JP4360573B2 - Ledアレイ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はLEDアレイに関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられるLED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LEDアレイを図4および図5に示す。図4は断面図、図5は平面図である。図4および図5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は個別電極、25は共通電極、25a、25bは共通電極を接続する配線である。
【0003】
半導体基板21上に、一導電型半導体層22と逆導電型半導体層23を設けると共に、この一導電型半導体層22の露出部Rに共通電極25を接続して設け、逆導電型半導体層23に個別電極24を接続して設けている。なお、図4において、26は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。
【0004】
共通電極25は、図4に示すように、隣接する島状半導体層22、23ごとに異なる群に属するように二群に分けて配線25a、25bによって接続され、隣接する島状半導体層22、23が同じ個別電極24に接続されている。
【0005】
このようなLEDアレイでは、個別電極24と共通電極25が接続され配線25a、25b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。
【0006】
このようなLEDアレイでは、図6に示すように、ダイシング等の方法でチップ状に切断した後、切断したチップを実装用基板30に搭載し、ワイヤーボンディング28などで外部回路31と接続している。実装用基板30上にレンズ29を設置し、LEDヘッドとして組み立てる。このLEDヘッドはLEDアレイによって発光した光を実装用基板30上部のレンズ29によって集光して、感光体ドラムへ結像する役目を果たす。
【0007】
このようなLEDヘッドでは、ワイヤーボンディング28による反射により、画質が低下するという問題がある。このため、ワイヤーボンディング28のボール28aを小さくしたり、ワイヤー28のループを低くするといった手法を用いて画質の低下を防いでいる。なお、ボール形状を小さくするためには、ワイヤーボンディンディングを2箇所行う場合において、後から(2回目)に行うようにすればよい。
【0008】
ところが、ワイヤー28のループを低くすれば、ワイヤー28が共通電極25(25a)に接触する。そのために共通電極25(25a)上に絶縁膜(不図示)を形成するが、この絶縁膜の絶縁不良によって短絡が発生するという問題がある。
【0009】
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、ワイヤーと共通電極が物理的に接触することを防止することによって、共通電極上の絶縁膜に絶縁不良を生じても、この部分でショートすることを防止することを可能にし、ワイヤーボンディングによる反射により、画質を低下させるという問題を解消したLEDアレイを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るLEDアレイは、基板と、前記基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層とをこの順に積層して設けられ、一列状に並べられた複数の島状半導体層と、前記基板上に設けられ、ワイヤーボンディングによって外部回路と接続するためのワイヤーボンディング領域を有するとともに、前記各島状半導体層における前記逆導電型半導体層に接続された複数の個別電極と、前記基板上に設けられ、前記島状半導体層の配列方向に沿って延びた配線と、前記基板上に設けられ、一端部が前記各島状半導体層における前記一導電型半導体層に接続されるとともに、他端部が前記配線に共通に接続された複数の共通電極と、を備えたLEDアレイにおいて、前記ワイヤーボンディング領域が、前記島状半導体層と前記配線との間に配置されるとともに、前記ワイヤーボンディング領域と前記配線との間に、前記島状半導体層における前記一導電型半導体層と同じプロセスで形成された一導電型半導体層のみからなり、前記配線よりも厚みの厚い凸状部を設けたことを特徴とする。
【0012】
また、このLEDアレイでは、前記凸状部が絶縁膜で被覆されていることが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明に係るLEDアレイの一実施形態を示す断面図、図2は平面図、図3はワイヤーボンディング後の図1のa部の拡大図である。
【0014】
図1および図2において、1は基板、2(2a、2b、2c)は一導電型半導体層、3(3a、3b、3c)は逆導電型半導体層、4は個別電極、5は共通電極、5a、5bは共通電極5を接続する配線、6は絶縁膜である。
【0015】
基板1はシリコン(Si)などの単結晶半導体基板やサファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、C面基板が好適に用いられる。
【0016】
一導電型半導体層2は、バッファ層2a、オーミックコンタクト層2b、電子の注入層2cで構成される。バッファ層2aは2〜4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層2bは0.1〜1.0μm程度の厚みに形成され、電子の注入層2cは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成される。バッファ層2aとオーミックコンタクト層2bはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層2cはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層2bはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3程度含有し、電子の注入層2cはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3程度含有する。また、このとき電子注入層2cのAlの組成xはx=0.24〜0.5程度にする。バッファ層2aは基板1と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【0017】
逆導電型半導体層3は、発光層3a、クラッド層3b、および第2のオーミックコンタクト層3cで構成される。発光層3aとクラッド層3bは0.2〜0.4μm程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層3cは0.01〜0.1μm程度の厚みに形成される。第2のオーミックコンタクト層3cはガリウム砒素などから成る。
【0018】
発光層3aと第2のクラッド層3bは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)との混晶比を異ならしめる。発光層3aと第2のクラッド層3bは亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1018atoms/cm3程度含有し、第2のオーミックコンタクト層3cは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を1×1019〜1020atoms/cm3程度含有する。
【0019】
絶縁膜6(6a、6b)は窒化シリコンなどから成り、厚み3000〜5000Å程度に形成される。また、個別電極4と共通電極5は金/クロム(Au/AuGe/Cr)などから成り、厚み1μm程度に形成される。
【0020】
この共通電極5は、基板1の端部近傍で配線5a、5bによって接続されている。
【0021】
本発明のLEDアレイでは、図2に示すように、一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3から成る島状半導体層2、3を基板1上に一列状に並べて、隣接する島状半導体層2、3毎に同じ個別電極4に接続し、同じ個別電極4に接続された下の一導電型半導体層2が異なる共通電極5に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極4を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【0022】
前記個別電極4と配線5a、5bとの間には、この配線5a、5bよりも厚みの厚い凸状部7が設けられている。この凸状部7は例えば一導電型半導体層2で形成される。また、この凸状部7は例えば絶縁膜6bで被覆されている。このように、個別電極4と配線5a、5bとの間に凸状部7を形成すると、ワイヤーボンディングを行なう際、ワイヤーと共通電極が物理的に接触することを防止できる。その結果、ワイヤーのループを小さくでき、ワイヤーによる反射で画質が低下することを防止できる。
【0023】
次に、上述のようなLEDアレイの製造方法を説明する。まず、単結晶基板1上に、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層3をMOCVD法などで順次積層して形成する。
【0024】
これらの半導体層2、3を形成する場合、基板温度をまず400〜500℃に設定して200〜2000Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を700〜900℃に上げて所望厚みの半導体層2、3を形成する。
【0025】
この場合、原料ガスとしてはTMG((CH3)3Ga)、TEG((C2H5)3Ga)、アルシン(AsH3)、TMA((CH3)3Al)、TEA((C2H5)3Al)などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン(SiH4)、セレン化水素(H2Se)、TMZ((CH3)3Zn)などが用いられ、キャリアガスとしては、H2などが用いられる。
【0026】
次に、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層2、3が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【0027】
この際、共通電極5を接続する配線5a、5bと個別電極4の間にも、島状の半導体層7を残して凸状部7を形成する。
【0028】
次に、一導電型半導体層2の一端部側の一部が露出するようにエッチングする。さらに、半導体層3cの表面の一部をエッチングする。それぞれのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2F2ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【0029】
次に、プラズマCVD法で、シランガス(SiH4)とアンモニアガス(NH3)を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。この際に、共通電極配線と個別電極の間の島状の半導体層はこの絶縁膜に覆われてしまうため、LEDの特性には影響を与えない。
【0030】
次に、AuGeなどを蒸着法やスパッタリング法で形成して電極をパターニングし、PVD、CVD、塗布またはゾル−ゲルなどの手段を用いて保護層を形成する。
【0031】
その後、LEDアレイをダイシング等の方法で、チップ状に切断した後、切断したチップを実装用基板に配置し、ワイヤーボンディングなどで外部回路と接続する。この際、共通電極配線と個別電極の間に残した島状の半導体層によって、ワイヤーが持ち上がり、ワイヤーが共通電極配線にかかることを防止する。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るLEDアレイでは、基板上に形成した一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設けるとともに、この電極を接続する配線を基板の端部近傍に設け、さらにこの電極と配線との間に凸状部を設けたことから、ワイヤーボンディングを行なう際、ワイヤーと共通電極が物理的に接触することを防止できる。その結果、ワイヤーのループを小さくでき、ワイヤーによる反射で画質が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るLEDアレイの一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明に係るLEDアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図3】本発明に係るLEDアレイの使用方法を示す図である。
【図4】従来のLEDアレイを示す断面図である。
【図5】従来のLEDアレイを示す平面図である。
【図6】従来のLEDアレイの使用方法を示す図である。
【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・・・個別電極、5・・・共通電極、6・・・絶縁膜、7・・・凸状部、8・・・ワイヤーボンディング、9・・・レンズ
Claims (2)
- 基板と、
前記基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層とをこの順に積層して設けられ、一列状に並べられた複数の島状半導体層と、
前記基板上に設けられ、ワイヤーボンディングによって外部回路と接続するためのワイヤーボンディング領域を有するとともに、前記各島状半導体層における前記逆導電型半導体層に接続された複数の個別電極と、
前記基板上に設けられ、前記島状半導体層の配列方向に沿って延びた配線と、
前記基板上に設けられ、一端部が前記各島状半導体層における前記一導電型半導体層に接続されるとともに、他端部が前記配線に共通に接続された複数の共通電極と、
を備えたLEDアレイにおいて、
前記ワイヤーボンディング領域が、前記島状半導体層と前記配線との間に配置されるとともに、
前記ワイヤーボンディング領域と前記配線との間に、前記島状半導体層における前記一導電型半導体層と同じプロセスで形成された一導電型半導体層のみからなり、前記配線よりも厚みの厚い凸状部を設けたことを特徴とする、LEDアレイ。 - 前記凸状部が絶縁膜で被覆されていることを特徴とする、請求項1に記載のLEDアレイ。
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