JPH02196465A - Integrated optical element - Google Patents

Integrated optical element

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JPH02196465A
JPH02196465A JP1014966A JP1496689A JPH02196465A JP H02196465 A JPH02196465 A JP H02196465A JP 1014966 A JP1014966 A JP 1014966A JP 1496689 A JP1496689 A JP 1496689A JP H02196465 A JPH02196465 A JP H02196465A
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JP
Japan
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light emitting
integrated optical
conductivity type
substrate
light
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Application number
JP1014966A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Yazawa
矢澤 義明
Yoshio Sato
佐藤 美雄
Manabu Sato
学 佐藤
Kiyohiko Tanno
丹野 清彦
Nobuyoshi Tsuboi
坪井 信義
Tetsuo Minemura
哲郎 峯村
Junko Asano
純子 浅野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02196465A publication Critical patent/JPH02196465A/en
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48463Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond

Abstract

PURPOSE:To obtain a technology through which light emitting or photodetecting components are disposed quite densely in an element where a plurality of light emitting or photodetecting components are integrated on the same substrate by providing the second conductivity type impurity regions of the light emitting or photodetecting components each having a diode structure so that the above impurity regions are independent of each other and they are able to establish respective potential gradients individually. CONSTITUTION:A plurality of the second conductivity type impurity regions 3 are formed on a semi-insulating or the first conductivity type substrate 4 and a plurality of light emitting components 1 having a diode structure consisting of the second conductivity type semiconductor connecting to the second conductivity type impurity regions 3 and the first conductivity type semiconductor which is adjacent to the above second conductivity type semiconductor are integrated in an element. In this element, the foregoing second conductivity type impurity regions 3 are provided so that the regions are independent of each other and they are able to establish respective potential gradients individually. For example, the light emitting components 1 which are disposed in an array form are divided into two separate groups for each component and anodes in each group are connected one another for each p<+> type diffusion layer 3 which is formed at a lower part of each light emitting component 1. Then electrodes which provide electric potential from the outside for the above anodes respectively are shown at A and B. Cathodes of the light emitting components which are adjacent to the anodes are connected to one bonding pad 2 by making every two cathodes form a set.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の要素が同一基板上に集積された光素子
に係り、特に各要素を高密度に集積し、高′!III細
化をはかるのに好適な素子構造を提供する技術に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical device in which a plurality of elements are integrated on the same substrate. III.The present invention relates to a technique for providing an element structure suitable for achieving miniaturization.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ダイオード構造の発光要素が複数集積された素子
に、社報 日立電線No、 5 (1985−12)に
記載されたL E D (Light Emittin
gDiode )アレイの様にアノードあるいはカソー
ド電極のうち一方が基板に接続されて共通電極となって
いる。
Conventionally, an element in which a plurality of diode-structured light emitting elements are integrated has been used as a light emitting device (LED), which is described in Hitachi Cable No. 5 (1985-12).
gDiode) array, one of the anode and cathode electrodes is connected to the substrate to serve as a common electrode.

そして、各LEDのオン、オフは他方の電極に所定の電
位を印加して電流を流すことによって制御する。この独
立電極にはそれぞれワイヤボンディング用のパッドが接
続され、これを通して外部からの信号を入力し、LgD
の発光パターンを制御している。この様な発光要素がア
レイ状に配置された素子は例えば光プリンタ等にとって
その高性能化を図る上でのキーデバイスとなっている。
The on/off state of each LED is controlled by applying a predetermined potential to the other electrode and causing current to flow. Wire bonding pads are connected to each of these independent electrodes, through which external signals are input, and LgD
The light emission pattern is controlled. An element in which such light-emitting elements are arranged in an array is a key device for improving the performance of, for example, an optical printer.

従来の光プリンタでは、第13図に示す様にひとつのレ
ーザ27からの単一ビームをミラー28によって感光体
上を走査していたが、第14図に示す様にLEDアレイ
を用いれば、ビーム走査系が不用となる次め、小型で高
信頼の光プリンタを実現できる。
In conventional optical printers, a single beam from one laser 27 is scanned over the photoreceptor by a mirror 28 as shown in FIG. 13, but if an LED array is used as shown in FIG. Since a scanning system is no longer required, a compact and highly reliable optical printer can be realized.

ところでこうしたLEDプリンタの画質を高精細化する
には、単位長さ当りの発光要索数を増加する必要がある
が従来技術によるLEDプレイでは発光要素の高密度化
には限界があった。
By the way, in order to improve the image quality of such LED printers, it is necessary to increase the number of light emitting elements per unit length, but there is a limit to increasing the density of light emitting elements in the conventional LED play.

従来技術によるLEDアレイの配置図を第15図(a)
 (1))に示す。各LEDの上部電極にはポンディン
グパッド2が接続されており、各LEDのオン−オフの
信号が入力される。ボンディングワイヤ相互の干渉の排
除およびボンダヘッド作業空間の確保のために、ポンデ
ィングパッド配置周期を鵞は一定以上の長さをとらねば
ならない。第15図(a)に示す様に発光領域1の両側
にポンディングパッド2を配置する工夫をしても発光領
域の配置周期は1.の半分のttが下限となる。第15
図(b)に示す様な従来構造では、各発光要素はダイオ
ード構造をしている。アノード15は各発光要素に共通
となっており、動作時は一定電位に保持される。
Figure 15(a) shows a layout diagram of an LED array according to the conventional technology.
(1)). A bonding pad 2 is connected to the upper electrode of each LED, and an on-off signal for each LED is input. In order to eliminate mutual interference between bonding wires and to secure a working space for the bonder head, the bonding pad arrangement interval must be longer than a certain length. As shown in FIG. 15(a), even if the padding pads 2 are arranged on both sides of the light emitting region 1, the arrangement period of the light emitting regions is 1. The lower limit is tt, which is half of . 15th
In the conventional structure shown in Figure (b), each light emitting element has a diode structure. The anode 15 is common to each light emitting element and is kept at a constant potential during operation.

カソード14は各発光要素について独立になっており、
発光させようとする発光要素に所定の電位を印加する。
The cathode 14 is independent for each light emitting element,
A predetermined potential is applied to the light emitting element to emit light.

この様な構造をもつ発光要素がアレイ状に配置された素
子において任意の発光要素を発光あるいは非発光状態に
するには、1個の発光要素に1個のポンディングパッド
が必要になり、ポンディングパッドを配置する上で最低
限必要な間隔から単位長さ当りの発光要素の配置数の上
限が抑えられていた。
In order to make any light-emitting element emit or not emit light in a device in which light-emitting elements having such a structure are arranged in an array, one bonding pad is required for each light-emitting element. The upper limit of the number of light-emitting elements to be arranged per unit length has been limited by the minimum required spacing for arranging the pads.

第16図は単体のLEDを81 基板上に形成した例で
ある。これと第15図とを比較するとp領域とn領域の
上下が逆になっているが、いずれも基板に対して垂直方
向にLEDが形成されている点が共通している。第16
図の特徴は、カソード14が同じSl 基板上に形成さ
れたMOSトランジスタのドレイン6に接続されている
ことである。
FIG. 16 shows an example in which a single LED is formed on an 81 substrate. Comparing this with FIG. 15, the p region and n region are upside down, but both have in common that the LED is formed in a direction perpendicular to the substrate. 16th
A feature of the figure is that the cathode 14 is connected to the drain 6 of a MOS transistor formed on the same Sl substrate.

このためLEDのオン、オフの制御はボンディングワイ
ヤを介して直接制御するのではな(、MO89のゲート
7に印加する電圧によって制御できる。
For this reason, the ON/OFF control of the LED is not directly controlled via the bonding wire (it can be controlled by the voltage applied to the gate 7 of the MO 89).

したがって、発光要素が複数集積された素子を考える上
で、ボンディングワイヤの制限がなくなることから、高
集積化をはかる上での利点を備えた構造といえる。しか
し第15図は単体のLEDについて示された構造であり
、同一基板上に複数の発光要素を集積する場合について
は考慮されていない。そこで集積化する場合の問題点を
明らかKし、それに対する有効な解決策を明確にする必
要がめった。
Therefore, when considering an element in which a plurality of light emitting elements are integrated, there is no restriction on bonding wires, so it can be said that this structure has an advantage in achieving high integration. However, FIG. 15 shows the structure of a single LED, and does not consider the case where a plurality of light emitting elements are integrated on the same substrate. Therefore, it became necessary to clarify the problems involved in integration and to clarify effective solutions.

次に単体の発光要素の構造について考察してみる。従来
の発光ダイオードの構造は、例えばフィジックス オフ
 セミコンダクタデバイス第2版702頁から703頁
(Physics of Sem1conductor
Devices 、 John Wiley & 5o
ns 、 NY、 USA 1981)に記載されてい
る様に7ノードあるいはカソード電極のうち一方が発光
面上に接続されている。この電極材料には一般にAu系
の合金が用いられている。この金属系電極は、可視から
赤外領域の光を透過しないため、電極下部で発光した光
は、実効上の発光として寄与しない。すなわち、実質的
な発光面の一部分が電極によって隠されてしまうため、
実効的な発光面積が小さくなるという問題がある。また
、ダイオードの発光をできるだけ均−にするためには、
発光部とできるだけ同じ広さの電極にすることが望まし
く、これは面発光による発光ダイオード構造において全
く矛盾する基本的な問題となっている。
Next, let's consider the structure of a single light emitting element. The structure of a conventional light emitting diode is described, for example, in Physics of Semiconductor Devices, 2nd edition, pages 702 to 703.
Devices, John Wiley & 5o
ns, NY, USA 1981), one of seven nodes or cathode electrodes is connected on the light emitting surface. Au-based alloys are generally used for this electrode material. Since this metal-based electrode does not transmit light in the visible to infrared region, the light emitted below the electrode does not contribute to effective light emission. In other words, since a portion of the actual light emitting surface is hidden by the electrode,
There is a problem that the effective light emitting area becomes small. Also, in order to make the light emission of the diode as uniform as possible,
It is desirable that the electrode have the same width as the light emitting part as much as possible, and this is a fundamental and contradictory problem in the structure of light emitting diodes based on surface emission.

この問題は発光ダイオードプレイのような複数個の素子
を配列する場合により深刻化する。発光ダイオードアレ
イは、たとえば日立電線No、 512月号 1985
の29頁から52頁に記載しである構造である。この場
合、電極は発光面中央部の長方形の領域で接続されてお
り、やはり発光面は電極によりかなり狭くなっている。
This problem becomes more serious when arranging a plurality of devices such as a light emitting diode display. Light emitting diode arrays are, for example, Hitachi Cable No. 5, December issue 1985.
The structure is described on pages 29 to 52 of . In this case, the electrodes are connected in a rectangular region at the center of the light emitting surface, and the light emitting surface is also considerably narrowed by the electrodes.

現在、このアレイは、LEDプリンタの光源として用い
られているが、プリンタの高精彩化に伴ない、より素子
密度の高いアレイが必要となっている。そのために、1
つの発光ダイオードをコンパクトにする必要かめる。こ
の場合、前述の電極の問題はより深刻化する・ すなわち、発光ダイオードのサイズを小さくしかつ同一
の発光面積を得るためには、電極接続部の面積を小さく
する必要がある。しかし電極接続部を小さくすると均一
な発光を維持するのが難しくまたコンタクトの信頼性の
確保も難しくなる。
Currently, this array is used as a light source for LED printers, but as printers become more sophisticated, arrays with higher element density are required. For that purpose, 1
One light emitting diode needs to be made compact. In this case, the aforementioned electrode problem becomes more serious. That is, in order to reduce the size of the light emitting diode and obtain the same light emitting area, it is necessary to reduce the area of the electrode connection. However, if the electrode connection portion is made smaller, it becomes difficult to maintain uniform light emission and it becomes difficult to ensure the reliability of the contact.

このように発光ダイオードアレイの高+1!警度化には
この問題の解決が必須となる。
In this way, the light emitting diode array has a high +1! Solving this problem is essential for improving police enforcement.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、ボンディングワイヤ相互の間隔を確保
する必要から一定の間隔以下では発光領域を配置できな
い。したがって、アレイ状に発光領域が配置された素子
において発光領域の高密度化を進めるには限界があった
In the above-mentioned conventional technology, the light emitting regions cannot be arranged at a distance less than a certain distance because it is necessary to ensure the distance between the bonding wires. Therefore, there is a limit to increasing the density of the light emitting regions in a device in which the light emitting regions are arranged in an array.

本発明の目的は、同一基板上に発光又は受光要素が複数
集積された素子において、発光又は受光要素を高密度に
配置できる技術を提供することにるる。
An object of the present invention is to provide a technique that allows light-emitting or light-receiving elements to be arranged at high density in an element in which a plurality of light-emitting or light-receiving elements are integrated on the same substrate.

また各発光又は受光要素について考察した場合、第15
図に示す様に、発光面又は受光面の一部を電極が榎りて
いるために実質の発光面又は受光面よりも実効の発光面
又は受光面が狭くなるという問題がある。これは発光又
は受光要素の高密度集積化を防げるものである。そこで
本発明では実効的な発光又は受光面積を拡大し、高密度
集積化可能なダイオード構造を有する発光要素を提供す
ることをも目的とするものである。
Also, when considering each light emitting or light receiving element, the 15th
As shown in the figure, there is a problem in that the effective light emitting surface or light receiving surface is narrower than the actual light emitting surface or light receiving surface because the electrode covers a part of the light emitting surface or light receiving surface. This prevents high-density integration of light-emitting or light-receiving elements. Therefore, it is an object of the present invention to provide a light-emitting element having a diode structure that can expand the effective light-emitting or light-receiving area and can be integrated at high density.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的である発光又は受光要素の高密度集積化は、ダ
イオード構造の発光又は受光要素が同一基板上に複数集
積された素子において、各発光又は受光要素のアノード
及びカソード両極にそれぞれ独立に電位を印加できるよ
うにすれば達成でき、1fC%電極を発光又は受光光に
対して透過性のある導電材料によってデバイス化するこ
とによっても達成できる。
The above objective of high-density integration of light-emitting or light-receiving elements is achieved by independently applying a potential to the anode and cathode of each light-emitting or light-receiving element in an element in which a plurality of light-emitting or light-receiving elements having a diode structure are integrated on the same substrate. This can be achieved by making it possible to apply voltage, and it can also be achieved by forming a 1fC% electrode into a device using a conductive material that is transparent to emitted or received light.

すなわち、本発明は、半絶縁性あるいは第1導電型基板
上に複数の第2導電型の不純物領域を形成し、前記第2
導電型の不純物領域に接続する第2導電型半導体とこれ
に隣接する第1導電型半導体とからなるダイオード構造
の発光又は受光要素が複数集積された素子において、前
記M2導電型不純物領域が互いに独立しておフ、それぞ
れ個別に電位を設定できるように設けられている集積化
光素子にあり、そして、基板に複数の発光又は受光要素
を有−jる集積化光素子において、各発光又は受光要素
の夫々の電極がそれぞれ複数の群に分けられており、か
つ各群の電位が独立に制御される手段を設けた集積化光
素子にある。
That is, the present invention forms a plurality of second conductivity type impurity regions on a semi-insulating or first conductivity type substrate, and
In an element in which a plurality of light-emitting or light-receiving elements having a diode structure are integrated, each of which includes a second conductivity type semiconductor connected to a conductivity type impurity region and a first conductivity type semiconductor adjacent thereto, the M2 conductivity type impurity regions are independent of each other. Then, in an integrated optical element that is provided so that the potential can be set individually, and in an integrated optical element that has a plurality of light emitting or light receiving elements on the substrate, each light emitting or light receiving element The integrated optical device has electrodes of each element divided into a plurality of groups, and is provided with means for independently controlling the potential of each group.

また、本発明は、基板、p−n接合層、コンタクト層及
び電極層からなる発光又は受光素子において、発光又は
受光両側に接続された電極が少なくとも発光又は受光光
に対して透過能を持つ材料からなる発光又は受光素子に
あり、更に、前記の集積化光素子を複数個組合せて集合
した集積化光素子モジュール、及び、集積化光素子ある
いはモジュールを用いた光プリンタ用ヘッドとそれらの
ヘッドを用いた光プリンタにもある。
Further, the present invention provides a light emitting or light receiving element comprising a substrate, a p-n junction layer, a contact layer and an electrode layer, in which the electrodes connected to both sides of the light emitting or receiving light are made of a material that has the ability to transmit at least the emitted or received light. Further, an integrated optical element module assembled by combining a plurality of the above-mentioned integrated optical elements, and an optical printer head using the integrated optical element or module, and those heads. It is also present in the optical printer used.

以下、本発明を図面で詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は複数の発光要素が集積された素子の平面部分構
成図であり、斜線部が発光領域1である。
FIG. 1 is a partial plan view of an element in which a plurality of light emitting elements are integrated, and the shaded area is the light emitting region 1. In FIG.

第2図は第1図におけるII −1’にそった断面図、
第3図は第1図におけるm −m’にそった断面図であ
り、本発明の手段を示している。ダイオード構造の各発
光要素はカソード、アノードいずれの電極も電気的に分
離されていることがこの構造における特徴である。この
場合、基板は半絶縁性基板あるいはn型である。n型基
板の場合はと\にアノードであるp型領域に対して逆バ
イアスになるような電圧が印加され、各発光要素はpn
接合分離される。
Figure 2 is a sectional view taken along II-1' in Figure 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along the line m-m' in FIG. 1, and shows the means of the present invention. A feature of this structure is that the cathode and anode electrodes of each light emitting element of the diode structure are electrically isolated. In this case, the substrate is a semi-insulating substrate or n-type. In the case of an n-type substrate, a voltage is applied to reverse bias the p-type region, which is the anode, and each light-emitting element has a pn
The junction is separated.

上記の様に、隣接する各発光要素のカソード、アノード
の両方を電気的に分離する構造を採った場合、発光要素
の配置間隔が縮小できることを第1図を用いて説明する
。アレイ状に配置された発光要素を1個毎に別個の2つ
の群に分割し、各発光要素の下部に形成されたp+拡散
層によって各群内の7ノードを互いに接続し、それぞれ
に外部からの電位を与える電極をA%Bとする。そして
隣接する発光要素のカソードを2個ずつ組にして1つの
ポンディングパッド2に接続する。例えば■の発光要素
を点燈させるにはポンディングパッド■と電極■の間に
適当なバイアスを印加する。
It will be explained with reference to FIG. 1 that when a structure is adopted in which both the cathode and anode of adjacent light emitting elements are electrically isolated as described above, the arrangement interval of the light emitting elements can be reduced. The light-emitting elements arranged in an array are divided into two separate groups, and the seven nodes in each group are connected to each other by a p+ diffusion layer formed under each light-emitting element, and each one is connected to each other from the outside. Let A%B be the electrode that gives the potential of . Then, the cathodes of adjacent light emitting elements are connected to one bonding pad 2 in pairs. For example, to turn on the light-emitting element (2), an appropriate bias is applied between the bonding pad (2) and the electrode (2).

この場合全ての発光要素を独立に制御することはできな
いので電極のと■を時分割で開閉すれば、任意のパター
ンに発光を制御することができる。
In this case, it is not possible to control all the light emitting elements independently, so by opening and closing electrodes 1 and 2 in a time-division manner, light emission can be controlled in an arbitrary pattern.

こうした構成では、ポンディングパッド2は2個の発光
要素に1個の割合で配置すればよく、第1図の様に発光
要素プレイの両側にポンディングパッド2を配置すれば
、ポンディングパッドの配置に最低限必要な間隔t! 
のAの間隔1.  で配置することができる。したがっ
て従来のボンディング技術を利用しても4倍の高精細化
が実現できる。
In such a configuration, it is only necessary to arrange one bonding pad 2 for every two light emitting elements.If the bonding pads 2 are arranged on both sides of the light emitting element play as shown in FIG. Minimum required spacing t for placement!
A interval of 1. It can be placed in Therefore, even if conventional bonding technology is used, it is possible to achieve four times higher definition.

また、第2図の様に隣接したダイオード型の発光要素の
両極を互いに電気的に分離した素子では、第15図の下
部電極を共通とする構造ではなく、第4図に示す様に上
部電極を共通とし、下部電極をp+ 層を介してポンデ
ィングパッド2に接続して、下部電極に印加する電位に
よって発光、非発光を制御する構造にすることも可能で
ある。この様な構造の場合、発光要素を相互に分離する
ためのエツチングによるメサ形状を考慮することが重要
になる。発光素子を形成する上で最も重要な半導体のひ
とつとしてGaAsがあるが、この半導体の場合、(+
00)面が表面になっていると例えばH,PO4系エツ
チング液を用いることによって側面がテーパ状に傾斜を
もつ。このとき(011)面にそった断面を見たとき第
5図の様に基板表面に対して凸部側面のなす角が鋭角す
なわち順メサ状であるとすると、これと垂直な(11り
面にそった断面は第6図の様に基板表面に対して凸部側
面のなす角が鈍角すなわち逆メサ状になる。
In addition, in an element in which both poles of adjacent diode-type light emitting elements are electrically separated from each other as shown in FIG. 2, the structure in which the lower electrode is common as shown in FIG. It is also possible to have a structure in which the lower electrode is connected to the bonding pad 2 via the p+ layer, and whether or not to emit light is controlled by the potential applied to the lower electrode. In such a structure, it is important to consider the etched mesa shape to separate the light emitting elements from each other. GaAs is one of the most important semiconductors for forming light emitting devices, but in the case of this semiconductor, (+
00) is the surface, the side surface becomes tapered by using, for example, an H, PO4 etching solution. At this time, when looking at a cross section along the (011) plane, if the angle formed by the side surface of the convex portion with respect to the substrate surface is an acute angle, that is, a normal mesa shape, as shown in Figure 5, then the (011) plane perpendicular to this (11 As shown in FIG. 6, in a cross section along the curve, the angle formed by the side surface of the convex portion with respect to the substrate surface is an obtuse angle, that is, an inverted mesa shape.

第4図において各発光要素の一方の極が接続されている
上部を極5は、発光要素が配列されている方向に平行に
伸びる。そこで基板方位に注意して第5図に示す様に発
光要素が配列される方向に凸部がメサ状になる様にすれ
ば、上部電極の配線を大きな困難を伴なわずに形成でき
る。順メサの形状であれば、金属配線材料をスパッタリ
ング等によって堆積する場合、凸部側面への配線材料の
堆積が容易になるためである。
In FIG. 4, the upper pole 5 to which one pole of each light emitting element is connected extends parallel to the direction in which the light emitting elements are arranged. Therefore, by paying attention to the orientation of the substrate so that the convex portions are mesa-shaped in the direction in which the light-emitting elements are arranged as shown in FIG. 5, wiring for the upper electrode can be formed without great difficulty. This is because if the shape is a forward mesa, when metal wiring material is deposited by sputtering or the like, the wiring material can be easily deposited on the side surface of the convex portion.

一方この様に基板方位を選ぶと発光要素の配列に垂直方
向すなわち第4図の■−■にそった断面は第6図に示す
様に逆メサ状になり、段差側面への配線材料の堆積は困
難になる。ところがダイオード構造の下部に位置するア
ノードはp+ 拡散層によって引き出されているため、
この逆メサ状の段差を横切って配線を形成する必要はな
い。したがって第4図の様な電極の構成を採用する場合
、凸部を形成する場合に用いるエッチャントに応じて基
板方位を選択し、メサ形状を第5図、第6図の様にする
必要がある。第4図の構造は、アノードとカソードに与
える電位をいずれも基板の表側から供給することができ
るという利点があるが、発光要素の配置周期はポンディ
ングパッドの配置周期の%とな・る、このままでは素子
の高精細化の対策とはならない。
On the other hand, if the substrate orientation is chosen in this way, the cross section taken in the direction perpendicular to the arrangement of the light emitting elements, that is, along the lines becomes difficult. However, since the anode located at the bottom of the diode structure is drawn out by the p+ diffusion layer,
There is no need to form wiring across this inverted mesa-shaped step. Therefore, when adopting the electrode configuration as shown in Figure 4, it is necessary to select the substrate orientation depending on the etchant used to form the convex portion, and make the mesa shape as shown in Figures 5 and 6. . The structure shown in FIG. 4 has the advantage that the potentials applied to the anode and cathode can both be supplied from the front side of the substrate, but the arrangement period of the light emitting elements is % of the arrangement period of the bonding pads. If this continues, it will not be a measure to increase the definition of elements.

第4〜6図に示す集積化発光素子の構造を基本とし、集
積度を飛躍的に向上できる構造を示したのが第7図と第
8図である。第1図の構造では、ポンディングパッドの
配置に要する間隔によって発光要素の集積度が制限され
ていた。第1〜3図に示した構造によれば、第4図の構
造の素子に比較して2倍の高集積化が実現できるが、発
光要素の配置周期はやはジボンデイングパッドの配置間
隔に依存しているため、さらに高い集積度を実現するに
は限界があった。
7 and 8 show a structure based on the structure of the integrated light emitting device shown in FIGS. 4 to 6, which can dramatically improve the degree of integration. In the structure of FIG. 1, the degree of integration of the light emitting elements is limited by the spacing required for placement of the bonding pads. According to the structures shown in Figures 1 to 3, it is possible to achieve twice as high integration as compared to the element with the structure shown in Figure 4, but the arrangement period of the light emitting elements is still the same as the arrangement interval of the bonding pads. Because of this dependence, there was a limit to achieving even higher levels of integration.

第7図ではダイオード構造の発光要素の下側の電極を基
板上に形成した拡散層によって引きだし、この拡散層と
各発光要素と1対1に対応する様に同一基板上に形成さ
れたMOSトランジスタに接続する構造を示している。
In FIG. 7, the lower electrode of a light emitting element having a diode structure is drawn out by a diffusion layer formed on a substrate, and MOS transistors are formed on the same substrate in a one-to-one correspondence with this diffusion layer and each light emitting element. It shows the structure connected to.

発光部分のダイオード構造における半導体の導電製が上
からn−p型になっている場合、第8図(a) K示す
様に引き出し用のp型拡散層がpチャネルMO8トラン
ジスタのド゛レイン6に接続される。ダイオード構造が
上からp−n型となっている場合は第8図(b)に示す
様に引き出し用のn型拡散層がnチャンネルMOSトラ
ンジスタのソースに接続される。
If the conductivity of the semiconductor in the diode structure of the light emitting part is n-p type from above, the p-type diffusion layer for extraction is the drain 6 of the p-channel MO8 transistor, as shown in FIG. connected to. If the diode structure is p-n type from above, the n-type diffusion layer for extraction is connected to the source of the n-channel MOS transistor, as shown in FIG. 8(b).

第8図(a)の構造の場合、ダイオード構造のカソード
は第7図にある様に共通電極によって互いに接続され、
所定の電位が与えられている。第9図(a)中の(5)
は第8図(=L)の部分の構成を示す。各発光要素の発
光、非発光はそれぞれに対応するMOSトランジスタの
ゲートに印加する電圧によって制御される。(ト)およ
び(C)は発光要素およびMOS)ランジスタと同一基
板上に形成したラッチ回路とデータレジスタ回路でらる
。データレジスタ回路では外部からのパラレル人力DA
TAx〜DATAmから集積された発光要素の発光パタ
ーンが決められる。ラッチ回路ではデータレジスタ回路
からの信号を一時記憶し、この信号を各MO8)ランジ
スタに出力する。
In the case of the structure shown in FIG. 8(a), the cathodes of the diode structure are connected to each other by a common electrode as shown in FIG.
A predetermined potential is applied. (5) in Figure 9(a)
shows the configuration of the portion in FIG. 8 (=L). Light emission or non-light emission of each light emitting element is controlled by a voltage applied to the gate of a corresponding MOS transistor. (G) and (C) are a latch circuit and a data register circuit formed on the same substrate as the light emitting element and the MOS transistor. In the data register circuit, parallel human input DA from the outside
A light emission pattern of the integrated light emitting elements is determined from TAx to DATAm. The latch circuit temporarily stores the signal from the data register circuit and outputs this signal to each MO8 transistor.

この様な構成を同一基板上に形成すれば、発光要素の配
置周期は第15図の構造に比べて大幅に縮小することが
でき、高精細の素子を実現することができる。
If such a configuration is formed on the same substrate, the arrangement period of the light emitting elements can be significantly reduced compared to the structure shown in FIG. 15, and a high-definition element can be realized.

第8図(可の様に上からp−n型となっている場合の構
成は第9図(1)Jの様になる。基本構成は第9図<1
−>と同様であり、詳細説明は省略する。
If the p-n type is selected from above as shown in Figure 8 (possible), the configuration will be as shown in Figure 9 (1) J.The basic configuration is Figure 9 <1
->, and detailed explanation will be omitted.

次に、後半部分、すなわち実効的な発光面積の拡大につ
いて詳述すると、電極は発光光に対して透過性のある導
電材料によってデバイス化される。
Next, to explain in detail the second half, that is, expansion of the effective light emitting area, the electrodes are made into devices using a conductive material that is transparent to the emitted light.

その代表的な発光ダイオード構造を第21図に示す。基
板53下部に電極52を形成する。この電極は従来の金
属薄膜でよい。必要に応じて(電極面積の大小)基板5
3と電極52の間にコンタクト層を設けると良い。基板
53上面にp−n接合層55a、55bを形成しその上
部にコンタクト層54を形成する。55&、ssbの構
成は上下逆であってもかまわない。本発明はコンタクト
上層表面を透明導電材料で覆うことにある。この電極材
料として好適な材料を第1表に示す。
A typical light emitting diode structure is shown in FIG. An electrode 52 is formed below the substrate 53. This electrode may be a conventional thin metal film. Substrate 5 as required (size of electrode area)
It is preferable to provide a contact layer between the electrode 3 and the electrode 52. P-n junction layers 55a and 55b are formed on the upper surface of the substrate 53, and a contact layer 54 is formed on top of the p-n junction layers 55a and 55b. The configuration of 55 &, ssb may be upside down. The present invention consists in covering the surface of the upper layer of the contact with a transparent conductive material. Table 1 shows materials suitable for this electrode material.

第  1  表 素材として酸化物系及び非酸化物系の化合物及び金属系
の薄膜がある。金属系の膜では光透過性を得るため膜厚
が薄い方が好ましい。十分な光透過性を得るためには、
その膜厚を50 nm以下にするのが好適である。また
、金属系物質と酸化物の混合層も適し、ている。金属系
の透過性の小さい欠点をおぎない低抵抗の長所を引き出
すものとして金属と高屈折率を有する誘電体との混合層
がよい。
First Table Materials include oxide-based and non-oxide-based compounds and metal-based thin films. In the case of a metal-based film, it is preferable that the film thickness be thin in order to obtain optical transparency. In order to obtain sufficient light transparency,
It is preferable that the film thickness is 50 nm or less. Mixed layers of metal-based materials and oxides are also suitable. A mixed layer of a metal and a dielectric material having a high refractive index is preferable as a material that takes advantage of the low resistance without overcoming the disadvantage of low transparency of metal-based materials.

九とえば、In402+Sn、  In2O3+W、 
 In2O3+Mo、5nO1+8b 、  ZnO+
Atなどである。また、酸化物同志を複化した複合酸化
物などが適している。たとえばIn1O1+5nO1(
ITO)、In2O3+CdSnO4、In2O3+ 
ZnO3などがある。また、弗素やヒ素全ドーピングし
た8nO1+−F、 In2O3+F、 8nO1+F
、 ITO+F。
For example, In402+Sn, In2O3+W,
In2O3+Mo, 5nO1+8b, ZnO+
At etc. Further, a composite oxide, which is a combination of oxides, is suitable. For example, In1O1+5nO1(
ITO), In2O3+CdSnO4, In2O3+
Examples include ZnO3. In addition, 8nO1+-F, In2O3+F, 8nO1+F fully doped with fluorine or arsenic
, ITO+F.

8nO意+Asなどがある。There are 8nO + As, etc.

こりした透明な導電性材料を電極とした発光ダイオード
によpアレイ状に配列した時の代表的な構造を第22図
及び第23図に示す。第22図は発光方向の上方からみ
たプレイ構造で、第23図はその1つの発光ダイオード
を横方向から見た図でめる。各発光ダイオードは、最上
層部に透明電極51が形成され、その電極は電極バンド
部528、に接続されている。パッド部はワイヤ・ボン
ディングにより発光ダイオードをオン・オフするトラン
ジスターへ接続されている。もう一方の電極は基板53
下部に形成させ、すべてのダイオードに共通のコモン電
極となっている。この構造ではp−n接合層の表面がす
べて発光面になるため、従来に比べ発光面が広い。もし
、p−n接合部が従来と同じ発光効率を発光するとすれ
ば、同じ発光強度を得るのに従来の電極面積だけコンパ
クトが可能となる。
FIGS. 22 and 23 show a typical structure when light emitting diodes are arranged in a p-array using stiff transparent conductive materials as electrodes. FIG. 22 shows the play structure seen from above in the light emitting direction, and FIG. 23 shows one of the light emitting diodes seen from the side. A transparent electrode 51 is formed on the top layer of each light emitting diode, and the electrode is connected to an electrode band portion 528. The pad section is connected by wire bonding to a transistor that turns the light-emitting diode on and off. The other electrode is the substrate 53
It is formed at the bottom and serves as a common electrode for all diodes. In this structure, the entire surface of the p-n junction layer becomes the light emitting surface, so the light emitting surface is wider than the conventional one. If the pn junction emits light with the same luminous efficiency as the conventional one, the area of the conventional electrode can be made smaller to obtain the same luminous intensity.

また、従来の場合、電極によって隠され、見掛上発光し
ていないように見える部分でもp−n接合部では発熱し
ており、その熱は放散しなければならない。
Furthermore, in the conventional case, even a portion that is hidden by the electrode and does not appear to emit light generates heat at the pn junction, and that heat must be dissipated.

従って、本発明によれば、発光強度が従来と同じでめり
ながら、発熱量が小さい発光ダイオードを作ることがで
きる。これは、プレイ状に配列すると非常に有利な点に
なる。アレイの高密度化に伴なう発熱はダイオード特性
の劣化につながる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to produce a light emitting diode that has the same light emission intensity as the conventional light emitting diode and generates less heat. This is a great advantage when arranged in a play. Heat generation associated with higher array density leads to deterioration of diode characteristics.

従って、この熱をいかに放散するか、また発熱をいかに
抑えるかが重要な課題となる。この観点から、本発明は
、実質的に同一の発光強度で発熱量を低減できるという
大きな長所がある。
Therefore, how to dissipate this heat and how to suppress heat generation are important issues. From this point of view, the present invention has the great advantage of being able to reduce the amount of heat generated with substantially the same emission intensity.

この放熱の問題は、基板1si にすることと組み合せ
ることにより、−層効果的となる。Slは一般の化合物
半導体に比べ熱伝導率が高いため、放熱効果が大きい。
This problem of heat dissipation becomes more effective when combined with the use of the substrate 1si. Sl has a higher thermal conductivity than general compound semiconductors, so it has a large heat dissipation effect.

従って、本発明の発光ダイオードを81 基板上に形成
することにより、アレイの高密度を一層図ることができ
る。
Therefore, by forming the light emitting diodes of the present invention on an 81-layer substrate, it is possible to further increase the density of the array.

第24図は本発明の電極構造と裏面電極とを基板の同一
側に形成した例である。この場合、透明電極をコモン・
電極として配線することができる。
FIG. 24 is an example in which the electrode structure of the present invention and the back electrode are formed on the same side of the substrate. In this case, the transparent electrode is connected to the common
It can be wired as an electrode.

また、Slを基板とした場合、どちらかの電極を81基
板内に形成した制御用トランジスレに結線する。
Further, when using Sl as a substrate, either electrode is connected to a control transistor formed in the 81 substrate.

そのことにより、ワイヤボンディングでの配線が不必要
となりパッド部528、が不用となって全体がより高密
度化できるという特徴がめる。
As a result, there is no need for wiring by wire bonding, and the pad portion 528 is no longer necessary, so that the overall density can be increased.

以上はすべて発光要素、発光素子として説明したが、発
光要素、発光素子を受光要素、受光素子に代えれば、受
光要素、受光素子にそのまま適用することができる。
Although all of the above has been described as a light-emitting element or a light-emitting element, if the light-emitting element or light-emitting element is replaced with a light-receiving element or a light-receiving element, the present invention can be directly applied to a light-receiving element or a light-receiving element.

〔作 用〕[For production]

ダイオード構造の複数の発光要素が同一基板上に集積さ
れた素子において、隣接する発光要素のカソードとアノ
ードがいずれも電気的に分離されていることによって、
それぞれに独立に電位を印加することができる様になる
。こ\で各発光要素のカソードとアノードをそれぞれ適
当な群に振り分け、各群にひとつの電極を形成し、特定
の電極を定まつ九電極に接続すると任意の発光要素が選
択できる様にすることができる。これによって発光要素
の発光、非発光を制御するために素子上に形成するポン
ディングパッドの数を低減でき、素子の高集積化、高精
細化を実現することができる。
In a device in which multiple light emitting elements with a diode structure are integrated on the same substrate, the cathodes and anodes of adjacent light emitting elements are electrically isolated.
It becomes possible to apply a potential to each independently. Here, the cathode and anode of each light emitting element are divided into appropriate groups, one electrode is formed in each group, and by connecting a specific electrode to the nine fixed electrodes, any light emitting element can be selected. Can be done. This makes it possible to reduce the number of bonding pads formed on the element to control whether the light emitting element emits light or not, and it is possible to achieve higher integration and higher definition of the element.

このとき、発光要素の配列方向に共通a線を形成しやす
くなる様に、発光要素となるメサ状の凸部の側面が基板
に対して鋭角をなすすなわちメサ状になる様にすること
が重要である。
At this time, it is important to make sure that the side surfaces of the mesa-shaped protrusions that become the light-emitting elements make an acute angle to the substrate, that is, to form a mesa-like shape, so that a common a-line can be easily formed in the arrangement direction of the light-emitting elements. It is.

上記の様に隣接する各発光要素のカソードとアノードを
互いに分離した素子において、同一基板上に発光要素駆
動用のMOS)ランジスタ、ラッチ回路そしてデータレ
ジスタ回路を形成し、ドライバ用MO8)ランジスタと
発光要素の一方の電極とを基板に形成した拡散層を介し
て接続する。
As described above, in an element in which the cathode and anode of each adjacent light emitting element are separated from each other, a MOS) transistor for driving the light emitting element, a latch circuit, and a data register circuit are formed on the same substrate, and the MO8) transistor for the driver and the light emitting element are formed on the same substrate. It is connected to one electrode of the element via a diffusion layer formed on the substrate.

そしてドライバ用MO8トランジスタのゲートにデータ
レジスタ回路からの信号をラッチ回路を経由して入力す
る構成をとることによp1発光要素の配置周期を大幅に
低減することができる。これは、従来の素子では、発光
要素の配置周期はポンディングパッドの配置のために最
低限必要な間隔によって規定されていたのに対し、本発
明では高密度で配置可能なMOS)ランジスタで発光要
素を駆動できるからである。
By adopting a configuration in which a signal from the data register circuit is input to the gate of the driver MO8 transistor via a latch circuit, the arrangement period of the p1 light emitting element can be significantly reduced. This is because in the conventional device, the arrangement period of the light emitting elements was determined by the minimum required interval for the arrangement of the bonding pads, but in the present invention, the light emitting elements are emitted by MOS transistors that can be arranged in high density. This is because elements can be driven.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 本発明の一実施例を第10図により説明する。 Example 1 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第10図は複数の発光要素を集積した素子である。基本
構成は第1図と同様で、上部電極1oを隣接する2個の
発光要素で共通とし、下部電極11は基板異面に形成し
た拡散層を介して引き出している。そして下部電極11
はA、B2系統の電極に接続する様にし、隣接する発光
要素はそれぞれ異なる系統に接続する。
FIG. 10 shows an element in which a plurality of light emitting elements are integrated. The basic configuration is the same as that in FIG. 1, with the upper electrode 1o being shared by two adjacent light emitting elements, and the lower electrode 11 being drawn out through a diffusion layer formed on a different surface of the substrate. and the lower electrode 11
are connected to the electrodes of two systems A and B, and adjacent light emitting elements are connected to different systems.

この構成によれば、A%B2系統を時分割で開閉するこ
とにより、任意の発光要素の発光と非発光を制御できる
。ポンディングパッドは2個の発光要素について1個で
済むため従来の第15図の構成に比べて2倍の高集積化
が可能となる。第10図の特徴は発光要素が一個おきに
入れ違いに配置されていることである。集積された発光
要素が2系統に分割された素子を、プリンタの光源とし
た場合、2系統の発光要素列が時分割で制御されると感
光ドラムが回転しているため、各系統の間でドツト位置
がずれてしまう。時分割間隔をtls感光ドラムの周辺
速度をvlとすれば、各系統間のドツトのずれはvlx
tlとなる。そこであらかじめ各系統の発光要素をvl
xtlの間隔だけ隔てて配置しておけば、ドツトのずれ
を解消することができる。
According to this configuration, by opening and closing the A%B2 system in a time-sharing manner, it is possible to control whether or not any light emitting element emits light. Since only one bonding pad is required for two light emitting elements, it is possible to achieve twice as high integration as in the conventional configuration shown in FIG. 15. A feature of FIG. 10 is that every other light emitting element is arranged in a different manner. When an integrated light-emitting element divided into two systems is used as a light source for a printer, when the two systems of light-emitting element arrays are controlled in a time-sharing manner, the photosensitive drum is rotating, so there is a difference between each system. The dot position is shifted. If the time division interval is tls and the peripheral speed of the photosensitive drum is vl, then the dot deviation between each system is vlx
It becomes tl. Therefore, in advance, set the luminescent elements of each system to vl.
By arranging the dots at an interval of xtl, misalignment of the dots can be eliminated.

実施例2 本発明の第2の実施例を第11図に示す。本実施例は第
7図に示す構造の変形例でめる。上部電極を2系統にし
、隣接する発光要素を異なる系統の上部電極に接続する
。下部電極は隣接する2つの発光要素を共通にして第8
図に示す様に基板に形成した拡散層を介してMOSトラ
ンジスタの一方の電極に接続している。
Embodiment 2 A second embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment is a modification of the structure shown in FIG. Two systems of upper electrodes are provided, and adjacent light emitting elements are connected to the upper electrodes of different systems. The lower electrode has two adjacent light emitting elements in common.
As shown in the figure, it is connected to one electrode of the MOS transistor via a diffusion layer formed on the substrate.

第18図はこの構造をもとに素子全体の構成を示したも
のである。発光要素の駆動の仕方Fi、第1図の場合と
同様で2系統の上部電極を時分割で制御し、各系統内で
の発光要素の制御はMOSトランジスタによって行なう
。この構造によれば、MOS)ランジスタの配置に最低
限必要な周期のhの周期で発光要素を配置でき、第7図
の構造よジさらに高N細の素子を実現できる。
FIG. 18 shows the overall structure of the device based on this structure. The method of driving the light-emitting elements Fi is the same as in the case of FIG. 1, in which the upper electrodes of two systems are controlled in a time-division manner, and the light-emitting elements within each system are controlled by MOS transistors. According to this structure, the light emitting elements can be arranged at a period of h, which is the minimum period required for the arrangement of MOS transistors, and an element with a higher N-thinness than the structure shown in FIG. 7 can be realized.

実施例3 本発明の第3の実施例を第12図に示す。この構造は第
10図と第11図を組み合わせたもので、発光要素の高
集積化と時分割制御による隣接ドツトのずれを補正でき
ることが特徴である。
Example 3 A third example of the present invention is shown in FIG. This structure is a combination of FIGS. 10 and 11, and is characterized by high integration of light-emitting elements and the ability to correct deviations between adjacent dots through time-division control.

第19図は本発明で述べた素子の製造プロセスを示すも
のである。半絶縁性ないしはn型の半導体基板上に互い
に分離したp++半導体領域を形成し、発光層を堆積す
る。基板上に形成したp+型領領域合わせて発光層を加
工し、保護膜を堆積してコンタクト用の窓をあけた後、
配線を形成する。
FIG. 19 shows the manufacturing process of the device described in the present invention. P++ semiconductor regions separated from each other are formed on a semi-insulating or n-type semiconductor substrate, and a light emitting layer is deposited. After processing the light emitting layer to match the p+ type region formed on the substrate, depositing a protective film, and opening a contact window,
Form wiring.

第20図はMOS)ランジスタと発光部を同一基板上に
形成した素子の製造プロセスを示す。まず半導体基板上
に配線工程の手前までのMOS)ランジスタを形成し、
保護膜で覆う。次に発光部の形成領域に第19図に示し
たのと同様の手順によって発光要素列を形成し、最後に
MOSトランジスタと発光部の配線を形成する。
FIG. 20 shows a manufacturing process of an element in which a MOS transistor and a light emitting section are formed on the same substrate. First, a MOS (MOS) transistor is formed on the semiconductor substrate before the wiring process,
Cover with a protective film. Next, a light emitting element array is formed in the formation region of the light emitting part by the same procedure as shown in FIG. 19, and finally, wiring for the MOS transistor and the light emitting part is formed.

実施例4 本発明の第4の実施例は第21図に示す。第21図の構
造を分子線エピタキシー法により作製した。
Embodiment 4 A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. The structure shown in FIG. 21 was fabricated by molecular beam epitaxy.

基板52にはn−GaAs 基板を用いた。n型半導体
層551)Kはn−G&ALkB、p型半導体層55a
にはp −GaA八Bへを形成した。発光波長は780
 nmになるAt組成を選んだ。p型ドーパントにはB
e。
As the substrate 52, an n-GaAs substrate was used. n-type semiconductor layer 551) K is n-G&ALkB, p-type semiconductor layer 55a
p-GaA8B was formed. Emission wavelength is 780
The At composition was selected to be .nm. B for p-type dopant
e.

n型ドーパントにf′isi  を用い、それぞれに−
セルにより蒸発させドーピングした。上部コンタクト層
はp” GaALAs層を形成し、その上層にI n3
03+ SnO,(I’l’O)を真空蒸着により形成
した。
Using f′isi as the n-type dopant, −
It was evaporated and doped using a cell. The upper contact layer is a p'' GaALAs layer, and the upper layer is In3.
03+ SnO, (I'l'O) was formed by vacuum evaporation.

また、裏面電極としてはCr/Auの二層金属膜を同様
に蒸着した。これと比較するため、上部電極を裏面電極
と同様の金属膜とし中央部の面積比率30%に接点を設
けた発光ダイオードも併せて試作した。発光強度は発光
スペクトルの強度高さで相対的に比較し九。その結果、
ITO電極を設けた発光ダイオードからの発光強度は従
来タイプに比べ明らかに発光強度が高いことが分った。
Further, as a back electrode, a two-layer metal film of Cr/Au was deposited in the same manner. For comparison, a light emitting diode was also prototyped in which the upper electrode was a metal film similar to the back electrode and a contact point was provided at a 30% area ratio in the center. Emission intensity is compared relative to the intensity height of the emission spectrum. the result,
It was found that the light emitting intensity from the light emitting diode provided with the ITO electrode was clearly higher than that of the conventional type.

この発光層はMOCVDによって形成した場合も同様な
発光強度の電極材依存性が見られた。
When this light emitting layer was formed by MOCVD, similar dependence of the light emitting intensity on the electrode material was observed.

実施例5 本発明の第5の実施例を述べるe 1)−n接合を持つ
発光層及びコンタクト膚を液相′tビタキシ−(LPE
)により形成した。この場合、p−GaAs上にp−G
aA!A8/n−GaAtk8 / n” GaAAA
sを形成し、その上部にITO1電極を真空蒸着法によ
り、また裏面にAu/Cr二層電極を同じく真空蒸着法
によりそれぞれ形成した。
Example 5 A fifth example of the present invention will be described. 1) A light-emitting layer having an -n junction and a contact skin are coated in liquid phase bitaxy (LPE).
). In this case, p-G on p-GaAs
aA! A8/n-GaAtk8/n”GaAAA
s, an ITO1 electrode was formed on the top by vacuum evaporation, and an Au/Cr two-layer electrode was formed on the back by vacuum evaporation.

その結果、実施例斗と同様、良好な発光が認められた。As a result, as in Example 2, good light emission was observed.

さらに発光部をメサ形状に成形したアレイを作製し九。Furthermore, we fabricated an array with a mesa-shaped light emitting part.9.

アレイの発光部の寸法は44X55μmでその密度は4
00ドツト/インチになる。
The dimensions of the light emitting part of the array are 44 x 55 μm, and the density is 4
00 dots/inch.

この形状にITO電極を形成し、その発光強度を調べた
結果、従来以上の発光強度が得られた。
As a result of forming an ITO electrode in this shape and examining its luminescence intensity, a luminescence intensity higher than that of the conventional method was obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ダイオード構造を有する発光要素が複
数集積された素子において、隣接する発光要素のカソー
ドおよびアノードの両方が互いに電気的に分離した構造
をとることにより、それぞれの電極に独立に電位を印加
できるため、一方の極が共通で他方の電極だけで発光要
素を制御する素子に比べて、外部からの入力信号が少な
くでき、高集積化が可能となる。
According to the present invention, in an element in which a plurality of light emitting elements having a diode structure are integrated, both the cathode and the anode of adjacent light emitting elements are electrically isolated from each other, so that each electrode can be independently potentialized. can be applied, compared to an element in which one electrode is common and the light emitting element is controlled only by the other electrode, the number of input signals from the outside can be reduced, and high integration is possible.

また本発明によれば基板上に形成された拡散層領域が発
光要素の下部電極に接続される。拡散層領域は、各発光
要素ごとに分離されているため、同一基板上に形成した
MOS)ランジスタのソースないしはドレインと拡散層
を引きだして接続することができる。このため、配線に
よらず発光要素下部電極とMOSトランジスタを接続で
きる。
Also according to the invention, the diffusion layer region formed on the substrate is connected to the lower electrode of the light emitting element. Since the diffusion layer region is separated for each light emitting element, the diffusion layer can be drawn out and connected to the source or drain of a MOS transistor formed on the same substrate. Therefore, the lower electrode of the light emitting element and the MOS transistor can be connected without using wiring.

MOSトランジスタのゲートに印加する信号を発生する
データレジスタおよびラッチ回路を同一基板上に形成す
れば、素子に入力する信号が大幅に減少し、素子の集積
度を大幅に向上することができる。
If a data register and a latch circuit that generate a signal to be applied to the gate of a MOS transistor are formed on the same substrate, the number of signals input to the device can be significantly reduced, and the degree of integration of the device can be greatly improved.

また本発明によれば、発光ダイオードの実効発光効率が
上がり、LRDプリンタ用のLEDアレイの高精彩化が
達成できる。現在の400 DpIから次世代の600
 Dp1以上へのLEDアレイの高密度化に対応できる
技術である。
Further, according to the present invention, the effective luminous efficiency of the light emitting diode is increased, and high definition of the LED array for an LRD printer can be achieved. From the current 400 DpI to the next generation 600
This is a technology that can support higher density LED arrays to Dp1 or higher.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例を示す平面部分構成図、wc2
図は第1図中n −n’にそった断面図、第3図は第1
図中1− I[[’にそった断面図、第4図は本発明の
実施例を示す平面部分構成図、第5図は第4図中vi 
−v+’にそった断面図、第6図は第4図中■−x■’
にそった断面図、第7図は本発明の実施例を示す平面部
分構成図、第8図(a) (1))は第7図中■−髪i
にそった断面図、第9図(a)、 (b)は本発明の実
施例を示す回路図、第10図〜第12図は本発明の実施
例を示す平面部分構成図、第15図は従来構造の光プリ
ンタの構造を示す図、第14図は本発明を応用した素子
を利用した光プリンタの構造を示す図、第15図(a)
は従来構造による集積化光素子の平面部分構成図、第1
5図(1))は第15図(a)のA −A’断面図、第
16図は従来構造による単体のLEDとMOS)ランジ
スタを組み合わせた素子の断面図、第17図は第14図
の光プリンタで利用する光学系を示す斜視図、第18図
は、第11図、第12図で用いる構成を示す回路図、第
19図及び第20図は本発明に基づく素子を形成するた
めの工程図、第21図は発光ダイオード構造を示す断面
図、第22図は発光ダイオードをアレイ状に配列した平
面部分構成図、第23図は第22図の断面図、第24図
は他のダイオードをアレイ状に配列した断面図である。 1・・・発光領域、2・・・ポンディングパッド、3・
・・p型領域、4・−・基板、5・・・上部電極、6・
・・ドレイン、7・・・ゲート、8・・・ソース、9・
・・MOS。 51・・・透明電極層、52・・・電極層、53・・・
基板、54−・コンタクト層% 55a・・・p型半導
体層、ssb・・・n型半導体層、56・・・絶縁層特
許出願人 株式会社 日立製作所
FIG. 1 is a plan partial configuration diagram showing an embodiment of the present invention, wc2
The figure is a sectional view taken along the line n-n' in Figure 1, and Figure 3 is a cross-sectional view along the line n-n' in Figure 1.
1-I[[' in the figure, FIG. 4 is a plan partial configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
-v+' cross-sectional view, Figure 6 is ■-x■' in Figure 4.
FIG. 7 is a plan partial configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 8 (a) (1)) is a cross-sectional view along the
9(a) and 9(b) are circuit diagrams showing an embodiment of the present invention, FIGS. 10 to 12 are plan partial configuration diagrams showing an embodiment of the present invention, and FIG. 15 14 is a diagram showing the structure of an optical printer with a conventional structure, FIG. 14 is a diagram showing the structure of an optical printer using an element to which the present invention is applied, and FIG. 15(a)
is a partial plan view of an integrated optical device with a conventional structure;
Figure 5 (1)) is a cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 15 (a), Figure 16 is a cross-sectional view of an element that combines a single LED and a MOS transistor according to a conventional structure, and Figure 17 is a cross-sectional view of Figure 14. FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration used in FIGS. 11 and 12, and FIGS. 19 and 20 are diagrams showing an optical system used in an optical printer according to the present invention. 21 is a cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode, FIG. 22 is a planar partial configuration diagram of light emitting diodes arranged in an array, FIG. 23 is a cross-sectional view of FIG. 22, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of diodes arranged in an array. 1... Light emitting area, 2... Ponding pad, 3...
...p-type region, 4...substrate, 5...upper electrode, 6.
...Drain, 7...Gate, 8...Source, 9.
...MOS. 51... Transparent electrode layer, 52... Electrode layer, 53...
Substrate, 54--Contact layer% 55a... P-type semiconductor layer, ssb... N-type semiconductor layer, 56... Insulating layer Patent applicant Hitachi, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半絶縁性あるいは第1導電型基板上に複数の第2導
電型の不純物領域を形成し、前記第2導電型の不純物領
域に接続する第2導電型半導体とこれに隣接する第1導
電型半導体とからなるダイオード構造の発光要素が複数
集積された素子において、前記第2導電型不純物領域が
互いに独立しており、それぞれ個別に電位を設定できる
ように設けられていることを特徴とする集積化光素子。 2、基板に複数の発光要素を有する集積化光素子におい
て、各発光要素の夫々の電極がそれぞれ複数の群に分け
られており、かつ各群の電位が独立に制御される手段を
設けたことを特徴とする集積化光素子。 3、請求項1又は2記載の集積化光素子において、発光
要素駆動用FETを同一基板に集積したことを特徴とす
る集積化光素子。 4、請求項3記載の集積化光素子において、発光要素駆
動用FETのゲートに与える信号を制御するラッチ回路
、データレジスタ回路を同一基板上に集積したことを特
徴とする集積化光素子。 5、請求項1記載の集積化光素子において、発光要素が
LED(Light Emitting Diode)
であることを特徴とする集積化光素子。 6、請求項1記載の集積化光素子において、発光要素が
LD(Laser Diode)であることを特徴とす
る集積化光素子。 7、請求項1記載の集積化光素子において、集積された
複数の発光要素をいくつかの群に分割し、各群を時分割
により制御する手段を設けたことを特徴とする集積化光
素子。 8、請求項1記載の集積化光素子において、複数の発光
要素がアレイ状に配置されており、凸状の発光要素の側
面についてアレイ配列に垂直な側面はメサ状で、アレイ
配列に平行な側面は逆メサ状となる様に基板方位を選ん
で作成されていることを特徴とする集積化光素子。 9、請求項1記載の集積化光素子において、シリコン基
板の上に周期表III〜V族化合物半導体を堆積した基板
を用いることを特徴とする集積化光素子。 10、請求項3記載の集積化光素子において、シリコン
基板上に周期表III〜V族化合物半導体を堆積した基板
を用い、FETをシリコン基板上に、発光要素を周期表
III〜V族化合物半導体によつて形成したことを特徴と
する集積化光素子。 11、請求項10記載において、シリコン基板上にラッ
チ回路、データレジスタ回路を形成したことを特徴とす
る集積化光素子。 12、半絶縁性あるいは第1導電型基板上に複数の第2
導電型の不純物領域を形成し、前記第2導電型の不純物
領域に接続する第2導電型半導体とこれに隣接する第1
導電型半導体とからなるダイオード構造の受光要素、す
なわちPD(Photo Diode)が複数集積され
た素子において、前記第2導電型不純物領域が互いに独
立しており、それぞれ個別に電位を設定できるように設
けられていることを特徴とする集積化光素子。 13、請求項12記載の集積化光素子において、受光要
素駆動用FETを同一基板に集積したことを特徴とする
集積化光素子。 14、請求項13記載の集積化光素子において、シリコ
ン基板上に周期表III〜V族化合物半導体を堆積した基
板を用い、FETをシリコン基板上に、受光要素を周期
表III〜V族化合物半導体によつて形成したことを特徴
とする集積化光素子。 15、基板、p−n接合層、コンタクト層及び電極層か
らなる発光素子において、発光両側に接続された電極が
少なくとも発光光に対して透過能を持つ材料からなるこ
とを特徴とする発光素子。 16、請求項15記載の発光素子において、シリコン基
板の上に周期表III−V族化合物半導体を堆積した基板
を用いることを特徴とする発光素子。 17、請求項15記載の発光素子において、電極材料が
酸化物であることを特徴とする発光素子。 18、請求項15記載の発光素子において、電極材料が
膜厚30nm以下の金属あるいは合金膜であることを特
徴とする発光素子。 19、請求項15〜18のいずれか1項記載の発光素子
と同様な構造を有する受光素子。 20、請求項19記載の受光素子において、p−n接合
層とp層とn層の間にp層あるいはn層の不純物濃度よ
り低い不純物濃度の層を設けたことを特徴とする受光素
子。 21、請求項1又は12記載の集積化光素子を複数個組
合せて集合したことを特徴とする集積化光素子モジュー
ル。 22、請求項3又は13記載の集積化光素子を複数個組
合せて集合したことを特徴とする集積化光素子モジュー
ル。 23、請求項8記載の集積化光素子を複数個組合せて集
合したことを特徴とする集積化光素子モジュール。 24、請求項21〜23のいずれか1項記載の集積化光
素子モジュールにおいて、発光素子又は受光素子として
は請求項15〜20のいずれか1項に記載の構造を有す
る素子を用いることを特徴とする集積化光素子モジュー
ル。 25、請求項1記載の集積化光素子で、400DpI(
Dot per Inch)以上のドット密度を有する
集積化光素子を用いたことを特徴とする光プリンタ用ヘ
ッド。 26、請求項21〜24のいずれか1項記載の集積化光
素子モジュールを用いたことを特徴とする光プリンタ用
ヘッド。 27、請求項1記載の集積化光素子と、別基板上に作成
したラッチ回路、データレジスタ回路をひとつの実装基
板にハイブリッドに集積して構成した光プリンタ用ヘッ
ド。 28、請求項25〜27のいずれか1項に記載の光プリ
ンタ用ヘッドを用いた光プリンタ。
[Claims] 1. A second conductivity type semiconductor in which a plurality of second conductivity type impurity regions are formed on a semi-insulating or first conductivity type substrate and connected to the second conductivity type impurity regions; In an element in which a plurality of light emitting elements having a diode structure are integrated, each of which has a first conductivity type semiconductor adjacent to the first conductivity type semiconductor, the second conductivity type impurity regions are independent from each other and are provided so that a potential can be set individually. An integrated optical device characterized by: 2. In an integrated optical device having a plurality of light emitting elements on a substrate, each electrode of each light emitting element is divided into a plurality of groups, and a means is provided for independently controlling the potential of each group. An integrated optical device featuring: 3. An integrated optical device according to claim 1 or 2, characterized in that FETs for driving light emitting elements are integrated on the same substrate. 4. An integrated optical device according to claim 3, characterized in that a latch circuit for controlling a signal applied to the gate of a light emitting element driving FET and a data register circuit are integrated on the same substrate. 5. In the integrated optical device according to claim 1, the light emitting element is an LED (Light Emitting Diode).
An integrated optical device characterized by: 6. The integrated optical device according to claim 1, wherein the light emitting element is an LD (Laser Diode). 7. The integrated optical device according to claim 1, further comprising means for dividing the plurality of integrated light emitting elements into several groups and controlling each group by time division. . 8. In the integrated optical device according to claim 1, a plurality of light emitting elements are arranged in an array, and the side surfaces of the convex light emitting elements perpendicular to the array arrangement are mesa-shaped and parallel to the array arrangement. An integrated optical device characterized in that the substrate orientation is selected so that the side surface has an inverted mesa shape. 9. The integrated optical device according to claim 1, characterized in that the integrated optical device uses a silicon substrate on which a compound semiconductor of groups III to V of the periodic table is deposited. 10. In the integrated optical device according to claim 3, a substrate in which compound semiconductors of Groups III to V of the periodic table are deposited on a silicon substrate is used, the FET is placed on the silicon substrate, and the light emitting element is placed on the silicon substrate.
An integrated optical device characterized in that it is formed of a III-V group compound semiconductor. 11. An integrated optical device according to claim 10, characterized in that a latch circuit and a data register circuit are formed on a silicon substrate. 12. A plurality of second conductivity type substrates on a semi-insulating or first conductivity type substrate.
a second conductivity type semiconductor forming a conductivity type impurity region and connected to the second conductivity type impurity region; and a first conductivity type semiconductor adjacent thereto;
In an element in which a plurality of light-receiving elements having a diode structure made of a conductive semiconductor, that is, PDs (Photo Diodes) are integrated, the second conductive type impurity regions are independent from each other and are provided so that a potential can be set individually. An integrated optical device characterized in that: 13. The integrated optical device according to claim 12, wherein the FET for driving the light receiving element is integrated on the same substrate. 14. In the integrated optical device according to claim 13, a substrate is formed by depositing a compound semiconductor of groups III to V of the periodic table on a silicon substrate, the FET is placed on the silicon substrate, and the light-receiving element is formed of a compound semiconductor of groups III to V of the periodic table. An integrated optical device characterized in that it is formed by. 15. A light emitting element comprising a substrate, a pn junction layer, a contact layer and an electrode layer, wherein the electrodes connected to both sides of the light emitting element are made of a material that has the ability to transmit at least the emitted light. 16. The light-emitting device according to claim 15, characterized in that the light-emitting device uses a substrate in which a III-V group compound semiconductor of the periodic table is deposited on a silicon substrate. 17. The light emitting device according to claim 15, wherein the electrode material is an oxide. 18. The light emitting device according to claim 15, wherein the electrode material is a metal or alloy film with a thickness of 30 nm or less. 19. A light receiving element having a similar structure to the light emitting element according to any one of claims 15 to 18. 20. The light receiving element according to claim 19, characterized in that a layer having an impurity concentration lower than that of the p layer or the n layer is provided between the p-n junction layer, the p layer and the n layer. 21. An integrated optical element module, characterized in that a plurality of integrated optical elements according to claim 1 or 12 are combined and assembled. 22. An integrated optical element module comprising a plurality of integrated optical elements according to claim 3 or 13 combined and assembled. 23. An integrated optical element module comprising a plurality of integrated optical elements according to claim 8 combined and assembled. 24. The integrated optical element module according to any one of claims 21 to 23, characterized in that an element having the structure according to any one of claims 15 to 20 is used as the light emitting element or the light receiving element. Integrated optical element module. 25. The integrated optical device according to claim 1, which has 400 DpI (
1. A head for an optical printer, characterized in that it uses an integrated optical element having a dot density of at least 100 dots per inch. 26. An optical printer head characterized by using the integrated optical element module according to any one of claims 21 to 24. 27. An optical printer head constructed by hybridly integrating the integrated optical element according to claim 1, a latch circuit and a data register circuit formed on separate substrates on one mounting substrate. 28. An optical printer using the optical printer head according to any one of claims 25 to 27.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61110478A (en) * 1984-11-02 1986-05-28 ゼロツクス コーポレーシヨン Manufacture of light emitting diode printing array
JPS63155781A (en) * 1986-12-19 1988-06-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light-emitting element
JPS63175379A (en) * 1987-01-16 1988-07-19 松下電器産業株式会社 Thin film electroluminescence device

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