DE3586196T2 - Lichtemittierende diodenanordnung. - Google Patents

Lichtemittierende diodenanordnung.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Anordnungen lichtemittierender Dioden (LED) und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer LED- Anordnung, die mit anderen gleichen LED-Anordnungen kombiniert werden kann und einen Schreibbalken voller Breite bildet.
  • Der Einsatz von LED-Anordnungen zum Schreiben von Bildern auf ein Aufzeichnungselement, wie den Photorezeptor einer xerographischen Abbildungsanlage, ist mit dem gegenwärtigen Interesse an elektronischen Bild-Druckern und dem gestiegenen Wirkungsgrad von LED, der mit Galliumarsenid (GaAs) als LED-Substrat erreicht wurde, wieder interessant geworden. Es wird bekannt sein, daß LED-Anordnungen charakteristischerweise eine oder mehrere lineare(n) Reihe(n) von LED, die eng nebeneinander auf einem Chip oder Substrat angeordnet sind, umfassen. Beim Einsatz in elektronischen Druckern werden die einzelnen LED der Anordnung entsprechend einem Bildeingangssignal erregt. Die durch die LED erzeugten entstehenden Bildstrahlen werden auf den Photorezeptor gebündelt und erzeugen ein latentes elektrostatisches Bild auf dem Photorezeptor, wenn der Photorezeptor synchron dazu bewegt wird. Anschließend wird das latente elektrostatische Bild entwickelt, auf ein geeignetes Kopieträgermaterial wie ein Kopierblatt übertragen und danach fixiert, wodurch eine dauerhafte Kopie entsteht.
  • Die Zahl der LED, die auf ein einzelnes Chip oder Wafer gepackt werden können, ist jedoch begrenzt, und begrenzt damit wiederum die Bildauflösung, die mit einer einzelnen LED-Anordnung erzielt werden kann. Es ist also erstrebenswert, mehrere der kleineren LED-Anordnungen in einer längeren Anordnung miteinander zu verbinden und insbesondere eine Anordnung voller Länge mit verbesserter Auflösung herzustellen, was auch eine Vereinfachung des optischen Systems des Druckers möglich macht.
  • Eine vorrangige Beschränkung der Auflösung und der Dichte einer LED-Anordnung über volle Seitenbreite ergibt sich aus der Notwendigkeit, jede einzelne LED an eine chipexterne Treiberschaltung anzuschließen. Weitaus höhere Auflösung und geringere Kosten lassen sich erreichen, wenn sich die Treiberschaltungen auf dem gleichen Chip wie die LED befinden. Das würde ein großes Maß an normalerweise erforderlicher Hybridverdrahtung unnötig machen. Wenn, darüber hinaus, diese selbsttreibenden Chips akkurat geschnitten und aneinandergefügt werden könnten und eine kontinuierliche LED-Reihenanordnung bilden würden, wären damit kostenaufwendige optische oder elektronische Verbindindungsverfahren überflüssig.
  • Infrarote (IR) LED können mit einem Wirkungsgrad, der um mehr als eine Größenordnung, und in einigen Fällen um zwei Größenordnungen über der der gegenwärtigen, bei Tageslicht sichtbaren, LED liegt, hergestellt werden. Darüber hinaus können, aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Werkstoffverarbeitung wie der metallorganischen Chemikal-Vapour-Disposition (MOCVD) und der Molekularstrahl-Epitaxie (MBE), IR-LED aus handelsüblichen Werkstoffen wie Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) in Heterostrukturen hergestellt werden, die weitaus höhere Zuverlässigkeit und Gleichförmigkeit als bisherige LED mit sichtbarem Licht aufweisen. Da jedoch diese Hochleistungs- IR-LED anders als bisherige LED-Anordnungen gebaut sind, haben IR-LED ihre eigenen Beschränkungen und Vorteile.
  • Wegen der bisherigen spektralen Beschränkungen von Photorezeptoren und der damit verbundenen Nicht-Verfügbarkeit von IR-Photorezeptoren werden LED-Anordungen gegenwärtig aus Zink-diffundiertem Galliumarsenidphosphat (Ga(As,P)) hergestellt, das mittels Epitaxie auf Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumphosphid (GaP) aufgewachsen wird. Es ist bekannt, daß Ga(As,P) ein Halbleiter mit indirektem Bandabstand ist, und LED, die aus diesem Werkstoff hergestellt sind, relativ geringen externen Wirkungsgrad haben, normalerweise 0,02 bis 0,05%. Durch Dotieren mit Stickstoff kann der Wirkungsgrad auf 0,2 bis 0,5% erhöht werden, jedoch sind damit Probleme hinsichtlich der Gleichförmigkeit verbunden.
  • Diese LED-Anordnungen sind auch Lambertsche Strahler. Das Licht muß üblicherweise mit einer Faserlinse mit Brechungsgradient (mit numerischer Apertur von 0,08 bis 0,3) gesammelt werden. Das führt zu einem niedrigen allgemeinem Wirkungsgrad des optischen Systems, normalerweise unter 5%. Darüber hinaus müssen die LED, die die Anordnung bilden, bei einem typischen System mit 3300 Punkten oder Pixeln mit einem Faktor von etwa 20 im Zeitmultiplexverfahren betrieben werden, oder es müssen 3300 Treibertransistoren eingesetzt werden. Diese Faktoren führen zu einem sehr geringen Energiepegel am Photorezeptor, wodurch die Verarbeitungsgeschwindigkeit auf einen Bereich von etwa 50 mm/s beschränkt wird.
  • Darüber hinaus können, da LED-Werkstoffe der Klasse III-V, wie GaP und GaAs, bei der Verwendung als Substrate leicht durch Sägen usw. beschädigt werden, LED-Chips oder -Anordnungen normalerweise nicht wirksam aneinandergefügt werden, sondern müssen in zwei Reihen versetzt angeordnet werden und dann mittels sehr komplexer und relativ teurer optischer Einrichtungen wie zweier Faserlinsen mit Brechungsgradienten optisch verflochten werden. Der Stand der Technik beschränkt zusätzlich den Einsatz chipinterner Schaltungen auf Werkstoffen der Klasse III-V.
  • GB-A-1476096 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von Halbleiter-Lichtemissionselementen, bei der Schichten von GaAlAs entgegengesetzter Leitfähigkeit auf einem GaAs-Substrat verwendet werden, wobei die n-leitende Schicht durch Ionenimplantation dotiert ist.
  • GB-A-2099221 beschreibt eine Anordnung von LED auf einem Chip, sowie RAM- und Treiberschaltungen auf einem separaten Chip, die auf demselben Substrat angebracht sind, wie das, das den LED- Chip trägt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung einer LED-Anordnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung nach den entsprechende beigefügten Ansprüchen und die hergestellten LED-Anordnungen.
  • Die vorliegende Erfindung wird im folgenden als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 eine Draufsicht auf einen oberflächenemittierenden LED- Chip ist;
  • Fig. 2 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten LED-Chip ist;
  • Fig. 3 eine als Schnitt ausgeführte, vergrößerte Seitenansicht ist, die Einzelheiten eines auf einem SiO&sub2;-beschichteten Substrat gefertigten GaP-LED-Chip zeigt;
  • Fig. 4 eine Ansicht ist, die mehrere LED-Chips zeigt, die versetzt zusammengesetzt sind und einen Schreibbalken voller Breite bilden
  • Fig. 5 eine Ansicht ist, die mehrere LED-Chips zeigt, die Kante an Kante aneinandergefügt sind und einen Schreibbalken voller Breite bilden;
  • Fig. 6 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht ist, die eine erfindungsgemäße oberflächenemittierende IR-LED zeigt;
  • Fig. 7 eine Draufsicht ist, die die IR-LED von Fig. 6 in einer Mehrfach-LED-Anordnung zeigt;
  • Fig. 8 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht ist, die eine alternative oberflächenemittierende IR-LED-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 dargestellte IR-LED in einer Mehrfach-LED-Anordnung ist;
  • Fig. 10 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen, randemittierenden IR-LED ist;
  • Fig. 11 eine Draufsicht ist, die die IR-LED von Fig. 10 in einer Mehrfach-LED-Anordnung zeigt;
  • Fig. 12 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht der IR-LED- Anordnung ist, die mit Barrieren zur Verhinderung optischen Übersprechens zwischen aneinandergrenzenden LED dargestellt ist;
  • Fig. 13 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer optisches Übersprechen verhindernden Barriere ist, die durch Protonenbeschuß gebildet wurde.
  • Die Zeichnungen stellen einen Festkörper-Schreibbalken voller Breite dar, der allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Schreibbalken 10 hat wenigstens eine lineare Anordnung 12 von lichtemittierenden Dioden (LED) 14. In dem hier beschriebenen beispielhaften Aufbau wird Schreibbalken 10 verwendet, um entweder direkt oder mittels geeigneter Linseneinrichtungen Bilder auf ein bewegliches Aufzeichnungselement wie einen vorher geladenen Photorezeptor (nicht abgebildet) einer xerographischen Anlage zu schreiben, indem die einzelnen LED 14 der Anordnung 12 entsprechend einem Bildsignal- oder Pixeleingang selektiv erregt werden. Zu diesem Zweck hat die Anordnung 12 von LED 14 eine Gesamtlänge, die der wirksamen Breite des Photorezeptors gleich oder etwas größer als diese ist. Gewöhnlich ist der Schreibbalken 10 im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Photorezeptors angebracht, wie dem Fachmann einleuchten wird. Dadurch beschreibt, d.h. belichtet, der Schreibbalken 10 eine Zeile auf einmal, wenn der Photorezeptor sich an ihm vorbeibewegt und erzeugt so ein latentes elektrostatisches Bild, das durch den Bildsignaleingang an Schreibbalken 10 dargestellt wird.
  • Nach dem Schreiben des Bildes auf den Photorezeptor durch Schreibbalken 10, wird das von LED-Schreibbalken 10 auf dem Photorezeptor erzeugte, latente elektrostatische Bild entwickelt und auf ein geeignetes Kopieträgermaterial wie ein Kopierblatt übertragen. Das Kopierblatt, das das übertragene Bild trägt, wird dann fixiert, wodurch die Kopie dauerhaft wird, während der Photorezeptor in Vorbereitung auf erneutes Laden gereinigt wird.
  • Schreibbalken 10 wird von einer Vielzahl von im allgemeinen rechteckigen Substraten oder Chips 16 durch Sägen oder andere geeignete Bearbeitung einer oder mehrerer größerer Silikonscheiben (nicht abgebildet) hergestellt. Die Chips 16 können, wie in Fig. 4 dargestellt, versetzt, oder, wie in Fig. 5 dargestellt, Kante an Kante aneinandergefügt werden, und bilden einen Schreibbalken gewünschter Länge. Wenn die Chips 16, wie in Fig. 4 dargestellt, versetzt angeordnet werden, können die Chips beispielsweise durch geeignete elektrische Schaltungen, die beim Schreiben eines Bildes eine Überkreuzung von einem Chip zum nächsten ohne Verlust oder Verzerrung des Bildes an den Chip- Übergängen bewirken, wirksam miteinander verbunden oder zusammengefügt werden. Als Alternative dazu können die Chips 16 optisch verbunden oder zusammengefügt werden, um die Versetzung auszuschalten und die von jedem Chip auf dem Aufzeichnungselement erzeugten Bilder auszurichten, ohne daß Verlust oder Verzerrung des Bildes an den Chip-Übergängen entsteht. Wenn eine Vielzahl von Chips 16, wie in Fig. 5 dargestellt, Kante an Kante angeordnet ist, werden die Chips nach der Ausrichtung aufeinander mit geeigneten Mitteln verbunden und bilden einen Schreibbalken 10 von gewünschter Länge.
  • Die Oberseite 19 von Chip 16 wird mit einer dünnen Schicht 20 von beispielsweise Siliziumdioxid (SiO&sub2;) beschichtet. Danach wird in Schicht 20 eine Anordnung von Löchern 24 freigelegt, wobei die Löcher 24 vorgegebene Größe, Abstand und Ausrichtung haben und eine Anordnung 12 von gewünschter Größe und Auflösung bilden. Die Löcher 24 können photolithografisch erzeugt werden, indem eine Photomaske entsprechender Bauart (nicht abgebildet) über Schicht 20 gelegt wird und ein geeignetes Ätzmittel aufgebracht wird, um die Schicht 20 dort zu entfernen, wo Löcher 24 gewünscht sind.
  • Nach der Erzeugung der Löcher 24, werden Galliumphosphid (GaP)- LED-Strukturen 26 in jedem der Löcher 24 aufgewachsen, vorzugsweise durch Chemikal-Vapour-Deposition (CVD). Gleichzeitig werden p-n-Übergänge 28 und elektrische Kontakschichten 29 mit jeder Schicht der GaP-LED-Struktur 26 aufgewachsen. Andere Aufwachs-Verfahren wie Molekularstrahl-Epitaxie (MBE), Flüssigphasen-Epitaxie (LPE) oder metallorganische Chemikal-Vapour- Deposition können statt dessen angewendet werden.
  • Nach der Bildung der GaP-LED-Strukturen 26 werden auf Chip 16 mit herkömmlichen Verfahren für integrierte Schaltkreise (IC) aus Silizium LED-Kontakte 32 und andere Hilfsschaltungen, wie eine geeignete Ausgangsauffächerungs- oder Verteilungsschaltung 33 und eine signalverarbeitende Schaltung 35 aufgebracht. Auffächerungsschaltung 33 leitet entweder Bildsignale an die Chips von Schreibbalken 10, und zwar entweder parallel an die Chips oder seriell an alle Chips von Balken 10 in einer vorgegebenen Folge, oder in einer geeigneten Seriell-Parallel-Kombination. Da die GaP-LED-Strukturen relativ hochtemperaturbeständige Werkstoffe sind, hat die IC-Herstellung, die normalerweise bei niedrigeren Temperaturen ausgeführt wird, keine nachteiligen Auswirkungen auf die zuvor hergestellten LED-Strukturen. Eine vorübergehende Schutzschicht aus Si&sub3;N&sub4; kann auf der GaP-Struktur angebracht werden, um nachteilige Auswirkungen während der IC- Herstellung auf ein Mindestmaß zu beschränken.
  • Obwohl der Schreibbalken 10 mit einem Silizium-Substrat mit GaP- LED-Strukturen dargestellt und beschrieben ist, können, wie weiter unten beschrieben, andere Substrat-Werkstoffe wie Galliumphosphid (GaP) oder Galliumarsenid (GaAs), die im sichtbaren Bereich oder nahen Infrarot arbeiten, verwendet werden.
  • Fig. 6 und 7 zeigen die Herstellung einer Heterostruktur-Anordnung 12 von IR-LED 14 mit hohem Wirkungsgrad gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Heterostruktur-LED-Anordnung 12 hat ein GaAs-n-Wafer oder Substrat 112, dessen eine Seite 113 metallisiert ist und eine gemeinsame elektrische Kontaktfläche 114 für die LED der Anordnung bildet. Eine erste Schicht 120, die aus Ga1-xAlxAs-n besteht, wird auf der entgegengesetzten Seite 115 des Substrates 112 aufgewachsen, gefolgt von einer Schicht 122 aus entweder GaAs-p oder Ga1-zAlzAs-p und einer Schicht 124 aus Ga1-yAlyAs-p. Die Dicke des Substrates 112 beträgt ungefähr 0,245 bis 0,381 mm, während die gemeinsame Dicke der Schichten 120, 122, 124 ungefähr 5 bis 10µm beträgt. Geeignete Bereiche für x, y und z und ungefähre Schichtdicken für diese Ausführung finden sich in Tabelle I.
  • Eine elektrische Kontaktschicht 128 aus GaAs-p+ (stark dotierter p-Typ), die einen elektrischen Kontaktbereich für die Metallisierungsschicht 134 bildet, wird als nächstes auf die Schicht 124 aufgewachsen, gefolgt von einer isolierenden Schicht 130, beispielsweise aus SiO&sub2;. Kontakt- und isolierende Schicht 128, 130 werden selektiv an vorgegebenen Punkten geätzt und bilden einen LED-lichtemittierenden Bereich oder Fenster 135 vorgegebener Größe und Bauart, der jede LED 14 begrenzt, wobei die LED in vorgegebenen Abstandsintervallen entlang dem Wafer 112 in der gewünschten Anordnungskonfiguration angebracht sind. In dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Beispiel sind LED 14 in parallelen Reihen 136, 138 gebildet, wobei die LED jeder Reihe gegenüber den LED der anderen Reihe verschoben oder versetzt sind. Durch weiteres selektives Ätzen wird der Teil der isolierenden Schicht 130 entfernt, der an die LED-Fenster 135 grenzt, und ein Bereich 128' der Kontaktschicht 128 freigelegt. Die freigelegten Bereiche 128' der Verbindungsschicht 128, die jede LED 14 umgibt, werden bei 134 metallisiert und bilden eine metallische Kontaktunterlage für jede LED. Ein Metall-Leiter 137 wird mit jeder LED-Kontaktunterlage verbunden.
  • Obwohl die Anordnung 12 als aus zwei Reihen von LED 14 bestehend dargestellt und beschrieben wird, kann die Anordnung 12 eine oder jede andere Zahl paralleler Reihen von LED 14 umfassen.
  • Bei der Ausführung in Fig. 8 und 9, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, sind die LED 14 von Anordnung 12 in einer einzelnen Reihe 136' angeordnet. Bei dieser Ausführung wird die Kontaktschicht 128 weggelassen und die Metallisierungsschicht 134 wird direkt auf der dritten Schicht 124 einschließlich der lichtemittierenden Fenster 135 der LED 14 aufgebracht. Bei dieser Ausführung ist die Metallisierungsschicht 134 außerordentlich dünn (oder aus einem geeigneten lichtdurchlässigen, elektrisch leitendem Material), so daß die Schicht 134 für die lichtemittierenden Fenster 135 der LED 14 lichtdurchlässig ist. Geeignete Bereiche für x, y und z sowie ungefähre Schichtdicken für diese Ausführung finden sich in Tabelle II.
  • Bei der in Fig. 6-9 dargestellten Ausführung umfaßt Anordnung 12 eine oder mehrere lineare Anordnung(en) oberflächenemittierender LED. Bei der in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführung, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, umfaßt Anordnung 12 eine lineare Anordnung von randemittierenden LED. Dabei wird eine erste Schicht 150 aus GA1-xAlxAs-n auf Substrat 112 aufgewachsen, gefolgt von einer emittierenden Schicht 152 aus GaAs-p oder Ga1-zAlzAs-p. Bei dieser Anordnung emittieren LED 14 von Schicht 152 am Rand 155 von Substrat 112. Schicht 156 aus Ga1-yAlyAs-p wird auf Schicht 152 aufgewachsen, gefolgt von Kontaktschicht 128 und isolierender Schicht 130. Geeignete Bereiche und ungefähre Schichtdicken für diese Ausführung finden sich in Tabelle III.
  • Bei allen obenerwähnten Strukturen, kann vor der ersten Ga1-xAlxAs-Schicht eine 1 bis 5µm dicke Schicht aus GaAs-n als Pufferschicht und zur Verbesserung der Kristallqualität aufgewachsen werden. Wenn die Pufferschicht verwendet wird, kann die erste Schicht 120 (Fig. 6-9) oder 150 (Fig. 10, 11) ungefähr 0,5 bis 1,0 µm dünn sein.
  • Isolierende Schicht 130 wird selektiv geätzt und so ein im allgemeinen rechteckiger Bereich 158 der Kontaktschicht 128 über jeder LED 14 freigelegt. Ein streifenförmiger Bereich 159 der Metallisierungsschicht 134 wird an jeder Seite entfernt, um elektrische Isolation zwischen aneinandergrenzenden LED der Anordnung zu gewährleisten. Metallisierungsschicht 134 bedeckt die Bereiche 158 von Kontaktschicht 128 und bildet Kontaktunterlagen 160 für die LED 14. Leiter 137 sind mit den Kontaktunterlagen 160 verbunden.
  • Bei den in Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wird, um Übersprechen zwischen aneinandergrenzenden LED 14 von Anordnung 12 wegen interner Werkstoffdurchlässigkeit zu verhindern, durch die aufgrund von Überspreckkoppeln Licht von einer LED im "ein"- Zustand in die benachbarte LED im "aus"-Zustand gelangt, eine Lichtbarriere zwischen aneinandergrenzenden LED 14 errichtet. Bei der in Fig. 12 dargestellten Anordnung wird die Barriere durch Ätzen einer Rinne 172 durch die Metallkontaktschicht 134, die Kontaktschicht 128, die Ga1-yAlyAs-p-Schicht 124, die GaAs-p- Schicht 122 und entweder durch oder in die Ga1-xAlxAs-n-Schicht 120 entweder auf chemischen Weg oder durch Ionenätzen geschaffen. Die Innenwände von Rinne 172 werden mit einer geeigneten lichtreflektierenden oder -absorbierenden Schicht 174 überzogen. Wenn eine reflektierende Lichtbarriere gewünscht wird, kann Schicht 174 jedes geeignete lichtreflektierende Material umfassen, wie beispielsweise reflektierendes Metall mit einer geeigneten Isolierschicht darunter, um Kurzschluß der LED zu vermeiden. Wird eine lichtabsorbierende Schicht gewünscht, kann Schicht 174 jedes geeignete, nichtleitende, lichtabsorbierende Material, wie beispielsweise gefärbtes Polyimid oder entwickelten, gefärbten Photolack umfassen.
  • Bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführung, wird die Lichtbarriere durch gesteuerten Protonenbeschuß hergestellt, wobei eine Maske benutzt wird, um die Bereiche zwischen aneinandergrenzenden LED freizulegen, wobei die letzteren einen Barrierenbereich hoher optischer Absorption und hohen elektrischen Widerstandes bilden. Darüber hinaus verringern die in Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungen die seitliche Stromausbreitung unter dem elektrischen Kontakt 128' und in den Schichten 128, 124 und 122 und verbessern den Wirkungsgrad der LED.
  • Obwohl die dargestellte Lichtbarriere 170 eine rinnenähnliche Aussparung mit, im Schnitt gesehen, im allgemeinen rechteckiger Form hat, können andere Bauformen, wie eine V-Form, angewandt werden.
  • Ähnlich Heterostrukturen können auch unter Verwendung von Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) hergestellt werden. Diese LED können ebenfalls mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und für einen Wellenlängenbereich von ungefähr 1,1 bis 1,7 µm ausgelegt werden.
  • LED-Anordnungen der hier beschriebenen Art können, wie in US-A- 4,424, 524 beschrieben, auch in Photodioden-Anordnungen zur Bildaufzeichnung verwendet werden. Da GaAs/GaAlAs und GaAsP Werkstoffe mit direktem Bandabstand sind, sollten sie eine hohe optische Absorption haben und wirkungsvolle Photodioden-Anordnungen bilden. Tabelle I Ungefähre Zusammensetzung und Dicke verschiedener, in Fig. 6 und 7 dargestellter, Schichten: Schicht Ungefähre Zusammensetzung (atomarer Anteil) Ungefähre Dicke (µm) Tabelle II Ungefähre Zusammensetzung und Dicke verschiedener, in Fig. 8 und 9 dargestellter, Schichten: Schicht Ungefähre Zusammensetzung (atomarer Anteil) Ungefähre Dicke (µm) Tabelle II Ungefähre Zusammensetzung und Dicke verschiedener, in Fig. 10 und 11 dargestellter, Schichten: Schicht Ungefähre Zusammensetzung (atomarer Anteil) Ungefähre Dicke (µm)

Claims (7)

1. Verfahren zum Bilden einer Anordnung Licht-emittierender Dioden (LED) zur Anordnung mit wenigstens einer weiteren, ähnlichen LED-Anordnung zum Bilden einer Festkörper- Anordnung voller Breite (10) aus LEDs, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
a) Metallisieren einer ersten Hauptoberfläche eines GaAs-n-Substrats (112), um einen gemeinsamen elektrischen Kontakt (114) für die LEDs zu erzeugen;
b) Aufwachsen einer ersten Schicht (120) aus GaAlAs-n auf der zweiten Hauptoberfläche des Substrats;
c) Aufwachsen einer zweiten Schicht (122) aus GaAs-p oder GaAlAs-p auf der ersten Schicht;
d) Aufwachsen einer dritten Schicht (124) aus GaAlAs-p auf der zweiten Schicht, um zusammen mit der ersten und zweiten Schicht eine Doppelheterostruktur zu erzeugen;
e) Abscheiden einer Schicht (130) aus isolierendem Material auf der dritten Schicht;
f) Wegätzen der isolierenden Schicht an ausgewählten Bereichen, um ausgewählte Bereiche der dritten Schicht freizulegen, um Fenster (135) zu bilden, die jede der LEDs definieren, und
g) Metallisieren der Bereiche der dritten Schicht, die durch die Fenster freigelegt werden, um einzelne elektrische Kontakte (134) für jede der LEDs zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Aufwachsen einer elektrischen Kontaktschicht (128) aus GaAs-p&spplus; auf der dritten Schicht, bevor die Isolierschicht (130) auf die elektrische Kontaktschicht abgeschieden wird;
b) Wegätzen sowohl der Isolier- als auch der Kontaktschichten, um die ausgewählten Bereiche der dritten Schicht zum Bilden der Fenster (135) freizulegen;
c) Ätzen eines Teils der Isolierschicht in dem an jedes Fenster angrenzenden Bereich, um einen Teil (128') der Kontaktschicht freizulegen, und
d) Metallisieren der freigelegten Teile der Kontaktschicht, um einzelne elektrische Kontakte (134) für jede der LEDs zu erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt zum Metallisieren sowohl der Bereiche der dritten Schicht einschließlich der Fenster als auch der Fenster selbst mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, um elektrische Kontakte für jede der LEDs zu erzeugen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Schritt des Bildens einer Lichtbarriere (172) zwischen benachbarten LEDs, um ein optischen Übersprechen dazwischen zu verhindern, durch Ätzen einer Vertiefung (172) durch die isolierenden, Kontakt-, dritten und zweiten Schichten und in oder durch die erste Schicht.
5. Anordnung von Infrarotlicht-emittierenden Dioden (LEDs) zur Anordnung mit wenigstens einer weiteren, ähnlichen LED-Anordnung zum Bilden einer Festkörper-Anordnung voller Breite aus LEDs zum Drucken von Bildern mit:
a) einem GaAs-n-Substrats (112), wobei die erste Hauptoberfläche des Substrats metallisiert ist, um einen gemeinsamen elektrischen Kontakt (114) für die LEDs zu erzeugen;
b) einer ersten Schicht (120) aus GaAlAs-n auf der zweiten Hauptoberfläche (115) des Substrats;
c) einer zweiten Schicht (122) aus GaAs-p oder GaAlAs-p auf der ersten Schicht;
d) einer dritten Schicht (124) aus GaAlAs-p auf der zweiten Schicht, die zusammen mit der ersten und zweiten Schicht eine Doppelheterostruktur erzeugt;
e) einer Schicht (130) aus isolierendem Material auf der dritten Schicht, wobei die isolierende Schicht mit Fenstern (135) versehen ist, die ausgewählte Bereiche der dritten Schicht, die jede der LEDs definieren, freilegen, und
f) einer Metallkontaktschicht auf Flächen der dritten Schicht, die durch die Fenster freigelegt werden, um einzelne elektrische Kontakte für jede der LEDs zu erzeugen.
6. Anordnung nach Anspruch 5 mit:
a) einer vierten Schicht (128) aus GaAs-p&spplus; auf der dritten Schicht und der Isolierschicht;
b) wobei sich die Fenster sowohl durch die isolierende als auch die vierte Schicht erstrecken;
c) wobei die an jedes der Fenster angrenzende Isolierschicht fehlt, um Bereiche der vierten Schicht freizulegen, und
d) einer Metallkontaktschicht (134) auf den freigelegten Bereichen der vierten Schicht, um einzelne elektrische Kontakte für jede der LEDs zu erzeugen.
7. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, mit einer Vertiefung (172) zwischen benachbarten LEDs, die eine, Lichtbarriere bildet, um ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten LEDs zu verhindern.
DE19853586196 1984-11-02 1985-10-31 Lichtemittierende diodenanordnung. Expired - Lifetime DE3586196T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/667,706 US4639999A (en) 1984-11-02 1984-11-02 High resolution, high efficiency I.R. LED printing array fabrication method
US06/729,707 US4587717A (en) 1985-05-02 1985-05-02 LED printing array fabrication method

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