(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、通電電流を大きくすることなく発光出力の大きい半導体装置の提供を目的とする。また、この半導体装置を備えるプリントヘッド、及び、このプリントヘッドを備える画像形成装置の提供を目的とする。【解決手段】  本発明の半導体装置によれば、半導体薄膜の各層の電圧降下を考慮して電圧を印加することで直列に接続したｐｎ接合から略同等の発光が得られる。すなわち、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。【選択図】図２
2006319099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合と、
前記ｐｎ接合にキャリアを注入するためのｎ型及びｐ型電極とを備える半導体薄膜を
前記ｐｎ接合の一部または全部が直列に接続するように１つの基板上に複数備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数の前記半導体薄膜は、パッシベーション膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ｐｎ接合は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極の間に電流を流すことによって発光することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
複数の前記半導体薄膜が積層された半導体薄膜群を１つの基板上に配列させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体薄膜群は、薄膜配線により接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板上に積層された複数の前記半導体薄膜は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極との間に電流を流し、前記ｐｎ接合を介したキャリア注入により発光する光を前記半導体薄膜の積層方向上方から取り出すことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体薄膜は、発光する領域が限定されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項８】
複数の前記半導体薄膜は、複数の前記半導体薄膜間を流れる電流を通す導通膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記導通膜は、金属を含むことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記導通膜は、透明導電膜を含むことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記基板上に駆動回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体薄膜は、積層方向上面及び側面が金属層で被われており、
前記基板上に積層された複数の前記半導体薄膜は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極との間に電流を流し、前記ｐｎ接合を介したキャリア注入により発光する光を前記半導体薄膜の積層方向端面から取り出すことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体薄膜群は、直列に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１４】
複数の前記半導体薄膜は、電極配線及び該電極配線を有する層を平坦化する平坦化膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４に記載の半導体装置を備えることを特徴とするプリントヘッド。
【請求項１６】
請求項１５記載のプリントヘッドを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真式プリンタに使用されるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）プリントヘッドのような半導体装置に関する。また、この半導体層値を備えるプリントヘッドに関し、さらに、このプリントヘッドを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置として、半導体エピタキシャル層を備え、発光領域となるｐｎ接合を１つ備えた発光素子がある（例えば、特許文献１参照）。そして、この発光素子の発光出力を大きくするために、通電電流を上げていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発光素子の寿命は、通電電流に強く依存している。そのため、上述のように、通電電流を増加させると急激に寿命が低下するという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記実状に鑑み、通電電流を大きくすることなく発光出力の大きい半導体装置の提供を目的とする。また、この半導体装置を備えるプリントヘッド、及び、このプリントヘッドを備える画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、ｐｎ接合と、前記ｐｎ接合にキャリアを注入するためのｎ型及びｐ型電極とを備える半導体薄膜を前記ｐｎ接合の一部または全部が直列に接続するように１つの基板上に複数備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置によれば、半導体薄膜の各層の電圧降下を考慮して電圧を印加することで直列に接続したｐｎ接合から略同等の発光が得られる。すなわち、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。また、少ない通電電流で大きな発光強度を得ることができる。さらに、複数の半導体薄膜を積層する構造であるため、構造的に非常に小型となる。さらに、半導体薄膜が備えるコンタクト層に電極を形成することで低抵抗の接続が可能となる。
【０００８】
本発明の半導体装置において、複数の前記半導体薄膜は、パッシベーション膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする。これにより、パッシベーション膜により各半導体薄膜は、絶縁された状態となり、それぞれの電極を介して確実に電流を注入することができる。
【０００９】
本発明の半導体装置において、前記ｐｎ接合は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極の間に電流を流すことによって発光することを特徴とする。これにより、この半導体装置は、発光素子となる。
【００１０】
本発明の半導体装置において、複数の前記半導体薄膜が積層された半導体薄膜群を１つの基板上に配列させることを特徴とする。これにより、高い発光強度の半導体薄膜群を配列することができ、高い発光強度の発光素子アレイが得られる。そして、発光強度を低くできる状況では、発光のために必要な電流を大幅に低減することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置において、前記半導体薄膜群は、薄膜配線により接続されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置において、前記基板上に積層された複数の前記半導体薄膜は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極との間に電流を流し、前記ｐｎ接合を介したキャリア注入により発光する光を前記半導体薄膜の積層方向上方から取り出すことを特徴とする。これにより、発光強度の高い光を積層方向上面から取り出すことができる。
【００１３】
本発明の半導体装置において、前記半導体薄膜は、発光する領域が限定されていることを特徴とする。これにより、電流密度を高くすることができ、発光強度とともに発光効率を高くすることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置において、複数の前記半導体薄膜は、複数の前記半導体薄膜間を流れる電流を通す導通膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする。これにより、半導体薄膜に広く拡散させるように電流を注入することができ、効率的な発光を促せる。
【００１５】
本発明の半導体装置において、前記導通膜は、金属を含むことを特徴とする。これにより、積層方向下方に発光した光がこの金属に反射し、積層方向下方からの発光を防ぎ、発光強度を高くすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置において、前記導通膜は、透明導電膜を含むことを特徴とする。これにより、導通層での光透過を保持することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置において、前記基板上に駆動回路を備えたことを特徴とする。これにより、駆動素子を有するより小型な半導体装置が得られる。例えば、ＬＥＤプリンタヘッド等に利用することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置において、前記半導体薄膜は、積層方向上面及び側面が金属層で被われており、前記基板上に積層された複数の前記半導体薄膜は、前記ｎ型電極と前記ｐ型電極との間に電流を流し、前記ｐｎ接合を介したキャリア注入により発光する光を前記半導体薄膜の積層方向端面から取り出すことを特徴とする。これにより、発光強度の高い光を端面方向から取り出すことができる。
【００１９】
本発明の半導体装置において、前記半導体薄膜群は、直列に接続されることを特徴とする。これにより、少ない電流で、より高い発光強度が得られる。また、半導体薄膜が備えるｐｎ接合が直列接続しやすくなる。
【００２０】
本発明の半導体装置において、複数の前記半導体薄膜は、電極配線及び該電極配線を有する層を平坦化する平坦化膜を介して１つの前記基板上に積層されていることを特徴とする。これにより、半導体薄膜の積層を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明のプリントヘッドは、上述の半導体装置を備えることを特徴とする。これにより、高品質な画像形成を効率良く行うことができる。
【００２２】
本発明の画像形成装置は、上述のプリントヘッドを備えることを特徴とする。これにより、スペース効率に優れた上で、高品質の画像を形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体装置は、半導体薄膜の各層の電圧降下を考慮して電圧を印加することで直列に接続したｐｎ接合から略同等の発光が得られる。すなわち、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。また、少ない通電電流で大きな発光強度を得ることができる。さらに、複数の半導体薄膜を積層する構造であるため、構造的に非常に小型となる。さらに、半導体薄膜が備えるコンタクト層に電極を形成することで低抵抗の接続が可能となる。
【００２４】
さらに、本発明のプリントヘッドは、高品質な画像形成を効率良く行うことができる。そして、本発明の画像形成装置は、スペース効率に優れた上で、高品質の画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１で説明する本発明の半導体装置の上面図である。また、図２は、図１で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１で説明する半導体装置は、第１基板１０１上に反射層１０２及びパッシベーション膜１０３を備えている。そのパッシベーション膜１０３の積層方向上方に、半導体薄膜１０９ｃ、半導体薄膜１０９ｂ、半導体薄膜１０９ａの順でパッシベーション膜１０３を介して積層される。そして、絶縁層１０４と、電極１０５、電極配線１０６、電極配線１０７、及び、電極１０８とを有している。
【００２７】
基板１０１は、複数の半導体薄膜１０９、反射層１０２、パッシベーション膜１０３等を積層させるための板状部材である。基板１０１の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｓｉ等が挙げられる。
【００２８】
反射層１０２は、基板１０１上に形成され、半導体薄膜１０９の発光する光を反射させる。反射層１０２の材質としては、発光する光を反射することができるものであれば特に限定するものではなく、金属等が挙げられる。より詳細には、Ｔｉ、Ａｌ、ＴｉＡｌ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＴｉＰｔＡｕ、Ａｕ、ＣｒＡｌ、ＣｒＡｕ、Ｐｄ、ＣｒＰｄ等が挙げられる。
【００２９】
パッシベーション膜１０３は、反射層１０２の上面及び複数の半導体薄膜１０９の間に備えられ、半導体薄膜１０９の絶縁となっている。絶縁層１０４は、電流を所定箇所以外から注入されるのを防ぐ。このパッシベーション膜１０３及び絶縁層１０４は、積層する半導体薄膜１０９の層数や形状等によって適宜変更される。なお、各半導体薄膜間（例えば１０９ａと１０９ｂとの間、１０９ｂと１０９ｃとの間）のパッシベーション膜を省略してもよい。
【００３０】
電極１０５、電極配線１０６、電極配線１０７、及び、電極１０８は、接続されている半導体薄膜１０９にキャリアの注入として電流を流す。電極１０５は、半導体薄膜１０９ｃの第１導電型コンタクト層と接触する電極及び電極パッドである。電極配線１０６は、半導体薄膜１０９ｂの第１導電型コンタクト層と半導体薄膜１０９ｃの第２導電型コンタクト層とを接続する配線である。電極配線１０７は、半導体薄膜１０９ａの第１導電型コンタクト層と半導体薄膜１０９ｂの第２導電型コンタクト層とを接続する配線である。電極１０８は、半導体薄膜１０９ａの第２導電型コンタクト層と接触する電極及び電極パッドである。電極配線１０６や電極配線１０７は、半導体薄膜１０９同士を直接接続した形態で示しているが、半導体薄膜１０９同士それぞれに電極を形成した後、配線して接続してもよい。
【００３１】
半導体装置は、図１及び図２のように、半導体薄膜１０９が３つ積層された構造であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１及び図２のように、半導体薄膜が３つある場合、下層の半導体薄膜１０９ｃの方ほど発光波長が長く、下層から赤、緑、青の光の３原色とすることもできる。このとき、発光した光を取り出す方向が積層方向上面である場合、すなわち、半導体薄膜１０９ｃから半導体薄膜１０９ａに向かって発光した光を取り出す場合、それぞれの層で発光した光が他の層で吸収されずに出力でき、白色の光を取り出すことができる。各半導体薄膜が含む発光領域から射出される光の発光波長の組み合わせは適宜変更することができる。また、組み合わせる発光波長の数（半導体薄膜の数）は、例えば２つでも、４つ以上でもよく、適宜変更することができる。
【００３２】
半導体薄膜１０９は、基板１０１上に、下層から半導体薄膜１０９ｃ、半導体薄膜１０９ｂ、半導体薄膜１０９ａの順に積層されている。これら各半導体薄膜１０９は、大きさは異なるものの全て同じ構造である。
【００３３】
半導体薄膜１０９は、図３のように、下層から順に、例えばｎ型ＧａＡｓ層である第１導電型ボンディング層３１０、例えばｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ層である第１導電型導通層３１１、例えばｎ型ＧａＡｓ層である第１導電型コンタクト層３１２、例えばｎ型ＩｎＧａＰ層である第１導電型エッチング停止層３１３、例えばｎ型ＧａＡｓ層である第１導電型分離層３１４、例えばｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層である第１導電型クラッド層３１５、例えばｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層である第１導電型活性層３１６、例えばｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層である第２導電型クラッド層３１７、例えばｐ型ＧａＡｓである第２導電型コンタクト層３１８が積層されている。
【００３４】
この半導体薄膜１０９は、基板１０１とは異なる基板上でのエピタキシャル成長とエッチング等により所定の形状に形成され、形成された半導体薄膜１０９を反射層１０２やパッシベーション膜１０３を有する基板１０１に転写することで形成される。このとき、第１導電型エッチング停止層は、エッチングの際、エッチングしない層を保護し、選択的なエッチングが可能となる。
【００３５】
第１導電型コンタクト層３１２は、電極パッドが接続されたり、配線が形成されたりする。例えば第１導電型コンタクト層３１２がｎ型ＧａＡｓ層である場合、ｎ型電極となる。一方、第２導電型コンタクト層３１８も同様に、電極となり、電極パッドが接続されたり、配線が形成されたりする。例えば第２導電型コンタクト層３１８がｐ型ＧａＡｓ層である場合、ｐ型電極となる。
【００３６】
第１導電型活性層３１６は、上述の第１導電型コンタクト層３１２及び第２導電型コンタクト層３１８から電流を流すことで発光するｐｎ接合を有する。この第１導電型活性層３１６は、第２導電型とすることもできる。また、ノンドープとすることもできる。第１導電型クラッド層３１５及び第２導電型クラッド層３１７は、第１導電型活性層３１６を挟むように形成され、電流を流して少量キャリアを第１導電型活性層３１６へ注入する。
【００３７】
半導体装置は、この半導体薄膜を複数有している。この半導体装置は、基板１０１上に、反射層１０２を形成し、その積層方向上面にパッシベーション膜１０３を形成する。その後、上述のように基板１０１とは異なる基板で形成された半導体薄膜１０９ｃを転写し、その積層方向上面に、電極配線１０６を形成する箇所を残してパッシベーション膜１０３を形成する。
【００３８】
そして、基板１０１とは異なる基板で形成された半導体薄膜１０９ｂを転写し、その積層方向上面に、電極配線１０７を形成する箇所を残してパッシベーション膜１０３を形成する。さらに、基板１０１とは異なる基板で形成された半導体薄膜１０９ａを転写する。そして、電極１０５、電極配線１０６、電極配線１０７、電極１０８を形成する箇所を除く箇所に絶縁層１０４を形成した後、電極１０５、電極配線１０６、電極配線１０７、電極１０８を形成する。
【００３９】
半導体薄膜１０９の発光する光の波長域は特に限定するものではない。例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰで赤色光を、ＧａＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＧａｘＩｎ１−ｘＮのいずれか１つ、又は、複数の材料を含む窒化物半導体材料系で緑色光や青色光を発光させるように使用する材質を適宜変更することができる。例えば、窒化物材料としては、上述の材料以外に次のような材料を使用することもできる。その材料は、ＧａＡｓ１−ｘＮｘ、ＧａＰ１−ｘＮｘ、ＩｎＡｓ１−ｘＮｘ、ＩｎＰ１−ｘＮｘ、ＩｎＧａ１−ｘＡｓ１−ｙＮｙ、ＩｎＰ１−ｘ−ｙＡｓｘＮｙ、ＧａＰ１−ｘ−ｙＡｓｘＮｙ、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮ、（１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０）の１つ又は複数の材料を適用してもよい。また４元系の材料についても、ＡｌｘＧａｙＡｓ１−ｘ−ｙＰなどであってもよい。さらに、ＩＩ族からＩＶ族半導体材料を使用することもできる。ＺｎＯ等の酸化物半導体を使用することもできる。
【００４０】
上述に示した構造を有する半導体装置は、電極１０５をｎ型電極、電極１０８をｐ型電極とし、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電流を流すことで、半導体薄膜１０９ａ、半導体薄膜１０９ｂ及び半導体薄膜１０９ｃのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、各ｐｎ接合が発光する。
【００４１】
より詳細には、ｐ側電極である電極１０８から電流が第２導電型コンタクト層３１８を介して半導体薄膜１０９ａに注入される。注入された電流は、半導体薄膜１０９ａの各層を流れ、半導体薄膜１０９ａのｐｎ接合を発光させる。
【００４２】
そして、第２導電型コンタクト層３１８に流れた電流は、電極配線１０７を経由して、半導体薄膜１０９ｂに注入する。このとき、電極配線１０７は、半導体薄膜１０９ａに対してｎ型電極であるが、半導体薄膜１０９ｂに対しては、ｐ型電極となる。半導体薄膜１０９ｂのｐ型電極となる電極配線１０７は、半導体薄膜１０９ｂに電流を注入し、その電流が半導体薄膜１０９ｃと同様に流れる。したがって、半導体薄膜１０９ｂのｐｎ接合で発光し、第１導電型コンタクト層３１２から電極配線１０６を経由して半導体薄膜１０９ｃに電流が流れる。
【００４３】
このとき、電極配線１０６は、半導体薄膜１０９ｂに対してｎ型電極であるが、半導体薄膜１０９ｃに対しては、ｐ型電極となる。半導体薄膜１０９ｃのｐ型電極となる電極配線１０６は、半導体薄膜１０９ｃに電流を注入し、電流が半導体薄膜１０９ａ及び半導体薄膜１０９ｂと同様に流れる。したがって、半導体薄膜１０９ｃのｐｎ接合で発光し、第１導電型コンタクト３１２層を経由して電極１０８に電流が流れる。
【００４４】
この各半導体薄膜１０９のｐｎ接合での電圧降下と各層での電圧降下を考慮し、これらの電圧降下よりも高い電圧を印加することで、上述のように直列に接続した複数の半導体薄膜１０９に順方向電流が流れる。そして、各半導体薄膜１０９のｐｎ接合から略同等の発光が得られる。すなわち、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。
【００４５】
このとき流れる電流は、印加電圧と全体の接合抵抗と半導体層の抵抗及び配線の抵抗の総計で定まる。また、電流の流路となる各半導体薄膜内での電圧降下は、流す電流に依存するが、各薄膜材料の抵抗及び各ｐｎ接合の接合抵抗による電圧降下である。発光動作時の各ｐｎ接合での電圧降下は、半導体材料に依存する。例えば、上述の実施の形態で説明したＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを活性層にもつ半導体薄膜では、約１．５Ｖである。また、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造をもつ半導体薄膜では、約３．５Ｖである。各薄膜材料の抵抗及び各ｐｎ接合の接合抵抗に加えて、電極と半導体材料のコンタクト層とのコンタクト抵抗が加わる。これらの抵抗を考慮して適宜印加電圧を調整することができる。
【００４６】
このように、基板１０１上に、基板１０１とは異なる基板で形成された少なくとも１つのｐｎ接合を有する半導体薄膜１０９を複数備え、この半導体薄膜１０９を電極を介して直列に接合することで、少ない通電電流で大きな発光強度を得ることができる。また、複数の半導体薄膜を積層する構造であるため、構造的に非常に小型となる。さらに、半導体薄膜が備えるコンタクト層に電極を形成することで低抵抗の接続が可能となる。
【００４７】
尚、コンタクト層のエネルギーバンドギャップが活性層のエネルギーバンドギャップよりも小さいことが多い。この場合には、コンタクト層は活性層から射出される光の吸収層となる。したがって、光吸収の観点から、コンタクト層をできるだけ薄くすることが望ましい。しかしながら、コンタクト層を薄くすると、エッチングによってコンタクト層を露出させることが困難となる。
【００４８】
実施の形態１で説明する半導体装置は、図３のように、第１導電型導通層３１１、第１導電型コンタクト層３１２、第１導電型エッチング停止層３１３の順で積層されている。そのため、第１導電型コンタクト層３１２を半導体薄膜の途中に形成するとともに、第１導電型エッチング停止層３１３により第１導電型コンタクト層３１２を傷つけることなくエッチングを停止し、別途この第１導電型エッチング停止層３１３の一部を除去することで第１導電型コンタクト層３１２を非常に薄くかつ均一に形成することができる。
【００４９】
この半導体装置は、基板１０１上に反射層１０２があるため、半導体薄膜１０９の積層方向下方に出射した光を反射させて半導体薄膜１０９の積層方向上方から出射させることができる。各半導体薄膜１０９の第１導電型コンタクト層３１２を上述のように薄く形成することにより光の吸収を抑え、より発光強度の高い半導体装置を得ることができる。
【００５０】
上述の半導体装置は、図１乃至図３で説明したように基板１０１上に複数の半導体薄膜のｐｎ接合を直列に接続した半導体薄膜群１組を備えるものであるが、図４のように、基板１０１上に半導体薄膜群を複数配列させてもよい。これにより、高い発光強度の半導体薄膜群を配列することができ、高い発光強度の発光素子アレイが得られる。そして、発光強度を低くできる状況では、発光のために必要な電流を大幅に低減することができる。
【００５１】
また、上述の実施の形態１の半導体装置は、以下のように変形することができる。図５は、その半導体装置の断面形状を示すものである。図５のように、基板４０１上には、反射層４０２及びパッシベーション膜４０３を備え、その積層方向上面に半導体薄膜４０９ｃ、半導体薄膜４０９ｂ、半導体薄膜４０９ａの順でパッシベーション膜を介して積層される。そして、絶縁層４０４と、電極４０５、電極配線４０６、電極配線４０７、及び、電極４０８とを有している。
【００５２】
そして、半導体薄膜４０９は、基板４０１とは異なる基板で形成され、図６のように、第１導電型ボンディング層５１０、第１導電型コンタクト層５１２、第１導電型下クラッド層５１１、第１導電型上クラッド層５１５、第１導電型活性層５１６を備える。第１導電型コンタクト層５１２、第１導電型クラッド層５１５及び第１導電型活性層５１６は、不純物拡散等により、選択的な不純物ドーピングによって一部が不純物拡散領域５１７となり、第２導電型となっている。すなわち、不純物拡散領域５１７は、第２導電型活性層５１７ｃ、第２導電型クラッド層５１７ｂ、第２導電型コンタクト層５１７ａにより構成される。この半導体薄膜４０９は、例えば、第１導電型ボンディング層５１０、第１導電型下クラッド層５１１、第１導電型活性層５１６、第１導電型上クラッド層５１５、第１導電型コンタクト層５１２を順に形成した後に、第１導電型コンタクト層５１２の一部をエッチングし、図６のように、選択的に不純物ドーピングすることで形成される。
【００５３】
この半導体装置は、図５のように、基板４０１上に複数の半導体薄膜４０９の活性層内のｐｎ接合が直列に接続され、例えば電極４０５をｎ型電極、電極４０８をｐ型電極とすることで上述の半導体装置と同様に各半導体薄膜４０９のｐｎ接合が発光する。したがって、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。
【００５４】
さらに、図５に示されるような半導体薄膜は、ｐｎ接合が選択的な不純物ドーピングによって形成されたものである。そのため、図１乃至図３で示された半導体装置よりも層の数が少ないため小型にすることもできる。さらに、同一面、同一の半導体層で電極コンタクトを形成することができため、直列接続構造を形成しやすい。上述の実施の形態の説明では、各半導体薄膜の間にパッシベーション膜を設けたが、各半導体薄膜の間にパッシベーション膜を設けずに、各半導体薄膜を積層することもできる。
【００５５】
実施の形態１では、半導体薄膜の材料として、ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓを具体例にあげて説明したが、本発明は半導体材料の種類に限定されない。例えば、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮの中から１種類、または複数種類選択することもできる。例えば、窒化物材料として、上述の材料以外に次のような材料を使用することもできる。その材料は、ＧａＡｓ１−ｘＮｘ、ＧａＰ１−ｘＮｘ、ＩｎＡｓ１−ｘＮｘ、ＩｎＰ１−ｘＮｘ、ＩｎＧａ１−ｘＡｓ１−ｙＮｙ、ＩｎＰ１−ｘ−ｙＡｓｘＮｙ、ＧａＰ１−ｘ−ｙＡｓｘＮｙ、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮ、（１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０）の１つ又は複数の材料を適用してもよい。また４元系の材料についても、ＡｌｘＧａｙＡｓ１−ｘ−ｙＰなどであってもよい。さらに、ＩＩ族からＩＶ族半導体材料を使用することもできる。ＺｎＯ等の酸化物半導体を使用することもできる。
【００５６】
また、実施の形態１では、同じ構造の半導体薄膜を積層する形態を説明したが、それぞれ波長の異なる材料を積層してもよい。さらに第１の基板材料をＳｉ基板としたが、他の材料、例えばガラス、プラスチック、セラミック、金属であってもよい。また、電極パッドの配置や電極コンタクトの配置は適宜変更が可能である。
【００５７】
［実施の形態２］
実施の形態２で説明する半導体装置は、実施の形態１で説明した半導体装置の発光領域が所定の領域に限定されている構造となっている半導体薄膜を有している。以下、この半導体装置について図７及び図８によって説明する。
【００５８】
図７は、実施の形態２で説明する本発明の半導体装置の上面図である。また、図８は、図７に示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。実施の形態２で説明する半導体装置は、基板７０１上に反射層７０２、パッシベーション膜７０３を備えている。そのパッシベーション膜７０３の積層方向上方に半導体薄膜７０９ｃ、半導体薄膜７０９ｂ、半導体薄膜７０９ａの順でパッシベーション膜７０３を介して積層される。そして、絶縁層１０４と、電極１０５、電極配線１０６、電極配線１０７、及び、電極１０８とを有している。この各層、各電極、各電極配線は、実施の形態１と略同じであるため詳細な説明を省略する。
【００５９】
半導体薄膜７０９は、図９のように、第１導電型ボンディング層９１０、第１導電型導通層９１１、第１導電型コンタクト層９１２、第１導電型エッチング停止層９１３、第１導電型分離層９１４、第１導電型下クラッド層９１５、第１導電型活性層９１６、第１導電型上クラッド層９１７、第２導電型導通層９１８、第２導電型コンタクト層９１９を有している。
【００６０】
例えば、半導体薄膜７０９は、第１導電型ボンディング層９１０としてｎ型ＧａＡｓ、第１導電型導通層９１１としてｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ、第１導電型コンタクト層９１２としてｎ型ＧａＡｓ、第１導電型エッチング停止層９１３としてｎ型ＩｎＧａＰ、第１導電型分離層９１４としてｎ型ＧａＡｓ、第１導電型下クラッド層９１５としてｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、第１導電型活性層９１６としてｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ、第１導電型上クラッド層９１７としてｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ、第２導電型導通層９１８としてｐ型ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ、第２導電型コンタクト層９１９としてｐ型ＧａＡｓが積層されている。ここで、すくなくともｘ，ｚ＞ｙ、ｓ，ｔ＞ｙの条件とすることが望ましい。これにより、第１導電型活性層９１６のエネルギーバンドギャップに対して、少なくとも第１導電型下クラッド層９１５、第１導電型上クラッド層９１７、第１導電型導通層９１１及び第２導電型導通層９１８のエネルギーバンドギャップを大きくすることに相当する。
【００６１】
そして、第１導電型活性層９１６、第１導電型上クラッド層９１７、第２導電型導通層９１８、第２導電型コンタクト層９１９の一部を選択的な不純物拡散等により不純物をドーピングすることで、第１導電型活性層内に到達する高濃度拡散領域９２０が形成されている。すなわち、この高濃度拡散領域は、高濃度拡散活性層９２０ａ、高濃度拡散クラッド層９２０ｂ、高濃度拡散導通層９２０ｃ、高濃度拡散コンタクト層９２０ｄで構成されている。この高濃度拡散領域９２０は、最上面の高濃度拡散コンタクト層９２０ｄから高濃度拡散活性層９２０ａまで第２導電型となっている。
【００６２】
このとき、半導体薄膜７０９は、第２導電型導通層９１８と第１導電型クラッド層９１７との界面、及び、活性層内にｐｎ接合が形成されることになる。この２つのｐｎ接合のエネルギーバンドギャップを比較すると、第２導電型導通層９１８と第１導電型クラッド層９１７との界面のｐｎ接合の方が活性層内のｐｎ接合よりも大きい。したがって、第２導電型導通層９１８と第１導電型クラッド層９１７との界面のｐｎ接合で発光させるためには大きなエネルギーを必要とする。したがって、不純物拡散領域９２０のドープ濃度を十分に高くし、活性層内に形成されているｐｎ接合面に達する経路での電圧降下を下げることによって不純物拡散領域９２０内に効率的に電流が流れる。したがって、活性層内のｐｎ接合に電流が流れ、このｐｎ接合が発光する。すなわち、発光領域として制限した領域が通電によって発光する。
【００６３】
上述に示した構造を有する半導体装置は、実施の形態１と同様に、電極７０５をｎ型電極、電極７０８をｐ型電極とし、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電流を注入する。これにより、半導体薄膜７０９ａ、半導体薄膜７０９ｂ及び半導体薄膜７０９ｃのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、各半導体薄膜７０９の不純物拡散領域９２０のｐｎ接合で発光する。
【００６４】
このように、実施の形態２で説明した半導体薄膜７０９のように、第２導電型コンタクト層９１９と第２導電型導通層９１８を第１導電型クラッド層９１７の積層方向上方に設け、第２導電型コンタクト層９１９から第１導電型活性層９１６に至る不純物拡散領域９２０を設けることで、電流を所定の領域のみに流れる構造とすることができる。これにより、複数の半導体薄膜７０９を積層させた場合であっても、各半導体薄膜７０９の発光領域を所定の領域に限定することができる。また、ｐｎ接合を積層させて直列に接続することで、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。
【００６５】
例えば、各半導体薄膜７０９の発光領域をそれぞれ対応する位置に設けることができる。このように、発光領域を限定された位置に設けることで、発光領域の電流密度を高くすることができ、発光強度とともに発光効率を高くすることができる。また、発光領域のほとんどを重ねて形成することができるため、単色光の出射するエリアが小さく、異なる波長の光を出射する複数の半導体薄膜を積層する構造では、射出下発光波長が異なる光が混ざることで、白色発光等の発光色の制御をしやすくすることができる。
【００６６】
上述の半導体装置は、図７乃至図９で説明したように基板７０１上に複数の半導体薄膜のｐｎ接合を直列に接続した半導体薄膜群１組を備えるものであるが、図１０のように、基板上に半導体薄膜群を複数備えてもよい。これにより、高い発光強度の半導体薄膜群を配列することができ、高い発光強度の発光素子アレイが得られる。そして、発光強度を低くできる状況では、発光のために必要な電流を大幅に低減することができる。
【００６７】
［実施の形態３］
実施の形態３で説明する半導体装置は、実施の形態１で説明したパッシベーション膜１０３を介して半導体薄膜１０９を積層した半導体装置のパッシベーション膜１０３と半導体薄膜１０９との間に導通層１１０を備えたものである。この導通層１１０は、導電性材料による層で、Ａｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｕのいずれかの元素を含む、単体、積層、複合又は合金材料や、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜等の透明電極材料等が挙げられる。この層の厚さとしては、５０ｎｍから３００ｎｍが好ましい。３００ｎｍ以上では、透過率が大きく減少し、５０ｎｍ以下では、抵抗が大きく増加してしまう。
【００６８】
上述のような半導体装置は、実施の形態１と同様に例えば電極１０５をｎ型電極及び電極１０８をｐ型電極として電源と接続することで、半導体薄膜１０９に電流が流れ、各半導体薄膜１０９のｐｎ接合が発光する。このとき、半導体薄膜１０９とパッシベーション膜１０３との間に導通層１１０を備えることで半導体薄膜１０９内の第２導電型コンタクト層３１８に広く電流を拡散させることができる。
【００６９】
このように、実施の形態３で説明した半導体装置は、半導体薄膜１０９とパッシベーション膜１０３との間に導通層１１０を備えることで、半導体薄膜１０９内の第２導電型コンタクト層３１８に広く電流を拡散させることができ、効率的な発光を促せる。導通層１１０に金属を用いることで、積層方向下方に発光した光がこの金属に反射し、積層方向下方からの発光を防ぎ、発光強度を高くすることができる。また、導通層１１０に透明電極材料を用いることで、半導体薄膜１０９内の第２導電型コンタクト層３１８に広く電流を拡散させることができるとともに、導通層１１０での光透過を保持することができる。
【００７０】
［実施の形態４］
実施の形態４で説明する半導体装置は、半導体薄膜上に導通層を設け、この導通層の上に別の半導体薄膜をボンディングした構造となっている。以下、この半導体装置について図１２及び図１３によって説明する。
【００７１】
図１２は、実施の形態４で説明する本発明の半導体装置の上面図である。また、図１３は、図１２に示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。実施の形態４で説明する半導体装置は、基板１２０１上に絶縁層１２０４を備えている。その絶縁層１２０４の積層方向上方に、電極１２０５が形成されている。この電極１２０５の積層方向上方には、半導体薄膜１２０９ｃ、半導体薄膜１２０９ｂ、半導体薄膜１２０９ａが導通層１２３０を介して積層されている。その上方には、電極１２０８が備えられている。この各層、各電極、各電極配線は、実施の形態１と略同じであるため詳細な説明を省略する。
【００７２】
半導体薄膜１２０９は、第１導電型コンタクト層１２１２、第１導電型クラッド層１２１５、第１導電型活性層１２１６、第２導電型クラッド層１２１８、第２導電型コンタクト層１２１９を有している。この半導体薄膜１２０９に電流が流れることで、第１導電型活性層１２１６内のｐｎ接合が発光する。
【００７３】
導通層１２３０は、実施の形態３の導通層と同様に、導電性材料による層で、Ａｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｕのいずれかの元素を含む、単体、積層、複合又は合金材料や、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜等の透明電極材料等が挙げられる。この層の厚さとしては、５０ｎｍから３００ｎｍが好ましい。３００ｎｍ以上では、透過率が大きく減少し、５０ｎｍ以下では、抵抗が大きく増加してしまう。
【００７４】
このように、形成される半導体装置は、電極１２０５をｎ型電極、電極１２０８をｐ型電極とし、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電流を注入することで、半導体薄膜１２０９ａ、半導体薄膜１２０９ｂ及び半導体薄膜１２０９ｃのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、各ｐｎ接合が発光する。
【００７５】
より詳細には、ｐ側電極である電極１２０８から電流が第２導電型コンタクト層１２１９を介して半導体薄膜１２０９ａに注入される。注入された電流は、半導体薄膜１２０９ａの各層を流れ、半導体薄膜１２０９ａのｐｎ接合を発光させる。
【００７６】
そして、半導体は薄膜１２０９ａの第２導電型コンタクト層１２１９に流れた電流は、導通層１２３０を経由して半導体薄膜１２０９ｂに注入される。この電流は、半導体薄膜１２０９ａと同様に各層を流れ、半導体薄膜１２０９ｂのｐｎ接合を発光させる。半導体は薄膜１２０９ｂの第２導電型コンタクト層１２１９に流れた電流は、導通層１２３０を経由して半導体薄膜１２０９ｃに注入される。この電流は、半導体薄膜１２０９ｃと同様に各層を流れ、半導体薄膜１２０９ｂのｐｎ接合を発光させる。
【００７７】
この各半導体薄膜１２０９に対して、各半導体薄膜１２０９のｐｎ接合での電圧降下と各層での電圧降下を考慮して、これらの電圧降下よりも高い電圧を印加することで、上述のように直列に接続した複数の半導体薄膜１２０９に順方向電流が流れる。そして、各半導体薄膜１２０９のｐｎ接合から略同等の発光が得られる。すなわち、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。そして、半導体装置に積層させる半導体薄膜１２０９を簡単な構造とすることができる。そして、電極１２０５及び電極１２０８以外の電極配線が容易となり、構造が簡単なより小型の半導体装置となる。
【００７８】
実施の形態４で説明した半導体装置は、図１２及び図１３で説明したように基板１２０１上に複数の半導体薄膜のｐｎ接合を直列に接続した半導体薄膜群１組を備えるものに限られるものではない。例えば、図１４及び図１５のように、基板１４０１上に半導体薄膜群からなる複数の半導体素子と駆動回路を有する駆動素子とを備えた半導体複合装置としてもよい。
【００７９】
図１４は、実施の形態４で説明した半導体装置の別の例で、複数の半導体素子と駆動素子とを備えた半導体複合装置の上面図を示している。図１５は、図１４で示される半導体複合装置のＡ−Ａ断面図である。この半導体複合装置は、基板１４０１上に半導体素子１４３０が配列された領域と、半導体素子１４３０に接続する駆動回路を有する駆動素子１４０２の領域とが形成されている。
【００８０】
半導体素子１４３０は、実施の形態４で説明した半導体装置と略同様の複数のｐｎ接合を直列に接続した半導体薄膜群からなり、複数の半導体素子１４３０が一列に配列されている。そして、その半導体素子１４３０が配列された領域には、基板１４０１と半導体素子１４３０との間に半導体素子１４３０の第１導電型電極となる電極１４０５が形成されている。また、この半導体素子１４３０の最上面には、第２導電型電極となる電極１４０８が形成され、駆動素子１４０２と接続領域１４３４を介して接続している。また、電極１４０５と駆動素子１４０２が接続領域１４３６を介して接続されている。
【００８１】
駆動素子１４０２は、図１５のように、基板１４０１内に作成される回路素子群１４０２ａと回路素子群１４０２ａの多層配線１４０２ｂとを備えている。その上には絶縁層１４０４が設けられている。さらにその駆動素子１４０２には、電源や半導体素子の制御データの出入力パッド１４３８が備えられている。この出入力パッド１４３８からのデータの出入力により、半導体素子１４３０の制御等のデータが駆動素子１４０２内の駆動回路に送られ、回路内でそのデータが処理された後、半導体素子１４３０を制御することができる。また、駆動素子１４０２のオンオフも行われる。
【００８２】
このように、発光素子と駆動回路とを一体とすることで、発光素子と駆動素子との複合装置が得られる。これにより、駆動素子を有するより小型な半導体装置が得られる。
【００８３】
この上述のような半導体複合装置は、ｐｎ接合を直列に接合した半導体薄膜群のみを複数使用した例であるが、例えばｐｎ接合を１つ有する半導体薄膜のようにｐｎ接合を直列に接合していない半導体薄膜も一緒に搭載されていてもよい。また、受光素子、感圧素子、感熱素子等のセンサーを一緒に搭載されていてもよい。また、駆動素子１４０２は、駆動方式や駆動回路の構成を適宜設計することができる。
【００８４】
さらに、この駆動素子１４０２は、単結晶Ｓｉ薄膜や多結晶Ｓｉ薄膜や有機材料薄膜等といったの薄膜材料で形成されていてもよい。単結晶Ｓｉ薄膜は、駆動素子１４０２を形成する領域の上層を剥離或いは研磨して駆動回路を形成することができる。多結晶Ｓｉ薄膜は、ガラス等の基板上に駆動回路を形成し、形成した駆動回路をそのまま或いは剥離移植して使用することができる。有機材料薄膜は、蒸着又は塗布により駆動回路を直接形成することができる。
【００８５】
さらに、基板１４０１は、種々の変形が可能で、Ｓｉ等の半導体基板の他に、セラミック基板、ガラス基板、プラスチック基板であってもよい。また、電極をＩＴＯやＺｎＯ等の透明電極材料を用いて形成されていてもよい。
【００８６】
［実施の形態５］
実施の形態５で説明する半導体装置は、図１６及び図１７に示されるように、実施の形態４で説明した半導体薄膜にコンタクト層と接触する電極を金属とし、積層された半導体薄膜の１つの端面を残して全てを金属の電極によって被うように形成された半導体装置である。
【００８７】
実施の形態５で説明する半導体装置は、基板１６０１上に絶縁層１６０４を備えている。その絶縁層１６０４の積層方向上方に、金属の電極１６０５が形成されている。この電極１６０５の積層方向上方には、半導体薄膜１６０９ｃ、半導体薄膜１６０９ｂ、半導体薄膜１６０９ａが導通層１６３０を介して積層されている。その上方には、金属の電極１６０８が備えられている。金属の電極１６０５、電極１６０８は、ｐｎ接合で発光した光を反射することができる。この各層、各電極、各電極配線は、実施の形態４と略同じであるため詳細な説明を省略する。
【００８８】
半導体薄膜１６０９は、第１導電型コンタクト層１６１２、第１導電型クラッド層１６１５、第１導電型活性層１６１６、第２導電型クラッド層１６１８、第２導電型コンタクト層１６１９を有している。この半導体薄膜１６０９に電流が流れることで、第１導電型活性層１６１６内のｐｎ接合が発光する。
【００８９】
このように、形成される半導体装置の半導体薄膜１６０９は、実施の形態４の半導体薄膜と略同様であり、電極１６０５をｎ型電極、電極１６０８をｐ型電極とし、例えば、ｎ型に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電圧を印加することで、半導体薄膜１２０９ａ、半導体薄膜１２０９ｂ及び半導体薄膜１２０９ｃのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、各ｐｎ接合が発光する。
【００９０】
この積層された半導体薄膜は、１つの端面を残して金属の電極１６０５、電極１６０８によって被われている。そのため、この各半導体薄膜のｐｎ接合で発光した光は、電極１６０５及び電極１６０８で反射し、半導体装置の被われていない１つの端面から光が取り出される。
【００９１】
このように、実施の形態５で説明した半導体装置は、ｐｎ接合を積層させて直列に接続することで、１つのｐｎ接合から構成される半導体装置とは異なり、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。また、発光強度の高い光を端面方向から取り出すことができる。
【００９２】
［実施の形態６］
実施の形態６で説明する半導体装置は、ｐｎ接合を有する複数の半導体薄膜を直列に接続して積層した複数の半導体装置群を直列に接続した半導体装置である。この半導体装置について図１８及び図１９によって説明する。
【００９３】
図１８は、実施の形態６で説明する本発明の半導体装置の上面図である。図１９は、図１８で示された半導体装置のＡ−Ａ断面図を示し、この半導体装置は、基板１８０１上に、反射層１８０２、パッシベーション膜１８０３を備えている。このパッシベーション膜１８０３上に、半導体薄膜１８１０上に半導体薄膜１８１１を積層させた半導体薄膜群、半導体薄膜１８１２上に半導体薄膜１８１３を積層させた半導体薄膜群、半導体薄膜１８１４上に半導体薄膜１８１５を積層させた半導体薄膜群、半導体薄膜１８１６上に半導体薄膜１８１７を積層させた半導体薄膜群、半導体薄膜１８１８上に半導体薄膜１８１９を積層させた半導体薄膜群、半導体薄膜１８２０上に半導体薄膜１８２１を積層させた半導体薄膜群を所定の位置に配列されている。
【００９４】
図１９に示された半導体薄膜１８１０上に半導体薄膜１８１１を積層させた半導体薄膜群で１つの半導体薄膜群について説明する。基板１８０１上のパッシベーション膜１８０３上に、半導体薄膜１８２０と半導体薄膜１８２１がパッシベーション膜１８０３を介して積層されている。
【００９５】
半導体薄膜１８２０と半導体薄膜１８２１は、実施の形態２で説明した半導体薄膜と同様に、第１導電型ボンディング層、第１導電型導通層、第１導電型コンタクト層、第１導電型エッチング停止層、第１導電型分離層、第１導電型下クラッド層、第１導電型活性層、第１導電型上クラッド層、第２導電型導通層、第２導電型コンタクト層が積層されている。そして、この半導体薄膜は、第１導電型活性層、第１導電型上クラッド層、第２導電型導通層、第２導電型コンタクト層の一部を選択的な不純物拡散等により不純物をドーピングすることで、第１導電型活性層内に到達する高濃度拡散領域１９３０が形成されている。各層の詳細については、実施の形態２と同様であるので省略する。
【００９６】
そして、この半導体薄膜群は、この半導体薄膜１８２０の第２導電型コンタクト層と半導体薄膜１８２１の第１導電型コンタクト層が電極配線１８０６ａによって接続されている。さらに、この半導体薄膜１８２０の第１導電型コンタクト層は、電極１８２１ｇと接続され、半導体薄膜１８２１の第２導電型コンタクト層が電極１８２１ａと接続している。基板１８０１上の半導体薄膜群は略同一の構成となっている。
【００９７】
このような半導体薄膜群は、基板１８０１上に直列に配列されている。例えば、半導体薄膜１８１０上に半導体薄膜１８１１を積層させた半導体薄膜群の半導体薄膜１８１１の第２導電型コンタクト層が、電極１９２１ａを介して、半導体薄膜１８１２上に半導体薄膜１８１３を積層させた半導体薄膜群の半導体薄膜１８１２の第１導電型コンタクト層に接続されている。同様に、各半導体薄膜群が直列に接続される。また、半導体薄膜１８１０の第１導電型コンタクト層には、電極１８２１ｇが接続され、半導体薄膜１８２１の第２導電型コンタクト層には、電極１８２１ｆが接続される。これら電極１８２１ｇと電極１８２１ｆは、電極パッドなどと接続することにより、各半導体薄膜群及びそれを形成する各半導体薄膜に電流を流すことができる。このように、実施の形態６で説明する半導体装置は、各半導体薄膜群を直列に接続した構造である。
【００９８】
この半導体装置は、電極１８２１ｇをｎ型電極とし、電極１８２１ｆをｐ型電極として、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電圧を印加することで、実施の形態２と同様に半導体薄膜内のｐｎ接合が発光する。
【００９９】
このように、ｐｎ接合を有する複数の半導体薄膜を直列に接続した複数の半導体薄膜群をそれぞれ直列に接続することで、少ない電流で、より高い発光強度が得られる。また、半導体薄膜が備えるｐｎ接合が直列接続しやすくなる。
【０１００】
この半導体装置に使用される基板、電極、半導体薄膜は、上述の実施の形態１乃至５に示したものに適宜変形可能であり、同様の効果が得られる。また、基板１８０１上の複数の半導体薄膜群は、全て直列に接続されている装置に限られるのではなく、一部を並列に接続したものであってもよい。また、１つの半導体薄膜の中に複数のｐｎ接合を備えるものを使用してもよい。さらに、この半導体薄膜を直列に接続させた装置としてもよい。
【０１０１】
［実施の形態７］
実施の形態７で説明する半導体装置は、複数の半導体薄膜を電極配線及び該電極配線を有する層を平坦化する平坦化膜を介して積層させた半導体装置である。以下、この半導体装置について図２０乃至図２３により説明する。
【０１０２】
図２０は、実施の形態７で説明する半導体装置の上面図を示している。図２１は、図２０で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。実施の形態７で説明する半導体装置は、基板２１０１上に反射層２１０２、パッシベーション膜２１０３を備えている。そのパッシベーション膜２１０３の積層方向上方に半導体薄膜２１１０ｂ、半導体薄膜２１１０ａの順で積層される。
【０１０３】
図２２は、半導体薄膜２１１０ｂのみを基板２１０１に積層した状態を示す図である。図２２のように、半導体薄膜２１１０ｂの上面には、その上面の形状に対応し、不純物拡散等で形成された不純物拡散領域２１３０ｂの一部を被覆するようにパターンを形成したパターン配線２１４２が設けられている。このパターン配線２１４２は、不純物拡散領域２１３０ｂの前面を被うように設けられてもよいが、この場合、その厚さを３００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【０１０４】
そして、図２１のように、パターン配線２１４２の上面には、パッシベーション膜２１０３を介して半導体薄膜２１１０ａが積層される。半導体薄膜２１１０ｂのパターン配線２１４２は、半導体薄膜２１１０ｂの上面の形状に対応し、不純物拡散領域２１３０ｂの一部を被うように設けられているため、凹凸を有している。半導体薄膜２１１０ａと半導体薄膜２１１０ｂとの間に設けられるパッシベーション膜２１０３は、この凹凸を平坦にすることができる。すなわち、平坦化膜として機能する。
【０１０５】
半導体薄膜２１１０は、図２３のように、例えばｎ型ＧａＡｓ等の第１導電型ボンディング層２４５１、例えばｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ等の第１導電型導通層２４５２、例えばｎ型ＧａＡｓ等の第１導電型コンタクト層２４５３、例えばｎ型ＩｎＧａＰ等の第１導電型エッチング停止層２４５４、例えばｎ型ＧａＡｓ等の第１導電型分離層２４５５、例えばｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ等の第１導電型下クラッド層２４５６、例えばｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ等の第１導電型活性層２４５７、例えばｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ等の第１導電型上クラッド層２４５８、例えばｎ型ＧａＡｓ第１導電型コンタクト層２４５９を有している。この半導体薄膜２１１０も実施の形態１の半導体薄膜を構成する各層と略同じであるので、説明を省略する。
【０１０６】
そして、第１導電型活性層２４５７、第１導電型上クラッド層２４５８、第１導電型コンタクト層２４５９の一部を選択的な不純物拡散等により不純物をドーピングすることで、第１導電型活性層内に到達する高濃度拡散領域２１３０が形成され、第１導電型の層から第２導電型の層に変換されている。すなわち、この不純物拡散領域２１３０には、第２導電型活性２１３０ａ、第２導電型クラッド層２１３０ｂ、第２導電型コンタクト層２１３０ｃが形成されることになる。
【０１０７】
この半導体薄膜２１１０は、第１導電型コンタクト層２４５２と第２導電型コンタクト層２１３０ｃを電極パッドなどの電極と接続することで、活性層内のｐｎ接合に電流が流れ、このｐｎ接合が発光する。
【０１０８】
この半導体薄膜２１１０ｂの第２導電型コンタクト層２１３０ｃと半導体薄膜２１１０ａの第１導電型コンタクト層２４５２は、図２１のように、パターン配線２１４２と配線電極２１０６とにより接続される。そして、半導体薄膜２１１０ｂの第１導電型コンタクト層２４５２は、電極２１０５に接続され、半導体薄膜２１１０ｂの第２導電型コンタクト層２１３０ｃは、電極２１０８と接続されている。
【０１０９】
このように構成される実施の形態７で説明する半導体装置は、実施の形態１と同様に、電極２１０５をｎ型電極、電極２１０８をｐ型電極とし、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電流を注入する。注入された電流は、半導体薄膜２１１０ａのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、ｐｎ接合が発光する。そして、半導体薄膜２１１０ａに流れた電流は、電極配線２１０６及びパターン配線２１４２を経由して半導体薄膜２１１０ｂに注入される。注入された電流は、半導体薄膜２１１０ａのｐｎ接合に順方向に電流が流れ、ｐｎ接合が発光する。このように、ｐｎ接合を直列に接続することで、電流の注入により各半導体薄膜のｐｎ接合を発光させることができる。
【０１１０】
このように、パッシベーション膜２１０３を平坦化膜とすることで、半導体薄膜２１３０ａを半導体薄膜２１３０ｂの積層させやくすることができる。また、ｐｎ接合を直列に接続することで、実施の形態１と同様に、発光強度を向上させることができる。
【０１１１】
［実施の形態８］
実施の形態８で説明する半導体装置は、複数の半導体薄膜を積層せずに１つの基板上で直列に接続した構造を有している。以下、この半導体装置について図２４乃至図２５により説明する。
【０１１２】
図２４は、実施の形態８で説明する本発明の半導体装置の上面図である。図２５は、図２４のＡ−Ａ断面図である。実施の形態８で説明する半導体装置は、基板２５０１上に、反射層２５０２と、パッシベーション膜２５０３を備えている。そして、そのパッシベーション膜に半導体薄膜２５１１が配列され、半導体薄膜同士を電極配線２５０６で直列に接続している。また、電極パッド等の電極２５０５と電極２５０８とを備えている。
【０１１３】
半導体薄膜２５１１ａは、第１導電型ボンディング層２５６０と、第１導電型下クラッド層２５６１と、第１導電型活性層２５６２と、第１導電型上クラッド層２５６３と、第１導電型コンタクト層２５６４とが積層されている。そして、第１導電型活性層２５６２と、第１導電型クラッド層２５６３と、第１導電型コンタクト層２５６４の一部が、選択的な不純物拡散等で不純物がドーピングされ、不純物拡散領域２５３１ａが形成されている。この不純物のドーピングにより、第１導電型が第２導電型となり、第２導電型活性層２５６５ａと、第２導電型クラッド層２５６５ｂと、第２導電型コンタクト層２５６５ｃとが形成されている。これらの層で形成されている半導体薄膜２５１１ａは、絶縁層２５０４によってコンタクト層の一部及びｐｎ接合で発光する光の取り出し部分をのぞく部分が被われている。さらに、第１導電型コンタクト層２５６４は、電極２５０５に接続され、第２導電型コンタクト層２５６５ａは、電極配線２５０６ａと接続され、隣接する別の半導体薄膜２５１１ｂと直列に接続されるように隣接する別の半導体薄膜２５１１ｂ第１導電型コンタクト層２５６４に接続される。半導体薄膜２５１１ａ以外の各半導体薄膜も半導体薄膜２５１１ａと略同じ構成である。
【０１１４】
このように、基板２５０１上に複数の各半導体薄膜を直列に接続した半導体装置は、電極２５０６をｎ型電極、電極２５０８をｐ型電極として、例えば、ｎ型電極に−側、ｐ型電極に＋側を接続して電流を注入する。これにより、各半導体薄膜２５１１のｐｎ接合に順方向に電流が流れ、実施の形態２と同様に半導体薄膜内のｐｎ接合が発光する。
【０１１５】
電流は、半導体薄膜２５１１ｆから、直列に接続された半導体薄膜２５１１ｅ、半導体薄膜２５１１ｄ、半導体薄膜２５１１ｃ、半導体薄膜２５１１ｂ、半導体薄膜２５１１ａと順に流れ、各半導体薄膜のｐｎ接合が略同時に発光する。このように、ｐｎ接合を直列に接続することで、電流の注入により各半導体薄膜のｐｎ接合を発光させることができる。１つの基板２５０１から発する光の強度は、概略全てのｐｎ接合の発光強度の和となり、発光強度を大幅に増加させることができる。
【０１１６】
このように、実施の形態８で説明した半導体装置は、ｐｎ接合を有する各半導体薄膜を積層せずに直列に接続することで、少ない通電電流で１つの基板２５０１から発光する光の発光強度を大きくすることができ、発光効率を向上させることができる。そして、半導体薄膜を積層させないため、構造が単純となり、作成工程が簡略化できる。
【０１１７】
実施の形態１乃至実施の形態２で説明した半導体装置は、実施の形態４のように駆動回路を有する駆動装置も搭載された半導体複合装置であってもよい。このような装置としては、例えば、ＬＥＤプリンタヘッド等がある。ＬＥＤプリントヘッドは、例えば電子写真プリンタや電子写真複写機等の露光装置として用いられるものである。具体的には、ＬＥＤプリントヘッドは、図２６に示すように、所定のベース材料９１上にＬＥＤ素子を有するＬＥＤユニット９２が搭載されて構成される。このＬＥＤユニット９２は、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態として示した半導体装置が実装基板上に搭載されて構成されるものである。ＬＥＤユニット９２に設けられた発光部ユニット９２ａにおける発光部の上方には、当該発光部から出射された光を集光する光学素子としてのロッドレンズアレイ９３が配設されている。このロッドレンズアレイ９３は、柱状の光学レンズを発光部ユニット９２ａにおける直線状に配列された発光部に沿って多数配列したものであり、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ９４によって所定位置に保持されている。なお、発光部ユニット９２ａにおける発光部とは、例えば上述で説明した半導体薄膜である。
【０１１８】
レンズホルダ９４は、ベース部材９１及びＬＥＤユニット９２を被うように形成されている。そして、ベース部材９１、ＬＥＤユニット９２、及びレンズホルダ９４は、ベース部材９１に形成された開口部９１ａ及びレンズホルダ９４に形成された開口部９４ａに挿通されて配設されるクランパ９５によって一体的に狭持されている。
【０１１９】
このようなＬＥＤプリントヘッドにおいては、ＬＥＤユニット９２によって発生した光が、ロッドレンズアレイ９３によって集光され、所定の外部部材に照射されることになる。
【０１２０】
以上説明したように、このようなＬＥＤプリントヘッドにおいては、ＬＥＤユニット９２として、低電流で発光強度の高い実施の形態１乃至実施の形態８で説明した半導体装置を用いていることから、高品質な画像形成を効率良く行うことができる。
【０１２１】
また、上述のようなＬＥＤプリンタヘッドは、例えば画像形成装置に用いられる。画像形成装置は、所定の記録媒体にトナーを定着して画像を形成する画像形成装置であり、転写式電子写真プロセスを利用したプリンタや複写機に適用可能なものである。
【０１２２】
画像形成装置は、図２７に示すように、画像が記録されていない記録媒体Ｐを堆積した状態で収納する用紙カセット８０１を備える。用紙カセット８０１に収納された記録媒体Ｐは、その表面に接触するように配設されているホッピングローラ８０２が回転することによって当該用紙カセット８０１から１枚ずつ分離されて給紙され、媒体搬送経路におけるホッピングローラ８０２の下流側に配設されたピンチローラ８０３及びレジストローラ８０４、並びにピンチローラ８０５及びレジストローラ８０６の回転に応じて、後述するプロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂへと搬送される。このとき、画像形成装置は、ピンチローラ８０３及びレジストローラ８０４、並びにピンチローラ８０５及びレジストローラ８０６によって記録媒体Ｐを挟持することにより、当該記録媒体Ｐの斜行を修正しながらプロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂへと搬送する。
【０１２３】
また、画像形成装置においては、媒体搬送経路におけるピンチローラ８０５及びレジストローラ８０６の下流に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のそれぞれの画像を形成する４つのプロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂが、媒体搬送経路に沿ってその上流側から順次配設されている。なお、これらプロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂは、共通の構成とされることから、ここでは、プロセスユニット８０７と総称して説明するものとする。
【０１２４】
プロセスユニット８０７は、図示しない駆動源及びギヤによって媒体搬送方向に回転駆動する像担持体としての感光体ドラム８０７ａを備える。この感光体ドラム８０７ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、当該感光体ドラム８０７ａの表面を帯電させる帯電装置８０７ｂと、この帯電装置８０７ｂによって帯電された感光体ドラム８０７ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置８０７ｃとが配設されている。ここで、露光装置８０７ｃとしては、上述に示したＬＥＤプリントヘッドが用いられる。また、プロセスユニット８０７は、静電潜像が形成された感光体ドラム８０７ａの表面にトナーを供給してトナー画像を形成させる現像装置８０７ｄと、感光体ドラム８０７ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置８０７ｅとを備える。
【０１２５】
さらに、画像形成装置は、プロセスユニット８０７における各感光体ドラム８０７ａと対向する位置に、半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ８０８が配設されている。画像形成装置は、感光体ドラム８０７ａ上のトナーを記録媒体Ｐに付着させるために、当該感光体ドラム８０７ａの表面とこれら各転写ローラ８０８の表面との間に、所定の電位差を生じさせる。
【０１２６】
さらにまた、画像形成装置は、媒体搬送経路におけるプロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂの下流に、媒体搬送方向に回転駆動する加熱ローラ及びこの加熱ローラと略当接して回転駆動するバックアップローラを搭載した定着装置８０９を備える。定着装置８０９は、加熱ローラ及びバックアップローラによって記録媒体Ｐを挟持して加圧及び加熱することにより、当該記録媒体Ｐ上に転写されたトナーを定着させる。
【０１２７】
このような画像形成装置は、記録媒体Ｐを所定の媒体搬送速度でプロセスユニット８０７へと搬送し、これにともない、これらプロセスユニット８０７によって当該記録媒体Ｐ上に画像を形成する。具体的には、画像形成装置は、記録媒体Ｐを搬送した状態で、記録すべき画像信号がプロセスユニット８０７に入力されると、露光装置８０７ｃに形成された図示しないＬＥＤ素子を発光させて、帯電装置８７ｂによって帯電された感光体ドラム８０７ａを露光し、当該感光体ドラム８０７ａの表面に静電潜像を形成する。そして、画像形成装置は、プロセスユニット８０７に格納されたトナーをその静電潜像に帯電させて付着させ、このトナー画像を転写ローラ８０８を用いて記録媒体Ｐ上に転写する。
【０１２８】
画像形成装置は、記録媒体Ｐを順次プロセスユニット８０７Ｙ、８０７Ｍ、８０７Ｃ、８０７Ｂに通過させ、その通過過程でこのような動作を行うことにより、各色のトナー画像を当該記録媒体Ｐ上に順次転写して重ね合わせる。
【０１２９】
さらに、画像形成装置は、未定着トナーが転写された記録媒体Ｐが定着装置８０９へと搬送されると、当該定着装置８０９によって当該記録媒体Ｐ上のトナー画像を定着させて画像を形成する。そして、画像形成装置は、媒体搬送経路における定着装置８０９の下流側に配設されたピンチローラ８１０及び排出ローラ８１１、並びにピンチローラ８１２及び排出ローラ８１３の回転に応じて、当該記録媒体Ｐを搬送し、記録媒体スタッカ部８１４へと排出する。
【０１３０】
画像形成装置は、このようにして記録媒体Ｐ上にカラー画像を形成することができる。以上説明したように、画像形成装置においては、露光装置８０７ｃとして、上述で示したＬＥＤプリントヘッドを用いていることから、スペース効率に優れた上で、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】第１の実施の形態で示す半導体装置の上面図である。
【図２】図１で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２で示した半導体装置の半導体薄膜部分を示す図である。
【図４】第１の実施の形態で示す複数の半導体薄膜のｐｎ接合を直列に接続した半導体薄膜群を複数配列させた状態を示す図である。
【図５】第１の実施の形態で示す半導体装置の別の例を示す図である。
【図６】図５で示した半導体装置の半導体薄膜部分を示す図である。
【図７】第２の実施の形態で示す半導体装置の上面図である。
【図８】図７で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図８で示した半導体装置の半導体薄膜部分を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態で示す半導体装置の別の例を示す図である。
【図１１】実施の形態３で示す半導体装置の断面図である。
【図１２】実施の形態４で示す半導体装置の上面図である。
【図１３】図１２で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】実施の形態４で示す半導体装置の別の例で、複数の半導体素子と駆動素子とを備えた半導体複合装置の上面図である。
【図１５】図１４で示される半導体複合装置のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】実施の形態５で示す半導体装置の上面図である。
【図１７】図１６で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図１８】実施の形態６で示す半導体装置の上面図である。
【図１９】図１８で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図２０】実施の形態７で示す半導体装置の上面図である。
【図２１】図１９で示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。
【図２２】図１９で示した半導体装置の積層方向上方の半導体薄膜を取り除いた状態を示す図である。
【図２３】図２１で示した半導体装置の半導体薄膜部分を示す図である。
【図２４】実施の形態８で示す半導体薄膜の上面図である。
【図２５】図２４で示した半導体薄膜のＡ−Ａ断面図である。
【図２６】本発明のプリントヘッドを示す図である。
【図２７】本発明の画像形成装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１  基板
１０２  反射層
１０３  パッシベーション膜
１０４  絶縁層
１０５、１０８  電極
１０６、１０７  電極配線
１０９、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ  半導体薄膜
３１０  第１導電型ボンディング層
３１１  第１導電型導通層
３１２  第１導電型コンタクト層
３１３  第１導電型エッチング停止層
３１４  第１導電型分離層
３１５  第１導電型クラッド層
３１６  第１導電型活性層
３１７  第２導電型クラッド層
３１８  第２導電型コンタクト層
【図１】
2006319099.tif 000003
【図２】
2006319099.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006319099.tif 000007
【図６】
2006319099.tif 000008
【図７】
2006319099.tif 000009
【図８】
2006319099.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006319099.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006319099.tif 000016
【図１５】
2006319099.tif 000017
【図１６】
2006319099.tif 000018
【図１７】
2006319099.tif 000019
【図１８】
2006319099.tif 000020
【図１９】
2006319099.tif 000021
【図２０】
2006319099.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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