを狭
くすることができる。すなわち、この半導体発光素子で
は、ｐｎ接合面１８での実効電流広がり幅Ｗａを小さく
する目的で、ｐ−ＧaＡs層１２の厚さｈを５０μm以下
に設定している。また、ｐ−ＧaＡs層１２の抵抗率ρを
０．２Ωcm^-1以上に設定している。また、ｐ−ＧaＡs層
１２とｐ層電極１５との間にＳｉＯ₂膜１３を設けて、
ｐ−ＧaＡs層１２とｐ層電極１５とをコンタクト用開口
１３ａを通してのみ接触させることにより、式(１)にお
けるＷ₀の値自体を小さく設定している。この結果、発
光領域１８ａを従来に比して狭くして、いわゆる点発光
を実現することができる。

【００３２】図２(a)〜(d)は、上記半導体発光素子の作
製過程を示している。

【００３３】まず、同図(a)に示すように、ｎ−ＧaＡ
s基板１０の表面に、液相エピタキシャル成長法等の手
法により、ｎ−ＧaＡs層１１、ｐ−ＧaＡs層１２を順次
形成する。続いて、ｐ−ＧaＡs層１２の表面に、ＣＶＤ
法やスパッタ法等の手法により、ＳｉＯ₂膜１３を形成
する。フォトリソグラフィー等の手法により、ＳｉＯ₂
膜１３を部分的に除去してコンタクト用開口１３ａを形
成する。

【００３４】次に、同図(b)に示すように、コンタク
ト用開口１３ａ，１３ａの間の領域をｎ−ＧaＡs基板１
０に達するまでケミカルエッチングして、ＳｉＯ₂膜１
３、ｐ−ＧaＡs層１２、ｎ−ＧaＡs層１１を除去する。
これにより、ｎ−ＧaＡs基板１０の表面に分離溝１６を
設けて、ｐ−ＧaＡs層１２、ｎ−ＧaＡs層１１をチップ
単位に分離する。なお、このとき、ｐ−ＧaＡs層１２を
分離すれば良く、分離溝１６にｎ−ＧaＡs層１１を残し
ても良い。またケミカルエッチングの代わりに、ダイシ
ングソーで機械的に切削加工を施しても良い。

【００３５】次に、同図(c)に示すように、ＳｉＯ₂膜
１３上に、コンタクト用開口を通してｐ−ＧaＡs層１２
と接触するｐ層電極１５を形成するとともに、分離溝１
６内のｎ−ＧaＡs基板１０（または残したｎ−ＧaＡs層
１１）の表面にｎ層電極１４を形成する。この後、所定
の熱処理を施して、ｐ層電極１５とｐ型ＧaＡs層１２、
ｎ層電極１４とｎ−ＧaＡs基板１０（または残したｎ−
ＧaＡs層１１）とのオーミックコンタクトをとる。

【００３６】最後に、同図(d)に示すように、ダイシ
ングソーなどを用いてｎ−ＧaＡs基板１０を切断して
（切断箇所を１０ａで示す）、個々のチップに分割す
る。これにより、図１に示した半導体発光素子を得る。

【００３７】このように、この半導体発光素子は、図１
１に示した従来の半導体発光素子と異なり、ポリイミド
などの絶縁用樹脂を設けないので、通常の工程によって
簡単に作製することができる。

【００３８】なお、図３に示すように、ｎ層電極１４の
直下にｎ−ＧaＡs層１１′を設けて、ｐ層電極１５とｎ
層電極１４とを同じ高さに形成しても良い。この場合、
上記工程の後、例えば選択的エピタキシャル成長法な
どにより、分離溝１６内のｎ−ＧaＡs基板１０の表面に
ｎ−ＧaＡs層１１′を形成する。この後、上記工程か
らのプロセスを実施する。これにより、容易に作製する
ことができる。

【００３９】図４(a)，(b)は、図３に示した半導体発光
素子の光出射面１７にレンズ１９，２０ａを設けた例を
示している。図４(a)に示す半導体発光素子は、光出射
面１７に、例えばエピタキシャル成長法などの手法によ
り、半導体からなるレンズ１９を形成したものである。
一方、図４(b)に示す半導体発光素子は、光出射面１７
に、例えばガラス、プラスチックからなるレンズ部材２
０を搭載したものである。上述のように半導体発光素子
の発光領域を狭くしているので、レンズ１９、２０によ
って集光性を高めることができる。なお、レンズ１９、
レンズ部材２０は、光出射面１７に電極が存在しないこ
とから、容易に形成または搭載することができる。ま
た、レンズ１９、２０ａは半球レンズとして図示してい
るが、非球面レンズやフレネルレンズなどであっても良
い。

【００４０】なお、上記各半導体発光素子はＧaＡs系の
赤外発光素子としたが、当然ながら、これに限られるも
のではない。例えばＧaＰやＧaＡsＰ、ＧaＡlＡs等の他
の材料を採用しても良い。この場合も同様に、外部量子
効率を向上させて輝度を高めることができ、発光領域を
狭くしていわゆる点発光を実現することができる。ま
た、簡単に作製することができる。

【００４１】図５は、この発明の一実施例の光ファイバ
モジュール装置を示している。

【００４２】この光ファイバモジュール装置は、複数の
光ファイバ３１を一方向に並べてなる光ファイバアレイ
５０と、ライン状の半導体発光素子アレイ３０と、配線
電極３２，３３を有する配線基板４０とを備えている。
半導体発光素子アレイ３０は、図３に示した半導体発光
素子のｎ−ＧaＡs層１１，ｐ−ＧaＡs層１２を光ファイ
バ３１の数だけ一方向に同一ピッチで並べ、一端にｎ−
ＧaＡs層１１′を設けて構成されている。各層１２，１
１′の電極は半田バンプ３４になっている。また、配線
基板４０の配線電極３３，３２は、半導体発光素子アレ
イ３０の半田バンプ３４と対応して設けられている。す
なわち、配線電極３３は、半田バンプ３４と同一ピッチ
で並び、半導体発光素子アレイ３０の長手方向に対して
垂直に延びている。配線電極３２はｎ−ＧaＡs層１１′
に対応し、半導体発光素子アレイ３０の長手方向と平行
に延びている。

【００４３】半導体発光素子アレイ３０は、半田バンプ
３４を介して配線基板４０にフリップチップボンディン
グされ、電気的に接続される。このように半導体発光素
子アレイ３０をフリップチップとして用いることによっ
て、半導体発光素子アレイ３０と配線基板４０とを容易
に接続できる。この後、光ファイバアレイ５０が、半導
体発光素子アレイ３０の光出射面１７上に搭載される。
この結果、半導体発光素子アレイ３０の発光領域１８ａ
と光ファイバアレイ５０の光ファイバ３１とが、それぞ
れ１対１に光結合する。既に述べたように、半導体発光
素子アレイ３０の各発光領域１８ａは狭く形成されてい
るので、従来に比して光結合効率を高めることができ
る。

【００４４】また、図６(a)，(b)に示すように、半導体
発光素子アレイ３０の光出射面１７に、発光領域１８ａ
に対応して半球レンズ１９やフレネルレンズ１９′を設
けた場合、光ファイバ３１との光結合効率をさらに向上
できる。また、光ファイバ３１との位置合わせを容易に
行うことができる。なお、同図(c)に示すように、半導
体発光素子アレイの光出射面１７に、発光領域１８ａに
対応して光ファイバ３１との接続用の凹溝３５を形成し
た場合も、同様の効果を得ることができる。

【００４５】図７は、この発明の一実施例の半導体発光
素子ディスプレイ装置を示している。

【００４６】この半導体発光素子ディスプレイ装置は、
マトリクス状の半導体発光素子アレイ３０′と、走査用
電極３６，信号用電極３７を有する配線基板４０′とを
備えている。半導体発光素子アレイ３０′は、図５中に
示した半導体発光素子アレイ(但し、可視光発光のもの
に限る。)３０を平行に複数並ベて構成されている。ま
た、配線基板４０′の電極３７，３６は、半導体発光素
子アレイ３０′の半田バンプ３４と対応して設けられて
いる。すなわち、信号用電極３７は、各ライン３０の半
田バンプ３４と同一ピッチで並び、ライン３０の長手方
向に対して垂直に延びている。走査用電極３６は、各ラ
イン３０の端部のｎ−ＧaＡs層１１′に対応し、各ライ
ン３０の長手方向と平行に延びている。

【００４７】半導体発光素子アレイ３０′は、半田バン
プ３４を介して配線基板４０′にフリップチップボンデ
ィングされ、電気的に接続される。各半導体発光素子ア
レイ３０の電極がすべて片面側に設けられているので、
電極配線を簡単に行うことができる。すなわち、半導体
発光素子アレイ３０をフリップチップとして用いること
によって、図５の例と同様に、半導体発光素子アレイ３
０′と配線基板４０′とを容易に接続できる。したがっ
て、実装を容易に行うことができる。

【００４８】なお、半導体発光素子アレイ３０′の光出
射面１７には、高輝度化を目的としてレンズ等を設けて
も良い。

【００４９】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の半
導体発光素子は、電極がすべて半導体基板の一つの面側
に設けられ、この面と反対側の面から光が出射されるの
で、電極によって光が遮ぎられるようなことが無く、従
来の半導体発光素子（図１０）に比して外部量子効率を
改善でき、この結果、従来に比して輝度を高めることが
できる。また、電極によって光が遮られないことから、
第１の半導体層と第２の半導体層とがなす接合部（ｐｎ
接合面）での電流広がり幅を狭くして、発光領域を狭く
することができ、いわゆる点発光を実現できる。また、
内部構造として樹脂を含まないので、通常の工程によっ
て簡単に作製することができる。

【００５０】また、請求項２に半導体発光素子は、上記
第２の半導体層の厚さが５０μm以下に設定されている
ので、上記ｐｎ接合面での電流広がり幅を狭くして、発
光領域を狭くすることができる。

【００５１】また、請求項３の半導体発光素子は、上記
第２の半導体層の抵抗率が０．２Ωcm^-1以上に設定され
ているので、上記ｐｎ接合面での電流広がり幅を狭くし
て、発光領域を狭くすることかできる。

【００５２】また、請求項４の半導体発光素子は、上記
第２の半導体層と上記第１の電極との間に、コンタクト
用開口を有する絶縁層が設けられ、このコンタクト用開
口を通して上記第２の半導体層と上記第１の電極とが接
触しているので、電極幅を実質的に上記コンタクト用開
口の寸法に減じることができる。したがって、上記ｐｎ
接合面での電流広がり幅をさらに狭くでき、さらに発光
領域を狭くすることができる。

【００５３】また、請求項５の半導体発光素子は、上記
半導体基板の上記反対側の面（光出射面）で、光が出射
する箇所に、集光用のレンズが設けられている。しか
も、ｐｎ接合面での電流広がり幅を狭くした結果、発光
領域が狭くなっているので、レンズによる集光性を改善
でき、光ファイバに対する光結合効率を高めることがで
きる。また、ｐｎ接合面の発光領域と上記集光用レンズ
との位置合わせは、光出射面に直接レンズを設けること
により高精度になされる。したがって、光ファイバと組
み合わせる場合の光結合効率を高めることができる。

【００５４】また、請求項６に記載の光ファイバモジュ
ール装置は、半導体発光素子アレイと、この半導体発光
素子アレイと光結合する光ファイバアレイとを有し、上
記半導体発光素子アレイは、電極がすべて半導体基板の
一つの面側に設けられ、この面と反対側の面から光が出
射するので、電極によって光が遮ぎられるようなことが
無い。したがって、外部量子効率を改善でき、従来に比
して輝度を高めることができる。また、電極によって光
が遮られないことから、第１の半導体層と第２の半導体
層とがなす接合部（ｐｎ接合面）での電流広がり幅を狭
くして、発光領域を狭くすることができる。したがっ
て、集光性が良くして、光ファイバに対する光結合効率
を高めることができる。また、半導体発光素子アレイの
光出射面には電極が存在しないので、この光出射面に直
接レンズを設けたり、光ファイバとの接続用の凹溝を設
けることができる。このようにした場合、ｐｎ接合面の
発光領域と集光用レンズとの位置合わせを、容易に、か
つ高精度に行うことができる。したがって、さらに光結
合効率を高めることができる。

【００５５】また、請求項７に記載の半導体発光素子デ
ィスプレイ装置は、各半導体発光素子アレイの電極がす
べて半導体基板の一つの面側に設けられ、この面と反対
側（ディスプレイ面側）の面を通して光を出射するの
で、装置のディスプレイ面に電極の陰（暗い部分）が発
生することがない。したがって、高輝度を示すことがで
きる。また、第１，第２の電極に対する配線は、すべて
上記半導体基板の上記一つの面側で行われるので、電極
配線を簡単に行うことができる。また、各半導体発光素
子アレイの第２の電極を、それぞれ各半導体発光素子ア
レイの一端側に設けた場合、第２の電極は、上記半導体
基板を共通配線として用いて、電極配線のパターンが交
差しなくなり、この結果、電極配線をさらに簡単に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の半導体発光素子の断面
構造を示す図である。

【図２】上記半導体発光素子の作製過程を示す図であ
る。

【図３】上記半導体発光素子の変形例を示す図であ
る。

【図４】上記半導体発光素子のさらなる変形例を示す
図である。

【図５】この発明の一実施例の光ファイバモジュール
装置の構成を示す図である。

【図６】上記光ファイバモジュール装置の変形例を示
す図である。

【図７】この発明の一実施例の半導体発光素子ディス
プレイ装置の構成を示す図である。

【図８】電流広がり幅についての計算結果を示す図で
ある。

【図９】電流広がり幅についての計算結果を示す図で
ある。

【図１０】従来の半導体発光素子の断面構造を示す図
である。

【図１１】従来の半導体発光素子の断面構造を示す図
である。

【図１２】図１０に示した従来の半導体発光素子の動
作を説明する図である。

【符号の説明】

１０ｎ−ＧaＡs基板１１ｎ−ＧaＡs層１２ｐ−ＧaＡs層１３ＳｉＯ₂膜１４ｎ層電極１５ｐ層電極１６分離溝１７光出射面１８ｐｎ接合面１９,２０ａレンズ３０半導体発光素子アレイ３１光ファイバアレイ３２,３３配線電極３４バンプ３５凹溝３６走査用電極３７信号用電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ型またはｎ型のいずれかの導電型を持
つ半導体基板と、上記半導体基板の導電型と同一の導電型を持ち、上記半
導体基板の一つの面の所定領域に設けられた第１の半導
体層と、上記半導体基板の導電型と異なる導電型を持ち、上記第
１の半導体層上に積層された第２の半導体層と、上記第２の半導体層上に設けられた第１の電極と、上記第１，第２の半導体層の近傍に、上記半導体基板の
上記面に直接、または、上記半導体基板の導電型と同一
の導電型を持つ第３の半導体層を介して設けられた第２
の電極を備えて、上記第１の電極と第２の電極との間に通電されたとき、
上記第１の半導体層と第２の半導体層との接合部で発し
た光を、上記半導体基板の上記面と反対側の面を通して
出射するようにしたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】請求項１記載の半導体発光素子におい
て、上記第２の半導体層の厚さが５０μm以下に設定されて
いることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の半導体発光素
子において、上記第２の半導体層の抵抗率が０．２Ωcm^-1以上に設定
されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
半導体発光素子において、上記第２の半導体層と上記第１の電極との間に、コンタ
クト用開口を有する絶縁層が設けられ、このコンタクト
用開口を通して上記第２の半導体層と上記第１の電極と
が接触していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一つに記載の
半導体発光素子において、上記半導体基板の上記反対側の面で、上記光が出射する
箇所に、集光用のレンズが設けられていることを特徴と
する半導体発光素子。
【請求項６】半導体発光素子アレイと、この半導体発
光素子アレイと光結合する光ファイバアレイとを有し、上記半導体発光素子アレイは、ｐ型またはｎ型のいずれ
かの導電型を持つ半導体基板と、上記半導体基板の導電
型と同一の導電型を持ち、上記半導体基板の一つの面の
複数の領域に設けられた第１の半導体層と、上記半導体
基板の導電型と異なる導電型を持ち、上記第１の半導体
層上にそれぞれ積層された第２の半導体層と、上記第２
の半導体層上にそれぞれ設けられた第１の電極と、上記
第１，第２の半導体層の近傍に、上記半導体基板の上記
面に直接、または、上記半導体基板の導電型と同一の導
電型を持つ第３の半導体層を介して設けられた第２の電
極を備えて、上記第１の電極と第２の電極との間に通電
されたとき、上記第１の半導体層と第２の半導体層との
接合部で発した光を、上記半導体基板の上記面と反対側
の面を通して出射するようになっており、上記光ファイバアレイを構成する各光ファイバの一端
は、それぞれ上記半導体発光素子アレイの上記半導体基
板の上記反対側の面の光出射箇所に配されていることを
特徴とする光ファイバモジュール装置。
【請求項７】一方向に延びる半導体発光素子アレイを
平行に複数並べて配置したマトリクス状の半導体発光素
子ディスプレイ装置であって、上記半導体発光素子アレイは、ｐ型またはｎ型のいずれ
かの導電型を持ち一方向に延びる半導体基板と、上記半
導体基板の導電型と同一の導電型を持ち、上記半導体基
板の一つの面で一方向に並ぶ複数の領域に設けられた第
１の半導体層と、上記半導体基板の導電型と異なる導電
型を持ち、上記第１の半導体層上にそれぞれ積層された
第２の半導体層と、上記第２の半導体層上にそれぞれ設
けられた第１の電極と、上記第１，第２の半導体層の近
傍に、上記半導体基板の上記面に直接、または、上記半
導体基板の導電型と同一の導電型を持つ第３の半導体層
を介して設けられた第２の電極を備えて、上記第１の電
極と第２の電極との間に通電されたとき、上記第１の半
導体層と第２の半導体層との接合部で発した光を、上記
半導体基板の上記面と反対側の面を通して出射するよう
になっていることを特徴とする半導体発光素子ディスプ
レイ装置。