JP2007214345A

JP2007214345A - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JP2007214345A
Application number: JP2006032368A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yamamoto; 裕記山本
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】発光部の形状、発光部の間隔、端部の発光部とアレイの端部の間隔などの変化を抑制すること。
【解決手段】発光層を形成するように基板上に積層された半導体層と、前記半導体層をエッチングすることにより分離形成され一方向に配列された複数個の島状の発光部と、前記発光部の互いに対面する第１の側面を除く第２の側面を通って発光部の上面に接続された電極と、を備えた発光ダイオードアレイにおいて、前記第２の側面を順メサ面とし、前記第１の側面を順メサと逆メサの中間のメサ面としたことを特徴とする。発光部の前記第１の側面をドライエッチングによって形成し、前記第２の側面をウエットエッチングによって形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方向に配列した島状の発光部を備える発光ダイオードアレイに関する。

ＬＥＤプリントヘッドなどの光書き込み用の光源として用いられる発光ダイオードアレイは、例えば特許文献１、２などに開示されているように、基板表面に形成した半導体層をウエットエッチングすることによって複数の発光部を形成している。この複数の発光部は、一定の間隔を持って一方向に配列されている。そして、ウエットエッチングを利用した選択的なエッチングを利用することによって、発光部の互いに対面する側面は、逆メサ面とされ、電極を通る側面は順メサ面とされている。
特公平３−６３８３０号公報特公平５−２５１８８号公報

発光部の互いに対面する面を逆メサ面とすることにより、発光部の狭ピッチ化を図ることができる。しかしながら、ウエットエッチングは、そのエッチング時間のばらつきによって発光部の大きさも変化するという問題があった。同様に、エッチング時間のばらつきによって発光部の間隔や、端部の発光部とアレイの端部の間隔も変化するという問題があった。また、逆メサ部分は結晶の角度が鋭角になるので、発光部の角に欠けが生じやすくなるという課題もあった。

そこで本発明は、発光部の形状、発光部の間隔、端部の発光部とアレイの端部の間隔などの変化を抑制することを課題の１つとする。また、発光部の欠けの発生を抑制することを課題の１つとする。

本発明は、請求項１に記載のように、発光層を形成するように基板上に積層された半導体層と、前記半導体層をエッチングすることにより分離形成され一方向に配列された複数個の島状の発光部と、前記発光部の互いに対面する第１の側面を除く第２の側面を通って発光部の上面に接続された電極と、を備えた発光ダイオードアレイにおいて、前記第２の側面を順メサ面とし、前記第１の側面を順メサと逆メサの中間のメサ面としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のように、発光部の前記第１の側面をドライエッチングによって形成し、前記第２の側面をウエットエッチングによって形成したことを特徴とする。

本発明によれば、品質の良い発光ダイオードアレイを提供することができる。

以下、本発明に係る発光ダイオードアレイの実施形態につき、図面に沿って具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る発光ダイオードアレイ１の一部（一方の端部）を示す上面図、図２は、図１のＳ１−Ｓ２に沿った断面図、図３は、図１の発光部の拡大図、図４は、図３のＳ１−Ｓ３に沿った断面図、図５は、図３のＳ４−Ｓ５に沿った断面図である。

発光ダイオードアレイ１は、基板部２の上面部に、例えば、メサエッチングにより互いに分離独立するように形成した島状の複数個の発光部３を一方向に配列して備えている。

基板部２は、基板４の上にＮ型半導体層５、発光層６、Ｐ型半導体層７、絶縁膜８をこの順に積層している。基板部２は、その表側と裏側に、それぞれ電極用の金属膜９，１０を形成している。基板４は、半導体あるいは絶縁性のものを用いることができる。

図１において、発光部３の配列方向（紙面の左右方向）であるＸ方向は、その方向に沿って基板部２をウエットエッチングした際に順メサのエッチング溝が表れる順メサ方向である。Ｘ方向に直交する方向（紙面の上下方向）であるＹ方向は、その方向に沿って基板をウエットエッチングした際に逆メサのエッチング溝が表れる逆メサ方向である。順メサ方向及び逆メサ方向は、発光ダイオードアレイ１が形成される基板の表面に平行な方向である。

島状の発光部３は、Ｘ方向と平行な側面をウエットエッチングすることによって、図４に示すように順メサ面１１，１２としている。また、島状の発光部３は、Ｙ方向と平行な側面をドライエッチングすることによって、図５に示すように、順メサ面と逆メサ面の中間の形態をとる垂直な面１３，１４としている。

発光部３の上面に位置する金属膜９は、Ｐ型半導体層に接続されてＰ型電極１５を構成する。絶縁膜８には、金属膜９とＰ型半導体層７を連絡する開口８Ａが形成されている。発光部３の上面に位置する金属膜９は、その一部が光取り出し窓１６を形成するために開口されている。この例は、１つの発光部に２個の窓１６を形成しているが、１つの発光部３に１つの窓としても良い。

発光部３とはなれた基板部２の上面に位置する金属膜９は、ワイヤボンド用のパッド電極１７を構成する。Ｐ型電極１５とパッド電極１７は、金属膜で構成された配線用のパターン１８で連絡されている。配線用のパターン１８は、発光部３のＰ型電極１５から順メサ面１２を通ってパッド電極１７へ引き出されている。

発光部３の順メサ面１２を配線用のパターン１８が通るので、パターンの角度の急激な変化が少なくなり、パターン断線の発生が抑制される。発光部３のＸ方向と平行な側面（順メサ面）は、パターンの引き出し方向とその反対側の両方の側面１１，１２が金属膜９で覆われている。発光部のＹ方向と平行な側面（垂直面）１３，１４は、金属膜で覆うことが望ましいが、膜付けが困難な場合は、膜なしとしても良い。

隣接する発光部３の互いに対面する側面１３，１４を、ドライエッチングによって形成しているので、ウエットエッチングに比べて精度よく加工することができる。特に、発光部３の一対の側面を順メサ面と逆メサ面の中間の面（ほぼ垂直な面）としているので、発光部３の上面部の角度を逆メサ面（鋭角）の場合に比べて、大きくすることができ、角部分における結晶の欠けの発生を抑制して結晶品質を高めることができる。

上記の発光ダイオードアレイ１は例えば以下の工程によって形成することができる。

まず、最初の工程として、Ｎ型ＧａＡｓから成る基板４上に、Ｎ型ＡｌＧａＡｓから成るＮクラッド層５、ＡｌＧａＡｓ活性層（発光層）６、Ｐ型ＡｌＧａＡｓから成るＰクラッド層７を順次エピタキシャル成長させる。ここで、Ｎ型ＧａＡｓから成る基板４上に、Ｎ型ＧａＡｓから成るＮバッファ層、分布ブラッグ反射層（Distributed Bragg Reflector；ＤＢＲ）を順に形成しても良い。また、Ｐクラッド層７の上に、Ｐ型ＧａＡｓから成るＰコンタクト層を形成しても良い。

エピタキシャル成長方法としては、例えば、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＭＯＶＤＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法等を用いることができる。

尚、Ｎクラッド層５、ＡｌＧａＡｓ活性層６、Ｐクラッド層７におけるＡｌ（アルミニウム）の混晶比は、所望する発光波長に応じて適宜決定される。また、上記内容は一例であり、Ｐ型基板を用いることや、ＡｌＧａＡｓ以外の材料を用いることも可能である。いずれにせよ、ＰＮ接合を形成するべくＰＮ層（上記例では、Ｎクラッド層５とＰクラッド層７）を基板に積層すればよい。

次に、メサエッチングにより、発光部３を形成する。この発光部３は、例えば、ウエットエッチング工程とドライエッチング工程により形成される。

ウエットエッチングには、例えば、燐酸系エッチャントを用いる。また、エッチング条件は、メサエッチングでの異方性エッチングが顕著に現れるように調整する。このウエットエッチング工程を経て、発光部３が島状に分離される前の一列に繋がった外形が形成される。

ドライエッチングには、例えば、ＩＣＰドライエッチング装置を用いる。このドライエッチング工程を経て、発光部が互いに分離された飛び飛びの発光部３の外形が形成される。

次に、上記発光部３が形成された基板部２の表面全体に絶縁膜８を形成する。この絶縁膜８は、例えばＳｉ_３Ｎ_４膜で形成される。但し、絶縁層８として、ＳｉＯ_２膜やＡｌ_２Ｏ_３膜などを用いても構わない。

次に、コンタクトホール８Ａの形成を行う。コンタクトホール８Ａは、例えば、ＣＦ_４プラズマエッチングにより形成される。

次に、リフトオフ法等を用いてＰ電極１５、パッド電極１７、配線パターン１８を形成する。Ｐ電極１５は、コンタクトホール８Ａの上面にも形成され、このコンタクトホール８Ａを介して電流が流れることになる。このＰ型電極１５の材料としては、例えば、Ｔｉ・Ａｕ・Ｚｎ・Ａｕ（総厚１μｍ）等のＡｕ合金が使用される。Ｐ電極１５は、上述したように、発光部３の上面と順メサ面１１，１２をも覆っている。

次に、Ｎ電極層１０を形成する。Ｎ電極層１０は、基板４の下面に形成され、材料としては、Ａｕ・Ｔｅ・Ｓｎ・Ａｕ（総厚０．８μｍ）等のＡｕ合金が使用される。

最後に、ダイシング法あるいはスクライブ法を用いて基板部２をＸ方向とＹ方向に順次分離し、個々の発光ダイオードアレイ１に分割する。

複数の発光ダイオードアレイ１をその発光部３が一列になるように配線パターン（不図示）上に一列に配置し、裏面電極１０を銀ペーストなどの導電材料にて接続し配線パターンに接続する。パッド電極に駆動用ＩＣ（不図示）の出力をワイヤーボンド線（不図示）を用いて接続する。駆動用ＩＣを介してパッド電極に一定の電位を加えると、発光部３が発光する。発光した光は、発光窓１６を介してアレイ１の上面と垂直な方向に取り出される。

上記実施形態は、発光ダイオードアレイ１が島状の複数個の発光部３を一方向に配列した例を示したが、発光部３の配列を１列以外にも、２列や３列などの複数列としてもよい。また、パッド電極１７への配線パターン１８を発光部３の列に対して一方向に引き出した形態としているが、発光部３の列に対して交互に千鳥状に引き出すことも出来る。

本発明に係る発光ダイオードアレイは、モノリシック発光ダイオードアレイとして好適であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）プリンタのプリンタヘッド等の光源として好適である。

本発明の実施形態に係る発光ダイオードアレイの要部上面図である。図１のＳ１−Ｓ２に沿った断面図である。図１の発光部の拡大図である。図３のＳ１−Ｓ３に沿った断面図である。図３のＳ４−Ｓ５に沿った断面図である。

符号の説明

１発光ダイオードアレイ
２基板部
３発光部
４基板

Claims

発光層を形成するように基板上に積層された半導体層と、前記半導体層をエッチングすることにより分離形成され一方向に配列された複数個の島状の発光部と、前記発光部の互いに対面する第１の側面を除く第２の側面を通って発光部の上面に接続された電極と、を備えた発光ダイオードアレイにおいて、前記第２の側面を順メサ面とし、前記第１の側面を順メサと逆メサの中間のメサ面としたことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
発光部の前記第１の側面をドライエッチングによって形成し、前記第２の側面をウエットエッチングによって形成した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。