JPH10275931A

JPH10275931A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH10275931A
Application number: JP7867497A
Authority: JP
Inventors: Tomoiku Honjiyou; 智郁本城
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】半導体発光素子の発光パターンが発光部内で
ばらつき、半導体発光素子の発光強度の低下や劣化率が
高くなることを防止する。【解決手段】半導体基板上に一導電型を呈する半導体
層を設け２ａ、この一導電型を呈する半導体層上に、こ
の一導電型を呈する半導体層の一部が露出するように逆
導電型を呈する半導体層２ｂを設け、この一導電型を呈
する半導体層２ａに第１の電極４を接続して設けると共
に、前記逆導電型を呈する半導体層２ｂに第２の電極５
を接続して設けた半導体発光素子において、前記逆導電
型を呈する半導体層内に高抵抗層２ｃを介在させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
し、特にページプリンタ用感光ドラムの除電用光源など
に用いられる半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の半導体発光素子を図４及び図５に基づいて説明する。
図４は従来の半導体発光素子を用いた発光ダイオ一ドア
レイを示す図であり、図５は図４のＡ−Ａ線断面図であ
る。図４及び図５において、１１は半導体基板、１２は
島状半導体層、１３は島状半導体層１２上に形成された
保護膜、１４は島状半導体層１２に接続して形成された
個別電極、１５は半導体基板１１の裏面側に形成された
共通電極である。

【０００３】半導体基板１１は、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基
板などから成り、一導電型を呈する。島状半導体層１２
はガリウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などの化合
物半導体層などから成り、一導電型を呈する半導体層１
２ａと逆導電型を呈する半導体層１２ｂから成る。一導
電型を呈する半導体層１２ａと逆導電型を呈する半導体
層１２ｂの界面部分で半導体接合部が形成され、発光部
となる。島状半導体層１２上には、窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ_x）や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などから成る保護膜
１３が形成される。保護膜１３上には、例えば金（Ａ
ｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの個別電極１４が形成
され、保護膜１３に設けられたスルーホールを介して逆
導電型を呈する半導体層１２ｂに接続される。また、半
導体基板１１の裏面側のほぼ全面には金（Ａｕ）やクロ
ム（Ｃｒ）などから成る共通電極１５が形成されてい
る。

【０００４】このように構成された半導体発光素子で
は、個別電極１４から共通電極１５に向けて順方向に電
流を流すと一導電型を呈する半導体層１２ａに電子が注
入され、逆導電型を呈する半導体層１２ｂには正孔が注
入される。これらの少数キャリアの一部が多数キャリア
と発光再結合することによって光を生じる。また、例え
ばページプリンタ用感光ドラムの除電用光源として用い
る場合、半導体基板１１上に、島状半導体層１２と個別
電極１４から主として構成される半導体発光素子を列状
に多数形成して発光ダイオードアレイとし、多数の半導
体発光素子の個別電極１４に選択的に電流を流すことに
よって、多数の半導体発光素子を選択的に発光させる。

【０００５】ところが、上述のような従来の半導体発光
素子では、半導体基板１１の表面側に個別電極１４が形
成されると共に、半導体基板１１の裏面側に共通電極１
５が形成されることから、個別電極１４と共通電極１５
を別々の工程で形成して、別々の工程でパターニングし
なければならず、電極１４、１５の形成工程が煩雑であ
るという問題があった。また、半導体基板１１の表裏両
面に電極１４、１５があると、ワイヤボンディング法な
どで外部回路と接続する場合に、接続作業が困難である
という問題もあった。

【０００６】そこで本出願人は、特願平７−１９２８５
７号において、図６および図７に示すように、半導体基
板１１上の一導電型を呈する半導体層１２ａを逆導電型
を呈する半導体層１２ｂよりも大きく形成し、一導電型
を呈する半導体層１２ａの露出部分に共通電極１５を接
続して設けることを提案した。このように半導体基板１
１上に共通電極１５を設けると、半導体基板１１の同じ
側に電極１４、１５が位置することから、電極１４、１
５の形成工程が一工程となり、外部回路との接続作業も
容易になる。

【０００７】また、図６に示すように共通電極１５は隣
接する島状半導体層１２ごとに異なる群に属するように
二群に分けて設けられ、個別電極１４は隣接する島状半
導体層１２が同じ個別電極１４に接続されるように設け
られている。

【０００８】ところが、このような発光ダイオードで
は、図７に示すように、上層半導体層１２ｂと個別電極
１４との接続部から下層半導体層１２ａと共通電極１５
との接続部にかけて電流Ｉが一番強く流れ、一番強く発
光する。その結果、発光素子の中央部に発光が集中し、
電極１４の直下部での発光の割合が大きくなり、発光強
度が小さくなるという問題があった。

【０００９】また、発光素子の中央部に電流密度が集中
することによって、発光ダイオードの中央部の劣化が大
きくなり、発光素子全体としての発光強度が小さくなる
という問題があった。

【００１０】さらに、図８（ａ）（ｂ）に示すように、
発光部内において発光強度に分布が存在することから、
発光素子内において電流の流れに若干の変化が発生した
場合でも、発光素子に発光ばらつきを誘発すると共に、
発光素子の中央部に発光が集中すると、電極パターンの
若干の不良が発光強度に大きく影響して、発光強度が小
さくなるという問題があった。なお、図８（ａ）は図６
のＸ−Ｘ’線方向の発光強度分布を示し、図８（ｂ）は
図６のＹ−Ｙ’線方向の発光強度分布を示す。

【００１１】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて発明されたものであり、電流の流れが電極の直下
部に集中することを解消すると共に、発光素子の発光強
度の低下、発光素子の劣化、および発光ばらつきを解消
した半導体発光素子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体発光素子では、半導体基板上に
一導電型を呈する半導体層を設け、この一導電型を呈す
る半導体層上に、この一導電型を呈する半導体層の一部
が露出するように逆導電型を呈する半導体層を設け、こ
の一導電型を呈する半導体層と逆導電型を呈する半導体
層に電極をそれぞれ接続して設けた半導体発光素子にお
いて、前記逆導電型を呈する半導体層と前記電極が接続
される一導電型半導体層との間に高抵抗半導体層を設け
た。

【００１３】この高抵抗半導体層は、１×１０¹⁶ａｔｏ
ｍ／ｃｍ³までの逆導電型半導体不純物を含有すること
が望ましい。

【００１４】また、この高抵抗半導体層は、０．２〜１
μｍの厚みを有することが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導
体発光素子の一実施形態を示す図であり、図２は図１中
のＡ−Ａ線断面図である。図１及び図２において、１は
半導体基板、２は一導電型を呈する半導体層２ａと逆導
電型を呈する半導体層２ｂとで構成される島状半導体
層、３は島状半導体層２上に形成された保護膜、４は逆
導電型を呈する半導体層２ｂに接続して形成された第１
の電極、５は一導電型を呈する半導体層２ａに接続して
形成された第２の電極である。

【００１６】半導体基板１は、たとえばシリコン（Ｓ
ｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基
板などから成る。

【００１７】島状半導体層２は、一導電型を呈する半導
体層２ａと逆導電型を呈する半導体層２ｂから成る。一
導電型を呈する半導体層２ａは、例えば２μｍ程度の厚
みを有するガリウム砒素などから成るオーミックコンタ
クト層２２ａ、例えば０．４μｍ程度の厚みを有するア
ルミニウムガリウム砒素などから成るクラッド層２３ａ
から成る。オーミックコンタクト層２２ａは、例えばＺ
ｎやＣｄなどの半導体不純物を１×１０¹⁸〜１０²⁰ａｔ
ｏｍ／ｃｍ³程度含有する。また、クラッド層２３ａ
は、例えばＺｎやＣｄなどの半導体不純物を５×１０¹⁷
ａｔｏｍ／ｃｍ³程度含有する。なお、一導電型を呈す
る半導体層２ａの下部には、ガリウム砒素などから成る
バッファ層２１ａが形成されている。このバッファ層２
１ａは、半導体基板２１上に良質な半導体層２２ａ〜２
３ｂを形成するために設ける。

【００１８】また、オーミックコンタクト層２２ａとク
ラッド層２３ａとの間には、高抵抗半導体層２ｃが形成
されている。この高抵抗半導体層２ｃは、例えば０．２
〜１μｍ程度の厚みを有するガリウム砒素やアルミニウ
ムガリウム砒素などから成り、例えばＳ、Ｓｅ、Ｔｅ、
Ｇｅ、Ｓｉなどの半導体不純物を１×１０¹⁶ａｔｏｍ／
ｃｍ³程度しか含有させない。また、ＺｎやＳｒなどの
逆電型不純物を少量含有させて抵抗を高めるようにして
もよい。このように、逆導電型を呈する半導体層２ｂの
中に高抵抗半導体層２ｃを挿入することによって、図３
（ａ）（ｂ）に示すように、島状半導体層２内の抵抗の
ばらつきが小さくなり、このことにより発光素子内にお
ける電流の流れが均一に広がって、発光素子内での発光
ばらつきが小さくなる。なお、図３（ａ）は、図１中の
Ｘ−Ｘ’線方向の発光分布を示す図であり、図３（ｂ）
は、図１中のＹ−Ｙ’線方向の発光分布を示す図であ
る。この高抵抗半導体層２ｃの抵抗率は少なくともクラ
ッド層２３ａよりも大きいものであればよい。また、一
導電型半導体層２ａ内、高抵抗半導体層２ｃを設ける
と、この高抵抗半導体層２ｃは、半導体不純物ガスの種
類若しくは量を変えるだけでオーミックコンタクト層２
２ａに連続して形成でき、この高抵抗半導体層２ｃを設
けることによる製造肯定の煩雑化や肯定数の増加はな
い。

【００１９】逆導電型を呈する半導体層２ｂは、例えば
０．２〜１μｍ程度の厚みを有するアルミニウムガリウ
ム砒素などから成る発光層２１ｂ、例えば０．２〜１μ
ｍ程度の厚みを有するアルミニウムの組成比の大きいア
ルミニウムガリウム砒素などからなるクラッド層２２
ｂ、および１００Å程度の厚みを有するガリウム砒素な
どから成るオーミックコンタクト層２３ｂなどから成
る。発光層２１ｂは、例えばＳｉ、Ｓｅ、Ｓ、Ｇｅなど
の半導体不純物を５×１０¹⁸ａｔｏｍ／ｃｍ³程度含有
する。クラッド層２２ｂは、例えばＳｉやＳｅなどの半
導体不純物を１×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³程度含有す
る。オーミックコンタクト層２２ｂは、例えばＳｉやＳ
ｅなどの半導体不純物を２×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³程
度含有する。

【００２０】一導電型を呈する半導体層２ａ（２３ａ）
と逆導電型を呈する半導体層２ｂ（２１ｂ）の界面部分
で半導体接合部が形成され、発光部となる。なお、クラ
ッド層２３ａと２２ｂは、発光再結合するための電子と
正孔を発光層２１ｂ内に閉じ込めて発光強度を高めるた
めに設ける。

【００２１】この島状半導体層２は、ＭＯＣＶＤ（有機
金属化学気相成長）法などで形成される。すなわち、半
導体基板１表面の自然酸化膜を８００〜１０００℃の高
温で加熱することによって除去し、４５０℃以下の低温
で核となるアモルファスガリウム砒素をＭＯＣＶＤ法な
どで０．１〜２μｍ程度の厚みに成長させた後、５００
〜７００℃まで昇温して再結晶化し、ガリウム砒素単結
晶を成長させる（二段階成長法）。島状半導体層２を例
えばＭＯＣＶＤ法で形成する場合、原料としてはトリメ
チルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）やアルシン（ＡｓＨ
₃）などが用いられる。次に、温度サイクル法などのポ
ストアニールを行う。アルミニウムガリウム砒素層を形
成する場合は、トリメチルガリウムやアルシンに加え
て、アルミニウムの原料としてトリメチルアルミニウム
などが用いられる。

【００２２】このような島状半導体層２は、半導体基板
１上の全面もしくは一部に一導電型を呈する半導体層２
ａと逆導電型を呈する半導体層２ｂを形成して、島状に
エッチングし、さらに一導電型を呈する半導体層２ａの
一部が露出するように、逆導電型を呈する半導体層をエ
ッチングすることによって形成される。

【００２３】島状半導体層２上には、窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ_x）や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などから成る保護
膜３が形成される。この保護膜３はプラズマＣＶＤ法な
どで厚み０．１〜１μｍ程度に形成される。

【００２４】一導電型を呈する半導体層２ａには、保護
膜３のスルーホールを介して第２の電極５が接続して形
成され、逆導電型を呈する半導体層２ｂには、保護膜に
形成されたスルーホールを介して第１の電極４が接続し
て形成される。なお、第１の電極４および第２の電極５
は、例えば金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム
（Ｃｒ）などで形成され、真空蒸着法や電子ビーム蒸着
法などで形成される。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子によれば、逆導電型を呈する半導体層と電極が接続
される一導電型半導体層との間に高抵抗半導体層を設け
たことから、発光素子内での局所的な抵抗のばらつきが
小さくなり、そのことによって電流の流れが均一になっ
て発光部内での発光ばらつきを抑えることができる。ま
た、発光素子内の広い範囲にわたって電流が流れること
から、発光素子の局所的な劣化と電極で遮られることに
よる発光強度の低下も極力低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示
す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明に係る半導体発光素子の発光パターンを
示す図である。

【図４】従来の半導体発光素子を示す図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】従来の他の半導体発光素子を示す断面図であ
る。

【図７】従来の他の半導体発光素子を示す平面図であ
る。

【図８】従来の他の半導体発光素子における発光パター
ンを示す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、２・・・島状半導体層、３・・・
保護膜、４・・・第１の電極、５・・・第２の電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に一導電型を呈する半導体
層を設け、この一導電型を呈する半導体層上に、この一
導電型を呈する半導体層の一部が露出するように逆導電
型を呈する半導体層を設け、この一導電型を呈する半導
体層と逆導電型を呈する半導体層に電極をそれぞれ接続
して設けた半導体発光素子において、前記逆導電型を呈
する半導体層と前記電極が接続される一導電型半導体層
との間に高抵抗半導体層を設けたことを特徴とする半導
体発光素子。
【請求項２】前記高抵抗半導体層が１×１０¹⁶ａｔｏ
ｍ／ｃｍ³までの一導電型半導体不純物を含有すること
を特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記高抵抗半導体層が０．２〜１μｍの
厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体
発光素子。