(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き延ばした延在部の上に他方電極を形成して成る発光素子を複数個配列し、これら発光素子の各一方電極を共通に通電させる電極パッドを配設して発光素子群と成し、さらに複数の発光素子群をアレイ状に配列し、かつ一方の発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、他方の発光素子群の発光素子との間にて、その電極間隔が同じになるように各他方電極間を電気的に接続せしめたＬＥＤアレイであって、一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の延在部に対し、前記発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が長くなるにしたがって、その幅を広くするとともに、線対称にパターン形成し、さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群とを交互に繰り返し配列して成ることを特徴とするＬＥＤアレイ。
【請求項２】
前記一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の隣接する発光素子の延在部を一体化したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置に関し、特にページプリンター用感光ドラムの露光用光源などに用いられるプリンター用に適したＬＥＤアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプリンター用ＬＥＤアレイを図３〜図５に示す。
図３は１つのＬＥＤの断面図、図４はプリンター用ＬＥＤアレイ平面図、また、図５は他のプリンター用ＬＥＤアレイの平面図である。
【０００３】
図３に示すＬＥＤにおいて、２１は高抵抗シリコン基板であり、高抵抗シリコン基板２１の上に一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３とを順次積層している。２４は個別電極、２５は共通電極、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。
【０００４】
そして、逆導電型半導体層２３を一導電型半導体層２２よりも小さな面積となるように設けると共に、この一導電型半導体層２２の露出部に共通電極２５を接続して設け、また、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。
【０００５】
また、図４に示すプリンター用ＬＥＤアレイによれば、上記構成のＬＥＤ(発光素子)を複数個配列したものであり、逆導電型半導体層２３上に接続された電極２線分を１つのパッドPにまとめて、従来の２分の１の数のパッドにしている。共通電極２５（２５ａ〜２５ｄ）は隣接する発光素子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、そのために電極パッドDが設けられている。隣接する２個の発光素子が一単位となって、双方は同じ個別電極２４に接続されている。
【０００６】
このようなＬＥＤアレイでは、個別電極２４と共通電極２５（２５ａ〜２５ｄ）の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光素子を選択的に発光させている。
【０００７】
また、図５に示すプリンター用ＬＥＤアレイにおいては、逆導電型半導体層２３上に接続された個別電極２４を４線分でもって１つの電極パッドPにまとめることにより従来の４分の１の数にしている。しかも、すべての電極パッドPをＬＥＤアレイの一方側に配列している。
【０００８】
共通電極２５（２５ａ〜２５ｄ）は隣接する発光素子ごとに異なる群に属するように４群に分けて接続して設けられ、そのために電極パッドDが設けられている。
【０００９】
そして、このＬＥＤアレイにおいても、同様に個別電極２４と共通電極２５（２５ａ〜２５ｄ）の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各ＬＥＤを選択的に発光させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すようなプリンター用ＬＥＤアレイによれば、ＬＥＤアレイの内側に配列される共通電極２５ａ、２５ｃと、外側に配列される共通電極２５ｂ、２５ｄに分けられたことで、外側の共通電極２５ｂと共通電極２５ｄでもって接続される一導電型半導体層２２とのコンタクト位置は、内側の共通電極２５ａ、２５ｃでもって接続される一導電型半導体層２２とのコンタクト位置と対比するに、逆導電型半導体層２３からより遠距離になり、一導電型半導体層２２を電流がより長距離流れなければならず、その結果、駆動電圧が大きくなっていた。
【００１１】
しかしながら、ＬＥＤ（発光素子）を駆動させるＩＣは、所定の電圧値を超えると定電流を供給できなくなり、その値もばらつくという欠点があり、そのために、発光素子の駆動電圧にばらつきがあると、供給する電流がばらつき、これに起因して各発光素子間にて発光強度がばらつくという問題があった。
【００１２】
したがって本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は各発光素子の間にて駆動電圧値のばらつきを小さくしたり、無くすことで、各発光素子間にて発光強度を均等にし、これによって高品質なＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的はページプリンター用感光ドラムの露光用光源などに用いられるプリンター用に好適なＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のＬＥＤアレイは、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き延ばした延在部の上に他方電極を形成して成る発光素子を複数個配列し、これら発光素子の各一方電極を共通に通電させる電極パッドを配設して発光素子群と成し、さらに複数の発光素子群をアレイ状に配列し、かつ一方の発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、他方の発光素子群の発光素子との間にて、その電極間隔が同じになるように各他方電極間を電気的に接続せしめ、そして、一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の延在部に対し、前記発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が長くなるにしたがって、その幅を広くするとともに、線対称にパターン形成し、さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群とを交互に繰り返し配列して成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他のＬＥＤアレイは、上記一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の隣接する発光素子の延在部を一体化したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１と図２により詳細に説明する。
図１は本発明のＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤ（発光素子）の断面概略図であり、図２は本発明のプリンター用のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すＬＥＤにおいては、１は高抵抗シリコン基板であり、高抵抗シリコン基板１の上に一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とを順次積層している。４は前記一方電極である個別電極、５は前記他方電極である共通電極、６は窒化シリコン膜などから成る保護膜であり、個別電極４と共通電極５は保護膜６が被覆されていない領域に形成される。
【００１８】
このように積層構成において、逆導電型半導体層３を一導電型半導体層２よりも小さな面積となるように設けると共に、一導電型半導体層２を引き延ばした延在部７の上に共通電極５を接続して設けている。
【００１９】
高抵抗シリコン基板１には、高抵抗シリコン単結晶でもって構成するのがよく、特にその（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適である。
【００２０】
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、電子注入層２ｃにて構成される。
【００２１】
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０．１〜４μｍ程度の厚みに形成され、電子注入層２ｃは０．２〜４μｍ程度の厚みに形成される。
【００２２】
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。
【００２３】
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１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、電子注入層２ｃも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。
【００２４】
バッファ層２ａは高抵抗シリコン基板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、半導体不純物は必須不可欠ではなく、含有させなくてもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは０．２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層３ｃは膜厚ｄ０．０１μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。
【００２７】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂはアルミニウムガリウム砒素などから成り、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。
【００２８】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂおよびオーミックコンタクト抵抗低減層３ｃは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を出すために、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。
【００２９】
発光層３ａおよび第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１×１０16〜１０21ａｔｏｍｓ／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１×１０19〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００３０】
保護膜６は窒化シリコンなどから成り、厚み３０００Å程度に形成される。
【００３１】
個別電極４と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００３２】
上記構成のＬＥＤアレイにおいては、図２に示すように４個の発光素子を並べて、それらの個別電極４を共通に通電させる電極パッド８を配設して発光素子群と成し、さらに複数の発光素子群をアレイ状に配列している。
【００３３】
同図においては、図１に示す発光素子を矩形状の一導電型半導体層２と矩形状の逆導電型半導体層３との重ね合わせ構造でもって示す。
【００３４】
各逆導電型半導体層３の延在部７には、共通電極５を接続するが、その接続部は図中、コンタクト部として示す。共通電極５を他の発光素子に延ばすに当たっては、保護膜６の上をまたがって形成すればよい。
【００３５】
発光素子群においては、各発光素子間において逆導電型半導体層３の延在部７における共通電極５に至る電極間隔Ｓが異なる。そして、他方の発光素子群の発光素子との間にて、その電極間隔Ｓが同じになるように各共通電極５との間を電気的に接続している。
【００３６】
さらに本発明においては、発光素子の延在部７における共通電極５に至る電極間隔Ｓが長くなるにしたがって、その幅を広くし、これによって各発光素子ごとの駆動電圧を一定にする。すなわち、電極間隔Ｓが大きくなると、電気的抵抗が増大し、駆動電圧が大きくなるが、電極間隔Ｓの幅を広くすることで、電気的抵抗の増大が抑制され、小さくなることで、駆動電圧の増大も抑えられる。
【００３７】
本例においては、図２に示すように４個の発光素子を並べて、それらの個別電極４を共通に通電させる電極パッド８を配設して一方の発光素子群と成し、そして、そのような構成の他方の発光素子群との間にて、線対称にパターン形成している。
【００３８】
このように４個の発光素子の一方の発光素子群と、４個の発光素子の他方の発光素子群とを組み合わせて、８個の発光素子を単位にして繰り返すことで、もっとも延在部が長い発光素子（ＬＥＤ）の駆動電圧が律速とならないように全体の駆動電圧を小さくすることができた。
【００３９】
また、本発明においては、図２に示すように一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の隣接する発光素子の延在部を一体化してもよく、これによって、その延在部が共有化されるので、電極間隔Ｓの幅がさらに広くなり、電気的抵抗の増大が抑制される。そのために、発光素子の延在部７における共通電極５に至る電極間隔Ｓが長くなっても、その長さをある程度短くすることができ、その結果、その占有スペースが小さくなり、小型化を達成することができる。
【００４０】
（プリンター用ＬＥＤアレイの製造方法）
次に、上述のようなプリンター用ＬＥＤアレイの製造方法を説明する。
まず、高抵抗シリコン単結晶からなる高抵抗シリコン基板１の上に、一導電型半導体層２および逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００４１】
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、その後、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。
【００４２】
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）、ＤＭＺ（（ＣＨ3 ）2 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。
【００４３】
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。
【００４４】
その後、一導電型半導体層２の一端部側の一部が露出し、且つこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するように逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングする。こ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。
【００４５】
しかる後に、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。
【００４６】
最後に、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ことにより完成する。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等は何ら差し支えない。
【００４８】
たとえば、本例では４個の発光素子でもって発光素子群としたが、５個、６個あるいはそれ以上の発光素子数にて発光素子群としてもよい。
【００４９】
また、本例では図２に示すように一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の隣接する発光素子の延在部を一体化しているが、そのように一体化しなくても別個に延在部を形成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＬＥＤアレイによれば、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き延ばした延在部の上に他方電極を形成して成る発光素子を複数個配列し、これら発光素子の各一方電極を共通に通電させる電極パッドを配設して発光素子群と成し、さらに複数の発光素子群をアレイ状に配列し、かつ一方の発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、他方の発光素子群の発光素子との間にて、その電極間隔が同じになるように各他方電極間を電気的に接続せしめ、そして、一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の延在部に対し、前記発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が長くなるにしたがって、その幅を広くするとともに、線対称にパターン形成し、さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群とを交互に繰り返し配列して成ることで、各発光素子の間にて駆動電圧値のばらつきを小さくしたり、無くすことができ、これにより、各発光素子間にて発光強度が均等になり、その結果、高品質かつ高信頼性のＬＥＤアレイが提供できた。
【００５１】
また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、一方の発光素子群と他方の発光素子群との双方の隣接する発光素子の延在部を一体化したことで、発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が長くなっても、その長さをある程度短くすることができ、その結果、その占有スペースが小さくなり、小型化を達成することができた。
【００５２】
さらにまた、本発明によれば、各発光素子間にて発光強度が均等になったことで、ページプリンター用感光ドラムの露光用光源などに用いられるプリンター用に好適なＬＥＤアレイが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤアレイを成す発光素子の概略断面図である。
【図２】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図３】従来のＬＥＤアレイを成す発光素子の概略断面図である。
【図４】従来のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の他のＬＥＤアレイを成す発光素子の概略平面図である。
【符号の説明】
１・・・高抵抗シリコン基板
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・・・保護膜
７・・・延在部
８・・・電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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