(57)【要約】【課題】  歩留が高く、量産性に優れる発光ダイオードアレイおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  ＧａＡｓ単結晶からなる基板の複数の半導体層が積層される主面４１ａは、（１００）面７１から（０１Ｔ）面７２側あるいは（０ＴＴ）面７３側に１〜２０°傾いているので、ＧａＡｓ基板４１の主面４１ａ上にＭＯＣＶＤ法により複数の半導体層を形成する場合に、曇りの発生の少ない面を得ることができる。【選択図】    図５
2007027609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ単結晶からなる基板の主面上に複数のエピタキシャル層を積層し、前記複数のエピタキシャル層をメサエッチング溝により分割して所定の方向に配列された複数の発光ダイオード部を形成してなる発光ダイオードアレイにおいて、
前記基板の前記主面は、（１００）面から１〜２０°傾い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】
前記所定の方向は、順メサ方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項３】
前記基板の前記主面の前記（１００）面から傾ける方向は、前記所定の方向またはその方向に直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項４】
前記基板の前記主面の前記（１００）面から傾ける方向は、（０１Ｔ）面方向あるいは（０ＴＴ）面方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ。
【請求項５】
ＧａＡｓ単結晶からなり、主面が（１００）面から１〜２０°傾いている基板をＬＥＣ法により作製し、
前記基板の前記主面上に複数のエピタキシャル層を積層し、
前記複数のエピタキシャル層をメサエッチング溝により分割して所定の方向に配列された複数の発光ダイオード部を形成することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項６】
前記複数のエピタキシャル層の積層は、ＭＯＶＰＥ法によることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードアレイおよびその製造方法に関し、特に、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置の光源として好適な発光ダイオードアレイおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置の光源としては、主にレーザ方式と発光ダイオードアレイ方式が用いられている。中でも、発光ダイオードアレイ方式は、レーザ方式のように光路長を長くとる必要がなく、装置の小型化、及び印刷サイズの大型化が容易であることから、画像形成装置の光源として多く用いられるようになってきている。また、最近は、画像形成装置の低価格化により、より安価な発光ダイオードアレイが求められている。
【０００３】
このような従来の発光ダイオードアレイとして、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板の（１００）面上に、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層を順次形成し、メサエッチング溝により複数の発光ダイオードを分割、形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、低転移密度のＧａＡｓ単結晶を成長させる方法として、垂直ブリッジマン（ＶＢ：Vertical Bridgeman）法、垂直温度傾斜（ＶＧＦ：Vertical Gradient Freeze）法、液体封止引上（ＬＥＣ：Liquid Encapsulate Czochralski）法が従来より知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−４４５０４号公報（段落［００３２］）
【特許文献２】特開２００３−２２６５９４号公報（段落［０００２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＶＢ法やＶＧＦ法によりＧａＡｓ基板を作製した場合、転移欠陥密度が低いが大型なＧａＡｓ基板の作製は難しい。一方、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ基板を作製した場合、半絶縁性を有し、大型化に適した基板を作製することができるが、転位欠陥密度が高いため、その上に結晶層を形成すると、表面に曇りやピットが発生し、発光ダイオードアレイの歩留まりが悪くなるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、歩留が高く、量産性に優れる発光ダイオードアレイおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態は、上記目的を達成するため、ＧａＡｓ単結晶からなる基板の主面上に複数のエピタキシャル層を積層し、前記複数のエピタキシャル層をメサエッチング溝により分割して所定の方向に配列された複数の発光ダイオード部を形成してなる発光ダイオードアレイにおいて、前記基板の前記主面は、（１００）面から１〜２０°傾いていることを特徴とする発光ダイオードアレイを提供する。
【０００８】
上記発光ダイオードアレイによれば、基板上にＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法，ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により複数のエピタキシャル層を積層する際、曇りやピットが発生しなくなり、結晶性の良好なエピタキシャル層を得ることができる。
【０００９】
基板としては、絶縁性基板を用いることができるが、エピタキシャル層と電気的に絶縁できる構成なら、半絶縁性基板やｎ型基板、ｐ型基板を用いることができる。
【００１０】
発光ダイオードの配列方向は、順メサ方向であることが好ましい。配線がメサ段差部で切れることがなくなる。
【００１１】
基板の主面の（１００）面から傾ける方向は、発光ダイオードの配列方向またはその方向に直交する方向とすることができる。メサエッチングによる溝の形状が安定し、歩留まり良く発光ダイオード部を形成することができる。主面の傾ける方向が発光ダイオード部の配列方向またはその方向に直交する方向からずれると、メサエッチングによって形成される発光ダイオード部の形状が不安定となり、光出力のばらつきが大きくなる。
【００１２】
基板の主面の（１００）面から傾ける方向は、（０１Ｔ）面方向あるいは（０ＴＴ）面方向とすることができる。
【００１３】
本発明の一形態は、上記目的を達成するため、ＧａＡｓ単結晶からなり、主面が（１００）面から１〜２０°傾いている基板をＬＥＣ法により作製し、前記基板の前記主面上に複数のエピタキシャル層を積層し、前記複数のエピタキシャル層をメサエッチング溝により分割して所定の方向に配列された複数の発光ダイオード部を形成することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法を提供する。
【００１４】
上記発光ダイオードアレイの製造方法によれば、基板上にＭＯＶＰＥ法等のエピタキシャル成長法により複数のエピタキシャル層を積層する際、曇りやピットが発生しなくなり、結晶性の良好なエピタキシャル層を得ることができる。また、ＬＥＣ法により基板を作製することにより、大型な基板を得ることができる。なお、大型な基板を作製することができるのなら、ＶＢ法やＶＧＦ法等の他の製法によってもよい。
【００１５】
上記複数のエピタキシャル層の積層は、ＭＯＶＰＥ法によるのが好ましい。ＭＯＶＰＥ法により、ＭＱＷ(Multiple Quantum Well)、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)等の構造を採用することができるため、高出力の発光ダイオード部を作製することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＧａＡｓ単結晶からなる基板の主面が（１００）面から１〜２０°傾いているので、歩留が高く、量産性に優れる発光ダイオードアレイおよびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの平面図、図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００１８】
この発光ダイオードアレイは、図１に示すように、チップ上に一列に配列された複数の発光ダイオード部５１を有し、図２に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１の上に、ｐ型ＧａＡｓ層４２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３、ＡｌＧａＡｓ活性層４４、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４５、ｎ型ＧａＡｓ層４６を順次積層した構造となっている。
【００１９】
（発光ダイオード部）
複数の発光ダイオード部５１は、ｍ個（例えば３２個）のブロックに分割され、各ブロックは、ｎ個（例えば４個）の発光ダイオード部５１からなる。複数の発光ダイオード部５１は、ブロック毎に共通のアノード電極５５を介して共通のアノードボンディングパッド５７に接続されている。また、複数の発光ダイオード部５１は、ｎ本（例えば４本）の共通カソード配線５８を介してカソードボンディングパッド５９に接続されている。
【００２０】
複数の発光ダイオード部５１は、メサエッチング溝５２Ａ，５２Ｂによって分離、形成されており、ＧａＡｓ基板４１まで達するグループ溝５３Ｂによってアノード毎に電気的に分離されている。メサエッチング溝５２Ａは、順メサ方向に一致する発光ダイオード部５１の配列方向に沿い、ｐ型ＧａＡｓ層４２まで達する順メサ形状を有する。メサエッチング溝５２Ｂは、メサエッチング溝５２Ａに直交し、ｐ型ＧａＡｓ層４２まで達する逆メサ形状を有する。
【００２１】
（カソード電極）
カソード電極５４は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで構成されており、下面側がｎ型ＧａＡｓ層４６とオーミック接合して電気的に接続しており、上面側がＡｕ配線６１によってカソードボンディングパッド５９に電気的に接続している。
【００２２】
また、カソード電極５４とカソードボンディングパッド５９とは、スルーホール５６、共通カソード配線５８およびＡｕ配線６１によって電気的に接続されている。
【００２３】
（アノード電極）
アノード電極５５は、ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕから構成されており、下面側がｐ型ＧａＡｓ層４２とオーミック接合して電気的に接続しており、上面側がＡｕ配線６１によってアノードボンディングパッド５７に電気的に接続している。
【００２４】
図４は、光ダイオードアレイの回路図である。複数の発光ダイオード部５１は、ｍ個（同図では３２個）のブロックＢ１，Ｂ２，・・・，Ｂ３１，Ｂ３２に分割されており、１つのブロックは、ｎ個（同図では４個）の発光ダイオード部５１から構成されている。各発光ダイオード部５１は、ブロック毎に共通のｍ個のアノードＡ１〜Ａ３２に接続され、ｎ本のカソードＣ１〜Ｃ４に接続されている。
【００２５】
（発光ダイオードアレイの製造方法）
次に、発光ダイオードアレイの製造方法の一例を図５および図６を参照して説明する。
【００２６】
（１）基板の準備
図５は、ＬＥＣ法による半絶縁性ＧａＡｓ基板の結晶方位を表わしたものである。ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶からなる半絶縁性ＧａＡｓ基板４１を作製する。基板４１の主面４１ａは、図５に示す方向とする。同図において、Ｇは（１００）面に対する垂線、Ｈは半絶縁性ＧａＡｓ基板４１の主面４１ａに対する垂線である。主面４１ａの結晶面方位は（１００）面７１から２°傾いており、その傾いている方向は（０１Ｔ）面７２方向である。
【００２７】
なお、結晶面方位は（１００）面７１に対し基板主面４１ａの傾いている方向は、（０ＴＴ）面７３方向でもよい。また、傾く角度は、１〜２０°の範囲であればよい。
【００２８】
（２）各層成長
次に、図６Ａ（ａ）に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１の主面４１ａ上に、有機金属気相成長(ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、複数のエピタキシャル層、すなわち、ｐ型ＧａＡｓ層４２(キャリア濃度：４×１０１９ｃｍ−３、厚さ：１μｍ)、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３(キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１μｍ)、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４４(キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：１μｍ)、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(キャリア濃度：２×1０１８ｃｍ−３、厚さ：３μｍ)、およびｎ型ＧａＡｓ層４６(キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３、厚さ：０．５μｍ)を順次成長させる。
【００２９】
（３）発光ダイオード部の形成
次に、図６Ａ（ｂ）に示すように、発光ダイオード部５１に対応するｎ型ＧａＡｓ層４６の部分をウエットエッチングにより除去する。
【００３０】
（４）発光ダイオード部の分離
次に、図６Ａ（ｃ）に示すように、発光ダイオード部５１の列方向に沿う２つのメサエッチング溝５２Ａをｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３まで到達するようにウエットエッチングにより形成する。また、各発光ダイオード部５１を個々に分離するエッチング溝５２Ｂをｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４３まで到達するようにウエットエッチングにより形成する。
【００３１】
次に、図６Ａ（ｄ），図３及び図４に示すように、ＧａＡｓ基板４１の一部に各ブロックＢ１，Ｂ２，・・・Ｂｍ間のアノードＡ１〜Ａ３２を電気的に絶縁するための溝５３Ａ，５３Ｂを形成する。
【００３２】
（５）電極の形成
次に、図６Ｂ（ｅ）に示すように、結晶表面の上面全体を覆うように化学気相成長法(ＣＶＤ法)により厚さ０．５μｍのＳｉＯ２からなる第１の絶縁膜６２を形成する。
【００３３】
次に、図６Ｂ（ｆ）に示すように、第１の絶縁膜６２のカソード電極５４に対応する部分をフッ酸により除去して穴を形成し、その穴にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、厚さ０．５μｍのカソード電極５４ａを形成する。
【００３４】
次に、図６Ｂ（ｇ）に示すように、第１の絶縁膜６２のアノード電極５５に対応する部分をフッ酸により除去して穴を形成し、その穴にＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、厚さ０．５μｍのアノード電極５５ａを形成する。次に、カソード電極５４ａ及びアノード電極５５ａを同時にアロイ化する。
【００３５】
（６）共通カソード配線の形成
次に、図６Ｂ（ｈ）に示すように、第１の絶縁膜６２上にＴｉ／Ａｕを蒸着した後、パターンエッチングにより厚さ０．５μｍの共通カソード配線５８を形成する。
【００３６】
（７）配線およびボンディングパッドの形成
次に、図６Ｃ（ｉ）に示すように、結晶表面の上面全体を覆うようにＣＶＤ法により厚さ１μｍのＳｉＯ２からなる第２の絶縁膜６３を形成する。
【００３７】
次に、図６Ｃ（ｊ），（ｋ）に示すように、第１の絶縁膜６２及び第２の絶縁膜６３のカソード電極５４ａ上の部分をフッ酸により除去して穴を形成する。
また、第１の絶縁膜６２及び第２の絶縁膜６３のアノード電極５５ａ上の部分をフッ酸により除去して穴を形成する。さらに、第２の絶縁膜６３のスルーホール５６に対応する部分をフッ酸により除去して穴を形成し、レジストパターン形成、Ｔｉ／Ａｕ蒸着、リフトオフを行い、厚さ１μｍのＡｕ配線６１、アノードボンディングパッド５７およびカソードボンディングパッド５９を形成する。
【００３８】
（メサエッチング溝の方向）
図７は、メサエッチング溝５２Ａ，５２Ｂの方向を説明するための模式図である。ＧａＡｓ基板上に形成した結晶層をメサエッチングした際、図７に示すように、順メサ（Ｖ溝）方向と逆メサ方向とがある。メサエッチング溝５２Ａは、発光ダイオード部５１の配列方向に沿う順メサ方向であるので、カソード電極５４とカソードボンディングパッド５９とを接続するＡｕ配線６１、およびアノード電極５５とアノードボンディングパッド５７とを接続するＡｕ配線６１が段差部で切れないようになる。
【００３９】
（発光ダイオードアレイの動作）
共通カソードＣ１〜Ｃ４のうちの１つをオンにし、残りの共通カソードをオフにした状態でアノードＡ１〜Ａ３２に画像データに応じた信号を送る。この動作を共通カソードＣ１〜Ｃ４まで順次行うことにより、全ドットの発光情報を送ることができる。
【００４０】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光ダイオードアレイによれば、以下の効果が得られる。
（イ）発光ダイオード部５１の配列方向を順メサ方向と一致させているので、配線がメサ段差部で切れてしまうことがない。
（ロ）ＬＥＣ法によってＧａＡｓ基板４１を作製しているので、安価で大型化なＧａＡｓ基板を作製することができる。
（ハ）ダイナミック駆動により発光ダイオード部５１を点灯させることができるので、スタティック駆動方式と比べて駆動ＩＣやボンディング本数を削減することができる。
（ニ）エピタキシャル層をＭＯＶＰＥ法により成長させているので、ＭＱＷ、ＤＢＲ等の構造を採用することができ、高出力の発光ダイオード部５１が得られる。
【００４１】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
【００４２】
例えば、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の発光ダイオードの場合について説明したが、本発明は、ＡｌＧａＡｓＰ系の発光ダイオードについても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光ダイオードアレイの平面図である。
【図２】図１のA−Ａ’線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】図１に示す発光ダイオードアレイの配線図である。
【図５】ＬＥＣ法による半絶縁性ＧａＡｓ基板の結晶方位を示す図である。
【図６Ａ】（ａ）〜（ｄ）は、発光ダイオードアレイの製造工程図である。
【図６Ｂ】（ｅ）〜（ｈ）は、発光ダイオードアレイの製造工程図である。
【図６Ｃ】（ｉ）〜（ｋ）は、発光ダイオードアレイの製造工程図である。
【図７】順メサ方向と逆メサ方向を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
４１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
４１ａ  主面
４２  ｐ型ＧａＡｓ層
４３  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４４  ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
４５  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４６  ｎ型ＧａＡｓ層４６層
５１  発光ダイオード部
５２Ａ  エッチング溝
５２Ａ  メサエッチング溝
５２Ｂ  メサエッチング溝
５３Ａ，５３Ｂ  グループ溝
５４，５４ａ，５４ｂ  カソード電極
５５，５５ａ，５５ｂ  アノード電極
５６  スルーホール
５７  アノードボンディングパッド
５８  共通カソード配線
５９  カソードボンディングパッド
６１  Ａｕ配線
６２  第１の絶縁膜
６３  第２の絶縁膜
７１  （１００）面
７２  （０１Ｔ）面
７３  （０ＴＴ）面
【図１】
2007027609.tif 000003
【図２】
2007027609.tif 000004
【図３】
2007027609.tif 000005
【図４】
2007027609.tif 000006
【図５】
2007027609.tif 000007
【図６Ａ】
2007027609.tif 000008
【図６Ｂ】
2007027609.tif 000009
【図６Ｃ】
2007027609.tif 000010
【図７】
2007027609.tif 000011