JP4279304B2 - 半導体装置、ｌｅｄプリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで配列して形成される発光素子アレイ等の半導体装置、及びその半導体装置を用いたＬＥＤプリントヘッド、及びそのＬＥＤプリントヘッドを用いた画像形成装置に関する。

従来、電子写真技術を用いたプリンタ等の画像形成装置には、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を一列に並べて配置（配列）させたＬＥＤアレイチップを用い、さらに多数個のそのＬＥＤアレイチップを一列に並べて実装した光学ヘッド（露光ヘッド、ＬＥＤプリントヘッド）を用いたものが知られている。近年、画像を扱うプリンタ等の装置では高い解像度が要求されており、これに対応させるため、ＬＥＤプリントヘッドに用いられる発光素手数も飛躍的に増加してきている。

このようなＬＥＤプリントヘッドの中には、Ｓｉ等の基板に発光ダイオードの駆動回路を予め形成しておき、これとは別にエピタキシャル成長させた化合物半導体薄膜に形成されたＬＥＤアレイ（以下、ＬＥＤアレイフィルムという）を電気的に接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。

上記の技術では、複数のＬＥＤが形成されたＬＥＤアレイフィルムの表層側にはＬＥＤ毎にｐ型／ｎ型の内の一方（例えばｎ型）の導電型側とオーミック（抵抗性）接触するオーミック電極が設けられ、他方（例えばｐ型）の導電型側のオーミック電極はＬＥＤアレイフィルムの裏面側（駆動回路が形成された基板に面する側）に設けられていた。この構造ではＬＥＤアレイフィルムの裏面側のオーミック電極は、隣接する複数のＬＥＤに対して共通に接続されたものであり、これらの複数のＬＥＤを同時に点灯させるものであった。

また、一方で多くのＬＥＤを同時に点灯させることによる発熱量や供給電力の増大を防ぐための技術として時分割駆動を行うものがある。この技術で用いられるＬＥＤアレイフィルムの薄膜チップでは、２つの導電型側のオーミック電極を共にＬＥＤアレイ薄膜チップの表層側に設けたものが用いられていた。

特開２００４−１７９６４１号公報

しかしながら、化合物半導体基板上に直接形成されたＬＥＤアレイチップに比べて、その薄い寸法からＬＥＤアレイ薄膜チップ（ＬＥＤアレイフィルム）は強度的に弱くなっている。従って、ＬＥＤアレイ薄膜チップの表層（同一面）に上記した２つの導電型側のオーミック電極を共に設ける場合にはその電極にはクラック等が発生しやすい。特に電極がＬＥＤアレイ薄膜チップの長手方向に延伸される場合には、その電極及び配線等の駆動回路との接続時に限らず製造工程における様々な処理時や、物理的応力がかかる時、温度変化等が有る時にクラックが発生しやすくなる。電極にクラックが発生すると導通不良や接続不良等が発生しやすくなるという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、２つの導電型側のオーミック電極を共に同一面に設ける場合で、ＬＥＤアレイ薄膜チップの表層の電極にクラック等が発生しても、接続不良等が発生しにくく、信頼性が高い電極及びコンタクト部を備えた半導体薄膜素子を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の半導体装置は、
化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで少なくとも１列に配列されて形成される半導体装置であって、
前記複数の発光素子の各々に略矩形状に形成される発光領域と、前記発光素子の一方側と電気的に接続される電極である第１導電型側電極と、前記発光素子の他方側と電気的に接続される電極である第２導電型側電極とが、前記発光素子の薄膜の同一の面側に位置されるように形成され、
前記各第１導電型側電極は、対応する前記発光領域の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置に絶縁膜を介して配置され、
前記各第２導電型側電極は、対応する前記各発光領域の上部に配置され、
前記各第１導電型側電極は、前記各発光領域の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられる
ことを特徴とする。

本発明の半導体装置では、第１導電型側の電極が、各発光領域の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置で、その発光領域の配列方向に隣接した領域に配置されるので、２つの導電型側のオーミック電極を共に同一面に設ける場合で、ＬＥＤアレイ薄膜チップの表層の電極にクラック等が発生しても、接続不良等が発生しにくく、信頼性が高い電極及びコンタクト部を備えた半導体薄膜素子及び半導体装置（発光素子アレイ）を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

（（第１の実施形態））
本実施形態の画像形成装置は、後述するように発光素子がＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の光学ヘッド（ＬＥＤプリントヘッド）により帯電された感光体の表面を選択的に露光させることで静電潜像が形成される感光体と、その感光体の表面を帯電させる帯電器と、静電潜像を形成させる光学ヘッドと、露光された静電潜像を現像する現像器とを備える。ＬＥＤプリントヘッドは、発光素子を含む半導体装置（ＬＥＤアレイ）と、その半導体装置の各発光素子を選択的に駆動可能である駆動回路と、これらを支持する支持体とを備える。

以下に図を用いて説明する第１の実施形態の半導体装置は、化合物半導体の薄膜チップ内に４個（複数）の発光素子（発光領域１２０）が１つのブロックとして一方向に等間隔ピッチで１列に配列されて形成されており、ブロック内の４個の発光素子の内の順位１番目と順位２番目と順位３番目と順位４番目は、個々に分割駆動ができる駆動方式（配線）の場合である。（尚、順位１番目とは、例えば図１の左端から１番目であり、以下同様に順位２番目とは、例えば図１の左端から２番目とする。）しかし、図１で示した例は第１の実施形態の一例であり、発光領域１２０の配列形態や配列数、１プロック内の発光素子の数、１チップに備えられるブロックの数は適宜変更でき、駆動方式（配線形態）も分割駆動に限らず一斉駆動等、適宜変更することができる。

又、本実施形態では、具体例として、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）がＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料である場合を説明する。しかし、本実施形態で示した半導体薄膜の材料は一例であり、例えば、ｌｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａｌｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰや、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ｌｎＧａＮ、等の窒化物化合物半導体を材料として形成することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態の画像形成装置のＬＥＤプリントヘッドに用いられる半導体装置（ＬＥＤアレイ）の一部分の概略構成を示す上面図である。図２は、図１に示されたＡ−Ａ断面を示す断面図である。図３は、図１に示されたＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図４は、図１に示されたＣ−Ｃ断面を示す断面図である。以下、図１〜４を参照しながら、第１の実施形態を説明する。

図１〜４において、１０１は集積回路を備えた基板であり、例えばＳｉ基板である。１０２はＳｉ基板内およびＳｉ基板上に形成された集積回路領域である。１０３は集積回路領域（集積回路ウエハ）の最上層の層間絶縁膜である。１０４は発光領域１２０からウェハの裏面方向に出射された光を上面方向に反射させるための光の反射層であり、例えば、Ｔｉ、Ｔｉ／ＰｔＡｕ、ＴｉＡｌ、Ｃｒ／Ａｕ、ＮｉＡｌ、ＡｇやＡｇを含む合金等のＡｕ系、Ａｌ系、Ａｇ系の金属材料により形成される層である。１０５は半導体薄膜をポンディングするための平坦化層である。

１１０と１２０は半導体薄膜であり、特に１２０は発光領域が設けられている。１１０ａ〜１１０ｃは半導体を構成するエピタキシャル半導体薄膜層で、１２０ａ〜１２０ｄは発光素子を構成するエピタキシャル半導体薄膜層で、例えば、１２０ａと１２０ｃはいわゆるクラッド層、１２０ｂは活性層、１１０ｃはｎ側コンタクト層で、１２０ｄはｐ側コンタクト層である。

さらに具体的には、例えば、半導体薄膜１１０は、層１１０ａ：ｎ−ＧａＡｓ、層１１０ｂ：ｎ−Ａ１_ｔＧａ_１−ｔＡｓ、層１１０ｃ：ｎ−ＧａＡｓ、により形成することができる。

半導体薄膜１１０は、層１２０ａ：ｎ−Ａ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ、層１２０ｂ：ｎ−Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ、層１２０ｃ：ｐ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、層１２０ｄ：ｐ−ＧａＡｓにより形成することができる。

１２２は半導体薄膜内に形成されたｐ型とｎ型の半導体の一方の側にオーミック接触して接続する第１導電型側電極である。ここでは、例えば第１導電型側電極をｎ型側電極とする。図１に示したように、第１導電型電極１２２は、略矩形状に形成される発光領域１２０の４辺に対して、発光領域１２０の配列方向の辺の外側を囲むように隣接する領域の電極部分１２２ａと、その電極部分１２２ａが設けられる辺と隣接する辺（＝発光領域１２０の配列方向と垂直方向の辺）の外側を囲むように隣接する領域の電極部分１２２ｂのように、連続する２辺の外側を連続して囲む領域の電極部分１２２ａ及び１２２ｂが設けられる。

第１導電型側電極の電極部分１２２ａ及び１２２ｂは、ここでは、ＧａＡｓ層とオーミックコンタクトを形成しており、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを材料として形成することができる。

１３０は半導体薄膜内に設けられた発光領域１２０の表面とオーミック接触して接続する第２導電型側電極である。第２導電型側電極１３０は、ここではＧａＡｓ層とオーミックコンタクトを形成しており、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを材料として形成することができる。

１３２、１３４は第１導電型側配線部で、特に１３２は第１導電型側電極１２２上の領域の配線部である。１３２は、例えば、Ｔ１／Ｐｔ／Ａｕで形成することができる。

１３６は半導体薄膜内に形成されたｐ型とｎ型の他方である第２導電型側配線部である。ここでは、例えばｐ型側電極とする。１４０は各ブロック内の同一順位の第１導電型側配線部１３２、１３４を連結するための共通配線部である。

１４５は層間絶縁膜である。１５０は第２導電型側配線部１３６と駆動回路等の集積回路とを接続する接続パッドである。１５２は第１導電型側配線部１３２、１３４と共通配線部１４０を接続するために層間絶縁膜１４５に設けられた共通配線接続開口部である。１６０は第１導電型側配線部１３２、１３４と駆動回路等の集積回路とを接続する接続パッドである。１６２は接続パッド１６０上に形成される配線部との接続領域で、ここでは配線材料で全体を被覆して接続している。

このように本実施形態の半導体装置は、化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで少なくとも１列に配列されて形成されており、複数の発光素子の各々には略矩形状に発光領域１２０が形成されている。又、その発光素子の一方（例えばｎ型）側と電気的に接続されるオーミック（抵抗性）電極である第１導電型側電極と、その発光素子の他方（例えばｐ型）側と電気的に接続されるオーミック電極である第２導電型側電極とが、その発光素子の薄膜の同一の面側に位置されるように形成される。又、各第１導電型側電極は、対応する発光領域１２０の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置に層間絶縁膜１４５を介して配置され、各第２導電型側電極は、対応する各発光領域１２０の上部に配置される。

従って、各第１導電型側電極は、対応する発光領域１２０の配列方向に隣接した領域に、少なくとも一部分が配置される。 又、各第１導電型側電極は、各発光領域１２０の間の位置に、その両側の発光素子の少なくとも何れか一方に対応する電極の、少なくとも一部分が配置される。

又、本実施形態の半導体装置では、化合物半導体の薄膜に形成される複数の発光素子が、予め第１導電型半導体と第２導電型半導体を積層して設けたｐｎ接合を含む構造を、メサエッチングにより素子分離して形成している。

このように本実施形態の半導体装置（発光素子アレイ）によれば、発光領域１２０に対し２辺で第１導電型側電極を形成するようにしたので、例えば、発光領域１２０の配列の垂直方向に設けた第１導電型側電極と発光領域１２０の間の半導体薄膜にクラック等の欠損が発生しても、発光領域１２０の配列方向に設けた第１導電型側電極と発光領域１２０の半導体薄膜が良好な状態を維持でき、発光素子として正常な動作をすることができる効果を得ることができる。これにより半導体装置（発光素子アレイ）の信頼性を高めることができる。

図５は、本実施形態の半導体装置を用いたＬＥＤプリントヘッドの一例の概略構成を示す断面図である。図６は、図５のＬＥＤプリントヘッド内の一例のＬＥＤユニットの概略構成の配置を示す上面図である。

図５に示すように、ベース部材２０１上には、ＬＥＤユニット２０２が搭載されている。このＬＥＤユニット２０２は、上記した半導体装置が実装基板上に搭載されたものである。

図６の実装基板２０２ｅ上には、複数の発光領域１２０のブロックと駆動部が複合された半導体装置が、発光領域１２０ユニット２０２ａとして長手方向に沿って複数配設されている。実装基板２０２ｅ上には、その他に、電子部品が配置されて配線部が形成されている電子部品実装エリア２０２ｂ、２０２ｃ、及び外部から制御信号や電源等を供給するためのコネクタ２０２ｄ等が設けられている。

発光領域１２０ユニット２０２ａの発光領域１２０の上方には、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２０３が配設されている。このロッドレンズアレイ２０３は、柱状の光学レンズを発光領域１２０ユニット２０２ａの直線状に配列された発光領域１２０に沿って多数配列したもので、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ２０４によって所定位置に保持されている。

このレンズホルダ２０４は、図５に示すように、ベース部材２０１及びＬＥＤユニット２０２を覆うように形成されている。そして、ベース部材２０１、ＬＥＤユニット２０２、及びレンズホルダ２０４は、ベース部材２０１及びレンズホルダ２０４に形成された開ロ部２０１ａ、２０４ａを介して配設されるクランパ２０５によって一体的に挟持されている。従って、ＬＥＤユニット２０２の発光領域１２０ユニット２０２ａで発生した光はロッドレンズアレイ２０３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２００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。

従って、本実施形態のＬＥＤプリントヘッドには、ＬＥＤユニット２０２として、上記した信頼性の高い半導体装置が使用されるため、高品質で信頼性の高いＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。

図７は、図５に示したＬＥＤプリントヘッドを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
図７に示すように、画像形成装置３００内には、記録媒体３０５の搬送経路３２０に鉛ってその上流側から順に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を、各々に形成する４つのプロセスユニット３０１〜３０４が配置されている。これらのプロセスユニット３０１〜３０４の内部構成については共通しているため、シアンのプロセスユニット３０３をその代表例として、その内部構成を説明する。

プロセスユニット３０３には、像担持体として感光ドラム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、感光ドラム３０３ａの表面に電圧を印加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、所定色（シアン）のトナーを付着させて静電潜像を顕在化（顕像を発生）させる現像装置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。

また、画像形成装置３００は、その下部に、紙等の記録媒体３０５を堆積した状態で収納する用紙カセット３０６が装着され、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に向けて搬送するレジストローラ３１０、３１１が配設されている。これ等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。感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａ上のトナーを記録媒体３０５に転写させて、記録媒体３０５上に付着させるために、感光体ドラム３０１ａ〜３０４ａの表面とこれらの各転写ローラ３１２の表面との間には、所定の電位差が印加され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せる。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に向けて搬送する。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される。ここで使用される露光装置３０３ｃとしては、上記したＬＥＤプリントヘッド２００が用いられる。

次に、前記構成の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。統いて、この記録媒体３０５は、レジストローラ３１０、３１１及びピンチローラ３０８、３０９に挟持されて、プロセスユニット３０１の感光ドラム３０１ａ及び転写ローラ３１２に搬送される。その後、記録媒体３０５は、感光体ドラム３０１ａ及び転写ローラ３１２に挟持され、その記録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。

記録媒体３０５は、同様にして、順次プロセスユニツト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が現像装置３０１ｄ〜３０４ｄによって現像された各色のトナー像がその記録面に順次転写され重ね合わせられる。そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わせられた後、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。以上の過程によりカラー画像が記録媒体３０５上に形成される。

以上のように、本実施形態の画像形成装置によれば、上記した信頼性の高いＬＥＤプリントヘッドを採用するため、高品質で、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

（第１の実施形態の変形例）
図８は、第１の実施形態の図１に対応する変形例を示した上面図であり、図９は第１の実施形態の図４に対応する変形例を示した断面図である。図８〜９に示した以外の部分は、第１の実施形態と同様である。又、図８〜９においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
この変形例では、図８、図９に示したように、発光素子の薄膜の同一の面側における、発光領域１２０と第１導電型側電極と第２導電型側電極が形成されない位置に、外光を遮断する遮光層１７０が発光領域１２０近傍を端部とするように形成されている。このように遮光層１７０を設けることで外光又はＬＥＤプリントヘッド内の反射光の影響を抑制することができる。

尚、上記した実施形態の説明では、Ｓｉ基板上に半導体薄膜で形成された発光素子アレイと駆動回路等の集積回路を配置させた場合を説明したが、本実施形態のベース面は必ずしもＳｉ基板である必要はなく、Ｓｉ基板上に駆動集積回路と発光素子アレイとが集積化される場合に限定されるものではない。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）と発光素子アレイが集積化される形態であってもよく、その他に、セラッミク基板、金属基板、有機物基板上に集積化される形態であってもよい。又、上記した実施形態では、第１導電型側電極１２２の材料と第１導電型側配線部１３２の材料を別の材料として説明をしたが、同一の材料としてもよい。さらに、上記した実施形態ではＬＥＤを一列に配列したＬＥＤアレイの場合について述べたが、一列でなく複数列に配列したＬＥＤアレイであってもよい。また、複数のＬＥＤでなくとも、１個のＬＥＤに適用することもできる。また、複数のＬＥＤが複数の異なる材料で構成されていてもよい。

（（第２の実施形態））
図１０は本発明の第２の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。図１１は、図１０に示されたＡ−Ａ断面を示す断面図である。図１２は、図１０に示されたＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図１０〜１２に示した以外の部分は、第１の実施形態と同様である。又、図１０〜１２においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

第２の実施形態と第１の実施形態の差異は、第２の実施形態では、第１導電型側電極１２２が発光領域１２０の３辺の外側の半導体薄膜上の領域にも形成（電極部分１２２ａ、電極部分１２２ｂ、電極部分１２２ｃ）されている点である。

本実施形態の第１導電型側電極１２２は、図１０に示したように、略矩形状に形成される発光領域１２０の４辺に対して、発光領域１２０の配列方向の両側の辺の外側を囲むように隣接する領域の電極部分１２２ａ及び電極部分１２２ｃと、その電極部分１２２ａ及び電極部分１２２ｃが設けられる各辺の各々と隣接する辺（＝発光領域１２０の配列方向と垂直方向の辺）の一方の外側を囲むように隣接する領域の電極部分１２２ｂのように、連続する３辺の外側を連続して囲む領域の電極部分１２２ａ〜１２２ｃが設けられる。

従って、本実施形態では、各第１導電型側電極は、各発光領域１２０の略矩形状における隣接する３辺の外側を連続して囲む位置で、さらに、第２導電型側の電極１３０及び配線部１３６が延伸されて交差する前記発光領域１２０の辺を除く３辺の外側位置に設けられていることになる。

このように本実施形態では、発光領域１２０周囲近傍の３辺に第１導電型側電極を設けたので、第１の実施形態と比較して、より信頼性が高い発光素子とすることができる。

（第２の実施形態の第１の変形例）
図１３は本実施形態の図１２に対応する第１の変形例を示した断面図である。図１３に示した以外の部分は、第２の実施形態と同様である。又、図１３においても、第２の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
上記した図１０〜１２の本実施形態では、半導体薄膜の層構造に発光素子の発光領域１２０を形成する場合に、予め第１導電型半導体層および第２導電型半導体層を積層してｐｎ接合を含む構造で半導体薄膜の層構造を形成しておき、その半導体薄膜をメサエッチングによって素子分離させて発光素子を形成した場合について説明した。しかし、発光素子の発光領域１２０は、上記した方法で形成されたものに限らず、例えば、図１３に示したように、第１導電型半導体層を積層した構造体に第２導電型不純物を選択的に拡散させる形態のように、半導体薄膜の層構造に不純物を選択的にドーピング、言い換えれば、半導体薄膜の層構造に不純物を選択的に拡散させることによって形成してもよい。

図１３において、半導体薄膜１０１０内の積層された層構造１０１１〜１０１５は、第１導電型半導体層であり、さらに具体的には、層１０１１：ＧａＡｓ、層１０１２（クラッド層）：Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ、層１０１３（活性層）；Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ、層１０１４（クラッド層）：Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、層１０１５：ＧａＡｓである。

１０１６は拡散領域であり、１０１６ａ〜１０１６ｃは第１導電型の各半導体層内に不純物を選択的に拡散させることによって形成された第２導電型領域である。ここで、層１０１３は活性層であるので、拡散領域のフロント１０１６ａは活性層１０１３内に設けられる。各半導体層のＡ１組成ｘ、ｙ、ｚは、ｙ＜ｘ、ｚの関係を満たしている。層１０１２、層１０１４はクラッド層であり、層１０１４内に拡散領域１０１６ａが設けられ、その上にコンタクト層１０１６ｃが形成される。

上記実施形態では、発光領域上に金属材料により第２導電型側電極１３０及びコンタクト部を形成したが、ＩＴＯやＺｎＯのような透明電極の材料により形成してもよい。

従って、本変形例では、化合物半導体の薄膜に形成される複数の発光素子が、第１導電型半導体の層内に、第２導電型半導体用の不純物を選択的に拡散させて第２導電型半導体領域を設けることで、ｐｎ接合を含む構造を形成している。

（第２の実施形態の第２の変形例）
図１４は第２の実施形態の図１０に対応する第２の変形例の上面図である。図１４に示した以外の部分は、第２の実施形態と同様である。又、図１４においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図１４では、図１０の第１導電型側電極１２２と異なり、第２導電型側電極１３０及び配線部１３６と重複しない領域で、発光領域１２０の第４辺の外側にも、第１導電型側電極１２２ｄ及び１２２ｅを設けている。

従って、本変形例では、各第１導電型側電極は、各発光領域１２０の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられるが、第２導電型側の配線部１３６を除く位置に設けられる。

（第２の実施形態の第３の変形例）
図１５は第２の実施形態の図１０に対応する第３の変形例の上面図ある。図１５に示した以外の部分は、第２の実施形態と同様である。又、図１５においても、第２の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図１５では、図１０及び図１４の第１導電型側電極１２２と異なり、第２導電型側電極１３０及び配線部１３６と重複する領域も含んで、発光領域１２０の第４辺の外側にも、第１導電型側電極１２２ｆを設けている。

従って、本変形例では、各第１導電型側電極は、各発光領域１２０の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられ、第２導電型側の電極１３０及び配線部１３６が延伸されて発光領域１２０の辺と交差する位置の外側にも、層間絶縁膜１４５を挟んで設けられる。

（（第３の実施形態））
図１６は、本発明の第３の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）の薄膜チップにおける１ブロック分の複数の発光領域１２０とその周囲の電極及び配線部の概略構成を拡大して示す上面図である。図１６に示した以外の部分は、第１の実施形態と同様である。又、図１６においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
第３の実施形態が第１、第２の実施形態と異なる点は、発光領域１２０の配列方向の領域に形成されている第１導電型側電極が２つの発光領域１２０の間に設けられている点にある。

従って、各第１導電型側電極１２２は、各発光領域１２０の間の１個置きの位置に、その両側の発光素子に対応する電極の一部分が配置される。各発光領域１２０には、その略矩形状において、各発光領域１２０の間の１個置きの電極が設けられない間側の辺ができることになる。

従って、本実施形態では、図１６に示したように、第１導電型側電極１２２および第１導電型側配線部１３２、１３４は、２つの発光領域１２０の間に形成されて、薄膜チップにおける各ブロックの端部には形成されていない。

図１７は、半導体装置（ＬＥＤアレイ）で図１６のブロック構成を有する２つの薄膜チップが隣り合って実装される場合の隣接部分の実装状態を示す上面図である。図１７において、図１６と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１７において、１６０は図１６のブロック構成を有する薄膜チップの端部であり、１６２は隣接する２つの薄膜チップ間のスペースを示している。図１７では、図１６にて説明したように第１導電型側電極１２２および第１導電型側配線部１３２、１３４が薄膜チップにおける各ブロックの２つの発光領域１２０の間に形成されており、すなわち薄膜チップの最端部の発光領域１２０に対して第１導電型側電極１２２が薄膜チップ端部と反対側に形成されて、薄膜チップにおける各ブロックの端部には形成されていない。

このように本実施形態によれば、薄膜チップの端部の発光素子の第１導電型側電極１２２および第１導電型側配線部１３２、１３４が、発光素子におけるチップ端部と反対側の辺側に形成されているので、隣接する薄膜チップの最端部の発光領域１２０とのピッチ間隔寸法が小さい場合でも、チッブ内部の発光領域１２０ピッチと同等のピッチとすることができる。

（第３の実施形態の変形例）
図１８は第３の実施形態の変形例の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。図１８に示した以外の部分は、第１の実施形態と同様である。又、図１８においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図１８に示したように、各第１導電型側電極１２２は、各発光領域１２０の略矩形状における、各発光領域１２０の間の１個置きの電極が設けられない間側の辺を除いて、隣接する３辺の外側を連続して囲む位置（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの位置）に設けてもよい。又、各第１導電型側電極１２２は、第２導電型側の電極１３０及び配線部１３６が延伸されて発光領域１２０の辺と交差する位置の外側では層間絶縁膜１４５を挟んで設ければよい

（（第４の実施形態））
図１９は本発明の第４の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。図１９に示した以外の部分は、第１の実施形態と同様である。又、図１９においても、第１の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
第４の実施形態が前出の各実施形態と異なる点は、１つの連続した半導体薄膜２１０に複数の発光領域１２０が配列されて設けられ、その複数の発光領域１２０の配列方向の間に第１導電型側電極２２２の電極部分２２２ｂが設けられ、発光領域１２０の配列方向と垂直方向で発光領域１２０の外側の近傍に第１導電型側電極２２２の電極部分２２２ａが設けられる点である。

図１９で、２１０は半導体薄膜で、その上に複数の発光領域２２０が配列されて設けられる点が第１の実施形態の半導体薄膜１１０とは異なるが、その他は同様である。２２０は第１の実施形態の発光領域１２０と同様な発光領域である。２２２は第１導電型側電極で、電極部分２２２ａが同じブロック内の複数の発光領域２２０用である点が第１の実施形態の第１導電型側電極１２２とは異なるが、その他は同様である。２３０は第１の実施形態の第２導電型側電極１３０と同様な第２導電型側電極である。２３２、２３４は第１導電型側配線部で、同じブロック内の複数の発光領域２２０用の第１導電型側電極２２２と接続される点が第１の実施形態の第１導電型側配線部１３２、１３４とは異なるが、その他は同様である。２３６は第１の実施形態の第２導電型側配線部１３６と同様な第２導電型側配線部である。

従って、各第１導電型側電極２２２は、化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域２２０から構成されるブロック単位毎に、複数の各発光領域２２０の間の位置に、その両側の発光素子に共通して対応する電極の一部分２２２ｂが配置され、複数の各発光領域２２０の間の電極を除く残りの電極部分２２２ａが薄膜チップ長手方向に結合されて、電気的に導通した一個の電極として配置される。

各第１導電型側電極２２２は、第２導電型側の電極２３０及び配線部２３６が延伸されて発光領域２２０の辺と交差する位置の外側にも、層間絶縁膜１４５を挟んで一個の電極として配置され、化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域２２０から構成されるブロック単位毎に、配列方向に両端の前記各発光領域１２０のブロックの配列方向外側に面した辺の外側には、前記電極の一部分が形成されない。

このように本実施形態によれば、１つの連続した半導体薄膜に複数の発光領域１２０が設けられ、第１導電型側電極２２２を、その複数の発光領域１２０の配列方向の間と、発光領域１２０の配列方向と垂直方向で発光領域１２０の外側の近傍に設けるので、第１導電型側電極２２２の接触抵抗を低減させることができ、従って各発光素子の駆動電圧を低くできる。又、第１導電型側電極２２２を安定した状態で設けることができる。
又、半導体薄膜の底面積が広くなるので、平坦化膜とのポンディング強度を強くできるので素子の信頼性を高くすることができる。

（第４の実施形態の第１の変形例）
図２０は第４の実施形態の図１９に対応する第１の変形例の上面図である。図２０に示した以外の部分は、第４の実施形態と同様である。又、図２０においても、第４の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図２０に示したように第１導電型側電極２２２は、図１９に示した電極部分２２２ａとは発光領域２２０を挟んで反対側（図１９に示した電極部分２２２ａとは発光領域２２０の辺と対向する辺の外側領域）の位置に形成してもよい。その場合、第２導電型側の電極２３０及び配線部２３６が延伸されて発光領域１２０の辺と交差する位置の外側では、層間絶縁膜１４５を挟んで設けられる。

（第４の実施形態の第２の変形例）
図２１は第４の実施形態の図１９に対応する第２の変形例の上面図である。図２１に示した以外の部分は、第４の実施形態と同様である。又、図２１においても、第４の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図２１では、各第１導電型側電極２２２は、図１９の第１導電型側電極２２２と異なり、発光領域１２０の第４辺の外側で、第２導電型側電極２３０及び配線部２３６と重複しない領域、すなわち第２導電型側の電極２３０及び配線部２３６を除く位置にも、第１導電型側電極１２２の電極部分２２０ｃとして、電極部分２２０ｂが延伸されて設けられる。

従って、本変形例では、各第１導電型側電極２２０は、各発光領域１２０の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられるが、第２導電型側の配線部を除く位置に設けられる。又、各第１導電型側電極２２０は、化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域１２０から構成されるブロック単位毎に、配列方向に両端の各発光領域１２０のブロックの配列方向外側に面した辺の外側には、電極部分２２０ｂを形成していない。さらに、各第１導電型側電極２２０は、各発光領域１２０の間の電極部分２２０ｂを、発光領域１２０の辺における前記一個の電極の反対側の辺の外側まで回り込むように延伸させて電極部分２２０ｃ形成している。

（第４の実施形態の第３の変形例）
図２２は第４の実施形態の図１９に対応する第３の変形例の上面図である。図２２に示した以外の部分は、第４の実施形態と同様である。又、図２２においても、第４の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図２２では、図１９及び図２１の第１導電型側電極１２２と異なり、化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域１２０から構成されるブロック単位毎に、配列方向に両端の各発光領域１２０のブロックの配列方向外側に面した辺の外側にも、電極部分２２０ｂと同様な電極の一部分である電極部分２２０ｄが形成されている。従って、その電極部分２２０ｄにも、前記したように回り込む電極部分２２０ｃが設けられる。

（第４の実施形態の第４の変形例）
図２３は第４の実施形態の図１９に対応する第４の変形例の上面図である。図２３に示した以外の部分は、第４の実施形態と同様である。又、図２３においても、第４の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図２３では、各第１導電型側電極２２２は、図２２の第１導電型側電極２２２と異なり、発光領域１２０の第４辺の外側で、第２導電型側電極２３０及び配線部２３６と重複する領域、すなわち第２導電型側の電極２３０及び配線部２３６と重なる位置にも、第１導電型側電極１２２の電極部分２２０ｅとして、電極部分２２０ｂが延伸されて設けられる。

従って、本変形例では、各第１導電型側電極２２２は、各発光領域１２０の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられ、第２導電型側の電極２３０及び配線部２３６が延伸されて発光領域１２０の辺と交差する位置の外側にも、層間絶縁膜１４５を挟んで設けられる。

（第４の実施形態の第５の変形例）
図２４は第４の実施形態の図１９に対応する第５の変形例の上面図である。図２４に示した以外の部分は、第４の実施形態と同様である。又、図２４においても、第４の実施形態と同様な部分については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
図２４の変形例では、発光素子の薄膜の同一の面側における、発光領域１２０と第１導電型側電極２２２と第２導電型側電極２３０が形成されない位置に、外光を遮断する遮光層１７０が発光領域１２０近傍を端部とするように形成されている。このように遮光層１７０を設けることで外光又はＬＥＤプリントヘッド内の反射光の影響を抑制することができる。

尚、上記した各実施形態では、半導体装置の半導体薄膜層に形成される半導体素子として、発光素子（ＬＥＤ）を形成した例について説明したが、これに限定されるものではなく、この発光素子に代えて受光素子を形成する、或いはこれ等の光素子だけでなく、その他の半導体素子を形成してもよい等、種々の態様を取り得るものである。

また、前記した特許請求の範囲、及び実施形態の説明において、「上」、「下」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、各装置を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。

本発明の第１の実施形態の画像形成装置のＬＥＤプリントヘッドに用いられる半導体装置（ＬＥＤアレイ）の一部分の概略構成を示す上面図である。 図１に示されたＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１に示されたＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 図１に示されたＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 本実施形態の半導体装置を用いたＬＥＤプリントヘッドの一例の概略構成を示す断面図である。 図５のＬＥＤプリントヘッド内の一例のＬＥＤユニットの概略構成の配置を示す上面図である。 図５に示したＬＥＤプリントヘッドを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態の図１に対応する変形例を示した上面図であり、 第１の実施形態の図４に対応する変形例を示した断面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。 図１０に示されたＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１０に示されたＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 第２の実施形態の図１２に対応する第１の変形例を示した断面図である。 第２の実施形態の図１０に対応する第２の変形例の上面図である。 第２の実施形態の図１０に対応する第３の変形例の上面図ある。 本発明の第３の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）の薄膜チップにおける１ブロック分の複数の発光領域１２０とその周囲の電極及び配線部の概略構成を拡大して示す上面図である。 半導体装置（ＬＥＤアレイ）で図１６のブロック構成を有する２つの薄膜チップが隣り合って実装される場合の隣接部分の実装状態を示す上面図である。 第３の実施形態の変形例の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。 本発明の第４の実施形態の半導体装置（ＬＥＤアレイ）における発光領域１２０とその周囲の電極の概略構成を拡大して示す上面図である。 第４の実施形態の図１９に対応する第１の変形例の上面図である。 第４の実施形態の図１９に対応する第２の変形例の上面図である。 第４の実施形態の図１９に対応する第３の変形例の上面図である。 第４の実施形態の図１９に対応する第４の変形例の上面図である。 第４の実施形態の図１９に対応する第５の変形例の上面図である。

符号の説明

１０１ 集積回路を備えた基板（Ｓｉ基板）、
１０２ 集積回路領域、
１０３ 層間絶縁膜、
１０４ 反射層、
１０５ 平坦化層、
１１０ 半導体薄膜、
１１０ａ エピタキシャル半導体薄膜層、
１１０ｂ エピタキシャル半導体薄膜層、
１１０ｃ エピタキシャル半導体薄膜層のｎ側コンタクト層、
１２０ 発光領域（半導体薄膜）、
１２０ａ エピタキシャル半導体薄膜層のクラッド層、
１２０ｂ エピタキシャル半導体薄膜層の活性層、
１２０ｃ エピタキシャル半導体薄膜層のクラッド層、
１２０ｄ エピタキシャル半導体薄膜層のｐ側コンタクト層、
１２２ 第１導電型側（ｎ型側）電極、
１２２ａ 電極部分（発光領域１２０の配列方向の辺の外側を囲むように隣接する領域）、
１２２ｂ 電極部分（電極部分１２２ａが設けられる辺と隣接する辺の外側を囲むように隣接する領域の電極部分）、
１３０ 第２導電型側（ｐ型側）電極、
１３２ 第１導電型側配線部（第１導電型側電極１２２上の領域）、
１３４ 第１導電型側配線部、
１３６ 第２導電型側配線部、
１４０ 共通配線部、
１４５ 層間絶縁膜、
１５０ 接続パッド、
１５２ 共通配線接続開口部、
１６０ 接続パッド、
１６２ 接続領域。

Claims (15)

1. 化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで少なくとも１列に配列されて形成される半導体装置であって、
   前記複数の発光素子の各々に略矩形状に形成される発光領域と、前記発光素子の一方側と電気的に接続される電極である第１導電型側電極と、前記発光素子の他方側と電気的に接続される電極である第２導電型側電極とが、前記発光素子の薄膜の同一の面側に位置されるように形成され、
   前記各第１導電型側電極は、対応する前記発光領域の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置に絶縁膜を介して配置され、
   前記各第２導電型側電極は、対応する前記各発光領域の上部に配置され、
   前記各第１導電型側電極は、前記各発光領域の略矩形状における隣接する４辺の外側を連続して囲む位置に設けられる
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記各第１導電型側電極は、前記第２導電型側の配線部を除く位置に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記各第１導電型側電極は、前記第２導電型側の配線部が延伸されて前記発光領域の辺と交差する位置の外側にも、絶縁膜を挟んで設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで少なくとも１列に配列されて形成される半導体装置であって、
   前記複数の発光素子の各々に略矩形状に形成される発光領域と、前記発光素子の一方側と電気的に接続される電極である第１導電型側電極と、前記発光素子の他方側と電気的に接続される電極である第２導電型側電極とが、前記発光素子の薄膜の同一の面側に位置されるように形成され、
   前記各第１導電型側電極は、対応する前記発光領域の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置に絶縁膜を介して配置され、
   前記各第２導電型側電極は、対応する前記各発光領域の上部に配置され、
   前記各第１導電型側電極は、前記各発光領域の間の１個置きの位置に、その両側の発光素子に対応する電極の少なくとも一部分が配置される
   ことを特徴とする半導体装置。
5. 前記各第１導電型側電極は、前記各発光領域の略矩形状における、前記各発光領域の間の１個置きの電極が設けられない間側の辺を除いて、隣接する３辺の外側を連続して囲む位置に設けられ、前記第２導電型側の配線部が延伸されて前記発光領域の辺と交差する位置の外側では絶縁膜を挟んで設けられる
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記各第２導電型側電極は、前記化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域から構成されるブロック単位毎に、複数の前記電極部分が薄膜チップ長手方向に結合されて、電気的に導通した一個の電極として配置される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
7. 化合物半導体の薄膜から構成される、複数の発光素子が一方向に等間隔ピッチで少なくとも１列に配列されて形成される半導体装置であって、
   前記複数の発光素子の各々に略矩形状に形成される発光領域と、前記発光素子の一方側と電気的に接続される電極である第１導電型側電極と、前記発光素子の他方側と電気的に接続される電極である第２導電型側電極とが、前記発光素子の薄膜の同一の面側に位置されるように形成され、
   前記各第１導電型側電極は、対応する前記発光領域の略矩形状における少なくとも隣接する２辺の外側を連続して囲む位置に絶縁膜を介して配置され、
   前記各第２導電型側電極は、対応する前記各発光領域の上部に配置され、
   前記各第１導電型側電極は、前記化合物半導体の薄膜チップ内の複数の発光領域から構成されるブロック単位毎に、複数の前記各発光領域の間の電極を除く残りの部分が薄膜チップ長手方向に結合されて、電気的に導通した一個の電極として配置され、
   前記各第１導電型側電極は、前記各発光領域の間の電極を、前記発光領域の各辺における前記一個の電極の反対側の辺の外側まで回り込むように延伸させて形成する
   ことを特徴とする半導体装置。
8. 前記各第１導電型側電極は、前記第２導電型側の配線部を除く位置に設けられる
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記各第１導電型側電極は、前記第２導電型側の配線部が延伸されて前記発光領域の辺と交差する位置の外側にも、絶縁膜を挟んで設けられる
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
10. 前記化合物半導体の薄膜に形成される複数の発光素子が、予め第１導電型半導体と第２導電型半導体を積層して設けたｐｎ接合を含む構造を、メサエッチングにより素子分離して形成する
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の半導体装置。
11. 前記化合物半導体の薄膜に形成される複数の発光素子が、第１導電型半導体の層内に、第２導電型半導体用の不純物を選択的に拡散させて第２導電型半導体領域を設けることで、ｐｎ接合を含む構造を形成する
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置。
12. 前記発光素子の薄膜の同一の面側における、前記発光領域と前記第１導電型側電極と前記第２導電型側電極が形成されない位置に外光を遮断する遮光層が形成される
    ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体装置。
13. 前記各電極は、前記化合物半導体の薄膜とオーミック接触するオーミック電極である
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の半導体装置。
14. 請求項１〜１３の何れか１項に記載の半導体装置と、
    該半導体装置の各発光素子を選択的に駆動可能である駆動回路と、
    これらを支持する支持体とを備え、
    前記発光素子が、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である
    ことを特徴とするＬＥＤプリントヘッド。
15. 前記光学ヘッドにより露光させることで静電潜像が形成される感光体と、
    該感光体の表面を帯電させる帯電器と、
    帯電された感光体の表面を選択的に露光することで静電潜像を形成させる光学ヘッドと、
    露光された静電潜像を現像する現像器と
    を備え、
    前記光学ヘッドが、請求項１４に記載のＬＥＤプリントヘッドである
    ことを特徴とする画像形成装置。

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