(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層を設け、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極をそれぞれ接続して設けた半導体発光装置において、前記逆導電型半導体層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる発光層とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓからなるクラッド層とＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層と、このクラッド層とオーミックコンタクト層との間に設けられたＡｌｚＧａ１−ｚＡｓから成るキャップ層とで形成するとともに、前記キャップ層は、前記オーミックコンタクト層と合わせた厚みが０．１５μｍ以上であり、アルミニウム組成比ｚが前記クラッド層のアルミニウム組成比ｙよりも大きいことを特徴とする半導体発光装置。
【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乃至図５に示す。図３は断面図、図４は拡大断面図、図５は平面図である。図３乃至図５において、２１は半導体基板、２２は一導電型半導体層、２３は逆導電型半導体層、２４は個別電極、２５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２３を一導電型半導体層２２よりも逆導電型半導体層２３が小面積となるように設けると共に、この一導電型半導体層２２の露出部Ｒに共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設け、逆導電型半導体層２３に個別電極２４を接続して設けている。なお、図３および図４において、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。また、図５に示すように、共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）は隣接する島状半導体層２２、２３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、２３が同じ個別電極２４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２４と共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）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、逆導電型半導体層２３と個別電極２４とのオーミックコンタクトを取るために、逆導電型半導体層２３の上層のオーミックコンタクト層２３ｃの膜厚を厚くする必要があった。このオーミックコンタクト層２３ｃの膜厚に応じて発光の吸収が増大し、発光効率の低下をまねくという問題があった。
【０００６】
これを回避するために、オーミックコンタクト層２３ｃの個別電極２４との接触部分のみが残るように、その一部をエッチングして発光効率の低下を防止する方法もあるが、パターンニングのためのフォトファブ工程が煩雑となる。
【０００７】
さらに、オーミックコンタクト層２３ｃを厚くすると、図４に示すように、ＧａＡｓなどから成るオーミックコンタクト層２３ｃとその直下のＡｌＧａＡｓなどから成るクラッド層２３ｂとのエッチングレートの違いから逆メサ形状が形成される。このためオーミックコンタクト層２３ｃの膜厚に相当する厚みの範囲で結晶がくびれ、その結果個別電極２４の断線が発生するという問題があった。
【０００８】
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、オーミックコンタクト層で発光が吸収されることによる発光効率の低下と電極の断線の問題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。
【０００９】
【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、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層を設け、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極をそれぞれ接続して設けた半導体発光装置において、前記逆導電型半導体層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる発光層とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓからなるクラッド層とＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層と、このクラッド層とオーミックコンタクト層との間に設けられたＡｌｚＧａ１−ｚＡｓから成るキャップ層とで形成するとともに、前記キャップ層は、前記オーミックコンタクト層と合わせた厚みが０．１５μｍ以上であり、アルミニウム組成比ｚが前記クラッド層のアルミニウム組成比ｙよりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
【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。
図１および図２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および図２において、１は基板、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は個別電極、５は共通電極、６は絶縁膜である。
【００１２】
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（Ａｌ2 Ｏ3 ）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面基板などが好適に用いられる。
【００１３】
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、電子注入層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、電子注入層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１×１０16〜１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、電子注入層２ｃはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。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。
【００１４】
逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂ、および第２のオーミックコンタクト層３ｃから成り、さらに第２のクラッド層３ｂと第２のオーミックコンタクト層３ｃの間にオーミックコンタクト抵抗を低減するたのキャップ層３ｄを挿入して構成される。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂ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３ｃはキャップ層３ｄと合わせた厚みが０．１５μｍ以上となるように形成される。発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂ、およびキャップ層３ｄはアルミニウムガリウム砒素などから成り、第２のオーミックコンタクト層３ｃはガリウム砒素などから成る。
【００１５】
発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂ、およびキャップ層３ｄ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。本発明では、特に第２のクラッド層（Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ）３ｂとキャップ層（Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ）３ｄにおけるアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比のＡｌ組成がｙ≦ｚとなるようにする。
【００１６】
発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂ、およびキャップ層３ｄ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のオーミックコンタクト層３ｃは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０19〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１７】
オーミックコンタクト層３ｃとキャップ層３ｄとを合わせて０．１５μｍ以上の膜厚にする。このように、オーミックコンタクト層３ｃとキャップ層３ｄとを合わせて０．１５μｍ以上の膜厚にすると、図２のように、逆メサ形状の高さとなるオーミックコンタクト層３ｃの膜厚を薄く設定できることから、個別電極４の断線が回避できる。この膜厚０．１５μｍは、図７に示すような電極の熱処理工程で結晶内に拡散する拡散長を基準にしている。すなわち、図７は熱処理後の結晶中への電極材料の拡散深さを示す図であり、測定開始点から２０００Åの深さのところから結晶となり、３５００Åのところまで、すなわち結晶中の１５００Åの深さで電極材料が拡散していることがわかる。したがって、キャップ層３ｄはオーミックコンタクト層３ｃと合わせた厚みが０．１５μｍ以上となるように形成される。
【００１８】
また、電極がコンタクトに必要な膜厚０．１５μｍ以上を確保するため、オーミックコンタクト層３ｃの膜厚を薄くしてもその分キャップ層３ｄを厚くすればＬＥＤの抵抗に相関性のある駆動電圧も２Ｖ以下で良好あると同時に発光強度の効率も高いことが図６から分かる。図６は駆動電圧のオーミックコンタクト層３ｃの膜厚依存性とキャップ層３ｄの有無との関係を示す図であるが、キャップ層３ｄが無い場合（図６中の□の線）、オーミックコンタクト層３ｃの膜厚を厚くしなければ駆動電圧を低くすることはできないが、キャップ層３ｄがある場合（図６中の△の線）、オーミックコンタクト層３ｃの膜厚に拘らず、駆動電圧（Ｖ）を低く抑えても一定以上の発光強度を得ることができる。これは、オーミックコンタクト層３ｃのＧａＡｓの膜厚を薄く設定することで光の吸収を低減し、キャップ層３ｄを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）との混晶比を第２のクラッド層の混晶比に比べて大きくするという効果である。このように本発明を構成することで断線と発光効率の低下を改善できる。
【００１９】
絶縁膜６は窒化シリコンなどから成り、厚み３０００Å程度に形成される。個別電極４と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／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２に示すように、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３から成る島状半導体層２、３を基板１上に一列状に並べて隣接する島状半導体層２、３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５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】
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、逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００２２】
これらの半導体層２、３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、３を形成する。
【００２３】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ＴＭＡ（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ）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（Ｈ2 Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ3 ）3 Ｚｎ）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。
【００２４】
次に、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層２、３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ＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００２５】
次に、一導電型半導体層２の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングする。こ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ェットエッチングやＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２６】
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。最後に、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することにより完成する。
【００２７】
【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、逆導電型半導体層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる発光層とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓからなるクラッド層とＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層と、このクラッド層とオーミックコンタクト層との間に設けられたＡｌｚＧａ１−ｚＡｓから成るキャップ層とで形成するとともに、このキャップ層を、オーミックコンタクト層と合わせた厚みが０．１５μｍ以上となるようにすることで、逆メサ形状に起因した断線についても膜厚を薄く設定して電極の断線が回避できる。
【００２８】
また、電極がコンタクトに必要な膜厚０．１５μｍ以上を確保するため、オーミックコンタクト層の膜厚を薄くしてもその分キャップ層を厚くすればＬＥＤの抵抗を下げることが可能となる。
【００２９】
また、オーミックコンタクト層を薄く設定することで光の吸収を低減し発光効率を高めることも可能である。
【００３０】
さらに、キャップ層のアルミニウム組成比ｚをクラッド層のアルミニウム組成比ｙよりも大きく設定することで閉じ込め効果と光の取り出し効果を大きくすることができ、より発光効率を高めることが可能となる。
【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Ａ部拡大断面図である。
【図３】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大断面図である。
【図５】従来の半導体発光装置を示す平面図である。
【図６】本発明の半導体発光装置の強度吸収による変化、キャップ層の有無、および駆動電圧の関係を示す図である。
【図７】本発明の半導体発光装置における電極の拡散状態を示す図である。
【符号の説明】
１………基板、２………一導電型半導体層、３………逆導電型半導体層、３ａ‥‥‥発光層、３ｂ‥‥‥クラッド層、３ｃ‥‥‥オーミックコンタクト層、３ｄ‥‥‥キャップ層、４………個別電極、５………共通電極、６………絶縁膜
【図１】
0004184521.tif 000002
【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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