JPH04316375A - 発光素子 - Google Patents

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。