發(fā)光元件陣列和成像裝置的制作方法

專利名稱：發(fā)光元件陣列和成像裝置的制作方法
發(fā)光元件陣列和成像裝置技術(shù)領(lǐng)域oooii本發(fā)明涉及發(fā)光元件陣列和成像裝置，特別地涉及具有高的光輸出強(qiáng)度并且使用時(shí)分驅(qū)動(dòng)操作的發(fā)光元件陣列，以及使用該 發(fā)光元件陣列的成像裝置。
背景技術(shù)：
00021幾千個(gè)發(fā)光二極管排列于其中的發(fā)光元件陣列用于電子 照相印刷機(jī)的啄光光源。例如，通過(guò)在由GaAs等制成的化合物半導(dǎo) 體襯底上形成每個(gè)包括幾個(gè)AlGaAs層的元件結(jié)構(gòu)，并且將它形成為 陣列狀態(tài)來(lái)生產(chǎn)陣列(日本專利第3185049號(hào))。0003當(dāng)發(fā)光元件陣列用于印刷機(jī)時(shí)，根據(jù)期望的印刷分辨率 確定元件大小和元件間隔是必要的。例如，在600 dpi的情況下，減 小元件大小到至少40nm的平方或更小并且減小元件間隔到大約 40jim是必要的。在1200 dpi的情況下，元件大小和元件間隔分別要 求為一半。當(dāng)發(fā)光元件陣列用作印刷機(jī)光源時(shí)，個(gè)別地驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件 是必要的。實(shí)際上，時(shí)分驅(qū)動(dòng)方法用作減少發(fā)光元件的電極的必要數(shù) 目、驅(qū)動(dòng)IC芯片的必要數(shù)目、以及絲焊的導(dǎo)線的必要數(shù)目的驅(qū)動(dòng)方 法，從而抑制成本的增加(日本專利3340626號(hào))。
根據(jù)該方法，當(dāng)增加時(shí)分的數(shù)目時(shí)，電極數(shù)目可以顯著 地減少。但是，不像靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，形成多個(gè)公共電極是必要的.在正常 情況下，使用半絕緣襯底31并且形成到達(dá)至少襯底31表面的分離凹 槽32，使得可以相對(duì)容易地形成多個(gè)公共電極。提供分離凹槽32以 使每個(gè)分塊的發(fā)光元件彼此電絕緣。如上所述，在使用金屬反射層的 發(fā)光元件陣列的情況下，由于金屬反射層而期望發(fā)光強(qiáng)度的增加。當(dāng) 每個(gè)分塊的電絕緣對(duì)于時(shí)分驅(qū)動(dòng)為必需時(shí)，金屬反射層的導(dǎo)電性變成 為此目的的問(wèn)題。因此，如

圖16中說(shuō)明的，形成不僅到達(dá)半導(dǎo)體層 而且到達(dá)金屬反射層52的分離凹槽是必要的。在僅半導(dǎo)體層的分離 的情況下，刻蝕過(guò)程執(zhí)行一次。但是，在金屬反射層的分離的情況 下，不同的刻蝕過(guò)程通常是進(jìn)一步必要的，結(jié)果出現(xiàn)成本增加和產(chǎn)量 減少的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
在下文，將參考圖1等具體地描述本發(fā)明的第一實(shí)施方案。
有機(jī)絕緣薄膜(例如，正性光敏聚酰亞胺薄膜)可以置 于無(wú)摻雜AlGaAs電阻層64與金屬反射層(61， 62， 63)之間。0043用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)IC電路置于其中的Si襯底可 以用作Si襯底51。驅(qū)動(dòng)IC電路包括位于Si襯底的絕緣區(qū)域中的晶 體管。為了連接驅(qū)動(dòng)IC電路和發(fā)光元件，如果必要的話，部分地去
除金屬反射層。0044]在該實(shí)施方案中，活性層具有量子阱結(jié)構(gòu)并且其電勢(shì)圖 在圖10A中說(shuō)明，在圖10A中，n型AlGaAs層(覆蓋層)13和p 型AlGaAs層(覆蓋層)15中的每一個(gè)的組成是例如AI0.4Ga0.6As (AlGaAs通常由AlxGaLxAs ( 0<x<l)表示，其中x=0.4 ) 。 AlGaAs 量子阱活性層14的組成例如是Al(uGa。jAs作為量子阱區(qū)域并且 Al0.25Ga(>.75AS作為勢(shì)壘區(qū)域。本發(fā)明的活性層的實(shí)例不僅包括上述量 子阱活性層，而且包括具有單異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層和具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 活性層。
相反元件構(gòu)成層通過(guò)在Si摻雜GaAs襯底12上按順序形 成AlAs選擇性刻蝕分離層81、 p型GaAs層16、 p型AlGaAs層 15、 AlGaAs量子阱活性層14、 n型AlGaAs層13和無(wú)摻雜AlGaAs 電阻層64而形成。在該實(shí)施方案中，無(wú)摻雜AlGaAs電阻層64用作 電阻層。因此，電阻層可以在元件構(gòu)成層的外延生長(zhǎng)期間形成。此 外，最上表面是AlGaAs層，并且當(dāng)為此使用高的Al組成時(shí)，存在 AlGaAs層的表面氧化變成問(wèn)題的情況。在該情況下，非常薄(大約5nm)的GaAs層可以作為蓋層在最上表面上生長(zhǎng).
無(wú)摻雜AlGaAs電阻層64的載流子密度是lx1016 cm-3或 更小。為了獲得足夠的電阻，在p型的情況下電阻層的載流子濃 度，也就是其摻雜濃度期望是lxl017 cm-s或更小。在n型的情況 下，摻雜濃度期望是3xl016 cn^或更小。p型摻雜劑的實(shí)例包括C, Zn， Mg和Be，并且n型摻雜劑的實(shí)例包括Si， Ge， Te， Se和S。[0058電阻層的厚度是(Ujim。當(dāng)電阻層太薄時(shí)，栽流子從元 件結(jié)構(gòu)一側(cè)擴(kuò)散，使得流入金屬薄膜中的無(wú)效電流增加。另一方面， 當(dāng)電阻層太厚時(shí)，這引起生產(chǎn)成本的增加或者光吸收的增加。因此， 存在有效的厚度范圍。期望的厚度設(shè)置為O.ljim至ljim。更期望的 厚度i更置為0.2jim至0.5jim。[0059為了充分獲得光輸出強(qiáng)度利用在金屬薄膜上的反射而增 加的效果，最小化由AlGaAs電阻層吸收的光量是重要的。因此，為 了防止具有發(fā)光波長(zhǎng)的光由AlGaAs電阻層吸收，調(diào)節(jié)AlGaAs電阻 層的Al組成值是重要的。具體地，將AlGaAs電阻層的Al組分值設(shè) 置為充分大于活性層的Al組分值的值是重要的。例如，當(dāng)活性層的 平均Al組分值是x。/。時(shí)，AlGaAs電阻層的期望Al組分值是(x+10)Vo 或更多。在該實(shí)施方案中，活性層的平均Al組分值是17.5%,所以 AlGaAs電阻層的期望Al組分值是27.5%或更多。[00601在該實(shí)施方案中，描述了活性層具有量子阱結(jié)構(gòu)的情 況?；钚詫涌梢允蔷哂蠥lGaAs雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活性層?；钚詫泳哂?br> AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況的電勢(shì)圖在困10B中說(shuō)明.用作活性層的 AlGaAs層具有例如AkuGaowAs的組成，并且覆蓋層具有例如 Al0.4Ga。.6As的組成.在該情況下，活性層具有Al。.13Ga。.87As的組成 從而Al組分值是13%，所以AlGaAs電阻層的期望Al組分值是 23%或更多。[0061除了位于GaAs襯底上的發(fā)光元件構(gòu)成層通過(guò)一次接合 步驟提供在Si襯底上的情況之外，發(fā)光元件構(gòu)成層可以臨時(shí)轉(zhuǎn)移到 另一個(gè)支撐襯底然后轉(zhuǎn)移到該Si襯底上。在該情況下，相反元件構(gòu) 成層不一定在GaAs襯底上形成。當(dāng)發(fā)光元件構(gòu)成層將最終轉(zhuǎn)移到Si 襯底上時(shí)，有機(jī)絕緣薄膜可以置于其間。在該情況下，金屬反射層 (不一定形成為多層薄膜)提前在Si襯底側(cè)或發(fā)光元件側(cè)上形成。0062(第二實(shí)施方案)[0063圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的發(fā)光元件陣列的 橫截面視圖。本實(shí)施方案不同于圖1的情況在于，Si02薄膜101代 替無(wú)摻雜AlGaAs電阻層位于金屬反射層(銀層63)上。Si02薄膜 用作電阻層，使得可以形成更高絕緣性的分離。其他構(gòu)成元件與圖1 的那些相同。0064將描述該實(shí)施方案中的元件陣列生產(chǎn)步驟。如圖6中說(shuō) 明的，具有與圖5的層結(jié)構(gòu)相反的層結(jié)構(gòu)的元件構(gòu)成層通過(guò)外延生長(zhǎng) 在GaAs襯底12上形成，此時(shí)，AlAs選擇性刻蝕分離層81剛好位 于相反元件構(gòu)成層下面。在隨后進(jìn)行選擇性刻蝕之后，使用AlAs選 擇性刻蝕分離層81,以分離GaAs襯底12和相反元件構(gòu)成層。在相 反元件構(gòu)成層(p型GaAs接觸層16、 p型AlGaAs層15、 AlGaAs 量子阱活性層14和n型AlGaAs層13 )的外延生長(zhǎng)之后，SK)2薄膜 101以0.3fim的厚度沉積在生長(zhǎng)表面上以形成電阻層。0065此后，金屬薄膜在晶片的表面和另外制備的Si襯底的表 面中的每個(gè)上形成。與第一實(shí)施方案的情況一樣，銀層63和金層 62-1通過(guò)濺射法在GaAs襯底12 —側(cè)上順序形成，并且拍層61和金 層62-2通過(guò)濺射法在Si襯底51 —側(cè)上順序形成。然后，金層62-1 和62-2的表面彼此粘接.然后，通過(guò)沉浸在氬氟酸溶液中僅選擇性 刻蝕AlAs選擇性刻蝕分離層81以將元件構(gòu)成層(與相反元件構(gòu)成 層相反的層)轉(zhuǎn)移到Si襯底上。因此，產(chǎn)生如圖7中說(shuō)明的包括金屬薄膜和Si02薄膜的晶片。0066!隨后，通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)晶片構(gòu)圖并且分離凹槽通過(guò)濕法 刻蝕或干法刻蝕在其中形成，如圖8中說(shuō)明的，元件大小和元件間隔 中的每個(gè)設(shè)置為20nm?？涛g從表面執(zhí)行并且當(dāng)刻蝕到達(dá)n型 AlGaAs層13時(shí)完成，從而形成第一分離凹槽18.然后，為了 n側(cè) 接觸形成而再次執(zhí)行構(gòu)圖，并且n型AlGaAs層通過(guò)刻蝕而暴露。該 步驟可以與如上所述第一分離凹槽的形成同時(shí)執(zhí)行。進(jìn)一步執(zhí)行構(gòu) 圖，并且第二分離凹槽32通過(guò)刻蝕而形成。至少分離凹槽到達(dá)SK)2 薄膜IOI。分離凹槽可以到達(dá)銀層63。[0067此后，絕緣薄膜19沉積。通過(guò)絕緣薄膜的構(gòu)圖和刻蝕在 絕緣薄膜中形成接觸孔，使得n側(cè)電極的接觸部分和p側(cè)電極的接 觸部分直接接合到元件的接觸部分。然后，通過(guò)剝離執(zhí)行的電極布線 的形成和絕緣薄膜的沉積被重復(fù)幾次以形成n側(cè)電極和p側(cè)電極的 多層布線。最終，具有期望形狀的芯片被切割，并且完成陣列芯片的 生產(chǎn)。[00681為了通過(guò)時(shí)分驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)期望的元件，使相鄰n側(cè)電極 之間的電阻充分高于p側(cè)與n側(cè)電極之間的電阻。換句話說(shuō)，當(dāng)電 阻層具有比p型AlGaAs層和n型AlGaAs層中的每個(gè)的電阻值高的 電阻值時(shí)，可以充分防止電流流入包括在其中的金屬層。在該實(shí)施方 案中，通常用作絕緣體的Si02薄膜用作電阻薄膜，從而具有足夠高 的電阻值。除了 SK)2之外，例如可以使用材料例如SiN、 SiON、 A1N或Al203o0069SK)2薄膜的薄膜厚度是0.2pm。當(dāng)Si02薄膜太薄時(shí)，可 能從元件結(jié)構(gòu)一側(cè)泄漏電流。另一方面，當(dāng)SK)2薄膜太厚時(shí)，這會(huì) 引起生產(chǎn)成本的增加或者光吸收的增加。因此，存在有效的厚度范 圍。期望厚度設(shè)置為0.05fim至0.5nm。更期望的厚度設(shè)置為O.ljim
至0.3pnu0070如上所述根據(jù)第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案的發(fā)光元件 陣列在元件間隔較小的情況下特別有效。當(dāng)元件間隔是40jim或更小 時(shí)，也就是當(dāng)分辨率是600dpi或更小時(shí)，本發(fā)明可以適用.[00711即使當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案的發(fā)光元件陣 列中的導(dǎo)電型改變成相反的導(dǎo)電型，也就是，即使當(dāng)n型變成p型 或者即使當(dāng)p型變成n型時(shí)，本發(fā)明可以適用。[0072根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件陣列的材料并不局限于實(shí)施方案 中描述的AlGaAs材料。換句話說(shuō)，可以使用用于其他發(fā)光器件的材 料，例如基于AlGalnP的材料或基于AlGalnN的材料。即使當(dāng)4吏用 這些材料時(shí)，仍然獲得足夠的效果。[0073根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件陣列的活性層并不局限于實(shí)施方 案中描述的量子阱活性層，因此可以是例如具有AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)構(gòu) 的活性層。當(dāng)使用量子阱活性層時(shí)，可以提高發(fā)光效率。f0074接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件陣列的應(yīng)用實(shí) 例。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件陣列可以用作電子照相記錄系統(tǒng)型成像裝 置的曝光光源。發(fā)光元件陣列可以用作用于其他應(yīng)用的陣列光源。[0075圖9是說(shuō)明包括根據(jù)一種實(shí)施方案的發(fā)光元件陣列的電 子照相記錄系統(tǒng)型成像裝置的結(jié)構(gòu)圖。0076在圖9中，成像裝置包括發(fā)光元件陣列半導(dǎo)體芯片安 裝于其上的曝光部分701,用作對(duì)置的光接收部分的光敏鼓702，鼓 充電器703,用于調(diào)色劑沉積的顯影設(shè)備704，用于將光敏鼓上的調(diào) 色劑轉(zhuǎn)印到位于傳送帶707上的紙張708上的轉(zhuǎn)印設(shè)備705，以及用 于在轉(zhuǎn)印之后去除光敏鼓702上的剩余調(diào)色劑的清潔器706。[0077接下來(lái)，將描述膝光部分701。膝光部分701包括發(fā)光 元件陣列半導(dǎo)體芯片(單元片)710，發(fā)光元件陣列710的多個(gè)單元 片位于其上的陶瓷基底711,以及用作光學(xué)系統(tǒng)的參考框架的鋁制框 架712。發(fā)光元件陣列半導(dǎo)體芯片710可以提供在圓柱形光敏鼓的內(nèi) 部。
00781詠光部分701還包括焦點(diǎn)位于發(fā)光元件陣列半導(dǎo)體芯 片710的發(fā)光點(diǎn)序列和光敏鼓702上的SELFOC透鏡陣列，這是產(chǎn) 品名(在下文僅稱作"SLA，，)；以及產(chǎn)生防止調(diào)色劑分散的電場(chǎng)的電 極714.膝光部分701還包括用于褒蓋/支撐鋁制框架712的相對(duì)一側(cè) 的模件715。電源716用來(lái)在電極714之間施加直流電壓。開(kāi)關(guān)717 用來(lái)控制所施加的直流電壓。0079接下來(lái)，將描述紙張708上圖像形成的流程。光敏鼓702 由鼓充電器703均勻地負(fù)性充電。[0080然后，光敏鼓702由膝光部分701與圖像圖案相對(duì)應(yīng)地 膝光以對(duì)膝光部分正性充電，從而形成靜電潛〗象。負(fù)性充電的調(diào)色劑 從顯影設(shè)備704供給到靜電潛像以將調(diào)色劑吸引到正性充電的部分， 從而在光敏鼓702上形成調(diào)色劑圖像。[0081然后，調(diào)色劑圖像通過(guò)轉(zhuǎn)印i殳備705轉(zhuǎn)印到紙張708 上，以在紙張708上形成調(diào)色劑圖像。0082在轉(zhuǎn)印之后，光敏鼓702上的剩余調(diào)色劑由清潔器706 去除，然后操作再次返回到充電過(guò)程。0083本發(fā)明用于發(fā)光元件陣列以及使用發(fā)光元件陣列的裝 置，例如包括發(fā)光元件陣列的電子照相記錄系統(tǒng)型成像裝置。0084雖然本發(fā)明已經(jīng)參考實(shí)例實(shí)施方案而描述，但是應(yīng)當(dāng)理 解，本發(fā)明并不局限于公開(kāi)的實(shí)例實(shí)施方案。下面權(quán)利要求的范圍與 最廣泛的解釋一致，以便包括所有這些修改以及等價(jià)結(jié)構(gòu)和功能，
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光元件陣列，包括 襯底；提供在襯底上的多個(gè)發(fā)光元件，相鄰發(fā)光元件之間的空間中的至 少一個(gè)空間電分離；提供在襯底與多個(gè)發(fā)光元件之間、為多個(gè)發(fā)光元件共用的金屬反 射層；以及提供在多個(gè)發(fā)光元件與金屬反射層之間的電阻層，用于發(fā)光元件 之間的空間的電分離。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中形成包括發(fā)光元件的 多個(gè)分塊，以及其中發(fā)光元件之間的空間的電分離是分別包括在不同分塊中的相 鄰發(fā)光元件之間的空間的電分離。一
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，還包括提供在彼此電分離 的相鄰發(fā)光元件之間的空間中的分離凹槽，其中分離凹槽至少到達(dá)電阻層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中電阻層具有如下設(shè)置 的電阻值使得彼此電分離的發(fā)光元件之間的空間的電阻值大于包括 在發(fā)光元件中并與電阻層接觸的區(qū)域的電阻值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中電阻層由半導(dǎo)體制成o
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中電阻層由AlGaAs制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光元件陣列，其中電阻層是無(wú)摻雜層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光元件陣列，其中電阻層是p型并且具 有l(wèi)x1017 cm^或更小的p型雜質(zhì)的摻雜濃度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光元件陣列，其中電阻層是n型并且具 有3xl016 cn^或更小的n型雜質(zhì)的摻雜濃度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的發(fā)光元件陣列，其中電阻層具有至少大于 等于O.lnm且小于等于ljim的厚度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中電阻層由絕緣體制成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中電阻層由選自 Si02， SiN， SiON， A1N和A1203的一種制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)光元件陣列，其中電阻層具有大于等 于0.05pm且小于等于0.5nm的厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l的發(fā)光元件陣列，其中發(fā)光元件利用時(shí)分驅(qū) 動(dòng)來(lái)操作。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，其中發(fā)光元件具有40nm 或更小間隔的發(fā)光區(qū)域。
16. —種成像裝置，包括 用于讀取圖像的圖像讀取單元； 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件陣列，用于基于由圖像讀取單元讀取的圖像而發(fā)光；以及基于由發(fā)光元件陣列發(fā)射的光而形成圖像的成像單元。
17. —種陣列光源，包括 襯底；金屬反射層；通過(guò)金屬反射層提供在襯底上的多個(gè)發(fā)光元件；以及 提供在金屬反射層與發(fā)光元件之間以電分離金屬層和發(fā)光元件的 電阻層。
18. —種陣列光源，包括 襯底；公共金屬反射層；第一發(fā)光元件組和第二發(fā)光元件組，每一個(gè)包括多個(gè)發(fā)光元件， 第一和第二發(fā)光元件組通過(guò)公共金屬反射層提供在襯底上；提供在第一和第二發(fā)光元件組與金屬反射層之間，用于金屬層與第一和第二發(fā)光元件組之間的電分離的分離層；以及提供在第一發(fā)光元件組與第二發(fā)光元件組之間，用于第一發(fā)光元 件組與第二發(fā)光元件組之間的電分離的分離凹槽，其中提供分離凹槽使得分離凹槽在從發(fā)光元件側(cè)朝向襯底側(cè)的方 向上到達(dá)用于電分離的分離層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的陣列光源，其中襯底是硅襯底；并且陣列光源的發(fā)光元件的發(fā)光通過(guò)時(shí)分驅(qū)動(dòng)來(lái)控制。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的陣列光源，其中襯底還包括執(zhí)行時(shí)分驅(qū)動(dòng)的控制電路。
21. —種成像裝置，包括 根據(jù)權(quán)利要求17的陣列光源；使用陣列光源作為瀑光部分來(lái)形成靜電潛像的光敏鼓；以及 使在光敏鼓上形成的靜電潛像顯影的顯影設(shè)備。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的成像裝置，其中陣列光源提供在圃柱形 的光敏鼓的內(nèi)部。
全文摘要
發(fā)光元件陣列和成像裝置。該發(fā)光元件陣列可以被制造而無(wú)需金屬反射層的分離。該發(fā)光元件陣列包括提供在襯底上的多個(gè)發(fā)光元件部分，相鄰發(fā)光元件部分之間的空間中至少一個(gè)空間彼此電分離，其中金屬反射層提供在襯底上并且在多個(gè)發(fā)光元件部分下，并且用于發(fā)光元件部分之間的電分離的電阻層提供在多個(gè)發(fā)光元件部分與金屬反射層之間。多個(gè)發(fā)光元件部分被劃分成多個(gè)分塊。每個(gè)分塊包括多個(gè)發(fā)光部分。發(fā)光部分之間的電分離可以制造成作為相鄰的不同分塊中的相鄰發(fā)光元件部分之間的電分離。
文檔編號(hào)G03G15/00GK101123264SQ20071014089
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者關(guān)口芳信, 古藤誠(chéng), 山方憲二, 竹內(nèi)哲也, 米原隆夫 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社