JP2004047761A

JP2004047761A - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JP2004047761A
Application number: JP2002203673A
Authority: JP
Inventors: Genta Koizumi; 小泉　玄太; Takayori Matsuda; 松田　孝順
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】中心電極型発光ドットの利点を活かしながら、低抵抗で、且つ高出力が得られる高密度発光ダイオードアレイの構造とする。
【解決手段】光取出し領域１の中央に電極コンタクト層３を介して中心電極２を設け、この中心電極２を配線金属４に接続して中心電極型発光ドットを構成し、この中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイにおいて、上記光取出し領域１の中心を縦断する形で発光ドット配列方向ｘと直角なｙ方向に電極コンタクト層３を延在し、この電極コンタクト層３上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域１を縦断する長さで中心電極２を配置する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤプリンタに使用するのに適した高密度の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】
従来、高密度発光ダイオードアレイにおいては、平面図で見て、図４に示すように、その１つ１つの発光ダイオードつまり発光ドット４０が、光取出し領域１の一辺（周辺部）に電極２を設けた構造である周辺電極型と、図５に示すように、発光ドット５０が、光取出し領域１の中心部に電極２を設けた構造である中心電極型の２通りに分類される。いずれも光取出し領域１上に低抵抗電極コンタクト層３を介して電極２が取り出され、電極２が配線金属４に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１２００ＤＰＩのように高密度発光ダイオードアレイの場合、その光取出し領域１のサイズは、縦横が約１０μｍに制限されてしまうことより、発光ドット自体が非常に小さくなる。その為、発光ドット内の光発生領域であるｐｎ接合面積が小さくなり、結晶の抵抗が大となる。その結果、発光に必要な順方向電圧Ｖｆが大となり、ＬＥＤプリンタヘッドの消費電力を上げてしまう、という問題があった。また、発光ドット自体の発熱量も大であり、光出力低下及び信頼性の低下につながっていた。
【０００４】
そこで、従来、周辺電極型の発光ドット４０の場合、図４に示すように、順方向電圧Ｖｆを下げる為、光取出し領域１のサイズに関わらず発光ドット４０自体のサイズを大として順方向電圧Ｖｆの低減に努めていた。しかし、周辺電極型発光ドット４０では、電極２が光取出し領域１の周辺部にあるため、注入した電流を光取出し領域の全域に均等に拡げることが困難となる。つまり、図４に示す周辺電極型の発光ドット４０の場合、電流を流したとき、電流がほとんど電極２直下に集中することより、光取出し領域１内には拡がらず、大幅に光出力を低下させていた。かつ順方向電圧Ｖｆ自体も、光取出し領域１内に電流が拡がりにくいことにより、発光ドットサイズ大の効果が不充分となり、低減率が低かった。
【０００５】
これに対し、図５に示す中心電極型の発光ドット５０の場合、電極２が光取出し領域１の中央部にあるため、光出力については電極直下の発光成分を電極２の周りから取り出すことができる。このため、周辺電極型の発光ドット４０よりは高出力が得られる。しかし、順方向電圧Ｖｆの低減については、発光ドット５０の縦幅がそのまま光取出し領域幅と一致する為、発光ドット５０自体を大きくすることができない。このため、順方向電圧Ｖｆの低減は、結晶自体の抵抗又は電極の接触抵抗を下げるしか策が無く、順方向電圧Ｖｆを大幅に低減することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、最も光出力の高い電極直下の発光成分を有効に取り出せる中心電極型発光ドットの利点を活かしながら、前記した従来技術の欠点を解消し、低抵抗で、且つ高出力の高密度発光ダイオードアレイを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【０００８】
請求項１の発明に係る発光ダイオードアレイは、光取出し領域の中央に電極コンタクト層を介して中心電極を設け、この中心電極を配線金属に接続した構成の中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイにおいて、上記光取出し領域の中心を縦断する形で発光ドット配列方向と直角な方向に電極コンタクト層を延在し、この電極コンタクト層上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域を縦断する長さで中心電極を配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記中心電極に対する配線金属を、上記光取出し領域を避けて、発光ドット配列方向と直角な方向における上記光取出し領域の前後及び中心電極上に配設したことを特徴とする。これは、上記発光ドットの光取出し領域外の領域を配線金属により被覆した形態を特定したものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記光取出し領域を発光ドットの中心に配置し、且つその中心に中心電極を配置し、その中心電極の発光ドット配列方向と直角な方向における電極長を光取出し領域の同一方向の幅の等倍〜２．５倍としたことを特徴とする。これは中心電極の電極長（縦幅）Ｙ３を光取出し領域幅（縦幅）Ｙ２の１．５倍とした形態を特定したものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記発光ドットがメサ分離型発光ダイオードから成り、発光ドット配列方向に対し平行方向の各発光ドットの幅が２５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
＜発明の要点＞
本発明の発光ダイオードアレイは、光取出し領域の中央に電極コンタクト層を介して中心電極を設け、この中心電極を配線金属に接続した構成の中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイにおいて、上記光取出し領域の中心を縦断する形で発光ドット配列方向と直角な方向に電極コンタクト層を延在し、この電極コンタクト層上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域を縦断する長さで中心電極を配置したものである。
【００１３】
これは、見方を変えると、図５に示した従来の発光ダイオードアレイにおける中心電極型発光ドットの構造を基本として考えた場合、図１に示すように、その発光ドットの配列方向ｘに対し垂直なｙ方向の幅を拡げ、且つ低抵抗電極コンタクト層３のｙ方向の幅を同様に拡げ、その中心に電極を配置した構造である。また更に、その中心電極２の電極長Ｙ３を光取出し領域幅Ｙ２の等倍〜２．５倍とし、光取出し領域は発光ドットの中心に位置させ、且つ発光ドット中の光取出し領域以外の領域を配線金属４で被覆させたものである。このような構造にすることにより、光取出し領域幅Ｙ２に比して発光ドット自体（Ｙ１）を大きくすることができるため、発光ドットの順方向電圧Ｖｆの低減及び高出力化が同時に達成できる高密度発光ダイオードアレイが得られる。
【００１４】
すなわち、中心電極型発光ドットの配列方向ｘに対し垂直なｙ方向の幅を拡げることにより、ｐｎ接合面積を大とすることができ、また、低抵抗な電極コンタクト層も同様に拡がることになり、ｐｎ接合領域への電流分散を良好なものとすることができる。これにより発光ドットの順方向電圧Ｖｆの低減を図ることができ、且つ光取出し領域を中心電極の中心に位置させることにより、中心電極型の利点を活かし高光出力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３は本発明の実施形態を説明するための図で、１２００ＤＰＩの発光ダイオードアレイを構成する中心電極型発光ドット２０のうちの一つを示す。この発光ドット２０の構造は、メサ分離型ダブルヘテロ構造をもつ微細寸法のＧａＡｌＡｓ系発光ドットである。
【００１７】
図１は平面図であり、発光ドット２０の配列方向をｘ、これに垂直な方向をｙとしている。光取出し領域１のｘ方向の横幅Ｘ、ｙ方向の縦幅Ｙ２は共に１０μｍで設計されている。発光ドット２０の大きさは、ｘ方向の横幅Ｘが１０μｍ、ｙ方向の縦幅Ｙ１が３５４μｍで設計され、電極コンタクト層３が横幅：３．５μｍ、縦幅：３０４μｍで設計され、発光ドット２０の中心に位置する。
【００１８】
ｐ側コンタクト電極としての中心電極２は、ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕで形成され、横幅が２．５μｍで、縦幅（電極長Ｙ３）が光取出し領域１の縦幅Ｙ２の１．５倍の１５μｍで設計され、低抵抗電極コンタクト層３の中心及び光取出し領域１の中心に配置されている。
【００１９】
また配線金属４はＴｉ／Ａｕで形成され、図２に示すように、発光ドット２０の領域中の光取出し領域１以外の領域及び順メサ段差部を被覆するように設計されている。また裏面には、共通電極として、ｎ型電極５がＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで形成されている。光取出し領域の前後に配設した配線金属４のうちの一方からは接続用のボンディング電極１２が引き出される。
【００２０】
図２は図１中に記入したＡ−Ａ線に沿って発光ドットをへき開した断面図、同様に図３はＢ−Ｂ線に沿って発光ドットをへき開した断面図である。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓ基板６上にバッファー層となるｎ型ＧａＡｓ層７、クラッド層となるｎ型ＧａＡｌＡｓ層８、活性層となるｐ型ＧａＡｌＡｓ層９、クラッド層となるｐ型ＧａＡｌＡｓ層１０、及びｐ型電極コンタクト層となる低抵抗のｐ型ＧａＡｓ層３が形成されている。この結晶構造は、前述したようにダブルヘテロ構造でメサ分離型構造となっている。
【００２２】
そして表面には保護膜としてガラス膜１１、ｐ型電極２と接続した配線金属４、裏面にはｎ型電極５がそれぞれ形成されている。配線金属４は発光ドット上の光取出し領域１以外の領域を被覆するように形成され、且つ順メサによる段差部も被覆し、順メサ部から光が漏れない構造となっている。
【００２３】
上記したように、この実施形態の発光ダイオードアレイは、発光ドットがメサ分離型発光ダイオードから成り、発光ドット配列方向に対し平行方向の各発光ドットの幅が２５μｍ以下となっている高密度発光ダイオードアレイであり、光取出し領域１の中央に、光取り出し領域１を縦断する形で、電極コンタクト層３を介して中心電極２を設け、この中心電極２を配線金属４に接続して中心電極型発光ドットを構成し、この中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイを前提とし、上記光取出し領域１の中心を縦断する形で発光ドット配列方向ｘと直角なｙ方向に電極コンタクト層３を延在し、この電極コンタクト層３上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域１を縦断する長さで中心電極２を配置した構成を有する。そして、この中心電極２に対する配線金属４は、上記光取出し領域１を避けて発光ドット配列方向ｘと直角なｙ方向における上記光取出し領域１の前後の領域及び中心電極２上を被覆するように配設されている。また光取出し領域１は発光ドット２０の中心に配置され、且つその中心に中心電極２を配置し且つその電極長（縦幅）Ｙ３を光取出し領域のｙ方向幅（縦幅）Ｙ２の１．５倍とした構成を有する。
【００２４】
上記構成の図１〜３に示した発光ドットに通電すると、低抵抗な電極コンタクト層３が発光ドット中心を縦断している構造であることより、注入電流が発光ドット全体に拡がる。従って、発光ドット面積を拡げた効果が充分に得られ、大幅な順方向電圧Ｖｆの低減が可能となる。
【００２５】
また最も電流が集中し高光出力が得られる中心電極２を、光取出し領域１の中心に配置している構造であることより、発光ドットを拡げたことによる光出力の損失も低く抑えることができる。特に５ｍＡ以下での低電流領域での光出力損失を抑えることができる。
【００２６】
実際に図５に示した従来の中心電極型発光ドットを、本実施形態の中心電極型発光ドットと同じ大きさで試作して特性を比較すると、発光波長が７２０ｎｍの場合、順方向電圧Ｖｆ（５ｍＡ通電時の電圧）の値が従来型では２．５Ｖであるのに対し、本発明の発光ドットの場合には１．９Ｖとなり、−０．６Ｖの低減効果が得られた。
【００２７】
また光出力についても、５ｍＡ以下の低電流領域で、従来型発光ドットにおける光出力の９０〜９５％であり、損失は少ないという結果が得られた。しかし、１２００ＤＰＩにおいては発光ドットからの発熱量を抑えなくてはならない為に、通常５ｍＡ以下で使用されることを考えると、実際上全く問題のない特性である。
【００２８】
なお、本発明と同じ発光ドット面積を持つ図４に示した従来の周辺電極型発光ドットの場合は、その順方向電圧Ｖｆが２．０Ｖであり、この光出力は本発明の中心電極型発光ドットの場合の７０％であった。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、中心電極長つまりｐ側コンタクト電極２の縦幅を光取出し領域１の幅（縦幅Ｙ）の１．５倍の１５μｍで設計を行ったが、その中心電極長を光取出し領域幅の等倍〜２倍とすることができる。この中心電極長は、光出力の損失を考慮すると本来は等倍の１０μｍが望ましい。但し、電極の接触抵抗が増加する分だけ順方向電圧Ｖｆが上昇する。また電極長を短くすると電流分散が悪くなり順方向電圧Ｖｆへの影響が懸念されるが、電極コンタクト層３の抵抗が低ければほとんど影響は無い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発光ダイオードアレイは、光取出し領域の中央に電極コンタクト層を介して中心電極を設け、この中心電極を配線金属に接続して中心電極型発光ドットを構成し、この中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイにおいて、上記光取出し領域の中心を縦断する形で発光ドット配列方向と直角な方向に電極コンタクト層を延在し、この電極コンタクト層上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域を縦断する長さで中心電極を配置したので、発光ドット配列方向と直角な方向に見て、光取出し領域幅に比して発光ドット自体を大きくすることができることから、ｐｎ接合面積を大とすることができ、また、低抵抗な電極コンタクト層も同様に拡がって、ｐｎ接合領域への電流分散を良好なものとすることができる。従って本発明によれば、発光ドットの順方向電圧Ｖｆの低減を図ることができ、且つ光取出し領域を中心電極の中心に位置させることにより、中心電極型の利点を活かし高光出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高密度発光ダイオードアレイの一実施形態に係る発光ドット部の構成を示した上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】従来例の周辺電極型発光ドットの平面図である。
【図５】従来例の中心電極型発光ドットの平面図である。
【符号の説明】
１　光取出し領域
２　中心電極
３　電極コンタクト層
４　配線金属
５　ｎ型電極（共通電極）
２０　発光ドット
Ｙ１　発光ドットの縦幅
Ｙ２　光取出し領域の縦幅
Ｙ３　中心電極の電極長（縦幅）

Claims

光取出し領域の中央に電極コンタクト層を介して中心電極を設け、この中心電極を配線金属に接続した構成の中心電極型発光ドットを複数個配列した発光ダイオードアレイにおいて、
上記光取出し領域の中心を縦断する形で発光ドット配列方向と直角な方向に電極コンタクト層を延在し、
この電極コンタクト層上にその延在方向に沿って、且つ光取出し領域を縦断する長さで中心電極を配置したことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
請求項１記載の発光ダイオードアレイにおいて、
上記中心電極に対する配線金属を、上記光取出し領域を避けて、発光ドット配列方向と直角な方向における上記光取出し領域の前後及び中心電極上に配設したことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
請求項１又は２記載の発光ダイオードアレイにおいて、
上記光取出し領域を発光ドットの中心に配置し、且つその中心に中心電極を配置し、その中心電極の発光ドット配列方向と直角な方向における電極長を光取出し領域の同一方向の幅の等倍〜２．５倍としたことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオードアレイにおいて、
上記発光ドットがメサ分離型発光ダイオードから成り、発光ドット配列方向に対し平行方向の各発光ドットの幅が２５μｍ以下であることを特徴とする発光ダイオードアレイ。