JPS6214480A - 発光ダイオ−ドアレイ - Google Patents

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、電子写真方式を用いたノンインパクトプリン
タにおける光書込みヘッド用の発光ダイオードアレイに
係り、特にメサ型モノリシック発光ダイオードアレイの
発光ダイオード部の形状に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は発光ダイオードアレイを光源どするノンインパ
クトプリンタの概略構造を示している。これを簡単に説
明すると、まず、感光ドラム１表面を帯電器２により一
様に帯電後、発光ダイオードアレイと結像素子を組み込
んだ光書込みヘッド３で感光ドラム１にライン状に選択
的に光を照射する。この照射により照射部分のみが除電
されることになる。

次に、現像器４で帯電しているドラム表面のみにトナー
を付着させ、剥離転写紙５でドラム潜像を記録紙６に転
写する。そして定着器７で記録紙Ｇ上の転写画像を定着
する。

一方、感光ドラム１は除電ランプ８、Ｗ！！１ｆｆｉ器
９により清掃されて次の作像に備える。

ここで、光書込みヘッド３は第７図に示すように、発光
ダイオードアレイ１０とセルフフォーカシングレンズの
様な結像素子１１から成り、発光ダイオードアレイ１０
は放熱板上に七ラミック基板を貼り付ジノ、このセラミ
ック基板の中央に発光ダイオードアレイチップを並べて
発光部とする構造が一般的である。

発光ダイオードアレイを溝成する発光ダイオードは、第
８図に示すようにｎ型結晶基板１２の表面に拡散工程に
よりＰ型頭１１１３を設け、このＰ型領域１３に通電用
の電極１４を取り付１ノだブレーナ構造をしている。な
お、１５は絶縁膜、１６は遮光層である。

発光ダイオードアレイの通電用の電極１４は平面的にみ
ると第９図に示す如く、発光部となるＰ型領域１３の列
に対して交互に、即ち千鳥状に配置されている。ｌ極１
４を交互に配置するのはワイヤポンディングの際、隣接
する電極１４と接触するのを防止するためである。

ところが、このようなパターンを有する発光ダイオード
アレイを発光させると、その発光状態は、にじみや電流
密度が原因して不均一となり、第１０図に示す如く電極
１４側にピークがずれた分布となってしまい、全体でラ
イン状の発光が１ワられない。

そこで、これを改善するために従来、（１）Ｐ型領域の
一方を被覆して、境界面の反射に起因するにじみを除去
したもの（実開昭５７−１３８３５４号公報）、Ｌ２）
　　′ｆ’ｌ光部の発光中心を結ぶ発光中心線を発光ダ
イオードの奇数番目と偶数番目とでずらして、千鳥状電
極配置がもたらす電流密度の不均一に起因する奇数番目
と偶数番目の光のパワーレベルの差を小さくしたもの（
特開昭５９−１９５８８５号公報、特開昭５９−１４６
ｇ７４Ｑ公報）　、（３）　　電極方向の発光領域を減
少させて光のパワーレベルを上げるとともに、発光ダイ
オードの奇数番目と偶数番目との最大光パワーレベル差
を３０％以内に抑えるようにしたちの（特開昭５９−１
４６８７５号公報）等の提案がなされている。

［発明が解決しようする問題点］ ところが、上記（１）のものでは、ブレーナ構造である
ため発光部から出た光が隣りの発光部へ分散し、また〈
ｂのものは発光部の形状が非対称であるため、１りられ
る輝度パターンも対称からずれ、更に（３）のものは発
光部の形状は対称であるけれども、発光部における電流
密度が依然として不均一のままであるため、輝度パター
ンの完全な対称が得られないという欠点があり、＋２１
及び（３）のものは（１）の欠点を温存するばかりか、
工程の複雑なｚｎ選択拡散技術をなお必要としていた。

なお、輝度パターンを対称にするために発光部周辺の電
極の幅を広くとるということも考えられているが、その
ようにすると光量が著しく減少し高速プリンタとして光
源には適さなくなる。特に、１６本／ｌｌ１ｍ程度の高
解像度になると光量減少の影響が大きく効いてくるため
全く使えなくなる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、発光ダイオードアレイにブレーナ構造
ではなくメサ構造を採用することによって、上記した従
来技術の問題点を解消して、光強度が高く、光対称性が
良好で、しかも高解像を右する発光ダイオードアレイを
提供することである。

［発明の概要］ 本発明は、発光領域と電極領域とをエツチングにより分
離すると共に、発光領域に設けた発光ダイオード部を対
称に形成し、発光ダイオード部の発光中心にコンタクト
をとり、電極領域に形成した？［からコンタクトへ引き
出す配線が順メサ方向のエツチング溝を通るようにした
ことを特徴とする。

これを実施例に対応する第１図〜第２図に基づいて説明
する。

ＰＮｆｆｌを積層した基板２１表面に順メサ方向のエツ
チング溝２５ａ＠”４１行に設けて中央の発光領域△と
両側にできる電極領ｌｌ１ｌ！Ｂとを分離形成し、且つ
中央の発光領１ａＪＡに逆メサ方向のエツチング溝２５
ｂを等間隔に設置ノで順メサ方向に一直線状に並んだ島
状のメサ型発光ダイオード部２６を形成する。

各発光ダイオード部２６へ通電させるための電？ｉｉ　
２７は発光領域Ａの両側の電極領域Ｂに形成され、発光
ダイオード部２６幅よりも狭＼・通電用配＄２２８が、
順メリ゛方向のエツチング溝２５ａを横切って各両側電
也２７から各発光ダイオード部２６の少なくとも発光中
心Ｃまで逆メサ方向と平行に交互に引き出され、発光中
心を通る順メサ方向及び逆メサ方向と平行な各直線に対
して発光ダイオード部２６がそれぞれ線対称となるよう
に発光中心にコンタクト２９がとられている。

ところで、本発明ではエツチングの方向によってエツチ
ング溝の形状に次のような差が生じる現象を利用してい
る。

一般に、閃亜鉛鉱型の■−ｖ族化合物半導体結晶にあっ
ては、化学エツチング速度やへき開方向に異方向性が強
く存在し、そのため、素子形成用単結晶ウェハとしては
、（１００）面ないしこれに近い面方位をも一つたもの
が用いられる。

例えば、第４図に示す如く、（１００）而を＜　０１１
＞方向およびこれと直角なく　ｏｉｌ＞方向にメサ・エ
ツチングすれば、それぞれのメサ角は＜　０１１＞方向
のものでは鋭角になるためこれを逆メサと呼び、この＜
　０１１＞方向ないしこれに近い方向を逆メサ方向と読
んでいる。反対に、メサ角が鈍角になる＜　０１１＞方
向のものを順メサと呼び、この＜　ＯＴ？＞方向ないし
これに近い方向を順メサ方向と読んでいる。

このようにエツチングに方向性があるため、第５図（ａ
＞、（ｂ）にそれぞれメサの断面図を示した如く、第５
図（ａ＞において逆メサ方向のエツチング部では蒸着金
属膜１７がメサの段差部で段切れを起こし、反対に第５
図（ｂ）において順メサ方向のエツチング部では蒸着金
属膜１７の段切れは起こらない。なお、第４図および第
５図中、１８は結晶基板、１つは絶縁膜である。

このため、本発明では通電用配線２８が横切るエツチン
グ溝２５ａを順メサ方向に形成している。

以上述べたように、発光ダイオード部の発光中心を通る
２つの直交線に対して発光ダイオード部がそれぞれ線対
称となるよう発光中心にコンタクト２９をとっているこ
とにより、発光ダイオード部の幅方向及び長さ方向の電
流密度が均一となり、光強度の対称性が良好となるため
、輝度パターンが非対称となることがない。

また、エツチングにより発光ダイオード部が島状に形成
され隣接する発光ダイオード部とは空間的に分離されて
いるため、発光ダイオード部から出た光が隣りの発光ダ
イオード部に分散することがなく、しかも発光ダ１域と
電極領域とが同様に分離されているため、発光ダイオー
ド部周辺の電極配線の幅を広くとることも、光昌が減少
することもない。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第３図に基づいて説明すれば
以下の通りである。

第１図に本発明の発光ダイオードアレイの上面図、第２
図に第１図のＩｒ−］Ｉａ矢視断面の斜視図を示す。

図中、２１はｐ型Ｇａ　Ａｓ　ｌ板、２２はエピタキシ
ャル成長させたｐ型Ｑａｌ−ｘＡβＸＡＳ層であり、そ
の混晶比Ｘの値はｘ　−０，１０〜０．３５程度の範囲
内で、これは希望する発光波長によって適宜窓められる
。２３はｐ型Ｑ　ａｌ−ｘＡＪ！　ｘ△５ＷＩ２２上に
エピタキシャル成長させたｎＰ！！Ｇａ１−ｙＡＲｙＡ
ｓ層であり、この混晶比ｙは、上記混晶比Ｘよりも高く
することによって、ｎ型Ｇａ１−ｘＡｐＸＡＳ層２２か
らの発光波長に対する光透過性と、このｎ型Ｇａ１−ｘ
Ａｊ！ｘ　Ａｓ　層２３からの電子の注入効率の増加お
よびｐ型（３ａｊ−ｘＡｉ’　Ｘ　Ａ　Ｓ層２２内に注
入された少数キトリアの閉じ込めを図っている。

２５はメサ・エツチング溝で、２５　ａ＊　２５　ａは
発光領域Ａとｆｆｉ極領域Ｂ、Ｂとをアイソレートする
ために順メサ方向に平行に２本引かれたエツチング溝で
あり、２５ｂ、２５ｂ・・・は゛電極領域Ｂ。

８間に形成された発光ｆｆｌ域Ａ内の発光ダイオード部
２６．２６・・・をアイソレートするために逆メサ方向
に等間隔で引かれたエツチング溝である。両エツチング
溝によって発光ダイオード部２Ｇは大きさも等しく、凹
凸なく一直線状に並ぶ。

２本のエツチング１Ｉ２５ａによってアイソレートされ
た両側の電極領域Ｂには、各発光ダイオード部２６に対
応する個別マイナス電極２７．２７・・・が金ｔｉｌ！
膜を蒸着することにより交互に形成されている。各個別
マイナス電極２７からは、順メサ方向のエツチング溝２
５ａ上を通って通電用配線２８．２８・・・が引き出さ
れ各発光ダイオード部２６上を乗り越えて反対側にまで
達している。順方向のエツチング溝上を通るので、通電
用配線はメサの段差部で段切れを起こして断線すること
がない。

また、発光ダイオード部上を乗り超えて反対側にまで達
している通電用間＄１２８は、発光面を損なわないよう
に発光ダイオード部２６の幅よりも狭い幅で、電極２７
から逆メサ方向に引き出され発光中心Ｃを通るようにな
っていや。発光ダイオード部２６と配線２８のコンタク
ト２９はその発光中心にとられている。したがって、発
光ダイオード部２６は、各コンタクト２９を通る中心線
β１に対しても、またこの直ｍｌ　１２　ｔと直角に交
わる直線Ｒ２，Ｊ’３・・・に対しても共に線対称とな
り、各発光ダイオード部２６の発光中心Ｃが中心線から
ずれないようにしである。

尚、通電用配線２８はコンタクト２つで止めても良い。

また、３０は、個別マイナス電１ｉ２７と通電用配線の
コンタクト２９以外のｎ型Ｇ　ａｌ−ｙＡ　１！　ｙＡ
ｓｆｆ１２３とを絶縁するために設けられたフオスホ・
シリケート・ガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ　）　Ｉｌｌ、３１は
ｐ型Ｑａ　Ａｓ基板２１の裏面に金属膜を全面蒸着さけ
て形成した共通プラス電極である。

ところで、個別マイナス電極２７を引き出し部で１字型
にしているが、これは１１の長さ当り発光ダイオード部
の本数を１６本とする微細加工をする場合にも、通電用
間ＦＡ２Ｂの断線を伴なうことなくワイヤボンディング
が容易に行なえるようにするためであり、対になってい
る２木の発光ダイオード部２６および発光ダイオード部
間の間隙に相当する幅程度の線幅をとり、ワイヤポンデ
ィングパッド部の幅を広くするためである。

さて上記構造において、個別マイナス電極２７と共通プ
ラス電極３１との間に電圧を印加して発光ダイオード部
２６に順方向電流を流せば、ｎ型Ｇａ１−ｙＡｊ！ｙ　
Ａｓ　ＦＵ２３から電子がｐ型Ｑ　ａｌ−ｘＡｉ’ｘＡ
ｓ層２２に注入されて発光再結合を起こし、光νはメサ
部から上方に放出される。

この場合において、通電用配線２８のコンタクト２９が
発光ダイオード部２６の発光中心Ｃにとられているため
、発光ダイオード部内の幅方向（順メサ方向）は勿論、
長さ方向（逆メサ方向）の電流密度も均一になり、光ν
の対称性がきわめて良好となる。

また、発光ダイオード部２６はメサ・エツチングにより
隣接する発光ダイオード部と空間的に分離されているた
め、ＰＮ接合部から出る光が隣接する発光ダイオードに
漏れるのが確実に防止でき、光強度の対称性も良好で特
性のばらつぎが少ない。

しかも、エツチングによる分離を採用しているため、従
来のような工程の複雑なＺｎ選択拡散技術を必要とせず
、簡単な工程で製造可能である。

なお、上記実施例では、基板結晶としてｐ型ＧａＡＳを
用いた場合を示したが、ｎ型ＱａＡｓを用いることも可
能で、ｎ型Ｑａ　Ａｓを用いた場合、共通電極側がマイ
ナス電極、個別電極側がプラス電極としても良く、この
ようにどちらにも設計できるため、駆動電流回路の選択
自由度が大きい。

また、ＧａＡＳ基板上に形成される混晶系も、ＧａＡｆ
ＡＳに限られるものではなく、その他の混晶系を用いて
もよい。

更に、上記実施例のように電橋２７を交互に配置したも
のに限らず、発光ダイオード部２６を２個対にしたもの
であれば、第３図のように背中合せになる形状のもので
も良い。即ち、発光領域へに形成された相隣接する２μ
ｍの発光ダイオード部２６を一対とし、これら発光ダイ
オード部２６へ通電用配線２８を引き出で両電極領域Ｂ
に形成されたｆｆ１１４３２が発光ダイオード部２６の
発光中心Ｃを結ぶ発光中心線２１に対して線対称に設け
られる。しかも、その電極幅が２個の発光ダイオード部
２６の幅と両発光ダイオード部２６を仕切るエツチング
溝幅を加えた幅に形成したものである。

なお、以上述べたいずれの実施例においても、発光ダイ
オード部上を横切る通電用配線として透明導電性電橋を
用いれば発光面積を更に大きく取れるというメリットが
ある。

［実験例］ ｚｎドープ、キャリア濃度２Ｘ　１０１９Ｃ１ｌｌ−’
Ｆある厚さ３５０１１ｍのｐ型Ｇａ　ＡＳ　基板の（１
００）表面に液相エピタキシャル成長により、キャリア
濃度Ｇ−３ ５ｘ１０　　ｃｍ　　のｐ型Ｇ　ａ　０．＋１△ｉ’。

、、Ａｓｌを２０μｍ自′ｒ−３ およびキャリア濃度２ｘｌＯｃｒｔｔ　　のｎ型Ｇａ０
゜Ａβ。、、△５ｌｌｌを３μｍ順次成長さけた。

この表面をメサ・エツチングして、（１００）而に対し
て順メサ方向である＜　０１１＞方向のエツチング溝を
２本設け、その＜　ｏｉｌ＞方向に垂直な逆メサ方向で
ある＜　０１１＞方向のエツチング溝を２本の順メサ・
エツチング溝間に設けた。よって、これらメサ・エツチ
ング溝により、＜　０１１＞方向に一列に並ぶ発光ダイ
オード部が形成されたことになる。なお、それぞれのメ
サ・エツチング溝の深さを５μｍとした。

次に全表面を慣うようにＰＳＧ！０を０．２μｍ成長さ
せ、その後各発光ダイオード部のコンタクトとなる個所
のＰＳＧ膜をフッ酸により除去した。

ＰＳＧ膜上には、個別マイナス電極から各発光ダイオー
ド部のコンタクトへ順メサ方向のエツチング溝上を通っ
て通電用配線が引き出されるよう、金−ゲルマニウム合
金／ニッケル／金の金属膜を蒸着し、その厚さをそれぞ
れ０．１μｍ　／　０．０２μｍ　／　０．５μｍした
。

基板の裏面全体には共通プラス電極どして厚さがそれぞ
れＯｙ１μｍ　／　０．０２　μＩ１１／　０．５（ｔ
ｍである金−亜ＩＱ／ニッケル／金の金ＩｉＩ膜を蒸着
した。

これにより、発光ダイオード部は、１１１ｍ当り１６個
の割り合いで形成され、１．６ＩＩＩＩ１１×８１のチ
ップ中に　１２８１１１１１の発光ダイオード部を形成
することができた。

このメサ型モノリシック発光ダイオードアレイの立上り
電圧は１．ＧＶで、順方向２．ＯＶにおいて１０ＩＩＡ
以上、逆耐圧が７．ＧＶ以上、発光波長・は８００ｎｍ
で一列に並ぶ発光ダイオードの発光輝度は対称であった
。

又、順メサ方向のエツチング上に金属膜が蒸着されてい
るため、第５図（ｂ）に示したように段切れが生ずるこ
とがなく、歩留り　１００％で２，０００時間使用後も
断線することのないメサ型モノリシック発光ダイオード
を得ることができた。

［ｎ明の効果］ 以上要するに本発明よれば次のような浸れた効果を発揮
する。

（１）　　発光ダイオード部の発光中心にコンタクトを
とり、コンタクトを通る直線に対して発光ダイオード部
を線対称としたことにより、光強度の対称性が良好とな
って、ｒｉａパターンの対称性を可及的に向上させるこ
とができる。

その結果、ライン状で均一なプリントが可能となる。

（２）　　電極領域と発光領域のみならず、発光領域中
の発光ダイオード部同士も空間的に分離したことにより
、電極配線の幅を広くすることな（光の分散を抑えるこ
とができ、発光強度が大幅に高まり、高解像度用にも充
分耐えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発光ダイオードアレイの一実施例を示
す上面図、第２図は第１図のＩＩ−ＩＦ線矢視断面斜視
図、第３図は本発明の発光ダイオードアレイの他の一実
施例を示す上面図、第４図は結晶のエツチング態様を示
す斜視図、第５図は結晶のメサ・エツチング状態を示す
断面図、第６図は発光ダイオードアレイを光源とするプ
リンタの概略構成図、第７図は第６図の光書込みヘッド
の概略構成図、第８図は従来の発光ダイオードアレイを
構成する発光ダイオード部の断面図、第９図は同じく発
光ダイオードアレイの電極配線図、第１０図は同じく発
光強度分布を示すプロフィール図である。 図中、２１は基板、２２はｐ層としてのｎ型Ｇａ１−ｘ
ＡＲｘ　Ａｓ　’１４．２３はＮ層としてのｎ型Ｇａ１
−ｙＡ　Ｒｙ　Ａｓ　ＩＩり、２５はメサ、１ツヂ＞’
ｊ溝、２５ａは順メサ方向のエツチング溝、２５ｂは逆
メサ方向のエツチング溝、２６は発光ダイオード部、２
７は電極、２８は通電用配線、２９はコンタクト、３２
は雪掻、Ｃは発光中心、２１は発光中心を通る順メサ方
向と平行な直線、２２は発光中心を通る逆メサ方向と平
行な直線、Ａは発光領域、Ｂ（まｔ電極領域である。 図面の浄書１内容に変更なし） 第１図 ２１：基ｑ更 〜２３ 第２図 第４図 第５図 盗−−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＰＮ層を積層した基板表面に順メサ方向のエッチ
   ング溝を平行に設けて中央に形成される発光領域とこの
   両側に形成される電極領域とを分離し、中央の発光領域
   に逆メサ方向のエッチング溝を等間隔に設けて順メサ方
   向に一直線状に並んだ島状の発光ダイオード部を形成し
   、各発光ダイオード部へ通電するための電極を発光領域
   の両側の電極領域に形成すると共に、これら電極から各
   発光ダイオード部の少なくとも発光中心まで逆メサ方向
   と平行で発光ダイオード部の順メサ方向の幅よりも狭い
   通電用配線を交互に引き出し、発光中心を通る順メサ方
   向及び逆メサ方向と平行な各直線に対して発光ダイオー
   ド部がそれぞ線対称となるように発光中心にコンタクト
   をとったことを特徴とする発光ダイオードアレイ。
2. （２）上記発光領域に形成された相隣接する２個の発光
   ダイオード部を一対とし、これら発光ダイオード部へ通
   電用配線を引き出す上記両電極領域に形成された電極が
   発光ダイオード部の発光中心を結ぶ発光中心線に対して
   線対称に設けられ、且つその電極幅が２個の発光ダイオ
   ード部の幅と両発光ダイオード部を仕切るエッチング溝
   幅を加えた幅に形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の発光ダイオードアレイ。