JP2008235582A - Semiconductor device and led print head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば光を発生するLED等の半導体装置、及び該LEDを用いたLEDプリントヘッドに関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as an LED that emits light, for example, and an LED print head using the LED.
光を発生するLED等の半導体装置では、発光出力を増大させるための技術開発が進められている。例えば特許文献1では、光取出し面に形成されている電極が内部で発生した光の出力を遮って、光取出し効率が低下するのを防止するための技術を開示している。この従来技術では、面発光型LEDの光取出し面に形成されたリング状の第一導電側電極と、その反対側に、該リングの中心に小円形の第二導電側電極が形成され、中心軸線の方向から該LEDを透視したとき両者が十分離間し、重複しないように構成されている。その結果、発光領域で発生した光が第一導電側電極に遮られることなく光取出し面から出力されるように構成されている。
上記従来の技術では、PN接合領域に形成される発光領域を大きくすることが困難であり、発光効率が低下するという解決すべき課題が残されていた。 In the above conventional technique, it is difficult to enlarge the light emitting region formed in the PN junction region, and there remains a problem to be solved that the light emission efficiency is lowered.
本発明は、基板上に第1導電型半導体層と第2導電型半導体層とを順に積層した半導体装置であって、上記第1導電型半導体層の上記基板と反対側の面に接して設けられた第1導電側コンタクト層と、上記第2導電型半導体層の上記基板と反対側の面に接して設けられた第2導電側コンタクト層と、上記第1導電側コンタクト層と接続された第1導電側電極と、上記第2導電側コンタクト層と接続された第2導電側電極とを備え、上記第2導電側電極は、上記第2導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、上記第2導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して上記第2導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、上記第1導電側電極は、上記第2導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することを主要な特徴とする。 The present invention is a semiconductor device in which a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, and is provided in contact with a surface of the first conductivity type semiconductor layer opposite to the substrate. The first conductive side contact layer, the second conductive side contact layer provided in contact with the surface of the second conductive type semiconductor layer opposite to the substrate, and the first conductive side contact layer are connected. A first conductive side electrode; and a second conductive side electrode connected to the second conductive side contact layer. The second conductive side electrode extends radially from a substantially central portion of the second conductive side contact layer. A contact portion having a plurality of arm-shaped protrusions in contact with the second conductive contact layer; and the contact portion and a radial central portion thereof, and is connected to the second conductive side contact layer via an insulating layer. And a first conductive side battery. It is mainly characterized in that it has a shape surrounding the contact portion of the second conductive side electrode in a substantially equidistant.
本発明によれば、第2導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、上記第2導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して上記第2導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、第1導電側電極は、上記第2導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することにより、遮光領域を最低限度に抑えることが出来るため、発光効率を大きくすることが出来るという効果を得る。又、第1導電側電極と第2導電側電極との距離を概々等距離に形成することにより、第1導電側電極と第2導電側電極間に流れる電流密度の発光領域内での偏りを減少させることが出来る。その結果、光量分布が均一化されるという効果を得る。 According to the present invention, a contact portion that extends radially from the substantially central portion of the second conductive side contact layer and has a plurality of arm-shaped protrusions that are in contact with the second conductive contact layer, the contact portion and its radial approximate shape. And a lead portion disposed on the second conductive side contact layer via an insulating layer. The first conductive side electrode has a contact portion of the second conductive side electrode substantially equal By having a shape that surrounds the distance, the light-shielding region can be suppressed to the minimum, so that the effect of increasing the light emission efficiency is obtained. Further, by forming the distance between the first conductive side electrode and the second conductive side electrode approximately equal, the current density flowing between the first conductive side electrode and the second conductive side electrode is biased in the light emitting region. Can be reduced. As a result, the effect that the light quantity distribution is made uniform is obtained.
以下、本発明の一実施形態を図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明によるLEDアレイチップの平面図である。
図に示すように本発明によるLEDアレイチップ100は、一例として半導体基板20の上にLED12が多数個配列して形成されている。該多数個配列して形成されたLED12からP側電極配線4とN側電極配線7とが引き出されている。P側電極配線4の先端にはP側電極パット15が、N側電極配線7の先端にはN側電極パット16が、それぞれ半導体基板20の上に形成されている。ここで、P側電極パット15、及びN側電極パットは、共にワイヤボンド用のパットであり、後にLEDアレイチップをドライバICチップ等と接続し、LED発光部ユニットが形成されるときに用いられる。
FIG. 1 is a plan view of an LED array chip according to the present invention.
As shown in the figure, an LED array chip 100 according to the present invention is formed by arranging a large number of
図2は、本発明によるLEDの平面図である。
この図は、上記LEDアレイチップ100(図1)を構成するLED12について詳細に説明するための図である。
FIG. 2 is a plan view of an LED according to the present invention.
This figure is a diagram for explaining in detail the
図3は、図2のX−X断面矢視図である。
図4は、図2のY−Y断面矢視図である。
両図は、上記LED12の構造を説明するための断面拡大図である。
以下に、図2を主に用いて、その説明の中で図3、及び図4を用い、LED12について詳細に説明する。
3 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line YY in FIG.
Both drawings are enlarged sectional views for explaining the structure of the
Hereinafter, the
図に示すように、本発明によるLEDチップ12は、半導体基板(一例として半導体基板20)の上に、公知の有機金属化学蒸着法(MOCVD法)、有機金属化学気相エピタキシー法(MBE法)等によって、N型半導体層8(図3、図4)と、P型半導体層10(図3、図4)と、N側コンタクト層5と、P側コンタクト層11とを順に生成したエピタキシャルウェハをウェットエッチング、ドライエッチングなどによりエッチングし、N側電極6、N側電極配線7、絶縁層9、P側電極3、P側電極配線4を形成したものである。
As shown in the figure, an
N側コンタクト層5は、N側電極6と、N型半導体層8との間に介在し、N側電極6からN型半導体層8へ駆動電流を所定の方向へ注入する部分である。N側電極6は、P側電極3のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有し、N側コンタクト層5とオーミック接続を取り得るAu、Ge、Niなどを含むメタルにより形成されている電極である。N側電極配線7は、N側電極6をN側電極パット16(図1)に接続する、Au、Ge、Niなどを含むメタル配線である。
The N-side contact layer 5 is a portion that is interposed between the N-
N型半導体層8(図3、図4)は、半導体基板20(例えばAlGaAs等の化合物半導体)上にエピタキシャル成長させた半導体層である。絶縁層9は、P側コンタクト層11及びN側コンタクト層5と、P側電極配線4との間に介在する、例えば酸化シリコン薄膜などによって形成される絶縁膜である。 The N-type semiconductor layer 8 (FIGS. 3 and 4) is a semiconductor layer epitaxially grown on the semiconductor substrate 20 (for example, a compound semiconductor such as AlGaAs). The insulating layer 9 is an insulating film formed by, for example, a silicon oxide thin film interposed between the P-side contact layer 11 and the N-side contact layer 5 and the P-side electrode wiring 4.
P型半導体層10は、所定の化合物半導体層に所定の不純物を拡散させた半導体層である。P側コンタクト層11は、P側電極3と、P型半導体層10との間に介在し、P側電極3からP型半導体層10へ駆動電流を所定の方向へ注入する部分である。 The P-type semiconductor layer 10 is a semiconductor layer in which a predetermined impurity is diffused in a predetermined compound semiconductor layer. The P-side contact layer 11 is a portion that is interposed between the P-side electrode 3 and the P-type semiconductor layer 10 and injects a drive current from the P-side electrode 3 to the P-type semiconductor layer 10 in a predetermined direction.
P側電極3は、P側コンタクト層11の略央部から放射状に延伸し、複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層9を介してP側コンタクト層11上に配置された引出し部とを有する、半導体薄膜上に形成される電極である。例えばSiN、SiO2、Al2O3などで形成されている。P側電極配線4は、P側電極3とP側電極パット15(図1)とを接続する、例えばTi、Pt、Auなどを含むメタルにより形成されている配線である。 The P-side electrode 3 extends radially from the substantially central portion of the P-side contact layer 11 and is connected to a contact portion having a plurality of arm-shaped projections at the contact portion and the substantially central radial portion thereof. An electrode formed on the semiconductor thin film, having a lead portion disposed on the P-side contact layer 11 via For example, it is made of SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 or the like. The P-side electrode wiring 4 is a wiring that connects the P-side electrode 3 and the P-side electrode pad 15 (FIG. 1) and is formed of, for example, a metal containing Ti, Pt, Au, or the like.
発光領域13は、N型半導体層8とP型半導体層10とのPN接合領域であり、駆動電流の注入により発光する領域である。N型半導体層8とP型半導体層10とは、例えばAlGaAs等の一種類の化合物半導体の層に限らず、GaAsやAlGaAsなどの複数の半導体層により形成されていても良い。また、それらがヘテロ構造、ダブルへテロ構造を構成していても良い。 The light emitting region 13 is a PN junction region between the N-type semiconductor layer 8 and the P-type semiconductor layer 10 and is a region that emits light by injecting a drive current. The N-type semiconductor layer 8 and the P-type semiconductor layer 10 are not limited to a single type of compound semiconductor layer such as AlGaAs, but may be formed of a plurality of semiconductor layers such as GaAs and AlGaAs. Further, they may constitute a heterostructure or a double heterostructure.
上記アレイチップ100(図1)は、以上説明したLED12を多数個集積し、上記公知の有機金属化学蒸着法(MOCVD法)、有機金属化学気相エピタキシー法(MOVPE法)、および分子線エピタキシー法(MBE法)などによって、例えばGaAs基板、サファイア基板、InP基板、ガラス基板、石英基板あるいはSi基板等上に犠牲層を介在させ、LED薄膜として生成されものである。
The array chip 100 (FIG. 1) integrates a large number of the
LED薄膜(LEDアレイチップ100)は、例えば5μm以下と非常に薄膜化することが可能であるため、非常にフレキシブル性に富んでいることを特徴としている。また、LED薄膜は、液晶、有機ELとは異なり、非常に高品質、高信頼性を有する材料として実績の高い、半導体エピタキシャル成長法により製作された材料を使用しているため、高品質、高信頼性を確保することができる材料であることを特徴としている。 Since the LED thin film (LED array chip 100) can be made very thin, for example, 5 μm or less, it is characterized by being very flexible. In addition, unlike liquid crystal and organic EL, the LED thin film uses a material manufactured by the semiconductor epitaxial growth method, which has a proven track record as an extremely high quality and highly reliable material. It is characterized by being a material that can ensure the properties.
上記のようにLED薄膜は、選択的にエッチングが可能な犠牲層を設けるようにエピタキシャル成長されており、その犠牲層を選択的にエッチングすることによりLED薄膜としてリフトオフされている事を特徴としている。 As described above, the LED thin film is epitaxially grown so as to provide a sacrificial layer that can be selectively etched, and is lifted off as an LED thin film by selectively etching the sacrificial layer.
また、選択的に犠牲層をエッチングすることが困難な化合物半導体、例えばGaN系のLED素子などの場合には、薄膜化する手段の一つとして、基板裏面をグラインド処理することにより、LED発光素子として必要となるエピタキシャル成長層のみ、約5μm以下に薄膜化し、そのLED薄膜を発光素子として使用していることを特徴としている。 Further, in the case of a compound semiconductor that is difficult to selectively etch the sacrificial layer, such as a GaN-based LED element, the LED light emitting element is obtained by grinding the back surface of the substrate as one of the means for thinning the substrate. Only the required epitaxial growth layer is thinned to about 5 μm or less, and the LED thin film is used as a light emitting element.
図5は、LED発光部ユニットの概略的斜視図である。
この図は、本発明によるLEDアレイチップ100(図1)を用いてLEDプリントヘッドのLED発光部ユニットを構成した状態を表している。
FIG. 5 is a schematic perspective view of the LED light emitting unit.
This figure shows a state in which the LED light emitting unit of the LED print head is configured using the LED array chip 100 (FIG. 1) according to the present invention.
図に示すように、ダイシングなどにより、エピタキシャルウェハから切出されたLEDアレイチップ100は、ドライバICチップ110とともに、COB(Chip On Board)基板120の上に並べて配置され、両者はLED/IC間接続ワイヤ130によって、図示しない電極パットを用いて接続されている。
As shown in the figure, the LED array chip 100 cut out from the epitaxial wafer by dicing or the like is arranged side by side on a COB (Chip On Board)
LED薄膜(LEDアレイチップ100)は、COB基板120の上に水素結合による分子間力により強固に接合されていることを特徴とする。そのため、LED薄膜(LEDアレイチップ100)のボンディング面、およびボンディングされるSi基板表面は、表面荒さ、即ち凹凸のピークと谷の典型的な高低差が約5nm以下となるように制御されていることが望ましい。
The LED thin film (LED array chip 100) is characterized in that it is firmly bonded on the
また、ボンディング力をより強固な状態にするために、それらのボンディング面は、エネルギー波、例えばプラズマ装置などによって洗浄、および活性化が行われていることが望ましい。また、活性剤を塗布することも、接合面を活性化する方法の一つである。 In order to make the bonding force stronger, it is desirable that those bonding surfaces be cleaned and activated by an energy wave, for example, a plasma device. Also, applying an activator is one of the methods for activating the joint surface.
次に、図2、図3を用いて、本発明によるLED12の特徴的な機能について説明する。
図2に示すように、本発明によるLED12では、一例として細字X字状のP側電極3(第2導電側電極のコンタクト部)と、該P側電極3に略々対応させた曲線形状を有するN側電極6を採用しているため、光遮断面積が小さくなる。
Next, the characteristic functions of the
As shown in FIG. 2, the
又、図2に示すように、P側電極3とN側電極6との距離が略々等距離に形成されているため、細字X字状のP側電極3から、曲線形状を有するN側電極6の対応する位置に向けて流れる電流の発光領域13中における電流密度の偏りが少なくなる。その結果、光量分布が均一化することになる。
Further, as shown in FIG. 2, since the distance between the P-side electrode 3 and the N-
尚、以上の説明では、P側コンタクト層11と、P側電極3との接触部形状を4本の腕状の突起部からなるX字状として説明したが、P型コンタクト層11の略中心部から放射状に延伸する複数の突起であればよく、その本数は、4本に限らない。突起部の本数は、P型コンタクト層11の形状、あるいは、突起により覆われる面積の割合から適宜決めることが出来る。 In the above description, the shape of the contact portion between the P-side contact layer 11 and the P-side electrode 3 has been described as an X shape composed of four arm-shaped protrusions. The number of protrusions may be a plurality of protrusions extending radially from the portion, and the number of protrusions is not limited to four. The number of protrusions can be determined as appropriate from the shape of the P-type contact layer 11 or the ratio of the area covered by the protrusions.
(効果)の説明
以上説明したように、本発明によれば、PN接合領域に形成される発光領域を大きく形成することが可能になり発光効率を大きくすることが出来るという効果を得る。又、P側電極とN側電極との距離を略々等距離に形成することが出来るので、細字X字状のP側電極3から、曲線形状を有するN側電極6の対応する位置に向けて流れる電流の発光領域13中における電流密度の偏りが少なくなり、光量分布が均一化されるという効果を得る。
Description of (Effect) As described above, according to the present invention, it is possible to form a large light emitting region in the PN junction region, and to obtain an effect that the light emission efficiency can be increased. In addition, since the distance between the P-side electrode and the N-side electrode can be formed to be substantially equal, the thin X-shaped P-side electrode 3 is directed to the corresponding position of the curved N-
本実施例では、上記実施例1で構成した、半導体装置としてのLEDアレイチップを用い、電子写真プリンタなどに用いられる、発光効率を大きく、且つ、光量分布が均一化しているLEDヘッドを構成する。 In this embodiment, the LED array chip as the semiconductor device configured in the first embodiment is used, and the LED head used in an electrophotographic printer or the like has a large luminous efficiency and a uniform light amount distribution. .
図6は、LEDヘッドの横断面図である。
図に示すように、LEDヘッド200は、ベース部材201と、LEDユニット202と、LED発光部ユニット203と、レンズアレイ204と、レンズホルダ205と、クランパ206とを備える。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the LED head.
As shown in the figure, the LED head 200 includes a base member 201, an LED unit 202, an LED light emitting unit 203, a lens array 204, a lens holder 205, and a clamper 206.
ベース部材201は、LEDユニット202を固定するための部材であり、その側面にはクランパ206を用いて、LEDユニット202、及び、レンズホルダ205をベース部材201に固定するための開口部201aが設けられている。有機高分子材料などを用いて射出成形されている。 The base member 201 is a member for fixing the LED unit 202, and an opening 201 a for fixing the LED unit 202 and the lens holder 205 to the base member 201 is provided on a side surface thereof using a clamper 206. It has been. It is injection molded using organic polymer materials.
LEDユニット202は、LED発光部ユニット203を所定の基板上に一体化したユニットである。LED発光部ユニット203は、上記図5を用いて説明した、LEDアレイチップ100と、ドライバICチップ110などをCOB基板120の上に搭載し、LED/IC間接続ワイヤ130で接続したユニットである。
The LED unit 202 is a unit in which the LED light emitting unit 203 is integrated on a predetermined substrate. The LED light emitting unit 203 is a unit in which the LED array chip 100, the driver IC chip 110 and the like described with reference to FIG. 5 are mounted on the
レンズアレイ204は、柱状の光学レンズが、LED発光部ユニット203の上に配列されたLEDアレイチップ100に沿って多数配列された光学レンズ群である。レンズホルダ205は、レンズアレイ204をべース部材201の所定の位置に保持する部分である。クランパ206は、べース部材201に設けられた開口部201aを介して、各構成部分を一体的に挟持するバネ材である。 The lens array 204 is an optical lens group in which a large number of columnar optical lenses are arranged along the LED array chip 100 arranged on the LED light emitting unit 203. The lens holder 205 is a part that holds the lens array 204 at a predetermined position of the base member 201. The clamper 206 is a spring material that integrally holds each component through an opening 201 a provided in the base member 201.
以上説明したLEDヘッド200を構成する、LED発光部ユニット203で発生された光信号は、ロッドレンズアレイ204を通って図示しない、例えば感光体ドラム等に照射される。このLEDヘッド200には、実施例1で説明したLEDアレイチップが用いられているので発光効率が大きく、且つ、光量分布が均一化された光信号が感光体ドラム等に照射されることになる。 An optical signal generated by the LED light emitting unit 203 constituting the LED head 200 described above passes through the rod lens array 204 and is irradiated to a photosensitive drum (not shown), for example. Since the LED array chip described in the first embodiment is used for the LED head 200, the photosensitive drum or the like is irradiated with an optical signal having high light emission efficiency and a uniform light amount distribution. .
(効果)の説明
以上説明したように、本実施例によるLEDヘッド200は、実施例1で説明したLEDアレイチップを用いることにより、発光効率が大きく、且つ、光量分布が均一化された光信号を出力するという効果を得る。
Description of (Effects) As described above, the LED head 200 according to the present embodiment uses the LED array chip described in the first embodiment, so that the light signal has a high light emission efficiency and a uniform light amount distribution. The effect of outputting is obtained.
上記実施例では、本発明による、半導体装置としてのLEDを電子写真プリンタなどの印刷装置に用いる場合を例にして説明したが、本発明は、この例に限定されるものでは無い。即ち、近年、交通機関などで大量に用いられている、交通情報表示装置等に対しても好適に採用可能である。 In the above embodiment, the case where the LED as a semiconductor device according to the present invention is used in a printing apparatus such as an electrophotographic printer has been described as an example. However, the present invention is not limited to this example. In other words, it can be suitably used for traffic information display devices and the like that have been used in large quantities in recent years in transportation.
3 P側電極
4 P側電極配線
5 N側コンタクト層
6 N側電極
9 絶縁層
10 P型半導体層
11 P側コンタクト層
12 LED
13 発光領域
20 半導体基板
3 P-side electrode 4 P-side electrode wiring 5 N-side contact layer 6 N-side electrode 9 Insulating layer 10 P-type semiconductor layer 11 P-
13 Light Emitting Area 20 Semiconductor Substrate
Claims (4)
前記第1導電型半導体層の前記基板と反対側の面に接して設けられた第1導電側コンタクト層と、
前記第2導電型半導体層の前記基板と反対側の面に接して設けられた第2導電側コンタクト層と、
前記第1導電側コンタクト層と接続された第1導電側電極と、
前記第2導電側コンタクト層と接続された第2導電側電極とを備え、
前記第2導電側電極は、前記第2導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、前記第2導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して前記第2導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、
前記第1導電側電極は、前記第2導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a first conductive semiconductor layer and a second conductive semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate,
A first conductive side contact layer provided in contact with a surface of the first conductive type semiconductor layer opposite to the substrate;
A second conductive side contact layer provided in contact with a surface of the second conductive type semiconductor layer opposite to the substrate;
A first conductive side electrode connected to the first conductive side contact layer;
A second conductive side electrode connected to the second conductive side contact layer,
The second conductive side electrode extends radially from a substantially central portion of the second conductive side contact layer, has a plurality of arm-shaped protrusions in contact with the second conductive contact layer, the contact portion, and the contact portion And a lead portion disposed on the second conductive side contact layer via an insulating layer, connected at a substantially central portion in the radial direction,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive side electrode has a shape surrounding a contact portion of the second conductive side electrode at an approximately equal distance.
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