JPH02275683A - アレイ型半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、アレイ型半導体発光装置に関する。

［従来の技術］ 端面発光型の発光部を１列にアレイ配列してなり、発光
部同士が電気的に分離されることにより個々の発光部に
個別的にアドレッシング可能な、モノリシック構造でダ
ブルヘテロ型のアレイ型半導体発光装置としては従来、
例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ、　Ｖｏｌ、４１．Ｎｏ１ｌ、ｐｐｌ、０４０〜１
０４２に開示されたものが知られている。

このようなアレイ半導体発光素子は、個々の発光部に個
別的にアドレッシングできるので、光プリンターの印字
ヘッドの光源装置として使用することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したアレイ型半導体発光装置には以下の如き問題が
ある。

即ち、上記アレイ型半導体発光素子の全発光部を発光さ
せた場合の近視野像は、発光部配列方向に略３μｍ径の
発光スポットが略１５０μｍの間隔で並んだものとなる
。

このため、このようなアレイ型半導体発光装置を印字ヘ
ッドの光源装置として所謂黒ベタ部を印字すると発光部
間が露光不足となり、ベタ部としては不十分な画像とし
てしか印字できない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
互いに隣接する発光部を発光させた場合に発光部間から
も光が放射されるようにした新規なアレイ型半導体発光
装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明のアレイ型半導体発光装置は「端面発光型の発光
部を１列にアレイ配列してなり、発光部同士が電気的に
分離されたモノリシック構造でダブルヘテロ型の半導体
発光装置」であって、基板とクラッド層・アクティブ層
、キャップ層と電極を有する。

「基板」はストライプパターンに従う凹凸形状を有する
。

「クラッド層とアクティブ層」とは、上記基板上にダブ
ルヘテロ構造に形成されるが、これらクラッド層アクテ
ィブ層の形成は、これらの層の形状が基板の凹凸形状に
倣うように行われる。

そして、クラッド層およびアクティブ層が基板の凹凸形
状に倣って形成されることにより、発光部の配列線上に
クラッド層とアクティブ層とが交互に配置する。

ここに、「発光部の配列線」とは、発光部を連ねてでき
る仮想的な線である。発光はアクティブ層に於いて行わ
れるから発光部はアクティブ層の部分であり、上に述べ
たようにこの発光部の配列線上で見ると、各発光部の間
にはクラッド層が存在することになる。

キャップ層は、上記基板とともに「クラッド層・アクテ
ィブ層」を挟むように形成される。

個々の発光部と、この発光部を挟んでダブルヘテロ構造
をなす部分を発光部領域と称する。

各発光部は、上に述べたように相互に電気的に分離され
るが、分離の手段は「分離溝」でも「隣接する発光部間
の領域に発光部領域と導電型の異なるように形成された
拡散領域」でも「基板の凹凸形状に於ける凸部として形
成された電流ブロック層」でも良く、あるいはこれらの
２以上を組合せて発光部間の分離を行っても良い。また
発光部間の電気的分離を有効ならしめるために種々の電
流狭窄方法が適用可能である。

電極は、一方が基板裏面に、他方がキャップ層側に設け
られるが、これら各電極を全発光部に共通にすると全発
光部を同時に発光させるのが容易である。またキャップ
層側の電極をストライブ状としたり、マトリックス状に
することにより容易に、個々の発光部に個別的なアドレ
ッシングを行い得るようにすることができる。

［作　　用］ 周知の如く、ダブルヘテロ構造の半導体発光素子では、
アクティブ層の「禁制帯幅」に比べてクラッド層の禁制
帯幅は大きい。このためクラッド層はアクティブ層で発
生したフォトンを吸収せず、アクティブ層で発生した光
に対しては透明な物質として作用する。

本発明のアレイ型半導体発光素子は、上記の如く、発光
部の配列線上で発光部即ちアクティブ層部分とクラッド
層部分とが交互に並んでいる。

このため、アクティブ層の発光部でキャリヤの再結合に
より光が発生すると、発生した光はその一部がクラッド
層の端面から射出するが、一部はクラッド層へ滲みだす
ように導波し、クラッド層からも光が放射される。特に
、隣接する２つの発光部が発光すると、発光部間を占め
るクラッド層を導波する光により、これら２つの発光部
が光結合される。従って、互いに隣接しあう２以上の発
光部を発光させると、発光端面近傍の近視野像の光強度
分布は均一とはならないまでも発光状態が線状に繋がっ
たものとなり、個々の発光スポットが分離独立して連な
ったパターンとはならない。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図（Ｉ）は、本発明を実施したアレイ型半導体発光
装置の１実施例の発光端面による切断端面の状態を模式
的に示している。

アレイ型半導体発光装置１は、基板２１、クラッド層２
２，２４、アクティブ層２３、キャップ層２５、電極２
６．２７を有している。また、符号ＨＬで示す鎖線は発
光部の配列線を表している。

基板２１はｎ−ＧａＡｓによる基板であって、ダブルヘ
テロ構造を形成される側の面は、ストライプパターンに
従う凹凸が形成されている。

即ち、符号２８により示す凸部は、図示の如き断面形状
が図面に直交する方向へ有限長さ続いた線状突起であり
、このような凸部２８が図の左右方向へ一定周期で繰り
返し配列している。従って、基板２１の凹凸の構造はス
トライプパターンに従っている。

クラッド層２２、アクティブ層２３、クラッド層２４、
キャップ層２５は図の如く上記順序で基板２１上に形成
されている。これらの層は薄いので各層とも基板２１の
凹凸構造に倣った形状となり、最上層であるキャップ層
２５の表面形状は基板２１の凹凸構造を反映した周期的
な凹凸となっている。

クラッド層２２は、基板２１の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を持つｎ−Ａｌｏ、　４Ｇａ９．　ａＡｓにより形
成されている。アクティブ層２３は、クラッド層２２よ
りも禁制帯幅の小さいｎ−ＧａＡｓにより形成されてい
る。クラッド層２４はアクティブ層２３よりも禁制帯幅
の大きいｐ−Ａｌ０．４Ｇａｏ、　６Ａｓにより形成さ
れている。

キャップ層２５はクラッド層２４よりも禁制帯幅の小さ
いｐ−ＧａＡｓにより形成されている。

電極２６．２７はオーミック電極である。

キャップ層２５の上に設けられた電極２６はｐ型のオー
ミック電極であり、発光部の個々に対応してストライブ
状に個別化され、キャップ層２５の凹凸構造の凹部ごと
に配備されている。従って電極２６の配列ピッチ・配列
位相は基板２１の凹凸構造の凹部のピッチ・位相と対応
している。

一方、電極２７の方はｎ型のオーミック電極であり、電
極２５の全体に対して共通して基板２１の裏面に形成さ
れている。

またキャップ層２５に於ける各凸部には、クラッド層２
２に到る深さをもった分離溝２９が形成されており、こ
れら分離溝２９により各発光部が電気的に分離されてい
る。

電極２６の一つと電極２７との間に、順方向即ち電極２
６の側がプラスとなるように電圧を印加すると電流は、
当該電極２６からキャップ層２５、クラッド層２４、ア
クティブ層２３、クラッド層２２、基板２１の「凹部」
を介して電極２７へと流れる。これによす電流の流れた
アクティブ層部分でキャリヤが再結合し光を生ずる。

この光は一部がアクティブ層２３の端面から射出する。

アクティブ層２３の発光が行われる部分の両側はクラッ
ド層２２に接しているので、発生した光の一部はまたク
ラッド層２２内にも滲みだし、クラッド層２２の端面か
らも射出する。アクティブ層２３の厚みは、同層２３の
凹部の幅（第１図の左右方向の幅）に比して十分に小さ
いのから、上記の様にして一つの発光部を発光させたと
きは発光部配列方向に長い形状の発光スポットを得るこ
とができる。

また隣接する電極２６と電極２７との間に電圧を順方向
に印加して隣接する発光部を発光させると、各発光部で
発生した光は発光部間に存在するクラッド層２２の凸部
部分を介して光結合する。そして、上記クラッド層部分
の端面からも光が放射されるので、近視野像の光強度は
発光部間に於いてもＯとはならない。従って、多数の互
いに隣接した発光部を同時に発光させると近視野像の光
強度は第１図（ＩＩ）に示すように、発光部の配列線に
沿って連続したものとなる。

なお、隣接する発光部間がクラッド層２３を介して光結
合されるために、前述した分離溝２９はその底部が発光
部の配列線ＨＬに達しないようにしなければならない。

第１図（Ｉ）に示すアレイ型半導体発光装置の作製方法
を第２図を参照して説明する。

まず、第２図（Ｉ）に示すようにｎ−ＧａＡｓの基板２
１に凸部２８と凹部による凹凸をストライプパターンに
従って形成する。凹凸の形成には、例えば化学エツチン
グや反応性イオンエツチング等のエツチングを利用でき
る。このとき形成する凸部２８の高さは、クラッド層２
２の厚さの半分程度とするのが良い。

次ぎに、第２図（ＩＩ）に示すように、凹凸の形成され
た基板２１の凹凸上に、ｎ−Ａｌｏ、　４Ｇａｏ、　６
ＡＳのクラッド層２２、ｎ−ＧａＡｓのアクティブ層２
３、ｐ−１゜、　、ＩＧａ。

、　６Ａｓのクラッド層、ｐ−ＧａＡｓのキャップ層２
５を順次積層する。これら各層の成長方法としては、各
層が基板２１の凹凸形状に倣ったものとなるように、例
えば分子線成長法（ＭＢＥ法）等が望ましい。また他の
成長方法として例えばハライドＶＰＥ法や有機金属気逓
成長法（ＭＯ−ＶＰＥ法）等の気相成長法も適用できる
。

基板２１上に上記の如く各々が積層されたら、第２図（
ＴＩＩ）に示すように分離溝２９を形成する。この分離
溝２９の幅は略］〜３μｍ１深さは略１〜５μｍ程度が
良い。分離溝２９の形成は、例えば前述の化学エツチン
グや反応性イオンエツチング等で行うことができる。

最後に、第２図（ＩＶ）に示すようにｐ型のオーミック
電極２６をキャップ層２５の各凹部に形成し、ｎ型のオ
ーミック電極２７を基板２１の裏面に発光部配列方向に
わたって形成する。

このようにし°て第１図に即して説明した実施例のアレ
イ型半導体発光装置を得ることができる。

第３図に別の実施例を示す。煩雑を避けるために、混同
の恐れがないと思われるものに就いては第１図（Ｉ）に
於けると同一の符号を用いた。

第３図に示す実施例の特徴とする所は、キャップ層２５
Ａをｎ−ＧａＡｓによって形成するとともに、各電極２
６の下の部分にあるキャップ層２５Ａとクラ　ラド層２
４の一部にＺｎを拡散することによりＺｎｎ拡散領領域
３０形成した点にある。

このＺｎｎ拡散領領域３０電流通路として用いることに
より、発光部への電流を所謂電流狭窄することにより各
発光部の電気的分離をより確実ならしめることができる
。

電流狭窄を行う方法は、この例に限らず後述する実施例
の方法や、或いは従来から半導体レーザーやＬＥＤに関
してしられた種々の方法を利用できる。

また第１図、第３図に即して説明した実施例は、ＧａＡ
ｓ系を例として取り上げたが、上記実施例の構造はＩｎ
ＧａＡｓＰ系のものにも利用できる。

アクティブ層もＧａＡｓ系に限らず、例えばＡｌＧａＡ
ｓ層をアクティブ層に用いることができる。この場合に
は、アクティブ層を挟むクラッド層としてアクティブ層
よりＡ１モル比の大きいＡｌＧａＡｓ層を用いれば良い
。

第４図は、他の実施例を示している。

符号１１で示す基板は、ｎ−ＧａＡｓの基板であり、こ
の基板１１には、凸部１２が周期的に形成されることに
より、ストライプパターンに従う凹凸形状が形成されて
いる。

凸部１２はｐ十領域である。

凸部１２の形成された基板１１１：には、図のようにク
ラッド層１３、アクティブ層１４、クラッド層］５、キ
ャップ層１６が、この順序に積層されている。これらの
各層は、基板１１の凹凸形状に倣った形状に成長され、
キャップ層１６の表面は基板の凹凸形状と同一ピッチ・
同一位相の凹凸になっている。キャップ層１６の各凹部
には、個別化された電極１８がストライブ状に設けられ
、基板１１の裏面には電極１８の全体に共通する電極１
９が形成されている。またキャップ層１６の各凸部は絶
縁膜１７により被覆されている。

クラッド層１３はｎ−Ａｌｏ、　ａ３Ｇａｏ、　６７Ａ
ｓの層であり、アクティブ層１４はｎ−Ａｌｏ、　ｏ６
ＧａＯ，、，４Ａｓの層である。

またクラッド層１５はｐ−Ａｌｏ、　３３Ｇａｏ、　６
７ＡＳの層であり、キャップ層１６はｐ−ＧａＡｓの層
である。

絶縁膜１７は例えば５ｉＯｚ等の薄膜である。

電極１８はＡｕ−Ｚｎ、　Ａｕからなる２層メタル構造
の電極であり、電極１９はＡｕ−Ｇｅ、　Ｎｉ、　Ａｕ
からなる３層メタル構造の電極である。また凸部１２を
なすｐ十領域は後述するようにＺｎの拡散により形成さ
れる。

電極１８と１９の間に順方向に電圧を印加すると、電流
は電極１８から、キャップ層１６、クラッド層１５、ア
クティブ層１４、クラッド層１３、基板１１の各凹部を
通って電極１９へ流れる。

このとき凸部１２は電流をブロックすることにより、電
流が電１８に対応する基板凹部に流れるように電流ガイ
ドとして機能する。即ち、凸部１２は発光部相互の電気
的な分離を確実化している。

発光はアクティブ層１４の凹部１４Ａに於いて生ずる。

各層の凹凸構造のため、発光部１４ａの配列線上には発
光部１４Ａとクラッド層１３の凸部１３Ａが交互に並び
、互いに隣接した発光部が発光すると、これら発光部は
、発光部間にあるクラッド層凸部により光結合し、近視
野像の光強度は隣接した発光部間に於いてもＯとならな
い。

第５図に即して、第４図の実施例のアレイ型半導体発光
装置の作製方法を説明する。

第５図（Ｉ）に示すように、まず基板１１となるｎ−Ｇ
ａＡｓの板１１Ａに、７００°Ｃの温度下に於いて１時
間程度Ｚｎの拡散を行い、ｐ中領域１２Ａを形成する。

次に、フォトリソグラフィ工程と、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２０
□：Ｈ２Ｏ系のエッチャントを用いるエツチング工程で
ｐ中領域１２Ａを選択的に除去し、ストライプパターン
に従い凸部１２が残る様にする。かくして、ストライプ
パターンに従う凹凸形状を持つ基板１１が得られる。

次いで、第５図（ＩＩ）に示すようにクラッド層１３、
アクティブ層１４、クラッド層１５、キャップ層１６を
ＭＢＥ法、クロライドＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法等の結晶
成長法を用いて順次積層する。

続いて、キャップ層１６上にＥＢ蒸着やＣＶＤ法により
５ｉｎ２の絶縁膜を２０００人程度０厚さに継積形成し
、フォトリソグラフィ工程とエツチング工程とによリキ
ャツプ層１６の凸部にのみ絶縁膜１７が残る（第５図（
ＩＩＩ））。

このようにして露呈した、キャップ層凹部にＡｕ−Ｚｎ
、Ａｕからなる２層メタル構造のｐ型の電極１８を真空
蒸着とリフトオフ法により作製する（第５図（Ｖ））。

最後に、第５図（ＶＩ）に示すように、基板１１の研磨
された裏面にＡｕ−Ｇｅ、　Ｎ　ｉ、　Ａｕからなる３
層メタル構造のｎ型の電極１９を形成して、所望のアレ
イ型半導体発光装置を得る。

第６図以下に別の実施例を説明する。煩雑を避けるため
に混同の恐れがないと思われるものに就いては第４図に
於けると同一の符号を用いる。

第６図に示す実施例では、第５図のプロセス（１）〜（
ＩＩＩ）によりキャップ層１６までを形成したのちキャ
ップ層１６の凸部を選択的に除去し、キャップ層１６と
クラッド層１４とがストライブ状に配列した表面に電極
１８Ａを形成している。この電極１８Ａは個別化されて
いない。従って電極１８Ａと電極１９の間に順方向に電
圧を印加すると全ての発光部を同時に発光させることが
できる。このとき各発光部はクラッド層１３の凸部１３
Ａにより光結合され、光強度分布に切れ目のない近視野
像を得ることができるる。この実施例の場合、ｐ−Ａ　
ｌＧａＡｓのクラッド層のＡ１組成は大きい程良く、実
験によればＡ１組成が０．５以上であればＮＨ４ＯＨ：
Ｈ２Ｏ２系のＧａＡｓ選択エッチャントを用いてキャッ
プ層凸部を除去する際にクラッド層１５の表面層が酸化
されて高抵抗層を形成でき発光部間の電気的分離がより
確実になる。

第７図に示す実施例は第４図の実施例の変形例であって
、電極１８の直下の部分に電流通路となるＺｎ拡散領域
２０を形成した点を特徴とする。

第８図に示す実施例は、キャップ層１６をクラッド層１
５とは逆の導電型の層、この例ではｎ−ＧａＡｓの層と
して形成し、電流通路となるＺｎ拡散領域２０をキャッ
プ層の凹部に形成し、且つキャップ層１６上に共通電極
１８Ｂを形成した点を特徴とする。この実施例の場合も
第６図の実施例の場合と同様、電極１８Ｂ、　１９間に
電圧を印加することにより全発光部を同時に発光させる
ことができる。

第９図に示す実施例は第４図の実施例をさらに簡単化し
た例であり、キャップ層凸部の絶縁膜が省略されている
。絶縁膜が省略された分だけ製造が容易になる。

第１０図に示す実施例は、第５図（Ｉ）乃至（ＩＩＩ）
の工程によりキャップ層１６までを形成した後に、キャ
ップ層凸部にＳｉを深く拡散して発光部類域とは逆の導
電型の拡散領域２２Ａを形成し、キャップ層１６の凸部
に絶縁膜１７を形成し、その上に共通電極１８ｂを形成
した点を特徴とする。

Ｓｉ拡散の下限は、この例では図のようにクラッド層１
４の凹部と同レベルまでであるが、基板１１まで拡散を
行っても良い。

この実施例の場合、各発光部間の電気的分離は最も確実
になる。

第６図、第８図、第１０図の実施例では、電極が何れも
共通電極であるため、各発光部に対する個別的なアドレ
ッシングは出来ないが、電極構造をマトリックス状とす
るなどして個別的なアドレッシングを可能にできること
は言うまでもない。

また、個別的なアドレッシングが可能な場合、例えば近
接した２つの発光スポットを分離するためには、任意の
発光部を発光させず、その両側に隣接した２つの発光部
を発光させれば良い。

第４図、第６図乃至第１０図の実施例に於いて、基板１
１の凸部１２をＺｎの拡散により形成する場合を説明し
たが、拡散源として他にＳｉ、　Ｂｅ、　Ｍｇ等を用い
ることができ、拡散でなくエピタキシャル層により凸部
１２を形成することもできる。

また第４図、第６図乃至第１０図の実施例は、ＡｌＧａ
Ａｓ以外の、例えばＩｎＧａＰ、　ＩｎＧａＡｓ、　Ｉ
ｎＧａＡｓＰや、その他の種々の化合物半導体、混晶半
導体を用いて実施することができる。

また、第６図、第８図、第１０図の実施例のようにキャ
ップ層側の電極を共通電極とすると、この共通電極が放
熱部材としても有効に作用するため発光の際に生ずる熱
を有効に放熱して発光装置の温度上昇を有効に軽減する
ことができる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規なアレイ型半導体発光装置を
提供できる。

この装置は上記のごとき構成となっているので、隣接す
る発光部を発光させた場合、個々の発光スポットが分離
することなく連続した近視野像を得ることができる。従
って、この装置を光プリンターの印字ヘッドの光源装置
として用いると黒ベタ部の印字が確実に実現できる。ま
た、簡単な構成により発光部を電気的に分離できるため
、発光部の高密度化も容易である。

なお本発明のアレイ型半導体発光装置は、個々の発光部
を切り離せば、独立した単体の発光デバイスとして使用
できることはいうまでもない。

また本発明の特徴の一端は、発光部の両側にクラッド層
があり、隣接する発光部を発光させた場合に両者がクラ
ッド層により光結合される点にある。このような特徴は
本発明のダブルヘテロ構造の外にも、例えばＬＯＣ（Ｌ
ａｒｇｅ　０ｐｔｉｖｃａｌ　Ｃａｐａｃｉｔｙ）のよ
うな多層構造の場合にも適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を説明するための図、第２
図は、上記実施例のアレイ型半導体発光装置の作製方法
を説明するための図、第３図は、別の実施例を説明する
ための図、第４図は、他の実施例を説明するための図、
第５図は、第４図の実施例のアレイ型半導体発光装置の
作製方法を説明するための図、第６図乃至第１０図は、
それぞれ別の実施例を説明するための図である。 １９０．アレイ型半導体発光装置、２１．、、基板、２
２゜２４、　、　、クラッド層、２３．−　、アクティ
ブ層、２５．　、　、キャップ層、２６．２７．　、　
、電極 う４ 幻 ２ざ （■） ちσ幻 瑯４【 形Ｇ幻 最 図 幕Ｚ圀 （Ｉ） （ＩＦ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、端面発光型の発光部を１列にアレイ配列してなり、
   発光部同士が電気的に分離されたモノリシック構造でダ
   ブルヘテロ型の半導体発光装置であって、 ストライプパターンに従う凹凸形状を有する基板と、 この基板上に、基板の凹凸形状に倣ってダブルヘテロ構
   造に形成されたクラッド層・アクティブ層と、キャップ
   層と、 電極とを有し、 上記クラッド層およびアクティブ層が基板の凹凸形状に
   倣うことにより、発光部の配列線上にクラッド層とアク
   ティブ層とが交互に配置し、隣接する発光部を発光させ
   るとき、これら発光部間のクラッド層によりこれら発光
   部相互が光結合するようにしたことを特徴とする、アレ
   イ型半導体発光装置。 ２、請求項１に於いて、 個々の発光部は分離溝により互いに電気的に分離されて
   いることを特徴とする、アレイ型半導体発光装置。 ３、請求項１または２に於いて、隣接する発光部間の領
   域に発光部領域と導電型の異なる拡散領域が形成されて
   いることを特徴とする、アレイ型半導体発光装置。 ４、請求項１または２または３に於いて、 基板の凹凸形状に於ける凸部が電流ブロック層として形
   成されていることを特徴とする、アレイ型半導体発光装
   置。