JP4203087B2 - 半導体複合装置、ｌｅｄプリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）アレイ等として用いられる半導体複合装置、及び該半導体複合装置を含むＬＥＤヘッド及び画像形成装置に関する。

この種の半導体複合装置としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この技術では、化合物半導体基板に形成された半導体薄膜内に発光素子を備えている。この半導体薄膜は、化合物半導体基板から剥離され、発光素子を駆動する駆動集積回路を備える、上記化合物半導体基板とは異なる異種基板上にボンディングされる。即ち、同一基板上に発光素子と駆動回路とが集積される。こうすることによってＬＥＤと駆動回路とが集積化され、大きなサイズの接続パッドが不要になる。更に両者を接続するための接続ワイヤの密度が低減される。その結果、半導体複合装置の小型化を促進している。

かかる従来の技術に於いて、ＬＥＤを被覆する層間絶縁膜としては、プラズマＣＶＤ法などによって形成されたＳｉＮがよく用いられる。
図３３は、従来の半導体の発光部の断面図である。
この図は、ＳｉＮ層間絶縁膜を使った、異種基板上に分子間力によってボンディングされた半導体薄膜内に形成されたＬＥＤの形態を示している。図に示すように、半導体薄膜内に設けられたＬＥＤ発光部１２１がＳｉＮ膜１７５で被覆され、ＬＥＤ発光部１２１の上面の一部にＳｉＮ膜の開口部１２０ｄが形成され、その開口部１２０ｄ内に第２導電側電極１３０が形成されている。
特開２００２−１１１０５０号公報

図に示すように、半導体薄膜が異種基板上に分子間力によってボンディングされた形態では、半導体薄膜の膜厚が薄く形成される。従って、ＳｉＮ膜１７５のような膜応力の大きい層間絶縁膜から受ける応力の影響を受け易かった。すなわち、ＳｉＮ膜１７５の大きな膜応力に起因して、半導体薄膜内に形成されたＬＥＤ発光部１２１の特性の経時変化、例えば、ＬＥＤへの連続通電に伴う光量変動等が発生していた。プリントヘッドに搭載される、多数のＬＥＤ発光部１２１を配列したＬＥＤアレイでは、ＬＥＤ光量の経時変化は、ＬＥＤアレイ光量のバラツキの増加（光量バラツキの経時変化）を引き起こすため、半導体薄膜内に形成されたＬＥＤの光量の経時変化の防止は、大きな解決すべき課題であった。本発明では、異種基板上に分子間力によってボンディングされた半導体薄膜に備える発光素子において、特性の経時変化がない、信頼性に優れた半導体複合装置を提供することを目的とする。

本発明による半導体複合装置は、複数の発光素子を駆動する駆動回路を有する基板上に、該基板とは異なる異種基板上に形成された上記複数の発光素子を接合して成る半導体複合装置であって、上記複数の発光素子の各々は、上記基板の面と略平行な発光領域と、該発光領域の周囲に設けられた他の発光領域とを分離するメサ斜面を被覆し、該メサ斜面の傾斜角より緩やかな傾斜角を有して設けられた層間絶縁膜と、上記発光領域の一部と接続された電極と、上記発光領域を覆う保護膜とを備えることを主要な特徴とする。

複数の発光素子の各々は、上記基板の面と略平行な発光領域と、該発光領域の周囲に設けられた他の発光領域とを分離するメサ斜面を被覆し、該メサ斜面の傾斜角より緩やかな傾斜角を有して設けられた層間絶縁膜と、上記発光領域の一部と接続された電極と、上記発光領域を覆う保護膜とを備えることによって、該半導体薄膜内に島状のＬＥＤ発光部を備える場合において、フェノール樹脂などを含む有機絶縁膜を、島状発光部の上面に向かうに従って、厚さが減少するような断面形状にし、ＬＥＤ発光部上面には被覆しない形状としたので、半導体薄膜にかかる応力を大幅に低減することができ、ＬＥＤの光量の経時変化防止の効果が得られる。更に、最上面にＳｉＮ膜を設けても、光量経時変化を防止することができ、信頼性の高いＬＥＤ、及びＬＥＤアレイを得ることが出来るという効果を得る。

本発明による画像処理装置は以下のように構成される。

図１は、実施例１の半導体複合装置の平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図３は、図１のＢ―Ｂ断面図である。
図４は、図１のＣ―Ｃ断面図である。
図１に示すように本実施例では、発光領域を１列に配列した形態を具体例で示しながら説明するが、配列形態や配列数は適宜変形が可能である。また、４つの発光素子を１ブロックとして、マトリクス駆動ができる形態の配線形態（駆動形態）を具体例として説明するが、１ブロックの数や１チップに備えたブロック数は、適宜変更が可能である。また、マトリクス駆動ではなく、スタティック駆動など適宜駆動方式の変更も可能である。

図１を用いて実施例１の半導体複合装置の構成の概略について説明する。図１では、見やすい図とするために、図２〜図４で描いている、半導体薄膜の下地絶縁膜層や、半導体薄膜下方の反射層、駆動集積回路の多層配線層などの構成の一部が省略して描かれている。図１で、１０１は集積回路基板、例えばＳｉ基板である。１１０は半導体薄膜である。１２１はＬＥＤ発光部であり半導体薄膜内に形成されている。１１１はＬＥＤ下層領域であり、半導体薄膜内の第１導電側コンタクト層を露出するための領域である。１２２は第１導電側電極でありＬＥＤ下層領域１１１の表面の第１導電型コンタクト層上に形成される。

１３０は第２導電側電極であり発光部表面とコンタクトを形成している。１３２は第１導電側配線である。１３４も同様に第１導電側配線である。１３６は第２導電側配線である。１４０は共通配線であり各ブロック内の同一順位の第１導電側配線を連結する部分である。１４５は有機層間絶縁膜である。１５０はＬＥＤ制御出力パッドであり第２導電側配線１３６と集積回路とを接続する部分である。１５２は共通配線接続開口部であり第１導電側配線１３４と共通配線１４０を接続する部分である。１６０は信号入力接続パッドであり駆動集積回路を外部から制御するための制御信号や電源を入出するパットである。１６２は配線接続領域でありＬＥＤ制御出力パッド１５０を被覆する部分である。例えば、第１導電側配線１３４と同じ配線材料でパッド全体を被覆している。１６４は接続領域であり第１導電側と集積回路または外部回路とを接続する領域である。

図２に示すように、各ＬＥＤは個別に分離された半導体薄膜内に１つ形成されているが、連続した半導体薄膜内に複数のＬＥＤを形成することもできる。ＬＥＤ発光部１２１は少なくとも半導体薄膜内の下層領域上の第１導電型コンタクト層を露出するようにメサエッチングして形成された島状の領域である。この島状領域は、例えば、第１導電型クラッド層１２１ａ、第１導電型活性層１２１ｂ、第２導電型クラッド層１２１ｃ、第２導電型コンタクト層１２１ｄから構成され、半導体エピタキシャル層を形成している。

各半導体層の具体例は、例えば、第１導電型クラッド層１２１ａがＡｌ_ｘＧａ_1−ｘＡｓ層、第１導電型活性層１２１ｂがＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層、第２導電型クラッド層１２１ｃがＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層、第２導電型コンタクト層１２１ｄがＧａＡｓ層である。また、ＬＥＤ下層領域１１１は、例えば、第１導電型ボンディング層１１１ａ、第１導電型導通層１１１ｂ、第１導電型コンタクト層１１１ｃから構成される。各半導体層の具体例は、例えば、層１１１ａはＧａＡｓ層、層１１１ｂは、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ、層１１１ｃはＧａＡｓ層である。ここで、ｘ、ｚ、ｔ＞ｙ、であることが望ましい。

図２に示すように、半導体薄膜１１０は、例えば、Ｓｉ基板上に形成したＬＥＤを駆動制御するための駆動集積回路上にボンディングされている。図２で集積回路基板１０１はＳｉ基板、１０２は駆動集積回路の多層配線層、１０３は多層配線層の最上層の絶縁膜で、例えば、ＳｉＮ膜、１０４はＬＥＤから裏面方向に出射された光を反射するための反射層で、例えば、メタル層、１０５は半導体薄膜１１０を直接ボンディングするための平坦化層で、例えば、ポリイミドなどの有機膜である。

反射層１０４は例えば、Ｔｉ、Ｔｉ／ＰｔＡｕ、ＴｉＡｌ、Ｃｒ／Ａｕ、ＮｉＡｌ、ＡｇやＡｇを含む合金などのＡｕ系、Ａｌ系、Ａｇ系の金属材料層である。ｎ型ＧａＡｓ層とオーミックコンタクトを形成するための第１導電側電極１２２は、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、または、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕである。ｐ型ＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成するための第２導電側電極１３０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕである。第１導電側配線１３２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕとすることができる。

有機層間絶縁膜１４５は、少なくともＬＥＤの島状の発光領域側面に直接接触している層間絶縁膜で、ＬＥＤ発光部１２１にかかる応力を小さくするためにここでは有機材料を用いている。半導体薄膜への応力を極力小さくする視点から、キュアによる体積変化率が小さく、また、低温でキュアして永久膜となる材料が望ましい。具体的な有機絶縁膜の好適例は、フェノール樹脂を主成分とする有機膜であることが望ましい。別の好適例としては、特にクレゾール樹脂を主成分とする有機膜、またはフェノール樹脂とキノンジアジド誘導体を含む有機膜、または、フェノール樹脂とアジト化合物誘導体を含む有機膜、または、フェノール樹脂とインデンカルボン酸を含む有機膜、であることが望ましい。

図１に示したように、有機物質である有機層間絶縁膜１４５は、半導体薄膜領域およびその周辺領域の他は、膜応力の集積回路領域への影響を小さくするために、配線および接続部周辺のみに設けることが好適である。図２の断面図で示したように、有機層間絶縁膜１４５は島状の発光部側面において、島状の上面に向かうに従って、有機絶縁膜の厚さが薄くなる断面形状を備えることが好適である。図２の断面図に示したように、発光部の島状領域の斜面のみに形成されていることが望ましい。

図５は、実施例１の半導体複合装置の模式図（その１）である。
図６は、実施例１の半導体複合装置の模式図（その２）である。
図７は、実施例１の半導体複合装置の模式図（その３）である。
図８は、実施例１の半導体複合装置の模式図（その４）である。
図２の断面のように上面に行くに従って、有機層間絶縁膜１４５の厚さが薄くなるようにすることによって、図５の模式図に矢印で示したように膜応力が斜め方向に分散するので、島状の発光部にかかる応力を大幅に低減することができる。発明者等の実験によれば、図６のようにＬＥＤ発光部１２１上面に至るように有機層間絶縁膜（ａ）６４５を形成した場合には、上記説明したような応力の分散効果が得られず、ＬＥＤの光量の経時変化量を低減できない結果が得られた。

有機層間絶縁膜の厚さ（平坦面での厚さ）は、０．５μｍ以上が好適である。発明者等の実験によれば、有機層間絶縁膜の厚さが０．５μｍよりも薄い場合には、図７のように島状発光領域側面を被覆できずに、上部が露出する傾向、特に、活性層領域までも露出する傾向があった。図７のように有機層間絶縁膜１４５で被覆されずに露出される領域がある場合には、フォトリソ工程で、現像液や剥離液によって半導体層がエッチングされてダメージが入る。

また、側面が汚染されて沿面電流リークの原因となる。更に、加工工程でＯ_２アッシング処理をする場合、側面が酸化され界面順位ができ、電流リークや非発光再結合のリスクが増える。何れも、ＬＥＤの初期特性の劣化及び、動作中の特性劣化の原因となる。有機層間絶縁膜の厚さを０．５μｍ以上とすることによって、良好な初期特性、例えば、層間絶縁膜をＳｉＮ膜とした場合と同等の初期特性が得られることを確認した。更に、層間絶縁膜をＳｉＮ膜とした場合に発生する動作時間に対する特性変動を防止できることを確認した。

図８に示すように、上記説明した有機層間絶縁膜１４５のみを備えたＬＥＤであってもＬＥＤの通電に伴う光量の経時変化を大幅に小さくすることができ、光量変化率（初期光量Ｐ（０）に対する、通電時間ｔ後の光量Ｐ（ｔ）の変化量の割合：（Ｐ（ｔ）−Ｐ（０）／Ｐ（０）×１００［％］）を１％以下と小さい値に抑えることができる。しかし、ＬＥＤの信頼性をより高くするためには、図３に示したように、少なくとも発光部最上面を被覆するように、保護膜１４７（図３）を形成することが望ましい。保護膜１４７（図３）は、ＳｉＮ膜などの無機絶縁膜が好適である。他の好適例は、有機層間絶縁膜１４５と同じ材料である。

更に、保護膜１４７は半導体薄膜上の第１導電側電極１２２（図４）、電極コンタクト１３０（図３）および第１導電側配線１３２（図４）を被覆することによって、より好適になる。このように半導体薄膜上のコンタクトメタルおよび配線を被覆することによって、ダイシングや実装工程でＬＥＤの配線に加わる力を軽減することができるので、半導体層に欠陥が発生することが防止できる。そのことにより、コンタクト部の信頼性を向上させることができる。

図９は、半導体複合装置の検証実験摸式図（その１）である。
図１０は、半導体複合装置の検証実験摸式図（その２）である。
両図は、発明者等が行った実証実験を模式的に示した図である。図９に示したように、有機層間絶縁膜１４５を被覆するように、ＬＥＤ発光部１２１の上面に開口部を有するＳｉＮ膜１７５を設けた形態では、光量変化率の低減効果が得られた。一方、図１０に示したように、ＬＥＤ発光部１２１の上面に開口部を備えたＳｉＮ膜１７５を設け、その上に有機層間絶縁膜１４５を設けた場合には、光量変化率の低減効果が得られなかった。この差異は半導体層にかかる応力の効果による。発明者等の実験では、有機層間絶縁膜１４５上にＳｉＮ膜１７５を形成した場合と、同等の層厚のＳｉＮ膜と有機絶縁膜の積層膜では、有機絶縁膜上にＳｉＮ膜を積層した膜の方が、膜応力が１桁小さかった。膜応力の差異が約１桁異なることを考慮すると、有機絶縁膜の厚さは少なくとも０．５μｍの１０倍の５μｍよりも小さい値であることが望ましいと考えられる。なぜならば、１０倍の厚さとなった場合には、ＳｉＮ膜を単独に形成した場合に半導体薄膜に与える力と同等の力が半導体薄膜にかかると考えられるからである。

以上説明した上記本実施例の説明では半導体薄膜内の発光素子を構成する材料（半導体薄膜の材料）としてＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料を具体例として挙げ説明したが、適宜、他の半導体材料に代えることができる。他の半導体材料は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰや、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＺｎＯ、あるいは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物化合物系半導体であってもよい。

図１１は、実施例１の半導体複合装置の変形例である。
図に示したように、ＬＥＤ発光部の最上層（ＧａＡｓコンタクト層１１１ｄ）をメサ端部まで延在させず、少なくとも電極とコンタクトを形成する領域にあるように、上面の一部に設けるようにすることもできる。

上記具体例の説明では、Ｓｉ基板上に集積した具体的な形態を説明したが、必ずしもＳｉ基板である必要はなく、また、Ｓｉ基板上に備えた駆動集積回路とＬＥＤ発光素子との集積化形態に限定されない。また、反射層を省略する、第１導電側電極を半導体薄膜の裏面に設けるなど、種々の変形が可能である。

更に、Ｓｉ基板の代わりに、ガラス基板上に集積回路（例えば、ポリＳｉを母材とした集積回路）と発光素子アレイの集積化形態であってもよい。その他、セラッミク基板、金属基板、有機物基板であってもよい。また、応力低減効果は、ＬＥＤなどの発光素子の代わりに受光素子などのセンサー素子であっても得られる。また、別の変形では、上記実施形態の具体的な説明では、第１導電側電極１２２の材料と第１導電側配線１３２の材料を別の材料として具体的な説明をしたが、同一の材料としてもよい。

以上説明した実施例によれば、半導体薄膜を異種基板上に設け、該半導体薄膜内に島状のＬＥＤ発光部を備える場合において、フェノール樹脂などを含む有機絶縁膜を、島状発光部の上面に向かうに従って、厚さが減少するような断面形状にし、ＬＥＤ発光部上面は被覆しない形状としたので、半導体薄膜にかかる応力を大幅に低減することができ、ＬＥＤの光量の経時変化防止の効果が得られる。更に、最上面にＳｉＮ膜を設けても、光量経時変化を防止することができ、信頼性の高いＬＥＤ、ＬＥＤアレイが得られる。

図１２は、実施例２の半導体複合装置の断面図である。
図に示すように、実施例２の半導体複合装置が実施例１の半導体複合装置と異なる主な点は、有機層間絶縁膜１４５（第１の層間絶縁膜）に加えて、無機層間絶縁膜１１７５（第２の層間絶縁膜）を設け、該第２の層間絶縁膜開口部を全て被覆し、ＧａＡｓコンタクト層１２１ｄが露出しない形態とした点にある。図１２では、実施例１と同等の構成には、実施例１と同じ符号を付した。

図１２に示したように、無機層間絶縁膜１１７５のＬＥＤ発光部１２１上の開口部は、第２導電側電極１３０で被覆され、ＧａＡｓコンタクト層１２１ｄが露出しない構造である。無機層間絶縁膜１１７５の材料の具体例は、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯ２膜、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜などの無機材料である。第１導電側電極１２２の領域は、層間絶縁膜の開口部を有機および無機の層間絶縁膜で形成されている。図１１に示した図では、有機層間絶縁膜１４５の開口部が無機層間絶縁膜１１７５の開口部の内側に形成されているが、無機層間絶縁膜１１７５の開口部を内側に形成することもできる。

無機層間絶縁膜１１７５のｐ側電極コンタクト開口部は、ｎ側コンタクト電極開口部よりも先に形成し、ｐ側電極コンタクトで被覆した後に、ｎ側コンタクト電極開口部およびｎ側コンタクト電極を形成することが望ましい。無機層間絶縁膜１１７５を形成する工程に先立ち、有機層間絶縁膜１４５を実施例１で説明したようにＬＥＤ発光部１２１側面を被覆するように形成する。実施例１で説明したように、有機層間絶縁膜１４５の断面形状は、上方に行くに従って層厚さが薄くなるように形成することが望ましい。

無機層間絶縁膜の膜厚はλ／４ｎ（λ：発光領域の発光波長、ｎ：屈折率）を満たすことが望ましい。この厚さとすることによって、光取り出し効率を減少させることなく、高発光効率のＬＥＤとすることができる。

図１３は、実施例２の半導体複合装置の変形例である。
実施例１のように、最上層に電極や配線を含めて被覆する保護層１２４７を設けることもできる。保護層１２４７は、例えば、ＳｉＮ膜を使用することができる。他にＳｉＯＮ膜、ＳｉＯ_２膜、ＢＳＧ膜などの無機材料であってもよい。保護層１２４７を設ける場合には、無機層間絶縁膜１１７５、保護層１２４７を含めて、上述のようにλ／４ｎを考慮して、発光効率が最大となるように層厚を決めることが望ましい。

本実施例によれば、有機層間絶縁膜に加えて、発光部の上面に開口部を有する無機層間絶縁膜を設け、該無機層間絶縁膜の開口部を電極で被覆し、コンタクト層を露出しないようにしたので、実施例１の効果に加えて、ＬＥＤの作製工程で、コンタクト層にダメージが加わることを防止でき、信頼性が高いＬＥＤを提供できるという効果を得る。

図１４は、実施例３の半導体複合装置の断面図である。
図に示すように、実施例３の半導体複合装置が実施例１、及び実施例２の半導体複合装置と異なる主な点は、実施例３の半導体複合装置では、第２導電側電極１３０および１３２を被覆する保護膜の側面を、少なくとも電極の側面の傾斜よりも緩やかな傾斜とする点にある。図１４では、実施例１、または実施例２と同等の構成には、実施例１または実施例２と同じ符号を付した。

図１４で、１３４５は半導体薄膜が備える素子の最上層を被覆する保護膜である。保護膜１３４５は、第２導電側電極１３０、１３２の側面で、各電極の側面の傾斜よりもより大きい傾斜を持つように電極の側面を被覆している。保護膜は、フェノール樹脂を主成分とする有機膜であることが望ましい。別の好適例としては、特にクレゾール樹脂を主成分とする有機膜、またはフェノール樹脂とキノンジアジド誘導体を含む有機膜、または、フェノール樹脂とアジド化合物誘導体を含む有機膜、または、フェノール樹脂とインデンカルボン酸を含む有機膜であることが望ましい。

図１５は、実施例３の半導体複合装置の模式図である。
個別のチップにダイシングする際には、ダイシングブレードの回転によって、相当強い水圧がウエハにかかる。図１５の矢印（電極にかかる力１４８０ａ、１４８０ｂ）は、電極側面にかかる水圧を表している。電極の厚さは、電極および配線の抵抗を考慮すると、５００ｎｍから１μｍであることが好適例であるが、このように電極は厚い層（高さが高い）であるため、水圧（電極にかかる１４８０ａ、１４８０ｂ）がかかると、電極には大きい力がかかり、電極がコンタクトしている半導体層、すなわち半導体薄膜には、大きな力がかかる。

図１５では、電極側面を垂直に描いているが、傾斜をもった斜面であることが多い。電極側面が傾斜をもつ場合であっても、側面を被覆する膜によって、電極の側面の傾斜よりもより傾斜を持たせることによって、それだけ電極にかかる力を分散させることができる。模式的に示せば、電極にかかる力１４８０ａ、１４８０ｂに対して、１４８２ａ、１４８２ｂのように力を分散させることができる。上記したような材料によって、電極側面の傾斜をより傾斜を持たせることができる。

図１６は、実施例３の半導体複合装置の変形例を示している。
電極側面が電極側面よりも傾斜が緩やかな有機絶縁膜で被覆されている形態で、該有機絶縁膜が電極上部にかかってもよい。

本実施例によれば、電極斜面に該斜面よりも緩やかな傾斜を備えた斜面を形成するようにしたので、電極および電極にコンタクトを持つ半導体薄膜にかかる力を分散させることができるという効果を得る。

図１７は、実施例４の半導体複合装置の断面図である。
図に示すように、実施例４の半導体複合装置が他の実施例の半導体複合装置と異なる主な点は、保護膜１４７上に、発光領域からの光が外部回路との接続のために設けられるワイヤで反射されるのを防止する遮光層１６４５が設けられている点にある。遮光層１６４５は、例えば、厚さが約６μｍの有機絶縁膜である。

図１８は、実施例４の半導体複合装置の変形例である。
図１７では、遮光層１６４５は、有機層間絶縁膜１４５と重なる領域があるように描いているが、図１８に示すように有機層間絶縁膜１４５と重なる領域がないようにしてもよい。

本発明の第４の実施形態によれば、半導体薄膜のメサ斜面のみを被覆する有機絶縁膜と、最上層を被覆する保護膜１４７に加えて、発光領域と外部回路との接続領域の間に、遮光層１６４５を設けたので、上記実施形態で得られる効果に加えて、発光領域からの光が、接続ワイヤで反射することを防止する効果が得られる。

図１９は、実施例５の半導体複合装置の断面図である。
実施例５が、他の実施例と異なる点は、実施例５が主として半導体薄膜を被覆する領域に、該半導体薄膜上に設けた電極側面の傾斜をより緩やかにする有機材料保護層１８４７を設け、更に遮光層１６４５を設けた形態である。

図１９に示したように、有機材料保護層１８４７を、電極斜面の傾斜が緩やかになるように形成している。該保護層の形成領域は、半導体薄膜領域を被覆する領域であって、その領域に限定することが望ましい。保護層の具体的な材料は、実施例３で述べた材料を使うことができる。

図２０は、実施例５の半導体複合装置の変形例（その１）である。
遮光層１６４５は、図１９に示したように、有機層間絶縁膜１４５と重なる領域が有っても良いが、遮光層１６４５の高さを反射を防止できるように十分高くして発光領域から離し、図に示すように有機層間絶縁膜１４５と重複しないようにしてもよい。

図２１は、実施例５の半導体複合装置の変形例（その２）である。
図に示したように、発光領域近傍に形成されている遮光層１６４５に、高い圧力の水流が反射し、図の水圧力２０８５のように発光領域ないし半導体薄膜に大きな力を及ぼすと考えられるが、本実施例のように、電極側面の傾斜を緩やかにするような形状で形成された保護膜によって、この水圧力２０８５を分散し、電極および半導体薄膜にかかる力を低減することができる。

本実施例によれば遮光層を設けた形態で、発光領域の斜面のみを被覆し、更に電極側の斜面をより緩やかにする形状の保護膜を設けたので、電極や半導体薄膜へかかる水圧力を低減することができ、該水圧力による欠陥の発生を防止することができ、より信頼性が高い半導体薄膜素子を提供することができる。

図２２は、実施例６の半導体複合装置の平面図である。
図２３は、図２２のＡ−Ａ断面図である。
図２４は、図２２のＢ―Ｂ断面図である。
図２５は、図２２のＣ―Ｃ断面図である。

実施例６では、発光領域を１列に配列した形態を具体例で示しながら説明するが、配列形態や配列数は適宜変形が可能である。また、４つの発光素子を１ブロックとして、マトリクス駆動ができる形態の配線形態（駆動形態）を具体例で説明するが、１ブロック数や１チップに備えたブロック数は適宜変更が可能である。また、マトリクス駆動ではなく、スタティック駆動など適宜駆動方式の変更が可能である。

図２２で２０１は集積回路基板で例えばＳｉ基板である。２１０は半導体薄膜である。２２０はＬＥＤ発光部である。２２２は第１導電側電極であり半導体薄膜内に形成される。２３０は第２導電側電極であり半導体薄膜内に設けられた発光領域表面とコンタクトを形成している。２３２と２３４は第１導電側配線である。２３６は第２導電側配線である。２４０は共通配線であり各ブロックの同一順位の第１導電側配線２３２を連結する部分である。

２５０は接続パッドであり第２導電側配線２３６と集積回路とを接続する部分である。２５２は共通配線接続部であり第１導電側配線２３２と共通配線２４０とを接続する部分である。２６０は入出力接続パッドである。２６２は接続領域である。ここでは配線材料で全体を被覆・接続している。層間絶縁膜２４５は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡＩＮなどの絶縁膜である。この層間絶縁膜２４５は、有機材料膜であってもよい。また、層間絶縁膜２４５は、半導体薄膜周辺で層間絶縁膜分離領域２４８が設けられている。この層間絶縁膜分離領域２４８はＬＥＤ発光部２２０の配列方向に隣接した半導体薄膜領域に設けている。

図２３は図２２のＡ−Ａ断面を示している。ここでは半導体薄膜内のＬＥＤ発光部２２０を構成する材料（半導体薄膜の材料）としてＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料を用いて説明するが、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＺｎＯ、あるいは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物化合物半導体であってもよい。

図２３で、２０１は集積回路基板である。ここではＳｉ基板が用いられている。２０２は多層配線層でありＳｉ基板上に形成された集積回路領域である。２０３は層間絶縁膜であり集積回路領域（集積回路ウエハ）の最上層に形成される。２０４は反射層であり発光領域からウエハの裏面方向へ出射された光を上面方向に反射させる膜である。例えば、Ｔｉ、Ｔｉ／ＰｔＡｕ、ＴｉＡｌ、Ｃｒ／Ａｕ、ＮｉＡｌ、ＡｇやＡｇを含む合金などのＡｕ系、Ａｌ系、Ａｇ系の金属材料層である。

２０５は平坦化層であり半導体薄膜を集積回路基板２０１へボンディングするために必要となる部分である。２１０ａ〜２１０ｃは、エピタキシャル半導体層であり、例えば、２１０ａはｎ−ＧａＡｓ、２１０ｂはｎ−Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ、２１０ｃはｎ−ＧａＡｓで構成される。２２０ａ〜２２０ｄはＬＥＤ発光部であり２２０ａはｎ−Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ、２２０ｂはｎ−Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ、２２０ｃはｐ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、２２０ｄはｐ−ＧａＡｓで構成される。ここで、例えば、２２０ａは、第１導電型クラッド層である。２２０ｂは第１導電型活性層である。２２０ｃは、第２導電型クラッド層である。２２０ｄは、第２導電型コンタクト層である。

２２２は第１導電側電極で、ここではＧａＡｓ層とオーミックコントクトを形成するための材料、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕである。２３０は第２導電側電極で、ここではＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成するための材料で、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕである。２３２は第１導電側配線で、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕとすることができる。

図２４は図２２のＢ−Ｂ断面を示している。図に示すように、層間絶縁膜２４５は、層間絶縁膜分離領域２４８によって、半導体薄膜周辺で分離されている。
図２５は図２２のＣ−Ｃ断面図を示している。図に示すように２５０は第２導電側配線２３６を接続する接続パットであり、接続パット２５０は集積回路と接続されている。２２２は第１導電側電極コンタクトである。

上記実施例の説明では、Ｓｉ基板上に集積した具体的な形態を説明したが、必ずしもＳｉ基板である必要はなく、またＳｉ基板上に備えた駆動集積回路と発光素子との集積化形態に限定されない。例えば、Ｓｉ基板の代わりに、ガラス基板上に集積回路（例えば、ポリＳｉを母材とした集積回路）と発光素子アレイの集積化形態であってもよい。その他、セラミック基板、金属基板、有機物基板であってもよい。また、発光素子の代わりに受光素子などのセンサー素子であってもよい。上記実施例の説明では、第１導電側電極２２２の材料と第１導電側配線２３２の材料を別の材料として具体的な説明をしたが、同一の材料としてもよい。

本実施例によれば、層間絶縁膜分離領域２４８（図２２、２４）によって層間絶縁膜２４５を半導体薄膜周辺から分離して設けるので、半導体薄膜にかかる応力を低減することができ、半導体薄膜に与える応力によってクラックなどの欠陥が発生するリスクを低減し、信頼性の高い半導体複合装置を提供できるという効果を得る。

図２６は、実施例７の半導体複合装置の断面図である。
本実施例の半導体複合装置と実施例６の半導体複合装置との差異は、本実施例の半導体複合装置が、実施例６における層間絶縁膜分離領域２４８（図２４）を本実施例の層間絶縁膜分離領域５４８では半導体薄膜上にまで拡張している点である。図に示したように層間絶縁膜２４５は層間絶縁膜分離領域５４８によって半導体薄膜で分離されている。第２導電側電極２３０が配設されている領域では、半導体薄膜側面が露出している場合、第１導電側と第２導電側間でショートするため半導体薄膜側面も被覆する必要があるが、共通配線２４０側では、その必要がない。そこで層間絶縁膜で被覆されている半導体薄膜領域を最小限にしている。

本実施例によれば、層間絶縁膜分離領域を半導体薄膜上に拡張して半導体薄膜上で分離するので、層間絶縁膜が半導体薄膜へ及ぼす応力の影響をより小さくすることができ、より信頼性が高い半導体複合装置が得られるという効果を得る。

図２７は、実施例８の半導体複合装置の平面図である。
図２８は、図２７のＢ−Ｂ断面図である。
図２９は、図２７のＣ−Ｃ断面図である。
本実施例の半導体複合装置が、実施例６の半導体複合装置、及び実施例７の半導体複合装置と異なる点は、本実施例の半導体複合装置では、層間絶縁膜２４５を半導体薄膜周辺または半導体薄膜上に層間絶縁膜分離領域６４８を設けて層間絶縁膜２４５を分離し、配線２３４、２３６が配設されている領域の下に、第２の層間絶縁膜６８２、６８４を設けた点にある。

図２８に於いて、２４５は層間絶縁膜、６４８は層間絶縁膜分離領域、６８２は第２の層間絶縁膜である、第２の層間絶縁膜は、例えば、有機絶縁膜で塗布膜である。少なくとも電極乃至配線が配設されている下の領域に第２の層間絶縁膜を設ける。第２層間絶縁膜は、半導体薄膜端部、配線接続開口部端部を被覆する。図２９で６８４は第２の層間絶縁膜を示している。第２の層間絶縁膜６８４は第１の導電側電極コンタクト配線２３４下に設ける。第２の層間絶縁膜６８４は、接続開口部２５２の端部も被覆する。また、層間絶縁膜２４５は半導体薄膜上または半導体薄膜周辺部までの被覆とし、それ以外の領域を第２の層間絶縁膜６８４を設けるようにしてもよい。

本実施例によれば、層間絶縁膜２４５に加え、第２の層間絶縁膜６８２、６８４で配線下の領域、半導体薄膜端部、接続開口部を被覆するようにしたので、層間絶縁膜２４５が半導体薄膜に及ぼす応力を低減でき半導体薄膜の信頼性を向上出来ると共に、配線の信頼性も向上できるという効果を得る。

本実施例では、上記実施例１から実施例８で説明した半導体複合装置をＬＥＤヘッドとして画像形成装置に適用する例について説明する。
図３０は、本発明のＬＥＤヘッドを用いたプリンタヘッドの説明図である。
図３１は、ＬＥＤヘッドの平面配置図である。
図に示すように、ベース部材４０１上には、ＬＥＤヘッド４０２が搭載されている。このＬＥＤヘッド４０２は、上記実施例１から実施例８に記載した何れかの半導体複合装置が実装されている。又、図に示すように、実装基板４０２ｅ上には、発光部と駆動部を複合した半導体複合装置が、発光部ユニット４０２ａとして長手方向に沿って複数個配置されている。実装基板４０２ｅ上には、その他に、電子部品が配置される配線が形成されている。又電子部品実装エリア４０２ｂ、４０２ｃ、及び外部から制御信号や電源などを供給するためのコネクタ４０２ｄ等が設けられている。

発光部ユニット４０２ａの発光部上方には、発光部から出射された光を集光する光学素子としてのロッドレンズアレイ４０３が配設されている。このロッドレンズアレイ４０３は、柱状の光学レンズを発光部ユニット４０２ａの直線状に配列された発光部に沿って多数配列されたもので、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ４０４によって所定位置に保持されている。

このレンズホルダ４０４は、図に示すように、ベース部材４０１及びＬＥＤヘッド４０２を覆うように形成されている。ベース部材４０１、ＬＥＤヘッド４０２、及びレンズホルダ４０４は、ベース部材４０１及びレンズホルダ４０４に形成された開口部４０１ａ、４０４ａを介して配設されるクランパ４０５によって一体的に挟持されている。従って、ＬＥＤヘッド４０２で発生した光は、ロッドレンズアレイ４０３を通して、所定の外部部材に照射される。このＬＥＤプリントヘッド４００は、例えば電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。

図３２は、本発明の画像形成装置の要部構成図である。
図に示すように、画像形成装置３００内には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を、各々に形成する４個のプロセスユニット３０１〜３０４が、記録媒体３０５の搬送経路３２０に沿って、その上流側から順に配置されている。プロセスユニット３０１〜３０４の内部構成は共通しているため、例えばシアンのプロセスユニットを例にとり、内部構成について説明する。

プロセスユニット３０３には、像担持体として感光体ドラム３０３ａが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム３０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム３０３ａの表面に電気供給して帯電させる帯電装置３０３ｂ、帯電された感光体ドラム３０３ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置３０３ｃが配設される。更に、静電潜像が形成された感光体ドラム３０３ａの表面に、シアンのトナーを付着させて現像する現像装置３０３ｄ、及び、感光体ドラム３０３ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置３０３ｅが配設される。尚、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源、及び、ギアによって回転させられる。

又、画像形成装置３００は、その下部に、紙などの記録媒体３０５を堆積した状態で収納する用紙カセット３０６を装着し、その上方には記録媒体３０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ３０７が配設されている。更に、記録媒体３０５の搬送方向における、このホッピングローラ３０７の下流側には、ピンチローラ３０８、３０９と共に記録媒体３０５を挟持することによって、記録媒体３０５の斜行を修正し、プロセスユニット３０１〜３０４に搬送するレジストローラ３１０、３１１が配設されている。これらのホッピングローラ３０７、及びレジストローラ３１０、３１１は、図示しない駆動源、及びギアによって連動回転される。

プロセスユニット３０１〜３０４の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ３１２が配設されている。各感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａ上のトナーを記録媒体３０５に付着させるために、各感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａの表面とこれらの各転写ローラ３１２の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

定着装置３１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体３０５上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着される。また、排出ローラ３１４、３１５は、定着装置３１３から排出された記録媒体３０５を、排出部のピンチローラ３１６、３１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部３１８に搬送する。尚、排出ローラ３１４、３１５は、図示されない駆動源、及び、ギアによって連動回転する。ここで使用される露光装置３０３ｃには、ＬＥＤユニットが搭載されている。

次に、画像形成装置の動作について説明する。まず、用紙カセット３０６に堆積した状態で収納されている記録媒体３０５がホッピングローラ３０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。その後、記録媒体３０５は、感光体ドラム３０１ａ及び転写ローラ２１２に挟持され、その記録画面にトナー画像が転写されると同時に感光体ドラム３０１ａの回転によって搬送される。

同様にして、記録媒体３０５は、順次プロセスユニット３０２〜３０４を通過し、その通過過程で、各露光装置３０１ｃ〜３０４ｃにより形成された静電潜像を、現像装置３０１ｄ〜３０４ｄによって現像した各色のトナー像が、その記録画面に順次転写され重ね合わされる。そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わされた後、定着装置３１３によってトナー像が定着された記録媒体３０５は、排出ローラ３１４、３１５及びピンチローラ３１６、３１７に挟持されて、画像形成装置３００の外部の記録媒体スタッカ部３１８に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体３０５上に形成される。

以上説明したように、実施例１〜実施例４に記載の半導体複合装置を用いたＬＥＤヘッドを搭載することによって、高品質で信頼性の高い画像形成装置を得ることが出来るという効果を得る。

上記実施例では、本発明をプリンタに適用した場合に限定して説明したが、本発明は、この例に限定されるものでは無い。即ち、ファクシミリ装置、複合装置等にも適用可能である。

実施例１の半導体複合装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ―Ｂ断面図である。 図１のＣ―Ｃ断面図である。 実施例１の半導体複合装置の模式図（その１）である。 実施例１の半導体複合装置の模式図（その２）である。 実施例１の半導体複合装置の模式図（その３）である。 実施例１の半導体複合装置の模式図（その４）である。 半導体複合装置の検証実験摸式図（その１）である。 半導体複合装置の検証実験摸式図（その２）である。 実施例１の半導体複合装置の変形例である。 実施例２の半導体複合装置の断面図である。 実施例２の半導体複合装置の変形例である。 実施例３の半導体複合装置の断面図である。 実施例３の半導体複合装置の模式図である。 実施例３の半導体複合装置の変形例である。 実施例４の半導体複合装置の断面図である。 実施例４の半導体複合装置の変形例である。 実施例５の半導体複合装置の断面図である。 実施例５の半導体複合装置の変形例（その１）である。 実施例５の半導体複合装置の変形例（その２）である。 実施例６の半導体複合装置の平面図である。 図２２のＡ−Ａ断面図である。 図２２のＢ―Ｂ断面図である。 図２２のＣ―Ｃ断面図である。 実施例７の半導体複合装置の断面図である。 実施例８の半導体複合装置の平面図である。 図２７のＢ−Ｂ断面図である。 図２７のＣ−Ｃ断面図である。 本発明のＬＥＤヘッドを用いたプリンタヘッドの説明図である。 ＬＥＤヘッドの平面配置図である。 本発明の画像形成装置の要部構成図である。 従来の半導体の発光部の断面図である。

符号の説明

１０１ 集積回路基板
１０２ 多層配線板
１０３ 絶縁膜
１２１ ＬＥＤ発光部
１２１ａ 第１導電型クラッド層
１２１ｂ 第１導電型活性層
１２１ｃ 第２導電型クラッド層
１２１ｄ 第２導電型コンタクト層
１４５ 有機層間絶縁膜

Claims (15)

1. 複数の発光素子を駆動する駆動回路を有する基板上に、該基板とは異なる異種基板上に形成された前記複数の発光素子を接合して成る半導体複合装置であって、
   前記複数の発光素子の各々は、前記基板の面と略平行な発光領域と、
   該発光領域の周囲に設けられた他の発光領域とを分離するメサ斜面を被覆し、該メサ斜面の傾斜角より緩やかな傾斜角を有して設けられた層間絶縁膜と、
   前記発光領域の一部と接続された電極と、
   前記発光領域を覆う保護膜とを備えることを特徴とする半導体複合装置。
2. 前記層間絶縁膜は、有機絶縁材料であって、
   フェノール樹脂、フェノール樹脂とインデンカルボン酸、フェノール樹脂とキノンジアジド、フェノール樹脂とジアジド化合物、及びクレゾール樹脂の内、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
3. 前記保護膜は、無機材料であって、
   ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、及びＳｉＯ₂の内、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
4. 前記保護膜は、前記電極の少なくとも側面を被覆する絶縁膜であって、
   該絶縁膜の側面は、少なくとも前記電極の側面の傾斜よりも緩やかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
5. 前記保護膜は、有機材料であって、
   フェノール樹脂、フェノール樹脂とインデンカルボン酸、フェノール樹脂とキノンジアジド、フェノール樹脂とジアジド化合物、及びクレゾール樹脂の内、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
6. 前記層間絶縁膜と、前記保護膜との間に第２の層間絶縁膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
7. 前記第２の層間絶縁膜は、前記発光領域に開口部を有し、
   該開口部は、前記発光領域の全ての半導体層が前記電極によって被覆されること特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
8. 前記発光領域から漏洩する光線が前記基板上に設けられた外部回路と接続する接続ワイヤを照射するのを防止する遮光層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
9. 前記基板はＳｉ基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
10. 前記異種基板上に形成される半導体薄膜は、
    ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＺｎＯの内、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
11. 前記層間絶縁膜の膜厚は、０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体複合装置。
12. 請求項１〜請求項１１の何れかに記載の半導体複合装置を複数個と、
    該複数個の半導体複合装置の各々に対応する駆動装置と、
    該駆動装置、及び前記半導体複合装置とを支持する支持体と、レンズアレイとを備え、
    前記半導体複合装置は、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を含むことを特徴とするＬＥＤヘッド。
13. 感光体と、該感光体の表面を帯電させる帯電器と、帯電された前記感光体の表面を選択的に露光し、静電潜像を形成させる請求項９に記載のＬＥＤヘッドと、露光された静電潜像を現像する現像器とを備えることを特徴とする画像形成装置。
14. 第１の基板上に、半導体薄膜からなる複数の発光素子と接合して成る半導体装置であって、
    前記複数の発光素子の各々は、前記基板の面と略平行な発光領域と、該発光領域の周囲の設けられた他の発光領域とを分離するメサ斜面を被覆する層間絶縁膜とを備え、
    該層間絶縁膜は、前記発行領域の周囲で分離されていることを特徴とする半導体複合装置。
15. 前記層間絶縁膜は、分離された半導体薄膜の周囲で、該分離された半導体薄膜が接合されていない領域で、分離されていることを特徴とする請求項１４記載の半導体複合装置。
    

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