(57)【要約】【課題】  過度の平坦化や表面処理をしなくても、接合表面の処理や接合工程が容易で、良好な接合強度及び接合強度分布が得られる半導体接合形態を提供する。【解決手段】  半導体薄膜層１０４と、基板１０１とを有し、半導体薄膜層１０５と基板１０１とが、高融点金属１０３と、高融点金属１０３と低融点金属１０４との合金の層１２１とを介して相互に接合されて、合金１２１が、低融点金属１０４よりも高い融点を有する半導体複合装置を構成する。低融点金属がＩｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｅ及びＴｌからなる群から選択される。高融点金属がＡｕ、Ｐｄ、Ｎｉからなる群から選択される。【選択図】        図１
2006140186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体薄膜層と、
基板とを有し、
前記半導体薄膜層と前記基板とが、高融点金属と低融点金属との合金の層を介して相互に接合されていることを特徴とする半導体複合装置。
【請求項２】
前記合金の融点が前記低融点金属より高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体複合装置。
【請求項３】
前記合金の層は、低融点金属と半導体薄膜層の材料との反応成分を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体複合装置。
【請求項４】
前記合金が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
【請求項５】
前記合金の層が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体複合装置。
【請求項６】
基板と、
半導体薄膜と、
前記半導体薄膜と前記基板との間に設けられた高融点金属層と、
前記高融点金属層と前記半導体薄膜との間に設けられた、高融点金属の一部と低融点金属との反応領域とを有し、
前記基板と前記半導体薄膜とが、前記高融点金属層と前記反応領域とを介して、相互に接合されることを特徴とする半導体複合装置。
【請求項７】
前記反応領域は、低融点金属と半導体薄膜の材料との反応成分を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体複合装置。
【請求項８】
前記反応領域が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の半導体複合装置。
【請求項９】
基板と、
半導体薄膜と、
前記基板と前記半導体薄膜との間に設けられ、低融点金属の成分と、高融点金属の成分からなる第１の金属層と、
前記半導体薄膜の表面と、前記第１の金属層との間に設けられた第2の金属層と、
半導体薄膜の表面と前記第２の金属層との間に、前記半導体薄膜の表面と前記第2の金属層との反応層とを備えていることを特徴とする半導体複合装置。
【請求項１０】
前記第１の金属層が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体複合装置。
【請求項１１】
第１の材料を含む基板と、
第２の材料を含む半導体薄膜と、
前記基板と前記半導体薄膜との間に設けられるとともに、少なくとも低融点金属を含む第１の金属とを含み、
前記第１の金属と前記半導体薄膜との間に設けられるとともに、前記第２の材料と、前記第１の金属層との反応成分とを含み、
前記半導体薄膜と前記基板とが、第１の金属と反応成分とを介して相互に接合されていることを特徴とする半導体複合装置。
【請求項１２】
前記低融点金属がＩｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｅ及びＴｌからなる群から選択されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１３】
高融点金属がＡｕ、Ｐｄ、Ｎｉからなる群から選択されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１４】
前記第２の金属層がＴｉ、Ｎｉ及びＧｅの群から選択される少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項９に記載の半導体複合装置。
【請求項１５】
前記半導体薄膜がＡｌＧａＡｓを含み、ＧａＡｓからなる層を更に含み、この層が、金属の層と接触することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１６】
前記半導体薄膜がＡｌＧａＩｎＰを含み、ＧａＡｓからなる層を更に含み、この層が、金属の層と接触することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１７】
前記半導体薄膜が、窒化物半導体材料を含むことを特徴とする請求項1から請求項１１ のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１８】
前記低融点金属を含む層が、少なくとも１つの低融点金属を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項１９】
前記低融点金属を含む層が、少なくとも１つの層からなることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項２０】
前記半導体薄膜には、ＬＥＤ素子が形成されることを特徴とする請求項１から請求項１１９のいずれかに記載の半導体複合装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項１９に記載の半導体複合装置と、
前記半導体複合装置が出力する光を調整する光学手段とを備えたことを特徴とするＬＥＤヘッド。
【請求項２２】
請求項２１に記載のＬＥＤヘッドと、
前記ヘッドにより露光される感光体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
半導体薄膜層を形成する工程と、
表面に高融点金属層と、前記高融点金属層上に設けられた低融点金属層とを有する基板を準備するステップと、
前記半導体薄膜層を前記基板の低融点金属層上に密着させるステップと、
前記低融点金属層の融点より高く、前記高融点金属層の融点より低く、前記半導体薄膜層の特性に影響を与えない温度にて、前記低融点金属層を溶融させるステップとを有することを特徴とする半導体複合装置の製造方法。
【請求項２４】
前記半導体薄膜層を形成する工程が、前記基板の低融点金属層上に密着する高融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の半導体複合装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体複合装置と、半導体複合装置の製造方法と、半導体複合装置を使用したＬＥＤヘッド及びＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術には、例えば、非特許文献１に開示されるものがある。図２０（ａ）から図２０（ｂ）は、その概略を示す。図２０（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板３００１と半導体膜層３００３との間に、剥離層３００２が設けられたＧａＡｓ層／ヘテロエピタキシャル層となっている。剥離層３００２は、厚さ５μｍのＧａ０．３Ａｌ０．７Ａｓ層からなる。半導体膜層３００３は、ＧａＡｓエピタキシャル層からなる。図２０（ｂ）に示すように、この半導体膜層３００３を、ＨＦに浸漬して、剥離層３００２をエッチング除去することにより、上層の半導体膜層３００３を基板３００１から剥離する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６３８０７号公報
【非特許文献１】Ｍ．  Ｋｏｎａｇａｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ４５（１９７８），  ＰＰ２７７−２８０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例のごとく、剥離した、半導体薄膜を例えば、Ｓｉ基板面に接合する。接合面の平坦性が、接合の強さや密着性等の接合品質に影響を与える。したがって、接合面の平坦性を良好にすることが重要であり、例えば、ナノオーダの平坦性が望ましい。更に、この種の接合は、例えば、接合する材料の接合表面間の分子間力（ファンデルワールス力、Ｖａｎｄｅｒ  Ｗａａｌｓ  ｆｏｒｃｅｓ）によって行う。したがって、接合表面間に強い引力が働くためには、接合面間の距離がナノオーダまで接近する必要がある。しかしながら、一般的には、接合面は必ずしも材料元素が完全に露出しているとは限らない。
【０００５】
例えば、接合表面は、有機物などで覆われていること場合が多い。したがって、良好な接合強度を確保するためには、しばしば、接合表面を清浄な状態にするためにクリーニング処理を行なう必要がある。また、充分な接合強度を得るためには、接合面の活性化処理を必要とする場合がある。このような表面処理は材料によって決まるものであり、表面処理が複雑になることもある。本発明は、過度の平坦化や表面処理をしなくても、接合表面の処理や接合工程が容易で、良好な接合強度及び接合強度分布が得られる半導体接合形態を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体複合装置は、
半導体薄膜層と、
基板とを有し、
前記半導体薄膜層と前記基板とが、高融点金属と低融点金属との合金の層を介して相互に接合されていることを特徴とする。
【０００７】
前記合金の融点が、前記低融点金属層よりも高いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の半導体複合装置は、
第１の材料を含む基板と、
前記基板上に接合されるとともに第２の材料を含む半導体薄膜と
前記半導体薄膜の表面と、基板との間に、低融点金属と、前記低融点金属よりも融点の高い高融点金属とを有し、
前記基板と前記半導体薄膜との間に、前記低融点金属と高融点金属との反応領域とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
前記合金の層は、低融点金属と半導体薄膜層の材料との反応成分を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記合金の層が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１１】
基板と、
半導体薄膜と、
前記半導体薄膜と前記基板との間に設けられた高融点金属層と、
前記高融点金属層と前記半導体薄膜との間に設けられた、高融点金属の一部と低融点金属との反応領域とを有し、
前記基板と前記半導体薄膜とが、前記高融点金属層と前記反応領域とを介して、相互に接合される特徴とする。
【００１２】
前記反応領域は、低融点金属と半導体薄膜の材料との反応成分を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記反応領域が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
本発明による別の半導体複合装置は、
基板と、
半導体薄膜と、
前記基板と前記半導体薄膜との間に設けられ、低融点金属の成分と、高融点金属の成分からなる第１の金属層と、
前記半導体薄膜の表面と、前記第１の金属層との間に設けられた第２の金属層と、
半導体薄膜の表面と前記第２の金属層との間に、前記半導体薄膜の表面と前記第２の金属層との反応層とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
前記第１の金属層が、ＡｕｘＩｎｙ、ＰｄｘＩｎｙ、ＮｉｘＩｎｙのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明による別の半導体複合装置は、
第１の材料を含む基板と、
第２の材料を含む半導体薄膜と、
前記基板と前記半導体薄膜との間に設けられるとともに、少なくとも低融点金属を含む第１の金属とを含み、
前記第１の金属と前記半導体薄膜との間に設けられるとともに、前記第２の材料と、前記第１の金属層との反応成分とを含み、
前記半導体薄膜と前記基板とが、第１の金属と反応成分とを介して相互に接合されていることを特徴とする。
【００１７】
前記低融点金属がＩｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｃｅ及びＴｌからなる群から選択されることを特徴とする。
【００１８】
高融点金属がＡｕ、Ｐｄ、Ｎｉからなる群から選択されることを特徴とする。
【００１９】
前記第２の金属層がＴｉ、Ｎｉ及びＧｅの群から選択される少なくとも１つを備えていることを特徴とする。
【００２０】
前記半導体薄膜がＡｌＧａＡｓを含み、ＧａＡｓからなる層を更に含み、この層が、金属の層と接触することを特徴とする。
【００２１】
前記半導体薄膜がＡｌＧａＩｎＰを含み、ＧａＡｓからなる層を更に含み、この層が、金属の層と接触することを特徴とする。
【００２２】
前記半導体薄膜が、窒化物半導体材料を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記低融点金属を含む層が、少なくとも１つの低融点金属を含むことを特徴とする。
【００２４】
前記低融点金属を含む層が、少なくとも１つの層からなることを特徴とする。
【００２５】
前記半導体薄膜には、ＬＥＤ素子が形成されることを特徴とする。
【００２６】
本発明によるＬＥＤヘッドは、上記半導体複合装置と、前記半導体複合装置が出力する光を調整する光学手段とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明による画像形成装置は、前記ＬＥＤヘッドと、
前記ヘッドにより露光される感光体とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明による半導体複合装置の製造方法は、
半導体薄膜層を形成する工程と、
表面に高融点金属層と、前記高融点金属層上に設けられた低融点金属層とを有する基板を準備するステップと、
前記半導体薄膜層を前記基板の低融点金属層上に密着させるステップと、
前記低融点金属層の融点より高く、前記高融点金属層の融点より低く、前記半導体薄膜層の特性に影響を与えない温度にて、前記低融点金属層を溶融させるステップとを有することを特徴とする。
【００２９】
前記半導体薄膜層を形成する工程が、前記基板の低融点金属層上に密着する高融点金属層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
高融点金属の上に低融点金属を積層し、この低融点金属の上に半導体薄膜層を乗せて加熱・密接させる。その後、低融点金属と高融点金属とを反応させて、低融点金属と高融点金属との共晶により合金を作る。この合金は、低融点金属よりも融点が高くなるから、接着の際に使用した温度では溶けない。低融点金属の単独層の部分が残留しない。したがって、半導体薄膜の加工工程などで、温度が上昇しても、半導体薄膜とＳｉ基板間の金属層が溶融することはない。したがって、異種基板材料間の接合が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明における低融点金属層（Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｃｅ、Ｂｉ）を以下のとおり定義する。低融点金属層とは、半導体素子の製造工程中に形成される発光ダイオードまたは回路素子に影響を与えない温度を融点とする金属層である。例えば、本発明においては、素子間を接続する際に、例えば、電子ビーム蒸着装置を使って金属材料を蒸着し、例えば、リフトオフ法によって、半導体薄膜の表面に配線層（例えば、図３に示す１０１４）を形成する。上記低融点金属の融点は、例えば、配線形成工程や層間絶縁膜形成工程などの基板加熱温度、フォトリソグラフィ工程でのベーキング温度、配線のオーミック電極形成のシンター温度などの作製プロセスにおける最高温度よりも低い。作製プロセスにおける最高温度は、本発明を適用して製作する半導体装置によって若干異なるが、例えば、４００℃以下である。
【００３２】
本発明における高融点金属層（Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｇ）を以下のとおり定義する。高融点金属層とは、少なくとも半導体素子形成温度よりも高い温度で溶融する金属層である。すなわち、半導体製造プロセスにおける最高温度においても、固体状態を保つことができる金属であり、融点は、例えば、６００℃以上となる。
【００３３】
本発明における密着金属層（Ｃｒ、Ｔｉ）を以下のとおり定義する。密着金属層とは、基板（例えば、Ｓｉ基板）と密着及び電気的コンタクトをとるのに必要な金属層である。なお、密着金属層に使用される金属は必ずしも高融点を有する必要はないが、低融点金属が溶ける際に、同時に溶けるのは好ましくないため、比較的高い融点を有する金属層を使用する。密着金属層の融点は、Ｃｒの場合は１８９０℃、Ｔｉの場合は１６７５℃であるので、密着金属層は高融点金属となる。
【００３４】
本発明では、「化合」、「固溶体」及び「共晶」からなる合金の生成を、「反応」として扱う。また、本発明での「合金」は、金属同士の合金の他に、半導体組成と金属との「反応」の結果生成されるものも合金として扱う。  
【００３５】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１を模式的に示す。図１では、１０１は、例えば、Ｓｉ基板、１０２は、例えば、Ｃｒ層からなる金属層１である。１０３は、例えば、Ａｕ層からなる金属層２である。金属層１は、金属層２と基板、例えば、Ｓｉ基板の密着性を確保するための密着層である。
【００３６】
１０４は、例えばＩｎ層からなる低融点金属層であり、１０５は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系のヘテロエピタキシャル半導体層からなる半導体薄膜層である。この半導体薄膜層は、一例としては、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ／ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＧａＡｓである。ここで、ｘ、ｙ、ｚの関係は、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｚ≧０、ｘ＞ｙ、ｚ＞ｙである。低融点金属層の厚さは、５−１００ｎｍ程度である。
【００３７】
ここで、高融点金属層としてのＡｕ層１０３と、低融点金属層としてのＩｎ層１０４とが、両者のもともとあった界面１１１付近で互いに反応して、ＡｕｘＩｎｘの１種類又は２種類以上の組成からなる共晶層１２１を形成している。また、Ｉｎ層と半導体薄膜層１０５の界面１１２では、例えば、前記半導体薄膜層１０５のＧａＡｓとＩｎ層が反応して、反応層１２２を形成する。初めにあったＩｎ層１０４は、Ａｕ層１０３や半導体薄膜層１０５と反応し、その全体においてＩｎのみの層が残留していないことが望ましい。高融点金属層の厚さは、５−１００ｎｍ程度である。
【００３８】
図２は、半導体薄膜層の形態の例を模式的に示している。図２において、２０１は基板、２０３は半導体薄膜層２１１を基板２０１から剥離するための剥離層、２０２は基板２０１の上に半導体エピタキシャル層を形成するためのバッファー層である。半導体薄膜層２１１は、例えば、２０４、２０５、２０６、２０７及び２０８の各層の順に、
ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ｎ−ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ／ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ／ｐ−ＧａＡｓとすることができる。ここで、例えば、ｚ＞ｙ、ｘ＞ｙとすることができる。すなわち、ｎ−ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓを活性層（発光層）とする発光ダイオードを形成するダブルヘテロ・エピタキシャル層構造とすることができる。
【００３９】
図３と図４は、図１の形態を採用した半導体複合装置の一例を示している。図３は上面図を示し、図４は図３のＡ−Ａ線に沿ってみた断面を示す。図３において、１００１は、例えば、発光素子を駆動制御するための駆動集積回路等の半導体素子、１００２は駆動集積回路に設けた個別出力領域で、各半導体素子に設ける個別配線の接続領域である。１０１０は金属層領域であり、１０１１は半導体薄膜のうち、それぞれ素子分離された個別素子の共通領域である。１０１２は、例えば、発光領域を含む個別発光素子領域等の素子分離された個別素子領域である。前記個別素子領域は、少なくとも、例えば、活性層の下面まで達する深さのメサエッチング溝によって素子分離される。１０１３は配線形成を行なうための層間絶縁膜である。１０１４は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜等の個別配線である。図３に示す例では、半導体薄膜は、一列に配列された複数の発光素子アレイを備えている。駆動集積回路は、各発光素子を駆動制御するための電源や制御信号の入力領域も備えている（図示を省略する）。
【００４０】
まず、この形態の機能を説明する。図１に示したように、例えば、半導体薄膜をＩｎ／Ａｕ積層上に密着及び加圧した状態で設け、例えば、Ｉｎの融点より高い１６５℃で加熱する。ここで、Ｉｎは溶融しており、半導体薄膜の密接面、例えば、ＧａＡｓ層表面と反応し、ＧａＡｓ／Ｉｎ反応層１２２が形成される。また、Ｉｎの別の部分はＡｕ層と反応し、Ｉｎ／Ａｕ共晶層１２１が形成される。図１では未反応のＡｕが残留している。Ｉｎ／Ａｕ共晶層１２１は、例えば、ＡｕＩｎ２やＡｕＩｎが形成される。ＡｕＩｎ２やＡｕＩｎの融点は、それぞれ約５４０℃と５１０℃であり、Ｉｎ単層の融点１５６℃より大幅に高くなる。また、Ｉｎ／ＰｄやＩｎ／Ｎｉでは、それぞれ６６４―７０９℃と４６２―７７０℃である。
【００４１】
次に、この形態における製作工程を説明する。図５、図６及び図７は、素子の製作工程の例を模式的に示す。図５で２０１はＧａＡｓ基板、２０２はＧａＡｓバッファー層、２０３は剥離層で例えばＡｌＡｓ層、２０４はＧａＡｓコンタクト層、２０５はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓクラッド層１、２０６はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ活性層、２０７はＡｌｚＧａ１−ｚＡｓクラッド層２、２０８はＧａＡｓコンタクト層、３１１は半導体薄膜層３２１の保護層で、例えば、厚さ１−１００μｍの範囲にあるレジスト材料である。図６に示すように、剥離層２０３だけを選択的にエッチングできるエッチング液、例えば、５−１０％のＨＦ（弗化水素）に浸漬することにより、剥離層２０３をエッチング除去する。図７は、完全に剥離層２０３をエッチングにより除去し、半導体薄膜３２１を基板側から剥離した状態を示す。
【００４２】
図８は半導体薄膜片３２１が接合される異種基板を示し、この基板は、例えば、Ｓｉ基板上に積層した金属層を備えている。図８において、４０１はＳｉ基板であり、４０２は密着を保持するための金属層であり、例えばＣｒ層からなる。４０３は、例えば、Ａｕ層からなる比較的高融点を有する金属層である。４０４は、融点が低い金属層で、例えば、Ｉｎ層である。
【００４３】
図９に示すように、半導体薄膜片（半導体薄膜層＋半導体薄膜の支持体）５０１をＳｉ基板上に設けた金属積層構造５０２上に加熱及び加圧して密接させる。このときの加熱温度は支持体がダメージを受けない又は支持体が変質しない、あるいは支持体が除去可能となる温度範囲とする。例えば、８０℃から２００℃とする。図１０は、半導体薄膜片（半導体薄膜層＋半導体薄膜の支持体）５０１と金属積層構造５０２が密接している状態を示している。その後、支持体３１１を除去する。支持体３１１を除去するには、例えば、加熱（例えば８０℃）したレジスト剥離液に浸漬すればよい。図１１は支持体３１１を半導体薄膜層から除去した状態を示している。
【００４４】
次に、積層金属層を相互に反応、また、金属層と半導体層（ＧａＡｓ層）を反応させるために加熱する。加熱は、例えばホットプレート上で行なうことができる。図１２は、図１１の状態で、金属層と半導体層（ＧａＡｓ層）を反応させた後の状態を示す。図１２の構造は、図１に示すものと同様なので、説明を省略する。
【００４５】
図１３は、図９から図１２に示した複合半導体装置を使用してつくった発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す。図１３において、７０１は発光領域であり、７０２は電極パッド、７０３はオーミック電極である。７０４は、層間絶縁膜開口部を示している。図１４は、図１３の線Ａ−Ａに沿って見た断面を示す。
【００４６】
次に、図１４に示すように、半導体薄膜層（ＧａＡｓ層）と電極とのコンタクト７０３を形成してある。また、半導体薄膜層上に層間絶縁膜６０１を形成する。層間絶縁膜６０１としては、例えば、プラズマＣＶＤで形成したＳｉＮ膜を使うことができる。図示しないが、各発光部は少なくとも活性層に達する深さの分離溝により各発光部が素子分離されている。ここで、電極は、例えば、Ａｕ系の薄膜、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層で形成できる。
【００４７】
実施の形態１によれば、高融点金属の上に低融点金属を積層し、この低融点金属の上に半導体薄膜層を乗せて加熱・密接させる。その後、低融点金属と高融点金属とを反応させて、低融点金属の単独層の部分が残留しないようにしたので、以下の利点を有する。すなわち、（１）平坦性条件が緩和され、異種基板材料間の接合が容易となる。（２）低融点金属は、高融点金属と共晶により合金を作ると融点が高くなるから、接着の際に使用した温度では溶けない。したがって、半導体薄膜の加工工程などで、温度が上昇しても、半導体薄膜とＳｉ基板間の金属層が溶融することはない。
【００４８】
本発明の低融点金属の作用は、半導体薄膜層に形成された素子に影響のない温度において、半導体薄膜層１０５と基板１０１とを接着することである。したがって、この低融点金属は、基板に設けられた高融点金属層とのぬれ性がよい金属であれば、単一の元素或いは合金から自由に選択可能である。しかしながら、本実施例において、低融点金属と高融点金属との共晶により合金を作ると、合金を形成する前の各金属の溶融よりも、合金の融点が高くなる。したがって、両金属は、一旦溶融した後は、接着の際に用いた温度では溶けず、安定した接着状態を保つことができるので好ましい。
【００４９】
実施の形態１の変形例として、金属層を、Ｉｎ／Ａｕに代えて、Ｉｎ／Ｐｄ、Ｉｎ／Ｎｉ、Ｓｎ／Ａｕ、Ｓｎ／Ｎｉ、又はＳｎ／Ｐｄとしてもよい。
【００５０】
実施の形態２
図１５は、実施の形態２を示す。図１５において、８０１は基板、例えばＳｉ基板、８０２は、例えば、Ｃｒ層からなる金属層であり、Ｓｉ基板と金属層の密着性を保持するための密着層である。８０３は、例えば、Ｐｄ層からなる高融点金属層である。８０４は、例えばＩｎ層からなる低融点金属層である。８０５は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属層であり、半導体薄膜層８０６の接合面とオーミックコンタクトを形成する。８２１は、金属層８０３と金属層８０４とが反応することで形成される共晶層、例えば、ＰｄＩｎ、ＰｄＩｎ３等である。８２２は、前記金属層８０５と前記低融点金属層８０４とが反応してできる反応層である。低融点金属層８０４は、反応後に、低融点の金属単層の領域が残留していない状態が望ましい。ここで説明した形態を備えた素子の具体例としては、例えば実施形態１で説明した素子を挙げることができる。
【００５１】
次に、製作工程を説明する。図１６と図１７は製作工程の概略を示す。図１６において、半導体薄膜片９１０は、半導体薄膜８０６、半導体薄膜８０６を支持する支持体９０１、半導体薄膜８０６の下面に設けた金属層８０５を備えている。半導体薄膜８０６に対する異種材料基板９２０は、例えば、Ｓｉ基板８０１、Ｃｒ層８０２、Ｐｄ層８０３及びＩｎ層８０４から構成される。
【００５２】
図１７は、半導体薄膜片９１０を異種材料基板９２０へ接合し、半導体薄膜８０６の支持体９０１を除去した状態を示す。半導体薄膜片９１０を異種材料基板９２０へ接合した形態で、或いは、半導体薄膜８０６の支持体９０１を除去した状態で加熱し、金属層８０３、金属層８０４、金属層８０５の各界面で反応し、低融点金属層８０４が単層で残留していない状態となるようにする。例えば、Ｐｄ層８０３／Ｉｎ層８０４／Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ層８０５で構成した場合、１５０℃／０．５時間の加熱を行なう。
【００５３】
実施の形態２では、半導体薄膜上にオーミックコンタクトを形成する金属層を設け、低融点金属層と接するようにしたので、低融点金属層との反応形成とともに、半導体薄膜面とのコンタクト抵抗を小さくすることができる。
【００５４】
実施の形態２の変形例を説明する。金属層８０４は、Ｉｎ以外にＳｎ、Ｔｌ、Ｃｅ、Ｂｉであってもよい。また金属層８０４と接する金属層８０３は、Ｐｄ以外にＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、或いは、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉを含む金属層であってもよい。同様に金属層８０５は、Ａｕを含む金属層以外に、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、又はＰｄ、Ａｇ、Ｎｉを含む金属層であってもよい。また、金属層８０５の低融点金属層と接する金属をＩｎ等の低融点金属層で構成してもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、Ｓｉ基板上に化合物半導体薄膜を設ける具体例で説明したが、基板及び半導体薄膜を構成する材料は、実施の形態の説明で述べた材料に限定されない。Ｓｉ基板は、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板などの透明基板、セラミック基板、ブラスチック基板、金属基板など種々の基板を用いることができる。また、半導体薄膜は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の材料に代えて、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰなどの半導体や、ＩｎＧａＮ／ＧａＮなどの窒化物半導体であってもよい。また、その他、Ｓｉなどの半導体材料としてもよい。更に、半導体薄膜が備える半導体素子は、本実施の形態のような素子分離型のＬＥＤでなくとも、選択拡散によって形成したものであってもよい。また、ダブルヘテロ構造のほか、シングルヘテロ構造、ホモ構造であってもよい。発光素子は、ＬＥＤの他、レーザであってもよい。更に、発光素子である必要はなく、例えば、受光素子であってもよいし、その他の半導体素子であってもよい。
【００５６】
実施の形態３
実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２において、半導体薄膜と、この半導体基板と異種材料の基板とをボンディングする際に露出する低融点金属の表面処理に関する。実施の形態１と実施の形態２において、表面に露出する低融点金属表面を真空中または大気圧中で、例えばＮ２プラズマ、Ａｒプラズマ等を照射し、表面の酸化皮膜を除去する。次に、真空中、不活性ガス、又はＮ２ガス等を満たした酸化を防止する雰囲気中でボンディング面を密着させる。次に、低融点金属の融点よりも高い温度で加熱し、構成金属を反応させる。低融点金属表面は、表面を活性化する材料を使って活性化してボンディングすることもできる。このような活性化する材料には、例えば、エタノールアミン等のアミン類にホウフッ化物やホウフッ化物金属塩を添加したもの、その他ハロゲン化物などがある。
【００５７】
実施の形態３では、低融点金属の表面を被覆する酸化皮膜を除去するので均質で良好なボンディングが可能となる。
【００５８】
図１８は、本発明の半導体装置を搭載したＬＥＤヘッドの横断面図である。図１８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、前述の実施の形態で説明したＬＥＤ／ドライバ複合チップのいずれかが使用される。したがって、その発光部１０２ａとしては、同じく前述のＬＥＤエピフィルムが相当する。この発光部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。ロッドレンズアレイ１０３は、ロッド状の光学レンズを、発光部１０２ａの直線上に配列された発光素子の列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。
【００５９】
レンズホルダ１０４は、同図に示すように、ベース部材１０１及びＬＥＤユニット１０２を覆うように形成されている。そして、ベース部材１０１と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る。
【００６０】
したがって、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、電子写真画像形成装置や電子写真コピー装置等の露光装置として使用される。
【００６１】
上述のＬＥＤヘッドでは、ＬＥＤユニット１０２として、前述の実施の形態で示したＬＥＤ／トライバＩＣ複合チップのいずれかが使用されるため、コンパクトで高品質、更には大幅な材料コストの低減が実現可能なＬＥＤヘッドを提供することができる。
【００６２】
図１９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概略断面図である。図１９において、画像形成装置２００は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各画像をそれぞれ形成するプロセスユニット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の内部構成は共通なので、シアンのプロセスユニット２０３を例に説明する。
【００６３】
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、その回転方向の上流から順に、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の表面にシアンのトナーを付着させてトナー像を発生させる現像装置２０３ｄと、感光体ドラム２０３ａ上のトナー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。なお、これら各装置に使用されるドラムまたはローラは、図示しない駆動源からギヤなどを経由して伝達される動力により回転する。
【００６４】
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を搬送する搬送ローラ２１０及び記録媒体２０５の斜行を修正し、プロセスユニット２０１へ搬送するレジストローラ２１１を配設している。これらのホッピングローラ２０７、搬送ローラ２１０及びレジストローラ２１１は図示されない駆動源からギヤ等を介して伝達される動力により回転する。
【００６５】
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り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には感光体ドラム２０３ａ上に付着されたトナーによるトナー像を、記録媒体２０５に転写する際、感光体ドラム２０１ａ−２０４ａの表面電位とこれら各転写ローラ２１４の表面電位に差を持たせるための電位が印加される。
【００６６】
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及び加熱することにより、トナー像を定着する。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ヤ等を経由して伝達される動力により回転される。ここで使用される露光装置２０３ｃには、前述のＬＥＤヘッドが用いられる。
【００６７】
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２０６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、搬送ローラ２１０、レジストローラ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の間に搬送される。その後、記録媒体２０５は、感光体ドラム２０１ａと転写ローラ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。
【００６８】
各露光装置２０１ｃ−２０４ｃでは、対応の色の静電潜像を形成し、現像装置２０１ｄ−２０４ｄによって静電潜像をトナー像に現像する。記録媒体２０５がプロセスユニット２０２−２０４を順次通過する過程で、各色のトナー像が、記録媒体２０５の記録面に順次重ね合せて転写される。そして、記録媒体２０５は、定着装置２１３へ入り、トナー像が定着された後、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へ排出される。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。
【００６９】
以上のように、本発明の画像形成装置によれば、前述したＬＥＤヘッドを採用するため、スペース利用効率にすぐれ、高品質で低製造コストの画像形成装置を提供することができる。なお、このＬＥＤヘッドによるスペース利用効率や製造コストの低減は、上記説明したフルカラーのプリンタやコピー装置に限らず、モノクロ、マルチカラープリンタやコピー装置においても効果を発揮するが、特に露光装置を数多く必要とするフルカラープリンタにおいては大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１を模式的に示す。
【図２】半導体薄膜層の形態の例を模式的に示している。
【図３】図１の形態を採用した半導体複合装置の一例の上面図を示す。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿ってみた断面を示す。
【図５】素子の製作工程の例を模式的に示すもので、剥離前の半導体薄膜層を示す。
【図６】剥離層をエッチング除去する様子を示す。
【図７】半導体薄膜を基板側から剥離した状態を示す。
【図８】半導体薄膜が接合される異種基板を示す。
【図９】半導体薄膜層と半導体薄膜の支持層の構造を金属積層構造上に加熱及び加圧して密接させる前の状態を示す。
【図１０】半導体薄膜層と半導体薄膜の支持層の構造を金属積層構造上に加熱及び加圧して密接させた後の状態を示す。
【図１１】図１０の支持体を半導体薄膜層から除去した状態を示す。
【図１２】図１２の状態で、金属層と半導体層を反応させた後の状態を示す。
【図１３】実施の形態１の構造を使用した半導体装置を示す。
【図１４】図１３の線Ａ−Ａに沿って見た断面を示す。
【図１５】実施の形態２を示す。
【図１６】製作工程の概略を示ものであり、半導体薄膜片を異種材料基板へ接合する前の状態を示す。
【図１７】製作工程の概略を示ものであり、半導体薄膜片を異種材料基板へ接合した後、半導体薄膜の支持体を除去した状態を示す。
【図１８】本発明の半導体複合装置を搭載したＬＥＤヘッドの横断面図である。
【図１９】本発明の半導体複合装置を搭載したＬＥＤヘッドを用いた画像形成装置の概略図である。
【図２０】（ａ）は、従来技術の概略を示すものであり、ＧａＡｓ層／ヘテロエピタキシャル層を示し、（ｂ）は、剥離層をエッチング除去して、半導体膜層を基板から剥離する様子を示す。
【符号の説明】
【００７１】
１０１  基板、
１０２  金属層１、
１０３  金属層２、
１０４  低融点金属層、
１０５  半導体薄膜層、
１２１  共晶層、
１２２  反応層。
【図１】
2006140186.tif 000003
【図２】
2006140186.tif 000004
【図３】
2006140186.tif 000005
【図４】
2006140186.tif 000006
【図５】
2006140186.tif 000007
【図６】
2006140186.tif 000008
【図７】
2006140186.tif 000009
【図８】
2006140186.tif 000010
【図９】
2006140186.tif 000011
【図１０】
2006140186.tif 000012
【図１１】
2006140186.tif 000013
【図１２】
2006140186.tif 000014
【図１３】
2006140186.tif 000015
【図１４】
2006140186.tif 000016
【図１５】
2006140186.tif 000017
【図１６】
2006140186.tif 000018
【図１７】
2006140186.tif 000019
【図１８】
2006140186.tif 000020
【図１９】
2006140186.tif 000021
【図２０】
2006140186.tif 000022