(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層してなる矩形状の島状半導体層を複数個配列し、各島状半導体層上にその一辺端を外側から覆うように個別電極を形成した光プリンタ用ＬＥＤアレイであって、前記島状半導体層の一辺端に対し逆メサ型の逆導電型半導体層と成し、その一辺端と対向する他辺端に対し順メサ型の逆導電型半導体層と成して、島状半導体層の他辺端近傍より光出射せしめたことを特徴とする光プリンタ用ＬＥＤアレイ。
【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等に用いられる光プリンタ用ＬＥＤアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光プリンタ用ＬＥＤアレイの構成を図５〜図７により説明する。
図７は光プリンタ用ＬＥＤアレイの平面図であって、図５は図7のＡ−Ａ'断面図、図6は図７のＢ−Ｂ'断面図である。
【０００３】
２１は半導体基板、２２は一導電型半導体層、２３は逆導電型半導体層、２４は個別電極、２５は共通電極である。
【０００４】
半導体基板２１上に、一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３を設け、島状半導体層を構成し、さらに一導電型半導体層２２の露出部に共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設け、逆導電型半導体層２３に個別電極２４を接続して設けている。
【０００５】
また、図４に示すように共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）は隣接する島状半導体層ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設けられ、隣接する島状半導体層が同じ個別電極２４に接続されている。
【０００６】
２６はチッ化シリコン膜等からなる保護膜であり、電極パターンと半導体層を絶縁するための絶縁膜として設けられている。
【０００７】
このような光プリンタ用ＬＥＤアレイでは、個別電極２４と共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）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ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の光プリンタ用ＬＥＤアレイにおいては、半導体層を各発光素子（ＬＥＤ）に分離する際にメサエッチングをおこない、島状に形成しているが、電極取り出し部は断線を防止するために順メサ状に形成し、一方の横方向については、その断面は逆メサ状になっていた。
【０００９】
このような構成においては、横方向に発光した光が逆メサ状の側壁部分で反射されて島状半導体層の上面側に反射されるため、中央部分を貫通している個別電極２４の下で発光した光は左右に分かれ両サイドの側壁部分に別れ、上面に放射される。
【００１０】
この場合の発光強度分布を図８に示す。
横軸は切断面線Ｂ−Ｂ'の間隔であり、縦軸は発光強度である。
【００１１】
同図に示すように、島状半導体層の端面に近い部分で角状の突出した発光強度分布が発生し、１つの発光素子で２つの光源が存在するような発光プロファイルになっていた。
【００１２】
しかしながら、特に端部の逆メサの形状によって発光強度分布の形状が変化し、この形状の違いが印画品質を不安定にさせていた。
【００１３】
本発明は叙上に鑑みてなされて完成されたものであり、その目的は発光強度分布を改善し、これによって印画品質の劣化を解消した高品質かつ高信頼性の光プリンタ用ＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１４】
【課題が解決しようとする手段】
本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイは、基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層してなる矩形状の島状半導体層を複数個配列し、各島状半導体層上にその一辺端を外側から覆うように個別電極を形成した構成において、前記島状半導体層の一辺端に対し逆メサ型の逆導電型半導体層と成し、その一辺端と対向する他辺端に対し順メサ型の逆導電型半導体層と成して、島状半導体層の他辺端近傍より光出射せしめたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図４により詳細に説明する。
図１は本発明に係る光プリンタ用ＬＥＤアレイ（半導体発光装置）の一実施形態を示す断面図である。図２は本発明に係る光プリンタ用ＬＥＤアレイの発光部の拡大図である。また、図４は本発明に係る光プリンタ用ＬＥＤアレイ（半導体発光装置）の一実施形態を示す平面図である。図３は図４におけるＡ−Ａ'断面図であって、図１は図４におけるＢ−Ｂ'断面図である。
【００１６】
図１に示す光プリンタ用ＬＥＤアレイにおいて、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は絶縁層である。また、図２に示すように、個別電極４を形成しない領域でもって、発光（光取り出し）領域７を成す。
【００１７】
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（Al2O3）などの単結晶絶縁基板からなる。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。
【００１８】
一導電方半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、第一のクラッド層2cで構成される。
【００１９】
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0.1〜1.0μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層2cは0.2〜0.4μｍ程度の厚みに形成される。
【００２０】
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、第一のクラッド層2cはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。
【００２１】
オーミックコンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０17atoms/cm3程度含有し、第一のクラッド層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19atoms/cm3程度含有する。また、このとき電子注入層2cのAl組成はx=0.24〜0.5程度で形成する。
【００２２】
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似基づくミスフィット転移を防止するために設けるものであり、半導体不純物を特に含有させる必要はない。
【００２３】
逆導電型半導体層３は発光層3a、第２のクラッド層3b、およびオーミックコンタクト層3cで構成される。
【００２４】
発光層3aと第2のクラッド層3bは0.1〜0.4μｍ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。
【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。オーミックコンタクト層3cはガリウム砒素などからなる。
【００２６】
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１×１０16〜１０18atoms/cm3程度含有し、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１×１０19〜１０20atoms/cm3程度含有する。
【００２７】
絶縁膜６は窒化シリコンなどからなり、厚み３０００〜５０００Å程度に形成される。
【００２８】
また、個別電極４と共通電極５は金／クロム(Au/AuGe/Cr)等からなり、厚み１μｍ程度に形成される。
【００２９】
以上の通り、本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイでは、図１と図２に示すように、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３から成る矩形状の島状半導体層を基板１上に１列状に並べて、隣接する島状半導体層毎に、その上に一辺端を外側から覆うように個別電極４を形成し接続し、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。
【００３０】
そして、本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイでは逆導電型半導体層３の一方の壁面が順メサ構造で、他の３方の壁面が逆メサ構造とする。
【００３１】
このような構成を図３にて示すが、島状半導体層の一辺端に対して逆メサ型の逆導電型半導体層と成し、その一辺端と対向する他辺端に対して順メサ型の逆導電型半導体層と成している。
【００３２】
本発明では図３に示すような一方の壁面を順メサ形状にするには、一旦、両壁面を逆メサ状で形成し、その後、一方の壁面のみを再度エッチングして順メサ状と成す。その後、順メサ面全体に金属の電極を形成してさらに反射効率を高める。
【００３３】
かくして本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイによれば、個別電極４の下側の逆メサ型の逆導電型半導体層付近（島状半導体層の一辺端近傍）における発光が、その逆メサ面にて反射され、そして、順メサ面にて反射され、これによって、島状半導体層の他辺端近傍より光出射させる構成となり、その結果、光を効率よく光取り出し口に誘導することができ、発光時の発光プロファイルを急峻にすることができた。
【００３４】
また、本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイにおいては、出射光を島状半導体の表面の一部分に集めることで、発光部の大きさが小さくてもコンタクトの部分の発光の分発光強度を向上できた。
【００３５】
この場合の発光強度分布を図9に示す。
横軸は切断面線Ａ−Ａ'の間隔であり、縦軸は発光強度である。
【００３６】
同図に示すように、島状半導体層の他辺端近傍より光出射され、光を効率よく光取り出し口に誘導することができ、発光時の発光プロファイルを急峻にすることができた。
【００３７】
（光プリンタ用ＬＥＤアレイの製造方法）
次に、上述のような光プリンタ用ＬＥＤアレイ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。
【００３８】
これらの一導電型半導体層２および逆導電型半導体層３を形成する場合、基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成し、その後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望の厚みの半導体層２，３を形成する。
【００３９】
この場合、原料ガスとしてはTMG（(CH3)3Ga），TEG（(C2H5)3Ga）、アルシン（AsH3）、TMA（(CH3)3Al）、TEA（(C2H5)3Al）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（H2Se）、TMZ（(CH3)3Zn）などが用いられ、キャリアガスとしては、H2が用いられる。
【００４０】
次に隣接する素子同士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。
【００４１】
このエッチングは、硫酸過酸化水素水系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００４２】
次に、一導電型半導体層２の一端部側の一部が露出するためにエッチングする。その後、一対の逆メサ側の一端面を順メサ化するために片側の端面をレジストで覆ってエッチングする。さらに半導体層3cの表面の一部をエッチングする。それぞれのエッチングも硫酸過酸化水素水系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００４３】
しかる後、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、窒化シリコンからなる絶縁膜を形成してパターニングする。次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し、さらにもう一度プラズマＣＶＤ法で、シランガス（SiH4）とアンモニアガス（NH3）を用いて、窒化シリコンからなる絶縁膜を形成してパターニングすることにより完成する。
【００４４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の光プリンタ用ＬＥＤアレイにおいては、基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層してなる矩形状の島状半導体層を複数個配列し、各島状半導体層上にその一辺端を外側から覆うように個別電極を形成した構成において、前記島状半導体層の一辺端に対し逆メサ型の逆導電型半導体層と成し、その一辺端と対向する他辺端に対し順メサ型の逆導電型半導体層と成して、島状半導体層の他辺端近傍より光出射せしめたことで、発光プロファイルを急峻にし、さらに島状半導体層の逆メサ形状の辺以外の部分の殆どをオーミックコンタクト層にすることでコンタクト面積を広げ、駆動電圧を下げ、その結果、発光強度分布を改善し、印画品質の劣化を解消した高品質かつ高信頼性の光プリンタ用ＬＥＤアレイが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す拡大図である。
【図３】本発明のＬＥＤアレイの光路を示す説明図である。
【図４】本発明のＬＥＤアレイの概略平面図である。
【図５】従来のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図６】従来のＬＥＤアレイの他の部分を示す断面図である。
【図７】従来のＬＥＤアレイを示す平面図である。
【図８】従来のＬＥＤアレイ図７のＢ−Ｂ'断面におけるの発光強度分布を示す図である。
【図９】本発明に係るＬＥＤアレイ図４のＡ−Ａ'断面における発光強度分布を示す図である。
【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、７・・発光（光取り出し）領域
【図１】
0003667208.tif 000002
【図２】
0003667208.tif 000003
【図３】
0003667208.tif 000004
【図４】
0003667208.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003667208.tif 000009
【図９】
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