JP4731949B2

JP4731949B2 - 半導体装置、ｌｅｄヘッド、及びこれを用いた画像形成装置

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Publication number: JP4731949B2
Application number: JP2005050215A
Authority: JP
Inventors: 光彦荻原; 博之藤原; 昌孝武藤; 貴人鈴木; 友希猪狩
Original assignee: 株式会社沖データ; 株式会社沖デジタルイメージング
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-02-25
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Description

本発明は、ＬＥＤ装置等の半導体装置、この半導体装置を用いた、ＬＥＤヘッド及び画像形成装置に関する。

図１７は、従来のＬＥＤプリントヘッド５００の一部を概略的に示す斜視図であり、図１８は、図１７のＬＥＤプリントヘッドに備えることができるＬＥＤアレイチップの一例としてのＬＥＤアレイチップ５０２の一部を示す平面図である。図示されたＬＥＤプリントヘッド５００は、基板５０１上に備えられたＬＥＤアレイチップ５０２の電極パッド５０３と、基板５０１上に備えられた駆動ＩＣチップ５０４の電極パッド５０５とをボンディングワイヤ５０６で接続した構造を持つ。ＬＥＤアレイチップ５０２には、図１８に示すように発光部５０７が一列に配列され、各発光部５０７上には個別電極５０８がそれぞれ配設され、各個別電極５０８は、それぞれ対応する電極パッド５０３と電気的に接続されている。また下記の特許文献１には、薄膜構造の発光素子が開示されている。

特開平１０―６３８０７号公報（図３から図６まで、図８、段落００２１）

図１９は、図１８に示す発光部５０７を含むＬＥＤを、Ｈ−Ｈ線で切る断面を概略的に示す断面図である。同図において、例えば裏面電極５１０は共通電極となっており、ＧａＡｓＰエピ層５１２及びＧａＡｓ基板５１１は、個別発光領域（Ｚｎ拡散領域５１３）の共通部分である。個別の各ＬＥＤを点灯させるための電流は、個別電極５０８からＺｎ拡散領域５１３を経由し、ｐｎ接合を通過し、共通部分であるＧａＡｓＰエピ層５１２、ＧａＡｓ基板５１１を流れ、共通電極（裏面電極５１０）に至る。複数のＬＥＤを同時に点灯する際には、各ＬＥＤの個別電極５０８から注入された電流は、各ＬＥＤのｐｎ接合面を通過した後は、全て共通部分であるＧａＡｓＰエピ層５１２、ＧａＡｓ基板５１１を通過するため、点灯数の増加に伴い共通部分を流れる電流が増加する。

従って、共通部分の抵抗（半導体層の抵抗や半導体層と電極のコンタクト抵抗）が高い場合、あるいは、一つのＬＥＤに流れる電流が大きい場合には、複数点灯に伴う個別ＬＥＤのｐｎ接合付近の電位が高くなり、各ＬＥＤの個別電極と共通電極間の電位差が大きく変動する。各ＬＥＤは駆動ＩＣで駆動するが、ＩＣは負荷の電圧変動に対してある一定の範囲を超えると出力電流の変動が大きくなる。そのため、共通部分の抵抗（半導体層の抵抗や半導体層と電極のコンタクト抵抗）が高い場合には、点灯するＬＥＤの数により各ＬＥＤの光量が大きく変動する。

一方、半導体装置の材料費を削減する場合、例えば基板やエピ層の厚さを薄くしていくことが考えられる。この場合には、例えば別途形成した半導体エピタキシャルフィルムを基板上に設けたメタル層上にボンディングする形態が考えられる。しかしながら、半導体エピタキシャルフィルムとメタル層間のコンタクト抵抗が必ずしも低抵抗になるとは限らない。低抵抗にならない場合には各ＬＥＤの共通部分の抵抗が高くなり、上記したようにＬＥＤの発光強度がＬＥＤの点灯数に依存して変動することが考えられる。

本発明の目的は、これ等の問題点を解消し、例えば複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイチップにおいて、材料費の削減が可能で、且つ各ＬＥＤの発光強度がＬＥＤの点灯数や点灯状態に依存して変動することなく、常に安定した点灯制御が行なえる素子形態を提供することを目的とする。

本発明による半導体装置は、
基板と、前記基板上に設けられ共通電極となる導電層と、発光素子と、該発光素子の第１の導電型の層であって前記共通電極に接して電気的にコンタクトを取るコンタクト層とを有する半導体薄膜と、前記半導体薄膜上に設けられ、前記発光素子の第２の導電型の層と電気的にコンタクトを取る薄膜からなる個別電極配線層と、前記半導体薄膜の上表面を形成する前記発光素子の第１の導電型の層と電気的にコンタクトを取ると共に前記導電層と電気的に接続された薄膜からなる共通電極配線層とを有し、
前記共通電極配線層は、前記半導体薄膜を覆う絶縁層に沿って引き出され、前記コンタクト層とは離れた位置で前記導電層と電気的に接続されたことを特徴とする。

本発明によるＬＥＤヘッドは、
上記した何れかの半導体装置と、前記発光素子から出射した光を導く光学系とを有することを特徴とする。

本発明による画像形成装置は、
像担持体と、前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像する現像手段とを有し、
前記露光手段として、上記のＬＥＤヘッドを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置に複数の能動領域を形成した場合にも、各能動領域に共通に作用する部分の抵抗成分を小さくできるので、各能動領域の、能動状態に応じて生じる動作変動を抑制することが可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明による実施の形態１の半導体装置１０の要部構成を概略的に示す平面図であり、図２は、図１に示す半導体装置１０をＡ−Ａ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。尚、図１は、簡単のため、各配線相互、配線と導電層間などのショートを防止するための層間絶縁膜２９（図２）を省略した状態で示している。

図１に示すように、半導体装置１０は、Ｓｉ基板１１、駆動ＩＣ領域１２、導電層１３、発光部１５を含む半導体薄膜である半導体エピタキシャルフィルム（以下、半導体エピフィルムと称す）１４、及び個別電極１６を有する。Ｓｉ基板１１には、駆動ＩＣが形成された駆動ＩＣ領域１２が形成され、また駆動ＩＣ領域１２を除くその上には低抵抗材料で形成された導電層１３が形成されている。この導電層１３上には、発光部１５を含む複数の半導体エピフィルム１４が、所定の間隔を保って互いに素子分離され状態で直線状に、例えばホンディングにより配列されている。個別電極１６は、発光部１５を含む後述する個々のＬＥＤと、これらの個々のＬＥＤを駆動する駆動ＩＣ領域１２に形成された駆動ＩＣの個別駆動出力端子（図示せず）を接続するメタル配線である。

図２は、半導体装置１０の半導体エピフィルム１４が配設され部分（図１に示すＡ−Ａ線で切る断面）の断面図である。同図に示すように、半導体装置１０は、最下層から順に、Ｓｉ基板１１、導電層１３、コンタクト層２１（例えばｎ型ＧａＡｓ層）、下側クラッド層２２（例えばｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層）、活性層２３（例えばｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層）、上側クラッド層２４（例えばｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層）、コンタクト層２５（例えばｐ型ＧａＡｓ層）、及び層間絶縁膜２９が形成されている。

また、同図に示すように、半導体装置１０は、下側クラッド層２２より下の層の下部構造２６が、活性層２３より上の層の上部構造２７よりも底面積が広く形成されている。個別電極１６は、適宜形成された層間絶縁膜２９上に形成され、この層間絶縁膜２９の開口部２９ａを介して上側のコンタクト層２５と電気的なコンタクトが取られている。

このうち、素子分離された活性層２３が発光領域に相当し、図１に示す発光部１５は、この活性層２３の平面図上での領域に相当する。また、図１で示した半導体エピフィルム１４は、図２に示す下側のコンタクト層２１から上側のコンタクト層２５までの積層構造に相当し、本実施の形態では、図２に示すような素子分離構した半導体エピフィルム１４の半導体素子が、発光素子であるＬＥＤに相当する。また、ここでは発光動作に主にかかわる素子（例えばＬＥＤ）を含む個々の領域を能動領域とする。

また図１に示すように、高密度にＬＥＤを配列する場合には、各個別の半導体エピフィルム１４の配列ピッチを小さく、また分離のためのスペースも小さくしなければならない。この場合、各個別の半導体エピフィルム１４の幅も制限されるため、半導体エピフィルム１４の底面積が小さい場合には、十分なボンディング強度を保持できない可能性がある。このような場合には、同図に示すように、発光部１５の配列方向の半導体エピフィルム１４の幅よりも、配列方向と垂直な方向の半導体エピフィルム１４の幅を広くすることにより、ボンディング面積を大きくすることができる。

次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。

図３は、後述する半導体エピフィルム１４´を有する半導体エピタキシャルウエハ３０の構成を示す説明図である。

同図に示すように、半導体エピフィルム１４´を形成するための基板３１（例えばＧａＡｓ基板）上には、下から順に、バッファ層３２（例えばＧａＡｓ層）、剥離層３３（例えばＡｌＡｓ層）、及び半導体エピフィルム１４´が積層形成されている。この半導体エピフィルム１４´は、下から順にコンタクト層２１、下側クラッド層２２、活性層２３、上側クラッド層２４、コンタクト層２５を積層形成した半導体エピタキシャル層であり、図２に示す半導体エピフィルム１４と同じ積層構造を有する。

次に、上記構成の半導体エピタキシャルウエハ３０の半導体エピフィルム１４´を、適当なサイズ、例えばその長手方向に後述するように所定数のＬＥＤが形成可能な領域を有するような所定のサイズに、メサエッチングによって分離する。そして、例えば、このエッチング時に使ったエッチングマスクを支持体として、所定のサイズに分離した半導体エピフィルム１４´を基板３１から剥離する。このため、例えばメサエッチングした半導体エピタキシャルウエハ３０をエッチング液（例えば、１０％ＨＦ（フッ酸））に浸漬することによって剥離層３３をエッチングし、所定のサイズに分離した半導体エピフィルム１４´を基板３１から剥離する。

図４は、図１に示す半導体装置１０を形成する過程を説明するための説明図である。尚、図４の（ａ）〜（ｅ）までの各図には、簡単のため、導電層１３の下層となるＳｉ基板１１（図１）が省かれている。

先ず基板３１（図３）から、前記した支持体（図示せず）を利用して剥離した所定のサイズの半導体エピフィルム１４´を、Ｓｉ基板１１（図１）上に形成した導電層１３上にボンディングし（図４（ａ））、前記支持体を半導体エピフィルム１４´から剥離する。尚、このボンディングにより、導電層１３は、半導体エピフィルム１４´のコンタクト層２１と電気的なコンタクトを取る。

次に半導体エピフィルム１４´をメサエッチングし、個別領域に分離する（図４（ｂ））。このようにして素子分離された個々の半導体エピフィルム１４は、それぞれが図２に示すように、その底面積が下部構造２６の底面積よりも小さくて、下部構造２６上で島状となる上部構造２７（図２）を形成するように、その所定領域が更にエッチング除去される（図４（ｃ））。

尚、図３に示す基板３１上に形成されて、所定のサイズに分離される段階までの半導体エピフィルムには符号１４´を付し、図４に示す導電層１３上で、個別領域に素子分離された段階の半導体エピフィルムには符号１４を付して区別している。

ここで、図４（ｃ）に示す島状の上部構造２７を形成する工程を、図４（ｂ）に示す半導体エピフィルムを素子分離する工程よりも先に実行することも可能である。

次に、層間絶縁膜（例えばＳｉ_ｘＮ_ｙ膜）２９を形成し、電極コンタクトのために、個々の上部構造２７のコンタクト層２５（図２）上に開口部２９ａを形成する（図４（ｄ））。次に、この開口部２９ａを介して、その一端部がコンタクト層２５（図２）と電気的にコンタクトを取り、且つ他端部が駆動ＩＣ領域１２（図１）に形成された駆動ＩＣの対応する個別駆動出力端子（図示せず）と電気的に接続する個別電極１６を層間絶縁膜２９上に形成して、半導体装置１０の素子形成が完了する。

尚、本実施の形態では、Ｓｉ基板１１（図１）上の一箇所に半導体エピフィルム１４´をボンディングした例を示したが、これに限定されるものではなく、Ｓｉ基板１１が複数の半導体エピフィルム１４´をボンディングすることのできる領域を有し、各領域に半導体エピフィルム１４´をボンディングするように構成してもよい。この場合、ボンディングされた各半導体エピフィルム１４´は、前記した図４に示す方法で一括して素子形成処理することが可能である。また、基板もＳｉに限定されるものではなく、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板、金属基板などを用いてもよいなど、種々の態様が可能である。

以上のように、実施の形態１による半導体装置によれば、導電層１３上にボンディングした半導体エピフィルム１４´を、個別の半導体素子、例えばＬＥＤを１個備えた個別の半導体エピフィルム１４に分割した構造としたので、各半導体エピフィルム１４を流れる電流は、その半導体素子内を流れて直接導電層１３に至る。従って、例え半導体エピフィルム１４のボンディング面でのコンタクト抵抗が大きい場合でも各半導体素子に共通の抵抗成分（例えばメタル層とした場合の導電層１３のシート抵抗分の小さい抵抗成分）を小さくできるため、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して変動する、共通抵抗領域の電位変動を小さくすることができる。従って、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して生じるＬＥＤの光量変動を、無視できる程度に極力小さくすることが可能となる。

実施の形態２．
図５は、本発明による実施の形態２の半導体装置４０の要部構成を概略的に示す平面図であり、図６は、図５に示す半導体装置４０をＢ−Ｂ線で切る断面を概略的に示す要部断面図であり、図７は、図５に示す半導体装置４０をＣ−Ｃ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。尚、図５は、簡単のため、各配線相互、配線と導電層間などのショートを防止するための層間絶縁膜２９（図６）を省略した状態で示している。

この半導体装置４０が、前記した図１に示す実施の形態１の半導体装置１０に対して主に異なる点は、導電層１３上に設けた半導体薄膜である半導体エピフィルム４１の構成、及び半導体エピフィルム４１と導電層１３とを電気的に接続する接続方法である。従って、この半導体装置４０が前記した実施の形態１の半導体装置１０と共通する部分には同符号を付してここでの説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

図６は、半導体装置４０の発光部４８が配設され部分（図５に示すＢ−Ｂ線で切る断面）の断面図である。同図に示すように、半導体装置４０は、この部分において最下層から順に、Ｓｉ基板１１、導電層１３、半導体エピフィルム４１、及び層間絶縁膜２９が形成されている。

半導体エピフィルム４１は、下から順に下側コンタクト層４２（例えばｎ型ＧａＡｓ層）、下側クラッド層４３（例えばｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層）、活性層４４（例えば例えばｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層）、上側クラッド層４５（ｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層）、及び上側コンタクト層４６（例えばｎ型ＧａＡｓ層）で形成され、第１導電型（ここではｎ型）の半導体薄膜を構成している。拡散領域４７は、第２導電型（ここではｐ型）の不純物をｎ型半導体層内に拡散して選択的に形成され、各領域に活性層４４でｐｎ接合する拡散フロントを備えて発光領域を形成している。

上側コンタクト４６は、拡散領域４７が形成された後、例えばエッチングにより、所定のパターン形状とされる。即ち、拡散領域４７内の上側コンタクト層４６ａは、上側クラッド層４５上で、各拡散領域４７毎に島状に形成され、拡散領域４７外の上側コンタクト層４６ｂは、図５に示すように、上側クラッド層４５上において、半導体エピフィルム４１の発光部４８の配列方向の略全域にわたって延在するように形成される。

従って、図５に示す発光部４８は、平面図で見た、拡散領域４７（図６）のうち活性層４４内部でｐｎ接合が形成されている領域に相当する。個別電極１６は、適宜形成された層間絶縁膜２９上に形成され、層間絶縁膜２９の開口部２９ａを介して上側コンタクト層４６と電気的なコンタクトが取られている。またここでは、各発光部４８での発光に拘わる個々の半導体素子が、各発光部における発光素子であるＬＥＤに相当する。また、ここでは発光動作に主にかかわる素子（例えばＬＥＤ）が形成された個々の素子形成領域を能動領域とする。

図７は、半導体装置４０の発光部４８が配設され部分（図５に示すＣ−Ｃ線で切る断面）の断面図である。同図に示すように、半導体装置４０は、この部分においても、最下層から順に、Ｓｉ基板１１、導電層１３、半導体エピフィルム（ｎ型半導体薄膜）４１、及び層間絶縁膜２９が形成されている。拡散領域４７も、図６で説明した拡散領域４７と全く同じ構造である。個別電極１６は、層間絶縁膜２９上に形成され、その一端側が、層間絶縁膜２９の開口部２９ａを介して上側コンタクト層４６と電気的なコンタクトが取られると共に、他端側が駆動ＩＣ領域１２（図５）に形成された駆動ＩＣの対応する個別駆動出力端子（図示せず）に接続されている。

共通電極４９は、層間絶縁膜２９上の所定位置において、半導体エピフィルム４１の長手方向の略全域にわたって形成されている。この共通電極４９は、その一端側４９ａが、ｎ型半導体層上、即ち上側クラッド層４５上に形成された上記拡散領域４７外の上側コンタクト層４６ｂに対応して層間絶縁膜２９に形成された開口部２９ｂを介してｎ型半導体層と電気的なコンタクトが取られると共に、他端側４９ｂが、導電層１３に電気的に接続されている。

次に、半導体装置４０の製造方法について説明する。

所定基板上に形成した半導体エピフィルムを適当なサイズに分離する工程、及び適当なサイズに分離された半導体エピフィルムを基板から剥離して、図５に示す導電層１３上にボンディングする工程は、前記した実施の形態１の半導体装置１０を製造する工程と同じなのでここでの説明は省略する。ここでは、上記以外の製造工程で、前記した実施の形態１の半導体装置１０を製造する工程と異なる点を重点的に以下に説明する。

本実施の形態における製造方法では、半導体エピフィルムを、その形成に用いた基板から剥離する前の段階で、ｎ型半導体層で形成された半導体エピフィルム４１に、図５に示すように所定の間隔で直線状に配列された発光部４８が形成されるように、選択的に拡散領域４７（図７）を形成する。また、層間絶縁膜２９を形成した後、個々の上側コンタクト層４６上に開口部２９ａをそれぞれ形成すると共に、ｎ型半導体層上において、半導体エピフィルム４１の発光部４８の配列方向の略全域にわたって延在する前記した開口部２９ｂを形成する。尚、ここでは半導体エピフィルム４１に対し、拡散領域４７が形成される前においても同じ名称にして特に区別していない。

次に、開口部２９ａを介して、拡散領域４７内の各上側コンタクト層４６ａ（上側の第２導電型コンタクト層）（図７）と駆動ＩＣ領域１２（図５）に形成された駆動ＩＣの個別駆動出力端子（図示せず）とを電気的に接続するための個別電極１６を層間絶縁膜２９上に形成する際に、同時に、開口部２９ｂを介してしてｎ型半導体層である拡散領域４７外の上側コンタクト層４６ｂ（上側の第１導電型コンタクト層）と導電層１３を電気的に接続するための前記した共通電極４９を層間絶縁膜２９上に形成し、半導体装置４０の素子形成が完了する。尚、個別電極１６と共通電極４９とは、例えば標準的なリフトオフプロセスによって形成することができる。

以上のように、実施の形態２による半導体装置４０によれば、ｎ型半導体薄膜である半導体エピフィルム４１の上面に共通電極４９を電気的にコンタクトし、この上部面を電気的に導電層１３に接続したので、半導体エピフィルム４１のボンディング面でのコンタクト抵抗が高くても、各半導体素子に共通の抵抗成分（ここでは例えばメタル層とした場合の、共通電極４９及び導電層１３のシート抵抗分の小さい抵抗成分）を小さくできるため、実施の形態１の場合と同様に、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して変動する、共通抵抗領域の電位変動を小さくすることができる。従って、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して生じるＬＥＤの光量変動を、無視できる程度に極力小さくすることが可能となる。

また、半導体エピフィルム４１のボンディング状態にばらつきがあっても、共通電極４９のコンタクトが、半導体エピフィルム４１上にメタル薄膜を蒸着して形成できるので、ＬＥＤ抵抗のばらつきを抑制することができる。

更に、半導体エピフィルム４１を導電層１３にボンディングする際のボンディング面積を広くできるので、強固なボンディング強度を確保することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明による実施の形態３の半導体装置６０の要部構成を概略的に示す平面図であり、図９は、図８に示す半導体装置６０をＤ−Ｄ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。尚、図８は、簡単のため、各配線相互、配線と導電層間などのショートを防止するための層間絶縁膜２９（図９）を省略した状態で示している。

この半導体装置６０が、前記した図５に示す実施の形態２の半導体装置４０に対して主に異なる点は、導電層１３上に設けた半導体エピフィルム６１が、各々が一つの発光部４８を含むようにして互いに素子分離されている点である。尚、このように半導体エピフィルム６１が個々の領域に素子分離されている点は、前記した実施の形態１における半導体エピフィルム１４（図１）と同一である。従って、この半導体装置６０が前記した実施の形態２の半導体装置４０と共通する部分には同符号を付してここでの説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

図８に示すように、半導体装置６０の導電層１３上には、発光部４８を含む複数の半導体エピフィルム６１が、所定の間隔を保って互いに素子分離された状態で直線状に配列されている。発光部４８は、図９に示すように前記した実施の形態２と同様であって、ｎ型半導体層の半導体エピフィルム６１に形成されたｐ型不純物の拡散領域４７の、活性層４４内部の発光領域となるｐｎ接合形成領域に相当する（平面図で見た場合、上からみた活性層４４内部のｐｎ接合形成領域に相当する）。

上側コンタクト４６は、拡散領域４７が形成された後、例えばエッチングにより、所定のパターン形状とされる。即ち、拡散領域４７内の上側コンタクト層４６ａは、上側クラッド層４５上で、各拡散領域４７毎に島状に形成され、拡散領域４７外の上側コンタクト層４６ｂは、図８に示すように、素子分離された半導体エピフィルム６１毎に上側クラッド層４５上において、上側コンタクト層４６ｂに対向する位置に形成される。

共通側電極６２は、図８及び図９に示すように、層間絶縁膜２９上の所定位置において、個々の半導体エピフィルム６１毎に形成されている。各共通側電極６２は、その一端側６２ａが、層間絶縁膜２９の開口部２９ｃを介して、各半導体エピフィルム６１のｎ型半導体層上、即ち上側クラッド層４５上に形成された拡散領域４７外のｎ型の上側コンタクト層４６ｂとそれぞれ電気的なコンタクトが取られ、また他端側６２ｂが共に導電層１３に電気的に接続されている。

尚、本実施の形態３の半導体装置６０の製造方法については、互いに素子分離された半導体エピフィルム６１を導電層１３上に形成する工程が、前記した実施の形態１の半導体装置１０を形成する工程と共通し、拡散領域４８及び共通側電極６２を形成する工程が前記した実施の形態２の半導体装置４０を形成する工程と略共通するため、ここでの説明は省略する。

以上のように、実施の形態３による半導体装置６０よれば、半導体エピフィルム６１のボンディング面でのコンタクト抵抗が大きい場合でも各半導体素子に共通の抵抗成分（例えばメタル層とした場合の導電層１３のシート抵抗分の小さい抵抗成分）を小さくできるため、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して変動する、共通抵抗領域の電位変動を小さくすることができる。従って、一度に点灯するＬＥＤの個数に依存して生じるＬＥＤの光量変動を、無視できる程度に極力小さくすることが可能となる。

また、半導体エピフィルム６１のボンディング状態にばらつきがあっても、各共通側電極６２のコンタクトが、半導体エピフィルム６１上にメタル薄膜を蒸着して形成できるので、ＬＥＤ抵抗のばらつきを抑制することができる。

実施の形態４．
図１０は、本発明による実施の形態４の半導体装置７０の要部構成を概略的に示す要部断面図である。

本実施の形態の半導体装置７０は、図１に示す前記した実施の形態１の半導体装置１０において、導電層１３上に形成された各半導体エピフィルム１４の代わりに、前記した実施の形態３で説明したような選択拡散型の半導体エピフィルム７１（図１０）で構成したものである。従って、半導体装置７０が、前記した実施の形態１又は実施の形態３の各半導体装置と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いてここでの説明を省略する。尚、この断面図１０に示す断面は、前記した実施の形態１の半導体装置１０における図１の平面図に示すＡ−Ａ線で切る断面、即ち半導体エピフィルム７１が形成されている領域を含む部分での断面に相当する。

本実施の形態の半導体装置７０では、実施の形態３の図９に示す共通側電極６２に相当するものは形成されず、実施の形態１の半導体装置１０と同様に、下側コンタクト層４２のみで、ｎ側の電極となる導電層１３と電気的なコンタクトを取っている。

以上のように構成された本実施の形態の半導体装置７０によれば、前記した実施の形態１と同様の効果を得ることが出来る。

実施の形態５．
図１１は、本発明による実施の形態５の半導体装置８０の要部構成を概略的に示す要部断面図である。

本実施の形態の半導体装置８０は、図８に示す前記した実施の形態３の半導体装置６０において、導電層１３上に形成された各半導体エピフィルム７１の代わりに、前記した実施の形態１で説明したようなメサエッチングで素子分離して発光素子を形成する形態の半導体エピフィルム８１（図１１）で構成したものである。従って、半導体装置８０が、前記した実施の形態１又は実施の形態３の各半導体装置と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いてここでの説明を省略する。尚、この断面図１１に示す断面は、前記した実施の形態３の半導体装置６０における図８の平面図に示すＤ−Ｄ線で切る断面、即ち半導体エピフィルム８１が形成されている領域を含む部分での断面に相当する。

本実施の形態の半導体装置８０の半導体エピフィルム８１では、活性層２３と下側クラッド層２２の間にｎ側コンタクト層８２を設け、共通側電極６２は、その一端側６２ａが前記ｎ側コンタクト層８２と電気的にコンタクトして、ｎ側コンタクト層８２と導電層を電気的に接続している。

以上のように構成された本実施の形態の半導体装置８０によれば、前記した実施の形態３と同様の効果を得ることが出来る。

実施の形態６．
図１２は、本発明による実施の形態６の半導体装置９０の要部構成を概略的に示す要部断面図である。

本実施の形態の半導体装置９０は、前記した図１１に示す実施の形態５の半導体装置８０に対して、新たに誘電体膜層９４を、導電層１３とコンタクト層２１間に設けたものである。この誘電体膜層９４は、酸化物材料、窒化物材料、有機物材料の内、何れかの材料、或いは複数の材料を含む材料層である。

以上のように、誘電体膜層９４を設けることによって、半導体装置９０内の発光領域において下向きに発生した光をこの誘電体膜層９４で反射させ、上向きにして出射させることができるので、発生した光を無駄なく取り出すことができる。

尚、本実施の形態では、メサエッチングで素子分離して発光素子を形成する形態の半導体エピフィルムを用いた半導体装置において、導電層１３とコンタクト層２１間に誘電体膜層を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示す半導体装置１００のように、前記した実施の形態３の半導体装置６０で説明したような、選択拡散によって素子分離して発光素子を形成した形態の半導体装置において、導電層１３とコンタクト層４２の間、及び導電層１３とＳｉ基板１１の間にそれぞれ誘電体膜層１０４ａ，１０４ｂを設けてもよいなど、種々の態様を取り得るものである。ここで図１３に示した半導体装置１００は、新たに設けた誘電体膜層以外は前記した実施の形態３の半導体装置６０と同じ構成のものである。

実施の形態７．
図１４は、本発明による実施の形態７の半導体装置１１０の要部構成を概略的に示す平面図である。

この半導体装置１１０が、前記した図８に示す実施の形態３の半導体装置６０に対して異なる点は、導電層１３上に設けた半導体エピフィルム１１１が、各々が複数個（ここでは４つの例が示されている）の発光部４８を含むようにして互いに素子分離されている点である。従って、この半導体装置１１０が前記した実施の形態３の半導体装置６０と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いてここでの説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

同図に示すように、各半導体エピフィルム１１１は、４つの各発光部４８にそれぞれ形成された拡散領域４７（図９参照）内の上側コンタクト層（図示しないが、図９における上側コンタクト層４６ｂと同構成）と、４つの各発光部４８の配列方向に沿って延在する拡散領域４７（図９参照）外の上側コンタクト層１１６ｂを有する。共通側電極１１２は、各半導体エピフィルム１１１毎に形成され、この上側コンタクト層１１６ｂと導電層１３を電気的に接続する。

尚、上記した実施の形態１乃至７では、半導体エピフィルムを、半導体素子を駆動する集積回路を有する基板にボンディングした複合形態を具体的に示したが、必ずしも駆動回路を有する基板との複合形態とすることに限定されない。例えば、半導体素子を含む半導体エピフィルムと外部回路との接続領域が、異種基板に設けられている形態であってもよい。

また上記した実施の形態１乃至７では、半導体エピフィルムに発光素子を形成する例を示したがこれに限定されるものではなく、例えば受光素子を形成してもよいし、トランジスタ回路などを含む駆動素子などを形成してもよいなど、種々の態様を取り得るものである。

また、発光素子を構成する半導体エピタキシャル層の構成も、シングルへテロ接合、ホモ接合構造、など適宜変更することができる。また発光素子は、ＬＥＤに限定されるものではなく、レーザーダイオードであってもよい。

また、上記の各実施形態では、導電層が半導体エピフィルム（半導体薄膜）の下方に設けられているが、実施の形態２及び３では、導電層を半導体薄膜の下方に設ける代わりに別の場所に設け、半導体薄膜上のコンタクト領域から別の場所に設けた導電層まで配線を延ばし、この別に設けた導電層に接続することもできる。

また、上記第３の実施例では、各共通側電極６２を全て同一の導電層１３に接続しているが、独立制御可能な複数の導電層に別々に接続してもよい。例えば、１番目から４番目までの共通側電極を第１の導電層１へ、５番目から８番目までの共通側電極を第２の導電層２へ、９番目から１２番目までの共通電極を第３導電層３へ、といった構成にすることができる。

更に、半導体エピフィルム（半導体薄膜）は、ＡｌＧａＡｓ系の材料の他、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓＰ系、ＩｎＰ系、などのIII−V族化合物半導体、ＺｎＳｅ系などのII−VI族化合物半導体、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮなどのIII-V窒化物半導体であってもよいし、Ｓｉ、ＳｉＧｅを含む半導体材料であってもよいなど種々の態様と取り得るものである。

実施の形態８．
図１５は、本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを説明するためのＬＥＤヘッドの横断面図である。

図において、ＬＥＤヘッド１００は、ベース部材１０１とこの上に固定されたＬＥＤユニット１０２とを有する。このＬＥＤユニット１０２は、例えば前述の実施の形態で説明した半導体装置１０（図１）、４０（図５）、及び６０（図８）の何れかが使用される。従って、その発光部ユニット１０２ａとしては、同じく前述の半導体エピフィルム１４（図１）、４１（図５）、及び６１（図８）の何れかが相当する。

この発光部ユニット１０２ａの発光部の上方には、発光部から出た光を集光する光学素子としてのロッドレンズアレイ１０３が配設されている。このロッドレンズアレイ１０３は、柱状の光学レンズを、発光部ユニット１０２ａの直線状に配列された発光部（例えば図１の発光部１５の配列を参照）に沿って多数配列したもので、光学素子ホルダに相当するレンズホルダ１０４によって所定位置に保持されている。

このレンズホルダ１０４は、同図に示す様に、ベース部材１０１及びＬＥＤユニット１０２を覆う様に形成されている。そして、ベース部材１０１，ＬＥＤユニット１０２，レンズホルダ１０４は、ベース部材１０１及びレンズホルダ１０４に形成された開口部１０１ａ及び１０４ａを介して配設されるクランパ１０５によって一体的に挟持されている。

従って、ＬＥＤユニット１０２で発生した光は、ロッドレンズアレイ１０３を通して所定の外部部材に照射される。このＬＥＤヘッド１００は、例えば電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。

以上のように、このＬＥＤヘッドによれば、ＬＥＤユニット１０２として、前述の実施の形態で示した半導体装置の何れかが使用されるため、発光動作状態によって各発光部の光量にばらつきが生じることのない、常に安定した発光動作を可能にしたＬＥＤヘッドを提供することができる。

実施の形態９．
図１６は、本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置を説明する要部構成図である。

図において、画像形成装置２００は、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの各色の画像を各々に形成する４つのプロセスユニット２０１〜２０４を有し、これらが記録媒体２０５の搬送経路の上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット２０１〜２０４の内部構成は共通しているため、例えばシアンのプロセスユニット２０３を例に取り、これらの内部構成を説明する。

プロセスユニット２０３には、像担持体としての感光体ドラム２０３ａが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム２０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム２０３ａの表面に電荷を供給して帯電させる帯電装置２０３ｂ、帯電された感光体ドラム２０３ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置２０３ｃが配設される。更に、静電潜像が形成された感光体ドラム２０３ａの表面に、所定色（シアン）のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置２０３ｄ、及び感光体ドラム２０３ａ上のトナーの顕像を転写した際に残留したトナーを除去するクリーニング装置２０３ｅが配設される。尚、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転する。

又、画像形成装置２００は、その下部に、紙などの記録媒体２０５を堆積した状態で収納する用紙カセット２０６を装着し、その上方には記録媒体２０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ２０７が配設されている。更に、記録媒体２０５の搬送方向における、ホッピングローラ２０７の下流側にはピンチローラ２０８，２０９と共に記録媒体２０５を挟持することによって、記録媒体２０５の斜行を修正し、プロセスユニット２０１に搬送するレジストローラ２１０，２１１を配設している。これらのホッピングローラ２０７及びレジストローラ２１０，２１１は図示されない駆動源からギア等を経由して動力が伝達され回転する。

プロセスユニット２０１〜２０４の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ２１２が配設されている。これら転写ローラ２１２には感光ドラム２０３ａ上に付着されたトナーによる顕像を記録媒体２０５に転写する転写時に、感光体ドラム２０１ａ〜２０４ａの表面電位とこれら各転写ローラ２１２の表面電位に電位差を持たせるための電位が印加されている。

定着装置２１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体２０５上に転写されたトナーを加圧・加熱することによって定着する。この下流の排出ローラ２１４，２１５は、定着装置２１３から排出された記録媒体２０５を、排出部のピンチローラ２１６、２１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部２１８に搬送する。これら定着装置２１３、排出ローラ２１４等は図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転され
る。

ここで使用される露光装置２０３ｃには、前記した実施の形態８で説明したＬＥＤヘッド１００が用いられる。

上記構成の画像記録装置の動作を説明する。
まず、用紙カセット２０５に堆積した状態で収納されている記録媒体２０５がホッピングローラ２０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体２０５は、レジストローラ２１０，２１１及びピンチローラ２０８，２０９に挟持されて、プロセスユニット２０１の感光体ドラム２０１ａと転写ローラ２１２に搬送される。その後、記録媒体２０５は、感光体ドラム２０１ａ及び転写ローラ２１２に挟持され、その記録面にトナー像が転写されると同時に感光体ドラム２０１ａの回転によって搬送される。

同様にして、記録媒体２０５は、順次プロセスユニット２０２〜２０４を通過し、その通過過程で、各露光装置２０１ｃ〜２０４ｃにより形成された静電潜像を、現像装置２０１ｄ〜２０４ｄによって現像した各色のトナー像がその記録面に順次転写され、重ね合わせられる。

そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わせたれた後、定着装置２１３によってトナー像が定着された記録媒体２０５は、排出ローラ２１４、２１５及びピンチローラ２１６、２１７に挟持されて、画像記録装置２００の外部の記録媒体スタッカ部２１８に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体２０５上に形成される。

以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、前述した実施の形態８のＬＥＤヘッドを採用するため常に安定した発光動作を可能にした画像形成装置を提供することができる。

本発明による実施の形態１の半導体装置の要部構成を概略的に示す平面図である。図１に示す半導体装置を、同図に示すＡ−Ａ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。実施の形態１の半導体エピフィルムを有する半導体エピタキシャルウエハの構成を示す説明図である。実施の形態１の半導体装置を形成する過程を説明するための説明図で、同図（ａ）〜（ｅ）は、各工程での状態を示している。本発明による実施の形態２の半導体装置の要部構成を概略的に示す平面図である。図５に示す半導体装置を、同図に示すＢ−Ｂ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。図５に示す半導体装置を、同図に示すＣ−Ｃ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。本発明による実施の形態３の半導体装置の要部構成を概略的に示す平面図である。図８に示す半導体装置を、同図に示すＤ−Ｄ線で切る断面を概略的に示す要部断面図である。本発明による実施の形態４の半導体装置の要部構成を概略的に示す要部断面図である。本発明による実施の形態５の半導体装置の要部構成を概略的に示す要部断面図である。本発明による実施の形態６の半導体装置の要部構成を概略的に示す要部断面図である。本発明による実施の形態６の半導体装置の別の形成例を示す要部断面図である。本発明による実施の形態７の半導体装置の要部構成を概略的に示す平面図である。本発明のＬＥＤヘッドの実施の形態８の構成を示す横断面図である。本発明の画像形成装置の実施の形態９の要部構成を模式的に示す要部構成図である。従来のＬＥＤプリントヘッドの一部を概略的に示す斜視図である。図１７のＬＥＤプリントヘッドに備えることができるＬＥＤアレイチップの一例としてのＬＥＤアレイチップの一部を示す平面図である。図１８に示す発光部を含むＬＥＤを、Ｈ−Ｈ線で切る断面を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１０半導体装置、１１Ｓｉ基板、１２駆動ＩＣ領域、１３導電層、１４，１４´ 半導体エピタキシャルフィルム、１５発光部、１６個別電極、２１コンタクト層、２２下側クラッド層、２３活性層、２４上側クラッド層、２５コンタクト層、２６下部構造、２７上部構造、２９層間絶縁膜、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ開口部、３０半導体エピタキシャルウエハ、３１基板、３２バッファ層、３３剥離層、４０半導体装置、４１半導体エピフィルム、４２下側コンタクト層、４３下側クラッド層、４４活性層、４５上側クラッド層、４６上側コンタクト層、４７拡散領域、４８発光部、４９共通電極、６０半導体装置、６１半導体エピフィルム、６２共通側電極、６６上側コンタクト層、７０半導体装置、７１半導体エピフィルム、８０半導体装置、８１半導体エピフィルム、８２ｎ側コンタクト層、９０半導体装置、９４誘電体膜層、１００半導体装置、１０４ａ，１０４ｂ誘電体膜層、１１０半導体装置、１１１半導体エピフィルム、１１２共通側電極、１１６ｂ上側コンタクト層、１００ＬＥＤヘッド、１０１ベース部材、１０２ＬＥＤユニット、１０２ａ発光部ユニット、１０３ロッドレンズアレイ、１０４レンズホルダ、１０５クランプ、２００プリンタ、２０１，２０２，２０３，２０４プロセスユニット、２０３ａ感光体ドラム、２０３ｂ帯電装置、２０３ｃ露光装置、２０３ｄ現像装置、２０３ｅクリーニング装置、２０５記録媒体、２０６用紙カセット、２０７ホッピングローラ、２０８，２０９ピンチローラ、２１０，２１１レジストローラ、２１２転写ローラ、２１３定着装置、２１４，２１５排出ローラ、２１６，２１７ピンチローラ、２１８記録媒体スタッカ部。

Claims

基板と、
前記基板上に設けられ共通電極となる導電層と、
発光素子と、該発光素子の第１の導電型の層であって前記共通電極に接して電気的にコンタクトを取るコンタクト層とを有する半導体薄膜と、
前記半導体薄膜上に設けられ、前記発光素子の第２の導電型の層と電気的にコンタクトを取る薄膜からなる個別電極配線層と、
前記半導体薄膜の上表面を形成する前記発光素子の第１の導電型の層と電気的にコンタクトを取ると共に前記導電層と電気的に接続された薄膜からなる共通電極配線層と
を有し、
前記共通電極配線層は、前記半導体薄膜を覆う絶縁層に沿って引き出され、前記コンタクト層とは離れた位置で前記導電層と電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
前記半導体薄膜は、前記導電層上に配列して形成された複数の発光素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記半導体薄膜は、少なくとも１つの発光素子を有し、前記導電層上に、複数備えられたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記半導体薄膜が、ＧａＡｓコンタクト層、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓクラッド層、及びＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ活性層を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置。
前記半導体薄膜が活性層を備え、該活性層を含む発光領域面積が、前記半導体薄膜のボンディング面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置。
前記発光素子の発光領域が、第１導電型の半導体層内に選択的に設けられた第２導電型の不純物領域によって形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
前記発光素子が直線状に配列されていることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置。
前記半導体薄膜が直線状に複数配列され、前記半導体薄膜の、配列方向の幅よりも、配列方向と垂直な方向の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の半導体装置。
請求項９記載の半導体装置と、
前記発光素子から出射した光を導く光学系と
を有することを特徴とするＬＥＤヘッド。
像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電された前記表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像を現像する現像手段と
を有し、
前記露光手段として、請求項１０記載のＬＥＤヘッドを用いたことを特徴とする画像形成装置。