JPH11112022A - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接する発光ダイオード間でリーク電流が発
生して、隣の発光素子を発光させたときに、薄く発光す
るという問題があった。 【解決手段】 基板１上に、バッファ層２、一導電型半
導体層３、及び逆導電型半導体層４を設け、この一導電
型半導体層３と逆導電半導体層４に電極５、６をそれぞ
れ接続して設けた半導体発光装置において、前記バッフ
ァ層２中に逆導電型を呈する半導体層を設けた。

Description

【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とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光装置を図３および図４
に示す。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３お
よび図４において、２１は半導体基板、２２は島状半導
体層、２３は個別電極、２４は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１は、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基
板などから成る。島状半導体層２２は、ガリウム砒素や
アルミニウムガリウム砒素などの化合物半導体層などか
ら成り、一導電型不純物を含有する層２２ａと逆導電型
不純物を含有する層２２ｂから成る。一導電型不純物を
含有する層２２ａと逆導電型不純物を含有する層２２ｂ
の界面部分で半導体接合部が形成される。この島状半導
体層２２は、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成
長）法やＭＢＥ（電子ビームエピタキシ）法でガリウム
砒素やアルミニウムガリウム砒素などから成る単結晶半
導体層を形成した後に、メサエッチングなどによって島
状に形成される。

【０００４】島状半導体層２２の表面部分には、例えば
窒化シリコン膜（Ｓｉ_x Ｎ_y ）などから成る保護膜２５
が形成されており、この保護膜２５の表面部分には、例
えば金（Ａｕ）などから成る個別電極２３が形成されて
いる。この個別電極２３は、保護膜２５に形成されたス
ルーホールを介して逆導電型不純物を含有する半導体層
２２ｂに接続されている。この個別電極２３は、島状半
導体層２２のうちの逆導電型不純物を含有する層２２ｂ
の上面部分から壁面部分を経由して、半導体基板２１の
端面近傍まで、隣接する島状半導体層２２ごとに交互に
他の端面側に延在するように形成されている。また、半
導体基板２１の裏面側のほぼ全面には共通電極２４が形
成されている。

【０００５】島状半導体層２２、個別電極２３および共
通電極２４で個々の発光ダイオードが構成され、この発
光ダイオードは半導体基板２１上に一列状に並ぶように
形成される。この場合、例えば個別電極２３が発光ダイ
オードのアノード電極となり、共通電極２４がカソード
電極となる。なお、個別電極２３はその幅広部分におい
て外部回路とボンディングワイヤなどで接続される。

【０００６】このような半導体発光装置では、例えば個
別電極２３から共通電極２４に向けて順方向に電流を流
すと、逆導電型不純物を含有する層２２ｂには電子が注
入され、一導電型不純物を含有する層２２ａには正孔が
注入される。これらの少数キャリアの一部が多数キャリ
アと発光再結合することによって光を生じる。また、列
状に形成された発光素子のいずれかの個別電極２３を選
択して電流を流して発光させることにより、例えばぺ一
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。

【０００７】ところが、この従来の半導体発光装置で
は、半導体基板２１の表面側に形成した島状半導体層２
２上に、個別電極２３を設けると共に、半導体基板２１
の裏面側に共通電極２４を設けていることから、個別電
極２３と共通電極２４の形成工程が２回になり、製造工
程が煩雑になるという問題があった。また、個別電極２
３と共通電極２４が半導体基板２１の表裏両面にある
と、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接続
する際に、その接続作業が困難であるという問題もあっ
た。

【０００８】そこで、本願発明者等は特願平７−１９２
８５７号において、図５および図６に示すように、半導
体基板２１上に、一導電型不純物を含有する下層半導体
層２２ａを設けると共に、この下層半導体層２２ａ上に
逆導電型不純物を含有する上層半導体層２２ｂを下層半
導体層２２ａよりも小面積となるように設け、下層半導
体層２２ａの露出部分に共通電極２４ａ、２４ｂを接続
して設け、上層半導体層２２ｂに個別電極２３を接続し
て設けることを提案した。

【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂを設け
ることができ、個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂ
を一回の工程で同時に形成できることから半導体発光装
置の製造工程が簡略化されると共に、個別電極２３と共
通電極２４ａ、２４ｂが同じ側に位置することからワイ
ヤボンディング法などによる外部回路との接続作業も容
易になる。なお、図６中、２５は窒化シリコン膜などか
ら成る絶縁膜である。

【００１０】また、図６に示すように、共通電極２４
ａ、２４ｂは隣接する島状半導体層２２ごとに異なる群
に属するように二群に分けて設けられ、個別電極２３は
隣接する島状半導体層２２が同じ個別電極２３で接続さ
れるように設けられている。

【００１１】このように共通電極２４ａ、２４ｂを二群
に分けて設け、隣接する島状半導体層２２が同じ個別電
極２３に接続されるように個別電極２３を設けると、電
極パターンが簡素化され、電極の短絡などを防止できる
と共に、発光ダイオードを高精細化させても、これら電
極２３と外部回路との接続面積を大きくとることができ
るという利点がある。

【００１２】このような半導体発光装置では、個別電極
２３と共通電極２４ａ、２４ｂ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。

【００１３】ところが、この従来の半導体発光装置で
は、隣接する発光ダイオードの電気的な分離が十分でな
く、特に二群に分けて設けられた共通電極２４ａ、２４
ｂ間でリーク電流が発生するという問題があった。二群
に分けて設けられた共通電極２４ａ、２４ｂ間でリーク
電流が発生すると、個別電極（アノード）２３に電圧を
印加して発光素子を発光させた場合、同じ個別電極２３
に接続された隣接する発光素子も薄く発光するという問
題があった。

【００１４】そこで、従来は、同じ個別電極２３に接続
された隣接する発光素子の共通電極２３に接続された隣
接する発光素子の共通電極２４ａ又は２４ｂに１Ｖ以下
の逆バイアス電圧を印加して薄く発光することを防止し
ていたが、駆動回路の制御が複雑になると共に、発光素
子の信頼性や発光ばらつきの面からも問題であった。

【００１５】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、製造工程が煩雑化して外部
回路との接続作業が困難になることを解消すると共に、
隣接する発光ダイオード間でリーク電流が発生すること
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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る半導体発光装置によれば、基板上
に、バッファ層、一導電型半導体層、及び逆導電型半導
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、前記バッファ層中に逆導電型を呈する半導体層を設
けた。

【００１７】また、請求項３に係る半導体発光装置の製
造方法によれば、基板上に、有機金属化学気相成長法で
バッファ層、一導電型半導体層、及び逆導電型半導体層
を形成して、島状にパターニングした後、前記一導電型
半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設ける半
導体発光装置の製造方法において、前記バッファ層を形
成する途中で、III 族元素とＶ族元素を含有する原料ガ
ス中の前記Ｖ族元素とIII 族元素のモル比が１０以下と
なるよう前記原料ガスの流量を設定して逆導電型を呈す
る半導体層を形成する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、請求項１および請求項２に
係る発明の一実施形態を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図１は、請求項１に係る半導体発光装置の一実施形
態を示す図であり、１は基板、２はバッファ層、３は一
導電型半導体層、４は逆導電型半導体層、５は共通電
極、６は個別電極、７は保護膜である。

【００１９】基板１は、例えばシリコン（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。
本発明に係る半導体発光装置では、半導体基板を用いる
場合、一導電型半導体基板、逆導電型半導体基板、或い
は高抵抗半導体基板のいずれも用いることができるが、
隣接する発光素子の素子分離を完全に行うには、１〜２
×１０³ Ω・ｃｍ程度の高抵抗半導体基板を用いること
が望ましい。

【００２０】請求項１に係る半導体発光装置における各
半導体層の層構成を図２に示す。バッファ層２は、基板
１と一導電型半導体層３との格子定数の相違に基づくミ
スフィット転位を防止するために設ける。

【００２１】バッファ層２は、例えば０．１μｍ程度の
厚みを有する第１のＧａＡｓ層２ａ、０．０１〜０．２
μｍ程度の厚みを有するｐ型ＧａＡｓ層２ｂ、２．４μ
ｍ程度の厚みを有する第２のＧａＡｓ層２ｃ、０．１５
μｍ程度の厚みを有するＩｎＧａＡｓ層２ｄ、０．２μ
ｍ程度の厚みを有する第３のＧａＡｓ層２ｅから成る。
なお、ＩｎＧａＡｓ層２ｄは、ＧａＡｓとは格子定数を
若干変化させてバッファ層２中の転位を不連続とするた
めに設けるものである。

【００２２】このバッファ層２の少なくとも一部には、
逆導電型を呈する半導体層２ｂが形成されるように設け
る。この逆導電型を呈する半導体層２ｂは、例えば亜鉛
（Ｚｎ）などのｐ型不純物を含有させたり、ＧａＡｓ層
２ｂを形成する際の原料ガスの流量比を所定範囲に設定
して形成する。

【００２３】一導電型半導体層３は、０．８μｍ程度の
厚みを有するｎ⁺ 型ＧａＡｓ層３ａと０．４μｍ程度の
厚みを有するｎ−ＡｌＧａＡｓ層３ｂから成る。この一
導電型半導体層３は、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型半導
体不純物を１×１０¹⁶〜１０²¹ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度
含有する。

【００２４】逆導電型半導体層４は、０．４μｍ程度の
厚みを有する第１のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４ａ、０．４μ
ｍ程度の厚みを有する第２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４ｂ、
０．４μｍ程度の厚みを有する第３のｐ−ＡｌＧａＡｓ
層４ｃ、０．０１６μｍ程度の厚みを有するｐ⁺ −Ｇａ
Ａｓ層４ｄから成る。この逆導電型半導体層４は、亜鉛
（Ｚｎ）などのｐ型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１０²¹
ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度含有する。なお、第１のｐ−Ａ
ｌＧａＡｓ層４ａから第３のｐ−ＡｌＧａＡｓ層４ｃは
電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を勘案して、Ａ
ｌＡｓとＧａＡｓの混晶比が異なるように形成される。

【００２５】逆導電型半導体層４は、一導電型半導体層
３の一部が露出するように一導電型半導体層３よりも小
面積に形成される。バッファ層２、一導電型半導体層
３、および逆導電型半導体層４は、それぞれ島状に形成
され、全体が例えば窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）などから
成る保護膜７で被覆される。また、一導電型半導体層３
の露出部には共通電極６が接続して設けられ、この露出
部と対峙する逆導電型半導体層４の端部には、個別電極
５が接続して設けられる。

【００２６】次に、請求項３に係る半導体発光装置の製
造方法を説明する。各半導体層２〜４は、ＭＯＣＶＤ法
やＭＢＥ法などで形成される。すなわち、基板１として
例えばシリコン基板を用いる場合、表面の自然酸化膜を
８００〜１０００℃の高温で除去し、次に４５０℃以下
の低温で核となるアモルファスガリウム砒素膜を１００
〜５００Åの厚みに成長させた後に５００〜７００℃ま
で昇温して、ガリウム砒素単結晶膜を形成する（二段階
成長法）。このガリウム砒素膜中で成長を中断し、７５
０〜１０００℃の高温アニールと６００℃以下への冷却
を繰り返す（熱サイクル法）ことにより、転位などの結
晶欠陥を低減させる。次いで、残りの各バッファ層２を
所定厚みになるまで連続して形成する。

【００２７】ＭＯＣＶＤ法で形成する場合、ガリウム
（Ｇａ）の原料ガスとしてはトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ Ｇａ）などが用いられ、砒素（Ａｓ）の原料ガ
スとしてはアルシン（ＡｓＨ₃ ）などが用いられ、イン
ジウム（Ｉｎ）の原料ガスとしてはトリメチルインジウ
ジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉｎ）などが用いられる。

【００２８】この場合、逆導電型を呈するＧａＡｓ層２
ｂは、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）とアル
シン（ＡｓＨ₃ ）中のＡｓとＧａのモル比が１０以下と
なるように原料ガスを流しながら形成する。すなわち、
トリメチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）の恒温槽の圧
力を７４．７４ｍｍＨｇに設定して８０ｓｃｃｍ流すと
すると、アルシンの濃度が２０％であれば、そのアルシ
ンを４３７ｓｃｃｍ以下となるように設定して逆導電型
を呈するＧａＡｓ層２ｂを形成する。なお、第１のＧａ
Ａｓ層２ａはＶ族元素とIII 族元素のモル比が例えば２
１．５となるように原料ガスの流量比を設定して形成さ
れ、また、第２のＧａＡｓ層２ｃはＶ族元素とIII 族元
素のモル比が例えば４３となるように原料ガスの流量比
を設定して形成される。このように形成すると、トリメ
チルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）とアルシン（ＡｓＨ
₃ ）の流量比を変えるだけでバッファ層中に逆導電型を
呈するＧａＡｓ層２ｂを形成することができる。

【００２９】このバッファ層２上に形成される各化合物
半導体層３〜４もＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法で形成され
る。導電型を制御するｎ型半導体不純物としてはシラン
（ＳｉＨ₄ ）などがあり、ｐ型半導体不純物としてはジ
メチルジンク（（ＣＨ₃ ）₂ Ｚｎ）などがある。

【００３０】このように、基板１の全面もしくは一部に
バッファ層２、一導電型半導体層３、及び逆導電型半導
体層４を順次積層して形成した後に、エッチングなどに
よって島状に形成し、次に、島状部上にレジストマスク
１２を塗布して、一導電型半導体層３の一部が露出する
ように、それより上部の半導体層の一部をエッチングす
ることによって形成される。

【００３１】一導電型半導体層３には接触しない箇所に
逆導電型を呈する半導体層２ｂ、２ｈを設けることが肝
要である。一導電型半導体層３に接触する部分で逆導電
型を呈する半導体層２ｂ、２ｈを形成すると、隣接する
発光素子を発光させる際に、薄く発光してしまう。ま
た、ＧａＡｓ層で発光した光ができるだけ外へ漏れない
ようにするために、逆導電型を呈する半導体層２ｂ、２
ｈはできるだけ基板１側に設けることが望ましい。つま
り、バッファ層２中に、逆導電型を呈する半導体層２ｂ
を入れたときに、上下の層は２ａ、２ｃはｎ型となって
いるために、一導電型半導体層３ｂと逆導電型半導体層
４ａの半導体接合部以外に、例えば第２のＧａＡｓ層２
ｃと逆導電型を呈する半導体層２ｂでも半導体接合部が
形成される。したがって、この逆導電型を呈する半導体
層２ｂを表面から下げて、上層の各層で第２のＧａＡｓ
層２ｃと逆導電型を呈する半導体層２ｂで発光した光を
吸収させる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る半導体発
光装置によれば、一導電型半導体層と逆導電型半導体層
の下部に位置するバッファ層中に逆導電型を呈する半導
体層を設けたことから、隣接する発光素子間で電流がリ
ークすることを極力低減でき、隣接する発光素子が薄く
発光することを防止できる。もって、隣接する発光素子
に従来装置のような逆バイアス電圧を印加する必要がな
くなり、駆動の制御が容易になる。特に、隣接する発光
素子に同一のアノード電極を設けた半導体発光装置に有
効である。

【００３３】また、請求項３に係る半導体発光装置の製
造方法によれば、一導電型半導体層と逆導電型半導体層
の下部に位置するバッファ層を形成する途中で、III 族
元素とＶ族元素を含有する原料ガス中のＶ族元素とIII
族元素のモル比が１０以下となるよう原料ガスの流量を
設定して逆導電型を呈する半導体層を形成することか
ら、隣接する発光素子間のリーク電流を極力低減できる
半導体発光装置を極めて容易に形成することができる。

【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】本発明に係る半導体発光装置の層構成を示す図
である。

【図３】従来の半導体発光装置を示す平面図である。

【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】従来の他の半導体発光装置を示す平面図であ
る。

【図６】図５中のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１‥‥‥基板、２‥‥‥バッファ層、３‥‥‥一導電型
半導体層、４‥‥‥逆導電型半導体層、５‥‥‥共通電
極、６‥‥‥個別電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、バッファ層、一導電型半導体
   層、及び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、前記バッファ層中に逆導電型を
   呈する半導体層を設けたことを特徴とする半導体発光装
   置。
2. 【請求項２】 前記バッファ層の中間部分に前記逆導電
   型を呈する半導体層を設けたことを特徴とする半導体発
   光装置。
3. 【請求項３】 基板上に、有機金属化学気相成長法でバ
   ッファ層、一導電型半導体層、及び逆導電型半導体層を
   形成して、島状にパターニングした後、前記一導電型半
   導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設ける半導
   体発光装置の製造方法において、前記バッファ層を形成
   する途中で、III 族元素とＶ族元素を含有する原料ガス
   中の前記Ｖ族元素とIII 族元素のモル比が１０以下とな
   るよう前記原料ガスの流量を設定して逆導電型を呈する
   半導体層を形成することを特徴とする半導体発光装置の
   製造方法。