JP2006351777A - 発光ダイオードアレイおよび発光ダイオードアレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングパッド間に配線が配置された発光ダイオードアレイにおいて、短絡不良が発生しない高歩留で量産性に優れる発光ダイオードアレイおよびその製造方法を提供する
【解決手段】発光ダイオード部の上面に形成された第１の電極に配線５（５ａ）を介して接続され、メサエッチング溝４０によって個々独立に島状に形成される複数のボンディングパッド１４を有する発光ダイオードアレイであって、配線５ａは、隣接するボンディングパッド１４の間に配置され、かつ、メサエッチング溝４０に塗布されたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層３０上に形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードアレイおよび発光ダイオードアレイの製造方法に関し、特に、電子写真方式のプリンタ等の光源として好適に使用できる発光ダイオードアレイおよび発光ダイオードアレイの製造方法に関する。

電子写真方式のプリンタや複写機等は、画像信号に応じた光により感光ドラム上に静電潜像を形成し、紙に転写して画像を得るものである。静電潜像を形成するための光源としては、レーザ方式と発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ）方式が広く用いられている。

発光ダイオードアレイ方式の光源は、レーザ方式に比べて光路長を長くとる必要がないため、小型のプリンタ等に適しており、また、ＬＥＤを印刷幅分に一列に並べた発光ダイオードアレイを光源としているため、印刷幅分の一括書き込みが可能でありレーザ方式よりも高速印刷に適している。

発光ダイオードアレイには、個々独立に発光ダイオードを駆動させるＩＣを持つスタティック駆動方式と、複数個の発光ダイオードを１つのブロックとし、スイッチ用のマトリクス配線を以って、時間分割駆動させ、駆動ＩＣやボンディング本数を削減することが可能なダイナミック駆動方式（マトリクス駆動方式）が知られている。

例えば、図５は、６００ｄｐｉスタティック駆動方式の発光ダイオードアレイの一部を示す上面図である。発光ダイオードアレイ２０は、基板上に一列に配置された複数の発光ダイオード部１と、各発光ダイオード部１の上面に部分的に凸型に形成されたカソード電極２と、基板上の導電層上に形成されたアノード電極（共通電極）３と、メサエッチング溝によって基板上に島状に形成されたカソードボンディングパッド部２４とを有し、カソード電極２とカソードボンディングパッド部２４とは配線５を介して接続されている。各発光ダイオード部１は、基板上に均一に形成されたエピタキシャル層にメサエッチング溝を設け、個々独立のエピタキシャル層部としたものである。

この発光ダイオードアレイ２０では、メサエッチング溝によって島状に形成されたカソードボンディングパッド部２４が２列に並べて配置され、発光ダイオード部１に近いカソードボンディングパッド部２４同士の間には発光ダイオード部１から遠いカソードボンディングパッド部２４とカソード電極２とを接続する配線５ａが配置されている。

図６は、図５におけるＡ−Ａ’線部を示す断面図である。ボンディングパッド部２４は、ｎ型又は半絶縁性のＧａＡｓ基板３１上にｐ型導電層３２、ストッパ層３３、ｎ型クラッド層３４、ｐ型活性層３５、ｐ型クラッド層３６、キャップ層３７、ＳｉＯ_２層３８Ａ〜３８Ｄ、配線層３９、ＳｉＯ_２層３８Ｅが順次積層された断面構造を有し、メサエッチング溝５０によって島状に形成されている。

一方、ダイナミック駆動方式の発光ダイオードアレイとしては、例えば、特許文献１記載の発光ダイオードアレイがある。
特開２００４−２７３７４６号公報

しかし、特許文献１記載の発光ダイオードアレイのようにボンディングパッドを一列に並べた場合においては、配線層の加工残りが生じても、ボンディングパッドをメサエッチング溝により島状に個々独立に形成できるので短絡不良が発生することはないのに対し、図５記載の配置をとるスタティック駆動方式の発光ダイオードアレイによれば、図６に示したように、Ａ部において製造プロセスにおける配線加工(エッチング)時の加工残りによる短絡不良が発生するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ボンディングパッド間に配線が配置された発光ダイオードアレイにおいて、短絡不良が発生しない高歩留で量産性に優れる発光ダイオードアレイおよびその製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、基板上に形成された導電層と、前記導電層上に形成された個々独立の複数の発光ダイオード部と、前記複数の発光ダイオード部の上面の少なくとも一部に形成された第１の電極と、前記複数の発光ダイオード部に近接して前記導電層上に形成された共通電極としての第２の電極と、前記第１の電極に配線を介して接続され、メサエッチング溝によって個々独立に島状に形成される複数のボンディングパッドとを有する発光ダイオードアレイであって、前記配線は、隣接する前記複数のボンディングパッドの間に配置され、かつ、前記メサエッチング溝に塗布されたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層上に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を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の発光ダイオードアレイの製造方法であって、前記ＳＯＧ層を塗布した後にエッチバックを行わないことを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法を提供する。

本発明によれば、ボンディングパッド間に配線が配置された発光ダイオードアレイにおいて、短絡不良が発生しない高歩留で量産性に優れる発光ダイオードアレイを得ることができる。

〔発光ダイオードアレイの構造〕
本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイは、例えば、上述した図５に記載の構成（配置）である６００ｄｐｉスタティック駆動方式の発光ダイオードアレイであって、その断面構造に特徴を有するものである。ＬＥＤドットピッチ（或いは解像度）は６００ｄｐｉである場合に特に好適であるが限定されるものではなく、３００ｄｐｉや１２００ｄｐｉであってもよい。また、ボンディングパッド間に配線が配置された発光ダイオードアレイであれば、スタティック駆動方式に限らず、ダイナミック駆動方式の場合にも適用できるが、スタティック駆動方式が最適である。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイについて、図５におけるＡ−Ａ’線部を示す断面図である。図６の場合と比較して、ＳｉＯ_２層３８ＣとＳｉＯ_２層３８Ｄの間に、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層３０を有している点で異なる。すなわち、ボンディングパッド部１４は、ｎ型又は半絶縁性のＧａＡｓ基板３１上にｐ型導電層３２、ストッパ層３３、ｎ型クラッド層３４、ｐ型活性層３５、ｐ型クラッド層３６、キャップ層３７、ＳｉＯ_２層３８Ａ〜３８Ｃ、ＳＯＧ層３０、ＳｉＯ_２層３８Ｄ、配線層３９、ＳｉＯ_２層３８Ｅが順次積層された断面構造を有し、メサエッチング溝４０によって島状に形成されている。

ＳＯＧ層３０は、平面厚で１００ｎｍから１．０μｍ厚で塗布し、メサエッチング溝４０を埋める構造にすることによって配線５ａの加工を可能とする。ＳＯＧ層３０は、メサエッチング溝４０の端部（隅部）ほど厚く塗布されることが望ましい。平面厚で１００ｎｍから１．０μｍの範囲において、緩斜面化した理想形状の溝断面となる。１．０μｍより厚くすると、ＳＯＧ層３０にクラックが入る傾向がある。

ＳＯＧ層３０の材料としては、無機系塗布膜であっても有機系塗布膜であってもよく、例えば、水素化シルセシキオキサン（ＨＳＱ）やメチルシルセスキシオキサン（ＭＳＱ）を用いることができる。

図５について説明したように、本実施の形態における発光ダイオードアレイ１０は、基板上に一列に配置された複数の発光ダイオード部１と、各発光ダイオード部１の上面に部分的に凸型に形成されたカソード電極２と、基板上の導電層上に形成されたアノード電極（共通電極）３と、メサエッチング溝によって基板上に島状に形成されたカソードボンディングパッド部４とを有し、カソード電極２とカソードボンディングパッド部４とは配線５（５ａ，５ｂ）を介して接続されている。以下に、基板、発光ダイオード部、電極、配線層、およびメサエッチング溝について詳細に説明する。

（１）基板
基板は、発光ダイオード用に使用し得るものであれば特に限定されず、発光ダイオード部１と電気的に絶縁できる構造であればよい。ｎ型基板でもｐ型基板でも用いることができ、半絶縁性ＧａＡｓ基板等の半絶縁性基板または絶縁性基板を用いてもよい。基板と導電層との間にアンドープＧａＡｓ層等の高抵抗層を設けて絶縁することもでき、また、導電層に対して逆の極性を有する半導体層を設けて絶縁することもできる。

（２）発光ダイオード部
基板から上の導電層上に積層する化合物半導体の種類や結晶層の厚さは、所望の発光波長、発光出力、および駆動電圧により適宜選択する。化合物半導体としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ等を用いることができる。

発光ダイオード部１は、第１導電型のクラッド層、活性層、および第２導電型のクラッド層からなるダブルヘテロ構造を有するのが好ましく、導電層上に形成したエピタキシャル層をメサエッチング溝により分割してなるのが好ましい。

発光ダイオード部１は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｐ型ＧａＡｓ導電層を介して順次形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、およびｎ型ＧａＡｓキャップ層からなる。ｎ型ＧａＡｓキャップ層は、光取り出し部の領域ではエッチングにより除去されている。

上記発光ダイオード部１のうち発光に直接関与する領域は、発光波長に対応するエネルギーバンドギャップを有するｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を、それよりもエネルギーバンドギャップの大きいｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(第１導電型のクラッド層)およびｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(第２導電型のクラッド層)で挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造を有する。

（３）電極および配線層
第１および第２電極の一方がカソード電極で、他方がアノード電極であればよく、例えば、第１電極について言えば、カソード電極でもアノード電極でもよい。各電極は、ボンディング特性、下層とのオーミック接続特性が要求される。例えば、アノード電極にＡｕＺｎ／Ｎｉ／ＡｕやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層電極を使用し、カソード電極にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の積層電極を使用する。

配線層は、ボンディング特性、上層・下層との密着性が良好であることが要求されるので、複数の金属層で構成されるのが好ましい。最上層・最下層には、ボンディング特性の良いＴｉ,Ｍｏ,ＴｉＷ等の金属層を有するのが好ましい。例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ、Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ、ＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷなどの積層金属層を使用することができる。

各電極の金属層は、抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法、スパッタ法等で形成することができ、酸化物層は、各種公知の成膜方法で形成することができる。カソードおよびアノード金属層には、オーミック性を付与するために熱処理(合金化)をさらに施すのが好ましい。

各発光ダイオード部上のカソード電極と共通電極であるアノード電極は、配線を介してボンディングパッドに接続する。配線は絶縁膜上に形成され、絶縁膜をエッチングすることによって設けたコンタクト孔によって各々接続する。

（４）メサエッチング溝
個々独立の発光ダイオード部１とカソードボンディングパッド部１４とを形成するためメサエッチング溝は、発光ダイオード部１とカソードボンディングパッド部１４とを電気的に分離するため導電層まで達するメサエッチング溝部からなる。

メサエッチング溝は、発光ダイオード部１の他に、カソードボンディングパッド部１４も個々独立・分割して形成するのが好ましい。カソードボンディングパッド部１４は、メサエッチング溝の残し部分であるので、エッチング面積を増大させることがない。これにより、ローディング効果を避けることができ、同じくメサエッチング溝の残し部分である発光ダイオード部１の寸法制御が容易となる(特許文献１参照)。

〔発光ダイオードアレイの製造方法〕
図２〜４は、上記の本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの製造工程を示す断面図（図５におけるＢ−Ｂ’線部）である。図２〜４を参照して、本実施の形態に係る発光ダイオードアレイの好適な製造方法を以下に詳細に説明する。

（１）各層成長
有機金属気相成長法(ＭＯＶＰＥ法)により、ｎ型（又は半絶縁性）ＧａＡｓ基板３１の上面に、ｐ型ＧａＡｓ導電層３２(キャリア濃度：４×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ：１μｍ)、ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層３３(キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ：５０ｎｍ)、p型ＡｌＧａＡｓクラッド層３４(キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ：１μｍ)、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３５(キャリア濃度：３×1０^１７cm^−３、厚さ：８００ｎｍ)、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３６(キャリア濃度：２×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ：２．５μｍ)、およびｎ型ＧａＡｓキャップ層３７(キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ：８００ｎｍ)を順次成長させる。次いで、結晶表面の上面全体を覆うように化学気相成長法(ＣＶＤ法)により第１絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２層３８Ａ）を５００ｎｍ成長させる。

（２）カソード電極形成
カソード電極２(ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ)を蒸着〜リフトオフ法にて形成する。形成後、熱処理を施し、ＧａＡｓキャップ層３７とアロイ化する。このアロイ化した部分は後の水洗処理などで侵食されてしまうため、図示のようにさらに上面全体を覆うようにＣＶＤ法により第２絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２層３８Ｂ）を５０ｎｍ成長させ、保護膜とする。

（３）キャップ層のエッチング
発光ダイオード部１のうちカソード電極２に接触する一部分と、ボンディングパッド部１４を残して、ｎ型ＧａＡｓキャップ層３７をエッチングにより除去する。

（４）メサエッチング
ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層３３が露出する深さにメサエッチング溝４０を設けて、ｐ型ＧａＡｓ導電層３２上のエピタキシャル層を複数の発光ダイオード部１に分割するとともに、発光ダイオード部１と個々独立したボンディングパッド部１４とを形成する。

（５）アノード電極形成
アノード電極部分のｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層３３をフッ酸水溶液で除去した後、ｐ型ＧａＡｓ導電層３２上にアノード電極３(ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕ)を蒸着〜リフトオフ法で形成する。

（６）絶縁膜成長
次いで、ＣＶＤ法により第３絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２層３８Ｃ）を成長させる。

（７）ＳＯＧおよび絶縁膜形成
配線の加工を可能とする目的でＳＯＧ層３０を平面厚で１００ｎｍから１．０μｍ厚で塗布し、メサエッチング溝４０を埋め、熱処理をして有機物を蒸発させた後、ＣＶＤ法により第４絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２層３８Ｄ）を５０ｎｍ成長させる。通常、メサエッチング溝の段差が３μｍ以下の場合、ＳＯＧを塗布した後、エッチバックを行うのが平坦化の公知技術であるが、本実施の形態のように段差が３μｍを超え、５μｍ以下と大きい場合、エッチバックを行わないことに特徴がある。

（８）コンタクト孔形成
カソード電極２およびアノード電極３にコンタクト孔７をエッチングにより設ける。

なお、図３（８）には、カソード電極２に設けられたコンタクト孔７を示しており、アノード電極３に設けられるコンタクト孔は省略している。

（９）配線層のデポ
配線層３９（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ、Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ等）をスパッタにより、ウェハ全面にデポする。

（１０）絶縁膜成長
ＣＶＤ法により第５絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２層３８Ｅ）を成長させる。

（１１）パターンニング
（１０）でデポした絶縁膜（ＳｉＯ_２層３８Ｅ）をエッチングによって配線層３９の形状にパターンニングし、（９）でデポした配線層３９の不要部分を露出させ、次の工程（１２）イオンミリングのハードマスクとする。

（１２）イオンミリング（配線層加工）
イオンミリングによって、（１１）でパターンニングした絶縁膜（ＳｉＯ_２層３８Ｅ）と露出した配線層３９を無選択にエッチングし、配線を形成する。

（１３）ダイシングエリアと発光面のエッチング
ダイシングエリア８と発光面６上の絶縁膜をＣＨＦ_３／Ｏ_２など公知の混合ガスを用いたドライエッチングで除去する。

（１４）ファイナルパッシベーション
水分等の浸入を防ぐ目的でファイナルパッシベーションである絶縁膜をデポする。

（１５）ボンディングパッド部とダイシングエリアのエッチング
最後にボンディングパッド部１４とダイシングエリア８の絶縁膜をドライエッチングで除去し、完成する。

上記の発光ダイオードアレイの製造方法の（７）ＳＯＧおよび絶縁膜形成工程において、ＳＯＧを塗布した後、エッチバックを行ったもの（実施例１）、エッチバックを行わなかったもの（比較例１）、およびＳＯＧを塗布しなかったもの（参考例１）をそれぞれ作製した。

メサエッチング溝の加工残りを確認したところ、参考例では加工残りが目立ったのに対し、実施例１についてはほとんど加工残りが無かった。比較例１については、参考例１よりも加工残りが少なかったが、実施例１と比較すると加工残りが目立ち、効果の差が明らかであった。なお、ＳＯＧ層３０として、東京応化工業（株）製の商品名：Ｔ−９を使用した。

本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイについて、図５におけるＡ−Ａ’線部を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの製造工程を示す断面図（図５におけるＢ−Ｂ’線部）である。 本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの製造工程を示す断面図（図５におけるＢ−Ｂ’線部）である。 本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの製造工程を示す断面図（図５におけるＢ−Ｂ’線部）である。 ６００ｄｐｉスタティック駆動方式の発光ダイオードアレイの一部を示す上面図である。 図５におけるＡ−Ａ’線部を示す断面図である。

符号の説明

１：発光ダイオード部
２：カソード電極
３：アノード電極
５，５ａ，５ｂ：配線
６：発光面
７：コンタクト孔
８：ダイシングエリア
１０，２０：発光ダイオードアレイ
１４，２４：カソードボンディングパッド部
３０：ＳＯＧ層
３１：ｎ型ＧａＡｓ基板
３２：ｐ型導電層
３３：ストッパ層
３４：ｎ型クラッド層
３５：ｐ型活性層
３６：ｐ型クラッド層
３７：キャップ層
３８Ａ〜３８Ｅ：ＳｉＯ_２層
３９：配線層
４０：メサエッチング溝
５０：メサエッチング溝

Claims (4)

1. 基板上に形成された導電層と、前記導電層上に形成された個々独立の複数の発光ダイオード部と、前記複数の発光ダイオード部の上面の少なくとも一部に形成された第１の電極と、前記複数の発光ダイオード部に近接して前記導電層上に形成された共通電極としての第２の電極と、前記第１の電極に配線を介して接続され、メサエッチング溝によって個々独立に島状に形成される複数のボンディングパッドとを有する発光ダイオードアレイであって、
   前記配線は、隣接する前記複数のボンディングパッドの間に配置され、かつ、前記メサエッチング溝に塗布されたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層上に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。
2. 前記ＳＯＧ層は、平面厚で１００ｎｍから１．０μｍ厚で前記メサエッチング溝に塗布されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードアレイ。
3. 前記発光ダイオードアレイは、６００ｄｐｉスタティック駆動方式の発光ダイオードアレイであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードアレイ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光ダイオードアレイの製造方法であって、前記ＳＯＧ層を塗布した後にエッチバックを行わないことを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。

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