JP2004214349A

JP2004214349A - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JP2004214349A
Application number: JP2002380864A
Authority: JP
Inventors: Genta Koizumi; 玄太小泉
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】高光出力で、かつ順方向電圧Ｖｆが低い周辺電極型ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードアレイを提供する。
【解決手段】本発明の発光ダイオードアレイは、光取出し領域の周辺部にコンタクト層を介して電極が設けられたメサ分離方式の周辺電極型ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードアレイであり、前記コンタクト層は、前記電極の周辺部から前記光取出し領域の傍らをメサ分離型発光ドットの逆メサ部のヘリに沿って引出されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードアレイに関し、特にＬＥＤプリンタに好適な高密度発光ダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高密度発光ダイオードアレイは、図５に示すように各発光ダイオード（すなわち発光ドット２０）の光取出し領域１の一端部（周辺部）に電極２が設けられた周辺電極型と、図６（ａ）に示すように発光ドット３０の光取出し領域１の中心部に電極２が設けられた中心電極型の２通りに分類される。いずれも光取出し領域１上に低抵抗コンタクト層３を介して電極２が形成され、電極２が配線金属４に接続されている。
【０００３】
しかしながら、１２００ＤＰＩのような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のサイズが縦横約１０μｍに制限されてしまうことにより発光ドット自体が非常に小さくなる。そのため、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、発光ドットの抵抗が大きく、かつ光出力が小さくなる。
【０００４】
その結果、発光に必要な順方向電圧Ｖｆが増大し、ＬＥＤプリンタヘッドの消費電力を上昇させてしまう。また抵抗が大きくなることにより発光ドット自体の発熱量が増大し、光出力の低下及び信頼性の低下につながっていた。
【０００５】
そこで、周辺電極型発光ドット２０の場合、図５に示すように光取出し領域１のサイズに関係なく発光ドット自体のサイズを大きくすることにより、順方向電圧Ｖｆの低減が図られてきた。しかし、周辺電極型発光ドット２０では電極２が光取出し領域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散させることが困難となる。すなわち、図５に示す周辺電極型発光ドット２０の場合、通電するとほとんどの電流が電極２直下に集中し、光取り出し領域１内に拡散しないため、光出力が大幅に低下していた。また、光取り出し領域１内に電流が拡散しにくいことから、発光ドットサイズを増大させることによる効果も不充分となり順方向電圧Ｖｆの低減率も低かった。
【０００６】
これに対し、図６（ａ）に示す中心電極型の発光ドット３０の場合、電極２が光取出し領域１の中央部にあるため、電流を光取出し領域全体に拡散させることが容易となり周辺電極型より高光出力が得られ易い。しかしながら、発光ドット３０の縦横幅がそのまま光取出し領域幅と一致するため、発光ドット自体を大きくすることができない。
【０００７】
図６（ｂ）は図６（ａ）の発光ドット３０をＤ−Ｄ線に沿ってへき開した断面図である。メサ分離の場合図６（ｂ）に示すように逆メサ領域となる光発生領域（ｐｎ接合領域）は光取出し領域より幅が狭くなり順方向電圧Ｖｆが高くなる原因となる。さらに、順方向電圧Ｖｆを低減するため中心電極２を大きく形成すると光の外部取出し効率が下がり光出力が大幅に低下する。以上の通り、これらの従来型の周辺電極型及び中心電極型発光ダイオードアレイにおいては順方向電圧Ｖｆの低減と光出力の向上を同時に達成することは極めて困難であった。
【０００８】
特許文献１にはコンタクト層が光取出し領域の中央に向かって引き延ばされるとともに電極が光取出し領域の中心に向かって引き延ばされた周辺電極型発光ダイオードアレイが開示されている。また、特許文献２にはコンタクト層が電極周辺部から光取出し領域の外周部及び中心部に引き出された発光ダイオードアレイが開示されている。しかしながら、これらの発光ダイオードアレイの場合、コンタクト層の配置が効果的でないため光取出しに関係する領域が広がらず、光出力が充分でない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１８６５９４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２１８０２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、高光出力で、かつ順方向電圧Ｖｆが低い周辺電極型ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードアレイを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、発光ダイオードアレイの光取出し領域の周辺部にコンタクト層を介した周辺電極を設け、このコンタクト層を発光ドットの逆メサ部となる光取出し領域のヘリ部に沿って引出すことにより、電流拡散効果がある領域が広がり、順方向電圧Ｖｆが低減し光出力が向上することを発見し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち、本発明の発光ダイオードアレイは、光取出し領域の周辺部にコンタクト層を介して電極が設けられたメサ分離方式の周辺電極型ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードアレイであって、前記コンタクト層は、前記電極の周辺部から前記光取出し領域の傍らをメサ分離型発光ドットの逆メサ部のヘリに沿って引出されていることを特徴とする。
【００１３】
発光ダイオードアレイをこのような構造にすることにより、光発生領域であるｐｎ接合領域の幅が広がるとともに広がった領域は電流を注入する役割を担う。すなわち、本発明の発光ダイオードアレイはコンタクト層により単に光取出しができない無駄なｐｎ接合部を増やすのではなく、電流拡散を担う効果のある領域を広げることができるため、順方向電圧Ｖｆの低減及び光出力の向上を図ることができる。また、コンタクト層を発光ドットのヘリ部の逆メサ部に沿って引出すことにより、発光ドット中の逆メサ方向の電流分布はコンタクト層直下ではなく、コンタクト層近傍の光取出し領域で最も高くなる。このようにコンタクト層近傍の光取出し領域の電流密度を高くすることにより発光ドットの光出力を向上させることができる。
【００１４】
前記発光ドットはメサ分離構造の周辺電極型発光ドットからなり、前記発光ドット配列方向の前記光取出し領域の幅が２５μｍ以下であるのが好ましく、コンタクト層は低抵抗のＧａＡｓにより形成されているのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードアレイの好ましい実施例を図１〜４を参照して説明する。発光ドット４０は１２００ＤＰＩの発光ダイオードアレイを構成する周辺電極型発光ドットのうちの１つを示す。発光ドット４０の構造はメサ分離型ダブルヘテロ構造であり、微細寸法のＧａＡｌＡｓ系発光ドットである。
【００１６】
図１は平面図であり、発光ドット４０の配列方向をｘ、これに垂直な方向をｙとしている。発光ドット４０の大きさはｘ方向の横幅Ｘ_１が１３．５μｍ、ｙ方向の縦幅Ｙ_１は２０μｍであり、光取出し領域１のｘ方向の横幅Ｘ_２及びｙ方向の縦幅Ｙ_２は共に１０μｍである。なお、発光ドット４０のｘ方向が逆メサ方向となり、配線金属が引出されるｙ方向が順メサ方向になっている。
【００１７】
光取出し領域１の発光ドット配列方向（ｘ方向）の横幅Ｘ_２は２５μｍ以下が好ましく、１０〜２５μｍがより好ましい。光取出し領域の幅が２５μｍを超えると図６に示す中心電極型が特性的に有利となる。
【００１８】
カソード電極及びアノード電極はボンディング特性及び下層とのオーミック接続特性が良好であればよい。図示の例では、周辺電極であるｐ側コンタクト電極は、ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕにより形成されている。この周辺電極の下に形成されたコンタクト層３は、電極から発光ドットの逆メサ部のヘリに沿って横幅２．５μｍで引き出されており、丁度光取出し領域の傍らを進行するように形成されている。
【００１９】
配線金属４はボンディング特性及び密着性が良好であればよく、例えばＴｉ／Ａｕにより形成され、図２に示すように順メサ段差部及び光染み出し防止のためコンタクト層の逆メサ段差部を被覆している。また、発光ドット４０の裏面には共通電極としてｎ型電極５がＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕにより形成されている。
【００２０】
図２は図１の発光ドット４０をＡ−Ａ線に沿ってへき開した断面図であり、図３は図１の発光ドット４０をＢ−Ｂ線に沿ってへき開した断面図であり、図４は図１の発光ドット４０をＣ−Ｃ線に沿ってへき開した断面図である。
【００２１】
発光ドット４０は、ｎ型ＧａＡｓ基板６上にｎ型ＧａＡｓバッファー層７、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層８、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層９、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１０及び低抵抗のｐ型ＧａＡｓコンタクト層３が形成されており、断面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。また、発光ドット４０の表面には保護膜としてガラス膜１１が形成されている。
【００２２】
図１〜４に示す構成の発光ドットに通電すると、光取出し領域１の傍らの逆メサ部に低抵抗のコンタクト層３が形成されているためｐｎ接合面積が広げられると同時に、その広げられた領域が電流注入層としての効果も有するため、順方向電圧Ｖｆを大幅に低減することが可能となる。
【００２３】
図４に示すように、電極が設けられた光取出し領域１周辺部から引き出されたコンタクト層３は傾斜構造を有する逆メサ部上にあるため、この領域において電流密度分布が最も高くなるのはコンタクト層３直下ではなく、光取出し領域１のコンタクト層３近傍である。このため、逆メサ方向から光出力の分布をみると、通電により最も電流が集中し高光出力が得られるのは周辺電極付近であるが、その他に光取出し領域１のコンタクト層３近傍で高光出力が得られる。
【００２４】
図１〜４に示す本発明の発光ダイオードアレイに用いる周辺電極型発光ドットの特性を図５に示す従来の周辺電極型発光ドットの特性と同じ発光ドット面積（ｐｎ接合面積が同じ）で比較すると、発光波長が７２０ｎｍの場合、順方向電圧Ｖｆ（５ｍＡ通電時の電圧）は従来型で２．１Ｖであるのに対し、本発明に用いる発光ドットでは１．９Ｖとなり、−０．２Ｖの低減効果が得られた。また、光出力は従来型が４０μＷであるのに対し、本発明に用いる発光ドットでは６５μＷとなり１．５倍以上の光出力向上効果が得られた。同様に図６に示す従来の中心電極型発光ドットの特性を同じ発光ドット面積（ｐｎ接合面積が同じ）で比較すると、従来型の順方向電圧Ｖｆは２．４Ｖ、光出力は５５μＷであり、本発明に用いる発光ドットは従来の中心電極型に比べ順方向電圧Ｖｆが低減され、光出力が向上していた。
【００２５】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の発光ダイオードアレイは光取出し領域の周辺部にコンタクト層を介して周辺電極が設けられ、この周辺電極を配線金属に接続して周辺電極型発光ドットが形成され、さらに周辺電極型発光ドットを複数個配列して構成されている。周辺電極のコンタクト層は発光ドット中の光取出し領域の傍らの逆メサ部に沿って引出されているので逆メサ方向のｐｎ接合面積を増大することができ、かつ引出された低抵抗のコンタクト層はｐｎ接合領域への電流分散が良好であり、逆メサ方向の電流分布はコンタクト層近傍の光取出し領域で最も電流密度が高くなる。そのため、発光ドットの順方向電圧Ｖｆの低減及び光出力の向上を同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による高密度発光ダイオードアレイの発光ドットの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】従来例の発光ダイオードアレイの周辺電極型発光ドットを示す平面図である。
【図６】従来例の発光ダイオードアレイの中心電極型発光ドットを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１・・・光取出し領域
２・・・電極
３・・・コンタクト層（ｐ型ＧａＡｓ層）
４・・・配線金属
５・・・ｎ型電極（共通電極）
６・・・ｎ型ＧａＡｓ基板
７・・・ｎ型ＧａＡｓ層
８・・・ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
９・・・ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層
１０・・・ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
１１・・・ガラス膜
２０，３０，４０・・・発光ドット
Ｘ_２・・・光取出し領域の横幅
Ｙ_２・・・光取出し領域の縦幅

Claims

光取出し領域の周辺部にコンタクト層を介して電極が設けられたメサ分離方式の周辺電極型ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードアレイにおいて、前記コンタクト層は、前記電極の周辺部から前記光取出し領域の傍らをメサ分離型発光ドットの逆メサ部のヘリに沿って引出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に記載の発光ダイオードアレイにおいて、前記発光ドット配列方向の前記光取出し領域の幅が２５μｍ以下であることを特徴とする発光ダイオードアレイ。