CN1527411A - 发光二极管阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管阵列，它能够防止台面蚀刻的高差斜面部分产生的Au加工残留造成的布线短路，同时容易控制发光部的尺寸、成品率高且批量化生产性强。其特征在于，具有：在基片上形成的导电层、在前述导电层上形成的各自独立的发光部、在各发光部上面的至少一部分形成的第一电极、和接近前述发光部并在前述导电层上形成的第二电极；前述第一电极具有开关用的矩阵共电极、前述第二电极具有按块分割的共电极；前述第一共电极及前述第二共电极上延伸存在的压焊片的至少一方设在前述导电层上呈岛状形成的压焊部上，而且前述压焊片各自独立形成。

Description

发光二极管阵列

技术领域

本发明涉及发光输出大的发光二极管阵列，尤其涉及适用于电子摄影方式的印刷机光源的发光二极管阵列。

背景技术

电子摄影方式的印刷机是由对应图像信号的光在感光鼓上形成静电潜像，再使树脂粉末选择性地附着并进行显像后转印到纸上而得到图像。作为用来形成潜像的光源，多采用激光方式和发光二极管阵列(アレイ)方式。尤其是发光二极管阵列方式的光源，因其无需激光方式那样加长光路，所以适合于小型印刷机及大尺寸的印刷。近年来，随着印刷的高速、高画质化及印刷机的进一步小型化，正在谋求更加高精细、高输出且低成本的发光二极管阵列。

通常，为要实现低成本，不是采用设置各自独立驱动发光二极管的IC的方法(静态驱动方式)，而采用将2的n倍个的发光二极管作为1个块、使用开关用的矩阵(マトリクス)布线进行时间分割驱动，从而减少驱动IC及压焊个数的方法(动态驱动方式)。在制造这种发光二极管阵列的过程中，作为布线材料多使用Ti/Au及Mo/Au。形成这种布线的方法采用剥离(リフトオフ)法(以光致抗蚀膜形成图形后进行电子线蒸镀，将不要的部分与抗蚀膜共同去除的方法)和溅射～离子蚀刻加工法(用溅射法将Ti/Au及Mo/Au在全体膜片上沉积后，将图形化了的光致抗蚀膜及SiO₂等绝缘膜构成的掩膜材料进行物理性削除的方法)。剥离法因分步敷层(ステツプカバレジ)不良，在台面蚀刻法的台阶高差大的LED的布线层中，易出现阶梯切割。另外，溅射～离子蚀刻加工法的场合，因分步敷层良好，不易出现台阶切割，反而又存在易在台面蚀刻法的台阶高差部产生Au加工残留的缺点。尤其是具有共电极的动态驱动方式的LED，存在着由于该Au的加工残留，导致布线短路、不相关的LED发光的问题。

图4是以往2分割动态驱动方式的发光二极管阵列的上面图；图5(a)为图4中一个块的上面图。图5(b)为图5(a)的A-A剖面图；图5(c)为图5(a)的B-B剖面图。在形成于n型GaAs基片10上的p型GaAs导电层11上，以预定间隔配置着多个发光部1。各发光部1由在p型GaAs导电层11依次层积的p型AlGaAs蚀刻阻止层12、p型AlGaAs金属包层13、p型AlGaAs活性层14、n型AlGaAs金属包层15及n型GaAs盖层16构成。发光部1的发光区域具有由p型AlGaAs金属包层13、p型AlGaAs活性层14及n型AlGaAs金属包层15构成的双异质结构。

各发光部1通过将外延层蚀刻去除而形成。台面蚀刻沟由分离发光部1和压焊部8的第一蚀刻沟部19、和起到分割各块的作用的第二蚀刻沟部20构成。

在各发光部1的上面的一部形成阴极2。接近发光部1且设于p型GaAs导电层11上每个块上的阳极3在p型GaAs导电层11上分别通过将金属进行蒸镀、合金化被形成。除阴极2及阳极3的各个接触孔7c、7a外，发光部1及露出的导电层11的表面由PSG(磷硅酸盐玻璃)等构成的第一绝缘膜17覆盖。共电极4设于将阴极侧的压焊部(台面型晶体管顶面)8c覆盖的第一绝缘膜17上，在进一步覆盖第二绝缘膜后，以一端部接续于未被此第二绝缘膜覆盖的阴极2上的方式形成Au布线层5c，Au布线层5c延伸至压焊部8c的表面并与共电极4的预期部分连接，其另一端部形成压焊片6c。另一方面，以一端部接续阳极3的方式形成Au布线层5a，Au布线层5a延伸至压焊部(台面型晶体管顶面)8a的表面并在Au布线层5a的另一端部形成压焊片6a。

此种结构的发光二极管阵列，在形成Au布线层5的方法上采用溅射～离子蚀刻加工法时，第一台面蚀刻沟的斜面21处易产生因离子蚀刻造成的Au残留，在防止Au布线短路方面不能令人满意(例如参照专利文献1)。若除发光部1外将全部作为第一台面蚀刻沟去除，在台面蚀刻沟部的底面形成布线层、共电极及压焊片的话，即可解决此问题，但此时又会产生不同的问题。即：一旦除留下发光部1外全部进行蚀刻，就会扩大蚀刻面积大的部分与各发光部间蚀刻面积小的部分的差。在蚀刻过程中因对蚀刻速度存在面积依赖型(负荷效应)，所以极难控制对性能有影响的发光部的尺寸。

专利文献2中揭示了在半导体基片的一部上设置凹部，在此凹部内形成共电极的发光二极管阵列。然而，此方式在凹部内仅形成共电极部分，因此易发生台面蚀刻沟的斜面上的Au残留造成的短路。

专利文献1    特开2000-323750号公报

专利文献2    特开平10-157193号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种发光二极管阵列及其制造工艺，它能够防止由台面蚀刻的高差的斜面部分产生的Au加工残留造成的布线短路，同时容易控制发光部的尺寸、成品率高且批量化生产性强。

本发明人鉴于上述目的进行了深入研究，结果发现：通过将压焊片形成于因台面蚀刻沟而独立的压焊部(台面顶面)上，就能够防止因Au加工残留造成的布线短路，进而想到了本项发明。

也就是说，本发明是一种发光二极管阵列，其特征在于，具有：在基片上形成的导电层、在前述导电层上形成的各自独立的发光部、在各发光部上面的至少一部分形成的第一电极、和接近前述发光部并在前述导电层上形成的第二电极；前述第一电极具有开关用的矩阵共电极、前述第二电极具有按块分割的共电极；前述第一共电极及前述第二共电极上延伸存在的压焊片的至少一方设在前述导电层上呈岛状形成的压焊部上，而且前述压焊片各自独立形成。

前述第一电极侧及前述第二电极侧的压焊片的任意一方，也可以在设于台面蚀刻沟部的绝缘膜上形成。此外，优选前述矩阵共电极在设于台面蚀刻沟部的绝缘膜上形成。

本发明的发光二极管阵列中，发光部及压焊部优选由台面蚀刻沟将形成于导电层上的外延层各自独立分割而构成。在优选实施例的发光二极管阵列中，因压焊片形成于各自独立的压焊部上，所以即使台面蚀刻沟的斜面上残留Au布线也不会压焊片间出现短路。另外，因压焊部形成于第一台面蚀刻沟之余的外延层上，所以不会增大蚀刻面积。由此可避免负荷效应，同样，使第一台面蚀刻沟之余的外延层即发光部的尺寸控制变得很容易。

附图说明

图1是表示本发明一个实施例的发光二极管阵列的上面图；

图2表示构成图1的发光二极管阵列的一个单元，(a)为上面图，(b)为(a)的A-A剖面图，(c)为(a)的B-B剖面图；

图3表示构成本发明另一实施例的发光二极管阵列的一个单元，(a)为上面图，(b)为(a)的A-A剖面图；

图4是表示以往发光二极管阵列的上面图；

图5表示构成图4的发光二极管阵列的一个单元，(a)为上面图，(b)为(a)的A-A剖面图，(c)为(a)的B-B剖面图。

具体实施方式

〔1〕发光二极管阵列的结构

如图1及图2所示，本发明的发光二极管阵列具有基片10、形成于基片10上的多个发光部1、部分形成于各发光部1上面的第一电极2以及在接近发光部1的位置上形成于导电层11上的第二电极3。图示的实施例中，各发光部1在均匀地形成于基片10上的外延层上设有台面蚀刻沟19、20，作为各自独立的外延层部。

(1)基片

基片10无特别限定，只要能用于发光二极管且能与发光部电绝缘的结构即可。不论n型基片还是p型基片都能用，也可用半绝缘性GaAs基片等半绝缘性基片或绝缘性基片。基片10与导电层11之间既可以设不掺杂GaAs层等高阻抗层进行绝缘，也可设相对导电层11具有相反极性的半导体层进行绝缘。

(2)发光部

层叠于基片10的导电层11上的化合物半导体的种类及结晶层的厚度可根据所需发光波长及发光输出适当地选择。作为化合物半导体例如可使用AlGaAs、AlGaInP等。发光部1优选具有由第一导电型金属包层、活性层及第二导电型金属包层构成的双异质结构，优选将形成于导电层上的外延层由第一台面蚀刻沟分割。而且，第二台面蚀刻沟20分断导电层11而将各块间分离。

图示的实施例中，发光二极管阵列的发光部1由在n型GaAs基片10上经由p型GaAs导电层11依次形成的p型AlGaAs蚀刻阻止层12、p型AlGaAs金属包层13、p型AlGaAs活性层14、n型AlGaAs金属包层15及n型GaAs间隔层16构成。n型GaAs间隔层16通过蚀刻被除去光蚀部9的区域。为防止与Au布线层5的短路，第一及第二绝缘膜17、18除阴极2之外覆盖在发光部1的全体表面。

在上述发光部1中直接与发光有关的区域，将具有对应发光波长的能带间隔的p型AlGaAs活性层14，以比其能带间隔更大的p型AlGaAs金属包层13(第一导电型金属包层)及n型AlGaAs金属包层15(第二导电型金属包层)相挟，具有所谓双异质结构。

(3)电极及布线层

第一及第二电极只要一方为阴极，另一方为阳极即可，例如第一电极可以是阴极也可以是阳极。各电极都要求压焊特性及与下层的电阻接触特性。例如在阳极使用AuZn/Ni/Au的层叠电极，在阴极使用AuGe/Ni/Au等的层叠电极。

共电极及Au布线层因要求具有良好的压焊特性及与上下层的密合性，所以最好以多个金属层构成。在最上层及最下层优选是具有良好压焊特性及绝缘膜粘着性的Ti、Mo等金属层。例如，作为共电极可使用Ti/Au/Ti、Mo/Au/Mo、TiW/Au/TiW等层叠电极。

各电极的金属层可用电阻加热蒸镀法、电子线加热蒸镀法、溅射法等形成，氧化物层可用各种公知的成膜方法形成。为增加电阻性，优选对阴极及阳极金属层进一步实施热处理(合金化)。

图1及图2所示的实施例中，在各发光部1的台面顶面上形成阴极2，各发光部1侧面及阴极2周围部以第一绝缘膜17进行覆盖。各发光部1上的阴极2通过接触孔7经由Au布线层5c与2根共电极4中的任意1根相连，并在各自独立的压焊部8c上形成压焊片6c。另一方面，在接近各发光部1的位置，阳极3形成于p型GaAs导电层11上，呈电阻接触。阳极3经由Au布线层5a与压焊部8a的台面顶面的压焊片6a连接。

(4)台面蚀刻沟

为形成各自独立的发光部1及压焊部8，第一台面蚀刻沟部19由将发光部1与压焊部8电分离而到达导电层11或蚀刻阻止层12的第一台面蚀刻沟部19、和以分断发光部1的各块为目的而去除导电层11的第二台面蚀刻沟部20构成。本发光二极管阵列的主要特征即第一台面蚀刻沟部19，除形成发光部1之外，还形成有各自独立的压焊部8。〔2〕发光二极管阵列的制造方法

本发明的发光二极管阵列除由第一台面蚀刻沟部19形成各自独立的压焊部8之外，可以按照与以往相同的方法制造。作为优选的制造例，首先是通过有机金属化合物气相生长法(MOVPE法)，在n型GaAs基片10的上面依次生长p型GaAs导电层11(载体浓度：4×10¹⁹cm^-3、厚度：1μm)、p型AlGaAs蚀刻阻止层12(载体浓度：3×10¹⁹cm^-3、厚度：0.1μm)、p型AlGaAs金属包层13(载体浓度：1×10¹⁸cm^-3、厚度：1μm)、p型AlGaAs活性层14(载体浓度：1×10¹⁸cm^-3、厚度：1μm)、n型AlGaAs金属包层15(载体浓度：2×10¹⁸cm^-3、厚度：3μm)、及n型GaAs间隔层16(载体浓度：1×10¹⁸cm^-3、厚度：0.5μm)。

在形成后的结晶层上选择性实施湿法腐蚀。首先保留与阴极2接触的部分并去除发光部1的n型GaAs间隔层16。接着设台面蚀刻沟19至露出p型AlGaAs蚀刻阻止层12的深度，将p型GaAs导电层11上的外延层分割为多个发光部1，同时形成发光部1和各自独立的压焊部8。此时只要能避免负荷效应，也可以如图3所示去除任意一方的压焊部。进而由第二台面蚀刻沟部20去除p型GaAs导电层11，使发光部1的各块电分离。此时如果按照稍微蚀刻n型GaAs基片10的方式设定第二台面蚀刻沟部20的深度，则即使蚀刻有误差，也不会残留导电层11。

接着，分别通过蒸镀～剥离法形成阴极2(AuGe/Ni/Au)及阳极3(AuZn/Ni/Au)。接着由化学气相成长法(CVD法)成长第一绝缘膜17，使得将发光二极管阵列的上面全部覆盖，然后用蒸镀～剥离法形成共电极4(Ti/Au/Ti)。再由CVD法成长第二绝缘膜18，然后通过蚀刻在阴极2、阳极3和二根共电极中预期的一方设置接触孔，将Ti/Au通过溅射～离子蚀刻法形成延伸至各压焊部8的Au布线层5。

这里将共电极以2根的2×2结构为例进行了阐述，而以4个发光部为1块，具有4根共电极的4×4结构也可以，8×8、16×16…的结构亦同样。

如以上详述的那样，在本发明的发光二极管阵列中，由台面蚀刻沟各自独立地形成压焊部，因此在台面蚀刻沟的斜面上即使残留Au布线层、或在设计上有意以Au布线层覆盖台面蚀刻斜面，都不会发生布线短路，而且发光部的尺寸控制容易，能够提供高成品率的批量生产的工艺。

Claims (3)

1.发光二极管阵列，其特征在于，具有：在基片上形成的导电层、在前述导电层上形成的各自独立的发光部、在各发光部上面的至少一部分形成的第一电极、和接近前述发光部并在前述导电层上形成的第二电极；前述第一电极具有开关用的矩阵共电极、前述第二电极具有按块分割的共电极；前述第一共电极及前述第二共电极上延伸存在的压焊片的至少一方设在前述导电层上呈岛状形成的压焊部上，而且前述压焊片各自独立形成。

2.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，前述第一电极侧及前述第二电极侧的压焊片的任意一方，在设于台面蚀刻沟部的绝缘膜上形成。

3.根据权利要求1或2所述的发光二极管阵列，其特征在于，前述矩阵共电极在设于台面蚀刻沟部的绝缘膜上形成。

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