(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に帯状の多孔質シリコン層を有するシリコン基板と、該シリコン基板の上面に形成され、一端が前記多孔質シリコン層上まで延在する複数個の透明電極と、前記シリコン基板の下面に形成された共通電極とから成り、各透明電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、両電極間に位置する前記多孔質シリコン層より光が発光するようになした発光素子アレイであって、前記多孔質シリコン層を前記シリコン基板の厚み方向に長い縦長状に形成し、前記多孔質シリコン層上面に断面Ｖ字型の溝部を形成したことを特徴とする発光素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子アレイに関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光源等に用いられる発光素子アレイに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来より、ページプリンタ用感光ドラム等の露光源として発光素子アレイが用いられている。
【０００３】
かかる従来の発光素子アレイとしては、例えば、複数の発光ダイオード素子を直線状に配列させてなるＬＥＤアレイ等が知られており、該ＬＥＤアレイの各発光ダイオード素子は、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る半導体基板の表面に、ｎ型半導体の単結晶とｐ型半導体の単結晶とをｐｎ接合させて成る化合物半導体層を形成した構造を有している。なお、このような発光ダイオード素子の化合物半導体層はガリウム−砒素−リン（ＧａＡｓＰ）等によって形成される。
【０００４】
そして、前記発光ダイオード素子は、化合物半導体層上に形成される個別電極と半導体基板の下面に被着される共通電極との間に所定の電流を流し、ｐ型半導体の単結晶に電子を注入するとともにｎ型半導体の単結晶に正孔を注入し、少数キャリアの一部を多数キャリアと発光再結合させることによって光を生じるようになっている。
【０００５】
なお、前記ＬＥＤアレイの化合物半導体層は、従来周知のＭＯＣＶＤ法やメサエッチング等によって発光ダイオード素子毎に半導体基板の上面に島状に形成されていた。
【０００６】
しかしながら、このような従来の発光素子アレイにおいては、前述したガリウム−砒素−リンの単結晶が発光ダイオード素子毎に独立して形成されており、これらを前述のＭＯＣＶＤ法等によって形成すると、その内部に多数の格子欠陥がランダムに形成されたり、或いは不純物が混入される等して各単結晶の特性が異なったものとなってしまう。そのため、前述のような発光素子アレイをプリンタ用の露光源として用いた場合、発光ダイオード素子間で発光ばらつきが生じ、印画に濃度むらが形成される欠点を有していた。
【０００７】
また、上述した従来の発光素子アレイにおいては、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）等のガスが大量に使用されることから、有害な砒素の分離，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上、望ましくなかった。
【０００８】
しかも、ガリウム砒素等の単結晶から成る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やすく、そのため、発光特性が比較的短時間のうちに変化し、使用に供しなくなる欠点も有していた。
【０００９】
一方、上述のような発光ばらつきの問題や発光特性の変化等を有効に防止するために、砒素やガリウム砒素等を一切用いずに発光素子を形成することが検討されている。かかる発光素子は、図４に示す如く、単結晶シリコンから成るシリコン基板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内に位置するシリコン基板１１の上面近傍を従来周知の陽極化成によって多孔質化し、さらにシリコン基板１１の上面及び下面に一対の電極１３，１４を被着させた構造を有しており、この一対の電極１３，１４間に電圧を印加して両電極１３，１４間の多孔質シリコン層１１ａを量子効果によって発光させるようにしたものである。
【００１０】
しかしながら、このような図５の発光素子は、シリコン基板１１の上面がほぼ平坦であるため、この平坦面に前述の陽極化成処理を施して多孔質シリコン層１１ａを形成しようとすると、多孔質シリコン層１１ａは半円状を描きながら形成されることとなる。このような発光素子の発光強度は一般に多孔質シリコン層１１ａの体積に比例するため、所定の発光強度を得るために陽極化成の処理時間を長くする等して多孔質シリコン層１１ａの体積を増やそうとすると、発光部がシリコン基板１１の面方向に大きく広がり、シャープな発光出力が得られなくなる欠点を有している。またこの場合、発光部がシリコン基板１１の面方向に大きく広がってしまうため、複数の発光素子を高密度に配列させてプリンタ用の露光源を構成することは困難であった。
【００１１】
【問題点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、本発明の発光素子アレイは、上面に帯状の多孔質シリコン層を有するシリコン基板と、該シリコン基板の上面に形成され、一端が前記多孔質シリコン層上まで延在する複数個の透明電極と、前記シリコン基板の下面に形成された共通電極とから成り、各透明電極と前記共通電極との間に電圧を印加し、両電極間に位置する前記多孔質シリコン層より光が発光するようになした発光素子アレイであって、前記多孔質シリコン層を前記シリコン基板の厚み方向に長い縦長状に形成し、前記多孔質シリコン層上面に断面Ｖ字型の溝部を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
【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は本発明の発光素子アレイの一形態を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。図中、１はシリコン基板、１ａは多孔質シリコン層、１ｂは溝部、３は透明電極、４は共通電極である。
【００１３】
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る単結晶シリコンを２５０〜３５０μｍの厚みでスライスし板状に加工することにより形成される。
【００１４】
また、前記シリコン基板１の上面には、帯状の多孔質シリコン層１ａと窓付きの絶縁膜２とが設けられている。前記多孔質シリコン層１ａは、例えば、気孔率５０〜６５％、平均気孔径１×１０−７〜１×１０−４μｍで形成されているため、間接遷移型よりも直接遷移型に近い状態となっており、後述する透明電極３及び共通電極４間に５〜５０ｍＡの電流を流すと、多孔質シリコンの量子効果によって波長６００〜７８０ｎｍ程度の光を発する。
【００１５】
また、前記絶縁膜２は窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）等の絶縁材料によって０．１〜０．３μｍの厚みに形成されており、前述の多孔質シリコン層１ａを陽極化成処理等によって形成する際に、その形成領域を規制するためのマスクとしての作用を為す。
【００１６】
なお、前記絶縁膜２は従来周知のスパッタリング法やフォトリソグラフィー技術を採用することによって形成され、多孔質シリコン層１ａは従来周知の陽極化成によって形成される。この陽極化成は、単結晶シリコンから成る基板の上面に窓付き絶縁膜２を被着させてこれをフッ酸溶液中に浸漬するとともに、該浸漬したシリコン基板１の両側に一対の電極を配置させ、これら電極間に所定の電力を印加し、絶縁膜２の窓部２ａ内に位置するシリコン基板１の表面を３０ｍＡ・ｃｍ程度の電流密度にて所定時間（約５分間）保持することで行なわれる。
【００１７】
また、このような多孔質シリコン層１ａ及び絶縁膜２を有したシリコン基板１の上面には複数個の透明電極３が、また下面には共通電極４が形成されており、この両電極３，４間に位置する多孔質シリコン層１ａによって発光部Ａを構成している。
【００１８】
前記複数の透明電極３は、例えば、ＩＴＯ等の透明な導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚みをもって形成されており、各一端を前記窓部２ａ内の多孔質シリコン層１ａ上まで延在させ多孔質シリコン層１ａと電気的に接続させておくことにより発光部Ａに電流を流すための一方の電極として機能する。
【００１９】
また、前記共通電極４は、例えば、金や銀，銅等の導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚みに形成されており、後述する発光部Ａに電流を流すための他方の電極として機能する。
【００２０】
なお、前述した絶縁膜２や透明電極３，共通電極４は、従来周知の薄膜手法、例えば、スパッタリングやフォトリソグラフィー技術等を採用することによって所定厚み、所定パターンに被着・形成される。
【００２１】
そして、このような発光素子アレイの多孔質シリコン層上面には、断面Ｖ字型の溝部１ｂが形成されている。前記溝部１ｂは、シリコン基板１の上面に該基板１を形成する単結晶シリコンの（１１０）方位に沿って例えば幅ｗ１：２〜５μｍ、深さｈ１：２〜６μｍ、角度θ：５４〜５５°の大きさで形成されており、多孔質シリコン層１ａを前述の陽極化成処理によって形成する際、シリコン基板１の厚み方向にかかる電流の流れを溝部１ｂの底部に集中させて多孔質シリコン層１ａを縦長に、例えば幅ｗ２：３〜５μｍ、深さｈ２：５〜１０μｍの半楕円状に形成する作用を為す。
【００２２】
これにより、必要な発光出力を確保するのに多孔質シリコン層１ａの体積を増やすような場合であっても、多孔質シリコン層１ａの形成領域がシリコン基板１の面方向に大きく広がることはなく、個々の発光部Ａを小さくして高密度に配列させることが可能となる。
【００２３】
また、前記多孔質シリコン層１ａはその各々がシリコン基板の厚み方向に長い縦長状に形成されているため、図３に示すような極めてシャープな発光出力が得られるようになり、これによってプリンタ用の露光源として適した発光素子アレイを得ることができる。
【００２４】
この場合、発光部Ａを構成する多孔質シリコン層１ａやシリコン基板１には、格子欠陥が形成されたり、或いは製造工程中に不都合な不純物が混入したりすることはなく、従来例として示した発光ダイオード素子のように、発光部Ａ間で発光ばらつきを生じることもない。よってプリンタ用の露光源として用いる場合であっても濃度むらの無い良好な印画が得られる。
【００２５】
また、前述の多孔質シリコン層１ａは、その製造時に砒素を含んだ化学物質等を用いることがなく、有害物質の分離，回収処理等が一切不要となる。これにより、発光素子アレイを比較的低コストで製作することができる。
【００２６】
さらに、前記シリコン基板１や多孔質シリコン層１ａは、単結晶シリコンにより形成されており、化学的に安定であることから、発光素子アレイ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、発光特性を長期間にわたって良好に維持することができる。
【００２７】
なお、前述のような溝部１ａの形成は、まず、上面に窓部２ａを有する絶縁膜２が被着されたシリコン基板１を準備し、これを所定濃度の水酸化カリウム溶液中に一定時間浸漬してエッチングすることにより行なわれる。このとき、シリコン基板１を形成する単結晶シリコンの（１００）方位はシリコン基板１の厚み方向に、（１１１）方位は溝部１ａの向きと直交する方向にそれぞれ合致させてあり、シリコン基板１の厚み方向にかかるエッチングレートは溝部１ａの向きと直交する方向にかかるエッチングレートの約１０倍となっているため、このエッチングにて形成される溝の断面形状を略Ｖ字形状になすことができる。
【００２８】
かくして、上述した発光素子アレイは、プリンタ用の露光源として用いる場合、各透明電極３及び共通電極４間に外部からの印画データに基づいて所定の電圧を印加し、両電極３，４間の多孔質シリコン層１ａより選択的に光を発光させ、これを感光ドラム等に照射させることによって発光素子アレイとして機能する。
【００２９】
なお、本発明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、改良が可能であり、例えば、シリコン基板上面に設けられる溝部の形状は必ずしも図２のような鋭いＶ字型でなくても良く、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発光部Ａ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、発光部Ａからの光をよりシャープになすことができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の発光素子アレイによれば、多孔質シリコン層上面に断面Ｖ字型の溝部を形成したことから、必要な発光出力を確保するのに多孔質シリコン層の体積を増やすような場合であっても、多孔質シリコン層の形成領域がシリコン基板の面方向に大きく広がることはなく、個々の発光部を小さくして高密度に配列させることができる。
【００３１】
また、本発明の発光素子アレイによれば、多孔質シリコン層が縦長状に形成されることから、極めてシャープな発光出力を得ることができ、プリンタ用の露光源として適した発光素子アレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子アレイの一形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】発光部の発光特性を示す線図である。
【図４】従来の発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・シリコン基板
１ａ・・・多孔質シリコン層
１ｂ・・・溝部
３・・・・透明電極
４・・・・共通電極
【図１】
0003612170.tif 000002
【図２】
0003612170.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003612170.tif 000005