JP2002314133A - 発光ダイオードアレイとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置の光源として用いられる発光ダイオ
ードアレイの各発光ダイオードの発光効率をよくし、各
発光ダイオードの光量、閾値電圧等の諸特性の均一性を
高め、高密度化を可能とする発光ダイオードアレイ及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 素子分離溝４により、電気的且つ空間的
に分離された複数の発光ダイオード３からなる発光ダイ
オードアレイ１において、各発光ダイオード３の発光領
域に相当する電流狭窄部１７を形成し、光の出射方向で
ある積層方向（図１の手前方向）で、この電流狭窄部と
重複しない位置に上部電極配線５を配設し、層間絶縁膜
に形成されたコンタクトホール６を介して上部電極配線
５の一端部５ａをオーミック層に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プリンタ
などの露光装置の光源として用いられる発光ダイオード
アレイの構造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真記録方式を採用したプリンタ等
の露光装置の光源として、発光ダイオードアレイなどの
光半導体素子が採用されている。自己発光型の発光ダイ
オードアレイで構成したＬＥＤヘッドを露光装置の光源
としたプリンタは、画像信号に応じて発光ダイオードア
レイの各ドットを発光させ、分布屈折率レンズなどの等
倍結像素子により感光ドラム上に露光して静電潜像を形
成する。そして現像器によりトナーを選択的に付着させ
てトナー像を形成した後、転写装置により記録紙上にト
ナー像を転写させ、定着させて印字を行なう。

【０００３】この種の発光ダイオードアレイとして、Ｇ
ａＡｓ基板上にエピタキシャル成長したＧａＡｓＰの基
板（以後、エピ基板と称す）を用い、選択的にＰ型の不
純物として働くＺｎなどを気相拡散法などでＰ型拡散部
を形成し、光源アレイとしたものが開発されている。し
かしながら、プリンタの印刷速度の高速化に伴って、高
密度で低消費電力を可能とする、より発光効率の高い発
光ダイオードアレイが求められている。

【０００４】図１３（ａ）は、特開平６−３０２８５６
号公報に開示された発光効率の優れた発光ダイオードア
レイの外部形状を示す部分斜視図であり、同図（ｂ）
は、矢印Ａ方向からみた面発光型発光ダイオード１０１
の内部の構成を示す部分断面図である。

【０００５】面発光型発光ダイオードアレイ１００を構
成する面発光型発光ダイオード１０１は、ｎ型電極１０
２とｐ型電極１０３との間に、ＧａＡｓ基板１０４及び
活性層１０５をはじめ種々の層を積層した構成となって
いる。Ｐ型電極１０３の上部には、ボンディングパッド
１０６（図１３（ｂ））につながる配線１０７が更に積
層されている。各面発光型発光ダイオード１０１は、分
離溝１０８によって互いに電気的に分離され、各々の発
光ダイオード周辺のエピ層を全てエッチングで除去した
構成となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の面発光
型発光ダイオード１０１では、Ｐ型電極１０３が発光す
る活性層１０５を含む発光部上に形成されているため、
Ｐ型電極１０３の下で発光する光がこれによって遮蔽さ
れ、上面方向の光の取り出し効率が悪くなるという問題
があった。

【０００７】また、電極の形成にはパターンの加工精度
に伴うばらつきが生じる。従って、上記の面発光型発光
ダイオード１０１のように、Ｐ型電極１０３の直下の活
性層１０５で最も強く発光し、上面方向に出射する光が
この電極によって遮蔽される構造の発光ダイオードを、
図１３（ａ）に示す面発光型発光ダイオードアレイ１０
０のように直線状に配列した場合、各発光ドットの取り
出し光量に差が生じてしまう問題があった。

【０００８】本発明の目的は、従来の発光ダイオードア
レイよりも光量ばらつきが小さく、且つ光の取り出し効
率の高い発光ダイオードを有する発光ダイオードアレイ
とその製造方法とを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発光ダイオー
ドアレイは、電気的且つ空間的に分離された複数の発光
ダイオードからなる発光ダイオードアレイであって、各
発光ダイオードが、活性層と、該活性層の上層となる上
クラッド層と、前記活性層の下層となる下クラット層
と、前記上クラッド層の上層に電流狭窄部が形成された
電流狭窄部形成層と、前記電流狭窄部形成層の上層であ
って、前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンド
ギャップを有し、不純物がドーピングされた電流通過層
と、前記電流通過層の上層のオーミック層と、前記各層
によって形成される積層部を覆う層間絶縁膜と、上部電
極とを有し、前記上部電極が、積層方向において少なく
とも前記電流狭窄部と重複しない位置に配設され、前記
層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール部を介して前
記オーミック層と接合するように構成したことを特徴と
する。

【００１０】請求項２の発光ダイオードアレイは、請求
項１記載の発光ダイオードアレイにおいて、前記上部電
極が前記コンタクトホール部の全領域を覆うように形成
されたことを特徴とする。請求項３の発光ダイオードア
レイは、請求項１又は２記載の発光ダイオードアレイで
あって、前記発光ダイオードの前記積層方向と垂直な断
面が凸状に形成されたことを特徴とする。請求項４の発
光ダイオードアレイは、請求項１乃至３のいずれかに記
載の発光ダイオードアレイであって、前記積層方向にお
いて、前記オーミック層の前記電流狭窄部と重複する部
分を除去したことを特徴とする。

【００１１】請求項５の発光ダイオードアレイの製造方
法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオー
ドアレイの製造方法であって、半導体基板上に、少なく
ともバッファ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッ
ド層、選択的に酸化可能な電流狭窄部形成層、電流通過
層、及びオーミック層が順に結晶成長した基板を用い、
前記各層からなる積層部を有し、前記発光ダイオードア
レイの長手方向に延在するブロック状部を形成すべく、
少なくとも、前記発光ダイオードアレイに対応する範囲
で且つ前記活性層に達する深さまでエッチングを行なう
工程と、水蒸気雰囲気で熱処理して前記ブロック状部の
前記電流狭窄部形成層を選択的に酸化して帯状の非酸化
部である電流狭窄部を形成する工程と、前記ブロック状
部に所定の形状の素子分離溝を形成し、複数の発光ダイ
オードの発光部を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明に
よる実施の形態１の発光ダイオードアレイの構成を示す
平面図であり、図２は、図１に示す発光ダイオードアレ
イ１に配設された発光ダイオード３の中心部を通る指示
線１００を含む断面を矢印Ａ−Ａ方向からみた断面図で
ある。図３は、図１の平面図において、発光ダイオード
３の部分を拡大した部分拡大図である。

【００１３】図１に示すように、発光ダイオードアレイ
１は、Ｎ型ＧａＡｓ基板２の上に１９２個の発光ダイオ
ード３を６００ｄｐｉのピッチ（約４２．３μｍ）で直
線状に配設している。各発光ダイオード３は、隣接する
発光ダイオード間に介在する素子分離溝４で電気的・空
間的に分離されている。

【００１４】各発光ダイオード３に対応して配設された
上部電極配線５の一端は、各発光ダイオード３の上部に
形成された後述するコンタクトホール６を介して同じく
後述するＰ型ＧａＡｓオーミック層１５（図２）と、各
々電気的に接続した構成となっている。従って、この上
部電極配線５の一端部５ａは各発光ダイオード３の上部
電極に相当する。また上部電極配線５のパッド形状に形
成された各他端部５ｂは、所定の位置に配列して形成さ
れて外部接続部７を形成している。

【００１５】次に、図２の断面図を参照しながら発光ダ
イオード３の内部構造について説明する。発光ダイオー
ド３は、積層構造をなしており、Ｎ型ＧａＡｓ基板２の
上にＭＯＣＶＤ法（Metal organic chemical vapor dep
osition：有機金属気相成長法）により、順にＮ型Ｇａ
Ａｓバッファ層９、Ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ下ク
ラッド層１０、Ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ活性
層１１、Ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ上クラッド層１
２、Ｐ型ＡｌＡｓ電流狭窄部形成層１３、Ｐ型Ａｌ０．
２Ｇａ０．８Ａｓ電流通過層１４、及びＰ型ＧａＡｓオ
ーミック層１５を少なくとも形成したエピ基板を用いて
形成している。尚、Ｎ型ＧａＡｓ基板２の下面には、下
部電極８が電気的に接続されている。

【００１６】また、Ｐ型ＡｌＡｓ電流狭窄部形成層１３
は、図２に示すように、電流が通過しない酸化部１３ａ
を形成し、電流が通過する非酸化部１３ｂを狭めた電流
狭窄部１７（図３）を形成している。図３に示すこの電
流狭窄部１７は、発光ダイオード３の発光領域に対応す
る。

【００１７】以上のように、発光ダイオード３の構造
は、発光波長に対応するエネルギーバンドギャップの活
性層１１を、この活性層１１よりもエネルギーバンドギ
ャップの大きい下クラッド層１０と上クラッド層１２と
で挟んだ、ダブルヘテロ構造になっている。

【００１８】電流狭窄部形成層１３の上には、活性層１
１よりもバンドギャップの大きな組成の電流通過層１４
が形成されている。この電流通過層１４は、炭素が不純
物として高濃度にドーピングされた半導体層であり、２
ｅ１９ｃｍ−３以上のドーピングがなされている。

【００１９】電流通過層１４の上には、ＧａＡｓを亜鉛
または炭素でドーピングしたオーミック層１５が形成さ
れている。更にこのオーミック層１５の上にはＳｉＮｘ
膜を用いた層間絶縁膜１６が形成されると共に、この層
間絶縁膜１６の一部を除いてコンタクトホール６が形成
されている。

【００２０】上部電極配線５は、このコンタクトホール
６を介してオーミック層１５に電気的に接続する。従っ
て、このコンタクトホール６は、上部電極配線５が、図
３に示すように、発光ダイオード３の発光領域に相当す
る電流狭窄部形成層１３の電流狭窄部１７から積層方向
である矢印Ｂ（図２）方向、即ち図３の紙面の手前方向
に出光する光を妨げない位置で、オーミック層１５に接
続できる位置に形成されている。

【００２１】以下に、本実施の形態における発光ダイオ
ード３の典型的な積層構造の規格を示す。Ｎ型ＧａＡｓ
基板２のキャリア濃度は、５ｅ１７ｃｍ−３である。Ｎ
型ＧａＡｓバッファ層９のキャリア濃度は、５ｅ１８ｃ
ｍ−３，０．１μｍである。Ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６
Ａｓ下クラッド層１０のキャリア濃度は、５ｅ１７ｃｍ
−３，０．５μｍである。Ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８
５Ａｓ活性層１１のキャリア濃度は、１ｅ１８ｃｍ−
３，０．１μｍである。Ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ
上クラッド層１２のキャリア濃度は、５ｅ１７ｃｍ−
３，０．５μｍである。Ｐ型ＡｌＡｓ電流狭窄部形成層
１３のキャリア濃度は、１ｅ１８〜１ｅ１９ｃｍ−３，
０．１μｍである。Ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ電流
通過層１４のキャリア濃度（炭素ドープ）は、５ｅ１９
ｃｍ−３，０．５μｍである。Ｐ型ＧａＡｓオーミック
層１５のキャリア濃度（炭素ドープ）は、２ｅ１９ｃｍ
−３，０．１μｍである。また、上部電極配線５及び下
部電極８には、それぞれ一般的な金属膜が用いられ、上
部電極配線５はＡl金属膜であり、下部電極はＡｕ系金
属膜である。

【００２２】以上の構成において、各部の働きを説明す
る。活性層１１の上下層である下クラッド層１０及び上
クラッド層１２は、キャリアを活性層１１に閉じ込めて
キャリアの再結合確率を増加させ、発光効率を高くす
る。また、上クラッド層１２は、活性層１１よりもバン
ドギャップが大きいため、活性層１１で発生した光を吸
収せずに透過させる働きをする。

【００２３】また、上クラッド層１２の上層である電流
狭窄部形成層１３は、酸化部１３ａと非酸化部１３ｂと
からなり、発光ダイオード３を流れる電流を非酸化部１
３ｂの電流狭窄部１７に制限する。酸化部１３ａは、こ
の部分を介しての上下方向の電流の流れを阻止する働き
をする。

【００２４】電流狭窄部形成層１３の上部に位置し、炭
素を高濃度にドーピングした半導体層である電流通過層
１４は、電流ドロップの小さい導体として働き、上部電
極配線５から注入される電流の経路となる。更に、この
電流通過層１４は、活性層１１のバンドギャップよりも
大きなバンドギャップを持つ組成の半導体としているた
め、活性層１１で発光した光を透過する。更に、最上部
のオーミック層１５は、上部電極配線５との接合でオー
ミック接触が容易にとれる働きをする。

【００２５】以上のように、実施の形態１の発光ダイオ
ードアレイによれば、特定の層に酸化部と非酸化部とを
形成して非酸化部のみ電流が流れる電流狭窄部１７を設
け、上部電極配線５が積層方向（図３の紙面の手前方
向）において、この電流狭窄部と重複しない位置に配設
されている。このため、電流狭窄部下の活性層で発光
し、上方（積層方向）に出射する光が上部電極配線によ
って遮蔽されないため、その分取り出し光量がアップす
る。

【００２６】また、加工時に形状がばらつきやすい上部
電極配線５によって出射した光が遮蔽されないため、複
数の発光ダイオードを配列する発光ダイオードアレイの
光量のばらつきを抑制することができる。

【００２７】また、電流狭窄部を有する電流狭窄部形成
層１３の上に、活性層１１よりもエネルギーバンドギャ
ップが大きく、且つ炭素を不純物として高濃度にドーピ
ングした電流通過層１４を設けたので、上記したような
配置によって上部電極から発光部までの距離が数μｍと
なるような構造でも、発光ダイオード３の閾値電圧Ｖｆ
（例えば、３ｍＡ注入時の電圧）を、従来のように電極
が発光部の上部でコンタクトする構造の発光ダイオード
の閾値電圧とほとんど同等の低電圧に抑えることができ
る。

【００２８】尚、ＭＯＣＶＤ法によりＰ型を形成する場
合、亜鉛を不純物とした場合には、高濃度にドーピング
されないが、炭素の場合には、容易に１９乗台のドーピ
ングができるため、低抵抗層を形成するのに適してい
る。

【００２９】実施の形態２．図４は、本発明による実施
の形態２の発光ダイオードアレイの構造を示す平面図の
部分拡大図である。この実施の形態２の発光ダイオード
アレイが、図１乃至図３に示す実施の形態１の発光ダイ
オードアレイと異なる点は、発光ダイオード２０のオー
ミック層１５（図２）上の層間絶縁膜１６の一部を除い
て形成したコンタクトホールの形状であり、更にこのコ
ンタクトホール２１と上部電極配線５の相対的な関係で
ある。他の構成要素は、前記した実施の形態１の発光ダ
イオードアレイ1（図１）と同じであるため、同符号を
付してその説明を省略し、異なる点のみ重点的に説明す
る。

【００３０】この場合、コンタクトホール２１の横幅Ｗ
１が、図４に示すように上部電極配線５の先端部の横幅
Ｗ２より小さく設定されており、この上部電極配線５が
コンタクトホール２１の全体を覆うように取付けられて
いる。

【００３１】以上の構成によって、上部電極配線５とオ
ーミック層１５（図２）との接合面積を、上部電極配線
５の加工精度のばらつきにかかわらず、コンタクトホー
ル２１の面積によってきまる一定値とすることができ
る。これにより、この接合面積によって大きく変化する
発光ダイオードの内部抵抗を一定にする。

【００３２】また、発光ダイオードアレイの各発光ダイ
オード２０の電流狭窄部１７と接合部との平面的な距離
Ｌ（図４の紙面手前からみた）を、上部電極配線５の形
成位置のばらつきにかかわらず一定とすることができ
る。これにより、電流通過層１４（図２）での電圧降下
量が一定となり、アレイ内での閾値電圧Ｖｆのばらつき
を小さくする。

【００３３】以上のように、実施の形態２の発光ダイオ
ードアレイによれば、上部電極配線５の加工上の形成寸
法のばらつきにかかわらず、各発光ダイオードの閾値電
圧Ｖｆ及び内部抵抗の均一性を保つことができる。これ
により、この発光ダイオードアレイを駆動する駆動ドラ
イバの駆動電圧範囲を小さく設定することができるた
め、比較的低出力の駆動ドライバを採用し、全体でのコ
ストダウンを計ることができる。

【００３４】実施の形態３．図５は、本発明による実施
の形態３の発光ダイオードアレイの構造を示す平面図の
部分拡大図である。この実施の形態３の発光ダイオード
アレイが、図１乃至図３に示す実施の形態１の発光ダイ
オードアレイと異なる点は、各発光ダイオード２５の積
層方向（図５の紙面の手前方向）に垂直な断面形状を凸
形状とし、コンタクトホール２６を介してオーミック層
２７と接合する上部電極配線２８の接合面積を広げた点
である。その他の構成要素は、前記した実施の形態１の
発光ダイオードアレイ1（図１）と同じであるため、同
符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ重点的に
説明する。

【００３５】この場合、各発光ダイオード２５の上部電
極配線２８との接合部分の幅、コンタクトホール２１の
横幅、及び上部電極配線２８の先端部の幅が、それぞれ
実施の形態１の各発光ダイオード３より広く設定されて
いる。これにより、オーミック層２７と上部電極配線２
８との接合面積を広げた構成となっている。

【００３６】一般的に、上記接合面積と発光ダイオード
の閾値電圧Ｖｆ（例えば、３ｍＡ流れるときの電圧値）
との関係は反比例の関係にあり、接合面積を増やすこと
により閾値電圧Ｖｆの値を低減することができる。更
に、接合面積がある一定面積以上になると、閾値電圧Ｖ
ｆの変化は小さく、略一定とみなすことができる。

【００３７】従って、以上のような、実施の形態３の発
光ダイオードアレイによれば、実施の形態１の発光ダイ
オードアレイに比して閾値電圧Ｖｆをより低減すること
ができ、その分発光ダイオードアレイ全体の消費電力を
低減することができる。

【００３８】実施の形態４．図６は、本発明による実施
の形態４の発光ダイオードアレイの構造を示す平面図の
部分拡大図である。この実施の形態４の発光ダイオード
アレイが、前記実施の形態３の発光ダイオードアレイと
異なる点は、コンタクトホール３１の形状であり、更に
このコンタクトホール３１と上部電極配線２８の相対的
な関係である。他の構成要素は、前記した実施の形態３
の発光ダイオードアレイと同じであるため、同符号を付
してその説明を省略し、異なる点のみ重点的に説明す
る。

【００３９】この場合、コンタクトホール３１の横幅Ｗ
３が、図６に示すように上部電極配線２８の先端部の横
幅Ｗ４より小さく設定されており、この上部電極配線２
８がコンタクトホール３１の全体を覆うように取付けら
れている。

【００４０】以上の構成による実施の形態４の発光ダイ
オードアレイによれば、前記した実施の形態２の効果
と、実施の形態３の効果を併せ持つことができる。

【００４１】実施の形態５．図７は、本発明による実施
の形態５の発光ダイオードアレイの構造を示す平面図の
部分拡大図である。この実施の形態５の発光ダイオード
アレイが、前記実施の形態４の発光ダイオードアレイと
異なる点は、各発光ダイオード３０の配列方向であり、
他の構成要素は、前記した実施の形態４の発光ダイオー
ドアレイと同じであるため、同符号を付してその説明を
省略し、異なる点のみ重点的に説明する。

【００４２】この場合、図７に示すように、積層方向
（図７の紙面の手前方向）に垂直な断面が凸形状の各発
光ダイオード３０が、各々の電流狭窄部１７が直線に沿
って配列されるように交互に向きを変えて並べられてい
る。これにより、上部電極配線２８に接合される各発光
ダイオード３０の幅広部３０ａが、隣接する発光ダイオ
ード３０の幅狭部３０ｂに近接して配置されるため、素
子分離溝４を一定の値に保ったまま、発光ダイオード３
０を高密度に配列することができる。

【００４３】以上のように、実施の形態５の発光ダイオ
ードアレイによれば、前記した実施の形態４の効果に加
え、複数の発光ダイオードを高密度に並べた発光ダイオ
ードアレイを構成できる。

【００４４】実施の形態６．図８は、本発明による実施
の形態６の発光ダイオードアレイの構造を示す平面図の
部分拡大図であり、図９は、図８に示す発光ダイオード
３５の中心部を通る指示線１０２を含む断面を矢印Ａ−
Ａ方向からみた発光ダイオードアレイ全体の断面図であ
る。

【００４５】この実施の形態６の発光ダイオードアレイ
が前記した実施の形態２の発光ダイオードアレイと異な
る点は、発光ダイオード３５のオーミック層３６の一部
領域と、層間絶縁膜３７の同領域を共に除去した点であ
る。他の構成要素は、前記した実施の形態２の発光ダイ
オードアレイと同じであるため、同符号を付してその説
明を省略し、異なる点のみ重点的に説明する。

【００４６】オーミック層３６及び層間絶縁膜３７の除
去領域３８は、矢印Ｂで示す積層方向において電流狭窄
部１７と重複する位置にあり、電流狭窄部１７の中央部
を通る指示線１０２に対して対称に形成されている。

【００４７】一方、図１０は、本発明による実施の形態
６の発光ダイオードアレイの別の構成例を示す平面図の
部分拡大図であり、図１１は、図１０に示す発光ダイオ
ード４０の中心部を通る指示線１０３を含む断面を矢印
Ａ−Ａ方向からみた発光ダイオードアレイ全体の断面図
である。

【００４８】この実施の形態６の別の構成例の発光ダイ
オードアレイが前記した実施の形態１の発光ダイオード
アレイと異なる点は、発光ダイオード４０のコンタクト
ホール４１を、矢印Ｂで示す積層方向において電流狭窄
部１７と重複する領域まで広げ、このコンタクトホール
４１領域内にあって、上部電極配線５との接合部以外の
オーミック層４２を除去した点である。他の構成要素
は、前記した実施の形態１の発光ダイオードアレイと同
じであるため、同符号を付してその説明を省略する。

【００４９】各発光ダイオードの電流狭窄部１７下の活
性層１１では、キャリアの再結合が起こり、そこが発光
部となっている。この発光部から矢印Ｂで示す積層方向
に出射してくる光は、活性層１１の上の上部グラッド層
１２、非酸化層１３ｂ、及び電流通過層１４では、殆ど
吸収されない。しかし最上部にオーミック層が存在する
場合、このＧａＡｓのバンドギャップが活性層１１のバ
ンドギャップよりも小さいため、出射した光の一部が吸
収される。

【００５０】このため、本実施の形態の発光ダイオード
３５及び４０では、各々のオーミック層３６及び４２
が、電流狭窄部１７の上部に位置して光吸収層として作
用するＧａＡｓ層の少なくとも一部を削除した構成とな
っている。

【００５１】従って、以上のように構成された実施の形
態６の発光ダイオードアレイによれば、前記した実施の
形態１乃至５の各発光ダイオードアレイに比べ、電流狭
窄部下で発光し、積層方向に出射する光の吸収量が小さ
くなるため、発光ダイオードの光の取り出し効率を向上
させて発光ダイオードアレイの低消費電力化を実現でき
る。

【００５２】実施の形態７．図１２は、本発明による実
施の形態７の発光ダイオードアレイの製造方法を説明す
るための製造工程図である。尚、この製造工程図は、図
１に示す実施の形態１の発光ダイオードアレイ１を形成
する場合を例にして示している。

【００５３】本発明による発光ダイオードアレイを製造
するにあたって、先ず、実施の形態１で説明したよう
に、発光ダイオード部の積層構造を有するエピ基板を製
作する。このエピ基板は、図２に示す発光ダイオード３
の断面が示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板２の上にＭＯＣ
ＶＤ法により、順にＮ型ＧａＡｓバッファ層９、Ｎ型Ａ
ｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ下クラッド層１０、Ｐ型Ａｌ
０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ活性層１１、Ｐ型Ａｌ０．４
Ｇａ０．６Ａｓ上クラッド層１２、Ｐ型ＡｌＡｓ電流狭
窄部形成層１３、Ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ電流通
過層１４、Ｐ型ＧａＡｓオーミック層１５を少なくとも
形成した構成となっている。図１２（ａ）に点線で示す
領域５１は、このエピ基板の平面上に、製作する発光ダ
イオードアレイの最終的な外形を示したものである。

【００５４】次に、レジストや絶縁膜などでブロック状
部５２をマスクし、エピ基板をエッチングする図１２
（ａ）。このエッチングは、領域５１の一部をカバーし
て少なくとも活性層１１（図２）に到達する深さまで行
なう。

【００５５】次に、電流狭窄構造を形成するために、エ
ッチングされてブロック状部５２が形成された状態のエ
ピ基板に水蒸気雰囲気中で一定時間熱処理を施す。この
熱処理により、エッチングされて断面に露出しているエ
ピ構造の中のＡｌＡｓ層のみが、水蒸気のＯＨ⁻基の横
方向への拡散により容易に酸化され、電流狭窄部形成層
１３（図２）において、図１２（ｂ）に示すように帯状
の電流狭窄領域５３が形成される。この電流狭窄領域５
３は、ＡｌＡｓ層の非酸化部であり、この非酸化部の両
側には、均等の幅にＡｌＡｓ層が酸化された酸化領域５
４が形成される。

【００５６】次に、個々の発光ダイオード３を形成する
ために、図１２（ｃ）に示すようにブロック状部５２に
素子分離溝４をエッチングにより形成する。この素子分
離溝４の形状は、前記実施の形態１，２、実施形態３，
４、又は実施の形態５の各々の発光ダイオードの形状及
び配列方法に応じて、断面がそれぞれ四角形状、凸部形
状、又はクランク形状に形成される。

【００５７】次に、層間絶縁膜として、Ｐ−ＣＶＤ（P-
chemical vapor deposition）法によってＳｉＮ膜を基
板全体に形成して、図１２（ｄ）に示すように各発光ダ
イオード３上にコンタクトホール６を形成する。その
後、Ａｌなどの金属を電子ビーム蒸着法により基板全体
に蒸着したあと、所望の形状にエッチングして、図１２
（ｅ）に示すように上部電極配線５を形成する。この
際、各上部電極５は、各発光ダイオード３のコンタクト
ホール６を介してオーミック層１５（図２）に接合し、
電流狭窄部１７の領域から積層方向（図１２の紙面の手
前方向）に出射する光を遮らない位置に形成される。

【００５８】次に、図２に示すようにＡｕ系材料を用い
てＮ型ＧａＡｓ基板２の下面に下部電極８を形成し、点
線で示すダイオードアレイの外形５１に沿ってダイシン
グソーで切断し、図１に示す実施の形態１のダイオード
アレイ１を形成する。

【００５９】以上のように、実施の形態７の発光ダイオ
ードアレイの製造方法によれば、所定の積層構造を有す
るエピ基板に発光ダイオードアレイ１チップに対応する
範囲でブロック状部を形成し、水蒸気雰囲気で熱処理し
てＡｌＡｓ層に電流狭窄構造を形成し、素子分離して所
定の形状及び配列方法で並ぶ発光ダイオードを形成す
る。

【００６０】従って、素子分離する際に、その素子分離
形状を考慮することにより、電極配線とのコンタクト面
積を十分確保しつつ、発光ダイオードが高密度に配列さ
れた発光ダイオードアレイを形成することができる。

【００６１】尚、前記実施の形態では、６００ｄｐｉ相
当の発光ダイオードアレイを想定して記述したが、より
高密度の、例えば１２００ｄｐｉの発光ダイオードアレ
イに適用も可能である。

【００６２】また、前記実施の形態では、電極配線とし
て主にＡｌ膜を用いた場合について説明したが、Ｔｉ／
Ｐｔ／Ａｕや、ＡｕＺｎ／Ａｕなどをリフトオフ法によ
って形成してもよい。

【００６３】また、前記実施の形態では、７６０ｎｍ程
度の発光波長が得られるように、活性層をＡｌ０．１５
Ｇａ０．８５Ａｓとしたが、他の組合せを選定して別の
発光波長の発光ダイオードアレイとしてもかまわない。

【００６４】また、前記実施の形態では、活性層をＰ型
半導体で形成したが、Ｎ型半導体で形成してもよい。

【００６５】更に、前記実施の形態で示した発光ダイオ
ードの積層構造は、その膜の種類、膜厚、キャリア濃度
等など、これに限定されるものではなく種々の態様を取
り得るものである。

【００６６】また、前記した特許請求の範囲、及び実施
の形態の説明において、「上」、「下」、「前」、
「後」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であ
って、発光ダイオードアレイの絶対的な位置関係を限定
するものではない。

【００６７】

【発明の効果】請求項１の発光ダイオードアレイによれ
ば、電流狭窄部下の活性層で発光し、上方（積層方向）
に出射する光が上部電極によって遮蔽されないため、そ
の分取り出し光量がアップする。また、加工時に形状が
ばらつきやすい上部電極によって出射した光が遮蔽され
ないため、複数の発光ダイオードを配列する発光ダイオ
ードアレイの光量のばらつきを抑制することができる。
更に電流通過層を設けたので、閾値電圧を従来の発光ダ
イオードとほとんど同レベルに抑えることができる。

【００６８】また請求項２の発光ダイオードアレイによ
れば、請求項１の発光ダイオードアレイの効果に加え、
上部電極の加工上の形成寸法のばらつきにかかわらず、
各発光ダイオードの閾値電圧Ｖｆ及び内部抵抗の均一性
を保つことができるため、この発光ダイオードアレイを
駆動する駆動ドライバによる光量補正が容易となり、そ
の結果、従来よりも安価な駆動ドライバを採用すること
ができる。

【００６９】また請求項３の発光ダイオードアレイによ
れば、上部電極のコンタクト面積をより広く確保できる
ため、閾値電圧Ｖｆをより低くすることができ、その分
発光ダイオードアレイ全体の消費電力を低減することが
できる。また請求項４の発光ダイオードアレイによれ
ば、更に発光ダイオードの発光効率を向上させて発光ダ
イオードアレイの低消費電力化を実現できる。

【００７０】また、請求項５の発光ダイオードアレイの
製造方法によれば、発光ダイオードの断面形状と配列方
法の設計の自由度が増すため、実施の形態５に示すよう
に上部電極のコンタクト面積を大きく確保したまま、発
光ダイオードを高密度に配置することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による実施の形態１の発光ダイオード
アレイの構成を示す平面図である。

【図２】 図１に示す発光ダイオードアレイ１に配設さ
れた発光ダイオード３の中心部を通る指示線１００を含
む断面を矢印Ａ−Ａ方向からみた断面図である。

【図３】 図１の平面図において、発光ダイオード３の
部分を拡大した部分拡大図である。

【図４】 本発明による実施の形態２の発光ダイオード
アレイの構造を示す平面図の部分拡大図である。

【図５】 本発明による実施の形態３の発光ダイオード
アレイの構造を示す平面図の部分拡大図である。

【図６】 本発明による実施の形態４の発光ダイオード
アレイの構造を示す平面図の部分拡大図である。

【図７】 本発明による実施の形態５の発光ダイオード
アレイの構造を示す平面図の部分拡大図である。

【図８】 本発明による実施の形態６の発光ダイオード
アレイの構造を示す平面図の部分拡大図である。

【図９】 図８に示す発光ダイオード３５の中心部を通
る指示線１０２を含む断面を矢印Ａ−Ａ方向からみた発
光ダイオードアレイ全体の断面図である。

【図１０】 本発明による実施の形態６の発光ダイオー
ドアレイの別の構成例を示す平面図の部分拡大図であ
る。

【図１１】 図１０に示す発光ダイオード４０の中心部
を通る指示線１０３を含む断面を矢印Ａ−Ａ方向からみ
た発光ダイオードアレイ全体の断面図である。

【図１２】 本発明による実施の形態７の発光ダイオー
ドアレイの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。

【図１３】 （ａ）は、特開平６−３０２８５６号公報
に開示された従来の発光ダイオードアレイの外形を示す
部分斜視図であり、同図（ｂ）は、矢印Ａ方向からみた
その内部構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 発光ダイオードアレイ、 ２ Ｎ型ＧａＡｓ基板、
３ 発光ダイオード、４ 素子分離溝、 ５ 上部電
極配線、 ５ａ 一端部、 ５ｂ 他端部、６ コンタ
クトホール、 ７ 外部接続部、 ８ 下部電極、 ９
Ｎ型ＧａＡｓバッファ層、 １０ Ｎ型Ａｌ０．４Ｇ
ａ０．６Ａｓ下クラッド層、 １１Ｐ型Ａｌ０．１５Ｇ
ａ０．８５Ａｓ活性層、 １２ Ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ
０．６Ａｓ上クラッド層、 １３ Ｐ型ＡｌＡｓ電流狭
窄部形成層、 １３ａ 酸化部、 １３ｂ 非酸化部、
１４ Ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ電流通過層、１
５ Ｐ型ＧａＡｓオーミック層、 １６ 層間絶縁膜、
１７ 電流狭窄部、２０ 発光ダイオード、 ２１
コンタクトホール、 ２５ 発光ダイオード ２６ コンタクトホール、 ２７ オーミック層、 ２
８ 上部電極配線、３０ 発光ダイオード、 ３０ａ
幅広部、 ３０ｂ 幅狭部、 ３１ コンタクトホー
ル、 ３５ 発光ダイオード、 ３６ Ｐ型ＧａＡｓオ
ーミック層、３７ 層間絶縁膜、 ４０ 発光ダイオー
ド、 ４１ コンタクトホール、 ４２ Ｐ型ＧａＡｓ
オーミック層、 ５１ ダイオードアレイの外形、 ５
２ ブロック状部、 ５３ 電流狭窄領域、 ５４ 酸
化領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 博之 東京都八王子市東浅川町550番地の１ 株 式会社沖デジタルイメージング内 (72)発明者 登 正治 東京都八王子市東浅川町550番地の１ 株 式会社沖デジタルイメージング内 Ｆターム(参考） 2C162 AE28 AE47 FA04 FA17 FA23 5F041 AA14 CA04 CA34 CA35 CA36 CA65 CA83 CA85 CA93 CB04 CB25 FF13 5F045 AA04 AA08 AB09 AB10 AB17 AB33 AC19 AF04 BB08 BB16 CA10 DA53 DA63

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的且つ空間的に分離された複数の発
   光ダイオードからなる発光ダイオードアレイにおいて、
   各発光ダイオードが、 活性層と、 該活性層の上層となる上クラッド層と、 前記活性層の下層となる下クラット層と、 前記上クラッド層の上層に電流狭窄部が形成された電流
   狭窄部形成層と、 前記電流狭窄部形成層の上層であって、前記活性層のバ
   ンドギャップよりも大きいバンドギャップを有し、不純
   物がドーピングされた電流通過層と、 前記電流通過層の上層のオーミック層と、 前記各層によって形成される積層部を覆う層間絶縁膜
   と、 上部電極とを有し、 前記上部電極が、積層方向において少なくとも前記電流
   狭窄部と重複しない位置に配設され、前記層間絶縁膜に
   形成されたコンタクトホール部を介して前記オーミック
   層と接合するように構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】 前記上部電極が前記コンタクトホール部
   の全領域を覆うように形成されたことを特徴とする請求
   項１記載の発光ダイオードアレイ。
3. 【請求項３】 前記発光ダイオードの前記積層方向と垂
   直な断面が凸状に形成されたことを特徴とする請求項１
   又は２記載の発光ダイオードアレイ。
4. 【請求項４】 前記積層方向において、前記オーミック
   層の前記電流狭窄部と重複する部分を除去したことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオ
   ードアレイ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の発光
   ダイオードアレイの製造方法であって、 半導体基板上に、少なくともバッファ層、下部クラッド
   層、活性層、上部クラッド層、選択的に酸化可能な電流
   狭窄部形成層、電流通過層、及びオーミック層が順に結
   晶成長した基板を用い、 前記各層からなる積層部を有し、前記発光ダイオードア
   レイの長手方向に延在するブロック状部を形成すべく、
   少なくとも、前記発光ダイオードアレイに対応する範囲
   で且つ前記活性層に達する深さまでエッチングを行なう
   工程と、 水蒸気雰囲気で熱処理して前記ブロック状部の前記電流
   狭窄部形成層を選択的に酸化して帯状の非酸化部である
   電流狭窄部を形成する工程と、 前記ブロック状部に所定の形状の素子分離溝を形成し、
   複数の発光ダイオードの発光部を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。