JP3591803B2

JP3591803B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP3591803B2
Application number: JP20689497A
Authority: JP
Inventors: 千景堂本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: JPH1148525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光材等にカラー画像を記録するのに用いられる発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、感光材にカラー画像を記録するための発光装置として、例えばＬＥＤアレイを用いたものが知られている。
【０００３】
前記ＬＥＤアレイは複数個の発光ダイオード素子を直線状に配列させて成るもので、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る半導体基板の表面にｎ型半導体の単結晶とｐ型半導体の単結晶とをｐｎ接合させてガリウム−砒素−リン（ＧａＡｓＰ）の化合物半導体層を形成することにより個々の発光ダイオード素子を構成している。尚、前記化合物半導体層は従来周知のＭＯＣＶＤ法やメサエッチング等によって発光ダイオード素子毎に半導体基板の上面に島状に形成される。
【０００４】
そして前記ＬＥＤアレイをカラー画像の記録に用いる場合、感光材の搬送路上に青色光、緑色光及び赤色光を発光する３種類のＬＥＤアレイを順番に配置させて発光装置を構成し、各ＬＥＤアレイからの光を各カラー画像信号に基づいて感光材に順次、照射させるとともに、感光材の表面に３色の画像を形成することによってカラー画像の記録を行うようにしている。尚、ＬＥＤアレイの発光波長は半導体基板等の材料によって決定されることから、発光波長の異なる３種類のＬＥＤアレイは別々の半導体基板上に形成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の発光装置は別々の半導体基板上に形成されている３種類のＬＥＤアレイを組み合わせることによって構成されており、そのため、ＬＥＤアレイ同士を十分に近づけて配置させることが難しく、発光装置の使用に伴って各ＬＥＤアレイ間に大きな位置ずれが生じたり、或いは、発光装置の小型化に適さないという欠点を有している。
【０００６】
また上述した従来の発光装置においては、ＬＥＤアレイを構成するガリウム−砒素−リンの単結晶が発光ダイオード素子毎に独立して形成されており、これらを前述のＭＯＣＶＤ法等によって形成すると、その内部に多数の格子欠陥がランダムに形成されたり、或いは不純物が混入される等して各単結晶の特性が異なってしまうことが多く、そのため、発光ダイオード素子間で発光ばらつきが生じ易く、濃度むらの原因となっていた。
【０００７】
更に上述した従来の発光装置においては、ＬＥＤアレイを構成する半導体基板や化合物半導体層が砒素を含んで構成されており、その製造時にアルシン（ＡｓＨ_３）等のガスが大量に使用されることから、有害な砒素の分離，回収処理のために多額のコストと手間が発生し、また有害ガスの使用は環境上、望ましくなかった。
【０００８】
しかも、ガリウム砒素等の単結晶から成る発光ダイオード素子は、その使用時等に熱や電界による転位の影響を受けやすく、そのため、発光特性が比較的短時間のうちに変化し、使用に供しなくなる欠点も有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明の発光装置は、上面に帯状の多孔質シリコン層が平行に３列形成されているシリコン基板と、該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されている複数個の透明電極と、前記シリコン基板の下面で、かつ各多孔質シリコン層の直下に形成されている３個の帯状共通電極とから成り、各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるようになした発光装置であって、前記３列の多孔質シリコン層は、多孔度が５０〜６５％であり、その各々の平均気孔径が０．１〜１５ｎｍと１５〜３０ｎｍと３０〜４５ｎｍとに異なっており、前記多孔質シリコン層の各上面に断面Ｖ字型の溝部が形成されており、前記多孔質シリコン層が前記シリコン基板の厚み方向に縦長に半楕円状をなすように形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の発光装置は、上面に複数個の多孔質シリコン層が直線状に配列されて成る多孔質シリコン層列を上面に３列平行に配置させて成るシリコン基板と、該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されている透明電極と、前記シリコン基板の下面で、かつ前記各多孔質シリコン層列の直下に形成されている３個の帯状共通電極とから成り、各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるようになした発光装置であって、前記複数個の多孔質シリコン層は、多孔度が５０〜６５％であり、その平均気孔径が各多孔質シリコン層列毎に０．１〜１５ｎｍと１５〜３０ｎｍと３０〜４５ｎｍとに異なっており、前記多孔質シリコン層の各上面に断面Ｖ字型の溝部が形成されており、前記多孔質シリコン層が前記シリコン基板の厚み方向に縦長に半楕円状をなすように形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の発光装置の一形態を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１はシリコン基板、１ｂ，１ｇ，１ｒは多孔質シリコン層、４は透明電極、５ｂ，５ｇ，５ｒは共通電極である。
【００１３】
前記シリコン基板１は、厚み方向に（１００）方位を配した単結晶シリコンから成り、従来周知のＣＺ法等によって製作される単結晶シリコンを２５０〜３５０μｍの厚みでスライスして板状に加工することにより形成される。
【００１４】
また前記シリコン基板１の上面には帯状の３個の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒが略平行に３列に並んで設けられている。前記多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒは例えばシリコン基板１の上部領域に上面より９μｍの深さのところまで形成されており、その多孔度は全て５０〜６５％に設定され、平均気孔径は、例えば、多孔質シリコン層１ｂが０．１〜１５ｎｍ、多孔質シリコン層１ｇが１５〜３０ｎｍ、多孔質シリコン層１ｒが３０〜４５ｎｍとなっている。
【００１５】
前記多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒは、後述する透明電極４及び共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒ間に所定の電流（例えば数ｍＡ〜数１００ｍＡ）が流れると、多孔質シリコン特有の量子効果によって、多孔質シリコン層１ｂが波長３８０〜４８０ｎｍの青色光を、多孔質シリコン層１ｇが波長４８０〜５８０ｎｍの緑色光を、また多孔質シリコン層１ｒが波長５８０〜６８０ｎｍの赤色光をそれぞれ発光するようになっている。
【００１６】
このような多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒは従来周知の陽極化成処理によってシリコン基板１の上面に形成される。具体的には、まず単結晶シリコンから成るシリコン基板１の上面に３つの窓部２ｂ，２ｇ，２ｒを有した絶縁膜２を従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術によって被着させ、次に前記シリコン基板１を絶縁膜２が被着された状態のままフッ酸溶液中に浸漬する。次にフッ酸溶液中に配置させた処理用の電極とシリコン基板下面の後述する共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒとの間に所定の電力を印加し、シリコン基板１の厚み方向に所定時間、通電することによって陽極化成処理が行われる。ここで各窓部２ｂ，２ｇ，２ｒ内のシリコン基板１に印加する電力の電流密度は、窓部２ｂ内で１０ｍＡ・ｃｍ、窓部２ｇ内で３０ｍＡ・ｃｍ、窓部２ｒ内で５０ｍＡ・ｃｍとなるように調整されており、これによって所定の平均気孔径を有した３つの多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒが形成されることとなる。尚、前記絶縁膜２は各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの形成領域を規定するマスクとして機能させるためのものであり、例えば窒化シリコン（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）等の絶縁材料によって０．１〜０．３μｍの厚みに形成される。
【００１７】
また、このようなシリコン基板１の上面には各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの長さ方向に沿って複数個の透明電極３が、また下面には各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒに対応する３個の共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒがそれぞれ形成されており、この両電極間に位置する多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒによって複数個の発光部Ｂ，Ｇ，Ｒから成る３つの発光部列を構成している。
【００１８】
前記複数の透明電極４は、例えば、ＩＴＯ等の透明な導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚みをもって形成されており、少なくとも一部を各窓部２ｂ，２ｇ，２ｒ内の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ上まで延在させて各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒと電気的に接続させておくことにより発光部Ｂ，Ｇ，Ｒに電流を流すための一方の電極として機能する。
【００１９】
また前記共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒは、例えば、金や銀，銅等の導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚みに形成されており、前記発光部Ｂ，Ｇ，Ｒに電流を流すための他方の電極として機能する。
【００２０】
尚、前述した絶縁膜２や透明電極４，共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒは、従来周知の薄膜手法、例えば、スパッタリング及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって所定厚み、所定パターンに被着・形成される。
【００２１】
かくして上述した発光装置は、３つの多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの各透明電極４及び共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒ間に外部からのカラー画像信号に基づいて所定の電力を印加し、両電極間の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒに形成した各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒを個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光を感光材に順次、照射させ、感光材の表面に３色の画像を形成することによってカラー画像の記録が行われる。
【００２２】
以上のような本形態の発光装置は、共通のシリコン基板１上に平均気孔径の異なる３つの多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒを形成したもので、各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒに沿って設けられる発光部列同士を相互に近づけて配置させることができるため、発光装置の使用に伴って発生する各発光部列間の位置ずれを極力小さくすることができ、また発光装置の小型化にも供した構造をとることができる。
【００２３】
また上述した本形態の発光装置においては、発光部Ｂ，Ｇ，Ｒを構成する多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒやシリコン基板１に格子欠陥が形成されたり、或いは製造工程中に不都合な不純物が混入したりすることが一切無く、従来例として示したＬＥＤアレイのように、各発光部間で発光ばらつきを生じることもない。よって濃度むらの無い良好な印画が得ることができ、カラー画像記録用の露光源として良好に機能させることができる。
【００２４】
更に本形態の発光装置においては、前述の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの製造時に砒素を含んだ化学物質等を用いることがなく、有害物質の分離，回収処理等が一切不要となる。これにより、発光装置を比較的低コストで製作することができる。
【００２５】
また更に本形態の発光装置においては、前記シリコン基板１や多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒが単結晶シリコンにより形成されており、化学的に極めて安定であることから、これを発光装置として使用する際に熱や電界による転位の影響を受けにくく、その発光特性を長期間にわたって良好な状態に維持することができる。
【００２６】
尚、本発明の発光装置は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能であり、例えば、各多孔質シリコン層の上面に断面Ｖ字型の溝部３ｂ，３ｇ，３ｒを形成しておけば、多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒを前述の陽極化成処理によって形成する際に、シリコン基板１の厚み方向にかかる電流の流れを溝部３ｂ，３ｇ，３ｒの各底部に集中させて多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒを縦長に半楕円状をなすように形成することができ、これによって各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒより発する光をよりシャープになすことができ、しかも多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの形成領域がシリコン基板の面方向に大きく広がることはないため、個々の発光部Ｂ，Ｇ，Ｒを小さくしてこれらを高密度に配列させることも可能となる。このような溝部３ｂ，３ｇ，３ｒは、シリコン基板１の上面に該基板１を形成する単結晶シリコンの（１１０）方位に沿って例えば幅ｗ１：２〜５μｍ、深さｈ１：２〜６μｍ、角度θ：５４〜５５°の大きさでもって形成され、具体的な形成方法としては、まず上面に前述の絶縁膜２が被着されたシリコン基板１を所定の水酸化カリウム溶液中に一定時間浸漬し、各窓部２ｂ，２ｇ，２ｒ内のシリコン基板上面をエッチングすることにより得られる。このとき、シリコン基板１を形成する単結晶シリコンの（１００）方位はシリコン基板１の厚み方向に、（１１１）方位は溝部３ｂ，３ｇ，３ｒの向きと直交する方向にそれぞれ合致させてあり、このため、シリコン基板１の厚み方向のエッチングレートは溝部３ｂ，３ｇ，３ｒの向きと直交する方向のエッチングレートの約１０倍となり、形成される溝の断面形状は略Ｖ字形状となる。尚、前記溝部はその形状が必ずしも図２のような鋭いＶ字型でなくても良く、深さ方向に向かって先細り状に形成されていれば上述の形態と同様の効果を奏する。例えば、溝部の側面に少し丸みをつけたり、或いは溝部を四角錐状になしてこれを各発光部毎に形成するようにしても良く、このように溝部を四角錐状になしておけば、発光部Ｂ，Ｇ，Ｒからの光をよりシャープになすことができる。
【００２７】
また上述の形態においてはシリコン基板の上面に平均気孔径の異なる３列の帯状多孔質シリコン層を平行に３列形成するようにしたが、これに代えてシリコン基板の上面に複数個の多孔質シリコン層が直線状に配列されて成る多孔質シリコン層列を３列平行に配置させ、多孔質シリコン層の平均気孔径を各多孔質シリコン層列毎に異なるようにしても良い。この場合、透明電極は各多孔質シリコン層上に設けられ、共通電極は各多孔質シリコン層列の直下に形成されることとなる。
【００２８】
更に上述の形態においては透明電極４を各多孔質シリコン層毎に独立して設けるようにしたが、これに代えて透明電極を複数の各多孔質シリコン層に共通に設けるようにしても良い。この場合、各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの発光部Ｂ，Ｇ，Ｒには透明電極を介して共通の印画データが与えられ、この印画データにより発光駆動させる多孔質シリコン層を共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒの選択によって決定する。尚、前記発光部Ｂ，Ｇ，Ｒは時間順次的に発光・駆動されるように外部の駆動回路によって制御される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の発光装置は、共通のシリコン基板上に多孔度が５０〜６５％であり、平均気孔径が０．１〜１５ｎｍと１５〜３０ｎｍと３０〜４５ｎｍとに異なる３つの多孔質シリコン層を形成したもので、各多孔質シリコン層に沿って設けられる発光部列同士を相互に近づけて配置させることができるため、発光装置の使用に伴って発生する各発光部列間の位置ずれを極力小さくすることができ、また発光装置の小型化にも供した構造をとることができる。
【００３０】
また本発明の発光装置によれば、発光部を構成する多孔質シリコン層やシリコン基板には格子欠陥が形成されたり、或いは製造工程中に不都合な不純物が混入したりすることが一切無く、各発光部間で発光ばらつきを生じることもない。よって濃度むらの無い良好な印画が得ることができ、カラー画像記録用の露光源として良好に機能させることができる。
【００３１】
更に本発明の発光装置によれば、前記多孔質シリコン層の製造時に砒素を含んだ化学物質等を用いることがなく、有害物質の分離，回収処理等が一切不要であるため、発光装置を比較的低コストで製作することができる。
【００３２】
また更に本発明の発光装置によれば、前記シリコン基板や多孔質シリコン層が単結晶シリコンにより形成されており、化学的に極めて安定していることから、使用時に熱や電界による転位の影響を受けにくく、その発光特性を長期間にわたって良好な状態に維持することができる。
【００３３】
更にまた本発明の発光装置によれば、各多孔質シリコン層の上面に断面Ｖ字型の溝部を形成し、多孔質シリコン層をシリコン基板の厚み方向に縦長に半楕円状をなすように形成することにより、各発光部の発する光をよりシャープになすことができ、しかも多孔質シリコン層の形成領域がシリコン基板の面方向に大きく広がることはないため、個々の発光部を小さくしてこれらを高密度に配列させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置の一形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒの発光特性を示す線図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・シリコン基板
１ｂ，１ｇ，１ｒ・・・多孔質シリコン層
３ｂ，３ｇ，３ｒ・・・溝部
４・・・・・・・・・・透明電極
５ｂ，５ｇ，５ｒ・・・共通電極

Claims

上面に帯状の多孔質シリコン層が平行に３列形成されているシリコン基板と、
該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されている複数個の透明電極と、
前記シリコン基板の下面で、かつ各多孔質シリコン層の直下に形成されている３個の帯状共通電極とから成り、
各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるようになした発光装置であって、
前記３列の多孔質シリコン層は、多孔度が５０〜６５％であり、その各々の平均気孔径が０．１〜１５ｎｍと１５〜３０ｎｍと３０〜４５ｎｍとに異なっており、前記多孔質シリコン層の各上面に断面Ｖ字型の溝部が形成されており、前記多孔質シリコン層が前記シリコン基板の厚み方向に縦長に半楕円状をなすように形成されていることを特徴とする発光装置。
上面に複数個の多孔質シリコン層が直線状に配列されて成る多孔質シリコン層列を上面に３列平行に配置させて成るシリコン基板と、
該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されている透明電極と、
前記シリコン基板の下面で、かつ前記各多孔質シリコン層列の直下に形成されている３個の帯状共通電極とから成り、
各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるようになした発光装置であって、
前記複数個の多孔質シリコン層は、多孔度が５０〜６５％であり、その平均気孔径が各多孔質シリコン層列毎に０．１〜１５ｎｍと１５〜３０ｎｍと３０〜４５ｎｍとに異なっており、前記多孔質シリコン層の各上面に断面Ｖ字型の溝部が形成されており、前記多孔質シリコン層が前記シリコン基板の厚み方向に縦長に半楕円状をなすように形成されていることを特徴とする発光装置。