JPH11135837A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の長手方向の端面側に島状半導体層の順
メサ部が位置することに起因して装置が大型化したり、
印画品質が劣化するという問題があった。 【解決手段】 基板１上に一方の対向する壁面が順メサ
構造で他の対向する壁面が逆メサ構造を有する一導電型
半導体層２と逆導電型半導体層３が積層された島状半導
体層を列状に配置して、上記一導電型半導体層２に共通
電極５を接続して設けると共に、上記逆導電型半導体層
３に個別電極４を接続して設けた半導体発光装置であっ
て、前記複数の島状半導体層２、３を上記順メサ構造の
壁面Ｙが向かい合うように上記基板１上に配置した。

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装置に関
し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源など
に用いられる半導体発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
半導体発光装置を図７および図８に示す。図８は、図７
のＡ−Ａ線断面図である。図７および図８において、２
１は半導体基板、２２は島状半導体層、２３は一導電型
半導体層、２４は逆導電型半導体層、２５は個別電極、
２６は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１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
板などから成る。島状半導体層２２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、一導電型半導体層２３と逆導電型半導体層２４
から成る。一導電型半導体層２３と逆導電型半導体層２
４の界面部分で半導体接合部が形成される。この島状半
導体層２２は、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成
長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法でガリ
ウム砒素やアルミニウムガリウム砒素などから成る単結
晶半導体層を形成した後に、メサエッチングなどによっ
て形成される。

【０００４】島状半導体層２２の表面部分には、例えば
窒化シリコン膜（ＳｉＮ_x ）などから成る保護膜２７が
形成されており、この保護膜２７上には、例えば金（Ａ
ｕ）などから成る個別電極２５が形成されている。この
個別電極２５は、保護膜２７に形成されたスルーホール
Ｃを介して逆導電型半導体層２４に接続されており、逆
導電型半導体層２４の上面部分から壁面部分を経由し
て、半導体基板２１の端面近傍まで、隣接する島状半導
体層２２ごとに交互に他の端面側に延在するように形成
されている。また、半導体基板２１の裏面側のほぼ全面
には共通電極２６が形成されている。

【０００５】島状半導体層２２、個別電極２５および共
通電極２６で個々の発光ダイオードが構成され、この発
光ダイオードは半導体基板２１上に一列状に並ぶように
形成される。この場合、例えば個別電極２５が発光ダイ
オードのアノード電極となり、共通電極２６がカソード
電極となる。なお、個別電極２５はその広幅部分におい
て外部回路とボンディングワイヤ（不図示）などで接続
される。

【０００６】このような半導体発光装置では、例えば個
別電極２５から共通電極２６に向けて順方向に電流を流
すと、逆導電型半導体層２４には電子が注入され、一導
電型半導体層２３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、列状に形成された発光ダイオ
ードのいずれかの個別電極２５を選択して電流を流して
発光させることにより、例えばページプリンタ用感光ド
ラムの露光用光源として用いられる。

【０００７】ところが、この従来の半導体発光装置で
は、半導体基板２１の表面側に形成した島状半導体層２
２上に、個別電極２５を設けると共に、半導体基板２１
の裏面側に共通電極２６を設けていることから、個別電
極２５と共通電極２６の形成工程が二回になり、製造工
程が煩雑になるという問題があった。また、個別電極２
５と共通電極２６が半導体基板２１の表裏両面にある
と、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接続
する際に、その接続作業が困難であるという問題もあっ
た。

【０００８】そこで、本出願人は特願平７−１９２８５
７号において、図９および図１０に示すように、半導体
基板２１上に、一導電型半導体層２３と逆導電型半導体
層２４を一導電型半導体層２３よりも逆導電型半導体層
２４が小面積となるように設けると共に、この一導電型
半導体層２３の露出部分に共通電極２６（２６ａ、２６
ｂ）を接続して設け、逆導電型半導体層２４に個別電極
２５を接続して設けることを提案した。

【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に個別電極２５と共通電極２６（２６ａ、２６
ｂ）を設けることができ、個別電極２５と共通電極２６
（２６ａ、２６ｂ）を一回の工程で同時に形成できるこ
とから、発光ダイオードアレイの製造工程が簡略化され
ると共に、個別電極２５と共通電極２６（２６ａ、２６
ｂ）が半導体基板２１の同じ側に位置することから、ワ
イヤーボンディング法などによる外部回路との接続作業
も容易になる。なお、図１０中、２７は窒化シリコン膜
などから成る保護膜である。

【００１０】また、図９に示すように、共通電極２６
（２６ａ、２６ｂ）は隣接する島状半導体層２２ごとに
異なる群に属するように二群に分けて設けられ、隣接す
る島状半導体層２２が同じ個別電極２５に接続されてい
る。

【００１１】このように共通電極２６（２６ａ、２６
ｂ）を二群に分けて設け、隣接する島状半導体層２２が
同じ個別電極に接続されるように個別電極２５を設ける
と、発光ダイオードを高精細化させても、これら個別電
極２５と外部回路との接続箇所が少なくなり、接続面積
を大きくとることができるという利点がある。

【００１２】このような発光ダイオードアレイでは、個
別電極２５と共通電極２６（２６ａ、２６ｂ）の組み合
わせを選択して電流を流すことによって、各発光ダイオ
ードを選択的に発光させることができる。

【００１３】ところが、この従来の半導体発光装置で
は、島状半導体層２２は、基板２１の長手方向の端面Ｘ
（図９参照）が順メサで、短手方向の端面Ｙが逆メサと
なるような構造になっていることから、半導体層２２か
ら個別電極２５を基板２１の長手方向の端面側に引き出
しており、基板２１の長手方向の端面側に電極２５、２
６を引き出すために大きな面積が必要であり、発光装置
が大型化するという問題があった。

【００１４】また、従来の半導体発光装置では、島状半
導体層２２は、基板２１の長手方向の端面Ｘが順メサで
短手方向の端面Ｙが逆メサとなるような構造になってい
ることから、島状半導体層２２の配列方向の壁面Ｙ部分
を個別電極２５で被覆することは困難であり、この島状
半導体層２２の配列方向の壁面Ｙ部分から光漏れが発生
して印画品質が劣化する原因になるという問題があっ
た。

【００１５】本発明はこのような従来装置の問題点に鑑
みてなされたものであり、基板の長手方向の端面側に島
状半導体層の順メサ部が位置することに起因して発生す
る装置の大型化と印画品質の劣化を解消した半導体発光
装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【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装置では、基板上に一方の
対向する壁面が順メサ構造で他の対向する壁面が逆メサ
構造を有する一導電型半導体層と逆導電型半導体層とが
積層された島状半導体層を列状に配置して、前記一導電
型半導体層に共通電極を接続して設けると共に、前記逆
導電型半導体層に個別電極を接続して設けた半導体発光
装置において、前記複数の島状半導体層を前記順メサ構
造の壁面が向かい合うように前記基板上に配置した。

【００１７】また、本発明に係る半導体発光装置では、
前記島状半導体層の順メサ部の壁面の一部が前記個別電
極で被覆されていることが望ましい。

【００１８】さらに、本発明に係る半導体発光装置で
は、前記島状半導体層のうち、隣接する島状半導体層の
逆導電型半導体層同志が同じ個別電極に接続され、この
同じ個別電極に接続された逆導電型半導体層下部の一導
電型半導体層が異なる共通電極に接続されていることが
望ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明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装置の
一実施形態を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【００２０】図１ないし図３において、１は基板、２は
一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は個別電
極、５は共通電極、６は絶縁膜である。

【００２１】基板１はシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素
（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基板やサファイア（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導
体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７
°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイア
の場合、Ｃ面基板が好適に用いられる。

【００２２】一導電型半導体層２は、バッファ層２ａ、
オーミックコンタクト層２ｂ、発光層２ｃで構成され
る。バッファ層２ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成さ
れ、オーミックコンタクト層２ｂは０．０１〜０．１μ
ｍ程度の厚みに形成され、クラッド層２ｃは０．２〜
０．４μｍ程度の厚みに形成される。

【００２３】バッファ層２ａとオーミックコンタクト層
２ｂはガリウム砒素などで形成され、発光層２ｃはアル
ミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコ
ンタクト層２ｂはシリコンやセレンなどの一導電型半導
体不純物を１×１０¹⁸〜１０²²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度
含有し、クラッド層２ｃはシリコンやセレンなどの一導
電型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ³ 程度含有する。バッファ層２ａは基板１と半導体層
との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止
するために設けるものであり、半導体不純物を含有させ
る必要はない。

【００２４】逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、第２
のクラッド層３ｂ、および第２のオーミックコンタクト
層３ｃで構成される。発光層３ａと第２のクラッド層３
ｂは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成され、オーミ
ックコンタクト層３ｃは０．０１〜０．１μｍ程度の厚
みに形成される。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは
アルミニウムガリウム砒素などから成り、第２のオーミ
ックコンタクト層３ｃはガリウム砒素などから成る。

【００２５】発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは、電
子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミ
ニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）と
の混晶比を異ならしめる。発光層３ａと第２のクラッド
層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１
×１０¹⁶〜１０¹⁹程度含有し、第２のオーミックコンタ
クト層３ｃは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１
０¹⁹〜１０²²程度含有する。

【００２６】絶縁膜６は窒化シリコンなどから成り、厚
み３０００Å程度に形成される。個別電極４と共通電極
５は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μ
ｍ程度に形成される。

【００２７】本発明の半導体発光装置では、図４に示す
ように、一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る
島状半導体層２、３を基板１上に一列状に並べて、隣接
する島状半導体層２、３毎に同じ個別電極４に接続し、
同じ個別電極４に接続された下の一導電型半導体層２が
異なる共通電極５に接続されるように二群に分けて接続
される。個別電極４を選択して電流を流すことによって
ページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いら
れる。

【００２８】島状半導体層２、３は、結晶の面方位とエ
ッチングとの関係から一方の対向する壁面が順メサ構造
で、他の対向する壁面が逆メサ構造を有する。本発明で
は、隣接する順メサ構造の壁面Ｙが向かい合うように複
数の島状半導体層２、３を基板１上に列状に配置した。
すなわち、基板１の長手方向に島状半導体層２、３の順
メサ部Ｙがあらわれ、基板１の短手方向に逆メサ部Ｘが
あらわれる。このように基板１の長手方向に島状半導体
層２、３の順メサ部Ｙを位置させるためには、単結晶基
板の（１００）面を使用するとしたら、＜０−１１＞方
向に長い基板を用いて、＜０−１１＞方向に島状半導体
層２、３が配置されるように形成すればよい。

【００２９】このように、順メサ構造の壁面Ｙが向かい
合うように複数の島状半導体２、３を配置すると、島状
半導体層２、３の隣接する側壁部Ｙの一部を個別電極４
で被覆することができ、個別電極５を基板１のより内側
に設けて個別電極５の端子部や共通電極６も基板１のよ
り内側に設けることができる。

【００３０】また、島状半導体層２、３の側壁部Ｙが個
別電極４で被覆されることから、この側壁部Ｙからの光
漏れがなくなる。

【００３１】次に、上述のような半導体発光装置の製造
方法を説明する。まず、単結晶基板１上に、一導電型半
導体層２、逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順
次積層して形成する。

【００３２】これらの半導体層２、３を形成する場合、
基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２
０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形
成した後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望厚
みの半導体層２、３を形成する。

【００３３】この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ｇａ）、アル
シン（ＡｓＨ₃ ）、ＴＭＡ（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ）、ＴＥ
Ａ（（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ａｌ）などが用いられ、導電型を制
御するためのガスとしては、シラン（ＳｉＨ₄ ）、セレ
ン化水素（Ｈ₂ Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ₃ ）₃ Ｚｎ）な
どが用いられ、キャリアガスとしては、Ｈ₂ などが用い
られる。

【００３４】次に、隣接する素子同志が電気的に分離さ
れるように、半導体層２、３が島状にパターニングされ
る。また、一導電型半導体層２と共通電極５との接続部
が逆導電型半導体層３から露出するようにエッチングさ
れる。このような半導体層２、３のエッチングは、硫酸
過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチン
グやＣＣｌ₂ Ｆ₂ ガスを用いたドライエッチングなどで
行われる。

【００３５】次に、プラズマＣＶＤ法で、シランガス
（ＳｉＨ₄ ）とアンモニアガス（ＮＨ₃ ）を用いて窒化
シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。
最後に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成
してパターニングすることにより完成する。

【００３６】本発明に係る半導体発光装置の他の実施形
態を図５および図６に基づいて説明する。図６は、図５
中のＡ−Ａ線断面図である。図５および図６において、
１は基板、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体
層、４は個別電極、５は共通電極、６は絶縁膜である。

【００３７】この実施形態における半導体発光装置も図
１に示す実施形態の半導体発光装置と同様に島状半導体
層２、３を順メサ構造を有する壁面Ｙが基板１の長手方
向に位置するように島状半導体層２、３を配置して、こ
の順メサ部分Ｙの一部を個別電極４で被覆しているが、
この実施形態における半導体発光装置では、四つの島状
半導体層２、３ごとに一つの個別電極４を設け、同じ個
別電極４に接続された下部の一導電型半導体層２がそれ
ぞれ異なる共通電極５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に接
続されるように共通電極５を四つ設けている。

【００３８】また、一導電型半導体層２に共通電極５を
接続する際には、一導電型半導体層２を基板１の長手方
向の端面側に長く引き出して形成して、この長く引き出
した一導電型半導体層２上の絶縁膜６に形成されたコン
タクトホールＣを介してそれぞれの一導電型半導体層２
に共通電極５（５ａ〜５ｄ）が接続されるようにしてい
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
装置によれば、順メサ構造の壁面が隣接する島状半導体
層ごとにそれぞれ向かい合うように、この複数の島状半
導体層を基板上に配置したことから、電極をこの島状半
導体の列内から引き出すことができ、もって半導体発光
装置を小面積化することができると共に、島状半導体層
の側壁部の一部を電極で被覆することができ、もってこ
の島状半導体層の発光部以外の側壁部から光漏れを生じ
ることがなく、印画品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示
す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】本発明に係る半導体発光装置における複数の島
状半導体層の配置状態を示す図である。

【図５】本発明に係る半導体発光装置の他の実施形態を
示す平面図である。

【図６】本発明に係る半導体発光装置の他の実施形態を
示す断面図である。

【図７】従来の半導体発光装置を示す平面図である。

【図８】従来の半導体発光装置を示す断面図である。

【図９】従来の他の半導体発光装置を示す平面図であ
る。

【図１０】従来の他の半導体発光装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１‥‥‥基板、２‥‥‥一導電型半導体層、３‥‥‥逆
導電型半導体層、４‥‥‥個別電極、５‥‥‥共通電
極、６‥‥‥絶縁膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に一方の対向する壁面が順メサ構
   造で他の対向する壁面が逆メサ構造を有する一導電型半
   導体層と逆導電型半導体層とが積層された島状半導体層
   を列状に配置して、前記一導電型半導体層に共通電極を
   接続して設けると共に、前記逆導電型半導体層に個別電
   極を接続して設けた半導体発光装置において、前記複数
   の島状半導体層を前記順メサ構造の壁面が向かい合うよ
   うに前記基板上に配置したことを特徴とする半導体発光
   装置。
2. 【請求項２】 前記島状半導体層の順メサ部の壁面の一
   部が前記個別電極で被覆されていることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体発光装置。
3. 【請求項３】 前記島状半導体層のうち、隣接する島状
   半導体層の逆導電型半導体層同志が同じ個別電極に接続
   され、この同じ個別電極に接続された逆導電型半導体層
   下部の一導電型半導体層が異なる共通電極に接続されて
   いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半
   導体発光装置。