JP3339709B2 - 温度安定化発光ダイオード構造 - Google Patents

温度安定化発光ダイオード構造

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JP3339709B2
JP3339709B2 JP33912392A JP33912392A JP3339709B2 JP 3339709 B2 JP3339709 B2 JP 3339709B2 JP 33912392 A JP33912392 A JP 33912392A JP 33912392 A JP33912392 A JP 33912392A JP 3339709 B2 JP3339709 B2 JP 3339709B2
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    • HELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】〔発明の背景〕本発明は、発光ダイオード
(LED)アレイに関し、特に発光ダイオードに隣接さ
せたヒータストリップに電流を流すことによって温度を
安定させた発光ダイオードアレイ構造に関するものであ
る。
【0002】狭い間隔の、すなわち高密度の独立的にア
クセス可能な発光ダイオード源を形成できることは、光
学ディスク技術、レーザ印刷及び走査、光学接続及びフ
ァイバ光通信などの多くの用途に重要である。
【0003】個別では、半導体発光ダイオードは低パワ
ー出力装置である。半導体発光ダイオードアレイを用い
ることによって、パワー出力を増加させ、光学系構造を
簡単にすることができる。アレイの発光素子を互いに良
好に光学整合させてその状態に維持すし、関連のアセン
ブリを最小限に抑えるため、発光素子が単一の半導体基
板に納まるようにアレイが形成されてきた。
【0004】そのようなアレイの1つの問題は、個々の
発光素子間を電気的及び光学的に絶縁状態に維持するこ
とである。別の問題は、絶縁状態を維持し、熱発散問題
を伴わず、素子及びそれから出る光を正確に整合させな
がら互いに狭い間隔で配置することによって、基板内で
発光素子の密度を増加させることである。
【0005】発光ダイオードは一般的にアレイ状に配置
されており、各々の表面エミッタ発光ダイオードが、感
光体上に個々の露光ピクセルを形成する。アレイのそれ
ぞれの発光ダイオードは、ディジタル像に対応した信号
に応じてオン・オフ切り換えされる。
【0006】高速プリンタ用の一般的発光ダイオードピ
クセル時間は10〜100ナノ秒である。発光ダイオー
ドがオンした時、電気エネルギから放射光への変換が不
十分であるために発光ダイオードの発光部分が断熱的に
発熱する。その熱は、10〜100マイクロ秒程度発散
する。時定数のこの差によって、一般的な発光ダイオー
ド発光部分の温度が書き込まれるデータのパターンで変
化する。
【0007】様々な像を発光ダイオードピクセルアレイ
で形成するのであるから、平均以上に頻繁に作動する発
光ダイオードがあれば、まったくでは無いにしても、ほ
とんど短時間しか使用されない発光ダイオードもある。
作動または使用率がこのように準ランダムモードである
ことによって、アレイの個々の発光ダイオードの発熱度
が変化するため、発光ダイオードアレイの各部分での熱
膨張が不均一になる。発光ダイオードアレイの各部分で
のこのような熱膨張によって、アレイから出る光の位置
が変化し、従って感光体上でのピクセルの位置が変化し
て、ピクセルのプレースメントが失われ、像品質が低下
し、特に次世代のカラープリンタで位置合わせエラーが
発生する。
【0008】従来の一般的な発光ダイオード構造は、発
光中の発光ダイオード構造から熱を除去するためにヒー
トシンクを用いる。ヒートシンク温度は、ペルチエまた
は熱電クーラを用いて一定温度に維持される。発光ダイ
オード発光部分とヒートシンクとの間に熱抵抗があるた
め、この技術では発光ダイオード空洞部を一定の過渡温
度に維持することができない。ヒートシンクは、発光ダ
イオード発光部分内に平均温度を維持することを助ける
ものである。高速プリンタでの発光ダイオードピクセル
時間は非常に速く、ヒートシンクまたはペルチエまたは
熱電クーラが応答できないほどに短い時間であるため、
発光ダイオード発光部分内ではパルス毎に温度が変動す
る。
【0009】本発明の目的は、発光ダイオードが発光し
ていない時でも、発光ダイオードが発光している時の高
温にアレイの発光ダイオードの温度を安定させる手段を
提供することである。
【0010】〔発明の概要〕本発明によれば、発光ダイ
オードの側部に沿って設けられたヒータ素子に電流を流
すことによって、発光ダイオード構造の温度が安定化さ
れる。ヒータ素子は、各発光ダイオードに対応してそれ
に隣接配置されている。ヒータ素子は、抵抗部分または
p−n接合部にすることができる。ヒータ素子は、発光
ダイオードの一方側に沿って、または個々の発光ダイオ
ードの両側に互い違いに隣接配置することができる。ヒ
ータ素子は、発光ダイオードアレイの長さ方向に隣接配
置された単一のヒータストリップでもよい。
【0011】本発明の他の目的及び利点は、添付の図面
を参照した以下の詳細な説明から明らかになるであろ
う。
【0012】〔図面の簡単な説明〕図1は、本発明に従
って形成された温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
側面図の概略図である。
【0013】図2は、図1の温度安定化発光ダイオード
アレイ構造の断面図の概略図である。
【0014】図3は、図1の温度安定化発光ダイオード
アレイ構造の上面図の概略図である。
【0015】図4は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造の変更実施例の上面図の
概略図である。
【0016】図5は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造のさらなる変更実施例の
上面図の概略図である。
【0017】図6は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造の別の変更実施例の断面
図の概略図である。
【0018】図7は、本発明に従って形成された温度安
定化発光ダイオードアレイ構造のさらに別の変更実施例
の断面図の概略図である。
【0019】〔好適な実施例の説明〕図1を参照しなが
ら、本発明による温度安定化発光ダイオードアレイ構造
10を説明する。
【0020】温度安定化発光ダイオードアレイ構造10
は、n−GaAsの基板12と、その上にエピキタシア
ル付着させたn−Alx Ga1-x Asの第1封入層14
と、光波の発生及び伝播を行う非ドーピングGaAsの
活性層16と、x=yまたはx≠yであるp−Aly
1-y の第2封入層20と、p−GaAsの接触層20
とを有している。第1封入層が活性層で発生した光を透
過できるようにするため、活性層16の半導体材の禁止
帯の幅は第1封入層14よりも小さくしなければならな
い。また、第1封入層が活性層で発生した光を透過でき
るようにするため、第1封入層は不必要な抵抗を生じな
いようにできる限り低いドーピングレベルにしなければ
ならない。反対に、基板は導電率を高めるために十分に
ドーピングさせなければならない。
【0021】第1封入層14及び基板12は共にn形導
電性であるから、LEDアレイの活性層からこちら側は
LEDアレイのn側と呼ばれる。同様に、第2封入層1
8及び接触層20は共にp形導電性であるから、LED
アレイの活性層からこちら側はLEDアレイのp側と呼
ばれる。
【0022】活性層16は、非ドープまたはp形ドーピ
ングまたはn形ドーピングのGaAs、Alz Ga1-z
Asまたは(Alz Ga1-z )0.5In0.5 Pである
か、比較的薄い従来形二重ヘテロ構造(DH)活性層で
あるか、GaAsまたはzが非常に小さく、z<x及び
yであるAlz Ga1-z As等の単一量子ウェルである
か、GaAs及びz<x及びyであるAlz Ga1-z
sを交互配置した層、またはw<B<xまたはy(wは
ウェル用、Bはバリヤ用)であるAlw Ga1- w As及
びAlb Ga1-b Asを交互配置した層等の多重量子ウ
ェル超格子である。また、別体の封入構造で上記いずれ
かの活性層をm=nまたはm≠nのAlm Ga1-m As
及びAln Ga1-n Asの2つの半導体封入層間に付着
させることができるが、禁止帯の幅を活性層及び第1及
び第1封入層の禁止帯の幅の中間にする。
【0023】公知のように、温度安定化発光ダイオード
アレイ構造10のエピタキシアル成長は、分子ビームエ
ピタキシ(MBE)または金属有機化学蒸着(MOCV
D)で実施できる。基板の厚さは約100ミクロンにす
ることができる。封入層14及び18の厚さは0.1〜
1ミクロンにすることができる。活性層16は、厚さが
50ナノメートル〜2ミクロンの薄い一般的な層であ
り、3〜50ナノメートル厚さの量子ウェルの超格子構
造を有することができる。接触層20は一般的に0.1
〜0.2ミクロン厚さである。
【0024】所望の不規則化を行うための別の従来技術
及び拡散/注入法または元素注入/アニーリング法があ
る。以下では不純物誘発形不規則化に限定して説明す
る。しかし、これらの他の方法及び元素拡散または注入
も同様に適用できることに注意されたい。
【0025】エピタキシアル成長が完了すると、半導体
発光ダイオードアレイ構造10の接触層20の上表面2
2にSi3 4 マスクが形成され、それの開口から半導
体構造の一部が不純物誘発形不規則化の作用を受ける。
マスクは、発光ダイオード発光部分を形成する未露出部
分を保護し、これらの部分は円形、楕円形、正方形、平
行四辺形、台形、三角形または他の所望の形状または大
きさにすることができる。
【0026】発光部分は、まずシリコン等の高濃度n形
不純ドーピング材を半導体構造のマスクから露出した部
分に選択的に拡散することによって形成される。他のn
形不純ドーピング材としてGe及びSnがある。
【0027】シリコン層がSi3 4 マスクの開口に付
着した後、Si3 4 の追加層で蓋をする。シリコンの
拡散は、約800゜Cの温度で実施され、接触層20、
第2封入層18及び活性層16に貫入し、さらに第1封
入層14にも部分的に貫入することができる十分な時
間、例えば7〜8時間維持される。
【0028】シリコンが活性層16、接触層20及び封
入層14及び18内へ拡散されることによって、活性層
16、接触層20及び封入層14及び18内でGa及び
Alが混合されて、n形不純物誘発形不規則化領域24
が形成される。
【0029】半導体の発光ダイオードアレイの不規則化
領域24間に、第2封入層18、活性層16及び第1封
入層14の不規則化されていない部分で構成される発光
ダイオード発光部分26がある。不規則化領域は、発光
ダイオードの発光部分を光学的及び電気的に絶縁及び分
離する。発光部分の形状は、垂直方向には封入層によっ
て、水平方向には不規則化領域の形状によって定められ
る。
【0030】図2の断面図及び図3の上面図からわかる
ように、不純物誘発形不規則化段階が完了した時点で、
個々の浅い抵抗領域28が、アレイのそれぞれの発光ダ
イオードの発光部分26に平行に隣接した位置で不規則
化領域24内に形成され、各抵抗領域28はそれぞれの
発光ダイオード26に対応している。これらの浅い抵抗
領域28は、上表面22からHe+ またはO+ イオンを
注入することによって形成される。抵抗領域は、半導体
構造の上層の一部分を導電性の素材から抵抗率が高い素
材に変換することによって形成される。この変換は、表
面からHe+ またはO+ イオンを注入することによって
実施されて、半導体層の禁止帯内のエネルギの電子状態
を形成する。これらの欠陥状態によって電子または孔が
ドーピング層から取り除かれて、それを抵抗性にする。
【0031】抵抗領域注入は、第2マスクで、またはシ
リコン拡散が終了してから開口を再穿孔した後にシリコ
ン拡散に用いられたそのマスク開口の一部で実施するこ
とができる。接触層の表面に抵抗物質を付着させること
によって抵抗領域を形成することもできるが、あまり望
ましくない。図1の側面図には示されていないが、図2
の側面図及び図3の上面図からわかるように、それぞれ
の抵抗領域28は、発光ダイオードアレイに平行に隣接
したアレイを形成しており、各抵抗領域がそれぞれの発
光ダイオードに対応している。
【0032】図1、2及び3に示されているように、抵
抗領域28の部分をヒータ素子32として隔離するた
め、上表面22から陽子(He+ )またはO+ イオンを
注入することによって電気的絶縁ストリップ30が不規
則化領域24内に形成される。電気的絶縁ストリップ3
0は、LED発光部分26を包囲している不規則化領域
24内へHe+ またはO+ イオンを深く注入することに
よって形成される。
【0033】電気的絶縁ストリップ30は、抵抗領域及
び発光部分26を遮蔽して深い注入を受けないようにす
ることによって、発光部分26の周囲と発光ダイオード
発光部分及び抵抗領域間とに形成される。この注入後、
ストリップ30は発光ダイオードと接触層20の上表面
22上に形成されるヒータ接点との間を電気的に絶縁す
る。
【0034】抵抗領域を形成する技法は、陽子(H
+ )の衝突によって発光ダイオードに電気的絶縁領域
を形成するために従来から用いられているものと同じで
ある。相違点は、電気的絶縁のために行われた注入の抵
抗率よりも小さい抵抗率になるように抵抗領域注入の深
さ及び注入量が制御されることである。一般的に、抵抗
領域の注入は2〜3kオームの抵抗であるのに対して、
絶縁注入は数メグオーム以上の抵抗である。このよう
に、抵抗領域注入の方が絶縁領域注入よりも浅い、及び
/または低エネルギでイオン注入量が少ない。
【0035】標準的なマスキング手段または他の技法を
用いて、接触層20の上表面22にCr−AuまたはT
i−Pt−Auの金属接点が形成される。これらの金属
接点は、発光ダイオード接点またはヒータ接点として利
用される。
【0036】図1及び2に示されているように、発光ダ
イオード接点34は、各発光ダイオード発光部分26と
整合している。発光ダイオード接点は、接触層20の不
規則化されていない部分及びその不規則化されていない
部分の両側に隣接した不規則化領域24の上表面22上
に延在し、また両側で隣接の電気的絶縁領域30にも部
分的に延在している。各発光ダイオード接点は、それぞ
れ独立的に個別に発光ダイオード発光部分と接触してい
る。
【0037】ヒータ接点36は、図2に示されているよ
うに、各ヒータ素子32と整合している。ヒータ接点
は、ヒータ素子32の上表面22上に延在しており、ま
た両側で隣接の電気的絶縁領域30にも部分的に延在し
ている。各ヒータ接点は、それぞれ独立的に個別にヒー
タ素子と接触している。
【0038】電気的絶縁領域30の上表面22に沿って
発光ダイオード接点34及びヒータ接点36が部分的に
延在しているが、発光ダイオード接点及びヒータ接点は
互いに電気的及び物理的に絶縁されている。
【0039】発光ダイオード接点及びヒータ接点は、メ
タライゼーションマスクに孔を形成することによって形
状が定められる。両接点は、1度の蒸着で同時に形成で
きる。
【0040】各発光ダイオード接点34の下側の不規則
化されていない接点層20は、整合位置にある発光ダイ
オード発光部分26に低い電気抵抗を与える。ヒータ接
点36は直接的にヒータ素子32に取り付けられて、電
流がヒータへ直接的に流れるようになっている。
【0041】基板12の底表面38の一部もAu/Ge
で金属被覆されて、基板接点40が形成されている。底
表面の、発光ダイオードに整合した部分は、金属被覆さ
れておらず、発光ダイオードから出た光を透過できるよ
うにしている。基板接点は、ヒータ接点及び発光ダイオ
ード接点に共用され、接地と呼ぶことができる。
【0042】電流を発光ダイオード接点34及び基板接
点40間に流してp形封入層18及びn形封入層14の
p−n接合部に正方向バイアスをかけると、活性層16
が発光部分26から光42を放射する。電流は、発光ダ
イオード発光部分にほぼ平行にそれぞれの発光部分の発
光ダイオード接点34、p形接触層20、p形封入装置
18、活性層16を流れて、n形封入層14内で広がっ
て基板12に入り、基板接点40から出る。
【0043】接地または基板接点は、すべての発光部分
に共通している。しかし、各発光部分または発光ダイオ
ード素子には、他のすべてのものから分離してそれの発
光ダイオード接点からバイアスがかけられているp−n
接合部が設けられている。各発光ダイオード接点は地面
に対して正バイアスがかけられているので、電流は各発
光ダイオード接点から地面へ流れるだけである。電気的
絶縁領域及び不規則化領域によって、1つの発光ダイオ
ード接点が隣接の発光部分を発光させることが防止され
ている。アドレス指定された発光ダイオード接点と隣接
の発光ダイオード接点間のわずかな電位差でも隣接の発
光ダイオード接点の逆電圧に対応するので、異なった発
光ダイオード接点間で電流が流れることはない。
【0044】光42は、基板12の底表面38にほぼ直
交するエミッタ表面部分44から放出される。エミッタ
表面部分44は、発光ダイオード発光部分26に整合し
ている。光は、基板12の底表面38の、基板接点40
を形成するために金属被覆されている部分以外から放出
される。従って、発光ダイオードアレイ10は、表面発
光ダイオードである。発光部分26に整合している発光
ダイオード接点34によって、光が発光部分から発光ダ
イオードアレイのp側を通って放出されることが防止さ
れている。
【0045】エミッタ表面部分の形状及びそれによって
放出される光の形状は、発光ダイオード発光部分の形状
によって決定され、これは円形、楕円形、正方形、平行
四辺形、台形、三角形または他の所望の形状または大き
さにすることができる。放出される光は連続波でもパル
スでもよい。
【0046】一般的に、発光ダイオードアレイ10の作
動電流は約10ミリアンペアであり、出力パワーは各発
光素子当たり約30マイクロワットである。
【0047】電流がヒータ接点36と基板接点40との
間を流れて、ヒータストリップ32を発熱させる。発生
した熱は、電流に電圧を掛けた値に等しくなる、あるい
は発生した熱は、ヒータストリップの抵抗に電流の2乗
を掛けた値に等しくなる。
【0048】電流は、ヒータ接点36、ヒータ素子32
及びn形不規則化領域24を流れてから、第1封入層1
4内で広がって基板12に入り、基板接点40から出
る。基板または接地接点は、すべてのヒータストリップ
に共通している。
【0049】各ヒータ接点は地面に対して正バイアスが
かけられているので、電流は各ヒータストリップから地
面へ流れるだけである。電気的絶縁領域及び不規則化領
域によって、1つのヒータ接点が隣接のヒータストリッ
プを発熱させること、または隣接の発光ダイオード発光
部分を発光させることが防止されている。
【0050】それぞれの発光ダイオード発光部分26の
一方側に個々のヒータ素子32を対称的に離設すること
によって、その発光ダイオード発光部分のための発熱が
行われる。ヒータストリップ32の抵抗領域28はある
有限の電気抵抗を備えている。このため、電流がヒータ
ストリップを流れた時、熱が発生する。
【0051】このように、電流がヒータストリップ32
に流れた時、熱が発生してn形不規則化領域24を介し
て広がり、隣接の発光ダイオード発光部分を加熱する。
【0052】図3に示されているように、ヒータ素子3
2は温度安定化発光ダイオード構造アレイ10の発光部
分26の一方側に沿って隣接して配置されている。ヒー
タ素子は、発光ダイオードアレイの長手方向に平行に設
けられている。
【0053】電流が発光ダイオード発光部分を流れて光
を放出する(発光ダイオードがオン)時、隣接のヒータ
素子の電流がゼロになる。発光ダイオード発光部分へ流
れる電流がゼロになった(発光ダイオードがオフ)時、
隣接のヒータ素子に電流が流れる。電流が発光ダイオー
ド発光部分を流れない時に隣接のヒータ素子を流れる電
流量は、発光ダイオード内を発光時と同じ温度に維持で
きる熱を発生するために必要な量に正確に設定される。
これによって、発光ダイオードがオンの時間の長短また
は発光ダイオードのオフの時間の長短に無関係に、発光
ダイオード発光部分内が一定温度に維持される。このよ
うにして、発光ダイオード発光部分が一定温度に保持さ
れ、また発光ダイオード発光部分から出るパワーがデー
タに無関係に一定になる。
【0054】発光ダイオード発光部分へ流れる電流がゼ
ロになった(発光ダイオードがオフ)時にピクセル時間
中の活性部分の温度を維持するため、発光ダイオード発
光部分から失われる熱を補充できるだけのエネルギを隣
接のヒータ素子が供給する必要がある。
【0055】このため、各発光ダイオードは、発光して
いない時でも発光ダイオードが発光している時の高い温
度に維持される。温度は、発光中の発光ダイオードによ
って発生する熱または隣接のヒータ素子によって発生す
る熱によって維持される。アレイの個々の発光ダイオー
ドの温度を一定温度に維持することによって、アレイの
発光ダイオードによって得られるピクセル位置も一定に
なる。
【0056】基板12の厚さが、発光ダイオードアレイ
の活性層からの発光を妨げることがある。この妨害を排
除するため、活性層は禁止帯の幅が基板の禁止帯の幅よ
りも小さい半導体材で形成できる。あるいは、標準的化
学エッチング手段または他の技法によって基板の表面に
溝または縞(図示せず)を付けることによって、第1封
入層の表面を露出させて発光ダイオードのエミッタ表面
部分が発光しやすいようにすることができる。第1封入
層の露出表面を反射防止被膜で被覆しても、発光を容易
にすることができる。
【0057】活性層は、発光ダイオードアレイの浅い位
置にあって、発光表面に接近している。同様に、活性層
から出た光は、それぞれの接点及び発光表面部分が発光
半導体の同一側にある時とは違って、多量にドーピング
した接触層を通過しない。
【0058】それぞれのヒータ素子46は、図4に示さ
れているようにアレイ50の発光ダイオード48の両側
に互い違いに配置することもできる。ヒータ素子が発光
ダイオードのアレイの長さ方向に沿って両側に互い違い
になる。
【0059】図5に示されているように、単一のヒータ
ストリップ52を発光ダイオード56のアレイ54に平
行に形成することもできる。ヒータストリップは、温度
安定化発光ダイオードアレイ構造10の長手の一方側に
沿って、発光ダイオードアレイの長さに沿って長手方向
に延在している単一の抵抗領域である。
【0060】単一のヒータストリップは、アレイの長さ
全体に渡って可変加熱することができる。すべての発光
ダイオードが発光している場合、ヒータストリップは熱
を発生しない。すべての発光ダイオードが発光していな
い場合、ヒータストリップは最高熱を発生して、すべて
の発光ダイオードを高い作動温度に維持できるようにす
る。
【0061】発光中及び発光していない発光ダイオード
の数が変化すると、ヒータストリップによって発生する
熱の量も変化して、発光していない発光ダイオードに対
して高い作動温度を維持できるようにする。ヒータスト
リップは、発光ダイオードアレイの全長に渡って均一に
加熱して、発光していない発光ダイオードを補償する。
熱は低い部分へ流れるため、発光中の発光ダイオード付
近でヒータストリップによって発生した熱は、発光して
いない発光ダイオードの方へ流れる。
【0062】図6に示されている温度安定化発光ダイオ
ードアレイ構造58は、図1、2及び3の温度安定化発
光ダイオードアレイ構造10とほぼ同じであるが、図2
及び3の抵抗領域28の代わりに、図5では拡散領域6
0が用いられて、不規則化領域62とでp−n接合を形
成している。このように、温度安定化発光ダイオードア
レイ構造58は、n−GaAsの基板64と、その上に
エピキタシアル付着させたn−Alx Ga1-x Asの第
1封入層66と、光波の発生及び伝播を行う非ドーピン
グGaAsの活性層68と、x=yまたはx≠yである
p−Aly Ga1-y の第2封入層70と、p−GaAs
の接触層72とを有している。
【0063】n形不純物誘発形不規則化領域62が、温
度安定化発光ダイオードアレイ構造58に形成されて、
接触層72、第2封入層70、活性層68の一部に貫入
しており、また第1封入層66にも部分的に貫入してい
る。
【0064】n形不純物誘発形不規則化段階が完了する
と、接触層72の上表面74に第2のSi3 4 マスク
が形成され、それの開口から発光ダイオードアレイ構造
の一部が半導体層内への不純物原子の拡散の作用を受け
る。この第2マスクは、n形不純物誘発形不規則化領域
62の一方側に狭い部分を露出する。
【0065】亜鉛等の高濃度p形不純ドーピング材が、
発光ダイオードアレイ構造の第2マスクから露出してい
る部分内に選択的に拡散される。亜鉛の拡散は、約65
0゜Cの比較的低温で適当な拡散及びひ素源を含む半密
封グラファイトボート等の真空ヒータで実施され、n形
不純物誘発形不規則化領域62に部分的に貫入させて1
ミクロン深さに拡散したp形拡散領域60を形成できる
十分な時間、例えば約1時間に渡って維持される。p形
拡散領域60は、n形不規則化領域62内に完全に入っ
ている。
【0066】Be及びMg等の他のp形不純ドーピング
材は、様々な層内へ亜鉛ほど迅速に拡散しない。これ
は、p形不純ドーピング材を拡散させる深さを制御する
には好都合である。p拡散中のさらなる不規則化を避け
るため、拡散段階は不規則化段階が完了する時点付近で
行われる。拡散段階は、nからpへの不規則化領域の形
式変換にすぎない。
【0067】電気絶縁領域76が、n形不規則化領域6
2内のp形不規則化領域60付近において上表面74に
貫設される。
【0068】温度安定化発光ダイオードアレイ構造58
のn形不規則化領域62間に、第2封入層70、活性層
68及び第1封入層66の不規則化されていない部分か
らなる発光ダイオード発光部分78がある。
【0069】発光ダイオード接点80が、上表面74上
にそれぞれの発光ダイオード発光部分に整合させて形成
されている。ヒータ接点82が、p形拡散領域60の上
表面74上にそれぞれのp形拡散領域に整合させて形成
されている。電気的絶縁領域76が、隣接する発光ダイ
オード発光部分及びヒータ接点を電気的及び物理的に隔
離している。基板接点84が、基板64の底表面86の
一部分に形成されている。
【0070】電流を発光ダイオード発光部分78の発光
ダイオード接点80及び基板接点84間に流して第2封
入層70及び第1封入層66のp−n接合部に正方向バ
イアスをかけると、活性層68がエミッタ表面部分88
及び基板64の底表面86から光80を放射する。p−
Aly Ga1-y Asの不規則化されていない第2封入層
はp形封入層であり、n−Alx Ga1-x Asの不規則
化されていない第1封入層はpーn接合部のn形封入層
である。
【0071】電流は、各々の発光ダイオードの発光ダイ
オード接点80、接触層72の不規則化されていない部
分、第2封入層70の不規則化されていない部分、活性
層68の不規則化されていない部分を流れてから、第1
封入層66の不規則化されていない部分内で広がって基
板64に入り、基板接点84から出る。基板または接点
端子は、すべての発光ダイオードに共通である。
【0072】電流がヒータ接点82と基板接点84との
間を流れて、第2不規則化領域60及び第1不規則化領
域62のp−n接合部に正方向バイアスをかけることに
よって熱が発生する。p形拡散領域60とn形不規則化
領域62との間のp−n接合部がヒータ素子90を形成
している。
【0073】電流がヒータ接点82、p形拡散領域60
及びn形不規則化領域62を流れてから、第1封入層6
6内で広がって基板64に入り、基板接点84から出
る。基板または接地接点は、すべてのヒータ素子に共通
している。
【0074】図1、2及び3の温度安定化発光ダイオー
ドアレイ構造と同様に、電流がヒータ素子のp−n接合
部に流れると、熱が発生してn形不規則化領域62内で
広がる。
【0075】この温度安定化発光ダイオードアレイ構造
のGaAs/AlGaAs半導体構造では、AlGaA
s内にp−n接合部が形成され、Al組成分が非常に高
くなって間接的になる。この接合部を通過した電流はほ
とんどすべて熱を発生するので、この場合は間接材が特
に好都合である。間接的とは、バンド間の遷移が非発光
的にのみ発生する、すなわち自発的にはまったく光が発
生しないことを意味する。従って、すべての電子及び孔
が熱の形でエネルギを放棄することによって再結合し、
光を放出しない。
【0076】ヒータ素子電流の立ち上がりと発光ダイオ
ードの活性領域のウォーミングとの間の時間遅れを減少
させるため、熱源を可能な限り活性領域に近づける必要
がある。これは、暖めていなければならない半導体材の
量を減少させることにもなる。熱が発生する接合部が表
面の下にあり、従って発光ダイオードに近くなっている
ので、p−n接合部は抵抗領域に匹敵することができ
る。
【0077】温度安定化発光ダイオードアレイ構造のそ
れぞれのp−n接合ヒータ素子は、図3に示されている
抵抗領域ヒータ素子の場合と同様に、それぞれの発光ダ
イオードアレイの同じ側に形成することができる。ヒー
タ素子は、発光ダイオードアレイの長手に沿って延在さ
せることができる。
【0078】温度安定化発光ダイオードアレイ構造のそ
れぞれのp−n接合ヒータ素子は、図4に示されている
抵抗領域ヒータ素子の場合と同様に、それぞれの発光ダ
イオードアレイの両側に交互に形成することができる。
ヒータ素子は、発光ダイオードアレイの長手に沿って両
側に交互配置される。
【0079】図5に示されている抵抗領域ヒータ素子の
場合と同様に、温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
単一のp−n接合ヒータストリップを発光ダイオードア
レイに平行に形成することができる。p−n接合ヒータ
ストリップは、温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
長手に沿って、発光ダイオードアレイの長手に沿って長
手方向に延在している単一のp−n接合部である。
【0080】あるいは、図7に示されているように、一
方側または交互側に個別のヒータ素子または単一のヒー
タストリップとして設けられる抵抗領域またはp−n接
合部であるヒータ素子92を基板94上に形成して、こ
の基板を別の基板98上の発光ダイオードアレイ96と
熱接触させることもできる。
【0081】発光ダイオードアレイ構造の発光ダイオー
ド発光部分には、発光ダイオード発光部分内で発生させ
なければならない光波の発生及び伝播を行うための限界
すなわち最低作動温度がある。ヒータストリップまたは
隣接のヒータストリップを用いても限界作動温度に達す
ることはできない。しかし、その最低温度を過ぎれば、
ヒータストリップを用いて発光ダイオードアレイ構造の
発光ダイオード発光部分の温度を過渡倍数または温度の
パルス変動範囲内に維持することができる。
【0082】限界作動温度以上になれば、温度安定化発
光ダイオードアレイ構造の発光ダイオード発光部分を発
光によって冷却することができる。この熱損失は、隣接
のヒータストリップから発生する熱でつり合わせること
ができる。このため、電流が発光ダイオード発光部分に
流れている時でも、電流がヒータストリップに流れて、
発光ダイオード発光部分からの発光による熱損失を補う
ためにヒータストリップから最小量の熱を発生する。発
光ダイオードが作動パワーで作動温度以上に加熱された
時だけ冷却が行われる。
【0083】本発明によって温度を安定化した発光ダイ
オードアレイ構造は、上記の表面エミッタの実施例に制
限されることはなく、当業者には公知の他のものも含ま
れる。上記のように光を放出する側の反対表面上に設け
られているヒータ素子に加えて、光を放出する表面上に
ヒータ素子を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の側面図の概略図である。
【図2】図1の温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
断面図の概略図である。
【図3】図1の温度安定化発光ダイオードアレイ構造の
上面図の概略図である。
【図4】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の変更実施例の上面図の概略図であ
る。
【図5】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造のさらなる変更実施例の上面図の概略
図である。
【図6】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造の別の変更実施例の断面図の概略図で
ある。
【図7】本発明に従って形成された温度安定化発光ダイ
オードアレイ構造のさらに別の変更実施例の断面図の概
略図である。
【符号の説明】
10 発光ダイオードアレイ構造、12 基板、26
発光ダイオード発光部分、32 加熱素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−265885(JP,A) 特開 平1−225187(JP,A) 特開 平3−269455(JP,A) 特開 平3−268960(JP,A) 特開 平3−268959(JP,A) 実開 平3−16364(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単一基板上に設けられた複数の発光ダイ
    オードのアレイと、前記発光ダイオードの各々に対応さ
    せて隣接配置されており、前記発光ダイオード内に一定
    温度を維持するための熱を発生する複数のヒータ素子と
    を有している温度安定化発光ダイオードアレイ構造であ
    って、 前記ヒータ素子は、複数の発光ダイオードの前記アレイ
    の両側に互い違いに配置されているp−n接合部の抵抗
    領域であり、前記ヒータ素子は、単一基板上の複数の発
    光ダイオードの前記アレイと熱接触している別体の基板
    上に設けられている温度安定化発光ダイオードアレイ構
    造。
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