(57)【要約】【課題】  光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上することができる光機能素子、光機能素子列、露光装置および光機能素子の製造方法を提供する。【解決手段】  本光機能素子は、基板１と、基板１上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して形成された半導体素子構造２と、半導体素子構造２の基板１側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して形成した光反射層３とを有する半導体素子積層構造体を、その積層面を横切る方向に形成した溝５により分離した半導体素子積層構造体の第１の部分に形成された半導体素子部６と、溝５により分離した半導体素子積層構造体の第２の部分の光反射層３上に発光素子構造４を積層して形成された発光素子部７とを備える。【選択図】図１
2011061138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して形成された半導体素子構造と、前記半導体素子構造の前記基板側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して形成した光反射層とを有する半導体素子積層構造体を、その積層面を横切る方向に形成した溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第１の部分に形成された半導体素子部と、
前記溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第２の部分の前記光反射層上に発光素子構造を積層して形成された発光素子部と
を備えた光機能素子。
【請求項２】
前記発光素子部が、レーザ光を発生する活性層を有し、かつ前記光反射層側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して前記光反射層との間で共振器を形成する別の光反射層を有する請求項１記載の光機能素子。
【請求項３】
前記半導体素子積層構造体を前記溝とは別の溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第３の部分に、前記光反射層、または前記光反射層とそれに隣接する前記半導体層を除去して形成した光検出部を備えた請求項１または２記載の光機能素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光機能素子が一次元または二次元状に複数配列された光機能素子列。
【請求項５】
請求項４記載の光機能素子列と、画像情報に基づいて前記光機能素子列から出射される光を画像形成装置用の感光体に導く光学素子とを備えた露光装置。
【請求項６】
基板上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して半導体素子構造を形成する工程と、
前記半導体素子構造の前記基板側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して光反射層を形成する工程と、
前記光反射層上に発光素子構造を積層する工程と、
前記半導体素子構造、前記光反射層および前記発光素子構造を有する発光素子積層構造体に溝を形成する工程と、
前記発光素子積層構造体の第１の部分において前記発光素子構造を除去して半導体素子部を形成する工程と、
前記発光素子積層構造体の第２の部分において前記発光素子構造を用いて発光素子部を形成する工程と
を備えた光機能素子の製造方法。
【請求項７】
前記発光素子構造を積層する工程がレーザ光を発生する活性層を形成する工程を含み、かつ前記発光素子構造の前記光反射層側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して前記光反射層との間で共振器を形成する別の光反射層を形成する工程を含む請求項６記載の光機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能素子、光機能素子列、露光装置および光機能素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光機能素子として発光素子および半導体素子を一体的に形成し、これを一次元状に配列した自己走査型発光素子アレイが知られている。特許文献１に記載の自己走査型発光素子アレイは、ｐｎｐｎ構造を持つ３端子発光サイリスタよりなる転送素子アレイをシフトレジスタ（自己走査部）として、発光素子アレイと分離した構造を有する。また、特許文献２には、この自己走査型発光素子アレイの考え方を、面発光レーザにも適用することによって、面発光レーザアレイと駆動回路とを同一基板上に作製して、駆動回路で面発光レーザアレイをアドレスすることにより、自己走査機能を持つ自己走査型面発光レーザアレイを実現するための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２６３６６８号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上することができる光機能素子、光機能素子列、露光装置および光機能素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の光機能素子、光機能素子列、露光装置および光機能素子の製造方法を提供する。
（１）基板と、前記基板上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して形成された半導体素子構造と、前記半導体素子構造の前記基板側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して形成した光反射層とを有する半導体素子積層構造体を、その積層面を横切る方向に形成した溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第１の部分に形成された半導体素子部と、前記溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第２の部分の前記光反射層上に発光素子構造を積層して形成された発光素子部とを備えた光機能素子。
（２）前記発光素子部が、レーザ光を発生する活性層を有し、かつ前記光反射層側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して前記光反射層との間で共振器を形成する別の光反射層を有する上記（１）記載の光機能素子。
（３）前記半導体素子積層構造体を前記溝とは別の溝により分離した前記半導体素子積層構造体の第３の部分に、前記光反射層、または前記光反射層とそれに隣接する前記半導体層を除去して形成した光検出部を備えた上記（１）または（２）記載の光機能素子。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光機能素子が一次元または二次元状に複数配列された光機能素子列。
（５）上記（４）記載の光機能素子列と、画像情報に基づいて前記光機能素子列から出射される光を画像形成装置用の感光体に導く光学素子とを備えた露光装置。
（６）基板上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して半導体素子構造を形成する工程と、前記半導体素子構造の前記基板側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して光反射層を形成する工程と、前記光反射層上に発光素子構造を積層する工程と、前記半導体素子構造、前記光反射層および前記発光素子構造を有する発光素子積層構造体に溝を形成する工程と、前記発光素子積層構造体の第１の部分において前記発光素子構造を除去して半導体素子部を形成する工程と、前記発光素子積層構造体の第２の部分において前記発光素子構造を用いて発光素子部を形成する工程とを備えた光機能素子の製造方法。
（７）前記発光素子構造を積層する工程がレーザ光を発生する活性層を形成する工程を含み、かつ前記発光素子構造の前記光反射層側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して前記光反射層との間で共振器を形成する別の光反射層を形成する工程を含む上記（６）記載の光機能素子の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の光機能素子によれば、光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上することができる。
請求項２に記載の光機能素子によれば、発光素子部に面発光レーザを形成することができる。
請求項３に記載の光機能素子によれば、発光素子部で発生する光量をモニタすることができる。
請求項４に記載の光機能素子列によれば、光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上することができる。
請求項５に記載の露光装置によれば、光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上することができる。
請求項６に記載の光機能素子の製造方法によれば、光機能素子の半導体素子部で生ずる光の漏出を抑制するとともに発光素子部で発生する光の取り出し効率を向上した光機能素子を得ることができる。
請求項７に記載の光機能素子の製造方法によれば、発光素子部に面発光レーザを形成した光機能素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る光機能素子の一実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る光機能素子の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る光機能素子のさらに他の実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る光機能素子列の一実施例を示す結線図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置用の露光装置の一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る光機能素子の一実施例を示す図である。本実施例の光機能素子は、図示のように、基板１と、基板１上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して形成された半導体素子構造２と、半導体素子構造２の基板１側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して形成した光反射層３とを有する半導体素子積層構造体を、その積層面を横切る方向に形成した溝５により分離した半導体素子積層構造体の第１の部分に形成された半導体素子部６と、溝５により分離した半導体素子積層構造体の第２の部分の光反射層３上に発光素子構造４を積層して形成された発光素子部７とを備える。
【０００９】
基板１は例えばＧａＡｓ基板、半導体素子構造２は例えばｐ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層の積層構造で構成されるが、これに限定されない。光反射層３は、例えば屈折率の異なるｐ型半導体層Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ（例えば膜厚６９０ｎｍ）とＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ（例えば膜厚６１１ｎｍ）とを交互に積層して形成されるいわゆる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。溝５により分離した半導体素子積層構造体の第１の部分には半導体素子部６が形成される。溝５により分離した半導体素子積層構造体の第２の部分には発光素子部７が形成される。図１の例において半導体素子部６はトランジスタを構成し、これを利用することによって論理回路を形成することができる。発光素子部７は、本実施例では、光反射層３上に発光素子構造４としてｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層８およびｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層９のｐｎ接合で発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成する。各部にはそれぞれ電極１０が形成される。
【００１０】
この種の光機能素子では、動作時に、発光素子部７だけでなく、半導体素子部６に形成されるｐｎ接合部においても光が発生する。ｐｎ接合部では例えば波長８５０ｎｍの光が発生する。本実施例では、図１の破線に示すように、半導体素子部６で発生する不要な光は光反射層３で基板１側へ反射されるので素子外への光の漏出が抑制されるとともに、発光素子部７で発生する必要な光は光反射層３で反射されるので基板１側へ逃げて無駄になる光が低減され、光の取り出し効率が向上する。
【００１１】
以下、本実施例における光機能素子の製造方法の例を説明する。まず、基板１を用意し、基板１上にｐ型半導体層とｎ型半導体層をｎｐｎまたはｐｎｐの順に積層して半導体素子構造２を形成する。半導体素子構造２の基板１側とは反対側に屈折率の異なる半導体層を交互に積層して光反射層３を形成する。光反射層３上に発光素子構造４を積層する。ここで溝５を形成して半導体素子構造２、光反射層３および発光素子構造４を有する発光素子積層構造体を分離し、一部を半導体素子部６、一部を発光素子部７とする。発光素子部７は発光素子構造４を利用する。半導体素子部６として利用する部分からは発光素子構造４を除去する。
【００１２】
具体的には、例えば、ＧａＡｓ基板１上に半導体素子構造２としてｐ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層の積層構造をエピタキシャル成長させ、その上に光反射層３として屈折率の異なるｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ（例えば膜厚６９ｎｍ）とＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ（例えば膜厚６１．１ｎｍ）とを交互に、例えば４０周期ほどエピタキシャル成長させ、いわゆる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成する。光反射層３の上にｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層およびｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層をエピタキシャル成長させ発光素子構造４を形成する。ここで溝５をエッチングにより形成して構造体を分離し、一部を半導体素子部６、一部を発光素子部７とする。発光素子部は発光素子構造４を利用する。半導体素子部６として利用する部分からはエッチングにより発光素子構造４を除去する。各部には、必要に応じて電極１０がそれぞれ形成される。なお、本例で用いた各半導体層の材料や厚さは一例であり、これに限定されるものではない。さらに、作製方法もこの限りではなく、たとえば半導体素子部６として利用する部分から発光素子構造４を除去し、その後で溝５を形成する方法も採用できる。
【００１３】
図２は、本発明に係る光機能素子の他の実施例を示す図である。本実施例が図１の実施例と異なる点は、発光素子部７をＬＥＤでなく面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）としたところにあり、その他の点では図１の実施例と同様である。発光素子部７は、例えば図示のように、光反射層３上に発光素子構造４としてｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層１１、ＧａＡｓとＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１２、およびｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層１３を積層し、その上に別の光反射層１４を形成したものである。ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層１１、ＧａＡｓとＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓのＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１２、およびｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層１３は合わせてラムダキャビティと呼ばれ、その厚みは、発振させる波長（一波長分）の厚みＬ（光学長）となる。ここで、光学長はＬ＝λ／ｎで表され結晶中（媒質中）での波長を示し、λは真空中での発振波長（実際にＶＣＳＥＬが発振するときに観測される波長）である。材料を本実施例のように採用した場合、ＧａＡｓのバンドギャップである８５０ｎｍで発振する。光反射層１４は、例えば屈折率の異なるｎ型半導体層Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ（例えば膜厚６９ｎｍ）とＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ（例えば膜厚６１．１ｎｍ）とを交互に積層して形成されるいわゆる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。光反射層３と光反射層１４により両者間で光を共振させる共振器が形成される。光反射層３の反射率を光反射層１４の反射率も高くする（例えば光反射層３のＤＢＲ（ｐ型）が４０周期ほど、光反射層１４のＤＢＲ（ｎ型）が３０周期ほどで積層する）ことにより、活性層１２で発生したレーザ光をこの共振器を介して図中点線矢印で示すように光反射層１４側から取り出すことができる。
【００１４】
図３は、本発明に係る光機能素子のさらに他の実施例を示す図である。本実施例が図１の実施例と異なる点は、半導体素子積層構造体を上述の溝５とは別の溝１５により分離した第３の部分に、光反射層３、または光反射層３とそれに隣接する半導体層を除去して光検出部（以下光センサ部という）２０を形成したところにあり、その他の点では図１の実施例と同様である。光センサ部２０としては、図示のように、光反射層３を除去してｐ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層からなるフォトトランジスタ２１を形成することができる。この場合、ベース（ｎ−ＧａＡｓ層）に入った光によってフォトトランジスタ２１が動作し、電流が増幅される。また、光反射層３とそれに隣接するｐ型ＧａＡｓ層を除去してｎ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＧａＡｓ層からなるフォトフォトダイオード２２を形成することができる。フォトトランジスタ２１またはフォトフォトダイオード２２により発光素子部７の光量（漏れ光）をモニタすることができる。また、発光素子部７の光量のモニタだけでなく、外部からの光の強度のモニタとしても利用することができる。
【００１５】
図４は、本発明に係る光機能素子列（以下、光機能素子アレイという）の一実施例を示す結線図である。本光機能素子アレイは、図１、図２または図３に示す光機能素子を一次元または二次元状に複数配列したものである。本例では、図示のように、図１の実施例に係る光機能素子を一次元状に複数配列している。光機能素子アレイ３０は、例えば、発光素子部としてＬＥＤ３１〜３８を有し、半導体素子部としてディレイフリップフロップ（ＤＦＦ）４１〜４８を有するが、これに限定されない。これらのフリップフロップは、半導体素子部に形成される複数のトランジスタを用いて論理回路として構成可能である。ＤＦＦ４１〜４８を用いてＬＥＤの駆動回路として８ビットのシフトレジスタ４０を構成する。ＤＦＦ４１〜４８は、クロックの立ち上りで入力Ｄが取り込まれるとそれが出力Ｑに表れる。クロックの立ち上り以外では、出力Ｑは変化しない。図示の例では、シフトレジスタ４０によりＬＥＤ３２が選択されている。ライン３９に印加される信号（例えば画像信号）は、ＬＥＤに光を出させるときはロー（Ｌｏｗ）、光を出させないときはハイ（Ｈｉｇｈ）とされる。従って、図示のシフトレジスタ４０の状態において、ライン３９に印加される信号をローにすればＬＥＤ３２が発光するが、ハイにすれば発光しない。
【００１６】
図５は、本発明に係る画像形成装置用の露光装置（以下プリントヘッドという）の一実施例を示す図である。本プリントヘッドは、図４に示す光機能素子アレイ３０と、光機能素子アレイ３０から出射される光を画像形成装置用の感光体５０に導く光学素子として例えばセルフォック（登録商標）レンズアレイ（ＳＬＡ）６０とを備える。図示のように、光機能素子アレイ３０は支持体５１上に支持される。また、ＳＬＡ６０は保持体５２により保持される。保持体５２は、それに囲まれた光機能素子アレイ３０が見えるように図示している。光機能素子アレイ３０は、図中の点線で示すように、画像情報に基づいてＬＥＤを発光させ、その光はＳＬＡ６０を介して感光体５０に伝達され、これにより画像形成装置が画像を形成する。
【符号の説明】
【００１７】
１  基板
２  半導体素子構造
３、１４  光反射層
４  発光素子構造
５、１５  溝
６  半導体素子部
７  発光素子部
１０  電極
２０  光センサ部
２１  フォトトランジスタ
２２  フォトフォトダイオード
３０  光機能素子アレイ
４０  シフトレジスタ
５０  感光体
６０  セルフォック（登録商標）レンズアレイ（ＳＬＡ）
【図１】
2011061138.tif 000003
【図２】
2011061138.tif 000004
【図３】
2011061138.tif 000005
【図４】
2011061138.tif 000006
【図５】
2011061138.tif 000007