(57)【要約】【課題】  面発光型発光ダイオードでは、光取り出し面に電極が形成されるため、この電極が、内部で発生した光が光取り出し面から出光するのを遮って、光取り出し効率を低くさせる要因となっていた。【解決手段】  面発光型発光ダイオード１の光取り出し面１０ａに形成された第１導電型電極８とその反対側に形成された第２導電型電極９とが、中心軸線５００の方向で面発光型発光ダイオード１を透視したとき、これ等が十分離間して重複しないように構成し、活性層５の発光領域５ａ，５ｂにおいて中心軸線５００の方向に発生した光が、第１導電型電極８に遮られることなく、光取り出し面１０ａから出力できるようにする。【選択図】        図１ 
2005123526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、
前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極と
を有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記第１導電型電極と第２導電型電極とが、互いに重ならない位置に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１導電型電極を枠状に形成し、前記第２導電型電極を平板状に形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層の前記積層方向と垂直な断面形状が、前記第１導電型電極の外形と略相似していることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体層を積層した半導体積層部の前記他方の側に基板を設け、該基板に前記第２導電型電極を設けると共に、該基板の厚さを１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置
【請求項５】
複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、
前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極と、
前記半導体層の所定の層に形成された絶縁物領域と
を有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記第１導電型電極と前記絶縁物領域とが、互いに重なる位置に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層によって形成されるｐｎ接合面より前記第１導電型電極に近い位置に前記絶縁物領域が形成されたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁体領域を構成する材質としてＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、及びＡｌ２Ｏ３の何れかを使用したことを特徴とする請求項５又は６記載の半導体装置。
【請求項８】
複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、
前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極と、
前記半導体層の活性層より前記第１導電型電極の側に形成され、前記活性層において前記積層方向に発光した光の光路を変化させる屈折領域と
を有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記屈折領域は、その一部或いは全部が、前記第１導電型電極と互いに重なる位置に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記半導体層の層間の境界面が、平面以外に前記屈折領域となる窪み部を有することを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、
活性動作を行う活性層と
を有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記活性層における活性動作の主要な領域と前記第１導電型電極とが、互いに略重ならないことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の半導体装置を複数形成したＬＥＤユニットを載置するベース部材と、
前記半導体装置から出力される光を集光する光学素子と、
前記光学素子を保持する光学素子ホルダと
を有することを特徴とするＬＥＤヘッド。
【請求項１２】
搬送手段により搬送される記録媒体に記録材による画像を形成する画像形成部を有する画像形成装置において、
前記画像形成部が、像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、
前記露光手段として、請求項１１に記載のＬＥＤヘッドを用いた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、例えば光を発生する半導体装置、この半導体装置を複数配列したＬＥＤユニットを用いた電子写真方式のプリンタなどに用いられるＬＥＤヘッド、及びこのＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置として、例えば、発光ダイオードチップが、ｐ型ＧａＡｓ基板、ｐ型高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ接続用犠牲層部、ｐ型ＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層から成っており、Ｐ型ＧａＡｓ基板の裏面にはｐ側全面電極が形成されており、一方前記ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層の表面にはｎ側円形電極が形成されているものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７―２３５６９０号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
然しながら、以上のような構造の面発光型発光ダイオードでは、最も強い発光強度が得られる発光領域の直上にｎ側電極が形成され、更にこのｎ側電極に接続される配線が発光領域を横切るように形成されるため、発光領域の多くの部分が覆われて発光した光がこれ等の電極及び配線によって遮光されてしまうことにより、光の取り出し効率が低くなってしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、これ等の問題点を解消し、第１と第２の導電型電極を配設しながら極めて光取り出し効率の高い面発光型発光ダイオード、及びそれを用いたＬＥＤヘッド、画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による半導体装置は、複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極とを有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記第１導電型電極と第２導電型電極とが、互いに重ならない位置に形成されたことを特徴とする。
【０００６】
また、別の発明による半導体装置は、複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極と、前記半導体層の所定の層に形成された絶縁物領域とを有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記第１導電型電極と前記絶縁物領域とが、互いに重なる位置に形成されたことを特徴とする。
【０００７】
また、別の発明による半導体装置は、複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、前記積層方向における前記半導体層の他方の側に形成された第２導電型電極と、前記半導体層の活性層より前記第１導電型電極の側に形成され、前記活性層において前記積層方向に発光した光の光路を変化させる屈折領域とを有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記屈折領域は、その一部或いは全部が、前記第１導電型電極と互いに重なる位置に形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、別の発明による半導体装置は、複数の半導体層を積層した半導体装置において、
前記積層方向における一方の側の前記半導体層表面の部分的な領域に形成された第１導電型電極と、活性動作を行う活性層とを有し、
前記半導体装置を積層方向において透視した場合、前記活性層における活性動作の主要な領域と前記第１導電型電極とが、互いに略重ならないことを特徴とする。
【０００９】
また、別の発明によるＬＥＤヘッドは、上記した半導体装置を複数形成したＬＥＤユニットを載置するベース部材と、前記半導体装置から出力される光を集光する光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子ホルダとを有することを特徴とする。
【００１０】
更に、別の発明による画像形成装置は、搬送手段により搬送される記録媒体に記録材による画像を形成する画像形成部を有する画像形成装置において、
前記画像形成部が、像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、前記露光手段として上記したＬＥＤヘッドを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体装置の光取り出し面に電極が形成されている場合においても、高い光取り出し効率を有する半導体装置、及びそれを用いたＬＥＤヘッド、画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の半導体装置に基づく実施の形態１の面発光型発光ダイオード１の要部構成を模式的に示す構成図で、同図（ａ）はその面発光型発光ダイオード１を発光面側からみた上面図であり、同図（ｂ）はその反対の底面側からみた底面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ線に沿った面発光型発光ダイオード１の要部断面図である。
【００１３】
同図（ｃ）の要部断面図に示すように、この面発光型発光ダイオード１は、ＧａＡｓ基板２及びその上に形成されたダブルへテロ構造の半導体積層部１０で形成されている。この半導体積層部１０は、例えば最下層から順に、ＧａＡｓバッファ層３、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る下グラッド層４、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る活性層５、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る上クラッド層６、及びＧａＡｓキャップ層７が順に積層した構成を有し、更にＧａＡｓキャップ層７上には第１導電型電極８が、そしてＧａＡｓ基板２の下面には第２導電型電極９がそれぞれ形成されている。そしてこの半導体積層部１０は、ＧａＡｓキャップ層７の上面であって、光が放射される光取り出し面１０ａが正方形状となるように、略四角柱状に形成されている。
【００１４】
尚、以上の構成で、例えば第１導電型電極８をｐ型電極とし、第２導電型電極９をｎ型電極とする場合には、ＧａＡｓバッファ層３及び下グラッド層４をｎ型半導体で形成し、上クラッド層６及びＧａＡｓキャップ層７をｐ型半導体で形成する。
【００１５】
同図（ａ）に示すように、第１導電型電極８は、この光取り出し面１０ａに枠状のリング状に形成され、その中心が面発光型発光ダイオード１の中心軸線５００と略一致している。そしてこの第１導電型電極８には、外部につながる電極配線１１が連続的に形成されている。一方、第２導電型電極９は、ＧａＡｓ基板２の下面２ａの中央に円形平板状に形成され、その中心が中心軸線５００と略一致している。尚中心軸線５００の延在方向は、半導体積層部１０の積層方向と一致している。
【００１６】
また、第１導電型電極８のリングの内径ａ、幅ｂ、及び第２導電型電極９の径ｃの関係は、例えば  ａ≫ｂ≒ｃ  とする。第１導電型電極８及び第２導電型電極９がこのように形成されるため、同図（ａ），（ｂ）に示すように、中心軸線５００の方向でこの面発光型発光ダイオード１を透視したとき、同方向において第１導電型電極８と第２導電型電極９とが十分離間して重複しないように構成されている。
【００１７】
以上のように構成した面発光型発光ダイオード１の動作について、以下に説明する。
【００１８】
以上の構成において、第１導電型電極８と第２導電型電極９間に所定の電圧を印加すると、同図（ｃ）の点線で示した領域に電流が集中して流れる。これは、この点線部に示した経路が、第１導電型電極８と第２導電型電極９間の最短距離となり、最も抵抗が低くなるためである。
【００１９】
このように電流が面発光型発光ダイオード１内を流れるとき、活性層５の領域全体で発光するが、電流が集中する発光領域５ａ，５ｂの辺が活性動作の主要な領域となり、活性層５の他の部分に比較して発光強度が大きくなる。この発光領域５ａ，５ｂは、面発光型発光ダイオード１の中心軸線５００方向（光軸方向でもある）において、大部分が第１導電型電極８と重複しないため、発光領域５ａ，５ｂで発光した強い光が第１導電型電極８及び電極配線１１に遮られることなく、光取り出し面１０ａから外部に取り出される。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１の面発光型発光ダイオード１によれば、発光強度が大きくなる発光領域５ａ，５ｂで発光された光は、第１導電型電極８に遮られることなく取り出すことが可能となり、高い光取り出し効率を有する面発光型発光ダイオードを形成することが出来る。
【００２１】
尚、面発光型発光ダイオード１の変形例として図２（ａ），（ｂ）に示した面発光型発光ダイオード２１のように、その光取り出し面２２ａが第１導電型電極８の外形に合わせて相似した円形となるように、半導体積層部２２を円筒状に形成しても良い。
【００２２】
この場合、半導体構造の体積を減少させることができ、さらに活性層内で電流が拡散し易いようにすることも可能となる。この半導体体積の減少は、例えば、面発光型発光ダイオードを、プリントヘッドなどに使用することを考えた際、より多くの光源の集積化へとつながることが期待される。また活性層内での電流の拡散し易さは、活性層内での発光効率の向上につながり、そのことは光取り出し効率の向上にもつながることとなる。
【００２３】
また、面発光型発光ダイオード２１（図２）の変形例として図３に示すように、丸型の枠状の第１導電型電極８に対して、第２導電型電極２３を四角の平板状に形成してもよい。更に、本実施の形態では、第１導電型電極８のリングの内径ａ、幅ｂ、及び第２導電型電極９の径ｃの関係を  ａ≫ｂ≒ｃとしたが、これに限定されるものではなく、径ｃは、ｂ≒ｃとすることなく、ａ＞ｃを満たせばよい。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、本発明の半導体装置に基づく実施の形態２の面発光型発光ダイオード３１の要部構成を模式的に示す構成図で、同図（ａ）はその面発光型発光ダイオード３１を発光面側からみた上面図であり、同図（ｂ）はその反対の底面側からみた底面図である。
【００２５】
この面発光型発光ダイオード３１が、前記した実施の形態１の面発光型発光ダイオード１（図１）に対して主に異なる点は、第１導電型電極３２と第２導電型電極２３の形状のみである。従って、この面発光型発光ダイオード３１が前記した実施の形態１の面発光型発光ダイオード１と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。
【００２６】
図４に示すように、面発光型発光ダイオード３１の光取り出し面１０ａには、正方形の枠状の第１導電型電極３２が形成され、ＧａＡｓ基板２の下面２ａの中央には、四角の平板状の第導電型電極２３が形成されている。このとき、第１導電型電極３２の内枠の一辺の長さｄ、幅ｅ、及び第２導電型電極２３の一辺の長さｆの関係は、例えば  ｄ≫ｅ≒ｆ  とする。第１導電型電極３２及び第２導電型電極３３がこのように形成されるため、同図の図面の上下方向である積層方向においてこの面発光型発光ダイオード３１を透視したとき、同方向において第１導電型電極３２と第２導電型電極２３とが十分離間して重複しないように構成されている。
【００２７】
以上のように構成されているため、第１導電型電極３２と第２導電型電極２３間に所定の電圧を印加すると、そのときに流れる電流、及び活性層５での発光領域５ａ，５ｂは、図４（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面において、前記した図１（ｃ）と全く同じになる。
【００２８】
従って、本実施の形態２の面発光型発光ダイオード３１においても、発光強度が大きくなる発光領域５ａ，５ｂで発光された光は、第１導電型電極３２に遮られることなく取り出すことが可能となり、高い光取り出し効率を有する面発光型発光ダイオードを形成することが出来る。
【００２９】
尚、本実施の形態では、第１導電型電極３２の内枠の一辺の長さｄ、幅ｅ、及び第２導電型電極２３の一辺の長さｆの関係を  ｄ≫ｅ≒ｆとしたが、これに限定されるものではなく、辺ｆは、ｅ≒ｆとすることなく、ｄ＞ｆを満たせばよい。
【００３０】
また、面発光型発光ダイオード２１の変形例として図５に示すように、正方形の枠状の第１導電型電極３２に対して、第２導電型電極９を円形平板状に形成してもよい。
【００３１】
更に、前記した実施の形態１，２で示した面発光型発光ダイオードは、半導体バルク或いは半導体薄膜のどちらに対しても適用可能であるが、特に半導体薄膜に対して効果的であると考えられる。
【００３２】
図６（ａ）に示す発光ダイオード２５は、前記した実施の形態１の面発光型発光ダイオード１（図１（ｃ））の半導体構造と同等の構造である。一方、図６（ｂ）に示す発光ダイオード３５は、発光ダイオード２５と類似した構造であるが、以下の点が異なっている。発光ダイオード２５は、半導体基板２が厚い基板、例えば６００μｍの厚さのＧａＡｓ基板であるのに対して、発光ダイオード３５は薄い基板、例えば１０μｍの厚さのＧａＡｓ基板である。発光ダイオード３５のＧａＡｓ基板２は、例えば、ＧａＡｓ基板２の裏面を研磨によって薄くすることができる。研磨の際には発光ダイオード３５の裏面に支持体を設ける。発光ダイオード３５のように厚さｔ２を薄くすることによってＤを小さくしても十分な開口角が得られる。例えば、θ＝１５°としてＤを計算すると、ｔ１＝６００μｍの場合にはＤ＝１６０μｍであり、ｔ２＝１０μｍの場合にはＤ＝２．７μｍである。
【００３３】
このとき、第２導電型電極９に対する垂線と、直径がＤ（＝ａ＋ｂ（図１））の第１導電型電極８と第２導電型電極９の間を結んだ線とのなす角をそれぞれθ１，θ２とすると、θ１＜θ２となり、半導体構造の厚みが薄い、つまり、半導体薄膜のような形状の方が、より電流が広がり易くなる。従って、半導体薄膜に対して実施の形態１，２で示した手法を用いると、より効率の高い光の取り出しが可能になると考えられる。
【００３４】
実施の形態３．
図７は、本発明の半導体装置に基づく実施の形態３の面発光型発光ダイオード４１の要部構成を模式的に示す要部断面図である。
【００３５】
同図に示すように、この面発光型発光ダイオード４１は、ＧａＡｓ基板４２及びその上に形成されたダブルヘテロ構造の半導体積層部５０で形成されている。この半導体積層部５０は、例えば最下層から順に、ＧａＡｓバッファ層４３、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る下グラッド層４４、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成り、中心部に後述する絶縁物領域５１を有する活性層４５、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る上クラッド層６、及びＧａＡｓキャップ層４７が順に積層した構成を有し、更にＧａＡｓキャップ層４７上には第１導電型電極４８が、そしてＧａＡｓ基板４２の下面には第２導電型電極４９がそれぞれ形成されている。
【００３６】
尚、以上の構成で、例えば第１導電型電極４８をｐ型電極とし、第２導電型電極４９をｎ型電極とする場合には、ＧａＡｓバッファ層４３及び下グラッド層４４をｎ型半導体で形成し、上クラッド層４６及びＧａＡｓキャップ層４７をｐ型半導体で形成する。
【００３７】
この半導体積層部５０の形状は、例えば前記した実施の形態１の面発光型発光ダイオード１の半導体積層部１０と同様に四角柱状とされ、径ｆの円形平板状の第１導電型電極４８は、その中心が面発光型発光ダイオード４１の中心軸線５００と略一致するように形成されている。一方、第２導電型電極４９は、ＧａＡｓ基板４２の下面４２ａの全面にわたって形成されている。尚中心軸線５００の延在方向は、半導体積層部５０の積層方向と一致している。
【００３８】
また、活性層４５の中心部には、その中心部が中心軸線５００と略一致する径ｇの円形状の絶縁物領域５１が形成されている。そしてこの絶縁物領域５１の径ｇと第１導電型電極４８の径ｆの関係は、例えば  ｇ≧ｆ  とする。
【００３９】
以上の構成において、面発光型発光ダイオード４１の動作について、図８の動作説明図を参照しながら以下に説明する。この面発光型発光ダイオード４１の第１導電型電極４８と第２導電型電極４９間に所定の電圧を印加すると、絶縁物領域５１では電流が流れないため、図８の点線で示した領域に電流が集中して流れる。このように面発光型発光ダイオード４１内を電流が流れるとき、活性層４５の領域全体で発光するが、電流が集中する発光領域４５ａ，４５ｂの辺が活性動作の主要な領域となり、活性層４５の他の部分に比較して発光強度が大きくなる。この発光領域４５ａ，４５ｂは、面発光型発光ダイオード４１の中心軸線５００方向（光軸方向でもある）において、大部分が第１導電型電極４８と重複しないため、発光領域４５ａ，４５ｂで発光した強い光が第１導電型電極４８に遮られることなく、光取り出し面５０ａから外部に取り出される。
【００４０】
次に、この面発光型発光ダイオード４１における、活性層４５に絶縁物領域５１を形成するための製造方法について、図９の製造工程図を参照しながら説明する。
【００４１】
先ず、エピタキシャル成長によって下クラッド層４４までを形成した後、図９（ａ）に示すように絶縁物マスク５５（絶縁物領域５１に相当する）を形成する。そしてその後、同図（ｂ）に示すように、例えば、選択結晶成長など絶縁物層に被覆されない表面上にのみ結晶成長させることによって、活性層４５を形成し、その後エピタキシャル成長によって、その上層に上クラッド層４６及びＧａＡｓキャップ４７をそれぞれ形成する。この際、活性層４５の厚さは絶縁物マスク５５の厚さと同等以下とする。次に横方向結晶成長などの手法によって、絶縁層を含む活性層領域をクラッド層４６で被覆し、例えばクラッド層表面が平坦となる厚さまでクラッド層を成長させる。
【００４２】
ここで用いる絶縁物マスク５５としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の材料が考えられ、図７に示したように、活性層４５中に絶縁物領域５１を設ける際にはマスクの厚みは活性層の厚さと同等以下であることが望ましく、約０．０５μｍ〜１μｍが適切であると考えられる。
【００４３】
尚、本実施の形態では、活性層４５領域内に絶縁物領域５１を備えている例を示したが、その変形例として、ｐｎ接合面を、図７における活性層４５と上クラッド層４６間の境界面とし、活性層４５よりも上層の例えば上クラッド層４６に絶縁マスクを設け、ＥＬＯによってこのクラッド層を形成し、絶縁層を半導体積層部内に埋め込むという方法も考えられる。
【００４４】
また、本実施の形態では半導体積層部５０の形状を四角柱状としたが、これに限定されるものではなく、図２に示す半導体積層部２２と同様に円筒状に形成しても良いなど種々の態様を取り得るものである。
【００４５】
更に、絶縁物領域５１の形成方法としては、上記した方法以外に、例えば活性層４５を形成した後、領域５５の部分に水素原子核又は水素イオン（Ｈ＋）をイオンインプランテーションするなどして形成した高抵抗の領域に代えることもできる。
【００４６】
以上のように本実施の形態３の面発光型発光ダイオード４１によれば、活性層４５中の絶縁物領域５１には電流が流れないため、図８に点線で示すように活性層領域でその周辺に向かい広がるように流れる。そのことによって、活性層内での発光領域４５ａ，４５ｂは拡大することとなり、発光領域４５ａ，４５ｂで発光した強い光が第１導電型電極４８で遮られることなく直接外部に取り出すことができ、光取り出し効率が極めて高い面発光型発光ダイオードを形成することが出来る。
【００４７】
実施の形態４．
図１０は、本発明の半導体装置に基づく実施の形態４の面発光型発光ダイオード６１の要部構成を模式的に示す構成図で、同図（ａ）はその面発光型発光ダイオード６１を発光面側からみた上面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ線に沿った面発光型発光ダイオード６１の要部断面図である。
【００４８】
同図（ｂ）の要部断面図に示すように、この面発光型発光ダイオード６１は、ＧａＡｓ基板６２及びその上に形成されたダブルへテロ構造の半導体積層部７０で形成されている。この半導体積層部７０は、例えば最下層から順に、ＧａＡｓバッファ層６３、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る下グラッド層６４、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る活性層６５、ＡｌＧａＡｓ混晶系材料より成る上クラッド層６６、及びＧａＡｓキャップ層６７が順に積層した構成を有し、更にＧａＡｓキャップ層６７上には第１導電型電極６８が、そしてＧａＡｓ基板６２の下面６２ａには第２導電型電極６９がそれぞれ形成されている。そしてこの半導体積層部７０は、ＧａＡｓキャップ層６７の上面であって、光が放射される光取り出し面７０ａが正方形状となるように、略四角柱状に形成されている。
【００４９】
尚、以上の構成で、例えば第１導電型電極６８をｐ型電極とし、第２導電型電極６９をｎ型電極とする場合には、ＧａＡｓバッファ層６３及び下グラッド層６４をｎ型半導体で形成し、上クラッド層６６及びＧａＡｓキャップ層６７をｐ型半導体で形成する。
【００５０】
同図（ａ）に示すように、第１導電型電極６８は、光取り出し面７０ａの中心部に円形平板状に形成され、その中心が面発光型発光ダイオード７１の中心軸線５００と略一致している。一方、第２導電型電極６９は、ＧａＡｓ基板６２の下面全体に形成されている。尚中心軸線５００の延在方向は、半導体積層部７０の積層方向と一致している。
【００５１】
更に、図１０（ｂ）に示すように、活性層６５とその上層の上クラッド層６６との境界面が平面状でなく、上クラッド層６６がその中心部において、円錐状に活性層６５側に突き出た窪み部を有している。従って、この円錐状凸部の中心が中心軸線５００に一致し、境界面には、円錐の錐面で屈折領域に相当する傾斜部７１が形成される。
【００５２】
以上の構成において、面発光型発光ダイオード６１の動作について、図１２の動作説明図を参照しながら以下に説明する。尚この動作説明図は、図１０（ｂ）に示す面発光型発光ダイオード６１の要部断面を部分拡大したものである。この面発光型発光ダイオード６１の第１導電型電極６８と第２導電型電極６９間に所定の電圧を印加すると、両電極間に電流が流れて傾斜面７１が形成された領域の活性層６５で発せされた光は、同図に示すように、傾斜面７１で屈折して光取り出し面７０ａに至り、ここから取り出されることになる。
【００５３】
これは活性層６５における屈折率と上クラッド層６６における屈折率が異なることによる（通常、活性層６５の屈折率ｎ１に対する上クラッド層の屈折率ｎ２の関係は、ｎ１＜ｎ２である）。従って、電流が集中することによって発光強度がもっとも強くなる第１導電型電極６８直下の活性層６５の領域で発せられる光のうち、活性層領域を真上に進む光は、上クラッド層内では真上の光路７５ではなく、屈折した光路７６を通り、第１導電型電極６８に遮られることなく光取り出し面７０ａより取り出されることとなる。
【００５４】
次に、この面発光型発光ダイオード６１の傾斜面７１を形成する製造方法について、図１１の製造工程図を参照しながら説明する。
【００５５】
通常はＧａＡｓ基板６２上に、エピタキシャル成長によりＧａＡｓバッファ層６３、下グラッド層６４、活性層６５、上クラッド層６６、及びＧａＡｓキャップ層６７の各層を順次形成するが、その過程において、活性層６５を形成した後、マスクを用いて図１１（ａ）に示すようにレジスト７８のパターニングを行う。そして、エッチングを行うことで図１１（ａ）に示すように円錐状の窪みを作った後レジスト７８を取り除き、その上層の上クラッド層６６をエピタキシャル成長によって再び形成させていく。この時、エッチングを行うエッチャントの種類、濃度などのパラメータを調整することにより、活性層６５に形成する窪みを所望の形状に形成することが可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態４の面発光型発光ダイオード６１によれば、活性層６５の領域内で最も発光強度が強い第１導電型電極６８の直下の領域で発せられた光を、光取り出し面に形成された第１導電型電極６８に遮られることなく取り出すことが可能となる。従って、このような構造とすることにより、極めて光取り出し効率の高い面発光型発光ダイオードを提供することが可能となる。
【００５７】
尚、本実施の形態では半導体積層部７０の形状を四角柱状としたが、これに限定されるものではなく、図２に示す半導体積層部２２と同様に円筒状に形成しても良いなど種々の態様を取り得るものである。
【００５８】
また、面発光型発光ダイオード６１（図１０）の変形例として図１３（但し、活性層８５より上層のみを示す部分断面図）に示した面発光型発光ダイオード８１のように、活性層８５と上クラッド層８６の境界面に、窪み部として、屈折領域に相当する球面状の曲面８８を形成してもよい。この場合、発光強度がもっとも強くなる第１導電型電極６８直下の活性層８５の領域で発せられる光のうち、活性層領域を真上に進む光はこの曲面８８で屈折する光路８９を通り、電極に遮られることなく光取り出し面７０ａより取り出すことができる。
【００５９】
以上のように、電極の大きさ等の設計上の都合に応じて、円錐状、球面状等の上記窪み部の形状、またその面積、体積を調整することにより、各々の半導体構造において最も光取り出し効率の高い構造の選択が可能となることは言うまでもない。
【００６０】
更に、面発光型発光ダイオード６１（図１０）の変形例として図１４（但し、活性層６５より上層のみを示す部分断面図）に示した面発光型発光ダイオード９１のように、上クラッド層９６とＧａＡｓキャップ９７との境界面に、窪み部として円錐の錐面で屈折領域に相当する傾斜部９８を形成する。この場合も、発光強度がもっとも強くなる第１導電型電極６８直下の活性層６５の領域で発せられる光のうち、活性層領域を真上に進む光はこの傾斜面９８で屈折する光路９９を通り、電極に遮られることなく光取り出し面７０ａより取り出すことができる。
【００６１】
この変形例のように、活性層、及びその上のクラッド層の境界面以外に、発光領域よりも上に存在する他の層間における境界面に上記した種々の窪み部を形成しても、同等の効果が得られる。
【００６２】
尚、前記した各実施の形態１乃至４では、ダブルヘテロ構造の面発光型発光ダイオードを示したが、本発明は、このダブルヘテロ構造に限定するものではなく、第１導電型電極、第２導電型電極を有した、他の構造の面発光型発光ダイオードであってもよいなど種々の態様を取り得るものである。
【００６３】
実施の形態５．
図１６は、本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを説明するためのＬＥＤヘッドの横断面図であり、図１５は、ＬＥＤヘッド１００に固定されるＬＥＤユニット１０２の要部構成を示す部分平面図である。
【００６４】
図１５に示すように、このＬＥＤユニット１０２には、複数の発光素子１０２ａがその長手方向に所定の間隔で直線状に複数形成されると共に、駆動素子領域１０２ｂにはこれ等の各発光素子１０２ａを、マトリックス駆動等により発光駆動するための回路素子が形成され、これ等の回路素子と発光素子１０２ａとは、図示しない配線網によって所定箇所が電気的に接続されているものとする。更に、この発光素子１０２ａとしては、前述の各実施の形態で説明した面発光型発光ダイオードが相当するものとする。
【００６５】
一方、図１６において、ＬＥＤヘッド１００は、ベース部材１０１とこの上に固定されたＬＥＤユニット１０２とを有する。このＬＥＤユニット１０２の発光素子１０２ａの発光部の上方には、発光部から出た光を集光する光学素子としてのロッドレンズアレイ１０３が配設されている。このロッドレンズアレイ１０３は、ロッド状の光学レンズを、直線状に配列された発光素子１０２ａの発光部に沿って多数配列したもので、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ１０４によって所定位置に保持されている。
【００６６】
このレンズホルダ１０４は、同図に示す様に、ベース部材１０１及びＬＥＤユニット１０２を覆う様に形成されている。そして、ベース部材１０１，ＬＥＤユニット１０２，レンズホルダ１０４は、ベース部材１０１及びレンズホルダ１０４に形成された開口部１０１ａ及び１０４ａを介して配設されるクランパ１０５によって一体的に挟持されている。
【００６７】
従って、ＬＥＤユニット１０２で発生した光は、ロッドレンズアレイ１０３を通して所定の外部部材に照射される。このＬＥＤヘッド１００は、例えば電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。
【００６８】
以上のように、このＬＥＤヘッドによれば、ＬＥＤユニット１０２の発光素子として、前述の各実施の形態で示した面発光型発光ダイオードの何れかが使用されるため、コンパクトで光取り出し効率の優れたＬＥＤヘッドを提供することができる。
【００６９】
実施の形態６．
図１７は、本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置を説明する概略断面図である。
【００７０】
図において、画像形成装置２００は、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの各色の画像を各々に形成する４つのプロセスユニット２０１〜２０４を有し、これらが記録媒体２０５の搬送経路の上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット２０１〜２０４の内部構成は共通しているため、例えばシアンのプロセスユニット２０３を例に取り、これらの内部構成を説明する。
【００７１】
プロセスユニット２０３には、像担持体としての感光体ドラム２０３ａが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム２０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム２０３ａの表面に電荷を供給して帯電させる帯電装置２０３ｂ、帯電された感光体ドラム２０３ａ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２０３ｃが配設される。更に、静電潜像が形成された感光体ドラム２０３ａの表面に、シアン（所定色）のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置２０３ｄ、及び感光体ドラム２０３ａ上のトナーの顕像を転写した際に残留したトナーを除去するクリーニング装置２０３ｅが配設される。尚、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転する。
【００７２】
又、画像形成装置２００は、その下部に、紙などの記録媒体２０５を堆積した状態で収納する用紙カセット２０６を装着し、その上方には記録媒体２０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ２０７が配設されている。更に、記録媒体２０５の搬送方向における、ホッピングローラ２０７の下流側にはピンチローラ２０８，２０９と共に記録媒体２０５を挟持することによって、記録媒体を搬送する搬送ローラ２１０及び、記録媒体２０５の斜行を修正し、プロセスユニット２０１に搬送するレジストローラ２１１を配設している。これらのホッピングローラ２０７、搬送ローラ２１０及びレジストローラ２１１は図示されない駆動源からギア等を経由して動力が伝達され回転する。
【００７３】
プロセスユニット２０１〜２０４の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ２１２が配設されている。これら転写ローラ２１２には感光ドラム２０３ａ上に付着されたトナーによる顕像を記録媒体２０５に転写する転写時に、感光体ドラム２０１ａ〜２０４ａの表面電位とこれら各転写ローラ２１２の表面電位に電位差を持たせるための電位が印加されている。
【００７４】
定着装置２１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体２０５上に転写されたトナーを加圧・加熱することによって定着する。この下流の排出ローラ２１４，２１５は、定着装置２１３から排出された記録媒体２０５を、排出部のピンチローラ２１６、２１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部２１８に搬送する。これら定着装置２１３、排出ローラ２１４等は図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転される。
【００７５】
ここで使用される露光装置２０３ｃには、前述のＬＥＤヘッド１００（図１６）が用いられる。
【００７６】
上記構成の画像記録装置の動作を説明する。
【００７７】
まず、用紙カセット２０５に堆積した状態で収納されている記録媒体２０５がホッピングローラ２０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体２０５は、搬送ローラ２１０、レジストローラ２１１及びピンチローラ２０８，２０９に挟持されて、プロセスユニット２０１の感光体ドラム２０１ａと転写ローラ２１２の間に搬送される。その後、記録媒体２０５は、感光体ドラム２０１ａ及び転写ローラ２１２に挟持され、その記録面にトナー像が転写されると同時に感光体ドラム２０１ａの回転によって搬送される。
【００７８】
同様にして、記録媒体２０５は、順次プロセスユニット２０２〜２０４を通過し、その通過過程で、各露光装置２０１ｃ〜２０４ｃにより形成された静電潜像を、現像装置２０１ｄ〜２０４ｄによって現像した各色のトナー像がその記録面に順次転写され、重ね合わせられる。
【００７９】
そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わせたれた後、定着装置２１３によってトナー像が定着された記録媒体２０５は、排出ローラ２１４、２１５及びピンチローラ２１６、２１７に挟持されて、画像記録装置２００の外部の記録媒体スタッカ部２１８に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体２０５上に形成される。
【００８０】
以上の様に、本実施の形態の画像形成装置によれば、前述したＬＥＤヘッドを採用するためスペース効率及び光取り出し効率に優れた高品質の画像形成装置を提供することができる。
【００８１】
尚、このＬＥＤヘッドによる効果は、上記説明したフルカラーの画像形成装置やコピー装置に限らずモノクロ、マルチカラープリンタやコピー装置においても効果を発揮するが、特に露光装置を数多く必要とするフルカラーのプリンタにおいては大きな効果を発揮する。
【００８２】
また、前記した実施の形態の説明において、「上」、「下」、「底」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、半導体装置、ＬＥＤヘッド、及び画像形成装置を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施の形態１の面発光型発光ダイオード１の要部構成を模式的に示す構成図で、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその底面図、そして（ｃ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ線に沿った要部断面図である。
【図２】面発光型発光ダイオード１の変形例である面発光型発光ダイオード２１を示す構成図である。
【図３】面発光型発光ダイオード２１の変形例を示す構成図である。
【図４】実施の形態２の面発光型発光ダイオード３１の要部構成を模式的に示す構成図で、同図（ａ）はそれを発光面側からみた上面図であり、同図（ｂ）はその反対の底面側からみた底面図である。
【図５】面発光型発光ダイオード３１の変形例を示す構成図である。
【図６】（ａ）は半導体バルクで、（ｂ）は半導体薄膜でそれぞれ形成した面発光型発光ダイオード２５，３５の構成図である。
【図７】本発明の半導体装置に基づく実施の形態３の面発光型発光ダイオード４１の要部構成を模式的に示す要部断面図である。
【図８】面発光型発光ダイオード４１の動作の説明に伴う動作説明図である。
【図９】実施の形態３の面発光型発光ダイオード４１の製造工程図である。
【図１０】実施の形態４の面発光型発光ダイオード６１の要部構成を模式的に示す構成図で、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ線に沿った要部断面図である。
【図１１】実施の形態４の面発光型発光ダイオード６１の製造工程図である。
【図１２】面発光型発光ダイオード６１の動作の説明に伴う動作説明図である。
【図１３】面発光型発光ダイオード６１の変形例である面発光型発光ダイオード８１を示す構成図である。
【図１４】面発光型発光ダイオード６１の変形例である面発光型発光ダイオード９１を示す構成図である。
【図１５】ＬＥＤヘッド１００に固定されるＬＥＤユニット１０２の要部構成を示す部分平面図である。
【図１６】本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを説明するためのＬＥＤヘッドの横断面図である。
【図１７】本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  面発光型発光ダイオード、  ２  ＧａＡｓ基板、  ２ａ  下面、  ３  ＧａＡｓバッファ、  ４  下グラッド層、  ５  活性層、  ５ａ，５ｂ  発光領域、  ６  上クラッド層、  ７  ＧａＡｓキャップ、  ８  第１導電型電極、  ９  第２導電型電極、  １０  半導体積層部、  １０ａ  光取り出し面、  １１  電極配線、  ２１  面発光型発光ダイオード、  ２２  半導体積層部、  ２２ａ  光取り出し面、  ２３  第２導電型電極、  ２５  面発光型発光ダイオード、  ３１  面発光型発光ダイオード、  ３２  第１導電型電極、  ３５  面発光型発光ダイオード、  ４１  面発光型発光ダイオード、  ４２  ＧａＡｓ基板、  ４２ａ  下面、  ４３  ＧａＡｓバッファ、  ４４  下グラッド層、  ４５  活性層、  ４５ａ，４５ｂ  発光領域、  ４６  上クラッド層、  ４７  ＧａＡｓキャップ、  ４８  第１導電型電極、  ４９  第２導電型電極、  ５０  半導体積層部、  ５０ａ  光取り出し面、  ５１  絶縁物領域、  ５５  絶縁物マスク、  ６１  面発光型発光ダイオード、  ６２  ＧａＡｓ基板、  ６２ａ  下面、  ６３  ＧａＡｓバッファ、  ６４  下グラッド層、  ６５  活性層、  ６６  上クラッド層、  ６７  ＧａＡｓキャップ、  ６８  第１導電型電極、  ６９  第２導電型電極、  ７０  半導体積層部、  ７０ａ  光取り出し面、  ７１  傾斜部、  ７５  光路、  ７６  光路、  ７８  レジスト、  ７９  円錐状の窪み、  ８１  面発光型発光ダイオード、  ８５  活性層、  ８６  上クラッド層、  ８８  曲面、  ８９  光路、  ９１  面発光型発光ダイオード、  ９６  上クラッド層、  ９７  ＧａＡｓキャップ、  ９８  傾斜部、  ９９  光路、  １００  ＬＥＤヘッド、  １０１  ベース部材、  １０２  ＬＥＤユニット、  １０２ａ  発光素子、  １０２ｂ  駆動素子領域、  １０３  ロッドレンズアレイ、  １０４  レンズホルダ、  １０５  クランプ、  ２００  画像形成装置、  ２０１，２０２，２０３，２０４  プロセスユニット、  ２０３ａ  感光体ドラム、  ２０３ｂ  帯電装置、  ２０３ｃ  露光装置、  ２０３ｄ  現像装置、  ２０３ｅ  クリーニング装置、  ２０５  記録媒体、  ２０６  用紙カセット、  ２０７  ホッピングローラ、  ２０８，２０９  ピンチローラ、  ２１０  搬送ローラ、  ２１１  レジストローラ、  ２１２  転写ローラ、  ２１３  定着装置、  ２１４，２１５  排出ローラ、  ２１６，２１７  ピンチローラ、  ２１８  記録媒体スタッカ部。
【図１】
2005123526.tif 000003
【図２】
2005123526.tif 000004
【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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