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JP3229403B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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JP3229403B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JP3229403B2
JP3229403B2 JP33855492A JP33855492A JP3229403B2 JP 3229403 B2 JP3229403 B2 JP 3229403B2 JP 33855492 A JP33855492 A JP 33855492A JP 33855492 A JP33855492 A JP 33855492A JP 3229403 B2 JP3229403 B2 JP 3229403B2
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light
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diode array
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式による画
像形成装置や光プリンター等の光源として利用される半
導体発光装置に関し、特に、発光ダイオードアレイを用
いた半導体発光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device used as a light source for an electrophotographic image forming apparatus or an optical printer, and more particularly to a semiconductor light emitting device using a light emitting diode array.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子写真方式による画像形成装置
や光プリンタ等の光源等に利用するための発光ダイオー
ドアレイの研究が進められている。この発光ダイオード
アレイは自己発光型アレイ素子から成っており、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
素子で感光体表面に静電潜像を形成し、前記電子写真方
式による現像、転写、定着の工程を経て印字・印刷を行
うものである。この従来の発光ダイオードアレイを用い
た光プリンタヘッドを構成する発光部基板は図11に示
すように、放熱板を兼ねた基板102 上に、セラミック基
板等で構成される配線部材103,104,105 が貼り付けら
れており、この配線部材103,104,105 には、それぞれ
画像信号や電源との接続を行うためのケーブル106,107
が接続されている。また、図中の108-1〜108-n(nは正
の整数)は発光ダイオードを一列に並べた発光ダイオー
ドアレイチップであり、109-1〜109-n及び110-1〜110-n
は、発光ダイオードアレイチップ108-1〜108-nを駆動す
るドライバ回路、即ち、ケーブル106,107より入力され
る画像信号のシリアルパラレル変換回路等を内蔵した発
光ダイオードドライブ集積回路である。
2. Description of the Related Art In recent years, research on a light emitting diode array for use as a light source of an electrophotographic image forming apparatus or an optical printer has been advanced. This light-emitting diode array is composed of a self-luminous array element, emits light from the light-emitting diode array in response to an image signal, forms an electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor with the same-size imaging element, and uses the electrophotographic method. Printing and printing are performed through development, transfer, and fixing steps. As shown in FIG. 11, a light emitting unit substrate constituting an optical printer head using this conventional light emitting diode array has wiring members 103, 104, 105 formed of a ceramic substrate or the like on a substrate 102 also serving as a heat sink. Are attached to the wiring members 103, 104, and 105. Cables 106, 107 for connection to image signals and a power source are respectively attached to the wiring members 103, 104, and 105.
Is connected. Also, 108-1 to 108-n (n is a positive integer) in the figure are light-emitting diode array chips in which light-emitting diodes are arranged in a line, and 109-1 to 109-n and 110-1 to 110-n
Is a driver circuit for driving the light-emitting diode array chips 108-1 to 108-n, that is, a light-emitting diode drive integrated circuit having a built-in serial-parallel conversion circuit for image signals input from the cables 106 and 107 and the like.

【0003】このような構成の発光部基板101 におい
て、ケーブル106,107より画像信号を一列分逐次、発光
ダイオードドライブ集積回路109-1〜109-n,110-1〜110
-nに入力し、一列分のデータをシフトした後、これを並
列に発光ダイオード駆動端子に出力し、これに従い各発
光ダイオードが点灯、消灯し、一列分の画像形成用の輝
点が発生する。また、発光ダイオードの発光部と感光ド
ラム面の結像点の関係については、図12に示すよう
に、発光ダイオードアレイを構成する各発光ダイオード
アレイチップ201-m 上の発光ダイオード201-m-p は、セ
ルフォックレンズアレイやRMLA(ルーフミラーレン
ズアレイ)等の等倍結像系202 によって感光ドラム203
上に結像される。このような発光ダイオードアレイを用
いた光プリンタヘッドは、可動部がなく構成部品も少な
いことから、小型化が可能となる。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
々の利点がある。
In the light emitting unit substrate 101 having such a configuration, the image signals are sequentially transmitted from the cables 106 and 107 for one line to the light emitting diode drive integrated circuits 109-1 to 109-n and 110-1 to 110.
-n, shift one row of data, output it in parallel to the light emitting diode drive terminal, and then each light emitting diode is turned on and off according to it, and one row of image forming bright spots is generated . As for the relationship between the light emitting portion of the light emitting diode and the imaging point of the photosensitive drum surface, as shown in FIG. 12, the light emitting diode 201-mp on each light emitting diode array chip 201-m constituting the light emitting diode array is: The photosensitive drum 203 is provided by an equal-magnification imaging system 202 such as a selfoc lens array or an RMLA (roof mirror lens array).
Imaged on top. An optical printer head using such a light emitting diode array has no moving parts and has few components, and thus can be downsized. In addition, the self-emission type has a high extinction ratio, provides good contrast, and can be made longer by connecting the chip. There are advantages.

【0004】ところで、このような光プリントヘッドに
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等がある。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13に
示すものが報告されており(昭和55年電通学会予稿集
1-211頁、(他に、特開昭62−238673号))、この面発
光型発光ダイオードアレイでは、発光部120 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
120 の両端若しくは周囲に電極121 が形成されている。
しかしこの構造では、光出力が取り出される発光部120
と電極121 とが同一面上に存在するため、単位素子当た
りに要する幅は発光部120 の幅と電極121 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、600
dpi(dots per inch)以上の高密度な発光部を形成す
ることは極めて困難である。
A light emitting diode array used in such an optical print head is, for example, a surface emitting type light emitting diode array in which a large number of light emitting portions such as squares are arranged in a predetermined direction in a plane parallel to a substrate surface, or a substrate surface. Edge-emitting light-emitting diodes that can provide a large number of light outputs arranged in a predetermined direction from an end surface perpendicular to the end surface. First, as a basic structure of a surface-emitting type light emitting diode array, for example, a structure shown in FIG. 13 has been reported (Papers 1-211 of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1980, pp. 1-211, and JP-A-62-238673. )), In this surface-emitting type light emitting diode array, in order to make the intensity of the light output obtained from the light emitting unit 120 uniform within the light emitting surface,
Electrodes 121 are formed at both ends or around 120.
However, in this structure, the light emitting unit 120 from which the light output is taken out
Since the electrodes 121 and 121 exist on the same plane, the width required per unit element is the sum of the width of the light emitting section 120, the width of the electrode 121, and the width of the element isolation region.
It is extremely difficult to form a high-density light emitting portion of dpi (dots per inch) or more.

【0005】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14に示すようなものがあり(特開昭
60−32373号公報)、この例では、基板上の積層
構造内に複数の発光部122 が形成されており、これらの
発光部122 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123 により、電気的且
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12
2 と電極124,125とが同一面上に存在せず、単位素子当
たりに要する幅は、発光部122 の幅と素子分離溝領域の
幅を合計したものとなり、例えば、600dpi以上の高密度
な発光部122 の形成も原理的に可能である。従って、高
密度光プリンター用光源として用いる発光ダイオードア
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。また、発光ダイオードアレイ内の各発
光ダイオードの光出力のばらつきに関しては、最近の化
合物半導体の結晶成長技術の進歩により、基板面内にお
いて結晶成長構造の層厚の均一性や膜の電気的特性ある
いは光学的特性の均一性が良好なものとなり、同一チッ
プ内の発光ダイオードアレイの各発光ダイオードの光出
力のばらつきを±5%以内にすることが充分可能となっ
た。
Next, as an edge emitting type light emitting diode array, for example, there is one as shown in FIG. 14 (Japanese Patent Laid-Open No. 60-32373). In this example, a plurality of light emitting diodes are arranged in a laminated structure on a substrate. The light emitting portions 122 are electrically and spatially separated by a separation groove 123 formed in a direction parallel to the substrate surface in a direction perpendicular to the end surface. . In such an edge emitting light emitting diode array, the light emitting unit 12 from which light output is taken out
2 and the electrodes 124 and 125 are not on the same plane, and the width required per unit element is the sum of the width of the light emitting portion 122 and the width of the element isolation groove region. The formation of the light emitting section 122 is also possible in principle. Therefore, it can be said that an edge-emitting light-emitting diode array is suitable as a light-emitting diode array used as a light source for a high-density optical printer. Regarding the variation in light output of each light emitting diode in the light emitting diode array, the recent progress in compound semiconductor crystal growth technology has led to the uniformity of the thickness of the crystal growth structure within the substrate plane, the electrical characteristics of the film, and the like. The uniformity of the optical characteristics was improved, and the variation in the light output of each light emitting diode of the light emitting diode array in the same chip could be sufficiently reduced to within ± 5%.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発光ダイオードアレイを用いた発光装置において
は、該発光ダイオードアレイを構成する化合物半導体結
晶成長層の特性を引き出すための電極形成手段や素子の
放熱特性を含む実装のばらつき等により、チップ間での
発光ダイオードの光出力に不均一性が生じてしまい(そ
の値は、〜±50%にも達する)、光プリンター光源に用
いた場合、印字ドットの大きさや印字濃度に大きな差が
でてしまうという問題点を有している。特に、従来の端
面発光型発光ダイオードアレイにおいては、図14に示
したように発光端面がへき開によって形成されており、
このように発光ダイオードアレイの発光端面をへき開に
よって製造することは、へき開そのものが安定しない技
術であるが故に、発光端面形状にばらつきを生じてしま
い、発光部からの光出力を散乱したり吸収したりする効
果の差異によって発光ダイオードアレイの光出力に均一
性を欠いてしまう。また、発光端面がへき開によって形
成されていることにより、必然的に発光端面自体が基板
端面をも兼ねている。従って、発光端面がむき出しの状
態になっており、実装のためのハンドリングの際に発光
端面を損傷し易く、光出力の均一性と歩留まりを更に悪
化することが度々あるという問題があった。
However, in the light emitting device using the conventional light emitting diode array, the electrode forming means for extracting the characteristics of the compound semiconductor crystal growth layer constituting the light emitting diode array and the heat radiation of the element are used. Non-uniformity in the light output of the light-emitting diode between chips due to variations in mounting including characteristics (the value reaches up to ± 50%). However, there is a problem that a large difference occurs in the size and print density. In particular, in the conventional edge-emitting light-emitting diode array, the light-emitting edge is formed by cleavage as shown in FIG.
Manufacturing the light emitting end face of the light emitting diode array by cleavage in this way is a technique in which the cleavage itself is not stable, so that the shape of the light emitting end face varies, and the light output from the light emitting section is scattered or absorbed. The light output of the light emitting diode array lacks uniformity due to the difference in the effect of the light emitting diode array. In addition, since the light-emitting end face is formed by cleavage, the light-emitting end face inevitably also serves as the substrate end face. Therefore, there is a problem that the light emitting end face is exposed, and the light emitting end face is easily damaged during handling for mounting, and the uniformity of light output and the yield are often further deteriorated.

【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、以上のような問題点を解消して端面発光型発光
ダイオードアレイの光出力の均一性を大幅に改善するの
と同時に、製造しやすく且つ実装しやすくするために、
端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状
及びその製造方法を工夫し、発光部の高密度化、光出力
の均一化をより一層図ることができ、光プリンター等の
光源として用いた時に、高密度、高品位印字を実現する
ことができる半導体発光装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the above-mentioned problems to greatly improve the uniformity of the light output of the edge-emitting light-emitting diode array, and at the same time, manufacture the light-emitting diode array. Easy to implement and easy to implement
By devising the shape of the substrate in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode and its manufacturing method, it is possible to further increase the density of the light emitting portion and make the light output uniform, and when used as a light source for an optical printer or the like. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of realizing high density and high quality printing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、アレイ状の発光部とアレイ状等倍結像素
子からなる半導体発光装置であって、前記発光部を、
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なり、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
に設けた複数の第一分離溝により各層を電気的・空間的
に分離して形成した発光ダイオードアレイにより構成し
た半導体発光装置において、前記端面発光型発光ダイオ
ードの光出射端面前方の基板形状を出射光束の角度θと
幾何学的に関係した下記の式を満たすようにテラス状に
形成し、前記発光ダイオードアレイの光出力の最大強度
位置と前記アレイ状等倍結像素子の光軸の位置が合うよ
うに、該等倍結像素子を配置することを特徴としたもの
である。 Lx>Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°) Lz:発光層からテラス面までの深さ Lx:光出射端面からテラス端面(基板端面)までの長
In order to achieve the above object, the present invention provides an array-like light emitting portion and an array-like equal-magnification imager.
A semiconductor light-emitting device comprising: a light-emitting portion, wherein the light-emitting portion has a stacked 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; In a semiconductor light emitting device in which a light emitting diode is formed by a light emitting diode array in which each layer is electrically and spatially separated by a plurality of first separation grooves provided at equal intervals, a light emitting end surface of the edge emitting light emitting diode The front substrate shape is terraced so as to satisfy the following equation, which is geometrically related to the angle θ of the emitted light beam.
The maximum intensity of the light output of the light emitting diode array formed
The position matches the position of the optical axis of the array-shaped unity-magnification imaging element.
Characterized in that the same-magnification imaging element is arranged
It is. Lx> Lz / tanθ: (Lx ≠ Lz / tanθ), (0 ≦ θ ≦ 90 °) Lz: Depth from the light emitting layer to the terrace surface Lx: Length from the light emitting end surface to the terrace end surface (substrate end surface)

【0009】以下、本発明の構成についてより詳細に説
明する。前述した従来技術の問題を解決するための初歩
的な手段として、発光端面をへき開によって形成するの
ではなく、発光ダイオードアレイの隣接する素子間に分
離溝を形成する際に、同時に発光ダイオードの光出射端
面前方をテラス状に形成して、図3に示すようなモノリ
シックで且つへき開によらない発光端面と発光端面を保
護するためのテラスの両方を兼ね備えた発光ダイオード
の光出射端面前方の基板形状にすることが考えられる。
すなわち、発光端面をへき開によらない方法によって形
成することで形状を均一にでき、しかもテラスを形成す
ることで発光端面自体が基板端面を兼ねないので、実装
のためのハンドリングの際に発光端面を損傷しないの
で、光出力の不均一性と歩留まりを改善させ得るもので
ある。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail. As a rudimentary means for solving the above-mentioned problem of the prior art, instead of forming the light-emitting end face by cleavage, when forming a separation groove between adjacent elements of the light-emitting diode array, the light of the light-emitting diode is simultaneously formed. The front surface of the light-emitting diode is formed in a terrace shape in front of the light-emitting end surface, and has a monolithic structure as shown in FIG. It can be considered.
In other words, by forming the light-emitting end face by a method that does not rely on cleavage, the shape can be made uniform, and since the light-emitting end face itself does not also serve as the substrate end face by forming a terrace, the light-emitting end face can be used during handling for mounting. Since there is no damage, the non-uniformity of the light output and the yield can be improved.

【0010】さて、図12の発光ダイオードの発光部と
感光ドラム面結像点の関係図中で示すように、発光ダイ
オードからの発光は等倍結像系を介して感光ドラム面上
に結像される訳であるが、このような光学系でレンズの
角度Θ(=arctan(φ/2s):φはレンズの有効口径、
sは物距離)は重要である。すなわち、等倍結像素子の
開口数(N.A.=nsinΘ :nは媒質の屈折率)はMT
F(レンズの空間周波数)等を考慮して決まっているの
で、発光ダイオード端面からの光束の角度θがΘより大
きい場合には等倍結像素子に入射できない光により光利
用効率が低下する。従って、光束の角度θを小さくする
ための努力が為されている。
Now, as shown in the relationship diagram of the light emitting portion of the light emitting diode and the image forming point of the photosensitive drum in FIG. 12, the light emitted from the light emitting diode forms an image on the photosensitive drum surface via an equal magnification image forming system. In such an optical system, the lens angle Θ (= arctan (φ / 2s): φ is the effective aperture of the lens,
(s is the object distance) is important. That is, the numerical aperture (NA = nsinΘ: n is the refractive index of the medium) of the unit magnification imaging element is MT
F (spatial frequency of the lens) is taken into consideration, so that when the angle θ of the light beam from the end face of the light emitting diode is larger than Θ, light that cannot be incident on the equal-magnification imaging element lowers the light use efficiency. Therefore, efforts have been made to reduce the angle θ of the light beam.

【0011】一般的に、端面発光型発光ダイオードにお
いては光出射端面から奥の発光は光出力にあまり寄与せ
ず、むしろ光出射端面近傍の発光が主に寄与することか
ら、光出射端面に垂直な方向の光束の角度θは面発光型
発光ダイオードに比較して小さいことが知られている。
本発明者らの実験によれば、面発光型発光ダイオードが
2θ≒120°程度であるのに対して、端面発光型発光
ダイオードは2θ=30°〜100°の範囲になってお
り、本発明者らはこの範囲で所望の光束の角度を有する
素子を作成することが可能なことを確認している。さ
て、このような中で前述の従来の問題点を解決するため
の手段として発光端面をへき開によって形成するのでは
なく、発光ダイオードアレイの隣接する素子間に分離溝
を形成する際に同時に発光端面を形成する場合には、図
4に示すパラメータ、 Lz:発光層23からテラス面29までの深さ Lx:発光層端面(光出射端面)2aからテラス端面(基
板端面)1aまでの長さ θ:発光層端面2aからの光束の角度 の関係を幾何学的に考慮した次式を満足するように端面
発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状を設
計して作成することが必然的になる。 Lx<Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°)・・・(1)
In general, in an edge emitting type light emitting diode, light emitted from the light emitting end face does not contribute much to light output, but rather light emission near the light emitting end face mainly contributes. It is known that the angle θ of the luminous flux in various directions is smaller than that of the surface-emitting type light emitting diode.
According to the experiments of the present inventors, the surface emitting type light emitting diode has an angle of about 2θ ≒ 120 °, whereas the edge emitting type light emitting diode has an angle of 2θ = 30 ° to 100 °. They have confirmed that an element having a desired light beam angle can be produced in this range. Under these circumstances, as a means for solving the above-mentioned conventional problems, instead of forming the light emitting end face by cleavage, the light emitting end face is formed at the same time as forming the separation groove between the adjacent elements of the light emitting diode array. Lz: depth from the light emitting layer 23 to the terrace surface 29 Lx: length from the light emitting layer end surface (light emitting end surface) 2a to the terrace end surface (substrate end surface) 1a θ : It is inevitable to design and create the shape of the substrate in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode so as to satisfy the following equation, which geometrically considers the relationship of the angle of the light flux from the light emitting layer end face 2a. Become. Lx <Lz / tan θ: (Lx ≠ Lz / tan θ), (0 ≦ θ ≦ 90 °) (1)

【0012】すなわち、(1)式を満足しない場合には
発光端面から仰角θ方向に関しては何等問題にならない
が、発光端面から俯角θ方向に関しては、例えば図5
(a)に示すように、発光端面から基板端までの長さL
xが長い場合には発光端面からの光がテラス面(エッチ
ング底面)で反射され光出力の損失により光出力が減衰
し、その後仰角θ方向に光が進行するために、結果的に
発光端面から仰角θ方向に出射した光との相互干渉等に
より2θが増大して等倍結像素子のΘに対して大きくな
り、光利用効率が低下してしまう。また、図5(b)に
示すようにLzが浅い場合や、図5(c)に示すように
θが大きい場合にも同様な理由により光利用効率が低下
してしまうことになる。従って、(1)式を満足するよ
うに端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板
形状を作製することは、端面発光型発光ダイオードの発
光端面からの光束の角度θを等倍結像素子のΘに対して
有効に制御するために極めて重要である。尚、(1)式
で、Lx=Lz/tanθ を除いているのは、等号が成り
立つ場合、発光端面から俯角方向のテラス端で光の反射
が生じるためである。
That is, when the expression (1) is not satisfied, there is no problem with respect to the elevation angle θ from the light emitting end face.
As shown in (a), the length L from the light emitting end surface to the substrate end
When x is long, the light from the light emitting end face is reflected on the terrace surface (etched bottom surface) and the light output is attenuated due to the loss of the light output, and then the light travels in the elevation angle θ direction. 2θ increases due to mutual interference with light emitted in the elevation angle θ direction and becomes large with respect to Θ of the unit-magnification imaging element, so that the light use efficiency decreases. Also, when Lz is shallow as shown in FIG. 5B or when θ is large as shown in FIG. 5C, the light use efficiency is reduced for the same reason. Therefore, forming the substrate shape in front of the light-emitting end face of the edge-emitting light emitting diode so as to satisfy the expression (1) can be achieved by making the angle θ of the luminous flux from the light-emitting end face of the edge-emitting light-emitting diode equal in magnification. It is extremely important for effective control of Θ. In addition, the reason why Lx = Lz / tanθ is excluded in the equation (1) is that when the equality is satisfied, light is reflected at the terrace end in the depression angle direction from the light emitting end face.

【0013】ところで、条件式(1)を満足するように
端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状
を設計して製造したとしても、製造上、次に述べるよう
な問題点がある。すなわち、現状の化合物半導体素子製
造プロセスでは通常2インチサイズの単結晶ウェハーを
用い、このウェハー上に前述の端面発光型発光ダイオー
ドアレイ等の発光装置を図8に示すように効率良く配置
して製造する。そしてウェハー上に製造したアレイ素子
をウェハーから切り出す際に、スクラブラインに沿って
前述のへき開技術やダイシング技術で切削している。こ
の時、条件式(1)を満足するためには、ウェハーから
切り出す際のLxの寸法加工精度が重要なポイントとな
る。しかしながら、へき開技術は前述のように安定しな
い技術であるため、Lxの寸法加工精度を得るのは困難
である。一方、へき開技術よりも安定した技術であるダ
イシング技術もディスク状のブレード刃を30,000
rpm程度の回転数で高速回転させながらウェハーから
の切り出しを行なうので、端面発光型発光ダイオードア
レイチップにチッピングが生じやすく、端面発光型発光
ダイオードの光出射面に損傷を与えることになり、Lx
の寸法精度を十分に出すのは難しい。
By the way, even if the substrate is designed and manufactured in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode so as to satisfy the conditional expression (1), there are the following problems in manufacturing. That is, in the current manufacturing process of compound semiconductor elements, a single crystal wafer having a size of 2 inches is usually used, and light emitting devices such as the edge emitting light emitting diode array described above are efficiently arranged on this wafer as shown in FIG. I do. When the array elements manufactured on the wafer are cut out from the wafer, they are cut along the scrub line by the aforementioned cleavage technique or dicing technique. At this time, in order to satisfy the conditional expression (1), the dimensional processing accuracy of Lx at the time of cutting out from the wafer is an important point. However, since the cleavage technique is an unstable technique as described above, it is difficult to obtain dimensional processing accuracy of Lx. On the other hand, the dicing technology, which is more stable than the cleavage technology, has a disk-shaped blade blade of 30,000.
Since the wafer is cut out from the wafer while being rotated at a high speed of about rpm, chipping is apt to occur in the edge emitting light emitting diode array chip, and the light emitting surface of the edge emitting light emitting diode is damaged, and Lx
It is difficult to achieve sufficient dimensional accuracy.

【0014】ここで、表1にLx=Lz/tanθ :(0
≦θ≦90°)の関係を示す。
Here, Table 1 shows that Lx = Lz / tan θ: (0
≦ θ ≦ 90 °).

【表1】 すなわち、具体的に必要な寸法精度に関しては表1に示
すように、例えば光束の角度θが15°の場合に、発光
層からエッチング底面までの深さLzが1μmであるな
らば、発光端面から基板端までの長さLxを3.7μm
以下にすることでテラス面からの反射を防止できる。同
様に、光束の角度θが50°の場合には、Lz=1μm
で、Lx=0.8μm以下にする必要がある。
[Table 1] That is, as shown in Table 1, the specific required dimensional accuracy is, for example, when the angle θ of the light beam is 15 ° and the depth Lz from the light emitting layer to the etching bottom is 1 μm, The length Lx to the substrate edge is 3.7 μm
Reflection from the terrace surface can be prevented by the following. Similarly, when the light beam angle θ is 50 °, Lz = 1 μm
Therefore, it is necessary to make Lx = 0.8 μm or less.

【0015】従って、本発明を実現するためには、ウエ
ハーからの切り出し時にLxの寸法精度に対してかなり
の精度が要求されることになる。従って、条件式(1)
を満足するためには現状のへき開技術やダイシング技術
を用いてでは困難である。我々の実験結果によれば、ダ
イシング技術によりLx=10μm程度にできることを
確認しているものの、現実的にはLx=10μmで光束
の角度θが50°の場合には、Lzは12μm以上にす
る必要がある。しかし、12μm以上エッチングするこ
とはドライエッチング時間が長く(約1μm/10min )
なってしまい製造コストが高くなってしまう。また、発
光素子部とメタル配線部との段差が12μm以上あるこ
とでメタル配線が段切れしやすいという欠点がある。従
って、発光層からエッチング底面までの深さLzの形成
に対してのみ技術的活路を見出そうとすることは望まし
くない。
Therefore, in order to realize the present invention, considerable dimensional accuracy of Lx is required at the time of cutting out from a wafer. Therefore, conditional expression (1)
It is difficult to satisfy the above by using the current cleavage technology and dicing technology. According to our experimental results, it has been confirmed that Lx can be reduced to about 10 μm by the dicing technique, but in reality, when Lx is 10 μm and the angle θ of the light beam is 50 °, Lz is set to 12 μm or more. There is a need. However, etching of 12 μm or more requires a long dry etching time (about 1 μm / 10 min).
As a result, the manufacturing cost increases. In addition, since the step between the light emitting element portion and the metal wiring portion is 12 μm or more, there is a disadvantage that the metal wiring is likely to be disconnected. Therefore, it is not desirable to find a technical path only for the formation of the depth Lz from the light emitting layer to the etching bottom.

【0016】一方、Lx=10μmで光束の角度θが1
5°の場合には、Lzは2.7μm以上あればよいので
ドライエッチング時間が極端に長くなるようなことはな
い。しかしながら、光束の角度θの制御に関してはMO
CVD法等による素子層構造形成のためのエピタキシャ
ル成長技術に依っており、θ=15°以下にするために
は、端面発光型発光ダイオードアレイ全素子に渡って
(2inchウエハーの全域に渡って)光伝搬条件を満たす
構造で且つ活性層厚を500Å以下の厚さで均一に安定
的に実現しなくてはならない。しかし、今のところ光束
の角度θを15°程度以下にすることは実験室レベルで
は可能であるが量産レベルに取り入れることは難しい。
On the other hand, when Lx = 10 μm, the angle θ of the light beam is 1
In the case of 5 °, Lz only needs to be 2.7 μm or more, so that the dry etching time does not become extremely long. However, regarding the control of the angle θ of the light beam, MO
It depends on an epitaxial growth technique for forming an element layer structure by a CVD method or the like. In order to make θ = 15 ° or less, light is emitted over all elements of an edge-emitting light emitting diode array (over the entire area of a 2-inch wafer). The structure must satisfy the propagation conditions, and the active layer must be uniformly and stably realized with a thickness of 500 ° or less. However, at present, it is possible to reduce the angle θ of the light beam to about 15 ° or less at the laboratory level, but it is difficult to incorporate it into the mass production level.

【0017】本発明は、以上のような欠点を更に解消し
て端面発光型発光ダイオードアレイの光出力の均一性を
大幅に改善するのと同時に、製造しやすく且つ実装しや
すくするために、Lx,Lz,θの関係を幾何学的に考
慮した条件式と、それを満足するための端面発光型発光
ダイオードの光出射端面前方の基板形状及びその製造方
法を提供するものである。ここで、本発明では、端面発
光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状を出射
光束の角度θと幾何学的に関係したテラス状に形成し、
さらに、該幾何学的に関係したテラス形状が下記の
(2)式を満たすように形成する。 Lx>Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°)・・・(2) すなわち、本発明では(1)式を満足しようとするので
はなく、むしろ(2)式を満足するように、端面発光型
発光ダイオードの光出射端面前方の基板形状を形成し、
且つその際の欠点を補って工業的に有利な端面発光型発
光ダイオードアレイを提供しようとするものである。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks to greatly improve the uniformity of the light output of the edge-emitting light-emitting diode array, and at the same time, to make it easier to manufacture and mount Lx. , Lz, and θ are geometrically considered, a substrate shape in front of a light emitting end face of an edge emitting light emitting diode for satisfying the conditional expression, and a method of manufacturing the same. Here, in the present invention, the substrate shape in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode is formed in a terrace shape geometrically related to the angle θ of the emitted light beam,
Further, the terrace shape related to the geometry is formed so as to satisfy the following expression (2). Lx> Lz / tan θ: (Lx ≠ Lz / tan θ), (0 ≦ θ ≦ 90 °) (2) That is, in the present invention, the formula (1) is not satisfied, but rather (2). Forming a substrate shape in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode so as to satisfy the formula,
Further, it is an object of the present invention to provide an industrially advantageous edge-emitting light-emitting diode array by compensating for the disadvantages at that time.

【0018】ところで、(2)式を満足するように光出
射端面前方の基板形状を形成した場合には、図5
(a),図5(b),図5(c)で示したように、発光
端面から俯角方向のテラス端で光の反射が生じるため
に、前述のように等倍結像素子のΘに対して光束の角度
θが大きくなり、光利用効率が低下してしまうことにな
る。図6は、端面発光型発光ダイオードの光出射端面前
方の基板形状が(2)式を満足するようにして形成した
場合の遠視野像(F.F.P.)を示している。素子の上方
に、素子の下方へ出た光がテラス面で反射された後に、
素子の上方へ出た上方へ向かう光と相互干渉作用によっ
て出現したと予想されるサイドローブが見られる。この
サイドローブが、光束の角度θを等倍結像素子のΘに対
して大きくして、光利用効率が低下してしまう原因にな
っている。また、光強度ピーク位置が素子の上方へシフ
トしていることが判る。これは、サイドローブの出現に
よって遠視野像(F.F.P.)の分布が素子の上方へ偏って
いることによっている。
By the way, when the substrate shape in front of the light emitting end face is formed so as to satisfy the expression (2), FIG.
As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c), light is reflected at the terrace end in the depression angle direction from the light emitting end face. On the other hand, the angle θ of the light beam becomes large, and the light use efficiency is reduced. FIG. 6 shows a far-field image (FFP) when the substrate shape in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode is formed so as to satisfy the expression (2). Above the element, after the light coming out of the element is reflected on the terrace surface,
There are side lobes that are expected to have emerged due to mutual interference with upwardly directed light emerging above the device. This side lobe causes the angle θ of the light beam to be larger than Θ of the unit magnification imaging element, and causes a reduction in light use efficiency. It can also be seen that the light intensity peak position has shifted upward from the device. This is due to the fact that the distribution of the far-field image (FFP) is biased upward from the element due to the appearance of the side lobe.

【0019】このことは、(2)式を満足するようにし
て形成した端面発光型発光ダイオードアレイを光プリン
ター用光源に使用する場合に光強度ピーク位置を均一に
できるか否かが技術のポイントであることを示してい
る。すなわち、図12の発光ダイオードの発光部と感光
ドラム面結像点の関係図中で示すように、発光ダイオー
ドからの発光は等倍結像系を介して感光ドラム面上に結
像される訳であるが、このような光学系で、発光ダイオ
ードアレイの光軸とアレイ状等倍結像系の光軸とが一致
しない場合には、光利用効率が低下してしまうばかりで
なく感光ドラム結像面での光強度分布が不均一になって
しまうことを示している。従って、このことを解消して
やればよく、(1)式を満足しようとするのではなく、
むしろ(2)式を満足するように端面発光型発光ダイオ
ードの光出射端面前方の基板形状を形成し、発光ダイオ
ードの発光領域(活性層)よりも上の位置にほぼ水平に
なるようにアレイ状等倍結像素子を配置して光軸の位置
合わせを行ない、光プリンターヘッドの実装を行なえ
ば、工業的に有利な端面発光型発光ダイオードアレイを
提供できることになる。
The point of the technology is whether or not the light intensity peak position can be made uniform when the edge emitting type light emitting diode array formed so as to satisfy the expression (2) is used as a light source for an optical printer. Is shown. That is, as shown in the relationship diagram between the light emitting portion of the light emitting diode and the image forming point of the photosensitive drum in FIG. 12, the light emitted from the light emitting diode is imaged on the photosensitive drum surface via the same magnification image forming system. However, in such an optical system, if the optical axis of the light-emitting diode array does not coincide with the optical axis of the array-type equal-magnification imaging system, not only the light utilization efficiency is reduced, but also the photosensitive drum is formed. This indicates that the light intensity distribution on the image plane becomes non-uniform. Therefore, it suffices to solve this problem, instead of trying to satisfy equation (1).
Rather, the substrate shape is formed in front of the light-emitting end face of the edge-emitting light emitting diode so as to satisfy the expression (2), and the array is formed so as to be substantially horizontal above the light emitting region (active layer) of the light emitting diode. If an optical printer head is mounted by aligning the optical axes by arranging the same-magnification imaging elements, it is possible to provide an industrially advantageous edge-emitting light-emitting diode array.

【0020】[0020]

【作用】以上のように、本発明では端面発光型発光ダイ
オードの光出射端面前方の基板形状を(2)式を満足す
るようなテラス形状にするが、このことは、図5に示し
た(a),(b),(c)を容認することに他ならな
い。また、この場合には、前述のように等倍結像素子に
対する入射できない光により光利用効率が低下する。し
かしながら、作り易さに関しては他に比類なく、何より
もアレイ素子にした際の光強度プロファイルとアレイ方
向の最大光強度位置の両方が均一になることによるメリ
ットが大きくなる。また、発光端面をへき開によらない
方法によって形成することで、高密度に且つ均一な発光
端面形状にできることにより、端面発光型発光ダイオー
ドアレイ光出力の一層の均一化が可能となる。さらに、
前記端面発光型発光ダイオードアレイの発光端面前方の
基板形状を長いテラス状にすることにより、発光端面自
体が基板端面を兼ねないので、実装のためのハンドリン
グの際に発光端面を損傷しない。従って、光出力の均一
性と素子の歩留まりを向上させ得る。また、幾何学的に
考慮したテラスを発光端面の前方に形成することで、前
記端面発光型発光ダイオードアレイの光出射方向に積極
的に制御をして光プロファイルを均一にでき、印字ドッ
トの大きさや印字濃度が均一な高品質画像を実現でき
る。
As described above, in the present invention, the substrate shape in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode is made into a terrace shape satisfying the expression (2), which is shown in FIG. This is nothing less than accepting a), (b) and (c). Further, in this case, as described above, the light utilization efficiency is reduced due to the light that cannot be incident on the equal-magnification imaging element. However, the ease of fabrication is unparalleled, and above all, the advantage of having a uniform light intensity profile in the array element and the maximum light intensity position in the array direction is greater. Further, by forming the light emitting end face by a method that does not rely on cleavage, the light emitting end face can be formed in a high density and uniform shape, so that the light output of the edge emitting type light emitting diode array can be made more uniform. further,
By making the shape of the substrate in front of the light emitting end surface of the end surface light emitting diode array into a long terrace shape, the light emitting end surface itself does not also serve as the substrate end surface, so that the light emitting end surface is not damaged during handling for mounting. Therefore, the uniformity of the light output and the yield of the device can be improved. In addition, by forming a geometrically-considered terrace in front of the light-emitting end face, it is possible to positively control the light emission direction of the edge-emitting light-emitting diode array to make the light profile uniform, and to increase the size of the printed dot. High quality images with uniform pod print density can be realized.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 [実施例1]図1は本発明の一実施例を示す半導体発光
装置(発光ダイオードアレイチップ)の平面図、図2は
図1に示す半導体発光装置のA−A’線断面図、図3は
図1に示す半導体発光装置(発光ダイオードアレイチッ
プ)の部分斜視図である。図1に示す発光ダイオードア
レイチップにおいて、端面発光型発光ダイオードアレイ
2(2-1〜2-256)はドット密度が600dpi相当であ
り、n型GaAs基板1上に256素子形成されてい
る。この発光ダイオードアレイ2の積層構造は、図2、
図3に示すように、基板1の上にMOVPE法によりn
型バッファー層21,n型Al0.4Ga0.6Asクラッド層
22,発光層であるAl0.2Ga0.8As活性層23,p型A
0.4Ga0.6Asクラッド層24,p型GaAsキャップ
層25,そして亜鉛を高濃度にドーピングしたp+ 型Ga
Asコンタクト層26の複数の層からなる積層構造により
形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a plan view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device shown in FIG. FIG. 2 is a partial perspective view of the semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) shown in FIG. In the light emitting diode array chip shown in FIG. 1, the edge emitting light emitting diode array 2 (2-1 to 2-256) has a dot density equivalent to 600 dpi, and 256 elements are formed on the n-type GaAs substrate 1. The laminated structure of the light emitting diode array 2 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, n is formed on the substrate 1 by MOVPE.
Buffer layer 21, n-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer
22, an Al 0.2 Ga 0.8 As active layer 23 as a light emitting layer, p-type A
l 0.4 Ga 0.6 As clad layer 24, p-type GaAs cap layer 25, and p + -type Ga doped heavily with zinc.
The As contact layer 26 is formed by a laminated structure including a plurality of layers.

【0022】尚、本積層構造はいわゆるダブルヘテロ構
造を含んでいるため、俯角と仰角の出射光束の角度θは
等しい。また図3に示すように、この積層構造の表面、
すなわちコンタクト層26上面から基板1の表面まで及び
アレー方向に対して直角に該基板に達する第一分離溝11
が塩素系ガスを用いたドライエッチング法によって形成
されており、この第一分離溝11によって、発光ダイオー
ドアレイ2内の各発光ダイオード(2-1〜2-256)が電気
的に分離されている。また、この時同時に発光ダイオー
ドの光出射端面2a前方の基板形状を図3に示すようなテ
ラス(29)状に形成する。この際に、本発明による幾何学
的に考慮した式(2)を満足するようにドライエッチン
グ用マスク(例えば、レジスト、SiO2 などの誘電体
膜、Cr,Tiなどの金属やそれらの組合せ)を使用す
れば良い。また、発光ダイオードアレイ2の各発光ダイ
オード(2-1〜2-256)の光出射端面2aは、基板面に対し
て垂直に、且つアレイ方向に平行で、基板1の辺(テラ
ス端面)1aに近接した本発明による位置に配置されてい
る。
Since the present laminated structure includes a so-called double hetero structure, the angles θ of the emitted light beams at the depression angle and the elevation angle are equal. In addition, as shown in FIG.
That is, the first separation groove 11 reaching the substrate from the upper surface of the contact layer 26 to the surface of the substrate 1 and at right angles to the array direction.
Are formed by a dry etching method using a chlorine-based gas, and the light-emitting diodes (2-1 to 2-256) in the light-emitting diode array 2 are electrically separated by the first separation groove 11. . At the same time, the substrate in front of the light emitting end face 2a of the light emitting diode is formed in a terrace (29) shape as shown in FIG. At this time, a dry etching mask (for example, a resist, a dielectric film such as SiO 2 , a metal such as Cr or Ti, or a combination thereof) so as to satisfy the geometrical expression (2) according to the present invention. Should be used. The light emitting end face 2a of each light emitting diode (2-1 to 2-256) of the light emitting diode array 2 is perpendicular to the substrate surface and parallel to the array direction, and is a side (terrace end surface) 1a of the substrate 1. Is located at a position according to the present invention close to.

【0023】発光ダイオードアレイ2の各発光ダイオー
ドのコンタクト層26上には、それぞれAu−Zn/Au
からなるp型電極27が形成され、また基板1の裏面には
Au−Ge/Ni/Auからなるn型電極28が形成され
ている。また、図2、図3に示すように、端面発光型発
光ダイオードアレイ2の光出射端面2aとは反対側の面か
ら該端面発光型発光ダイオードアレイ2の後方の基板面
にかけてはSiO2 等の絶縁膜4が形成され、さらにこ
の絶縁膜4の上には各発光ダイオード毎に配置された配
線用ボンディングパッド3(3-1〜3-256)が設けられて
おり、各発光ダイオードのp型電極27は、この配線用ボ
ンディングパッド3(3-1〜3-256)に電気的に接続され
ている。これによりボンディングによるダメージから素
子を保護し、発光効率の劣化を防いでいる。この配線用
ボンディングパッド3は、光出射方向に4段に配列され
たおり、高密度実装が可能になっている。尚、発光ダイ
オードアレイチップは、配線用ボンディングパッド3か
ら図示しないドライバー回路チップとワイヤーボンディ
ングにより接続される。このようにして構成された端面
発光型発光ダイオードアレイ2は、膜特性の均一性に優
れたMOVPE法により作製されているため、同一の発
光ダイオードアレイチップ内においては、光出力のばら
つきが±5%以下になっている。
On the contact layer 26 of each light emitting diode of the light emitting diode array 2, Au—Zn / Au
A p-type electrode 27 made of Au-Ge / Ni / Au is formed on the back surface of the substrate 1. As shown in FIGS. 2 and 3, the surface of the edge emitting light emitting diode array 2 from the side opposite to the light emitting end face 2a to the substrate surface behind the edge emitting light emitting diode array 2 is made of SiO 2 or the like. An insulating film 4 is formed, and wiring bonding pads 3 (3-1 to 3-256) are provided on the insulating film 4 for each light emitting diode. The electrode 27 is electrically connected to the wiring bonding pad 3 (3-1 to 3-256). This protects the element from damage due to bonding, and prevents deterioration in luminous efficiency. The wiring bonding pads 3 are arranged in four stages in the light emitting direction, so that high-density mounting is possible. The light emitting diode array chip is connected from the wiring bonding pad 3 to a driver circuit chip (not shown) by wire bonding. Since the edge-emitting light-emitting diode array 2 thus configured is manufactured by the MOVPE method having excellent uniformity of the film characteristics, the variation of the light output within the same light-emitting diode array chip is ± 5. % Or less.

【0024】[実施例2]次に、図9は本発明の別の実
施例を示す半導体発光装置(発光ダイオードアレイチッ
プ)の部分斜視図である。実施例1では、発光ダイオー
ドアレイの光出射端面前方のテラス29の表面がドライエ
ッチング後のGaAs基板1の表面であるのに対して、
本実施例では、図9に示すようにテラス表面29’がSi
2 等の絶縁膜4によってが覆われている。これによっ
て、テラス表面で反射される光の散乱を低減できるた
め、均一な遠視野像(F.F.P.)を有する発光ダイオードア
レイを実現できる。
[Embodiment 2] FIG. 9 is a partial perspective view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing another embodiment of the present invention. In the first embodiment, while the surface of the terrace 29 in front of the light emitting end face of the light emitting diode array is the surface of the GaAs substrate 1 after the dry etching,
In this embodiment, as shown in FIG.
It is covered with an insulating film 4 such as O 2 . Thereby, the scattering of light reflected on the terrace surface can be reduced, so that a light-emitting diode array having a uniform far-field pattern (FFP) can be realized.

【0025】[実施例3]次に、図10は本発明のさら
に別の実施例を示す半導体発光装置(発光ダイオードア
レイチップ)の部分斜視図である。本実施例では、図1
0に示すように発光ダイオードアレイの光出射端面前方
のテラス表面29''がSiO2 等の絶縁膜4及びその上に
形成されたAu等の金属材料30によって覆われている。
これにより、テラス表面29''で反射される光の散乱を低
減できることは勿論のこと、光吸収も抑制できるため、
均一な遠視野像(F.F.P.)を有する発光ダイオードアレイ
を実現できるのと同時に、光出力の低下を抑えることが
できる。
Embodiment 3 FIG. 10 is a partial perspective view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, FIG.
As shown in FIG. 0, the terrace surface 29 ″ in front of the light emitting end face of the light emitting diode array is covered with an insulating film 4 such as SiO 2 and a metal material 30 such as Au formed thereon.
This not only reduces the scattering of light reflected on the terrace surface 29 '', but also suppresses light absorption,
A light emitting diode array having a uniform far-field pattern (FFP) can be realized, and at the same time, a decrease in light output can be suppressed.

【0026】尚、実施例1〜3において、半導体発光装
置の発光部である発光ダイオードアレイチップ上の端面
発光型発光ダイオードアレイ2は、n型をp型、p型を
n型として構成しても良い。さらに、発光ダイオードア
レイチップ上の端面発光型発光ダイオードアレイ2の光
出射端面と、端面発光型発光ダイオードアレイ2の各発
光ダイオードを素子分離している第一分離溝11は、基板
1面に垂直に形成されているが、必ずしも垂直である必
要はなく、略垂直な面、もしくは活性層23と平行でない
面であれば良い。また、上記第一分離溝11は、積層構造
表面より基板1に達するように形成されているが、本質
的には、隣接する端面発光型発光ダイオードの活性層23
間を電気的に分離すれば良いことから、溝の底部が必ず
しも基板1まで達している必要はなく、活性層23を通り
クラッド層22に達していれば充分機能するものである。
In the first to third embodiments, the edge-emitting light-emitting diode array 2 on the light-emitting diode array chip, which is the light-emitting portion of the semiconductor light-emitting device, is configured such that n-type is p-type and p-type is n-type. Is also good. Further, the light-emitting end face of the edge-emitting light-emitting diode array 2 on the light-emitting diode array chip and the first separation groove 11 for separating the light-emitting diodes of the edge-emitting light-emitting diode array 2 from each other are perpendicular to the substrate 1 surface. However, it is not always necessary to be vertical, and any surface may be used as long as it is a substantially vertical surface or a surface that is not parallel to the active layer 23. The first separation groove 11 is formed so as to reach the substrate 1 from the surface of the laminated structure. However, the first separation groove 11 is essentially formed on the active layer 23 of the adjacent edge emitting light emitting diode.
Since it is only necessary to electrically separate the gaps, the bottom of the groove does not necessarily have to reach the substrate 1; if the groove reaches the cladding layer 22 through the active layer 23, it will function satisfactorily.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
発光装置の発光部を構成する端面発光型発光ダイオード
アレイの光出射端面前方の基板形状が光束の角度θと幾
何学的に関係した下記の式を満たすようにテラス状に形
成したことにより、 Lx>Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°) ・・・ (2) Lz:発光層からテラス面までの深さ Lx:光出射端面からテラス端面(基板端面)までの長
発光端面形状を均一にでき、発光端面をへき開によらな
い方法(ドライエッチング法)によって形成すること
で、高密度に発光部を形成できる。また、発光端面形状
を均一にすることができるため、端面発光型発光ダイオ
ードアレイの光出力の一層の均一化が可能となる。そし
て、発光ダイオードアレイの光出力の最大強度位置とア
レイ状等倍結像素子の光軸の位置が合うように、該等倍
結像素子を配置することにより、感光体上に結像される
各ビットの強度が均一になる。また、前記端面発光型発
光ダイオードアレイの発光端面前方の基板形状を、前記
(2)式を満たすように形成したテラス状にすることに
り、簡単な設計手段により発光端面形状を均一にで
き、しかも発光端面自体が基板端面を兼ねないので、実
装のためのハンドリングの際に発光端面を損傷すること
がない。従って、光出力の均一性と歩留まりを向上させ
ることができる。このように、本発明によれば、半導体
発光装置の発光部を構成する端面発光型発光ダイオード
アレイの光出力の均一化を図ることができ、光プリンタ
ー等の光源として用いた場合に、印字ドットの大きさや
印字濃度が均一な高品質画像を実現することができる。
As described above, according to the present invention, the shape of the substrate in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode array constituting the light emitting portion of the semiconductor light emitting device is geometrically related to the light beam angle θ. Shaped like a terrace to satisfy the following formula
By form was, Lx> Lz / tanθ: ( Lx ≠ Lz / tanθ), (0 ≦ θ ≦ 90 °) ··· (2) Lz: depth Lx from the light emitting layer to the terrace surfaces: from the light emitting end face Length to terrace end (substrate end)
The shape of the light-emitting end face can be made uniform, and the light-emitting end face can be formed at a high density by forming the light-emitting end face by a method that does not rely on cleavage (dry etching method). In addition, since the shape of the light emitting end face can be made uniform, the light output of the edge emitting light emitting diode array can be further uniformed. Soshi
The maximum intensity position of the light output of the light emitting diode array
In order to match the position of the optical axis of the ray-shaped equal-magnification imaging element,
By placing an imaging element, an image is formed on the photoconductor
The intensity of each bit becomes uniform. Further, the shape of the substrate in front of the light emitting end face of the edge emitting light emitting diode array ,
(2) Ri by <br/> to the formed terraced so as to satisfy the equation, by simple design means can uniformly emitting end face shape, and since the light emitting end surface itself does not serve as the substrate end face, of the mounting The light-emitting end face is not damaged during handling. Therefore, the uniformity of the light output and the yield can be improved. As described above, according to the present invention, it is possible to make the light output of the edge emitting type light emitting diode array constituting the light emitting portion of the semiconductor light emitting device uniform, and when the light emitting device is used as a light source for an optical printer or the like, the print dot is printed. It is possible to realize a high quality image with uniform size and print density.

【0028】ここで、本発明の効果に関して実験的に検
証したので、その結果を以下に示す。実験のために作製
したサンプルは、 Lz=2.5μm,Lx=25μm,θ=20° にしたもので、 Lx=25>2.5/tan20°=Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°) であり、(2)式を満足している。図7は上記サンプル
(端面発光型発光ダイオードアレイ素子)を用いて測定
した各発光ダイオードの遠視野像(F.F.P.)をアレイ方向
に並べて空間的に示した図である。図7に示すように、
素子の上方に、素子の下方にでた光がテラス面で反射さ
れた後に、素子から直接上方に向かう光との相互作用に
よって出現したサイドローブが見られる。一方、アレイ
方向の最大光強度位置はビット間で均一になっており、
サイドローブの位置及び形状も均一になっている。この
ように、本発明により作製した端面発光型発光ダイオー
ドアレイでは、サイドローブは見られるが、ビット間で
均一な光出力が得られる。以上のように、本発明の原理
の妥当性が実験的検証によって明らかになり、本発明に
より作製した端面発光型発光ダイオードアレイが従来と
比較して格段に優れた光出力の均一性を有することが確
認された。
[0028] Here, since the verified experimentally for effects of the present invention, and the results are shown in below. The sample prepared for the experiment was Lz = 2.5 μm, Lx = 25 μm, and θ = 20 °. Lx = 25> 2.5 / tan20 ° = Lz / tanθ: (Lx ≠ Lz / tanθ) , (0 ≦ θ ≦ 90 °), which satisfies the expression (2). FIG. 7 is a view spatially showing a far-field pattern (FFP) of each light-emitting diode measured using the sample (edge-emitting light-emitting diode array element) arranged in the array direction. As shown in FIG.
Above the element, side lobes appearing due to interaction with light traveling directly upward from the element after light coming below the element is reflected off the terrace surface. On the other hand, the maximum light intensity position in the array direction is uniform between bits,
The position and shape of the side lobes are also uniform. As described above, in the edge emitting light emitting diode array manufactured according to the present invention, although a side lobe is observed, a uniform optical output is obtained between bits. As described above, the validity of the principle of the present invention is clarified by experimental verification, and that the edge-emitting light-emitting diode array manufactured according to the present invention has much superior light output uniformity as compared with the related art. Was confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す半導体発光装置(発光
ダイオードアレイチップ)の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す半導体発光装置のA−A’線断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the semiconductor light emitting device shown in FIG.

【図3】図3は図1に示す半導体発光装置(発光ダイオ
ードアレイチップ)の部分斜視図である。
FIG. 3 is a partial perspective view of the semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) shown in FIG.

【図4】本発明の基本となる考え方の原理を示す発光ダ
イオードアレイ部分の断面説明図である。
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of a light-emitting diode array showing the principle of the basic concept of the present invention.

【図5】本発明の基本となる考え方の原理を示す発光ダ
イオードアレイ部分の断面説明図であって、(a)は発
光ダイオードの発光端面から基板端面までのテラス部分
の長さLxが長い場合の光の進行を示す図、(b)は発
光層からテラス表面までの深さLzが浅い場合の光の進
行を示す図、(c)は出射光束の角度θが大きい場合の
光の進行を示す図である。
5A and 5B are cross-sectional explanatory views of a light-emitting diode array portion showing the principle of the basic concept of the present invention, and FIG. 5A shows a case where a length Lx of a terrace portion from a light-emitting end surface of a light-emitting diode to a substrate end surface is long. (B) is a diagram showing the progress of light when the depth Lz from the light emitting layer to the terrace surface is small, and (c) is a diagram showing the progress of light when the angle θ of the emitted light beam is large. FIG.

【図6】本発明を用いて形成した発光ダイオードの遠視
野像(F.F.P.)を示すである。
FIG. 6 shows a far-field image (FFP) of a light emitting diode formed using the present invention.

【図7】本発明を用いて形成した発光ダイオードアレイ
素子の発光ダイオードの遠視野像(F.F.P.)をアレイ方向
に並べて空間的に示した図である。
FIG. 7 is a view spatially showing a far-field image (FFP) of a light-emitting diode of a light-emitting diode array element formed by using the present invention, arranged in the array direction.

【図8】単結晶ウェハー上に形成された発光ダイオード
アレイチップ群を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a light emitting diode array chip group formed on a single crystal wafer.

【図9】本発明の別の実施例を示す半導体発光装置(発
光ダイオードアレイチップ)の部分斜視図である。
FIG. 9 is a partial perspective view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing another embodiment of the present invention.

【図10】本発明のさらに別の実施例を示す半導体発光
装置(発光ダイオードアレイチップ)の部分斜視図であ
る。
FIG. 10 is a partial perspective view of a semiconductor light emitting device (light emitting diode array chip) showing still another embodiment of the present invention.

【図11】従来の発光ダイオードアレイを用いた光プリ
ンタヘッドを構成する発光部基板を示す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a light emitting unit substrate constituting an optical printer head using a conventional light emitting diode array.

【図12】発光ダイオードアレイの発光部と感光体面の
結像点との関係を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a light emitting unit of a light emitting diode array and an image forming point on a photoconductor surface.

【図13】従来の面発光型発光ダイオードアレイを示す
平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing a conventional surface-emitting light emitting diode array.

【図14】従来の端面発光型発光ダイオードアレイを示
す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a conventional edge emitting light emitting diode array.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・n型GaAs基板 1a・・・基板端面 2(2-1〜2-256)・・・端面発光型発光ダイオードアレイ 2a・・・光出射端面 3(3-1〜3-256)・・・配線用ボンディングパッド 4・・絶縁膜 11・・・第一分離溝 21・・・n型バッファー層 22・・・n型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 23・・・Al0.2Ga0.8As活性層(発光層) 24・・・p型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 25・・・p型GaAsキャップ層 26・・・p+ 型GaAsコンタクト層 27・・・p型電極 28・・・n型電極 29・・・テラスDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type GaAs substrate 1a ... substrate end surface 2 (2-1 to 2-256) ... end surface light emitting diode array 2a ... light emitting end surface 3 (3-1 to 3-256) ... Bonding pads for wiring 4 ... Insulating film 11 ... First isolation groove 21 ... n-type buffer layer 22 ... n-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 23 ... Al 0.2 Ga 0.8 As Active layer (light emitting layer) 24: p-type Al 0.4 Ga 0.6 As clad layer 25: p-type GaAs cap layer 26: p + -type GaAs contact layer 27: p-type electrode 28: n Type electrode 29 ・ ・ ・ Terrace

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−238673(JP,A) 特開 平1−137677(JP,A) 実開 平4−89354(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 Continued on the front page (56) References JP-A-62-238673 (JP, A) JP-A-1-137677 (JP, A) JP-A-4-89354 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 33/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アレイ状の発光部とアレイ状等倍結像素子
からなる半導体発光装置であって、前記発光部を、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なり、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
設けた複数の第一分離溝により各層を電気的・空間的に
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
半導体発光装置において、 前記端面発光型発光ダイオードの光出射端面前方の基板
形状を出射光束の角度θと幾何学的に関係した下記の式
を満たすようにテラス状に形成し、 Lx>Lz/tanθ :(Lx≠Lz/tanθ),(0≦θ≦90°) Lz:発光層からテラス面までの深さ Lx:光出射端面からテラス端面(基板端面)までの長
前記発光ダイオードアレイの光出力の最大強度位置と前
記アレイ状等倍結像素子の光軸の位置が合うように、該
等倍結像素子を配置すること を特徴とする半導体発光装
置。
1. An array-like light-emitting portion and an array-like equal-size imaging element
Wherein the light emitting portion has 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, and an edge emitting light emitting device capable of obtaining a light output from an end face of the stacked layer. In a semiconductor light emitting device including a light emitting diode array in which diodes are electrically and spatially separated from each other by a plurality of first separation grooves provided at equal intervals, a light emitting end face forward of the edge emitting light emitting diode is provided. The following equation geometrically relates the substrate shape to the angle θ of the emitted light beam
Was formed into a terrace shape so as to satisfy, Lx> Lz / tanθ: ( Lx ≠ Lz / tanθ), (0 ≦ θ ≦ 90 °) Lz: depth Lx from the light emitting layer to the terrace surfaces: the terrace from the light emitting end face Length up to the end face (board end face)
Said light emitting diode maximum intensity position and front of the light output of the array
The array-shaped equal-magnification imaging element is adjusted so that the position of the optical axis is aligned.
A semiconductor light-emitting device comprising a unit- size imaging element .
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