JP3214980B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えばページプリンタ用
感光ドラムの露光用光源として用いられる半導体発光装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ペー
ジプリンタ用感光ドラムの露光用光源として用いられる
半導体発光装置は、半導体基板上に複数の発光素子を例
えば8ドット/mmまたは12ドット/mmに列状に配
列して回路基板上に搭載し、この半導体発光装置をペー
ジプリンタ用感光ドラムと対峙させて、複数の発光素子
を選択的に発光させることにより、感光ドラムに印画情
報を供給するものである。
【0003】この従来の半導体発光装置を図5に示す。
図5に示す半導体発光装置は、例えばシリコンなどから
成る半導体基板11の一方の主面に、例えばガリウム砒
素やアルミニウム・ガリウム砒素などから成る島状の発
光素子12を設け、この発光素子12の表面および半導
体基板11の表面に例えば窒化シリコン膜などから成る
絶縁膜13を形成し、この絶縁膜13の発光素子12の
頂部に透孔13aを形成して個別電極14を設けると共
に、半導体基板11の裏面側に共通電極15を設けたも
のである。
【0004】この半導体発光装置を被着回路基板(不図
示)に搭載する場合、その共通電極15を導電性ペース
トを介して被着回路基板上の配線に接続し、各個別電極
14をボンディングワイヤーによって一つずつ被着回路
基板上の配線に接続することが行われている。ところ
が、各個別電極14を一つずつ被着回路基板上の配線に
ボンディングワイヤーで接続しようとすると生産性が低
下する。
【0005】そこで図6に示すように、半導体基板11
の一方の主面において各発光素子12毎に個別電極14
を形成すると共に、発光素子12の片側に共通電極15
を形成し、各個別電極14と共通電極15とに金バンプ
等の導電性部材16を形成し、その導電性部材16を透
光性ガラスなどから成る被着回路基板上の配線に押しつ
けながら樹脂を硬化させることによって樹脂の収縮力で
導電性部材16と被着回路基板の配線を当接させて接続
するマイクロバンプボンディング法などが提案されてい
る。なおマイクロバンプボンディング法では、導電性部
材16と被着回路基板の配線を当接させるだけで導通を
得ることから、導電性部材16の材料は、殆ど酸化され
ることない金(Au)を用いるのが一般的である。すな
わち当接部分に酸化膜が生成すると絶縁になる恐れがあ
る。
【0006】図6に示す半導体発光装置では、被着回路
基板に実装される半導体発光装置は、各個別電極14と
共通電極15とに形成される導電性部材16を介して支
持されることになるが、この導電性部材16は直径が約
50μm、高さが数十μmの金であり、荷重に対して弱
く、マイクロバンプボンディングの工程で半導体基板1
1が押圧されると変形し、その結果個別電極14が被着
回路基板に接触して変形し、発光素子12の発光特性が
バラついたり、個別電極14の表面が擦れて外観不良に
なるという問題があった。
【0007】またこのような導電性部材16は通常電解
メッキによって形成されるが、電解メッキを行う場合、
各個別電極14を共通に接続する配線が必要であると共
に、導電性部材16を形成しない箇所にはマスクを形成
しなければならず、形成工程が極めて煩雑であるという
問題があった。
【0008】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、ワイヤーボンディング法の生
産性の悪さを解消すると共に、発光素子や発光素子上の
電極が回路基板に擦れたりすることのない半導体発光装
置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体発光装置では、半導体基板の表
面に対向する複数の凸状部をこの半導体基板と一体に設
け、この複数の凸状部間に、この凸状部の高さより低い
島状の発光素子を設け、この発光素子の表面および半導
体基板の表面に絶縁膜を設けると共に、この絶縁膜の発
光素子の頂部および対向する一方の凸状部の頂部に透孔
を形成し、この発光素子の頂部から対向する他方の凸状
部の頂部にかけて個別電極を設けると共に、一方の凸状
部の頂部に共通電極を形成した。
【0010】
【作用】上記のように構成すると、対向する凸状部上が
個別電極および共通電極の接続端子部となって被着回路
基板と接続できるようになり、半導体発光装置を被着回
路基板上に実装する際に、発光素子または発光素子上の
電極が被着回路基板に接触したり、擦れたりすることが
なく、発光素子の発光特性のバラツキが解消できる。ま
た対向する凸状部上が個別電極および共通電極の接続端
子部となって被着回路基板と接続できるようになり、半
導体発光装置の機械的強度が増すと共に、ワイヤーボン
ディングの煩雑さが解消できる。さらに個別電極および
共通電極における被着回路基板の配線との当接部に格別
な導電性部材を設ける必要がないことから、微細化にも
対応できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳
細に説明する。図1は本発明に係る半導体発光装置の一
実施例を示す断面図であり、図2は平面図である。図1
および図2において、1は半導体基板、2は発光素子、
3は絶縁膜、4は個別電極、5は共通電極である。
【0012】半導体基板1は一導電側半導体不純物を含
有する単結晶シリコンなどから成る。この半導体基板1
上には、複数の対向する凸状部1a、1bが半導体基板
1と一体に形成されている。この凸状部1a、1bは後
に詳述するように、例えば凸状部1a、1b以外の部分
をエッチング除去することにより、半導体基板1と一体
に形成される。この凸状部1a、1bは、発光素子2よ
りも5〜10μm程度高くなるように形成される。
【0013】この凸状部1a、1b間には、発光素子2
が複数列状に設けられる。この発光素子2は、一導電側
半導体不純物を含有する例えばガリウム砒素および/ま
たはアルミニウム・ガリウム砒素などの化合物半導体2
a、および他の導電型半導体不純物を含有する例えばア
ルミニウム・ガリウム砒素および/またはガリウム砒素
などの化合物半導体で構成される。この場合、発光素子
2は高さが例えば3〜8μmに形成される。したがって
凸状部1a、1bは8〜18μm程度に形成すればよ
い。なお絶縁膜3の厚みは、0.5μm程度であり、個
別電極4と共通電極5の厚みも0.5μm程度である。
したがって絶縁膜3を個別電極4または共通電極5を含
めた高さも発光素子2部分は凸状部1a、1b部分より
も5〜10μm程度低くなる。
【0014】発光素子2の表面および半導体基板1の表
面には、例えば窒化シリコン膜などから成る絶縁膜3が
形成される。この絶縁膜3の発光素子2の頂部と凸状部
1bの頂部には透孔3a、3bが形成されている。
【0015】この透孔部3aから一方の凸状部1aにか
けて個別電極4が形成され、他方の凸状部1bの頂部に
共通電極5が形成されている。この個別電極4および共
通電極5は、金の一層構造のものやクロムと金の二層構
造のもので構成され、個別電極4と共通電極5がスパッ
タリング法や真空蒸着法で同時に同一厚みに形成されて
パターニングされる。したがって個別電極4および共通
電極5を含めた凸状部1a、1bの高さも、個別電極4
を含めた発光素子2の高さより高くなる。
【0016】このように構成された半導体発光装置を、
被着回路基板6に実装する。被着回路基板6は、例えば
透孔性ガラスなどで構成され、その一主面には例えばア
ルミニウムなどから成る個別電極配線7と共通電極配線
8が形成されている。半導体発光装置を被着回路基板6
に搭載する場合、半導体発光装置の個別電極4と共通電
極5の当接部分に亜鉛をコートして200〜300℃程
度の温度で合金化するか、日着回路基板6の配線7、8
の当接部分にチタン(Ti)をコートして200〜30
0℃程度の温度で合金化することにより実装すればよ
い。また被着回路基板6の配線7、8の当接部分に金バ
ンプ(導電性部材)を形成して、光硬化型または熱硬化
型樹脂の収縮力で当接させることにより接続してもよ
い。いずれの場合も、凸状部1a、1bは発光素子2よ
りも高いことから、発光素子2や個別電極4が被着回路
基板6に接触したり、擦れることはない。
【0017】個別電極4から共通電極5に向けて電流を
流すと、発光素子2の半導体接合部で発光し、発光した
光が発光素子2の被着回路基板6側に取り出され、被着
回路基板6を透過して、例えばページプリンタの感光用
ドラム(不図示)に照射される。
【0018】次に、本発明に係る半導体発光装置の製造
方法を図3および図4に基づいて説明する。まず図3
(a)に示すように、一導電型半導体不純物、例えばn
型半導体不純物を含有する半導体基板1に酸化シリコン
(SiO2 )膜1cを形成する。半導体基板1を単結晶
シリコンで構成する場合、この酸化シリコン膜1cは例
えば熱酸化法で形成することができる。
【0019】次に同図(b)に示すように、半導体基板
1の凸状部1a、1bの形成箇所のみに酸化シリコン膜
1cを残し、他の酸化シリコン膜1cをエッチング除去
する次に同図(c)に示すように、例えばフッ酸(H
F)および硝酸(HNO3 )を用いて酸化シリコン膜1
cが残っている箇所以外の半導体基板1をエッチングす
る。この段階で凸状部1a、1bが形成される。
【0020】次に同図(d)に示すように、半導体基板
1の露出部分に、一導電型半導体不純物を含有するガリ
ウム砒素層および/またはアルミニウム・ガリウム砒素
層2aを1.5〜4μmの厚みに形成し、他の導電型半
導体不純物、例えばp型半導体不純物を含有するガリウ
ム砒素層および/またはアルミニウム・ガリウム砒素層
2bを1.5〜4μmの厚みに形成する。このガリウム
砒素層および/またはアルミニウム・ガリウム砒素層2
a、2bは、例えばMOCVD(有機金属化学気相成
長)法などで形成される。
【0021】次に同図(e)に示すように、ガリウム砒
素層および/またはアルミニウム・ガリウム砒素層2
a、2bを硫酸、過酸化水素、およびKOHなどを水に
溶解させたエッチング液を用いてメサエッチングし、発
光素子2を形成する。
【0022】次に同図(f)に示すように、発光素子2
および半導体基板1の表面に窒化シリコン(SiNx
などから成る絶縁膜3を形成する。この絶縁膜3は、例
えばプラズマCVD法などで厚み0.5μm程度に形成
される。
【0023】次に図4(a)に示すように、発光素子2
の頂部と一方の凸状部1bの頂部の絶縁膜3に透孔3
a、3bを形成する。この透孔3a、3bもフォトレジ
ストを用いてエッチングすることにより形成される。
【0024】次に同図(b)に示すように、発光素子2
の頂部の透孔3aから一方の凸状部1aの頂部にかけて
個別電極4を形成すると共に、他方の凸状部1bの頂部
の透孔3b部分に共通電極5を形成する。この個別電極
4および共通電極5は、金の一層構造のもの、またはク
ロムと金の二層構造のものなどで構成され、スパッタリ
ング法や真空蒸着法で形成される。この場合、半導体基
板1がシリコンで共通電極5との接合部分にn型半導体
不純物を1×1018/cm3 程度含有し、ガリウム砒素
層および/またはアルミニウムガリウム砒素層2bが個
別電極4との接合部分にp型半導体不純物を1×1019
/cm3 程度含有していれば、充分にオーミックコンタ
クトをとることができる。
【0025】次に図1に示すように、透光性ガラスなど
から成る被着回路基板8に実装する。この場合、多少加
圧、加熱しても発光素子2部分が損傷することはない。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
装置によれば、半導体基板の表面に対向する複数の凸状
部をこの半導体基板と一体に設け、この複数の凸状部間
に、この凸状部の高さより低い島状の発光素子を設け、
この発光素子の表面および半導体基板の表面に絶縁膜を
設けると共に、この絶縁膜の発光素子の頂部および対向
する一方の凸状部の頂部に透孔を形成し、この発光素子
の頂部から対向する他方の凸状部の頂部にかけて個別電
極を設けると共に、一方の凸状部の頂部に共通電極を形
成したことから、対向する凸状部上が個別電極および共
通電極の接続端子部となって被着回路基板と接続できる
ようになり、半導体発光装置を被着回路基板上に実装す
る際に、発光素子または発光素子上の電極が被着回路基
板に接触したり、擦れたりすることがなく、発光素子の
発光特性のバラツキが解消できる。また対向する凸状部
上が個別電極および共通電極の接続端子部となって被着
回路基板と接続できるようになり、半導体発光装置の機
械的強度が増すと共に、ワイヤーボンディングの煩雑さ
が解消できる。さらに個別電極および共通電極における
被着回路基板の配線との当接部に格別な導電性部材を設
ける必要がないことから、微細化にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体発光装置の一実施例を示す
断面図である。
【図2】本発明に係る半導体発光装置の一実施例を示す
平面図である。
【図3】本発明に係る半導体発光装置の製造工程の一部
を示す図である。
【図4】本発明に係る半導体発光装置の製造工程の一部
を示す図である。
【図5】従来の半導体発光装置を示す図である。
【図6】従来の他の半導体発光装置を示す図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、1a、1b・・・凸状部、2・・
・発光素子、3・・・絶縁膜、4・・・個別電極、5・
・・共通電極
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に対向する複数の凸状
    部をこの半導体基板と一体に設け、この複数の凸状部間
    に、この凸状部の高さより低い島状の発光素子を設け、
    この発光素子の表面および半導体基板の表面に絶縁膜を
    設けると共に、この絶縁膜の発光素子の頂部および対向
    する一方の凸状部の頂部に透孔を形成し、この発光素子
    の頂部から対向する他方の凸状部の頂部にかけて個別電
    極を設けると共に、一方の凸状部の頂部に共通電極を形
    成した半導体発光装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板と発光素子が異種の半導
    体から成ることを特徴とする請求項1に記載の半導体発
    光装置。
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