(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＮ層を積層した基板表面に、エッチングにより、分離独立するように形成した台形状の複数個の発光部を備えた発光ダイオードアレイにおいて、
前記分離独立するように形成した台形状の複数個の発光部は、発光窓を空けて電極層が形成された略四角形状の上面と、互いの間隔が上方から下方に向かって広がるように傾斜して対向した一対の順メサ面と、互いの間隔が上方から下方に向かって狭まるように傾斜して対向した一対の逆メサ面とを備え、
前記上面は、四角形のコーナー部を面取りした形状を有し、
前記順メサ面と前記逆メサ面とは、前記上面に対する傾斜角度が、前記順メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度から、前記逆メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度へ、連続的に変化するコーナー面を介して互いに隣接し、
前記順メサ面及び前記コーナー面には、前記上面の電極層につながる電極層が形成されている、発光ダイオードアレイ。
【請求項２】
前記複数個の発光部は、隣り合う発光部の逆メサ面どうしが対向するように並んでいる、請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項３】
前記上面の電極層は、前記発光窓を部分的に囲んで工字状に形成され、前記発光窓の一部は前記逆メサ面につながっている、請求項１又は２に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項４】
前記上面の電極層は、前記発光窓を囲んでコ字状に形成されている、請求項１又は２に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項５】
光源として請求項１から４のいずれかに記載の発光ダイオードアレイを備えた、プリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）プリンタのプリンタヘッド等に使用される発光ダイオードアレイ及び発光ダイオードに関し、特にメサ分離型のモノリシック発光ダイオードアレイ、発光ダイオード及びプリンタヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、プリンタは、その用途が広がり、文字や図形に限られず、写真印刷にも使用されるようになり、ますます高精細化、クリアできめ細かい印刷精度が求められている。【０００３】
そして、ＬＥＤプリンタのプリンタヘッドに使用される発光ダイオードアレイにおいても、印刷精度の向上が求められており、そのためには、発光ダイオードアレイの微細加工、高輝度化が必要になり、技術開発が進められている。【０００４】
一方、発光ダイオードアレイを微細加工、高輝度化する際に、発光ダイオードアレイを構成する複数個の発光ダイオードの各々の発光部の光漏れにより、発光面の広がりが生じることが、発光ダイオードの集積度の向上を阻害する大きな要因となっている。【０００５】
図９は、従来のメサ分離型の発光ダイオードアレイの概略上面図である。この発光ダイオードアレイ１０１は、基板、Ｎ電極層、バッファ層、分布ブラッグ反射層、絶縁膜を含む基板部１０２と、その上面部に、メサエッチングにより分離独立した複数個の台形形状の発光部１０３・・・と、Ｐ電極層１０４で構成されている。【０００６】
発光部１０３・・・の各々は、上面視した場合、四角形状をしており、その四周側面では、コーナ部において、順メサ面と逆メサ面とが隣接するようになっている。発光部１０３は、その２箇所の発光窓１１１が隣り合うように、横方向に所定の間隔で配置されている。Ｐ電極層１０４は、発光部１０３の外側の層であり、発光部１０３の横方向の配置に対して、光ダイオードアレイ１０１を構成する複数個の発光ダイオード毎に、直角に、反対方向に交互に引き出され、ボンディング用の広面積の電極につながっている。【０００７】
図１０は、発光ダイオードの概略図であり、図１０Ａは、この発光ダイオードの上面図を示し、図１０Ｂはその斜視図である。上面視した場合、略四角形の発光部１０３は、メサエッチングにおいて、横方向に並ぶ２箇所の発光窓１１１側が逆メサ面となっており、これと直角の方向が順メサ面となっている。【０００８】
Ｐ電極層１０４は、上面視して、発光窓１１１を除いた工字状の層であり、その外側の一端の中央部から延長して、ボンディング用の広面積の電極となっている。このＰ電極層１０４は、発光部１０３を発光させた場合に、不必要な光を遮光する働きも有しており、両側の順メサ面を覆って、順メサ面から出る光を遮光している。【０００９】
また、図１１は、従来の発光部１０３をメサエッチングする場合の、フォトマスク１５１の形状を示す上面図であり、このフォトマスク１５１は、略四角形のコーナー部が、直角になっている。
【特許文献１】特開２００１−１７７１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の発光ダイオードアレイ１０１では、発光ダイオードアレイ１０１を構成する複数個の発光ダイオードの各々の発光部１０３・・・が、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、両側の順メサ面はＰ電極層１０４に覆われているため遮光されるが、逆メサ面は基板部からの立ち上がり角度が垂直より小さい（９０度より小さい）ため、Ｐ電極層形成時に、逆メサ面にはＰ電極層が形成されない。【００１１】
このため、従来の発光ダイオードアレイ１０１を発光させると、発光部１０３・・・の各々の逆メサ面の遮光ができていないため、図１０Ａに示すように、光漏れ範囲１２０が、逆メサ面からの光漏れが生じるため広範囲になり、発光窓１１１と一体にＴ字状に広がった光源となり、スポット光源とならない。【００１２】
このような従来の発光ダイオードで構成した発光ダイオードアレイ１０１を、例えば、ＬＥＤプリンタのヘッドとして使用した場合、前述の光漏れが原因となり、印刷物の文字などの境界、写真などの映像の境界で、にじみやぼやけが生じ、クリアな仕上がりにならない、という問題がある。【００１３】
また、発光ダイオードアレイを高集積化した場合、光漏れのために、個別の発光ダイオードの光がつながってしまい、スポット光源としての機能を果たさなくなるので、集積度を高くすることができない、という問題がある。【００１４】
本発明は、これらの課題を解決するため、発光ダイオードの逆メサ面からの光漏れを小さくして、スポット光源に近づけ、高精細度、高集積化が可能な発光ダイオードアレイ、発光ダイオード及びプリンタヘッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発光ダイオードアレイは、ＰＮ層を積層した基板表面に、エッチングにより、分離独立するように形成した台形状の複数個の発光部を備えた発光ダイオードアレイにおいて、前記分離独立するように形成した台形状の複数個の発光部は、発光窓を空けて電極層が形成された略四角形状の上面と、互いの間隔が上方から下方に向かって広がるように傾斜して対向した一対の順メサ面と、互いの間隔が上方から下方に向かって狭まるように傾斜して対向した一対の逆メサ面とを備え、前記上面は、四角形のコーナー部を面取りした形状を有し、前記順メサ面と前記逆メサ面とは、前記上面に対する傾斜角度が、前記順メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度から、前記逆メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度へ、連続的に変化するコーナー面を介して互いに隣接し、
前記順メサ面及び前記コーナー面には、前記上面の電極層につながる電極層が形成されている。
【００１６】
請求項２に記載の発光ダイオードアレイは、前記複数個の発光部は、隣り合う発光部の逆メサ面どうしが対向するように並んでいる。
【００１７】
請求項３に記載の発光ダイオードアレイは、前記上面の電極層が、前記発光窓を部分的に囲んで工字状に形成され、前記発光窓の一部は前記逆メサ面につながっている、
【００１９】
請求項４に記載の発光ダイオードアレイは、前記上面の電極層が、前記発光窓を囲んでコ字状に形成されている。
【００２０】
尚、本発明に係る発光ダイオードアレイ又は発光ダイオードでは、発光部のコーナー部の形状を、エッチングのマスクパターンの形状で選択できるようにしている。【００２１】
請求項５に記載のように、プリンタヘッドの光源として上記構成の発光ダイオードアレイあるいは発光ダイオードを備えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発光ダイオードアレイは、前記分離独立するように形成した台形状の複数個の発光部は、発光窓を空けて電極層が形成された略四角形状の上面と、互いの間隔が上方から下方に向かって広がるように傾斜して対向した一対の順メサ面と、互いの間隔が上方から下方に向かって狭まるように傾斜して対向した一対の逆メサ面とを備え、前記上面は、四角形のコーナー部を面取りした形状を有し、前記順メサ面と前記逆メサ面とは、前記上面に対する傾斜角度が、前記順メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度から、前記逆メサ面の前記上面に対する傾斜角度と同じ角度へ、連続的に変化するコーナー面を介して互いに隣接し、
前記順メサ面及び前記コーナー面には、前記上面の電極層につながる電極層が形成されていることにより、電極層又は遮光性膜の形成時に、コーナー部を電極層又は遮光性膜が回り込み、コーナー部を電極層又は遮光性膜で覆うことができ、コーナー部からの光漏れをなくすことができる。
【００２６】
また、本発明に係る発光ダイオードアレイ又は発光ダイオードにおいて、発光部のコーナー部の形状を、エッチングのマスクパターンの形状で選択できるようにすれば、従来の加工プロセスを増やさなくてもよく、また、製造プロセスの条件に最適な発光ダイオードのコーナー部形状を自由に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る発光ダイオードアレイの一例の概略上面図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードの概略図であり、図２Ａは、この発光ダイオードの上面図を示し、図２Ｂその斜視図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードの加工プロセスを模式的に示す部分断面図であり、図３Ａは、エピタキシャル成長させた図であり、図３Ｂは、コンタクト部の形成を示した図であり、図３Ｃは、メサエッチングによる発光部の形成を示した図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオードの加工プロセスを模式的に示す部分断面図であり、図４Ａは、絶縁膜の形成を示した図であり、図４Ｂは、コンタクトホールの形成示した図であり、また、図４Ｃは、Ｐ電極層の形成を示した図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードの加工プロセスを模式的に示す部分断面図であり、Ｎ電極層の形成を示した図である。
【図６】本発明に係る発光ダイオードの角面取り形状のフォトマスク形状を示す上面図である。
【図７】本発明に係る発光ダイオードの丸面取り形状のフォトマスク形状を示す上面図である。
【図８】本発明に係る発光ダイオードの他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図９】従来のメサ分離型の発光ダイオードアレイの概略上面図である。
【図１０】従来の発光ダイオードの概略図であり、図１０Ａは、この発光ダイオードの上面図を示しており、また、図１０Ｂは、その斜視図である。
【図１１】従来の発光部（発光ダイオード）をメサエッチングする場合の、フォトマスク形状を概略的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  発光ダイオードアレイ
２  基板部
３  発光部
４  Ｐ電極層
１１  発光窓
１５  角面取り形状
１０１  従来の発光ダイオードアレイ
１０２  従来の基板部
１０３  従来の発光ダイオード
１０４  従来のＰ電極層
１１１  従来の発光窓
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る発光ダイオードアレイの一例を、図面を参照しながら詳しく説明する。図１は、本発明に係る発光ダイオードアレイの一例の概略上面図である。この発光ダイオードアレイ１は、基板、Ｎ電極層、バッファ層、分布ブラッグ反射層、絶縁膜を含む基板部２と、その上面部に、例えば、メサエッチングにより、分離独立するように形成した台形形状の複数個の発光部３・・・と、Ｐ電極層４とを備える。【００３０】
複数個の発光部３・・・の各々は、上面視した場合、略四角形の発光部の形状を、コーナー部を面取り形状にされている。発光部３の２箇所の発光窓１１は、隣り合うように、横方向に所定の間隔で配置されている。【００３１】
また、Ｐ電極層４は、発光部３の外側の層であり、発光部３の横方向の配置に対して、発光ダイオード個別毎に、直角に、反対方向に交互に引き出され、ボンディング用の広面積の電極につながっている。【００３２】
図２は、発光ダイオードアレイ１を構成する一つの発光ダイオードの概略図であり、図２Ａは、この発光ダイオードの上面図を示し、図２Ｂはその斜視図である。この発光ダイオードは、その発光部３が、上面視した場合、略四角形を有しており、メサエッチングにおいて、横方向に並ぶ２箇所の発光窓１１側が、逆メサ面（一対の対向する側面の各々が、上方から下方に向かって狭まる傾斜する面）となっており、これと直角の方向が、順メサ面（一対の対向する側面の各々が、上方から下方に向かって広がる傾斜する面）となっている。そして、この４周側面の4コーナー部の各々が面取りされている
。【００３３】
Ｐ電極層４は、この例では、上面視した場合、発光窓１１を除いた工字状の層にされており、その外側の一端の中央部から延長して、ボンディング用の広面積の電極となっている。さらに、このＰ電極層４は、順メサ面（一対の対向する側面の各々の上方から下方に向かって広がる傾斜する面）に電極が形成されるとともに、逆メサ面（一対の対向する側面の各々に隣接する一対の対向する側面の各々の上方から下方に向かって狭まる傾斜する面）のコーナー部近傍にも、順メサ面（一対の対向する側面の各々の上方から下方に向かって広がる傾斜する面）に設けられた電極に連続するように回り込むように形成されている。このＰ電極層４は、発光ダイオード３を発光させた場合に、不必要な光を遮光する働きも有しており、両側の順メサ面を覆って、順メサ面からでる光を遮光している。【００３４】
さらに、このＰ電極層４の工字状の各々の端部は、図２Ａ及び図２Ｂから明らかなように、両側の順メサ面から連続するようにして逆メサ面のコーナ部近傍の一部を基板部２まで覆っている。【００３５】
この結果、この発光ダイオードを発光させると、発光窓１１からの光は、２箇所から、上面（図２Ｂ参照）に向けて出る。また、この発光窓１１からの光の一部が、逆メサ面周辺から漏れようとするが、本発明の発光ダイオードアレイ１の発光部３・・・の各々では、図２Ａに示すように、両方向の逆メサ面の、コーナー部４箇所の近傍の角面取り形状１５の領域が、Ｐ電極層４で覆われているため、光漏れが生じず、発光窓１１の近傍の光漏れ範囲２０のみ光漏れが生ずる。【００３６】
この光漏れ範囲２０の面積は小さく、発光窓１１と同じ幅で拡張された程度であり、スポット光源として、理想に近いものとなる。このことは、従来の発光ダイオードの光漏れを示す図１０Ａの光漏れ範囲１２０の外形の大きさと、光漏れ範囲２０とを比較すれば、その効果の大きさが容易に理解できる。【００３７】
次に、本発明に係る発光ダイオードアレイの加工プロセスを、図３、図４及び図５により説明する。なお、図３〜図５は、図１中、III−III断面における本発明に係る発光ダイオードアレイの製造工程を示す図である。【００３８】
まず、本発明に係る発光ダイオードアレイを製造する際には、図３Ａに示すように、ＧａＡｓ基板３１に各層をエピタキシャル成長させる。【００３９】
エピタキシャル成長方法としては、例えば、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＭＯＶＤＥ（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、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、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法等を用いることができる。【００４０】
次に、ＧａＡｓよりなるＮ基板３１に、ＧａＡｓよりなるＮバッファ層３２、ＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射層）３３、ＡｌＧａＡｓよりなるＮクラッド層３４、活性層３５、ＡｌＧａＡｓよりなるＰクラッド層３６、ＧａＡｓよりなるＰコンタクト層３７のエピタキシャル成長を行う。なお、上記内容は一例であり、Ｐ基板を用いることや、ＡｌＧａＡｓ以外の材料を用いることも、可能である。【００４１】
次に、図３Ｂに示すように、コンタクト部を形成する。コンタクト部４１は、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、形成する。また、エッチングには、アンモニアを用いる。【００４２】
次に、図３Ｃに示すように、メサエッチングによる発光部を形成する。この発光部３は、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により形成する。エッチングには、例えば、燐酸を用いる。そして、エッチング条件は、メサエッチングでの異方性エッチングが顕著に現れるように調整している。このエッチングでのフォトマスク形状については、後述する。【００４３】
次に、図４Ａに示すように、絶縁膜を形成する。例えば、絶縁層４３は、例えば、Ｓｉ３Ｎ４膜で形成する。尚、絶縁層４３は、ＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜としてもよい。【００４４】
次に、図４Ｂに示すように、コンタクトホールの形成を行なう。コンタクトホール４４を形成する際には、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いる。コンタクトホール４４は、例えば、ＣＦ４プラズマエッチングにより形成する。【００４５】
次に、図４Ｃに示すように、Ｐ電極層を形成する。Ｐ電極層４は、例えば、リフトオフ法により、図４Ｂで形成したコンタクトホール上に形成され、このコンタクトホールを通じて電流が流れるようにされる。Ｐ電極層４の材料としては、例えば、Ｔｉ・Ａｕ・Ｚｎ・Ａｕ（総厚１μｍ）等のＡｕ合金が使用される。【００４６】
次に、図５に示すように、Ｎ電極層を形成する。Ｎ電極層４５は、基板の下面に形成され、材料としては、Ａｕ・Ｔｅ・Ｓｎ・Ａｕ（総厚０．８μｍ）等のＡｕ合金が使用される。【００４７】
次に、発光部３を形成する場合の、フォトマスクの形状について、説明する。図６は、角面取り形状のフォトマスク形状を示す上面図である。フォトマスク５１は、各発光ダイオードの位置に、略四角形のコーナー部を角面取り形状１５にした形状になっており、その形に合わせて、メサエッチングされ、発光部３が形成される。【００４８】
図７は、丸面取り形状のフォトマスク形状を示す上面図である。フォトマスク５２は、略四角形のコーナー部を丸面取り形状５３にした形状になっており、この形にあわせて、メサエッチングされ、コーナー部が丸面取り形状の発光部３が形成される。【００４９】
以上のように、本発明に係る発光ダイオードアレイ１では、発光ダイオードアレイ１を構成する複数個の発光ダイオードの各々の、上面視した場合、略四角形の発光部３の形状を、コーナー部を、角面取り形状又は丸面取り形状にしたことにより、図２のように、Ｐ電極層の形成時に、基板部２からの立ち上がり角度が鈍角の順メサ面から、立ち上がり角度が鋭角の逆メサ面へ、メサ面角度が、順次、少しずつ変化しながら変わるため、Ｐ電極層４が、容易に、コーナー部（より特定的には、コーナ部の近傍の逆メサ面）を回り込んで覆うようになり、この結果、コーナー部が遮光されて、コーナー部の光漏れをなくすことができる。【００５０】
また、発光ダイオードのＰ電極層が、発光部３の３方向を囲み、順メサ面から連続するように、コーナ部近傍の逆メサ面の基板部まで延長して覆っているため、この部分も遮光できることになる。【００５１】
尚、上記した発明を実施するための最良の形態では、Ｐ電極層４が、発光部３を、エ字状形状に覆っている例について説明したが、これは、単に、例示であって、本発明に係る発光ダイードアレイの各々の発光ダイオードの発光部３を覆うＰ電極層は、図８に示すように、発光部３の上面に、例えば、ロ字形状その他のその枠が閉じられた開口部（発光部１１Ａ）を有するＰ電極層４Ａであってもよい。【００５２】
また、上記した発明を実施するための最良の形態では、Ｐ電極層４が、発光部３を、エ字状形状に覆っている例について説明したが、これは、単に、例示であって、Ｐ電極層に変えて、同形状の他の遮光性膜で実施してもよい。【００５３】
さらに、発光部のコーナー部の形状を、メサエッチングのマスクパターン形状で選択できるようにすれば、従来の加工プロセスを増やさなくてもよく、また、製造プロセスの条件に最適な発光ダイオードのコーナー部形状を自由に選択できる、という効果もある。【００５４】
上記構成の発光ダイオードアレイ又は発光ダイオードは、ＬＥＤ（発光ダイオード）プリンタのプリンタヘッド等の書込み用の光源として利用することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る発光ダイオードアレイ又は発光ダイオードは、コーナー部の逆メサ面領域における光漏れが少ないので、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）プリンタのプリンタヘッド等に使用することにより、プリンタの性能、特に高精細度化、高密度化を大幅に向上させることができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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