JPH10335696A - 発光ダイオードアレイ - Google Patents

発光ダイオードアレイ

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JPH10335696A
JPH10335696A JP14145297A JP14145297A JPH10335696A JP H10335696 A JPH10335696 A JP H10335696A JP 14145297 A JP14145297 A JP 14145297A JP 14145297 A JP14145297 A JP 14145297A JP H10335696 A JPH10335696 A JP H10335696A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来例の発光ダイオードアレイでは、電流拡
散層55が発光させたくない領域にも存在しており、
1)発光駆動電流が電流拡散層を介して広がり、発光さ
せたくない領域が発光し、2)電流拡散層が光ガイドと
して作用して、発光させたくない領域も発光するという
問題があった。 【解決手段】 第1導電型の基板上に複数個の発光エレ
メントがほぼ直線状に配置されてなり、前記各発光エレ
メントは少なくとも、前記基板上に順次積層される第1
導電型のクラッド層と、((AlxGa1-xyIn1-y
(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる活性層と、第2導
電型のクラッド層と、第2導電型の電流拡散層とを有
し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部は互いに
電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイにおい
て、前記隣り合う第2導電型の電流拡散層はメサエッチ
ングにより互いに物理的に孤立分離されてなることを特
徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードア
レイに関し、特にプリンタヘッドやカメラ等のデータバ
ック用等に用いられる発光ダイオードアレイ及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例の発光ダイオードアレイ及びその
製造方法の技術について、例えば、特開平8−6486
4号公報、発明の名称:発光ダイオードアレイ及びその
製造方法、出願人:シャープ株式会社、があり、これを
図3〜図5に示す。
【0003】図3は従来例の発光ダイオードアレイの上
面図であり、図4(a)及び(b)はそれぞれ、図3の
各発光ダイオード単体の上面図及び図4(a)のX−Y
線断面図、図5は図3の部分斜視図である。図4(a)
及び(b)において、従来例の発光ダイオードアレイ
は、n型GaAs基板50上に、n型GaAsバッファ
ー層51、n型Al0.5In0.5Pクラッド層52、アン
ドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活性層53、p
型Al0.5In0.5Pクラッド層54、Al0.7Ga0.3
s層電流拡散層55がMOCVD法により積層されてい
る。
【0004】その後、プラズマCVD法により、絶縁膜
のSiNx膜をAl0.7Ga0.3As電流拡散層55上に
形成し、フォトリソグラフィー及びバッファードフッ酸
によるエッチングによりボンディングパッド下に電流が
注入されることを防止するための絶縁膜56が形成され
ている。57はp型電極であり、Ti/AuZn系の材
料が用いられている。58はn型電極であり、AuGe
/Ni系の材料が用いられている。59はボンディング
パッドであり、p型電極57の上にTi/Auをスパッ
タして形成されたものである。赤色発光領域は主とし
て、Al0.7Ga0.3As電流拡散層55の形状に発光す
る。
【0005】図3は各発光ダイオード単体の上面図であ
り、53はアンドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5
活性層、55はAl0.7Ga0.3As層電流拡散層、57
はp型電極、59はボンディングパッドである。図3で
は、赤色発光領域の形状となる電流拡散層55の7個の
アレイが示されている。
【0006】図5は発光ダイオードアレイの部分斜視図
であり、50はn型GaAs基板、51はn型GaAs
バッファー層、52はn型Al0.5In0.5Pクラッド
層、53はアンドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5
活性層、54はp型Al0.5In0.5Pクラッド層、55
はAl0.7Ga0.3As層電流拡散層、56は絶縁膜、5
7はp型電極、59はボンディングパッドである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の方法では、電流拡散層55が発光させたくない領域に
も存在しており、以下に示すような問題点があった。 1)発光駆動電流が電流拡散層を介して広がり発光させ
たくない領域が発光し、 2)電流拡散層が光ガイドとして作用して発光させたく
ない領域が発光するという問題が発生し、発光ダイオー
ドアレイの発光点が滲むという問題が発生していた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
発光ダイオードアレイは、第1導電型の基板上に複数個
の発光エレメントがほぼ直線状に配置されてなり、前記
各発光エレメントは少なくとも、前記基板上に順次積層
される第1導電型のクラッド層と、((AlxGa1-x
yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる活性層
と、第2導電型のクラッド層と、第2導電型の電流拡散
層とを有し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部
は互いに電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイ
において、前記隣り合う第2導電型の電流拡散層はメサ
エッチングにより互いに物理的に孤立分離されてなるこ
とを特徴とするものである。
【0009】また、請求項2記載の発光ダイオードアレ
イは、前記電流拡散層は設計された発光領域においての
み配設されてなることを特徴とするものである。
【0010】また、請求項3記載の発光ダイオードアレ
イは、前記第2導電型の電流拡散層からの電極の上に配
設される電極パッドを、前記活性層または前記第2導電
型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散層から
の電極を介在せしめて配設されてなることを特徴とする
ものである。
【0011】さらに、請求項4記載の発光ダイオードア
レイは、前記第2導電型の電流拡散層の側壁面に該電流
拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記
電流拡散層からの発光を遮光することを特徴とするもの
である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面に従って、詳細に説明
する。図1(a)は本発明の一実施例による発光ダイオ
ードアレイの上面図、図1(b)は図1(a)の各発光
ダイオード単体の上面図、図1(c)は図1(b)のA
−B線断面図、図2(a)は本発明の他の一実施例によ
る発光ダイオードアレイの各発光ダイオード単体の上面
図、図2(b)は図2(a)のC−D線断面図である。
【0013】図1(b)及び(c)において、本発明の
一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイは、第1導
電型であるn型GaAs基板10上に、第1導電型であ
るn型(n=5×1017cm-3)GaAsバッファー層
11、第1導電型であるn型(n=5×1017cm-3
Al0.5In0.5Pクラッド層12、アンドープ(Al
0.3Ga0.70.5In0.5P活性層13、第2導電型であ
るp型(p=3×1017cm-3)Al0.5In0.5Pクラ
ッド層14、第2導電型であるAl0.7Ga0.3As電流
拡散層15をMOCVD法により積層する。各層の厚み
は、例えば、層11から層15にかけて、例えば、0.
5μm、1μm、0.6μm、1μm、3μmである。
【0014】次に、フォトリソグラフィー及び硫酸:過
酸化水素系エッチャント、熱リン酸により、p型Al
0.5In0.5Pクラッド層14またはアンドープ(Al
0.3Ga0.70.5In0.5P活性層13に達するまでAl
0.7Ga0.3As電流拡散層15のメサエッチングを行う
ことにより、隣り合う各発光エレメントの第2導電型の
電流拡散層15はお互いに物理的に孤立分離されてなる
状態となり、図1(c)の断面図に示される発光ダイオ
ードアレイが得られる。また、メサエッチングの程度が
深い程、即ち、活性層13に達するまでメサエッチング
をする方が、電気的にまた光学的によく分離されること
となるが、p型Al0.5In0.5Pクラッド層14に達す
る程度のメサエッチングで、実用上は十分である。
【0015】その後、プラズマCVD法により、絶縁膜
のSiNx膜16をメサ状のAl0.7Ga0.3As電流拡
散層15上に形成し、フォトリソグラフィー及びバッフ
ァードフッ酸によるエッチングにより絶縁膜のパターニ
ングを行う。絶縁膜16は、図1(c)に示されるよう
に、メサエッチングされた電流拡散層15の上面の稜線
近傍及び側壁面と、p型Al0.5In0.5Pクラッド層1
4またはアンドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活
性層13の表面を覆うように形成される。
【0016】次に、このパターニングされた絶縁膜16
の上に、Ti/AuZnをp側からスパッタし、フォト
リソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸に
よるエッチングをした後、熱処理を施し、p型電極17
を形成する。
【0017】そして、第1導電型であるn型GaAs基
板10上に、AuGe/Niを蒸着し、熱処理を施しn
側電極19を形成する。さらに、p側からTi/Auを
スパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチ
ャント、希フッ酸による化学エッチングによりボンディ
ングパッド(電極パッド)18を形成する。
【0018】また、ボンディングパッド18及びp型電
極17の下には、p型Al0.5In0.5Pクラッド層14
が残存しているため、たとえ絶縁膜16にピンホールが
発生しても、PN接合を介さないリーク電流は発生せ
ず、従って電気的特性不良とはならない構造である。さ
らに、電流拡散層15に比較して、p型Al0.5In0.5
Pクラッド層14は抵抗が高いため、注入された電流は
電流拡散層15の下部のPN接合部にのみ流れ、電極パ
ッド18の下部のp型Al0.5In0.5Pクラッド層14
の領域ではほとんど発光は起こらず、譬え発光したとし
ても、電極パッド18により遮光され、電極パッド周辺
からの光漏れ不良の発生を防止することができる。
【0019】電極パッド18は、図1(c)の断面図に
明示されるように、活性層13または第2導電型のクラ
ッド層14に接する絶縁膜16の上に電流拡散層15か
らの電極17を介させて配設されており、活性層13ま
たは第2導電型のクラッド層14からの光(発光領域か
らの発光)を遮光する作用をしている。波長590nm
程度の赤色発光は主として、メサエッチングされたAl
0.7Ga0.3As電流拡散層15の形状(およそ、40μ
m〜100μm角程度)の発光領域で発光する。
【0020】図1(a)は発光ダイオードアレイの上面
図であり、13はアンドープ(Al0.3Ga0.70.5
0.5P活性層、15はAl0.7Ga0.3As電流拡散
層、17はp型電極、18はボンディングパッドであ
る。図1(a)では、赤色発光領域の形状となる電流拡
散層15の7個のアレイが示されている。
【0021】以上のようにして得られた本発明の一実施
の形態よりなるモノリシック発光ダイオードアレイは、
発光層に直接遷移型の(Al0.3Ga0.70.5In0.5
を用い、且つメサエッチングされた電流拡散層を用いる
ことにより、発光効率を上げることができる。さらに、
電流拡散層15をメサ状とすることにより、1つの発光
エレメントに注入される電流が、他の発光エレメントに
回り込むことがないのは勿論のこと、発光領域の発光点
にみの集中して流れることになり、鮮明な、切れの良い
発光点を得ることができる。また、電流拡散層15が光
ガイドとなって、発光部領域以外の半導体層に広がるこ
とをも防止する作用もしている。
【0022】また、図1の発光層として、アンドープの
(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活性層を用いたが、必
要に応じて、P型活性層やN型活性層を用いてもよいこ
とは当然である。
【0023】図2は本発明の他の一実施例による発光ダ
イオードアレイであり、電流拡散層の側壁面に電流拡散
層の表面からの金属電極を延在することにより電流拡散
層からの発光が他の半導体層に伝搬することを防止する
構造に関するものである。図2(a)は本発明の他の一
実施例による発光ダイオードアレイの各発光ダイオード
単体の上面図、図2(b)は図2(a)のC−D線断面
図である。
【0024】図2(b)において、本発明の一実施の形
態よりなる発光ダイオードアレイは、第1導電型である
n型GaAs基板10上に、第1導電型であるn型(n
=5×1017cm-3)GaAsバッファー層11、第1
導電型であるn型(n=5×1017cm-3)Al0.5
0.5Pクラッド層12、アンドープ(Al0.3
0.70.5In0.5P活性層13、第2導電型であるp
型(p=3×1017cm-3)Al0.5In0.5Pクラッド
層14、第2導電型であるAl0.7Ga0.3As電流拡散
層15をMOCVD法により積層する。各層の厚みは、
例えば、層11から層15にかけて、例えば、0.5μ
m、1μm、0.6μm、1μm、3μmである。
【0025】次に、フォトリソグラフィー及び硫酸:過
酸化水素系エッチャント、熱リン酸により、p型Al
0.5In0.5Pクラッド層14またはアンドープ(Al
0.3Ga0.70.5In0.5P活性層13に達するまでAl
0.7Ga0.3As電流拡散層15のメサエッチングを行う
ことにより、隣り合う各発光エレメントの第2導電型の
電流拡散層15はお互いに物理的に孤立分離されてなる
状態となり、図2(b)の断面図に示される発光ダイオ
ードアレイが得られる。
【0026】その後、プラズマCVD法により、絶縁膜
のSiNx膜16をメサ状のAl0.7Ga0.3As電流拡
散層15上に形成し、フォトリソグラフィー及びバッフ
ァードフッ酸によるエッチングにより絶縁膜のパターニ
ングを行う。絶縁膜16は、図2(b)に示されるよう
に、メサエッチングされた電流拡散層15の上面の稜線
近傍及び側壁面と、p型Al0.5In0.5Pクラッド層1
4またはアンドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活
性層13の表面を覆うように形成される。
【0027】次に、このパターニングされた絶縁膜16
の上に、Ti/AuZnをp側からスパッタし、フォト
リソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸に
よるエッチングをした後、熱処理を施し、p型電極20
を形成する。図1で説明したp型電極17と異なる点
は、p型電極20の形状が、図2(a)に示されるよう
に、電流拡散層15の側壁面に電流拡散層の表面からの
金属電極を配設することにより電流拡散層からの発光が
他の半導体層に伝搬することを防止する構造形状になっ
ている点である。
【0028】そして、第1導電型であるn型GaAs基
板10上に、AuGe/Niを蒸着し、熱処理を施しn
側電極19を形成する。さらに、p側からTi/Auを
スパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチ
ャント、希フッ酸による化学エッチングによりボンディ
ングパッド(電極パッド)18を形成する。
【0029】以上のようにして得られた本発明の他の一
実施の形態よりなるモノリシック発光ダイオードアレイ
は、電流拡散層15をメサ状とし、且つ電流拡散層15
の側壁面に電流拡散層の表面からの金属電極を配設する
ことにより、電流拡散層の側壁面からの発光を遮光する
ことができる。その結果、より鮮明な、切れの良い発光
点を得ることができる。
【0030】また、図1または図2の発光層として、ア
ンドープの(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活性層を用
いて説明したが、必要に応じて、P型活性層やN型活性
層を用いてもよいことは当然である。さらに、他の発光
ダイオードアレイの構造として、第1導電型であるn型
(n=5×1017cm-3)GaAsバッファー層11と
第1導電型であるn型(n=5×1017cm-3)Al
0.5In0.5Pクラッド層12との間に、n型(n=5×
1017cm-3)Al0.5In0.5Pとn型(n=5×10
17cm-3)(Al0.4Ga0.60.5In0.5Pの20ペア
の多層反射膜を介在させて、発光効率を高めることもで
きる。
【0031】次に、電流拡散層の側壁面の傾斜について
説明する。例えば、MOCVDの成長時の基板ウエハ1
0の面方位として、オフアングルが{100}面から
{111}面方向に振られている場合、<110>方向
に矩形の電極の辺が平行となると、特に一方向に著しく
なだらかな斜面が発生するので、図2の一実施の形態よ
りなる発光ダイオードアレイの場合に適用することがで
きる。また、発光素子のパターンによっては、上記のよ
うな配置設計が無理な場合がある。その時は、<110
>方向に矩形の電極の辺が平行とならないよう、例えば
<100>方向と平行になるように発光領域をパターニ
ングすることで緩和することができる。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1記載の
発光ダイオードアレイによれば、第1導電型の基板上に
複数個の発光エレメントがほぼ直線状に配置されてな
り、前記各発光エレメントは少なくとも、前記基板上に
順次積層される第1導電型のクラッド層と、((Alx
Ga1-xyIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)から
なる活性層と、第2導電型のクラッド層と、第2導電型
の電流拡散層とを有し、且つ前記隣り合う発光エレメン
トの発光部は互いに電気的に分離されてなる発光ダイオ
ードアレイにおいて、前記隣り合う第2導電型の電流拡
散層はメサエッチングにより互いに物理的に孤立分離さ
れてなることを特徴とするものであり、発光層に直接遷
移型の(Al0.3Ga0.70.5In0.5Pを用い、且つメ
サエッチングされた電流拡散層を用いることにより、発
光効率(外部発光効率)を上げることができ、1つの発
光エレメントに注入される電流が、他の発光エレメント
に回り込むことがないのは勿論のこと、発光領域の発光
点にみの集中して流れることになり、鮮明な、切れの良
い発光点を得ることができる。
【0033】また、請求項2記載の発光ダイオードアレ
イによれば、前記電流拡散層は設計された発光領域にお
いてのみ配設されてなることを特徴とするものであり、
電流拡散層が光ガイドとなって、発光部領域以外の半導
体層に広がることをも防止し、鮮明な、切れの良い発光
点を得ることができる。
【0034】また、請求項3記載の発光ダイオードアレ
イによれば、前記第2導電型の電流拡散層からの電極の
上に配設される電極パッドを、前記活性層または前記第
2導電型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散
層からの電極を介在せしめて配設されてなることを特徴
とするものであり、電極パッド下部のp型Al0.5In
0.5Pクラッド層の領域で譬え発光したとしても、電極
パッドにより遮光され、電極パッドボンディング周辺か
らの光漏れ不良の発生を防止することができる。
【0035】さらに、請求項4記載の発光ダイオードア
レイは、前記第2導電型の電流拡散層の側壁面に該電流
拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記
電流拡散層からの発光を遮光することを特徴とするもの
であり、電流拡散層からの発光が他の半導体層に伝搬す
ることを防止し、より鮮明な、切れの良い発光点を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態よりなる発光ダイオード
アレイを説明する図であり、(a)は発光ダイオードア
レイの上面図であり、(b)は(a)の各発光ダイオー
ド単体の上面図であり、(c)は(b)のA−B線断面
図である。
【図2】本発明の他の一実施の形態よりなる発光ダイオ
ードアレイを説明する図であり、(a)は各発光ダイオ
ード単体の上面図であり、(b)は(a)のC−D線断
面図である。
【図3】従来例の発光ダイオードアレイを説明する上面
図である。
【図4】(a)は従来例の発光ダイオードアレイを説明
する図3の各発光ダイオード単体の上面図であり、
(b)は(a)のX−Y線断面図である。
【図5】従来例の発光ダイオードアレイを説明する図3
の部分斜視図である。
【符号の説明】
10 第1導電型であるn型GaAs基板 11 第1導電型であるn型GaAsバッファー層 12 第1導電型であるn型Al0.5In0.5Pクラッド
層 13 アンドープ(Al0.3Ga0.70.5In0.5P活性
層 14 第2導電型であるp型Al0.5In0.5Pクラッド
層 15 第2導電型であるAl0.7Ga0.3As電流拡散層 16 絶縁膜 17 p型電極 18 ボンディングパッド(電極パッド) 19 n側電極 20 p型電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の基板上に複数個の発光エレ
    メントがほぼ直線状に配置されてなり、前記各発光エレ
    メントは少なくとも、前記基板上に順次積層される第1
    導電型のクラッド層と、((AlxGa1-xyIn1-y
    (0≦x≦1、0≦y≦1)からなる活性層と、第2導
    電型のクラッド層と、第2導電型の電流拡散層とを有
    し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部は互いに
    電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイにおい
    て、前記隣り合う第2導電型の電流拡散層はメサエッチ
    ングにより互いに物理的に孤立分離されてなることを特
    徴とする発光ダイオードアレイ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の発光ダイオードアレイに
    おいて、前記電流拡散層は設計された発光領域において
    のみ配設されてなることを特徴とする発光ダイオードア
    レイ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の発光ダイオードアレイに
    おいて、前記第2導電型の電流拡散層からの電極の上に
    配設される電極パッドは、前記活性層または前記第2導
    電型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散層か
    らの電極を介在せしめて配設されてなることを特徴とす
    る発光ダイオードアレイ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の発光ダイオードアレイに
    おいて、前記第2導電型の電流拡散層の側壁面に該電流
    拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記
    電流拡散層からの発光を遮光することを特徴とする発光
    ダイオードアレイ。
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