JP2009231340A - 半導体装置、ｌｅｄヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光部２を有する半導体装置１を所定の基板上の貼付け領域に貼付けるときに、貼付ける前に形成された上記発光部２のＰＮ接合領域と上記他の基板上に設けられている機能領域とを電気的に接続させるための正確な位置合わせを容易にすること。
【解決手段】 半導体装置１の両端に設けられた位置決め手段３ａは、貫通穴であり、上記所定の基板の貼付け領域に設けられた所定のパターンと照合し、上記半導体装置１の貼付け位置を位置決めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の半導体薄膜から形成される半導体装置、該半導体装置を含むＬＥＤヘッド、及び該ＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置に関する。

所定の基板上に半導体薄膜を形成し、剥離し、他の基板に貼り付け、所定の処理を施して形成される半導体装置を含むＬＥＤヘッドが普及している。この半導体装置を用いたＬＥＤヘッドは、素子の小型化に適合し、更にワイヤボンディングの回数を低減することができる等の長所を有している。
また、エピタキシャル成長によりＰＮ接合が形成されるメサ型に比べ、拡散法によりＰＮ接合を形成する技術も存在する。この拡散型のＬＥＤはメサ型ＬＥＤと比較して、かかる半導体装置の製法では工程数の低減や発光効率の向上等の点で優れている。
特開２００４−１７９６４６号公報

拡散法によれば、ＰＮ接合の形成工程において半導体薄膜を高温にしなければならない。従って、該半導体薄膜を上記他の基板上に貼付けた後に高温にしたのでは、該他の基板が熱により損傷され易くなる。そこで、半導体薄膜を上記他の基板上に貼付ける前にＰＮ接合が形成され、その後に上記他の基板上に貼付けられるという工程が採用されている。このような工程を採用すると、半導体薄膜を上記他の基板上に貼付けるときに、貼付ける前に形成されたＰＮ接合領域と上記他の基板上に設けられている機能領域とを電気的に接続させるための正確な位置合わせが難しくなるという解決すべき課題が発生していた。

第１の発明は、複数の半導体薄膜の積層からなる半導体装置であって、所定の基板の貼付け領域に、上記半導体薄膜の貼付け位置を位置決めする位置決め手段を備えることを主要な特徴とする。

第２の発明は、複数の半導体薄膜の積層からなる半導体装置であって、所定の基板の貼付け領域に設けられた位置合わせパターンに、照合可能な外縁を備えることを主要な特徴とする。

本発明によれば、位置決め手段を備えるので、半導体装置を所定の基板上の貼付け領域に貼付けるときに、貼付ける前に形成されたＰＮ接合領域と上記他の基板上に設けられている機能領域とを電気的に接続させるための正確な位置合わせが容易になるという効果を得る。

本発明では、上記のように半導体薄膜を他の基板上に貼付ける前にＰＮ接合を形成し、その後上記他の基板上に貼付けるという工程が採用されている。ここでは、その構成及び製法の概要について説明する。

図１７は、半導体薄膜製造プロセスの説明図（その１）である。
図１８は、半導体薄膜製造プロセスの説明図（その２）である。
図１９は、半導体薄膜製造プロセスの説明図（その３）である。
図２０は、図１９のＳ１−Ｓ１断面矢視図である。

図１７に示す半導体薄膜１０３の形成は、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により実行される。ＧａＡｓ基板１２１上にＧａＡｓバッファ層１２２、（ＡｌＧａ）ＩｎＰエッチングストップ層１２３、及びＡｌＡｓ剥離層（犠牲層）１２４が順に成膜される。

次に、ＡｌＡｓ剥離層（犠牲層）１２４上にＧａＡｓバッファ層１１１と、ＡｌＧａＡｓ下クラッド層１１２と、ＡｌＧａＡｓ活性層１１３と、ＡｌＧａＡｓ上クラッド層１１４と、ＧａＡｓコンタクト層１１５ａとが成膜される。ここでＩｎＰエッチングストップ層１２３の成膜は省かれても良い。

次に図１８に示すように、半導体薄膜１０３の上に絶縁膜１１７ａが成膜される。この絶縁膜１１７ａには開口部が設けられ、拡散領域となる部分のＧａＡｓコンタクト層１１５ａがエッチングにより除去され、拡散領域となる部分の表面が露出される。その後、固相拡散法などにより亜鉛（Ｚｎ）からなるＰ型不純物が拡散され、Ｚｎ拡散領域１１６が形成される。

次に図１９及び図２０に示すように、例えば、１０％ＨＦ（フッ化水素）液により、ＡｌＡｓ剥離層１２４が選択的に除去される。ＡｌＡｓ剥離層１２４に対するエッチング速度は、ＡｌＧａＡｓ下クラッド層１１２〜ＡｌＧａＡｓ上クラッド層１１４、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓコンタクト層１１５、ＧａＡｓ基板１２１、ＧａＡｓバッファ層１２２およびＩｎＰエッチングストップ層１２３に対するエッチング速度に比べ格段に大きいので、ＡｌＡｓ層のみが選択的にエッチングされ半導体薄膜１０３がＧａＡｓ基板１２１から分離される。このようにして形成された半導体薄膜１０３は以下の工程を経てＬＥＤヘッドになる。

図２１は、本発明によるＬＥＤヘッドの製法説明図である。
（ａ）に於いて１０は基板である。ここでは１例としてＳｉ基板を用いている。１は半導体装置である。この半導体装置１は、上記図１７〜図２０を経て製造された半導体薄膜１０３が所定の外形寸法に切断され、更に、後に実施例で詳細に説明する位置決め手段３が設けられることにより形成される。

図に示すように、半導体装置１は、基板１０の所定の位置に分子間力などにより接合される。このときに半導体装置１を、基板１０の所定の位置に正確に位置決めするために位置決め手段３が用いられる。

（ｂ）に於いて、所定の個別配線８が設けられた後、（ｄ）に示すように所定の切断設定に基づいて切断され、ＬＥＤ／駆動ＩＣチップ５が形成される。以下に実施例として、本発明による半導体装置に最適に適合される、位置決め手段３の構成、機能及び製法について、実施例１から３まで、その具体例をあげて詳細に説明する。

図１は、実施例１の半導体装置の平面図である。
図２は、実施例１の半導体基板の平面図である。
図に於いて、１は、半導体装置である。２は、半導体装置１に形成されている発光部である。３ａは、半導体装置１上にエッチングプロセスにより作られた半導体装置側の位置決め手段である。この位置決め手段３ａは、半導体装置１の両端に形成され、基板１０上に設けられた所定のパターンと照合可能な貫通穴である。

４は、半導体装置１の貼付け領域である。３ｂは、基板１０側に設けられた位置決め手段である。この位置決め手段３ｂは、上記位置決め手段３ａと照合するために、基板１０上に設けられた所定のパターンである。６は基板上に設けられている所定の回路パターンである。１０は基板である。ここでは一例としてＳｉ基板が用いられている。

図に示す基板１０に設けられている貼付け領域４に半導体装置１が貼付けられ、図２１に示す工程を経てＬＥＤ／駆動ＩＣチップ５（図２１）が形成される。この貼付け領域４には、図示しない配線パターン等の形成時に同時に位置決め手段３ｂが設けられている。この貼付け工程では、貼付け領域４の上方に半導体装置１が保持される。作業者は、かかる状態で半導体装置１の上面から半導体装置１に設けられた位置決め手段３ａを通して基板１０に設けられた位置決め手段３ｂを覗きながら両者の位置合わせを実行することになる。

このときに、半導体装置１と基板１０との間に、半導体装置１に設けられた位置決め手段３ａと基板１０に設けられた位置決め手段３ｂとを同時に観撮できるカメラを挿入することも可能である。このようにして基板１０の貼付け領域４の上方に半導体装置１が正確に位置決めされ保持される。しかる後、両者は分子間力などにより接合される。

図３は、実施例１の位置決め手段の製法を説明する断面図である。
この図は、半導体装置１に位置決め手段３ａを設ける工程の概略を説明する図である。
（１）に示すように、ＧａＡｓ基板１２１の表面に形成された半導体薄膜１０３上に絶縁膜１１７ａが成膜され、その後エッチングにより発光部２を形成するための開口部Ａが設けられる。

ＧａＡｓ基板１２１がｎ型基板の場合には、Ｚｎなどの不純物を開口部Ａから半導体薄膜１０３へ熱拡散することによりｐ型領域が形成される。その結果半導体薄膜１０３内にｐｎ接合領域が形成され、発光部２が形成される。このとき、ＧａＡｓ基板１２１の表面には位置決め手段を形成するための開口部Ｂも設けられる。

次に（２）に示すように、所定のパターンに基づいてレジスト領域１１８が形成される。この工程は一般的なフォトリソグラフィ法で形成される。このようにしてレジスト領域１１８が形成されたＧａＡｓ基板１２１はウェットエッチング法などにより、（３）に示すように薄膜半導体素子１（図１）の外周と位置決め手段３ａ（開口部Ｂが該当）とがエッチングされる。

次に（３）に示すように、例えば、上記のように１０％ＨＦ（フッ化水素）液により、ＡｌＡｓ剥離層１２４が選択的に除去される。ＡｌＡｓ剥離層１２４に対するエッチング速度は、ＡｌＧａＡｓ下クラッド層１１２〜ＡｌＧａＡｓ上クラッド層１１４、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓコンタクト層１１５、ＧａＡｓ基板１２１、ＧａＡｓバッファ層１２２およびＩｎＰエッチングストップ層１２３に対するエッチング速度に比べ格段に大きいので、ＡｌＡｓ層のみが選択的にエッチングされ半導体装置１がＧａＡｓ基板１２１から分離される。該半導体装置１には位置決め手段３ａが形成されている。

以上説明したように、本実施例によれば、半導体装置１に位置決め手段３ａを設け、更に基板１０に位置決め手段３ｂを設けることにより、半導体装置１と基板１０との正確な位置合わせが容易になるという効果を得る。

図４は、実施例２の半導体装置の平面図である。
図５は、実施例２の半導体基板の平面図である。
上記実施例１では、図１及び図２に示すように、半導体装置１に位置決め手段３ａを、基板１０に位置決め手段３ｂを、それぞれ設けることによって半導体装置１と基板１０との位置決めを行っていた。これに対して、本実施例では、図に示すように、半導体装置１１の４隅に切欠け部１８が、基板２０の貼付け領域２４の４隅に隅パターン１９が、それぞれ設けられている。

切欠け部１８は、上記図３に示す工程に於いて、位置決め手段３ａに替えて切欠け部１８を４隅に設けることにより実施例１と類似する工程を経て容易に形成される。

又、隅パターン１９は、基板２０に設けられている貼付け領域２４に半導体装置１１が貼付けられる。この貼付け領域２４には、図示しない配線パターン等の形成時に同時に、その４隅に設けられている。

半導体装置１１と基板２０との貼付け工程では、貼付け領域２４の上方に半導体装置１１が保持される。作業者は、かかる状態で半導体装置１１の上面から半導体装置１１の４隅に設けられた切欠け部１８と、基板２０の４隅に設けられた隅パターン１９とを対比しながら両者の位置合わせを実行することになる。

このときに、上記実施例１で説明したように、半導体装置１１と基板２０との間に、半導体装置１１の４隅に設けられた切欠け部１８と基板２０の４隅に設けられた隅パターン１９とを同時に観撮できるカメラを挿入することも可能である。このようにして基板２０の貼付け領域２４の上方に半導体装置１１が正確に位置決めされ保持される。しかる後、両者は分子間力などにより接合される。

以上説明したように本実施例によれば、半導体装置１１の４隅に切欠け部１８を設け、基板２０の４隅に設けられた隅パターン１９とを位置合わせすることにより、半導体装置１１と基板２０との正確な位置合わせが容易になるという効果を得る。又、切欠け部１８を半導体装置１１の４隅に設けたので、半導体装置１１の面積を大きくする必要が無くなるため、一度に形成できる半導体装置１１の数量を増加させることが可能になるという効果を得る。

図６は、実施例３の半導体装置の平面図である。
図７は、実施例３の半導体基板の平面図である。
上記実施例２では、図４及び図５に示すように、半導体装置１１の４隅に切欠け部１８を、基板２０の貼付け領域２４の４隅に隅パターン１９を、それぞれ設けることによって半導体装置１１と基板２０との位置決めを行っていた。これに対して、本実施例では、図に示すように、基板３０の貼付け領域３４の周辺に位置合わせパターン３８が設けられている。

位置合わせパターン３８は、基板３０に設けられている貼付け領域３４の外縁として形成されている。この位置合わせパターン３８に半導体装置３１の外縁を一致させた状態で半導体装置３１が貼付けられる。この位置合わせパターン３８は、図示しない配線パターン等が貼付け領域３４に形成されるときに同時に形成される。

半導体装置３１と基板３０との貼付け工程では、貼付け領域３４の上方に半導体装置３１が保持される。作業者は、かかる状態で半導体装置３１の上面から、半導体装置３１と基板３０の上に設けられた位置合わせパターン３８とを対比しながら両者の位置合わせを実行することになる。

このときに、上記実施例１で説明したように、半導体装置３１と基板３０との間に、半導体装置３１の外縁と基板３０に設けられた位置合わせパターン３８とを同時に観撮できるカメラを挿入することも可能である。このようにして基板３０の貼付け領域３４の上方に半導体装置３１が正確に位置決めされ保持される。しかる後、両者は分子間力などにより接合される。

以上説明したように、本実施例によれば、基板３０上の貼付け領域３４に半導体装置３１の外縁と一致した位置合わせパターン３８を設けることにより、半導体装置３１と基板３０との正確な位置合わせが容易になるという効果を得る。又、半導体装置３１自体の形状を変形する必要が無くなるので全面積に発光素子を作ることが可能になるという効果をえる。

本実施例では、上記実施例１から実施例３で説明した半導体装置を含むＬＥＤヘッド及び該ＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置について説明する。
図８は、本発明のＬＥＤヘッドを用いたプリンタヘッドの説明図である。
図９は、ＬＥＤヘッドの平面配置図である。
図に示すように、ベース部材４０１上には、ＬＥＤヘッド４０２が搭載されている。このＬＥＤヘッド４０２には、上記実施例１から実施例３に記載した何れかの半導体装置が実装されている。又、図に示すように、実装基板４０２ｅ上には、発光部と駆動部を複合した半導体複合装置（上記ＬＥＤ／駆動ＩＣチップ５（図２１）が該当する）が、発光部ユニット４０２ａとして長手方向に沿って複数個配置されている。実装基板４０２ｅ上には、その他に、電子部品が配置される配線が形成されている。又電子部品実装エリア４０２ｂ、４０２ｃ、及び外部から制御信号や電源などを供給するためのコネクタ４０２ｄ等が設けられている。

発光部ユニット４０２ａの発光部上方には、発光部から出射された光を集光する光学素子としてのロッドレンズアレイ４０３が配設されている。このロッドレンズアレイ４０３は、柱状の光学レンズを発光部ユニット４０２ａの直線状に配列された発光部に沿って多数配列されたもので、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ４０４によって所定位置に保持されている。

このレンズホルダ４０４は、図に示すように、ベース部材４０１及びＬＥＤヘッド４０２を覆うように形成されている。ベース部材４０１、ＬＥＤヘッド４０２、及びレンズホルダ４０４は、ベース部材４０１及びレンズホルダ４０４に形成された開口部４０１ａ、４０４ａを介して配設されるクランパ４０５によって一体的に挟持されている。従って、ＬＥＤヘッド４０２で発生した光は、ロッドレンズアレイ４０３を通して、所定の外部部材に照射される。このＬＥＤプリントヘッド４００は、例えば電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。

図１０は、本発明の画像形成装置の要部構成図である。
図に示すように、画像形成装置３００内には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を、各々に形成する４個のプロセスユニット３０１〜３０４が、記録媒体３０５の搬送経路３２０に沿って、その上流側から順に配置されている。プロセスユニット３０１〜３０４の内部構成は共通しているため、例えばシアンのプロセスユニットを例にとり、内部構成について説明する。

プロセスユニット３０３には、像担持体として感光体ドラム３０３ａが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム３０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム３０３ａの表面に電気供給して帯電させる帯電装置３０３ｂ、帯電された感光体ドラム３０３ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置３０３ｃが配設される。更に、静電潜像が形成された感光体ドラム３０３ａの表面に、シアンのトナーを付着させて現像する現像装置３０３ｄ、及び、感光体ドラム３０３ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置３０３ｅが配設される。尚、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源、及び、ギアによって回転させられる。

又、画像形成装置３００は、その下部に、紙などの記録媒体３０５を堆積した状態で収納する用紙カセット３０６を装着し、その上方には記録媒体３０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ３０７が配設されている。更に、記録媒体３０５の搬送方向における、このホッピングローラ３０７の下流側には、ピンチローラ３０８、３０９と共に記録媒体３０５を挟持することによって、記録媒体３０５の斜行を修正し、プロセスユニット３０１〜３０４に搬送するレジストローラ３１０、３１１が配設されている。これらのホッピングローラ３０７、及びレジストローラ３１０、３１１は、図示しない駆動源、及びギアによって連動回転される。

プロセスユニット３０１〜３０４の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ３１２が配設されている。各感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａ上のトナーを記録媒体３０５に付着させるために、各感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａの表面とこれらの各転写ローラ３１２の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

定着装置３１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体３０５上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着される。また、排出ローラ３１４、３１５は、定着装置３１３から排出された記録媒体３０５を、排出部のピンチローラ３１６、３１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部３１８に搬送する。尚、排出ローラ３１４、３１５は、図示されない駆動源、及び、ギアによって連動回転する。ここで使用される露光装置３０３ｃには、ＬＥＤユニットが搭載されている。

次に、画像形成装置の動作について説明する。まず、用紙カセット３０６に堆積した状態で収納されている記録媒体３０５がホッピングローラ３０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。その後、記録媒体３０５は、感光体ドラム３０１ａ及び転写ローラ２１２に挟持され、その記録画面にトナー画像が転写されると同時に感光体ドラム３０１ａの回転によって搬送される。

同様にして、記録媒体３０５は、順次プロセスユニット３０２〜３０４を通過し、その通過過程で、各露光装置３０１ｃ〜３０４ｃにより形成された静電潜像を、現像装置３０１ｄ〜３０４ｄによって現像した各色のトナー像が、その記録画面に順次転写され重ね合わされる。そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わされた後、定着装置３１３によってトナー像が定着された記録媒体３０５は、排出ローラ３１４、３１５及びピンチローラ３１６、３１７に挟持されて、画像形成装置３００の外部の記録媒体スタッカ部３１８に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体３０５上に形成される。

以上説明したように、実施例１〜実施例３に記載の半導体装置を含むＬＥＤヘッドを搭載することによって、高品質で信頼性の高い画像形成装置を得ることが出来るという効果を得る。

次に上記実施例１から実施例３までの変形例について説明する。
図１１は、実施例１の変形例の説明図（その１）である。
本発明は、上記実施例のみに限定されるものではない。図に示すように位置決め手段３ａを全ての半導体装置１に設ける必要は無い。即ち、半導体装置１を多数個含むウエハを一体として処理する場合には１個の半導体装置１に設けられていれば良い。

図１２は、実施例１の変形例の説明図（その２）である。
図１３は、実施例１の変形例の説明図（その３）である。
上記実施例１では位置決め手段３ａ及び位置決め手段３ｂは、半導体装置１及び基板１０のそれぞれ両端に設けられていたが、更に中央部に設けても良い。こうすることにより、より一層位置合わせが正確に実行される。

図１４は、実施例２の変形例の説明図（その１）である。
図１５は、実施例２の変形例の説明図（その２）である。
上記実施例２では切欠け部１８及び隅パターン１９は半導体装置１１及び基板２０の４隅に設けられていたが、更に中央部に設けても良い。こうすることにより、より一層位置合わせが正確に実行される。

図１６は、実施例３の変形例の説明図である。
上記実施例３では、基板３０に設けられている貼付け領域３４の外縁全周にわたって形成されているが、外縁の一部のみに形成されていても良い。

実施例の説明では、本発明をＬＥＤ素子に適用した場合について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。即ち、基板上に薄膜チップを接合するあらゆる種類の発光素子に適用可能である。

実施例１の半導体装置の平面図である。 実施例１の半導体基板の平面図である。 実施例１の位置決め手段の製法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置の平面図である。 実施例２の半導体基板の平面図である。 実施例３の半導体装置の平面図である。 実施例３の半導体基板の平面図である。 本発明のＬＥＤヘッドを用いたプリンタヘッドの説明図である。 ＬＥＤヘッドの平面配置図である。 本発明の画像形成装置の要部構成図である。 実施例１の変形例の説明図（その１）である。 実施例１の変形例の説明図（その２）である。 実施例１の変形例の説明図（その３）である。 実施例２の変形例の説明図（その１）である。 実施例２の変形例の説明図（その２）である。 実施例３の変形例の説明図である。 半導体薄膜製造プロセスの説明図（その１）である。 半導体薄膜製造プロセスの説明図（その２）である。 半導体薄膜製造プロセスの説明図（その３）である。 図１９のＳ１−Ｓ１断面矢視図である。 本発明によるＬＥＤヘッドの製法説明図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 発光部
３ａ 位置決め手段（半導体装置側）

Claims (8)

1. 複数の半導体薄膜の積層からなる半導体装置であって、
   所定の基板の貼付け領域に、前記半導体薄膜の貼付け位置を位置決めする位置決め手段を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記位置決め手段は、
   前記所定の基板上に設けられた所定のパターンと照合可能な貫通穴であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記位置決め手段は、
   前記所定の基板上に設けられた所定のパターンと照合可能な切欠け部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記所定のパターンは前記基板上の４隅に配設される隅パターンであり、
   前記切欠け部は前記半導体装置の４隅に設けられる前記隅パターンと照合可能な切欠け部であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 複数の半導体薄膜の積層からなる半導体装置であって、
   所定の基板の貼付け領域に設けられた位置合わせパターンに、照合可能な外縁を備えることを特徴とする半導体装置。
6. 前記位置合わせパターンは内側形状が矩形であり、該矩形の寸法は前記半導体装置の外形寸法に等しく設定されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の半導体装置を含むことを特徴とするＬＥＤヘッド。
8. 請求項７に記載のＬＥＤヘッドを備えることを特徴とする画像形成装置。

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