JP2003008056A - 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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JP2003008056A
JP2003008056A JP2001184750A JP2001184750A JP2003008056A JP 2003008056 A JP2003008056 A JP 2003008056A JP 2001184750 A JP2001184750 A JP 2001184750A JP 2001184750 A JP2001184750 A JP 2001184750A JP 2003008056 A JP2003008056 A JP 2003008056A
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JP
Japan
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ohmic contact
light emitting
emitting diode
contact layer
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JP2001184750A
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Eiichi Kunitake
栄一 国武
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】 ボンディングワイヤの密度を高くすることな
く発光部の密度を高くすることができ、しかも高出力が
得られる発光ダイオードアレイを提供する。 【解決手段】 p型GaAsオーミックコンタクト層2
2の厚さを従来の500nmから200nm以下と薄く
し、かつp型GaAsオーミックコンタクト層22と基
板21との間にDBR層12を設けたので、発光領域で
発生した光をDBR層12で反射させることができ、光
出力が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式のプ
リンタの光源に用いられる発光ダイオードアレイに関す
る。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式のプリンタの光源として
は、主にレーザ方式と発光ダイオードアレイ方式とが挙
げられる。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
を小型化することができ、大サイズの印刷が容易である
という特長を有する。
【0003】近年、プリンタのカラー化が進んでおり、
より高精度で高出力の発光ダイオードアレイが求められ
るようになっている。特に高精細度のプリンタには12
00dpiが要求されるようになっているが、精細度が
1200dpiのプリンタの光源はワイヤボンディング
の密度が非常に高くなるため、ワイヤ同士が接触しやす
くなる等生産性に問題が生じる。
【0004】そこで、図4に示すような回路構成が提案
されている。
【0005】図4は発光ダイオードアレイの回路図であ
る。
【0006】同図に示す回路構成では、発光ダイオード
アレイのチップ内の発光ダイオードはm個のブロックに
分割されており、ブロック内の発光ダイオードのアノー
ドは共通接続されている。また、各ブロックのi番目の
発光ダイオードのカソード同士は共通電極Ciで接続さ
れている。
【0007】共通カソードをオンにして残りの共通カソ
ードをオフにした状態でアノードに信号を送る。この動
作を共通カソードC1〜Cnまで順次行うことにより、
全ドットの発光情報を送ることができる。
【0008】このような構成により、ワイヤボンディン
グの密度を大幅に低減できる。
【0009】図5は図4に示した発光ダイオードアレイ
の上面図であり、図6は図5の6−6線断面図であり、
図7は図5の7−7線断面図である。
【0010】図5に示すように発光ダイオードアレイの
チップ上に複数の発光部41が長手方向に一列に配列さ
れている。
【0011】図6及び図7より断面構造は、n型(又は
半絶縁性)のGaAs基板51上に、p型GaAsオー
ミックコンタクト層52、p型GaAlAs層53、n
型GaAlAs層54、n型GaAsオーミックコンタ
クト層55を順次積層したダブルヘテロ構造となってい
る。
【0012】最上層であるn型GaAsオーミックコン
タクト層55は、光を遮断する性質があるため、発光部
41に位置するn型GaAsオーミックコンタクト層5
5は除去されている。
【0013】発光ダイオード間は、p型GaAsオーミ
ックコンタクト層52まで到達するメサ溝65により物
理的に分割(電気的に絶縁)されている。
【0014】各ブロック間の発光ダイオードのアノード
を電気的に絶縁するためのp型GaAsオーミックコン
タクト層52より深いメサ溝66が形成されている。
【0015】結晶(エピタキシャル層)の上面は、Si
2膜57、58により覆われている。カソード電極6
2は、n型GaAsオーミックコンタクト層55の上
に、アノード電極63はp型GaAsオーミックコンタ
クト層52の上にそれぞれ金属を蒸着し合金化すること
により設けられている。
【0016】各ブロックの共通カソード64同士は多層
配線により接続されている。
【0017】アノード電極63とワイヤボンディングパ
ッド69との間、共通カソード64とワイヤボンディン
グパッド68との間はスルーホール67を通して電気的
に接続されている。
【0018】アノード電極63とカソード電極62との
間に順方向にバイアス電圧を印加すると、アノード電極
63からカソード電極62の方向に電流が流れ、p型G
aAlAs層53とn型GaAlAs層54との境界で
発光し、発光部41から光が放出される。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、プリ
ンタには高速化、低消費電力化が要求されており、その
部品である発光ダイオードアレイに対しても高出力化が
要求されている。高出力化の方法としては発光層の下に
DBR(Distributed Bragg Reflector)層を設ける方
法がある。DBR層は通常2種類の屈折率の異なる層が
複数ペアからなっており、発光層で発光した光で本来な
ら基板に吸収されてしまうような光をDBR層で反射さ
せることにより光出力を向上させることができる。
【0020】しかしながら、p型GaAsオーミックコ
ンタクト層の上にDBR層を設けた場合、p型GaAl
As層が厚くなってしまい、メサ溝が深くなって発光ダ
イオードアレイが高密度化したときの発光ダイオード同
士の分離が困難になるという問題があった。
【0021】また、p型GaAsオーミックコンタクト
層の下にDBR層を設ける場合、通常p型GaAsオー
ミックコンタクト層は厚さが500nm程度であるた
め、そのp型GaAsオーミックコンタクト層の下にD
BR層を設けてもp型GaAsオーミックコンタクト層
がほとんど光を通さないためDBR層にまで光が到達せ
ず反射層としての役目を果たすことができないという問
題があった。
【0022】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ボンディングワイヤの密度を高くすることなく発光
部の密度を高くすることができ、しかも高出力が得られ
る発光ダイオードアレイを提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の発光ダイオードアレイは、基板上に一列に配
列された複数の発光ダイオードがm個のブロックに分割
され、各ブロック内の発光ダイオードのアノードが共通
に接続され、各ブロック内のi番目の発光ダイオードの
カソード同士が共通に接続され、基板の一方の主面側に
p型オーミックコンタクト層と、p型オーミックコンタ
クト層上のp型半導体層と、p型半導体層上のn型半導
体層と、n型半導体層上のn型オーミックコンタクト層
とからなるエピタキシャル層が順次積層され、各発光ダ
イオードがp型オーミックコンタクト層にまで到達する
メサ溝により分割され、ブロックがp型オーミックコン
タクト層より深いメサ溝により分割されている発光ダイ
オードアレイにおいて、p型オーミックコンタクト層を
200nm以下の厚さとし、p型オーミックコンタクト
層と基板との間にDBR層を設けたものである。
【0024】上記構成に加え本発明の発光ダイオードア
レイは、DBR層のキャリア濃度が1×1017cm-3
満であり、ブロック間を分割するメサ溝がp型オーミッ
クコンタクト層より深いのが好ましい。
【0025】上記構成に加え本発明の発光ダイオードア
レイは、DBR層のキャリア濃度が1×1017cm-3
上であり、ブロック間を分割するメサ溝がDBR層より
深いのが好ましい。
【0026】本発明によれば、p型オーミックコンタク
ト層の厚さを従来の500nmから200nm以下と薄
くし、かつp型オーミックコンタクト層と基板との間に
DBR層を設けたので、発光領域で発生した光をDBR
層で反射させることができ、光出力が向上する。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0028】図1は本発明の発光ダイオードアレイの一
実施の形態を示す上面図であり、図2は図1の2−2線
断面図であり、図3は図1の3−3線断面図である。
【0029】図1に示すように発光ダイオードアレイの
チップ上に複数の発光部11が一列に配列されている。
【0030】図2及び図3に示すように、断面構造はn
型(又は半絶縁性)のGaAs基板21の上に、DBR
層12、p型GaAsオーミックコンタクト層22、p
型GaAlAs層23、n型GaAlAs層24、n型
GaAsオーミックコンタクト層25を順次積層したダ
ブルへテロ構造となっている。
【0031】p型GaAsオーミックコンタクト層22
は、発光領域で発生した光が透過してDBR層12に到
達するように厚さは100nm以下とする。
【0032】最上層であるn型GaAsオーミックコン
タクト層25は、光を遮断する性質があるため、発光部
11に位置するn型GaAsオーミックコンタクト層2
5は除去されている。
【0033】発光ダイオード間は、p型GaAsオーミ
ックコンタクト層22まで到達するメサ溝35により物
理的に分割(電気的に絶縁)されている。
【0034】各ブロック間のアノードを電気的に絶縁す
るためのメサ溝36は、DBR層12が高抵抗の場合は
p型GaAsオーミックコンタクト層22より深く、D
BR層12が低抵抗の場合はDBR層12より深く形成
する。
【0035】DBR層12が低抵抗(キャリア濃度:1
×1017cm-3以上)の場合には、メサ溝36をDBR
層12より深く形成しないと、各ブロック間が電気的に
導通してしまうからである。
【0036】よって、各ブロック間を電気的に絶縁する
のに十分な程度にDBR層12が高抵抗(キャリア濃
度:1×1017cm-3未満)の場合には、メサ溝36は
オーミックコンタクト層22より深い程度でよい。
【0037】結晶(エピタキシャル層)上面は、SiO
2膜27、28により覆われている。カソード電極32
はn型GaAsオーミックコンタクト層25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。
【0038】各ブロックの発光ダイオードの共通カソー
ド34同士は多層配線により接続されている。
【0039】アノード電極33とワイヤボンディングパ
ッド39との間、共通カソード34とワイヤボンディン
グパッド38との間はスルーホール37を通して電気的
に接続されている。
【0040】カソード電極32とアノード電極33との
間に順方向のバイアス電圧を印加すると、アノード電極
33からカソード電極32の方向に電流が流れ、p型G
aAlAs層23とn型GaAlAs層24との境界で
発光する。
【0041】このような構造の場合、発光領域で発生し
た光が直接発光部11から放出される分に、DBR層1
2で反射した光が加わるため高出力となる。
【0042】図8はp型オーミックコンタクト層の厚さ
を変えて光出力を測定した結果を示す図であり、横軸が
p型オーミックコンタクト層の厚さ軸を示し、縦軸が光
出力軸を示す。
【0043】同図よりp型オーミックコンタクト層の厚
さを薄くすることにより光出力が増加していることが分
かる。
【0044】従来のp型オーミックコンタクト層の厚さ
が500nmであったものに対して25%以上光出力を
増加させるためには、p型オーミックコンタクト層の厚
さを200nm以下にする必要があることが分かる。但
し、p型オーミックコンタクト層の厚さを薄くし過ぎる
と、コンタクト抵抗やp型オーミックコンタクト層の抵
抗が増加して順方向電圧VFが高くなって、発光ダイオ
ードアレイを駆動するドライバICによっては問題とな
ることがあるので、注意が必要である。
【0045】本実施の形態ではp型が基板側(図では下
側)、n型が電極側(図では上側)の発光ダイオードア
レイの場合で説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、p型とn型とが逆であってもよい。また、
本実施の形態ではGaAlAs系の発光ダイオードアレ
イの場合で説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、AlGaInP系の発光ダイオードであって
も同様の効果が得られる。
【0046】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0047】ボンディングワイヤの密度を高くすること
なく発光部の密度を高くすることができ、しかも高出力
が得られる発光ダイオードアレイの提供を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光ダイオードアレイの一実施の形態
を示す上面図である。
【図2】図1の2−2線断面図である。
【図3】図1の3−3線断面図である。
【図4】発光ダイオードアレイの回路図である。
【図5】図4に示した発光ダイオードアレイの上面図で
ある。
【図6】図5の6−6線断面図である。
【図7】図5の7−7線断面図である。
【図8】p型オーミックコンタクト層の厚さを変えて光
出力を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
12 DBR層 21 GaAs基板(基板) 22 p型GaAsオーミックコンタクト層 23 p型GaAlAs層 24 n型GaAlAs層 25 n型GaAsオーミックコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 AE28 AE47 AH04 FA04 FA17 FA23 5F041 AA04 CA36 CA46 CA81 CB15 CB22 DA06 FF13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に一列に配列された複数の発光ダ
    イオードがm個のブロックに分割され、各ブロック内の
    発光ダイオードのアノードが共通に接続され、各ブロッ
    ク内のi番目の発光ダイオードのカソード同士が共通に
    接続され、上記基板の一方の主面側にp型オーミックコ
    ンタクト層と、該p型オーミックコンタクト層上のp型
    半導体層と、該p型半導体層上のn型半導体層と、該n
    型半導体層上のn型オーミックコンタクト層とからなる
    エピタキシャル層が順次積層され、各発光ダイオードが
    上記p型オーミックコンタクト層にまで到達するメサ溝
    により分割され、上記ブロックが上記p型オーミックコ
    ンタクト層より深いメサ溝により分割されている発光ダ
    イオードアレイにおいて、上記p型オーミックコンタク
    ト層を200nm以下の厚さとし、上記p型オーミック
    コンタクト層と上記基板との間にDBR層を設けたこと
    を特徴とする発光ダイオードアレイ。
  2. 【請求項2】 上記DBR層のキャリア濃度が1×10
    17cm-3未満であり、上記ブロック間を分割するメサ溝
    が上記p型オーミックコンタクト層より深い請求項1に
    記載の発光ダイオードアレイ。
  3. 【請求項3】 上記DBR層のキャリア濃度が1×10
    17cm-3以上であり、上記ブロック間を分割するメサ溝
    が上記DBR層より深い請求項1に記載の発光ダイオー
    ドアレイ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160080264A (ko) * 2014-12-29 2016-07-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 어레이

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