(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の上面に断面Ｖ字型の溝部を形成するとともに、該溝部の２つの斜面に被着した絶縁膜に形成した複数の窓部内にそれぞれ形成した多孔質シリコンから成る複数個の発光素子を所定の間隔で千鳥状に配列させ、前記絶縁膜上に形成された個別電極の一端を前記窓部内の前記発光素子上まで延在させて前記発光素子に直に被着させており、且つ前記２つの斜面の傾斜角度を各斜面に設けた発光素子からの光を結像面に一直線状に照射させるように設定したことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は感光材への画像記録に用いられる発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
従来より、感光材への画像記録には発光装置が用いられている。
かかる発光装置は、複数個の発光ダイオード素子を所定の線密度で直線状に配列してなる発光ダイオードアレイ等を備えて成り、前記発光ダイオード素子を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発光・駆動させるとともに、該発光した光（ビーム）をレンズ等の光学系を介して外部の感光材に照射し、この感光材に所定の画像を形成することによって発光装置として機能するようになっている。
【０００３】
尚、前述の発光ダイオードとしては、ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）の単結晶から成る半導体基板の表面にガリウム−砒素−リン（ＧａＡｓＰ）の単結晶から成る化合物半導体層を形成したもの等が知られており、このような化合物半導体層は例えば従来周知のＭＯＣＶＤ法やメサエッチング等を採用することによって半導体基板の表面に発光ダイオード素子毎に個々に形成される。
【０００４】
ところで、このような発光ダイオードアレイを用いた発光装置においては、発光ダイオード素子の結晶状態が発光ダイオード素子の発光特性に多大な影響を及ぼすことが知られている。ところが、発光ダイオード素子の製造時に単結晶中に形成される格子欠陥の数を制御することはできないことから、全ての発光ダイオード素子の結晶状態を均一に揃えるのは極めて難しく、発光ダイオードアレイの多くは発光バラツキをもっているのが現状である。このため、より均一な発光特性を得るには、各発光ダイオード素子への印加電力を個々に調整する等して発光出力を補正しなければならず、この場合、発光装置の制御系が複雑になる欠点を有している。
【０００５】
また上述した従来の発光装置においては、発光ダイオードアレイを構成する半導体基板や化合物半導体層が砒素を含んで構成されており、その製造時にアルシン（ＡｓＨ3 ）等の有害ガスを使用することから、砒素の分離，回収処理のために多額のコストと手間が発生し、また有害ガスの使用は環境への配慮という点においても望ましくない。
【０００６】
しかも、ガリウム−砒素やガリウム−砒素−リン等の単結晶で形成された発光ダイオード素子は、その使用時等に熱や電界による転位の影響を受け易く、そのため、発光ダイオード素子の発光特性が比較的短時間のうちに大幅に変化して使用に供し得なくなる場合もあった。
【０００７】
そこで、上述のような発光バラツキや製造コスト，発光特性の変化等の問題を解消するとともに環境にも配慮された発光素子アレイを得るために、砒素やガリウム−砒素等を一切用いることなく発光素子を形成することが可能な新しいタイプの発光装置が検討されている。
【０００８】
かかる発光素子は、図５に示す如く、単結晶シリコンから成る基板１１の上面に窒化シリコン等から成る窓付きの絶縁膜１２を被着させるとともに、この窓部１２ａ内に位置する基板１１の表面付近を従来周知の陽極化成にて多孔質化し、基板１１の表面に多孔質シリコンから成る発光素子１３を形成した構造を有しており、前記発光素子１３の上下に配置される一対の電極１４，１５間に所定の電圧Ｖを印加することで、発光素子１３を形成する多孔質シリコンを量子効果によって発光させるようにしている。
【０００９】
ところで、図５のような発光装置は、多孔質シリコンから成る発光素子１３を前述の陽極化成によって形成する際、多孔質シリコンが窓部１２ａ内に位置する基板１１の上面から下方に向かって放射状に広がるように成長していく。従って、発光素子１３の発光強度を上げるために多孔質シリコンの体積を増やそうとすると、多孔質シリコンが基板１１の面方向にも大きく広がってしまい、この場合、シャープな光（ビーム）が得られなくなるばかりか、発光素子１３の高密度化にも大きな制約を受けることとなり、６００ｄｐｉ以上のドット密度で感光材に画像を形成することができないという欠点を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、本発明の発光装置は、シリコン基板の上面に断面Ｖ字型の溝部を形成するとともに、該溝部の２つの斜面に被着した絶縁膜に形成した複数の窓部内にそれぞれ形成した多孔質シリコンから成る複数個の発光素子を所定の間隔で千鳥状に配列させ、前記絶縁膜上に形成された個別電極の一端を前記窓部内の前記発光素子上まで延在させて前記発光素子に直に被着させており、且つ前記２つの斜面の傾斜角度を各斜面に設けた発光素子からの光を結像面に一直線状に照射させるように設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる発光装置の平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１はシリコン基板、１Ｖは溝部、Ｖａ，Ｖｂは溝部１Ｖの斜面、３ａ，３ｂは発光素子、Ｐは結像面（感光材）である。
【００１２】
前記シリコン基板１は、厚み方向に（１００）方位を配した単結晶シリコンから成り、従来周知のＣＺ法等によって製作された単結晶シリコンを２５０μｍ〜３５０μｍの厚みでスライスし、０．３ｍｍ×４．０ｍｍの矩形状に加工することで形成される。
【００１３】
そしてこのようなシリコン基板１の上面には、断面Ｖ字型の溝部１Ｖが形成される。前記溝部１Ｖは、シリコン基板１上面の長さ方向に、例えば１０μｍ〜１５μｍの深さ、２０μｍ〜３０μｍの開口幅にて形成され、該溝部１Ｖの２つの斜面ＶａとＶｂの間の角度θは１２０°〜１６０°の角度に設定される。従って前記溝部１Ｖの各斜面Ｖａ，Ｖｂはシリコン基板１の上面に対して１０°〜３０°の角度だけ傾斜することとなる。
【００１４】
尚、前記溝部１Ｖは、前述の製法によって得られたシリコン基板１の上面に所定のブレードを用いてダイシングすることにより所定幅、所定深さに形成される。
【００１５】
また前記溝部１Ｖの２つの斜面Ｖａ，Ｖｂには、多孔質シリコンから成る複数個の発光素子３ａ，３ｂが配置される。
【００１６】
より具体的には、溝部１Ｖの一方の斜面Ｖａには複数の発光素子３ａが、他方の斜面Ｖｂには複数の発光素子３ｂがそれぞれ略一定の間隔（例えば８０μｍ〜１５０μｍ）で配列されており、一方の斜面Ｖａの発光素子３ａが他方の斜面Ｖｂの隣接する発光素子３ｂ−３ｂ間に位置するように配されているため、発光素子３ａ，３ｂは溝部１Ｖ内で千鳥状に配列されることとなる。
【００１７】
前記発光素子３ａ，３ｂは、気孔率５０％〜６５％、平均気孔径１×１０-7μｍ〜１×１０-4μｍの多孔質シリコンから成り、各発光素子３ａ，３ｂは溝部１Ｖの各斜面Ｖａ，Ｖｂに１０μｍ×２０μｍの楕円状に形成される。
【００１８】
このような発光素子３ａ，３ｂを形成する多孔質シリコンは、直接遷移型に近い状態に保持されているため、後述する個別電極４および共通電極５間に５〜５０ｍＡの電流を流すと、多孔質シリコン特有の量子効果によって波長６００〜７８０ｎｍの光（ビーム）を発する作用を為す。
【００１９】
ここで前記溝部１Ｖを構成する２つの斜面Ｖａ，Ｖｂの傾斜角度は、全ての発光素子３ａ，３ｂを同時に発光させた際に発光素子３ａ，３ｂからの光が結像面、即ち、感光材Ｐ上に交互に且つライン状に照射されるように設定されており、これによって感光材Ｐには、図３に示す如く、発光素子３ａの光Ａと発光素子３ｂの光Ｂが交互にかつライン状に照射されることとなる。
【００２０】
このような発光素子３ａ，３ｂを形成する多孔質シリコンは従来周知の陽極化成を採用し、シリコン基板１の一部を多孔質化することにより溝部１Ｖの各斜面Ｖａ，Ｖｂから下方に向かって断面半楕円状に、例えば約２０μｍの深さに形成される。具体的には、まず単結晶シリコンから成るシリコン基板１の上面に溝部１Ｖを形成した後、この溝部１Ｖを含むシリコン基板１の上面全体にわたり従来周知のスパッタリング法によって絶縁膜２を０．１μｍ〜０．３μｍの厚みに被着させ、次に前記絶縁膜２の所定箇所、即ち、発光素子３ａ，３ｂが形成される溝部１Ｖの斜面Ｖａ，Ｖｂに従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により複数の楕円状の窓部２ａ，２ｂを形成し、しかる後、これを約３０％の濃度に調製されたフッ酸溶液中に浸漬させた状態で陽極化成処理を行う。この陽極化成は、前述のフッ酸溶液中に配置させた処理用の電極とシリコン基板の下面に被着される後述する共通電極５との間に所定の電力を印加し、シリコン基板１の厚み方向に所定時間（約５分間）、通電することによって行われ、前述した電力の電流密度５０〜１００ｍＡ・ｃｍの範囲内で調整することにより多孔質シリコンの平均気孔径が制御される。尚、前記絶縁膜２は各多孔質シリコンの形成領域を規定するマスクとして機能するものであり、例えば窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）等の絶縁材料によって形成される。
【００２１】
そして、このような絶縁膜２上には、発光素子３ａ，３ｂに個々に電気的に接続されるようにして複数の個別電極４ａ，４ｂが形成され、また下面には共通電極５が形成される。
【００２２】
前記個別電極４ａ，４ｂは、その一端を窓部２ａ，２ｂ内の発光素子３ａ，３ｂ上まで延在させて該延在部を発光素子３ａ，３ｂに直に被着させており、各発光素子３ａ，３ｂに電力を供給するための一方の電極として機能する。
【００２３】
また前記共通電極５はシリコン基板１の下面全体にわたって被着・形成されており、各発光素子３ａ，３ｂに電力を供給するための他方の電極として機能する。
【００２４】
尚、これらの個別電極４ａ，４ｂや共通電極５は、金や銀，銅，アルミニウム，ＩＴＯ等の導電材料から成り、これらの導電材料を従来周知のスパッタリング法およびフォトリソグラフィー技術等を採用し、絶縁膜２の上面およびシリコン基板１の下面にそれぞれ所定厚み（０．０５μｍ〜０．２μｍ）で所定パターンに被着させることにより形成される。
【００２５】
ここで前記個別電極４ａ，４ｂをＩＴＯ等の透明な導電材料により形成するようにしておけば、個別電極４ａ，４ｂが発光素子３ａ，３ｂの発する光を遮ることは殆どなく、発光素子３ａ，３ｂの発する光を外部の感光材Ｐに良好かつ鮮明に照射させることができる。従って個別電極４ａ，４ｂはＩＴＯ等の透明な導電材料により形成することが好ましい。
【００２６】
かくして上述した発光装置は、外部からの画像データに基づいて個別電極４ａ，４ｂおよび共通電極５間に所定の電力を印加し、発光素子３ａ，３ｂを個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光を感光材Ｐに照射し、感光材Ｐに所定の画像を形成することによって発光装置として機能する。このとき、感光材Ｐは、図１の矢印Ｙ方向から見た場合に、それぞれの発光素子３ａ，３ｂの光の光軸同士が交差する位置を走行するように配置され、これによって発光素子３ａの光と発光素子３ｂの光とを感光材Ｐ上に交互にかつライン状（一直線状）に照射させて発光装置による光の照射密度を溝部１Ｖの各斜面Ｖａ，Ｖｂ上で配列する発光素子３ａ，３ｂの配列密度の２倍に上げることができる。
【００２７】
従って、発光素子３ａ，３ｂをそれぞれ６００ｄｐｉ程度の線密度で形成しておけば、これらの光を上述の如く感光材Ｐ上でライン状に合成して１２００ｄｐｉの高いドット密度で感光材Ｐに光（ビーム）を鮮明に照射させることができ、これによって高品質の画像記録が簡単な構成で実現されるようになる。
【００２８】
また上述した本形態の発光装置によれば、シリコン基板１や多孔質シリコンから成る発光素子３ａ，３ｂを形成する工程においてこれらの内部に多くの格子欠陥等が形成されることはないため、発光素子３ａ，３ｂ毎の発光バラツキは少なく、複雑な制御系を用いなくても均一な発光特性が得られる。
【００２９】
更に上述した本形態の発光装置によれば、その製造工程において砒素を含んだ材料を用いることはないため、環境にやさしく、また有害物質の分離，回収処理等は一切不要となって発光装置を比較的低コストで製作することができる。
【００３０】
また更に上述した本形態の発光装置によれば、シリコン基板１や多孔質シリコン層から成る発光素子３ａ，３ｂが単結晶シリコンにより形成されており、化学的に極めて安定であることから、これを発光装置として使用する際に熱や電界による転位の影響を受けにくく、その発光特性を長期間にわたって良好な状態に維持することができる。
【００３１】
尚、本発明の発光装置は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
例えば、上述の形態においては共通電極５をシリコン基板１の下面全体にわたって形成したが、これに代えて共通電極５を発光素子３ａ，３ｂの直下領域に部分的に形成するようにしたり、共通電極５をいくつかの区画に分けて複数個形成するようにしても構わない。
【００３２】
また図４に示す如く、シリコン基板１の溝部１Ｖにレンズ６を埋設し、発光素子３の発する光を前記レンズ６によって集光するようにしても良く、この場合、感光材Ｐに照射される発光素子３ａ，３ｂの光（ビーム）をよりシャープになすとともに、これら光の進行方向をレンズ６の屈折率に応じて変化させることができる利点がある。尚、前記レンズ６はシリコン基板１を構成する単結晶シリコンを酸化して半球状の酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）と成すことにより形成され、このレンズ６の更に下方に多孔質シリコンが形成される。また前記酸化シリコン中にはチタンや亜鉛等の高屈折材料が所定量だけドープされ所定の屈折率が得られるようになっている。
【００３３】
更に上述の形態においては溝部１Ｖを鋭いＶ字型に形成したが、このような鋭いＶ字型でなくても深さ方向に向かって先細り状に形成されていれば上述の形態と同様の効果を奏する。例えば、溝部の側面に少し丸みをつけたり、或いは溝部を四角錐状になしてこれを各発光部毎に形成するようにしても良く、このように溝部を四角錐状になしておけば、発光素子３ａ，３ｂからの光をよりシャープになすことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、シリコン基板の上面に断面Ｖ字型の溝部を形成するとともに、該溝部の２つの斜面に被着した絶縁膜に形成した複数の窓部内にそれぞれ形成した多孔質シリコンから成る複数個の発光素子を略一定の間隔で千鳥状に配列させ、絶縁膜上に形成された個別電極の一端を窓部内の発光素子上まで延在させて発光素子に直に被着させており、溝部の２つの斜面の傾斜角度を各斜面に設けた発光素子からの光が結像面に一直線状に照射されるように設定したことから、結像面上における光の照射密度を溝部の各斜面上で配列する発光素子の配列密度の２倍に上げることができ、これによって鮮明で良好な高品質の画像記録が可能となる。
【００３５】
また本発明の発光装置によれば、多孔質シリコンから成る発光素子やシリコン基板には製造工程中に格子欠陥等が形成されることはないため、発光素子間で発光ばらつきを生じることも少なく、濃度むらの無い良好な画像記録が実現される。
【００３６】
更に本発明の発光装置によれば、前記多孔質シリコン層の製造時に砒素を含んだ材料を用いることがないため、環境にやさしく、また有害物質の分離，回収処理等が一切不要となって発光装置を比較的低コストで製作することが可能となる。
【００３７】
また更に本発明の発光装置によれば、シリコン基板や多孔質シリコン層が単結晶シリコンにより形成されており、化学的に極めて安定していることから、使用時に熱や電界による転位の影響を受けにくく、その発光特性を長期間にわたって良好な状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかる発光装置の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】感光材Ｐに照射される光の配列を示す図である。
【図４】本発明の他の形態にかかる発光装置の断面図である。
【図５】従来の発光装置の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・シリコン基板
１Ｖ・・・・・・・・・溝部
Ｖａ，Ｖｂ・・・・・・溝部１Ｖの斜面
３ａ，３ｂ・・・・・・発光素子
Ｐ・・・・・・・・・・感光材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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