(57)【要約】【課題】本発明は、配列精度の良い発光素子、及びそれを備えることにより、高解像度を実現できる発光素子アレイを提供することを目的とする。【解決手段】発光素子１００には、個別発光部１０１、１０２、１０３が形成されており、個別発光部１０１は赤色用の個別発光部、個別発光部１０２は緑色用の個別発光部、個別発光部１０３は青色用の個別発光部である。個別発光部１０１、１０２、１０３の各々の表面には、紫外光により各個別発光部の発光色に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性の樹脂１５１、１５２、１５３が、各個別発光部に形成された個別Ｐ側電極１０４に隣接して形成されている。【選択図】　図１
2004055742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光色の異なる独立した複数の個別発光部と、前記個別発光部の一部に形成された個別電極と、前記複数の個別発光部に共通して用いられる共通電極を有する発光素子。
【請求項２】
前記複数の個別発光部の表面に、紫外光により前記個別発光部の各々に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性樹脂を形成したことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記透光性樹脂は、前記個別電極に隣接して形成されており、前記共通電極は、半導体基板上に設けられた半導体層のうちのＮ層側に接続されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記個別発光部、及び前記共通電極以外の発光素子表面に、遮光膜を形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記複数の個別発光部は、赤色発光部、緑色発光部、及び青色発光部からなることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の発光素子。
【請求項６】
半導体基板上に形成され、複数の発光素子が形成される半導体層を備える発光素子アレイにおいて、前記半導体基板上には、赤色発光部、青色発光部、緑色発光部からなる個別発光部と、前記個別発光部の各々の一部に形成された個別電極と、前記個別発光部に共通して用いられる共通電極とからなるブロックが複数形成されており、前記各ブロックに形成された前記個別発光部は、前記個別電極を介して各発光色毎に配線により電気的に接続されるとともに、各発光色毎に前記基板上に設けられた他の共通電極に配線により接続されていることを特徴とする発光素子アレイ。
【請求項７】
前記複数の個別発光部の表面に、紫外光により前記各個別発光部に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性樹脂を形成したことを特徴とする請求項６に記載の発光素子アレイ。
【請求項８】
前記透光性樹脂は、前記個別電極に隣接して形成されており、前記共通電極は、半導体基板上に設けられた半導体層のうちのＮ層側に接続されていることを特徴とする請求項６、又は７に記載の発光素子アレイ。
【請求項９】
前記個別発光部、及び前記共通電極以外の発光素子表面、及び前記他の共通電極以外の前記半導体基板表面に、遮光膜を形成したことを特徴とする請求項６、７又は８に記載の発光素子アレイ。
【請求項１０】
前記複数のブロックは、前記半導体層に形成された分離溝によって各々電気的に分離されているとともに、前記半導体基板と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項６、７、８、又は９に記載の発光素子アレイ。
【請求項１１】
前記半導体基板と、前記半導体層の間に反射層を設けたことを特徴とする請求項６、７、８、９及び１０に記載の発光素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤプリンタに用いられる発光素子、及びそれを備える発光素子アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真式の光プリンタの光源には、発光素子アレイが使用されている。この発光素子アレイは、単一の半導体基板に複数の発光素子を１次元的等間隔で配置形成した半導体発光装置である。又、従来、発光素子アレイとしては、半導体レーザを発光素子として用いた半導体レーザアレイと、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ；以下、「ＬＥＤ」という。）を発光素子として用いたＬＥＤアレイとが、使用されている。
【０００３】
ここで、ＬＥＤを用いたフルカラー表示は、従来、赤色、緑色、青色を発する３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置することにより行われていた。
【０００４】
図６は、従来例に係る多色発光素子２００の概略平面図であり、図７は図６の従来例に係る多色発光素子２００のａ−ａ断面図である。同図に示すように、多色発光素子２００は、共通基板２０４上に、赤色ＬＥＤチップ２０１、青色ＬＥＤチップ２０２、及び緑色ＬＥＤチップ２０３を配置して、それぞれの発光色の組み合わせにより、フルカラー表示させることができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のフルカラー表示では、３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置するため、１画素の大きさが５〜１０ｍｍとなってしまう。その結果、このような大きな画素により、高解像度に表示しようとする場合にフルカラー表示装置が大型化してしまい、高密度実装への対応が困難であった。又、上述のごとく、３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置するため、配列精度が悪いという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明に係る発光素子は、発光色の異なる独立した複数の個別発光部と、これら複数の個別発光部の一部に個別電極を形成する。又、複数の個別発光部に共通して用いられる共通電極を形成する。
【０００７】
又、本願発明に係る発光素子は、複数の個別発光部の表面に、紫外光により個別発光部の各々に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性樹脂を形成する。
【０００８】
又、本願発明に係る発光素子アレイは、半導体基板上に形成され、複数の発光素子が形成される半導体層を備える発光素子アレイにおいて、半導体基板上には、赤色発光部、青色発光部、緑色発光部からなる個別発光部と、個別発光部の各々の一部に形成された個別電極と、個別発光部に共通して用いられる共通電極とからなるブロックが複数形成されており、各ブロックに形成された前記個別発光部は、個別電極を介して各発光色毎に配線により電気的に接続されるとともに、各発光色毎に前記基板上に設けられた他の共通電極に配線により接続される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子を概略的に示す平面図であり、図２は図１のａ−ａ断面図である。又、図３は、本発明の第１の実施形態の発光素子を概略的に示す側面図である。
【００１０】
発光素子１００には、半導体基板１０７上に一列に配置されたｐ／ｎエピタキシャル層１０８を具備する３つの個別発光部１０１、１０２、１０３が配列されており、各個別発光部には、個別Ｐ型電極１０４が形成されている。
【００１１】
ここで、半導体基板１０７上に形成された半導体層１０８は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を使用したものであり、Ｎ型ＧａＮ層、活性層、Ｐ型ＧａＮ層を順次エピタキシャル成長法により成長させたものである。尚、他の窒化ガリウム系化合物としてＩｎＧａＮを使用して半導体層を形成しても良い。
【００１２】
これらの個別発光部１０１、１０２、１０３のうち、個別発光部１０１は赤色用の個別発光部、個別発光部１０２は緑色用の個別発光部、個別発光部１０３は青色用の個別発光部である。又、各個別発光部に形成された個別Ｐ側電極１０４は、半導体基板１０７上にエピタキシャル成長法により成膜された半導体層１０８のうち、上層に位置するＰ層１０９側に電気的に接続されている。
【００１３】
個別発光部１０１、１０２、１０３の各々の表面には、紫外光により各個別発光部の発光色に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性の樹脂１５１、１５２、１５３が、各個別発光部に形成された個別Ｐ側電極に隣接して形成されている。ここで、紫外光により各個別発光部の発光色に対応した色を発光する蛍光体は、例えば、半導体材料として前述のＧａＮを使用した場合、当該ＧａＮ半導体より発せられる紫外光の波長を他の波長に変換し、各個別発光部の発光色に対応した色を発光する蛍光塗料、蛍光顔料、蛍光体等であればどのようなものを使用しても良い。又、蛍光体を含有した透光性の樹脂１５１、１５２、１５３は、前述の蛍光体を内部に含有させ、発光素子上に配置させることができるものであり、例えば、脂環式エポキシ樹脂、窒素含有エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００１４】
即ち、発光素子１００を表示装置用の多色発光素子として利用する場合は、赤色用の個別発光部１０１の表面には、上記ＧａＮ半導体から発せられた紫外光によって励起されて６１０〜７００ｎｍに発光ピークを有する波長を発光する蛍光体を含有する透光性樹脂１５１が形成され、緑色用の個別発光部１０２の表面には、上記ＧａＮ半導体から発せられた紫外光によって励起されて４９５〜５６５ｎｍに発光ピークを有する波長を発光する蛍光体を含有する透光性樹脂１５２が形成され、青色用の個別発光部１０３の表面には、上記ＧａＮ半導体から発せられた紫外光によって励起されて４３０〜４９０ｎｍに発光ピークを有する波長を発光する蛍光体を含有する透光性樹脂１５３が形成される。
【００１５】
又、発光素子１００には、３つの個別発光部１０１、１０２、１０３に共通して使用される共通Ｎ側電極１０５が形成されており、この共通Ｎ側電極１０５は、半導体基板１０７上にエピタキシャル成長法により成膜された半導体層１０８のうち、下層に位置するＮ層１１０側に電気的に接続されている。
【００１６】
又、個別発光部１０１、１０２、１０３、及び共通Ｎ側電極１０５以外の発光素子１００の表面には、遮光膜１０６が形成されており、この遮光膜１０６を設けることにより、隣接する個別発光部１０１、１０２、１０３から発光される光の滲みを効果的に防止することができる。尚、光の滲みを更に改善させるために、半導体層と半導体基板の間に、例えばＳｉＯ２等からなる反射層（図示せず）を設けることが好ましい。
【００１７】
図３に示すように、半導体層１０８の上層に位置するＰ層１０９には、個別発光部１０１、１０２、１０３を分離するための分離溝１１２が形成されており、遮光膜１０６は、分離溝１１２を覆う様に成膜される。これにより、個別発光部１０１、１０２、１０３を互いに物理的かつ電気的に分離することができる。
【００１８】
尚、上記第１の実施形態では、個別発光部１０１、１０２、１０３を水平方向に一列に配列しているが、これらの個別発光部は、発光素子１００上の任意の位置に配置しても良い。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る発光素子１００の製造工程の一例を図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、本製造方法では、図３に示すように、半導体基板１０７上に半導体層１０８を形成する。ここで、半導体基板１０７としては、例えば高抵抗ＧａＮ基板を用いる。半導体層１０８は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を使用したものであり、Ｎ型ＧａＮ層、活性層、Ｐ型ＧａＮ層を順次エピタキシャル成長法により成長させたものである。尚、他の窒化ガリウム系化合物としてＩｎＧａＮを使用して半導体層を形成しても良い。
【００２１】
ここで、エピタキシャル成長法とは、基板上に結晶膜を成長させる方法であって、ＬＰＥ（液相エピタキシャル）法、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶＤ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を含む。又、半導体層１０９の厚さは、例えば３μｍとする。
【００２２】
尚、半導体基板１０７上に半導体層１０８を形成する際、Ｎ型、Ｐ型の順に半導体層が形成される。従って、半導体層１０８において、上層１０９がＰ型、下層１１０がＮ型となっている。ここで、ＧａＮのＰ層１０９は、上記エピタキシャル成長時に、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）をドープしておき、後述のアロイ処理（例えば、７００℃で２０分間）にて水素を解離することにより、Ｍｇを活性化させて得ることができる。
【００２３】
又、半導体基板１０７と半導体層１０８は電気的に絶縁されており、当該絶縁を行うための手法は、半導体基板に高抵抗半導体基板（例えば、高抵抗ＧａＮ基板）を用いる方法、Ｐ型の半導体基板を用いる方法、半導体基板１０７と半導体層１０８の間に絶縁層を形成する方法などが挙げられる。
【００２４】
次に、フォトリソグラフィー、又はエッチング法により、半導体層１０８上に個別発光部１０１、１０２、１０３を形成する。ここで、半導体層１０８の表面に水素を透過しない金属膜（例えば、金）を形成し、フォトリソグラフィー、又はエッチング法により個別発光部１０１、１０２、１０３に対応する領域の金属を除去した後、アロイ処理を行うことにより、個別発光部１０１、１０２、１０３の領域のみがＰ型化し、独立に発光することが可能になる。
【００２５】
又、この際、図２に示すように半導体層１０８の表面において、個別発光部１０１、１０２、１０３が形成される部分以外の領域においては、下層のＮ層１１０が露出されるようにフォトリソグラフィー、又はエッチングを行う。又、図３に示すように、半導体層１０８に、各個別発光部１０１、１０２、１０３を互いに分離するために、分離溝１１２を形成しても良い。かかる分離溝１１２は図３に示すように下層のＮ層１１０に達する深さで形成される。
【００２６】
次に、リフトオフ法によりパターンを形成し、成膜により個別発光部１０１、１０２、１０３の一部に個別Ｐ側電極１０４を形成する。尚、電極材料は、半導体とオーミック接続可能なものであれば良い。例えば、Ｎｉ（２００オングストローム）／Ａｕ（１．２μｍ）等のＡｕ積層膜を用いることができる。
【００２７】
次に、共通Ｎ側電極１０５の形成についても、リフトオフ法によりパターンを形成し、半導体層１０８の表面うち、露出した下層のＮ層１１０上に共通Ｎ側電極１０５を形成する。ここで、電極材料は、半導体とオーミック接続可能なものであれば良く、例えば、Ｔｉ（２００オングストローム）／Ａｕ（１．２μｍ）等のＡｕ合金膜を用いることができる。
【００２８】
次に図１に示すように、発光素子１００の表面に遮光膜１０６を成膜し、個別発光部１０１、１０２、１０３、及びＮ側共通電極１０５の表面を開口し、露出させる。ここで開口部形成は、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングにより行うことができる。尚、遮光膜１０６の材料は、半導体と密着性が良く、絶縁性のものであれば良い。例えば、ＬＣＤのカラーフィルタに用いられるブラック・レジスト等がある。
【００２９】
次に、蛍光体を分散させた透光性樹脂を個別発光部１０１、１０２、１０３の表面に印刷塗布し、個別発光部１０１、１０２、１０３の各々に対応した色を発光する蛍光体を含有した透光性樹脂１５１、１５２，１５３を形成する。尚、当該透光性樹脂１５１、１５２、１５３を蛍光材含有シートによって形成することもできる。又、フォトリソグラフィー、又はエッチング法により、蛍光体を含有した透光性樹脂１５１、１５２，１５３を順次形成することもできる。
【００３０】
次に、電極と半導体層１０８をオーミック接続させるためのシンター処理（熱処理）を施し、必要に応じて半導体基板１０７の裏面を研磨後、図２に示した発光素子１００が製造される。
【００３１】
以上に説明したように、本実施形態では、発光素子１００の個別発光部１０１、１０２、１０３の表面に、紫外光により赤色、緑色、青色に発光する蛍光体を含有した透光性樹脂１５１、１５２、１５３を被膜するため、３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置した場合に比し、配列精度が良い発光素子を提供することができる。
【００３２】
次に、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を詳細に説明する。図４は、本発明の第２の実施形態の発光素子アレイを概略的に示す平面図であり、図５は図４のａ−ａ断面図である。
【００３３】
発光素子アレイ１５０には、第１の実施形態で説明した発光素子１００を１つのブロックとして、３つのブロック１２９、１３０、１３１が半導体基板１０７上に形成されている。尚、半導体基板上に形成されるブロックは２つ以上であればいくつ配列しても良い。
【００３４】
各ブロック１２９、１３０、１３１に形成された赤色、緑色、青色の３つの個別発光部は、配線により他のブロックの赤色、緑色、青色の個別発光部と電気的に接続されている。即ち、ブロック１２９の赤色発光部１０１は、個別配線１１６に接続されており、当該赤色発光部１０１は、共通配線１１９を介して、個別配線１１７に接続されているブロック１３０の赤色発光部１４１、及び個別配線１１８に接続されているブロック１３１の赤色発光部１４４と電気的に接続されている。又、赤色の共通Ｐ側電極１１３が半導体基板１０７上に形成されており、当該赤色の共通Ｐ側電極１１３は、共通配線１１９、及び個別配線１１６、１１７、１１８を介して、各ブロックに形成された赤色発光部１０１、１４１、１４４に電気的に接続されている。
【００３５】
同様に、ブロック１２９の緑色発光部１０２は、個別配線１２０に接続されており、当該緑色発光部１０２は、共通配線１２３を介して、個別配線１２１に接続されているブロック１３０の緑色発光部１４２、及び個別配線１２２に接続されているブロック１３１の緑色発光部１４５と電気的に接続されている。又、緑色の共通Ｐ側電極１１４が半導体基板１０７上に形成されており、当該緑色の共通Ｐ側電極１１４は、共通配線１２３、及び個別配線１２０、１２１、１２２を介して、各ブロックに形成された緑色発光部１０２、１４２、１４５に電気的に接続されている。
【００３６】
又、同様にブロック１２９の青色発光部１０３は、個別配線１２４に接続されており、当該青色発光部１０３は、共通配線１２７を介して、個別配線１２５に接続されているブロック１３０の青色発光部１４３、及び個別配線１２６に接続されているブロック１３１の青色発光部１４６と電気的に接続されている。又、青色の共通Ｐ側電極１１５が半導体基板１０７上に形成されており、当該青色の共通Ｐ側電極１１５は、共通配線１２７、及び個別配線１２４、１２５、１２６を介して、各ブロックに形成された青色発光部１０３、１４３、１４６に電気的に接続されている。
【００３７】
各ブロックに形成された赤色、緑色、青色の３つの発光部については、例えば３０μｍピッチで形成し、各ブロックについては、例えば９０μｍピッチで形成する。この場合、３００ｄｐｉの解像度を有した多色発光素子アレイが形成される。
【００３８】
尚、図４に示すように、隣接する個別発光部から発光される光の滲みを効果的に防止するために、各ブロック１２９、１３０、１３１の表面のうち、個別発光部、及び共通Ｎ側電極が形成されている領域以外の表面には、遮光膜１０６が形成されているが、光の滲みを更に改善させるために、半導体層と半導体基板の間に、例えばＳｉＯ２等からなる反射層（図示せず）を設けることが好ましい。又、光の滲みを更に効果的に防止するために、半導体基板１０７の表面のうち、共通Ｐ側電極１１３、１１４、１１５が形成されている領域以外の表面にも、遮光膜１０６が形成されている。
【００３９】
又、第１の実施形態と同様に、半導体基板１０７と半導体層１０８は電気的に絶縁されており、当該絶縁を行うための手法は、半導体基板に高抵抗半導体基板（例えば、高抵抗ＧａＮ基板）を用いる方法、Ｐ型の半導体基板を用いる方法、半導体基板１０７と半導体層１０８の間に絶縁層１２８を形成する方法などが挙げられる。
【００４０】
又、各ブロック１２９、１３０、１３１は、Ｎ層１１０に形成された分離溝１３２によって、互いに電気的に分離されている。これにより、各ブロック１２９、１３０、１３１を物理的かつ電気的に分離することができる。
【００４１】
又、第２の実施形態においては、図４に示すように、各ブロック１２９、１３０、１３１に形成された個別発光部を水平方向に配列しているが、これら個別発光部は任意の位置に配列することができる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態では、発光素子アレイ１５０は、赤色、緑色、青色毎に個別発光部を有する配列精度の良い発光素子からなるブロックを複数個配列することにより形成されており、各ブロック１２９、１３０、１３１に形成された赤色、緑色、青色の３つの個別発光部は、配線により他のブロックの赤色、緑色、青色の個別発光部と電気的に接続されているため、非常に配列精度が良く、かつ赤色、緑色、青色に独立発光可能な高解像度の発光素子アレイを提供することができる。
【００４３】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００４４】
例えば、本発明の実施形態においては発光素子アレイとしてＬＥＤアレイを用いる場合について説明したが、発光素子はこれに限られず、発光レーザ等の他の素子を用いることができる。
【００４５】
又、基板、電極、不純物等の材料、組成等も各実施形態のものに限られず、他のものを選択することができる。
【００４６】
例えば、上記実施形態においては、半導体基板としてＧａＮ基板を適用したが、その他の基板、例えば、Ｓｉ基板やＳｉＣ、サファイヤ（Ｓｉ２Ｏ３）、スピネル、ＺｎＯ等を適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明によれば、赤色、緑色、青色毎に個別発光部を有する配列精度の良い発光素子からなるブロックを複数個配列することにより発光素子アレイを形成し、かつ各ブロックに形成された赤色、緑色、青色の３つの個別発光部を、配線により他のブロックの赤色、緑色、青色の個別発光部と電気的に接続しているため、非常に配列精度が良く、かつ赤色、緑色、青色に独立発光可能な高解像度の発光素子アレイを提供することができる。
【００４８】
また、上記発光素子アレイを一列に並べて駆動回路と組み合わせることにより、多色発光可能なＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。またこのプリントヘッドを利用することにより、直接印画紙等に露光、現像処理することにより、カラー写真を出力することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の発光素子を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示した概略平面図のａ−ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の発光素子を概略的に示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の発光素子アレイを概略的に示す平面図である。
【図５】図４に示した概略平面図のａ−ａ断面図である。
【図６】従来の多色発光素子の概略平面図である。
【図７】図６に示した概略平面図のａ−ａ断面図である。
【符号の説明】
１００：発光素子
１０１：赤色個別発光部
１０２：緑色個別発光部
１０３：青色個別発光部
１０４：個別Ｐ電極
１０５：共通Ｎ電極
１０６：遮光膜
１０７：半導体基板
１０８：半導体層
１１１：透光性樹脂
１１３、１１４、１１５：共通Ｐ電極
１２８：絶縁膜
１２９、１３０、１３１：ブロック
【図１】
2004055742.tif 000003
【図２】
2004055742.tif 000004
【図３】
2004055742.tif 000005
【図４】
2004055742.tif 000006
【図５】
2004055742.tif 000007
【図６】
2004055742.tif 000008
【図７】
2004055742.tif 000009