(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された複数個の発光ダイオードからなる発光ダイオードアレイ装置であって、
前記半導体基板上に、少なくとも、屈折率の異なる２種類の層が交互に積層されてなるブラッグ反射膜、第１導電型の活性層、および当該活性層と同じ第１導電型の上部クラッド層とを、この順に積層して有し、
さらに、前記上部クラッド層および前記活性層中に形成され、かつＰＮ接合を形成する拡散フロントが前記活性層中に存在する、前記活性層とは逆の第２導電型の拡散領域とを備え、
前記ブラッグ反射膜を構成する２種類の前記層のバンドギャップは前記活性層のバンドギャップより大きく、前記層の一方が酸化物材料からなり、
かつ、各前記発光ダイオードに電流を供給するための２つの電極の一方が、前記上部クラッド層と、オーミック層を介してコンタクトし、該電極の他方が、前記拡散領域と、オーミック層を介してコンタクトする部分と前記拡散領域の端部にて直接コンタクトする部分を有し、
前記拡散領域上のオーミック層は、前記拡散領域の端部を除く中央部にのみ存在する、
ことを特徴とする発光ダイオードアレイ装置。
【請求項２】
前記ブラッグ反射膜を構成する２種類の各層の屈折率をｎ１、ｎ２とし、各層の層厚をｄ１、ｄ２としたとき、
ｎ１とｄ１、ｎ２とｄ２のそれぞれの積が、前記発光ダイオードの発光波長の１／４波長とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プリンタの光源等として用いられる発光ダイオードアレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プリンタは、画像信号に応じて光源アレイの各ドットを発光させ、分布屈折率レンズなどの等倍結像素子により、感光体ドラム上に露光して静電潜像を形成し、現像器でトナーを選択的に付着させた後、普通紙に転写させることにより、印字を行うものである。
この種の光源アレイとして用いられる上面発光型の発光ダイオードアレイ装置は、最も単純には、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させてＧａＡｌＡｓ層を形成し、その層中に、Ｐ型不純物として働くＺｎなどを、気相拡散法などで選択的に拡散してＰ型拡散領域を形成し、かつ上下（表裏）に電極を設けることによって構成されている（例えば、文献「光プリンタ設計、１２１〜１２６頁、トリケップス発行、１９８５年」、参照）。
そして、昨今プリンタの印刷速度が高速化してきており、より高出力の光源アレイが求められており、注入電流に対して出力がより大きい発光ダイオードアレイ装置が求められている。
このような背景により、 Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ等からなる活性層の下部に、ＡｌＡｓ層とＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）とが交互に積層された多層膜からなるブラッグ反射膜を設置し、かつブラッグ反射膜を通して電流を注入する構成とすることで、基板側に出射した光を反射させ、取出し光量を増加させた発光ダイオードアレイ装置が提案されている（例えば、特開平６−３０２８５６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｌＡｓ層とＡｌxＧａ1-xＡｓ層からなるブラッグ反射膜を用いた、従来の面発光型の発光ダイオードアレイ装置においては、以下のような問題がある。
すなわち、まず、例えば波長が７４１ｎｍに対してブラッグ反射膜を有効に反射膜として作用させるには、ブラッグ反射膜の反射率が１００％に近いことが望まれるが、このような反射率の高いブラッグ反射膜を実現するには、ＡｌＡｓ層とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層との組を２０組以上形成する必要がある。理論的には、２０組で９８％の反射率が得られる。しかし、２０組のブラッグ反射膜の総膜厚は、約２．３μｍとなり、エピタキシャル層厚が非常に厚くなってしまう。そのため、エピタキシャル基板そのものの価格が高くなるという問題があった。
また、従来の面発光型の発光ダイオードアレイ装置においては、ブラッグ反射膜の抵抗を減ずるために、ブラッグ反射膜の各構成層を、ドーピングした膜としている。しかし、２０組ものＡｌＡｓ／Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓを積層すると、ＡｌＡｓ層とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層との間の接合による障壁のために、発光ダイオードを発光させるための閾値電圧が高くなるという問題が生じる。閾値電圧が高くなると、当然のことながら発光ダイオードを駆動させるドライバＩＣへ供給する電源電圧も高くなると同時に、３．３Ｖ駆動の低電圧動作のドライバＩＣは使用できなくなり、例えば５Ｖ駆動のドライバＩＣを用いなければならない。そのため、駆動電圧が高い分、ヘッド全体の消費電力も大きくなり、より一層、ヘッドの放熱対策が必要になるという問題が生じる。
したがって、本発明の目的は、層数の少ないあるいは総膜厚が薄いブラッグ反射膜を用いた、発光ダイオードアレイ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上に形成された複数個の微小な発光ダイオードからなる発光ダイオードアレイ装置に関する。
請求項１の発明は、半導体基板上に形成された複数個の発光ダイオードからなる発光ダイオードアレイ装置であって、前記半導体基板上に、少なくとも、屈折率の異なる２種類の層が交互に積層されてなるブラッグ反射膜、第１導電型の活性層、および当該活性層と同じ第１導電型の上部クラッド層とを、この順に積層して有し、さらに、前記上部クラッド層および前記活性層中に形成され、かつＰＮ接合を形成する拡散フロントが前記活性層中に存在する、前記活性層とは逆の第２導電型の拡散領域とを備え、前記ブラッグ反射膜を構成する２種類の前記層の一方が酸化物材料からなり、かつ、各前記発光ダイオードに電流を供給するための２つの電極の一方が、前記上部クラッド層と、オーミック層を介してコンタクトし、該電極の他方が、前記拡散領域と、オーミック層を介してコンタクトする部分と直接コンタクトする部分を有し、前記拡散領域上のオーミック層は、前記拡散領域の端部を除く中央部にのみ存在することを特徴とする。
このように、請求項１の発明の構成では、発光ダイオードに電流を供給するための２つの電極を半導体基板の上側に配置し、注入電流の経路にブラッグ反射膜が介在しないようにし、ブラッグ反射膜の一方の層を酸化物層で構成している。活性層の組成は所望の発光波長に対応して適宜選択決定され、それに伴う発光波長に対する透明性やエピタキシャル成長の膜質等の制約から、反射膜の材料も制限されるが、ブラッグ反射膜の一方の層として適当な酸化物層を用いることにより、ブラッグ反射膜を構成する２種類の膜における屈折率差を大きくすることができ、その結果、ブラッグ反射膜の総膜厚を薄くすることができあるいは構成層の組数を少なくすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の平面図、図２は図１における部分拡大図、図３は要部断面図であり、この実施形態は、ドット密度が６００ｄｐｉで１９２ドット／チップの例を示している。
図１および図２に示すように、この第１実施形態の発光ダイオードアレイ装置は、Ｎ型ＧａＡｓ基板（１０）上に、１９２個の発光ダイオード２０-1〜２０-192が、エッチング除去部２１によって島状に素子分離されて配置され、また、Ｐ側上部電極３１-1〜３１-192、それと同一材料で同一工程でそれぞれ一体的に形成された配線電極３２-1〜３２-192および接続電極３３-1〜３３-192、Ｎ側上部電極４１-1〜４１-192、ならびにこれらと同一材料で同一工程で一体的に形成された共通電極４２とが配置され、Ｐ側上部電極３１は、ショート防止等のために設けた絶縁膜１１におけるコンタクト穴１１ａ内で各発光ダイオードの半導体層にコンタクトし、Ｎ側上部電極４１は、コンタクト穴１１ｂ内で半導体層にコンタクトしいる。
【０００８】
また、図３に示すように、この第１実施形態の発光ダイオードアレイは、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に順次形成した、Ｎ型バッファ層１２、ブラッグ反射膜２２、Ｎ型下部クラッド層２３、Ｎ型活性層２４、Ｐ型クラッド層２５、およびＰ型オーミック層２６とからなる、層構造を有する。
ここで、Ｎ型活性層２４の組成は、プリンタの感光体ドラムの感度の高い領域の波長とするために、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓとし、７６０ｎｍの発光波長になるように設定した。また、ブラッグ反射膜２２は、ノンドープＡｌＡｓ層を酸化して得たＡｌ酸化物層とノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とを交互に５組積層して構成した。各構成層の概略値を次表に示す。なお、次表において、例えば、５ｅ１７は５×１０17を意味する。
【０００９】
0004304759.tif 000002
【００１０】
図３において、この第１実施形態では、Ｎ型下部クラッド層２３、Ｎ型活性層２４、およびＰ型上部クラッド層２５が、ダブルヘテロ構造をなしており、Ｎ側電極を取出すために、発光部のダブルヘテロ構造の一部をエッチング除去し、Ｎ型下部クラッド層２３を部分的に露出する構造となっており、この露出部分において（コンタクト穴１１ｂにおいて）、Ｎ側上部電極４１がＮ型下部クラッド層２３にコンタクトした構造となっている。
また、Ｐ側上部電極３１は、Ｐ型オーミック層２６を介してＰ型上部クラッド層２５にコンタクトしており、発光ダイオードに電流を供給するために必要な２つの電極は、ともに基板１０の上部に配置した構成となっている。
この構成において、接続電極に正電位を与え、共通電極４２に負電位を与えることで、Ｐ側上部電極３１とＮ側上部電極４１との間で、Ｐ型上部クラッド層２５、Ｎ型活性層２４、およびにＮ型下部クラッド層２３を経由して電流５１が流れ、この注入電流５１により、Ｎ活性層２４内で電子とホールとの再結合が起こり発光する。発光はＮ型活性層２４内で等方的に発生するために、上面方向５２にも、下面方向５３にも光が出射するが、ブラッグ反射膜２２により反射され、上面方向の光５４となる。
このように、この第１実施形態では、ブラッグ反射膜２２をＮ型下部クラッド層２３の下側に設け、注入電流をＮ型下部クラッド層を経由してＮ側上部電極４１に流すようにしているため、ブラッグ反射膜２２は、注入電流を通すことなく、反射膜としての機能を果たしている。
【００１１】
次に、絶縁性のこのブラッグ反射膜２２について説明する。
ブラッグ反射膜は、屈折率ｎの異なる２種類の膜の膜厚ｄ１，ｄ２を、光学膜厚ｎ×ｄがそれぞれ１／４波長になるように設定し、その２種類の膜のＮ組倍にすることで、組数Ｎに対応した反射率Ｒが得られるものであり、その場合に、ブラッグ反射膜を構成する層の屈折率の差が大きいほど、組数Ｎが小さくても高反射率が得られるものである。
この第１実施形態のブラッグ反射膜２２は、後述の実施形態で詳細に説明するように、ＡｌＡｓ半導体層とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ半導体層との５組を交互に積層した反射膜用多層膜を形成し、その反射膜用多層膜のエッジを露出した状態で、水蒸気雰囲気中で熱処理することにより形成したものであり、波長が７６０ｎｍ付近で屈折率ｎ１が約１．８で且つ膜厚ｄ１が約０．１０５μｍのＡｌ酸化膜層と、屈折率ｎ２が約３．５５７で膜厚ｄ２が０．０５３μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とを５組交互に積層した構成のものである。
ここで、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ比は、小さいほど、Ａｌ酸化膜との屈折率の差が大きくかつ酸化されにくいため有利であるが、活性層２４で発生する光を吸収しないように、活性層２４のＡｌ比より大きくし、０．２とした。
【００１２】
図４および図５に、この第１実施形態におけるブラッグ反射膜の特性を示す。図４および図５において、特性Ａは、Ａｌ酸化物層 ／ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層からなるこの第１実施形態のブラッグ反射膜の特性を示したものであり、特性Ｂは、比較例としての、ＡｌＡｓ層／ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層からなるブラッグ反射膜の特性を示すものである。
図４は、ブラッグ反射膜の層組数Ｎと反射率の関係を示す特性図である。図４から明らかなように、比較例のブラッグ反射膜の特性Ｂでは、組数Ｎが２０組前後で約９５％の反射率が得られ、一方、この第１実施形態のブラッグ反射膜の特性Ａでは、４層組程度でも９５％以上の反射率が得られている。
このように、この第１実施形態のブラッグ反射膜２２によれば、反射率として９５％以上を達成する場合にも、高々５組程度で十分であり、その場合のブラッグ反射膜２２の総膜厚は約０．８μｍ程度である。一方、比較例のＡｌＡｓ層／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層からなるブラッグ反射膜で同じ反射率を得るためには、２０層以上が必要になり、その場合には約２μｍの膜厚となる。
【００１３】
図５は、７６０ｎｍで反射率が９５％得られる場合の、ブラッグ反射膜の反射率の波長依存性を示す特性図である。図５において、比較例の特性Ｂでは、高い反射率が得られる波長範囲が狭く、フラット領域が約４０ｎｍ程度になる。一方、この第１実施形態のブラッグ反射膜２２の特性Ａでは、フラット領域が約１００ｎｍ程度になる。
すなわち、この第１実施形態のブラッグ反射膜によれば、比較例に対し、広い範囲で反射率を高くできる。このことを別な捉え方をすれば、ブラッグ反射膜の各層の膜厚にばらつきが発生する場合に、比較例では反射率が最大になる波長がずれ、それに伴い目的の波長範囲での反射率が小さくなってしまうのに対し、この第１実施形態では多少の膜厚ばらつきに対しても、反射率がフラットである範囲が広いために、目的の波長での反射率は高い値に維持できることになる。
【００１４】
以上のように、この第１実施形態によれば、ブラッグ反射膜をＡｌ酸化物層／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層からなる多層膜としているため、屈折率の差が大きく、ブラッグ反射膜の総膜厚を薄くできあるいは組数を少なくでき、エピタキシャル成長のコストや駆動電圧等において有利な発光ダイオードアレイ装置を得ることができる。
また、この第１実施形態によれば、広い範囲で反射率が高くできるため、多少の膜厚ばらつきに対しても、目的の波長での反射率は高い値に維持できるというメリットがある。
さらに、この第１実施形態によれば、ブラッグ反射膜をノンドープの膜で形成するようにしているので、ドーピングガスが不要となり、その分エピタキシャル成長の条件が容易になるとういうメリットがあり、かつ、ドーピングしていないなめに、ブラッグ反射膜での自由キャリアによる吸収がないというメリットがある。
なお、この第１実施形態では、ブラッグ反射膜をＡｌ酸化物層／ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層の交互積層からなる多層膜によって構成したが、ＡｌxＧａ1-x酸化物層／ＡｌyＧａ1-yＡｓ層の交互積層からなる多層膜によって構成することもできる。その場合は、活性層の組成をＡｌzＧａ1-zＡｓとすると、活性層で発生する光を吸収しないように、Ａｌ比を「ｚ＜ｙ＜ｘ」となる関係を満たすように設定し、また、ＡｌxＧａ1-x酸化物層は、その作成時の酸化速度が十分大きくなるように、Ａｌ比を０．９≦ｘとなる範囲に設定する必要がある。
なお、この第１実施形態においては、Ｎ型の活性層を用いているが、Ｐ型の活性層を用いることもできる。この場合、活性層の型に合わせてクラッド層等の型を変える必要がある。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施の形態を図６および図７を用いて説明する。図６は本発明の第２の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の平面図、図７は要部断面図である。
図６に示すように、この第１実施形態の発光ダイオードアレイ装置は、帯状の半導体積層ブロック６０にＰ型拡散領域６１-1〜６１-192を形成することによって１９２個の発光ダイオードを構成したものであり、共通電極兼用の帯状のＮ側上部電極４３を備え、第１実施形態におけると同様に、Ｐ側上部電極３１、配線電極３２、および接続電極３３を備えている。
また、図７に示すように、この第２実施形態の発光ダイオードアレイは、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に形成した、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、Ａｌ酸化物層とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層との５組からなるブラッグ反射膜２２、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層６３、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層６４、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層６５、およびＰ型ＧａＡｓオーミック層６６ａ、およびＮ型ＧａＡｓオーミック層６６ｂとを備え、さらに、Ｐ型拡散領域６１を備えている。
このＰ型拡散領域６１は、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層６５およびＮ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層６４内にＺｎを拡散して形成したものであり、ＰＮ接合を形成する拡散フロントがＮ型活性層６４内に存在するように、この実施形態では真ん中になるように、形成したものである。
また、Ｐ型ＧａＡｓオーミック層６６ａは、エピタキシャル成長させたＮ型ＧａＡｓオーミック層６６ｂに、Ｐ型拡散領域６１の形成時点において、同時にＺｎを拡散させることによって、形成したものである。なお、この実施形態における、絶縁膜１１、Ｎ型バッファ層１２、およびブラッグ反射膜２２は、平面形状が帯状である等、極く細かい点で相違するする部分もあるが、実質上、第１実施形態におけるものと同じである。
この第２実施形態における各構成層の概略値を次表に示す。
【００１６】
0004304759.tif 000003
【００１７】
図７において、Ｐ側上部電極３１は、Ｐ型オーミック層６６ａを介してＰ型拡散領域６１にコンタクトしており、Ｎ側上部電極４３は、Ｎ型オーミック層６６ｂを介してＮ型上部クラッド層６３にコンタクトしており、第１実施形態と同様に、発光ダイオードに電流を供給するために必要な２つの電極はともに基板１０の上部に配置した構成となっていて、注入電流の経路にブラッグ反射膜２２が介在しない構成になっている。
この構成において、Ｐ側上部電極３１に正電位を与え、Ｎ側上部電極４３に負電位を与えることで、Ｐ型拡散領域６１によるＰＮ接合を介して電流が流れ、電子とホールとの再結合が起こり、発光し、第1実施形態におけると同様に、下面方向に出射された光は、ブラッグ反射膜２２により反射され、上面方向の光となる。
この場合、この実施形態の発光ダイオードもダブルヘテロ構造になっており、Ｎ型上部クラッド層６５に形成されたＰ型拡散領域６１によるＰＮ接合（図７のＣ部）での電位障壁に比較し、Ｎ型活性層６４内に形成される拡散フロントのＰＮ接合（図７のＤ部）での電位障壁の方が小さいために、注入電流は、活性層６４内のＰＮ接合をを経由して、効率よく流れることができる。
【００１８】
以上のように、この第２実施形態によっても、第１実施形態におけると同様に、ブラッグ反射膜の総膜厚を薄くできる等のメリットがある。
また、この第２実施形態によれば、第１の実施形態に比べ、全体の積層層厚を薄くできるメリットがある。すなわち、第１実施形態では、Ｎ側電極をコンタクトするために、エッチングによりＮ型下部クラッド層を露出させており、そのためにＮ型下部クラッド層は厚めにしておく必要がある。一方、この第２実施形態においては、導電型拡散領域を、ＺｎＯなどを拡散源とした固相拡散技術により、再現性よくかつ均一に形成できるため、全体の層厚を薄くすることができる。さらに、この第２実施形態によれば、帯状の半導体積層ブロック(エピタキシャル積層体）に拡散領域を形成することによって、多数の発光ダイオードを形成しているため、個々の素子分離を行わうものに比べ、高発光効率で、かつ高密度の発光ダイオードアレイを歩留まりよく形成できるメリットがある。
なお、この第２実施形態においては、Ｐ型の拡散領域を用いているが、Ｎ型拡散領域を用いることもできる。この場合、拡散領域の型に合わせて活性層等の型を変える必要があり、例えば活性層はＰ型とする。
【００１９】
次に、本発明の第３の実施の形態を図８および図９を用いて説明する。図８は本発明の第３の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の要部断面図、図９は図８における部分拡大図である。
図８に示すように、この第３実施形態の発光ダイオードは、第２実施形態におけると同じく、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、Ａｌ酸化物層とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層との５組からなるブラッグ反射膜２２、Ｐ側上部電極３１、配線電極３２、接続電極、共通電極兼用の帯状のＮ側上部電極４３、Ｐ型拡散領域６１、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層６４、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層６５、およびＰ型ＧａＡｓオーミック層６６ａ、およびＮ型ＧａＡｓオーミック層６６ｂとを、備えたものであり、Ｎ型下部クラッド層を有しない点において、第２実施形態と相違する。
この第３の実施形態の発光ダイオードは、第２実施形態のものとほぼ同じ構成であり、第２実施形態と同様に、Ｎ側電極４３に負電位を与え、Ｐ側上部電極３１に選択的に正電位を与えることにより、所望のＰ型拡散領域６１に対応した発光部（発光ダイオード）を発光させることができる。
【００２０】
この第３の実施形態においては、第２実施形態とは異なり、図９に示すように、活性層６４の下側に、直接、ブラッグ反射膜２２が形成されている。すなわち、ノンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層２２ａと、ノンドープのＡｌＡｓ半導体を酸化して形成したＡｌ酸化物層２２ｂとが、交互に形成されている。
このブラッグ反射膜２２を構成する２つの層２２ａ，２２ｂは、両方ともＮ型活性層６４よりもバンドギャップが大きく、特に絶縁膜であるＡｌ酸化物層２２ｂは第２実施形態における下部クラッド層６３よりも大きい。
その結果、Ｎ型活性層６４内に形成されたホモ接合領域で拡散するキャリア（この場合には、ホールになる）に対して、ブロッキング層として働く。このブロッキングにより、キャリア密度を高くでき、再結合確率を増加させることができる。
以上のように、この第３実施形態の構成によれば、第２実施形態におけると同様のメリットが期待できるとともに、活性層の下部に、直接、バンドギャップの大きなブラッグ反射膜２２を形成するようにしたので、キャリアのオーバーフローによる光量の飽和が発生しにくいというメリットがある。
【００２１】
次に、本発明の第４の実施の形態を図１０を用いて説明する。図１０は、第２実施形態の発光ダイオードアレイ装置の製造方法を示す、発光ダイオードの要部断面図である。
まず、図１０（Ａ）に層構成を示すように、ウエハ状のＮ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２、ノンドープＡｌＡｓ層２２ｂ’／ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ２２ａの５組からなる反射膜用多層膜２２’、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層６３、 Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層６４、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層６５、およびＮ型ＧａＡｓ層６６を順次積層する。各層の膜厚およびキャリア濃度等については、第２実施形態の説明で述べた値である。
次に、Ｐ型拡散領域６１を選択的に形成する。その場合、図１０（Ａ）に示すように、所望形状にパターン化した拡散マスク７０を形成した後、拡散源としてＺｎＯを含む酸化珪素膜７１を成膜し、次に、ＳｉＮキャップ膜７２を成膜し、その後、ウエハ（半導体層付きＮ型ＧａＡｓ基板１０）を６５０〜７００℃程度の温度で一定時間、Ｎ2雰囲気中で熱処理することで所望の拡散深さのＰ型拡散領域６１を形成する。その後、発光部を形成する部分のみ残すように、レジスト７３により選択的に拡散源の酸化珪素膜７１および拡散キャップ膜７２を除去する。なお、拡散マスク７０としては、ＡｌＮ膜が好適である。なお、また、この工程で、Ｐ型拡散領域６１におけるＮ型ＧａＡｓオーミック層６６ｂは、Ｐ型ＧａＡｓオーミック層６６ａ’へ変換される。
【００２２】
次に、第２実施形態における帯状の半導体積層ブロック６０を形成するために、図１０（Ｂ）に示すように、レジストパターン７３を形成した状態で、これをマスクとして、例えばリン酸と過酸化水素水と水との混合エッチャントを用いて、エピタキシャル成長膜をメサエッチングする。このエッチングは、少なくとも、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２まで届くような条件で行う。
その後、レジストパターン７３を除去したあと、ウエハを熱処理炉へ移し、図１０（Ｃ）に示すように、反射膜用多層膜２２’を含む半導体積層ブロック６０の側面を露出した状態で、例えばＮ2ガスにより、水蒸気を熱処理炉に送りながら、４００度程度の温度で一定時間熱処理する。この結果、反射膜用多層膜２２’のノンドープＡｌＡｓ層２２ｂ’／ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層２２ａののうち、ノンドープＡｌＡｓ層２２ｂ’のみが選択的に酸化され、Ａｌ2Ｏ3からなるＡｌ酸化物層２２ｂが形成され、所望のブラッグ反射膜２２が形成される。この際、ＡｌＡｓの酸化速度は、１μｍ／min程度と非常に大きいが、均一性が悪いという欠点がある。そこで、この実施形態の場合のノンドープＡｌＡｓ層２２ｂ’の酸化は、酸化速度のばらつきを考慮した酸化時間とした。この実施形態では、半導体積層ブロックの幅Ｌを５０μｍとしたので、両サイドから酸化が進むと仮定すると、ジャストの酸化時間は約２５分となるが、前述のように酸化のばらつきを考慮し、酸化時間を倍の５０分として行った。酸化がどの辺まで進行しているかは、赤外顕微鏡により容易にわかり、その結果、この実施形態の条件では  半導体積層ブロック６０の全てのノンドープＡｌＡｓ層２２ｂ’が酸化していることを確認した。
【００２３】
その後、拡散キャップ膜７２、拡散源の酸化珪素膜７１、および拡散マスク７０をエッチングした後、図１０（Ｄ）に示すように、発光部となる拡散領域６１の上部のＰ型オーミック層６６ａ’の中央の一部６６ａと、とＮ型オーミック層６６の一部６６ｂとを残して、それ以外をエッチング除去する。
その後、図１０（Ｅ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上の全面にＳｉＮ膜などの絶縁膜１１をＣＶＤ法などにより形成し、さらに、Ｎ側上部電極４３がおよびＰ側上部電極３１がコンタクトするためのコンタクト穴を形成する。
その後、Ｐ側上部電極３１として例えば  Ａｌ膜を電子ビーム蒸着法などにより全面に形成したあと、通常のホトリソエッチング技術によりパターンを形成し、またＮ側上部電極４３として、例えば  ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜をリフトオフ法などにより形成する。
【００２４】
以上のように、第４の実施形態の製造方法によれば、反射膜用多層膜２２’の酸化工程の前にメサエッチングを行うようにしたので、酸化膜が形成されていないために、良好なメサエッチングができるメリットがある。
また、反射膜用多層膜２２’の酸化工程の前に、処理温度の高い拡散工程を行うようにしたので、逆の工程で行う場合に比較して、熱サイクルでの多層膜間で歪みの差による剥離等が発生しにくいというメリットがある。
なお、また、第４の実施形態の製造方法によれば、ＺｎＯを含む酸化珪素膜を拡散源とした固相拡散法を用いて拡散領域を形成しているので、拡散深さの制御が容易に、高精度にできるというメリットがある。それにより、活性層の膜厚も、数μｍも必要がなく、トータルのエピタキシャル成長膜厚を薄くできるというメリットがある。
また、図１０（Ｃ）に示す工程をとることにより、工程を簡略化して、熱酸化時のＧａＡｓオーミック層の保護を行い、且つ、メサエッチングを精度よく行うことができる。
さらに、半導体積層ブロック６０を形成する場合に、ウエットエッチング法で半導体積層ブロックの長手の断面が順メサ形状になるようにしたので、ドライエッチング装置などの高価な製造機器が不用となり、工程が簡略化でき、さらにＰ側上部電極およびＮ側上部電極の段切れのない、歩留まりのよい発光ダイオードアレイが製造できるメリットがある。
【００２５】
なお、前述の第１〜４実施形態の発光ダイオードアレイ装置では、非量子構造の発光ダイオードアレイを有する構造としているが、量子構造の発光ダイオードを有する構造でも、同様な効果が得られる。
また、前述の第１〜４実施形態の発光ダイオードアレイ装置では、活性層をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなる組成とすることで７６０ｎｍの発光波長になるようにしたが、これ以外の発光波長の発光ダイオードアレイの場合にも、全く同様な効果が得られるのは当然である。
また、前述の第１〜４実施形態の発光ダイオードアレイ装置では、Ｎ型の基板を用いたが、半絶縁性でもよいのは当然である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、発光ダイオードに電流を供給する２つの電極を基板の上部に配置して、ブラッグ反射膜が注入電流の経路に介在しない構成とし、ブラッグ反射膜の一方の構成層の組成を酸化物としているため、ブラッグ反射膜における２種類の構成層の屈折率差を大きくすることができ、ブラッグ反射膜の総膜厚を薄くできる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の平面図
【図２】図１における部分拡大図
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の要部断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態における、ブラッグ反射膜の組数と反射率の関係を示す特性図
【図５】本発明の第１の実施の形態における、ブラッグ反射膜の反射率の波長依存性を示す特性図
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の平面図
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の要部断面図
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す発光ダイオードアレイ装置の要部断面図
【図９】図８における部分拡大図
【図１０】本発明の第４の実施の形態の製造方法を示す、発光ダイオードの要部断面図
【符号の説明】
１０                    Ｎ型ＧａＡｓ基板
１１                    絶縁膜
１１ａ，１１ｂ          コンタクト穴
１２                    Ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２０-1〜２０-192        発光ダイオード
２１                    エッチング除去部
２２                    ブラッグ反射膜
２２ａ                  ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ
２２ｂ                  ノンドープＡｌ酸化物層
２３                    Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層
２４                    Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層
２５                    Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層
２６                    Ｎ型ＧａＡｓオーミック層
３１，３１-1〜３１-192  Ｐ側上部電極
３２，３２-1〜３２-192  配線電極
３３，３３-1〜３３-192  接続電極
４１，４１-1〜４１-192  Ｎ側上部電極
４２                    共通電極
【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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【図９】
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【図１０】
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