JPH04316375A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH04316375A
JPH04316375A JP3108124A JP10812491A JPH04316375A JP H04316375 A JPH04316375 A JP H04316375A JP 3108124 A JP3108124 A JP 3108124A JP 10812491 A JP10812491 A JP 10812491A JP H04316375 A JPH04316375 A JP H04316375A
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nucleation
light emitting
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nucleation surface
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秀司 川崎
Hiroyuki Tokunaga
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発光素子に関し、特に発
光素子の電極の配線部に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真プリンタに用いられてき
たLEDアレイヘッドは、特開昭60−48384に示
されたように1〜2cm程度の長さの化合物半導体単結
晶基板上に作られたLEDアレイを並べて支持基板上に
接着されていた。
【0003】また、上記LEDアレイヘッドは単結晶基
板に対して垂直方向を中心に光が放出されているため、
図26のようにLEDアレイ403が一直線に並べられ
た支持基板402全体は、書き込まれる感光ドラム40
1の側面に並行に保持されていた。このため、感光ドラ
ム401の周辺にはLEDアレイヘッドを設置するため
のスペースを広く取る必要があった。
【0004】一方、このスペースを広く取らなければな
らないという問題を解決するための手段として、支持基
板と水平方向に光の放出方向が向くように、単結晶基板
を設置し、支持基板を感光ドラムの表面と垂直な方向に
保持されたものが提案されているが(特開平2−125
765)、実装方法は多数の小さな化合物半導体単結晶
基板を支持基板の上に光軸合わせを行ないながら並べて
接着している。このため、実装時間が長くなり、つなぎ
部分の発光素子間隔、発光強度にむらがでやすい。
【0005】この解決策として本発明者らは、先に、選
択核形成法を用いた半導体素子を提案している。
【0006】選択核形成法とは、非晶質あるいは多結晶
である核形成密度の小さい非核形成面と、単一核より結
晶成長するのに充分小さい面積を有し、非核形成面より
大きい核形成密度を有する非晶質あるいは多結晶である
核形成面とを隣接して配された自由表面を有する基板に
、結晶成長処理を施して該単一核より単結晶を成長させ
るものである。ところが、前記選択核形成法においては
単結晶化率を高めるような成長条件にすると占有率が低
下し、占有率を高めるような成長条件にすると単結晶化
率が低下するという相反する問題があるので、これを解
決する方法の1つとして多結晶による選択的半導体素子
形成法をも別に提案している。
【0007】図27は選択核形成法によって作成された
発光素子の断面図である。
【0008】耐熱基板201の上に核形成面203が蒸
着され、その上に非核形成面202が蒸着されており、
非核形成面202の一部が除かれて、核形成面203が
露出し、そこを中心にp型半導体領域204が結晶成長
され、さらにその上にn型半導体領域が結晶成長されて
いる。また、外側のp型半導体領域204には電極20
7が接続され、内側のn型半導体領域205には電極2
06が接続されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の選択核
形成法によって作成された発光素子は、発光領域の外側
の電極を形成した際、半導体結晶島と電極の配線部を形
成する基板表面とに段差があるので電極の配線に断線が
発生し易いという欠点がある。
【0010】本発明の目的は、選択核形成法によって製
造中外側の電極を形成する際に、配線に断線を発生し難
い発光素子の構造を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、底
面から任意の厚さを有する非核形成面である第1の面と
、第1の面より大きい厚さを有する非核形成面である第
2の面と、第1の面と第2の面との境界をなす壁面を有
する基体と、前記壁面に近い第1の面上、または前記壁
面上を起点とし、第1の面および前記壁面に沿って成長
した化合物半導体結晶島と、前記化合物半導体結晶島の
成長の起点を中心とする同心円該当面上に形成された発
光領域と、前記発光領域内の外側の電極と第2の面上に
形成された配線部とを有する。
【0012】
【作用】化合物半導体結晶島内の外側の電極領域と、該
電極への配線が設けられる基板表面との段差が緩和され
るので、電極配線の断線が減少する。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0014】図1は本発明の発光素子の第1の実施例の
断面図、図2乃至図7は図1に示す発光素子の製造工程
毎の断面図である。
【0015】この実施例は本発明の発光素子の基本的な
構造を示すもので、耐熱基板101と、非核形成面10
2,108と、耐熱基板101の長手方向に非核形成面
108上に50μmおきに形成された複数の半導体結晶
島と、各半導体結晶島毎に形成された電極106,10
7とそれらの配線部とからなる。耐熱基板101は、図
2に示すように、Si単結晶基板、GaAs単結晶基板
等の半導体単結晶基板あるいは石英基板、セラミック基
板等の非晶質基板あるいはW基板、Ti基板等の高融点
金属基板等からなり、次に、耐熱基板101上に、核形
成密度が大きいAl2 O3 ,Ta2 O5 等の非
単結晶質の核形成面103を、つぎにSiO2 ,Si
Nx 等の非単結晶質の非核形成面102をEB(電子
ビーム)蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ等により堆積さ
せる。
【0016】その後、図3に示すように非核形成面10
2の表面に段差を設ける。このとき非核形成面102の
表面に核形成面103が露出しないように堆積させる非
核形成面102の膜厚dおよび段差高さhをd>hとい
う関係にする。次に、図4に示すように、段差の下面の
非核形成面108において、非核形成面の微細領域を除
去し、核形成面103を露出させる。露出させる核形成
面103の大きさは一般には10μm四方以下、望まし
くは6μm四方以下、最適には3μm四方以下である。 また、露出した核形成面103の中心から段差境界まで
の最短距離をL、露出した核形成面103から電極を形
成する半導体結晶島の上面までの距離をRとすると、L
、h、Rは、 L<R、R−8μm<h、h<(R−L)+2μmの関
係を持つ。
【0017】次に、核形成面103を起点として、図5
に示すようにn型半導体領域104、およびそれと反対
の導電性を有するn型半導体領域105をMOCVD法
を用いて順次形成する。このときn型とp型が反対でも
よい。半導体原料は、TMG、TEG(トリエチルガリ
ウム)やTMA(トリメチルアルミニウム)、TEA(
トリエチルアルミニウム)、TMIn(トリメチルイン
ジウム)、TEIn(トリエチルインジウム)とTBA
s(ターシャルブチルアルシン)、TMAss(トリメ
チルアルシン)、TEAs (トリエチルアルシン)、
DMAss(ジメチルアルシン)、DEAs (ジエチ
ルアルシン)、As H3 、TBP(ターシャルブチ
ルホスフィン)、TMP(トリメチルホスフィン)、T
EP(トリエチルホスフィン)、PH3 、NH3 等
が用いられ、ドーピング原料としてはDMSee(ジメ
チルセレン)、DESe(ジエチルセレン)、DMTe
(ジメチルテルル)、DETe(ジエチルテルル)、S
iH4 、DEZn(ジエチルジンク)、Cp2Mg(
シクロペンタンマグネシウム)、(MeCp)2Mg(
メチルシクロペンタンマグネシウム)等が用いられる。
【0018】次に、抵抗加熱法、電子線加熱法等により
図6に示すように、電極106が形成され、その後、電
極106が覆う位置以外の外側のn型半導体領域105
の一部分がドライエッチングあるいはウエットエッチン
グにより除去され、図7に示すようにP型半導体領域1
04が露出し、そこに他方の電極107が形成される。
【0019】また、核形成面103、非核形成面102
,108、段差を形成する方法として、まず、図8に示
すように耐熱基板101上に熱酸化処理あるいは蒸着、
スパッタ等により基板表面に核形成密度の小さいSiO
2 ,SiNx 等の非単結晶質非核形成面102,1
08を形成し、耐熱性基板が表面に露出しないように、
段差を形成することもできるし、あるいは図9のように
石英基板等の基板自体が非核形成面となりうる耐熱性基
板108に段差を形成しても良い。これらの場合は、核
形成面103を微細な領域として非核形成面108上に
形成する必要がある。このためSiO2 ,SiNx 
等の非単結晶質の非核形成面102上に核形成密度が大
きいAl2 O3 ,Ta2 O5 等の非単結晶質を
EB蒸着、または抵抗加熱蒸着等により形成する。その
後、微細な領域の核形成面103(一般には)を残し、
RIBE(リアクティブイオンビームエッチング)、ま
たはIBE(イオンビームエッチング)等により除去す
る。あるいは、Al、As等のイオンを微細な領域にF
IB(フォーカスイオンビーム)を用いて注入し、核形
成面103としても良い。あるいは、微細な領域を残し
、他の部分にマスクをし、基板表面にAl、As等のイ
オンを打ち込み、マスクを除去し、微細な領域のみ核形
成密度を増加させても良い。
【0020】図10は本発明の第2の実施例の断面図で
、その基体には図9に示す基体が使われており、図11
乃至図16は図10に示す発光素子の製造工程毎の断面
図である。
【0021】この発光素子は、耐熱基板と段差を有する
非核形成面302,308が一体になったSiの基板3
01と、複数の3μm×3μmのAl2 O3 の核形
成面303とからなる基体と、n−GaAsのn型半導
体領域304と、p−GaAsのp型半導体領域305
とからなる複数の化合物半導体結晶島と、それらに接続
されたAuの電極306,307およびその配線部とか
らなる。
【0022】基体は図11に示すように、石英基板30
1表面に、200μm幅、深さ5μmのストライプ状溝
を非核形成面308として設け、溝はドライエッチング
により、SiO2 を除去することにより形成した。次
に、EB蒸着により、Al2 O3 を図12に示すよ
うに 0.1μm厚に非核形成面302,308上に堆
積し、溝壁面より10μm離れた非核形成面308上に
、基板301の長手方向に50μm間隔で 3.5μm
角の微細なAl2 O3 が残るように他のAl2 O
3 をウエットエッチングで除去する。
【0023】次に、MOCVD法を用いて図14に示す
ようにn型GaAs多結晶(n=1×1018cm−3
)をn型半導体領域304とし、p型GaAs多結晶(
n=1×1018cm−3)をp型半導体領域305と
して成長させる。
【0024】その後、外部のp型半導体領域305の上
面にCr(500A)/Au(5000A)を抵抗加熱
蒸着して図15に示すように電極306を形成し、次に
、この電極306をマスクとしてn型半導体領域304
のn型GaAsが露出するまでエッチングし、露出した
n型GaAs上にAuGe(2000A)/Au(50
00A)を抵抗蒸着して電極307を形成し、それぞれ
それらの電極配線を非核形成面302,308上に形成
する。この実施例により、発光素子の抵抗は従来例では
30Ω〜300Ωのばらつきであったものが、25Ω〜
100Ωのばらつきに収まった。次に、本発明の発光素
子の第3の実施例について説明する。
【0025】図17は第3の実施例の1つの半導体結晶
島における断面図、図18乃至図23はその製造工程毎
の断面図である。
【0026】この発光素子は、耐熱基板501、非核形
成面502,508、複数の核形成面503からなる基
体と、n型半導体領域504,505、ノンドープ半導
体領域509、p型半導体領域510,511からなる
複数の化合物半導体結晶島と、それらに形成された電極
506,507と、それぞれの電極配線とからなってい
る。
【0027】耐熱基板501はSi基板で、その上に電
子ビーム蒸着により図18に示すように 0.1μmの
AlN層の核形成面503と、5μmのSiO2 層の
非核形成面502とを堆積する。
【0028】その後、図19に示すように50μmの幅
の非核形成面502を、この断面に直角な基板の長手方
向に300μm間隔で残して 4.5μmの厚さをドラ
イエッチングで除去し、非核形成面508を形成する。
【0029】次に、図20に示すように、非核形成面5
02と508との境界壁から10μm離れた非核形成面
508上に非核形成面502の長手方向に平行に50μ
m間隔で 1.2μm角の微細な孔をドライエッチング
により形成し、核形成面503を露出させて基体とする
【0030】その後、図21に示すように、MOCVD
法により各露出された核形成面503毎にn型GaAs
単結晶(n=1×1018cm−3)をn型半導体領域
504とし、n型Al0.5 Ga0.5 As単結晶
(n=5×1017cm−3)をn型半導体領域505
とし、Al0.28Ga0.72As単結晶509をノ
ンドープ半導体領域とし、p型Al0.5 Ga0.5
 As単結晶(n=5×1017cm−3)をp型半導
体領域510とし、p型GaAs単結晶(n=1×10
18cm)をp型半導体領域511として成長させ、化
合物半導体結晶島とする。
【0031】次に、図22に示すように、Cr(500
A)/Au(5000A)を最外相のp型半導体領域5
11の表面と非核形成面502の表面にかけて抵抗加熱
蒸着により堆積させて電極506を形成し、その後、図
23に示すように電極506をマスクとしてn型半導体
領域504のn型GaAs単結晶が露出するまでエッチ
ングして、露出されたn型GaAsの表面と非核形成面
508の表面にかけてAuGe(2000A)/Au(
5000A)を抵抗加熱蒸着により堆積させ、電極50
7を形成することにより、本発明の第3の実施例が形成
される。
【0032】また、本発明の発光素子の段差高さh、結
晶形成起点と段差境界との距離L、半導体結晶の高さR
を図25に示すパラメータとし、電極配線の抵抗の変化
を以下に述べる実験により求めた。
【0033】耐熱基板のSi基板に電子ビーム蒸着によ
り核形成面用のAl2 O3 を 0.1μm、その上
に非核形成面用のSiO2 をそれぞれ 2.2μm、
 6.2μm、 8.2μm堆積した3種類の基板を形
成した。ここで蒸着は1×1E−6Torrまで真空に
し、酸素を10cc/min. 供給して行なった。
【0034】その後、前記3種類の基板毎にストライプ
状凹部を基板表面に基板の長手方向に形成し、ストライ
プ幅は1μm間隔で2μm〜10μmまでの9種類を形
成した。また、これら凹部の段差はSiO2 を基板と
垂直方向に除去し残り 0.2μmまで除去することに
より形成し、SiO2の除去はドライエッチングにより
行ない。ドライエッチングはCF4 を20cc/mi
n. 、O2 を2cc/min. 供給し、圧力1T
orr、100Wで放電して行った。
【0035】つぎに、形成したストライプの中心線上に
50μm間隔で2μm角の微細なAl2 O3 が露出
したドットを形成し、ドットはSiO2 を5分間ドラ
イエッチングすることによって形成した。
【0036】つぎに、MOCVD法(有機金属気相成長
法)を用いて、GaAs多結晶を成長させ、成長はV/
III 比40で、AsH3 供給量は 1.8×10
−5 mol/min. 一定で行ない、III 族原
料としてTMG(トリメチルガリウム)を用いた。キャ
リアガスとしてH2 を10 l/min. 供給し、
また、基板温度は670℃、圧力は20Torrで、成
長時間は70分行った。
【0037】つぎに、10μm幅のAu(膜厚5000
A)を基板に形成されたストライプと直交し、かつ半導
体結晶島に被るように電極配線を形成した。
【0038】図24に、以上のようにして形成した30
個のAu線の抵抗を測定し、平均抵抗値を示したAu線
の割合を示した。ここで比較のため、平坦な基板表面上
に形成したAu線の平均抵抗値3Ω、およびh=0の時
(基板表面に段差無し、半導体結晶島有り)の平均抵抗
値170Ωを示した。
【0039】この結果、段差高さh>2μm、(R−L
)>h−2μm で、段差による抵抗の抑制効果が見られた。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、選択核形
成法による発光素子アレイの非核形成面に段差を形成し
、段差の壁面に沿って化合物半導体結晶島を設け、外側
の電極の配線部を高位置にある非核形成面上に形成する
ので、電極の配線の抵抗が減じ、かつ、製造過程および
使用中に断線し難いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子の第1の実施例の断面図であ
る。
【図2】非晶質膜堆積の断面図である。
【図3】段差が形成された状態の断面図である。
【図4】核形成面103が露出された状態の断面図であ
る。
【図5】化合物半導体結晶島の形成を示す断面図である
【図6】外側の電極106の形成を示す断面図である。
【図7】内側の電極107の形成を示す断面図である。
【図8】核形成面103を非核形成面108上に設けた
状態を示す断面図である。
【図9】耐熱性基板が非核形成面102,108として
使用される状態を示す断面図である。
【図10】第2の実施例の断面図である。
【図11】第2の実施例の基板301の断面図である。
【図12】核形成面材料の堆積を示す断面図である。
【図13】核形成面303の形成を示す断面図である。
【図14】半導体結晶島の形成を示す断面図である。
【図15】外側の電極306の形成を示す断面図である
【図16】内側の電極307の形成を示す断面図である
【図17】第3の実施例の断面図である。
【図18】第3の実施例の核形成面503および非核形
成面502,508の材料の堆積を示す断面図である。 。
【図19】段差の形成を示す断面図である。
【図20】核形成面503の露出を示す断面図である。
【図21】化合物半導体結晶島の形成を示す断面図であ
る。
【図22】外側の電極506の形成を示す断面図である
【図23】内側の電極507の形成を示す断面図である
【図24】段差から結晶起点までの距離毎の電極配線の
抵抗値に対する段差の効果を示す図である。
【図25】図24に示すパラメータを示す図である。
【図26】LEDアレイヘッドの従来例と感光ドラムと
の対応を示す側面図である。
【図27】選択核形成法による発光素子の従来例の断面
図である。
【符号の説明】
101    耐熱基板 102    非核形成面 103    核形成面 104    p型半導体領域 105    n型半導体領域 106    電極 107    電極 108    非核形成面 301    耐熱基板 302    非核形成面 303    核形成面 304    n型半導体領域 305    p型半導体領域 306    電極 307    電極 308    非核形成面 501    耐熱基板 502    非核形成面 503    核形成面 504    n型半導体領域 505    n型半導体領域 506    電極 507    電極 508    非核形成面 509    ノンドープ半導体領域 510    p型半導体領域 511    p型半導体領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  底面から任意の厚さを有する非核形成
    面である第1の面と、第1の面より大きい厚さを有する
    非核形成面である第2の面と、第1の面と第2の面との
    境界をなす壁面を有する基体と、前記壁面に近い第1の
    面上または前記壁面上を起点とし、第1の面および前記
    壁面に添って成長した化合物半導体結晶島と、前記化合
    物半導体結晶島の成長の起点を中心とする同心円該当面
    上に形成された発光領域と、前記発光領域内の外側の電
    極と第2の面上に形成された配線部とを有する発光素子
  2. 【請求項2】  前記発光領域から少なくとも50μm
    以内、好ましくは100μm以内の第1の面上に突部を
    有しない請求項1記載の発光素子。
  3. 【請求項3】  前記化合物半導体結晶体が、第2の面
    の高さに達するまで成長されており、その発光領域内の
    外側の電極領域と、第2の面上に設けられた配線部がほ
    ぼ同じ高さである請求項1記載の発光素子。
  4. 【請求項4】  前記化合物半導体結晶島は単結晶か多
    結晶かの何れかである請求項1記載の発光素子。
JP10812491A 1991-04-15 1991-04-15 発光素子 Expired - Fee Related JP2753153B2 (ja)

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