JP2018018950A - 半導体装置、発光素子アレイ、光プリントヘッド、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
《1−1》発光素子アレイ100
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置1を有する発光素子アレイ100の概略構造を示す平面図である。発光素子アレイ100は、電子写真方式の画像形成装置における露光装置としての光プリントヘッドに搭載される。図1に示されるように、発光素子アレイ100は、例えば、COB(Chip On Board)基板110と、COB基板110上に搭載された基板としての半導体基板120と、半導体基板120上に搭載された複数の半導体装置1(発光素子としての発光サイリスタ10)とを備えている。半導体基板120と複数の半導体装置1(発光サイリスタ10)とは、発光素子アレイチップを形成している。なお、光プリントヘッドは、後述する実施の形態6において説明される。
図2は、実施の形態1に係る半導体装置1(発光サイリスタ10)の構造(図1をII−II線で切る断面)を示す概略断面図である。図1及び図2に示されるように、実施の形態1に係る半導体装置1は、基板としての半導体基板120と、半導体基板120上に備えられ、駆動回路121によって駆動される発光素子としての発光サイリスタ10とを有している。
図3(a)から(f)は、実施の形態1に係る半導体装置1(発光サイリスタ10)の製造方法を概略断面によって示す工程説明図である。半導体装置1の製造は、図2に示される半導体基板120とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態1に係る半導体装置1によれば、Znを固相拡散して形成された第1の拡散部15を、ゲート電極193とオーミックコンタクトするp型ゲート領域とすることにより、エピタキシャル成長で形成されたp型ゲート層13の不純物濃度を高くすることなく、局所的に(第1の拡散部15のみで)不純物濃度を上げることができる。このため、第1の拡散部15とp型ゲート層13との間の良好なコンタクトの形成が可能となる。また、p型ゲート層13の不純物濃度を上げていないので、カソード電極192からn型カソード層14を通してp型ゲート層13に注入された電子が、p型ゲート層13の正孔と結び付く(再結合)割合は増加せず、n型ゲート層12に到達する電子の減少は僅かであり、発光サイリスタのスイッチング特性の悪化及びゲート電流の増加などの特性の低下は生じない。
《2−1》半導体装置2
図4は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置2(発光サイリスタ20)の構造を示す概略断面図である。図4に示されるように、実施の形態2に係る半導体装置2は、基板としての半導体基板220と、半導体基板220上に備えられ、駆動回路によって駆動される発光サイリスタ20とを有している。
図5(a)から(f)は、実施の形態2に係る半導体装置2(発光サイリスタ20)の製造方法を概略断面によって示す工程説明図である。半導体装置2の製造は、図4に示される半導体基板220とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態2に係る半導体装置2によれば、Znを固相拡散して形成された第1の拡散部25を、ゲート電極293とオーミックコンタクトするp型ゲート領域とすることにより、エピタキシャル成長で形成されたp型ゲート層23の不純物濃度を高くすることなく、局所的に(第1の拡散部25のみで)不純物濃度を上げることができる。このため、第1の拡散部25とp型ゲート層23との間の良好なコンタクトの形成が可能となる。
《3−1》半導体装置3
図6は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置3(発光サイリスタ30)の構造を示す概略断面図である。図6に示されるように、実施の形態3に係る半導体装置3は、基板としての半導体基板320と、半導体基板320上に備えられ、駆動回路によって駆動される発光サイリスタ30とを有している。
図7(a)から(f)は、実施の形態3に係る半導体装置3(発光サイリスタ30)の製造方法を概略断面によって示す工程説明図である。半導体装置3の製造は、図6に示される半導体基板320とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態3に係る半導体装置3によれば、Znを固相拡散した第1の拡散部35を用いることで、エピタキシャル成長で形成されたp型ゲート層33の不純物濃度を高くすることなく、第1の拡散部35の不純物濃度を上げることができる。このため、第1の拡散部35とp型ゲート層33との間の良好なコンタクトの形成が可能となる。
《4−1》半導体装置4
図8は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置4(npnバイポーラトランジスタ40)の構造を示す概略断面図である。図8に示されるように、実施の形態4に係る半導体装置4は、半導体基板(Si基板)420と、半導体基板420上に備えられ、駆動回路によって駆動されるnpnバイポーラトランジスタ40とを有している。
図9(a)から(f)は、実施の形態4に係る半導体装置4(npnバイポーラトランジスタ40)の製造方法を概略断面によって示す工程説明図である。半導体装置4の製造は、図8に示される半導体基板420とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態4に係る半導体装置4によれば、Znを固相拡散した第1の拡散部45を用いることで、エピタキシャル成長で形成されたp型ベース層43の不純物濃度を高くすることなく、第1の拡散部45の不純物濃度を上げることができる。このため、第1の拡散部45とp型ベース層43との間の良好なコンタクトの形成が可能となる。
《5−1》半導体装置5
図10は、本発明の実施の形態5に係る半導体装置5(pnpバイポーラトランジスタ50)の構造を示す概略断面図である。図10に示されるように、実施の形態5に係る半導体装置5は、基板としての半導体基板520と、半導体基板(Si基板)520上に備えられ、駆動回路によって駆動されるpnpバイポーラトランジスタ50とを有している。
図11(a)から(f)は、実施の形態5に係る半導体装置5(pnpバイポーラトランジスタ50)の製造方法を概略断面によって示す工程説明図である。半導体装置5の製造は、図10に示される半導体基板520とは異なる製造用基板150上で行われる。
以上に説明したように、実施の形態5に係る半導体装置5によれば、固相拡散法により形成された第1の拡散部55を用いることで、エピタキシャル成長で形成されたp型コレクタ層53の不純物濃度を高くすることなく、局所的に(第1の拡散部55のみで)不純物濃度を上げることができる。このため、第1の拡散部55とp型コレクタ層53との間の良好なコンタクトの形成が可能となる。
図12は、本発明の実施の形態6に係る光プリントヘッド200の概略構造を示す断面図である。光プリントヘッド200は、電子写真方式の画像形成装置としての電子写真プリンタの露光装置である。図12に示されるように、光プリントヘッド200は、ベース部材201と、COB基板110(図1にも示される)と、発光素子アレイチップとしての発光サイリスタアレイチップ203(例えば、図1に示される半導体基板120及び発光サイリスタ10を含む)と、複数の正立等倍結像レンズを含むレンズアレイ204と、レンズホルダ205と、クランパ206とを備えている。ベース部材201は、COB基板110を固定するための部材であり、その側面には、クランパ206を用いて、COB基板110、及び、レンズホルダ205をベース部材201に固定するための開口部202が設けられている。レンズホルダ205は、例えば、有機高分子材料などを射出成形することによって形成される。COB基板110は、発光サイリスタアレイチップ203を基板上に一体化したユニットである。発光サイリスタアレイチップ203は、駆動回路を有する基板(例えば、図1における半導体基板120)上に発光サイリスタアレイを備えた(複数の発光サイリスタを張り合わせた)ものである。レンズアレイ204は、発光サイリスタアレイチップ203の発光サイリスタアレイ(発光素子アレイ)から出射された光を像担持体としての感光体ドラム上に結像させる光学レンズ群である。レンズホルダ205は、レンズアレイ204をベース部材201の所定の位置に保持する。クランパ206は、ベース部材201の開口部202及びレンズホルダ205の開口部を介して、各構成部分を挟み付けて保持するバネ部材である。
Claims (16)
- 不純物としてアクセプタを含むp型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に備えられ、不純物としてドナーを含むn型の第2の半導体層と、
前記第1の半導体層に接するコンタクト部分を含み、前記コンタクト部分が前記第1の半導体層より高濃度のアクセプタを含む領域である、p型の第1の拡散部と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の拡散部は、前記第2の半導体層を貫通し、前記第1の半導体層の厚み方向の途中に底部を持つ領域である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 不純物としてアクセプタを含むp型の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層上に備えられ、不純物としてドナーを含むn型の第4の半導体層と
をさらに有し、
前記第1の半導体層は前記第4の半導体層上に備えられ、
前記第3の半導体層はp型アノード層であり、前記第4の半導体層はn型ゲート層であり、前記第1の半導体層はp型ゲート層であり、前記第2の半導体層はn型カソード層であり、前記半導体装置は前記第1の拡散部を通して前記第1の半導体層に入力されるゲート信号によって制御される発光サイリスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 不純物としてドナーを含むn型の第3の半導体層と、
前記第2の半導体層の厚み方向の途中に底部を持つ領域であり、前記第2の半導体層に接し、不純物としてアクセプタを含むp型の第2の拡散部と
をさらに有し、
前記第1の半導体層は前記第3の半導体層上に備えられ、
前記第3の半導体層はn型カソード層であり、前記第1の半導体層はp型ゲート層であり、前記第2の半導体層はn型ゲート層であり、前記第2の拡散部はp型アノード層であり、前記半導体装置は前記第1の拡散部を通して前記第1の半導体層に入力されるゲート信号によって制御される発光サイリスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体層は、第1の厚さの領域と、前記第1の厚さよりも薄い第2の厚さの領域とを有し、
前記第1の拡散部は前記第2の厚さの領域に配置され、前記第2の拡散部は前記第1の厚さの領域に配置され、前記第1の拡散部の深さ方向の高さと前記第2の拡散部の深さ方向の高さとは互いに等しい
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 不純物としてドナーを含むn型の第3の半導体層をさらに有し、
前記第1の半導体層は前記第3の半導体層上に備えられ、
前記第3の半導体層はn型コレクタ層であり、前記第1の半導体層はp型ベース層であり、前記第2の半導体層はn型エミッタ層であり、前記半導体装置は前記第1の拡散部を通して前記第1の半導体層に入力されるベース信号によって制御されるバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体層の厚み方向の途中に底部を持つ領域であり、前記第2の半導体層に接し、不純物としてアクセプタを含むp型の第2の拡散部をさらに有し、
前記第1の半導体層はp型コレクタ層であり、前記第2の半導体層はn型ベース層であり、前記第2の拡散部はp型エミッタ層であり、前記半導体装置は前記第1の拡散部を通して前記第1の半導体層に入力されるコレクタ信号によって制御されるバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体層は、第1の厚さの領域と、前記第1の厚さよりも薄い第2の厚さの領域とを有し、
前記第1の拡散部は前記第2の厚さの領域に配置され、前記第2の拡散部は前記第1の厚さの領域に配置され、前記第1の拡散部の深さ方向の高さと前記第2の拡散部の深さ方向の高さとは互いに等しい
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体層は、前記第2の半導体層に覆われていない第1の領域を有し、
前記第1の拡散部は、前記第1の半導体層の厚み方向の途中に底部を持つ領域である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 不純物としてアクセプタを含むp型の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層上に備えられ、ドナーを含むn型の第4の半導体層と
をさらに有し、
前記第1の半導体層は前記第4の半導体層上に備えられ、
前記第3の半導体層はp型アノード層であり、前記第4の半導体層はn型ゲート層であり、前記第1の半導体層はp型ゲート層であり、前記第2の半導体層はn型カソード層であり、前記半導体装置は前記第1の拡散部を通して前記第1の半導体層に入力されるゲート信号によって制御される発光サイリスタである
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 前記第1の拡散部に拡散されている不純物は亜鉛であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1の拡散部及び前記第2の拡散部に拡散されている不純物は亜鉛であることを特徴とする請求項4、5、7、及び8のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を駆動させる駆動回路と
を有し、
前記複数の発光素子の各々は、前記請求項1から5、9、及び10のいずれか1項に記載の半導体装置である
ことを特徴とする発光素子アレイ。 - 請求項13に記載の発光素子アレイを有することを特徴とする光プリントヘッド。
- 不純物としてアクセプタを含むp型の第1の半導体層を形成し、前記第1の半導体層上に、不純物としてドナーを含むn型の第2の半導体層を形成する工程と、
固相拡散法によって、前記第1の半導体層に接するコンタクト部分を有し、前記コンタクト部分が前記第1の半導体層より高濃度のアクセプタを含む領域である、p型の第1の拡散部を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 不純物としてアクセプタを含むp型の第1の半導体層を形成し、前記第1の半導体層上に、不純物としてドナーを含むn型の第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層を部分的にエッチングして、第1の厚さの領域を有する前記第2の半導体層に、前記第1の厚さよりも薄い第2の厚さの領域を形成する工程と、
固相拡散法によって、前記第2の半導体層の前記第2の厚さの領域に、前記第1の半導体層に接するコンタクト部分を有し、前記コンタクト部分が前記第1の半導体層より高濃度のアクセプタを含む領域である、p型の第1の拡散部を形成すると共に、前記第2の半導体層の前記第1の厚さの領域に、前記第2の半導体層の厚み方向の途中に底部を持つ領域であり、前記第2の半導体層に接し、不純物としてアクセプタを含むp型の第2の拡散部を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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