JP3464124B2 - 発光ダイオードアレイ - Google Patents

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露光源な
どに用いられる発光ダイオードアレイに関する。 【０００２】 【従来の技術およ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７および図８に示す。図８
は、図７中のＡ−Ａ線断面図である。図７および図８に
おいて、２１は半導体基板、２２は一導電型半導体層、
２３は逆導電型半導体層、２４は第１の電極、２５は第
２の電極である。 【０００３】半導体基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）
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。一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層
２３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る。一導電型半導体層２２
と逆導電型半導体層２３の界面部分で半導体接合部が形
成される。この一導電型半導体層２２と逆導電型半導体
層２３は、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などでガリウ
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
島状に形成される。 【０００４】半導体基板１の裏面側のほぼ全面には、第
１の電極２４が形成されている。また、一導電型半導体
層２２と逆導電型半導体層２３の表面部分には、例えば
窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）などから成る保護膜２６が形
成されており、この保護膜２６に形成されたスルーホー
ルを介して、例えば金（Ａｕ）などから成る第２の電極
２５が形成されている。この第２の電極２５は、逆導電
型半導体層２３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、隣接する半導体層２２、
２３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。なお、第２の電極２５を半導体層２２、２３の
列の同じ側に設けることもある。 【０００５】島状半導体層２２、２３、第１の電極２４
および第２の電極２５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
並ぶように配置される。なお、第２の電極２５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
えば第２の電極２５から第１の電極２４に向けて順方向
に電流を流すと、一導電型半導体層２２と逆導電型半導
体層２３に少数キャリアが注入されて、その層中の多数
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素子のいずれかの第２の電極
２に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露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の裏面側に第１の電極２４を設
けると共に、半導体基板２１の表面側に第２の電極２５
を設けていることから、第１の電極２４と第２の電極２
５の形成工程が二回になり、製造工程が煩雑になるとい
う問題があった。また、第１の電極２４と第２の電極２
５が半導体基板２１の表裏面にあると、ワイヤボンディ
ング法などで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、本発明者等は特願平７−１９２８
５７号において、図９および図１０に示すように、半導
体基板２１上に、一導電型半導体層２２を設けると共
に、この一導電型半導体層２２上に、この一導電型半導
体層２２よりも小面積な逆導電型半導体層２３を設ける
と共に、一導電型半導体層２２の露出部に第１の電極２
４を接続して設け、逆導電型半導体層２３に第２の電極
２５を接続して設けた発光ダイオードアレイを提案し
た。なお、図１０中、２６は窒化シリコン膜などから成
る絶縁膜である。 【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に第１の電極２４と第２の電極２５を設けること
ができ、第１の電極２４と第２の電極２５とを一回の工
程で同時に形成することができることから、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、第１の電
極２４と第２の電極２５が同じ側に位置することから、
ワイヤ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。 【００１０】また、第１の電極２４（２４ａ、２４ｂ）
は、図９に示すように、隣接する一導電型半導体層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、
第２の電極２５は異なる群に属し、且つ隣接する逆導電
型半導体層２３が同じ第２の電極２５に接続されるよう
に設けられている。 【００１１】この従来の発光ダイオードアレイでは、隣
接する一導電型半導体層２２の反対の端部側が交互に露
出するように露出部Ｒを発光素子列の両側に振り分けて
設けて、この露出部Ｒに第１の電極２４を接続したもの
であり、第２の電極２５も隣接する逆導電型半導体層２
３毎に反対の端部側に接続して設けられている。 【００１２】ところが、第２の電極２５を隣接する逆導
電型半導体層２３ごとに反対の端部側に接続して設ける
と、この第２の電極２５の形成過程でマスクパターンに
位置ずれが発生した場合、図１１に示すように、隣接す
る発光素子の発光部の面積が変化し、発光素子ごとに発
光ばらつきが発生するという問題があった。このような
マスクパターンの位置ずれの影響は、発光素子が高精細
化すればするほど大きくなる。例えば、発光素子の幅Ｘ
を２２μｍとし、長さＹ₁ を７μｍとした場合、第２の
電極２５がＹ方向に１μｍずれてＹ₁ がＹ₂ になると発
光面積が狭くなった側の発光素子の発光強度は８１．６
％に減少し、２μｍずれると６３．２％に減少し、３μ
ｍずれると４６．６％に減少する。なお、発光面積が狭
くならない側の発光素子の発光強度は、１００％のまま
であり、第２の電極２５の位置ずれに略比例して発光ば
らつきは大きくなる。 【００１３】本発明は、このような従来装置の問題点に
鑑みてなされたものであり、電極パターンの位置ずれに
起因する発光素子の発光ばらつきを解消した発光ダイオ
ードアレイを提供することを目的とする。 【００１４】 【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
に島状の一導電型半導体層を列状に複数設け、この一導
電型半導体層の一端部側に露出部が形成されるように、
この一導電型半導体層上に逆導電型半導体層を積層して
設け、この一導電型半導体層の隣接する露出部毎に異な
る第１の電極を接続して設けると共に、異なる第１の電
極が接続された一導電型半導体層上の前記逆導電型半導
体層に同じ第２の電極が接続されるようにした発光ダイ
オードアレイにおいて、前記複数の一導電型半導体層の
露出部を前記列の同じ側に設けるとともに、前記基板上
の最端部に位置する一導電型半導体層の露出部を前記列
の反対側に形成した。 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【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であり、図２は
図１中のＡ−Ａ線断面図である。図１および図２におい
て、１は基板、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半
導体層、４（４ａ、４ｂ）は第１の電極、５は第２の電
極である。 【００１９】基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基板、あるい
はサファイア（Ａ１₂ Ｏ₃ ）などの単結晶絶縁基板から
成る。基板１として半導体基板を用いる場合でも、でき
るだけ高抵抗な半導体基板を用いることが望ましい。ま
た、単結晶半導体基板の場合は、（１００）面などが用
いられ、サファイアの場合はＣ面などが用いられる。 【００２０】一導電型半導体層２は、ガリウム砒素やガ
リウム砒素とアルミニウムガリウム砒素の多層膜などか
ら成り、例えばシリコンやセレン（Ｓｅ）などの一導電
型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³
程度含有する。この一導電型半導体層２は、例えばＭＯ
ＣＶＤ法やＭＢＥ法などで形成される。すなわち、基板
１として半導体基板を用いてＭＯＣＶＤ法で形成する場
合、半導体基板の自然酸化膜を８００〜１０００℃の高
温で除去し、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０．１〜２μｍ程度の厚みに成
長させた後、５００〜７００℃まで昇温して再結晶化し
てガリウム砒素単結晶を成長させる（二段階成長法）。
この場合、ガリウムの原料としてはトリメチルガリウム
（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）などが用いられ、砒素の原料とし
てはアルシン（ＡｓＨ₃ ）などが用いられる。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）等のポ
ストアニールを行う。ガリウム砒素とアルミニウム砒素
の二層構造にする場合は、さらにアルミニウムガリウム
砒素層を形成する。アルミニウムの原料としては、トリ
メチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａ１）などが用いら
れる。 【００２１】一導電型半導体層２上には、逆導電型半導
体層３が形成される。逆導電型半導体層３も、アルミニ
ウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などの化合物半導体
層から成り、亜鉛（Ｚｎ）やストロンチウム（Ｓｒ）な
どの逆導電型半導体不純物を１×１０¹⁸〜１０¹⁹ａｔｏ
ｍ／ｃｍ³ 程度含有する。一導電型半導体層２と逆導電
型半導体層３の界面部分で半導体接合部が形成される。
この一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とは、島
状に形成される。なお、この逆導電型半導体層３は、化
合物の混晶比が異なる複数の層で形成してもよい。 【００２２】基板１上の全面もしくは一部に一導電型半
導体層２と逆導電型半導体層３を積層して形成した後
に、一導電型半導体層２および逆導電型半導体層３を島
状にエッチングし、さらに一導電型半導体層２の一端部
側が露出するように逆導電型半導体層３をエッチングし
て一導電型半導体層２に露出部Ｒを形成する。 【００２３】島状に形成された一導電型半導体層２と逆
導電型半導体層３は例えば窒化シリコン膜などから成る
保護膜６で被覆され、一導電型半導体層２の露出部分か
ら半導体基板１上に延在するように、例えばＡｌ／Ｎｉ
／Ｇｅ、Ａｌ／Ｃｒ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ、Ａｕ／
Ｇｅ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｃｒ、ＡｕＧｅなどから成る第１の
電極４ａ、４ｂが形成される。一導電型半導体層２は、
一つおきに異なる第１の電極４ａ、４ｂに交互に接続さ
れている。すなわち、一導電型半導体層２を二つの群に
分けて、この群ごとに異なる第１の電極４ａ、４ｂに接
続している。 【００２４】また、逆導電型半導体層３の表面から第１
の電極４とは反対側の壁面を経由して半導体基板１上に
延在するように第２の電極５が形成されている。すなわ
ち、異なる群に属する隣接する発光ダイオードごとに第
２の電極５を接続して設けている。第２の電極５の広幅
部分が外部回路と接続するためのワイヤボンディング用
の端子部となる。第１の電極４ａ、４ｂと第２の電極５
の組み合わせを選択することにより、個々の発光ダイオ
ードを選択して発光させることができる。なお、この第
２の電極５も、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ｇｅ、Ａｌ／Ｃｒ／
Ｇｅ、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｇｅ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｃ
ｒ、ＡｕＧｅなどから成る。 【００２５】本請求項１に係る発光ダイオードアレイで
は、一導電型半導体層２の同じ端部側が露出するように
露出部Ｒを設けて、この露出部Ｒに第１の電極４ａ、４
ｂを接続して設けると共に、逆導電型半導体層３の反対
の端部側に第２の電極５を接続して設けている。 【００２６】このように、同じ端部側の露出部Ｒに第１
の電極４（４ａ、４ｂ）を接続して設けると共に、逆導
電型半導体層３の同じ端部側に第２の電極５を接続して
設けると、第２の電極５の形成過程で電極パターンに位
置ずれが発生しても、全ての発光素子で同様な位置ずれ
が発生することから、発光素子ごとの発光ばらつきは発
生しない。なお、発光素子の発光強度は電流を調整する
ことによって容易に調整でき、同一基板上の発光素子全
体の発光強度の強弱は容易に調整することができる。 【００２７】上述した発光ダイオードアレイでは、一導
電型半導体層２がｎ型、逆導電型半導体層３がｐ型であ
るとすれば、逆導電型半導体３と一導電型半導体層２と
の間に電流を順方向に流した場合、一方の第１の電極４
ａを開放した状態で他方の第１の電極４ｂを接続すれ
ば、他方の電極４ｂに接続されている発光ダイオードだ
けが発光する。したがって、隣接する逆導電型半導体層
３ごとに共通する第２の電極５を設けても、第１の電極
４ａ、４ｂは別々に接続されていることから、この第１
の電極４ａ、４ｂと第２の電極５との間の接続状態を変
えることで隣接する発光ダイオードを選択的に発光させ
ることが可能になる。 【００２８】図３は、発光ダイオードアレイの参考例を
示す図である。図３中、１は基板、２は一導電型半導体
層、３は逆導電型半導体層、４（４ａ、４ｂ）は第１の
電極、５は第２の電極である。この発光ダイオードアレ
イでは、第２の電極５と外部回路とを接続するための端
子部Ｐを発光素子列の両側に交互に振り分けて設け、反
対側に位置する端子部Ｐと第２の電極５とを隣接する半
導体層２、３の間を経由して接続している。このように
第２の電極５と外部回路とを接続するための端子部Ｐを
発光素子列の両側に振り分けて設けると、隣接する端子
部Ｐとの間隔が大きくなってボンディングワイヤの短絡
などが発生しにくくなる。この場合、基板１の最端部に
一導電型半導体層２に第１の電極４ａを接続する配線が
位置するが、複数の基板１にわたって発光素子が等間隔
に配列される必要がある場合は、基板１を図３中のＢ−
Ｂ線部分でカットして最端部の第１の電極４ｂは除去し
てもよい。この場合、島状になる第１の電極４（４ｃ）
は外部回路と別途接続すればよい。 【００２９】図４は、請求項１に係る発光ダイオードア
レイの実施形態を示す図である。図４において、１は基
板、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４
（４ａ、４ｂ）は第１の電極、５は第２の電極である。
この第３の実施形態における発光ダイオードアレイで
は、基板１の最端部の一導電型半導体層２ａのみは、発
光素子列の反対の端部側に露出部Ｒを形成し、この反対
の端部側の露出部Ｒに第１の電極４ａを接続すると共
に、逆導電型半導体層３の対向する側に第２の電極５を
接続している。 【００３０】このように、最端部の一導電型半導体層２
ａのみが発光素子列の反対の端部側に露出部Ｒが形成さ
れるようにすると、基板１の短手方向の端部に配線を設
けることなく、全ての配線を形成できる。すなわち、こ
の実施形態によれば、図３に示す実施形態のように、最
端部の配線を除去する必要がない。 【００３１】図５および図６は、発光ダイオードアレイ
の参考例を示す図である。図５および図６において、２
は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は第１
の電極、５は第２の電極である。 【００３２】この参考例の発光ダイオードアレイでは、
一導電型半導体層２を列状に複数設け、この一導電型半
導体層２の対向する一端部側に交互に露出部Ｒが形成さ
れるように、この一導電型半導体層２上に逆導電型半導
体層３を積層して設けている。また、一導電型半導体層
２の隣接する露出部Ｒに同じ第１の電極４を接続して設
けると共に、異なる第１の電極４が接続された一導電型
半導体層２上の逆導電型半導体層３に同じ第２の電極５
が接続されるように構成されている。 【００３３】そして、逆導電型半導体層３上の第２の電
極５と対向する箇所に遮光膜７が設けられている。この
遮光膜７は、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３
をとの境界部から、数μｍ逆導電型半導体層３を覆うよ
うに設ける。すなわち、発光部の長さが１０μｍであれ
ば、遮光膜７は一導電型半導体層２と逆導電型半導体層
３との境界部から、１〜２μｍ逆導電型半導体層３を覆
うように設ければよい。この遮光膜７は、例えば第２の
電極５を形成するマスクパターン２で第２の電極５を形
成するのと同時に形成され、第２の電極５と同じ金属材
料で構成される。 【００３４】このように、逆導電型半導体層４上の第２
の電極５と対向する部分に、第２の電極５と同一材料か
ら成る遮光膜７を設けると、マスクパターンに数μｍの
位置ずれが発生しても、第２の電極５と遮光膜７との間
隔は常に一定であることから、発光ダイオードにおける
光の取り出し面積も常に一定である。したがって、発光
ダイオードごとの発光ばらつきは極力低減できる。 【００３５】なお、この遮光膜７は、光取り出し部が露
出するように、第２の電極５に連続してロ字状に設けて
もよく、また第１の電極４を逆導電型半導体層３上に延
ばして形成してもよい。 【００３６】 【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、複数の一導電型半導体層の露出
部をこの一導電型半導体層の列の同じ側に設けるととも
に、基板上の最端部に位置する一導電型半導体層の露出
部を上記列の反対側に形成したことから、電極の形成過
程において電極パターンに位置ずれが発生しても、発光
素子に発光ばらつきが発生することを解消できる。ま
た、本発明に係る発光ダイオードアレイによれば、電極
パターンに多少の位置ずれが発生しても発光素子に発光
ばらつきが発生しないことから、電極を形成する際のマ
スクパターンの位置合わせを短時間で行うことができ、
製造が容易になる。さらに、基板の短手方向の端部に配
線を設けることなく、全ての配線を形成でき、最端部の
配線を除去する必要がなくなる。 【００３７】また、請求項４に係る発光ダイオードアレ
イによれば、逆導電型半導体層上の第２の電極と対向す
る箇所に遮光膜を設けたことから、電極を形成する際の
マスクパターンに位置ずれが発生しても逆導電型半導体
層上の光取り出し面積は常に一定になり、隣接する発光
ダイオードごとの発光ばらつきが極力低減できる。した
がって、高品質な印画を行うことができる発光ダイオー
ドアレイとなる。

【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
形態を示す平面図である。 【図２】請求項１に係る発光ダイオードアレイの一実施
形態を示す断面図である。 【図３】発光ダイオードアレイの参考例を示す平面図で
ある。 【図４】請求項１に係る発光ダイオードアレイの実施形
態を示す平面図である。 【図５】発光ダイオードアレイの他の参考例を示す平面
図である。 【図６】発光ダイオードアレイの他の参考例を示す断面
図である。 【図７】従来の発光ダイオードアレイを示す平面図であ
る。 【図８】図７中のＡ−Ａ線断面図である。 【図９】従来の他の発光ダイオードアレイを示す平面図
である。 【図１０】図９中のＡ−Ａ線断面図である。 【図１１】従来の発光ダイオードアレイにおける電極の
位置づれ状態を示す図である。 【符号の説明】 １………基板、２………一導電型半導体層、３………逆
導電型半導体層、４（４ａ、４ｂ）………第１の電極、
５………第２の電極、Ｒ………露出部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板上に島状の一導電型半導体層を列状
   に複数設け、この一導電型半導体層の一端部側に露出部
   が形成されるように、この一導電型半導体層上に逆導電
   型半導体層を積層して設け、この一導電型半導体層の隣
   接する露出部毎に異なる第１の電極を接続して設けると
   共に、異なる第１の電極が接続された一導電型半導体層
   上の前記逆導電型半導体層に同じ第２の電極が接続され
   るようにした発光ダイオードアレイにおいて、前記複数
   の一導電型半導体層の露出部を前記列の同じ側に設ける
   とともに、前記基板上の最端部に位置する一導電型半導
   体層の露出部を前記列の反対側に形成したことを特徴と
   する発光ダイオードアレイ。