JP2004134549A

JP2004134549A - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JP2004134549A
Application number: JP2002297035A
Authority: JP
Inventors: Genta Koizumi; 小泉　玄太; Eiichi Kunitake; 国武　栄一
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】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、低抵抗で、且つ高出力の高密度発光ダイオードアレイとする。
【解決手段】各発光ドット２０の光取出し領域１の形状を正方形或いは配列方向に長い長方形とし、その各光取出し領域１中に、光取出し領域１が発光ドットの配列方向（ｘ方向）に３分割される二組の電極コンタクト層３及び電極２を、その二組全体が光取出し領域１のほぼ中心に位置するように配置し、これにより各電極２の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画１ａ、１ｂ、１ｃが形成されるようにする。
【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６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７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。
【０００３】
図６に示す周辺電極型の発光ドット４０の場合、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６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。且つ、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。
【０００４】
これに対し、図７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。
【０００５】
そこで、中心電極型発光ダイオードアレイにおいては、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す構造とすることが提案されている。
【０００６】
図４（ａ）の中心電極型発光ダイオードアレイは、１つ１つの発光ドットにおける、光取出し領域１の中心部における電極２を、発光ドットの縦方向に引き延ばした構成とするものである。この電極２は光取出し領域１上に低抵抗電極用コンタクト層３を介して取り出され、当該電極２は上方の配線金属４に接続されている。そして配線金属４は、発光ドット中の光取出し領域外を被覆する構造となっている。更にメサ分離型発光ダイオードアレイにおいては、メサ部からの光の漏れを防ぐため、配線金属４が発光ドットの順メサとなる段差部を被覆した構造となっている。なお、光取出し領域１内の光出力分布は電極２の外周部が最も高くなることにより、電極２長が光出力に略比例関係にある。
【０００７】
また図５（ａ）の中心電極型発光ダイオードアレイは、光取出し領域１の中心を縦断させて、発光ドット配列方向と直角な方向に、電極コンタクト層３の基幹部を延在させると共に、この基幹部からＴ字状に電極コンタクト層３の枝部を延在させ、この電極コンタクト層３上にその基幹部及び枝部の形状に倣って電極２を設けた構成としている。これは電極コンタクト層３を横方向にも伸ばすことにより、電流が発光面（光取出し領域１）内でより広がるようにして、発光面の端の電流密度を上げて光出力が高くなるようにするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ｂ）に示すように、光取出し領域１の縦幅Ｙ２に対し横幅Ｘが大の発光ドットとして高密度の発光ダイオードアレイを構成する場合、電極２の長さ（電極長）Ｙ３が短くなることにより、発光ドット内での電流分散が悪化し、光出力の低下及び抵抗の増加につながってしまう。
【０００９】
この対策としては、図５に示すように、中心電極２を周辺に引出す方法（図５（ａ））或いは中心電極２はそのままの配置とし低抵抗電極用コンタクト層３のみを周辺に引出す方法（図５（ｂ））が有効と考えられる。
【００１０】
しかし、これらの方法の場合、電流分散については改善され、発光ドットの抵抗を低減することができるが、光取出し領域外の配線金属４に被覆された領域下にも電流が流れ易くなったり、発光ドット自体の面積が大となることで、光取出し領域１下での電流密度が低下し、光出力の大幅な向上にはつながらなかった。
【００１１】
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、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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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直線的に配列した発光ダイオードアレイにおいて、各発光ドットの光取出し領域の形状を正方形或いは配列方向に長い長方形とし、その各光取出し領域中に、上記中心電極として、光取出し領域が発光ドットの配列方向に３分割されるように二組の電極コンタクト層及び電極を、その二組全体が光取出し領域のほぼ中心に位置するように配置し、これにより各電極の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画が形成されるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
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、上記二組の電極コンタクト層及び電極を、その両側に同じ幅の光取出し領域区画が形成されるように配置したことを特徴とする。
【００１５】
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、上記二組の電極コンタクト層及び電極を、発光ドットの配列方向で見て同一の幅に形成し、且つ互いに平行に発光ドットの配列方向と直角な方向に延在させたことを特徴とする。
【００１６】
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、上記発光ダイオードアレイの発光ドットの光取出し領域外の領域が配線金属により被覆されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記各発光ドットの配列方向と直角な方向に見て、上記各電極の長さが光取出し領域の長さの０．７倍〜１．０倍であることを特徴とする。
【００１８】
＜作用＞
正方形或いは配列方向に長い長方形とした光取出し領域中に、中心電極として、２つの電極を、その全体が光取出し領域のほぼ中心に位置するように配置し、これにより光取出し領域が発光ドットの配列方向に３分割され、各電極の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画が形成されるようにしたものである。
【００１９】
かかる構成によれば、発光ドットに通電したとき電流が２つの電極を介して分割して流れるため、光取出し領域内での電流分散が向上する。また、電極を２分割したことにより、最も電流が集中し高光出力が得られるところの電極外周部長が光取出し領域の縦幅の約２倍になることより、従来よりも高い光出力が得られる。
【００２０】
さらにまた、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る。
【００２１】
このように、光取出し領域を中心電極の中心に位置させる中心電極型の利点を活かし高光出力な発光ダイオードアレイを得ることができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１〜図３は本発明の実施形態を説明するための図で、６００ＤＰＩ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ＧａＡｌＡｓ系発光ドットである。
【００２４】
各発光ドット２０の光取出し領域１の形状は正方形或いは配列方向に長い長方形として形成され、その各光取出し領域１中には、二組の電極コンタクト層３及び電極２が、その二組全体が中心電極として光取出し領域１のほぼ中心に位置するように配置され、これにより光取出し領域１が発光ドットの配列方向（ｘ方向）に３分割されて、各電極２の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画１ａ、１ｂ、１ｃが形成されている。これは、互いに平行に離間する二つの電極２を一まとまりの中心電極として見たとき、これを電極コンタクト層３を介して光取出し領域１の中央に設け、その中心電極に配線金属に接続した構成となっており、いわゆる中心電極型の発光ドットに属する。
【００２５】
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が３０μｍ、ｙ方向の縦幅Ｙ２が１８μｍ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３０μｍ、ｙ方向の縦幅Ｙ１が２６μｍで設計されている。低抵抗電極コンタクト層３は、横幅：５μｍ、縦幅：２０μｍで設計され、発光ドット２０の配列方向に光取出し領域１が３分割されて配列方向と直角な方向（ｙ方向）に延在する長方形の光取出し領域区画１ａ、１ｂ、１ｃが形成されるように２つ配置され、且つ発光ドットの配列方向（ｘ方向）に対し光取出し領域１の中心に位置する。
【００２６】
ｐ側コンタクト電極としての電極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の約０．９倍の１６μｍで設計され、低抵抗電極コンタクト層３の中心にそれぞれ配置する。この電極長Ｙ３は、光取出し領域の長さの０．７倍〜１．０倍まで長く延ばすことが有利であるが、光取出し領域外への電流分散による光出力の損失をも考慮し、この例では約０．９倍としている。
【００２７】
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内の光取出し領域１の外側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。
【００２８】
図２は図１中に記入したＡ−Ａ線に沿って発光ドットを劈開した断面図、同様に図３はＢ−Ｂ線に沿って発光ドットを劈開した断面図である。
【００２９】
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。
【００３０】
そして表面には保護膜としてガラス膜１１、ｐ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。
【００３１】
この図１〜図３に示した発光ドットに通電すると、電流は２つの電極２を介して分割して流れることになり、注入電流が発光ドットの横方向にもに拡散し易くなり発光ドット全体に拡がる。且つ最も電流が集中し高光出力が得られる電極２の外周部長が、光取出し領域１の縦幅（Ｙ２）１８μｍの実質約２倍となることより光出力が向上する。
【００３２】
実際に図４（ｂ）に示した従来の中心電極型発光ドットを、本実施例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、５ｍＡ通電した場合の光出力は、従来型が９０μｗであるのに対し、本実施形態の発光ドットでは１．５倍の１３５μｗが得られた。また５ｍＡ通電時の順方向電圧Ｖｆは従来型で１．９０Ｖであるのに対し、本実施形態の発光ドットの場合には１．８０ＶとＶｆ低減効果も確認できた。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、高光出力、且つ低抵抗の中心電極型メサ分離高密度発光ダイオードアレイが得られる。
【００３４】
上記実施の形態では中心電極２長を光取出し領域幅の０．９倍の１６μｍで設計を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、この電極長Ｙ３は光取出し領域１の縦幅Ｙ２よりも長く延ばすことができるが、光取出し領域外への電流分散による光出力の損失を考慮すると、電極長Ｙ３は光取出し領域１の縦幅Ｙ２以下、好ましくは光取出し領域の長さの０．７倍〜１．０倍で設計することが望ましい。
【００３５】
また上記実施形態では、光取出し領域区画１ａ〜１ｂを同じ幅としているが、そられの幅のうちの一つを他と異ならせても良い。また一対の電極２を互いに同一幅のものとして形成しているが、同じ光取出し領域１内での二つの電極２の幅を互いに異ならせても良い。更に、電極２及び電極コンタクト層３の配向方向は、実施形態ではｙ方向に一致させているが、ｙ方向から少し傾けても良い。また二つの電極２及び電極コンタクト層３は、実施形態では互いに平行に設けているが、必ずしも平行に設けなくても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各発光ドットの光取出し領域の形状を正方形或いは配列方向に長い長方形とし、その各光取出し領域中に、上記中心電極として、光取出し領域が発光ドットの配列方向に３分割される二組の電極コンタクト層及び電極を、その二組全体が光取出し領域のほぼ中心に位置するように配置し、これにより各電極の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画が形成されるようにしたので、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、低抵抗で、且つ高出力の高密度発光ダイオードアレイが得られる。すなわち、発光ドットに通電したとき電流が２つの電極を介して分流するため、光取出し領域内での電流分散が向上する。また、電極を２分割したことにより、最も電流が集中し高光出力が得られる電極外周部長が、光取出し領域の縦幅の約２倍になるため、従来より高い光出力が得られる。
【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平面図である。
【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】従来の発光ダイオードアレイの発光ドット部の構成を示した平面図で、（ａ）は光取出し領域が発光ドットの配列方向と直角な方向に長い形状である場合を、（ｂ）は光取出し領域が発光ドットの配列方向に長い形状である場合を示した図である。
【図５】従来の他の発光ダイオードアレイの発光ドット部の構成を示した平面図で、（ａ）は中心電極をその端部からＴ字状に延在させた形態を、（ｂ）はその中心電極の端部にＴ字状延在部がない形態を示した図である。
【図６】従来の周辺電極型発光ドットの平面図である。
【図７】従来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
１ａ、１ｂ、１ｃ　光取出し領域区画
２　電極（ｐ側コンタクト電極）
３　ｐ型電極コンタクト層
４　配線金属
２０　発光ドット
Ｙ１　発光ドットの縦幅
Ｙ２　光取出し領域幅（縦幅）
Ｙ３　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直線的に配列した発光ダイオードアレイにおいて、
各発光ドットの光取出し領域の形状を正方形或いは配列方向に長い長方形とし、
その各光取出し領域中に、上記中心電極として、光取出し領域が発光ドットの配列方向に３分割されるように二組の電極コンタクト層及び電極を、その二組全体が光取出し領域のほぼ中心に位置するように配置し、これにより各電極の配列方向両側に、配列方向に幅の短い長方形の光取出し領域区画が形成されるように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、
上記二組の電極コンタクト層及び電極を、その両側に同じ幅の光取出し領域区画が形成されるように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又は２記載の発光ダイオードアレイにおいて、
上記二組の電極コンタクト層及び電極を、発光ドットの配列方向で見て同一の幅に形成し、且つ互いに平行に発光ドットの配列方向と直角な方向に延在させ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、
上記発光ダイオードアレイの発光ドットの光取出し領域外の領域が配線金属により被覆されていることを特徴とする発光ダイオードアレイ。
請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオードアレイにおいて、
上記各発光ドットの配列方向と直角な方向に見て、上記各電極の長さが光取出し領域の長さの０．７倍〜１．０倍であることを特徴とする発光ダイオードアレイ。