JPH05267716A - 温度安定化発光ダイオード構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】発光ダイオードが発光していない時でも、発光
している時の高温にアレイの発光ダイオードの温度を安
定させる手段を提供する。 【構成】発光ダイオードの側部に沿って設けられたヒー
タ素子３２に電流を流すことによって、発光ダイオード
構造１０の温度が安定化される。ヒータ素子は、各発光
ダイオードに対応してそれに隣接配置されていて、抵抗
部分またはｐ−ｎ接合部にすることができる。ヒータ素
子は、発光ダイオードの一方側に沿って、または個々の
発光ダイオードの両側に互い違いに隣接配置することが
できる。ヒータ素子は、発光ダイオードアレイの長さ方
向に隣接配置された単一のヒータストリップでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の背景〕本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）アレイに関し、特に発光ダイオードに隣接さ
せたヒータストリップに電流を流すことによって温度を
安定させた発光ダイオードアレイ構造に関するものであ
る。

【０００２】狭い間隔の、すなわち高密度の独立的にア
クセス可能な発光ダイオード源を形成できることは、光
学ディスク技術、レーザ印刷及び走査、光学接続及びフ
ァイバ光通信などの多くの用途に重要である。

【０００３】個別では、半導体発光ダイオードは低パワ
ー出力装置である。半導体発光ダイオードアレイを用い
ることによって、パワー出力を増加させ、光学系構造を
簡単にすることができる。アレイの発光素子を互いに良
好に光学整合させてその状態に維持すし、関連のアセン
ブリを最小限に抑えるため、発光素子が単一の半導体基
板に納まるようにアレイが形成されてきた。

【０００４】そのようなアレイの１つの問題は、個々の
発光素子間を電気的及び光学的に絶縁状態に維持するこ
とである。別の問題は、絶縁状態を維持し、熱発散問題
を伴わず、素子及びそれから出る光を正確に整合させな
がら互いに狭い間隔で配置することによって、基板内で
発光素子の密度を増加させることである。

【０００５】発光ダイオードは一般的にアレイ状に配置
されており、各々の表面エミッタ発光ダイオードが、感
光体上に個々の露光ピクセルを形成する。アレイのそれ
ぞれの発光ダイオードは、ディジタル像に対応した信号
に応じてオン・オフ切り換えされる。

【０００６】高速プリンタ用の一般的発光ダイオードピ
クセル時間は１０〜１００ナノ秒である。発光ダイオー
ドがオンした時、電気エネルギから放射光への変換が不
十分であるために発光ダイオードの発光部分が断熱的に
発熱する。その熱は、１０〜１００マイクロ秒程度発散
する。時定数のこの差によって、一般的な発光ダイオー
ド発光部分の温度が書き込まれるデータのパターンで変
化する。

【０００７】様々な像を発光ダイオードピクセルアレイ
で形成するのであるから、平均以上に頻繁に作動する発
光ダイオードがあれば、まったくでは無いにしても、ほ
とんど短時間しか使用されない発光ダイオードもある。
作動または使用率がこのように準ランダムモードである
ことによって、アレイの個々の発光ダイオードの発熱度
が変化するため、発光ダイオードアレイの各部分での熱
膨張が不均一になる。発光ダイオードアレイの各部分で
のこのような熱膨張によって、アレイから出る光の位置
が変化し、従って感光体上でのピクセルの位置が変化し
て、ピクセルのプレースメントが失われ、像品質が低下
し、特に次世代のカラープリンタで位置合わせエラーが
発生する。

【０００８】従来の一般的な発光ダイオード構造は、発
光中の発光ダイオード構造から熱を除去するためにヒー
トシンクを用いる。ヒートシンク温度は、ペルチエまた
は熱電クーラを用いて一定温度に維持される。発光ダイ
オード発光部分とヒートシンクとの間に熱抵抗があるた
め、この技術では発光ダイオード空洞部を一定の過渡温
度に維持することができない。ヒートシンクは、発光ダ
イオード発光部分内に平均温度を維持することを助ける
ものである。高速プリンタでの発光ダイオードピクセル
時間は非常に速く、ヒートシンクまたはペルチエまたは
熱電クーラが応答できないほどに短い時間であるため、
発光ダイオード発光部分内ではパルス毎に温度が変動す
る。

【０００９】本発明の目的は、発光ダイオードが発光し
ていない時でも、発光ダイオードが発光している時の高
温にアレイの発光ダイオードの温度を安定させる手段を
提供することである。

【００１０】〔発明の概要〕本発明によれば、発光ダイ
オードの側部に沿って設けられたヒータ素子に電流を流
すことによって、発光ダイオード構造の温度が安定化さ
れる。ヒータ素子は、各発光ダイオードに対応してそれ
に隣接配置されている。ヒータ素子は、抵抗部分または
ｐ−ｎ接合部にすることができる。ヒータ素子は、発光
ダイオードの一方側に沿って、または個々の発光ダイオ
ードの両側に互い違いに隣接配置することができる。ヒ
ータ素子は、発光ダイオードアレイの長さ方向に隣接配
置された単一のヒータストリップでもよい。

【００１１】本発明の他の目的及び利点は、添付の図面
を参照した以下の詳細な説明から明らかになるであろ
う。

【００１２】〔図面の簡単な説明〕図１は、本発明に従
って形成された温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
側面図の概略図である。

【００１３】図２は、図１の温度安定化発光ダイオード
アレイ構造の断面図の概略図である。

【００１４】図３は、図１の温度安定化発光ダイオード
アレイ構造の上面図の概略図である。

【００１５】図４は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造の変更実施例の上面図の
概略図である。

【００１６】図５は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造のさらなる変更実施例の
上面図の概略図である。

【００１７】図６は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造の別の変更実施例の断面
図の概略図である。

【００１８】図７は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造のさらに別の変更実施例
の断面図の概略図である。

【００１９】〔好適な実施例の説明〕図１を参照しなが
ら、本発明による温度安定化発光ダイオードアレイ構造
１０を説明する。

【００２０】温度安定化発光ダイオードアレイ構造１０
は、ｎ−ＧａＡｓの基板１２と、その上にエピキタシア
ル付着させたｎ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの第１封入層１４
と、光波の発生及び伝播を行う非ドーピングＧａＡｓの
活性層１６と、ｘ＝ｙまたはｘ≠ｙであるｐ−Ａｌ_y Ｇ
ａ_1-y の第２封入層２０と、ｐ−ＧａＡｓの接触層２０
とを有している。第１封入層が活性層で発生した光を透
過できるようにするため、活性層１６の半導体材の禁止
帯の幅は第１封入層１４よりも小さくしなければならな
い。また、第１封入層が活性層で発生した光を透過でき
るようにするため、第１封入層は不必要な抵抗を生じな
いようにできる限り低いドーピングレベルにしなければ
ならない。反対に、基板は導電率を高めるために十分に
ドーピングさせなければならない。

【００２１】第１封入層１４及び基板１２は共にｎ形導
電性であるから、ＬＥＤアレイの活性層からこちら側は
ＬＥＤアレイのｎ側と呼ばれる。同様に、第２封入層１
８及び接触層２０は共にｐ形導電性であるから、ＬＥＤ
アレイの活性層からこちら側はＬＥＤアレイのｐ側と呼
ばれる。

【００２２】活性層１６は、非ドープまたはｐ形ドーピ
ングまたはｎ形ドーピングのＧａＡｓ、Ａｌ_z Ｇａ_1-z
Ａｓまたは（Ａｌ_z Ｇａ_1-z ）０．５Ｉｎ_0.5 Ｐである
か、比較的薄い従来形二重ヘテロ構造（ＤＨ）活性層で
あるか、ＧａＡｓまたはｚが非常に小さく、ｚ＜ｘ及び
ｙであるＡｌ_z Ｇａ_1-z Ａｓ等の単一量子ウェルである
か、ＧａＡｓ及びｚ＜ｘ及びｙであるＡｌ_z Ｇａ_1-z Ａ
ｓを交互配置した層、またはｗ＜Ｂ＜ｘまたはｙ（ｗは
ウェル用、Ｂはバリヤ用）であるＡｌ_w Ｇａ_{1- w} Ａｓ及
びＡｌ_b Ｇａ_1-b Ａｓを交互配置した層等の多重量子ウ
ェル超格子である。また、別体の封入構造で上記いずれ
かの活性層をｍ＝ｎまたはｍ≠ｎのＡｌ_m Ｇａ_1-m Ａｓ
及びＡｌ_n Ｇａ_1-n Ａｓの２つの半導体封入層間に付着
させることができるが、禁止帯の幅を活性層及び第１及
び第１封入層の禁止帯の幅の中間にする。

【００２３】公知のように、温度安定化発光ダイオード
アレイ構造１０のエピタキシアル成長は、分子ビームエ
ピタキシ（ＭＢＥ）または金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶ
Ｄ）で実施できる。基板の厚さは約１００ミクロンにす
ることができる。封入層１４及び１８の厚さは０．１〜
１ミクロンにすることができる。活性層１６は、厚さが
５０ナノメートル〜２ミクロンの薄い一般的な層であ
り、３〜５０ナノメートル厚さの量子ウェルの超格子構
造を有することができる。接触層２０は一般的に０．１
〜０．２ミクロン厚さである。

【００２４】所望の不規則化を行うための別の従来技術
及び拡散／注入法または元素注入／アニーリング法があ
る。以下では不純物誘発形不規則化に限定して説明す
る。しかし、これらの他の方法及び元素拡散または注入
も同様に適用できることに注意されたい。

【００２５】エピタキシアル成長が完了すると、半導体
発光ダイオードアレイ構造１０の接触層２０の上表面２
２にＳｉ₃ Ｎ₄ マスクが形成され、それの開口から半導
体構造の一部が不純物誘発形不規則化の作用を受ける。
マスクは、発光ダイオード発光部分を形成する未露出部
分を保護し、これらの部分は円形、楕円形、正方形、平
行四辺形、台形、三角形または他の所望の形状または大
きさにすることができる。

【００２６】発光部分は、まずシリコン等の高濃度ｎ形
不純ドーピング材を半導体構造のマスクから露出した部
分に選択的に拡散することによって形成される。他のｎ
形不純ドーピング材としてＧｅ及びＳｎがある。

【００２７】シリコン層がＳｉ₃ Ｎ₄ マスクの開口に付
着した後、Ｓｉ₃ Ｎ₄ の追加層で蓋をする。シリコンの
拡散は、約８００゜Ｃの温度で実施され、接触層２０、
第２封入層１８及び活性層１６に貫入し、さらに第１封
入層１４にも部分的に貫入することができる十分な時
間、例えば７〜８時間維持される。

【００２８】シリコンが活性層１６、接触層２０及び封
入層１４及び１８内へ拡散されることによって、活性層
１６、接触層２０及び封入層１４及び１８内でＧａ及び
Ａｌが混合されて、ｎ形不純物誘発形不規則化領域２４
が形成される。

【００２９】半導体の発光ダイオードアレイの不規則化
領域２４間に、第２封入層１８、活性層１６及び第１封
入層１４の不規則化されていない部分で構成される発光
ダイオード発光部分２６がある。不規則化領域は、発光
ダイオードの発光部分を光学的及び電気的に絶縁及び分
離する。発光部分の形状は、垂直方向には封入層によっ
て、水平方向には不規則化領域の形状によって定められ
る。

【００３０】図２の断面図及び図３の上面図からわかる
ように、不純物誘発形不規則化段階が完了した時点で、
個々の浅い抵抗領域２８が、アレイのそれぞれの発光ダ
イオードの発光部分２６に平行に隣接した位置で不規則
化領域２４内に形成され、各抵抗領域２８はそれぞれの
発光ダイオード２６に対応している。これらの浅い抵抗
領域２８は、上表面２２からＨｅ⁺ またはＯ⁺ イオンを
注入することによって形成される。抵抗領域は、半導体
構造の上層の一部分を導電性の素材から抵抗率が高い素
材に変換することによって形成される。この変換は、表
面からＨｅ⁺ またはＯ⁺ イオンを注入することによって
実施されて、半導体層の禁止帯内のエネルギの電子状態
を形成する。これらの欠陥状態によって電子または孔が
ドーピング層から取り除かれて、それを抵抗性にする。

【００３１】抵抗領域注入は、第２マスクで、またはシ
リコン拡散が終了してから開口を再穿孔した後にシリコ
ン拡散に用いられたそのマスク開口の一部で実施するこ
とができる。接触層の表面に抵抗物質を付着させること
によって抵抗領域を形成することもできるが、あまり望
ましくない。図１の側面図には示されていないが、図２
の側面図及び図３の上面図からわかるように、それぞれ
の抵抗領域２８は、発光ダイオードアレイに平行に隣接
したアレイを形成しており、各抵抗領域がそれぞれの発
光ダイオードに対応している。

【００３２】図１、２及び３に示されているように、抵
抗領域２８の部分をヒータ素子３２として隔離するた
め、上表面２２から陽子（Ｈｅ⁺ ）またはＯ⁺ イオンを
注入することによって電気的絶縁ストリップ３０が不規
則化領域２４内に形成される。電気的絶縁ストリップ３
０は、ＬＥＤ発光部分２６を包囲している不規則化領域
２４内へＨｅ⁺ またはＯ⁺ イオンを深く注入することに
よって形成される。

【００３３】電気的絶縁ストリップ３０は、抵抗領域及
び発光部分２６を遮蔽して深い注入を受けないようにす
ることによって、発光部分２６の周囲と発光ダイオード
発光部分及び抵抗領域間とに形成される。この注入後、
ストリップ３０は発光ダイオードと接触層２０の上表面
２２上に形成されるヒータ接点との間を電気的に絶縁す
る。

【００３４】抵抗領域を形成する技法は、陽子（Ｈ
ｅ⁺ ）の衝突によって発光ダイオードに電気的絶縁領域
を形成するために従来から用いられているものと同じで
ある。相違点は、電気的絶縁のために行われた注入の抵
抗率よりも小さい抵抗率になるように抵抗領域注入の深
さ及び注入量が制御されることである。一般的に、抵抗
領域の注入は２〜３ｋオームの抵抗であるのに対して、
絶縁注入は数メグオーム以上の抵抗である。このよう
に、抵抗領域注入の方が絶縁領域注入よりも浅い、及び
／または低エネルギでイオン注入量が少ない。

【００３５】標準的なマスキング手段または他の技法を
用いて、接触層２０の上表面２２にＣｒ−ＡｕまたはＴ
ｉ−Ｐｔ−Ａｕの金属接点が形成される。これらの金属
接点は、発光ダイオード接点またはヒータ接点として利
用される。

【００３６】図１及び２に示されているように、発光ダ
イオード接点３４は、各発光ダイオード発光部分２６と
整合している。発光ダイオード接点は、接触層２０の不
規則化されていない部分及びその不規則化されていない
部分の両側に隣接した不規則化領域２４の上表面２２上
に延在し、また両側で隣接の電気的絶縁領域３０にも部
分的に延在している。各発光ダイオード接点は、それぞ
れ独立的に個別に発光ダイオード発光部分と接触してい
る。

【００３７】ヒータ接点３６は、図２に示されているよ
うに、各ヒータ素子３２と整合している。ヒータ接点
は、ヒータ素子３２の上表面２２上に延在しており、ま
た両側で隣接の電気的絶縁領域３０にも部分的に延在し
ている。各ヒータ接点は、それぞれ独立的に個別にヒー
タ素子と接触している。

【００３８】電気的絶縁領域３０の上表面２２に沿って
発光ダイオード接点３４及びヒータ接点３６が部分的に
延在しているが、発光ダイオード接点及びヒータ接点は
互いに電気的及び物理的に絶縁されている。

【００３９】発光ダイオード接点及びヒータ接点は、メ
タライゼーションマスクに孔を形成することによって形
状が定められる。両接点は、１度の蒸着で同時に形成で
きる。

【００４０】各発光ダイオード接点３４の下側の不規則
化されていない接点層２０は、整合位置にある発光ダイ
オード発光部分２６に低い電気抵抗を与える。ヒータ接
点３６は直接的にヒータ素子３２に取り付けられて、電
流がヒータへ直接的に流れるようになっている。

【００４１】基板１２の底表面３８の一部もＡｕ／Ｇｅ
で金属被覆されて、基板接点４０が形成されている。底
表面の、発光ダイオードに整合した部分は、金属被覆さ
れておらず、発光ダイオードから出た光を透過できるよ
うにしている。基板接点は、ヒータ接点及び発光ダイオ
ード接点に共用され、接地と呼ぶことができる。

【００４２】電流を発光ダイオード接点３４及び基板接
点４０間に流してｐ形封入層１８及びｎ形封入層１４の
ｐ−ｎ接合部に正方向バイアスをかけると、活性層１６
が発光部分２６から光４２を放射する。電流は、発光ダ
イオード発光部分にほぼ平行にそれぞれの発光部分の発
光ダイオード接点３４、ｐ形接触層２０、ｐ形封入装置
１８、活性層１６を流れて、ｎ形封入層１４内で広がっ
て基板１２に入り、基板接点４０から出る。

【００４３】接地または基板接点は、すべての発光部分
に共通している。しかし、各発光部分または発光ダイオ
ード素子には、他のすべてのものから分離してそれの発
光ダイオード接点からバイアスがかけられているｐ−ｎ
接合部が設けられている。各発光ダイオード接点は地面
に対して正バイアスがかけられているので、電流は各発
光ダイオード接点から地面へ流れるだけである。電気的
絶縁領域及び不規則化領域によって、１つの発光ダイオ
ード接点が隣接の発光部分を発光させることが防止され
ている。アドレス指定された発光ダイオード接点と隣接
の発光ダイオード接点間のわずかな電位差でも隣接の発
光ダイオード接点の逆電圧に対応するので、異なった発
光ダイオード接点間で電流が流れることはない。

【００４４】光４２は、基板１２の底表面３８にほぼ直
交するエミッタ表面部分４４から放出される。エミッタ
表面部分４４は、発光ダイオード発光部分２６に整合し
ている。光は、基板１２の底表面３８の、基板接点４０
を形成するために金属被覆されている部分以外から放出
される。従って、発光ダイオードアレイ１０は、表面発
光ダイオードである。発光部分２６に整合している発光
ダイオード接点３４によって、光が発光部分から発光ダ
イオードアレイのｐ側を通って放出されることが防止さ
れている。

【００４５】エミッタ表面部分の形状及びそれによって
放出される光の形状は、発光ダイオード発光部分の形状
によって決定され、これは円形、楕円形、正方形、平行
四辺形、台形、三角形または他の所望の形状または大き
さにすることができる。放出される光は連続波でもパル
スでもよい。

【００４６】一般的に、発光ダイオードアレイ１０の作
動電流は約１０ミリアンペアであり、出力パワーは各発
光素子当たり約３０マイクロワットである。

【００４７】電流がヒータ接点３６と基板接点４０との
間を流れて、ヒータストリップ３２を発熱させる。発生
した熱は、電流に電圧を掛けた値に等しくなる、あるい
は発生した熱は、ヒータストリップの抵抗に電流の２乗
を掛けた値に等しくなる。

【００４８】電流は、ヒータ接点３６、ヒータ素子３２
及びｎ形不規則化領域２４を流れてから、第１封入層１
４内で広がって基板１２に入り、基板接点４０から出
る。基板または接地接点は、すべてのヒータストリップ
に共通している。

【００４９】各ヒータ接点は地面に対して正バイアスが
かけられているので、電流は各ヒータストリップから地
面へ流れるだけである。電気的絶縁領域及び不規則化領
域によって、１つのヒータ接点が隣接のヒータストリッ
プを発熱させること、または隣接の発光ダイオード発光
部分を発光させることが防止されている。

【００５０】それぞれの発光ダイオード発光部分２６の
一方側に個々のヒータ素子３２を対称的に離設すること
によって、その発光ダイオード発光部分のための発熱が
行われる。ヒータストリップ３２の抵抗領域２８はある
有限の電気抵抗を備えている。このため、電流がヒータ
ストリップを流れた時、熱が発生する。

【００５１】このように、電流がヒータストリップ３２
に流れた時、熱が発生してｎ形不規則化領域２４を介し
て広がり、隣接の発光ダイオード発光部分を加熱する。

【００５２】図３に示されているように、ヒータ素子３
２は温度安定化発光ダイオード構造アレイ１０の発光部
分２６の一方側に沿って隣接して配置されている。ヒー
タ素子は、発光ダイオードアレイの長手方向に平行に設
けられている。

【００５３】電流が発光ダイオード発光部分を流れて光
を放出する（発光ダイオードがオン）時、隣接のヒータ
素子の電流がゼロになる。発光ダイオード発光部分へ流
れる電流がゼロになった（発光ダイオードがオフ）時、
隣接のヒータ素子に電流が流れる。電流が発光ダイオー
ド発光部分を流れない時に隣接のヒータ素子を流れる電
流量は、発光ダイオード内を発光時と同じ温度に維持で
きる熱を発生するために必要な量に正確に設定される。
これによって、発光ダイオードがオンの時間の長短また
は発光ダイオードのオフの時間の長短に無関係に、発光
ダイオード発光部分内が一定温度に維持される。このよ
うにして、発光ダイオード発光部分が一定温度に保持さ
れ、また発光ダイオード発光部分から出るパワーがデー
タに無関係に一定になる。

【００５４】発光ダイオード発光部分へ流れる電流がゼ
ロになった（発光ダイオードがオフ）時にピクセル時間
中の活性部分の温度を維持するため、発光ダイオード発
光部分から失われる熱を補充できるだけのエネルギを隣
接のヒータ素子が供給する必要がある。

【００５５】このため、各発光ダイオードは、発光して
いない時でも発光ダイオードが発光している時の高い温
度に維持される。温度は、発光中の発光ダイオードによ
って発生する熱または隣接のヒータ素子によって発生す
る熱によって維持される。アレイの個々の発光ダイオー
ドの温度を一定温度に維持することによって、アレイの
発光ダイオードによって得られるピクセル位置も一定に
なる。

【００５６】基板１２の厚さが、発光ダイオードアレイ
の活性層からの発光を妨げることがある。この妨害を排
除するため、活性層は禁止帯の幅が基板の禁止帯の幅よ
りも小さい半導体材で形成できる。あるいは、標準的化
学エッチング手段または他の技法によって基板の表面に
溝または縞（図示せず）を付けることによって、第１封
入層の表面を露出させて発光ダイオードのエミッタ表面
部分が発光しやすいようにすることができる。第１封入
層の露出表面を反射防止被膜で被覆しても、発光を容易
にすることができる。

【００５７】活性層は、発光ダイオードアレイの浅い位
置にあって、発光表面に接近している。同様に、活性層
から出た光は、それぞれの接点及び発光表面部分が発光
半導体の同一側にある時とは違って、多量にドーピング
した接触層を通過しない。

【００５８】それぞれのヒータ素子４６は、図４に示さ
れているようにアレイ５０の発光ダイオード４８の両側
に互い違いに配置することもできる。ヒータ素子が発光
ダイオードのアレイの長さ方向に沿って両側に互い違い
になる。

【００５９】図５に示されているように、単一のヒータ
ストリップ５２を発光ダイオード５６のアレイ５４に平
行に形成することもできる。ヒータストリップは、温度
安定化発光ダイオードアレイ構造１０の長手の一方側に
沿って、発光ダイオードアレイの長さに沿って長手方向
に延在している単一の抵抗領域である。

【００６０】単一のヒータストリップは、アレイの長さ
全体に渡って可変加熱することができる。すべての発光
ダイオードが発光している場合、ヒータストリップは熱
を発生しない。すべての発光ダイオードが発光していな
い場合、ヒータストリップは最高熱を発生して、すべて
の発光ダイオードを高い作動温度に維持できるようにす
る。

【００６１】発光中及び発光していない発光ダイオード
の数が変化すると、ヒータストリップによって発生する
熱の量も変化して、発光していない発光ダイオードに対
して高い作動温度を維持できるようにする。ヒータスト
リップは、発光ダイオードアレイの全長に渡って均一に
加熱して、発光していない発光ダイオードを補償する。
熱は低い部分へ流れるため、発光中の発光ダイオード付
近でヒータストリップによって発生した熱は、発光して
いない発光ダイオードの方へ流れる。

【００６２】図６に示されている温度安定化発光ダイオ
ードアレイ構造５８は、図１、２及び３の温度安定化発
光ダイオードアレイ構造１０とほぼ同じであるが、図２
及び３の抵抗領域２８の代わりに、図５では拡散領域６
０が用いられて、不規則化領域６２とでｐ−ｎ接合を形
成している。このように、温度安定化発光ダイオードア
レイ構造５８は、ｎ−ＧａＡｓの基板６４と、その上に
エピキタシアル付着させたｎ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの第
１封入層６６と、光波の発生及び伝播を行う非ドーピン
グＧａＡｓの活性層６８と、ｘ＝ｙまたはｘ≠ｙである
ｐ−Ａｌ_y Ｇａ_1-y の第２封入層７０と、ｐ−ＧａＡｓ
の接触層７２とを有している。

【００６３】ｎ形不純物誘発形不規則化領域６２が、温
度安定化発光ダイオードアレイ構造５８に形成されて、
接触層７２、第２封入層７０、活性層６８の一部に貫入
しており、また第１封入層６６にも部分的に貫入してい
る。

【００６４】ｎ形不純物誘発形不規則化段階が完了する
と、接触層７２の上表面７４に第２のＳｉ₃ Ｎ₄ マスク
が形成され、それの開口から発光ダイオードアレイ構造
の一部が半導体層内への不純物原子の拡散の作用を受け
る。この第２マスクは、ｎ形不純物誘発形不規則化領域
６２の一方側に狭い部分を露出する。

【００６５】亜鉛等の高濃度ｐ形不純ドーピング材が、
発光ダイオードアレイ構造の第２マスクから露出してい
る部分内に選択的に拡散される。亜鉛の拡散は、約６５
０゜Ｃの比較的低温で適当な拡散及びひ素源を含む半密
封グラファイトボート等の真空ヒータで実施され、ｎ形
不純物誘発形不規則化領域６２に部分的に貫入させて１
ミクロン深さに拡散したｐ形拡散領域６０を形成できる
十分な時間、例えば約１時間に渡って維持される。ｐ形
拡散領域６０は、ｎ形不規則化領域６２内に完全に入っ
ている。

【００６６】Ｂｅ及びＭｇ等の他のｐ形不純ドーピング
材は、様々な層内へ亜鉛ほど迅速に拡散しない。これ
は、ｐ形不純ドーピング材を拡散させる深さを制御する
には好都合である。ｐ拡散中のさらなる不規則化を避け
るため、拡散段階は不規則化段階が完了する時点付近で
行われる。拡散段階は、ｎからｐへの不規則化領域の形
式変換にすぎない。

【００６７】電気絶縁領域７６が、ｎ形不規則化領域６
２内のｐ形不規則化領域６０付近において上表面７４に
貫設される。

【００６８】温度安定化発光ダイオードアレイ構造５８
のｎ形不規則化領域６２間に、第２封入層７０、活性層
６８及び第１封入層６６の不規則化されていない部分か
らなる発光ダイオード発光部分７８がある。

【００６９】発光ダイオード接点８０が、上表面７４上
にそれぞれの発光ダイオード発光部分に整合させて形成
されている。ヒータ接点８２が、ｐ形拡散領域６０の上
表面７４上にそれぞれのｐ形拡散領域に整合させて形成
されている。電気的絶縁領域７６が、隣接する発光ダイ
オード発光部分及びヒータ接点を電気的及び物理的に隔
離している。基板接点８４が、基板６４の底表面８６の
一部分に形成されている。

【００７０】電流を発光ダイオード発光部分７８の発光
ダイオード接点８０及び基板接点８４間に流して第２封
入層７０及び第１封入層６６のｐ−ｎ接合部に正方向バ
イアスをかけると、活性層６８がエミッタ表面部分８８
及び基板６４の底表面８６から光８０を放射する。ｐ−
Ａｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓの不規則化されていない第２封入層
はｐ形封入層であり、ｎ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓの不規則
化されていない第１封入層はｐーｎ接合部のｎ形封入層
である。

【００７１】電流は、各々の発光ダイオードの発光ダイ
オード接点８０、接触層７２の不規則化されていない部
分、第２封入層７０の不規則化されていない部分、活性
層６８の不規則化されていない部分を流れてから、第１
封入層６６の不規則化されていない部分内で広がって基
板６４に入り、基板接点８４から出る。基板または接点
端子は、すべての発光ダイオードに共通である。

【００７２】電流がヒータ接点８２と基板接点８４との
間を流れて、第２不規則化領域６０及び第１不規則化領
域６２のｐ−ｎ接合部に正方向バイアスをかけることに
よって熱が発生する。ｐ形拡散領域６０とｎ形不規則化
領域６２との間のｐ−ｎ接合部がヒータ素子９０を形成
している。

【００７３】電流がヒータ接点８２、ｐ形拡散領域６０
及びｎ形不規則化領域６２を流れてから、第１封入層６
６内で広がって基板６４に入り、基板接点８４から出
る。基板または接地接点は、すべてのヒータ素子に共通
している。

【００７４】図１、２及び３の温度安定化発光ダイオー
ドアレイ構造と同様に、電流がヒータ素子のｐ−ｎ接合
部に流れると、熱が発生してｎ形不規則化領域６２内で
広がる。

【００７５】この温度安定化発光ダイオードアレイ構造
のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体構造では、ＡｌＧａＡ
ｓ内にｐ−ｎ接合部が形成され、Ａｌ組成分が非常に高
くなって間接的になる。この接合部を通過した電流はほ
とんどすべて熱を発生するので、この場合は間接材が特
に好都合である。間接的とは、バンド間の遷移が非発光
的にのみ発生する、すなわち自発的にはまったく光が発
生しないことを意味する。従って、すべての電子及び孔
が熱の形でエネルギを放棄することによって再結合し、
光を放出しない。

【００７６】ヒータ素子電流の立ち上がりと発光ダイオ
ードの活性領域のウォーミングとの間の時間遅れを減少
させるため、熱源を可能な限り活性領域に近づける必要
がある。これは、暖めていなければならない半導体材の
量を減少させることにもなる。熱が発生する接合部が表
面の下にあり、従って発光ダイオードに近くなっている
ので、ｐ−ｎ接合部は抵抗領域に匹敵することができ
る。

【００７７】温度安定化発光ダイオードアレイ構造のそ
れぞれのｐ−ｎ接合ヒータ素子は、図３に示されている
抵抗領域ヒータ素子の場合と同様に、それぞれの発光ダ
イオードアレイの同じ側に形成することができる。ヒー
タ素子は、発光ダイオードアレイの長手に沿って延在さ
せることができる。

【００７８】温度安定化発光ダイオードアレイ構造のそ
れぞれのｐ−ｎ接合ヒータ素子は、図４に示されている
抵抗領域ヒータ素子の場合と同様に、それぞれの発光ダ
イオードアレイの両側に交互に形成することができる。
ヒータ素子は、発光ダイオードアレイの長手に沿って両
側に交互配置される。

【００７９】図５に示されている抵抗領域ヒータ素子の
場合と同様に、温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
単一のｐ−ｎ接合ヒータストリップを発光ダイオードア
レイに平行に形成することができる。ｐ−ｎ接合ヒータ
ストリップは、温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
長手に沿って、発光ダイオードアレイの長手に沿って長
手方向に延在している単一のｐ−ｎ接合部である。

【００８０】あるいは、図７に示されているように、一
方側または交互側に個別のヒータ素子または単一のヒー
タストリップとして設けられる抵抗領域またはｐ−ｎ接
合部であるヒータ素子９２を基板９４上に形成して、こ
の基板を別の基板９８上の発光ダイオードアレイ９６と
熱接触させることもできる。

【００８１】発光ダイオードアレイ構造の発光ダイオー
ド発光部分には、発光ダイオード発光部分内で発生させ
なければならない光波の発生及び伝播を行うための限界
すなわち最低作動温度がある。ヒータストリップまたは
隣接のヒータストリップを用いても限界作動温度に達す
ることはできない。しかし、その最低温度を過ぎれば、
ヒータストリップを用いて発光ダイオードアレイ構造の
発光ダイオード発光部分の温度を過渡倍数または温度の
パルス変動範囲内に維持することができる。

【００８２】限界作動温度以上になれば、温度安定化発
光ダイオードアレイ構造の発光ダイオード発光部分を発
光によって冷却することができる。この熱損失は、隣接
のヒータストリップから発生する熱でつり合わせること
ができる。このため、電流が発光ダイオード発光部分に
流れている時でも、電流がヒータストリップに流れて、
発光ダイオード発光部分からの発光による熱損失を補う
ためにヒータストリップから最小量の熱を発生する。発
光ダイオードが作動パワーで作動温度以上に加熱された
時だけ冷却が行われる。

【００８３】本発明によって温度を安定化した発光ダイ
オードアレイ構造は、上記の表面エミッタの実施例に制
限されることはなく、当業者には公知の他のものも含ま
れる。上記のように光を放出する側の反対表面上に設け
られているヒータ素子に加えて、光を放出する表面上に
ヒータ素子を設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の側面図の概略図である。

【図２】図１の温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
断面図の概略図である。

【図３】図１の温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
上面図の概略図である。

【図４】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の変更実施例の上面図の概略図であ
る。

【図５】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造のさらなる変更実施例の上面図の概略
図である。

【図６】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の別の変更実施例の断面図の概略図で
ある。

【図７】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造のさらに別の変更実施例の断面図の概
略図である。

【符号の説明】 １０ 発光ダイオードアレイ構造、１２ 基板、２６
発光ダイオード発光部分、３２ 加熱素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一基板上に設けられた複数の発光ダイ
   オードのアレイと、前記発光ダイオードの各々に対応さ
   せて隣接配置されており、前記発光ダイオード内に一定
   温度を維持するための熱を発生する複数のヒータ素子と
   を有している温度安定化発光ダイオードアレイ構造。
2. 【請求項２】 前記ヒータ素子は抵抗部分である請求項
   １の温度安定化発光ダイオードアレイ構造。
3. 【請求項３】 前記ヒータ素子はｐ−ｎ接合部である請
   求項１の温度安定化発光ダイオードアレイ構造。
4. 【請求項４】 隣接のヒータ素子は、複数の発光ダイオ
   ードの前記アレイの両側に互い違いに配置されている請
   求項１の温度安定化発光ダイオードアレイ構造。
5. 【請求項５】 前記ヒータ素子は、単一基板上の複数の
   発光ダイオードの前記アレイと熱接触している別体の基
   板上に設けられている請求項１の温度安定化発光ダイオ
   ードアレイ構造。