(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子と、
前記一導電型半導体層及び前記逆導電型半導体層にそれぞれ接続して設けられた電極と、
透光性樹脂から成る支持部材と、を備え、
前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出するように、前記支持部材中に列状に複数埋設して成るＬＥＤアレイ。
【請求項２】
前記電極が、前記支持部材における前記発光素子の発光面側とは反対側の表面まで延在していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項３】
単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して列状に設け、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設けて複数の発光素子を形成し、透光性樹脂から成る支持部材によって、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出させつつ、前記複数の発光素子で構成されるチップ部ごとに被覆した後、前記単結晶基板を除去するＬＥＤアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＥＤアレイに関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられるＬＥＤアレイとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＥＤアレイを図５、図６に示す。図５は断面図、図６は平面図である。図５ないし図６において、２１は半導体基板、２２は一導電型半導体層、２３は逆導電型半導体層、２４は個別電極、２５は共通電極である。
【０００３】
半導体基板２１上に、一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３を設けると共に、この一導電型半導体層２２の露出部Ｒに共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設け、逆導電型半導体層２３に個別電極２４を接続して設けている。なお、図５において、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜である。また、図６に示すように、共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）は隣接する島状半導体層２２、２３ごとに異なる群に属するように二群に分けて接続して設けられ、隣接する島状半導体層２２、２３が同じ個別電極２４に接続されている。
【０００４】
このようなＬＥＤアレイでは、個別電極２４と共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光ダイオードを選択的に発光させることができる。
【０００５】
このようなＬＥＤアレイは半導体ウェハ上にＬＥＤアレイを多数形成した後、ダイシング法などでチップ状に切断して、図７に示すように、ＬＥＤチップを実装基板２８上に搭載し、ワイヤーボンディング３０などで外部回路３１と接続する。さらに、ＬＥＤアレイチップを実装した基板２８上にレンズ２９を設置し、ＬＥＤヘッドとして組み立てる。このＬＥＤヘッドはＬＥＤアレイから発光した光を実装基板２８の上部に設けたレンズ２９で集光して感光体ドラム（不図示）へ結像させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のＬＥＤアレイでは、基板２１上に電極２４、２５が接続された島状の半導体層２２、２３を列状に設けて複数並べて設けていることから、発光面と同じ側に電極２４、２５の外部回路との接続部が位置することになり、その結果、発光素子をレンズ２９に直接接触させて実装することができず、レンズ２９の取付精度が悪いと共に、レンズ２９の搭載基板のレンズ周辺に回路を設けることができず、レンズ２９とＬＥＤアレイ実装基板を別々に設けなければならず、ＬＥＤヘッドの構造が複雑で装置が大型化するという問題があった。つまり、従来のＬＥＤアレイでは、実装基板２８とレンズ２９を搭載した基板が個々に必要となり、小型化が難しいうえに、厳密な搭載精度が要求される。
【０００７】
また、発光素子の配列が高密度になるにつれて、ＬＥＤアレイをチップ状に切断するときの精度が非常に厳しくなるという問題があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤヘッドの構造が複雑で装置が大型化し、またＬＥＤチップを精度よく切断するのが困難であるという従来の問題を解消したＬＥＤアレイとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＬＥＤアレイでは、一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子と、前記一導電型半導体層及び前記逆導電型半導体層にそれぞれ接続して設けられた電極と、透光性樹脂から成る支持部材と、を備え、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出するように、前記支持部材中に列状に複数埋設して成ることを特徴とする。
【００１０】
上記ＬＥＤアレイでは、前記電極が、前記支持部材における前記発光素子の発光面側とは反対側の表面まで延在していることが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法では、単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を積層して列状に設け、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設けて複数の発光素子を形成し、透光性樹脂から成る支持部材によって、前記発光素子及び前記電極を、前記発光素子の発光面側とは反対側の前記支持部材の表面からのみ露出させつつ、前記複数の発光素子で構成されるチップ部ごとに被覆した後、前記単結晶基板を除去することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係るＬＥＤアレイの一実施形態を示す断面図、図２は平面図である。図１および図２において、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は個別電極、５は共通電極、６は絶縁膜、７は支持部材である。
【００１３】
支持部材７は、ポリイミド、フッ素樹脂、シリカ系樹脂などの透光性樹脂から成る。
【００１４】
この透光性樹脂から成る支持部材７中に、共通電極５（５ａ、５ｂ）が接続して設けられた一導電型半導体層２と個別電極４が接続して設けられた逆導電型半導体層３から成る発光素子を列状に埋設する。
【００１５】
一導電型半導体層２は、バッファ層２ａ、オーミックコンタクト層２ｂ、電子の注入層２ｃで構成される。バッファ層２ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層２ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層２ａとオーミックコンタクト層２ｂはガリウム砒素などで形成され、電子の注入層２ｃはアルミニウムガリウム砒素などで形成される。オーミックコンタクト層２ｂはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、電子の注入層２ｃはシリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。また、この時電子注入層２ｃのＡｌの組成はｘ＝０．２４〜０．５程度形成する。バッファ層２ａは基板１と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【００１６】
逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、第２のクラッド層３ｂ、および第２のオーミックコンタクト層３ｃで構成される。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成され、オーミックコンタクト層３ｃは０．０１〜０．１μｍ程度の厚みに形成される。第２のオーミックコンタクト層３ｃはガリウム砒素などから成る。
【００１７】
発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮してアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。発光層３ａと第２のクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、第２のオーミックコンタクト層３ｃは亜鉛などの逆導電型半導体不純物を１×１０19〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００１８】
絶縁膜６は窒化シリコンなどから成り、厚み３０００〜５０００Å程度に形成される。また、個別電極４と共通電極５は金／クロム（Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００１９】
本発明のＬＥＤアレイでは、図２に示すように、一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３から成る島状半導体層２、３を支持部材７内に一列状に並べて、隣接する島状半導体層２、３毎に同じ個別電極４に接続し、同じ個別電極４に接続された下の一導電型半導体層２が異なる共通電極５に接続されるように二群に分けて接続される。個別電極４を選択して電流を流すことによってページプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる。
【００２０】
このＬＥＤアレイでは、図１に示すように、個別電極４と共通電極５が支持部材７の表面側まで延在して設けられていることが望ましい。また、図３に示すように、支持部材７をレンズ９の搭載基板１０に直接実装することが望ましい。さらに、支持部材７をレンズ９の搭載基板１０に直接実装すると同時に、レンズ９の搭載基板１０上に回路配線を設けることが望ましい。
【００２１】
発光素子の発光面とは反対の面に電極４、５を配置すると、レンズ９に支持部材を直接接触して実装することが可能になり、レンズ９の取付精度が向上すると共に、レンズ９を搭載している基板１０のレンズ９周辺に配線回路１１を設けることができ、レンズ９の搭載基板１０がＬＥＤアレイ実装基板を兼ねることでＬＥＤヘッド構造の簡略化および小型化を可能になる。
【００２２】
次に、上述のようなＬＥＤアレイの製造方法を説明する。まず、単結晶基板（不図示）上に、一導電型半導体層２、逆導電型半導体層３をＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。
【００２３】
単結晶基板はシリコン（Ｓｉ）などの単結晶半導体基板から成る。単結晶半導体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適に用いられる。
【００２４】
これらの半導体層２、３を形成する場合、基板温度をまず４００〜５００℃に設定して２００〜２０００Åの厚みにアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を７００〜９００℃に上げて所望厚みの半導体層２、３を形成する。
【００２５】
この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ＴＭＡ（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ）などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン（ＳｉＨ4 ）、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）、ＴＭＺ（（ＣＨ3 ）3 Ｚｎ）などが用いられ、キャリアガスとしては、Ｈ2 などが用いられる。
【００２６】
次に、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層２、３が島状にパターニングされる。このエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングやＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【００２７】
次に、一導電型半導体層２の一端部側の一部が露出するためにエッチングする。さらに、表面の半導体層３ｃの表面の一部をエッチングする。それぞれのエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやＣＣｌ2 Ｆ2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【００２８】
次に、プラズマＣＶＤ法で、シランガス（ＳｉＨ4 ）とアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いて窒化シリコンから成る絶縁膜を形成してパターニングする。次に、クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングする。
【００２９】
次に、塗布法またはゾル−ゲル法などの手段を用いて樹脂層を形成して支持部材７を形成する。その後、単結晶基板のみを選択的にエッチングする。例えば、単結晶基板としてシリコン基板を使用している場合にはＫＯＨ溶液などを使用して、単結晶基板のみを選択的にエッチングすればよい。
【００３０】
また、支持部材７をチップ状に形成する場合には、支持部材７を形成してからフォトリソ工程などを用いて形成することによって、図４に示すように、支持部材７で覆われているチップ部と単結晶基板の部分を作製し、単結晶基板をエッチングすることでチップ部のみを残すようにすればよい。
【００３１】
基板上面部分を樹脂等で覆う際に樹脂部をチップ状に形成した後、基板を除去することで、基板はエッチングされて何もなくなってしまうことにより、ダイシングなどの手法を取らずにチップに分割することを可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るＬＥＤアレイでは、電極が接続して設けられた一導電型半導体層と逆導電型半導体層から成る発光素子を透光性樹脂から成る支持部材中に列状に複数埋設したことから、発光面と反対の面に電極を配置することを可能になり、その結果、この支持部材をレンズに直接実装することができ、レンズの取付精度向上を可能にすると共に、レンズ搭載基板のレンズ周辺に回路を設けることができ、レンズ搭基板とＬＥＤアレイ実装基板を兼ねることでＬＥＤヘッド構造の簡略化および小型化を可能になる。
【００３３】
また、本発明に係るＬＥＤアレイの製造方法では、単結晶基板上に島状の一導電型半導体層と逆導電型半導体層を列状に積層して設け、この一導電型半導体層と逆導電型半導体層に電極を接続して設けて発光素子を形成し、この発光素子を透光性樹脂から成る支持部材で被覆した後、前記単結晶基板を除去することから、ダイシングなどの手法を取らずにチップに分割することを可能となり、高精度のＬＥＤアレイ切断時における問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＬＥＤアレイの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤアレイの使用方法を示す図である。
【図４】本発明に係るＬＥＤアレイの作製方法を示す図である。
【図５】従来のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図６】従来のＬＥＤアレイを示す平面図である。
【図７】従来のＬＥＤアレイの一使用方法を示す図である。
【符号の説明】
１………基板、２………一導電型半導体層、３………逆導電型半導体層、４………個別電極、５………共通電極、６………絶縁膜、７………樹脂層、８………実装用基板、９………レンズ
【図１】
0004382902.tif 000002
【図２】
0004382902.tif 000003
【図３】
0004382902.tif 000004
【図４】
0004382902.tif 000005
【図５】
0004382902.tif 000006
【図６】
0004382902.tif 000007
【図７】
0004382902.tif 000008