JP3197916B2 - 光プリンター光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、発光ダイオードアレ
イを用いて感光体への書き込みを行なう光プリンター光
源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真方式による画像形成装置
や光プリンタ等の光源等に利用するための発光ダイオー
ドアレイの研究が進められている。この発光ダイオード
アレイは自己発光型アレイ素子から成っており、画像信
号に応じて該発光ダイオードアレイを発光させ、等倍結
像素子で感光体表面に静電潜像を形成し、前記電子写真
方式によって印字・印刷を行なうものである。この従来
の発光ダイオードアレイを用いた光プリントヘッドを構
成する発光部基板は図１３に示すように、放熱板を兼ね
た基板１０２上にセラミック基板等で構成される配線部
材１０３，１０４，１０５が貼り付けられており、この
配線部材１０４，１０５にはそれぞれ画像信号や電源と
の接続を行なうためのケーブル１０６，１０７が接続さ
れている。１０８−１〜１０８−ｎ（ｎは正の整数）は
発光ダイオードを一列に並べた発光ダイオードアレイチ
ップであり、１０９−１〜１０９−ｎ及び１１０−１〜
１１０−ｎは発光ダイオードアレイチップ１０８−１〜
１０８−ｎを駆動するドライバ回路、即ち、ケーブル１
０６，１０７より入力される画像信号のシリアルパラレ
ル変換回路等を内蔵した発光ダイオードドライブ集積回
路である。

【０００３】このような構成の発光部基板１０１におい
て、ケーブル１０６，１０７より画像信号を一列分逐
次、発光ダイオードドライブ集積回路１０９−１〜１０
９−ｎ、１１０−１〜１１０−ｎに入力し、一列分のデ
ータをシフトした後、これを並列に発光ダイオード駆動
端子に出力し、これに従い各発光ダイオードが点灯、消
灯し、一列分の画像形成用の輝点が発生する。発光ダイ
オード発光部とドラム面結像点の関係については図１４
に示すように、発光ダイオードアレイを構成する各発光
ダイオードアレイチップ２０１−ｍ上の発光ダイオード
２０１−ｍ−ｐはセルフォックレンズアレイ等の等倍結
像系２０２によって感光体ドラム２０３上に結像され
る。

【０００４】このような発光ダイオードアレイを用い
た、光プリントヘッドは、可動部がなく構成部品も少な
いことから、小型化が可能となる。又自己発光型で消光
比が高く、良好なコントラストが得られ、さらにチップ
の接続により長尺化対応が可能となり、発光ダイオード
の高出力化により高速化にも対応可能となる等種々の利
点がある。このような光プリントヘッドに用いられる発
光ダイオードアレイとしては、基板面と平行な面内に、
四角形等の発光部を所定方向に多数配列した面発光型発
光ダイオードアレイや、基板面に垂直な端面から、所定
方向に多数配列した光出力が得られる端面発光型発光ダ
イオードアレイ等がある。先ず、前者の面発光型発光ダ
イオードアレイの基本的な構造としては、例えば図１５
に示すように、発光部１２０より得られる光出力の強度
を発光面内で均一化するために、発光部の両端若しくは
周囲に電極１２１が形成されている。このように、光出
力が取り出される発光部と電極とが同一面上に存在する
ため、単位素子当たりに要する幅は、発光部１２０の幅
と電極１２１の幅、及び素子分離領域の幅を合計したも
のとなり、例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎ
ｃｈ）以上のような高密度に発光部を形成することは極
めて困難である。

【０００５】後者の端面発光型発光ダイオードアレイと
しては、例えば図１６に示すように、基板上の積層構造
内に複数の発光部１２２が形成されており、これらの発
光部１２２はその基板面と平行な面内にその端面に対し
て垂直な方向に形成された分離溝１２３により、電気的
且つ空間的に分離されている。このような端面発光型発
光ダイオードアレイでは光出力が取り出される発光部１
２２と電極１２４，１２５とが同一面上に存在せず、単
位素子当たりに要する幅は、発光部１２２の幅と素子分
離溝領域の幅を合計したものとなり、例えば、６００ｄ
ｐｉ以上のような高密度の発光部１２２の形成も原理的
に可能である。

【０００６】高密度光プリンター用発光ダイオードアレ
イとしては、端面発光型発光ダイオードアレイが適して
いると言える。発光ダイオードアレイ内の各発光ダイオ
ードの光出力のばらつきに関しては、最近の化合物半導
体の結晶成長技術の進歩により、基板面内において積層
構造の層厚の均一性、膜の電気的あるいは光学的特性の
均一性等が良好なものとなり、同一チップ内の発光ダイ
オードアレイの各発光ダイオードの光出力のばらつきを
±５％以内にすることが充分可能となった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発光ダイオードアレイを用いた光プリンター光源に
おいては、該発光ダイオードアレイを構成する化合物半
導体材料の結晶成長層の基板間の特性のばらつきや、さ
らには、素子の放熱特性等の実装形態のばらつき等によ
りチップ間での発光ダイオードの光出力のばらつきが生
じ（その値は５０％にも達する）、印字ドットの大きさ
や印字濃度に大きな差がでてしまうという問題点があっ
た。この発明は上述した従来の問題点を解消して、例え
ば６００ｄｐｉ以上のような高密度に発光部を形成で
き、且つチップ間での発光ダイオードの光出力のばらつ
きを極力抑えることができ、印字ドットの大きさや印字
濃度の均一性の高い、高品質な印字が可能な発光ダイオ
ードアレイを用いた光プリンター光源を提供することを
課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨とすると
ころは、請求項１では、少なくとも発光ダイオードの発
光層、該発光層を発光させるための電極を含む積層構造
より成り、積層端面より光出力が得られる端面発光型発
光ダイオードを等間隔に設けた複数の第１分離溝により
各層を電気的空間的に分離して形成した発光ダイオード
アレイにより構成した光プリンター光源において、前記
端面発光型発光ダイオードと同じ積層構造を第２分離溝
により電気的空間的に分離して形成した発光素子と受光
素子より成り、その光出射方向が前記発光ダイオードア
レイの光出射方向に対して直角になるように、該発光ダ
イオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に少な
くとも１つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光出力
に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発光集
積型素子と、該モニター用受発光集積型素子から出力さ
れるモニター信号により上記端面発光型発光ダイオード
アレイの光出力のばらつきを補正する補正手段とを具備
したことにある。

【０００９】請求項２では、少なくとも発光ダイオード
の発光層、該発光層を発光させるための電極を含む積層
構造より成り、積層端面より光出力が得られる端面発光
型発光ダイオードを、等間隔に設けた複数の第１分離溝
により各層を電気的空間的に分離して形成した発光ダイ
オードアレイにより構成した光プリンター光源におい
て、少なくとも発光ダイオードの発光層、該発光層を発
光させるための電極を含む積層構造より成り、積層端面
より光出力が得られる端面発光型発光ダイオードを、等
間隔に設けた複数の第１分離溝により各層を電気的空間
的に分離して形成した発光ダイオードアレイにより構成
した光プリンター光源において、前記端面発光型発光ダ
イオードと同じ積層構造を第２分離溝により電気的空間
的に分離して形成した発光素子と受光素子より成り、そ
の光出射方向が前記発光ダイオードアレイの光出射方向
に対して直角になるように、該発光ダイオードアレイの
光出射方向と反対側の後方位置に少なくとも一つ設けら
れ、該発光ダイオードアレイの光出力に応じたモニター
信号を得るためのモニター用受発光集積型素子と、該モ
ニター用受発光集積型素子から出力されるモニター信号
により該端面発光型発光ダイオードアレイの光出力のば
らつきを補正する補正手段とを備え、配線及びボンディ
ングパットが配設されている積層構造の高さと前記端面
発光型発光ダイオードアレイ及び前記モニター用受発光
集積型素子の積層構造の高さは同じであって、これら配
線及びボンディングパットと端面発光型発光ダイオード
アレイ及びモニター用受発光集積型素子のそれぞれの間
には、前記積層構造を電気的空間的に分離する第３分離
溝を設けたことにある。

【００１０】請求項３では少なくとも発光ダイオードの
発光層、該発光層を発光させるための電極を含む積層構
造より成り、積層端面より光出力が得られる端面発光型
発光ダイオードを、等間隔に設けた複数の第１分離溝に
より各層を電気的空間的に分離して形成した発光ダイオ
ードアレイにより構成した光プリンター光源において、
前記端面発光型発光ダイオードと同じ積層構造を第２分
離溝により電気的空間的に分離して形成した発光素子と
受光素子より成り、その光出射方向が前記発光ダイオー
ドアレイの光出射方向に対して直角になるように、該発
光ダイオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に
少なくとも一つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光
出力に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発
光集積型素子と、該モニター用受発光集積型素子から出
力されるモニター信号により該端面発光型発光ダイオー
ドアレイの光出力のばらつきを補正する補正手段とを備
え、配線及びボンディングパットが配設されている積層
構造の高さと前記端面発光型発光ダイオードアレイ及び
前記モニター用受発光集積型素子の積層構造の高さは同
じであって、これら配線及びボンディングパットと端面
発光型発光ダイオードアレイ及びモニター用受発光集積
型素子のそれぞれの間には、前記積層構造を電気的に分
離する絶縁性の遮光材、又は絶縁層を有する遮光材が埋
め込まれている第３分離溝が設けられていることを特徴
とする。

【００１１】請求項４では前記モニター用受発光集積型
素子が、前記発光ダイオードアレイを等数で複数の部分
に区分けし、それぞれの部分に対応して１つずつ設けら
れていることを特徴とする。

【００１２】請求項５では前記モニター用受発光集積型
素子の周囲に遮光用の遮光部材が設けられていることを
特徴とする。

【００１３】

【作用】したがって、モニター用受発光集積型素子は端
面発光型発光ダイオードアレイと同一の積層構造を有し
ているため、該端面発光型発光ダイオードアレイの光出
力に応じたモニター信号を出力するので、この信号のば
らつきを補正手段により補正することにより、光出力を
均一化する。さらに、配線及びボンディングパットが端
面発光型発光ダイオードアレイの半導体積層構造上面と
同じ高さにある平坦な半導体積層構造上に形成されてい
るため、配線の断線が生じにくくなり素子の歩留まりが
向上する。端面発光型発光ダイオードアレイとモニター
用受発光集積型素子と配線及びボンディングパットを載
せている半導体積層構造部分とをそれぞれ電気的に分離
している第３分離溝を、絶縁性の遮光材、または絶縁層
を有する遮光材で埋め込むことにより、端面発光型発光
ダイオードアレイの光がモニター用受発光集積型素子の
受光素子に入力してノイズ信号となるのを防止すること
ができる。前記端面発光型発光ダイオードアレイをさら
に等数で区分けして、それぞれに前記モニター用受発光
集積型素子を設けることにより、光出力の一層の均一化
が可能となる。該モニター用受発光集積型素子の周囲に
遮光部材を設けることにより、前記端面発光型発光ダイ
オードアレイの光出射方向に不用な光が出射されるのを
防止することができるものである。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１に示す発光ダイオードアレイチップにおい
て、端面発光型発光ダイオードアレイ２(２−１〜２−
２５６）はドット密度が６００ｄpi相当であり、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上に２５６素子形成されている。この発光
ダイオードアレイ２の積層構造は図２（図１のモニター
用受発光集積型素子４の集積方向Ａ−Ａ’断面）に示す
ように、基板１の上にＭＯＶＰＥ法によりｎ型ＧａＡｓ
バッファー層２１、ｎ型Ａｌ₀.₄Ｇａ₀.₆Ａｓクラッド層
２２、発光層であるＡｌ₀.₂Ｇａ₀.₈Ａｓ活性層２３、Ｐ
型Ａｌ₀.₄Ｇａ₀.₆Ａｓクラッド層２４、Ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層２５、そして亜鉛を高濃度にドーピングしたＰ
▲＋▼型ＧａＡｓコンタクト層２６（Ｐ▲＋▼は「＋」
がＰの右肩に付されることを表わす。）の複数の層より
形成されている。この積層構造は所謂ダブルヘテロ構造
を含んでいる。この積層構造の表面、即ちコンタクト層
２６上面から基板１の表面まで及びアレー方向に対して
直角に該基板１に達する第１分離溝１１（図３を参照）
が塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって形成
されており、この第１分離溝１１によって発光ダイオー
ド２内の各発光ダイオードが電気的に分離されている。
また各発光ダイオードの光出射端面２ａは基板１面に対
して垂直に、且つアレイ方向に平行に形成されていて、
基板１の辺１ａに近接した位置に配置されている。

【００１５】これらの各発光ダイオードのコンタクト層
２６上には、それぞれＡｕ−Ｚｎ／Ａｕから成るｐ側電
極２７が形成され、又基板１の裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕから成るｎ側電極２８が形成されている。この
ｐ側電極は図３に示すように、端面発光型発光ダイオー
ドアレイ２の光出射端面２ａと該端面発光型発光ダイオ
ードアレイ２の後方に配置された配線用ボンディングパ
ット３（３−１〜３−２５６）に配線８（８−１〜８−
２５６）により電気的に接続されている。これにより、
ボンディングによるダメージから素子を保護し、発光効
率の劣化を防いでいる。配線用ボンディングパット３は
光出射方向に４段に配列されており、高密度実装が可能
になっている。なお、発光ダイオードアレイチップは、
配線用ボンディングパット３から図示しないドライバー
回路チップとワイヤーボンディングにより接続される。

【００１６】このようにして構成された端面発光型発光
ダイオードアレイ２は、膜特性の均一性に優れたＭＯＶ
ＰＥ法により作製されているため、同一の発光ダイオー
ドアレイチップ内においては、光出力のばらつきが±５
％以下になっている。なお、この発光ダイオードアレイ
チップの形成に用いられる材料としては、III−Ｖ族化
合物半導体であるＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩ
ｎＰ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｌ
Ｐ，ＧａＡｓＰ，ＧａＮ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ，Ｉｎ
ＡｓＳｂ等、あるいは、II−VI族化合物半導体であるＺ
ｎＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳＳｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＳＳｅ，
ＣｄＴｅ，ＨｇＣｄＴｅ等、さらには、IV−VI族化合物
半導体であるＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＰｂＳｎＳｅ，Ｐｂ
ＳｎＴｅ等であり、それぞれの材料の長所を生かして積
層構造に適用することが可能である。

【００１７】活性層としてＡｌＧａＡｓ系の材料を用い
た場合、ＧａＡｓまたはＡｌ組成が０より大きく０．４
５より小さい値をもつＡｌＧａＡｓが用いられ、その場
合クラッド層２２及び２４は活性層２３より禁制帯幅の
広いＡｌＧａＡｓを用いれば良い。

【００１８】端面発光型発光ダイオードアレイ２とは別
に、モニター用受発光集積型素子４が、ボンディングパ
ット３、配線部以外のチップ上に端面発光型発光ダイオ
ードアレイ２の光出射方向と反対側の図中左下位置に１
素子集積して形成されている。このモニター用受発光集
積型素子４は、モニター用端面発光型発光ダイオード５
と、側面入射型受光素子６から形成されており、該側面
入射型受光素子６は基板１面に対して垂直であって該基
板１にまで達する第２分離溝１２により、モニター用端
面発光型発光ダイオード５と電気的空間的に分離されて
該端面発光型発光ダイオード５に隣接して集積形成され
ている。このモニター用端面発光型発光ダイオード５
は、その光出射方向が端面発光型発光ダイオードアレイ
２の光出射方向と直角になるように配置されており、
又、材料組成、積層構成、素子幅、電極幅等の素子構造
が該端面発光型発光ダイオードアレイ２と全く同一に構
成されている。さらに、該モニター用端面発光型発光ダ
イオード５と第２分離溝１２を介して隣接する側面入射
型受光素子６は、その材料組成、積層構成等がモニター
用端面発光型発光ダイオード５と全く同一の積層構造に
より構成されており、モニター用端面発光型発光ダイオ
ード５の光が入射する。この側面入射型受光素子６のコ
ンタクト層２６上には、ｐ側電極２７が形成され、また
ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ側電極２８が形成され
ている。

【００１９】上記構成の発光ダイオードアレイチップに
おいて、ドライバー回路からの入力にしたがって、任意
のｐ側電極２７とｎ側電極２８の間に所定の電流を流す
ことにより、発光ダイオードアレイ２内の任意の位置の
発光ダイオードより光出力７を光出射端面２ａに対し垂
直に得ることができる。

【００２０】モニター用受発光集積型素子４を構成する
端面発光型発光ダイオード５の光出射端面５ａより出た
光９が第２分離溝１２を介して対向する側面入射型受光
素子６の素子側面６ａに入射する。この側面入射型受光
素子６のｐ側電極２７とｎ側電極２８の間に所定の逆方
向電圧を印加することにより、該側面入射型受光素子６
に入射するモニター用端面発光型発光ダイオード５の端
面発光型発光ダイオード２の光出力７の大小に応じたモ
ニター信号を得ることができる。このように、端面発光
型発光ダイオードアレイ２の光出力の増減は、同一チッ
プ上にあるモニター端面発光型発光ダイオード５の光出
力の増減と対応しているので、側面入射型受光素子６か
らのモニター信号は、同一チップ上の端面発光型発光ダ
イオードアレイ２の光出力の増減に対応して変化するた
め、モニター信号をあらかじめ記憶しておいた基準値と
比較して、その差分を補正するように、発光ダイオード
アレイチップ上の各発光ダイオードアレイを駆動する図
示しない駆動回路にフィードバックする。これにより、
端面発光型発光ダイオードアレイ２へ注入する電流パル
ス幅、電流パルス数、電流振幅等を制御する、パワー変
調を行うことにより、チップ内の各発光ダイオードの光
出力を所望の値に一定に保持することができ、経時変化
に対応することができる。上記基準値は、モニター用受
発光集積型素子４と外部パワーセンサーを用いて、発光
ダイオードアレイ２のチップ間での初期ばらつき及びモ
ニター用受発光集積型素子４の初期ばらつきを補正した
上で設定することができる。

【００２１】この実施例の光プリンター光源の光出力の
初期ばらつき、及びモニター用受発光集積型素子４の初
期ばらつきを補正するための回路（補正手段）につい
て、図４（ａ）を参照して説明する。端面発光型発光ダ
イオードアレイ２（ＬＥＤＡ）からの光出力は、外部パ
ワーセンサー（ＰＳ）によりモニターされ電流電圧変換
器（Ｉ／Ｖ）により電流を電圧に変換し、誤差増幅器
（Ｅｒｒ Ａｍｐ）によって、一定の光出力、例えば１
５μＷ／ドットに相当する基準信号（Ｒｅｆ）と比較さ
れ補正データがデジタル／アナログ変換器（ＡＤＣ）を
へてラッチ（Ｌａｔｃｈ）に出力される。ラッチに保持
された補正ディジタルデータはアナログ／ディジタル変
換器（ＤＡＣ）により、アナログ信号として誤差増幅器
（Ｅｒｒ Ａｍｐ）に出力される。誤差増幅器において
は、アナログ／ディジタル変換器からの基準信号と、発
光ダイオードアレイ２と同一チップ上に形成されたモニ
ター用受発光集積型素子４（ＭＤ）からのモニター信号
との出力の差分を増幅し直流電圧としてパルス幅変調器
（ＰＷＭ）に出力される。パルス幅変調器は、誤差増幅
器からの出力直流電圧に比例した電流パルス幅を発光ダ
イオードアレイ２及びモニター用端面発光型発光ダイオ
ード５に出力することによって光出力を制御する。この
回路系によって、発光ダイオードアレイ２からの光出力
が所定の値に安定したら、ラッチに保持された基準信号
を与える補正ディジタルデータをＲＯＭに記憶させる。
以後は、このＲＯＭに記憶されたデータを基準として、
光出力を制御することができる。

【００２２】次に、この実施例の光プリンター光源の光
出力の経時変化を補正するための回路（補正手段に含ま
れる）について、図４（ｂ）を参照して説明する。最初
に、ＲＯＭに記憶された上記基準信号を与えるデータが
ラッチ（Ｌａｔｃｈ）に出力される。ラッチに保持され
た基準データはアナログ／ディジタル変換器（ＤＡＣ）
により、アナログ信号として誤差増幅器（Ｅｒｒ Ａｍ
ｐ）に出力される。誤差増幅器においては、アナログ／
ディジタル変換器からの基準信号と、発光ダイオードア
レイ２（ＬＥＤＡ）と同一チップ上に形成されたモニタ
ー用受発光集積型素子（ＭＤ）からのモニター信号との
出力の差分を増幅し直流電圧としてパルス幅変調器（Ｐ
ＷＭ）に出力される。パルス幅変調器は、誤差増幅器か
らの出力直流電圧に比例した電流パルス幅を発光ダイオ
ードアレイ２及びモニター用端面発光型発光ダイオード
５に出力する。これにより、発光ダイオードアレイ２の
光出力が経時変化により変動した場合にも、注入電流パ
ルス幅を制御して光出力が基準値と一致するようにする
ことができる。

【００２３】以上述べた光出力の制御回路を用いること
により、発光ダイオードアレイチップ間の光出力のばら
つきを±１０％以下に抑えることが可能となる。光出力
を補正しない場合の本プリンター光源のチップ間の光出
力分布を図５（ａ）に、またＡＰＣ制御により光出力を
補正した場合のチップ間の光出力分布を図５（ｂ）に示
す。同図（ａ），（ｂ）に示すように、補正する前はチ
ップ間で±３０％以上の光出力ばらつきを有していた
が、モニター用受発光集積型素子４からのモニター信号
を用いて光出力を制御することにより、２８個のチップ
において、±１０％以下の光出力均一性を実現できた。
この実施例で実現された光プリンター光源の性能を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】光プリンター光源の発光部である発光ダイ
オードアレイチップ上の端面発光型発光ダイオードアレ
イ２やモニター用受発光集積型素子４を構成する端面発
光型発光ダイオード５、及び側面入射型受光素子６にお
いては、ｎ型をｐ型、ｐ型をｎ型として構成しても良
い。さらに、発光ダイオードアレイチップ上の端面発光
型発光ダイオードアレイ２の光出射端面と、端面発光型
発光ダイオードアレイ２の各発光ダイオードを素子分離
している第１分離溝１１と、モニター用受発光集積型素
子４を構成する端面発光型発光ダイオード５と側面入射
型受光素子６の間に形成された第２分離溝１２は、基板
１面に垂直に形成されているが、必ずしも垂直である必
要はなく、略垂直な面、若しくは活性層２３と平行でな
い面であれば良い。

【００２６】第１分離溝１１や第２分離溝１２は、積層
構造表面より基板１に達するように形成されているが、
本質的には、隣接端面発光型発光ダイオードの活性層２
３間や、端面発光型発光ダイオード５と側面入射型受光
素子６の活性層２３間を電気的に分離すれば良いことか
ら、溝の底部が必ずしも基板１まで達している必要はな
く、活性層２３を通りクラッド層２２に達していれば充
分機能するものである。 第１分離溝１１と第２分離溝
１２は、必ずしも同一形状、同一深さである必要はな
い。このような分離溝は、通常エッチング等の方法によ
り形成されるが、この発明のプリンター光源の機能上、
基板１面に垂直な側面を有する幅の狭い分離溝を高精度
に形成されることが望ましく、このような観点から、異
方性の高いドライエッチング法等を用いることが望まし
い。モニター用受発光集積型素子４は、発光ダイオード
アレイ２の光出射方向と反対側の発光ダイオードアレイ
後方の同一のチップ上に、複数個形成してその一部を予
備として保存しておき、使用していたモニター用受発光
集積型素子４が劣化した場合に、順次予備のモニター素
子に切り替えて引き続き使用するようにすることもでき
る。

【００２７】次に、発光ダイオードアレイチップの第２
の実施例について図６、図７を参照して説明する。同図
において、端面発光型発光ダイオードアレイ２、及びモ
ニター用受発光集積型素子４、配線８及びボンディング
パット３の構造は第１の実施例と同様である。異なって
いる点は、端面発光型発光ダイオードアレイ２及びモニ
ター用受発光集積型素子４と、配線８及びボンディング
パット３を配設している半導体積層構造部分との間に、
基板１面に対して垂直であって該基板１にまで達する第
３分離溝１３が設けられていることである。端面発光型
発光ダイオードアレイ２のＰ側電極２７は、端面発光型
発光ダイオードアレイ２の光出射端面２ａと反対側の該
端面発光型発光ダイオードアレイ２の後方に配置された
ボンディングパット３に電気的に接続されており、この
第３分離溝１３により、端面発光型発光ダイオードアレ
イ２と、配線８及びボンディングパット３を配設してい
る半導体積層構造部分とを電気的空間的に分離してい
る。

【００２８】第３分離溝１３はＳｉＯ₂絶縁膜２９によ
り埋め込まれて平坦化されており、その上を通ってｐ側
電極２７からＡｕ配線８が段切れすることなく、ボンデ
ィングパット３に接続されている。このボンディングパ
ット３は、光出射方向に４段に配列されており、高密度
実装が可能になっている。このように、配線８及びボン
ディングパット３は、端面発光型発光ダイオードアレイ
２のコンタクト層２６上部と同一平面上のエッチング残
査等のない平坦なエピタキシャル成長層上、即ち半導体
積層構造の最上層上にＳｉＯ₂絶縁膜２９を介して形成
されている。したがって、６００ｄｐｉ以上の高密度で
発光ダイオードアレイを形成する場合にも、高密度な１
０μｍ以下の微細な配線８の断線を少なくすることがで
き、素子の歩留まりが向上する。なお、発光ダイオード
アレイチップはボンディングパット３から図示しないド
ライバー回路チップとワイヤーボンディングにより接続
される。

【００２９】同様に、モニター用受発光集積型素子４
も、配線８及びボンディングパット３を配設した半導体
積層構造部分と第３分離溝１３で電気的空間的に分離さ
れており、端面発光型発光ダイオードアレイ２のコンタ
クト層２６上部と同一平面上のエッチング残査等のない
平坦なエピタキシャル成長層上にＳｉＯ₂絶縁膜２９を
介して形成されたボンディングパット３に、モニター用
受発光集積型素子４のｐ側電極２７が電気的に接続され
ている。

【００３０】この実施例では、第３分離溝１３の幅は１
０μｍとなっている。この第３分離溝１３の幅を大きく
するほどエッチングする面積が増大してしまい、第３分
離溝１３内にエッチングの残査が生じる確率が高くなっ
てしまう。一方、第３分離溝１３の幅が狭くなり、アス
ペクト比が１以下になるとエッチング工程が困難にな
る。したがって、素子を安定に作製するためには、第３
分離溝１３の幅が２μｍ〜５０μｍ程度であれば良い。
本光プリンター光源の発光部である発光ダイオードアレ
イチップ上の端面発光型発光ダイオードアレイ２やモニ
ター用受発光集積型素子４を構成する端面発光型発光ダ
イオード５、及び側面入射型受光素子６においては、ｎ
型をｐ型、ｐ型をｎ型として構成しても良い。また、発
光ダイオードアレイチップ上の端面発光型発光ダイオー
ドアレイ２の光出射端面２ａと、第１分離溝１１、第２
分離溝１２、第３分離溝１３は、基板１面に垂直に形成
されているが、必ずしも垂直である必要はなく、略垂直
な面、若しくは活性層２３と平行でない面であれば良
い。

【００３１】第１分離溝１１、第２分離溝１２、第３分
離溝１３は、積層構造表面より基板１に達するように形
成されているが、本質的には、隣接端面発光型発光ダイ
オードの活性層２３間や、端面発光型発光ダイオード５
と側面入射型受光素子６の活性層２３間や、端面発光型
発光ダイオードアレイと配線８及びボンディングパット
３を配設している半導体積層構造部との活性層２３間を
電気的に分離すれば良いことから、溝の底部が必ずしも
基板１まで達している必要はなく、活性層２３を通りク
ラッド層２２に達していれば充分機能するものである。
また、該第１分離溝１１と第２分離溝１２と第３分離
溝１３は、必ずしも同一形状、同一深さである必要はな
い。このような分離溝は、通常エッチング等の方法によ
り形成されるが、この発明のプリンター光源の機能上、
基板１面に垂直な側面を有する幅の狭い分離溝を高精度
に形成することが望ましく、このような観点から、異方
性の高いドライエッチング法等を用いることが望まし
い。

【００３２】次に、発光ダイオードアレイチップの第３
の実施例について図８、図９を参照して説明する。図８
において、端面発光型発光ダイオードアレイ２、モニタ
ー用受発光集積型素子４、配線８及びボンディングパッ
ト３の構造は第一の実施例と同様である。異なっている
点は、図９（図８のＡ−Ａ’断面）に示すように、第３
分離溝１３をＳｉＯ₂層２９を介して絶縁性のポリイミ
ド４０で埋め込んでいることである。ポリイミド４０
は、端面発光型発光ダイオードアレイ２の光を吸収し、
該端面発光型発光ダイオードアレイ２からの不用な光信
号がモニター用受発光集積型素子４の側面入射型受光素
子６に入射してノイズ信号となるのを防止し、端面発光
型発光ダイオードアレイ２の光出力の制御を高精度にお
こなうことができる。

【００３３】ここで、第３分離溝１３の埋込材料として
ポリイミド４０を用いたが、配線８間を電気的に絶縁
し、且つ端面発光型発光ダイオードアレイ２の光を吸収
または反射させて側面入射型受光素子６に入射させなけ
ればよく、金属酸化膜、高分子材料等各種の材料を用い
ることができる。

【００３４】次に、発光ダイオードアレイチップの第４
の実施例について図１０を参照して説明する。同図にお
いて、端面発光型発光ダイオードアレイ２、及びモニタ
ー用受発光集積型素子４の構造は第１の実施例と同様で
あるが異なっている点は、チップ上に、端面発光型発光
ダイオードアレイ２とは別に、モニター用受発光集積型
素子４（４−１，４−２）がボンディングパット３、配
線部以外のチップ上に、端面発光型発光ダイオードアレ
イ２の光出射方向と反対側の該端面発光型発光ダイオー
ドアレイ２の後方の左右隅（図中、チップの左右下位
置）にそれぞれ１素子ずつ計２素子集積して形成されて
いる点ということである。

【００３５】このような構造の光プリンター光源におい
ては、モニター用端面発光型発光ダイオード５の光出力
のモニター信号を１チップに対して異なる２箇所の位置
について得ることができる。左隅にあるモニター用受発
光集積型素子４から得られるモニター信号は、同一チッ
プ上の左側半分の１２８個の端面発光型発光ダイオード
アレイ（２−１〜２−１２８）の光出力を制御するため
に用いられ、また、右隅にあるモニター用受発光集積型
素子４から得られるモニター信号は、同一チップ上の右
側半分の１２８個の端面発光型発光ダイオードアレイ
（２−１２９〜２−２５６）の光出力を制御する。これ
により、発光ダイオードアレイ２を２つの区域に区割し
て各々独立に光出力を制御することができるため、同一
チップ内のばらつきに関しても光出力の均一化がはから
れる。

【００３６】さらに、発光ダイオードアレイチップの第
５の実施例について図１１を参照して説明する。同図に
おいて端面発光型発光ダイオードアレイ２及びモニター
用受発光集積型素子４の構造は、第１の実施例に示した
構造と同様であるが、異っている点は端面発光型発光ダ
イオードアレイ２の光出射方向の反対側を除いて、端面
発光型発光ダイオードアレイ２と、モニター用受発光集
積型素子４との間にあって、モニター用受発光集積型素
子４の周囲に遮光用の壁１５（遮光部材）を形成してい
ることである。この遮光用の壁１５は、ＧａＡｓ基板１
上の積層構造を、積層構造表面より該ＧａＡｓ基板１面
に対して垂直にＧａＡｓ基板１にまで達する第４分離溝
１４によってモニター用受発光集積型素子４と電気的、
空間的に分離するものであって、塩素系ガスを用いたド
ライエッチングにより形成している。

【００３７】遮光用の壁１５は、端面発光型発光ダイオ
ードアレイ２からの光出力がモニター用受発光集積型素
子４の側面入射型受光素子６に入射しないように、光を
吸収、反射、散乱させている。これにより、モニター信
号のノイズを低減することができ、より高精度に光出力
を制御することができる。さらに、遮光用の壁１５は、
モニター用端面発光型発光ダイオード５の光出力が発光
ダイオードアレイ２の光出射方向にもれないようにする
ために、光を吸収、反射、散乱させている。これによ
り、発光ダイオードアレイ２の出射方向に不用な光が出
射されるのを防止、感光体面に誤った輝点像を形成しな
いようにしている。モニター用受発光集積型素子４の端
面発光型発光ダイオード５の、側面入射型受光素子６に
対向する面以外の端面から出射された光出力を、発光ダ
イオードアレイの光出射方向以外のチップ側面から発光
ダイオードアレイチップの外部へ取り出すことが可能な
ようにモニター用受発光集積型素子４を配置することも
できる。さらに、モニター用受発光集積型素子４の端面
発光型発光ダイオード５の、側面入射型受光素子６に対
向する面と反対側の端面から出射された光出力を、発光
ダイオードアレイ２の光出射方向と反対側のチップ側面
から発光ダイオードアレイチップの外部へ取り出すこと
が可能なようにモニター用受発光集積型素子４を配置す
ることが好ましい。これにより、発光ダイオードアレイ
チップ形成後に、モニター用受発光集積型素子４の端面
発光型発光ダイオード５の光出力と側面入射型受光素子
６のモニター電流の関係を知ることがてきる。

【００３８】次に、第１の実施例の発光ダイオードアレ
イチップを用いた光プリントヘッドの実施例について図
１２を参照して説明する。同図において、ＡＳＩＣ３２
等で構成した駆動制御回路を形成している回路基板３８
上に発光ダイオードアレイチップ３１と制御用のドライ
バー素子３３からなるアレイモジュール３４がＡ４サイ
ズ用として２８個一列に整列して配置されている。この
場合、チップ内の発光ダイオードアレイを構成する各発
光ダイオード間の間隔と等しくなるように配置される。
第１の実施例（図１参照）に示したように、端面発光型
発光ダイオードアレイ２と同一チップ上に集積形成され
たモニター用受発光集積型素子４からのモニター信号を
用いて発光ダイオードアレイ２の光出力を所定の値に制
御することができるため、２８個のチップ間の光出力の
ばらつきを±１０％以下に抑えることができる。

【００３９】端面発光型発光ダイオードアレイ２の光出
射端面から出た光は、その前方に配置されている光路分
離ミラー３５によって等倍結像系である高解像ルーフミ
ラーレンズアレイ３６に導かれ、さらにもう一度光分離
ミラー３５によって折り返されて感光体ドラム３７上に
像を結ぶ。この光プリントヘッドの特性は表２に示すよ
うに、ドット密度600ｄｐｉ、Ａ４サイズの、高密度で
印字ドットの大きさや印字濃度の均一性の高い光プリン
ター光源を実現できる。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
端面発光型発光ダイオードアレイの光出射方向とは反対
側の後方位置に、該端面発光型発光ダイオードアレイと
同様の積層構造の発光素子と受光素子から成るモニター
用受発光集積型素子を設けた（請求項１）ので、例え
ば、６００ｄｐｉ以上の高密度で、従来、±５０％に達
していた光出力のばらつきを±１０％以下に抑えて、極
めて高精度に均一化することができ、高品質な印字印刷
を行なうことができる。又、光出力の経時変化を制御す
ることができる。また、配線及びボンディングパットが
端面発光型発光ダイオードアレイの半導体積層構造上面
と同じ高さにある平坦な半導体積層構造上に形成されて
いる（請求項２）ことにより、配線の断線が生じにくく
なり素子の歩留まりを向上させることができる。また、
端面発光型発光ダイオードアレイとモニター用受発光集
積型素子と配線及びボンディングパットが配設されてい
る半導体積層構造部分とをそれぞれ電気的に分離してい
る第３分離溝を、絶縁性の遮光材、又は、絶縁層を有す
る遮光材で埋め込む（請求項３）ことにより、端面発光
型発光ダイオードアレイの光がモニター用受発光集積型
素子の受光素子に入力してノイズ信号となるのを防止す
ることができる。また、前記端面発光型発光ダイオード
アレイを等数に区分けして、それぞれの区分に１つずつ
前記モニター用受発光集積型素子を設ける（請求項４）
ことにより、光出力のさらなる均一化を達成することが
できる。さらに、前記モニター用受発光集積型素子の周
囲に遮光部材を設ける（請求項５）ことにより、前述し
た光出力の均一化に加えて、感光体面に不用な輝点像が
形成されるのを防止することができ、一層、高品質な印
字印刷を行なうことができるという効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１の実施例を示す発光ダイオ
ードアレイチップの平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】発光ダイオードアレイチップの端面発光型発光
ダイオードを示す斜視図である。

【図４】図（ａ）は初期ばらつきを補正する回路の概略
構成図であり、図（ｂ）は光出力の経時変化を補正する
回路の概略構成図である。

【図５】図（ａ)，(ｂ）は発光ダイオードアレイチップ
間の光出力分布を示す説明図である。

【図６】この発明の請求項２の実施例を示す発光ダイオ
ードアレイチップの平面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’断面図である。

【図８】請求項３の実施例を示す発光ダイオードアレイ
チップの平面図である。

【図９】図８Ａ−Ａ’断面図である。

【図１０】請求項４の実施例を示す発光ダイオードアレ
イチップの平面図である。

【図１１】請求項５の実施例を示す発光ダイオードアレ
イチップの平面図である。

【図１２】請求項１の発光ダイオードアレイを用いた光
プリントヘッドの実施例を示す概略断面図である。

【図１３】従来の発光ダイオードアレイを用いた光プリ
ントヘッドを構成する発光部基板を示す斜視図である。

【図１４】発光ダイオードアレイの発光部と感光体面の
結像点の関係を示す説明図である。

【図１５】従来の面発光型発光ダイオードアレイを示す
平面図である。

【図１６】従来の端面発光型発光ダイオードアレイを示
す斜視図である。

【符号の説明】 ２ 端面発光型発光ダイオードアレイ ３ ボンディングパット ４ モニター用受発光集積素子 ５ 発光素子（端面発光型発光ダイオード） ６ 受光素子（側面入射型受光素子） ８ 配線 １１ 第１分離溝 １２ 第２分離溝 １３ 第３分離溝 １４ 第４分離溝 １５ 遮光部材 ４０ 遮光材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家地 洋之 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地 の10・リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 吉田 友晶 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地 の10・リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 岩田 浩和 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地 の10・リコー応用電子研究所株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−48490（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−163062（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−44164（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230571（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−26159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−89887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−186079（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/45 B41J 2/455 H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも発光ダイオードの発光層、該発
   光層を発光させるための電極を含む積層構造より成り、
   積層端面より光出力が得られる端面発光型発光ダイオー
   ドを、等間隔に設けた複数の第１分離溝により各層を電
   気的空間的に分離して形成した発光ダイオードアレイに
   より構成した光プリンター光源において、 前記端面発光型発光ダイオードと同じ積層構造を第２分
   離溝により電気的空間的に分離して形成した発光素子と
   受光素子より成り、その光出射方向が前記発光ダイオー
   ドアレイの光出射方向に対して直角になるように、該発
   光ダイオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に
   少なくとも１つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光
   出力に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発
   光集積型素子と、 該モニター用受発光集積型素子から出力されるモニター
   信号により上記端面発光型発光ダイオードアレイの光出
   力のばらつきを補正する補正手段とを具備していること
   を特徴とする光プリンター光源。
2. 【請求項２】少なくとも発光ダイオードの発光層、該発
   光層を発光させるための電極を含む積層構造より成り、
   積層端面より光出力が得られる端面発光型発光ダイオー
   ドを、等間隔に設けた複数の第１分離溝により各層を電
   気的空間的に分離して形成した発光ダイオードアレイに
   より構成した光プリンター光源において、 前記端面発光型発光ダイオードと同じ積層構造を第２分
   離溝により電気的空間的に分離して形成した発光素子と
   受光素子より成り、その光出射方向が前記発光ダイオー
   ドアレイの光出射方向に対して直角になるように、該発
   光ダイオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に
   少なくとも一つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光
   出力に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発
   光集積型素子と、該モニター用受発光集積型素子から出
   力されるモニター信号により該端面発光型発光ダイオー
   ドアレイの光出力のばらつきを補正する補正手段とを備
   え、配線及びボンディングパットが配設されている積層
   構造の高さと前記端面発光型発光ダイオードアレイ及び
   前記モニター用受発光集積型素子の積層構造の高さは同
   じであって、これら配線及びボンディングパットと端面
   発光型発光ダイオードアレイ及びモニター用受発光集積
   型素子のそれぞれの間には、前記積層構造を電気的空間
   的に分離する第３分離溝が設けられていることを特徴と
   する光プリンター光源。
3. 【請求項３】少なくとも発光ダイオードの発光層、該発
   光層を発光させるための電極を含む積層構造より成り、
   積層端面より光出力が得られる端面発光型発光ダイオー
   ドを、等間隔に設けた複数の第１分離溝により各層を電
   気的空間的に分離して形成した発光ダイオードアレイに
   より構成した光プリンター光源において、 前記端面発光型発光ダイオードと同じ積層構造を第２分
   離溝により電気的空間的に分離して形成した発光素子と
   受光素子より成り、その光出射方向が前記発光ダイオー
   ドアレイの光出射方向に対して直角になるように、該発
   光ダイオードアレイの光出射方向と反対側の後方位置に
   少なくとも一つ設けられ、該発光ダイオードアレイの光
   出力に応じたモニター信号を得るためのモニター用受発
   光集積型素子と、該モニター用受発光集積型素子から出
   力されるモニター信号により該端面発光型発光ダイオー
   ドアレイの光出力のばらつきを補正する補正手段とを備
   え、配線及びボンディングパットが配設されている積層
   構造の高さと前記端面発光型発光ダイオードアレイ及び
   前記モニター用受発光集積型素子の積層構造の高さは同
   じであって、これら配線及びボンディングパットと端面
   発光型発光ダイオードアレイ及びモニター用受発光集積
   型素子のそれぞれの間には、前記積層構造を電気的に分
   離する絶縁性の遮光材、又は絶縁層を有する遮光材が埋
   め込まれている第３分離溝が設けられている ことを特徴
   とする光プリンター光源。
4. 【請求項４】前記モニター用受発光集積型素子は、前記
   発光ダイオードアレイを等数で複数の部分に区分けし、
   それぞれの部分に対応して１つずつ設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の光プリンター光源。
5. 【請求項５】前記モニター用受発光集積型素子の周囲に
   は遮光用の遮光部材が設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の光プリンター光源。