JP2002026381A - Semiconductor light emitting element and led array - Google Patents
Semiconductor light emitting element and led arrayInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばページプ
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
体発光素子に関するものである。さらに、かかる半導体
発光素子を複数個アレー状に配列してなるＬＥＤアレイ
に関するものである。ＬＥＤアレイに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device used as a light source for exposure of a photosensitive drum for a page printer, for example. Further, the present invention relates to an LED array in which a plurality of such semiconductor light emitting elements are arranged in an array. It relates to an LED array.
【０００２】従来の半導体発光素子を図２により説明す
る。この半導体発光素子はたとえば、AlGaAs系ＬＥＤア
レイの各ＬＥＤとなる。A conventional semiconductor light emitting device will be described with reference to FIG. This semiconductor light emitting element is, for example, each LED of an AlGaAs LED array.
【０００３】同図に示すように、ｎ型のSi基板２１上に
ｎ型のGaAsバッファ層２２、ｎ型のAlGaAsクラッド層２
５、P型のAlGaAs活性層２６、P型のAlGaAsクラッド層２
７およびP型のコンタクト層２４が順次形成され、さら
にコンタクト層２４の表面上にP側電極２８aを設けてい
る。また、Si基板２１の裏面にｎ側電極２８bを設けて
いる。As shown in FIG. 1, an n-type GaAs buffer layer 22 and an n-type AlGaAs cladding layer 2 are formed on an n-type Si substrate 21.
5. P-type AlGaAs active layer 26, P-type AlGaAs cladding layer 2
7 and a P-type contact layer 24 are sequentially formed, and a P-side electrode 28 a is provided on the surface of the contact layer 24. Further, an n-side electrode 28b is provided on the back surface of the Si substrate 21.
【０００４】かかるAlGaAs系半導体発光素子において
は、抵抗を下げるため、バッファ層２２には、たとえば
シリコンからなるｎ型不純物が１×１０18（ｃｍ-3）程
度でもって比較的高濃度にて添加されている。In such an AlGaAs-based semiconductor light emitting device, an n-type impurity made of, for example, silicon is added to the buffer layer 22 at a relatively high concentration of about 1 × 10 18 (cm −3 ) in order to reduce the resistance. Have been.
【０００５】上記構成のAlGaAs系半導体発光素子によれ
ば、活性層２５で発光した光λａは素子の表面に放射さ
れる光(以下、これを光λａ１と呼ぶ)だけではなく、そ
の素子の裏面側に放射される光(以下、これを光λａ２
と呼ぶ)も存在する。According to the AlGaAs-based semiconductor light emitting device having the above structure, the light λa emitted from the active layer 25 is not only the light radiated to the front surface of the device (hereinafter referred to as light λa1) but also the back surface of the device. (Hereinafter referred to as light λa2
) Also exist.
【０００６】このような裏面に向かう光λａ２につい
て、さらに図３に示すエネルギーバンドギャップでもっ
て説明する。The light λa2 traveling toward the back surface will be further described with reference to the energy band gap shown in FIG.
【０００７】同図において、左側より順にP型のAlGaAs
クラッド層２７（Pクラッド層）、P型のAlGaAs活性層２
６（P活性層）、ｎ型のAlGaAsクラッド層２５（Nクラッ
ド層）、ｎ型のGaAsバッファ層２２（バッファ層）、Ga
As基板２１のそれぞれのエネルギーバンドギャップを配
列している。In FIG. 1, P-type AlGaAs is sequentially arranged from the left side.
Cladding layer 27 (P cladding layer), P-type AlGaAs active layer 2
6 (P active layer), n-type AlGaAs cladding layer 25 (N cladding layer), n-type GaAs buffer layer 22 (buffer layer), Ga
The energy band gaps of the As substrate 21 are arranged.
【０００８】そして、P活性層２６で発光した光λａ
は、P型のAlGaAsクラッド層２７（Pクラッド層）に、す
なわち素子の表面に放射されると同時に、素子の裏面に
も放射されるが、その裏面の放射においては、光λａ２
がｎ型AlGaAsクラッド層２５（Nクラッド層）を通過
し、エネルギーバンドギャップの小さなｎ型GaAsバッフ
ァ層２２（ｎバッファ層）および／またはGaAs基板２１
に到達し、吸収される。The light λa emitted from the P active layer 26
Is radiated to the P-type AlGaAs cladding layer 27 (P-cladding layer), that is, to the surface of the device and, at the same time, to the back surface of the device.
Passes through the n-type AlGaAs cladding layer 25 (N-cladding layer), and has a small energy band gap, n-type GaAs buffer layer 22 (n-buffer layer) and / or GaAs substrate 21.
Reaches and is absorbed.
【０００９】そのために、シリコンなどからなるｎ型不
純物が１×１０18（ｃｍ-3）程度の比較的高濃度にて添
加されたGaAsバッファ層２２において、そこに到達した
光λａ２ でもって、キャリアを励起し、そのバンドギ
ャップに対応したλａとは波長の異なる光λｂ１、光λ
ｂ２(以下、総称して光λｂと呼ぶ)が放射されていた。Therefore, in the GaAs buffer layer 22 to which an n-type impurity made of silicon or the like is added at a relatively high concentration of about 1 × 10 18 (cm −3 ), the carrier λa2 And light λb1 and light λ having different wavelengths from λa corresponding to the band gap.
b2 (hereinafter, collectively referred to as light λb) was emitted.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、バッフ
ァ層２２および／またはGaAs基板２１を構成するGaAs
は、そこにドーピングする不純物の濃度が高くなると、
光学的活性が顕著に増加する特性がある。As described above, the GaAs constituting the buffer layer 22 and / or the GaAs substrate 21 is formed.
Increases the concentration of the impurities to be doped there,
There is a characteristic that optical activity is significantly increased.
【００１１】しかしながら、そのような光学的活性に起
因して光λｂの強度が強くなると、本来、照射すべき光
λａに加えて、さらにサブピークである光λｂが無視で
きない程度にまでになり、その結果、メインピークであ
る光λａに対する雑音となるという課題がある。However, when the intensity of the light λb is increased due to such optical activity, the light λb, which is a sub-peak, in addition to the light λa to be radiated, is not negligible. As a result, there is a problem that noise is generated for the light λa that is the main peak.
【００１２】特にページプリンタ用感光ドラムの露光用
光源において、上記サブピークは印画品質において印字
ムラ等の悪影響を及ぼす。In particular, in the exposure light source of a photosensitive drum for a page printer, the above-mentioned sub-peak has an adverse effect on printing quality such as uneven printing.
【００１３】かかる課題を解消するために、光λｂを抑
制する方法として、バッファ層２２の光学的活性を抑制
するためキャリア濃度を低減させ、サブピーク光λｂを
抑制する技術が提案されている。As a method for suppressing the light λb, a technique for suppressing the optical activity of the buffer layer 22 and reducing the carrier concentration to suppress the sub-peak light λb has been proposed.
【００１４】しかし、キャリア濃度の低いバッファ層２
２を形成してもクラッド層２５からのキャリアの漏れが
あり、サブピーク光λｂを十分に抑制できないことが確
認している。また、図２に示す構成のAlGaAs系半導体発
光素子によれば、キャリア濃度の低いバッファ層２２を
形成することで、これに起因して導通不良となったり、
あるいは高駆動電圧を印加することになる。However, the buffer layer 2 having a low carrier concentration
It has been confirmed that even when the layer No. 2 is formed, the carrier leaks from the cladding layer 25 and the sub-peak light λb cannot be sufficiently suppressed. Further, according to the AlGaAs-based semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2, by forming the buffer layer 22 having a low carrier concentration, conduction failure may occur due to this,
Alternatively, a high driving voltage is applied.
【００１５】一方、特開平9-74218号においては、図４
に示すようにP活性層とGaAs基板との間に、バンドギャ
ップの大きい材料から成る反射層を設け、P活性層で発
光した光λａ２が、その反射層にて反射され、GaAs基板
に入射するのを防ぎ、これにより、GaAs基板からのサブ
ピーク光λｂが半導体発光素子の表面に放射するのを抑
制する技術も提案されている。On the other hand, in JP-A-9-74218, FIG.
As shown in (1), a reflection layer made of a material having a large band gap is provided between the P active layer and the GaAs substrate, and light λa2 emitted from the P active layer is reflected by the reflection layer and enters the GaAs substrate. There has also been proposed a technique for preventing the sub-peak light λb from the GaAs substrate from radiating to the surface of the semiconductor light emitting element.
【００１６】しかしながら、この提案の技術によれば、
反射層は互いに屈折率の異なる半導体層を積層するの
で、製造工程が複雑になり、各層の成長制御も困難であ
る。However, according to the proposed technique,
Since the reflective layer is formed by laminating semiconductor layers having different refractive indices, the manufacturing process becomes complicated, and it is difficult to control the growth of each layer.
【００１７】また、バンドギャップの大きい層を積層す
ることで、発光における駆動電圧が高くなり、しかも、
互いに格子定数が異なる半導体層から反射層を形成した
場合には、その違いから反射層が歪弾性応力を有し、そ
の上に形成される層の結晶性を悪くしていた。Further, by laminating layers having a large band gap, a driving voltage in light emission is increased, and
When the reflective layer is formed from semiconductor layers having different lattice constants, the reflective layer has a strain elastic stress due to the difference, and the crystallinity of the layer formed thereon is deteriorated.
【００１８】さらにまた、Si基板を用いてAlGaAs系ＬＥ
Ｄアレイを形成するような場合、Si基板上にGaAsバッフ
ァ層を介さずに反射層を積層することはむずかしく、こ
のような場合、基板からのサブピーク光λｂ１以外にバ
ッファ層が光学的に活性化され、これにともなって生じ
る光λｂ２を十分な抑制ができない。Furthermore, an AlGaAs LE using a Si substrate is used.
In the case of forming a D array, it is difficult to form a reflective layer on a Si substrate without a GaAs buffer layer interposed therebetween. In such a case, the buffer layer is optically activated in addition to the sub-peak light λb1 from the substrate. As a result, the light λb2 generated thereby cannot be sufficiently suppressed.
【００１９】したがって本発明の目的は叙上に鑑みて完
成されたものであり、その目的は雑音となる光λｂの影
響を低減したり、無くすことで優れた発光性能を得た高
品質かつ高性能な半導体発光素子を提供することにあ
る。Accordingly, an object of the present invention has been completed in view of the above, and an object of the present invention is to provide a high-quality and high-quality light emitting device having excellent light emitting performance by reducing or eliminating the influence of light λb, which is noise. An object of the present invention is to provide a high performance semiconductor light emitting device.
【００２０】また、本発明の他の目的は、本発明の半導
体発光素子を複数個アレー状に配列して、ページプリン
タ用感光ドラムの露光用光源に好適にしたＬＥＤアレイ
を提供することにある。It is another object of the present invention to provide an LED array in which a plurality of semiconductor light emitting devices of the present invention are arranged in an array, and are suitable as an exposure light source for a photosensitive drum for a page printer. .
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、一導電型を呈する半導体基板もしくは絶縁性基板の
上に、一導電型を呈するバッファ層、一導電型を呈する
第一のクラッド層、活性層および逆導電型の第二クラッ
ド層とを順次形成し、活性層より発光せしめるように成
し、そして、上記バッファ層と第一クラッド層との間
に、第一クラッド層のエネルギー・ギャップよりも大き
いエネルギーギャップを呈する中間層を介在したことを
特徴とする。According to the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising a buffer layer of one conductivity type and a first cladding layer of one conductivity type on a semiconductor substrate or an insulating substrate having one conductivity type. , An active layer and a second cladding layer of the opposite conductivity type are sequentially formed to emit light from the active layer, and between the buffer layer and the first cladding layer, the energy of the first cladding layer is reduced. An intermediate layer having an energy gap larger than the gap is interposed.
【００２２】本発明の他の半導体発光素子は、かかる本
発明の半導体発光素子において、前記中間層が第一クラ
ッド層および／またはバッファ層と屈折率の異なり、か
つ光反射性を有する層であることを特徴とする。Another semiconductor light emitting device of the present invention is the semiconductor light emitting device of the present invention, wherein the intermediate layer has a different refractive index from the first cladding layer and / or the buffer layer and has light reflectivity. It is characterized by the following.
【００２３】さらに本発明のＬＥＤアレイは、これら各
半導体発光素子を複数個にてアレイ状に配列してなるこ
とを特徴とする。Further, the LED array of the present invention is characterized in that a plurality of these semiconductor light emitting elements are arranged in an array.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図により詳細に説
明する。図１は本発明の半導体発光素子の概略断面図で
ある。この半導体発光素子は赤色AlGaAs系発光ダイオー
ドでもって例示する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor light emitting device of the present invention. This semiconductor light emitting device is exemplified by a red AlGaAs light emitting diode.
【００２５】本発明の半導体発光素子において、１は一
導電型を呈する半導体基板もしくは絶縁性基板（以下、
基板と称する）であり、この基板１の上に一導電型を呈
するバッファ層２、中間層３、一導電型半導体を呈する
コンタクト層４a、一導電型半導体クラッド層５、逆導
電型半導体を呈する活性層６、逆導電型半導体を呈する
クラッド層７、逆導電型半導体を呈するコンタクト層４
bとを順次積層する。In the semiconductor light emitting device of the present invention, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate or an insulative substrate (hereinafter, referred to as a one conductivity type).
A buffer layer 2 having one conductivity type, an intermediate layer 3, a contact layer 4a having one conductivity type semiconductor, a one conductivity type semiconductor clad layer 5, and a reverse conductivity type semiconductor on the substrate 1. Active layer 6, cladding layer 7 presenting a semiconductor of opposite conductivity type, contact layer 4 presenting a semiconductor of opposite conductivity type
b are sequentially laminated.
【００２６】さらにコンタクト層４aおよびコンタクト
層４bの各表面上に絶縁膜８を設け、コンタクト層４aと
コンタクト層４bの上に電極９を設けている。Further, an insulating film 8 is provided on each surface of the contact layers 4a and 4b, and an electrode 9 is provided on the contact layers 4a and 4b.
【００２７】中間層３は活性層６の発光波長λａおよび
／またはバッファ層２の発光波長λｂ２に対応して光反
射性を有する。The intermediate layer 3 has light reflectivity corresponding to the emission wavelength λa of the active layer 6 and / or the emission wavelength λb2 of the buffer layer 2.
【００２８】基板１が半導体基板である場合には、たと
えば一導電型不純物を１×１０17〜１０19atoms/cm3 程
度含有して成る、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)や
インジウム燐(InP)などの単結晶半導体基板を用いる。When the substrate 1 is a semiconductor substrate, for example, silicon (Si), gallium arsenide (GaAs) or indium phosphorus containing one conductivity type impurity of about 1 × 10 17 to 10 19 atoms / cm 3 is used. A single crystal semiconductor substrate such as (InP) is used.
【００２９】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であ
る。In the case of a single crystal semiconductor substrate, the (100) plane is
A substrate or the like turned off by 2 to 7 ° in the <011> direction is preferable.
【００３０】その他、サファイア(Al2O3)などの単結晶
絶縁基板を用いてもよい。サファイアの単結晶絶縁基板
を用いる場合には、Ｃ面基板が好適である。Alternatively, a single crystal insulating substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ) may be used. When a sapphire single crystal insulating substrate is used, a C-plane substrate is preferable.
【００３１】バッファ層２はガリウム砒素(GaAs)などか
ら成り、さらに一導電型不純物(Si等)を１×１０17〜１
０19atoms/cm3 程度含有させ、そして、２〜４μｍ程度
の厚みに形成し、これにより、基板１と、その上の半導
体層との格子不整合からなるミスフィット転位を防止し
たり、もしくは低減させている。The buffer layer 2 is made of gallium arsenide (GaAs) or the like and further contains one conductivity type impurity (Si or the like) in an amount of 1 × 10 17 to 1 × 10 17.
It contains about 0 19 atoms / cm 3 and has a thickness of about 2 to 4 μm, thereby preventing misfit dislocation due to lattice mismatch between the substrate 1 and the semiconductor layer thereon. Has been reduced.
【００３２】中間層３は第一のクラッド層５に対してバ
ンドギャップが大きく、バッファ層２および／または第
一のクラッド層５と屈折率の異なるもので構成される。
たとえば中間層３は、第一のクラッド層５がAlGaAsで構
成される場合、バッファ層２のガリウム砒素(GaAs)の屈
折率３．５９とは異なり、第一のクラッド層５よりバン
ドギャップが大きい、屈折率２．９７のアルミニウム砒
素(AlAs)でもって構成する。The intermediate layer 3 has a band gap larger than that of the first cladding layer 5 and has a different refractive index from that of the buffer layer 2 and / or the first cladding layer 5.
For example, when the first cladding layer 5 is made of AlGaAs, the intermediate layer 3 has a band gap larger than that of the first cladding layer 5, unlike the refractive index 3.59 of gallium arsenide (GaAs) of the buffer layer 2. And aluminum arsenide (AlAs) having a refractive index of 2.97.
【００３３】そして、バッファ層２による二次発光波長
（GaAsの場合、発光波長λｂ：８７０ｎｍ）に対応し、
その光に対しもっとも光反射性を有するように中間層３
の膜厚を７３２Åにして積層する。The wavelength corresponds to the secondary emission wavelength (in the case of GaAs, the emission wavelength λb: 870 nm) of the buffer layer 2,
The intermediate layer 3 has the highest light reflectivity for the light.
Are laminated at a thickness of 732 °.
【００３４】もしくは、活性層５によるメイン発光波長
（AlGaAsの場合、発光波長λａ：７４０ｎｍ）に対応
し、その光に対しもっとも光反射性を有するように中間
層３の膜厚を６２３Åにして積層する。Alternatively, it corresponds to the main emission wavelength (emission wavelength λa: 740 nm in the case of AlGaAs) of the active layer 5, and the thickness of the intermediate layer 3 is set to 623 ° so that the light is most reflective to the light. I do.
【００３５】ちなみに、光学的に屈折率の違う媒質を１
/４波長の光学的距離で積層すると反射効果があること
がDufour等(Rev. Opt., vol.３２ (１９５３) pp.３２
１)により報告されているが、発光波長λに対し屈折率n
の異なる膜を厚さd=λ/４nに積層する。また、積層する
媒質の屈折率の差が大きいほど反射効果が大きい。By the way, a medium having an optically different refractive index is assumed to be one.
Dufour et al. (Rev. Opt., Vol. 32 (1953) pp. 32) have a reflection effect when laminated at an optical distance of / 4 wavelength.
1), the refractive index n for the emission wavelength λ
Are laminated with a thickness d = λ / 4n. Further, the larger the difference between the refractive indexes of the stacked media, the greater the reflection effect.
【００３６】オーミックコンタクト層４はガリウム砒素
(GaAs)から形成され、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、１〜
１.０μｍ程度の厚みである。The ohmic contact layer 4 is made of gallium arsenide.
(GaAs) and contains one conductivity type semiconductor impurity such as silicon at about 1 × 10 16 to 10 17 atoms / cm 3 ,
The thickness is about 1.0 μm.
【００３７】一導電型半導体のクラッド層５は、電子の
注入層(第一のクラッド層)として構成され、アルミニウ
ムガリウム砒素(AlGaAs)から形成される。シリコンなど
の一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19atoms/cm
3 程度含有し、０．２〜４μｍ程度の厚みである。The one-conductivity-type semiconductor clad layer 5 is formed as an electron injection layer (first clad layer) and is formed of aluminum gallium arsenide (AlGaAs). 1 × 10 16 to 10 19 atoms / cm of one conductivity type semiconductor impurity such as silicon
It contains about 3 and has a thickness of about 0.2 to 4 μm.
【００３８】逆導電型半導体活性層６は、アルミニウム
ガリウム砒素(AlGaAs)から形成され、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、０．１〜４μｍ程度の厚みである。The opposite conductivity type semiconductor active layer 6 is formed of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) and contains about 1 × 10 16 to 10 21 atoms / cm 3 of opposite conductivity type semiconductor impurities such as zinc (Zn). The thickness is about 1 to 4 μm.
【００３９】逆導電型半導体クラッド層７はアルミニウ
ムガリウム砒素(AlGaAs)から形成され、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、０．２〜４μｍ程度の厚みである。The opposite conductivity type semiconductor cladding layer 7 is formed of aluminum gallium arsenide (AlGaAs), and contains a reverse conductivity type semiconductor impurity such as zinc (Zn) at 1 × 10 16 to 10 21 atoms / cm 3.
And a thickness of about 0.2 to 4 μm.
【００４０】なお、キャリア閉じ込め効果と光透過性を
考慮して活性層５と第二のクラッド層６のアルミニウム
砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)の混晶比を異ならせて
いる。The mixed crystal ratio of aluminum arsenide (AlAs) and gallium arsenide (GaAs) of the active layer 5 and the second cladding layer 6 is made different in consideration of the carrier confinement effect and the light transmittance.
【００４１】オーミックコンタクト層４bはガリウム砒
素(GaAs)から形成され、亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体
不純物を１×１０19〜１０20atoms/cm3程度含有し、
０．０１〜１μｍ程度の厚みである。The ohmic contact layer 4b is formed of gallium arsenide (GaAs) and contains about 1 × 10 19 to 10 20 atoms / cm 3 of a reverse conductivity type semiconductor impurity such as zinc (Zn).
The thickness is about 0.01 to 1 μm.
【００４２】絶縁膜８は窒化シリコン(SiNx)などから形
成され、３０００Å程度の厚みである。The insulating film 8 is formed of silicon nitride (SiNx) and has a thickness of about 3000 °.
【００４３】電極９は金/金・ゲルマニウム (Au/AuGe)な
どから形成され、厚み１μｍ程度である。The electrode 9 is made of gold / gold / germanium (Au / AuGe) or the like and has a thickness of about 1 μm.
【００４４】かくして上記構成のＬＥＤアレイ（半導体
発光素子）においては、活性層５による発光波長λａが
第一のクラッド層５およびコンタクト層４aを通過し
て、吸収され励起されたキャリアは、バッファ層２と第
一クラッド層４aとの間に第一クラッド層のエネルギー
・ギャップよりも大きいエネルギーギャップを呈する中
間層３を介在したことにより、キャリアの閉じ込め効果
がおこりバッファ層２でのサブピーク光λｂを抑制でき
た。Thus, in the LED array (semiconductor light-emitting element) having the above-described structure, the carrier that is absorbed and excited when the emission wavelength λa of the active layer 5 passes through the first cladding layer 5 and the contact layer 4a is transferred to the buffer layer. Since the intermediate layer 3 having an energy gap larger than the energy gap of the first cladding layer is interposed between the second cladding layer 4a and the first cladding layer 4a, a carrier confinement effect occurs and the sub-peak light λb in the buffer layer 2 is reduced. Could be suppressed.
【００４５】さらに本発明によれば、一導電型を呈する
バッファ層２と一導電型半導体クラッド層５との間に、
第一クラッド層５および／またはバッファ層２と屈折率
の異なる中間層３を介在させ、その中間層３において
は、活性層５による発光波長λａに対応した反射効果を
有し、これにより、バッファ層２へ発光波長λａが放射
されるのを抑制できた。もしくはバッファ層２によるサ
ブピークλｂに対応した反射効果を有することにより、
サブピーク光λｂ１が素子表面へ放射されるのを抑制で
きた。また、屈折率の異なる半導体層を積層させて、製
造工程を複雑化することなく、駆動電圧も上昇させずに
済んだ。Further, according to the present invention, between the buffer layer 2 having one conductivity type and the semiconductor cladding layer 5 having one conductivity type,
An intermediate layer 3 having a different refractive index from the first cladding layer 5 and / or the buffer layer 2 is interposed, and the intermediate layer 3 has a reflection effect corresponding to the emission wavelength λa of the active layer 5, whereby the buffer The emission of the emission wavelength λa to the layer 2 could be suppressed. Alternatively, by having a reflection effect corresponding to the sub-peak λb by the buffer layer 2,
It was possible to suppress the sub-peak light λb1 from being emitted to the element surface. Further, by stacking semiconductor layers having different refractive indices, the manufacturing process was not complicated and the driving voltage was not increased.
【００４６】また、Ｓｉ基板１上にGaAsバッファ層２を
介してＬＥＤアレイを作成した場合であれば、活性層６
で発光した光λａ2により基板１が光学的に活性化され
て生じる基板1からのサブピーク光λｂ１以外に、GaAs
バッファ層2が光学的に活性化されて生じるサブピーク
光λｂ２も抑制できた。If an LED array is formed on the Si substrate 1 via the GaAs buffer layer 2, the active layer 6
In addition to the sub-peak light λb1 from the substrate 1 generated by optically activating the substrate 1 by the light λa2 emitted in
The sub-peak light λb2 generated by optically activating the buffer layer 2 was also suppressed.
【００４７】[0047]
【本発明の半導体発光素子の製法】つぎに本発明のＬＥ
Ｄアレイ（半導体発光素子）の製造方法を説明する。こ
の製法にはＭＯＣＶＤ法を用いる。[Method of Manufacturing Semiconductor Light Emitting Device of the Present Invention]
A method for manufacturing a D array (semiconductor light emitting device) will be described. The MOCVD method is used for this manufacturing method.
【００４８】基板１を水素(H2)とアルシンガス(AsH3)雰
囲気中で７００℃〜１０００℃まで昇温し、基板１の表
面上の酸化物を除去する。The temperature of the substrate 1 is increased from 700 ° C. to 1000 ° C. in an atmosphere of hydrogen (H 2 ) and arsine gas (AsH 3 ) to remove oxides on the surface of the substrate 1.
【００４９】ついで、基板温度５００℃〜８００℃にし
てトリメチルガリウム(以下、ＴＭＧと略記する)とアル
シンガス(AsH3)とシランガス(SiH4)をドーパントガスと
して供給してバッファ層２を２〜４μｍの厚みにて形成
する。Then, at a substrate temperature of 500 ° C. to 800 ° C., trimethylgallium (hereinafter abbreviated as TMG), arsine gas (AsH 3 ) and silane gas (SiH 4 ) are supplied as dopant gases to form a buffer layer 2 of 2 to 4 μm. Formed with a thickness of
【００５０】その上に原料ガスとしてＴＭＧ、トリメチ
ルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略記する）、アルシン
ガス(AsH3) およびドーパントガスとしてシランガス(Si
H４)を用いて、中間層３を発光波長λｂおよび／または
λａに応じた厚さで形成する。TMG, trimethylaluminum (hereinafter abbreviated as TMA), arsine gas (AsH 3 ) as a source gas, and silane gas (Si
Using H4), the intermediate layer 3 is formed with a thickness corresponding to the emission wavelength λb and / or λa.
【００５１】その後、シランガス(SiH４)をドーパント
ガスとして用いて、一導電型のオーミックコンタクト層
４、一導電型の電子注入層５(第一のクラッド層)を形成
する。その上にジメチル亜鉛(以下、ＤＭＺと略記する)
をドーパントガスとして用いて活性層６、第二のクラッ
ド層７、オーミックコンタクト層８を順次形成する。Thereafter, a one-conductivity type ohmic contact layer 4 and a one-conductivity type electron injection layer 5 (first clad layer) are formed using silane gas (SiH4) as a dopant gas. On top of this, dimethyl zinc (hereinafter abbreviated as DMZ)
The active layer 6, the second cladding layer 7, and the ohmic contact layer 8 are sequentially formed by using as a dopant gas.
【００５２】このような成長の後の結晶は硫酸過酸化水
素系のエッチング液を用いてメサ構造を形成する。さら
に第一のオーミックコンタクト層４の一部が露出するよ
うに、同じく硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いて
エッチングを行なう。その後、プラズマCVD法でシラン
ガス(SiH4)とアンモニア(NH4)を用いて窒化シリコン(Si
Nx)からなる絶縁膜９を形成する。The crystal after such growth forms a mesa structure using a sulfuric acid / hydrogen peroxide-based etchant. Further, etching is also performed using a sulfuric acid hydrogen peroxide-based etchant so that a part of the first ohmic contact layer 4 is exposed. Then, silicon nitride (Si) using silane gas (SiH 4 ) and ammonia (NH 4 ) by plasma CVD.
An insulating film 9 made of Nx) is formed.
【００５３】しかる後、蒸着法やスパッタリング法を用
いて金・ゲルマニウム(AuGe)などにより電極１０を形成
する。Thereafter, the electrode 10 is formed of gold / germanium (AuGe) or the like by using a vapor deposition method or a sputtering method.
【００５４】[0054]
【発明の効果】以上のとおり、本発明の半導体発光素子
およびＬＥＤアレイによれば、一導電型を呈する半導体
基板もしくは絶縁性基板の上に、一導電型を呈するバッ
ファ層、一導電型を呈する第一のクラッド層、活性層お
よび反導電型の第二クラッド層とを順次形成し、この第
二クラッド層の上部より発光せしめるように成した構成
において、上記バッファ層と第一クラッド層との間に、
第一クラッド層のエネルギー・ギャップよりも大きいエ
ネルギーギャップを呈する中間層を介在したことで、活
性層で発光した光λａをバッファ層に到達し、吸収する
こと低減できた。これにより、バッファ層にて到達した
光λａでもって、キャリアを励起させ放射される光λｂ
を低減させ、雑音となる光λｂの影響を無くすことで優
れた発光性能を得た高品質かつ高性能な半導体発光素子
が提供できる。As described above, according to the semiconductor light emitting device and the LED array of the present invention, a buffer layer having one conductivity type and a one conductivity type are provided on a semiconductor substrate or an insulating substrate having one conductivity type. In a configuration in which a first cladding layer, an active layer and a second cladding layer of an anti-conductivity type are sequentially formed and light is emitted from above the second cladding layer, the buffer layer and the first cladding layer Between,
By interposing the intermediate layer having an energy gap larger than the energy gap of the first cladding layer, the light λa emitted from the active layer reaches the buffer layer and can be absorbed less. Thus, the light λb radiated by exciting the carriers with the light λa arriving at the buffer layer
And a high-quality and high-performance semiconductor light-emitting device having excellent light-emitting performance can be provided by reducing the influence of the light λb which becomes noise.
【００５５】また、本発明の半導体発光素子およびＬＥ
Ｄアレイによれば、中間層を第一クラッド層および／ま
たはバッファ層と屈折率の異なる光反射性を有する層に
て構成したことで、メイン発光波長λａに対応して、そ
の光を、そのメイン発光波長λａをバッファ層に到達す
るまえに反射させたり、および／またはバッファ層で励
起された少数キャリアによる二次発光波長λｂを遮光
し、これにより、雑音となる光λｂの影響の低減し、そ
の解消がより顕著になった。Further, the semiconductor light emitting device and the LE of the present invention
According to the D array, since the intermediate layer is formed of the first cladding layer and / or the buffer layer and a layer having light reflectivity different from that of the buffer layer, the light is emitted corresponding to the main emission wavelength λa. The main emission wavelength λa is reflected before reaching the buffer layer, and / or the secondary emission wavelength λb due to the minority carriers excited in the buffer layer is shielded, thereby reducing the influence of the light λb serving as noise. , Its resolution became more pronounced.
【００５６】本発明においては、特に半導体基板がSi基
板であり、GaAsおよび／またはAlGaAsからなるバッファ
層の上、AlGaAsおよび／またはInGaAsから形成される層
を少なくとも一層設けた構成のＬＥＤアレイにおいて
は、ページプリンター用感光体ドラムの露光源として効
果的である。In the present invention, in particular, an LED array in which the semiconductor substrate is a Si substrate and at least one layer made of AlGaAs and / or InGaAs is provided on a buffer layer made of GaAs and / or AlGaAs. This is effective as an exposure source for a photosensitive drum for a page printer.
【図１】本発明の半導体発光素子を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor light emitting device of the present invention.
【図２】従来の半導体発光素子を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a conventional semiconductor light emitting device.
【図３】従来のＬＥＤアレイのバンドダイヤグラム（バ
イアス状態）を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a band diagram (bias state) of a conventional LED array.
【図４】従来のＬＥＤアレイのバンドダイヤグラム（バ
イアス状態）を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a band diagram (bias state) of a conventional LED array.
１ 一導電型を呈する半導体基板もしくは絶縁
性基板 ２ 一導電型を呈するバッファ層 ３ 中間層 ４a 一導電型半導体を呈するコンタクト層 ４b 逆導電型半導体を呈するコンタクト層 ５ 一導電型半導体クラッド層 ６ 逆導電型半導体を呈する活性層 ７ 逆導電型半導体を呈するクラッド層 ８ 絶縁膜 ９ 電極Reference Signs List 1 semiconductor substrate or insulating substrate having one conductivity type 2 buffer layer having one conductivity type 3 intermediate layer 4a contact layer having one conductivity type semiconductor 4b contact layer having opposite conductivity type semiconductor 5 one conductivity type semiconductor clad layer 6 reverse Active layer presenting conductive semiconductor 7 Cladding layer presenting reverse conductive semiconductor 8 Insulating film 9 Electrode
Claims (3)
性基板の上に、一導電型を呈するバッファ層、一導電型
を呈する第一のクラッド層、活性層および逆導電型の第
二クラッド層とを順次形成し、活性層より発光せしめる
ように成した半導体発光素子において、前記バッファ層
と第一クラッド層との間に、第一クラッド層のエネルギ
ー・ギャップよりも大きいエネルギーギャップを呈する
中間層を介在したことを特徴とする半導体発光素子。1. A buffer layer having one conductivity type, a first cladding layer having one conductivity type, an active layer, and a second cladding layer having a reverse conductivity type on a semiconductor substrate or an insulating substrate having one conductivity type. Are sequentially formed and light is emitted from the active layer, the intermediate layer having an energy gap larger than the energy gap of the first cladding layer between the buffer layer and the first cladding layer. A semiconductor light-emitting device characterized by intervening.
はバッファ層と屈折率の異なり、かつ光反射性を有する
層であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the intermediate layer is a layer having a different refractive index from the first cladding layer and / or the buffer layer and having light reflectivity.
を複数個にてアレイ状に配列してなるＬＥＤアレイ。3. An LED array comprising a plurality of the semiconductor light emitting elements according to claim 1 or 2 arranged in an array.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012049337A (en) * | 2010-08-26 | 2012-03-08 | Sharp Corp | Nitride semiconductor element and semiconductor optical device |
| KR101259992B1 (en) * | 2006-06-30 | 2013-05-06 | 서울옵토디바이스주식회사 | Method for fabricating light emitting diode with its etched surface insulated |
| JP2015008256A (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-15 | 京セラ株式会社 | Light receiving/emitting element and sensor device using the same |
-
2000
- 2000-07-12 JP JP2000211222A patent/JP2002026381A/en active Pending
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| JP2012049337A (en) * | 2010-08-26 | 2012-03-08 | Sharp Corp | Nitride semiconductor element and semiconductor optical device |
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