JP3426865B2

JP3426865B2 - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JP3426865B2
Application number: JP22910196A
Authority: JP
Inventors: 智郁本城
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: JPH1074982A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードアレ
イに関し、特にページプリンタ用感光ドラムの除電用光
源などに用いられる発光ダイオードアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
発光ダイオードアレイを図６および図７に示す。図７
は、図６のＡ−Ａ線断面図である。図６および図７にお
いて、２１は半導体基板、２２は島状半導体層、２３は
個別電極、２４は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１は、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基
板などから成る。島状半導体層２２は、ガリウム砒素や
アルミニウムガリウム砒素などの化合物半導体層などか
ら成り、一導電型を呈する半導体層２２ａと逆導電型を
呈する半導体層２２ｂから成る。一導電型を呈する半導
体層２２ａと逆導電型を呈する半導体層２２ｂの界面部
分で半導体接合部が形成される。この島状半導体層２２
は、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭ
ＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法でガリウム砒素や
アルミニウムガリウム砒素などから成る単結晶半導体層
を形成した後に、メサエッチングなどによって形成され
る。

【０００４】島状半導体層２２の表面部分には、例えば
窒化シリコン膜（Ｓｉ_xＮ_y）などから成る保護膜２５
が形成されており、この保護膜２５上には、例えば金
（Ａｕ）などから成る個別電極２３が形成されている。
この個別電極２３は、保護膜２５に形成されたスルーホ
ールを介して逆導電型を呈する半導体層２２ｂに接続さ
れており、逆導電型を呈する半導体層２２ｂの上面部分
から壁面部分を経由して、半導体基板２１の端面近傍ま
で、隣接する島状半導体層２２ごとに交互に他の端面側
に延在するように形成されている。また、半導体基板２
１の裏面側のほぼ全面には共通電極２４が形成されてい
る。

【０００５】島状半導体層２２ａ、２２ｂ、個別電極２
３および共通電極２４で個々の発光ダイオードが構成さ
れ、この発光ダイオードは半導体基板２１上に一列状に
並ぶように形成される。この場合、例えば個別電極２３
が発光ダイオードのアノード電極となり、共通電極２４
がカソード電極となる。なお、個別電極２３はその広幅
部分において外部回路とボンディングワイヤ（不図示）
などで接続される。

【０００６】このような発光ダイオードアレイでは、例
えば個別電極２３から共通電極２４に向けて順方向に電
流を流すと、逆導電型不純物を含有する半導体層２２ｂ
には電子が注入され、一導電型不純物を含有する半導体
層２２ａには正孔が注入される。これらの少数キャリア
の一部が多数キャリアと発光再結合することによって光
を生じる。また、列状に形成された発光ダイオードのい
ずれかの個別電極２３を選択して電流を流して発光させ
ることにより、例えばページプリンタ用感光ドラムの除
電用光源として用いられる。

【０００７】ところが、この従来の発光ダイオードアレ
イでは、半導体基板２１の表面側に形成した島状半導体
層２２上に、個別電極２３を設けると共に、半導体基板
２１の裏面側に共通電極２４を設けていることから、個
別電極２３と共通電極２４の形成工程が２回になり、製
造工程が煩雑になるという問題があった。また、個別電
極２３と共通電極２４が半導体基板２１の表裏両面にあ
ると、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接
続する際に、その接続作業が困難であるという問題もあ
った。

【０００８】そこで、本出願人は特願平７−１９２８５
７号において、図８および図９に示すように、半導体基
板２１の表面部分に、一導電型を呈する半導体不純物を
高濃度に含有する領域２１ａを島状に形成して、この領
域２１ａ上に、一導電型を呈する下層半導体層２２ａを
領域２１ａよりも小面積となるように設けると共に、こ
の下層半導体層２２ａ上に逆導電型を呈する上層半導体
層２２ｂを設け、領域２１ａの露出部分に共通電極２４
ａ、２４ｂを接続して設け、上層半導体層２２ｂに個別
電極２３を接続して設けることを提案した。

【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂを設け
ることができ、個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂ
を一回の工程で同時に形成できることから、発光ダイオ
ードアレイの製造工程が簡略化されると共に、個別電極
２３と共通電極２４ａ、２４ｂが同じ側に位置すること
から、ワイヤーボンディング法などによる外部回路との
接続作業も容易になる。なお、図９中、２５は窒化シリ
コン膜などから成る保護膜である。

【００１０】また、図８に示すように、共通電極２４
ａ、２４ｂは隣接する島状半導体層２２ごとに異なる群
に属するように二群に分けて設けられ、隣接する島状半
導体層２２が同じ個別電極２３に接続されている。

【００１１】このように共通電極２４ａ、２４ｂを二群
に分けて設け、隣接する島状半導体層２２が同じ個別電
極に接続されるように個別電極２３を設けると、発光ダ
イオードを高精細化させても、これら個別電極２３と外
部回路との接続箇所数が少なくなり、接続面積を大きく
とることができるという利点がある。

【００１２】このような発光ダイオードアレイでは、個
別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂの組み合わせを選
択して電流を流すことによって、各発光ダイオードを選
択的に発光させることができる。

【００１３】この従来の発光ダイオードアレイでは、２
個の発光ダイオードごとに個別電極２３を設けて外部回
路との接続箇所数の減少を図っているものの、さらに外
部回路との接続箇所数を減少させることが期待されてい
る。外部回路との接続箇所数を減少させるためには、図
１０に示すように、例えば１つの個別電極２３に４個の
発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄を接続すればよいが、そのた
めには共通電極２４も４本必要となる。共通電極２４を
４本設けると、配線が交差するため、多層構造にせざる
を得ず、絶縁膜の形成、絶縁膜のエッチング、２回目の
電極形成など製造工程が煩雑になると共に、電極配線パ
ターンが煩雑になるという問題があった。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、一つの個別電極に３個以上
の発光ダイオードを接続すると製造や電極パターンが煩
雑になるという問題を解消できる発光ダイオードアレイ
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発光ダイオードアレイでは、基板上
に一導電型を呈する島状半導体層と他の導電型を呈する
島状半導体層から成る発光ダイオードを一列状に多数形
成すると共に、この他の導電型を呈する複数の島状半導
体層毎に一つの個別電極に前記発光ダイオードの配列方
向と交差する方向から交互に接続し、この同じ個別電極
に接続された複数の他の導電型を呈する島状半導体層の
下部に位置する一導電型を呈する島状半導体層をそれぞ
れ異なる共通電極に接続した発光ダイオードアレイにお
いて、前記発光ダイオードの配列方向と交差する方向に
おいて、前記一導電型を呈する島状半導体層を前記個別
電極よりも外側まで延在するように形成し、この一導電
型を呈する島状半導体層の延在部分において、この一導
電型を呈する半導体層と前記共通電極を接続した。

【００１６】また、請求項２に係る発光ダイオードアレ
イでは、基板上に一導電型を呈する島状半導体層と他の
導電型を呈する島状半導体層から成る発光ダイオードを
一列状に多数形成すると共に、この他の導電型を呈する
複数の島状半導体層毎に一つの個別電極に前記発光ダイ
オードの配列方向と交差する方向から交互に接続し、こ
の同じ個別電極に接続された複数の他の導電型を呈する
島状半導体層の下部に位置する一導電型を呈する島状半
導体層をそれぞれ異なる共通電極に接続した発光ダイオ
ードアレイにおいて、前記発光ダイオードの配列方向と
交差する方向における前記一導電型を呈する島状半導体
層の下部から前記個別電極の外側にかけて、一導電型半
導体不純物を高濃度に含有する島状の領域を前記基板の
表面部に形成し、この一導電型半導体不純物を高濃度に
含有する島状の領域の前記個別電極よりも外側におい
て、この一導電型半導体不純物を高濃度に含有する領域
と前記共通電極を接続した。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は、請求項１に係る発
光ダイオードアレイの一実施形態を示す図、図２は同じ
く断面図であり、１は半導体基板、２は一導電型を呈す
る島状半導体層、３は逆導電型を呈する島状半導体層、
４は個別電極、５、５’は共通電極である。

【００１８】半導体基板１は、２００Ω・ｃｍ程度の比
抵抗を有する長尺状の高抵抗半導体基板や逆導電型を呈
する半導体基板などから成り、単結晶シリコン（Ｓ
ｉ）、単結晶ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、或いは表面に
半導体不純物の高濃度含有領域を形成しない場合は、単
結晶アルミナなどで構成される。

【００１９】この基板１上には、一導電型を呈する島状
半導体層２と逆導電型を呈する島状半導体層３が形成さ
れている。一導電型を呈する島状半導体層２は、発光ダ
イオードの配列方向と交差する方向において、基板１の
略中央部から端部側に交互に延在するように形成されて
いる。また、逆導電型を呈する島状半導体層３は、基板
１の略中央部における一導電型を呈する島状半導体層２
上に形成されている。この一導電型を呈する島状半導体
層２と逆導電型を呈する島状半導体層３は、ガリウム砒
素やアルミニウムガリウム砒素またはこれらを複数積層
した半導体層を基板１上の全面もしく部分的な所定領域
に形成した後に、所定形状にエッチングすることにより
形成される。

【００２０】すなわち、基板１をシリコンで形成する場
合は表面の自然酸化膜を８００〜１０００℃の高温に加
熱して除去し、次に４５０℃以下の低温で核となるアモ
ルファスガリウム砒素膜をＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法で
０．１〜３μｍ程度の厚みに成長させた後、５００〜７
００℃まで昇温して結晶化し、続いてこの層上にガリウ
ム砒素単結晶を成長させる（二段階成長法）。次に、７
５０℃〜１０００℃の高温でのアニールと６００℃以下
の低温への急冷を数回繰り返す（温度サイクル法）など
のポストアニールを行った後に、さらにガリウム砒素膜
などを０．５〜４μｍ程度の厚みに成長させる。このガ
リウム砒素などから成る半導体層２、３をＭＯＣＶＤ法
で形成する場合、ガリウムの原料としてはトリメチルガ
リウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）やトリエチルガリウム
（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ）などが用いられ、砒素の原料と
してはアルシン（ＡｓＨ₃）、トリメチル砒素（（ＣＨ
₃）₃Ａｓ）、トリエチル砒素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｓ）
などが用いられる。また、半導体層の一部をアルミニウ
ムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）で形成する場合、アル
ミニウムの原料としては例えばトリメチルアルミニウム
（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）やトリエチルアルミニウム（（Ｃ
₂Ｈ₅）₃Ａｌ）などが用いられる。また、必要に応じ
て水素（Ｈ₂）などのキャリアガスが用いられる。

【００２１】ｎ型の半導体用不純物としては硫黄
（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）などがあり、ｐ型の半導
体用不純物としては亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）
などがある。これらの半導体用不純物を１×１０¹⁶〜１
×１０¹⁹ａｔｍ／ｃｍ³程度含有させる。なお、図示し
ていないが、逆導電型を呈する半導体層３の表面部分に
は、個別電極４とオーミックコンタクトをとるために逆
導電型半導体不純物を高濃度に含有する層もしくは領域
を設ける。また、一導電型を呈する半導体層２と共通電
極５、５’との接続部分もオーミックコンタクトをとる
ために、一導電型半導体不純物を高濃度に含有する層も
しくは領域を設ける。

【００２２】半導体基板１上、及び島状半導体層２、３
上には、略全面に窒化シリコン（Ｓｉ_xＮ_y）膜や酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）膜などから成る保護膜６が形成さ
れている。この保護膜６は、例えばプラズマＣＶＤ法な
どで０．５〜１０μｍ程度の厚みに形成される。

【００２３】一導電型を呈する島状半導体層２上の端部
と逆導電型を呈する島状半導体層３上の保護膜６にはス
ルーホール２ａ、３ａが形成されており、このスルーホ
ール２ａ、３ａを介して各半導体層２、３が各電極４、
５に接続される。すなわち、半導体基板１の長手方向の
端部側の保護膜６上に共通電極５、５’が２本づつ設け
られ、逆導電型を呈する島状半導体層３と共通電極５、
５’との間に個別電極４が設けられる。つまり、一導電
型を呈する島状半導体層２は、発光ダイオードの配列方
向において、個別電極４よりも外側に延在するように形
成され、この一導電型を呈する島状半導体層２の延在部
分のスルーホール２ａ部分において、この一導電型を呈
する島状半導体層２と共通電極５、５’が接続される。
この場合、隣接する４個の逆導電型を呈する半導体層３
が同じ個別電極４に接続される。また、同じ個別電極４
に接続された逆導電型を呈する半導体層３の下部に位置
する一導電型を呈する半導体層２がそれぞれ異なる共通
電極５、５’に振り分けて接続される。この個別電極４
及び共通電極５、５’はクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、
ゲルマニウム（Ｇｅ）、もしくはこれらの複層膜、又は
ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、もしくはこれらの複層膜などから成り、真
空蒸着法やスパッタリング法で保護膜６上に被着して所
定形状にパターニングすることにより形成される。

【００２４】このように４個の発光ダイオードを同じ個
別電極４に接続すると共に、この４個の発光ダイオード
をそれぞれ異なる共通電極５、５’に接続するようにし
ても製造工程は従来の発光ダイオードアレイの場合と全
く同じ工程で製造できる。

【００２５】図３は、本発明に係る発光ダイオードアレ
イの結線状態を示す図である。一列状に配列された４個
で一群の発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄が発光ダイオードＬ₁
〜Ｌ₄の配列方向と交差する方向から交互に一つの個別
電極４に接続されているが、この４個で一群の発光ダイ
オードＬ₁〜Ｌ₄は、それぞれ異なる共通電極５、５’に
接続されている。したがって、一つの個別電極４に接続
された群と共通電極５、５’のいずれかを選択して発光
ダイオードＬ₁〜Ｌ₄のいずれかに電流を流すことによっ
て、個々の発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄を選択的に発光させ
ることができる。

【００２６】図４は、他の実施形態を示す図である。こ
の実施形態では、一列状に配列された８個の発光ダイオ
ードをこの発光ダイオードの配列方向と交差する方向か
ら交互に同じ個別電極４に接続するとともに、半導体基
板１の端部に共通電極５、５’をそれぞれ４本づつ、計
８本設けたものである。このように半導体基板１の端部
に８本の共通電極５、５’を設けて８個の発光ダイオー
ドを同じ個別電極４に接続すると外部回路との接続箇所
数をさらに減少できる。

【００２７】なお、半導体基板１の端部にさらに多くの
共通電極５、５’を設けて、さらに多くの発光ダイオー
ドを同じ個別電極４に接続してもよい。

【００２８】図５は請求項２に記載した発明に係る発光
ダイオードの一実施形態を示す図である。この請求項２
の発光ダイオードも請求項１の発光ダイオードとほぼ同
一であるが、この請求項２に係る発光ダイオードでは、
半導体基板１の表面部分に、半導体基板１の中央部から
端部側に延びる一導電型半導体不純物が高濃度に拡散さ
れた島状の領域１ａを形成し、この島状の領域１ａを共
通電極５、５’と接続するようにしている。この島状の
領域１ａ上に一導電型を呈する島状半導体層２と逆導電
型を呈する島状半導体層３を積層した発光ダイオードが
形成される。

【００２９】このような領域１ａは、半導体基板１の表
面部分に例えばアルシン（ＡｓＨ₃）などを９５０℃程
度の温度で１０分間程度熱拡散させて島状に残るように
他の部分をエッチングすることによって形成される。不
純物濃度は５×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ³程度もしくはそれ
以上であり、拡散深さは５００Å程度である。半導体不
純物濃度を５×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ³にすると、この領
域１ａの抵抗率は０．０２Ω−ｃｍ程度となり、共通電
極５、５’と接続するための領域として利用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発光ダイ
オードアレイによれば、発光ダイオードの配列方向と交
差する方向において、一導電型を呈する島状半導体層を
個別電極よりも外側まで延在するように形成し、この一
導電型を呈する島状半導体層の延在部分において、この
一導電型を呈する半導体層と共通電極を接続したことか
ら、一列状に配列した３個以上の発光ダイオードを一群
として発光ダイオードの配列方向と交差する方向に交互
に１個の個別電極に接続しても、製造工程を全く煩雑化
させることなく別々の共通電極に接続することができ
る。もって、外部回路との接続箇所数を容易に減少させ
ることができる。

【００３１】また、請求項２に係る発光ダイオードアレ
イによれば、発光ダイオードの配列方向と交差する方向
における前記一導電型を呈する島状半導体層の下部から
前記個別電極の外側にかけて、一導電型半導体不純物を
高濃度に含有する島状の領域を前記基板の表面部に形成
し、この一導電型半導体不純物を高濃度に含有する島状
の領域の前記個別電極よりも外側において、この一導電
型半導体不純物を高濃度に含有する領域と上記共通電極
を接続したことから、一列状に配列した３個以上の発光
ダイオードを一群として発光ダイオードの配列方向と交
差する方向に交互に１個の個別電極に接続しても、製造
工程を全く煩雑化させることなく別々の共通電極に接続
することができる。もって、外部回路との接続箇所数を
容易に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発光ダイオードアレイの一実施
形態を示す図である。

【図２】図１に示す発光ダイオードアレイの断面図であ
る。

【図３】請求項１に係る発光ダイオードアレイの結線状
態を示す図である。

【図４】請求項１に係る発光ダイオードアレイの他の実
施形態を示す図である。

【図５】請求項２に係る発光ダイオードアレイの一実施
形態を示す図である。

【図６】従来の発光ダイオードアレイを示す図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。

【図８】従来の他の発光ダイオードアレイを示す図であ
る。

【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】従来の発光ダイオードアレイの結線状態を示
す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、２・・・一導電型を呈する島状半
導体層、３・・・逆導電型を呈する島状半導体層、４・
・・個別電極、５、５’・・・共通電極、６・・・保護
膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 B41J 2/45 - 2/455

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に一導電型を呈する島状半導体層
と他の導電型を呈する島状半導体層から成る発光ダイオ
ードを一列状に多数形成すると共に、この他の導電型を
呈する複数の島状半導体層毎に一つの個別電極に前記発
光ダイオードの配列方向と交差する方向から交互に接続
し、この同じ個別電極に接続された複数の他の導電型を
呈する島状半導体層の下部に位置する一導電型を呈する
島状半導体層をそれぞれ異なる共通電極に接続した発光
ダイオードアレイにおいて、前記発光ダイオードの配列
方向と交差する方向において、前記一導電型を呈する島
状半導体層を前記個別電極よりも外側まで延在するよう
に形成し、この一導電型を呈する島状半導体層の延在部
分において、この一導電型を呈する半導体層と前記共通
電極を接続したことを特徴とする発光ダイオードアレ
イ。
【請求項２】基板上に一導電型を呈する島状半導体層
と他の導電型を呈する島状半導体層から成る発光ダイオ
ードを一列状に多数形成すると共に、この他の導電型を
呈する複数の島状半導体層毎に一つの個別電極に前記発
光ダイオードの配列方向と交差する方向から交互に接続
し、この同じ個別電極に接続された複数の他の導電型を
呈する島状半導体層の下部に位置する一導電型を呈する
島状半導体層をそれぞれ異なる共通電極に接続した発光
ダイオードアレイにおいて、前記発光ダイオードの配列
方向と交差する方向における前記一導電型を呈する島状
半導体層の下部から前記個別電極の外側にかけて、一導
電型半導体不純物を高濃度に含有する島状の領域を前記
基板の表面部に形成し、この一導電型半導体不純物を高
濃度に含有する島状の領域の前記個別電極よりも外側に
おいて、この一導電型半導体不純物を高濃度に含有する
領域と前記共通電極を接続したことを特徴とする発光ダ
イオードアレイ。
【請求項３】前記基板の表面部に形成された一導電型
半導体不純物を高濃度に含有する領域の不純物濃度が５
×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ³ 以上であることを特徴とする請
求項２に記載の発光ダイオードアレイ。