发光二极管阵列 【技术领域】
本发明涉及发光输出功率大的发光二极管阵列，尤其是能够适合使用于电子照相方式的打印机光源的发光二极管阵列。
背景技术
电子照相方式的打印机由对应图像信号的光在感光鼓上形成静电潜影，在使碳粉选择性地附着而显影之后，转印到纸张上而得到图像。作为用于形成潜影的光源，广泛使用着激光方式以及发光二极管阵列方式。尤其是发光二极管阵列方式的光源，由于它不需要像激光方式那样采用长的光路，因此非常适合于小型打印机和大尺寸印刷。近年来，随着印刷的高速化和高画质化以及打印机地小型化，希望得到更高精细度大功率的发光二极管阵列。
通常，夹住半导体基片和基片上的发光部，而在上表面(出光侧)和背面具有一对电极的发光二极管为人们广泛知晓。在具有这种结构的发光二极管的上表面和背面电极之间外加一个电压时，在相对半导体基片垂直方向上流过电流，在发光部电子·空穴对再结合而发光。因此，虽然在上表面电极正下方的发光部的发光输出功率最大，但是在该部分发出的光被上表面电极反射和吸收，因此不能高效地放出。因此，特别是作为需要使放出光部分的面积小的600dpi、1200dpi等高分辨打印机的光源来说，存在着以现有的发光二极管其发光输出功率不充分的问题。
在专利文献1中在发光部的两侧形成阳电极和阴电极的发光二极管中，公布了一种发光二极管阵列，其通过在发光部的发光面正下方形成电流扩散层，并在阳电极的正下方形成电流阻止层，将来自阳电极的电流由电流阻止层导向发光面的正下方，并且通过电流扩散层使电流扩散到发光面正下方全体中。但是，分离各发光部之间的台面腐蚀沟部的导电层，成为从阳电极不通过发光部的活性层而直接回流到阴电极的电流路径，从而导致发光二极管的发光输出功率降低。
特愿2002-004874号中提出了通过把阴电极和阳电极设在基片的同一面上，以改善发出光的放出效率的方式。图3是示出具有这样的结构的发光二极管阵列的顶视图，图4(a)仅表示图3中单个单元。另外图4(b)是图4(a)的沿A-A线的截面图，图4(c)是图4(a)沿B-B线的截面图。在n型GaAs基片10上生长的p型GaAs导电层11之上以所定间隔设置了多个发光部2。各发光部2由依次沉积在p型GaAs导电层11之上的p型AlGaAs刻蚀阻挡层12、p型AlGaAs接地层13、p型AlGaAs活性层14、n型AlGaAs接地层15以及n型GaAs顶层16所构成。发光部2的发光二极管区域具有由p型AlGaAs接地层13、p型AlGaAs活性层14、以及n型AlGaAs接地层15所构成的双异质结构。
各发光部2是利用台面腐蚀除去外延生长层而形成的。台面腐蚀沟由分离发光部2和焊接部8a、8c的第一台面腐蚀沟部21与第二台面腐蚀沟部22所构成。
在各发光部2上表面的一部分形成有阴极电极3。在p型GaAs导电层11上接近发光部2处所设置的带状的阳电极4是通过在p型GaAs导电层11上蒸镀、合金化各种金属而形成。除了阴电极3以及阳电极4的触点孔7c、7a，发光部2以及露出的导电层11的表面均由PSG(磷玻璃)构成的绝缘膜17所覆盖。Au布线层5c形成为其一端连接在没有被绝缘膜17覆盖的阴电极3上，Au布线层5c一直延伸到焊接部8c的表面，在Au布线层5c的另一端形成有焊接区6c。另一方面，Au布线层5a形成为其一端连接在阳电极4侧，Au布线层5a一直延伸到焊接部8a的表面，在Au布线层5a的另一端形成有焊接区6a。
在这种结构的发光二极管阵列中，从阳电极4向阴电极3的电流路径19流经发光部2，此时在p型AlGaAs活性层14产生光L。该光L从利用刻蚀除去n型GaAs顶层16而设置的光放出部9被发射到外部。在这种原有的发光二极管阵列中，从图4(a)、(b)、(c)来判断，通过分离发光部2与焊接部8c的第一台面腐蚀沟部21、和进一步分离p型GaAs导电层11的第二台面腐蚀沟部22，电流路径19借助位于光放出部9的正下方的p型AlGaAs活性层14从阳电极4直接被导入阴电极3。因此能够中断无助于发光的电流路径，从而能够有效获得发光输出功率。
但是，在上述的发光二极管阵列中，由于一旦完全阻挡住该巡回电流则正向电流IF就仅限于电流路径19的电流，所以为了得到一定的发光输出功率就需要更大的工作电压，这样就不能满足近年来的低消费电力的要求。
专利文献1：特开2000-323750号公报。
【发明内容】
因此本发明的目的是，提供一种仅抑制无助于发光的巡回电流路径中的电流以增大发光输出功率，并且能够在低电压下工作的发光二极管阵列。
为了上述目的而钻研的结果，本发明者发现通过利用第二台面腐蚀沟部而留下通往导电层中发光部的电流路径的区域，而除去相邻的发光部之间的区域，来抑制无助于发光的巡回电流的同时，通过在光放出部上配置带状电极，将有助于发光的巡回电流高效率地导向各发光二极管以增大发光输出功率，并且能够实现低电压驱动，由此想到本发明。
即，本发明的发光二极管阵列具有如下特征：具有在基片上生长的导电层、在上述导电层上形成的各自独立的多个发光部、在各发光部上表面一部分上形成的第一电极、以及在上述导电层上接近上述发光部形成的第二电极，上述第二电极是使多个上述发光部工作的共同电极，在上述导电层中仅留下通往上述发光部的电流路径的区域，并除去相邻的发光部之间的区域。
在本发明的发光二极管阵列中，发光部最好是通过台面腐蚀沟把在导电层上生长的外延层分割而成。所期望的实施例的发光二极管阵列具有：为形成各自独立的多个发光部而将上述发光部与焊接部分离的第一台面腐蚀沟部、分离上述各发光部之间的第二台面腐蚀沟部，通过上述第二台面腐蚀沟部除去上述发光部之间的导电层，由此在上述的第一电极与第二电极之间不会有无助于发光的电流流动。
第二台面腐蚀沟部是除去相邻的发光部之间的区域中光放出部之间的区域而形成的，最好通过分离上述发光部与焊接部的第一台面腐蚀沟部和分离上述各发光部的第二台面腐蚀沟部，使台面腐蚀沟部形成为梳形。在此情况下，第二台面腐蚀沟部最好形成在从上述第一电极侧到上述第一电极与上述光放出部的边界。
还有，若在发光部2的光放出部9上将第一电极设置为带状，就能够将巡回电流也导入光放出部9的正下方，这样即使用低驱动电压也能够有效提高发光输出功率。
根据本发明的发光二极管阵列，将第一及第二电极间的电流路径高效率地导向光放出部9的正下方，能够提高内部发光效率，因此不必升高驱动电压就能够增大发光输出功率。
【附图说明】
图1是示意本发明的一实施例的发光二极管阵列的顶视图。
图2是示意构成图1的发光二极管阵列的单个单元，(a)是单个单元的顶视图，(b)是(a)沿A-A线的截面图，(c)是(a)沿B-B线的截面图。
图3是示意原有的发光二极管阵列的顶视图。
图4是示意构成图3的发光二极管阵列的单个单元，(a)是单个单元的顶视图，(b)是(a)沿A-A线的截面图，(c)是(a)沿B-B线的截面图。
图5是示意采用本发明的发光二极管阵列的发光面、电极结构的应用例的顶视图。
【具体实施方式】
[1]发光二极管阵列的结构
如图1以及图2所示，本发明的发光二极管阵列具有：基片10、在基片10上形成的多个发光部2、在各发光部2的上表面部分形成的第一电极3、以及在导电层11上接近发光部2位置上形成的第二电极4。在图示的实施例中，各发光部2是在均匀生长于基片10上的外延生长层上设置了台面腐蚀沟，而使它们成为分别独立的外延生长层部。
(1)基片
基片10只要是能用于发光二极管的材料就可以不用特别限定，只要是可与发光部电性绝缘的结构就可以。可以用n型基片也可以用p型基片，也可以使用半绝缘性GaAs基片等的半绝缘性基片或者绝缘性基片。也可以通过在基片10与导电层11之间设置无掺杂GaAs层等高电阻层来进行绝缘，或者是设置与导电层11极性相反的半导体层进行绝缘。
(2)发光部
在基片10的导电层11上沉积的化合物半导体的种类和结晶层的厚度，根据所要的发光波长以及发光输出功率来适当选择。作为化合物半导体，可以使用AlGaAs、AlGalnP等。发光部2最好具有由第一导电型的接地层、活性层以及第二导电型的接地层所构成的双异质结构，其是可通过刻蚀将在导电层上形成的外延生长层分割而得到。
在图示的实施例中，本发明的二极管阵列的发光部2，由以p型GaAs导电层为介质而在n型GaAs基片10上依次形成的p型AlGaAs刻蚀阻挡层12、p型AlGaAs接地层13、p型AlGaAs活性层14、n型AlGaAs接地层15以及n型GaAs顶层16所构成。n型GaAs顶层16在光放出部9的区域内被刻蚀除去。为防止与Au布线层5之间的短路，绝缘膜(绝缘性PSG膜)17覆盖住除阴电极3以外的发光部2的全部表面。另外，在图1以及图2的顶视图中为了方便而省略了绝缘性PSG膜。
上述发光部2中直接关系到发光的区域具有如下结构：将具有对应于发光波长的禁带宽度的p型AlGaAs活性层14，利用禁带宽度比其更大的p型AlGaAs接地层13(第一导电型的接地层)以及n型AlGaAs接地层15(第二导电型的接地层)夹住的所谓双异质结构。
(3)电极以及布线层
只要第一以及第二电极之一为阴电极，另一方则为阳电极就可以，例如对第一电极而言其为阳电极或阴电极都可以。由于要求各电极的焊接特性、与下层之间的欧姆接触特性以及紧密性都要好，所以最好由多层金属层构成。此外，各电极具有氧化物层也可以，但在最上层最好是具有焊接特性良好的Ti/Au、Mo/Au等金属层。例如可以在阳电极使用AuZn/Ni/Au的积层电极，在阴电极使用AuGe/Ni/Au等积层电极。
各电极的金属层可以用电阻加热蒸镀方法、电子束加热蒸镀方法制备，氧化物层可以用各种常用的成膜方法制备。为了得到欧姆特性最好对金属层施实进一步的热处理(合金化)。
在图1以及图2所示的实施例中，在各发光部2的台面顶面形成有阴电极3，在光放出部9上阴电极3的形状为多根带状结构。该发光二极管阵列的特征点是：n型顶层16的一部分通过刻蚀被梳形地去除，使n型AlGaAs接地层15上表面的一部分梳形地露出，从而使光放出部9形成为梳形；在梳形地剩余的n型顶层16的上表面阴电极3通过欧姆接触进一步形成为梳形。即，阴电极3是由形成于各发光部2上的2根带状电极形成。该带状电极并非局限于该例，也可以配置为如图5所示的多根带状或者网状。各发光部2的侧面以及阴电极3的周边部分由绝缘膜(绝缘性PSG膜)17(无图示)所覆盖。各发光部2的阴电极3与Au布线层5c的一端相连接，各Au布线层5c的另一端形成焊接部8c的各焊接区6c。另一方面，在p型GaAs导电层11上接近各发光部2的位置带状地形成了作为共通电极的阳电极4并使之成为欧姆接触。阳电极4经由Au布线层5a与焊接区6a相连接。
(4)台面腐蚀沟
为制备各自独立的发光部2，台面腐蚀沟由分离发光部2与焊接部8的第一台面腐蚀沟部21、去除发光部2之间的导电层11的第二台面腐蚀沟部22所构成，两沟部连接起来而整体构成一个梳形。图示中的实施例发光二极管阵列的其他主要特征点是，第二台面腐蚀沟部22是在把相邻的光放出部9之间区域去除了的发光部2之间的区域形成的，第二台面腐蚀沟部22的梳形前端位于光放出部9与第一电极3的边界。
[2]发光二极管阵列的动作
由于在与阳电极4欧姆接触的p型GaAs导电层11和位于发光部2上表面的阴电极3之间产生电位差，所以电流路径19必须通过发光部2正下方的p型GaAs导电层11，从发光区域内的p型AlGaAs活性层14产生光L。产生的光L再从光放出部9被引到外部。
如原有的发光二极管阵列那样从阳电极4导入阴电极3的电流路径中，无助于发光的巡回电流路径通过第二台面腐蚀沟部22被阻止。另一方面，通过带状电极被引过来的巡回电流20因其经由发光部，从而能够提高内部发光效率。因此，通过发光部2的p型AlGaAs活性层14的电流路径19的电流密度增大，随之放出的光量也增加。在图示结构的发光二极管阵列中，可不必增加驱动电压就能够得到相当于以往的约1.5倍的发光输出功率。
为进一步提高发光二极管阵列的光输出功率，也可以将电流从阴电极3引进光放出部9的下部区域。在该场合，在阴电极3的正下方设置电流阻止层，在光放出部9的正下方设置电流扩散层。电流扩散层由对发光波长的吸收少、电阻率小的化合物形成。采用这种结构，电流就通过电流阻止层从阴电极3被引进光放出部9的下部区域，再通过电流扩散层均匀扩散到光放出部9的全部区域而通过发光部。
[3]发光二极管阵列的制造方法
本发明的发光二极管阵列，除了可通过第二台面腐蚀沟部22除去发光部2之间的导电层11，以及阴电极3在梳形状地剩余的n型GaAs顶层16的上表面可通过欧姆性接合进一步形成为梳形状之外，用与以往相同的方法能够制造。比较好的制造例是，首先利用有机金属气相沉积法(MOVPE法)在n型GaAs基片10的上表面依次生长p型GaAs导电层11(载流子浓度：4×1019cm-3、厚度：1μm)、p型AlGaAs刻蚀阻挡层12(载流子浓度：3×1019cm-3、厚度：0.1μm)、p型AlGaAs接地层13(载流子浓度：1×1018cm-3、厚度：1μm)、p型AlGaAs活性层14(载流子浓度：1×1018cm-3、厚度：1μm)、n型AlGaAs接地层15(载流子浓度：2×1018cm-3、厚度：3μm)、以及n型GaAs顶层16(载流子浓度：1×1018cm-3、厚度：0.5μm)。
对已经生长好的结晶层有选择地施行湿刻。首先留下与阴电极3接触的部分并除去发光部2的n型GaAs顶层16。其次，以露出p型GaAs导电层11的深度设置台面腐蚀沟，将p型GaAs导电层11上的外延生长层分隔成多个发光部2的同时，分离发光部2和焊接部8。然后，通过第一台面腐蚀沟部21除去p型GaAs导电层11上的发光部2与焊接部8之间的区域，同时，通过第二台面腐蚀沟部22除去相邻的发光部2之间的导电层11、以及阳电极4与焊接部8之间的导电层11。这时，假如台面腐蚀沟部22的深度设定为使得n型GaAs基片10也稍微被刻蚀到，那么即使刻蚀有误差导电层11也不会残留。
可覆盖发光二极管阵列那样利用化学气相沉积法(CVD法)生长PSG膜17之后，用氟酸仅除去阴电极3以及阳电极4的部分，再蒸镀阴电极3用的AuGe/Ni/Au。接着蒸镀阳电极4用的AuGe/Ni/Au，形成阴电极3以及阳电极4。利用CVD法生长绝缘膜(PSG膜)17后，在阴电极3、阳电极4的上部用氟酸只除去触点孔7的部分，形成延伸至焊接部8的Au布线层5。
综上所述，本发明的发光二极管阵列利用台面腐蚀沟除去相邻的发光部之间的导电层，而且由于把电极形成为带状，因此能够主动吸收在第一电极以及第二电极之间经由发光部的电流。因此，将第一以及第二电极间的电流路径高效率地引向光放出部正下方，使通过内部发光部的活性层的电流密度变大，不用升高驱动电压就能够增大发光输出功率。这样的发光二极管阵列适宜于用作电子照相方式的打印机光源等。