JP2001217457A

JP2001217457A - 発光素子アレイ

Info

Publication number: JP2001217457A
Application number: JP2000021455A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ono; 誠治大野; Yukihisa Kusuda; 幸久楠田; Shunsuke Otsuka; 俊介大塚; Yasuhisa Kuroda; 靖尚黒田; Takahisa Arima; 尊久有馬; Hideaki Saito; 英昭斉藤
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】温度分布により光量分布が生じることを防止
した発光素子アレイを提供する。【解決手段】発光素子アレイチップ１０の両端部のボ
ンディングパッド３ａ，３ｂの面積を他のボンディング
パッドの２倍にした。金属の熱コンダクタンスは大きい
ため、まず金属配線に熱が流れ、その後、基板に流れ込
む。このため、ボンディングパッドの面積を大きくする
ことで、チップ両端部の熱コンダクタンスが改善され
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、発光素子アレイ、
特にチップ両端部の温度上昇を防止した発光素子アレイ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光プリンタに用いられる発光素子アレイ
には、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられてい
る。このようなＬＥＤを用いた発光素子アレイでは、配
列ピッチがワイヤボンディング法の限界ピッチにより決
まり、５００ｄｐｉ（ビット／インチ）が限界であり、
ＬＥＤを高密度に配置して、発光素子アレイの解像度を
高めることができなかった。

【０００３】このような問題を解決するため、本出願人
は、ｐｎｐｎ構造の３端子発光サイリスタを用いた発光
素子アレイを提案し、既に特許を得ている（特許第２８
０７９１０号）。

【０００４】この特許に係る技術によれば、発光サイリ
スタのアレイをｎ個（ｎは２以上の整数）毎にブロック
化し、各ブロック毎にゲート選択線を共通にし、かつ、
各ブロック毎にアノードまたはカソードを共通の電極に
接続している。このようにすることにより、発光のため
の信号を供給する電極の数を少なくすることができるの
で、発光素子の配列ピッチを小さくすることができる。

【０００５】図１は、このような発光サイリスタを用い
た発光素子アレイチップの一例を示す。このチップ１の
寸法は、３００μｍ×４００μｍ×５．４ｍｍ（厚さＤ
×幅Ｗ×長さＬ）である。チップの長辺に発光点２が１
２８個並んでおり、配列ピッチは、６００ｄｐｉであ
る。ゲート選択線が４本あり、ボンディングパッド３の
数は（３２＋４）個であり、ボンディングパッドの大き
さは１００×１００μｍである。４個の隣り合った発光
サイリスタが１つのボンディングパッドに対応し、ゲー
ト選択線用ボンディングパッドは、第５，１４，２３，
３２番目に置かれる。ボンディングパッド金属の膜厚は
１μｍである。発光サイリスタの発光領域とワイヤボン
ディング位置との距離は、ｄ＝２００μｍである。ここ
に、ワイヤボンディング位置とは、ボンディングパッド
へのワイヤボンディングの金線の押しつけ位置を意味し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１に示したようなチ
ップ長辺に発光点が並んでいる発光素子アレイでは、両
端の切断部分で基板が途切れるため、両端部は中央部に
比べて熱コンダクタンスが低い。全発光素子の点灯を続
けていると、チップ温度が上昇して光量低下が起こる。
このとき、チップ両端部は、前述したように熱コンダク
タンスが低いので、温度上昇による光量低下が著しい。
図２は、発光デューティを変えたときの発光サイリスタ
アレイの光出力分布を示す図であり、縦軸は、光量であ
り、温度がほとんど上昇しないと期待される０．１％デ
ューティでの測定結果に対する相対値を示している。光
出力の温度係数を１％／℃と見ると、発光デューティ２
５％では、１８℃温度上昇していることになる。

【０００７】このような光出力分布のため、全点灯を続
けた後、低濃度の出力を出すと、温度分布の影響で、チ
ップの継ぎ目のところの露光量が少な目になり、筋ムラ
となる。この温度分布は、点灯率によって変わり、しか
も、数十〜数百ｍｓのゆっくりとした変化のため、電流
や点灯時間調整による光量補正では対処が難しい。この
チップ両端部の光量低下は、チップ両端で基板が途切れ
るため、前述したように熱コンダクタンスが低くなって
いるためである。すなわち、発光に伴う発熱は、ほとん
ど基板を通して裏面に逃がされており、チップ両端部で
は、発光点から見た基板の体積が半分になるため、熱コ
ンダクタンスが約半分となり、中心部よりも温度上昇が
約２倍となっている。熱コンダクタンスは、およそ発光
点を中心に、基板厚を半径および高さとする円柱の体積
に比例することが図２からわかった。

【０００８】本発明の目的は、温度分布により光量分布
が生じることを防止した発光素子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】チップ上で発生した熱
は、基板裏面からの他に、ボンディングパッドから、ボ
ンディングワイヤを通じて流れ出る経路もある。そこ
で、ボンディングワイヤ経路の熱コンダクタンスをチッ
プ両端部で大きくして、基板が途切れている影響を補償
することを考えた。また、チップ全体の放熱をよくする
ことでチップ内温度差も大きくなるため、チップ全体に
ついてもボンディングワイヤ経路の熱コンダクタンスを
下げる工夫をした。

【００１０】以上のような考えによる本発明の第１の態
様は、チップ長辺に平行に発光点が並んでいる発光素子
アレイにおいて、チップ両端に一番近いボンディングパ
ッドの面積を他のボンディングパッドの面積よりも大き
くしたことを特徴とする。

【００１１】また本発明の第２の態様は、チップ長辺に
平行に発光点が並んでいる発光素子アレイにおいて、チ
ップ両端に一番近いボンディングパッドからワイヤボン
ディングを２本以上取り出したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の第３の態様は、チップ長辺
に平行に発光点が並んでいる発光素子アレイにおいて、
ワイヤボンディング位置と発光領域の端辺との距離がチ
ップ厚みの半分よりも小さいことを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、以上のような態様の発光
素子アレイにおいて、発光素子の数よりもボンディング
パッドの数を少なくするのが好適である。

【００１４】このためには、発光素子が発光サイリスタ
の場合には、ゲートとアノード（カソードコモン）、ま
たは、ゲートとカソード（アノードコモン）を、それぞ
れいくつかのグループに分け、マトリクス駆動を行うよ
うにする。

【００１５】また、発光素子が発光ダイオードであっ
て、アノードとカソードそれぞれいくつかのグループに
分け、マトリクス駆動を行うようにする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１７】

【実施例１】図３は、本発明の実施例である発光素子ア
レイのチップを示す図である。この実施例では、発光素
子アレイチップの両端部のボンディングパッド３ａ，３
ｂの面積を他のボンディングパッドの２倍にした。金属
の熱コンダクタンスは大きいため、まず金属配線に熱が
流れ、その後、基板に流れ込む。このため、ボンディン
グパッドの面積を大きくすることで、チップ両端部の熱
コンダクタンスが改善される。

【００１８】チップ両端部のボンディングパッド３ａ，
３ｂの面積を、他のボンディングパッドの面積の１，
１．５，２，３，４，１０倍に変え、光量分布を調べ
た。結果を図４に示す。図では温度分布の影響の大き
い、両端部の光量分布を示す。

【００１９】図４の番号１〜３の発光点の平均値の、中
央付近の番号３３〜９６の発光点の平均値に対する光量
低下を図５に示す。面積を２倍にすると、数％程度光量
低下が抑えられるていることがわかる。このように、２
倍で効果が見られたが、４倍以上にしても、あまり効果
は大きくならなかった。

【００２０】ボンディングパッドの面積を調整して効果
が得られるためには、ボンディングパッドの大きさに比
べてピッチが十分大きい必要がある。このため、発光素
子数よりもボンディングパッドの数が少ないような発光
素子アレイの構成に本発明は適用される。

【００２１】

【実施例２】実施例２では、実施例１の方法に加えて、
両端部の面積拡大パッドにボンディングするワイヤの本
数を増やしている。例えば、図３に示したように両端部
のボンディングパッド３ａ，３ｂの面積を２倍とし、こ
れにボンディングするワイヤを２本とした。ボンディン
グワイヤが１本の場合と比較した結果（光量分布）を図
６に示す。ボンディングワイヤを２本打つと、ボンディ
ングワイヤ１本のものよりも両端部の光量分布の落ち込
みが半分となった。ボンディングワイヤ２本の方が、放
熱効果が大きいからである。

【００２２】図６の番号１〜３の発光点の平均値が、中
央付近の番号３３〜９６の発光点の平均値に対する光量
低下を図７に示す。ボンディングワイヤを追加すること
で、両端部の光量低下が半分となることがわかる。

【００２３】

【実施例３】実施例１，２の効果を増大させるため、ワ
イヤボンディング位置を発光部に近付け、金属配線の熱
的配線長を減らすようにした。これに伴い、ボンディン
グワイヤを発光部にできるだけ近づけて打った方が効果
的であることがわかっている。特に、基板厚の半分以下
にすることが望ましいことがわかっている。

【００２４】図８は、ワイヤボンディング位置の光量分
布への影響を調べた結果を示す。両端部のボンディング
パッドに関してのみボンディング位置を近づけた場合
と、全部のボンディングパッドに関してボンディング位
置を近づけた場合について調べた。両端部のボンディン
グパッドに関してのみボンディング位置を発光部に近づ
けた時は、ボンディング位置と発光部の端辺との間の距
離が１５０μｍ（基板厚の半分）で効果が見えた。全ボ
ンディングパッドに関してボンディング位置を発光部に
近づけると、チップ全体の放熱量が増えるため、中央部
も合わせて光量低下が減るため、差の改善効果は少ない
が、望ましい方向である。

【００２５】ただし、ワイヤボンディング位置を発光部
からあまり近づけて打つと、ボンディング時の超音波な
どの影響で、発光部にダメージが入ることが知られてい
る。そこで、ボンディング位置と発光部との距離と、ワ
イヤボンディング前後の光量低下の発生頻度との関係を
調べた。その結果、図９に示すような拡散型ＬＥＤでは
１５０μｍ以上ボンディング位置を離さなければならな
かったが、図１０のようなメサ型の発光サイリスタで
は、図１１のワイヤボンディング位置と光量異常発生率
との関係に示すように、１０μｍ以上離しておけばよい
ことがわかった。

【００２６】なお、図９において、（ａ）は平面図、
（ｂ）はｘ−ｘ′断面図である。拡散型ＬＥＤは、Ｇａ
Ａｓ基板１０５上に液相エピタキシャル成長させたｎ型
ＧａＡｓＰ膜１０４上に、ＳｉＮ膜１０３を成膜し、発
光領域にあたる部分のＳｉＮ膜を除去し、残ったＳｉＮ
膜を拡散マスクとして、Ｚｎを拡散させることによって
ｐ型Ｚｎ拡散領域１０２を形成し、ｐｎ接合を作る。Ｚ
ｎ拡散領域１０２に接触するようにアノード電極・配線
１０１を設ける。このアノード電極・配線１０１は、ワ
イヤボンディングパッド１２０に延びている。なお図
中、１０６はカソード電極である。

【００２７】図１１に、拡散型ＬＥＤチップのワイヤボ
ンディング位置に対する光量異常発生率を黒丸で示す。
図１１において、ボンディング位置は、前述したように
発光領域の端辺とワイヤボンディングの金線の押しつけ
位置の中心との距離を示す。ワイヤボンディングは、セ
カンド側を用いた。また、光量異常は、ウエファ状態で
の光量測定結果に比べて、ワイヤボンディング後５０％
以上光量が低下した発光点の存在率を示す。ボンディン
グ位置は、５０，１００，１５０，２００，２５０，３
００μｍについて調べた。試験数は、各条件で５万個で
ある。距離１５０μｍでは、０．０５％程度の異常品が
見つかった。距離２００μｍ以上では、数個が見つかっ
たが、ボンディングの位置には依存しないことから、別
の原因と思われる。

【００２８】この結果から、ワイヤボンディング位置
は、発光領域の端辺から２００μｍ以上離す必要がある
ことがわかった。

【００２９】一方、図１０において、（ａ）は平面図、
（ｂ）はｘ−ｘ′線断面図、（ｃ）は等価回路図であ
る。メサ型の発光サイリスタは、エピタキシャル成長に
より形成されたｐｎｐｎ構造を、メサ構造にエピタキシ
ャル分離することにより作製される。

【００３０】このような発光サイリスタアレイのチップ
は、次のようにして作製される。まず、ＧａＡｓ基板１
０５上に、第１のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０
１，第１のｐ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０２，第２
のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０３，第２のｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル膜３０４を順次形成する。次に、
分離溝２０１をエッチングにより形成して、メサ構造を
作る。最上層のｐ型ＧａＡｓ層３０４の一部を除去し
て、全面にＳｉＮ薄膜３０５を設ける。メサ構造上のＳ
ｉＮ薄膜３０５を一部除去した後、アノード電極・配線
１０１およびゲート電極・配線３１０を形成する。なお
図中、１０６は共通のカソード電極である。

【００３１】図１１（ｃ）に示すように、この発光サイ
リスタアレイは、発光サイリスタを２つのグループに分
け、それぞれ別のゲート選択線３１０を設け、ゲート選
択線で選ばれた方のグループが点灯できるゲート／アノ
ードマトリクス配線を使った発光サイリスタアレイチッ
プの例である。

【００３２】以上の発光サイリスタアレイチップにおい
て、ワイヤボンディング（セカンド側を用いた）を行
い、発光領域１１０の端辺とボンディング位置との間の
距離に対する光量異常発生率を調べた。ボンディング位
置は、１０，３０，５０，１００，１５０，２００，２
５０，３００μｍであり、試験数は、各条件で５万個で
ある。結果を、図１１に白丸で示した。図１１の結果か
ら分かるように、もっとも近い１０μｍの場合でも、拡
散型ＬＥＤの場合の２００ミクロン離したときと同様の
光量異常発生率に抑えることができた。

【００３３】なお、実施例３ではメサ構造の発光サイリ
スタについて本発明を適用したが、メサ構造のＬＥＤに
ついても同様に適用できることは明らかである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、チップ両端部の熱コン
ダクタンスを低くすることができるので、両端部での温
度上昇による光量低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光サイリスタを用いた発光素子アレイチップ
の一例を示す図である。

【図２】発光デューティを変えたときの発光サイリスタ
アレイの出力分布を示す図である。

【図３】本発明の実施例１を示す図である。

【図４】ボンディングパッドの面積を変え、チップ両端
部での光量分布を示すグラフである。

【図５】図４のグラフにおいて、発光点１〜３の平均値
の発光点３３〜９６の平均値に対する光量低下を示すグ
ラフである。

【図６】両端部のパッドに打つボンディングワイヤを１
本または２本とした場合の光量分布を示すグラフであ
る。

【図７】図６のグラフにおいて、発光点１〜３の平均値
の発光点３３〜９６の平均値に対する光量低下を示すグ
ラフである。

【図８】ワイヤボンディング位置の光量分布への影響を
示すグラフである。

【図９】拡散型ＬＥＤの構造を示す図である。

【図１０】メサ型の発光サイリスタの構造を示す図であ
る。

【図１１】発光領域の端辺とボンディング位置との間の
距離に対する光量異常発生率を示すグラフである。

【符号の説明】１チップ２発光点３，３ａ，３ｂボンディングパッド１０１アノード電極・配線１０２ｐ型Ｚｎ拡散領域１０３ＳｉＮ膜１０４ｎ型ＧａＡｓＰ膜１０５ＧａＡｓ基板１０６カソード電極１２０ワイヤボンディングパッド３０１第１のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０２第１のｐ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０３第２のｎ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０４第２のｐ型ＧａＡｓエピタキシャル膜３０５ＳｉＮ薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚俊介大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者黒田靖尚大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者有馬尊久大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者斉藤英昭大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA05 CA07 CA35 CA46 CA49 CA53 CA72 CA93 CA98 CB11 CB22 DA07 FF13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ長辺に平行に発光点が並んでいる発
光素子アレイにおいて、チップ両端に一番近いボンディングパッドの面積を他の
ボンディングパッドの面積よりも大きくしたことを特徴
とする発光素子アレイ。
【請求項２】チップ長辺に平行に発光点が並んでいる発
光素子アレイにおいて、チップ両端に一番近いボンディングパッドからワイヤボ
ンディングを２本以上取り出したことを特徴とする発光
素子アレイ。
【請求項３】チップ長辺に平行に発光点が並んでいる発
光素子アレイにおいて、ワイヤボンディング位置と発光領域の端辺との距離がチ
ップ厚みの半分よりも小さいことを特徴とする発光素子
アレイ。
【請求項４】発光素子の数よりもボンディングパッドの
数が少ないことを特徴とする請求項１，２または３記載
の発光素子アレイ。
【請求項５】発光素子が発光サイリスタであって、ゲー
トとアノード（カソードコモン）、または、ゲートとカ
ソード（アノードコモン）を、それぞれいくつかのグル
ープに分け、マトリクス駆動を行うことを特徴とする請
求項４記載の発光素子アレイ。
【請求項６】発光素子が発光ダイオードであって、アノ
ードとカソードそれぞれいくつかのグループに分け、マ
トリクス駆動を行うことを特徴とする請求項４記載の発
光素子アレイ。