JPH09162439A - Ｌｅｄアレイ及びその製造方法 - Google Patents
Ｌｅｄアレイ及びその製造方法Info
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- JPH09162439A JPH09162439A JP32415995A JP32415995A JPH09162439A JP H09162439 A JPH09162439 A JP H09162439A JP 32415995 A JP32415995 A JP 32415995A JP 32415995 A JP32415995 A JP 32415995A JP H09162439 A JPH09162439 A JP H09162439A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不純物の拡散領域の深さを制御することによ
って高密度のＬＥＤアレイであって、プリンタヘッドの
光源として十分な発光強度を有する装置及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 基板（１１）にＺｎを拡散してｐｎ接合
を形成して複数の発光素子（ドット）を作成した１２０
０ｄｐｉ（１インチ当り１２００ドット）のＬＥＤアレ
イのドット間距離Ｌｂは２１μmとなる。このとき、ｐ
ｎ接合を形成する拡散領域（１２）の基板表面でのＺｎ
の拡散濃度は、固相拡散法、あるいはイオン注入法によ
って約１×１０20cm-3に、その拡散深さＸｊは２μmに
形成する。拡散マスク層（１３）の拡散開口部（１４）
の幅Ｌｄを５μmに設定しても、隣接拡散領域間の距離
Ｌｍは１３μmとなる。したがって、隣接ドット間の電
気的絶縁は十分に確保でき、拡散領域（１２）間でショ
ートしない。しかも、その発光強度はプリンタヘッドの
光源として十分な強さとなる。
って高密度のＬＥＤアレイであって、プリンタヘッドの
光源として十分な発光強度を有する装置及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 基板（１１）にＺｎを拡散してｐｎ接合
を形成して複数の発光素子（ドット）を作成した１２０
０ｄｐｉ（１インチ当り１２００ドット）のＬＥＤアレ
イのドット間距離Ｌｂは２１μmとなる。このとき、ｐ
ｎ接合を形成する拡散領域（１２）の基板表面でのＺｎ
の拡散濃度は、固相拡散法、あるいはイオン注入法によ
って約１×１０20cm-3に、その拡散深さＸｊは２μmに
形成する。拡散マスク層（１３）の拡散開口部（１４）
の幅Ｌｄを５μmに設定しても、隣接拡散領域間の距離
Ｌｍは１３μmとなる。したがって、隣接ドット間の電
気的絶縁は十分に確保でき、拡散領域（１２）間でショ
ートしない。しかも、その発光強度はプリンタヘッドの
光源として十分な強さとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＬＥＤプリンタ
ヘッドとして使用されるＬＥＤアレイ及びその製造方法
に関する。
ヘッドとして使用されるＬＥＤアレイ及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子複写装置等で使用される発光素子
（ＬＥＤ）には、プリンタの印字品質を高めるために、
超高密度のＬＥＤアレイが開発されている。従来のＬＥ
Ｄアレイの製造工程では、たとえば特開昭５６−３０７
７６号公報に開示されているような、Ｚn （亜鉛）の気
相拡散方法が採用されていた。
（ＬＥＤ）には、プリンタの印字品質を高めるために、
超高密度のＬＥＤアレイが開発されている。従来のＬＥ
Ｄアレイの製造工程では、たとえば特開昭５６−３０７
７６号公報に開示されているような、Ｚn （亜鉛）の気
相拡散方法が採用されていた。
【０００３】図２は、上記公報に記載された製造方法に
おける発光素子アレイの拡散領域を示す断面模式図であ
る。ｎ型ＧaＡsＰエピタキシャルウェハ１上には気相拡
散法によってＺn を拡散して、ｐ型拡散領域２を形成し
ている。この拡散領域２の基板表面からｐｎ接合面まで
の深さ（拡散深さ）は、次に説明するように、約５〜６
μmの範囲に設定される。３は、拡散開口部４を有する
拡散マスク層であり、５はｐ型電極である。この断面図
では１つのＬＥＤの拡散領域だけを示している。また、
図３は従来のウェハ１に形成されたＬＥＤアレイの電極
配置を示す上面図である。この図３に示すように、各拡
散開口部４は１ビットの発光領域を構成しており、一列
に並んだ各ビットのｐ型拡散領域２ではｐ型電極５のコ
ンタクトによってそれぞれ発光制御が可能になる。
おける発光素子アレイの拡散領域を示す断面模式図であ
る。ｎ型ＧaＡsＰエピタキシャルウェハ１上には気相拡
散法によってＺn を拡散して、ｐ型拡散領域２を形成し
ている。この拡散領域２の基板表面からｐｎ接合面まで
の深さ（拡散深さ）は、次に説明するように、約５〜６
μmの範囲に設定される。３は、拡散開口部４を有する
拡散マスク層であり、５はｐ型電極である。この断面図
では１つのＬＥＤの拡散領域だけを示している。また、
図３は従来のウェハ１に形成されたＬＥＤアレイの電極
配置を示す上面図である。この図３に示すように、各拡
散開口部４は１ビットの発光領域を構成しており、一列
に並んだ各ビットのｐ型拡散領域２ではｐ型電極５のコ
ンタクトによってそれぞれ発光制御が可能になる。
【０００４】図４は、気相拡散によって作成したＬＥＤ
アレイの各ビットの拡散領域２の拡散深さＸj とその発
光領域の発光強度との関係を示す図である。横軸には基
板表面からのｐｎ接合部までの距離［μm］、縦軸には
発光強度を示している。上記気相拡散によるＬＥＤの拡
散領域２での発光強度は、拡散深さＸj が１μmを越え
るとゆっくりと増大し、その強度は約５μmでほぼ最大
強度に達し、６μm以上では飽和状態となることが分
る。したがって、一般に拡散領域２は５〜６μmの拡散
深さに形成されるのである。
アレイの各ビットの拡散領域２の拡散深さＸj とその発
光領域の発光強度との関係を示す図である。横軸には基
板表面からのｐｎ接合部までの距離［μm］、縦軸には
発光強度を示している。上記気相拡散によるＬＥＤの拡
散領域２での発光強度は、拡散深さＸj が１μmを越え
るとゆっくりと増大し、その強度は約５μmでほぼ最大
強度に達し、６μm以上では飽和状態となることが分
る。したがって、一般に拡散領域２は５〜６μmの拡散
深さに形成されるのである。
【０００５】つぎに、図５によって発光素子アレイの集
積密度の限界について説明する。ここでは、拡散領域２
の拡散深さＸj に対する横方向の拡散距離Ｘs 及び隣接
拡散領域間の距離Ｌm について考察する。
積密度の限界について説明する。ここでは、拡散領域２
の拡散深さＸj に対する横方向の拡散距離Ｘs 及び隣接
拡散領域間の距離Ｌm について考察する。
【０００６】たとえば、1200dpiのドット密度でＬＥＤ
アレイを形成する場合には、アレイの各ドット間の距離
Ｌb は21μm（2.54÷1200=0.0021）となる。そこで、仮
に拡散開口部４の幅Ｌd を３μmに設定するならば、発
光領域を区切る拡散マスク層３の幅は１８μmとなる。
また、上記横方向の拡散距離Ｘs については、一般に拡
散深さＸj の約1.5倍となることが知られている。この
ため、拡散開口部４の幅をＬd ＝３μmという製造上の
限界を越えるような幅に設定したとしても、拡散領域２
の拡散深さＸj を５μmに形成した場合には隣接拡散領
域間の距離Ｌmが３μm（=18-5×2×1.5）となって、隣
接する拡散領域の間を確実に分離でするにはマージンが
少な過ぎる。例えば、気相拡散で拡散深さが１μm深く
なって、Ｘj ＝６μmに形成された場合には、Ｌm が０
になってしまう。
アレイを形成する場合には、アレイの各ドット間の距離
Ｌb は21μm（2.54÷1200=0.0021）となる。そこで、仮
に拡散開口部４の幅Ｌd を３μmに設定するならば、発
光領域を区切る拡散マスク層３の幅は１８μmとなる。
また、上記横方向の拡散距離Ｘs については、一般に拡
散深さＸj の約1.5倍となることが知られている。この
ため、拡散開口部４の幅をＬd ＝３μmという製造上の
限界を越えるような幅に設定したとしても、拡散領域２
の拡散深さＸj を５μmに形成した場合には隣接拡散領
域間の距離Ｌmが３μm（=18-5×2×1.5）となって、隣
接する拡散領域の間を確実に分離でするにはマージンが
少な過ぎる。例えば、気相拡散で拡散深さが１μm深く
なって、Ｘj ＝６μmに形成された場合には、Ｌm が０
になってしまう。
【０００７】ところで、発明者等の実験によれば、個々
の発光領域の形状を設計値通りに良好に製作するために
は、拡散開口部４の幅Ｌd を５μm以上に設定すること
が望ましい。このため、例えばＸj ＝５μmに形成され
た場合に隣接拡散領域間の距離をＬm ＝５μmと見積も
ったとしても、各ドット間の距離Ｌb には少なくとも25
μmが必要であり、発光素子アレイの集積密度は2.54/0.
0025、即ち約1000dpiが限界であった。したがって、ド
ット密度を更に高く設定した場合には、ドット間距離Ｌ
b も小さくなるが、各ドットを独立に発光させるために
は、上述した隣接拡散領域間の距離Ｌm をある程度の大
きさに確保する必要がある。
の発光領域の形状を設計値通りに良好に製作するために
は、拡散開口部４の幅Ｌd を５μm以上に設定すること
が望ましい。このため、例えばＸj ＝５μmに形成され
た場合に隣接拡散領域間の距離をＬm ＝５μmと見積も
ったとしても、各ドット間の距離Ｌb には少なくとも25
μmが必要であり、発光素子アレイの集積密度は2.54/0.
0025、即ち約1000dpiが限界であった。したがって、ド
ット密度を更に高く設定した場合には、ドット間距離Ｌ
b も小さくなるが、各ドットを独立に発光させるために
は、上述した隣接拡散領域間の距離Ｌm をある程度の大
きさに確保する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
拡散領域２の拡散深さＸj を５μm以上に設定したＬＥ
Ｄアレイでは、以下の理由から発光素子の集積密度に限
界があった。
拡散領域２の拡散深さＸj を５μm以上に設定したＬＥ
Ｄアレイでは、以下の理由から発光素子の集積密度に限
界があった。
【０００９】第１の理由は、拡散開口部４のプロセスマ
ージンを考慮すると、その幅Ｌd を３μm以下に形成す
ることは現実的ではなかったからであり、従来技術では
1200dpi以上の集積密度でＬＥＤアレイが構成できなか
った。すなわち、不純物の選択拡散の際に、拡散開口部
４から横方向に生じる拡散の距離Ｘs を小さくしない限
り、隣接拡散領域間の距離Ｌm を維持できずに、互いに
隣接する拡散領域がつながってしまうからである。
ージンを考慮すると、その幅Ｌd を３μm以下に形成す
ることは現実的ではなかったからであり、従来技術では
1200dpi以上の集積密度でＬＥＤアレイが構成できなか
った。すなわち、不純物の選択拡散の際に、拡散開口部
４から横方向に生じる拡散の距離Ｘs を小さくしない限
り、隣接拡散領域間の距離Ｌm を維持できずに、互いに
隣接する拡散領域がつながってしまうからである。
【００１０】しかも、拡散開口部４の幅Ｌd が３μmに
形成できたとしても、1200dpiのドット密度でＬＥＤア
レイを形成する場合に、異常拡散により横方向の拡散距
離Ｘsが拡散深さＸj の約１．５倍以上に広がれば、各
ＬＥＤの間でショートすることになる。
形成できたとしても、1200dpiのドット密度でＬＥＤア
レイを形成する場合に、異常拡散により横方向の拡散距
離Ｘsが拡散深さＸj の約１．５倍以上に広がれば、各
ＬＥＤの間でショートすることになる。
【００１１】さらに、拡散深さＸj が５μm以下の浅い
不純物拡散領域を気相拡散法によって形成したＬＥＤア
レイでは、各ＬＥＤの発光強度が減少して、プリンタヘ
ッドの光源として必要な光量が得られないという問題が
生じる。
不純物拡散領域を気相拡散法によって形成したＬＥＤア
レイでは、各ＬＥＤの発光強度が減少して、プリンタヘ
ッドの光源として必要な光量が得られないという問題が
生じる。
【００１２】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、高濃度固相拡散により不純物の
拡散領域の深さを制御することによって高密度のＬＥＤ
アレイであって、プリンタヘッドの光源として十分な発
光強度を有する装置及びその製造方法を提供することを
目的としている。
ためになされたもので、高濃度固相拡散により不純物の
拡散領域の深さを制御することによって高密度のＬＥＤ
アレイであって、プリンタヘッドの光源として十分な発
光強度を有する装置及びその製造方法を提供することを
目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
第１導電型の半導体基板内に拡散された第２導電型の不
純物層によって複数の発光素子を構成するＬＥＤアレイ
において、前記複数の発光素子のドット密度が1200dpi
以上であって、かつ前記第２導電型の不純物層の拡散深
さが０．５μm 以上２μm以下であることを特徴とす
る。これによって、高密度のＬＥＤアレイにおいて横方
向の拡散により隣接するドット間が短絡するという不都
合が防止できる。
第１導電型の半導体基板内に拡散された第２導電型の不
純物層によって複数の発光素子を構成するＬＥＤアレイ
において、前記複数の発光素子のドット密度が1200dpi
以上であって、かつ前記第２導電型の不純物層の拡散深
さが０．５μm 以上２μm以下であることを特徴とす
る。これによって、高密度のＬＥＤアレイにおいて横方
向の拡散により隣接するドット間が短絡するという不都
合が防止できる。
【００１４】請求項２に係る発明は、前記半導体基板内
に拡散された第２導電型の不純物の表面濃度が１０20ｃ
ｍ-3以上であることを特徴とする。これによって、十分
な発光強度を実現できる。
に拡散された第２導電型の不純物の表面濃度が１０20ｃ
ｍ-3以上であることを特徴とする。これによって、十分
な発光強度を実現できる。
【００１５】請求項３に係る発明は、前記第１導電型の
半導体基板がＧaＡs1-xＰxであり、前記第２導電型の不
純物がＺn であることを特徴とする。
半導体基板がＧaＡs1-xＰxであり、前記第２導電型の不
純物がＺn であることを特徴とする。
【００１６】請求項４に係る発明は、第１導電型の半導
体基板内に第２導電型の不純物を拡散して、発光素子を
形成したＬＥＤアレイの製造方法において、前記半導体
基板の１つの面に選択的に拡散防止膜を形成する工程
と、前記第２導電型の不純物を含む拡散源膜を形成する
工程と、所定の温度で所定時間だけアニールを行なって
前記第１導電型の半導体基板内に０．５μm 以上２μm
以下の深さで前記第２導電型の不純物拡散層を形成する
工程とを有する。
体基板内に第２導電型の不純物を拡散して、発光素子を
形成したＬＥＤアレイの製造方法において、前記半導体
基板の１つの面に選択的に拡散防止膜を形成する工程
と、前記第２導電型の不純物を含む拡散源膜を形成する
工程と、所定の温度で所定時間だけアニールを行なって
前記第１導電型の半導体基板内に０．５μm 以上２μm
以下の深さで前記第２導電型の不純物拡散層を形成する
工程とを有する。
【００１７】請求項５に係る発明は、請求項５の製造方
法と同様に半導体基板内にイオン注入法によって０．５
μm 以上２μm以下の深さで前記第２導電型の不純物拡
散層を形成するものである。
法と同様に半導体基板内にイオン注入法によって０．５
μm 以上２μm以下の深さで前記第２導電型の不純物拡
散層を形成するものである。
【００１８】請求項６に係る発明は、前記請求項４又は
請求項５のＬＥＤアレイの製造方法において、第１導電
型の半導体基板がＧaＡs1-xＰxであり、前記第２導電型
の不純物がＺn であることを特徴とする。
請求項５のＬＥＤアレイの製造方法において、第１導電
型の半導体基板がＧaＡs1-xＰxであり、前記第２導電型
の不純物がＺn であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
この発明の実施の形態を説明する。
この発明の実施の形態を説明する。
【００２０】実施の形態１ 図１は、本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【００２１】このＬＥＤアレイは、ｎ型半導体基板、た
とえばＧaＡs1-xＰx基板１１にＺnを拡散してｐｎ接合
を形成して複数の発光素子（ドット）を作成した1200dp
i（１インチ当り1200ドット）のＬＥＤアレイであっ
て、ドット間距離Ｌb は21μmとなる。このとき、ｐｎ
接合を形成する拡散領域１２の基板表面でのＺn の拡散
濃度は、たとえば後述する固相拡散法によって約１×１
０20cm-3に、その拡散深さＸj は１μmに形成する。Ｚn
の拡散に使用される拡散マスク層１３の拡散開口部１
４は、その幅Ｌd を５μmに設定しても、隣接拡散領域
間の距離Ｌm は、 Ｌm ＝Ｌb −Ｌd −２×（１．５Ｘj ） ＝２１−５−３＝１３ となる。したがって、固相拡散においてＸj の制御精度
が±10％以下であること、及び拡散領域間距離が５μm
あれば電気的絶縁を十分確保できることから、この場合
のＬm ＝13μmは十分な間隔であって、隣接ドット間の
電気的絶縁を十分に確保して、拡散領域１２間でのショ
ートは発生しない。しかも、その発光強度はプリンタヘ
ッドの光源として十分な強さとなる。なお、図１ではｐ
型電極は図示せず、基板１１裏面のｎ型電極１６のみを
示している。
とえばＧaＡs1-xＰx基板１１にＺnを拡散してｐｎ接合
を形成して複数の発光素子（ドット）を作成した1200dp
i（１インチ当り1200ドット）のＬＥＤアレイであっ
て、ドット間距離Ｌb は21μmとなる。このとき、ｐｎ
接合を形成する拡散領域１２の基板表面でのＺn の拡散
濃度は、たとえば後述する固相拡散法によって約１×１
０20cm-3に、その拡散深さＸj は１μmに形成する。Ｚn
の拡散に使用される拡散マスク層１３の拡散開口部１
４は、その幅Ｌd を５μmに設定しても、隣接拡散領域
間の距離Ｌm は、 Ｌm ＝Ｌb −Ｌd −２×（１．５Ｘj ） ＝２１−５−３＝１３ となる。したがって、固相拡散においてＸj の制御精度
が±10％以下であること、及び拡散領域間距離が５μm
あれば電気的絶縁を十分確保できることから、この場合
のＬm ＝13μmは十分な間隔であって、隣接ドット間の
電気的絶縁を十分に確保して、拡散領域１２間でのショ
ートは発生しない。しかも、その発光強度はプリンタヘ
ッドの光源として十分な強さとなる。なお、図１ではｐ
型電極は図示せず、基板１１裏面のｎ型電極１６のみを
示している。
【００２２】また、拡散深さＸj を２μmに形成した場
合にはＬm ＝10μmとなる。この場合でも、仮に横方向
の異常拡散として３Ｘj が発生したとしてもＬm ＝４μ
mであり、十分なマージンを確保できる。
合にはＬm ＝10μmとなる。この場合でも、仮に横方向
の異常拡散として３Ｘj が発生したとしてもＬm ＝４μ
mであり、十分なマージンを確保できる。
【００２３】図６は、図１のＬＥＤアレイの上面図であ
る。
る。
【００２４】拡散開口部１４１〜１４６は、それぞれＡ
−Ａ線に沿った左右方向の幅が５μm、前後方向の長さ
が15μmの矩形をなしており、隣接する開口部の間隔は
約16μmである。拡散マスク層１３は、これら拡散開口
部１４１〜１４６を介して基板１１内に選択的に拡散領
域１２を形成する機能と、これら拡散領域１２の表面に
コンタクトを有するｐ型電極１５１〜１５６と基板との
間における層間絶縁膜としての機能とを果している。こ
れらのｐ型電極１５１〜１５６のコンタクト部は、奇数
番目の拡散開口部１４１、１４３、１４５等にあって
は、Ａ−Ａ線の手前側で、開口部とともにその周辺の拡
散マスク層１２を被覆するように設けられ、偶数番目の
拡散開口部１４２、１４４、１４６等はＡ−Ａ線の向う
側で、同様に開口部と拡散マスク層１２とを被覆してい
る。
−Ａ線に沿った左右方向の幅が５μm、前後方向の長さ
が15μmの矩形をなしており、隣接する開口部の間隔は
約16μmである。拡散マスク層１３は、これら拡散開口
部１４１〜１４６を介して基板１１内に選択的に拡散領
域１２を形成する機能と、これら拡散領域１２の表面に
コンタクトを有するｐ型電極１５１〜１５６と基板との
間における層間絶縁膜としての機能とを果している。こ
れらのｐ型電極１５１〜１５６のコンタクト部は、奇数
番目の拡散開口部１４１、１４３、１４５等にあって
は、Ａ−Ａ線の手前側で、開口部とともにその周辺の拡
散マスク層１２を被覆するように設けられ、偶数番目の
拡散開口部１４２、１４４、１４６等はＡ−Ａ線の向う
側で、同様に開口部と拡散マスク層１２とを被覆してい
る。
【００２５】また、拡散開口部１４１〜１４６のｐ型電
極１５１〜１５６で覆われていない、ほぼ正方形の領域
が、各ドットの発光領域となる。したがって、ｐ型電極
１５１〜１５６と基板裏面のｎ型電極１６とによってｐ
ｎ接合部に順方向電圧を印加すれば、各ドットから選択
的に光を取り出すことができる。
極１５１〜１５６で覆われていない、ほぼ正方形の領域
が、各ドットの発光領域となる。したがって、ｐ型電極
１５１〜１５６と基板裏面のｎ型電極１６とによってｐ
ｎ接合部に順方向電圧を印加すれば、各ドットから選択
的に光を取り出すことができる。
【００２６】このようにｐ型電極１５１〜１５６の電極
パッド部分をＡ−Ａ線の両側に交互に配置することで、
ＬＥＤアレイを駆動するドライバＩＣとの接続のために
十分な面積を確保できる。しかも、アレイの集積密度が
高くなってコンタクト部の面積が小さくなったときに、
その電極パターンの位置合せが多少ずれた場合でも、各
ドットの発光面積に大きな変化は生じないので、ＬＥＤ
アレイの光量の変動を容易に防止することができる。
パッド部分をＡ−Ａ線の両側に交互に配置することで、
ＬＥＤアレイを駆動するドライバＩＣとの接続のために
十分な面積を確保できる。しかも、アレイの集積密度が
高くなってコンタクト部の面積が小さくなったときに、
その電極パターンの位置合せが多少ずれた場合でも、各
ドットの発光面積に大きな変化は生じないので、ＬＥＤ
アレイの光量の変動を容易に防止することができる。
【００２７】図７は、基板内に拡散されたＺn の濃度分
布を示す図である。
布を示す図である。
【００２８】図において、横軸には基板表面からの深さ
（拡散深さＸj ［μm］）を、縦軸には拡散されたＺn
の濃度［cm-3］を示している。拡散マスク層１３により
固相拡散されるＺn は、その表面濃度が１×１０20cm-3
であって、ｐｎ接合部を形成する１μmの深さまでほぼ
同じ濃度で拡散できる。固相拡散されるＺn の濃度分布
についての同様な傾向は、拡散深さＸj がほぼ0.5から
２μmの範囲で確認されている。
（拡散深さＸj ［μm］）を、縦軸には拡散されたＺn
の濃度［cm-3］を示している。拡散マスク層１３により
固相拡散されるＺn は、その表面濃度が１×１０20cm-3
であって、ｐｎ接合部を形成する１μmの深さまでほぼ
同じ濃度で拡散できる。固相拡散されるＺn の濃度分布
についての同様な傾向は、拡散深さＸj がほぼ0.5から
２μmの範囲で確認されている。
【００２９】図８は、従来の気相拡散による不純物拡散
層の拡散深さと濃度との関係を示す図である。図では、
拡散深さＸj を約５μmに設定した場合と、約２μmに設
定した場合のＺn の濃度分布を示す。気相拡散技術で
は、２μm程度の浅い拡散領域のＺn 濃度は、５μmの場
合の表面濃度と比較して、約1/50となる。このため、浅
い拡散では拡散領域のシート抵抗が非常に高くなって、
ｐ型電極から離れた領域では電圧降下が大きくなる。そ
の結果、電極直下だけが発光するため、その光のほとん
どがｐ型電極に遮られ、外部に取り出される光量は減少
する。
層の拡散深さと濃度との関係を示す図である。図では、
拡散深さＸj を約５μmに設定した場合と、約２μmに設
定した場合のＺn の濃度分布を示す。気相拡散技術で
は、２μm程度の浅い拡散領域のＺn 濃度は、５μmの場
合の表面濃度と比較して、約1/50となる。このため、浅
い拡散では拡散領域のシート抵抗が非常に高くなって、
ｐ型電極から離れた領域では電圧降下が大きくなる。そ
の結果、電極直下だけが発光するため、その光のほとん
どがｐ型電極に遮られ、外部に取り出される光量は減少
する。
【００３０】しかし、図１のＬＥＤアレイでは、拡散領
域１２の表面濃度を低下することなしに、その拡散深さ
Ｘj を１μm程度まで浅く形成したので、アレイの集積
密度を高くしても、拡散領域１２の上面からほぼ一定し
た、かつプリンタヘッドの光源として必要な光量を取り
出すことができる。
域１２の表面濃度を低下することなしに、その拡散深さ
Ｘj を１μm程度まで浅く形成したので、アレイの集積
密度を高くしても、拡散領域１２の上面からほぼ一定し
た、かつプリンタヘッドの光源として必要な光量を取り
出すことができる。
【００３１】図９は、第１の実施の形態における拡散開
口部の発光強度分布を示す図である。図１のＬＥＤアレ
イでは、拡散領域１２のシート抵抗も小さく抑えること
ができるから、正方形の発光領域全体からほぼ均等な発
光強度で光を出力できる。
口部の発光強度分布を示す図である。図１のＬＥＤアレ
イでは、拡散領域１２のシート抵抗も小さく抑えること
ができるから、正方形の発光領域全体からほぼ均等な発
光強度で光を出力できる。
【００３２】図１０は、半導体ウエハの電圧電流特性
（シート抵抗依存性）を示す図である。シート抵抗が低
ければ、各ドットを発光させるための印加電圧を上昇さ
せなくても、より大きな光量が得られることがわかる。
（シート抵抗依存性）を示す図である。シート抵抗が低
ければ、各ドットを発光させるための印加電圧を上昇さ
せなくても、より大きな光量が得られることがわかる。
【００３３】実施の形態２ 次に、本発明のＬＥＤアレイの製造方法について説明す
る。
る。
【００３４】図１１は、図１に示すＬＥＤアレイの製造
工程の一例を示す図である。
工程の一例を示す図である。
【００３５】同図（ａ）には、拡散マスク層１３を形成
したｎ型半導体基板１１を示す。たとえばＧaＡs1-xＰx
の基板１１表面に拡散マスク層１３となるＡlＮ膜を全
面に膜付けし、その後、標準的なフォトリソグラフィ技
術と、エッチャントとして熱りん酸を使用して、拡散予
定領域の拡散マスク膜をエッチングし、拡散開口部１４
を形成している。
したｎ型半導体基板１１を示す。たとえばＧaＡs1-xＰx
の基板１１表面に拡散マスク層１３となるＡlＮ膜を全
面に膜付けし、その後、標準的なフォトリソグラフィ技
術と、エッチャントとして熱りん酸を使用して、拡散予
定領域の拡散マスク膜をエッチングし、拡散開口部１４
を形成している。
【００３６】同図（ｂ）には、拡散領域１２を固層拡散
させる工程を示す。ここでは、まず拡散源膜１７となる
ＺnＯ−ＳiＯ2 混合膜を拡散マスク層１３の上から膜付
けし、次に、アニールキャップ膜１８となるＡlＮ膜を
膜付けする。その後、高温アニールによってＺn イオン
を基板１１内に拡散する。この高温アニールは、たとえ
ば700°C、60min.の拡散条件で行なわれ、拡散領域１２
によって基板表面の直下約１μmの拡散深さにｐｎ接合
が形成できる。
させる工程を示す。ここでは、まず拡散源膜１７となる
ＺnＯ−ＳiＯ2 混合膜を拡散マスク層１３の上から膜付
けし、次に、アニールキャップ膜１８となるＡlＮ膜を
膜付けする。その後、高温アニールによってＺn イオン
を基板１１内に拡散する。この高温アニールは、たとえ
ば700°C、60min.の拡散条件で行なわれ、拡散領域１２
によって基板表面の直下約１μmの拡散深さにｐｎ接合
が形成できる。
【００３７】同図（ｃ）は、拡散源膜１７とアニールキ
ャップ膜１８とを除去した状態の拡散開口部１４を示し
ている。拡散領域１２にｐ型電極のコンタクト部を接続
するために、まず、アニールキャップ膜１８を熱りん酸
によって除去し、その後、バッファードフッ酸により拡
散源膜１７を除去する。ＺnＯ−ＳiＯ2 混合膜の拡散源
膜１７は熱りん酸によりエッチングされず、ＡlＮ膜の
拡散マスク層１３はバッファードフッ酸によりエッチン
グされない。したがって、これらの除去工程は全面エッ
チングとして実行され、所定の位置に所定の大きさで、
拡散開口部１４を残すことができる。
ャップ膜１８とを除去した状態の拡散開口部１４を示し
ている。拡散領域１２にｐ型電極のコンタクト部を接続
するために、まず、アニールキャップ膜１８を熱りん酸
によって除去し、その後、バッファードフッ酸により拡
散源膜１７を除去する。ＺnＯ−ＳiＯ2 混合膜の拡散源
膜１７は熱りん酸によりエッチングされず、ＡlＮ膜の
拡散マスク層１３はバッファードフッ酸によりエッチン
グされない。したがって、これらの除去工程は全面エッ
チングとして実行され、所定の位置に所定の大きさで、
拡散開口部１４を残すことができる。
【００３８】同図（ｄ）には、ｐ型電極１５の形成工程
を示す。まず、ｐ型電極材料であるＡｌ膜を全面に蒸着
して、次に、標準的なフォトリソグラフィにより電極パ
ターンを形成する。なお、形成されたｐ型電極１５のオ
ーミックコンタクトを得るために、400〜500°Cの不活
性ガス中でシンタを行なう。
を示す。まず、ｐ型電極材料であるＡｌ膜を全面に蒸着
して、次に、標準的なフォトリソグラフィにより電極パ
ターンを形成する。なお、形成されたｐ型電極１５のオ
ーミックコンタクトを得るために、400〜500°Cの不活
性ガス中でシンタを行なう。
【００３９】同図（ｅ）は、裏面のｎ型電極１６を形成
した状態のＬＥＤの構造を示している。ここでは、基板
裏面を研磨して除去した後、Ａu 合金膜を裏面全面に膜
付けして、ｎ型電極１６を形成している。形成されたｎ
型電極１６は、ｐ型電極１５と同様に、オーミックコン
タクトを得るためにシンタされる。
した状態のＬＥＤの構造を示している。ここでは、基板
裏面を研磨して除去した後、Ａu 合金膜を裏面全面に膜
付けして、ｎ型電極１６を形成している。形成されたｎ
型電極１６は、ｐ型電極１５と同様に、オーミックコン
タクトを得るためにシンタされる。
【００４０】以上のように、Ｚn 拡散源膜１７を使用し
た固相拡散法により不純物拡散層を形成することによっ
て、不純物の拡散領域１２の拡散深さを制御して、1200
dpi程度の高密度のＬＥＤアレイが製造できる。
た固相拡散法により不純物拡散層を形成することによっ
て、不純物の拡散領域１２の拡散深さを制御して、1200
dpi程度の高密度のＬＥＤアレイが製造できる。
【００４１】しかも、アニールキャップ膜１８と拡散マ
スク層１３の材料に、ＧaＡs1-xＰxの基板１１と同等の
熱膨張係数を有するＡlＮ膜を使用したので、高温アニ
ール時に基板１１にかかる応力が最小になる。したがっ
て、不純物の横方向への異常拡散の発生を抑えて、横方
向への拡散距離Ｘs を確実に拡散深さＸj の１．５倍の
範囲に収めることで、隣接ドット間の絶縁は十分に確保
される。
スク層１３の材料に、ＧaＡs1-xＰxの基板１１と同等の
熱膨張係数を有するＡlＮ膜を使用したので、高温アニ
ール時に基板１１にかかる応力が最小になる。したがっ
て、不純物の横方向への異常拡散の発生を抑えて、横方
向への拡散距離Ｘs を確実に拡散深さＸj の１．５倍の
範囲に収めることで、隣接ドット間の絶縁は十分に確保
される。
【００４２】実施の形態３ 図１２は、本発明の第３の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【００４３】このＬＥＤアレイは、図１のものと同様
に、ＧaＡs1-xＰx基板２１にＺn を拡散してｐｎ接合を
形成して複数の発光素子（ドット）を作成した1200dpi
のＬＥＤアレイである。このときの拡散領域２２の基板
表面でのＺn の拡散濃度は約１×１０20cm-3、その拡散
深さＸj は１μmである。ここで、図１のものと異なる
点は、拡散マスク層２３の上にもう一層の層間絶縁膜２
７となるＳiＮ膜を設けていることである。この層間絶
縁膜２７を設けたことによって、基板２１とｐ型電極２
５との間の絶縁性を高めることができ、しかも隣接ドッ
ト間の電気的絶縁は十分に確保でき、拡散領域１２間で
のショートを防止できる。
に、ＧaＡs1-xＰx基板２１にＺn を拡散してｐｎ接合を
形成して複数の発光素子（ドット）を作成した1200dpi
のＬＥＤアレイである。このときの拡散領域２２の基板
表面でのＺn の拡散濃度は約１×１０20cm-3、その拡散
深さＸj は１μmである。ここで、図１のものと異なる
点は、拡散マスク層２３の上にもう一層の層間絶縁膜２
７となるＳiＮ膜を設けていることである。この層間絶
縁膜２７を設けたことによって、基板２１とｐ型電極２
５との間の絶縁性を高めることができ、しかも隣接ドッ
ト間の電気的絶縁は十分に確保でき、拡散領域１２間で
のショートを防止できる。
【００４４】実施の形態４ 図１３は、本発明の第４の実施の形態を示す断面図であ
る。ここでは、更に高密度のＬＥＤアレイとして、2400
dpiの拡散深さＸj に対する横方向の拡散距離Ｘs 及び
隣接拡散領域間の距離Ｌm について考察する。
る。ここでは、更に高密度のＬＥＤアレイとして、2400
dpiの拡散深さＸj に対する横方向の拡散距離Ｘs 及び
隣接拡散領域間の距離Ｌm について考察する。
【００４５】2400dpiのドット密度でＬＥＤアレイを形
成する場合には、アレイの各ドット間の距離Ｌb は１１
μm（2.54÷2400=0.0011）となる。そこで、仮に拡散開
口部３４の幅Ｌd を５μmに設定するならば、発光領域
を区切る拡散マスク層３３の幅は６μmとなる。拡散領
域３２を拡散深さＸj ＝0.5μmに形成すれば、横方向の
拡散距離Ｘs は約O.75μmとなるため、隣接拡散領域間
の距離Ｌm は4.5μm（＝６−0.5×２×1.5）となって、
隣接する拡散領域の間を確実に分離できる。
成する場合には、アレイの各ドット間の距離Ｌb は１１
μm（2.54÷2400=0.0011）となる。そこで、仮に拡散開
口部３４の幅Ｌd を５μmに設定するならば、発光領域
を区切る拡散マスク層３３の幅は６μmとなる。拡散領
域３２を拡散深さＸj ＝0.5μmに形成すれば、横方向の
拡散距離Ｘs は約O.75μmとなるため、隣接拡散領域間
の距離Ｌm は4.5μm（＝６−0.5×２×1.5）となって、
隣接する拡散領域の間を確実に分離できる。
【００４６】また、拡散領域３２を図１のものと同様に
拡散深さＸj ＝１μmに形成した場合でも、横方向の拡
散距離Ｘs は約１．５μmとなるため、Ｌd ＝３μmとす
れば隣接拡散領域間の距離Ｌm は５μm（=8-1×2×1.
5）となって、隣接する拡散領域の間を確実に分離でき
る。
拡散深さＸj ＝１μmに形成した場合でも、横方向の拡
散距離Ｘs は約１．５μmとなるため、Ｌd ＝３μmとす
れば隣接拡散領域間の距離Ｌm は５μm（=8-1×2×1.
5）となって、隣接する拡散領域の間を確実に分離でき
る。
【００４７】図１４は、不純物拡散層の拡散深さと発光
強度との関係を示す図である。縦軸の発光強度は相対値
であるが、拡散深さが０．５〜２μmの範囲で発明者等
が実験的に確認した実測値に基づくものであって、発光
強度の低下がないことを示している。
強度との関係を示す図である。縦軸の発光強度は相対値
であるが、拡散深さが０．５〜２μmの範囲で発明者等
が実験的に確認した実測値に基づくものであって、発光
強度の低下がないことを示している。
【００４８】実施の形態５ 次に、本発明のＬＥＤアレイの別の製造方法について説
明する。
明する。
【００４９】図１５は、イオンインプランテーション
（イオン注入法）によるＬＥＤアレイの製造工程の一例
を示す図である。
（イオン注入法）によるＬＥＤアレイの製造工程の一例
を示す図である。
【００５０】同図（ａ）には、拡散マスク層５３及びレ
ジスト５２を形成したｎ型半導体基板５１を示す。たと
えばＧaＡs1-xＰxの基板５１表面に拡散マスク層５３と
なるＡlＮ膜を全面に膜付けする。その後、レジストを
形成して拡散パターンによって拡散予定領域の拡散マス
ク膜をエッチングして、拡散開口部５４を形成してい
る。
ジスト５２を形成したｎ型半導体基板５１を示す。たと
えばＧaＡs1-xＰxの基板５１表面に拡散マスク層５３と
なるＡlＮ膜を全面に膜付けする。その後、レジストを
形成して拡散パターンによって拡散予定領域の拡散マス
ク膜をエッチングして、拡散開口部５４を形成してい
る。
【００５１】同図（ｂ）には、Ｚn イオンを注入装置に
よって加速して基板５１に打ち込んで、拡散領域５５を
形成する工程を示す。ここでは、注入の条件としてイオ
ンエネルギーを１MeV、イオンビーム強度を３φのビー
ム径として電流値で0.2μA、照射時間を10分とすること
で、イオンドーピング深さを0.5μmに形成する。
よって加速して基板５１に打ち込んで、拡散領域５５を
形成する工程を示す。ここでは、注入の条件としてイオ
ンエネルギーを１MeV、イオンビーム強度を３φのビー
ム径として電流値で0.2μA、照射時間を10分とすること
で、イオンドーピング深さを0.5μmに形成する。
【００５２】同図（ｃ）では、アニールキャップ膜５６
を全面に膜付けし、その後、高温アニールによってＺn
イオンを基板１１の格子位置に導入するとともに、電気
的に活性化させる。この高温アニールは、たとえば700
°C、30min.の条件で行なわれ、拡散領域５５によって
基板表面の直下約0.5μmの拡散深さにｐｎ接合が形成で
きる。
を全面に膜付けし、その後、高温アニールによってＺn
イオンを基板１１の格子位置に導入するとともに、電気
的に活性化させる。この高温アニールは、たとえば700
°C、30min.の条件で行なわれ、拡散領域５５によって
基板表面の直下約0.5μmの拡散深さにｐｎ接合が形成で
きる。
【００５３】同図（ｄ）は、アニールキャップ膜５６を
除去した状態の拡散開口部５４を示している。以下、ｐ
型電極の接続等は、固相拡散による製造方法と同様であ
る。以上のように、イオン注入法により不純物拡散層を
形成することによって、不純物の拡散領域５５の拡散深
さを制御することで、1200dpi程度の高密度のＬＥＤア
レイを製造することも可能である。
除去した状態の拡散開口部５４を示している。以下、ｐ
型電極の接続等は、固相拡散による製造方法と同様であ
る。以上のように、イオン注入法により不純物拡散層を
形成することによって、不純物の拡散領域５５の拡散深
さを制御することで、1200dpi程度の高密度のＬＥＤア
レイを製造することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、不純物の拡散領域の深さを制御するこ
とによって高密度のＬＥＤアレイであって、プリンタヘ
ッドの光源として十分な発光強度を有する装置及びその
製造方法を提供できる。
されているので、不純物の拡散領域の深さを制御するこ
とによって高密度のＬＥＤアレイであって、プリンタヘ
ッドの光源として十分な発光強度を有する装置及びその
製造方法を提供できる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図２】 発光素子アレイの拡散領域を示す断面模式図
である。
である。
【図３】 ＬＥＤアレイの電極配置を示す上面図であ
る。
る。
【図４】 拡散領域の拡散深さと発光強度との関係を示
す図である。
す図である。
【図５】 発光素子アレイの集積密度の限界について説
明する断面図である。
明する断面図である。
【図６】 図１のＬＥＤアレイの上面図である。
【図７】 基板内に拡散されたＺn の濃度分布を示す図
である。
である。
【図８】 気相拡散による不純物拡散層の拡散深さと濃
度との関係を示す図である。
度との関係を示す図である。
【図９】 拡散開口部の発光強度分布を示す図である。
【図１０】 半導体ウエハの電圧電流特性（シート抵抗
依存性）を示す図である。
依存性）を示す図である。
【図１１】 図１に示すＬＥＤアレイの製造工程の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】 本発明の第３の実施の形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図１３】 本発明の第４の実施の形態を示す断面図で
ある。
ある。
【図１４】 不純物拡散層の拡散深さと発光強度との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図１５】 イオンインプランテーション（イオン注入
法）によるＬＥＤアレイの製造工程の一例を示す図であ
る。
法）によるＬＥＤアレイの製造工程の一例を示す図であ
る。
１１ 基板、１２ 拡散領域、１３ 拡散マスク膜、１
６ ｎ電極。
６ ｎ電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｊ Ｇ１１Ｂ 7/125 Ｈ０１Ｌ 21/22 (72)発明者 谷中 真澄 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板内に拡散された
第２導電型の不純物層によって複数の発光素子を構成す
るＬＥＤアレイにおいて、 前記複数の発光素子のドット密度が１２００ｄｐｉ以上
であって、かつ前記第２導電型の不純物層の拡散深さが
０．５μm 以上２μm以下であることを特徴とするＬＥ
Ｄアレイ。 - 【請求項２】 前記半導体基板内に拡散された第２導電
型の不純物の表面濃度が１０20ｃｍ-3以上であることを
特徴とする請求項１に記載のＬＥＤアレイ。 - 【請求項３】 前記第１導電型の半導体基板がＧaＡs
1-xＰxであり、前記第２導電型の不純物がＺｎであるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載
のＬＥＤアレイ。 - 【請求項４】 第１導電型の半導体基板内に第２導電型
の不純物を拡散して、発光素子を形成したＬＥＤアレイ
の製造方法において、 前記半導体基板の１つの面に選択的に拡散防止膜を形成
する工程と、 前記第２導電型の不純物を含む拡散源膜を形成する工程
と、 所定の温度で所定時間だけアニールを行なって前記第１
導電型の半導体基板内に０．５μm 以上２μm以下の深
さで前記第２導電型の不純物拡散層を形成する工程とを
有することを特徴とするＬＥＤアレイの製造方法。 - 【請求項５】 第１導電型の半導体基板内に第２導電型
の不純物拡散層を形成したＬＥＤアレイの製造方法にお
いて、 前記半導体基板の１つの面に選択的に拡散防止膜を形成
する工程と、 前記第１導電型の半導体基板内にイオン注入法によって
０．５μm 以上２μm以下の深さで前記第２導電型の不
純物拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする
ＬＥＤアレイの製造方法。 - 【請求項６】 前記第１導電型の半導体基板がＧaＡs
1-xＰxであり、前記第２導電型の不純物がＺｎであるこ
とを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載
のＬＥＤアレイの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32415995A JPH09162439A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Ｌｅｄアレイ及びその製造方法 |
| US08/763,860 US5821567A (en) | 1995-12-13 | 1996-12-11 | High-resolution light-sensing and light-emitting diode array |
| DE69637167T DE69637167T2 (de) | 1995-12-13 | 1996-12-12 | LED-Anordnung mit hoher Auflösung und ihr Herstellungsverfahren |
| EP96119978A EP0779661B1 (en) | 1995-12-13 | 1996-12-12 | High-resolution light-emitting diode array and fabrication method thereof |
| US09/137,073 US6136627A (en) | 1995-12-13 | 1998-08-20 | High-resolution light-sensing and light-emitting diode array and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32415995A JPH09162439A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Ｌｅｄアレイ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162439A true JPH09162439A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18162783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32415995A Pending JPH09162439A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | Ｌｅｄアレイ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09162439A (ja) |
-
1995
- 1995-12-13 JP JP32415995A patent/JPH09162439A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020813 |