(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ１２に於いて、ＰＮ接合領域に形成される発光領域１３大きくし、発光効率を向上させること。【解決手段】  Ｎ側コンタクト層５は、Ｎ型半導体層８の半導体基板２０と反対側の面に接して設けられ、Ｐ側コンタクト層１１は、Ｐ型半導体層１０の半導体基板２０と反対側の面に接して設けられ、Ｐ側電極３は、Ｐ側コンタクト層１１の略央部から放射状に延伸し、Ｐ側コンタクト層１１と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層３を介してＰ側電極配線に接続され、Ｎ側電極６は、Ｐ側電側３のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを順に積層した半導体装置であって、
前記第１導電型半導体層の前記基板と反対側の面に接して設けられた第１導電側コンタクト層と、
前記第２導電型半導体層の前記基板と反対側の面に接して設けられた第２導電側コンタクト層と、
前記第１導電側コンタクト層と接続された第１導電側電極と、
前記第２導電側コンタクト層と接続された第２導電側電極とを備え、
前記第２導電側電極は、前記第２導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、前記第２導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して前記第２導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、
前記第１導電側電極は、前記第２導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記コンタクト部は４本の突起を有し、略Ｘ字状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層とは、発光ダイオード素子を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置と、該半導体装置を駆動する駆動装置と、前記半導体装置の発する光を集光するレンズとを備えたことを特徴とするＬＥＤプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光を発生するＬＥＤ等の半導体装置、及び該ＬＥＤを用いたＬＥＤプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を発生するＬＥＤ等の半導体装置では、発光出力を増大させるための技術開発が進められている。例えば特許文献１では、光取出し面に形成されている電極が内部で発生した光の出力を遮って、光取出し効率が低下するのを防止するための技術を開示している。この従来技術では、面発光型ＬＥＤの光取出し面に形成されたリング状の第一導電側電極と、その反対側に、該リングの中心に小円形の第二導電側電極が形成され、中心軸線の方向から該ＬＥＤを透視したとき両者が十分離間し、重複しないように構成されている。その結果、発光領域で発生した光が第一導電側電極に遮られることなく光取出し面から出力されるように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−１２３５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術では、ＰＮ接合領域に形成される発光領域を大きくすることが困難であり、発光効率が低下するという解決すべき課題が残されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、基板上に第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを順に積層した半導体装置であって、上記第１導電型半導体層の上記基板と反対側の面に接して設けられた第１導電側コンタクト層と、上記第２導電型半導体層の上記基板と反対側の面に接して設けられた第２導電側コンタクト層と、上記第１導電側コンタクト層と接続された第１導電側電極と、上記第２導電側コンタクト層と接続された第２導電側電極とを備え、上記第２導電側電極は、上記第２導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、上記第２導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して上記第２導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、上記第１導電側電極は、上記第２導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、第２導電側コンタクト層の略央部から放射状に延伸し、上記第２導電コンタクト層と接する複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層を介して上記第２導電側コンタクト層上に配置された引出し部とを有し、第１導電側電極は、上記第２導電側電極のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有することにより、遮光領域を最低限度に抑えることが出来るため、発光効率を大きくすることが出来るという効果を得る。又、第１導電側電極と第２導電側電極との距離を概々等距離に形成することにより、第１導電側電極と第２導電側電極間に流れる電流密度の発光領域内での偏りを減少させることが出来る。その結果、光量分布が均一化されるという効果を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施形態を図を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明によるＬＥＤアレイチップの平面図である。
図に示すように本発明によるＬＥＤアレイチップ１００は、一例として半導体基板２０の上にＬＥＤ１２が多数個配列して形成されている。該多数個配列して形成されたＬＥＤ１２からＰ側電極配線４とＮ側電極配線７とが引き出されている。Ｐ側電極配線４の先端にはＰ側電極パット１５が、Ｎ側電極配線７の先端にはＮ側電極パット１６が、それぞれ半導体基板２０の上に形成されている。ここで、Ｐ側電極パット１５、及びＮ側電極パットは、共にワイヤボンド用のパットであり、後にＬＥＤアレイチップをドライバＩＣチップ等と接続し、ＬＥＤ発光部ユニットが形成されるときに用いられる。
【０００８】
図２は、本発明によるＬＥＤの平面図である。
この図は、上記ＬＥＤアレイチップ１００（図１）を構成するＬＥＤ１２について詳細に説明するための図である。
【０００９】
図３は、図２のＸ−Ｘ断面矢視図である。
図４は、図２のＹ−Ｙ断面矢視図である。
両図は、上記ＬＥＤ１２の構造を説明するための断面拡大図である。
以下に、図２を主に用いて、その説明の中で図３、及び図４を用い、ＬＥＤ１２について詳細に説明する。
【００１０】
図に示すように、本発明によるＬＥＤチップ１２は、半導体基板(一例として半導体基板２０)の上に、公知の有機金属化学蒸着法(ＭＯＣＶＤ法)、有機金属化学気相エピタキシー法(ＭＢＥ法)等によって、Ｎ型半導体層８（図３、図４）と、Ｐ型半導体層１０（図３、図４）と、Ｎ側コンタクト層５と、Ｐ側コンタクト層１１とを順に生成したエピタキシャルウェハをウェットエッチング、ドライエッチングなどによりエッチングし、Ｎ側電極６、Ｎ側電極配線７、絶縁層９、Ｐ側電極３、Ｐ側電極配線４を形成したものである。
【００１１】
Ｎ側コンタクト層５は、Ｎ側電極６と、Ｎ型半導体層８との間に介在し、Ｎ側電極６からＮ型半導体層８へ駆動電流を所定の方向へ注入する部分である。Ｎ側電極６は、Ｐ側電極３のコンタクト部を略々等距離に取り囲む形状を有し、Ｎ側コンタクト層５とオーミック接続を取り得るＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉなどを含むメタルにより形成されている電極である。Ｎ側電極配線７は、Ｎ側電極６をＮ側電極パット１６（図１）に接続する、Ａｕ、Ｇｅ、Ｎｉなどを含むメタル配線である。
【００１２】
Ｎ型半導体層８（図３、図４）は、半導体基板２０(例えばＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体)上にエピタキシャル成長させた半導体層である。絶縁層９は、Ｐ側コンタクト層１１及びＮ側コンタクト層５と、Ｐ側電極配線４との間に介在する、例えば酸化シリコン薄膜などによって形成される絶縁膜である。
【００１３】
Ｐ型半導体層１０は、所定の化合物半導体層に所定の不純物を拡散させた半導体層である。Ｐ側コンタクト層１１は、Ｐ側電極３と、Ｐ型半導体層１０との間に介在し、Ｐ側電極３からＰ型半導体層１０へ駆動電流を所定の方向へ注入する部分である。
【００１４】
Ｐ側電極３は、Ｐ側コンタクト層１１の略央部から放射状に延伸し、複数の腕状の突起を有するコンタクト部と、該コンタクト部とその放射状の略央部で接続し、絶縁層９を介してＰ側コンタクト層１１上に配置された引出し部とを有する、半導体薄膜上に形成される電極である。例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などで形成されている。Ｐ側電極配線４は、Ｐ側電極３とＰ側電極パット１５（図１）とを接続する、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどを含むメタルにより形成されている配線である。
【００１５】
発光領域１３は、Ｎ型半導体層８とＰ型半導体層１０とのＰＮ接合領域であり、駆動電流の注入により発光する領域である。Ｎ型半導体層８とＰ型半導体層１０とは、例えばＡｌＧａＡｓ等の一種類の化合物半導体の層に限らず、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓなどの複数の半導体層により形成されていても良い。また、それらがヘテロ構造、ダブルへテロ構造を構成していても良い。
【００１６】
上記アレイチップ１００(図１)は、以上説明したＬＥＤ１２を多数個集積し、上記公知の有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）、有機金属化学気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ法）、および分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などによって、例えばＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＩｎＰ基板、ガラス基板、石英基板あるいはＳｉ基板等上に犠牲層を介在させ、ＬＥＤ薄膜として生成されものである。
【００１７】
ＬＥＤ薄膜（ＬＥＤアレイチップ１００）は、例えば５μｍ以下と非常に薄膜化することが可能であるため、非常にフレキシブル性に富んでいることを特徴としている。また、ＬＥＤ薄膜は、液晶、有機ＥＬとは異なり、非常に高品質、高信頼性を有する材料として実績の高い、半導体エピタキシャル成長法により製作された材料を使用しているため、高品質、高信頼性を確保することができる材料であることを特徴としている。
【００１８】
上記のようにＬＥＤ薄膜は、選択的にエッチングが可能な犠牲層を設けるようにエピタキシャル成長されており、その犠牲層を選択的にエッチングすることによりＬＥＤ薄膜としてリフトオフされている事を特徴としている。
【００１９】
また、選択的に犠牲層をエッチングすることが困難な化合物半導体、例えばＧａＮ系のＬＥＤ素子などの場合には、薄膜化する手段の一つとして、基板裏面をグラインド処理することにより、ＬＥＤ発光素子として必要となるエピタキシャル成長層のみ、約５μｍ以下に薄膜化し、そのＬＥＤ薄膜を発光素子として使用していることを特徴としている。
【００２０】
図５は、ＬＥＤ発光部ユニットの概略的斜視図である。
この図は、本発明によるＬＥＤアレイチップ１００（図１）を用いてＬＥＤプリントヘッドのＬＥＤ発光部ユニットを構成した状態を表している。
【００２１】
図に示すように、ダイシングなどにより、エピタキシャルウェハから切出されたＬＥＤアレイチップ１００は、ドライバＩＣチップ１１０とともに、ＣＯＢ(Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ)基板１２０の上に並べて配置され、両者はＬＥＤ／ＩＣ間接続ワイヤ１３０によって、図示しない電極パットを用いて接続されている。
【００２２】
ＬＥＤ薄膜（ＬＥＤアレイチップ１００）は、ＣＯＢ基板１２０の上に水素結合による分子間力により強固に接合されていることを特徴とする。そのため、ＬＥＤ薄膜（ＬＥＤアレイチップ１００）のボンディング面、およびボンディングされるＳｉ基板表面は、表面荒さ、即ち凹凸のピークと谷の典型的な高低差が約５ｎｍ以下となるように制御されていることが望ましい。
【００２３】
また、ボンディング力をより強固な状態にするために、それらのボンディング面は、エネルギー波、例えばプラズマ装置などによって洗浄、および活性化が行われていることが望ましい。また、活性剤を塗布することも、接合面を活性化する方法の一つである。
【００２４】
次に、図２、図３を用いて、本発明によるＬＥＤ１２の特徴的な機能について説明する。
図２に示すように、本発明によるＬＥＤ１２では、一例として細字Ｘ字状のＰ側電極３(第２導電側電極のコンタクト部)と、該Ｐ側電極３に略々対応させた曲線形状を有するＮ側電極６を採用しているため、光遮断面積が小さくなる。
【００２５】
又、図２に示すように、Ｐ側電極３とＮ側電極６との距離が略々等距離に形成されているため、細字Ｘ字状のＰ側電極３から、曲線形状を有するＮ側電極６の対応する位置に向けて流れる電流の発光領域１３中における電流密度の偏りが少なくなる。その結果、光量分布が均一化することになる。
【００２６】
尚、以上の説明では、Ｐ側コンタクト層１１と、Ｐ側電極３との接触部形状を４本の腕状の突起部からなるＸ字状として説明したが、Ｐ型コンタクト層１１の略中心部から放射状に延伸する複数の突起であればよく、その本数は、４本に限らない。突起部の本数は、Ｐ型コンタクト層１１の形状、あるいは、突起により覆われる面積の割合から適宜決めることが出来る。
【００２７】
（効果）の説明
以上説明したように、本発明によれば、ＰＮ接合領域に形成される発光領域を大きく形成することが可能になり発光効率を大きくすることが出来るという効果を得る。又、Ｐ側電極とＮ側電極との距離を略々等距離に形成することが出来るので、細字Ｘ字状のＰ側電極３から、曲線形状を有するＮ側電極６の対応する位置に向けて流れる電流の発光領域１３中における電流密度の偏りが少なくなり、光量分布が均一化されるという効果を得る。
【実施例２】
【００２８】
本実施例では、上記実施例１で構成した、半導体装置としてのＬＥＤアレイチップを用い、電子写真プリンタなどに用いられる、発光効率を大きく、且つ、光量分布が均一化しているＬＥＤヘッドを構成する。
【００２９】
図６は、ＬＥＤヘッドの横断面図である。
図に示すように、ＬＥＤヘッド２００は、ベース部材２０１と、ＬＥＤユニット２０２と、ＬＥＤ発光部ユニット２０３と、レンズアレイ２０４と、レンズホルダ２０５と、クランパ２０６とを備える。
【００３０】
ベース部材２０１は、ＬＥＤユニット２０２を固定するための部材であり、その側面にはクランパ２０６を用いて、ＬＥＤユニット２０２、及び、レンズホルダ２０５をベース部材２０１に固定するための開口部２０１ａが設けられている。有機高分子材料などを用いて射出成形されている。
【００３１】
ＬＥＤユニット２０２は、ＬＥＤ発光部ユニット２０３を所定の基板上に一体化したユニットである。ＬＥＤ発光部ユニット２０３は、上記図５を用いて説明した、ＬＥＤアレイチップ１００と、ドライバＩＣチップ１１０などをＣＯＢ基板１２０の上に搭載し、ＬＥＤ／ＩＣ間接続ワイヤ１３０で接続したユニットである。
【００３２】
レンズアレイ２０４は、柱状の光学レンズが、ＬＥＤ発光部ユニット２０３の上に配列されたＬＥＤアレイチップ１００に沿って多数配列された光学レンズ群である。レンズホルダ２０５は、レンズアレイ２０４をべース部材２０１の所定の位置に保持する部分である。クランパ２０６は、べース部材２０１に設けられた開口部２０１ａを介して、各構成部分を一体的に挟持するバネ材である。
【００３３】
以上説明したＬＥＤヘッド２００を構成する、ＬＥＤ発光部ユニット２０３で発生された光信号は、ロッドレンズアレイ２０４を通って図示しない、例えば感光体ドラム等に照射される。このＬＥＤヘッド２００には、実施例１で説明したＬＥＤアレイチップが用いられているので発光効率が大きく、且つ、光量分布が均一化された光信号が感光体ドラム等に照射されることになる。
【００３４】
（効果）の説明
以上説明したように、本実施例によるＬＥＤヘッド２００は、実施例１で説明したＬＥＤアレイチップを用いることにより、発光効率が大きく、且つ、光量分布が均一化された光信号を出力するという効果を得る。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
上記実施例では、本発明による、半導体装置としてのＬＥＤを電子写真プリンタなどの印刷装置に用いる場合を例にして説明したが、本発明は、この例に限定されるものでは無い。即ち、近年、交通機関などで大量に用いられている、交通情報表示装置等に対しても好適に採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるＬＥＤアレイチップの平面図である。
【図２】本発明によるＬＥＤの平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面矢視図である。
【図５】ＬＥＤ発光部ユニットの概略的斜視図である。
【図６】ＬＥＤヘッドの横断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
３  Ｐ側電極
４  Ｐ側電極配線
５  Ｎ側コンタクト層
６  Ｎ側電極
９  絶縁層
１０  Ｐ型半導体層
１１  Ｐ側コンタクト層
１２  ＬＥＤ
１３  発光領域
２０  半導体基板
【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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【図６】
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