JP3842539B2 - LED array - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子に関し、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LEDアレイに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
特開平10−242507号に示された従来のLEDアレイを図2により説明する。
【0003】
このLEDアレイによれば、n型のGaAs基板1上にn型のGaAsバッファ層2、n型のAlGaAsクラッド層3、P型のAlGaAs活性層4、P型のAlGaAsクラッド層5、およびP型のコンタクト層6が順次形成され、このコンタクト層6の表面にP側電極7を設け、さらにn型のGaAs基板1の裏面にはn側電極8を設け、これでもって発光素子の構造となしている。
【0004】
そして、上記構成のLEDアレイについては、素子分離の際のウエットエッチングにより緩やかな逆メサ形状を形成し、これによって発光効率を上昇させている。
【0005】
すなわち、AlGaAs/GaAs系LEDアレイにて素子分離の際、硫酸/過酸化水素/水を用いたウエットエッチングを行なうが、その際に異方性エッチングが行なわれ、そのために発光素子のある方位にのみ逆メサ形状が現われる。(100)面に成膜した際、(011)面には逆メサ形状が現われ、(011)面においては順メサ形状となる。また、AlGaAs層とGaAs層でのエッチングレートにも差があり、AlGaAs層はGaAs層に比べてエッチングレートがはやく、この層構成によって逆メサ形状の角度に変化する。
【0006】
以上のように、通常、ゆるやかな逆メサ形状をしており、界面での反射を用いて発光効率を上げている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のAlGaAs系LEDアレイにおいては、発光素子を高密度にて配列したことにともなって、各素子のサイズが小さくなり、そのためにP側電極7によって素子を覆う面積割合が大きくなり、素子内部で発光した光の内、P側電極7でもって遮られる割合が大きくなる傾向にあり、その結果、発光強度が著しく低下していた。したがって本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は各素子の発光強度を高めたLEDアレイを提供することにある。
【0008】
本発明の他の目的は発光素子を高密度に配列したことで、高密度ページプリンタに好適なLEDアレイを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のLEDアレイは、一導電型を呈する半導体基板と、前記半導体基板上に複数個島状に配列されて成る発光素子であって、一導電型を呈するバッファ層と、発光波長に対し屈折率の異なる層が交互に積層されて成る光反射層と、一導電型を呈する第一クラッド層と、発光する活性層と、前記発光を上部より取り出すようにした逆導電型の第二クラッド層と、一方電極とが順次形成されて成り、この発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて逆メサ形状を成すとともに、前記一方電極が前記第二クラッド層上の端部付近で前記光反射層の外側に配設されて成る発光素子と、前記半導体基板の裏面に設けられた他方電極と、を備えることを特徴とする。
【0010】
これに対し、本発明のLEDアレイは、上記構成のようにバッファ層と第一クラッド層との間に、発光波長に対し屈折率の異なる層を交互に積層してなる光反射層を介在させ、この発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて逆メサ形状を成すようにしたことで、発光素子を島状に分離する際、発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて強い逆メサ形状となっている。
【0011】
加えて、一方電極を素子の第二クラッド層上の端部付近で光反射層の外側に配設したことで、その一方電極直下の電流密度が高くなるにしても、上述した如く発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて強い逆メサ形状を成すことで、電流を電極直下からずれた箇所に集中され、そのために電極直下以外で最も強い発光が生じる構造となり、その結果、活性層で発光した光を効率良く取り出すことができる。
【0012】
また、活性層で発光した光は上下左右に広がりをもっているが、横方向に発した光が素子内部から屈折率の異なる外部に出る界面にて逆メサ形状が強くなると、界面に入射する角度が広くなり、界面での反射率が上がり、これにより、横方向の光を上方向に導く割合が多くなり、その結果、発光効率が上がる。
【0013】
さらにまた、本発明においては、バッファ層と第一クラッド層との間に光反射層を介在したことで、下方向へ発光した光を反射鏡による効果でもって上方向へ反射させ、これによって発光効率をさらに向上させる。
【0014】
ちなみに、反射鏡として光学的に屈折率の違う媒質を1/4波長の光学的距離で交互に積層した構成にすることで反射鏡となることがDufour等により報告されている(Rev. Opt., vol.32(1953)pp.321)。
【0015】
この報告によれば、発光波長λに対し屈折率nの異なる膜を厚さd=λ/4nずつ、交互に積層した構成であって、交互に積層する媒質の屈折率の差が大きいほど、反射効果が大きいことが記述されている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明のLEDヘッドにおいて島状に配列した各半導体発光素子の概略断面図である。本例においては、赤色AlGaAs系LEDアレイを例示する。
【0017】
図1において、9は半導体基板であり、この半導体基板9の一主面に、一導電型バッファ層10と、発光波長に対し異なる屈折率を有する光反射層を構成する層11a、11bと、前記第一クラッド層である一導電型半導体クラッド層12と、逆導電型半導体活性層13と、前記第ニクラッド層である逆導電型半導体クラッド層14とを順次積層し、さらに逆導電型半導体クラッド層14上の端部付近に逆導電型コンタクト層15と一方電極16とを順次積層する。
【0018】
また、半導体基板9の他主面には他方電極17を形成する。
【0019】
半導体基板9は一導電型不純物を1×1017〜1019atoms/cm3程度含有し、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やサファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板から成る。
【0020】
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に用いられる。サファイアの場合、C面基板が好適に用いられる。
【0021】
バッファ層10はガリウム砒素(GaAs)などからなり一導電型不純物(Si等)を1×1017〜1019atoms/cm3程度含有し、基板8と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もしくは低減させるため2〜4μm程度の厚みに形成している。
【0022】
発光波長に対し屈折率の異なる層を交互に積層してなる光反射層は層11aと層11bとの積層構造である。
【0023】
層11aはアルミニウム砒素(AlAs)、もしくは後述のクラッド層12よりAl組成の大きいアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)から形成され、0.04〜0.07μm程度の厚みである。
【0024】
また、層11bはガリウム砒素(GaAs)から形成され、0.04〜0.07μm程度の厚みである。
【0025】
そして、層11aと層11bとを交互に積層することで、光反射性が得られる。これら双方の層は、それぞれ少なくとも5層設けるとよい。
【0026】
層11aは第一の反射膜として屈折率2.97のアルミニウム砒素(AlAs)、もしくは屈折率3.156以下のアルミニウム組成X=0.7以上のアルミニウムガリウム砒素(AlxGa1−xAs)から形成され、0.04〜0.07μm程度の厚みである。
【0027】
また層11bは第二の反射膜として屈折率3.59のガリウム砒素(GaAs)を用い、0.04〜0.07μm程度の厚みである。これらを交互に5〜20周期分繰り返し、最後にアルミニウム砒素(AlAs)もしくはアルミニウムガリウム砒素(AlxGa1−xAs)を積層させる。このよう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交互に積層した構成にすることで反射鏡として用いることができる。
【0028】
一導電型半導体クラッド層12は、電子の注入層として構成される。そして、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)から形成され、シリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3程度含有し、0.2〜4μm程度の厚みである。
【0029】
逆導電型半導体活性層13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。
【0030】
逆導電型半導体クラッド層14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。
【0031】
なお、キャリア閉じ込め効果と光透過性を考慮して逆導電型半導体活性層13と逆導電型半導体クラッド層14について、そ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。
【0032】
オーミックコンタクト層15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。
【0033】
次にこのような半導体素子の製造方法を説明する。
【0034】
まず、MOCVD法により基板9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9表面上の酸化物を除去する。
【0035】
次に基板温度500℃〜800℃にてトリメチルガリウム(以下、TMG)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10を2〜4μm形成する。
【0036】
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)、アルシンガス(AsH3)とシランガス(SiH4)をドーパントガスを用いて、層11aを形成する。次に原料ガスとしてTMG、アルシンガス(AsH3)とシランガス(SiH4)をドーパントガスを用いて、層11bを形成する。
【0037】
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半導体クラッド層12を形成する。その上にジメチル亜鉛(以下、DMZ)をドーパントガスとして用いて逆導電型半導体活性層13、逆導電型半導体クラッド層14およびオーミックコンタクト層15を順次形成する。
【0038】
このように各層を順次積層し、そして、エッチングすることで、図1に示すように各素子は強い逆メサ形状となる。
【0039】
このエッチング工程を図3〜図5により説明する。本発明においては、光反射層の層11aおよび層11bのエッチングレートは、一導電型バッファ層10および一導電型半導体クラッド層12の双方のエッチングレートに比べて大きくしている。
【0040】
かかる構成によれば、成長後の結晶層に対し、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が、その際、エッチング液が上部より膜をエッチングし、図3に示すようにゆるやかな逆メサ形状を形成する。18はエッチングをする時に用いるレジストマスクである。
【0041】
その後、エッチングが進み、Al組成の高い光反射層の層11aおよび層11bが現れた時にエッチングレートが速くなり、そして、横方向へのエッチングも大きく進み、この層のエッチングにより図4に示すよう強い逆メサ形状となる。
【0042】
その後、図5に示すように、エッチングレートの遅いバッファ層が現われ、順メサ形状となる。
【0043】
しかる後に、蒸着法やスパッタリング法を用いて金・ゲルマニウム(AuGe)などにより一方電極16および他方電極17を形成する。
【0044】
かくして本発明のLEDアレイによれば、一導電型バッファ層10と一導電型半導体クラッド層12との間に、上記構成の層11aと層11bからなる光反射層を介在したことで、発光素子を島状に分離する際、発光素子の断面形状が強い逆メサ形状となり、しかも、一方電極を各素子の端部付近に配設したことで、その一方電極16直下の電流密度が高くなるにしても、電流を電極直下からずれた箇所に集中され、これにより、一方電極16の直下以外で最も強い発光が生じる構造となり、その結果、活性層で発光した光を効率良く取り出すことができた。
【0045】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明のLEDアレイによれば、一導電型を呈する半導体基板と、前記半導体基板上に複数個島状に配列されて成る発光素子であって、一導電型を呈するバッファ層と、発光波長に対し屈折率の異なる層が交互に積層されて成る光反射層と、一導電型を呈する第一クラッド層と、発光する活性層と、前記発光を上部より取り出すようにした逆導電型の第二クラッド層と、一方電極とが順次形成されて成り、この発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて逆メサ形状を成すとともに、前記一方電極が前記第二クラッド層上の端部付近で前記光反射層の外側に配設されて成る発光素子と、前記半導体基板の裏面に設けられた他方電極と、を備える構成にしている。
【0046】
従来のLEDアレイにおいては、素子のほぼ中央部に電極を設けたことで、その電極直下の電流密度が高くなり、これによって電極直下において発光がもっとも強くなり、その上、このような電極は金属から成ることで、遮光性があり、発光が遮られ、発光を効率的に出射させることができなかったが、これに対し、本発明のLEDアレイは、上記構成のようにバッファ層と第一クラッド層との間に、発光波長に対し屈折率の異なる層を交互に積層してなる光反射層を介在させ、この発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて逆メサ形状を成すようにしたことで、発光素子を島状に分離する際、発光素子の断面形状が強い逆メサ形状となっており、しかも、一方電極を素子の第二クラッド層上の端部付近で光反射層の外側に配設したことで、その一方電極直下の電流密度が高くなるにしても、上述した如く発光素子の断面形状が強い逆メサ形状を成すことで、電流を電極直下からずれた箇所に集中され、そのために電極直下以外で最も強い発光が生じる構造となり、その結果、活性層で発光した光を効率良く取り出すことができた。
【0047】
また、本発明によれば、活性層で発光した光は上下左右に広がりをもっているが、横方向に発した光が素子内部から屈折率の異なる外部に出る界面にて逆メサ形状が強くなると、界面に入射する角度が広くなり、界面での反射率が上がり、これにより、横方向の光を上方向に導く割合が多くなり、その点でも発光効率が顕著に上がった。
【0048】
さらにまた、本発明においては、活性層で発光した光の内、残りの下方向への光について屈折率の異なる媒質を1/4波長の光学的距離で交互に積層した光反射層にて、上方向に反射し、発光効率を顕著に上げることができ、その点でも発光効率が著しく向上した。
【0049】
以上のように本発明の構成にすることにより活性層で発生した上下左右全ての方向の光を効率良く上方向に取り出すことができる。
【0050】
さらにまた、本発明においては、各素子の発光強度を高め、発光素子を高密度に配列したことで、高密度ページプリンタに好適なLEDアレイが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のLEDアレイの発光素子の断面図である。
【図2】 従来のLEDアレイの発光素子の断面図である。
【図3】 本発明のLEDアレイを作製した際の一工程図である。
【図4】 本発明のLEDアレイを作製した際の一工程図である。
【図5】 本発明のLEDアレイを作製した際の一工程図である。
【符号の説明】
9・・・半導体基板
10・・・一導電型バッファ層
11a、11b・・・光反射層を構成する層
12・・・一導電型半導体クラッド層
13・・・逆導電型半導体活性層
14・・・逆導電型半導体クラッド層
15・・・逆導電型コンタクト層
16・・・一方電極
17・・・他方電極
18・・・レジストマスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to an LED array used for an exposure light source of a photosensitive drum for a page printer.
[0002]
[Prior art]
A conventional LED array disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-242507 will be described with reference to FIG.
[0003]
According to this LED array, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type AlGaAs cladding layer 3, a P-type AlGaAs active layer 4, a P-type
[0004]
And about the LED array of the said structure, the gentle reverse mesa shape is formed by the wet etching at the time of element isolation, and, thereby, luminous efficiency is raised.
[0005]
That is, when elements are separated in an AlGaAs / GaAs LED array, wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide / water is performed. At that time, anisotropic etching is performed, so that the light emitting element is oriented in a certain direction. Only the reverse mesa shape appears. When the film is formed on the (100) plane, an inverted mesa shape appears on the (011) plane, and a forward mesa shape appears on the (011) plane. Also, there is a difference in the etching rate between the AlGaAs layer and the GaAs layer, and the AlGaAs layer has a faster etching rate than the GaAs layer, and changes to an inverted mesa-shaped angle depending on this layer configuration.
[0006]
As described above, usually, it has a gentle inverted mesa shape, and the luminous efficiency is increased by using reflection at the interface.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional AlGaAs-based LED array, as the light emitting elements are arranged at a high density, the size of each element is reduced, so that the area ratio that covers the element by the P-
[0008]
Another object of the present invention is to provide an LED array suitable for a high density page printer by arranging light emitting elements at a high density.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The LED array of the present invention is a light emitting device having a semiconductor substrate exhibiting one conductivity type and a plurality of islands arranged on the semiconductor substrate, the buffer layer exhibiting one conductivity type, and being refracted with respect to the emission wavelength. A light reflection layer in which layers having different rates are alternately stacked, a first cladding layer having one conductivity type, an active layer that emits light, and a second cladding layer of reverse conductivity type in which the emitted light is extracted from above. And the one electrode are sequentially formed, and the cross-sectional shape of the light emitting element forms an inverted mesa shape from the top toward the light reflecting layer, and the one electrode is near the end on the second cladding layer. And a light emitting element disposed outside the light reflecting layer, and the other electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate.
[0010]
In contrast, LED array of the present invention, between the buffer layer and the first cladding layer as in the above-described configuration, is interposed a light reflecting layer formed by alternately stacking layers of different refractive index with respect to the emission wavelength , by cross-sectional shape of the light emitting element from the top to form a reverse mesa shape toward the light reflection layer, when separating the light-emitting element in an island shape, the light reflective cross-sectional shape of the light emitting device from the top Strong reverse mesa shape toward the layer .
[0011]
In addition, even if the one electrode is disposed outside the light reflecting layer in the vicinity of the end portion on the second cladding layer of the device, even if the current density directly below the one electrode increases, By forming a strong reverse mesa shape from the upper part toward the light reflecting layer from above , the current is concentrated at a location shifted from directly below the electrode, and therefore, the structure produces the strongest light emission other than immediately below the electrode, and as a result, The light emitted from the active layer can be extracted efficiently.
[0012]
The light emitted from the active layer spreads vertically and horizontally, but when the inverse mesa shape becomes strong at the interface where the light emitted in the lateral direction exits from the inside of the element where the refractive index is different, the angle of incidence on the interface is increased. It becomes wider and the reflectivity at the interface increases, thereby increasing the ratio of guiding the lateral light upward, and as a result, the luminous efficiency increases.
[0013]
Furthermore, in the present invention, since the light reflecting layer is interposed between the buffer layer and the first cladding layer, the light emitted downward is reflected upward by the effect of the reflecting mirror, thereby emitting light. Further improve efficiency.
[0014]
By the way, Dufour et al. Have reported that a reflecting mirror is formed by alternately laminating media having different refractive indexes as optical reflectors at an optical distance of ¼ wavelength (Rev. Opt. , vol.32 (1953) pp.321).
[0015]
According to this report, a structure in which films having different refractive indexes n with respect to an emission wavelength λ are alternately stacked with a thickness d = λ / 4n, and the difference in the refractive index of the alternately stacked media is larger. It is described that the reflection effect is large.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of semiconductor light emitting elements arranged in an island shape in the LED head of the present invention. In this example, a red AlGaAs LED array is illustrated.
[0017]
In FIG. 1,
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In the case of a single crystal semiconductor substrate, a substrate in which the (100) plane is turned off by 2 to 7 degrees in the <011> direction is preferably used. In the case of sapphire, a C-plane substrate is preferably used.
[0021]
The
[0022]
The light reflecting layer formed by alternately laminating layers having different refractive indexes with respect to the emission wavelength has a laminated structure of the layers 11a and 11b.
[0023]
The layer 11a is made of aluminum arsenide (AlAs) or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) having an Al composition larger than that of the
[0024]
The layer 11b is made of gallium arsenide (GaAs) and has a thickness of about 0.04 to 0.07 μm.
[0025]
And light reflectivity is obtained by laminating | stacking the layer 11a and the layer 11b alternately. It is preferable to provide at least five of these two layers.
[0026]
The layer 11a is formed of aluminum arsenic (AlAs) having a refractive index of 2.97 or aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1-x As) having a refractive index of 3.156 or less and an aluminum composition X = 0.7 or more as a first reflective film. The thickness is about 0.07 μm.
[0027]
The layer 11b uses gallium arsenide (GaAs) with a refractive index of 3.59 as the second reflective film, and has a thickness of about 0.04 to 0.07 μm. These are alternately repeated for 5 to 20 cycles, and finally aluminum arsenic (AlAs) or aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1-x As) is laminated. Thus, it can use as a reflecting mirror by making it the structure which laminated | stacked the medium from which a refractive index differs optically by the optical distance of 1/4 wavelength.
[0028]
The one-conductivity-type semiconductor clad
[0029]
The reverse conductivity type semiconductor active layer 13 is made of aluminum gallium arsenide (AlGaAs), contains about 1 × 10 16 to 10 21 atoms / cm 3 of reverse conductivity type semiconductor impurities such as zinc (Zn), and is about 0.1 to 4 μm. Of the thickness.
[0030]
The reverse conductivity type semiconductor clad
[0031]
In consideration of the carrier confinement effect and light transmissivity, the mixed conductivity ratio of aluminum arsenic (AlAs) and gallium arsenide (GaAs) is different between the reverse conductive semiconductor active layer 13 and the reverse conductive semiconductor clad
[0032]
The
[0033]
Next, a method for manufacturing such a semiconductor element will be described.
[0034]
First, the
[0035]
Next, trimethyl gallium (hereinafter referred to as TMG), arsine gas (AsH 3 ), and silane gas (SiH 4 ) are supplied as dopant gases at a substrate temperature of 500 ° C. to 800 ° C. to form the
[0036]
A layer 11a is formed thereon using TMG, trimethylaluminum (hereinafter, TMA), arsine gas (AsH 3 ), and silane gas (SiH 4 ) as source gases as dopant gases. Next, the layer 11b is formed by using TMG, arsine gas (AsH 3 ), and silane gas (SiH 4 ) as raw material gases and a dopant gas.
[0037]
Thereafter, the one-conductivity-type semiconductor clad
[0038]
By sequentially laminating and etching each layer in this way, each element has a strong inverted mesa shape as shown in FIG.
[0039]
This etching process will be described with reference to FIGS. In the present invention, the etching rate of the layers 11a and 11b of the light reflecting layer is larger than the etching rate of both the one-conductivity
[0040]
According to such a configuration, a mesa structure is formed on the crystal layer after growth using a sulfuric acid / hydrogen peroxide etching solution. At this time, the etching solution etches the film from above, and the structure is shown in FIG. A gentle reverse mesa shape is formed.
[0041]
After that, the etching progresses, and when the light reflecting layer 11a and the layer 11b having a high Al composition appear, the etching rate becomes faster, and the etching in the lateral direction also proceeds greatly. As shown in FIG. Strong reverse mesa shape.
[0042]
Thereafter, as shown in FIG. 5, a buffer layer having a low etching rate appears, and has a forward mesa shape.
[0043]
Thereafter, the one
[0044]
Thus, according to the LED array of the present invention, the light reflecting layer composed of the layer 11a and the layer 11b having the above-described structure is interposed between the one-conductivity
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the LED array of the present invention, a semiconductor substrate exhibiting one conductivity type, a light-emitting element arranged in a plurality of islands on the semiconductor substrate, the buffer layer exhibiting one conductivity type, A light reflection layer in which layers having different refractive indexes with respect to the emission wavelength are alternately laminated, a first cladding layer exhibiting one conductivity type, an active layer that emits light, and a reverse conductivity that extracts the emitted light from above. The second clad layer of the mold and one electrode are sequentially formed, and the cross-sectional shape of the light emitting element forms an inverted mesa shape from the top toward the light reflecting layer, and the one electrode is the second clad layer A light emitting element disposed outside the light reflecting layer in the vicinity of the upper end portion and a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate are provided.
[0046]
In the conventional LED array, the electrode is provided at the substantially central portion of the element, so that the current density directly under the electrode becomes high, and thereby the light emission is the strongest directly under the electrode. However, the LED array according to the present invention has a buffer layer and a first layer as described above. A light reflecting layer formed by alternately laminating layers having different refractive indexes with respect to the emission wavelength is interposed between the cladding layer and the cross-sectional shape of the light emitting element has an inverted mesa shape from the top toward the light reflecting layer. in the the fact as to form, when separating the light-emitting element in an island shape, the sectional shape of the light emitting element has a strong inverse mesa, moreover, one electrode to a vicinity of the end on the second clad layer of the element Arranged outside the light reflecting layer Thus, even if the current density directly under one of the electrodes becomes high, the cross-sectional shape of the light-emitting element forms a strong reverse mesa shape as described above, so that the current is concentrated at a location shifted from directly under the electrode. The structure produced the strongest light emission except directly below, and as a result, the light emitted from the active layer could be extracted efficiently.
[0047]
Further, according to the present invention, the light emitted from the active layer spreads up and down, left and right, but when the reverse mesa shape becomes stronger at the interface where the light emitted in the lateral direction exits from the inside of the element where the refractive index is different, The angle incident on the interface is widened, and the reflectance at the interface is increased. As a result, the ratio of guiding the light in the lateral direction is increased, and the luminous efficiency is also remarkably increased.
[0048]
Furthermore, in the present invention, among the light emitted from the active layer, a light reflecting layer in which a medium having a different refractive index is alternately laminated at an optical distance of ¼ wavelength with respect to the remaining downward light, Reflected upward, the luminous efficiency was remarkably increased, and the luminous efficiency was remarkably improved in that respect.
[0049]
As described above, by adopting the configuration of the present invention, light in all directions of the upper, lower, left and right directions generated in the active layer can be efficiently extracted upward.
[0050]
Furthermore, in the present invention, an LED array suitable for a high-density page printer can be provided by increasing the light emission intensity of each element and arranging the light-emitting elements at a high density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting element of an LED array of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a light emitting element of a conventional LED array.
FIG. 3 is a process diagram when the LED array of the present invention is manufactured.
FIG. 4 is a process diagram when the LED array of the present invention is manufactured.
FIG. 5 is a process diagram when the LED array of the present invention is manufactured.
[Explanation of symbols]
9 ... Semiconductor substrate
10 ... One conductivity type buffer layer
11a, 11b ... layers constituting the light reflection layer
12 ... One conductivity type semiconductor clad layer
13 ... Reverse conductivity type semiconductor active layer
14 ... Reverse conductivity type semiconductor clad layer
15 ... Reverse conductivity type contact layer
16 ... One electrode
17 ... Other electrode
18 ... Resist mask
Claims (1)
前記半導体基板上に複数個島状に配列されて成る発光素子であって、一導電型を呈するバッファ層と、発光波長に対し屈折率の異なる層が交互に積層されて成る光反射層と、一導電型を呈する第一クラッド層と、発光する活性層と、前記発光を上部より取り出すようにした逆導電型の第二クラッド層と、一方電極とが順次形成されて成り、この発光素子の断面形状が上部から前記光反射層に向けて逆メサ形状を成すとともに、前記一方電極が前記第二クラッド層上の端部付近で前記光反射層の外側に配設されて成る発光素子と、
前記半導体基板の裏面に設けられた他方電極と、を備えるLEDアレイ。A semiconductor substrate exhibiting one conductivity type;
A plurality of island-like light emitting elements arranged on the semiconductor substrate, a buffer layer exhibiting one conductivity type, a light reflecting layer in which layers having different refractive indexes with respect to the emission wavelength are alternately stacked; A first clad layer exhibiting one conductivity type, an active layer that emits light, a second clad layer of opposite conductivity type that allows the emission to be extracted from above, and one electrode are sequentially formed . A light emitting device having a cross-sectional shape of an inverted mesa shape from the top toward the light reflecting layer, and the one electrode disposed outside the light reflecting layer in the vicinity of the end on the second cladding layer;
An LED array comprising: the other electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate.
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