JP4382902B2 - Ledアレイおよびその製造方法 - 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アレイとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のLEDアレイを図5、図6に示す。図5は断面図、図6は平面図である。図5ないし図6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(25a、25b)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5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。また、図6に示すように、共通電極25(25a、25b)は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接続して設けられ、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。
【0004】
このようなLEDアレイでは、個別電極24と共通電極25(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。
【0005】
このようなLEDアレイは半導体ウェハ上にLEDアレイを多数形成した後、ダイシング法などでチップ状に切断して、図7に示すように、LEDチップを実装基板28上に搭載し、ワイヤーボンディング30などで外部回路31と接続する。さらに、LEDアレイチップを実装した基板28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アレイから発光した光を実装基板28の上部に設けたレンズ29で集光して感光体ドラム(不図示)へ結像させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のLEDアレイでは、基板21上に電極24、25が接続された島状の半導体層22、23を列状に設けて複数並べて設けていることから、発光面と同じ側に電極24、25の外部回路との接続部が位置することになり、その結果、発光素子をレンズ29に直接接触させて実装することができず、レンズ29の取付精度が悪いと共に、レンズ29の搭載基板のレンズ周辺に回路を設けることができず、レンズ29とLEDアレイ実装基板を別々に設けなければならず、LEDヘッドの構造が複雑で装置が大型化するという問題があった。つまり、従来のLEDアレイでは、実装基板28とレンズ29を搭載した基板が個々に必要となり、小型化が難しいうえに、厳密な搭載精度が要求される。
【0007】
また、発光素子の配列が高密度になるにつれて、LEDアレイをチップ状に切断するときの精度が非常に厳しくなるという問題があった。
【0008】
【発明の目的】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、LEDヘッドの構造が複雑で装置が大型化し、またLEDチップを精度よく切断するのが困難であるという従来の問題を解消したLEDアレイとその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【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アレイでは、一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子と、前記一導電型半導体層及び前記逆導電型半導体層にそれぞれ接続して設けられた電極と、透光性樹脂から成る支持部材と、を備え、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出するように、前記支持部材中に列状に複数埋設して成ることを特徴とする。
【0010】
上記LEDアレイでは、前記電極が、前記支持部材における前記発光素子の発光面側とは反対側の表面まで延在していることが望ましい。
【0011】
また、本発明に係るLEDアレイの製造方法では、単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して列状に設け、この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て複数の発光素子を形成し、透光性樹脂から成る支持部材によって、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出させつつ、前記複数の発光素子で構成されるチップ部ごとに被覆した後、前記単結晶基板を除去することを特徴とする。
【0012】
【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は平面図である。図1および図2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は個別電極、5は共通電極、6は絶縁膜、7は支持部材である。
【0013】
支持部材7は、ポリイミド、フッ素樹脂、シリカ系樹脂などの透光性樹脂から成る。
【0014】
この透光性樹脂から成る支持部材7中に、共通電極5(5a、5b)が接続して設けられた一導電型半導体層2と個別電極4が接続して設けられた逆導電型半導体層3から成る発光素子を列状に埋設する。
【0015】
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1×1016〜1017atoms/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、この時電子注入層2cのAlの組成はx=0.24〜0.5程度形成する。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。
【0016】
逆導電型半導体層3は、発光層3a、第2のクラッド層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と第2のクラッド層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。
【0017】
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。
【0018】
絶縁膜6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。
【0019】
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を支持部材7内に一列状に並べて、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。
【0020】
このLEDアレイでは、図1に示すように、個別電極4と共通電極5が支持部材7の表面側まで延在して設けられていることが望ましい。また、図3に示すように、支持部材7をレンズ9の搭載基板10に直接実装することが望ましい。さらに、支持部材7をレンズ9の搭載基板10に直接実装すると同時に、レンズ9の搭載基板10上に回路配線を設けることが望ましい。
【0021】
発光素子の発光面とは反対の面に電極4、5を配置すると、レンズ9に支持部材を直接接触して実装することが可能になり、レンズ9の取付精度が向上すると共に、レンズ9を搭載している基板10のレンズ9周辺に配線回路11を設けることができ、レンズ9の搭載基板10がLEDアレイ実装基板を兼ねることでLEDヘッド構造の簡略化および小型化を可能になる。
【0022】
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(不図示)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。
【0023】
単結晶基板はシリコン(Si)などの単結晶半導体基板から成る。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。
【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 )3 Ga)、TEG((C2 H5 )3 Ga)、アルシン(AsH3 )、TMA((CH3 )3 Al)、TEA((C2 H5 )3 Al)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(H2 Se)、TMZ((CH3 )3 Zn)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CCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【0027】
次に、一導電型半導体層2の一端部側の一部が露出するためにエッチングする。さらに、表面の半導体層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CCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【0028】
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。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングする。
【0029】
次に、塗布法またはゾル−ゲル法などの手段を用いて樹脂層を形成して支持部材7を形成する。その後、単結晶基板のみを選択的にエッチングする。例えば、単結晶基板としてシリコン基板を使用している場合にはKOH溶液などを使用して、単結晶基板のみを選択的にエッチングすればよい。
【0030】
また、支持部材7をチップ状に形成する場合には、支持部材7を形成してからフォトリソ工程などを用いて形成することによって、図4に示すように、支持部材7で覆われているチップ部と単結晶基板の部分を作製し、単結晶基板をエッチングすることでチップ部のみを残すようにすればよい。
【0031】
基板上面部分を樹脂等で覆う際に樹脂部をチップ状に形成した後、基板を除去することで、基板はエッチングされて何もなくなってしまうことにより、ダイシングなどの手法を取らずにチップに分割することを可能となる。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るLEDアレイでは、電極が接続して設けられた一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子を透光性樹脂から成る支持部材中に列状に複数埋設したことから、発光面と反対の面に電極を配置することを可能になり、その結果、この支持部材をレンズに直接実装することができ、レンズの取付精度向上を可能にすると共に、レンズ搭載基板のレンズ周辺に回路を設けることができ、レンズ搭基板とLEDアレイ実装基板を兼ねることでLEDヘッド構造の簡略化および小型化を可能になる。
【0033】
また、本発明に係るLEDアレイの製造方法では、単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を列状に積層して設け、この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て発光素子を形成し、この発光素子を透光性樹脂から成る支持部材で被覆した後、前記単結晶基板を除去することから、ダイシングなどの手法を取らずにチップに分割することを可能となり、高精度のLEDアレイ切断時における問題を解消できる。
【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】本発明に係るLEDアレイの作製方法を示す図である。
【図5】従来のLEDアレイを示す断面図である。
【図6】従来のLEDアレイを示す平面図である。
【図7】従来のLEDアレイの一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………樹脂層、8………実装用基板、9………レンズ
Claims (3)
- 一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子と、
前記一導電型半導体層及び前記逆導電型半導体層にそれぞれ接続して設けられた電極と、
透光性樹脂から成る支持部材と、を備え、
前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出するように、前記支持部材中に列状に複数埋設して成るLEDアレイ。 - 前記電極が、前記支持部材における前記発光素子の発光面側とは反対側の表面まで延在していることを特徴とする請求項1に記載のLEDアレイ。
- 単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して列状に設け、この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て複数の発光素子を形成し、透光性樹脂から成る支持部材によって、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出させつつ、前記複数の発光素子で構成されるチップ部ごとに被覆した後、前記単結晶基板を除去するLEDアレイの製造方法。
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