JP3205049B2 - Light source for optical printer - Google Patents
Light source for optical printerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、感光体等への書込手段
として発光ダイオードアレイを用いた高密度光プリンタ
ー用光源に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source for a high-density optical printer using a light emitting diode array as a means for writing on a photosensitive member or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子写真による印字方式を採用した光プ
リンター等の光源等への応用を目的として、発光ダイオ
ードアレイの研究が行なわれている。ここで、光プリン
ター用光源の発光ダイオードアレイは、自己発光型アレ
イ素子からなり、画像信号に応じて発光ダイオードアレ
イを発光させ、等倍結像素子で感光体面上に静電潜像を
形成し、電子写真方式により印字印刷を行なうものであ
る。発光ダイオードアレイは可動部がなく構成部品も少
ないことから、このような光プリンターのヘッドに用い
ると、プリントヘッドの小型化が可能になる。また、自
己発光型で消光比が高く、良好なコントラストが得ら
れ、さらに、チップの接続により長尺化対応が可能とな
り、発光ダイオードの高出力化により高速化にも対応可
能となる等、種々の利益を得ることができる。この場
合、用いられる発光ダイオードアレイとしては、基板面
と平行な面内に、四角形等の発光部を所定方向に多数配
列した面発光型発光ダイオードアレイや、基板面と垂直
な端面から、所定方向に多数配列した光出力が得られる
端面発光型発光ダイオードアレイ等がある。2. Description of the Related Art A light emitting diode array has been studied for the purpose of application to a light source or the like of an optical printer or the like employing a printing method using electrophotography. Here, the light-emitting diode array of the light source for the optical printer is composed of a self-luminous array element, and the light-emitting diode array emits light in accordance with an image signal, and forms an electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor with the same-magnification imaging element. And printing and printing by an electrophotographic method. Since the light emitting diode array has no moving parts and few components, when used in such a head of an optical printer, the size of the print head can be reduced. In addition, self-emission type, high extinction ratio, good contrast can be obtained, furthermore, it is possible to cope with longer length by connecting the chip, and it is possible to cope with higher speed by increasing the output of the light emitting diode. Can benefit. In this case, the light emitting diode array used may be a surface emitting type light emitting diode array in which a large number of light emitting units such as squares are arranged in a predetermined direction in a plane parallel to the substrate surface, or a predetermined direction from an end surface perpendicular to the substrate surface. There is an edge-emitting light-emitting diode array that can provide a large number of light outputs.
【0003】先ず、面発光型発光ダイオードアレイの基
本的な構造としては、例えば、図7に示すようなものが
報告されている(昭和55年度電子通信学会通信部門全
国大会予稿集、第1−211項参照)。このような面発
光型発光ダイオードアレイでは、多くの場合、その発光
部5より得られる光出力の強度を発光面内で均一化する
ために、発光部の両端若しくは周囲に電極6が形成され
ている。このように、面発光型発光ダイオードアレイで
は、光出力が取り出される発光部5と電極6とが同一面
上に存在するため、単位素子当りに要する幅は、発光部
5の幅と電極6の幅、及び素子分離領域の幅を合計した
ものとなり、例えば600dpi(dotsper inch)以上
のような高密度に発光部を形成することは、極めて困難
である。First, as a basic structure of a surface emitting type light emitting diode array, for example, a structure as shown in FIG. 7 has been reported (Preliminary Proceedings of the Communication Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers, 1980, 1-1-1. See section 211). In such a surface-emitting type light-emitting diode array, in many cases, electrodes 6 are formed at both ends or around the light-emitting portion in order to make the intensity of the light output obtained from the light-emitting portion 5 uniform within the light-emitting surface. I have. As described above, in the surface emitting type light emitting diode array, since the light emitting portion 5 from which light output is taken out and the electrode 6 are on the same surface, the width required per unit element is determined by the width of the light emitting portion 5 and the electrode 6. It is the sum of the width and the width of the element isolation region, and it is extremely difficult to form a light emitting portion with a high density of, for example, 600 dpi (dotsper inch) or more.
【0004】次に、端面発光型発光ダイオードアレイと
しては、例えば、図8に示すようなものがある(特開昭
60−32373号公報参照)。この例では、基板上の
積層構造内に複数の発光部7が形成されており、これら
の発光部は、その基板面と平行な面内に、その端面に対
して垂直な方向に形成された分離溝3により、電気的か
つ空間的に分離されている。このような端面発光型発光
ダイオードアレイでは、光出力が取り出される発光部7
と電極21,25とが同一面上に存在せず、単位素子当
りに要する幅は、発光部の幅と素子分離領域の幅を合計
したものとなり、例えば600dpi以上のような高密
度の発光部の形成も、原理的に可能である。このため、
高密度光プリンターヘッド用発光ダイオードアレイとし
ては、端面発光型発光ダイオードアレイが適していると
言える。Next, as an edge emitting type light emitting diode array, for example, there is one as shown in FIG. 8 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-32373). In this example, a plurality of light emitting units 7 are formed in a laminated structure on a substrate, and these light emitting units are formed in a direction parallel to the substrate surface and in a direction perpendicular to the end surface. The separation groove 3 electrically and spatially separates each other. In such an edge emitting type light emitting diode array, the light emitting unit 7 from which light output is taken out
And the electrodes 21 and 25 do not exist on the same surface, and the width required per unit element is the sum of the width of the light emitting section and the width of the element isolation region. Can also be formed in principle. For this reason,
It can be said that an edge emitting type light emitting diode array is suitable as a light emitting diode array for a high density optical printer head.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のような特徴を有
する端面発光型発光ダイオードアレイをウェハー状態か
らチップ状態にする際には、ダイシング等の方法でチッ
プの切り出しを行なわなければならない。このダイシン
グ等のチップの切り出しを行なうために、図9に示すよ
うに、基板には必ず発光ダイオード各素子の光出射端面
から5〜10μm程度の長さのテラスが形成される。こ
のテラスは、発光ダイオード各素子からの出射光を反射
し、図10に示すように、基板と垂直方向の遠視野像
(FFP:Far Field Pattern)にサブピークを作る原因
となる。また、ダイシングによりテラス先端には、チッ
ピングと呼ばれる基板の不均一な欠けが生じてしまう場
合がある。このため、サブピークの位置がずれる、サブ
ピークの数が異なる、サブピークが無くなる、等の不具
合が生じてしまい、遠視野像の均一性が損なわれる。こ
の不均一性により、等倍結像素子へ発光ダイオードアレ
イからの出射光を入射する際に、入射する光量の不均一
性が生じてしまい、600dpi以上のような高密度に
おいてドットの大きさや印字濃度の均一性の高い高品質
で高解像な印字印刷が不可能になる恐れがある。When the edge emitting light emitting diode array having the above-mentioned features is changed from a wafer state to a chip state, chips must be cut out by a method such as dicing. In order to cut out a chip such as dicing, a terrace having a length of about 5 to 10 μm is necessarily formed on the substrate from the light emitting end face of each light emitting diode element as shown in FIG. This terrace reflects light emitted from each element of the light-emitting diode, and causes a subpeak in a far field pattern (FFP) in a direction perpendicular to the substrate, as shown in FIG. In addition, non-uniform chipping of the substrate called chipping may occur at the tip of the terrace due to dicing. For this reason, the positions of the sub-peaks are shifted, the number of the sub-peaks is different, the sub-peaks are eliminated, and the like, so that the uniformity of the far-field image is impaired. Due to this non-uniformity, when light emitted from the light-emitting diode array is incident on the unit-magnification imaging element, non-uniformity of the incident light amount occurs. There is a possibility that high quality and high resolution printing with high density uniformity may not be possible.
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、高密度高品質、かつ高階調な印字を実現するた
めに、例えば、600dpi以上のような高密度に発光
部を形成でき、かつ上記の欠点を解消し、印字ドットの
大きさや、印字濃度の均一性の高い、高品質で高解像な
印字印刷が可能であるような端面発光型発光ダイオード
アレイを用いた光プリンター用光源を提供することを目
的にしている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and in order to realize high-density, high-quality, high-gradation printing, a light-emitting portion can be formed at a high density of, for example, 600 dpi or more. A light source for an optical printer using an edge-emitting light-emitting diode array that eliminates the above-mentioned drawbacks and has high uniformity of print dots and print density, and enables high-quality, high-resolution print printing. The purpose is to provide.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、半導体基板上に形成された、少なくと
も発光ダイオードの発光層と該発光層を発光させるため
の電極を含む積層構造より成り、積層端面より光出力が
得られる端面発光型発光ダイオードを、等間隔に設けた
複数の電気的、空間的分離溝により各層を分離して形成
した発光ダイオードアレイにより構成した光プリンター
用光源において、上記発光ダイオードアレイの各発光ダ
イオードの基板と垂直方向の遠視野像のピークを上面側
にシフトさせるため、各発光ダイオードの光出射端面を
逆テーパー状とし、上記半導体基板の法線方向より特定
の角度で傾けたことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a laminated structure including at least a light emitting layer of a light emitting diode and an electrode for causing the light emitting layer to emit light, formed on a semiconductor substrate. In the light source for an optical printer constituted by a light emitting diode array formed by separating each layer by a plurality of electric and spatial separation grooves provided at equal intervals, an edge emitting light emitting diode capable of obtaining light output from the laminated end face, Each light emitting diode of the above light emitting diode array
Peak of far-field image perpendicular to the iodine substrate
Light emitting end face of each light emitting diode
Inverted taper shape, specified from the normal direction of the semiconductor substrate
It is characterized by tilting at an angle .
【0008】すなわち、本発明では、発光ダイオードを
複数個、少なくとも一列に所定ピッチで配列してなる発
光ダイオードアレイを複数備え、発光ダイオードアレイ
の各発光ダイオードを選択的に点灯させ、感光体上にド
ット分割した像を形成するための光プリンター用光源に
おいて、上記発光ダイオードアレイに化合物半導体から
なる端面発光型発光ダイオードアレイを用いると共に、
上記端面発光型発光ダイオードにおける光出射端面を逆
テーパー状とし、半導体基板の法線方向より特定の角度
で傾けることにより、各発光ダイオードの基板と垂直方
向の遠視野像のピークを上面側にシフトさせることが可
能になるため、同遠視野像のサブピークを抑えることが
可能になり、各端面発光型発光ダイオードの遠視野像が
チップ内及びウェハー内で均一になる。これにより、等
倍結像素子へ発光ダイオードアレイからの出射光を入射
する際に入射する光量が均一になり、600dpi以上
のような高密度においてドットの大きさや印字濃度の均
一性の高い高品質で高解像な印字印刷が可能になる。That is, according to the present invention, a plurality of light emitting diodes are provided, and a plurality of light emitting diode arrays are arranged at least in a row at a predetermined pitch. In an optical printer light source for forming an image divided into dots, while using an edge emitting light emitting diode array made of a compound semiconductor for the light emitting diode array,
Reverse the light emitting end face in the above edge emitting light emitting diode
By tapering and tilting at a specific angle from the normal direction of the semiconductor substrate, it becomes possible to shift the peak of the far-field image perpendicular to the substrate of each light emitting diode to the upper surface side, so that the same far-field image Can be suppressed, and the far-field pattern of each edge-emitting light emitting diode becomes uniform in the chip and in the wafer. As a result, when the light emitted from the light-emitting diode array is incident on the unit-magnification imaging element, the amount of incident light is uniform, and the dot size and print density are highly uniform at high densities such as 600 dpi or more. This enables high-resolution printing and printing.
【0009】以下、本発明による光プリンター用光源の
構成、動作について詳細に述べる。本発明による光プリ
ンター用光源は、図1に示すようにGaAs基板11上
にエピタキシャル成長により化合物半導体からなる端面
発光型発光ダイオードアレイを形成した構造となってお
り、その構造は隣接する素子間に凹状分離溝を設けるだ
けで容易に高ドット密度の端面発光型発光ダイオードア
レイが得られるようにするために、発光部が三層スラブ
DH(Double Heterro)構造(クラッド層13,活性層
14,クラッド層15)となっている。そして、この三
層の上には、GaAsキャップ層16、GaAsコンタ
クト層17が形成され、さらにその上には電極が形成さ
れている。また、隣接する素子間の電気的、空間的分離
のための分離溝19が各層にわたり形成されている。そ
して本発明では、上記工程と同時に、各発光ダイオード
素子27の光出射端面30を基板11の法線方向より特
定の角度で傾けていることが特徴である。また、基板1
1の裏面側には電極25が形成されている。Hereinafter, the configuration and operation of the light source for an optical printer according to the present invention will be described in detail. The light source for an optical printer according to the present invention has a structure in which an edge-emitting light-emitting diode array made of a compound semiconductor is formed on a GaAs substrate 11 by epitaxial growth as shown in FIG. In order to easily obtain an edge emitting light emitting diode array having a high dot density simply by providing a separation groove, the light emitting portion has a three-layer slab DH (Double Heterro) structure (cladding layer 13, active layer 14, cladding layer). 15). A GaAs cap layer 16 and a GaAs contact layer 17 are formed on the three layers, and electrodes are formed thereon. Separation grooves 19 for electrical and spatial isolation between adjacent elements are formed over each layer. The present invention is characterized in that the light emitting end face 30 of each light emitting diode element 27 is inclined at a specific angle from the normal direction of the substrate 11 at the same time as the above step. Also, substrate 1
An electrode 25 is formed on the back surface side of 1.
【0010】ここで、上記三層スラブ構造の化合物半導
体からなる発光部の活性層14の屈折率をn=N(≧
1)とする。本発明による光プリンター用光源は、端面
発光型発光ダイオードアレイであるために、その出射光
は活性層14を通り空気中(n=1)に放出される。こ
こで、屈折率n1 の媒質から屈折率n2 の媒質に光が入
射する場合、その入射角θ1 と出射角θ2 との間には、
次の式(1)のような関係があることが知られている。 sinθ1:sinθ2=n2:n1 ・・・(1) (1)式より、屈折率Nの媒質(活性層)から屈折率1の
媒質(空気)に光が出射される場合には、入射角θ1<
出射角θ2が成り立つことが判る。この原理に基づき、
図1のように各発光ダイオード素子27の光出射端面3
0を基板11の法線方向より特定の角度で傾けて、逆テ
ーパー状の角度を付けることにより、出射光のピークを
上面側にシフトさせることが可能である。例えば、活性
層14としてAl0.2Ga0.8As(N=3.45)を選
択した場合には、図2に示すような入射角θ1 と出射角
θ2 の関係がある。Here, the refractive index of the active layer 14 of the light emitting portion made of the compound semiconductor having the three-layer slab structure is defined as n = N (≧
1). Since the light source for the optical printer according to the present invention is an edge-emitting light emitting diode array, the emitted light is emitted through the active layer 14 into the air (n = 1). Here, when light is incident from the medium having the refractive index n 1 to the medium having the refractive index n 2 , the angle between the incident angle θ 1 and the emission angle θ 2 is:
It is known that there is a relationship such as the following equation (1). sin θ 1 : sin θ 2 = n 2 : n 1 (1) From equation (1), when light is emitted from the medium having the refractive index N (active layer) to the medium having the refractive index 1 (air). , Incident angle θ 1 <
It can be seen that the emission angle θ 2 holds. Based on this principle,
As shown in FIG. 1, the light emitting end face 3 of each light emitting diode element 27
By inclining 0 at a specific angle from the normal direction of the substrate 11 and providing an angle of a reverse taper, the peak of the emitted light can be shifted to the upper surface side. For example, when Al 0.2 Ga 0.8 As (N = 3.45) is selected as the active layer 14, there is a relationship between the incident angle θ 1 and the output angle θ 2 as shown in FIG.
【0011】すなわち、図3に示すように、活性層14
の屈折率をn、DH構造による出射光の放射角をφ、ダ
イシングにより形成される基板11のテラスの長さを
x、素子分離のためのエッチング深さに起因する活性層
14までの高さをd、そして光出射端面の逆テーパー角
の角度をθとすると、下記の(2)式を満たすように上記
パラメーターを設定することにより、サブピークの無い
均一な遠視野像が得られる(但し、1≧nsin(90°−
θ);全反射条件より)。 sin~1(nsin(90°−θ))+φ/2 +tan~1((x−d/tanθ)/d)+90°−θ≦180°・・・(2) このように、上記条件を満たすように各パラメータを設
定することにより、各発光ダイオードの基板と垂直方向
の遠視野像のピークを上面側にシフトさせることが可能
になるため、同遠視野像のサブピークを抑えることが可
能になり、各端面発光型発光ダイオードの遠視野像がチ
ップ内及びウェハー内で均一になる。これにより、等倍
結像素子へ発光ダイオードアレイからの出射光を入射す
る際に入射する光量が均一になり、600dpi以上の
ような高密度においてドットの大きさや印字濃度の均一
性の高い高品質で高解像な印字印刷が可能になる。That is, as shown in FIG.
Is the refractive index of n, the emission angle of emitted light by the DH structure is φ, the length of the terrace of the substrate 11 formed by dicing is x, and the height to the active layer 14 due to the etching depth for element isolation. Is d, and the angle of the reverse taper angle of the light emitting end face is θ, by setting the above parameters so as to satisfy the following equation (2), a uniform far-field image without a subpeak can be obtained (however, 1 ≧ nsin (90 °-
θ); from total reflection condition). sin ~ 1 (nsin (90 ° −θ)) + φ / 2 + tan ~ 1 ((x−d / tanθ) / d) + 90 ° −θ ≦ 180 ° (2) Thus, the above condition is satisfied. By setting each parameter in this way, it becomes possible to shift the peak of the far-field image in the direction perpendicular to the substrate of each light-emitting diode to the upper surface side, thereby making it possible to suppress the sub-peaks of the same far-field image. In addition, the far-field image of each edge emitting light emitting diode becomes uniform in the chip and the wafer. As a result, when the light emitted from the light-emitting diode array is incident on the unit-magnification imaging element, the amount of incident light is uniform, and the dot size and print density are highly uniform at high densities such as 600 dpi or more. This enables high-resolution printing and printing.
【0012】[0012]
【作用】本発明による光プリンター用光源においては、
発光ダイオードアレイに化合物半導体からなる端面発光
型発光ダイオードアレイを用いることにより、単純な電
極ストライブ型DH(Double Heterro)構造とすること
ができ、所望の高ドット密度になるように隣接する素子
間のピッチを選定して電気的、空間的な分離溝を形成す
ることが自在である。これにより高ドット密度発光ダイ
オードプリンター用光源を実現できる。また、端面発光
型発光ダイオードアレイを採用し、その発光ダイオード
アレイの各発光ダイオード素子における光出射端面を逆
テーパー状とし、半導体基板の法線方向より特定の角度
で傾けることにより、各発光ダイオードの基板と垂直方
向の遠視野像のピークを上面側にシフトさせることが可
能になるため、同遠視野像のサブピークがなくなり、各
端面発光型発光ダイオードの遠視野像がチップ内及びウ
ェハー内で均一になる。これにより、等倍結像素子へ発
光ダイオードアレイからの出射光を入射する際に入射す
る光量が均一になり、600dpi以上のような高密度
においてドットの大きさや印字濃度の均一性の高い高品
質で高解像な印字印刷が可能になる。In the light source for an optical printer according to the present invention,
By using an edge emitting light emitting diode array made of a compound semiconductor for the light emitting diode array, a simple electrode stripe type DH (Double Heterro) structure can be obtained, and the adjacent elements can be formed to have a desired high dot density. It is possible to freely form an electrical and spatial separation groove by selecting the pitch of (1). Thereby, a light source for a high dot density light emitting diode printer can be realized. In addition, an edge-emitting light-emitting diode array is adopted, and the light-emitting end face of each light-emitting diode element of the light-emitting diode array is inverted.
By tapering and tilting at a specific angle from the normal direction of the semiconductor substrate, it becomes possible to shift the peak of the far-field image perpendicular to the substrate of each light emitting diode to the upper surface side, so that the same far-field image , And the far-field images of the edge emitting light emitting diodes become uniform in the chip and in the wafer. As a result, when the light emitted from the light-emitting diode array is incident on the unit-magnification imaging element, the amount of incident light is uniform, and the dot size and print density are highly uniform at high densities such as 600 dpi or more. This enables high-resolution printing and printing.
【0013】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。図1は本発明の一実施例を示す光プリンター用光源
の要部斜視図であり、図中符号11は半導体基板、12
はバッファ層、13はクラッド層、14は活性層(発光
層)、15はクラッド層、16はキャップ層、17はコ
ンタクト層、19は分離溝、24は配線電極、25は基
板裏面側の電極、27は各端面発光型発光ダイオード素
子、30は各端面発光型発光ダイオードの光出射端面で
あり、発光部は、クラッド層13、活性層14、クラッ
ド層15の三層からなる三層スラブDH(Double Heter
ro)構造となっている。また、図1において、端面発光
型発光ダイオードアレイの各素子の寸法は、600dp
iを実現するために、横幅が32.3μm、素子長が5
0μm、高さを5μmとし、各素子間の分離溝19の幅
を10μmとした。そして遠視野像のサブピークを抑え
るために光出射端面30を基板11の法線方向より10
°傾けて作製している。また、チップの切り出しはダイ
シングで行ない、テラス長は7μmとなっている。Embodiments of the present invention will be described below in detail. FIG. 1 is a perspective view of a main part of a light source for an optical printer according to an embodiment of the present invention.
Is a buffer layer, 13 is a cladding layer, 14 is an active layer (light emitting layer), 15 is a cladding layer, 16 is a cap layer, 17 is a contact layer, 19 is a separation groove, 24 is a wiring electrode, and 25 is an electrode on the back side of the substrate. , 27 are end emitting light emitting diode elements, 30 is a light emitting end face of each end emitting light emitting diode, and the light emitting portion is a three-layer slab DH composed of three layers of a cladding layer 13, an active layer 14, and a cladding layer 15. (Double Heter
ro) structure. In FIG. 1, the dimensions of each element of the edge-emitting light emitting diode array are 600 dp.
In order to realize i, the width is 32.3 μm and the element length is 5
The height was set to 0 μm, the height was set to 5 μm, and the width of the separation groove 19 between the elements was set to 10 μm. Then, in order to suppress the sub-peak of the far-field image, the light emitting end face 30 is set at a distance of 10 from the normal direction of the substrate 11.
° It is manufactured by tilting. Chips are cut out by dicing, and the terrace length is 7 μm.
【0014】本発明の最大の特徴は、上記端面発光型発
光ダイオード27における光出射端面30を、半導体基
板11の法線方向より特定の角度で傾けることにより、
各発光ダイオード27の基板と垂直方向の遠視野像のピ
ークを上面側にシフトさせることが可能になることであ
る。このため、同遠視野像のサブピークを抑えることが
可能になり、各端面発光型発光ダイオード27の遠視野
像がチップ内及びウェハー内で均一になる。これによ
り、等倍結像素子へ発光ダイオードアレイからの出射光
を入射する際に入射する光量が均一になり、600dp
iのような高密度においてドットの大きさや印字濃度の
均一性の高い高品質で高解像な印字印刷が可能になる。The most important feature of the present invention is that the light emitting end face 30 of the edge emitting light emitting diode 27 is inclined at a specific angle from the normal direction of the semiconductor substrate 11.
It is possible to shift the peak of the far-field image in the direction perpendicular to the substrate of each light emitting diode 27 to the upper surface side. For this reason, it becomes possible to suppress the subpeak of the far-field image, and the far-field image of each edge-emitting light emitting diode 27 becomes uniform in the chip and the wafer. As a result, when the light emitted from the light-emitting diode array is incident on the unit-magnification imaging element, the amount of incident light becomes uniform, and 600 dp
At a high density such as i, high-quality, high-resolution print printing with high uniformity of dot size and print density becomes possible.
【0015】次に、図4及び図5を参照して本発明によ
る光プリンター用光源の製造工程の一例について説明す
る。先ず、図4(a)に示すように、n型GaAs基板1
1上にMBE(MolecularBeam Epitaxy)法やLPE(L
iquid Phase Epitaxy)法、あるいはMOCVD(Metal
Organic Chemical Vapor Deposition)法等による結晶成
長法を用いて、例えば、n−GaAsバッファ層12、
n−Al0.4Ga0.6Asクラッド層13、発光層である
Al0.2Ga0.8As活性層14、p−Al0.4Ga0.6A
sクラッド層15、p−GaAsキャップ層16、そし
て、亜鉛を高濃度にドーピングしたp+ 型GaAsコン
タクト層17を順次形成する。次に、図4(b)に示すよ
うに、フォトレジスト塗布及びフォトリソグラフィー工
程の後、Cr蒸着を行ない、リフトオフ法によりCrマ
スク18を形成する。次に、図4(c)に示すように、E
CR−RIBE装置(Electoron CyclotronResonance−
Reactiv Ion Beam Etching)を用いるドライエッチング
により、深さ3.5μm程度の少なくともn−クラッド
層12に達する微細幅の分離溝19を形成する。次に、
図4(d)に示すように、HCl等によりCrマスク18
の除去を行なった後、フォトレジストの塗布及びフォト
リソグラフィー工程の後、Au−Zn/Au蒸着を行な
い、リフトオフ法を用いて上部電極21を形成する。Next, an example of a manufacturing process of the light source for the optical printer according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or LPE (L
iquid Phase Epitaxy) method or MOCVD (Metal
For example, using a crystal growth method such as an Organic Chemical Vapor Deposition method, for example, the n-GaAs buffer layer 12,
n-Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 13, Al 0.2 Ga 0.8 As active layer 14 as a light emitting layer, p-Al 0.4 Ga 0.6 A
An s cladding layer 15, a p-GaAs cap layer 16, and a p @ + -type GaAs contact layer 17 doped with zinc at a high concentration are sequentially formed. Next, as shown in FIG. 4B, after a photoresist coating and a photolithography process, Cr evaporation is performed, and a Cr mask 18 is formed by a lift-off method. Next, as shown in FIG.
CR-RIBE equipment (Electoron Cyclotron Resonance-
By dry etching using Reactiv Ion Beam Etching, a separation groove 19 having a depth of about 3.5 μm and at least reaching the n-cladding layer 12 is formed. next,
As shown in FIG. 4D, a Cr mask 18 is formed using HCl or the like.
After the application of a photoresist and a photolithography process, Au-Zn / Au deposition is performed, and the upper electrode 21 is formed by a lift-off method.
【0016】次に、図5(a)に示すように、EB蒸着や
CVD法により、SiO2 等の絶縁膜22を形成する。
次に、図5(b)に示すように、この絶縁膜22に、フォ
トリソグラフィー工程及びフッ酸によるウェットエッチ
ング工程によりコンタクトホール23を形成する。次
に、図5(c)に示すように、フォトレジスト塗布及びフ
ォトリソグラフィー工程の後、Cr/Au蒸着を行ない
リフトオフ法を用いて上部配線24を形成し、更にEB
蒸着やCVD法によりSiO2 等の保護膜20を形成す
る。そして最後に、図5(d)に示すように、基板11の
裏面側にAuGe/Ni/Au等からなる裏面電極25
を形成して、n型GaAs基板11上に、エピタキシャ
ル成長により化合物半導体からなる端面発光型発光ダイ
オードアレイを形成してなる光プリンター用光源が形成
される。Next, as shown in FIG. 5A, an insulating film 22 of SiO 2 or the like is formed by EB evaporation or CVD.
Next, as shown in FIG. 5B, a contact hole 23 is formed in the insulating film 22 by a photolithography process and a wet etching process using hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 5 (c), after a photoresist coating and a photolithography process, Cr / Au deposition is performed to form an upper wiring 24 using a lift-off method, and further, EB is formed.
A protective film 20 such as SiO 2 is formed by vapor deposition or CVD. Finally, as shown in FIG. 5D, a back electrode 25 made of AuGe / Ni / Au or the like is provided on the back surface of the substrate 11.
Is formed, and a light source for an optical printer is formed on the n-type GaAs substrate 11 by forming an edge-emitting light emitting diode array made of a compound semiconductor by epitaxial growth.
【0017】尚、本発明による光プリンター用光源を実
現するためには、素子分離時のドライエッチングの際に
光出射端面を逆テーパー状になるようにエッチングする
ことが必要である。このために、本発明による実施例で
は、素子分離時のドライエッチング時にECR−RIB
E装置のサンプルホルダー41を図6のように10°傾
け、イオンビームがサンプル42に対して10°の角度
で入射するようにドライエッチングを行なうことにより
光出射端面を10°傾けて作製している。また、実施例
では、ドライエッチング用のマスクとしてCrを示した
が、SiO2,TiO2、レジスト等のマスクを用いても
実施可能である。また、絶縁膜としては、SiO2 の他
にSiNを用いても実施可能である。また、基板11と
してn型GaAs基板を用いた例をいくつか示してきた
が、この他に、p型のGaAs基板を用いても良く、そ
の場合には、バッファ層12にはp−GaAs、クラッ
ド層13にはp−Al0.4Ga0.6As、活性層14には
Al0.2Ga0.8As、クラッド層15にはn−Al0.4
Ga0.6As、キャップ層16にはn−GaAsを用
い、コンタクト層17にはn+ GaAsを用い、素子駆
動のための注入電流は基板11からコンタクト層17へ
と流れる。尚、化合物半導体層の組成は上記以外の組成
によっても十分に機能を果たすことができることは言う
までもない。また、AlGaAs系以外の、例えばIn
GaP,InGaAs,InAlAsP等、その他の化
合物半導体及び混晶半導体を用いても実施可能である。In order to realize the light source for an optical printer according to the present invention, it is necessary to etch the light emitting end face so as to have an inversely tapered shape during dry etching at the time of element isolation. For this reason, in the embodiment according to the present invention, the ECR-RIB
The sample holder 41 of the E apparatus is tilted by 10 ° as shown in FIG. 6, and the light emitting end face is tilted by 10 ° by performing dry etching so that the ion beam enters the sample at an angle of 10 °. I have. Further, in the embodiment, Cr is shown as a mask for dry etching. However, the present invention can be implemented by using a mask such as SiO 2 , TiO 2 , or resist. Further, as the insulating film, it is possible to use SiN in addition to SiO 2 . Although several examples using an n-type GaAs substrate as the substrate 11 have been described, a p-type GaAs substrate may be used. In this case, p-GaAs, The cladding layer 13 is p-Al 0.4 Ga 0.6 As, the active layer 14 is Al 0.2 Ga 0.8 As, and the cladding layer 15 is n-Al 0.4
Ga 0.6 As, n-GaAs is used for the cap layer 16, and n + GaAs is used for the contact layer 17, and an injection current for driving the element flows from the substrate 11 to the contact layer 17. It goes without saying that the composition of the compound semiconductor layer can sufficiently function even with a composition other than the above. In addition, other than AlGaAs-based materials, for example, In
The present invention can be implemented using other compound semiconductors and mixed crystal semiconductors such as GaP, InGaAs, and InAlAsP.
【0018】さらに、本発明における半導体発光素子の
特徴は、発光ダイオードアレイ素子部が単純な電極スト
ライブ型DH構造をしており、これによるメリットは、
所望の高ドット密度になるように隣接する素子間のピッ
チを選定して電気的、空間的な分離溝を形成することが
自在であり、これにより高ドット密度発光ダイオードア
レイプリンター用光源を実現できるということである
が、別の構造、例えばSH(Single Hetero)構造、ホモ
接合構造など、順バイアス電流注入により発光を生じる
接合が少なくとも一つ素子端面に対して平行で光出射端
面に垂直な端面発光型構造の発光素子であれば適用でき
る。Further, a feature of the semiconductor light emitting device according to the present invention is that the light emitting diode array device portion has a simple electrode stripe type DH structure.
It is possible to form electrical and spatial separation grooves by selecting a pitch between adjacent elements so as to obtain a desired high dot density, thereby realizing a light source for a high dot density light emitting diode array printer. This means that at least one junction which emits light by forward bias current injection, such as an SH (Single Hetero) structure or a homojunction structure, has at least one junction parallel to the element end face and perpendicular to the light emission end face. Any light-emitting element having a light-emitting structure can be used.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光プ
リンター用光源においては、発光素子部に端面発光型発
光ダイオードアレイを採用し、その光出射端面を逆テー
パー状とし、半導体基板の法線方向より特定の角度で傾
けることにより、各発光ダイオードの基板と垂直方向の
遠視野像のサブピークを抑えることが可能になり、等倍
結像素子へ発光ダイオードアレイからの出射光を入射す
る際に入射する光量を均一にすることができ、600d
pi以上のような高密度においてドットの大きさや印字
濃度の均一性の高い高品質で高解像な印字印刷が実現で
きる。As described above, in the light source for an optical printer according to the present invention, an edge emitting type light emitting diode array is adopted for the light emitting element portion, and the light emitting end face is inverted.
By making it par-shaped and tilting at a specific angle from the normal direction of the semiconductor substrate, it is possible to suppress the sub-peak of the far-field image in the direction perpendicular to the substrate of each light-emitting diode, and to the light-emitting diode array Can be made uniform when the light emitted from the
At high densities such as pi or higher, high-quality, high-resolution print printing with high dot size and uniform print density can be realized.
【図1】本発明の一実施例を示す光プリンター用光源の
要部斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a main part of a light source for an optical printer according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す光プリンター用光源の活性層にAl
0.2Ga0.8Asを用いた場合の式(1)の入射角θ1 と出
射角θ2 の関係を示すグラフである。FIG. 2 shows an active layer of the light source for the optical printer shown in FIG.
5 is a graph showing a relationship between an incident angle θ 1 and an outgoing angle θ 2 in Expression (1) when 0.2 Ga 0.8 As is used.
【図3】式(2)の説明図であって、図1に示す光プリン
ター用光源の端面発光型発光ダイオードの要部断面図で
ある。3 is an explanatory diagram of Expression (2), and is a cross-sectional view of a main part of an edge-emitting light emitting diode of the light source for the optical printer shown in FIG.
【図4】(a)〜(d)は、本発明による光プリンター用光
源の製造工程を示す説明図である。4 (a) to 4 (d) are explanatory views showing steps for manufacturing a light source for an optical printer according to the present invention.
【図5】(a)〜(d)は、図4(d)以降の製造工程を示す
説明図である。5 (a) to 5 (d) are explanatory views showing manufacturing steps after FIG. 4 (d).
【図6】本発明による光プリンター用光源の逆テーパー
状光出射端面の形成方法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a method of forming an inverted tapered light emitting end face of a light source for an optical printer according to the present invention.
【図7】従来技術の一例を示す図であって、面発光型発
光ダイオードアレイの平面図である。FIG. 7 is a view showing an example of the prior art, and is a plan view of a surface-emitting type light-emitting diode array.
【図8】従来技術の別の例を示す図であって、端面発光
型発光ダイオードアレイの斜視図である。FIG. 8 is a diagram showing another example of the prior art, and is a perspective view of an edge emitting light emitting diode array.
【図9】従来の端面発光型発光ダイオードアレイを用い
た光プリンター用光源の要部斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a main part of a light source for an optical printer using a conventional edge emitting light emitting diode array.
【図10】サブピークを持つ場合の基板と垂直な方向の
遠視野像を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a far-field image in a direction perpendicular to the substrate when having a subpeak.
11・・・半導体基板 12・・・バッファ層 13,15・・・クラッド層 14・・・活性層(発光層) 16・・・キャップ層 17・・・コンタクト層 18・・・Crマスク 19・・・素子分離溝 20・・・保護膜 21,25・・・電極 22・・・絶縁膜 23・・・コンタクトホール 24・・・配線 27・・・各発光ダイオード素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12 ... Buffer layer 13, 15 ... Cladding layer 14 ... Active layer (light emitting layer) 16 ... Cap layer 17 ... Contact layer 18 ... Cr mask 19 ..Element isolation groove 20 ... Protective film 21, 25 ... Electrode 22 ... Insulating film 23 ... Contact hole 24 ... Wiring 27 ... Each light emitting diode element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−233268(JP,A) 特開 昭60−32372(JP,A) 特開 平5−69592(JP,A) 実開 平1−88954(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 H01L 33/00 H04N 1/036 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-233268 (JP, A) JP-A-60-32372 (JP, A) JP-A-5-69592 (JP, A) 88954 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 H01L 33/00 H04N 1/036
Claims (1)
光ダイオードの発光層と該発光層を発光させるための電
極を含む積層構造より成り、積層端面より光出力が得ら
れる端面発光型発光ダイオードを、等間隔に設けた複数
の電気的、空間的分離溝により各層を分離して形成した
発光ダイオードアレイにより構成した光プリンター用光
源において、上記発光ダイオードアレイの各発光ダイオードの基板と
垂直方向の遠視野像のピークを上面側にシフトさせるた
め、各発光ダイオードの光出射端面を逆テーパー状と
し、上記半導体基板の法線方向より特定の角度で傾けた
ことを特徴とする光プリンター用光源。An edge emitting light emitting diode having a laminated structure formed on a semiconductor substrate and including at least a light emitting layer of a light emitting diode and an electrode for causing the light emitting layer to emit light, wherein a light output is obtained from a laminated end face. In a light source for an optical printer constituted by a light emitting diode array formed by separating each layer by a plurality of electrical and spatial separation grooves provided at equal intervals, the light emitting diode substrate of the light emitting diode array and
Shift the far-field image peak in the vertical direction to the upper side.
The light emitting end face of each light emitting diode has a reverse tapered shape.
And a light source for an optical printer, wherein the light source is tilted at a specific angle from the normal direction of the semiconductor substrate .
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|---|---|---|---|
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