(57)【要約】【課題】メサエッチング段差の斜面部分に発生するＡｕの加工残りによる配線短絡を防止するとともに発光部の寸法制御が容易で、高歩留、かつ量産性に優れた発光ダイオードアレイを提供する。【解決手段】基板上に形成された導電層と、前記導電層上に形成された個々独立の発光部と、各発光部の上面の少なくとも一部に形成された第一の電極と、前記発光部に近接して前記導電層上に形成された第二の電極とを有する発光ダイオードアレイにおいて、前記第一の電極はスイッチ用のマトリクス共通電極を有し、前記第二の電極はブロック毎に分割された共通電極を有する発光ダイオードアレイであって、前記第一の共通電極及び前記第二の共通電極に延在するボンディングパッドの少なくとも一方は、前記導電層上に島状に形成されたボンディング部上に設けられており、もって前記ボンディングパッドは個々独立に形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された導電層と、前記導電層上に形成された個々独立の発光部と、各発光部の上面の少なくとも一部に形成された第一の電極と、前記発光部に近接して前記導電層上に形成された第二の電極とを有する発光ダイオードアレイにおいて、前記第一の電極はスイッチ用のマトリクス共通電極を有し、前記第二の電極はブロック毎に分割された共通電極を有する発光ダイオードアレイであって、前記第一の共通電極及び前記第二の共通電極に延在するボンディングパッドの少なくとも一方は、前記導電層上に島状に形成されたボンディング部上に設けられており、もって前記ボンディングパッドは個々独立に形成されていることを特徴とする発光ダイオードアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオードアレイにおいて、前記第一電極側及び前記第二電極側のボンディングパッドのどちらか一方は、メサエッチング溝部に設けられた絶縁膜上に形成されていることを特徴とする発光ダイオードアレイ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光ダイオードアレイにおいて、前記マトリクス共通電極はメサエッチング溝部に設けられた絶縁膜上に形成されていることを特徴とする発光ダイオードアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光出力の大きい発光ダイオードアレイに関し、特に電子写真方式のプリンタ光源に好適な発光ダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタは、画像信号に応じた光により感光ドラム上に静電潜像を形成し、トナーを選択的に付着させて現像した後、紙に転写して画像を得る。潜像を形成するための光源としてはレーザ方式と発光ダイオードアレイ方式が広く用いられている。特に発光ダイオードアレイ方式の光源は、レーザ方式のように光路長を長くとる必要がないため、小型のプリンタや大サイズの印刷に適している。近年は印刷の高速・高画質化やプリンタの更なる小型化にともない、より高精細で高出力、かつ低コストの発光ダイオードアレイが求められている。
【０００３】
一般に、低コストを実現するためには、個々独立に発光ダイオードを駆動させるＩＣを備える方法（スタティック駆動方式）ではなく、２のｎ乗個の発光ダイオードを１つのブロックとし、スイッチ用のマトリクス配線を用いて時間分割駆動させ、駆動ＩＣやボンディング本数を削減する方法（ダイナミック駆動方式）が用いられている。このような発光ダイオードアレイを製造するプロセスにおいて、配線材料としてはＴｉ／ＡｕゃＭｏ／Ａｕが広く用いられている。この配線を形成する方法としては、リフトオフ法（フォトレジストでパターンニング後、電子線蒸着し、不要部分をレジストと共に除去する方法）と、スパッタ〜イオンミリング加工法（スパッタでウェーハ全体にＴｉ／ＡｕやＭｏ／Ａｕを沈着させた後、パターンニングされたフォトレジストやＳｉＯ２等の絶縁膜からなるマスク材を物理的に削る方法）が用いられる。リフトオフ法ではステップカバレジが悪いのでメサエッチング段差が大きいＬＥＤでは配線層が段切れし易い。また、スパッタ〜イオンミリング加工法の場合、ステップカバレジが良好で段切れが起き難い反面、メサエッチング段差部にＡｕ加工残りが発生し易いという欠点がある。特に共通電極を有するダイナミック駆動式のＬＥＤでは、このＡｕの加工残りによって、配線が短絡し、所望しないＬＥＤが発光してしまうという問題があった。
【０００４】
図４は、従来の２分割ダイナミック駆動方式の発光ダイオードアレイを示す上面図であり、図５（ａ）は図４のうちのひとつのブロックを示す上面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に形成されたｐ型ＧａＡｓ導電層１１の上に所定間隔で複数の発光部１が配置されている。各発光部１は、ｐ型ＧａＡｓ導電層１１の上に順次積層されたｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層１２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５及びｎ型ＧａＡｓキャップ層１６からなる。発光部１の発光領域は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４及びｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５からなるダブルヘテロ構造を有する。
【０００５】
各発光部１はエピタキシャル層をメサエッチングにより除去することにより形成されている。メサエッチング溝は、発光部１とボンディング部８とを分離する第一のメサエッチング溝部１９と各ブロックを分割する役割を有する第二のメサエッチング溝部２０とからなる。
【０００６】
各発光部１の上面の一部にカソード電極２が形成されている。発光部１に近接してｐ型ＧａＡｓ導電層１１上に各ブロック毎に設けられているアノード電極３はｐ型ＧａＡｓ導電層１１の上にそれぞれ金属を蒸着・合金化することにより形成される。カソード電極２及びアノード電極３の各々のコンタクト孔７ｃ、７ａを除いて、発光部１及び露出した導電層１１の表面はＰＳＧ（リンガラス）等からなる第一絶縁膜１７により覆われている。共通電極４はカソード側のボンディング部（メサ頂面）８ｃを覆う第一絶縁膜１７上に設けられ、更に第二絶縁膜を被覆した後、この第二絶縁膜により覆われていないカソード電極２に一端部が接続するようにＡｕ配線層５ｃが形成されており、Ａｕ配線層５ｃはボンディング部８ｃの表面まで延在して共通電極４の所望部分と接続し、その他端部にはボンディングパッド６ｃが形成されている。一方、アノード電極３に一端部が接続するようにＡｕ配線層５ａが形成されており、Ａｕ配線層５ａはボンディング部（メサ頂面）８ａの表面まで延在し、Ａｕ配線層５ａの他端部にはボンディングパッド６ａが形成されている。
【０００７】
このような構造の発光ダイオードアレイは、Ａｕ配線層５を形成する方法にスパッタ〜イオンミリング法を用いたとき、第一のメサエッチング溝の斜面２１にはイオンミリングによるＡｕ残りが発生し易く、Ａｕ配線の短絡を防止するうえで満足できるものではない（例えば、特許文献１参照。）。この問題は、発光部１を除く全てを第一メサエッチング溝として除去し、メサエッチング溝部の底面に配線層、共通電極及びボンディングパッドを形成すれば解決できるが、その場合には異なる問題が発生する。すなわち、発光部１を残して全てをエッチングすると、エッチング面積の大きい部分と各発光部間のエッチング面積の小さい部分の差が広がる。エッチングプロセスにおいてエッチング速度には面積依存性があるため（ローディング効果）、性能に影響する発光部の寸法制御が極めて困難になる。
【０００８】
特許文献２には半導体基板の一部に凹部を設け、この凹部内に共通電極を形成した発光ダイオードアレイが開示されている。しかしながら、この方式では共通電極部分のみが凹部内に形成されているため、メサエッチング溝の斜面に発生したＡｕ残りにより短絡が発生しやすい。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３２３７５０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５７１９３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、メサエッチング段差の斜面部分に発生するＡｕの加工残りによる配線短絡を防止するとともに発光部の寸法制御が容易で、高歩留、かつ量産性に優れた発光ダイオードアレイ及びその製造プロセスを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、ボンディングパッドをメサエッチング溝によって独立したボンディング部（メサ頂面）上に形成することにより、Ａｕの加工残りによる配線短絡を防止できることを発見し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち、本発明の発光ダイオードアレイは、基板上に形成された導電層と、前記導電層上に形成された個々独立の発光部と、各発光部の上面の少なくとも一部に形成された第一の電極と、前記発光部に近接して前記導電層上に形成された第二の電極とを有し、前記第一の電極はスイッチ用のマトリクス共通電極を有し、前記第二の電極はブロック毎に分割された共通電極を有する発光ダイオードアレイであって、前記第一の共通電極及び前記第二の共通電極に延在するボンディングパッドの少なくとも一方は、前記導電層上に島状に形成されたボンディング部上に設けられており、もって前記ボンディングパッドは個々独立に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
前記第一電極側及び前記第二電極側のボンディングパッドのどちらか一方は、メサエッチング溝部に設けられた絶縁膜上に形成されていてもよい。また、前記マトリクス共通電極はメサエッチング溝部に設けられた絶縁膜上に形成されているのが好ましい。
【００１４】
本発明の発光ダイオードアレイにおいて、発光部及びボンディング部は導電層上に形成されたエピタキシャル層をメサエッチング溝により個々独立・分割してなるのが好ましい。好ましい実施例による発光ダイオードアレイでは、ボンディングパッドは個々独立のボンディング部上に形成されているために、メサエッチング溝の斜面にＡｕ配線を残してもボンディングパッド間で短絡することがない。また、ボンディング部は第一のメサエッチング溝により残されたエピタキシャル層上に形成されているので、エッチング面積を増大させることがない。これによりローディング効果を避けることができ、同じく第一のメサエッチング溝により残されたエピタキシャル層である発光部の寸法制御が容易となる
【００１５】
【発明の実施の形態】
［１］  発光ダイオードアレイの構造
図１及び図２に示すように、本発明の発光ダイオードアレイは、基板１０、基板１０上に形成された複数の発光部１、各発光部１の上面に部分的に形成された第一の電極２、及び発光部１に近接する位置で導電層１１上に形成された第二の電極３を有する。図示の実施例では、各発光部１は基板１０上に均一に形成されたエピタキシャル層にメサエッチング溝部１９、２０を設け、個々独立のエピタキシャル層部としたものである。
【００１６】
（１）  基板
基板１０は、発光ダイオード用に使用し得るものであれば特に限定されず、発光部と電気的に絶縁できる構造であればよい。ｎ型基板でもｐ型基板でも用いることができ、半絶縁性ＧａＡｓ基板等の半絶縁性基板または絶縁性基板を用いてもよい。基板１０と導電層１１との間にアンドープＧａＡｓ層等の高抵抗層を設けて絶縁することもでき、また導電層１１に対して逆の極性を有する半導体層を設けて絶縁することもできる。
【００１７】
（２）  発光部
基板１０の導電層１１上に積層する化合物半導体の種類や結晶層の厚さは、所望の発光波長及び発光出力により適宜選択する。化合物半導体としては、例えばＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ等を用いることができる。発光部１は第一導電型のクラッド層、活性層及び第二導電型のクラッド層からなるダブルへテロ構造を有するのが好ましく、導電層上に形成したエピタキシャル層を第一のメサエッチング溝により分割してなるのが好ましい。さらに、第二のメサエッチング溝２０は各ブロック間を分離するために導電層１１を分断している。
【００１８】
図示の実施例では、発光ダイオードアレイの発光部１は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上にｐ型ＧａＡｓ導電層１１を介して順次形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層１２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５及びｎ型ＧａＡｓキャップ層１６からなる。ｎ型ＧａＡｓキャップ層１６は、光取り出し部９の領域ではエッチングにより除去されている。Ａｕ配線層５との短絡防止のため、第一及び第二絶縁膜１７、１８がカソード電極２を除いて発光部２の表面全体を覆っている。
【００１９】
上記発光部１のうち発光に直接関与する領域は、発光波長に対応するエネルギーバンドギャップを有するｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４を、それよりもエネルギーバンドギャップの大きいｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３（第一導電型のクラッド層）及びｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５（第二導電型のクラッド層）で挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造を有する。
【００２０】
（３）  電極及び配線層
第一及び第二電極の一方がカソード電極で、他方がアノード電極であればよく、例えば第一の電極はカソード電極でもアノード電極でもよい。各電極はボンディング特性、下層とのオーミック接続特性が要求される。例えばアノード電極にＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕの積層電極を使用し、カソード電極にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の積層電極を使用する。
【００２１】
共通電極及びＡｕ配線層はボンディング特性、上層・下層との密着性が良好であることが要求されるため複数の金属層で構成されるのが好ましい。最上層及び最下層にはボンディング特性及び絶縁膜の接着性が良いＴｉ，Ｍｏ等の金属層を有するのが好ましい。例えば、共通電極としてＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ、Ｍｏ／Ａｕ／Ｍｏ、ＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ等の積層電極を使用することができる。
【００２２】
各電極の金属層は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法、スパッタ法等で形成することができ、酸化物層は各種公知の成膜方法で形成することができる。カソード及びアノード金属層には、オーミック性を付与するため熱処理（合金化）をさらに施すのが好ましい。
【００２３】
図１及び図２に示す実施例では、各発光部１のメサ頂面にカソード電極２が形成されており、各発光部１側面及びカソード電極２周辺部は第一絶縁膜１７で覆われている。各発光部１上のカソード電極２は、コンタクト孔７によりＡｕ配線層５ｃを経由して２本の共通電極４のうち何れか一本と接続しており、個々独立したボンディング部８ｃ上にボンディングパッド６ｃを形成している。一方、各発光部１に近接する位置にアノード電極３がｐ型ＧａＡｓ導電層１１上に形成され、オーム接触している。アノード電極３は、Ａｕ配線層５ａを経由して、ボンディング部８ａのメサ頂面のボンディングパッド６ａに接続している。
【００２４】
（４）  メサエッチング溝
個々独立の発光部１及びボンディング部８を形成するため第一のメサエッチング溝部１９は、発光部１とボンディング部８とを電気的に分離するため導電層１１又はエッチングストッパ層１２まで達する第一のメサエッチング溝部１９と、発光部１の各ブロックを分断する目的で導電層１１を除去する第二のメサエッチング溝部２０とからなる。本発光ダイオードアレイの特徴的な要素である第一のメサエッチング溝部１９は発光部１を形成するほかに、個々独立のボンディング部８を形成している。
【００２５】
［２］  発光ダイオードアレイの製造方法
本発明の発光ダイオードアレイは、第一のメサエッチング溝部１９により個々独立のボンディング部８を形成する以外、従来と同じ方法により製造することができる。好ましい製造例としては、まず有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によりｎ型ＧａＡｓ基板１０の上面に、ｐ型ＧａＡｓ導電層１１（キャリア濃度：４×１０１９ｃｍ−３、厚さ：１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層１２（キャリア濃度：３×１０１９ｃｍ−３、厚さ：０．１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３（キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層１４（キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１５（キャリア濃度：２×１０１８ｃｍ−３、厚さ：３μｍ）、及びｎ型ＧａＡｓキャップ層１６（キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．５μｍ）を順次成長させる。
【００２６】
形成した結晶層にウェットエッチングを選択的に施す。まずカソード電極２と接触する部分を残して発光部１のｎ型ＧａＡｓキャップ層１６を除去する。次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層１２が露出する深さにメサエッチング溝１９を設けて、ｐ型ＧａＡｓ導電層１１上のエピタキシャル層を複数の発光部１に分割するとともに、発光部１と個々独立したボンディング部８とを形成する。このとき、ローディング効果を回避できるのであれば、図３に示すようにどちらか一方のボンディング部は除去してしまっても良い。さらに第二のメサエッチング溝部２０によりｐ型ＧａＡｓ導電層１１を除去し、発光部１の各ブロックを電気的に分離する。このときのｎ型ＧａＡｓ基板１０も僅かにエッチングされるように第二のメサエッチング溝部２０の探さを設定すれば、エッチング誤差があっても導電層１１が残留することはない。
【００２７】
次いで、カソード電極２（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）及びアノード電極３（ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕ）をそれぞれ蒸着〜リフトオフ法により形成する。次に発光ダイオードアレイの上面全体を覆うように化学気相成長法（ＣＶＤ法）により第一絶縁膜１７を成長させた後、共通電極４（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ）を蒸着〜リフトオフ法で形成する。さらにＣＶＤ法により第二絶縁膜１８を成長させた後、カソード電極２、アノード電極３と２本の共通電極のうち所望の一方にコンタクト孔をエッチングにより設け、Ｔｉ／Ａｕをスパッタ〜イオンミリングにより、各々のボンディング部８まで延在するＡｕ配線層５を形成する。
【００２８】
ここでは共通電極を２本とした２×２構造の例を述べたが、４つの発光部を１ブロックとして４本の共通電極を持つ４×４構造でも、８×８、１６×１６…の構造でも同様である。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の発光ダイオードアレイではボンディング部がメサエッチング溝により個々独立に形成されるので、メサエッチング溝の斜面にＡｕ配線層が残っても、或いは意図的にメサエッチング斜面をＡｕ配線層で被覆するような設計にしても配線が短絡することがなく、かつ発光部の寸法制御が容易で、高歩留の量産プロセスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による発光ダイオードアレイを示す上面図である。
【図２】図１の発光ダイオードアレイを構成する単一セルを示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の別の実施例による発光ダイオードアレイを構成する単一セルを示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】従来の発光ダイオードアレイを示す上面図である。
【図５】図４の発光ダイオードアレイを構成する単一セルを示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１・・・発光部
２・・・カソード電極
３・・・アノード電極
４・・・共通電極
５・・・Ａｕ配線層
５ａ・・・アノード側
５ｃ・・・カソード側
６・・・ボンディングパッド
６ａ・・・アノード側
６ｃ・・・カソード側
７・・・コンタクト孔
７ａ・・・アノード側
７ｃ・・・カソード側
７ｋ・・・共通電極上コンタクト孔
８・・・ボンディング部
８ａ・・・アノード側
８ｃ・・・カソード側
９・・・光取り出し部
１０・・・（ｎ型ＧａＡｓ）基板
１１・・・（ｐ型ＧａＡｓ）導電層
１２・・・ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層
１３・・・ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１４・・・ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
１５・・・ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１６・・・ｎ型ＧａＡｓキャップ層
１７・・・第一絶縁膜
１８・・・第二絶縁膜
１９・・・第一のメサエッチング溝部
２０・・・第二のメサエッチング溝部
２１・・・第一のメサエッチング溝の斜面
【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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