JP6738610B2 - 発光素子装置及び光プリントヘッド - Google Patents
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Description
本発明の他の態様に係る発光素子装置は、発光サイリスタと、前記発光サイリスタにゲート電流を供給するゲート電極とを備え、前記発光サイリスタは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2導電型の第4半導体層とを、この順に積層させた積層構造を含み、前記発光サイリスタは、前記第3半導体層と前記第4半導体層との間に配置され、前記第4半導体層よりも低いエッチングレートを持つ半導体層であるエッチングストップ層を含み、前記エッチングストップ層は、前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造であり、前記エッチングストップ層の前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造は、ホモ接合で形成され、前記第1導電型の半導体層は前記第3半導体層側に配置され、前記第2導電型の半導体層は前記第4半導体層側に配置され、前記ゲート電極は、前記第3半導体層上に配置されたことを特徴とする。
本発明の他の態様に係る発光素子装置は、発光サイリスタと、前記発光サイリスタにゲート電流を供給するゲート電極とを備え、前記発光サイリスタは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2導電型の第4半導体層とを、この順に積層させた積層構造を含み、前記発光サイリスタは、前記第3半導体層と前記第2半導体層との間に配置され、前記第3半導体層よりも低いエッチングレートを持つ半導体層であるエッチングストップ層を含み、前記エッチングストップ層は、前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造であり、前記エッチングストップ層の前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造は、ホモ接合で形成され、前記第1導電型の半導体層は前記第3半導体層側に配置され、前記第2導電型の半導体層は前記第2半導体層側に配置され、前記ゲート電極は、前記第2半導体層上に配置されたことを特徴とする。
《1−1》発光素子アレイ100
図1は、本発明の実施の形態1に係る発光素子装置(発光素子部)1を有する発光素子アレイ(発光サイリスタアレイ)100の概略構造を示す平面図である。発光素子アレイ100は、電子写真方式の画像形成装置における露光装置としての光プリントヘッドに搭載される。図1に示されるように、発光素子アレイ100は、例えば、COB(Chip On Board)基板110と、COB基板110上に搭載された基板としての半導体基板120と、半導体基板120上に搭載された複数の発光素子としての複数の発光サイリスタ16とを備えている。半導体基板120と複数の発光素子としての複数の発光サイリスタ16とは、発光素子アレイチップ(発光サイリスタアレイチップ)を形成する。なお、光プリントヘッドとしての発光サイリスタアレイヘッドは、後述する実施の形態9において説明される。
図2は、実施の形態1に係る発光素子装置1の概略構造(図1をII−II線で切る概略断面)を示す断面図である。図1及び図2に示されるように、実施の形態1に係る発光素子装置1は、基板としての半導体基板120と、半導体基板120上に備えられ、駆動回路121によって駆動される発光素子装置1とを有している。
図3(a)から(f)は、図2に示される発光素子装置1の製造プロセスを概略的に示す断面図である。発光素子装置1の製造は、図2に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
図4は、エッチングストップ層を有さない比較例の発光サイリスタのエッチング工程を示す断面図である。図4に示されるように、エッチングストップ層を有さない比較例の発光サイリスタ(半導体積層構造)のエッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層の途中で停止する。このためエッチングストップ層を設けない場合には、p型ゲート層の層厚TpをエッチングマージンMを考慮に入れた厚い層厚にする必要がある。
《2−1》発光素子装置2
図5は、本発明の実施の形態2に係る発光素子装置2の概略構造を示す断面図である。図5において、図2に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態2に係る発光素子装置2は、エッチングストップ層25を、p型InGaP層に代えて、n型InGaP層で形成している点、及び、ゲート電極93をp型ゲート層13の表面上に形成している点において、実施の形態1に係る発光素子装置1と相違する。これらの相違点を除き、実施の形態2に係る発光素子装置2は、実施の形態1に係る発光素子装置1と同じである。
図6(a)から(f)は、図5に示される発光素子装置2の製造プロセスを概略的に示す断面図である。図6(a)から(f)において、図3(a)から(f)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図3(a)から(f)に示される符号と同じ符号が付される。発光素子装置2の製造は、図5に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態2に係る発光素子装置2においては、図6(b)に示されるエッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層13の上面のエッチングストップ層25で止まる。したがって、p型ゲート層13の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層13の層厚を小さくしたので、発光素子装置2からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置2のスイッチング特性を改善することができる。
《3−1》発光素子装置3
図7は、本発明の実施の形態3に係る発光素子装置3の概略構造を示す断面図である。図7において、図2及び図5に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2及び図5に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態3に係る発光素子装置3は、エッチングストップ層35をp型InGaP層351とn型InGaP層352との積層構造とした点において、実施の形態2に係る発光素子装置2と相違する。エッチングストップ層35は、隣接する半導体層よりも(p型ゲート層13及びn型カソード層14のいずれよりも)低いエッチングレートを持つ半導体層である。この相違点を除き、実施の形態3に係る発光素子装置3は、実施の形態2に係る発光素子装置2と同じである。
発光素子装置3の製造プロセスは、エッチングストップ層35をp型InGaP層351とn型InGaP層352との積層構造として製造する点を除き、図6(a)から(f)に示される発光素子装置2の製造プロセスと同じである。
実施の形態3に係る発光素子装置3においては、実施の形態2の場合と同様に、p型ゲート層13の層厚を、必要最低限の厚さとすることができ、発光素子装置3からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置3のスイッチング特性を改善することができる。
p型InGaP層とn型InGaP層との積層構造のエッチングストップ層を、実施の形態1のエッチングストップ層15に適用することも可能である。
《4−1》発光素子装置4
図8は、本発明の実施の形態4に係る発光素子装置4の概略構造を示す断面図である。図8において、図2、図5、及び図7に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2、図5、及び図7に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態4に係る発光素子装置4は、エッチングストップ層45を、p型ゲート層13のn型ゲート層12側の表面上(p型ゲート層13とn型ゲート層12との間)に形成している点、及び、ゲート電極93をn型ゲート層12の表面上に形成している点において、実施の形態2に係る発光素子装置2と相違する。これらの相違点を除き、実施の形態4に係る発光素子装置4は、実施の形態2に係る発光素子装置2と同じである。
図9(a)から(f)は、図8に示される発光素子装置4の製造プロセスを概略的に示す断面図である。図9(a)から(f)において、図6(a)から(f)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図6(a)から(f)に示される符号と同じ符号が付される。発光素子装置4の製造は、図8に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態4に係る発光素子装置4においては、エッチングストップ層45をp型ゲート層13とn型ゲート層12の間に形成することにより、図8に示されるように、n型ゲート層12上にゲート電極93が形成される。このため、エッチング工程におけるエッチングは、n型ゲート層12の上面のエッチングストップ層45で止まる。したがって、p型ゲート層13の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層13の層厚を小さくしたので、発光素子装置4からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置4のスイッチング特性を改善することができる。
また、実施の形態4に係る発光素子装置4においては、エッチングストップ層(n型InGaP層)45をp型ゲート層13とn型ゲート層12の間に形成することによりヘテロ接合が形成され、界面に障壁が生成されて、キャリア輸送が阻害される。しかし、通電時には、p型ゲート層13とn型ゲート層12との間のpnジャンクションは空乏層領域となるため、前記界面に生成された障壁は通電時の特性に影響を与えない。その結果、実施の形態4に係る発光素子装置4においては、スイッチング特性を向上させることができる。
n型InGaP層とp型InGaP層との積層構造のエッチングストップ層を、実施の形態4のエッチングストップ層45に適用することも可能である。
《5−1》発光素子装置5
図10は、本発明の実施の形態5に係る発光素子装置5の概略構造を示す断面図である。図10において、図2及び図5に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2及び図5に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態5に係る発光素子装置5は、第3半導体層53が、第1層531と、第1層531の第4半導体層14側の面に隣接する第2層532と、第2層532の第4半導体層14側の面に隣接する第3層533とを有し、第2層532がエッチングストップ層である点において、実施の形態2に係る発光素子装置2と相違する。例えば、第1層531は、p型AlGaAs層であり、第2層532は、p型InGaP層であり、第3層533は、p型AlGaAs層である。この相違点を除き、実施の形態5に係る発光素子装置5は、実施の形態2に係る発光素子装置2と同じである。
図11(a)から(f)は、図10に示される発光素子装置5の製造プロセスを概略的に示す断面図である。図11(a)から(f)において、図6(a)から(f)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図6(a)から(f)に示される符号と同じ符号が付される。発光素子装置5の製造は、図10に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態5に係る発光素子装置5においては、図11(b)に示されるエッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層53の内部の第2層532のエッチングストップ層で止まる。したがって、p型ゲート層53の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層53の層厚を小さくしたので、発光素子装置5からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置5のスイッチング特性を改善することができる。
《6−1》発光素子装置6
図12は、本発明の実施の形態6に係る発光素子装置6の概略構造を示す断面図である。図12において、図10(実施の形態5)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図10に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態6に係る発光素子装置6は、他のエッチングストップ層(第2層612)を、p型アノード層61の内部にも備えた点において、実施の形態5に係る発光素子装置5と相違する。この相違点を除き、実施の形態6に係る発光素子装置6は、実施の形態5に係る発光素子装置5と同じである。
図13(a)から(f)は、図12に示される発光素子装置6の製造プロセスを概略的に示す断面図である。図13(a)から(f)において、図11(a)から(f)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図11(a)から(f)に示される符号と同じ符号が付される。発光素子装置6の製造は、図12に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態6に係る発光素子装置6においては、図13(b)に示されるエッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層53の内部の第2層532のエッチングストップ層で止まる。したがって、p型ゲート層53の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層53の層厚を小さくしたので、発光素子装置6からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置6のスイッチング特性を改善することができる。
《7−1》発光素子装置7
図14は、本発明の実施の形態7に係る発光素子装置7の概略構造を示す断面図である。図14において、図10(実施の形態5)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図10に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態7に係る発光素子装置7は、以下の2点において、実施の形態5に係る発光素子装置5と相違する。
発光素子装置7は、例えば、以下のように製造される。先ず、製造用基板上のn型AlAs層(剥離層)上に、n型カソード層(n型AlGaAs層)14、p型ゲート層73の第3層(p型AlGaAs層)733、エッチングストップ層である第2層(p型InGaP層)732、p型ゲート層73の第1層(p型AlGaAs層)731、n型ゲート層(n型AlGaAs層)12、及びp型アノード層(p型AlGaAs層)15からなる積層層である発光サイリスタ76を形成する。エッチングストップ層である第2層732は、隣接する半導体層よりも(p型ゲート層73の第1層731及び第3層733のいずれよりも)低いエッチングレートを持つ半導体層である。
以上に説明したように、実施の形態7に係る発光素子装置7においては、エッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層73の内部の第2層732のエッチングストップ層で止まる。したがって、p型ゲート層73の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層73の層厚を小さくしたので、発光素子装置7からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置7のスイッチング特性を改善することができる。
《8−1》発光素子装置8
図15は、本発明の実施の形態8に係る発光素子装置8の概略構造を示す断面図である。図15において、図12(実施の形態6)に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図12に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態8に係る発光素子装置8は、以下の3点において、実施の形態6に係る発光素子装置6と相違する。
発光素子装置8は、例えば、以下のように製造される。先ず、製造用基板上のn型AlAs層(剥離層)上に、n型カソード層(n型AlGaAs層)84の第3層(n型AlGaAs層)843、他のエッチングストップ層である第2層(n型InGaP層)842、n型カソード層84の第1層(n型AlGaAs層)841、p型ゲート層83の第3層(p型AlGaAs層)833、エッチングストップ層である第2層(p型InGaP層)832、p型ゲート層83の第1層(p型AlGaAs層)831、n型ゲート層(n型AlGaAs層)12、及びp型アノード層(p型AlGaAs層)15からなる積層層である発光サイリスタ86を形成する。エッチングストップ層である第2層832は、隣接する半導体層よりも(p型ゲート層83の第1層831及び第3層833のいずれよりも)低いエッチングレートを持つ半導体層である。また、他のエッチングストップ層である第2層842は、隣接する半導体層よりも(n型カソード層84の第1層841及び第3層843のいずれよりも)低いエッチングレートを持つ半導体層である。
以上に説明したように、実施の形態8に係る発光素子装置8においては、エッチング工程におけるエッチングは、p型ゲート層83の内部の第2層832のエッチングストップ層で止まる。したがって、p型ゲート層83の層厚は、必要最低限の厚さとすることができる。このように、p型ゲート層83の層厚を小さくしたので、発光素子装置8からの光取出し効率を向上させ、発光素子装置8のスイッチング特性を改善することができる。
図16は、本発明の実施の形態9に係る光プリントヘッド200の概略構造を示す断面図である。光プリントヘッド200は、電子写真方式の画像形成装置としての電子写真プリンタの露光装置である。図16に示されるように、光プリントヘッド200は、ベース部材201と、COB基板110(図1にも示される。)と、発光素子アレイチップとしての発光サイリスタアレイチップ203(例えば、図1に示される半導体基板120及び発光素子装置1を含む。)と、正立等倍結像レンズとしてのレンズアレイ204と、レンズホルダ205と、クランパ206とを備える。ベース部材201は、COB基板110を固定するための部材であり、その側面には、クランパ206を用いて、COB基板110、及び、レンズホルダ205をベース部材201に固定するための開口部202が設けられている。レンズホルダ205は、例えば、有機高分子材料などを射出成形することによって形成される。COB基板110は、発光サイリスタアレイチップ203を所定の基板上に一体化したユニットである。発光サイリスタアレイチップ203は、駆動回路を有する基板(例えば、図1における半導体基板120)上に発光サイリスタアレイを備えた(発光サイリスタを張り合わせた)ものである。レンズアレイ204は、発光サイリスタアレイチップ203の発光サイリスタアレイ(発光素子アレイ)から出射された光を像担持体としての感光体ドラム上に収束させて結像させる光学レンズ群である。レンズホルダ205は、レンズアレイ204をベース部材110の所定の位置に保持する。クランパ206は、ベース部材201の開口部202及びレンズホルダ205の開口部を介して、各構成部分を挟み付けて保持するバネ部材である。
実施の形態1〜8においては、第1導電型がp型であり、第2導電型がn型である場合を説明するが、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型であってもよい。
Claims (10)
- 発光サイリスタと、
前記発光サイリスタにゲート電流を供給するゲート電極と
を備え、
前記発光サイリスタは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2導電型の第4半導体層とを、この順に積層させた積層構造を含み、
前記発光サイリスタは、前記第3半導体層の前記第4半導体層側の表面上に配置され、前記第4半導体層よりも低いエッチングレートを持つ半導体層であるエッチングストップ層を含み、
前記エッチングストップ層は、前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造であり、
前記エッチングストップ層の前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造は、ホモ接合で形成され、
前記第1導電型の半導体層は前記第3半導体層側に配置され、前記第2導電型の半導体層は前記第4半導体層側に配置され、
前記ゲート電極は、前記エッチングストップ層上に配置された
ことを特徴とする発光素子装置。 - 発光サイリスタと、
前記発光サイリスタにゲート電流を供給するゲート電極と
を備え、
前記発光サイリスタは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2導電型の第4半導体層とを、この順に積層させた積層構造を含み、
前記発光サイリスタは、前記第3半導体層と前記第4半導体層との間に配置され、前記第4半導体層よりも低いエッチングレートを持つ半導体層であるエッチングストップ層を含み、
前記エッチングストップ層は、前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造であり、
前記エッチングストップ層の前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造は、ホモ接合で形成され、
前記第1導電型の半導体層は前記第3半導体層側に配置され、前記第2導電型の半導体層は前記第4半導体層側に配置され、
前記ゲート電極は、前記第3半導体層上に配置された
ことを特徴とする発光素子装置。 - 発光サイリスタと、
前記発光サイリスタにゲート電流を供給するゲート電極と
を備え、
前記発光サイリスタは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2半導体層と、前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2導電型の第4半導体層とを、この順に積層させた積層構造を含み、
前記発光サイリスタは、前記第3半導体層と前記第2半導体層との間に配置され、前記第3半導体層よりも低いエッチングレートを持つ半導体層であるエッチングストップ層を含み、
前記エッチングストップ層は、前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造であり、
前記エッチングストップ層の前記第1導電型の半導体層と前記第2導電型の半導体層との積層構造は、ホモ接合で形成され、
前記第1導電型の半導体層は前記第3半導体層側に配置され、前記第2導電型の半導体層は前記第2半導体層側に配置され、
前記ゲート電極は、前記第2半導体層上に配置された
ことを特徴とする発光素子装置。 - 前記第2半導体層のバンドギャップは、前記第1半導体層のバンドギャップ及び前記第4半導体層のバンドギャップのいずれよりも小さいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光素子装置。
- 前記エッチングストップ層の不純物濃度は、前記エッチングストップ層に隣接する半導体層の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に発光素子装置。
- 前記エッチングストップ層の層厚は、10nmから50nmの範囲内であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の発光素子装置。
- 前記エッチングストップ層は、p型InGaP層とn型InGaP層との積層構造であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の発光素子装置。
- 前記第1半導体層に電気的に接続された第1電極と、
前記第4半導体層に電気的に接続された第2電極と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の発光素子装置。 - 駆動回路を備えた基板をさらに備え、
前記発光サイリスタは、前記基板上に張り付けられた
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の発光素子装置。 - 複数の発光素子部を有する発光素子アレイと、
前記発光素子アレイから出射された光を収束させるレンズアレイと、
を備え、
前記複数の発光素子部の各々は、請求項1から9のいずれか1項に記載の発光素子装置である
ことを特徴とする光プリントヘッド。
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