JP2005136238A - Light emitting diode array device and light emitting diode printer using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は発光ダイオードアレイ装置、及びページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる発光ダイオードプリンタ(以下、単にLEDプリンタという)に関するものである。 The present invention relates to a light-emitting diode array (hereinafter simply referred to as an LED printer) used for a light-emitting diode array device and an exposure light source for a photosensitive drum for a page printer.
通常、発光ダイオードアレイ装置の発光ダイオードの構造として、高抵抗基板の内部に一導電型半導体層、逆導電型導体層を形成すべく、ドープ材料を拡散処理して形成する構造(例えば特開平11−40842号)と、高抵抗基板上に、一導電型半導体層、逆導電型導体層をそれぞれ成膜して形成する構造(メサ型)が知られている。 Usually, as a structure of a light emitting diode of a light emitting diode array device, a structure in which a doping material is diffused to form a one-conductivity type semiconductor layer and a reverse-conductivity type conductor layer inside a high-resistance substrate (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 11). -40842) and a structure (mesa type) in which a one-conductivity-type semiconductor layer and a reverse-conductivity-type conductor layer are respectively formed on a high-resistance substrate are known.
例えば、このメサ型構造の発光ダイオードアレイ装置に関して、特開2001−320088号(特許文献1)が提案されている。その構造を図11〜図13に示す。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-320088 (Patent Document 1) has been proposed regarding this mesa type light emitting diode array device. The structure is shown in FIGS.
図11は、発光ダイオードの部分断面図、図12は高抵抗基板上での電極配線の状況、特に下部側の電極配線の状況を示す概略平面図であり、図13は電極配線の状況、特に上部側の電極配線の状況を示す概略平面図である。 FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a light emitting diode, FIG. 12 is a schematic plan view showing the state of electrode wiring on a high-resistance substrate, particularly the state of electrode wiring on the lower side, and FIG. It is a schematic plan view which shows the condition of the electrode wiring of an upper side.
図11において、121は高抵抗基板であり、例えば半導体基板である。122は一導電型半導体層、123は逆導電型半導体層、124は個別電極、125は共通電極である。 In FIG. 11, 121 is a high resistance substrate, for example, a semiconductor substrate. 122 is a one-conductivity-type semiconductor layer, 123 is a reverse-conductivity-type semiconductor layer, 124 is an individual electrode, and 125 is a common electrode.
例えば、一導電型半導体層122は、バッファ層122a、オーミックコンタクト層122b、電子注入層122cで構成される。また、逆導電型半導体層123は、発光層123a、クラッド層123bおよびオーミックコンタクト層123cで構成される。
For example, the one conductivity
高抵抗基板121上に、一導電型半導体層122と逆導電型半導体層123とから成る発光ダイオードを設けるに当たり、一導電型半導体層122よりも逆導電型半導体層123を小面積と成すとともに、この一導電型半導体層122の露出部(オーミックコンタクト層122b)に共通電極125が接続されている。また、逆導電型半導体層23のオーミックコンタクト層123cに個別電極124が接続されている。なお、符号126は、窒化シリコン膜、ポリイミドなどから成る絶縁膜である。
In providing a light emitting diode composed of the one-conductivity-
また、図12に示すように発光ダイオードは、その配列方向にそって複数配列形成、平面視上、複数の発光ダイオードがアレイ状に配置されている。図では説明を簡略化のため、左端の32の発光ダイオード素子が配列されている状態を例示している。そして、各発光ダイオードの駆動にあたっては、1つの発光素子群の構成する素子数Nを例えば8として取り扱っている。すなわち、図12では、左側から1番目から8番目の発光ダイオード素子を群1に、9番目から16番目の発光ダイオード素子を群2、・・・・とし、全体として群1〜群M(図では、M=4までの一部を図示している)を有して構成される。
In addition, as shown in FIG. 12, the light emitting diodes are arranged in a plurality of light emitting diodes along the arrangement direction, and the light emitting diodes are arranged in an array in plan view. In the figure, for the sake of simplification of explanation, a state in which 32 light emitting diode elements at the left end are arranged is illustrated. In driving each light emitting diode, the number N of elements constituting one light emitting element group is handled as, for example, 8. That is, in FIG. 12, the first to eighth light-emitting diode elements from the left are
また、各発光ダイオードの一導電型半導体層122には、共通電極125が接続されている。この共通電極125は、高抵抗基板121上に形成した絶縁膜126上に形成され逆導電型半導体層123には、個別電極124が接続されている。この個別電極124は、高抵抗基板121上においては、共通電極125と同様に絶縁膜126を介して形成されている。
A
この共通電極125は、図12に示すように、絶縁膜126上に概略コ字状形状の下地側に位置する第1の共通電極125a、125b、125c、125d、125e、125f、125g、125hと、図13に示すように、第1の共通電極125a、125b、125c、125d、125e、125f、125g、125hを被覆された第2の絶縁膜127上にアレイ状の配列方向と平行に断続的に形成された上側の第2の共通電極128a、128b、128c、128d、128e、128f、128g、128hとで構成されている。
As shown in FIG. 12, the
ここで、共通電極125のうち、コ字状の下地側の第1の共通電極は、隣接する12つの群の所定発光素子どうしを接続するように形成されている。たとえば、この第1の共通電極125a、125b、125c、125d、125e、125f、125g、125hどうしが交差していように配慮されており、最外周に位置する電極125aは、群1(群3)の第1の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第8番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、外周より2番目に位置する電極125bは、群1(群3)の第2の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第7番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、外周より3番目に位置する電極125cは、群1(群3)の第3の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第6番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、外周より4番目に位置する電極125dは、群1(群3)の第4の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第5番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、外周より5番目に位置する電極125eは、群1(群3)の第5の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第4番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、
外周より6番目に位置する電極125fは、群1(群3)の第6の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第3番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、
外周より7番目に位置する電極125gは、群1(群3)の第7の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第12番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成され、
最内周に位置する電極125hは、群1(群3)の第8の番目の発光ダイオードと群2(群4)の第1番目の発光ダイオードとを接続するように概略コ字状に形成されている。すなわち、12n−1番目の群に属する所定の発光ダイオードは、12×n番目(n=1・・・N/12)の群に属する所定の発光ダイオードに接続している。
Here, among the
The
The
The
これに対して、個別電極124は、同一群に属する発光素子の逆導電型半導体層123に共通的に接続している。また、この個別電極124には、それぞれ下地側の接続パッド124aを有している。
On the other hand, the
図13は、図12に示す発光ダイオードアレイ部分を除く領域上に、絶縁層127を被着形成し、該絶縁層127上に形成された電極を示している。この絶縁層127上に共通電極125を構成する複数の第2の共通電極128a、128b、128c、128d、128e、128f、128g、128hが形成されている。この第2の共通電極128a、128b、128c、128d、128e、128f、128gは、1群目からN番目の群を互いに接続するために作用する。
FIG. 13 shows an electrode formed on the
すなわち、最も外側に形成される直線状の複数の第2の共通電極128aは、各群に跨がって最外周側に形成された複数の第1の共通電極125aどうしを接続するものである。また、さらに内側に形成される直線状の第2の共通電極128bは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125bどうしを接続するものであり、さらに内側に形成される直線状の第2の共通電極128cは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125cどうしを接続するものであり、さらに内側に形成される直線状の第2の共通電極128dは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125dどうしを接続するものであり、さらに内側に形成される直線状の第2の共通電極128eは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125eどうしを接続するものであり、さらに内側に形成される直線状の第2の共通電極128fは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125fどうしを接続するものであり、さらに内側に形成される直線状の第12の共通電極128gは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125gどうしを接続するものである。
That is, the plurality of linear second
また、最も内側に形成される直線状の第12の共通電極128hは、各群に跨がって形成された第1の共通電極125hどうしを接続するものである。
In addition, the twelfth linear
そして、各第2の共通電極128a〜128hの長さは、それぞれ相違しており,この相違によって形成された空白領域には、共通電極125の接続パッドが形成されている。図13では、第2の共通電極128a及び第2の共通電極128bに接続する2つの外部接続パッド129が形成されているものの、図13には現れない右側の領域に第2の共通電極128c〜128hに接続する接続パッド129が形成されている。
The lengths of the second
また、個別電極124側には、上述の下地側接続パッド124aに接続する個別側接続パッド124bが形成されている。
Further, on the
この第1の共通電極125a〜125h及び第2の共通電極128a〜128hの電気的な接続及び個別電極124の下地側接続パッドと上側接続パッドとの接続は、絶縁層127の形成にあたり、絶縁層127の厚み方向に形成した開口を介して接続される。具体的には、第2の共通電極128a〜128hの両端部が位置する領域に、開口が形成されている。
しかしながら、発光ダイオードの動作においては、この所定の共通電極125と個別電極124とに所定電流を供給して行われる。発光ダイオードアレイにおいては、共通電極125そのものの構造が非常に複雑となってしまう。そして、共通電極125側の接続部が多いため接続部分での抵抗のバラツキが大きく、その結果発光バラツキを誘発する問題があった。例えば、図13において、第2の共通電極128aに接続する外部接続パッドから、群1〜群4の所定共通電極125には、少なくとも1個所の接続部分を介して接続されるが、群5、群6の所定共通電極125に接続するまでには、3個所の接続部を経ることになり、群7、群8の所定共通電極125には、5個所の接続部が必要になる。
However, the operation of the light emitting diode is performed by supplying a predetermined current to the predetermined
このため、所定接続パッド129から、それに接続する所定発光ダイオードの共通電極125までの接続部分の個数が、各発光素子群によって相違するため、発光バラツキの原因となっていた。
For this reason, the number of connection portions from the
また、発光ダイオードが配列された領域を挟んで、第2の共通電極128a〜128hに接続する接続パッド129・・は、図面の上部側の共通電極形成領域に形成されおり、また、個別電極124に接続する接続パッド130bは、図面の下部側の個別電極形成領域に形成されている。
Further, the
この接続パッド129、130bは、グランド電位または駆動信号が供給される駆動回路(グランド電位も広義には駆動回路に相当)にワイヤボンデンィグなどによって接続されている。このように、発光ダイオードの配列領域を挟んで、接続パッド129と、接続パッド130bとが、異なる領域に形成されていることから、外部の駆動回路と接続するためのワイヤボンティングの長さやボンディング条件が相違してしまい、接合作業が複雑になってしまう発光ダイオードアレイ装置であった。
The
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、外部の駆動回路との接合作業が非常に簡単となり、発光ダイオードアレイ装置と駆動回路との接合が安定に接続することができる発光ダイオードアレイを提供するものである。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to make the joining operation with an external drive circuit very simple, and the junction between the light emitting diode array device and the drive circuit is stably connected. The present invention provides a light emitting diode array that can be used.
さらに、別の目的は、駆動回路との接続を安定化した発光ダイオードアレイ装置を用いて、安定した動作で、高品位な画像を形成できるLEDプリンタを提供することにある。 Furthermore, another object is to provide an LED printer that can form a high-quality image with a stable operation by using a light-emitting diode array device in which a connection with a driving circuit is stabilized.
本発明は、高抵抗基板上に複数の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を設け、且つ該一導電型半導体層に共通電極を、逆導電型半導体層に個別電極を接続した発光ダイオードを複数個配列するとともに、前記複数の配列された発光ダイオードのうち、N個の発光ダイオードを発光素子群として、M群から構成される発光ダイオードアレイと、同一の発光素子群内の発光ダイオードの逆導電型半導体層に共通に接続する個別電極と、異なる群に属する所定の発光ダイオードの一導電型半導体層に接続する共通電極とからなる発光ダイオードアレイ装置において、
前記高抵抗基板は、発光ダイオードの配列領域を挟んで共通電極形成領域と、個別電極形成領域を有するとともに、
前記共通電極形成領域には、発光ダイオードの配列方向に概略平行に延びるN個の第1の共通電極と、前記所定第1の共通電極と前記発光素子群のいずれか1つの発光ダイオードとを接続する第2の共通電極とが形成されているとともに、
前記個別電極形成領域には、前記各発光ダイオードに接続する個別電極と、該個別電極から延出する個別電極側接続パッドと、前記第1の共通電極に接続する共通電極側接続パッドとが形成されていることを特徴とする。
The present invention provides a light emitting diode in which a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and reverse-conductivity-type semiconductor layers are provided on a high-resistance substrate, a common electrode is connected to the one-conductivity-type semiconductor layer, and individual electrodes are connected to the reverse-conductivity-type semiconductor layer. A plurality of light emitting diodes are arranged, and among the plurality of light emitting diodes arranged, N light emitting diodes are used as light emitting element groups, and a light emitting diode array composed of M groups and light emitting diodes in the same light emitting element group are arranged. In a light-emitting diode array device comprising an individual electrode commonly connected to a reverse conductivity type semiconductor layer and a common electrode connected to one conductivity type semiconductor layer of a predetermined light-emitting diode belonging to a different group,
The high-resistance substrate has a common electrode formation region and an individual electrode formation region across an array region of light emitting diodes,
In the common electrode formation region, N first common electrodes extending substantially parallel to the arrangement direction of the light emitting diodes, and the predetermined first common electrode and any one light emitting diode of the light emitting element group are connected. And a second common electrode to be formed,
In the individual electrode forming region, an individual electrode connected to each light emitting diode, an individual electrode side connection pad extending from the individual electrode, and a common electrode side connection pad connected to the first common electrode are formed. It is characterized by being.
また、前記第1の共通電極と前記共通電極側接続パッドとは、隣接する発光素子群との境界部分に形成された引出し配線を介して互いに接続されていることを特徴とする。 Further, the first common electrode and the common electrode side connection pad are connected to each other through a lead wiring formed at a boundary portion between adjacent light emitting element groups.
また、第1の共通電極上には、該第1の共通電極の一部を露出するようにして被着された絶縁膜が形成されているとともに、前記第2の共通電極、引出し配線は、該絶縁膜上に、前記第1の共通電極の露出部に接続するようにして形成されていることを特徴とする。 In addition, an insulating film is formed on the first common electrode so as to expose a part of the first common electrode, and the second common electrode and the lead wiring are The insulating film is formed so as to be connected to the exposed portion of the first common electrode.
さらに、上述の発光ダイオードアレイ装置と、該発光ダイオードアレイ装置の駆動を制御する駆動回路と、ページプリンタ用感光ドラムとを少なくとも有し、前記駆動回路によって発光動作する発光ダイオードアレイ装置の光を、前記ページプリンタ用感光ドラムの露光用光源に用いて、該ドラム表面に画像を形成するLEDプリンタである。 Further, the light emitting diode array device described above, a drive circuit that controls driving of the light emitting diode array device, and a photosensitive drum for page printer, at least, the light of the light emitting diode array device that performs light emission operation by the drive circuit, The LED printer is used as an exposure light source for the photosensitive drum for the page printer and forms an image on the drum surface.
本発明では、複数の配列された発光ダイオードのうち、所定数の発光ダイオードを一群として、複数群から構成される発光ダイオードアレイと、同一の群内の発光ダイオードの一導電型半導体層に個別電極を接続し、異なる群に属する所定番目に配置された発光ダイオードの逆導電型半導体層に共通電極に接続した発光ダイオードアレイ装置である。 In the present invention, among a plurality of arranged light emitting diodes, a predetermined number of light emitting diodes are grouped, a light emitting diode array composed of a plurality of groups, and an individual electrode on one conductive semiconductor layer of the light emitting diodes in the same group Are connected to a common electrode in a reverse conductivity type semiconductor layer of a light emitting diode arranged in a predetermined position belonging to a different group.
共通電極は、発光ダイオードの配列方向に概略平行に延びる第1の共通電極及び該第1の共通電極の一部から各異なる群に属する同一番目に配置された発光ダイオードの逆導電型半導体層に接続する第2の共通電極とから構成されている。そして、第1の共通電極に接続する共通電極側接続パッド及び個別電極に接続する個別電極側接続パッドがそれぞれ、個別電極形成領域に配置されている。 The common electrode includes a first common electrode extending substantially parallel to the arrangement direction of the light emitting diodes, and a reverse conductive semiconductor layer of the light emitting diodes disposed in the same order belonging to different groups from a part of the first common electrode. And a second common electrode to be connected. A common electrode side connection pad connected to the first common electrode and an individual electrode side connection pad connected to the individual electrode are arranged in the individual electrode formation region.
この第1の共通電極についていえば、発光ダイオードに直接接続することがなく、金属−半導体のオーミック接触性を全く考慮することなく、その材料を配線抵抗のみを考慮して選択することができる。また、この第1の共通電極は、複数の発光ダイオードアレイの配列方向に略平行に延び、しかも、実質的には発光ダイオードの配列されている略幅に渡って形成されている。しかも、この第1の共通電極は、高抵抗基板の表面に形成された第1の絶縁膜を介して形成されることになり、非常に導体長が長い電極であっても,その形成を平坦な表面に形成するができ、第1の共通電極を安定、均一に形成することができる。 Regarding the first common electrode, the material can be selected in consideration of only the wiring resistance without being directly connected to the light emitting diode and without considering the ohmic contact property of the metal-semiconductor. The first common electrode extends substantially in parallel to the arrangement direction of the plurality of light emitting diode arrays, and is formed substantially over the substantially width in which the light emitting diodes are arranged. In addition, the first common electrode is formed via the first insulating film formed on the surface of the high resistance substrate, and even if the electrode has a very long conductor length, the formation is flat. The first common electrode can be formed stably and uniformly.
このため、第1の共通電極は材料からしても、また、構造からしても、複数の第1の共通電極をすべて同じ状態で形成できるため、安定した導体膜であり、且つ電極抵抗も大きくなることがない。これにより、第1の共通電極の抵抗バラツキを有効に抑えることができ、発光ダイオードの安定した発光動作を行うことができる。 Therefore, even if the first common electrode is made of a material or a structure, the plurality of first common electrodes can all be formed in the same state, so that the first common electrode is a stable conductor film and has an electrode resistance. It will not grow. Thereby, the resistance variation of the 1st common electrode can be suppressed effectively, and the stable light emission operation of a light emitting diode can be performed.
しかし、発光ダイオードから第1の共通電極への接続は、各群のいずれの発光ダイオードについても、第2の共通電極から第1の共通電極への1個所の接続のみ行われるため、全体として接続部を数も減少させることができる。 However, the connection from the light emitting diode to the first common electrode is made as a whole because only one connection from the second common electrode to the first common electrode is performed for any light emitting diode in each group. The number of parts can be reduced.
従って、各共通電極における電極抵抗のバラツキを小さくでき、発光ダイオードでの発光バラツキを改善できる。また、共通電極を電極が要求される抵抗特性と、半導体と接続する金属−半導体のオーミック接触性とを両立させることができ、また、導体長さの長い第1の共通電極を低抵抗とすることも容易となり、これによっても、発光ダイオードでの発光バラツキを改善できる。 Therefore, variation in electrode resistance in each common electrode can be reduced, and variation in light emission in the light emitting diode can be improved. In addition, it is possible to achieve both the resistance characteristics of the common electrode required for the electrode and the ohmic contact property of the metal-semiconductor connected to the semiconductor, and the first common electrode having a long conductor length has a low resistance. This also makes it possible to improve the light emission variation in the light emitting diode.
さらに、上述のように共通電極側接続パッドは、発光ダイオードの配列領域を挟んで設けられる個別共通電極形成領域に、個別電極側接続パッドに並んで形成されている。即ち、共通電極が形成された共通電極形成領域から個別電極形成領域に、発光素子群との境界部分に形成された引出し電極によって接続されている。 Furthermore, as described above, the common electrode side connection pad is formed in the individual common electrode formation region provided across the array region of the light emitting diodes, alongside the individual electrode side connection pad. That is, the common electrode formation region where the common electrode is formed is connected to the individual electrode formation region by the extraction electrode formed at the boundary portion with the light emitting element group.
これにより、外部の駆動回路との接続、例えばボンディングワイヤの融着接合が、高抵抗基板の一方端部側である個別電極形成領域のみで行われるため、その接合作業が非常に簡単となり、発光ダイオードアレイ装置と駆動回路との接合が安定する。 As a result, connection with an external drive circuit, for example, fusion bonding of bonding wires, is performed only in the individual electrode formation region on one end side of the high-resistance substrate, so that the bonding operation becomes very simple and light emission The junction between the diode array device and the drive circuit is stabilized.
これは、ボンィングワイヤに限らず、例えば接続パッドに銀粉末を含有する導電性ペーストを塗布して、この銀バンプと外部の駆動回路とを接続する場合においても、上述の導電性ペーストの塗布が高抵抗基板の一方端部側である個別電極形成領域のみで行われるので、その接合作業が非常に簡単となる。 This is not limited to bonding wires. For example, even when a conductive paste containing silver powder is applied to a connection pad and this silver bump is connected to an external drive circuit, the above-described conductive paste is applied. Is performed only in the individual electrode forming region on one end side of the high-resistance substrate, so that the joining operation becomes very simple.
また、このような発光ダイオードアレイ装置を安定した接合状態で駆動回路に接続して、発光制御して発光動作させることにより、ページプリンタ用感光ドラムにバラツキの少ない露光用光源となり、その結果、該ドラム表面に安定した画像を形成することができ、高い品位の印字が可能となる。 In addition, by connecting such a light emitting diode array device to a drive circuit in a stable bonding state and performing light emission operation by controlling light emission, the photosensitive drum for page printer becomes an exposure light source with less variation. A stable image can be formed on the drum surface, and high-quality printing becomes possible.
以下、本発明の発光ダイオードアレイ装置を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, a light emitting diode array device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1〜図3は本発明に係る発光ダイオードアレイ装置の一実施形態を示し、図1は本発明の横断面図であり、図2は、発光ダイオード(発光素子部)の要部拡大の断面図であり、図3は発光ダイオードアレイ装置の平面である。なお、図4は第1の共通電極と第2の共通電極との関係を明瞭にした平面図である。 1 to 3 show one embodiment of a light-emitting diode array device according to the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional view of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the light-emitting diode (light-emitting element portion). FIG. 3 is a plan view of the light emitting diode array device. FIG. 4 is a plan view illustrating the relationship between the first common electrode and the second common electrode.
図において、1は高抵抗基板であり、10は発光ダイオード素子であり、2は発光ダイオード10を構成する一導電型半導体層であり、3は発光ダイオード10を構成する逆導電型半導体層であり、4は個別電極であり、50は共通電極であり、5は第1の共通電極であり、6は第2の共通電極であり、7は高抵抗基板1の表面に形成された第1の絶縁膜であり、8は第1の共通電極5上に被着された第2の絶縁膜であり、本発明でいう絶縁膜とはこの第2の絶縁膜8を指す。
In the figure, 1 is a high-resistance substrate, 10 is a light-emitting diode element, 2 is a one-conductivity-type semiconductor layer constituting the light-emitting
高抵抗基板1は、たとえばシリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの単結晶半導体基板やサファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板である。例えば、単結晶半導体基板の場合においては、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合においては、C面基板が好適である。
The
この高抵抗基板1上の表面中央部領域に、複数の発光ダイオード10が1列に複数配列されて形成されている。また、基板1上には、この発光ダイオード10が配列された領域Lを挟んで、主に個別電極が形成される個別電極形成領域Sと、主に共通電極が形成される共通電極形成領域Cを有している。
A plurality of
この発光ダイオードの主要部分の構成は、一導電型半導体層2及び逆導電型半導体層3から構成されている。
The main part of the light emitting diode is composed of a one-conductivity-
一導電型半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、電子の注入層2cで構成される。バッファ層2aは2〜4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層2bは0.1〜1.0μm程度の厚みに形成され、電子の注入層2cは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成される。バッファ層2aとオーミックコンタクト層2bはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層2cはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。また、オーミックコンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3 程度含有し、電子の注入層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3 程度含有する。
The one conductivity
バッファ層2aは高抵抗基板1と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
The
この一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2bには、共通電極50が接続される。
A
また、逆導電型半導体層3は、発光層3a、第2のクラッド層3bおよび第2のオーミックコンタクト層3cで構成される。
The reverse conductivity
発光層3aと第2のクラッド層3bは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層3cは膜厚d>(0.15μm−オーミックコンタクト層膜厚)程度の厚みに形成される。発光層3aと第2のクラッド層3bはアルミニウムガリウム砒素などから成り、第2のオーミックコンタクト層3cはガリウム砒素などから成る。発光層3aと第2のクラッド層3bは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)との混晶比を異ならしめる。発光層3aと第2のクラッド層3bは亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3 程度含有し、第2のオーミックコンタクト層3cは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を1×1019〜1021atoms/cm3 程度含有する。
The light emitting layer 3a and the
この逆導電型半導体層3の第2のオーミックコンタクト層3cには、個別電極4が接続される。
The
また、高抵抗基板1の共通電極形成領域C及び個別電極形成領域Sの大部分の領域には、第1の絶縁膜7が形成されている。
A first insulating
第1の絶縁膜7は、酸化シリコンや窒化シリコンなどが例示できる。基板材料がシリコンである場合、基板表面の熱酸化処理により形成できる。また、その他の基板材料の場合に、シランガス(SiH4)や必要に応じてアンモニアガス(NH3)を用いてプラズマCVD法などによって被着形成する。
Examples of the first insulating
共通電極50を構成する第1の共通電極5は、高抵抗基板1の共通電極側領域Cの第1の絶縁膜7上に形成される。この第1の共通電極5は、発光ダイオード10の配列方向に略平行に形成され、その長さは、実質的には、発光ダイオード10の配列の幅と同等の長さを有している。また、この第1の共通電極は、発光ダイオード10の駆動の単位である発光素子群を構成する発光ダイオードの構成数(N)と同一の数だけ形成される。
The first common electrode 5 constituting the
第1の共通電極5は、高抵抗基板1上に形成した平坦な面を有する第1の絶縁膜7上に、例えば、下地導体膜としてCrを150Å以上形成した後、アルミニウム/金などの順次積層た多層構成などが例示できる。その厚みが例えば1μmである。なお、下地導体膜を省略して金/クロム(Au/Cr)、アルミニウム/クロム(Al/Cr)の多層層構造であってもよい。
The first common electrode 5 is formed on the first insulating
この第1の共通電極5は、発光ダイオード10の配列幅にわたり、比較的長く形成されているものの、その下面には、平坦な高抵抗基板1の表面に形成された第1の絶縁膜に形成される。即ち、基板の複雑な構造や導体膜がない状態でないため、第1の絶縁膜7の表面が非常に平坦化された表面となり、この平坦な表面に第1の共通電極5を形成されるため、複数の第1の共通電極5において構造的に均一化を図ることができる。また、材料も金を含む非常に良好な導電材料を用いているため、その抵抗のバラツキも抑えることができる。
Although the first common electrode 5 is formed to be relatively long over the arrangement width of the
第2の絶縁膜8は、共通電極形成領域C、個別電極形成領域Sの一部、さらには、発光ダイオードの一部に形成されるものであり、例えば透明な材料で構成される。具体的には、ポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどから成る材料などが例示できる。この第2の絶縁膜8の厚みは2000〜20000Å程度に形成する。
The second
この第2の絶縁膜8は、発光ダイオード10において、少なくともオーミックコンタクト層2b、3cを露出するように形成され、さらに、共通電極形成領域Cには、2種類の開口(コンタクトホール9、10)が形成されている。
The second
コンタクトホール9は、発光ダイオードのオーミックコンタクト層2bと第1の共通電極5を接続する第2の共通電極6が、安定して所定第1の共通電極5に接続するように形成されるものであり、例えば、所定第1の共通電極5の一部を露出するように形成されている。
The
また,コンタクホール10は、共通電極側接続パッド12と所定第1の共通電極5を接続する引出し電極13が、安定して所定第1の共通電極5に接続するように形成されるものである。
The
このような第2の絶縁膜8は、例えば高抵抗基板1の上面に、第2の絶縁膜8となるポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどを被着形成し、その後フォトグラフィ技術を利用して、コンタクトホール9、10や一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2b、逆導電型半導体層3のオーミックコンタクト層3cが露出すようにエッチング処理されて形成されるものである。
Such a second
ここで、コンタクトホール9は、1つの発光素子群の幅に対応する領域に、N個の第1の共通電極5を順次露出するように形成されている。図3においては、最も右側(右側かち奇数番目)の発光素子群に対応するN個のコンタクトホール9は、右肩下がりに配列されて形成され、右から2番目(右から偶数番目)の発光素子群に対応するN個のコンタクトホール9は、右肩上がりに配列されて形成されている。その結果、第2番目の発光素子群と、第3番目の発光素子群と範囲に対応する共通電極形成領域Cには、比較的広い第2の絶縁膜の領域が形成されることになる。
Here, the
コンタクトホール10は、M群の発光素子群の幅(アレイの全幅)に対応する領域に、N個の第1の共通電極5のいずれかを露出するように形成されている。図3においては、右側から1番目の発光素子群と右側から2番目の発光素子群との間に、右側から2数番目の発光素子群と右側から3番目の発光素子群との間に、・・・にそれぞれ形成されている。
The
また、高抵抗基板1の個別電極形成領域Sには、複数の個別電極4が形成されている1つの個別電極4は、1つの発光素子群を成す例えば8つ個の発光素子に共通的に接続するように、例えば櫛形状に形成される。即ち、個別電極4は、発光素子群の数Mに対応する数だけ形成されている。この個別電極4は、第2の絶縁膜8上に形成され、発光ダイオード10の逆導電型半導体層3cに接続される。
In addition, in the individual electrode forming region S of the
また、各個別電極4は、個別電極側接続パッド11を有している。また、個別電極側接続パッド11も第2の絶縁膜8に形成されている。なお、個別電極側接続パッド11と外部駆動回路との接続手法によっては、第2の絶縁膜8が除外されて第1の絶縁膜7上に形成してもよい。
Each
高抵抗基板1の共通電極形成領域Cには、複数の第2の共通電極6が形成されている。1つの第2の共通電極6は、1つの発光ダイオードの一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2bから所定のコンタクホール9から露出する第1の共通電極5を接続するために形成されている。即ち、第1の共通電極5は、発光ダイオード10の配列方向に平行に延びているが、第2の共通電極6は、それと直交する方向に形成されている。
A plurality of second
これより、発光素子群を構成するN個の発光ダイオード10は、それぞれ異なる第1の共通電極5に接続することになる。
Thus, the N
また、各第1の共通電極5には、それぞれ1つの共通電極側接続パッド12に接続されている。この共通電極側接続パッド12は、例えば個別電極形成領域S側に形成されている。そして、この共通電極側接続パッド12と所定の第1の共通電極5は、引出し電極13によってコンタクトホール10を介して接続されている。なお、共通電極側接続パッド12も第2の絶縁膜8に形成されているが、虚通電極側接続パッド12と外部の駆動回路との接続手法によっては、第2の絶縁膜8が除外されて第1の絶縁膜7上に形成してもよい。
Each first common electrode 5 is connected to one common electrode
また、この引出し電極13は、各発光素子群との境界部分の間隙に、第2の絶縁膜8上に形成されている。これにより、共通電極形成領域Cに形成されたコンタクトホール10と個別電極形成領域Sに形成された共通電極側接続パッド12とが引出し電極13が接続されている。
Further, the
この第2の共通電極6や個別電極4は、オーミックコンタクト層2b、3cに接触する電極である。このため、金/金・ゲルマニウム/クロム(Au/AuGe/Cr)などのから成る多層構造となっており、その厚み1μm程度以下に形成される。なお、この多層構造の材料を熱処理を加えて、Geを半導体層に拡散処理している。
The second
なお、引出し電極13は、第2の共通電極6、個別電極4と同一工程で形成することが望ましいが、金属−半導体オーミック接触性を考慮することなく、良導電体材料を用いて構わない。また、接続パッド11、12の上面にも、引出し電極13と同一の良導電体材料を被着形成してもよい。
The
以上の構成した発光ダイオードアレイ装置では、高抵抗基板1の共通電極形成領域Cでは、高抵抗基板1上に第1の絶縁膜7が形成され、さらに、第1の共通電極5が形成され、さらに、第1の共通電極5上には第2の絶縁膜8が形成されおり、第2の絶縁膜8を介して第2の共通電極6または引出し電極13が形成ささている構造である。
In the light emitting diode array device configured as described above, in the common electrode formation region C of the
また、高抵抗基板1の個別電極形成領域Sでは、高抵抗基板1上に第1の絶縁膜7、第2の絶縁膜8が形成されており、この第2の絶縁膜8上に個別電極4、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12、引出し電極13が形成されている。なお、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12の直下においては、第2の絶縁膜8を省略してもよい。
In the individual electrode formation region S of the
次に、図3、図4を用いて、発光ダイオードアレイ装置の電極及び接続パッド構造を詳細に説明する。 Next, the electrode and connection pad structure of the light-emitting diode array device will be described in detail with reference to FIGS.
上述の構成の発光ダイオードは、複数アレイ状に配置され、例えば、隣接するN個(図3、図4では8個)の発光ダイオード(素子)が1つの群として取り扱われる。図3、図4では、右側からは第1の群から第4群までの32(8素子×4群)素子が示されているが、全体としては、M群の発光素子群を有している。 The light emitting diodes having the above-described configuration are arranged in a plurality of arrays, and for example, adjacent N light emitting diodes (elements in FIG. 3 and FIG. 4) are handled as one group. 3 and 4, 32 (8 elements × 4 groups) elements from the first group to the fourth group are shown from the right side, but as a whole, there are M light emitting element groups. Yes.
図3、図4に示す高抵抗基板1の図の下側領域である個別電極形成領域Sには、1つの発光素子群を成す8つ個の発光素子に共通的に接続するように、例えば櫛形状の個別電極4が形成されている。そして、この櫛状の個別電極4には個別電極側接続パッド11が1つ形成さている。なお、隣接する群も個別電極4の構成は同様となっている。
For example, the individual electrode forming region S, which is the lower region of the
つぎに、共通電極50について言えば、第1の共通電極5と第2の共通電極6とか構成されているが、図4に示すように、第1の共通電極5は、発光ダイオードの配列方向と平行に延びるように形成されている。第1の共通電極5は、例えば発光素子群の群数Mに係わらず、1つの発光素子群を構成する発光ダイオード10の数N(図ではN=8)に相当する数だけ形成されている。この例では第1の共通電極5は8つの電極で構成されている。また、第2の共通電極6は、各発光ダイオードと第1の共通電極5とを接続するものであり、各発光ダイオードから第1の共通電極5のいずれかに接続するように発光ダイオードの配列方向と直交する方向に延びて形成されている。そして、第2の共通電極6の一端は1つの発光タダイオードの一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2bに重畳接続し、他端はコンタクトホール9を介して所定第1の共通電極5の一部に重畳接続する。即ち、第2の共通電極6は発光素子群1つから素子数N(例ではN=8)だけ延びており、全体として、N素子×M群だけ形成されている。
Next, as for the
ここで、第1の共通電極5に関しては、例えば8つの第1の共通電極を区別するためには、発光ダイオードアレイに近い側から符号5a、5b、5c・・5h(例では1発光素子群が8素子で構成されているためN=8、最終符号は5hとなる)で示す。また、第2の共通電極6に関しては、例えば最も右側の発光素子群を構成する発光ダイオードで、第1の共通電極5aに接続する第2の共通電極を符号61a、そのコンタンクトホール91a、第1の共通電極5bに接続する第2の共通電極を符号61b、そのコンタンクトホール91b、・・・・・第1の共通電極5hに接続する第2の共通電極を符号61h、そのコンタンクトホール91hと示し、右側から2番目の発光素子群を構成する発光ダイオード10で第1の共通電極5aに接続する第2の共通電極を符号62a、そのコンタンクトホール92a、第1の共通電極5bに接続する第2の共通電極を符号62b、そのコンタンクトホール92b、・・・・・第1の共通電極5hに接続する第2の共通電極を符号62h、そのコンタンクトホール92hと示す。
Here, with respect to the first common electrode 5, for example, in order to distinguish eight first common electrodes,
この図3、図4で、右側から第1番目、3番目、5番目・・・(奇数番目)の発光素子群の発光ダイオードで、第2の共通電極を介して第1の共通電極5aに接続する発光ダイオードは、発光素子群中最も右側に形成されものであり、第1の共通電極5hに接続する発光ダイオードは、発光素子群中最も左側に形成されものであり、右側から第2番目、4番目、6番目・・・(偶数番目)発光素子群の発光ダイオードで、第2の共通電極を介して第1の共通電極5aに接続する発光ダイオードは、発光素子群中最も左側に形成されものであり、第1の共通電極5hに接続する発光ダイオードは、発光素子群中最も右側に形成されものであり、奇数番目の発光素子群と偶数番目の発光素子群と対象に配置されている。
3 and 4, the first, third, fifth,... (Odd-numbered) light-emitting diodes from the right side are connected to the first
また、第1の共通電極5aの一部は、共通電極側接続パッド12aに接続されており、第1の共通電極5bの一部は共通電極側接続パッド12bに接続されており、・・・第1の共通電極5hの一部は共通電極側接続パッド12hに接続されている。
Further, a part of the first
具体的には、図3、図4では第1の共通電極5aに接続する共通電極側接続パッド12aは、第1番目の発光素子群と第2番目の発光素子群との境界部分を介して、個別電極形成領域S側に延び、個別電極側接続パッド11に並設されている。また、第1の共通電極5bに接続する共通電極側接続パッド12bは、第2番目の発光素子群と第3番目の発光素子群との境界部分を介して、個別電極形成領域S側に延び、個別電極側接続パッド11に並設されている。このとき、第1の共通電極5aと共通電極側接続パッド12aとは、コンタンクホール10a、引出し電極13を介して行われる。同様に、第1の共通電極5b〜5hと共通電極側接続パッド12b〜12hとは、コンタンクホール10b〜10h、引出し電極13を介して行われる。
Specifically, in FIG. 3 and FIG. 4, the common electrode side connection pad 12a connected to the first
このような接続構造において、各発光素子群に係わらず、各発光タイオードの共通電極50側においては、第2の共通電極6、コンタンクホール9を介して、所定の第1の共通極5a〜5hのいずれかに接続し、さらに各第1の共通電極5a〜5hから1つのコンタンクホール10a〜10hを介して共通電極側接続パッド12a〜12hに接続している。
In such a connection structure, regardless of each light emitting element group, on the
このような発光ダイオードアレイ装置は、外部の駆動回路によって、個別電極4と共通電極50とが同時にと選択された発光ダイオード10に電圧が印加され、その結果、それに対応する発光ダイオードが発光することになる。
In such a light emitting diode array device, a voltage is applied to the
例えば、第1の共通電極5aに相当する共通電極を選択することにより、発光し得る発光ダイオードは、各発光素子群内で1つの発光ダイオードだけとなる。即ち、図3、図4においては、右側から奇数番目の発光素子群の最も右側の発光ダイオードと、同じく偶数番目の発光素子群の最も左側の発光ダイオードに限られる。
For example, by selecting a common electrode corresponding to the first
この時、発光素子群に共通的に接続される個別電極4で、どの発光素子群に選択するかによって、選択された発光素子群の上述の発光ダイオード10に発光に必要な電圧が印加されて発光することになる。
At this time, a voltage necessary for light emission is applied to the
このように、第1の共通電極5a〜5hに相当する共通電極50のうち、どれの共通電極50を選択し、個別電極4側でどの発光素子群を選択するかによって、アレイ状に配置された発光ダイオードのうち、どの発光ダイオードを発光させるかを制御できる。
As described above, the
このように、個別電極4で、発光させるべき対象の発光ダイオードを含む発光素子群を選択し、共通電極50側の第1の共通電極5a〜5hを順次選択切り替えてすべての発光ダイオードを独立に制御することができる。
As described above, the light emitting element group including the light emitting diodes to be emitted is selected by the
しかも、発光ダイオードの配列数、即ち、発光されるビット数が64bit(N=8、M=8)であっても、192bit(N=8、M=24)であっても、8つの第1の共通電極で簡単に駆動制御が可能である。この第2の共通電極5の数は、発光素子群を構成する発光ダイオードの数に相当する数で、簡単に発光ダイオードの発光制御が可能である。 Moreover, even if the number of light emitting diodes arranged, that is, the number of emitted bits is 64 bits (N = 8, M = 8) or 192 bits (N = 8, M = 24), The common electrode can easily drive and control. The number of the second common electrodes 5 is the number corresponding to the number of light emitting diodes constituting the light emitting element group, and the light emission control of the light emitting diodes can be easily performed.
なお、この構造は、1系統の駆動回路で発光制御することを前提として説明しているものであり、2系統の駆動回路で制御する場合には、この発光ダイオードアレイ装置を、1つの高抵抗基板1上に並設するようにしても構わない。
This structure is described on the premise that the light emission is controlled by one drive circuit. When the two drive circuits are used, this light-emitting diode array device has one high resistance. It may be arranged side by side on the
このように、本発明の発光ダイオードアレイ装置によれば、複数の発光ダイオードの発生を制御するための個別電極4、共通電極50の第1の共通電極5、第2の共通電極6とが全く別の構造で形成されており、且つ第1の共通電極5の導体材料と第2の共通電極6とを全く別の材料で構成することができる。例えば第1の共通電極5を、配線抵抗(電極抵抗)を小さくするための構造、材料を容易に選択でき、また、第2の共通電極6を、半導体−金属の接触性を考慮して、また、第1の共通電極5との接続性を考慮して、それぞれの特性が良好にするための構造、材料を選択できる。
As described above, according to the light emitting diode array device of the present invention, the
しかも、各発光ダイオード10から共通電極側接続パッド12までの接続点、例えばコンタクトホール9、10の数を、各発光ダイオード10で均一化することができる。
Moreover, the connection points from each
これにより、従来例に示した発光ダイオードアレイ装置に比較して、共通電極側における発光ダイオードから共通電極側接続パッドまでの接続点の数を減少でき、また、目的に応じて導体材料の選択の容易となり、その結果、各発光ダイオードにおける共通電極5の電極抵抗のバラツキが極小化でき、発光バラツキを小さくすることができる。 As a result, the number of connection points from the light emitting diode to the common electrode side connection pad on the common electrode side can be reduced as compared with the light emitting diode array device shown in the conventional example, and the conductor material can be selected according to the purpose. As a result, variation in electrode resistance of the common electrode 5 in each light emitting diode can be minimized, and variation in light emission can be reduced.
また、第1の共通電極5は、発光ダイオードアレイの配列方向に平行に形成され、第2の共通電極6は、各発光ダイオーと第1の共通電極5とを接続するように形成されている。即ち、第2の共通電極6の幅を、実質的に発光ダイオードの幅よりも小さく設計することで、発光ダイオードアレイの配列方向の寸法を極小化することができる。
The first common electrode 5 is formed in parallel with the arrangement direction of the light emitting diode array, and the second
さらに、共通電極側接続パッド12は、発光ダイオード10の配列領域Lを挟んで設けられる個別共通電極形成領域Sに形成されている。即ち、共通電極が形成された共通電極形成領域Cから個別電極形成領域Sに、発光素子群との境界部分に形成された引出し電極13によって接続され、この個別電極形成領域Sには個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12とが並設されている。
Further, the common electrode
これにより、外部の駆動回路との接続、例えばボンディングワイヤの融着接合が、高抵抗基板の一方端部側である個別電極形成領域のみで行われるため、その接合作業が非常に簡単となり、発光ダイオードアレイ装置と外部の駆動回路との接合が安定する。 As a result, connection with an external drive circuit, for example, fusion bonding of bonding wires, is performed only in the individual electrode formation region on one end side of the high-resistance substrate, so that the bonding operation becomes very simple and light emission The junction between the diode array device and the external drive circuit is stabilized.
これは、ボンィングワイヤに限らず、例えば接続パッドに銀粉末を含有する導電性ペーストを塗布して、この銀バンプと外部の駆動回路とを接続する場合においても、上述の導電性ペーストの塗布が高抵抗基板の一方端部側である個別電極形成領域のみで行われるので、その接合作業が非常に簡単となる。 This is not limited to bonding wires. For example, even when a conductive paste containing silver powder is applied to a connection pad and this silver bump is connected to an external drive circuit, the above-described conductive paste is applied. Is performed only in the individual electrode forming region on one end side of the high-resistance substrate, so that the joining operation becomes very simple.
また、共通電極を電極が要求される抵抗特性と、半導体と接続する金属−半導体のオーミック接触性とを両立させることができ、また、導体長さの長い第1の共通電極を低抵抗とすることも容易となり、これによっても、発光ダイオードでの発光バラツキを改善できる。 In addition, it is possible to achieve both the resistance characteristics of the common electrode required for the electrode and the ohmic contact property of the metal-semiconductor connected to the semiconductor, and the first common electrode having a long conductor length has a low resistance. This also makes it possible to improve the light emission variation in the light emitting diode.
このよう発光ダイオードアレイ装置は、LEDプリンタの露光用光源として用いられる。即ち、LEDプリンタは、その主要部分の構成は、ページプリンタ用感光ドラム、この感光体ドラム上に画像を形成するための露光光源手段である発光ダイオードアレイ装置、このプリントすべき画像情報、感光体ドラムの回転測度に応じて、発光させるべき発光ダイオードの駆動を制御する駆動回路と、ドラムに電荷を印加または除去する手段、トナーを供給する手段、ドラム上に付着するトナーを記録媒体に転写する転写手段、記録媒体に転写したトナーを定着する定着手段、記録媒体を搬送する搬送手段、ドラム上の不要なトナーを除去するクリーニング手段とから構成されている。 Such a light-emitting diode array device is used as an exposure light source for an LED printer. That is, the main part of the LED printer is composed of a photosensitive drum for a page printer, a light emitting diode array device as an exposure light source means for forming an image on the photosensitive drum, image information to be printed, a photosensitive member. A drive circuit that controls the drive of a light emitting diode to emit light according to the rotation measurement of the drum, a means for applying or removing charges to the drum, a means for supplying toner, and a toner adhering to the drum is transferred to a recording medium The image forming apparatus includes a transfer unit, a fixing unit that fixes the toner transferred to the recording medium, a conveying unit that conveys the recording medium, and a cleaning unit that removes unnecessary toner on the drum.
このようなLEDプリンタにおいて、露光光源である発光ダイオードアレイ装置の発光バラツキがすくないため、非常に安定した画像を感光体ドラムに形成することができ、よって、記録媒体に印刷される画像が非常に高品位とすることができる。 In such an LED printer, since the light emitting diode array device, which is an exposure light source, does not vary widely, a very stable image can be formed on the photosensitive drum, and thus the image printed on the recording medium is very High quality can be achieved.
また、このような発光ダイオードアレイ装置を安定した接合状態で駆動回路に接続して、発光制御して発光動作させることにより、その結果、該ドラム表面に安定した画像を形成することができ、高い品位の印字が可能となる。 In addition, by connecting such a light emitting diode array device to a drive circuit in a stable bonding state and performing light emission control by controlling light emission, a stable image can be formed on the drum surface. Quality printing is possible.
次に、図5〜図10及び図3、図4を用いて発光ダイオードアレイ装置の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the light-emitting diode array device will be described with reference to FIGS. 5 to 10, 3, and 4.
まず、図5において、単結晶材料からなる高抵抗基板1を用意するとともに、その全面に第1の絶縁膜7となる絶縁膜71を形成する。絶縁膜71は、酸化シリコンや窒化シリコンなどが例示で、基板材料よっては、基板表面を熱酸化処理に形成したり、また、プラズマCVD法で、シランガス(SiH4)や必要に応じてアンモニアガス(NH3)を用いて被着形成する。
First, in FIG. 5, a high-
つぎに、図6に示すに、発光ダイオード10が形成される領域Lのみを、配列方向に沿って絶縁膜71をエッチング処理して、共通電極形成領域C、個別電極形成領域にSに第1の絶縁膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the insulating
つぎに、図7、図8に示すように、高抵抗基板1が露出する配列領域Lに、一導電型半導体層2及び逆導電型半導体層3をMOCVD法などで順次積層して発光ダイオード10の主要部分を形成する。これより、図2に示すように一導電型半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、電子の注入層2cからなり、逆導電型半導体層3は、発光層3a、第2のクラッド層3bおよび第2のオーミックコンタクト層3cからなる発光ダイオードの主要部分が形成される。なお、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層3を形成する場合、高抵抗基板1を400〜500℃に設定して200〜2000Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を700〜900℃に上げて所望厚みの半導体層2、3を形成する。この場合、原料ガスとしてはTMG((CH3)3Ga)、TEG((C2H5)3Ga)、アルシン(AsH3)、TMA((CH3)3Al)、TEA((C2H5)3Al)などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン(SiH4)、セレン化水素(H2Se)、TMZ((CH3)3Zn)などが用いられ、キャリアガスとしては、H2などが用いられる。
Next, as shown in FIGS. 7 and 8, the one-conductivity-
そして、隣接する発光ダイオード10どうしが電気的に分離されるように、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
Then, the one-conductivity-
その後、一導電型半導体層2の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層2の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層3が一導電型半導体層2よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層3をエッチングする。このエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどでおこなわれる。
Thereafter, the reverse
次に、図9に示すように高抵抗基板1の共通電極形成領域Cの絶縁膜7上に第1の共通電極5a〜5hを形成する。具体的にはクロムと金を順次蒸着法やスパッタリング法で多層化された金属膜を形成しパターン化する。この形成にあたっては、パターン化の際にエッチング液が発光ダイオードの主要部分に及ぼす影響を考慮して、リフトオフ法によって形成する。
Next, as shown in FIG. 9, first
つぎに、図10に示すように第2の絶縁膜8を形成する。この絶縁膜8の形成において、同時に、複数のコンタクトホール9、10が形成される。具体的には、全体にポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどから成る材料で絶縁膜を厚み2000〜20000Å程度に形成する。その後、フォトグラフィ技術を利用して、少なくともコンタクトホール9、10、一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2b、逆導電型半導体層3のオーミックコンタクト層3cが露出すようにエッチング処理しその後レジスト膜を剥離する。
Next, as shown in FIG. 10, a second
最後に、図4に示すように、高抵抗基板1の第2の絶縁膜8上に、個別電極4、第2の共通電極6、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12を被着形成する。
Finally, as shown in FIG. 4, the
このうち、第2の共通電極6は、高抵抗基板1の中央付近に配列された発光ダイオードの配列ラインを挟み、一方側、例えば図面の上部側の第2の絶縁膜8に形成され、個別電極4、第2の共通電極6、接続パッド11、12は、他方側、例えば図面の下部側の第2の絶縁膜8に形成される。即ち、第2の共通電極6は、発光ダイオードの一導電型半導体層2のオーミックコンタクト層2cと、所定の第1の共通電極5が露出するコンタクトホール9に跨がるように形成される。また、第1の共通電極5とこの共通電極5と接続する接続パッド11とは、コンタンクホール10から発光素子群で区分される境界部分の間を介して延びる引出し電極13によって、共通電極側接続パッド12に接続されている。
Among these, the second
これらの第2の共通電極6、個別電極4とは、半導体−金属接触性を考慮した材料を用いる必要があり、接続パッド11、12は半導体−金属接触性を考慮する必要はない。従って、この第2の共通電極6、個別電極4、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12とを同一工程で形成してもよいし、例えば、第2の共通電極6、個別電極4を半導体−金属接触性の良好な材料、良好な層構成で形成し、その後、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12のみを良導電性の材料で形成しても構わない。
For these second
たとえば、個別電極4、第2の共通電極6、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12を同時に形成する場合に半導体−金属接触性を考慮して、クロムと金ゲルマニウムと金を蒸着法やスパッタリング法で順次積層して、Cr/AuGe/Auの層構成とすればよい。
For example, in the case where the
以上のようにして製造された発光ダイオードアレイ装置は、高抵抗基板1上に複数の一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3を被着形成し、且つ該一導電型半導体層2に共通電極50を、逆導電型半導体層3に個別電極4を接続した発光ダイオード10を複数個配列するとともに、前記複数の配列された発光ダイオード10のうち、所定数の発光ダイオード10を一つの発光素子群として、複数発光素子群から構成される発光ダイオードアレイと、同一の群内の発光ダイオード10の逆電型半導体層3に個別電極4を接続し、異なる群に属する所定番目に配置された発光ダイオードの一導電型半導体層2に共通電極50に接続した発光ダイオードアレイ装置である。そして、共通電極50は、発光ダイオード10の配列方向に概略平行に延びる第1の共通電極5及び該第1の共通電極5の一部から各異なる群に属する所定の発光ダイオード10の一導電型半導体層2に接続する第2の共通電極6とから構成される。
In the light emitting diode array device manufactured as described above, a plurality of one-conductivity-
なお、第1の共通電極5は、高抵抗基板1上に形成した第1の絶縁膜7上に形成され、前記第2の共通電極6と第1の共通電極5との間には、第2の絶縁膜8が介在され、第2の共通電極6の一部が、コンタンクトホール9を介して第1の共通電極5に重畳して接続されている。
The first common electrode 5 is formed on the first insulating
これにより、第1の共通電極5を、発光素子群を構成する発光ダイオード10の数に相当する数だけ形成され、各発光ダイオード10は、第2の共通電極6を介して、所定の第1の共通電極5に接続されている。この第2の共通電極6は、どの発光素子群に属する発光ダイオード10でありながら、その接続構造は、実質的に同一構造となる。即ち、どの発光ダイオード10であっても、接続部であるコンタクホール9は1個所のみとなる。これにより、発光ダイオード10に接続する共通電極50の構造が非常に簡素化し、接続条件が均一となるため、電極における抵抗のバラツキが小さく、これにより、発光ダイオードの発光バラツキを小さくすることができる。
As a result, the first common electrode 5 is formed in a number corresponding to the number of the
また、第1の共通電極5と第2の共通電極6、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12をそれぞれ別の導体材料で構成できるため、第2の共通電極6、個別電極4では、安定した金属−半導体接触性を考慮した材料を、第1の共通電極5では、良好な導電性を考慮した材料を選択できるため、これによっても、電極抵抗のバラツキが小さくなり、これにより、発光ダイオードの発光バラツキを小さくすることができる。
In addition, since the first common electrode 5, the second
また、第1の共通電極5が高抵抗基板1に形成した第1の絶縁膜7上に形成されている。この絶縁膜7の下部には、基板の凹凸の構造物、他の導体膜の凹凸が一切ない、この絶縁膜7の表面が非常に平坦化することになる。このため、第1の共通電極5を非常に安定した形成できる。これより、第1の共通電極5は構造的にバラツキが少ないものとなる。
The first common electrode 5 is formed on the first insulating
また、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12は、発光ダイオードの配列領域を中心に個別電極形成領域Sに集中されており、共通電極50(第1の共通電極5及び第2の共通電極6の接続構造)は、発光ダイオード10の共通電極形成領域Cに集中されている。
The individual electrode
これにより、外部の駆動回路との接続が一方側の領域のみで行われるため、駆動回路の接続が容易となる。 As a result, since the connection with the external drive circuit is performed only in one region, the drive circuit can be easily connected.
また、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12の下部領域には、従来のように共通電極などが全く配置されていない。従って、この接続パッド11、12と駆動回路が形成された回路基板とを接続するにあたり、個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12に半田バンプなどのように半田接合やボンディングワイヤによる接合をおこなっても、熱衝撃や機械的衝撃が個別電極側接続パッド11、共通電極側接続パッド12接続パッド11、12に印加されても、共通電極や個別電極の接続構造に悪影響を与えることが一切なく、安定した発光動作が可能となる。
Further, in the lower region of the individual electrode
1・・高抵抗基板
10・・発光ダイオード
2・・・一導電型半導体層
2a・・・バッファ層
2b・・オーミックコンタクト層・・・第2の共通電極
2c・・電子の注入層
3・・・逆導電型半導体層
3a・・・発光層
3b・・・第2のクラッド層
3c・・・第2のオーミックコンタクト層3・・・個別電極
4・・個別電極
50・・・共通電極
5・・・第1の共通電極
6・・・第2の共通電極
7・・・第1の絶縁膜
8・・・第2の絶縁膜
9・・・コンタクトホール
10・・コンタクトホール
11・・個別電極側接続パッド
12・・共通電極側接続パッド
13・・引出し電極
1.
Claims (4)
前記高抵抗基板は、発光ダイオードの配列領域を挟んで共通電極形成領域と、個別電極形成領域を有するとともに、
前記共通電極形成領域には、発光ダイオードの配列方向に概略平行に延びるN個の第1の共通電極と、前記所定第1の共通電極と前記発光素子群のいずれか1つの発光ダイオードとを接続する第2の共通電極とが形成されているとともに、
前記個別電極形成領域には、前記各発光ダイオードに接続する個別電極と、該個別電極から延出する個別電極側接続パッドと、前記第1の共通電極に接続する共通電極側接続パッドとが形成されていることを特徴とする発光ダイオードアレイ装置。 A plurality of light-emitting diodes, each having a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers and reverse-conductivity-type semiconductor layers on a high-resistance substrate, and a common electrode connected to the one-conductivity-type semiconductor layer and individual electrodes connected to the reverse-conductivity-type semiconductor layer In addition, among the plurality of arranged light emitting diodes, N light emitting diodes are used as light emitting element groups, and a light emitting diode array composed of M groups and a reverse conductive semiconductor of light emitting diodes in the same light emitting element group In a light emitting diode array device composed of individual electrodes commonly connected to layers and a common electrode connected to one conductive type semiconductor layer of predetermined light emitting diodes belonging to different groups,
The high-resistance substrate has a common electrode formation region and an individual electrode formation region across an array region of light emitting diodes,
In the common electrode formation region, N first common electrodes extending substantially parallel to the arrangement direction of the light emitting diodes, and the predetermined first common electrode and any one light emitting diode of the light emitting element group are connected. And a second common electrode to be formed,
In the individual electrode forming region, an individual electrode connected to each light emitting diode, an individual electrode side connection pad extending from the individual electrode, and a common electrode side connection pad connected to the first common electrode are formed. A light-emitting diode array device.
4. A light-emitting diode that has at least a light-emitting diode array device according to claim 1, a drive circuit that controls driving of the light-emitting diode array device, and a photosensitive drum for page printer, and that emits light by the drive circuit. A light emitting diode printer that forms an image on a drum surface using light of an array device as an exposure light source of a photosensitive drum for the page printer.
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CN102047450B (en) * | 2008-05-26 | 2013-03-13 | 松下电器产业株式会社 | Compound semiconductor light emitting element, illuminating apparatus using compound semiconductor light emitting element, and method for manufacturing compound semiconductor light emitting element |
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- 2003-10-30 JP JP2003371339A patent/JP2005136238A/en active Pending
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