(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板の上に設けられている、一導電型半導体層および逆導電型半導体層を積層して成る複数の島状半導体層と、を備えており、
前記複数の島状半導体層は、隣接している島状半導体層の間の側壁部に逆メサ形状が形成されている領域を有しており、
前記一導電型半導体層は、屈折率の異なる複数の反射層が内部に積層されており、
前記複数の反射層の一部は、前記逆メサ形状が形成されている領域に比べて周縁部の一部が中心側に位置している領域を含んでいる、ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記複数の反射層は、第一の反射膜と、該第一の反射膜と屈折率の異なる第二の反射膜と、が交互に複数層設けられており、
前記第一の反射膜および前記第二の反射膜は、前記逆メサ形状が形成されている領域に比べて周縁部の一部が中心側に位置している領域が交互に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記反射層は、アルミニウム砒素から成る第一の反射膜と、ガリウム砒素から成る第二の反射膜と、が交互に積層して設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記島状半導体層における前記反射層よりも上部の端面の算術平均粗さが１００Å以下である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに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】
本発明は半導体発光装置に関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の半導体発光装置を図３ないし図５に示す。図３および図４は断面図、図５は平面図である。図３ないし図５において、２１は半導体基板、２２は一導電型半導体層、２４は逆導電型半導体層、２５は個別電極、２６は共通電極である。
【０００３】
半導体基板２１上に、一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２４を設けると共に、この一導電型半導体層２２の露出部に共通電極２６（２６ａ、２６ｂ）を接続して設け、逆導電型半導体層２４に個別電極２５を接続して設けている。なお、図４および図５において、２７は窒化シリコン膜などから成る保護膜であり、電極パタ−ンと半導体層を絶縁するための絶縁膜として設けられている。また、図５に示すように、共通電極２６（２６ａ、２６ｂ）は隣接する島状半導体層２２、２４ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設けられ、隣接する島状半導体層２２、２４が同じ個別電極２５に接続されている。
【０００４】
このような発光ダイオードアレイでは、個別電極２５と共通電極２６（２６ａ、２６ｂ）の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光ダイオードを選択的に発光させることができる。
【０００５】
ところが、この従来の半導体発光装置では、半導体層を発光素子に分離する際にメサエッチングを行い島状に形成しているが、電極２５、２６の取り出し部は、図３に示すように、断線を防止するために順メサ状に形成しており、横方向の断面は、図４に示すように、逆メサ状になっていた。
【０００６】
この場合、横方向に発光した光が逆メサ状の側壁部分で反射されて島状半導体層２２、２４の上面側に放射され、図６に示すように、島状半導体層２２、２４の端面に近い部分で角状の突出した発光強度分布が発生し、発光ばらつきを発生させていた。これはとくに端面での強度が全体の発光強度に占める割合が高いほど顕著に現れると共に、端部の平坦性に左右されることが判っており、このような端部での発光ばらつきが印画品質を劣化させる原因になっていた。図６は、発光強度分布を示す図であり、任意強度で発光のピークポイントを最大として発光部に相当する逆導電型半導体層２４上の各強度を相対的に表したものである。
【０００７】
本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、隣接する島状半導体層の側壁部が逆メサ構造であることに起因して発生する発光強度分布を改善することにより、印画品質の劣化を解消した半導体発光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置では、基板と、該基板の上に設けられている、一導電型半導体層および逆導電型半導体層を積層して成る複数の島状半導体層と、を備えており、前記複数の島状半導体層は、隣接している島状半導体層の間の側壁部に逆メサ形状が形成されている領域を有しており、前記一導電型半導体層は、屈折率の異なる複数の反射層が内部に積層されており、前記複数の反射層の一部は、前記逆メサ形状が形成されている領域に比べて周縁部の一部が中心側に位置している領域を含んでいることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図である。図１において、１は基板、２は一導電型半導体層、３は反射層、４は逆導電型半導体層、５は個別電極、６は共通電極、７は絶縁膜である。８は反射効果が得られる領域、９は反射層の一部の層を取り除いた領域、１０は逆メサ形状が形成される領域を示している。
【００１４】
基板１はシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（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から成る。単結晶半導体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、Ｃ面基板が好適に用いられる。
【００１５】
一導電型半導体層２は、バッファ層２ａ、オーミックコンタクト層２ｂ、第一のクラッド層２ｃで構成される。バッファ層２ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層２ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層２ａとオーミックコンタクト層２ｂはガリウム砒素などで形成され、第一のクラッド層２ｃはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層２ｂはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、第一のクラッド層２ｃはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。また、このとき電子注入層２ｃのＡｌの組成はｘ＝０．２４〜０．５程度形成する。バッファ層２ａは基板１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位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。
【００１６】
反射層３は、屈折率の異なる第一の反射膜３ａと第二の反射膜３ｂから構成され、第一の反射膜３ａは屈折率２．９７のアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）などで形成し、第２の反射膜３ｂは屈折率３．５９のガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成する。これらを交互に５~２０周期分繰り返して最後にアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）を積層する。これは、第一のクラッド層２ｃとの屈折率差をもたせるためである。
【００１７】
逆導電型半導体層４は、発光層４ａ、第２のクラッド層４ｂ、および第２のオーミックコンタクト層４ｃで構成される。発光層４ａと第２のクラッド層４ｂ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４ｃは０．０１〜０．１μｍ程度の厚みに形成される。第２のオーミックコンタクト層４ｃはガリウム砒素などから成る。
【００１８】
発光層４ａと第２のクラッド層４ｂ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）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。発光層４ａと第２のクラッド層４ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、第２のオーミックコンタクト層４ｃは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０１９〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。
【００１９】
絶縁膜７は窒化シリコンなどから成り、厚み３０００〜５０００Å程度に形成される。また、個別電極５と共通電極６は金／クロム（Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００２０】
本発明の半導体発光装置では、図１に示すように、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層４から成る島状半導体層２、４を基板１上に一列状に並べて、隣接する島状半導体層２、４毎に同じ個別電極４に接続し、同じ個別電極４に接続された下の一導電型半導体層２が異なる共通電極６に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極４を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【００２１】
島状半導体層２、３、４は、結晶の面方位とエッチングとの関係から一方の対向する壁面が順メサ構造で、他方の対向する壁面が逆メサ構造を有する。
【００２２】
図２（ａ）は本発明を説明する平面図、図２（ｂ）は図１のR部の拡大図である。本発明では、図２（ａ）（ｂ）のように、反射効果が得られる領域８を発光体の中央部に形成する。このために、反射層３の一部の層を取り除いた領域９を形成し、なおかつ、この領域９が逆メサ形状が形成される領域１０よりも中央部に近いところまで形成されるようにする。
【００２３】
このようにすることで反射層３の反射効果が高い領域８では、発光強度がより高く、これまでの２倍の発光強度が得られるのに対して、反射効果が無くこれまでバラツキに影響していた一部除去領域９では、これまで以上の強度は得られない。
【００２４】
図７には、周辺部の影響が小さい場合の面内の強度分布を示す。図７に示すように、中央部の強度に依存した比較的均一な強度分布が得られる。
【００２５】
次に、上述のような半導体発光装置の製造方法を説明する。まず、単結晶基板１上に、一導電型半導体層２、反射層３、逆導電型半導体層４をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００２６】
これらの半導体層２、３、４を形成する場合、基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望厚みの半導体層２、４を形成する。
【００２７】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ3）3Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ3）、ＴＭＡ（（ＣＨ3）3Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ）などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン（ＳｉＨ4）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ3）3Ｚｎ）などが用いられ、キャリアガスとしては、Ｈ2などが用いられる。
【００２８】
次に、隣接する素子同士が電気的に分離されるように、半導体層２、３、４が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングやＣＣｌ２Ｆ２ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００２９】
反射層３のエッチングは、選択的にＡｌＡｓ層をエッチングするＨＦ系の液を用いて容易に行われる。
【００３０】
次に、一導電型半導体層２の一端部側の一部を露出させるためにエッチングする。さらに、半導体層４ｃの表面の一部をエッチングする。それぞれのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングやＣＣｌ２Ｆ２ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００３１】
最後に端面の荒れを押さえるために、硫酸過酸化水素系のエッチング液を再び用いてライトエッチングを行う。このとき島状半導体層２、４における反射層３よりも上部の層４の端面の算術表面粗さを１００Å以下とする。これは、島状半導体層２、４の端部の発光強度を均一にする効果がある。つまり、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層４との間に反射層３を挿入すると、発光強度が端部よりも中央部が大きくなるために、全体の発光強度に占める端部の発光強度の割合は小さくなり、発光強度ばらつきも小さくなるが、反射層３よりも上層４の逆メサ部を平滑にすることで、この発光強度ばらつきはさらに改善できる。
【００３２】
図８に反射層３のない場合で端面処理の有無と発光分布の比較を示す。図８（ａ）は端部に表面処理を施して逆メサ部の算術平均粗さを１００Åにした場合の発光強度分布であり、図８（ｂ）は端部に表面処理を施さない場合の発光強度分布である。つまり、この反射層３が有効な領域を逆メサ形状よりも内側に形成し、また島状の半導体層の端面をより平滑にする工程を含むと同時に、そのときの算術平均粗さを１００Å以下とすることで、隣接する島状半導体層の側壁部が逆メサ構造であることに起因して発生する発光強度分布を改善し、印画品質の劣化を解消できる。
【００３３】
次に、プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4）とアンモニアガス（ＮＨ3）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングし、さらに、もう一度プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4）とアンモニアガス（ＮＨ3）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングすることにより完成する。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体発光装置では、基板と、該基板の上に設けられている、一導電型半導体層および逆導電型半導体層を積層して成る複数の島状半導体層と、を備えており、複数の島状半導体層は、隣接している島状半導体層の間の側壁部に逆メサ形状が形成されている領域を有しており、一導電型半導体層は、屈折率の異なる複数の反射層が内部に積層されており、複数の反射層の一部は、逆メサ形状が形成されている領域に比べて周縁部の一部が中心側に位置している領域を含んでいることから、発光効率を島状半導体層の中央部でより高めることができ、隣接する島状半導体層の側壁部が逆メサ構造であることに起因して発生する発光強度分布を改善することにより、印画品質の劣化を解消した半導体発光装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＲ部のを拡大して示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】従来の半導体発光装置を示す他の部分の断面図である。
【図５】従来の半導体発光装置を示す平面図である。
【図６】従来の半導体発光装置の発光強度分布を示す図である。
【図７】本発明の半導体発光装置の発光強度分布を示す図である。
【図８】（ａ）は島状半導体層の端面処理を施した場合の発光分布、（ｂ）は島状半導体層の端面処理を施さない場合の発光分布である。
【符号の説明】
１：基板、２：一導電型半導体層、４：逆導電型半導体層、４：個別電極、６：共通電極、７：絶縁膜、８：反射効果が得られる領域、９：反射層の一部の層を取り除いた領域、１０：逆メサ形状が形成される領域
【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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