(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板上に複数個の発光エレメントがほぼ直線状に配置されてなり、前記各発光エレメントは少なくとも、前記基板上に順次積層される第１導電型のクラッド層と、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の電流拡散層とを有し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部は互いに電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイにおいて、前記隣り合う第２導電型の電流拡散層はメサエッチングにより互いに物理的に孤立分離され、
前記第２導電型の電流拡散層は設計された発光領域においてのみ配設され、
前記第２導電型の電流拡散層からの電極の上に配設される電極パッドは、前記電極とは別部材であり、かつ、前記活性層または前記第２導電型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散層からの電極を介在せしめて配設されてな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記載の発光ダイオードアレイにおいて、前記第２導電型の電流拡散層の側壁面に該電流拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記電流拡散層からの発光を遮光す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、発光ダイオードアレイに関し、特にプリンタヘッドやカメラ等のデータバック用等に用いられる発光ダイオードアレイ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例の発光ダイオードアレイ及びその製造方法の技術について、例えば、特開平８−６４８６４号公報、発明の名称：発光ダイオードアレイ及びその製造方法、出願人：シャープ株式会社、があり、これを図３〜図５に示す。
【０００３】
図３は従来例の発光ダイオードアレイの上面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図３の各発光ダイオード単体の上面図及び図４（ａ）のＸ−Ｙ線断面図、図５は図３の部分斜視図である。図４（ａ）及び（ｂ）において、従来例の発光ダイオードアレイは、ｎ型ＧａＡｓ基板５０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層５１、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５２、アンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層５３、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５４、Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層電流拡散層５５がＭＯＣＶＤ法により積層されている。
【０００４】
その後、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜のＳｉＮx膜をＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層５５上に形成し、フォトリソグラフィー及びバッファードフッ酸によるエッチングによりボンディングパッド下に電流が注入されることを防止するための絶縁膜５６が形成されている。５７はｐ型電極であり、Ｔｉ／ＡｕＺｎ系の材料が用いられている。５８はｎ型電極であり、ＡｕＧｅ／Ｎｉ系の材料が用いられている。５９はボンディングパッドであり、ｐ型電極５７の上にＴｉ／Ａｕをスパッタして形成されたものである。赤色発光領域は主として、Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層５５の形状に発光する。
【０００５】
図３は各発光ダイオード単体の上面図であり、５３はアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層、５５はＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層電流拡散層、５７はｐ型電極、５９はボンディングパッドである。図３では、赤色発光領域の形状となる電流拡散層５５の７個のアレイが示されている。
【０００６】
図５は発光ダイオードアレイの部分斜視図であり、５０はｎ型ＧａＡｓ基板、５１はｎ型ＧａＡｓバッファー層、５２はｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、５３はアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層、５４はｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、５５はＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層電流拡散層、５６は絶縁膜、５７はｐ型電極、５９はボンディングパッドである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の方法では、電流拡散層５５が発光させたくない領域にも存在しており、以下に示すような問題点があった。
１）発光駆動電流が電流拡散層を介して広がり発光させたくない領域が発光し、２）電流拡散層が光ガイドとして作用して発光させたくない領域が発光するという問題が発生し、発光ダイオードアレイの発光点が滲むという問題が発生していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発光ダイオードアレイは、第１導電型の基板上に複数個の発光エレメントがほぼ直線状に配置されてなり、前記各発光エレメントは少なくとも、前記基板上に順次積層される第１導電型のクラッド層と、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の電流拡散層とを有し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部は互いに電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイにおいて、前記隣り合う第２導電型の電流拡散層はメサエッチングにより互いに物理的に孤立分離され、前記第２導電型の電流拡散層は設計された発光領域においてのみ配設され、前記第２導電型の電流拡散層からの電極の上に配設される電極パッドは、前記電極とは別部材であり、かつ、前記活性層または前記第２導電型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散層からの電極を介在せしめて配設されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、請求項２記載の発光ダイオードアレイは、前記第２導電型の電流拡散層の側壁面に該電流拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記電流拡散層からの発光を遮光することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例による発光ダイオードアレイの上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の各発光ダイオード単体の上面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ｂ線断面図、図２（ａ）は本発明の他の一実施例による発光ダイオードアレイの各発光ダイオード単体の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｄ線断面図である。
【００１１】
図１（ｂ）及び（ｃ）において、本発明の一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイは、第１導電型であるｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）ＧａＡｓバッファー層１１、第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１２、アンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３、第２導電型であるｐ型（ｐ＝３×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、第２導電型であるＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５をＭＯＣＶＤ法により積層する。各層の厚みは、例えば、層１１から層１５にかけて、例えば、０．５μｍ、１μｍ、０．６μｍ、１μｍ、３μｍである。
【００１２】
次に、フォトリソグラフィー及び硫酸：過酸化水素系エッチャント、熱リン酸により、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４またはアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３に達するまでＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５のメサエッチングを行うことにより、隣り合う各発光エレメントの第２導電型の電流拡散層１５はお互いに物理的に孤立分離されてなる状態となり、図１（ｃ）の断面図に示される発光ダイオードアレイが得られる。また、メサエッチングの程度が深い程、即ち、活性層１３に達するまでメサエッチングをする方が、電気的にまた光学的によく分離されることとなるが、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４に達する程度のメサエッチングで、実用上は十分である。
【００１３】
その後、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜のＳｉＮx膜１６をメサ状のＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５上に形成し、フォトリソグラフィー及びバッファードフッ酸によるエッチングにより絶縁膜のパターニングを行う。絶縁膜１６は、図１（ｃ）に示されるように、メサエッチングされた電流拡散層１５の上面の稜線近傍及び側壁面と、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４またはアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３の表面を覆うように形成される。
【００１４】
次に、このパターニングされた絶縁膜１６の上に、Ｔｉ／ＡｕＺｎをｐ側からスパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸によるエッチングをした後、熱処理を施し、ｐ型電極１７を形成する。
【００１５】
そして、第１導電型であるｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉを蒸着し、熱処理を施しｎ側電極１９を形成する。さらに、ｐ側からＴｉ／Ａｕをスパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸による化学エッチングによりボンディングパッド（電極パッド）１８を形成する。
【００１６】
また、ボンディングパッド１８及びｐ型電極１７の下には、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４が残存しているため、たとえ絶縁膜１６にピンホールが発生しても、ＰＮ接合を介さないリーク電流は発生せず、従って電気的特性不良とはならない構造である。さらに、電流拡散層１５に比較して、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４は抵抗が高いため、注入された電流は電流拡散層１５の下部のＰＮ接合部にのみ流れ、電極パッド１８の下部のｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４の領域ではほとんど発光は起こらず、譬え発光したとしても、電極パッド１８により遮光され、電極パッド周辺からの光漏れ不良の発生を防止することができる。
【００１７】
電極パッド１８は、図１（ｃ）の断面図に明示されるように、活性層１３または第２導電型のクラッド層１４に接する絶縁膜１６の上に電流拡散層１５からの電極１７を介させて配設されており、活性層１３または第２導電型のクラッド層１４からの光（発光領域からの発光）を遮光する作用をしている。波長５９０ｎｍ程度の赤色発光は主として、メサエッチングされたＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５の形状（およそ、４０μｍ〜１００μｍ角程度）の発光領域で発光する。
【００１８】
図１（ａ）は発光ダイオードアレイの上面図であり、１３はアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層、１５はＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層、１７はｐ型電極、１８はボンディングパッドである。図１（ａ）では、赤色発光領域の形状となる電流拡散層１５の７個のアレイが示されている。
【００１９】
以上のようにして得られた本発明の一実施の形態よりなるモノリシック発光ダイオードアレイは、発光層に直接遷移型の（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐを用い、且つメサエッチングされた電流拡散層を用いることにより、発光効率を上げることができる。さらに、電流拡散層１５をメサ状とすることにより、１つの発光エレメントに注入される電流が、他の発光エレメントに回り込むことがないのは勿論のこと、発光領域の発光点にみの集中して流れることになり、鮮明な、切れの良い発光点を得ることができる。また、電流拡散層１５が光ガイドとなって、発光部領域以外の半導体層に広がることをも防止する作用もしている。
【００２０】
また、図１の発光層として、アンドープの（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層を用いたが、必要に応じて、Ｐ型活性層やＮ型活性層を用いてもよいことは当然である。
【００２１】
図２は本発明の他の一実施例による発光ダイオードアレイであり、電流拡散層の側壁面に電流拡散層の表面からの金属電極を延在することにより電流拡散層からの発光が他の半導体層に伝搬することを防止する構造に関するものである。図２（ａ）は本発明の他の一実施例による発光ダイオードアレイの各発光ダイオード単体の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｄ線断面図である。
【００２２】
図２（ｂ）において、本発明の一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイは、第１導電型であるｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）ＧａＡｓバッファー層１１、第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１２、アンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３、第２導電型であるｐ型（ｐ＝３×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４、第２導電型であるＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５をＭＯＣＶＤ法により積層する。各層の厚みは、例えば、層１１から層１５にかけて、例えば、０．５μｍ、１μｍ、０．６μｍ、１μｍ、３μｍである。
【００２３】
次に、フォトリソグラフィー及び硫酸：過酸化水素系エッチャント、熱リン酸により、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４またはアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３に達するまでＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５のメサエッチングを行うことにより、隣り合う各発光エレメントの第２導電型の電流拡散層１５はお互いに物理的に孤立分離されてなる状態となり、図２（ｂ）の断面図に示される発光ダイオードアレイが得られる。
【００２４】
その後、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜のＳｉＮx膜１６をメサ状のＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層１５上に形成し、フォトリソグラフィー及びバッファードフッ酸によるエッチングにより絶縁膜のパターニングを行う。絶縁膜１６は、図２（ｂ）に示されるように、メサエッチングされた電流拡散層１５の上面の稜線近傍及び側壁面と、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１４またはアンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１３の表面を覆うように形成される。
【００２５】
次に、このパターニングされた絶縁膜１６の上に、Ｔｉ／ＡｕＺｎをｐ側からスパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸によるエッチングをした後、熱処理を施し、ｐ型電極２０を形成する。図１で説明したｐ型電極１７と異なる点は、ｐ型電極２０の形状が、図２（ａ）に示されるように、電流拡散層１５の側壁面に電流拡散層の表面からの金属電極を配設することにより電流拡散層からの発光が他の半導体層に伝搬することを防止する構造形状になっている点である。
【００２６】
そして、第１導電型であるｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉを蒸着し、熱処理を施しｎ側電極１９を形成する。さらに、ｐ側からＴｉ／Ａｕをスパッタし、フォトリソグラフィー及びヨウ素系エッチャント、希フッ酸による化学エッチングによりボンディングパッド（電極パッド）１８を形成する。
【００２７】
以上のようにして得られた本発明の他の一実施の形態よりなるモノリシック発光ダイオードアレイは、電流拡散層１５をメサ状とし、且つ電流拡散層１５の側壁面に電流拡散層の表面からの金属電極を配設することにより、電流拡散層の側壁面からの発光を遮光することができる。その結果、より鮮明な、切れの良い発光点を得ることができる。
【００２８】
また、図１または図２の発光層として、アンドープの（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層を用いて説明したが、必要に応じて、Ｐ型活性層やＮ型活性層を用いてもよいことは当然である。さらに、他の発光ダイオードアレイの構造として、第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）ＧａＡｓバッファー層１１と第１導電型であるｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１２との間に、ｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐとｎ型（ｎ＝５×１０17ｃｍ-3）（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.5Ｉｎ0.5Ｐの２０ペアの多層反射膜を介在させて、発光効率を高めることもできる。
【００２９】
次に、電流拡散層の側壁面の傾斜について説明する。例えば、ＭＯＣＶＤの成長時の基板ウエハ１０の面方位として、オフアングルが｛１００｝面から｛１１１｝面方向に振られている場合、＜１１０＞方向に矩形の電極の辺が平行となると、特に一方向に著しくなだらかな斜面が発生するので、図２の一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイの場合に適用することができる。また、発光素子のパターンによっては、上記のような配置設計が無理な場合がある。その時は、＜１１０＞方向に矩形の電極の辺が平行とならないよう、例えば＜１００＞方向と平行になるように発光領域をパターニングすることで緩和することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の発光ダイオードアレイによれば、第１導電型の基板上に複数個の発光エレメントがほぼ直線状に配置されてなり、前記各発光エレメントは少なくとも、前記基板上に順次積層される第１導電型のクラッド層と、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の電流拡散層とを有し、且つ前記隣り合う発光エレメントの発光部は互いに電気的に分離されてなる発光ダイオードアレイにおいて、前記隣り合う第２導電型の電流拡散層はメサエッチングにより互いに物理的に孤立分離されてなることを特徴とするものであり、発光層に直接遷移型の（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐを用い、且つメサエッチングされた電流拡散層を用いることにより、発光効率（外部発光効率）を上げることができ、１つの発光エレメントに注入される電流が、他の発光エレメントに回り込むことがないのは勿論のこと、発光領域の発光点にみの集中して流れることになり、鮮明な、切れの良い発光点を得ることができる。
【００３１】
また、本発明の請求項１記載の発光ダイオードアレイによれば、前記第２導電型の電流拡散層は設計された発光領域においてのみ配設されてなることを特徴とするものであり、電流拡散層が光ガイドとなって、発光部領域以外の半導体層に広がることをも防止し、鮮明な、切れの良い発光点を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の請求項１記載の発光ダイオードアレイによれば、前記第２導電型の電流拡散層からの電極の上に配設される電極パッドは、前記電極とは別部材であり、かつ、前記活性層または前記第２導電型のクラッド層に接する絶縁膜の上に該電流拡散層からの電極を介在せしめて配設されてなることを特徴とするものであり、電極パッド下部のｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層の領域で譬え発光したとしても、電極パッドにより遮光され、電極パッドボンディング周辺からの光漏れ不良の発生を防止することができる。
【００３３】
さらに、請求項２記載の発光ダイオードアレイは、前記第２導電型の電流拡散層の側壁面に該電流拡散層の表面からの金属電極を延在することにより前記電流拡散層からの発光を遮光することを特徴とするものであり、電流拡散層からの発光が他の半導体層に伝搬することを防止し、より鮮明な、切れの良い発光点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイを説明する図であり、（ａ）は発光ダイオードアレイの上面図であり、（ｂ）は（ａ）の各発光ダイオード単体の上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ｂ線断面図である。
【図２】  本発明の他の一実施の形態よりなる発光ダイオードアレイを説明する図であり、（ａ）は各発光ダイオード単体の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｄ線断面図である。
【図３】  従来例の発光ダイオードアレイを説明する上面図である。
【図４】  （ａ）は従来例の発光ダイオードアレイを説明する図３の各発光ダイオード単体の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ線断面図である。
【図５】  従来例の発光ダイオードアレイを説明する図３の部分斜視図である。
【符号の説明】
１０  第１導電型であるｎ型ＧａＡｓ基板
１１  第１導電型であるｎ型ＧａＡｓバッファー層
１２  第１導電型であるｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
１３  アンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層
１４  第２導電型であるｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
１５  第２導電型であるＡｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層
１６  絶縁膜
１７  ｐ型電極
１８  ボンディングパッド（電極パッド）
１９  ｎ側電極
２０  ｐ型電極
【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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