JP2000323750A - 発光ダイオードアレイ - Google Patents

発光ダイオードアレイ

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JP2000323750A
JP2000323750A JP12881699A JP12881699A JP2000323750A JP 2000323750 A JP2000323750 A JP 2000323750A JP 12881699 A JP12881699 A JP 12881699A JP 12881699 A JP12881699 A JP 12881699A JP 2000323750 A JP2000323750 A JP 2000323750A
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light emitting
light
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diode array
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Tomihisa Yukimoto
富久 行本
Eiichi Kunitake
栄一 国武
Genta Koizumi
玄太 小泉
Takayori Matsuda
孝順 松田
Masahiro Noguchi
雅弘 野口
Toshiya Toyoshima
敏也 豊島
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層で発生した光を効率良く取り出す構造
にすることにより、高出力発光ダイオードアレイを提供
する。 【解決手段】 基板1上に複数の結晶層を積んだエピタ
キシャル層が形成され、メサエッチング溝により分割さ
れた複数個の発光ダイオード部20を有する発光ダイオ
ードアレイにおいて、発光ダイオード部20の表面に形
成される発光部12の両側にその発光ダイオード部20
に電圧を印加するカソード用コンタクト電極10とアノ
ード用コンタクト電極15を形成して、上記発光部12
の発光面直下に電流経路18が形成されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードア
レイに係り、特に電子写真プリンタ光源に用いられる発
光ダイオードアレイに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式のプリンタ光源としては、
主にレーザ方式と発光ダイオードアレイ方式が用いられ
ている。
【0003】特に発光ダイオードアレイ方式は、レーザ
方式のように光路長を長くとる必要がないため、プリン
タを小型化できる、大サイズの印刷が容易であるという
特長を持っている。
【0004】さらに、最近はプリンタの小型化が進んで
おり、より高精細で高出力の発光ダイオードアレイが求
められるようになってきている。
【0005】図3に従来の発光ダイオードアレイの上面
図、図4に従来の発光ダイオードアレイの構造図を示
す。
【0006】図3に示すように、従来の発光ダイオード
アレイは、チップ上に複数の発光部40が一列に並んで
いる。
【0007】そして、その断面構造は、図4に示すよう
に、n型GaAs基板31の上に、n型AlGaAsク
ラッド層32、p型AlGaAs活性層33、p型Al
GaAsクラッド層34、p型GaAsキャップ層35
を順に設けたダブルヘテロ構造となっている。
【0008】発光ダイオードの分離は、p型GaAsキ
ャップ層35からn型AlGaAsクラッド層32まで
メサエッチングすることにより行っている。
【0009】そして、発光ダイオードに電圧を印加する
ためのカソード電極36は、n型GaAs基板31の裏
面全面に、アノード電極37は、p型GaAs層35の
上に金属を蒸着し合金化することにより設けられてい
る。
【0010】さらにアノード電極37の上にAu配線3
8を配線してワイヤボンディングパッド39まで電気的
に接続してある。
【0011】また、発光ダイオードの活性層33で発生
した光は、p型GaAsキャップ層35を透過すること
ができないため、光取り出し部である発光部40は、p
型GaAsキャップ層35をエッチングにより取り除き
設けてある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この発光ダ
イオードアレイの構造は、アノード電極37からカソー
ド電極36に向かって基板31に垂直方向に流れる電流
41がもっとも強く、アノード電極37の真下が光出力
が最も高い。
【0013】しかし、そのアノード電極37の真下で発
生した光は、p型GaAs層35に吸収され外には出る
ことができない。そこでp型GaAsキャップ層35を
エッチングで取り除くことにより窓を開け、この窓を光
を取り出す発光部40とすることになるが、発光部40
は最も光出力が強い部分の真上に設けることができない
ため、光出力が強い部分から漏れた光42を取り出すこ
とになる。
【0014】そのため、特に発光部40の面積を小さく
する必要がある600dpi、1200dpi等の高解
像度のプリンタ光源として用いる場合には、非常に光の
取り出し効率が悪いという問題があった。
【0015】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決し、活性層で発生した光を効率良く取り出
す構造にすることにより、高出力発光ダイオードアレイ
を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、基板上に複数の結晶層を積んだエ
ピタキシャル層が形成され、メサエッチング溝により分
割された複数個の発光ダイオード部を有する発光ダイオ
ードアレイにおいて、発光ダイオード部の表面に形成さ
れる発光部の両側にその発光ダイオード部に電圧を印加
するカソード用コンタクト電極とアノード用コンタクト
電極を形成すると共に上記発光部の発光面直下に電流経
路を形成したものである。
【0017】請求項2の発明は、上記発光部の発光面の
直下に電流拡散層又は電極の直下に電流阻止層を形成し
て発光部の発光面直下に電流経路を形成したものであ
る。
【0018】請求項3の発明は、上記発光部の直下に電
流拡散層と電極の直下に電流阻止層とを形成して発光部
の発光面直下に電流経路を形成したものである。
【0019】すなわち、本発明は、上記目的を達成する
ために、GaAs基板の上に、カソード用コンタクト電
極を設けるための層と、アノード用コンタクト電極を設
けるための結晶層とを設け、それらの層の間に発光ダイ
オード用のダブルヘテロ構造を設けたこと、基板とその
基板の上に設けた発光ダイオードとを電気的に絶縁した
こと、カソード用コンタクト電極またはアノード用コン
タクト電極をメサエッチングの溝の底に設けたこと、発
光ダイオードアレイの上面から見てアノード用コンタク
ト電極とカソード用コンタクト電極を複数の発光部を結
ぶ線(電流経路)を介して反対側に設けたこと、加え
て、エピタキシャル層中においてカソード用コンタクト
電極またはアノード用コンタクト電極の直下に電流阻止
層を設けたこと、発光部直下に電流拡散層を設けたこと
を特徴とするものである。
【0020】上記構成によれば、アノード用コンタクト
電極からの電流が、電流阻止層により発光面直下に案内
され、かつ電流拡散層により発光面直下全体に拡散され
て発光ダイオード部を通り、カソード用コンタクト電極
に流れる。すなわち、電流経路を電極直下から発光部直
下へと誘引できるため、光出力を大幅に向上させること
ができる。
【0021】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0022】図2に本発明にかかる発光ダイオードアレ
イの上面図を示す。
【0023】図2に示すように、発光ダイオードアレイ
は、半絶縁性GaAs基板上に、電圧の印加により発光
するメサ型の発光ダイオード部が形成され、その発光ダ
イオード部のメサ頂面には、発光ダイオード部で発光し
た光を外部に取り出すための多数の発光部12が、メサ
エッチング溝13によりそれぞれが絶縁されて一列に並
んで設けられている。
【0024】さらに、それら発光部12の列に沿って、
一方のメサ溝面には、発光ダイオード部に電圧を印加す
るための帯状のカソード用コンタクト電極15が形成さ
れており、他方のメサ頂面には、各発光部12ごとにア
ノード用コンタクト電極10が形成されている。
【0025】さらに、アノード用コンタクト電極10
は、それぞれAu配線16により外部素子と接続するた
めのボンディングパッド17と電気的に接続されてい
る。
【0026】図1に発光ダイオードアレイの構造断面図
を示す。
【0027】図1に示すように、この発光ダイオードア
レイの発光ダイオード部20は、半絶縁性GaAs基板
1上に、アンドープGaAsバッファ層2、n型GaA
s層3、n型AlGaAsクラッド層4、p型AlGa
As活性層5、及びp型AlGaAsクラッド層6が順
に積層されて構成されると共にメサエッチング溝13に
よりメサ型に形成されている。
【0028】さらに、上述した発光部12は、その発光
ダイオード部20の頂面の真上に電流拡散層8を挟んで
形成されている。
【0029】アノード用コンタクト電極10は、上述し
たように、発光ダイオード部20のメサ頂面に形成され
ており、電流阻止層7と、上述した電流拡散層8と、ア
ノード用コンタクト電極10を形成するキヤップ層の一
部11とを挟んで形成されている。
【0030】また、カソード用コンタクト電極15は、
上述したように発光ダイオード部20のメサ溝面である
n型GaAs層3上に形成されている。
【0031】次にこの発光ダイオードアレイの製造方法
を作用と共に説明する。
【0032】半絶縁性GaAs基板1の(100)表面
上に、MOVPE法によりアンドープGaAsバッファ
層2を1μm、キャリア濃度4×1019cm-3のn型G
aAs層3を2μm、キャリア濃度3×1017cm-3
型AlGaAsクラッド層4を2μm、キャリア濃度1
×1018cm-3のp型AlGaAs活性層5を1μm、
キャリア濃度2×1018cm-3のp型AlGaAsクラ
ッド層6を3μm、キャリア濃度1×1018cm-3のn
型AlGaAs電流阻止層7を200nm順次成長させ
る。
【0033】そして、電流阻止層7はアノード用コンタ
クト電極10の直下のみを残しエッチングにより選択的
に除去する。
【0034】さらにMOVPE法により、キャリア濃度
5×1018cm-3のp型AlGaAs電流拡散層8を3
00nm、キャリア濃度4×1019cm-3のp型GaA
sキャップ層9を500nm順次、2度目の成長をさせ
る。
【0035】最上層であるp型GaAsキャップ層9
は、アノード用コンタクト電極10を形成するキャップ
層の一部11のみ残してウェットエッチングにより除去
する。
【0036】そして、各発光部12を電気的に分離する
ために、ウェットエッチングによりメサエッチング溝1
3を形成する。なお、メサエッチング溝13の深さはn
型GaAs層3が露出する7.5μmとする。
【0037】さらに、全表面を覆うようにCVDにより
PSG膜14を0.5μm成長させる。
【0038】そして、アノード電極10とカソード電極
15を形成する部分のPSG膜14をフッ酸により除去
する。アノード用コンタクト電極10は、p型GaAs
キャップ層9の上にAuZn/Ni/Auを蒸着、アロ
イすることにより形成する。カソード用コンタクト電極
15は、メサエッチング溝13の底に露出しているn型
GaAs層3の上にAuGe/Ni/Auを蒸着、アロ
イすることにより形成する。
【0039】最後にAu配線16によりアノード用コン
タクト電極10、カソード用コンタクト電極15のそれ
ぞれをボンディングパッド17まで引き出し、発光ダイ
オードアレイが製造される。
【0040】このようにして製造された発光ダイオード
アレイは、アノード用コンタクト電極10とカソード用
コンタクト電極15との間に電圧を印加すると、アノー
ド用コンタクト電極10からの電流は、電流阻止層7と
電流拡散層8とに案内されて発光ダイオード部20と発
光部12との間に拡散された後、発光ダイオード部20
のエピ層をほぼ垂直に通って流れた後、発光ダイオード
部20を挟んでアノード用コンタクト電極10の反対側
に形成されたカソード用コンタクト電極15に流れる。
このように、電流経路18は、電極10直下から、発光
部12直下へと誘引される。
【0041】これにより、もっとも強い電流が発光部1
2の発光面直下を流れることになり、最も出力が高い光
がこの発光部12から出力する。この結果、従来の約5
倍の光出力を得ることができる。
【0042】また、本実施の形態では、半絶縁性GaA
s基板1の上にn型の結晶を下にしたn型、p型の順の
発光ダイオード用結晶構造について説明したが、半絶縁
性GaAs基板1の上にp型の結晶を下にしたp型、n
型の順の発光ダイオード用結晶構造においても、発光ダ
イオードの極性が変わるだけで、同様の効果が得られ
る。
【0043】このとき、電流阻止層7、電流拡散層8の
伝導性は、本実施の形態とは逆に配置される。
【0044】更に、電流阻止層7の材料として、本実施
の形態ではAlGaAsを用いたが、GaAsを用いて
もよい。
【0045】また、本実施の形態では半絶縁性GaAs
基板1を用いたが、導電性の基板であっても、その上に
アンドープGaAsなどの高抵抗層を設けるか、p−n
−pまたはn−p−nとなる構造にすれば、電気的に絶
縁できるので適用可能である。
【0046】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、光取り出
し効果の高い高出力の発光ダイオードアレイを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す発光ダイオードア
レイの構造図である。
【図2】図1の発光ダイオードアレイの上面図である。
【図3】従来の発光ダイオードアレイの上面図である。
【図4】図3の発光ダイオードアレイの構造図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 4 n型AlGaAsクラッド層 5 p型AlGaAs活性層 6 p型AlGaAsクラッド層 7 n型AlGaAs電流阻止層 8 p型AlGaAs電流拡散層 10 アノード用コンタクト電極(アノード電極) 12 発光部 13 メサエッチング溝 15 カソード用コンタクト電極(カソード電極) 18 電流経路 20 発光ダイオード部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 玄太 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 松田 孝順 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 野口 雅弘 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 豊島 敏也 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 Fターム(参考) 2C162 FA17 FA23 FA50 5F041 AA03 CA35 CA36 CA74 CB01 CB25 FF13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に複数の結晶層を積んだエピタキ
    シャル層が形成され、メサエッチング溝により分割され
    た複数個の発光ダイオード部を有する発光ダイオードア
    レイにおいて、発光ダイオード部の表面に形成される発
    光部の両側にその発光ダイオード部に電圧を印加するカ
    ソード用コンタクト電極とアノード用コンタクト電極を
    形成すると共に上記発光部の発光面直下に電流経路を形
    成したことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
  2. 【請求項2】 発光部の発光面の直下に電流拡散層又は
    電極の直下に電流阻止層を形成して発光部の発光面直下
    に電流経路を形成した請求項1記載の発光ダイオードア
    レイ。
  3. 【請求項3】 発光部の直下に電流拡散層と電極の直下
    に電流阻止層とを形成して発光部の発光面直下に電流経
    路を形成した請求項1記載の発光ダイオードアレイ。
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