(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に断面Ｕ字状もしくは断面Ｖ字状の溝を有し、且つ該溝の下部領域の内表面から縦長の半楕円状に多孔質シリコン層を形成したシリコン基板と、
該シリコン基板の上面に形成され、一端が前記溝内を充填するようにして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、
前記溝の上部領域の前記透明電極に覆われた内表面に反射率が９０％以上の金属層を被着させ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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。尚、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】
尚、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への配慮という点でも望ましくない。
【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、使用に供し得なくなることもあった。
【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製作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、多孔質シリコン層１１ａを有した単結晶シリコン基板１１の上面に透明電極１３を、下面に共通電極を被着させた構造を有しており、該発光素子は両電極１３，１４間の多孔質シリコン層１１ａに所定の電圧を印加することによって多孔質シリコン層１１ａを量子効果により発光させるようになしている。
【００１０】
尚、前記多孔質シリコン層１１ａは、シリコン基板１１の上面に窒化シリコン等から成る所定のマスク（図示せず）を被着させておき、その後、前記マスクの窓部内に位置するシリコン基板１１の上面付近を従来周知の陽極化成によって多孔質化することにより形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような図４の発光素子は、シリコン基板１１の上面がほぼ平坦であることから、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は略半円状に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べく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。
【００１２】
【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、本発明の発光素子アレイは、上面に断面Ｖ字状もしくは断面Ｕ字状の溝を有し、且つ該溝の下部領域の内表面から縦長の半楕円状に多孔質シリコン層を形成したシリコン基板と、該シリコン基板の上面に形成され、一端が前記溝内を充填するようにして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、前記溝の上部領域の前記透明電極に覆われた内表面に反射率が９０％以上の金属層を被着させたことを特徴とするものである。
【００１３】
【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は本発明の一形態に係る発光素子アレイの平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１はシリコン基板、１ａは溝、１ｂは多孔質シリコン層、２は金属層、３は透明電極、４は共通電極である。
【００１４】
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例えば２５０〜３５０μｍの厚みにスライスし、しかる後、これをダイシングなどによって所定形状と成すことにより製作される。
【００１５】
また前記シリコン基板１の上面には、例えば下部領域（底部）の内表面の曲率半径が１．０〜２．５μｍに設定された断面Ｕ字状の溝１ａが設けられる。この溝１ａは、シリコン基板１上面の長手方向（単結晶シリコンの１１０方位）にわたり例えば幅２〜５μｍ、深さ２〜６μｍでもって形成されており、該Ｕ字状の溝１ａは後述する多孔質シリコン層１ｂを陽極化成処理によって形成する際、多孔質シリコン層１ｂを縦長状に形成すべくシリコン基板１の厚み方向にかかる電流の流れを溝１ａの下部領域に集中させる作用を為す。尚、このような断面Ｕ字状の溝１ａはカッターを用いたスクライビング等によって形成される。
【００１６】
また前記シリコン基板１は、溝１ａの下部領域の内表面に多孔質シリコン層１ｂを有している。
前記多孔質シリコン層１ｂは縦長の半楕円状を成すように形成され、その多孔度は５０〜６５％に、平均気孔径は１×１０-7〜１×１０-4μｍに設定されているため、間接遷移型よりも直接遷移型に近いと考えられており、後述する透明電極３及び共通電極４間に所定の電圧を印加すると、多孔質シリコンの量子効果によって波長６００〜７８０ｎｍの光を発光するようになっている。
【００１７】
この場合、多孔質シリコン層１ｂは縦長の半楕円状に形成されているため、必要な発光出力を確保するのに多孔質シリコン層１ｂ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１ｂ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、従って個々の発光領域を小さくして高密度に配列させることができるとともに、個々の発光領域から極めてシャープな発光出力が得られるようになり、これにより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可能となる。
【００１８】
尚、前記多孔質シリコン層１ｂは、まず溝１ａの下部領域のみを露出させるようにして表面をマスクで被覆したシリコン基板１を所定のフッ酸溶液中に浸漬し、該浸漬したシリコン基板１の露出部に従来周知の陽極化成処理を施し、露出部に位置する単結晶シリコンを多孔質化することにより形成される。例えばこの陽極化成処理の際の露出部の電流密度を３０ｍＡ・ｃｍとし、この状態を約５分間保持した場合、多孔質シリコン層１ｂの幅ｗは３〜５μｍ、深さｈは５〜１０μｍとなる。
【００１９】
そして前記溝１ａの上部領域の内表面には反射率が９０％以上の金属層２が被着される。
前記金属層２は例えばアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ），金（Ａｕ）等の金属を所定厚みに被着させてなり、該金属層２は溝１ａ内で四方に拡散しようとする光を溝１ａの上方に反射させて溝１ａの真上に集めることにより発光素子アレイの発光出力をより効果的に向上させる作用を為す。
【００２０】
尚、前記反射率９０％以上の金属層２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）から成る場合、従来周知のスパッタリング法により０．１〜０．５μｍの厚みに被着させることによって形成され、また金（Ａｕ）から成る場合、従来周知の蒸着法により０．０５〜０．２μｍの厚みに被着させることによって形成される。
【００２１】
そしてこのようなシリコン基板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が被着・形成される。これらの電極３，４は多孔質シリコン層１ｂを発光させるための所定の電力を印加する作用を為す。前記透明電極３はシリコン基板１の上面に例えば、ＩＴＯ等の透明な導電材料により２０〜３０μｍのピッチで被着・配列され、該各透明電極３の一端を前記溝１ａ内を充填するようにして多孔質シリコン層１ｂ上まで延在させておくことにより多孔質シリコン層１ｂと電気的に接続される。
【００２２】
また前記共通電極４は、シリコン基板１の下面に例えば、金や銀，銅等の導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚みをもって形成される。
【００２３】
尚、前記透明電極３及び共通電極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。
【００２４】
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１ｂ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。
【００２５】
尚、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、改良が可能である。
【００２６】
例えば上述の形態ではシリコン基板上面に設けられる溝１ａの形状を断面Ｕ字状になしたが、これに代えて図３に示す如く溝１ａ’を断面Ｖ字状になしても良い。この場合、溝１ａ’は、カッターを用いたスクライビング以外に、シリコン単結晶の異方性を利用したエッチング技術によっても形成することができ、その場合、まずシリコン基板１の表面に上面の所定領域のみが露出されるようにしてマスクを被着させ、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シリコン基板１の露出部をエッチングすることにより形成される。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、エッチングにより形成される溝１ａ’の断面形状は角度θが５４〜５５°のＶ字状となる。
【００２７】
また上述の形態では溝１ａの下部領域の内表面を曲面により構成したが、これに代えて複数の平面を多角形状に並べて溝１ａの下部領域の内表面を構成しても構わない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の発光素子アレイによれば、シリコン基板の上面に断面Ｕ字状もしくは断面Ｖ字状の溝を設け、該溝の下部領域の内表面から縦長の半楕円状に多孔質シリコン層を形成し、シリコン基板の上面に一端が溝内を充填するようにして多孔質シリコン層上まで延在する複数個の透明電極を形成し、シリコン基板の下面に共通電極を形成するとともに、溝の上部領域の透明電極に覆われた内表面に反射率が９０％以上の金属層を被着させるようになしたことから、多孔質シリコン層を縦長の半楕円状として発光素子を高密度に配列させることができるとともに、個々の発光領域より発光する光を極めてシャープになすことができ、しかも、前記溝内で拡散しようとする光を前記金属層で反射させて溝の真上に集めることができる。これにより、発光素子アレイの解像度及び発光輝度が著しく向上し、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可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る発光素子アレイの平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の他の形態に係る発光素子アレイの断面図である。
【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，１ａ’・・・・溝、１ｂ・・・・多孔質シリコン層、２・・・・金属層、３・・・・透明電極、４・・・・共通電極
【図１】
0003652134.tif 000002
【図２】
0003652134.tif 000003
【図３】
0003652134.tif 000004
【図４】
0003652134.tif 000005