ＬＥＤアレイ
【課題】各発光素子の発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイを提供する。
【解決手段】単結晶基板１上に一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３と個別電極４とを順次積層し、この一導電型半導体層２を引き出した延在部７の上に共通電極５と絶縁膜６とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群９にて構成され、この発光素子群９内における各発光素子の延在部７における共通電極５に至る電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔ｘと他方の発光素子の電極間隔ｘとを同じにして、双方の共通電極５を通電せしめるように成し、そして、前記延在部７と共通電極５との接触面積ｓを、電極間隔ｘが長くなるにしたがって、大きくしている。
【解決手段】単結晶基板１上に一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３と個別電極４とを順次積層し、この一導電型半導体層２を引き出した延在部７の上に共通電極５と絶縁膜６とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群９にて構成され、この発光素子群９内における各発光素子の延在部７における共通電極５に至る電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔ｘと他方の発光素子の電極間隔ｘとを同じにして、双方の共通電極５を通電せしめるように成し、そして、前記延在部７と共通電極５との接触面積ｓを、電極間隔ｘが長くなるにしたがって、大きくしている。
【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アレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＬＥＤアレイを図５と図６によって示す。図５はＬＥＤアレイの平面図であり、図６はその断面図である。
【０００３】２１は単結晶基板であり、単結晶基板２１上において、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、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜としての絶縁膜である。
【０００４】単結晶基板２１上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層２２の面積は逆導電型半導体層２３の面積に比べて大きくしている。
【０００５】一導電型半導体層２２の上に絶縁膜２６を被覆しているが、その露出部に共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設けている。
【０００６】また、逆導電型半導体層２３についても、その上に絶縁膜２６を被覆しているが、その露出部に個別電極２４を接続して設けている。
【０００７】さらに図５に示すように、共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）は隣接する各発光素子ごとに（島状半導体層２２、２３ごとに）異なる群に属するように２群に分けて接続して設けられ、隣接する発光素子（島状半導体層２２、２３）が同じ個別電極２４に接続されている。
【０００８】この発光ダイオードアレイ構造では、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、各発光素子を選択的に発光させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＥＤアレイに対し、発光素子の高密度化や、その小型化が市場のニーズであるが、しかしながら、前記のような構成のＬＥＤアレイにおいては、外部接続点である電極パッドの数をさらに減らしたり、外部回路との接続電極サイズをさらに小さくしたり、チップサイズをさらに小さくすることがむずかしくなっていた。
【００１０】したがって、発光素子の高密度化や、ＬＥＤアレイの小型化という市場のニーズに十分に応えることができなくなっていた。
【００１１】この課題を解消するために、マトリクス配線電極で層間絶縁膜を介して設ける多層電極構造のＬＥＤアレイが提案されている（特開平９−２７７５９２号と特開平１１−４０８４２号参照）。
【００１２】しかしながら、かかる提案のＬＥＤアレイについても、各発光ダイオードの個別電極の形成と、それら発光ダイオードをグループに分け、各グループから重複無く１つずつ選択する為のマトリクス配線の形成を２回行い、またそれぞれを絶縁膜等を介することで電気的に分離する工程とを含み、多層電極構造でしか構成出来ないといった、工程の複雑化が容易に予想できる。
【００１３】また、ＬＥＤアレイにおいては、多くの発光素子を配列するに当り、各発光素スの発光強度にばらつきが生じないようにすることが望まれるが、いまだ、かかる課題に対し有効な解決手段が提案されていない。
【００１４】本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は各発光素子の発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は工程数を増やすこともなく、層間絶縁膜を介した多層電極構造を用いないで、製造コストを下げるとともに、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１６】本発明のさらに他の目的は、外部回路との接続点において、その接続電極の面積をさらに小さくし、しかも、その接続点数（電極パッド数）を減らすことで、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のＬＥＤアレイは、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成し、そして、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことを特徴とする。
【作用】本発明のＬＥＤアレイは、上記構成のように各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なることで、配線抵抗がばらつきが生じるが、とくに電極間隔が長くなることで、配線抵抗が大きくなる傾向にある。したがって、本発明においては、延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことで、その配線抵抗のばらつきを調整することができ、その結果、各発光素スの発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイが提供される。
【００１８】
【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〜図４は本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す。
【００１９】図１はＬＥＤアレイの要部拡大の平面図であり、図２は図１に示すＶ−Ｖ‘線による断面図、図３は図１に示すｈ−ｈ’線による断面図である。図２および図３には、参照符号として、Ｖ、Ｖ‘、ｈ、ｈ’を明示することでもって、その断面図の方向を示す。また、図４は他のＬＥＤアレイにおける要部平面図である。
【００２０】１は単結晶基板であり、単結晶基板１上において、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は前記一方電極である個別電極、５は前記他方電極である共通電極、６は窒化シリコン膜などから成る保護膜としての絶縁膜である。
【００２１】単結晶基板１上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層２の面積は逆導電型半導体層３の面積に比べて大きくして、一導電型半導体層２を引き出すことで、一導電型半導体層２と同一材からなる延在部７を設けている。
【００２２】また、図２に示されるように、一導電型半導体層２の上に絶縁膜６を被覆しているが、その露出部に共通電極５（５ａ、５ｂ）を接続して設けてことで、絶縁膜６と共通電極５とを延在部７の上で並設している。図２において、共通電極５と延在部７との接触部を「ｓ」でもって示す。
【００２３】さらに逆導電型半導体層３の上にも絶縁膜６を被覆しているが、その露出部に個別電極４を接続して設けている。
【００２４】単結晶基板１は半導体基板からなり、高抵抗シリコン単結晶でもって構成した場合には、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適である。
【００２５】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および電子注入層２ｃで構成される。
【００２６】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に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、電子注入層２ｃにはシリコンなどの一導電型半導体不純物を程度含有する。
【００２７】バッファ層２ａは単結晶基板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１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3含有させる。
【００２８】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０．１〜３．０μｍ程度の厚みに形成され、電子注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。
【００２９】逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、クラッド層３ｂおよび他のオーミックコンタクト層３ｃで構成される。
【００３０】発光層３ａとクラッド層３ｂはアルミニウムガリウム砒素などから成り、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。
【００３１】発光層３ａ、クラッド層３ｂおよびオーミックコンタクト層３ｃは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮して、各層の間に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。
【００３２】発光層３ａとクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、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１×１０19〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００３３】発光層３ａとクラッド層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の膜厚ｄについては、膜厚ｄ＞（０．１５μｍ−オーミックコンタクト層膜厚）程度の厚みに形成される。
【００３４】また、絶縁膜６は、たとえば窒化シリコンなどから成り、厚み２０００Å程度に形成される。
【００３５】個別電極４と共通電極５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００３６】各発光素子は、上記のような構成であるが、つぎに図１と図３にて各発光素子に対する電極構造を示す。
【００３７】これら各発光素子の個別電極４に対し共通に成した電極パッド８を配設し、個々の電極パッド８に対応した発光素子群９を設け、さらに前記一方の発光素子群と他方の発光素子群とを交互に配列することで、複数個の発光素子群９をライン状に配列している。
【００３８】また、発光素子群９内における各発光素子の延在部７における共通電極５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に至る電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子群９の発光素子の電極間隔と、他方の発光素子群９の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極に対し共通に成した他の電極パッド１０を配設している。
【００３９】そして、電極間隔ｘを同じにした各発光素子の共通電極５を通電させるために、延在部７の上の絶縁膜６をまたがるように、接続線１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を発光素子の配列ラインと平行に形成している。
【００４０】さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群としての隣接する発光素子群９、９に対し、発光素子群９内にて個々の電極間隔ｘを配列順に長くするか、もしくは短くして違えることで、対称的な電極間隔パターンにしている。
【００４１】つぎに図４にて、電極間隔ｘを４とおりに違えて、１２８ｂｉｔ（ビット）ＬＥＤアレイを示す。
【００４２】電極間隔ｘがもっとも短いものをＸ１1として、そこを端部の発光素子として、順次、Ｘ２1、Ｘ３1、Ｘ４1とし、…Ｘ４n、Ｘ３n、Ｘ２n、Ｘ１n、…としている。
【００４３】１２８ｂｉｔを４種類で３２グループ（３２個の発光素子群９）に分けることで、ｎ＝１〜３２である。
【００４４】各発光素子群９をグループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍとすると、グループＧ１における電極間隔Ｘ１1の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ１２の発光素子とを、接続線１１aでもって接続し、グループＧｍにおける電極間隔Ｘ１ｎの発光素子と接続している。
【００４５】グループＧ１における電極間隔Ｘ２１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ２２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ２ｎの発光素子とを、接続線１１ｂでもって接続している。
【００４６】同様に、グループＧ１における電極間隔Ｘ３１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ３２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ３ｎの発光素子とを、接続線１１ｃでもって接続している。
【００４７】グループＧ１における電極間隔Ｘ４１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ４２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ４ｎの発光素子とを、接続線１１ｄでもって接続している。
【００４８】そして、各発光素子群に設けた電極パッド８と、他のグループされた電極パッド１０とに対し、双方間に選択的に電圧を印加することで、所定の発光素子に電流を流すことができ、その素子を発光せしめる。
【００４９】上記構成のＬＥＤアレイによれば、各発光素子群９（グループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍ…）ごとに、共通に成した電極パッド８を配設し、そして、発光素子群９（グループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍ…）内における各発光素子の電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子群の発光素子の電極間隔ｘと他方の発光素子群の発光素子の電極間隔ｘとを同じにして、双方の共通電極５に対し共通に成した電極パッド１０を配設したことで、電極パッド数が少なくなり、その配設面積が小さくなり、これにより、発光素子の高密度化、ならびにＬＥＤアレイの小型化が達成された。
【００５０】また、本発明においては、さらに電極間隔ｘを同じにした各発光素子の共通電極５を通電するために、延在部７上の絶縁膜６をまたがるように、接続線１１を発光素子の配列ラインと平行に形成したことで、別の絶縁膜を形成することもなく、これによって製造コストを下がり、低コストなＬＥＤアレイが提供された。
【００５１】さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群に対し、発光素子群内にて個々の電極間隔ｘを配列順に違えることで、対称的な電極間隔パターンにしており、そのように規則的にパターンしたことで、容易な設計となり、製造上簡略化される。そして、その規則的パターンをＬＥＤアレイに整然と設けることで、それ以外の領域に電極パッドを設けることが設計上容易になる。たとえば、図４に示すように、接続線１１ｃに接続した電極パッド１０ａについては、分断した接続線１１ｄの間に設けることで、その面積を広くすることができる。
【００５２】そして、本発明においては、図１に示すように接触部ｓの接触面積を、電極間隔ｘが長くなるにしたがって、大きくして、各発光素子の間において、その配線抵抗のばらつきを調整することができる。
【００５３】参考までに実験例を図７にて示す。接触部ｓの接触面積を幾とおりにも変えたり、もしくは従来とおり接触部ｓの接触面積を変えないで、そして、双方において、電極間隔ｘの長さ（μm）と駆動電圧（V）との関係を測定したところ、図７に示すような結果が得られた。
【００５４】横軸である電極間隔ｘの長さ（μm）には、ｘ１、ｘ２（ｘ１＋１０μm）、ｘ３（ｘ２＋１０μm）、ｘ４（ｘ３＋１０μm）に対応する各発光素子における駆動電圧（V）を測定した。そして、本発明のようにｘ１〜ｘ４にわたって、順次接触部ｓの接触面積（小孔）を（５．３×５．３μm）、（６．５×６．５μm）、（９．０×９．０μm）、（１３×１３μm）の各矩形状に変えることで、各発光素子において均等な駆動電圧が得られた。
【００５５】比較例においては、接触部ｓの接触面積（小孔）を各素子において（１３×１３μm）にそろえており、そのためにｘ１〜ｘ４にわたって、順次駆動電圧が増大している。
【００５６】つぎに上述のようなＬＥＤアレイの製造方法を説明する。まず、高抵抗シリコン単結晶基板１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。
【００５７】まず、これらの半導体層２、３を形成する場合、基板温度を４００〜５００℃に設定し、これによって２００〜２０００Åの厚みでもって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℃に上げて所望とおりの厚みの一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とを形成する。
【００５８】この成膜において、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）、ＤＭＺ（（ＣＨ3 ）2 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。
【００５９】つぎに、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。そのためのエッチングは、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。
【００６０】しかる後に、一導電型半導体層２の一端部側に延在部７を設け、この延在部７の上にその一部が露出し、かつこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するようにエッチングする。また、逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングする。
【００６１】このような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。
【００６２】つぎに、隣接する発光素子が基板上でも電気的に分離されるように、たとえばアルカリ性水溶液でエッチングする。この時、一導電型半導体層２の延在部７の一部が露出し、かつこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するように、そして、逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングした際に用いたパターンを残したままで行ない、これによって逆導電型半導体層３を一切おかすことなく電気的に分離する。
【００６３】つぎにプラズマ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６を形成してパターニングする。
【００６４】最後に、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ことで電極パッド９、１０および接続線１１を形成する。
【００６５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のＬＥＤアレイによれば、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成し、そして、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことで、各発光素子の発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイが提供できた。
【００６６】また、本発明においては、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列し、さらにこれらの発光素子の各一方電極に対し共通に成した電極パッドを配設して成る発光素子群を、さらに複数個ライン状に配列せしめた構成において、発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子群の発光素子の電極間隔と他方の発光素子群の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極に対し共通に成した他の電極パッドを配設して成ることで、電極パッド数が減少し、その配設面積が小さくなり、これにより、発光素子の高密度化、ならびにＬＥＤアレイの小型化が達成された。
【００６７】また、従来の多層電極構造のＬＥＤアレイと比べても、工程数が少なくなり、層間絶縁膜を介した多層電極構造を用いないことで、製造コストを下がり、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイが得られた。
【００６８】また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、さらに前記電極間隔を同じにした各発光素子の他方電極を通電すべく、一導電型半導体層の延在部に形成した絶縁膜をまたがるように、接続線を発光素子の配列ラインと平行に形成したことで、さらに別の絶縁膜を形成することもなく、これによって製造コストを下がり、低コストなＬＥＤアレイが提供された。
【００６９】また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群に対し、発光素子群内にて個々の電極間隔を配列順に違えることで、対称的な電極間隔パターンにしており、そのように規則的なパターンにしたことで、ＬＥＤヘッド搭載時の発光順番の信号処理を比較的容易にし、延いては搭載基板の設計をも容易にすることができた。
【００７０】そして、その規則的パターンをＬＥＤアレイに整然と設けることで、それ以外の領域に電極パッドを設けることが設計上容易になり、対称的な電極間隔の最も短い部分でのスペースが大きく取ることができ、これにより、ＬＥＤアレイチップサイズの縮小化、並びに、ＬＥＤアレイを搭載する際のワイヤーボンディングパッドを大きく取ることができ、延いては、ＬＥＤアレイのチップ縮小化、並びにＬＥＤヘッド製造上の歩留りを向上できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示すＶ−Ｖ‘線による断面図である。
【図３】図１に示すｈ−ｈ’線による断面図である。
【図４】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図５】従来のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図６】従来のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図７】接触部ｓの接触面積における電極間隔ｘの長さと駆動電圧（V）との関係を測定した線図である。
【符号の説明】
１・・・単結晶基板
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・・・延在部
８・・・電極パッド
９・・・発光素子群
１０・・・電極パッド
１１・・・接続線
ｘ・・・電極間隔
ｓ・・・共通電極と延在部７との接触部
【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アレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＬＥＤアレイを図５と図６によって示す。図５はＬＥＤアレイの平面図であり、図６はその断面図である。
【０００３】２１は単結晶基板であり、単結晶基板２１上において、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、２６は窒化シリコン膜などから成る保護膜としての絶縁膜である。
【０００４】単結晶基板２１上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層２２と逆導電型半導体層２３とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層２２の面積は逆導電型半導体層２３の面積に比べて大きくしている。
【０００５】一導電型半導体層２２の上に絶縁膜２６を被覆しているが、その露出部に共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）を接続して設けている。
【０００６】また、逆導電型半導体層２３についても、その上に絶縁膜２６を被覆しているが、その露出部に個別電極２４を接続して設けている。
【０００７】さらに図５に示すように、共通電極２５（２５ａ、２５ｂ）は隣接する各発光素子ごとに（島状半導体層２２、２３ごとに）異なる群に属するように２群に分けて接続して設けられ、隣接する発光素子（島状半導体層２２、２３）が同じ個別電極２４に接続されている。
【０００８】この発光ダイオードアレイ構造では、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、各発光素子を選択的に発光させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＥＤアレイに対し、発光素子の高密度化や、その小型化が市場のニーズであるが、しかしながら、前記のような構成のＬＥＤアレイにおいては、外部接続点である電極パッドの数をさらに減らしたり、外部回路との接続電極サイズをさらに小さくしたり、チップサイズをさらに小さくすることがむずかしくなっていた。
【００１０】したがって、発光素子の高密度化や、ＬＥＤアレイの小型化という市場のニーズに十分に応えることができなくなっていた。
【００１１】この課題を解消するために、マトリクス配線電極で層間絶縁膜を介して設ける多層電極構造のＬＥＤアレイが提案されている（特開平９−２７７５９２号と特開平１１−４０８４２号参照）。
【００１２】しかしながら、かかる提案のＬＥＤアレイについても、各発光ダイオードの個別電極の形成と、それら発光ダイオードをグループに分け、各グループから重複無く１つずつ選択する為のマトリクス配線の形成を２回行い、またそれぞれを絶縁膜等を介することで電気的に分離する工程とを含み、多層電極構造でしか構成出来ないといった、工程の複雑化が容易に予想できる。
【００１３】また、ＬＥＤアレイにおいては、多くの発光素子を配列するに当り、各発光素スの発光強度にばらつきが生じないようにすることが望まれるが、いまだ、かかる課題に対し有効な解決手段が提案されていない。
【００１４】本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は各発光素子の発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は工程数を増やすこともなく、層間絶縁膜を介した多層電極構造を用いないで、製造コストを下げるとともに、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１６】本発明のさらに他の目的は、外部回路との接続点において、その接続電極の面積をさらに小さくし、しかも、その接続点数（電極パッド数）を減らすことで、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のＬＥＤアレイは、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成し、そして、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことを特徴とする。
【作用】本発明のＬＥＤアレイは、上記構成のように各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なることで、配線抵抗がばらつきが生じるが、とくに電極間隔が長くなることで、配線抵抗が大きくなる傾向にある。したがって、本発明においては、延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことで、その配線抵抗のばらつきを調整することができ、その結果、各発光素スの発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイが提供される。
【００１８】
【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〜図４は本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す。
【００１９】図１はＬＥＤアレイの要部拡大の平面図であり、図２は図１に示すＶ−Ｖ‘線による断面図、図３は図１に示すｈ−ｈ’線による断面図である。図２および図３には、参照符号として、Ｖ、Ｖ‘、ｈ、ｈ’を明示することでもって、その断面図の方向を示す。また、図４は他のＬＥＤアレイにおける要部平面図である。
【００２０】１は単結晶基板であり、単結晶基板１上において、２は一導電型半導体層、３は逆導電型半導体層、４は前記一方電極である個別電極、５は前記他方電極である共通電極、６は窒化シリコン膜などから成る保護膜としての絶縁膜である。
【００２１】単結晶基板１上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層２の面積は逆導電型半導体層３の面積に比べて大きくして、一導電型半導体層２を引き出すことで、一導電型半導体層２と同一材からなる延在部７を設けている。
【００２２】また、図２に示されるように、一導電型半導体層２の上に絶縁膜６を被覆しているが、その露出部に共通電極５（５ａ、５ｂ）を接続して設けてことで、絶縁膜６と共通電極５とを延在部７の上で並設している。図２において、共通電極５と延在部７との接触部を「ｓ」でもって示す。
【００２３】さらに逆導電型半導体層３の上にも絶縁膜６を被覆しているが、その露出部に個別電極４を接続して設けている。
【００２４】単結晶基板１は半導体基板からなり、高抵抗シリコン単結晶でもって構成した場合には、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適である。
【００２５】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および電子注入層２ｃで構成される。
【００２６】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に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、電子注入層２ｃにはシリコンなどの一導電型半導体不純物を程度含有する。
【００２７】バッファ層２ａは単結晶基板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１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3含有させる。
【００２８】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０．１〜３．０μｍ程度の厚みに形成され、電子注入層２ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。
【００２９】逆導電型半導体層３は、発光層３ａ、クラッド層３ｂおよび他のオーミックコンタクト層３ｃで構成される。
【００３０】発光層３ａとクラッド層３ｂはアルミニウムガリウム砒素などから成り、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。
【００３１】発光層３ａ、クラッド層３ｂおよびオーミックコンタクト層３ｃは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効果を考慮して、各層の間に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。
【００３２】発光層３ａとクラッド層３ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有し、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１×１０19〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有する。
【００３３】発光層３ａとクラッド層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の膜厚ｄについては、膜厚ｄ＞（０．１５μｍ−オーミックコンタクト層膜厚）程度の厚みに形成される。
【００３４】また、絶縁膜６は、たとえば窒化シリコンなどから成り、厚み２０００Å程度に形成される。
【００３５】個別電極４と共通電極５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）などから成り、厚み１μｍ程度に形成される。
【００３６】各発光素子は、上記のような構成であるが、つぎに図１と図３にて各発光素子に対する電極構造を示す。
【００３７】これら各発光素子の個別電極４に対し共通に成した電極パッド８を配設し、個々の電極パッド８に対応した発光素子群９を設け、さらに前記一方の発光素子群と他方の発光素子群とを交互に配列することで、複数個の発光素子群９をライン状に配列している。
【００３８】また、発光素子群９内における各発光素子の延在部７における共通電極５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に至る電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子群９の発光素子の電極間隔と、他方の発光素子群９の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極に対し共通に成した他の電極パッド１０を配設している。
【００３９】そして、電極間隔ｘを同じにした各発光素子の共通電極５を通電させるために、延在部７の上の絶縁膜６をまたがるように、接続線１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を発光素子の配列ラインと平行に形成している。
【００４０】さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群としての隣接する発光素子群９、９に対し、発光素子群９内にて個々の電極間隔ｘを配列順に長くするか、もしくは短くして違えることで、対称的な電極間隔パターンにしている。
【００４１】つぎに図４にて、電極間隔ｘを４とおりに違えて、１２８ｂｉｔ（ビット）ＬＥＤアレイを示す。
【００４２】電極間隔ｘがもっとも短いものをＸ１1として、そこを端部の発光素子として、順次、Ｘ２1、Ｘ３1、Ｘ４1とし、…Ｘ４n、Ｘ３n、Ｘ２n、Ｘ１n、…としている。
【００４３】１２８ｂｉｔを４種類で３２グループ（３２個の発光素子群９）に分けることで、ｎ＝１〜３２である。
【００４４】各発光素子群９をグループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍとすると、グループＧ１における電極間隔Ｘ１1の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ１２の発光素子とを、接続線１１aでもって接続し、グループＧｍにおける電極間隔Ｘ１ｎの発光素子と接続している。
【００４５】グループＧ１における電極間隔Ｘ２１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ２２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ２ｎの発光素子とを、接続線１１ｂでもって接続している。
【００４６】同様に、グループＧ１における電極間隔Ｘ３１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ３２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ３ｎの発光素子とを、接続線１１ｃでもって接続している。
【００４７】グループＧ１における電極間隔Ｘ４１の発光素子と、グループＧ２における電極間隔Ｘ４２の発光素子と、…グループＧｍにおける電極間隔Ｘ４ｎの発光素子とを、接続線１１ｄでもって接続している。
【００４８】そして、各発光素子群に設けた電極パッド８と、他のグループされた電極パッド１０とに対し、双方間に選択的に電圧を印加することで、所定の発光素子に電流を流すことができ、その素子を発光せしめる。
【００４９】上記構成のＬＥＤアレイによれば、各発光素子群９（グループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍ…）ごとに、共通に成した電極パッド８を配設し、そして、発光素子群９（グループＧ１、Ｇ２、…Ｇｍ…）内における各発光素子の電極間隔ｘが異なるとともに、一方の発光素子群の発光素子の電極間隔ｘと他方の発光素子群の発光素子の電極間隔ｘとを同じにして、双方の共通電極５に対し共通に成した電極パッド１０を配設したことで、電極パッド数が少なくなり、その配設面積が小さくなり、これにより、発光素子の高密度化、ならびにＬＥＤアレイの小型化が達成された。
【００５０】また、本発明においては、さらに電極間隔ｘを同じにした各発光素子の共通電極５を通電するために、延在部７上の絶縁膜６をまたがるように、接続線１１を発光素子の配列ラインと平行に形成したことで、別の絶縁膜を形成することもなく、これによって製造コストを下がり、低コストなＬＥＤアレイが提供された。
【００５１】さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群に対し、発光素子群内にて個々の電極間隔ｘを配列順に違えることで、対称的な電極間隔パターンにしており、そのように規則的にパターンしたことで、容易な設計となり、製造上簡略化される。そして、その規則的パターンをＬＥＤアレイに整然と設けることで、それ以外の領域に電極パッドを設けることが設計上容易になる。たとえば、図４に示すように、接続線１１ｃに接続した電極パッド１０ａについては、分断した接続線１１ｄの間に設けることで、その面積を広くすることができる。
【００５２】そして、本発明においては、図１に示すように接触部ｓの接触面積を、電極間隔ｘが長くなるにしたがって、大きくして、各発光素子の間において、その配線抵抗のばらつきを調整することができる。
【００５３】参考までに実験例を図７にて示す。接触部ｓの接触面積を幾とおりにも変えたり、もしくは従来とおり接触部ｓの接触面積を変えないで、そして、双方において、電極間隔ｘの長さ（μm）と駆動電圧（V）との関係を測定したところ、図７に示すような結果が得られた。
【００５４】横軸である電極間隔ｘの長さ（μm）には、ｘ１、ｘ２（ｘ１＋１０μm）、ｘ３（ｘ２＋１０μm）、ｘ４（ｘ３＋１０μm）に対応する各発光素子における駆動電圧（V）を測定した。そして、本発明のようにｘ１〜ｘ４にわたって、順次接触部ｓの接触面積（小孔）を（５．３×５．３μm）、（６．５×６．５μm）、（９．０×９．０μm）、（１３×１３μm）の各矩形状に変えることで、各発光素子において均等な駆動電圧が得られた。
【００５５】比較例においては、接触部ｓの接触面積（小孔）を各素子において（１３×１３μm）にそろえており、そのためにｘ１〜ｘ４にわたって、順次駆動電圧が増大している。
【００５６】つぎに上述のようなＬＥＤアレイの製造方法を説明する。まず、高抵抗シリコン単結晶基板１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。
【００５７】まず、これらの半導体層２、３を形成する場合、基板温度を４００〜５００℃に設定し、これによって２００〜２０００Åの厚みでもって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℃に上げて所望とおりの厚みの一導電型半導体層２と逆導電型半導体層３とを形成する。
【００５８】この成膜において、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）、ＤＭＺ（（ＣＨ3 ）2 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。
【００５９】つぎに、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。そのためのエッチングは、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。
【００６０】しかる後に、一導電型半導体層２の一端部側に延在部７を設け、この延在部７の上にその一部が露出し、かつこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するようにエッチングする。また、逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングする。
【００６１】このような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。
【００６２】つぎに、隣接する発光素子が基板上でも電気的に分離されるように、たとえばアルカリ性水溶液でエッチングする。この時、一導電型半導体層２の延在部７の一部が露出し、かつこの一導電型半導体層２の隣接する領域部分が露出するように、そして、逆導電型半導体層３が一導電型半導体層２よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層３をエッチングした際に用いたパターンを残したままで行ない、これによって逆導電型半導体層３を一切おかすことなく電気的に分離する。
【００６３】つぎにプラズマ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６を形成してパターニングする。
【００６４】最後に、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ことで電極パッド９、１０および接続線１１を形成する。
【００６５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のＬＥＤアレイによれば、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成し、そして、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことで、各発光素子の発光強度を均等にして、高性能かつ高信頼性のＬＥＤアレイが提供できた。
【００６６】また、本発明においては、単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列し、さらにこれらの発光素子の各一方電極に対し共通に成した電極パッドを配設して成る発光素子群を、さらに複数個ライン状に配列せしめた構成において、発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子群の発光素子の電極間隔と他方の発光素子群の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極に対し共通に成した他の電極パッドを配設して成ることで、電極パッド数が減少し、その配設面積が小さくなり、これにより、発光素子の高密度化、ならびにＬＥＤアレイの小型化が達成された。
【００６７】また、従来の多層電極構造のＬＥＤアレイと比べても、工程数が少なくなり、層間絶縁膜を介した多層電極構造を用いないことで、製造コストを下がり、発光素子の高密度化や小型化を達成したＬＥＤアレイが得られた。
【００６８】また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、さらに前記電極間隔を同じにした各発光素子の他方電極を通電すべく、一導電型半導体層の延在部に形成した絶縁膜をまたがるように、接続線を発光素子の配列ラインと平行に形成したことで、さらに別の絶縁膜を形成することもなく、これによって製造コストを下がり、低コストなＬＥＤアレイが提供された。
【００６９】また、本発明のＬＥＤアレイにおいては、さらに一方の発光素子群と他方の発光素子群に対し、発光素子群内にて個々の電極間隔を配列順に違えることで、対称的な電極間隔パターンにしており、そのように規則的なパターンにしたことで、ＬＥＤヘッド搭載時の発光順番の信号処理を比較的容易にし、延いては搭載基板の設計をも容易にすることができた。
【００７０】そして、その規則的パターンをＬＥＤアレイに整然と設けることで、それ以外の領域に電極パッドを設けることが設計上容易になり、対称的な電極間隔の最も短い部分でのスペースが大きく取ることができ、これにより、ＬＥＤアレイチップサイズの縮小化、並びに、ＬＥＤアレイを搭載する際のワイヤーボンディングパッドを大きく取ることができ、延いては、ＬＥＤアレイのチップ縮小化、並びにＬＥＤヘッド製造上の歩留りを向上できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示すＶ−Ｖ‘線による断面図である。
【図３】図１に示すｈ−ｈ’線による断面図である。
【図４】本発明のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図５】従来のＬＥＤアレイの一実施形態を示す平面図である。
【図６】従来のＬＥＤアレイを示す断面図である。
【図７】接触部ｓの接触面積における電極間隔ｘの長さと駆動電圧（V）との関係を測定した線図である。
【符号の説明】
１・・・単結晶基板
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・・・延在部
８・・・電極パッド
９・・・発光素子群
１０・・・電極パッド
１１・・・接続線
ｘ・・・電極間隔
ｓ・・・共通電極と延在部７との接触部
【特許請求の範囲】
【請求項１】単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成したＬＥＤアレイであって、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことを特徴とするＬＥＤアレイ。
【請求項１】単結晶基板上に一導電型半導体層と逆導電型半導体層と一方電極とを順次積層し、この一導電型半導体層を引き出した延在部の上に他方電極と絶縁膜とを並設して成る発光素子を複数個配列して成る発光素子群にて構成され、この発光素子群内における各発光素子の延在部における他方電極に至る電極間隔が異なるとともに、一方の発光素子の電極間隔と他方の発光素子の電極間隔とを同じにして、双方の他方電極を通電せしめるように成したＬＥＤアレイであって、前記延在部と他方電極との接触面積を、電極間隔が長くなるにしたがって、大きくしたことを特徴とするＬＥＤアレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００２−７６４３７（Ｐ２００２−７６４３７Ａ）
【公開日】平成１４年３月１５日（２００２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−２５９８０９（Ｐ２０００−２５９８０９）
【出願日】平成１２年８月２９日（２０００．８．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年３月１５日（２００２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年８月２９日（２０００．８．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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