JPH0270463A

JPH0270463A - 発光ダイオードアレイ

Info

Publication number: JPH0270463A
Application number: JP63222887A
Authority: JP
Inventors: Terukazu Otsuki; 輝一大月
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1990-03-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、一つのチップ上に複数の発光領域を有するモ
ノリシック型の発光ダイオードアレイに関し、特に発光
ダイオードアレイの各発光領域の点滅を制御することに
よって文字や図形を紙面に露光印刷するＬＥＤプリンタ
のヘッドとして使用される発光ダイオードアレイに関す
る。

〈従来の技術〉ＬＥＤプリンタは、文字、図形等のデータを、光の微小
スポットの点滅信号に変換して紙面を露光し、電子写真
のプロセスによって印刷を行うものであり、紙面を露光
する光源、即ち書き込み用光源として、個々に点滅制御
の可能な微小な発光領域（以下発光ドツトという）を一
定の間隔で直線状に配置した発光ダイオードアレイが用
いられている。

この発光ダイオードアレイは、複数（６４個或いは１２
８個の場合が多い）の発光ドツトを一直線上にモノリシ
ックに作り込んだ半導体のチップを複数個基板上に配置
したものであって、これらチップは、これらチップの全
発光ドツトで形成される線も一つの直線となるように配
置されている。そして、印刷しようとする用紙の寸法に
応じてチップの個数が選定される。

第５図は従来の発光ダイオードアレイの発光ドットのア
レイ方向（第６図の矢印Ａの方向）と直角方向（第６図
のＹ−Ｙ’軸方向）の断面図、第６図は従来の発光ダイ
オードアレイの平面図、第７図は従来の発光ダイオード
アレイの発光ドツトの発光強度の分布を第６図のＹ−Ｙ
’軸に沿って表したグラフである。

発光ドラ）　２０ａは、第５図に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓのウェーハ基板１ａの上にｎ型ＧａＡｓＰ層を結晶
成長させて０層２ａとし、この０層２ａの上に形成した
ＳｉＮ等の選択拡散膜３ａで発光ドツトとなる部分以外
をマスクしたあと、このマスクを通して上記ｎ型ＧａＡ
ｓＰ層に不純物としてＺｎの選択拡散を行ってｐ型Ｇａ
ＡｓＰ層の２層５ａを形成し、この２層５ａと上記ｎＮ
２ａとでｐ−ｎ接合を構成したことによって２層５ａが
発光部６ａとなっている。

ウェーハ基板１ａの下面には、ＡｕＧｅ等の合金で１チ
ップ分の全発光ドツト２０ａに共通なｎ型電極９ａが形
成されている。前記マスクによって、２層５ａはほぼ長
方形形状となるように形成されている。

そして各発光ドツト２０ａごとに、２層５ａの一部の表
面に、即ちｐＨ５ａのアレイ方向に平行な一部５１ａ近
辺の表面に、Ａ！等のＰ型電極７ａを重ねて接続し、第
６図に示すように、このｐ型電極７ａと一体にｐ型電極
端子１３ａを形成している。個々のｐ型電極端子１３ａ
は駆動回路へそれぞれワイヤボンディング等によって接
続される。

なお、第５図において、寸法ｃ、ｄおよびｅはＹ−Ｙ’
軸方向の寸法であって、寸法Ｃは前記マスクの寸法であ
り、寸法ｄは発光ドツト２０ａの実際の仕上がり寸法で
ある。寸法ｅは発光ドツト寸法であって、発光ドラ）　
２０ａの発光が見える範囲の寸法である。

発光ダイオードアレイ３０ａにおける発光ドツト２０ａ
の配列ピッチは、ＬＥＤプリンタが書き込む場合の解像
度となり、隣接する発光ドツト２０８間の光学的な分離
等を考慮に入れると、各発光ドツト２０ａの面積は制限
を受ける。解像度が３００　ドツト／インチ（１２ドツ
ト／ｍｍ）　のプリンタヘッドの場合、一つの発光ドラ
）　２０ａの面積は約数十μｍ四方程度の大きさになる
。

ＬＥＤプリンタの書き込み用電源として１ドツト当たり
に要求される電力は４〜８μＷ程度であり、この値を実
現するための電流密度は、ＧａＡｓＰでは数＋Ａ／ｃｎ
＋”となり、従来の表示用ランプとして用いられる発光
ダイオードの約十倍の高密度電流の駆動を行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉このような微小面積の発光ドツト２０ａが高密度電流で
動作する場合には、ｐ型電極７ａ直下の部分の電流密度
が最も大きくなり、その結果発光ドツト２０ａのｐ−ｎ
接合面全体（個々の発光ドツト２０ａの面全体）に対し
て電界が均一に印加されなくなるので、発光部６ａにお
いて発光輝度のばらつきが無視できない程度に生じる。

前記のようなｐ型電極７ａを有する従来の発光ダイオー
ドアレイ３０ａの各発光ドツト２０ａの発光強度は、第
７図に示すように、ｐ型電極７ａから遠ざかるにつれて
弱くなるような分布となっている。

このような発光強度の分布においては、ｐ型電極７ａに
流れる電流に微小な変動を生じても、一つの発光ドツト
の全発光量の変動は大きくなる。また、ｐ型電極７ａ付
近に電流が年中することは、発光ドラ）　２０ａの寿命
にも悪影響を及ぼす。

発光部６ａのＹ−Ｙ”軸方向の実際の仕上がり寸法であ
る寸法ｄは、前記マスクのＹ−Ｙ’軸方向の寸法０通り
とはならず、寸法Ｃよりも若干の広がりをもっている。

また、発光ドツト２０ａのアレイ方向の仕上がり長さを
Ｗ、選択拡散用のマスクのアレイ方向の長さをＷＩ　と
すると、Ｗ＝Ｗ、＋２Ｘえ＋２ＬＤ＋２ｄ。

但し、Ｘ、＝ｐ−ｎ接合の深さ、Ｌ、＝ｎ型ＧａＡｓＰ中の正孔の拡散長ｄｓ＝拡散不純
物（Ｚｎ）のサイドデイフュージョンの量であって、−船釣には、Ｌｏ　〜４〜５　ｕｒｎ　−ｄ　ｓ　＃１．３　Ｘ！で
ある。

実際には不純物拡散時の条件により仕上がり長さＷには
ばらつきが生じ、この長さを正確に制御するには高度な
技術を必要とする。この仕上がり長さＷのばらつきに基
づく発光ドラ）　２０ａの面積のばらつきは、印字品質
を劣化させる原因の一つとなる。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたもので、各発光ド
ツト内の場所による発光強度の偏りが少なく、且つチッ
プ内の発光ドツトの面積のばらつきの少ない発光ダイオ
ードアレイを提供することを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉以上の課題を解決するために本発明の発光ダイオードア
レイは、一つのチップ上に複数の発光領域を一定間隔で
直線状に配置したモノリシック型の発光ダイオードアレ
イにおいて、前記発光領域の光取り出し方向の表面の開
口面積が、全ての発光領域において等しくなるように、
また前記発光領域の面積よりも小さ（なるように前記発
光領域の全周縁部分の光取り出し方向の表面を覆い且つ
前記発光領域に接続された遮光性の電極を形成している
。

〈作用〉各発光ドツトのｐ型電極からｎ型電極に電流を流すと、
発光ドツト内のどの場所にもほぼ均一な電流が流れて発
光ドツトが発光する。

〈実施例〉以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は発光
ドツトの断面図、第２図は発光ダイオードアレイの平面
図、第３図は発光ダイオードアレイの回路図と発光ダイ
オードアレイの駆動回路図、第４図は発光ドツトの発光
強度の分布を第１図のＹ−Ｙ’軸に沿って表したグラフ
である。

本実施例の発光ダイオードアレイは、解像度が例えば３
００　　ドツト／インチのＬＥＤプリンタのヘッドに用
いるＬＥＤアレイとして、発光波長λ＝６６０ｎｍで設
計を行ったものであり、以下にその構造を述べる。

発光ドツト２０は、第１図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ
のウェーハ基板１の上にｎ型ＧａＡｓＰ層を結晶成長さ
せてｎＪｉ２とし、このｎ層２の上にＣＶＤ法によって
ＳｉＯ膜を不純物の選択拡散膜３として設けている。ホ
トリソグラフィおよびエツチングにより、選択拡散膜３
に寸法ｆを有するほぼ長方形形状の拡散窓４を開け、こ
の拡散窓４を通して上記ｎ型ＧａＡｓＰ層に不純物とし
てＺｎを拡散すると、寸法ｆより大きな仕上がり寸法で
ある寸法ｇを有するｐ型ＧａＡｓＰの２層５が形成され
る。この２層５と上記０層２とによるｐ−ｎ接合によっ
て、２層５が発光部６となっている。

基板１の下面にはＡｕＧｅ等の合金で１チップ分の全べ
ての発光ドツト２０に共通なｎ型電極９が形成されてい
る。また、選択拡散膜３が形成する拡散窓４の全周辺部
分４１の表面と、発光部６の全周縁部分６１の光取り出
し方向（第１図で上方）の表面を覆い且つ発光部６に接
続されたＡｌ製の遮光性ｐ型電極７が形成されている。

そして、このｐ型電極７と一体にｐ型電極端子１３が形
成されている。

このｐ型電極７は、寸法りを有する光放出窓８を形成す
る。この光放出窓８の開口面積は、ｐ型電極７が上記の
ように発光部６の全周縁部分６１を覆っていることから
、発光部６の面積よりも小さく、また、この開口面積は
全ての発光ドツト２０の光放出窓８において等しくなる
ように、ｐ型電極７が形成されている。なお、光放出窓
８の寸法はほぼ４０μｍ　　（アレイ方向）　　ｘ５０
μｍ　　（Ｙ−Ｙ’軸方向）である。

第２図に示すように、発光ダイオードアレイ３０は、半
導体のチップ３１上に複数個の発光ドツト２０を形成し
たものである。ＬＥＤプリンタのヘッドを構成するには
、複数のこのようなチップ３１を、それらチップの全発
光ドツトが等ピッチで直線上に並ぶように基板上に整列
する必要がある。従って、アレイ方向のチップ端面にお
いては、第１図に示したｐ型電極端子１０．１１のよう
に、ｐ型電極端子の形状を端面方向に開口したコ字型に
形成している。なお、１チツプ当たりの発光ドツト２０
の集積数は、例えば６４ドツト／チツプであり、ウェー
ハ上に形成されたチップの分離はダイシングによって行
われる。

第３図に示すように、シフトレジスタやラッチ回路等か
ら構成される発光ダイオードアレイ３０の駆動回路３２
を経て各発光ドツト２０のｐ型電極７からｎ型電極９へ
電流を流すと、各発光ドツト２０内のどの場所でもほぼ
等しい電流が流れて発光ドツト２０が発光する。第４図
は一つの発光ドツト２０面上における発光強度の典型的
な分布を第１図のＹ−Ｙ’軸方向に沿って表したグラフ
であって、第７図に示したグラフと比較すれば判るよう
に、本実施例では、発光ドツト２０の発光強度の分布が
、Ｙ−Ｙ″軸方向に均一に分布していることが判る。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明の発光ダイオードアレイは、
発光領域の光取り出し方向の表面の開口面積が全ての発
光領域において等しくなるように、またこの開口面積が
発光領域の面積より小さくなるように発光領域の全周縁
部分の光取り出し方向の表面を覆い且つ発光領域に接続
された遮光性の電極を形成している。従って、本発明の
発光ダイオードアレイは以下のような利点を有する。

■従来の発光ドツトと異なり、発光ドツトの特定の部分
に電流が集中することがないので、一つの発光ドツト内
の場所による発光強度の偏りが少なくなる。従って、ま
た電流密度の微小な変化に基づく１発光ドツト当たりの
光量変動も小さくなる。

■各発光ドツトの光放出窓８の開口面積はｐ層形成時の
不純物拡散の条件に左右されることがなく、ｐ型電極の
製作精度のみによって決定することが可能であるため、
チップ内の発光ドツトの光放出窓の開口面積のばらつき
が少なくなる。

■従来の発光ドツトの発光が見える範囲の面積と同一の
開口面積を有する光放出窓を得ようとする場合、Ｐ型電
極の面積を必要に応じて広くすることが容易であるため
、ｐ−ｎ接合の面積を従来のものより実質的により広く
することができる。従って、発光ドツトの寿命を縮める
ような電流の集中が発生しに（くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は発
光ドツトの断面図、第２図は発光ダイオードアレイの平
面図、第３図は発光ダイオードアレイの回路図と発光ダ
イオードアレイの駆動回路図、第４図は発光ドツトの発
光強度の分布を第１図のＹ−Ｙ“軸に沿って表したグラ
フである。第５図は従来の発光ダイオードアレイの発光ドツトのア
レイ方向と直角方向の断面図、第６図は従来の発光ダイ
オードアレイの平面図、第７図は従来の発光ダイオード
アレイの発光ドツトの発光強度の分布を第６図のＹ−Ｙ
”軸に沿って表したグラフである。１　・・・ウェーハ基板、２　・・・ｎ層、３　・・・
選択拡散膜、４　・・・拡散窓、５　・・・２層、６　
・・・発光部、７．１０．１１・・・ｐ型電極、８・・
・光放出窓、９　・・・ｎ型電極、１３・・・Ｐ型電極
端子、２０・・・発光ドツト、３０・・・発光ダイオー
ドアレイ、３１・・・チップ、６１・・・周縁部分、ｃ
、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ　　・・・寸法。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一つのチップ上に複数の発光領域を一定間隔で直
線状に配置したモノリシック型の発光ダイオードアレイ
において、前記発光領域の先取り出し方向の表面の開口
面積が、全ての発光領域において等しくなるように、ま
た前記発光領域の面積よりも小さくなるように前記発光
領域の全周縁部分の光取り出し方向の表面を覆い且つ前
記発光領域に接続された遮光性の電極を形成したことを
特徴とする発光ダイオードアレイ。