JPH08204229A

JPH08204229A - 端面発光型ｌｅｄとその製造方法

Info

Publication number: JPH08204229A
Application number: JP859995A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fujiwara; 博之藤原; Masaharu Nobori; 正治登; Kazuyuki Shiyou; 一超蒋; Masumi Koizumi; 真澄小泉
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】発光取り出し面の大きな端面発光型ＬＥＤを
簡易に製造することのできる製造方法と、これによって
得られた端面発光型ＬＥＤを提供する。【構成】第１導電型の半導体下地１１と、これの角部
に形成された切欠部１２と、切欠部１２の表層部に第２
導電型の不純物が導入されて形成された不純物領域１３
と、不純物領域１３に接続する電極１５と、半導体下地
１１に接続する電極１７とを備えた端面発光型ＬＥＤ。
第１導電型の半導体下地１１をエッチングして溝状の凹
部２９を形成する工程と、凹部２９内に不純物領域１３
ａを形成する工程と、半導体下地１１上に絶縁膜１９を
形成する工程と、凹部２９の両側にて不純物領域１３ａ
に接続する電極部１５を形成する工程と、半導体下地１
１の裏面に電極１７を形成する工程と、半導体下地１１
を、凹部２９の底面部にてその長さ方向に沿って切断す
る工程とを備えた端面発光型ＬＥＤの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真プリン
タの光源となるＬＥＤプリンタヘッドに用いられるＬＥ
Ｄアレイとして好適な、端面発光型ＬＥＤ（Light Emit
ting Diode）とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤアレイは、例えば電子写真方式の
プリンタ用の光源などとして広く用いられている。この
ＬＥＤアレイには、その一つのタイプとして端面発光型
ＬＥＤアレイと称されるものがあり、このような端面発
光型ＬＥＤアレイについては、例えば特開平２−１２５
７６５号公報（以下、公報１と称する）、特開平５−３
１９５５号公報（以下、公報２と称する）に開示された
技術が知られている。

【０００３】公報１においては、その第３頁左上欄に、
Ｎ電極、Ｎ−ＧａＡｓ層（バッファ層）、Ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層、Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層、絶縁膜およびＰ電極が積
層された構成の半導体ウェハをダイシングすることによ
り、図４に示すようにＮ電極４１、Ｎ−ＧａＡｓ層（バ
ッファ層）４２、Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層４３、Ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ層４４、絶縁膜４５、Ｐ電極４６が積層され、Ｎ
−ＡｌＧａＡｓ層４３とＰ−ＡｌＧａＡｓ層４４とのへ
き開面から線状発光する構造の端面発光型ＬＥＤアレイ
４０が得られるとした技術が開示されている。

【０００４】また、公報２においては、その第５頁の右
欄第３１〜第３２行目に、ダブルヘテロ構造を有する半
導体ウェハに、端面発光部を作製する際、塩素系ガスを
用いたドライエッチング法により行う点が記載されてお
り、このようなドライエッチングにより、図５に示すよ
うに第１導電型電極５１、第１導電型基板５２、第１導
電型クラッド層５３、活性層５４、第２導電型クラッド
層５５、キャップ層５６、第２導電型電極５７が積層さ
れ、活性層５４が発光部となる構造の発光装置が得られ
るとした技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の端面発光型ＬＥＤアレイにおいては以下に述べ
る不都合がある。公報１に開示されたＬＥＤアレイでは
Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層４４が発光層に相当し、公報２に開
示されたＬＥＤアレイではダブルヘテロ構造を構成する
第１導電型クラッド層５３、活性層５４、第２導電型ク
ラッド層５５のうちの活性層５４が発光層に相当してい
るが、いずれのものにあっても発光取り出し面の面積が
最大でも発光層の厚さと幅との積で規定されてしまう。
したがって、ＬＥＤ全体のコンパクト性を維持しつつ十
分に大きな発光取り出し面を得るためには、発光層の形
成において例えば不純物の拡散深さを多くとる必要があ
る。しかし、このように拡散深さを多くとるためには、
不要な部分にまで不純物が拡散するのを防止するなどの
制御が必要となり、結果としてそのコストの高騰や製造
の困難化を招いてしまうのである。

【０００６】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、発光取り出し面の大きな
端面発光型ＬＥＤを簡易に製造することのできる製造方
法と、これによって得られた端面発光型ＬＥＤを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の端面発光型ＬＥ
Ｄでは、ＰＮ接合を有する発光素子部を備えた端面発光
型ＬＥＤであって、第１導電型の半導体下地と、この半
導体下地における端面側の角部に形成された切欠部と、
前記切欠部の表層部に第２導電型の不純物が導入されて
形成された不純物領域と、前記不純物領域に接続し、か
つ前記半導体下地と絶縁した状態で該半導体下地上に形
成された電極と、前記半導体下地に接続して形成された
電極とを具備してなることを前記課題の解決手段とし
た。

【０００８】本発明の端面発光型ＬＥＤ製造方法では、
第１導電型の半導体下地を用意するとともに、この半導
体下地の表層部をエッチングして溝状の凹部を形成する
工程と、前記凹部の内面に第２導電型の不純物を導入し
て不純物領域を形成する工程と、前記半導体下地上に、
前記不純物領域が露出した状態となるように絶縁膜を形
成する工程と、前記絶縁膜上でかつ前記凹部の両側に
て、前記不純物領域に接続する電極部を該凹部のそれぞ
れの側で独立して形成する工程と、前記半導体下地の裏
面に該半導体下地に接続する電極を形成する工程と、前
記半導体下地を、前記凹部の底面部にて該凹部の長さ方
向に沿って切断する工程とを備えてなることを前記課題
の解決手段とした。

【０００９】

【作用】本発明の端面発光型ＬＥＤによれば、半導体下
地の端面に形成された切欠部に不純物領域が形成され、
該不純物領域と前記半導体下地との間でＰＮ接合が形成
されているので、この切欠部が発光層として機能するこ
とによってその切欠面全体が発光取り出し面となり、し
たがって該発光取り出し面が大面積のものとなる。

【００１０】本発明の端面発光型ＬＥＤの製造方法によ
れば、半導体下地に溝状の凹部を形成し、この凹部の内
面に不純物を導入して不純物領域を形成し、その後該凹
部の底面にて半導体下地を切断するので、切断後得られ
る端面発光型ＬＥＤはその発光層となる不純物領域が、
前記凹部の内側面および底部の切断面によって構成され
ることになる。したがって、不純物導入の際、特に拡散
深さを多くとるといったことをしなくても発光取り出し
面が大面積のものとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面を利用して詳しく説明す
る。図１、図２（ａ）、（ｂ）は本発明の端面発光型Ｌ
ＥＤを端面発光型ＬＥＤアレイに適用した場合の一実施
例を示す図であり、これらの図において符号１０は端面
発光型ＬＥＤアレイ（以下、ＬＥＤアレイと略称す
る）、１１はＮ型（第１導電型）の半導体下地１１であ
る。

【００１２】半導体下地１１は、Ｎ型のガリウム・ヒ素
（ＧａＡｓ）基板と、このＮ型ＧａＡｓ基板上にエピタ
キシャル成長させたＮ型のガリウム・ヒ素・リン（Ｎ型
ＧａＡｓＰ）層とから構成されたものである。この半導
体下地１１には、図１に示すようにその一方の端面１１
ａ側の角部に切欠部１２が形成されている。切欠部１２
は、半導体下地１１の上面と端面とからなる角部が切り
欠かれて形成されたもので、半導体下地１１の上面より
下面側に向かう傾斜面１２ａと、この傾斜面１２ａより
半導体下地１１の端面１１ａに向かう面１２ｂとから形
成されたものである。ここで、傾斜面１２ａは、下方に
向かうに連れて漸次端面１１ａ側に向かうよう傾斜して
形成されたものとなっており、一方面１２ｂは、半導体
下地１１の上面とほぼ平行に形成されたものとなってい
る。

【００１３】また、半導体下地１１には、その切欠部１
２における表層部に発光部となる不純物領域１３が形成
されている。この不純物領域１３は、Ｐ型（第２導電
型）不純物が導入され、さらに気相拡散法等により前記
半導体下地１１表層部中に拡散処理されて形成されたも
のであり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように所定間隔、
すなわ発光素子部（ＬＥＤ）の配列ピッチに対応した間
隔をおいて複数形成されたものである。導入されたＰ型
不純物としては、この例では亜鉛（Ｚｎ）が用いられて
おり、これが拡散されたことによって不純物領域１３は
Ｐ型ＧａＡｓＰ層となっている。なお、この不純物領域
１３は、図１に示したように切欠部１２の表層部のみで
なく、該切欠部１２の傾斜面側においては半導体下地１
１の上面側表層にまで不純物が入り込んで形成されたも
のとなっている。

【００１４】また、半導体下地１１の上面には、図１に
示すように拡散防止膜２１が形成されている。この拡散
防止膜２１は、後述する製造工程において必要とされた
ものであり、厚さが５０〜２００ｎｍ程度に形成された
アルミナ膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜等からなるもので
ある。さらに、この拡散防止膜２１上、および該拡散防
止膜２１に覆われない部分の半導体下地１１上には絶縁
膜１９が形成されている。この絶縁膜１９は、半導体下
地１１と後述するＰ側電極との間を絶縁するためのもの
であり、厚さが５０〜１００ｎｍ程度に形成されたアル
ミナ膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜等からなるものであ
る。

【００１５】また、この絶縁膜１９上には、図２
（ａ）、（ｂ）に示すように前記不純物領域１３…のそ
れぞれに対応して複数のＰ側電極１５が形成されてい
る。これらＰ側電極１５…は、いずれも図１に示すよう
にその一部が、半導体下地１１の上面にて前記不純物領
域１３に接続し、これに導通した状態に形成されたもの
となっている。一方、半導体下地１１の裏面上には、該
半導体下地１１に導通してＮ側電極１７が形成されてい
る。Ｐ側電極１５を形成材料としては、Ｐ型ＧａＡｓＰ
層からなる不純物領域１３との間でオーミックコンタク
トがとれる材料であればよく、この例ではアルミニウム
が用いられている。同様に、Ｎ側電極１７についても、
半導体下地１１との間でオーミックコンタクトがとれる
材料であればよく、この例では金合金が用いられてい
る。

【００１６】そして、このような構成によって本実施例
のＬＥＤアレイ１０は、半導体下地１１と不純物領域１
３とでＰＮ接合を形成し、さらにこれらにそれぞれ電極
１５、１７を接続したことにより、各不純物領域１３毎
に独立した発光素子部を形成した端面発光型ＬＥＤアレ
イとなっている。

【００１７】次に、このような構成のＬＥＤアレイ１０
の製造方法に基づき、本発明の端面発光型ＬＥＤの製造
方法を図３（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。まず、
図３（ａ）に示すように、Ｎ型（第１導電型）の半導体
下地１１を用意し、この半導体下地１１の表面上にホト
レジスト等からなるエッチングマスク２７を所定パター
ンに形成し、続いてこのエッチングマスク２７を用いて
エッチングを行い、図３（ｂ）に示すように半導体下地
１１の表層部に溝状の凹部２９を形成し、その後エッチ
ングマスク２７を除去する。エッチングマスク２７のパ
ターンとしては、溝状凹部２９を形成するべく、所定幅
の開口部を直線的に形成し、これ以外の領域は半導体下
地１１を覆うパターンとされる。

【００１８】また、エッチングについては、リン酸系あ
るいはクエン酸系のエッチング液で行う。例えば、５０
重量％のクエン酸水溶液〔C₃H₄ (OH)(C00H)₃・H₂O 〕と
過酸化水素水とを所定の混合比で混合してなる液が、ク
エン酸系のエッチャントとして使用される。凹部２９の
深さについては、後述するようにこの凹部２９が切断さ
れることによって図１に示した切欠部１２が形成され、
したがって該凹部２９の内側面が不純物領域１３からな
る発光層の大半を構成する部分となるので、得られるＬ
ＥＤアレイ１０がＬＥＤプリンタヘッド等に実装された
際、発光したＬＥＤアレイからの光が集光性ロッドレン
ズアレイを経て記録媒体に結像したとき、得られる像が
円に近くなるような深さとする。例えば、３００ｄｐｉ
の解像度であれば５〜４０μｍ程度の深さにする。な
お、本実施例では、図３（ｂ）に示すように凹部２９の
両側面を順テーパ状となるようにエッチングしたが、垂
直面となるようにエッチングしてもよい。また、この凹
部２９は、後述する切断工程における切断ラインとなる
ものであり、したがってその底面の幅が切断幅より大き
くなるように形成する。

【００１９】次いで、図３（ｃ）に示すように半導体下
地１１の、前記凹部２９以外の所定位置に拡散防止膜２
１を所定パターンに形成する。この拡散防止膜２１は、
後述するようにＰ型不純物をＮ型半導体下地１１に導入
する際、所定領域以外に拡散するのを防止するためのも
のであり、公知の成膜方法、例えば蒸着法、スパッタ法
あるいはＣＶＤ法などによって成膜され、さらにホトリ
ソグラフィ技術、エッチング技術によってパターニング
される。拡散防止膜２１のパターンについては、半導体
下地１１の、Ｐ型不純物を直接導入しない位置に略対応
したパターンとされる。すなわち、この例では、凹部２
９を挟んでその両側で、かつ図２（ａ）に示したごとく
隣合う不純物領域１３、１３間に対応する位置に拡散防
止膜２１がパターニングされる。

【００２０】次いで、該拡散防止膜２１および半導体下
地１１上（すなわち凹部内面上）に、拡散制御膜２５を
公知の成膜方法によって形成する。拡散制御膜２５は、
例えばアルミナ膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜、ＰＳＧ
（Phospho-Silicate Glass）膜等からなるもので、その
膜厚は例えば１０〜２０ｎｍ程度の範囲とされる。次い
で、半導体下地１１の前記凹部２９内に、拡散制御膜２
５を通してＰ型（第２導電型）不純物を導入する。導入
するＰ型不純物としては、前述したように亜鉛（Ｚｎ）
が用いられる。そして、導入した不純物（Ｚｎ）を例え
ば気相拡散法によって凹部２９表層部中に拡散させるこ
とにより、Ｐ型ＧａＡｓＰ層からなる不純物領域１３ａ
を複数形成する。なお、ここで形成される一つの不純物
領域１３ａは、後述するようにＬＥＤアレイ１０の２個
分の不純物領域となるものであり、後に分離されて図１
に示した不純物領域１３となるものである。

【００２１】次いで、半導体下地１１の全面に公知の成
膜方法によって絶縁膜を形成し、さらにこの絶縁膜を公
知のホトリソグラフィ技術、エッチング技術によってパ
ターニングし、図３（ｄ）に示すように凹部２９の両
側、すなわち不純物領域１３ａの両側にそれぞれ絶縁膜
１９、１９を形成する。このとき、同時に拡散制御膜２
５もエッチングされ、絶縁膜１９と同形状に形成され
る。次いで、凹部２９の両側に、すなわち絶縁膜１９、
１９の上に、前記不純物領域１３ａにそれぞれ独立して
接続するＰ側電極１５、１５を、公知の成膜方法および
微細加工技術によって形成する。なお、これらＰ側電極
１５、１５の形成においては、その一部、すなわち凹部
２９側が直接半導体下地１１に接続し、これによって不
純物の拡散により該箇所にまで不純物が入り込んで形成
されて不純物領域１３ａと直接接続するようにする。

【００２２】また、これとは別に、図３（ｅ）に示すよ
うに半導体下地１１の裏面にＮ側電極１７を形成する。
このＮ側電極１７の形成については、特性向上のため予
め半導体下地１１の裏面を研磨しておき、この研磨面に
Ｎ側電極１７を形成してもよい。その後、半導体下地１
１を、前記凹部２９の底面部にて該凹部２９の長さ方向
に沿って切断し、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示したＬ
ＥＤアレイ１０を一対得る。なお、この切断において
は、図３（ｅ）に示したように凹部２９の底面の幅ｗ１
より狭い切断幅ｗ２で行うのは前述したとおりである。
また、図１においては、拡散制御膜２５についての図示
を省略している。

【００２３】このようにして得られたＬＥＤアレイ１０
にあっては、凹部２９がその底面部にて切断されること
によって図１に示した切欠部１２が形成され、該切欠部
１２に不純物領域１３が形成されたものとなる。したが
って、該不純物領域１３と半導体下地１１との間でＰＮ
接合が形成されるので、この切欠部１２が発光層として
機能することによってその切欠面全体が発光取り出し面
となり、これによって該発光取り出し面が大面積のもの
となることから、発光効率の高いものとなる。

【００２４】また、このような製造方法にあっては、半
導体下地１１に溝状の凹部２９を形成し、この凹部２９
の内面に不純物を導入して不純物領域１３ａを形成し、
その後該凹部２９の底面にて半導体下地１１を切断する
ので、切断後得られるＬＥＤアレイ１０はその発光層と
なる不純物領域１３が、前記凹部２９の内側面および底
部の切断面によって構成されることになる。したがっ
て、不純物導入の際、特に拡散深さを多くとるといった
ことをしなくても発光取り出し面を大面積のものにする
ことができる。なお、前記実施例では第１導電型として
Ｎ型を、第２導電型としてＰ型を選択してＰＮ接合を形
成したが、これらを逆にしてもよいのはもちろんであ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の端面発光型
ＬＥＤは、半導体下地の端面に形成された切欠部に不純
物領域が形成され、該不純物領域と前記半導体下地との
間でＰＮ接合が形成されたものであるから、この切欠部
が発光層として機能することによってその切欠面全体が
発光取り出し面となり、したがって該発光取り出し面が
大面積のものとなって発光効率の高いものとなる。

【００２６】本発明の端面発光型ＬＥＤの製造方法は、
半導体下地に溝状の凹部を形成し、この凹部の内面に不
純物を導入して不純物領域を形成し、その後該凹部の底
面にて半導体下地を切断し、同時に端面発光型ＬＥＤを
一対得る方法であり、得られる端面発光型ＬＥＤの発光
層となる不純物領域を、前記凹部の内側面および底部の
切断面によって形成する方法である。したがって、不純
物導入の際、特に拡散深さを多くとることなく浅い拡散
によっても発光取り出し面を十分大面積のものにするこ
とができ、これにより拡散工程が簡略化されることによ
って製造コストの低減化が可能となる。また、拡散深さ
を変えてもこれによって発光取り出し面の大面積化が損
なわれないので、拡散深さを最適化することが可能とな
り、したがって得られる端面発光型ＬＥＤの発光効率を
上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における端面発光型ＬＥＤの一実施例の
概略構成を示す要部側断面図である。

【図２】（ａ）は図１に示した端面発光型ＬＥＤの拡大
平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印方向に見た場合の拡大正
面図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の製造方法を工程順に
説明するための要部側断面図である。

【図４】従来の端面発光型ＬＥＤの一例を示す要部斜視
図である。

【図５】従来の端面発光型ＬＥＤの他の例を示す要部側
断面図である。

【符号の説明】

１０端面発光型ＬＥＤアレイ１１Ｎ型（第１導電型）の半導体下地１２切欠部１３、１３ａ不純物領域１５Ｐ側電極１７Ｎ側電極１９絶縁膜２１拡散防止膜２９凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小泉真澄東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＮ接合を有する発光素子部を備えた端
面発光型ＬＥＤであって、第１導電型の半導体下地と、この半導体下地における端面側の角部に形成された切欠
部と、前記切欠部の表層部に第２導電型の不純物が導入されて
形成された不純物領域と、前記不純物領域に接続し、かつ前記半導体下地と絶縁し
た状態で該半導体下地上に形成された電極と、前記半導体下地に接続して形成された電極とを具備して
なることを特徴とする端面発光型ＬＥＤ。
【請求項２】ＰＮ接合を有する発光素子部を備えた端
面発光型ＬＥＤの製造方法であって、第１導電型の半導体下地を用意するとともに、この半導
体下地の表層部をエッチングして溝状の凹部を形成する
工程と、前記凹部の内面に第２導電型の不純物を導入して不純物
領域を形成する工程と、前記半導体下地上に、前記不純物領域が露出した状態と
なるように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上でかつ前記凹部の両側にて、前記不純物領
域に接続する電極部を該凹部のそれぞれの側で独立して
形成する工程と、前記半導体下地の裏面に該半導体下地に接続する電極を
形成する工程と、前記半導体下地を、前記凹部の底面部にて該凹部の長さ
方向に沿って切断する工程と、を備えてなることを特徴
とする端面発光型ＬＥＤの製造方法。