(57)【要約】  【課題】  光学素子の大量生産を行なったとしても、エッチングによって一導電型半導体層におけるオーミックコンタクト層を露出させ、順方向電圧が所定値以下となる光学素子を提供する。  【解決手段】  本発明の光学素子１は、基板１０上に第１オーミックコンタクト層２１ｂを含む複数の一導電型半導体層２１および複数の逆導電型半導体層２２が順次積層されてなる光学素子１であって、第１オーミックコンタクト層２１ｂは、一導電型不純物の濃度が逆導電型半導体層２２側から基板１０側に向かって漸次増加していることから、大量生産した場合であっても安定して第１オーミックコンタクト層２１ｂを露出させることが可能となり、順方向電圧（ＶＦ）を所定電圧以下とすることができるため、発光不良の発生しない光学素子アレイ１が実現される。【選択図】  図１
2014090054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１オーミックコンタクト層を含む複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層が順次積層されてなる光学素子であって、
前記第１オーミックコンタクト層は、一導電型不純物の濃度が前記逆導電型半導体層側から前記基板側に向かって漸次増加していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１オーミックコンタクト層よりも上に積層された前記一導電型半導体層および複数の前記逆導電型半導体層の厚みの合計値は、異なる部位における前記第１オーミックコンタクト層ならびに該第１オーミックコンタクト層よりも上に積層された前記一導電型半導体層および複数の前記逆導電型半導体層の厚みの合計値以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記一導電型半導体層は、ｎ型半導体層であって前記第１オーミックコンタクト層上に電子の注入層をさらに含み、
前記他導電型半導体層は、ｐ型半導体層であって発光層および該発光層上の第２オーミックコンタクト層をさらに含み、
前記第１オーミックコンタクト層および前記第２オーミックコンタクト層はＧａＡｓ層であり、前記電子の注入層はＡｌ１−ｘＧａｘＡｓ層であり、前記発光層はＡｌ１−ｙＧａｙＡｓ層であり、前記一導電型不純物はＳｉであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子を、基体上に複数配列したことを特徴とする光学素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種露光装置等の光源に用いられる光学素子アレイにおける光学素子として、ＬＥＤチップが採用されている。例えば、特許文献１に記載の光学素子アレイは、複数の配列された光学素子は、一導電型半導体層にオーミックコンタクト層および電子注入層ならびに逆導電型半導体層に発光層およびオーミックコンタクト層を有している。
【０００３】
しかしながら、このような光学素子は、大量生産を行った場合に光学素子の順方向電圧（ＶＦ）が高くなり、所定電圧を加えても発光しないという問題を抱えていた。発光しない原因を解析したところ、電子注入層、発光層およびオーミックコンタクト層などの各半導体層の厚みがばらついていることによって、一導電型半導体層におけるオーミックコンタクト層を露出するためのエッチングによってオーミックコンタクト層が露出せずに電子注入層などでエッチングが完了していることが分かった。そこで、一導電型半導体層におけるオーミックコンタクト層をエッチングによって安定して露出させる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、光学素子の大量生産を行なったとしても、エッチングによって一導電型半導体層におけるオーミックコンタクト層を露出させ、順方向電圧が所定値以下となる光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学素子は、基板上に第１オーミックコンタクト層を含む複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層が順次積層されてなる光学素子であって、前記第１オーミックコンタクト層は、一導電型不純物の濃度が前記逆導電型半導体層側から前記基板側に向かって漸次増加していることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子は、上記構成において、前記第１オーミックコンタクト層よりも上に積層された前記一導電型半導体層および複数の前記逆導電型半導体層の厚みの合計値は、異なる部位における前記第１オーミックコンタクト層ならびに該第１オーミックコンタクト層よりも上に積層された前記一導電型半導体層および複数の前記逆導電型半導体層の厚みの合計値以下であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の光学素子は、上記構成において、前記一導電型半導体層は、ｎ型半導体層であって前記第１オーミックコンタクト層上に電子の注入層をさらに含み、前記他導電型半導体層は、ｐ型半導体層であって発光層および該発光層上の第２オーミックコンタクト層をさらに含み、前記第１オーミックコンタクト層および前記第２オーミックコンタクト層はＧａＡｓ層であり、前記電子の注入層はＡｌ１−ｘＧａｘＡｓ層であり、前記発光層はＡｌ１−ｙＧａｙＡｓ層であり、前記一導電型不純物はＳｉであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学素子アレイは、上記いずれかの本発明の光学素子を、基体上に複数配列したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子によれば、基板上に第１オーミックコンタクト層を含む複数の一導電型半導体層および複数の逆導電型半導体層が順次積層されてなる光学素子であって、前記第１オーミックコンタクト層は、一導電型不純物の濃度が前記逆導電型半導体層側から前記基板側に向かって漸次増加していることから、大量生産した場合であっても安定して第１オーミックコンタクト層を露出させることが可能となり、順方向電圧（ＶＦ）を所定電圧以下とすることができるため、発光不良の発生しない光学素子アレイが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光学素子アレイの形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光学素子１の実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は、本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１に示す光学素子１は、ページプリンター等の電子写真装置に組み込まれる光学素子ヘッド等の露光装置における光源および受発光素子センサー等における光源として機能する。
【００１４】
光学素子１は、基板１０上に一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２で構成されている。
【００１５】
基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）およびガリウム砒素（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である。例えば、単結晶半導体基板の場合においては、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°のオフセット角度を有する基板が好適に用いられる。サファイアの場合においては、Ｃ面基板が好適である。ここで、Ｃ面とは（０００１）面のことである。
【００１６】
一導電型半導体層２１は、バッファ層２１ａ、第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび電子の注入層２１ｃで構成される。バッファ層２１ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層２１ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層２１ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層２１ａと第１オーミックコンタクト層２１ｂはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成され、電子の注入層２１ｃはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などで形成される。また、第１オーミックコンタクト層２１ｂはシリコン（Ｓｉ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、電子の注入層２１ｃはシリコン（Ｓｉ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。本例の一導電型半導体不純物はシリコン（Ｓｉ）である。
【００１７】
基板１０上に順次積層される一導電型半導体層２１、つまりバッファ層２１ａ、第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび電子の注入層２１ｃの各層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法などで積層される。
【００１８】
ここで、第１オーミックコンタクト層２１ｂの含有するシリコン（Ｓｉ）の濃度は、逆導電型半導体層２２側から基板１０側に向かって漸次増加している。例えば逆導電型半導体層２２側のシリコン（Ｓｉ）濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、基板１０
側のシリコン（Ｓｉ）濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにする。シリコン（Ｓｉ）濃度の調整は、第１オーミックコンタクト層２１ｂをＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などで積層形成する場合に、導入ガスのシリコン（Ｓｉ）濃度を積層形成を開始した時点から終了する時点まで漸次減少させることで行なえる。
【００１９】
なお、バッファ層２１ａは基板１０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移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。なお、基板１０の格子定数と半導体層の格子定数とが不整合を生じない場合には、バッファ層２１ａは省略できる。
【００２０】
一導電型半導体層２１の第１オーミックコンタクト層２１ｂには、第１電極３０が接続される。
【００２１】
一方、逆導電型半導体層２２は、発光層２２ａ、クラッド層２１ｂおよび第２オーミックコンタクト層２２ｃで構成される。
【００２２】
発光層２２ａと第２のクラッド層２２ｂ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２２ｃの厚みをｄとすると、ｄ＞（０．１５μｍ−オーミックコンタクト層の膜厚）程度の厚みに形成される。発光層２２ａおよびクラッド層２２ｂはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などからなり、第２オーミックコンタクト層２３ｃはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などから成る。発光層２２ａおよび第２のクラッド層２２ｂ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）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。ここで電子の注入層２１ｃのアルミニウムガリウム砒素の組成比をＡｌ１−ｘＧａｘＡｓとした場合には、発光層２２ａのアルミニウムガリウム砒素の組成比はＡｌ１−ｙＧａｙＡｓと一般的には異なっている。発光層２２ａと第２のクラッド層２２ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、第２オーミックコンタクト層２２ｃは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０１９〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。
【００２３】
逆導電型半導体層２２の第２オーミックコンタクト層２２ｃには、第２電極４０が接続される。
【００２４】
絶縁膜５０は基板１０および光学素子１の一部に形成されるものであり、例えば透明な材料で構成される。具体的には、ポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ）およびポリイミドシリコンなどから成る材料などが例示できる。この絶縁膜５０の厚みは２０００〜２００００Å程度に形成される。絶縁膜５０が窒化シリコン（ＳｉＮ）および酸化シリコン（ＳｉＯ）などから形成される場合には、プラズマＣＶＤ法などによって形成される。
【００２５】
絶縁膜５０は、光学素子１において、少なくとも第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび第２オーミックコンタクト層２２ｃを露出するように形成されている。
【００２６】
このような絶縁膜５０は、例えば、基板１０、一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２の上面に、絶縁膜５０となるポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどを被着形成し、その後フォトリソグラフィ技術を利用して、一導電型半導体層２１の第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび逆導電型半導体層２２の第２オーミックコンタクト層２２ｃが露出するようにエッチング処理されて形成されるものである。
【００２７】
第１電極３０および第２電極４０は、第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび第２オーミックコンタクト層２２ｃに接触する電極である。このため、金／金・ゲルマニウム／クロム（Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ）などから成る多層構造となっており、その厚み１μｍ程度以下に形成される。なお、この多層構造の材料に熱処理を加えて、Ｇｅを半導体層に拡散処理している。
【００２８】
このようにして形成された光学素子１は、第１電極３０と第２電極４０との間に電圧を印加することによって所定波長の光を発光する光学素子１として機能する。
【００２９】
ここで、第１オーミックコンタクト層２１ｂのシリコン（Ｓｉ）濃度を逆導電型半導体層２２側から基板１０側に向かって漸次増加させる理由について説明する。
【００３０】
上述の通り、一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などで積層形成されるため、各層がそれぞれ面内に厚みのばらつきを有している。
【００３１】
第１オーミックコンタクト層２１ｂは、一導電型半導体層２１であるバッファ層２１ａ、第１オーミックコンタクト層２１ｂおよび電子の注入層２１ｃならびに逆導電型半導体層２２である発光層２２ａ、クラッド層２２ｂおよび第２オーミックコンタクト層２２ｃを順次積層した後に、フェリシアン化カリウム（Ｋ３Ｆｅ３（ＣＮ）６）およびフェロシアン化カリウム（Ｋ４Ｆｅ３（ＣＮ）６）の混合溶液などによるウェットエッチングまたはアルゴン（Ａｒ）ガスなどによるドライエッチングなどを用いたフォトリソグラフィ法によって第１オーミックコンタクト層２１ｂを露出させる。
【００３２】
このエッチングでは、第１オーミックコンタクト層２１ｂを所定領域の全体にわたって露出させたいが、第１オーミックコンタクト層２１ｂの上面に形成される一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層の各層の厚みばらつきによって、部分的に第１オーミックコンタクト層２１ｂが露出されないことがある。電子の注入層２１ｃなどが残存した状態で第１電極３０を形成すると、光学素子１の順方向電圧（ＶＦ）が高くなる。光学素子１の順方向電圧（ＶＦ）が高くなると、所定電圧を第１電極３０と第２電極４０との間に印加したとしても光学素子１が発光しないといった問題が発生する。
【００３３】
この問題を解消するために、第１オーミックコンタクト層２１ｂの厚みを厚くして、第１オーミックコンタクト層２１ｂの上面に形成される一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層の各層の厚みがばらついたとしても第１オーミックコンタクト層２１ｂ内でエッチングが完了し、電子の注入層２１ｃなどが残存することを防止することが考えられる。しかし、このような方法では、生産性が悪いばかりかコスト的にも好ましくないため、第１オーミックコンタクト層２１ｂの厚みは極力薄いことが望ましい。
【００３４】
第１オーミックコンタクト層２１ｂに含まれる一導電型不純物であるシリコン（Ｓｉ）などの含有量が多くなればエッチング速度が小さくなることが分かっているため、第１オーミックコンタクト層２１ｂのシリコン（Ｓｉ）濃度を逆導電型半導体層２２側から基板１０側に向かって漸次増加させて、エッチング速度を漸次減少させることで、第１オーミックコンタクト層２１ｂの厚みが薄くても第１オーミックコンタクト層２１ｂを所定領域の全体にわたって露出させることが可能となる。ここで、エッチング速度とは単位時間当たりにエッチングする膜厚である。
【００３５】
この場合に、第１オーミックコンタクト層の厚みをどのように設定すればよいかが問題となるが、経験上、第１オーミックコンタクト層よりも上に積層された一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２の厚みの合計値が、異なる部位における第１オーミックコンタクト層２１ｂならびに第１のオーミックコンタクト層よりも上に積層された一導電
型半導体層２１および逆導電型半導体層２２の厚みの合計値以下となるように設定することが好ましい。
【００３６】
単純に一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２のエッチング速度が同じであるとした場合に、第１のオーミックコンタクト層２１ｂよりも上に積層された一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２の厚みの合計値が最大となる部位（以下、部位Ａという）と、第１オーミックコンタクト層２１ｂならびに第１のオーミックコンタクト層２１ｂよりも上に積層された一導電型半導体層２１および逆導電型半導体層２２の厚みの合計値が同じになる部位（以下、部位Ｂという）とを考えた場合に、部位Ａの第１オーミックコンタクト層２１ｂと電子の注入層２１ｃとの境界までエッチングすると、部位Ｂのバッファ層２１ａと第１オーミックコンタクト層２１ｂとの境界までエッチングすることになる。しかし、第１オーミックコンタクト層２１ｂのエッチング速度は、逆導電型半導体層２２側に位置する第１オーミックコンタクト層２１ｂと電子の注入層２１ｃとの境界から、基板１０側に位置するバッファ層２１ａと第１オーミックコンタクト層２１ｂとの境界に向かって徐々にエッチング速度が小さくなることから、部位Ａの第１オーミックコンタクト層２１ｂが露出するまでエッチングした際には、部位Ｂの第１オーミックコンタクト層２１ｂはまだエッチング除去されずに残存することとなる。
【００３７】
以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００３８】
例えば、図示はしないが、光学素子１を基体６０上に複数配列した光学素子アレイ１００としてもよい。この場合、基体６０を基体１０と同様に、例えばシリコン（Ｓｉ）およびガリウム砒素（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で構成すれば、基体６０を別に設ける必要はなく、基体１０上に複数の光学素子１を形成した光学素子アレイ１００とすることが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１  光学素子
１０  基板
２１  一導電型半導体層
２１ａ  バッファ層
２１ｂ  第１オーミックコンタクト層
２１ｃ  電子の注入層
２２  逆導電型半導体層
２２ａ  発光層
２２ｂ  クラッド層
２２ｃ  第２オーミックコンタクト
３０  第１電極
４０  第２電極
５０  絶縁膜
【図１】
2014090054.tif 000003