CN1586016A - 自扫描型发光元件阵列芯片 - Google Patents
自扫描型发光元件阵列芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1586016A CN1586016A CNA028225686A CN02822568A CN1586016A CN 1586016 A CN1586016 A CN 1586016A CN A028225686 A CNA028225686 A CN A028225686A CN 02822568 A CN02822568 A CN 02822568A CN 1586016 A CN1586016 A CN 1586016A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- self
- chip
- substrate
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 89
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 31
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 25
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910001651 emery Inorganic materials 0.000 description 4
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- QAHFOPIILNICLA-UHFFFAOYSA-N Diphenamid Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(C(=O)N(C)C)C1=CC=CC=C1 QAHFOPIILNICLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
- B41J2/447—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
- B41J2/45—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
- B41J2/447—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
- B41J2/45—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays
- B41J2002/453—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays self-scanning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本发明提供一种自扫描型发光元件阵列，使用Si作为构造材料并在Si衬底上形成。在Si衬底30上形成栅失配缓和层32。通过外延成长，在栅失配缓和层32上依次层叠n型AlGaAs层14、p型AlGaAs层16、n型AlGaAs层18、p型AlGaAs层20。在AlGaAs层20上设置有阳极电极22，在AlGaAs层18上设置有栅电极24，在GaAs衬底的背面设置有阴极电极26。
Description
技术领域
本发明涉及使用发光闸流晶体管的自扫描型发光元件阵列芯片，特别是涉及形成在Si衬底上的自扫描型发光元件阵列芯片，还涉及使用这种自扫描型发光元件阵列芯片的光写入头和光打印机。
背景技术
在排列有发光元件的LED(发光二极管)阵列上，设置有用于与驱动电路进行引线焊接、被称为焊接用焊盘的晶体点阵。该焊盘为了进行线焊接，需要比发光元件大的面积。精密度越高则平均单位长度上的发光元件的数量就越多，所以焊盘的数量也就增加。因此，存在以下问题：即使是高精密度，但如果焊盘的面积相同，也会导致焊盘在LED阵列芯片上所占的面积增大，且精密度越高则LED阵列芯片的面积越大。
作为解决上述问题的发光元件阵列，本发明的发明人关注作为发光元件阵列构成要素的、具有pnpn构造的3端子发光闸流晶体管，并已经提出了能实现发光点自扫描的自扫描型发光元件阵列的方案(特开平1-238962号公报、特开平2-14584号公报、特开平2-92650号公报、特开平2-92651号公报)；公开了作为光打印机用的光写入头，其安装简便、能使发光元件的间距细微化、能制作小型的自扫描型发光元件阵列等内容。
图1是表示发光闸流晶体管基本构造的概略剖面图。在图1中，10是n型GaAs衬底，在该衬底上依次层叠n型GaAs缓冲层12、n型AlGaAs层14、p型AlGaAs层16、n型AlGaAs层18、p型AlGaAs层20。在AlGaAs层20上设置有阳极电极22，在AlGaAs层18上设置有栅电极24，在GaAs衬底的背面设置有阴极电极26。
在该实例中，当在n型GaAs衬底上通过缓冲层以n型层、p型层、n型层、p型层的顺序层叠，在p型GaAs衬底上通过缓冲层以p型层、n型层、p型层、n型层的顺序层叠时，最上层之上的电极为阴极电极，衬底背面的电极为阳极电极。
下面，对使用如上所述的发光闸流晶体管的自扫描型发光元件阵列的3种基本构造进行说明。
图2是自扫描型发光元件阵列的第1基本构造的等效电路图。使用发光闸流晶体管…T-2、T-1、T0、T+1、T+2…作为发光元件，在这些发光闸流晶体管中，设置有各个栅电极…G-2、G-1、G0、G+1、G+2…。电源电压VGK通过负载电阻RL被施加给各个栅电极。另外，各个栅电极为了进行相互作用，通过电阻RI进行电连接。另外，3根转送时钟脉冲(1、2、3)线1、2、3按每3个元件(重复进行)与各单体发光闸流晶体管的阳极电极连接。
下面说明操作，首先设定时钟脉冲3为高水平，发光闸流晶体管T0为开。这时根据3端子发光闸流晶体管的特性，栅电极G0被降低至接近于零伏特。如假设电源电压VGK为5伏特，则各发光闸流晶体管的门电压由负载电阻RL及相互作用电阻RI构成的网络决定。而且，离发光闸流晶体管T0近的元件的门电压最低，以后按离T0的远近顺序门电压上升。该内容如下表示：
VG0＜VG+1＝VG-1＜VG+2＝VG-2 (1)
这些电压的差，可以通过适当选择负载电阻RL、相互作用电阻RI的值来设定。
众所周知，3端子发光闸流晶体管阳极侧的接通电压VON是比门电压只高出扩散电位Vdif的电压。
VONVG+Vdif (2)
因此，如果将施加在阳极的电压设定得比该接通电压VON高，则该发光闸流晶体管接通。
在该发光闸流晶体管T0处于接通状态时，向下面的转送时钟脉冲1施加高电压VH。该时钟脉冲1同时添加到发光闸流晶体管T+1和T-2上。但如果将高电压VH的值设定为以下范围，则只能接通发光闸流晶体管T+1。
VG-2+Vdif＞VH＞VG+1+Vdif (3)
在此，发光闸流晶体管T0、T+1同时接通。之后，如切断时钟脉冲3的高电压，则发光闸流晶体管T0断开，能进行接通状态的转送。
这样，在自扫描型发光元件阵列中，通过用电阻网络连结各发光闸流晶体管的栅电极，可以使发光闸流晶体管具有转送功能。根据如上所述的原理，如将转送时钟脉冲1、2、3的高电压设定得顺序地相互各重叠一点，则发光闸流晶体管的接通状态可以依次转送下去。即发光点依次被转送，能实现自扫描型发光元件阵列。
在这种自扫描型发光元件阵列中，每1个芯片需要转送时钟脉冲1、2、3用的3个焊接用焊盘和电源电压VGK用的1个焊接用焊盘。
图3是自扫描型发光元件阵列的第2基本构造的等效电路图。该自扫描型发光元件阵列使用二极管作为发光闸流晶体管栅电极间电连接的方法。发光闸流晶体管…T-2、T-1、T0、T+1、T+2…排成一行而构成。…G-2、G-1、G0、G+1、G+2…分别表示这些发光闸流晶体管T的栅电极。RL表示栅电极的负载电阻。…D-2、D-1、D0、D+1、D+2…表示进行电相互作用的二极管。另外，VGK表示电源电压。2根转送时钟脉冲(1、2)线1、2按每1个元件与各单体发光闸流晶体管的阳极电极连接。
下面进行操作说明。首先设定时钟脉冲2为高水平，发光闸流晶体管T0为开。这时根据3端子发光闸流晶体管的特性，栅电极G0被降低至接近于零伏特。如假设电源电压VGK为5伏特，则各发光闸流晶体管的门电压由由电阻RL及二极管…D-2、D-1、D0、D+1、D+2…构成的网络决定。而且，离发光闸流晶体管T0近的元件的门电压最低，以后按离T0的远近顺序门电压上升。
但是，根据二极管单向性、非对称性的特性，降低电压的效果是只对发光闸流晶体管T0的右方向起作用。即栅电极G+1设定为比G0只高出二极管的正向上升电压Vdif的电压，进而栅电极G+2设定为比G+1只高出二极管的正向上升电压Vdif的电压。另一方面，因为二极管D-1为反偏压，所以发光闸流晶体管T0左侧的栅电极G-1电流不进入，因此与电源电压VGK同电位。
接下来转送时钟脉冲1施加到最接近的发光闸流晶体管T+1、T-1上，之后施加到T+3、T-3等上。但在这些之中，接通电压最低的发光闸流晶体管是T+1，T+1的接通电压约是G+1的门电压+Vdif，约是Vdif的2倍。接下来接通电压低的发光闸流晶体管是T+3，约是Vdif的4倍。发光闸流晶体管T-1和T-3的接通电压约为VGK+Vdif。
根据以上情况，如将转送时钟脉冲的高电压设定为Vdif的大约2至4倍之间，则可以只接通发光闸流晶体管T+1，能进行转送操作。
在这种自扫描型发光元件阵列中，每1个芯片需要转送时钟脉冲1、2用的2个焊接用焊盘和电源电压VGK用的1个焊接用焊盘。
图4是自扫描型发光元件阵列的第3基本构造的等效电路图。该自扫描型发光元件阵列由开关元件…T-1、T0、T+1、T+2…、写入用发光元件…L-1、L0、L+1、L+2…构成。这些开关元件及写入用发光元件分别都是3端子发光闸流晶体管。
开关元件部分的构成，表示使用二极管连接的例子。开关元件的栅电极…G-1、G0、G+1…也与写入用发光元件的栅电极连接。写入信号Sin被添加到写入用发光元件的阳极。
下面说明该自扫描型发光元件阵列的操作。首先，如将转送元件T0置于接通状态，则栅电极G0的电压比VGK(在此假定为5伏特)低，大致为零伏特。因此，写入信号Sin的电压如果为pn接合的扩散电位(约1伏特)或pn接合的扩散电位以上，则可以将发光元件L0变为发光状态。
与此对应，栅电极G-1约为5伏特，栅电极G+1约为1伏特。因此，发光元件L-1的写入电压约为6伏特，发光元件L+1的写入电压约为2伏特，据此，只能写入到发光元件L0内的写入信号Sin的电压范围约为1～2伏特。发光元件L0一接通，即进入发光状态，则写入信号Sin线4的电压就被固定为约1伏特，所以能防止选择其他的发光元件这种错误发生。
发光元件的发光强度由流入写入信号Sin的电流量决定，可以通过任意的强度写入图像。另外，为了将发光状态转送给下一个发光元件，必须将写入信号Sin线的电压一次降为零伏特，并一旦关闭正在发光的发光元件。
在这种自扫描型发光元件阵列中，每1个芯片需要转送时钟脉冲1、2、3用的3个焊接用焊盘、电源电压VGK用的1个焊接用焊盘和写入信号Sin用的1个焊接用焊盘。
如上所述，在自扫描型发光元件阵列中具有以下优点：因为每1个芯片通过数个焊接用焊盘来控制多个发光点，所以具有即使成为高精密度，也可以几乎不增加焊盘的数量。另外，其具有以下特征：因为本来焊接用焊盘的数量就少，所以通过在芯片内合理配置焊接用焊盘例如将焊接用焊盘配置在芯片的两端，则即使成为高精密度，也能减小芯片的宽度(短边的长度)。因此，可以增加从相同面积的基板(wafer)上获取的芯片数量，能降低成本。
但是，如果自扫描型发光元件阵列芯片的宽度低于0.2mm，则存在以下问题：即用作衬底的GaAs因其脆弱的性质而使芯片的强度不足，在组装光写入头时会折断。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于：提供使用Si作为构造材料，在Si衬底上形成的自扫描型发光元件阵列芯片。
本发明的另一目的在于：提供使用了这种自扫描型发光元件阵列芯片的光写入头，进而提供光打印机。
本发明的自扫描型发光元件阵列芯片包括Si衬底和由设置于Si衬底上的pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列，或者包括Si衬底、形成在Si衬底上的栅失配缓和层和由形成在栅失配缓和层上的pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列。
更好是，芯片的宽度为大于或等于0.03mm且小于或等于0.3mm。如果比0.03mm窄，则芯片的切割困难，如果比0.3mm宽，则因为芯片宽的增大而降低单位面积上芯片的获得数量。
另外，更好是，芯片的宽度大于或等于0.05mm且小于或等于100mm。
另外，更好是，芯片的长度大于或等于2mm且小于或等于100mm。如果比2mm短，则芯片的处理变得困难，如比100mm长，则从硅基板上的获得的数量下降，材料的利用率降低。
另外，更好是，芯片的长度大于或等于5mm且小于或等于20mm。
以上对芯片的宽度和长度进行了组合，但是对本领域技术人员来说，很容易从芯片的处理或获得数量的角度来考虑应如何进行芯片的宽度和长度的组合。
附图说明
图1是以往的发光闸流晶体管的概略剖面图。
图2是自扫描型发光装置的第1基本构造的等效电路图。
图3是自扫描型发光装置的第2基本构造的等效电路图。
图4是自扫描型发光装置的第3基本构造的等效电路图。
图5是涉及本发明的发光闸流晶体管的概略剖面图。
图6是表示用4点弯曲法测定2种芯片弯曲强度的测定结果图表。
图7是表示内置驱动电路的自扫描型发光元件阵列芯片构造的图示。
图8是表示光打印机光头主要部分的立体图。
图9是表示具有光打印机光头的光打印机的构成的图。
具体实施方式
(实施例1)
将基板上的重复尺寸间距约为5.4mm(长)×约0.2mm(宽)的自扫描型发光元件阵列形成于在Si衬底上成膜的AlGaAs双异质构造的pnpn外延层上。
图5是这种构造的1个发光元件即发光闸流晶体管的概略剖面图。在Si衬底30上形成栅失配缓和层32。之所以形成栅失配缓和层，是为了防止如在Si衬底上形成栅极常数不同的膜则导致衬底翘起的现象发生。作为栅失配缓和层，采用InGaAs/GaAs畸变超栅极构造。在栅失配缓和层32上，通过外延成长依次层积n型AlGaAs层14、p型AlGaAs层16、n型AlGaAs层18、p型AlGaAs层20。在AlGaAs层20上设置有阳极电极22，在AlGaAs层18上设置有栅电极24，在GaAs衬底的背面设置有阴极电极26。
为了比较，用图5的构成制作了使用GaAs衬底而非Si衬底的发光闸流晶体管。所有的衬底在基板加工时都以0.6mm的厚度进行，加工完成后用使用1200支砂轮的研磨机磨削衬底的背面至0.3mm厚，用切割锯切割成规定的尺寸。因切割时切割锯的刃厚为0.03mm，所以切成时的芯片宽为0.17mm。
用4点弯曲法测定了该2种芯片的弯曲强度。其测定结果如图6所示。横轴表示弯曲力(Bending force)fb(N)，纵轴表示芯片折断的发生概率(Probability of fA llure)F(x)％。
另外，在使用GaAs衬底时，也切出2个芯片宽度的芯片(0.4mm重复宽度，切成为0.37mm宽)进行评价。
由图6得知在GaAs衬底上形成的宽0.17mm的芯片和0.37mm的芯片的弯曲度大致与芯片宽成比例。另一方面，得知使用Si衬底的芯片的弯曲强度，如果以F(x)＝50％进行比较，则比使用芯片宽度为0.17mm的GaAs衬底的芯片的弯曲强度强4倍。
下面，用焊接机将3种芯片配置在光写入头安装衬底上，用胶进行粘接，烧成固定。将安装3种各12000个芯片时的芯片折断的发生数表示为表1。
表1
| 衬底种类 | 芯片宽 | 取样数 | 芯片折断数 | 发生率 |
| GaAs | 0.17mm | 12000 | 62 | 0.52％ |
| 0.37mm | 12000 | 10 | 0.08％ | |
| Si | 0.17mm | 12000 | 0 | 0.00％ |
发生率分别是：使用GaAs衬底的0.17mm宽的芯片为0.52％，0.37mm宽的芯片为0.08％，另外，使用Si衬底的0.17mm宽的芯片没有发生折断。在图6中，该发生率的差被认为是对应于某弯曲力fb的折断发生概率F(x)和用管芯焊接机或烧成来添加力的概率分布Q(x)的积的积分。
作为单纯的模型，如设定
Q(fb＝2N)＝0.1
Q(fb＝0)＝0.9
(10次中有1次施加2牛顿(N)的力，9次不施加力)，则可以说明大致的折断发生率。如果以该模型为基础来推断在Si衬底上的折断发生率，则为3×10-6，成为同样宽度的GaAs衬底的1/1000，是非常小的发生率。当使用该芯片作为光写入头用时，在A3尺寸用的光头(光写入头)上必须配置60个芯片，如果将折断发生率设为x，则每个光头1个都不发生折断的概率p为
p＝(1-x)60
在使用0.17mm宽的芯片时为73％，在使用0.37mm宽的芯片时为95％。这样，在使用0.17mm宽的芯片时，因在4个光头中就有1个芯片发生折断，所以光头(光写入头)的生产较困难。
另外，在本实施例中，表示了在研磨时使用1200支相当细的砂轮时的实验结果。但GaAs等脆弱材料的强度，众所周知在磨削该衬底背面时受损的地方多，强度因磨削条件而产生很大变化。通过使用更细致的砂轮可以增加强度。但因为切削速度变慢，在使用过细的砂轮方面有限度。另外，也曾考虑除去磨削步骤，从一开始就在基板上进行加工，但从GaAs衬底强度这一点来看很困难。
自扫描型发光元件阵列芯片因在构造上可以制造得非常窄，所以具有降低芯片成本的可能性。但是，根据要将多数发光点排列为一行的要求，芯片成为5mm或5mm以上的长度，成为非常细长的形状，容易折断，因而在将芯片变窄这一点上是有限度的。但是，根据以上见解，通过将Si作为衬底，就能很好地处理，提高0.2mm或0.2mm以下的芯片的成品率。
另外，本实施例将以下情形作为例子举出：即作为栅失配缓和层，将InGaAs/GaAs的畸变超栅极放置于Si衬底上，在其上使AlGaAs外延成长的情形。但作为栅失配缓和层可以是别的构成。另外，使之成长的膜不限于AlGaAs，可以是由III族元素B、Al、Ga、In，V族元素N、P、As、Sb组成的III-V族化合物，或由II族元素Zn、Cd，VI族元素O、S、Se、Te组成的II-VI族化合物半导体。
另外，也可以是例如在GaAs衬底上成长的外延层上制成元件后，用研磨或化学蚀刻等方法除去GaAs衬底的大部分，粘贴到Si衬底上的膜。即，作为机械构造材料，如使用Si也可同样得到本发明的效果。
这种构造的自扫描型发光元件阵列芯片，是通过在GaAs衬底上形成由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列，除去GaAs衬底，在被除去GaAs衬底的部分粘贴上Si衬底，研磨Si衬底，切割成自扫描型发光元件阵列芯片制作而成。
(实施例2)
在实施例1中，对使用Si衬底的0.17mm(宽)×5.4mm(长)×0.3mm(厚)尺寸的芯片进行了说明。
如在以往的技术中所说明的那样，通过在光写入头上使用自扫描型发光元件阵列芯片，能骤减线焊接数。例如，在A3尺寸用的光写入头上配置256发光点的自扫描型发光元件阵列芯片，制作成1200dpi的发光元件阵列时，线焊接数约从15000条减到1300条。
但是，排列发光元件阵列芯片的管芯焊接操作次数仍与以往一样。为了缩短该操作时间，可以增长芯片的长度，减少每1根写入光头平均的芯片数。以往的GaAs衬底，因其机械性脆弱，所以如制作过长的芯片则变得容易折断。另外，GaAs衬底存在难以得到大口径的基板，如制作过长的芯片则芯片获得数量减少的问题。
因此，通过在Si衬底上制作自扫描型发光元件阵列，可以制作衬底厚0.3mm、长度为实施例1的芯片3倍的16.2mm长的芯片。使用该芯片试制光写入头，不发生芯片折断。每1根写入光头平均的芯片数为原来的1/3，管芯焊接所需时间缩短为原来的1/2.5。
另外，因Si是比GaAs硬的材料，所以切割时的卷刃少，可以高速切割。该特征在必须从1张基板切割出多个细长芯片的自扫描型发光元件阵列的制作中价值特别大。
(实施例3)
排列芯片来制作光写入头时，由于芯片表面的倾斜会导致发光点的副扫描方向偏移，所以希望尽可能将其减小。为此，要求较薄的芯片。特别是如芯片变窄，无法制作更薄的芯片，则其表面就会倾斜。为了减小芯片表面的倾斜，要求芯片的高度比宽小。因此，用研磨机将0.6mm厚的Si衬底磨削为0.1mm厚。即使是这个厚度，在芯片的管芯焊接等时无特别的障碍也不会发生芯片折断。
芯片倾斜的影响按芯片变薄的程度而减少，副扫描方向偏移的标准偏差约减少至0.3mm厚时的1/3。
另外，因为作为发热源的芯片表面与背面间的距离变短，所以热阻降低，因发光产生的芯片温度上升受到抑制。以往的0.3mm厚的GaAs衬底，热阻约为1000K/W，但0.1mm厚的Si衬底，加上Si的热传导率比GaAs高2倍，热阻降低到约400K/W。因此，如用10mW/芯片的平均电力使其发光，则由以前的温度上升10℃变为现在的4℃。该温度上升不是在芯片内平均发生，而是成为某种固有的温度分布，产生光量分布。因此，热阻的改善就是光量分布的改善。
(实施例4)
通过使用在Si衬底上通过栅失配缓和层部分地形成GaAs外延膜的技术，在Si衬底侧制作驱动电路，在GaAs衬底侧制作发光元件阵列，相互配线，能实现将减少了焊接用焊盘数的发光元件阵列芯片制作成单片。但是，驱动电路因需要一定数量的发光元件，所以芯片的面积变大。
通过在发光元件阵列上使用自扫描型发光元件阵列，例如在图4所示构造的自扫描型发光元件阵列中，驱动电路使用1、2、Sin用的3个焊盘就可以解决问题。因此，即使是内置驱动电路，也不增加芯片面积。
因此，在本实施例中，在Si衬底的一部分上通过栅极失配层形成由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列，可以在Si衬底侧制作多个驱动电路。
图7表示这样制作的自扫描型发光元件阵列芯片的构造。在Si衬底30的一部分上，通过栅极失配层形成有由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列40。在Si衬底30上设置有VDD电源焊接用焊盘42、VSS电源焊接用焊盘44、1用焊接用焊盘46、2用焊接用焊盘48、Sin用焊接用焊盘50。
从VDD电源焊接用焊盘42延出的VDD电源线52与自扫描型发光元件阵列40的VGK端子连接。VSS电源焊接用焊盘延出的VSS电源线54与自扫描型发光元件阵列40的阴极共通电极连接。在VDD电源线52和VSS电源线54间形成有1用CMOS驱动器56、2用CMOS驱动器58、Sin用CMOS驱动器60。各驱动器的输入端子与各焊接用焊盘连接。驱动器56的输入端子经电阻62与自扫描型发光元件阵列40的1端子连接，驱动器58的输入端子经电阻64与2端子连接，驱动器60的输入端子经电阻66与Sin端子连接。
这样，因为驱动器使用1、2、Sin用的3个焊盘就可以解决问题。所以即使是内置驱动电路，也不增加芯片面积。
(实施例5)
下面，对使用以上说明的自扫描型发光元件阵列芯片的光写入头、使用这种光写入头的光打印机进行说明。
图8是表示光写入头主要部分的立体图。光写入头包括在安装衬底70上以交错配置排列多个自扫描型发光元件阵列芯片72而构成的自扫描型发光元件阵列74、和排列多个棒状等倍透镜76，而构成的棒状等倍透镜阵列78。从发光元件阵列74发出的光通过透镜阵列78聚光，照射在感光鼓(图未示)上。
图9表示具有这样光写入头80的光打印机的构成。在圆筒形感光鼓82的表面，制作有具有非结晶Si等光导电性的材料(感光体)。该感光鼓根据打印的速度转动。通过带电器84使转动着的感光鼓的感光体表面同样带电。之后，通过光写入头80将要打印字的点图像的光照射到感光体上，中和光照射处的带电。接着，通过显影器88，根据感光体上的带电状态，将打印粉涂到感光体上。之后，通过复制器90将打印粉复制到从纸盒92中送来的用纸94上。用纸通过固定器96加热等固定，并送到接纸箱98。另一方面，结束复制的感光鼓通过删除灯100全面中和带电，通过净化器102清除残存的打印粉。
产业上的可应用性
根据本发明，可以实现具有以下效果的自扫描型发光元件芯片：
(1)与以往使用GaAS衬底的芯片相比，能增大芯片强度。
(2)为了能增大芯片强度，可以使芯片的宽度变窄，能增加从基板获得的芯片数量，能进一步降低成本。
另外，本实施例的光写入头及光打印机具有以下效果：
(1)通过降低芯片宽度而增加从基板取得的芯片数量，所以能降低芯片的成本，能提供低成本的光写入头或光打印机。
(2)因为可以使用长芯片，所以能提高管芯焊接的生产率，能在短时间内生产光写入头。另外，也能提高光打印机的生产率。
(3)因为能使芯片的厚度变薄，所以能减少芯片的倾斜，能生产光量分布均匀的光写入头。进而，能通过芯片的薄型化来抑制发光时的温度上升，所以可以改善光头的光量分布。通过改善该光量分布，能提高光打印机的性能。
Claims (14)
1、一种自扫描型发光元件阵列芯片，具有：
Si衬底；和
在所述Si衬底上设置的由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列。
2、一种自扫描型发光元件阵列芯片，具有：
Si衬底；
形成在所述Si衬底上的栅失配缓和层；和
在所述栅失配缓和层上形成的由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列。
3、一种自扫描型发光元件阵列芯片，具有：
Si衬底；
形成在所述Si衬底的一部分上的栅失配缓和层；
在所述栅失配缓和层上形成的由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列；和
形成在所述Si衬底上的驱动电路。
4、如权利要求1、2或3所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：芯片的宽度在大于或等于0.03mm且小于或等于0.3mm的范围内。
5、如权利要求4所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：芯片的宽度在大于或等于0.05mm且小于或等于0.2mm的范围内。
6、如权利要求4所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：芯片的长度在大于或等于2mm且小于或等于100mm的范围内。
7、如权利要求6所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：芯片的长度在大于或等于5mm且小于或等于20mm的范围内。
8、如权利要求6所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：芯片的高度比芯片的宽度小。
9、如权利要求1、2或3所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：所述pnpn层是由作为III族元素的B、Al、Ga、In和作为V族元素的N、P、As、Sb组成的III-V族化合物半导体。
10、如权利要求1、2或3所述的自扫描型发光元件阵列芯片，其特征在于：所述pnpn层是由作为II族元素的Zn、Cd和作为VI族元素的O、S、Se、Te组成的II-VI族化合物半导体。
11、一种自扫描型发光元件阵列芯片的制造方法，是制造权利要求1所述的自扫描型发光元件阵列芯片的方法，该制造方法包括：
准备半导体衬底的步骤；
在所述半导体衬底上形成由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列的步骤；
除去所述半导体衬底的步骤；
在除去了所述半导体衬底的部分上粘贴Si衬底的步骤；
研磨所述Si衬底的步骤；和
切割成自扫描型发光元件阵列芯片的步骤。
12、一种自扫描型发光元件阵列芯片的制造方法，是制造权利要求2所述的自扫描型发光元件阵列芯片的制造方法，该制造方法包括：
准备Si基板的步骤；
在所述Si基板上形成栅失配缓和层的步骤；
在所述栅失配缓和层上形成由pnpn层构成的自扫描型发光元件阵列的步骤；
研磨所述Si基板背面的步骤；和
切割成自扫描型发光元件阵列芯片的步骤。
13、一种光写入头，具有：
排列权利要求1、2或3所述的自扫描型发光元件阵列芯片而构成的自扫描型发光元件阵列；和
对来自所述自扫描型发光元件阵列的光进行聚光的透镜阵列。
14、一种光打印机，具有：
权利要求13所述的光写入头；和
照射来自所述透镜阵列的被聚光的光的感光鼓。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP379676/2001 | 2001-12-13 | ||
| JP2001379676 | 2001-12-13 | ||
| JP341628/2002 | 2002-11-26 | ||
| JP2002341628A JP2003243696A (ja) | 2001-12-13 | 2002-11-26 | 自己走査型発光素子アレイチップ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1586016A true CN1586016A (zh) | 2005-02-23 |
| CN1322595C CN1322595C (zh) | 2007-06-20 |
Family
ID=26625035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB028225686A Expired - Fee Related CN1322595C (zh) | 2001-12-13 | 2002-12-10 | 自扫描型发光元件阵列芯片及制造方法、光写入头、光打印机 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7259397B2 (zh) |
| JP (1) | JP2003243696A (zh) |
| CN (1) | CN1322595C (zh) |
| TW (1) | TW200301575A (zh) |
| WO (1) | WO2003050888A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101546800B (zh) * | 2008-03-26 | 2013-05-01 | 日本冲信息株式会社 | 半导体发光装置、光学打印头以及图像形成装置 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100587328B1 (ko) * | 2003-10-16 | 2006-06-08 | 엘지전자 주식회사 | Ｌｅｄ 면광원 |
| US20060208265A1 (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and light emitting diode array |
| JP2007096160A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Oki Data Corp | 半導体複合装置、及びこれらを用いたプリントヘッド並びに画像形成装置。 |
| JP4682231B2 (ja) * | 2008-08-01 | 2011-05-11 | 株式会社沖データ | 光プリントヘッドおよび画像形成装置 |
| JP5636655B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2014-12-10 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光チップ、プリントヘッドおよび画像形成装置 |
| JP2014123712A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-07-03 | Ricoh Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JP6358826B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-07-18 | 株式会社沖データ | 半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置 |
| JP6170458B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2017-07-26 | 株式会社沖データ | 半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置 |
| JP2019046835A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | 株式会社沖データ | 半導体発光素子、半導体複合装置、光プリントヘッド、及び画像形成装置 |
| JP2020120018A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光装置、光学装置、光計測装置及び画像形成装置 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5814841A (en) * | 1988-03-18 | 1998-09-29 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Self-scanning light-emitting array |
| JP2790631B2 (ja) * | 1988-07-01 | 1998-08-27 | 日本板硝子株式会社 | 自己走査形発光素子アレイ |
| EP0335553B1 (en) * | 1988-03-18 | 1999-09-15 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Self-scanning light-emitting element array |
| JP2784010B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1998-08-06 | 日本板硝子株式会社 | 自己走査型発光素子アレイ |
| US5210052A (en) * | 1989-05-18 | 1993-05-11 | Fujitsu Limited | Method for fabricating a semiconductor substrate |
| EP0443332B1 (en) * | 1990-01-23 | 1995-08-23 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Optical gate array |
| JP3268731B2 (ja) * | 1996-10-09 | 2002-03-25 | 沖電気工業株式会社 | 光電変換素子 |
| JP3643225B2 (ja) * | 1997-12-03 | 2005-04-27 | ローム株式会社 | 光半導体チップ |
| JP3728093B2 (ja) * | 1998-03-31 | 2005-12-21 | 京セラ株式会社 | 半導体装置 |
| JP2000183325A (ja) * | 1998-12-16 | 2000-06-30 | Canon Inc | 半導体装置及びその形成方法 |
| EP1115162A4 (en) * | 1999-06-08 | 2003-06-11 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | EDGE LIGHT EMITTERING ARRANGEMENT WITH IMPROVED EXTERNAL LUMINOUS EFFICIENCY AND USE THEREOF IN A SELF-SCANNING LUMINOUS DIODE ARRANGEMENT |
| CN1322597C (zh) | 1999-08-23 | 2007-06-20 | 日本板硝子株式会社 | 发光闸流晶体管及自扫描型发光装置 |
| JP4587515B2 (ja) * | 2000-02-28 | 2010-11-24 | 京セラ株式会社 | 半導体発光装置の製造方法 |
| US6589335B2 (en) | 2001-02-08 | 2003-07-08 | Amberwave Systems Corporation | Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si |
-
2002
- 2002-11-26 JP JP2002341628A patent/JP2003243696A/ja active Pending
- 2002-12-10 US US10/498,669 patent/US7259397B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-10 CN CNB028225686A patent/CN1322595C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-10 WO PCT/JP2002/012896 patent/WO2003050888A1/ja active Application Filing
- 2002-12-13 TW TW091136145A patent/TW200301575A/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101546800B (zh) * | 2008-03-26 | 2013-05-01 | 日本冲信息株式会社 | 半导体发光装置、光学打印头以及图像形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7259397B2 (en) | 2007-08-21 |
| US20050087748A1 (en) | 2005-04-28 |
| JP2003243696A (ja) | 2003-08-29 |
| TWI299913B (zh) | 2008-08-11 |
| CN1322595C (zh) | 2007-06-20 |
| WO2003050888A1 (fr) | 2003-06-19 |
| TW200301575A (en) | 2003-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7923737B2 (en) | Three-terminal switch array device, combined semiconductor device, and image forming apparatus | |
| CN1586016A (zh) | 自扫描型发光元件阵列芯片 | |
| CN1838424A (zh) | 半导体合成装置、打印头和成像装置 | |
| CN1581525A (zh) | 发光半导体器件及其制造方法 | |
| CN1623239A (zh) | 具有pnpn构造的发光器件和发光器件阵列 | |
| CN1501493A (zh) | 具有半导体薄膜的组合半导体装置 | |
| CN1471735A (zh) | 在ⅲ-v族氮化物半导体基板上制作产生辐射的半导体芯片的方法以及产生辐射的半导体芯片 | |
| CN1941440A (zh) | 复合半导体器件、打印头以及成像装置 | |
| JP4490073B2 (ja) | 半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させる電気泳動プロセス | |
| JP2010177712A (ja) | 発光素子及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置 | |
| US6633322B2 (en) | Light emitting element array, optical printer head using the same, and method for driving optical printer head | |
| US6636252B2 (en) | Image exposure apparatus and image forming apparatus with it | |
| CN1734802A (zh) | 氮化物半导体发光元件及制造氮化物半导体发光元件的方法 | |
| CN1251688A (zh) | 发光元件及其制造方法 | |
| CN1931589A (zh) | 发光集成电路及光学头以及使用该光学头的图像形成设备 | |
| CN1196206C (zh) | 发光闸流晶体管矩阵阵列 | |
| CN1050719C (zh) | 半导体发光元件驱动电路 | |
| CN1481054A (zh) | 半导体激光装置及其制造方法 | |
| CN1178093C (zh) | 用于驱动液晶的集成电路 | |
| CN1612370A (zh) | 半导体发光器件及其制造方法 | |
| CN1260865C (zh) | 半导体激光装置的制造方法 | |
| CN1630109A (zh) | 半导体发光元件、其制造方法以及半导体装置 | |
| CN1299367C (zh) | 使用自扫描型发光器件阵列的光写入头 | |
| CN1163356C (zh) | 自扫描式发光装置 | |
| CN1251334C (zh) | A1GalnP系的发光二极管和用于制作该二极管的外延片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUJI XEROX CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NIPPON SHEET GLASS CO LTD Effective date: 20070720 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20070720 Address after: Tokyo, Japan, Japan Patentee after: Fuji Xerox Corp. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: Nippon Sheet Glass Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070620 Termination date: 20151210 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |