(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシックに複数個、少なくとも一列配置してなる端面発光型発光ダイオード素子アレイ構造を有する半導体発光装置において、
前記発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも電流狭窄部と反射斜面を有しており、前記電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、前記反射斜面と空間的に重なり合うように配置され、該反射斜面により反射された光を出射端面から取り出すようになっており、かつ前記反射斜面上に絶縁膜を介して、上部電極を形成した
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
モノリシックに複数個、少なくとも一列配置してなる端面発光型発光ダイオード素子アレイ構造を有する半導体発光装置において、
前記発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも、電流狭窄部、半導体多重反射膜及び反射斜面を有しており、前記電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、前記反射斜面及び前記半導体多重反射膜と空間的に重なり合うように配置され、該反射斜面により反射された光を出射端面から取り出すようになっており、かつ前記反射斜面上に絶縁膜を介して、上部電極を形成した
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
前記電流狭窄部は、電流が通過する領域を狭める電流狭窄構造であり、該電流狭窄構造により発光領域を所定の領域内に閉じこめて形成するようにしたことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記反射斜面は、順テーパー形状であることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記半導体多重反射膜は、屈折率の異なる半導体多層膜からなる多重反射層であることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記屈折率の異なる半導体層は、発光層である活性層のバンドギャップよりも大きな半導体層からなり、各々の膜厚を、発光波長に対する光学的膜厚ｎ（屈折率）×ｄ（膜厚）が１／４波長になる膜厚に設定したことを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード素子等の半導体発光装置に係り、詳細には、高発光出力の端面発光型発光ダイオードアレイの構造を有する半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤという）素子は、発光が鮮やかであること、駆動電圧が低く周辺回路が容易になるなどの理由により従来より表示デバイスとして幅広く使用されている。
【０００３】
電子写真方式を採用した光プリンタ等の光源等への応用を目的として、発光ダイオードアレイを用いた半導体発光装置の研究が盛んに行われている。
【０００４】
自己発光型の発光ダイオードアレイを光源としたＬＥＤプリンタは、画像信号に応じて発光ダイオードアレイの各ドットを発光させ、分布屈折率レンズなどの等倍結像素子により、感光体ドラム上に露光して静電潜像を形成し、現像器でトナーを選択的に付着させたあと、普通紙などに付着したトナーを転写させることにより印字を行うものである。
【０００５】
発光ダイオードアレイを用いた光源へッドは、(1)可動部がなく、かつ構成部品も少ないことから、小型化が可能となる、(2)アレイチップの接続により、長尺化が容易であるなどの特長を持つ。この光源へッドに用いられる発光ダイオードには、大きく２つのタイプがある。その１つは、基板面と平行な面内に、四角形等の発光部を所定方向に多数配列した面発光型発光ダイオードアレイであり、２つには、基板面と垂直な面から、所定方向に多数配列した光が出射する端面発光型発光ダイオードアレイである。
【０００６】
図１６は上記２タイプのヘッド構造を比較して示す図である。
【０００７】
図１６に示すように、上記２つのタイプの発光ダイオードのうち、端面発光型発光ダイオードアレイは、発光方向が従来の面発光型と約９０度異なっている。上面発光型発光ダイオードアレイを用いたへッド（上面型へッド）に比較し、該端面発光型発光ダイオードアレイを用いたヘッド（端面型へッド）は、感光体面上に占めるへッド面積が小さくできる。
【０００８】
このように、端面型へッドは空間的スペースが小さくできるので、より直径の小さな感光体ドラムを使用しても、現像器等が充分設置することが可能となり、その結果として、より小型なプリンタが可能になるというメリットを持つ。
【０００９】
上記端面発光型発光ダイオードとして、例えば、特開昭６０−３２３７３号公報に開示されたものがある。
【００１０】
図１７は上記公報記載の端面発光型発光ダイオードの構造を示す図である。
図１７において、１０はＬＥＤアレイであり、ＬＥＤアレイ１０は絶縁性基板１１上にダイボンディングされ、ワイヤボンディングによって配線されている。
【００１１】
この例では、基板１１上の積層構造内に複数の発光部が形成されており、これらの発光部は、その基板面と平行な面内に、その端面に対して垂直な方向に形成された分離溝によって、電気的かつ空間的に分離されている。この構造では、光出力が取り出される発光部と電極とが同一面上に存在せず、単位素子当たりの幅は、発光部の幅と素子分離領域の幅を合計したものとなり、６００ＤＰＩ以上の高密度アレイも、原理的には可能である。
【００１２】
しかし、この構造のアレイの場合には、発光部の幅と発光部上に形成された電極が略同じ幅を持っている。このような構造の発光ダイオードで、例えば６００ＤＰＩの密度の発光部アレイを形成する場合には、発光素子のピッチは４２〜４３μｍとなり、素子分離溝の幅を考慮すると更に発光素子の幅は小さくなる。つまり、発光部上の電極は、その電極幅が４２〜４３μｍ以下の幅で、４２〜４３μｍのピッチで形成されることになる。このように電極配線が形成された発光ダイオードとこの発光ダイオードを駆動する例えばドライバＩＣとを電気的に接続する必要がある。
【００１３】
現在最も幅の狭いボンディングを行うことが可能なウエッジボンディングでも、ボンディング幅は４０μｍであり、ボンディング装置の位置精度を考慮すると更に２０μｍ程度の幅が必要となる。つまり、６０μｍ程度のピッチでの接続が限界ということになる。
【００１４】
したがって、例えば６００ＤＰＩ以上のような高密度発光ダイオードアレイの場合では、各発光ダイオードアレイの各発光素子上面の電極に直接ワイヤーボンディングする方法で、各発光ダイオードをドライバΙＣの駆動回路とを配線するのは極めて困難である。かつ、このような各発光素子の上面に電極を形成する構造では、例えば数ミリアンペア程度の注入電流では感光体を露光し、静電潜像を形成するだけの充分な発光出力を得るのは、非常に困難である。感光体を露光し、静電潜像を形成するに充分な発光出力を得るためには、注入電流を増加させる必要が生ずる。そのために、このような発光ダイオードアレイを配設した光源へッドの消費電力は増加することになり、プリンタ全体としては、消費電力が大きく、かつコスト高なものとなってしまうという問題が生ずる。
【００１５】
以上のような高密度化の問題と発光出力の問題を解決する目的で、例えば特開平５−３４７４３０号公報に開示された端面発光型発光ダイオードアレイがある。
【００１６】
図１８は上記公報記載の端面発光型発光ダイオードの構造を示す図である。この端面発光ダイオードアレイは、基板面に平行に積層したいわゆるダブルヘテロ構造で、各発光素子は所定のドットピッチに素子分離された発光部と各発光部に電気的に接続を行う接続電極配線とワイヤードットにより、ドライバΙＣの駆動回路と発光ダイオードアレイの個々の各発光素子の接続電極配線パッドから構成されている。
【００１７】
この端面発光型発光ダイオードアレイの構造では、電極配線パッドが充分現状のワイヤーボンディング技術で接続可能な配置構造をとれるために、６００ＤＰＩ以上のような高密度な端面発光型発光ダイオードアレイが可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のこの場合の発光ダイオードアレイは、結晶内部で発生した光の取り出し効率はかなり小さいものと推察される。
【００１９】
光取り出し効率が小さい理由を、以下に、参考文献で示されているダブルヘテロ構造（図１９に示す）を参考に述べる。
【００２０】
図１９において、５０は基板、５１はバッファ層、５２はクラッド層、５３は活性層、５４は上部クラッド層、５５はオーミック層、５６は上部電極、５７は下部電極を示している。出射端面は２ａで、出射端面２ａと反対側の端面は２ｂで示している。また、５８は絶縁膜で５９は配線電極である。
【００２１】
ダブルヘテロ構造は、発光に寄与するキャリア（ホールと電子）を活性層という薄い領域に閉じこめることができるために、ホールと電子の密度を高くでき、その結果として再結合確率増大させることができ、ホモ接合やシングルヘテロ構造に比較して、内部発光効率は高いという特長がある。
【００２２】
ダブルヘテロ構造における発光について説明する。この構造による発光ダイオードでは、発光は自然放出光であり、活性層で再結合して発光した光は、３６０度等方的に出射するようになる。また、この場合の構造では、上部電極下の活性層で均等に発光しているといえる。活性層で発光した光のうち、例えば上面方向の光ｒ１は、図２０に示したように上部電極５６で反射し、下部電極５７側に進むが、そのうちに基板５０で吸収されるだけで、出射端面２ａ側から取り出すことはできない。また、臨界角ぎりぎりの光ｒ２は出射端面２ａから取り出すことが可能となる。この場合、出射端面２ａ側の断面が略垂直であると考えると、例えば基板の屈折率が３．５程度で空気が１と考えると、臨界角は約１６度となり、この臨界角以上で端面側に出射してくる光ｒ３は、出射端面２ａから取り出すことができない。
【００２３】
ここで、更に実際のプリンタの構造を考えてみる。
【００２４】
図２１はプリンタの構造を示す図である。図２１において、６０は感光体ドラム、６１は屈折率分布アレイ及び６２は発光ダイオードである。上述したように、発光ダイオードアレイ６２の各発光部から出射された光は、屈折率分布レンズアレイ６１により、感光体面６０上に等倍で結像される。ここに用いられる屈折率分布レンズアレイ６１の特性として、印字の品質の評価基準となるＭＴＦがあり、通常６００ＤＰＩレベルでの印字品質としては６０以上程度が求められる。通常、このような高ＭＴＦを達成するために、屈折率レンズアレイ６１の発光ダイオード６２に対する立体角が約２０度のものが一般に用いられている。
【００２５】
つまり、屈折率分布レンズ６１に入射することができる光は、発光ダイオード６２から出射立体角が２０度以内の光のみということになる。出射端面２ａでの出射角を考えると、１０度以内の出射光のみが屈折率分布レンズ６１に入射することができ、感光体６０上に結像することができる。
【００２６】
出射角が１０度となる、出射端面２ａに入射する光の入射角を計算すると、出射端面２ａに保護膜がない場合に最も入射角が大きくなる。その場合の入射角は、空気の屈折率と結晶との屈折率との差を考慮し、臨界角を考えると、約２．８度となる。つまり、出射端面２ａに対して略垂直に入射する光しか、分布屈折率レンズには入射できないことがわかる（図２２参照）。
【００２７】
よって、特開平５−３４７４３０号公報に開示された発光ダイオードアレイで提案されている出射端面の反対側に設けた絶縁膜と電極の多層構造の反射構造による光反射面の効果は、基板５０の上面に対して略平行に反射される光のみしか屈折率分布レンズに入射することができないために、該光反射構造による効果は非常に小さいものである。
【００２８】
また、上部電極５６全面下で、均一に注入された電流が再結合し発光するために、実際に端面から出力される光量の注入電流に対する変化は非常に小さいものであり、例えば３ｍＡ程度で感光体を露光するに十分な光量は得ることができない。
【００２９】
以上の理由により、従来提案されている構造のダブルテロ構造端面発光型発光ダイオードは、注入電流に対して、光量が小さく、高速用プリンタヘッドとしては満足できるものではなかった。
【００３０】
また、構造的には以下のような問題も存在する。つまり、発光部の出射端面２ａを略垂直に形成するために、塩素ガスなどを使用したドライエッチング法などにより素子分離を行っている。しかし、出射端面２ａと反対側の反射端面も略垂直な断面になっているために、配線電極が該反射端面のエッジで断線しやすいという問題がある。このように、歩留まりの点からも、従来提案されている構造の発光ダイオードアレイは問題がある。
【００３１】
本発明は、上述した従来の問題点を解消することを目的とし、例えば６００ＤＰＩ以上の高密度な発光部で、より取り出し効率が高く、注入電流に対して光出力が高い半導体発光装置を提供することを目的とする。
【００３２】
また、本発明は、高歩留まりが得られる半導体発光装置を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体発光装置は、モノリシックに複数個、少なくとも一列配置してなる端面発光型発光ダイオード素子アレイ構造を有する半導体発光装置において、発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも電流狭窄部と反射斜面を有しており、電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、反射斜面と空間的に重なり合うように配置され、該反射斜面により反射された光を出射端面から取り出すようになっており、かつ反射斜面上に絶縁膜を介して、上部電極を形成したことを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る半導体発光装置は、モノリシックに複数個、少なくとも一列配置してなる端面発光型発光ダイオード素子アレイ構造を有する半導体発光装置において、発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも、電流狭窄部、半導体多重反射膜及び反射斜面を有しており、電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、反射斜面及び半導体多重反射膜と空間的に重なり合うように配置され、該反射斜面により反射された光を出射端面から取り出すようになっており、かつ反射斜面上に絶縁膜を介して、上部電極を形成したことを特徴とする。
【００３５】
上記電流狭窄部は、電流が通過する領域を狭める電流狭窄構造であり、該電流狭窄構造により発光領域を所定の領域内に閉じこめて形成するようにしたものであってもよい。
【００３６】
上記反射斜面は、順テーパー形状であってもよい。
【００３７】
上記半導体多重反射膜は、屈折率の異なる半導体多層膜からなる多重反射層であってもよく、また、上記屈折率の異なる半導体層は、発光層である活性層のバンドギャップよりも大きな半導体層からなり、各々の膜厚を、発光波長に対する光学的膜厚ｎ（屈折率）×ｄ（膜厚）が１／４波長になる膜厚に設定したものであってもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体発光装置は、端面発光型発光ダイオードアレイに適用することができる。
【００３９】
まず、本発明の基本的な考え方を説明する。
【００４０】
本発明に係る半導体発光装置は、電流狭窄構造、反射斜面及び出射端面を設置し、前記電流狭窄構造による電流経路にあたる発光部領域の少なくとも一部を覆うように反射斜面を設置したことを特徴とする。前記反射斜面は、ウエットエッチングにより一義的に形成される斜面、またはドライエッチングにより略４５度に形成される斜面であり、順テーパー形状の斜面である。また、反射斜面で反射される光が通過する層は、透過光を吸収しないように、クラッド層としている。更に、出射端面の形状は、略垂直断面とする。
【００４１】
このように、電流狭窄構造を設けたので、発光領域が所望の領域内に閉じこめて形成できるために、注入電流密度をわずかな電流で増加させることができる。そのために、電流に対する光量（内部で発生する光）の傾きが大きくなる。つまり、従来構造に比較し、電流が通過する領域を狭めることが可能となり、その結果として、低電流でも光量が大きくできる。
【００４２】
さらに、反射斜面は、傾斜角度が４５度〜５０度程度に形成された斜面である。よって、上面方向に出射した光が該反射斜面で略水平方向に曲げられ、反射光を吸収しないクラッド層を通過し、出射端面方向に進み、出射端面から出射することができる。該反射斜面の少なくと一部と空間的に重なるように電流狭窄構造を形成しているために、注入されたキャリアが再結合し、発光する領域は少なくとも反射斜面全面と空間的に重なるようになっている。このような構造により、前記反射斜面下の活性層で発生し、出射した光のうち、上面方向に出射した光の少なくとも一部は前記反射斜面で反射され、出射端面から出射される。好ましくは、空間的な位置関係において、反射斜面よりも狭い領域に電流が流れ、その結果として発光する領域を形成するように電流狭窄構造を選択的に形成することである。
【００４３】
また、前記反射斜面は順テーパー形状であるため、配線電極を形成するようにしても断切れは発生しないという特徴を有している。
【００４４】
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構造を含み、更に発光層である活性層の下方に屈折率の異なる半導体多層膜からなる多重反射層を設置したことを特徴とする。前記屈折率の異なる半導体層は、活性層のバンドギャップよりも大きな半導体層からなり、各々の膜厚を、発光波長に対する光学的膜厚ｎ（屈折率）×ｄ（膜厚）が１／４波長になるような膜厚に設定する。
【００４５】
このように、電流狭窄部と活性層の下方部に、活性層よりもバンドギャップの大きな半導体層で多層反射膜を形成してあるため、電流狭窄部の直近の活性層で発生した基板上面に対して、下側方向に出射した光の殆どを前記多層反射膜により、反射させることが可能となり、その結果として反射斜面を介して、出射端面から取り出すことが可能となる。最大では、該多層反射膜を設置することにより、無い場合に比較して、約２倍の出力が得られるという特徴がある。
【００４６】
次に、上記基本的な考え方に基づいて実施形態により構成及び動作を詳細に説明する。
【００４７】
第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイチップの構造を示す平面図であり、この端面発光型発光ダイオードアレイは、ドット密度が６００ＤＰＩ相当である。
【００４８】
図２は図１の発光ダイオードアレイの出射方向のＡ−Ａ′矢視断面図である。
【００４９】
図１及び図２において、発光ダイオードアレイチップ１００は、１９２個の発光部１１０（１１０-1〜１１０-192）が出射方向１５０に対して略垂直な方向で、６００ＤＰＩのピッチ（約４２〜４３μｍ）で直線状に配設されている。
【００５０】
各発光部１１０-1〜１１０-192は、分離溝１４０で各々分離されている。各発光部１１０-1〜１１０-192には、電気的接続をとるための電極配線１２０-1〜１２０-192及び各電極配線１２０-1〜１２０-192とドライバΙＣの個々の接続電極（図示せず）を接続するための、接続電極１３０-1〜１３０-192が配設されている。ドライバΙＣの接続電極と発光ダイオードアレイ１００の接続電極１３０-1〜１３０-192との接続は、異方導電性接着樹脂などにより約４０μｍピッチの接続電極１３０-1〜１３０-192でも充分接続が可能である。
【００５１】
また、各発光ダイオード素子（発光部１１０-1〜１１０-192）には、光出射端面１１０ａと光出射端面１１０ａと反対の面（以降、この面を光反射端面１１０ｂと呼ぶ）があり、本発明上重要な構造になっている。
【００５２】
すなわち、光出射端面１１０ａは、基板２００面に対して、略垂直に形成されており、かつ発光ダイオードのアレイ方向に対して平行に形成されている。また、光反射端面１１０ｂは、略４５度の斜面となっている。光反射端面１１０ｂは、例えばウエットエッチングにより形成でき、順メサ形状となるように、発光部１１０のアレイ方向を形成するようにしている。光反射端面１１０ｂを覆うように、絶縁膜２７０を形成してあり、電極配線１２０によりＰＮショートを防止する構造になっている。電極配線１２０（１２０-1〜１２０-192）は光反射端面１１０ｂが順メサ形状になるようにしてあるため、断面での段切れが発生しない構造となっている。
【００５３】
上記発光部１１０の構造を更に詳細に説明する。
【００５４】
図２に示すように、本実施形態に係る発光ダイオードアレイ１００の積層構造は、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板２００の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１０、選択酸化層２２０-1、非酸化層ｎ型ＡｌＡｓ層２２０-2、ｎ型Αｌ0.4Ｇａ0.6ΑＳクラッド層２３０、ｐ型Αｌ0.15Ｇａ0.85Αｓ活性層２４０、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6ΑＳクラッド層２５０（上部クラッド層）、ｐ型ＧａＡｓオーミック層２６０の複数層から構成されている。
【００５５】
本構造は、発光波長に対応するエネルギーバンドギャップの活性層２４０を、この活性層２４０よりもエネルギーバンドギャップの大きいクラッド層２３０、２５０で挟んだダブルヘテロ構造になっている。
【００５６】
バッファ層２１０として、キャリア濃度１×１０17／ｃｍ3で膜厚を０．３μｍとした。電流狭窄構造は、キャリア濃度５×１０17／ｃｍ3のｎ型ＡｌＡｓ層２２０を形成し、このＡｌＡｓ層２２０の一部分を選択的に酸化することにより選択酸化層２２０-1を形成している。ＡｌＡｓ層２２０の膜厚は、約５００Åとした。
【００５７】
上記選択酸化層２２０-1は、Ｓｉ基板で熱酸化膜を形成する方法と基本的には同じ方法により、容易に形成できる。例えば、４３０℃程度の熱処理炉で、Ｎ2ガスをキャリアガスとして、純水の蒸気中で処理することで、容易にＡｌＡｓ層２２０のみ選択的に酸化することができ、酸化された領域２２０-1は絶縁膜となり電流の流れをブロックする構造ができる。
【００５８】
上記ＡｌＡｓ層２２０で熱酸化されなかった部分、すなわち非酸化領域２２０-2は、電流が容易に流れる領域となる。
【００５９】
図３は発光ダイオードアレイ１００の発光部１１０の平面拡大図である。図３に示すように、本実施形態では、非酸化領域２２０-2が、発光部１１０の光反射斜面１１０ｂ側全面に形成した構造になっている。
【００６０】
ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層２３０は、キャリア濃度５×１０17／ｃｍ3、膜厚０．４μｍ、活性層２４０は、３×１０15〜５×１０18／ｃｍ3の膜厚０．０５〜０．３μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ、Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層２５０は光反射斜面２ａを形成するために、膜厚２〜４μｍとし、キャリア濃度５×１０17／ｃｍ3とした。また、ｐ型ＧａＡｓオーミック層２６０は、膜厚０．１〜０．５μｍでキャリア濃度５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3とした。
【００６１】
上記電流狭窄構造により、注入した電流の流れは図２の矢印４００で示したような流れになり、発光する部分２４０-1は、図３に示すように非酸化領域２２０-2の直上の活性層部分になる。本実施形態では、領域２４０-1で発光し、上面方向に出射する光３００の殆どを光反射端面１１０ｂにより横方向の光３１０にすることができる。
【００６２】
横方向に曲げられた光３１０は、上部のΡ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層２５０を進む。このとき、クラッド層２５０は、バンドギャップが光３１０のエネルギより大きいため、殆どこのクラッド層２５０で吸収されず、強度が減少するとはない。また、出射端面１１０ａ部をＳｉＮｘ膜などにより、出射光の波長に対して出射端面部での反射を極力するような条件で形成することで、光３１０の殆どを出射端面１１０ａから出射させることも可能となる。
【００６３】
本実施形態の場合、発光波長は７６０ｎｍになるように形成しているので、前記出射端面部を保護するＳｉＮ膜の膜条件として、屈折率を１．８９９で膜厚を、光学的膜厚が発光波長の１／４にすることで、反射率を１％以下にすることが可能となる。
【００６４】
以下、上記発光ダイオードアレイの製造方法について説明する。
【００６５】
図４〜図８は上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【００６６】
まず、図４に示すように（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、ＭＯＣＶＤ法により連続的に、バッファ層２１０、ｎ−ＡｌＡｓ層２２０、ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層２３０、活性層２４０、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層２５０、ｐ型ＧａＡｓオーミック層２６０を形成する。
【００６７】
次に、図５に示すように所望の形状に形成したレジストパターン５００をマスクとして、ＡｌＡｓ層２２０の上までエッチング除去する。例えば、この時のエッチングは、Η2Ο2とΗ3ΡΟ4などの混合液を用いることで、図５に示したように順テーパー状の斜面６００が形成される。本実施形態では、この順テーパー状斜面が光反射斜面３００になるわけである。この場合、図２で示したように１１０ｂ部が順テーパー状になるように、発光部アレイの方向と基板２００の結晶面方位を合わせる必要がある。具体的には、図１に示したように、アレイ方向を結晶軸〈０１￣１〉と〈０￣１１〉に平行になるようにとる。
【００６８】
次に、電流狭窄構造を形成するために、光反射斜面に対応する側６００をＳｉＮ膜２７０で覆い、光出射端面側１１０ａ部側はＳｉＮ膜２７０を除去した構造を形成したあと、上述したような水蒸気雰囲気の４３０℃程度の熱処理炉で、一定時間処理することで、酸化領域２２０-1と非酸化領域２２０-2を形成する（図６参照）。
【００６９】
さらに、上部電極２８０とオーミック層２６０との電気的接続エリアをとるために、前記選択酸化時の保護膜として用いた絶縁膜ＳｉＮ膜２７０の、オーミック層２６０の上の部分を、ＣＦ4／Ｏ2ガスを用いたドライエッチングにより除去する。その後、上部電極２８０として、Ｔｉ／Ｐｔ／Αｕなどをリフトオフ法などにより形成する。さらにその後、光取り出し効率を上げるための、Ｃｌ2／ＢＣｌ3などの混合ガスを用いたドライエッチングにより、略垂直な光出射端面１１０ａを形成する（図７参照）。
【００７０】
次に、より取り出し効率をよくするために、ＳｉＮ膜３３０をＣＶＤ法などにより所望の屈折率で、かつ膜厚になるように成膜条件を選んで、光出射端面１１０ａを覆うように形成する。その後、ドライバＩＣとの接続をとるために、上部電極２８０上のＳｉＮ膜３３０の一部を除去する。さらに、基板２００の下側を従来と同様な方法で研磨し、所定の基板厚みにしたあと、ΑｕＧｅＮｉ／Ａｕなどを全面に蒸着し、４００℃前後の温度で熱処理して、Ｎ側電極２９０のオーミックをとる（図８参照）。
【００７１】
その後、ダイシングを行うことで、発光ダイオードアレイチップ１００を形成する（図示せず。）
以上説明したように、第１の実施形態に係る発光ダイオードアレイ１００は、発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも電流狭窄部と反射斜面１１０ｂを有しており、電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、反射斜面１１０ｂと空間的に重なり合うように配置され、反射斜面１１０ｂにより反射された光を出射端面１１０ａから取り出すようになっており、かつ反射斜面１１０ｂ上に絶縁膜を介して、上部電極２８０を形成したので、電流狭窄構造を設けたことにより、発光部領域が電流狭窄構造で形成された電流が流れる活性層部になるため、注入電流に対して発光部１１０である活性層２４０での注入電流密度を従来構造よりも増加させることができる。そのため、キャリア密度の上昇により、電子とホールの再結合確率が増加でき、その結果として内部発光効率を増加させることができる。すなわち、注入電流に対する光出力の勾配を急峻にすることができ、数ミリアンペアという微少な注入電流でも高出力の発光出力を得ることができる。
【００７２】
また、上部クラッド層２５０を含んで、光反射斜面部を形成し、反射斜面１１０ｂを少なくとも電流狭窄構造の電流通過部の活性層２４０、つまり発光領域と空間的に重なるように形成したことにより、発光領域から基板２００の上面方向に出射した光３００を反射斜面１１０ｂで反射することができ、これにより上面面方向の出射光３００を出射端面１１０ａ方向に導き出すことができる。この結果、端面発光出力の高い端面発光型ダイオードアレイが作製できる。
【００７３】
また、光反射斜面として、順メサ斜面を用いた構造にしたために、斜面の角度は略４５度となる。この程度の角度の斜面の場合には、上部電極２８０として、例えば約１μｍ〜２μｍ程度のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を該斜面上に絶縁膜を介して形成し、電気的接続をとる構造にしても、斜面での断切れ等の不良は発生しないという特長がある。実際に、順メサをウエットエッチングにより行った場合には、例えばエッチングの深さが５μｍ程度でもＡｌの配線電極は断線しないという結果を確認している。
【００７４】
第２の実施形態
図９は本発明の第２の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイチップの構造を示す断面図であり、図９は前記図１の発光ダイオードアレイの出射方向のＡ−Ａ′矢視断面図である。また、図１０はこの発光ダイオードアレイの発光部の平面拡大図である。本実施形態に係る発光ダイオードアレイの構造の説明にあたり前記図１〜図３と同一構成部分には同一符号を付している。
【００７５】
第１の実施形態との違いは、図１０の平面図からわかるように、非酸化領域２２０-2を更に小さくするようにしたことである。
【００７６】
この構造を形成するには、前記第１の実施形態の製造方法と同一のプロセスで容易に形成できる。第１の実施形態との製造上の違いは、選択酸化をする場合の保護膜であるＳｉＮ膜２７０のパターンの差だけである。
【００７７】
第１の実施形態と本実施形態の差を分かりやすくするために、図１１及び図１２にそれぞれの保護膜ＳｉＮ膜２７０-1、２７０-2のパターンを示す。第１の実施形態では、図１１に示すように素子分離したあとの保護膜２７０-1を側面１１０ｃを覆うようにしてある。これにより、保護膜２７０-1で覆われた該側面１１０ｃからは、選択拡散が進まない。
【００７８】
一方、本実施形態では、図１２に示すように側面１１０ｃを保護膜２７０-2で覆わないようにした構造にすることで、該側面１１０ｃからも選択拡散が進むようになる。この結果、図９及び図１０に示したように、非酸化領域２２０-2がより小さくできる。これにより、電流をより微小領域に集中させることができるため、第１の実施形態に比較し、より小さい注入電流で、大きな光出力を出射端面１１０ａから得ることが可能である。
【００７９】
第３の実施形態
図１３は本発明の第３の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイチップの構造を示す断面図であり、図１３は前記図１の発光ダイオードアレイの出射方向のＡ−Ａ′矢視断面図である。また、図１４はこの発光ダイオードアレイの発光部の平面拡大図である。本実施形態に係る発光ダイオードアレイの構造の説明にあたり前記図１〜図３と同一構成部分には同一符号を付している。
【００８０】
本実施形態に係るアレイ構造は、前記第１、第２実施形態と同様で、ｎ型ＧａＡｓ基板上に発光アレイが形成されている。この発光アレイの各素子の積層構造は、図１３及び図１４に示される。
【００８１】
本実施形態の構造もダブルヘテロ構造、電流狭窄構造及び反射斜面を含んでいる。前記第１、第２の実施形態との構造的な差は、電流狭窄構造及び活性層の下部に、屈折率が異なる半導体層からなる多重反射膜３４０が設置されている点である。
【００８２】
電流狭窄構造をつくるためのＡｌＡｓ層２２０は、多層反射膜３４０の最上部層のＡｌＡｓ層を利用している。
【００８３】
上記多重反射層３４０の構造について具体的に説明する。
【００８４】
感光対ドラムの感度特性を考慮し、発光ダイオードの発光波長は、最も感度高い領域の波長を選択することが望ましい。第１の実施形態で説明したように、発光波長として７６０ｎｍになるように、活性層をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓとしている。多重反射層３４０は、屈折率の異なる２層を１組として、多数組積層することにより特定の波長領域で反射率を高くすることができるようにしたものである。
【００８５】
本実施形態では、多層反射層３４０で吸収が起きないように、かつ積層膜厚をなるべく薄くすることができるようにするために、屈折率の異なる半導体層として、ＡｌＡｓとＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを用いた。７６０ｎｍでのＡｌＡｓ及びＡ  0.2Ｇａ0.8Ａｓ屈折率は、それぞれ約３．１及び３．６である。
【００８６】
図１５は多層反射膜（組層数Ｎ＝１０，１５）の反射率の波長依存性を示す図であり、屈折率から、ＡｌＡｓ及びＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓのそれぞれの膜厚を６１ｍ及び５４ｎｍした場合の、１０層組及び１５層組の場合の多層反射膜の反射スペクトルの計算結果を示す。
【００８７】
図１５に示すように、略７６０ｎｍで最大になり、１５層組では９０％を超える反射率が得られることがわかる。また、発光ダイオードの駆動電圧（例えば、３ｍＡ／ドット流れるときの電圧）を下げるために、多層反射層３４０を形成しているＡｌＡｓ層とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層は、ｎ型でキャリア濃度を５×１０17〜１×１０18／ｃｍ3になるようにした。
【００８８】
このような多層反射層３４０の設計の設計を行い、図１３に示すように、発光層である活性層２４０の下方で、バッファ層２１０の直上にこの多層反射層３４０を設置することにより、基板２００側に出射した光３００-1は、多重反射膜３４０で殆ど反射することができ、上面方向の光３００-2となる。反射光３００-2は、更に光反射斜面１１０ｂで反射され、出射端面１１０ａ方向の光３００-3となる。
【００８９】
本実施形態では、第１、第２の実施形態に比べて、上面方向の反射斜面１１０ｂで反射された光３１０（前記図２及び図９）と上述した多層反射膜３４０と反射斜面１１０ｂとで反射された光３００-3の両方の光が出射することができるために、出射端面１１０ａから、より高い光出力を得ることができる。
【００９０】
以上説明したように、第３の実施形態に係る発光ダイオードアレイは、多重反射層３４０を形成したため、上面方向に出射する光３００に加えて、基板裏面方向に出射する光３００-1も、多重反射膜３４０で上面方向に反射させることができるため、出射端面１１０ａから得られる光出力は、多層反射膜がない構造に比較して約２倍にできるというメリットがあり、上記各実施形態の効果をより一層高めることができる。
【００９１】
なお、上記各実施形態の発光ダイオードアレイにおいて、Ｎ型をＰ型とし、Ρ型をＮ型とした構造であってもよい。また、分離溝はＡｌＡｓ層２２０を残してエッチングする構造となっているが、ＡｌＡｓ層２２０を残さない構造であってもなんら問題はない。基本的には、各発光部１１０が少なくとも、それぞれ電気的に分離されていればよい。
【００９２】
また、上記各実施形態では、電流狭窄構造を作製する方法としてＡｌＡｓ膜を選択的に酸化し、電流が流れない領域を形成する方法を示しているが、これに限らず、例えば、ＡｌＡｓ層を選択的にフッ酸などによりエッチングすることで、電流狭窄構造を形成することもできる。
【００９３】
また、選択酸化をするＡｌＡｓ層２２０の膜厚は、約２００〜１０００Åの範囲であれば利用可能である。また、ＡｌＡｓ層２２０は、ＡｌxＧａ1-xＡｓでｘが０．１〜１．０の範囲でもよい。
【００９４】
また、上記各実施形態では、順テーパー形状の斜面６００を形成する方法として、Ｈ2Ｏ2とＨ3ＰＯ4などの混合液によるウエットエッチングによる順メサ斜面を利用しているが、レジストや絶縁膜をマスクとし、ＢＣｌ3とＣｌ2などの混合ガスからなるドライエッチング法によるものでもよい。
【００９５】
また、第３の実施形態では、多重反射膜３４０を構成して最上部のＡｌＡｓ層を、電流狭窄構造を形成するために選択酸化をするＡｌＡｓ層２２０と兼ねるようにしているが、これに限らず、多重反射膜３４０を構成して最上部のＡｌＡｓ層のみ、膜厚を変えて選択酸化をするようにしてもよい。
【００９６】
また、上記各実施形態では、６００ＤＰＩ相当のアレイについて説明したが、より高密度な、例えば、１２００ＤＰＩなどのアレイにも、当然適用可能である。
【００９７】
また、上記各実施形態では、上部電極をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いて形成しているが、例えばΑｕＺｎ／Ａｕなどをリフトオフ法により形成してもよく、さらに、反射斜面上の一部分を覆うように説明しているが、全部を覆う構造であってもよいことは勿論である。
【００９８】
さらに、発光波長について、上記各実施形態では、活性層としてＡｌ0.15Ｇ  0.85Ａｓを用いて発光中心波長を７６０ｎｍになるようにしているが、これ以外の波長になるようにしても、全く同様の効果が得られる。また、その場合は、活性層に合わせて、クラッド層も変更してよいのは当然である。この場合、第３の実施形態の多層反射膜は、発光する光が多層反射膜で吸収されないように、活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップで、屈折率の異なる半導体膜で構成するようにすればよい。さらに、この半導体層の膜厚も、発光波長に合わせて、光学的膜厚が発光波長の１／４になるように変更されることは当然である。
【００９９】
また、本発明の最も重要な構造である電流狭窄構造と反射斜面の構造であるが、上記各実施形態では反射斜面の幅と略同じ幅で、電流狭窄部を形成するようにしているが、反射斜面の幅よりも狭くなるように、電流狭窄部を形成してもよい。また、逆に反射斜面の幅よりも広くなるように、電流狭窄部を形成しても、従来構造の発光ダイオードより発光出力は高くできる。
【０１００】
さらにまた、上記各実施形態では、ΑｌＧａＡｓをベースとした発光ダイオードについて説明しているがＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＰ系などの場合についても、基本的に適用可能であることは言うまでもない。
【０１０１】
また、上記各実施形態に係る半導体発光装置アレイが、上述した構造をとるものであれば、どのような構成でもよく、その製造プロセス、基板の種類、アレイ等の個数、配置状態等は上記各実施形態に限定されない。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明に係る半導体発光装置は、発光ダイオード素子の積層構造が、少なくとも電流狭窄部と反射斜面を有しており、電流狭窄部の電流が通過する領域の少なくとも一部が、反射斜面と空間的に重なり合うように配置され、該反射斜面により反射された光を出射端面から取り出すようになっており、かつ反射斜面上に絶縁膜を介して、上部電極を形成したので、例えば６００ＤＰＩ以上の高密度な発光部で、取り出し効率及び注入電流に対して光出力を高めることができ、かつ、高歩留りで量産可能な高発光効率の高密度半導体発光装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイの構造を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′矢視断面図である。
【図３】上記発光ダイオードアレイの発光部の平面拡大図である。
【図４】上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】上記発光ダイオードアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明を適用した第２の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイの構造を示す平面図である。
【図１０】上記発光ダイオードアレイの発光部の平面拡大図である。
【図１１】本発明を適用した第１の実施形態に係る発光ダイオードアレイの保護膜パターンを示す図である。
【図１２】本発明を適用した第２の実施形態に係る発光ダイオードアレイの保護膜パターンを示す図である。
【図１３】本発明を適用した第２の実施形態に係る端面発光型発光ダイオードアレイの構造を示す平面図である。
【図１４】上記発光ダイオードアレイの発光部の平面拡大図である。
【図１５】上記発光ダイオードアレイの多層反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図１６】従来の発光ダイオードアレイのヘッド構造を比較して示す図である。
【図１７】従来の端面発光型発光ダイオードの構造を示す図である。
【図１８】従来の端面発光型発光ダイオードの構造を示す図である。
【図１９】従来の端面発光型発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図２０】従来の端面方向からの光の出射の様子を示す模式図である。
【図２１】従来のプリンタのドラムとヘッドの関係を示す構造図である。
【図２２】従来の分布屈折率レンズに入射可能な発光ダイオードの出射光を説明するための図である。
【符号の説明】
１００  発光ダイオードアレイチップ、１１０  発光部、１１０-1〜１１０-192  各発光部、１２０  電極配線、１２０-1〜１２０-192  各電極配線、１３０-1〜１３０-192  接続電極、１１０ａ  光出射端面、１１０ｂ  光反射端面、２００  ＧａＡｓ基板、２１０  ｎ型ＧａＡｓバッファ層、２２０-1  選択酸化層、２２０-2  非酸化層ｎ型ＡｌＡｓ層、２３０  ｎ型Αｌ0.4Ｇａ0.6ΑＳクラッド層、２４０  ｐ型Αｌ0.15Ｇａ0.85Αｓ活性層、２５０  ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Αｓクラッド層（上部クラッド層）、２６０  ｐ型ＧａＡｓオーミック層、２８０  上部電極、３４０  多重反射膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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