JP4026998B2 - LED array and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、静電露光式プリンタなどの書き込み用光源に好適なLEDアレイとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
静電露光式プリンタ、例えばLEDプリンタなどの書き込み用光源に用いることができるLEDアレイは、例えばn型GaAsなどの基板上面に、n型GaAsP層を成長させて化合物半導体基板を構成し、前記n型GaAsP層に拡散用マスクを介してZnなどのp型不純物を選択的に拡散することによってp層を形成している(実公平3−19236号公報参照)。
【0003】
前記拡散マスクとして用いる膜には、不純物の拡散防止能力が高いこと、加工性が良いことが求められ、SiN膜、SiO2膜等を用いるのが一般的である。しかしながら、これらの膜は、膜の真応力(真性応力)が109Pa前後と大きく、また、基板との熱膨張率差によって、PN接合部分に歪みを与えやすい。そして、この歪みが通電劣化の一要因に成っていた。特に、プリンタの解像度が高まり、電流密度が高まるに従い、LEDアレイの一部に特異点的に通電劣化が生じる割合が高くなり、印字品質を著しく低下させるという問題が発生した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、プリンタの高解像度化や高速化に対応したLEDアレイを提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のLEDアレイは請求項1に記載のように、半導体基板の一面にPN接合によって形成した発光部を複数備えたLEDアレイにおいて、前記基板の一面に拡散マスク用の第1の被膜と、この第1の被膜に積層した第2の被膜を備え、前記第1の被膜は、前記第2の被膜よりも真応力が小さなアルミナの被膜であり、前記第2の被膜は前記第1の被膜の膜厚よりも薄い窒化珪素薄膜であることを特徴とする。
【0006】
本発明のLEDアレイの製造方法は請求項2に記載のように、半導体基板の一面にアルミナからなる第1の被膜を形成する工程と、第1の被膜の上に窒化珪素薄膜からなる前記第1の被膜のマスク用の第2の被膜を形成する工程と、前記第2の被膜のみ選択的にエッチング用の孔を開ける工程と、前記第1の被膜に前記エッチング用の孔を介して拡散用の孔を開ける工程と、拡散用の孔を介して半導体基板に不純物を拡散する工程とを備え、前記第 1 の被膜は、前記第 2 の被膜よりも真応力が小さな被膜であり、前記第2の被膜は前記第 1 の被膜の膜厚よりも薄く形成されることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、製造工程を示す図1(a)〜(g)の断面図を参照して説明する。
【0012】
まず、最初の工程として、図1(a)に示すように、n型GaAs基板1上にn型GaAsP層2を成長させた化合物半導体製の基板3を用意する。通常、この基板3は、厚さが400〜600μm、直径が数インチのウエハ状態で用意される。
【0013】
次の工程として、図1(b)に示すように、基板3の一面、この例ではn型GaAsP層2上に第1の被膜4を形成し、その上に第2の被膜5を形成する。第1の被膜4は、n型GaAsP層2に不純物を拡散させる際のマスクとして用いるもので、熱膨張率が基板3とほぼ同じで、しかも真応力が第2の被膜よりも小さいアルミナ(Al2O3)製の被膜としている(真応力が108Pa程度)。
【0014】
ここで、真応力とは、被膜に残留する応力(引張り応力と圧縮応力に大別される)の内、被膜形成時に発生する応力のことを示し、被膜形成後に発生する熱応力などとは区別される。そしてまた、真応力は絶対的な値ではないので、この明細書中に記載の真応力は、被膜の種類以外の条件、例えば厚さや形状を統一した共通条件下での測定結果を示している。
【0015】
前記第1の被膜4は、発光波長(600〜800nm)に対して光学的に透明で、スパッタ法やイオンプレーティング法を用いることにより、0.1〜0.15μm程度の厚さに成膜される。前記第2の被膜5は、第1の被膜4に拡散用の孔を形成する際のマスクとして用いるもので、第1被膜4との密着性が良く、第1の被膜4のエッチング材によってエッチングされにくい被膜で構成され、例えば窒化珪素(SiN)薄膜、酸化珪素(SiO2)薄膜、燐化ガラス(PSG)薄膜などが選択的に用いられる。この第2の被膜5は、発光波長(600〜800nm)に対して光学的に透明で、スパッタ法やイオンプレーティング法を用いることにより、第1の被膜4よりも薄い0.02〜0.05μm程度の厚さに成膜される。この第2の被膜5は、従来拡散マスクとして第1の被膜4の位置に配置していたが、真応力が109Pa程度と、第1の被膜4の真応力108Paに比べて大きな値に成っているので、基板3に応力歪み加わりやすかった。しかしながら、この第2の被膜5の下に第1の被膜4を配置しているので、基板3に加わる応力歪みを低減することができる。
【0016】
次の工程として、図1(c)に示すように、積層された前記第1、第2の被膜4,5の上に、発光部の平面形状に対応した孔パターン6を有するレジストパターン7を形成する。このレジストパターン7は、フォトリソ技術を用いてレジスト膜に発光部の平面形状に対応したパターンを露光後、現像処理することによって形成される。
【0017】
次の工程として、図1(d)に示すように、第2の被膜5のエッチング処理を行なう。第2の被膜5のエッチングは、第2の被膜に対して選択性の有るエッチング剤、この例では、CF4(フロン)ガスをエッチング剤として用いるドライエッチングによって行われる。このエッチング処理によって、第2の被膜5にエッチング用の複数の孔8があけられる。このとき、第1の被膜4として形成したアルミナは、ドライエッチングされないので、第2の被膜5のみが選択的にエッチング処理される。
【0018】
次の工程として、図1(e)に示すように、第1の被膜4のエッチングを行なう。このエッチングは、第2の被膜5をマスクとして、第1の被膜4に選択性のあるエッチング剤、この例では熱リン酸をエッチング剤として用いるウエットエッチングによって行なう。このエッチングによって、第1の被膜4に拡散用の複数の孔9があけられる。このとき、n型GaAsP層2、第2の被膜5はウエットエッチングされないか、されても微小であるので、第1の被膜4のみが選択的にエッチング処理される。
【0019】
ここで、第2の被膜5がなければ、第1被膜4とレジストパターン7の密着性が悪く、その境界部分から第1の被膜4のサイドエッチングが進行する。このサイドエッチングによって、第1被膜4の微細加工が困難となり、高解像度化に対応したパターンニングができなくなる。これに対して、本発明においては、第1の被膜4上にこの被膜との密着性に優れる第2の被膜5を形成し、この第2の被膜5をマスクとして第1の被膜4のエッチングを行なうので、上記のサイドエッチングの発生を防止し、第1の被膜4の微細加工性を高めることができる。
【0020】
次の工程として、図1(f)に示すように、不純物拡散を行なう。この不純物拡散処理の前、あるいは後にレジストパターン7の除去を行なう。不純物拡散処理は、第1、第2の被膜4,5の上から、不純物、例えばZnなどのp型化不純物を熱拡散やイオン注入法などを用いて、n型GaAsP層2に選択的に拡散させることにより行われ、これによってP層10が形成される。このP層10とその周囲のN層の境界に沿ってPN接合が形成され、このPN接合部分がLED発光部11となる。
【0021】
次の工程として、図1(g)に示すように、P層10に接続するP型電極(例えばアルミニウム製)12、基板1の裏面に接続するN型電極(例えば金製)13を所定形状に形成する。
【0022】
これらの処理工程によって、複数のLEDアレイを備えるウエハ状態の基板が製造される。
【0023】
次に、電極が形成されたウエハ状の基板をスクライブ装置もしくはダイシング装置を利用してチップ状のLEDアレイとして個々に分割する。分割チップは、短辺の長さが1mm程度で長辺の長さが数mmの短冊形状をなすLEDアレイとされる。
【0024】
図2(a)は、このLEDアレイ14の短手方向に沿った断面図を示し、図2(b)は長手方向の部分断面図を示している。
【0025】
上記のように、このLEDアレイ14は、基板3の一面にマスク用の第1、第2の被膜4,5の積層構造を備えているので、第1の被膜4のサイドエッチングの進行を第2の被膜5によって抑制することができる。その結果、高解像度化に対応した微細加工を施することができ、400DPI(dot/inch)以上の高解像度化に容易に対応することができる。
【0026】
また、第1の被膜4は、第2の被膜5に用いる珪素系の被膜(SiNやSiO2)に比べて、真応力が小さい被膜を利用しているので、基板3、特に層2に与える歪みを低減することができる。また、第1の被膜4は、第2の被膜5に用いる珪素系の被膜(SiNやSiO2)に比べて、基板3との間の熱膨張率差が小さい被膜を利用しているので、基板3、特に層2に与える歪みを低減することができる。
【0027】
また、拡散マスクとして、第1、第2の異なった膜4,5を備える複合膜を用いることにより、P層形成時の膜4,5の変質を抑制することができる。その結果、P型電極12へのワイヤーボンディング衝撃に起因する膜4,5の絶縁耐圧劣化の抑制、膜4,5へのクラック発生の抑制を図ることができ、ワイヤボンド作業での不具合発生を抑制することができる。
【0028】
尚、上記実施例では、第1の被膜4としてアルミナを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルミナに替えて窒化アルミ(AlN)やその酸化物(AlON)を利用することもできる。ただし、窒化アルミやその酸化物は、エッチング加工性がアルミナに比べて悪いので、アルミナを用いるのが好ましい。また、上記実施例では、基板3として、GaAsP/GaAsを用いる場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、AlGaAs/GaAs,GaAs/GaAsやこれに類する半導体基板を基板3として用いる場合にも適用することができる。
【0029】
また、上記実施例において、PN極性を反転させることもできる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高解像度化に対応したLEDアレイを提供することができる。また、通電劣化の発生を低減したLEDアレイを提供することができる。また、ワイヤボンドによる影響を受け難いLEDアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(g)は、本発明のLEDアレイの製造工程を示す断面図である。
【図2】本発明のLEDアレイの断面図で、(a)は短手方向、(b)は長手方向の断面図である。
【符号の説明】
3 基板
4 第1の被膜
5 第2の被膜
7 レジストパターン
10 P層
11 LED発光部
14 LEDアレイ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an LED array suitable for a writing light source such as an electrostatic exposure printer, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In an LED array that can be used as a light source for writing such as an electrostatic exposure printer, for example, an LED printer, a compound semiconductor substrate is formed by growing an n-type GaAsP layer on an upper surface of a substrate such as n-type GaAs. The p layer is formed by selectively diffusing p-type impurities such as Zn into the p-type GaAsP layer through a diffusion mask (see Japanese Utility Model Publication No. 3-19236).
[0003]
The film used as the diffusion mask is required to have a high impurity diffusion preventing ability and good workability, and a SiN film, a SiO 2 film or the like is generally used. However, these films have a large true stress (intrinsic stress) of about 10 9 Pa, and are easily distorted in the PN junction due to a difference in thermal expansion coefficient from the substrate. And this distortion has become one factor of deterioration of energization. In particular, as the resolution of the printer is increased and the current density is increased, the rate at which energization deterioration occurs at a specific point in a part of the LED array increases, resulting in a problem that the print quality is remarkably lowered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an LED array that can cope with higher resolution and higher speed of a printer.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The LED array of the present invention, as described in
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an LED array manufacturing method comprising: forming a first film made of alumina on one surface of a semiconductor substrate; and forming the first film made of a silicon nitride thin film on the first film. A step of forming a second film for a mask of the first film, a step of selectively opening an etching hole only in the second film, and diffusion in the first film through the etching hole And a step of diffusing impurities into the semiconductor substrate through the diffusion hole, the first film is a film having a smaller true stress than the second film, The second film is formed thinner than the film thickness of the first film .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to cross-sectional views of FIGS.
[0012]
First, as a first step, as shown in FIG. 1A, a
[0013]
As the next step, as shown in FIG. 1B, a
[0014]
Here, true stress refers to the stress generated during film formation among the stress remaining in the film (generally divided into tensile stress and compressive stress), and is distinguished from thermal stress generated after film formation. Is done. Moreover, since the true stress is not an absolute value, the true stress described in this specification indicates a measurement result under conditions other than the type of film, for example, a common condition in which the thickness and shape are unified. .
[0015]
The
[0016]
As the next step, as shown in FIG. 1 (c), a resist pattern 7 having a hole pattern 6 corresponding to the planar shape of the light emitting portion is formed on the laminated first and
[0017]
As the next step, as shown in FIG. 1 (d), the
[0018]
As the next step, as shown in FIG. 1E, the
[0019]
Here, if there is no
[0020]
As the next step, impurity diffusion is performed as shown in FIG. The resist pattern 7 is removed before or after the impurity diffusion treatment. In the impurity diffusion treatment, an impurity such as a p-type impurity such as Zn is selectively applied to the n-
[0021]
As the next step, as shown in FIG. 1G, a P-type electrode (for example, aluminum) 12 connected to the
[0022]
Through these processing steps, a wafer-like substrate having a plurality of LED arrays is manufactured.
[0023]
Next, the wafer-like substrate on which the electrodes are formed is divided into individual chip-like LED arrays using a scribing device or a dicing device. The divided chip is an LED array having a strip shape with a short side length of about 1 mm and a long side length of several mm.
[0024]
FIG. 2A shows a cross-sectional view of the LED array 14 along the short direction, and FIG. 2B shows a partial cross-sectional view in the longitudinal direction.
[0025]
As described above, the LED array 14 has the laminated structure of the first and
[0026]
Further, since the
[0027]
Further, by using a composite film including the first and second
[0028]
In the above embodiment, the example in which alumina is used as the
[0029]
Moreover, in the said Example, PN polarity can also be reversed.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an LED array corresponding to high resolution can be provided. Moreover, the LED array which reduced generation | occurrence | production of electricity supply degradation can be provided. Further, it is possible to provide an LED array that is hardly affected by wire bonding.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1G are cross-sectional views showing a manufacturing process of an LED array of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the LED array of the present invention, in which FIG.
[Explanation of symbols]
3
Claims (2)
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