JP3492862B2

JP3492862B2 - 発光ダイオードアレイの製造方法

Info

Publication number: JP3492862B2
Application number: JP22824696A
Authority: JP
Inventors: 達也岸本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2004-02-03
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: JPH1067136A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードアレ
イの製造方法に関し、特にページプリンタ用感光ドラム
の除電用光源などに用いられる発光ダイオードアレイの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
発光ダイオードアレイを図５および図６に示す。図６
は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図５および図６にお
いて、２１は半導体基板、２２は島状半導体層、２３は
個別電極、２４は共通電極である。

【０００３】半導体基板２１は、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基
板などから成る。島状半導体層２２は、ガリウム砒素や
アルミニウムガリウム砒素などの化合物半導体層などか
ら成り、一導電型を呈する半導体層２２ａと逆導電型を
呈する半導体層２２ｂから成る。一導電型を呈する半導
体層２２ａと逆導電型を呈する半導体層２２ｂの界面部
分で半導体接合部が形成される。この島状半導体層２２
は、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭ
ＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法でガリウム砒素や
アルミニウムガリウム砒素などから成る単結晶半導体層
を形成した後に、メサエッチングなどによって形成され
る。

【０００４】島状半導体層２２の表面部分には、例えば
窒化シリコン膜（Ｓｉ_xＮ_y）などから成る保護膜２５
が形成されており、この保護膜２５上には、例えば金
（Ａｕ）などから成る個別電極２３が形成されている。
この個別電極２３は、保護膜２５に形成されたスルーホ
ールを介して逆導電型を呈する半導体層２２ｂに接続さ
れており、逆導電型を呈する半導体層２２ｂの上面部分
から壁面部分を経由して、半導体基板２１の端面近傍ま
で、隣接する島状半導体層２２ごとに交互に他の端面側
に延在するように形成されている。また、半導体基板２
１の裏面側のほぼ全面には共通電極２４が形成されてい
る。

【０００５】島状半導体層２２ａ、２２ｂ、個別電極２
３および共通電極２４で個々の発光ダイオードが構成さ
れ、この発光ダイオードは半導体基板２１上に一列状に
並ぶように形成される。この場合、例えば個別電極２３
が発光ダイオードのアノード電極となり、共通電極２４
がカソード電極となる。なお、個別電極２３はその広幅
部分において外部回路とボンディングワイヤ（不図示）
などで接続される。

【０００６】このような発光ダイオードアレイでは、例
えば個別電極２３から共通電極２４に向けて順方向に電
流を流すと、逆導電型不純物を含有する半導体層２２ｂ
には電子が注入され、一導電型不純物を含有する半導体
層２２ａには正孔が注入される。これらの少数キャリア
の一部が多数キャリアと発光再結合することによって光
を生じる。また、列状に形成された発光ダイオードのい
ずれかの個別電極２３を選択して電流を流して発光させ
ることにより、例えばページプリンタ用感光ドラムの除
電用光源として用いられる。

【０００７】ところが、この従来の発光ダイオードアレ
イでは、半導体基板２１の表面側に形成した島状半導体
層２２上に、個別電極２３を設けると共に、半導体基板
２１の裏面側に共通電極２４を設けていることから、個
別電極２３と共通電極２４の形成工程が２回になり、製
造工程が煩雑になるという問題があった。また、個別電
極２３と共通電極２４が半導体基板２１の表裏両面にあ
ると、ワイヤボンディング法などによって外部回路と接
続する際に、その接続作業が困難であるという問題もあ
った。

【０００８】そこで、本出願人は特願平７−１９２８５
７号において、図７および図８に示すように、半導体基
板２１の表面部分に、一導電型を呈する半導体不純物を
高濃度に含有する領域２１ａを島状に形成して、この領
域２１ａ上に、一導電型を呈する下層半導体層２２ａを
領域２１ａよりも小面積となるように設けると共に、こ
の下層半導体層２２ａ上に逆導電型を呈する上層半導体
層２２ｂを設け、領域２１ａの露出部分に共通電極２４
ａ、２４ｂを接続して設け、上層半導体層２２ｂに個別
電極２３を接続して設けることを提案した。なお、上層
半導体層２２ｂ表面の個別電極２３接続部分は、図示さ
れていないが、逆導電型半導体不純物を高濃度に含有す
る。

【０００９】このように構成すると、半導体基板２１の
同じ側に個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂを設け
ることができ、個別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂ
を一回の工程で同時に形成できることから発光ダイオー
ドアレイの製造工程が簡略化される共に、個別電極２３
と共通電極２４ａ、２４ｂが同じ側に位置することから
ワイヤーボンディング法などによる外部回路との接続作
業も容易になる。なお、図８中、２５は窒化シリコン膜
などから成る保護膜である。

【００１０】また、図７に示すように、共通電極２４
ａ、２４ｂは隣接する島状半導体層２２ごとに異なる群
に属するように二群に分けて接続され、隣接する島状半
導体層２２が同じ個別電極２３に接続されている。

【００１１】このように共通電極２４ａ、２４ｂを二群
に分けて設け、隣接する島状半導体層２２が同じ個別電
極に接続されるように個別電極２３を設けると、電極パ
ターンが簡素化され、電極の短絡などを防止できると共
に、発光ダイオードを高精細化させても、これら電極２
３と外部回路との接続箇所数が減少すると共に、外部回
路との接続面積を大きくとることができるという利点が
ある。

【００１２】このような発光ダイオードアレイでは、個
別電極２３と共通電極２４ａ、２４ｂの組合せを選択し
て電流を流すことによって、各発光ダイオードを選択的
に発光させる。

【００１３】この従来の発光ダイオードアレイでは、２
個の発光ダイオードごとに個別電極２３を設けて外部回
路との接続箇所数の低減を図っているものの、さらに外
部回路との接続箇所数を減少させることが期待されてい
る。外部回路との接続箇所数を減少させるためには、例
えば図９に示すように、１つの個別電極２３に４個の発
光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄を接続すればよいが、そのため
には共通電極２４も４本必要となる。共通電極２４を４
本設けると配線が交差するため、多層構造にせざるを得
ず、絶縁膜の形成、絶縁膜のエッチング、２回目の電極
形成など製造工程が煩雑になるという問題があった。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて為されたものであり、１つの個別電極に３個以上
の発光ダイオードを接続すると製造が煩雑になるという
問題を解消できる発光ダイオードアレイを提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る発光ダイオードアレイの製造方法で
は、半導体基板上に、一導電型を呈する島状半導体層と
他の導電型を呈する島状半導体層から成る発光ダイオー
ドを列状に多数形成するとともに、この他の導電型を呈
する複数の島状半導体層ごとにひとつの個別電極に接続
し、この同じ個別電極に接続された複数の他の導電型を
呈する島状半導体層の下部に位置する一導電型を呈する
島状半導体層をそれぞれ異なる共通電極に接続した発光
ダイオードアレイの製造方法において、前記一導電型を
呈する島状半導体層のオーミックコンタクト層を前記半
導体基板に一導電型半導体不純物を高濃度に含有させて
形成するととともに、前記共通電極を前記半導体基板に
一導電型半導体不純物を高濃度に含有させて前記オーミ
ックコンタクト層と分離して同時に形成する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は本発明に係る方法に
よって製造される発光ダイオードアレイの一実施形態を
示す図、図２は同じく断面図であり、１は半導体基板、
２は一導電型を呈する島状半導体層、３は逆導電型を呈
する島状半導体層、４は個別電極、５は共通電極であ
る。

【００１７】半導体基板１は、２０００Ω−ｃｍ程度の
抵抗率を有する高抵抗半導体基板や逆導電型を呈する半
導体基板などから成り、単結晶シリコン（Ｓｉ）や単結
晶ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで構成される。

【００１８】この半導体基板１の表面部には一導電型半
導体不純物が高濃度に拡散された領域１ａ、１ｂが形成
されている。領域１ａは島状に形成され、領域１ｂは線
状に形成される。不純物濃度は５×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ
³以上であり、拡散深さは５００Å程度である。島状の
領域１ａは共通電極５とオーミックコンタクトをとるた
めのオーミックコンタクト層として機能し、線状の領域
１ｂは共通電極として機能する。

【００１９】半導体基板１の領域１ａ上には、一導電型
を呈する島状半導体層２と逆導電型を呈する島状半導体
層３が形成されている。この島状半導体層２、３は、例
えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニムガリウム砒
素（ＡｌＧａＡｓ）、混晶比の異なる複数のアルミニム
ガリウム砒素膜、或いはこれらの混合膜などで構成さ
れ、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などで形成される。
すなわち、半導体基板１としてシリコン基板を用いる場
合、表面の自然酸化膜を８００〜１０００℃の高温で除
去し、次に４５０℃以下の低温で核となるアモルファス
ガリウム砒素膜をＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法で０．１〜３
μｍ程度の厚みに成長させた後、５００〜７００℃まで
昇温して結晶化し、続いてこの層上にガリウム砒素単結
晶膜を成長させる（二段階成長法）。次に、７５０℃〜
１０００℃の高温でのアニールと６００℃以下の低温へ
の急冷を数回繰り返す（温度サイクル法）などのポスト
アニールを行った後に、さらにガリウム砒素膜等を０．
５〜４μｍ程度の厚みに成長させる。このガリウム砒素
などから成る半導体層２、３をＭＯＣＶＤ法で形成する
場合、ガリウムの原料としてはトリメチルガリウム
（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）やトリエチルガリウム（（Ｃ₂Ｈ
₅）₃Ｇａ）などが用いられ、砒素の原料としてはアル
シン（ＡｓＨ₃）、トリメチル砒素（（ＣＨ₃）₃Ａ
ｓ）、トリエチル砒素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ａｓ）などが用
いられる。また、半導体層の一部をアルミニウムガリウ
ム砒素（ＡｌＧａＡｓ）で形成する場合、アルミニウム
の原料としては例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ
₃）₃Ａｌ）やトリエチルアルミニウム（（Ｃ₂Ｈ₅）
₃Ａｌ）などが用いられる。

【００２０】ｎ型の半導体用不純物としては、硫黄
（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、砒素（Ａ
ｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シ
リコン（Ｓｉ）などがあり、ｐ型の半導体用不純物とし
ては亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）などがある。こ
れらの半導体用不純物を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹ａｔｍ
／ｃｍ³程度含有させる。なお、図示していないが、逆
導電型を呈する半導体層３の表面部分には、個別電極４
とオーミックコンタクトをとるために逆導電型半導体不
純物を高濃度に含有する層もしくは領域を設ける。

【００２１】このような領域１ａ、１ｂ及び島状半導体
層２、３は、半導体基板１の表面部分に、例えばアルシ
ン（ＡｓＨ₃）などを９５０℃程度の温度で１０分間程
度熱拡散させ、さらに半導体基板１上の全面若しくは一
部に一導電型を呈する半導体層２、逆導電型を呈する半
導体層３を積層して形成した後に島状に残るようにエッ
チングし、さらに領域１ａ、１ｂが島状及び線状に残る
ように他の部分をエッチングすることによって形成され
る。

【００２２】次に、半導体基板１上の全面に窒化シリコ
ン（Ｓｉ_xＮ_y）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜など
から成る保護膜６を形成する。この保護膜６は、例えば
プラズマＣＶＤ法などで０．５〜１０μｍ程度の厚みに
形成される。

【００２３】次に、半導体基板１上の一導電型半導体不
純物を拡散させた領域１ａ、１ｂ上と、逆導電型を呈す
る半導体層３上の保護膜６にスルーホールを形成する。

【００２４】次に、半導体基板１の全面にクロム（Ｃ
ｒ）と金（Ａｕ）などを真空蒸着法やスパッタリング法
などで形成して所定形状にパターニングする。これによ
り、個別電極４と共通電極５が形成されると共に、それ
ぞれの電極４、５との接続用配線４ａ、５ａが形成され
る。すなわち、隣接する４個の逆導電型を呈する半導体
層３が同じ個別電極４に接続される。また、半導体基板
１の両端部側には、二つの共通電極５、５’が形成さ
れ、４個の発光ダイオードのうち、２個の発光ダイオー
ドが二つの共通電極５、５’に振り分けて接続される。
残り２個の発光ダイオードは、保護膜６の下部に位置す
る一導電型半導体不純物が高濃度にドープされた領域１
ｂ、１ｂ’に振り分けて接続される。この領域１ｂ、１
ｂ’は、半導体不純物が高濃度にドープされていること
から、抵抗率は０．０２Ω−ｃｍ程度となり、共通電極
として機能する。つまり、半導体基板１にｎ型の半導体
不純物を５×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ³以上含有させると、
この領域は抵抗率が０．０２Ω−ｃｍ以下となり、発光
ダイオードの共通電極として利用できる。

【００２５】このように、一導電型を呈する半導体層２
の下層に位置する一導電型半導体不純物を高濃度に含有
する領域１ａと同時に形成するされる領域１ｂを共通電
極として利用すると、従来工程と全く同一の工程で発光
ダイオードアレイを形成できる。つまり、領域１ｂ上に
スルーホールを形成するマスクパターンと接続用配線の
マスクパターンが異なるのみである。

【００２６】図３は、本発明に係る方法によって製造
される発光ダイオードアレイの結線状態を示す図であ
る。４個の一群の発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄が一つの個
別電極４に接続されているが、この４個の一群の発光ダ
イオードＬ₁〜Ｌ₄は、それぞれ異なる共通電極５、
５’、１ｂ、１ｂ’に接続されている。したがって、一
つの個別電極４に接続された群と共通電極５、５’、１
ｂ、１ｂ’を選択して発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄のいず
れかに電流を流すことによって、個々の発光ダイオード
Ｌ₁〜Ｌ₄を選択的に発光させることができる。

【００２７】図４は、他の実施形態を示す図である。こ
の実施形態では、半導体基板１上の一導電型半導体不純
物を高濃度に含有する線状の領域１ｂ、１ｂ’を発光ダ
イオード列の両側にそれぞれ３本づつ、計６本設けたも
のである。このように一導電型半導体不純物を高濃度に
含有する線状の領域１ｂ、１ｂ’を６本設けると、個別
電極４に８個の発光ダイオードＬ₁〜Ｌ₄を一群として
接続できるようになり、外部回路との接続箇所数をさら
に減少できる。なお、一導電型半導体不純物を高濃度に
含有する線状の領域１ｂ、１ｂ’を６本よりさらに多く
設けてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る発光ダイオ
ードアレイの製造方法によれば、発光ダイオードの一導
電型を呈する島状半導体層のオーミックコンタクト層を
この発光ダイオードが形成された半導体基板に一導電型
半導体不純物を高濃度に含有させて形成するとととも
に、共通電極を半導体基板に半導体不純物を高濃度に含
有させてオーミックコンタクト層と分離して同時に形成
することから、４個の発光ダイオードを一群として１個
の個別電極に接続しても製造工程を全く煩雑化させるこ
となく、別々の共通電極に接続することができる。もっ
て、外部回路との接続箇所数を容易に減少させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法によって製造される発光ダ
イオードアレイの一実施形態を示す図である。

【図２】図１に示す発光ダイオードアレイの断面図で
ある。

【図３】本発明に係る方法によって製造される発光ダ
イオードアレイの結線状態を示す図である。

【図４】本発明に係る方法によって製造される発光ダ
イオードアレイの他の実施形態を示す図である。

【図５】従来の発光ダイオードアレイを示す図であ
る。

【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】従来の他の発光ダイオードアレイを示す図で
ある。

【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】従来のその他の発光ダイオードアレイの結線
状態を示す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、２・・・一導電型を呈する島状半
導体層、３・・・逆導電型を呈する島状半導体層、４・
・・個別電極、５、５’、１ｂ、１ｂ’・・・共通電
極、６・・・保護膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、一導電型を呈する島状
半導体層と他の導電型を呈する島状半導体層から成る発
光ダイオードを列状に多数形成するとともに、この他の
導電型を呈する複数の島状半導体層ごとにひとつの個別
電極に接続し、この同じ個別電極に接続された複数の他
の導電型を呈する島状半導体層の下部に位置する一導電
型を呈する島状半導体層をそれぞれ異なる共通電極に接
続した発光ダイオードアレイの製造方法において、前記
一導電型を呈する島状半導体層のオーミックコンタクト
層を前記半導体基板に一導電型半導体不純物を高濃度に
含有させて形成するととともに、前記共通電極を前記半
導体基板に一導電型半導体不純物を高濃度に含有させて
前記オーミックコンタクト層と分離して同時に形成した
ことを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項２】前記共通電極がガリウム砒素若しくはシ
リコンから成る半導体基板に一導電型半導体不純物を５
×１０^１８ａｔｍ／ｃｍ^３以上含有させて形成したこと
を特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイの
製造方法。