專利名稱：自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用發(fā)光閘流晶體管的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，特別是涉及形成在Si襯底上的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，還涉及使用這種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的光寫入頭和光打印機(jī)。
背景技術(shù)：
在排列有發(fā)光元件的LED(發(fā)光二極管)陣列上，設(shè)置有用于與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行引線焊接、被稱為焊接用焊盤的晶體點(diǎn)陣。該焊盤為了進(jìn)行線焊接，需要比發(fā)光元件大的面積。精密度越高則平均單位長(zhǎng)度上的發(fā)光元件的數(shù)量就越多，所以焊盤的數(shù)量也就增加。因此，存在以下問題即使是高精密度，但如果焊盤的面積相同，也會(huì)導(dǎo)致焊盤在LED陣列芯片上所占的面積增大，且精密度越高則LED陣列芯片的面積越大。
作為解決上述問題的發(fā)光元件陣列，本發(fā)明的發(fā)明人關(guān)注作為發(fā)光元件陣列構(gòu)成要素的、具有pnpn構(gòu)造的3端子發(fā)光閘流晶體管，并已經(jīng)提出了能實(shí)現(xiàn)發(fā)光點(diǎn)自掃描的自掃描型發(fā)光元件陣列的方案(特開平1-238962號(hào)公報(bào)、特開平2-14584號(hào)公報(bào)、特開平2-92650號(hào)公報(bào)、特開平2-92651號(hào)公報(bào))；公開了作為光打印機(jī)用的光寫入頭，其安裝簡(jiǎn)便、能使發(fā)光元件的間距細(xì)微化、能制作小型的自掃描型發(fā)光元件陣列等內(nèi)容。
圖1是表示發(fā)光閘流晶體管基本構(gòu)造的概略剖面圖。在圖1中，10是n型GaAs襯底，在該襯底上依次層疊n型GaAs緩沖層12、n型AlGaAs層14、p型AlGaAs層16、n型AlGaAs層18、p型AlGaAs層20。在AlGaAs層20上設(shè)置有陽(yáng)極電極22，在AlGaAs層18上設(shè)置有柵電極24，在GaAs襯底的背面設(shè)置有陰極電極26。
在該實(shí)例中，當(dāng)在n型GaAs襯底上通過緩沖層以n型層、p型層、n型層、p型層的順序?qū)盈B，在p型GaAs襯底上通過緩沖層以p型層、n型層、p型層、n型層的順序?qū)盈B時(shí)，最上層之上的電極為陰極電極，襯底背面的電極為陽(yáng)極電極。
下面，對(duì)使用如上所述的發(fā)光閘流晶體管的自掃描型發(fā)光元件陣列的3種基本構(gòu)造進(jìn)行說明。
圖2是自掃描型發(fā)光元件陣列的第1基本構(gòu)造的等效電路圖。使用發(fā)光閘流晶體管…T-2、T-1、T0、T+1、T+2…作為發(fā)光元件，在這些發(fā)光閘流晶體管中，設(shè)置有各個(gè)柵電極…G-2、G-1、G0、G+1、G+2…。電源電壓VGK通過負(fù)載電阻RL被施加給各個(gè)柵電極。另外，各個(gè)柵電極為了進(jìn)行相互作用，通過電阻RI進(jìn)行電連接。另外，3根轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖(1、2、3)線1、2、3按每3個(gè)元件(重復(fù)進(jìn)行)與各單體發(fā)光閘流晶體管的陽(yáng)極電極連接。
下面說明操作，首先設(shè)定時(shí)鐘脈沖3為高水平，發(fā)光閘流晶體管T0為開。這時(shí)根據(jù)3端子發(fā)光閘流晶體管的特性，柵電極G0被降低至接近于零伏特。如假設(shè)電源電壓VGK為5伏特，則各發(fā)光閘流晶體管的門電壓由負(fù)載電阻RL及相互作用電阻RI構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)決定。而且，離發(fā)光閘流晶體管T0近的元件的門電壓最低，以后按離T0的遠(yuǎn)近順序門電壓上升。該內(nèi)容如下表示VG0＜VG+1＝VG-1＜VG+2＝VG-2(1)這些電壓的差，可以通過適當(dāng)選擇負(fù)載電阻RL、相互作用電阻RI的值來設(shè)定。
眾所周知，3端子發(fā)光閘流晶體管陽(yáng)極側(cè)的接通電壓VON是比門電壓只高出擴(kuò)散電位Vdif的電壓。
VONVG+Vdif(2)因此，如果將施加在陽(yáng)極的電壓設(shè)定得比該接通電壓VON高，則該發(fā)光閘流晶體管接通。
在該發(fā)光閘流晶體管T0處于接通狀態(tài)時(shí)，向下面的轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1施加高電壓VH。該時(shí)鐘脈沖1同時(shí)添加到發(fā)光閘流晶體管T+1和T-2上。但如果將高電壓VH的值設(shè)定為以下范圍，則只能接通發(fā)光閘流晶體管T+1。
VG-2+Vdif＞VH＞VG+1+Vdif(3)在此，發(fā)光閘流晶體管T0、T+1同時(shí)接通。之后，如切斷時(shí)鐘脈沖3的高電壓，則發(fā)光閘流晶體管T0斷開，能進(jìn)行接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)送。
這樣，在自掃描型發(fā)光元件陣列中，通過用電阻網(wǎng)絡(luò)連結(jié)各發(fā)光閘流晶體管的柵電極，可以使發(fā)光閘流晶體管具有轉(zhuǎn)送功能。根據(jù)如上所述的原理，如將轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1、2、3的高電壓設(shè)定得順序地相互各重疊一點(diǎn)，則發(fā)光閘流晶體管的接通狀態(tài)可以依次轉(zhuǎn)送下去。即發(fā)光點(diǎn)依次被轉(zhuǎn)送，能實(shí)現(xiàn)自掃描型發(fā)光元件陣列。
在這種自掃描型發(fā)光元件陣列中，每1個(gè)芯片需要轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1、2、3用的3個(gè)焊接用焊盤和電源電壓VGK用的1個(gè)焊接用焊盤。
圖3是自掃描型發(fā)光元件陣列的第2基本構(gòu)造的等效電路圖。該自掃描型發(fā)光元件陣列使用二極管作為發(fā)光閘流晶體管柵電極間電連接的方法。發(fā)光閘流晶體管…T-2、T-1、T0、T+1、T+2…排成一行而構(gòu)成?！璆-2、G-1、G0、G+1、G+2…分別表示這些發(fā)光閘流晶體管T的柵電極。RL表示柵電極的負(fù)載電阻。…D-2、D-1、D0、D+1、D+2…表示進(jìn)行電相互作用的二極管。另外，VGK表示電源電壓。2根轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖(1、2)線1、2按每1個(gè)元件與各單體發(fā)光閘流晶體管的陽(yáng)極電極連接。
下面進(jìn)行操作說明。首先設(shè)定時(shí)鐘脈沖2為高水平，發(fā)光閘流晶體管T0為開。這時(shí)根據(jù)3端子發(fā)光閘流晶體管的特性，柵電極G0被降低至接近于零伏特。如假設(shè)電源電壓VGK為5伏特，則各發(fā)光閘流晶體管的門電壓由由電阻RL及二極管…D-2、D-1、D0、D+1、D+2…構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)決定。而且，離發(fā)光閘流晶體管T0近的元件的門電壓最低，以后按離T0的遠(yuǎn)近順序門電壓上升。
但是，根據(jù)二極管單向性、非對(duì)稱性的特性，降低電壓的效果是只對(duì)發(fā)光閘流晶體管T0的右方向起作用。即柵電極G+1設(shè)定為比G0只高出二極管的正向上升電壓Vdif的電壓，進(jìn)而柵電極G+2設(shè)定為比G+1只高出二極管的正向上升電壓Vdif的電壓。另一方面，因?yàn)槎O管D-1為反偏壓，所以發(fā)光閘流晶體管T0左側(cè)的柵電極G-1電流不進(jìn)入，因此與電源電壓VGK同電位。
接下來轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1施加到最接近的發(fā)光閘流晶體管T+1、T-1上，之后施加到T+3、T-3等上。但在這些之中，接通電壓最低的發(fā)光閘流晶體管是T+1，T+1的接通電壓約是G+1的門電壓+Vdif，約是Vdif的2倍。接下來接通電壓低的發(fā)光閘流晶體管是T+3，約是Vdif的4倍。發(fā)光閘流晶體管T-1和T-3的接通電壓約為VGK+Vdif。
根據(jù)以上情況，如將轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖的高電壓設(shè)定為Vdif的大約2至4倍之間，則可以只接通發(fā)光閘流晶體管T+1，能進(jìn)行轉(zhuǎn)送操作。
在這種自掃描型發(fā)光元件陣列中，每1個(gè)芯片需要轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1、2用的2個(gè)焊接用焊盤和電源電壓VGK用的1個(gè)焊接用焊盤。
圖4是自掃描型發(fā)光元件陣列的第3基本構(gòu)造的等效電路圖。該自掃描型發(fā)光元件陣列由開關(guān)元件…T-1、T0、T+1、T+2…、寫入用發(fā)光元件…L-1、L0、L+1、L+2…構(gòu)成。這些開關(guān)元件及寫入用發(fā)光元件分別都是3端子發(fā)光閘流晶體管。
開關(guān)元件部分的構(gòu)成，表示使用二極管連接的例子。開關(guān)元件的柵電極…G-1、G0、G+1…也與寫入用發(fā)光元件的柵電極連接。寫入信號(hào)Sin被添加到寫入用發(fā)光元件的陽(yáng)極。
下面說明該自掃描型發(fā)光元件陣列的操作。首先，如將轉(zhuǎn)送元件T0置于接通狀態(tài)，則柵電極G0的電壓比VGK(在此假定為5伏特)低，大致為零伏特。因此，寫入信號(hào)Sin的電壓如果為pn接合的擴(kuò)散電位(約1伏特)或pn接合的擴(kuò)散電位以上，則可以將發(fā)光元件L0變?yōu)榘l(fā)光狀態(tài)。
與此對(duì)應(yīng)，柵電極G-1約為5伏特，柵電極G+1約為1伏特。因此，發(fā)光元件L-1的寫入電壓約為6伏特，發(fā)光元件L+1的寫入電壓約為2伏特，據(jù)此，只能寫入到發(fā)光元件L0內(nèi)的寫入信號(hào)Sin的電壓范圍約為1～2伏特。發(fā)光元件L0一接通，即進(jìn)入發(fā)光狀態(tài)，則寫入信號(hào)Sin線4的電壓就被固定為約1伏特，所以能防止選擇其他的發(fā)光元件這種錯(cuò)誤發(fā)生。
發(fā)光元件的發(fā)光強(qiáng)度由流入寫入信號(hào)Sin的電流量決定，可以通過任意的強(qiáng)度寫入圖像。另外，為了將發(fā)光狀態(tài)轉(zhuǎn)送給下一個(gè)發(fā)光元件，必須將寫入信號(hào)Sin線的電壓一次降為零伏特，并一旦關(guān)閉正在發(fā)光的發(fā)光元件。
在這種自掃描型發(fā)光元件陣列中，每1個(gè)芯片需要轉(zhuǎn)送時(shí)鐘脈沖1、2、3用的3個(gè)焊接用焊盤、電源電壓VGK用的1個(gè)焊接用焊盤和寫入信號(hào)Sin用的1個(gè)焊接用焊盤。
如上所述，在自掃描型發(fā)光元件陣列中具有以下優(yōu)點(diǎn)因?yàn)槊?個(gè)芯片通過數(shù)個(gè)焊接用焊盤來控制多個(gè)發(fā)光點(diǎn)，所以具有即使成為高精密度，也可以幾乎不增加焊盤的數(shù)量。另外，其具有以下特征因?yàn)楸緛砗附佑煤副P的數(shù)量就少，所以通過在芯片內(nèi)合理配置焊接用焊盤例如將焊接用焊盤配置在芯片的兩端，則即使成為高精密度，也能減小芯片的寬度(短邊的長(zhǎng)度)。因此，可以增加從相同面積的基板(wafer)上獲取的芯片數(shù)量，能降低成本。
但是，如果自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的寬度低于0.2mm，則存在以下問題即用作襯底的GaAs因其脆弱的性質(zhì)而使芯片的強(qiáng)度不足，在組裝光寫入頭時(shí)會(huì)折斷。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供使用Si作為構(gòu)造材料，在Si襯底上形成的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片。
本發(fā)明的另一目的在于提供使用了這種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的光寫入頭，進(jìn)而提供光打印機(jī)。
本發(fā)明的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片包括Si襯底和由設(shè)置于Si襯底上的pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列，或者包括Si襯底、形成在Si襯底上的柵失配緩和層和由形成在柵失配緩和層上的pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列。
更好是，芯片的寬度為大于或等于0.03mm且小于或等于0.3mm。如果比0.03mm窄，則芯片的切割困難，如果比0.3mm寬，則因?yàn)樾酒瑢挼脑龃蠖档蛦挝幻娣e上芯片的獲得數(shù)量。
另外，更好是，芯片的寬度大于或等于0.05mm且小于或等于100mm。
另外，更好是，芯片的長(zhǎng)度大于或等于2mm且小于或等于100mm。如果比2mm短，則芯片的處理變得困難，如比100mm長(zhǎng)，則從硅基板上的獲得的數(shù)量下降，材料的利用率降低。
另外，更好是，芯片的長(zhǎng)度大于或等于5mm且小于或等于20mm。
以上對(duì)芯片的寬度和長(zhǎng)度進(jìn)行了組合，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很容易從芯片的處理或獲得數(shù)量的角度來考慮應(yīng)如何進(jìn)行芯片的寬度和長(zhǎng)度的組合。
圖1是以往的發(fā)光閘流晶體管的概略剖面圖。
圖2是自掃描型發(fā)光裝置的第1基本構(gòu)造的等效電路圖。
圖3是自掃描型發(fā)光裝置的第2基本構(gòu)造的等效電路圖。
圖4是自掃描型發(fā)光裝置的第3基本構(gòu)造的等效電路圖。
圖5是涉及本發(fā)明的發(fā)光閘流晶體管的概略剖面圖。
圖6是表示用4點(diǎn)彎曲法測(cè)定2種芯片彎曲強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果圖表。
圖7是表示內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片構(gòu)造的圖示。
圖8是表示光打印機(jī)光頭主要部分的立體圖。
圖9是表示具有光打印機(jī)光頭的光打印機(jī)的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)將基板上的重復(fù)尺寸間距約為5.4mm(長(zhǎng))×約0.2mm(寬)的自掃描型發(fā)光元件陣列形成于在Si襯底上成膜的AlGaAs雙異質(zhì)構(gòu)造的pnpn外延層上。
圖5是這種構(gòu)造的1個(gè)發(fā)光元件即發(fā)光閘流晶體管的概略剖面圖。在Si襯底30上形成柵失配緩和層32。之所以形成柵失配緩和層，是為了防止如在Si襯底上形成柵極常數(shù)不同的膜則導(dǎo)致襯底翹起的現(xiàn)象發(fā)生。作為柵失配緩和層，采用InGaAs/GaAs畸變超柵極構(gòu)造。在柵失配緩和層32上，通過外延成長(zhǎng)依次層積n型AlGaAs層14、p型AlGaAs層16、n型AlGaAs層18、p型AlGaAs層20。在AlGaAs層20上設(shè)置有陽(yáng)極電極22，在AlGaAs層18上設(shè)置有柵電極24，在GaAs襯底的背面設(shè)置有陰極電極26。
為了比較，用圖5的構(gòu)成制作了使用GaAs襯底而非Si襯底的發(fā)光閘流晶體管。所有的襯底在基板加工時(shí)都以0.6mm的厚度進(jìn)行，加工完成后用使用1200支砂輪的研磨機(jī)磨削襯底的背面至0.3mm厚，用切割鋸切割成規(guī)定的尺寸。因切割時(shí)切割鋸的刃厚為0.03mm，所以切成時(shí)的芯片寬為0.17mm。
用4點(diǎn)彎曲法測(cè)定了該2種芯片的彎曲強(qiáng)度。其測(cè)定結(jié)果如圖6所示。橫軸表示彎曲力(Bending force)fb(N)，縱軸表示芯片折斷的發(fā)生概率(Probability of fA llure)F(x)％。
另外，在使用GaAs襯底時(shí)，也切出2個(gè)芯片寬度的芯片(0.4mm重復(fù)寬度，切成為0.37mm寬)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
由圖6得知在GaAs襯底上形成的寬0.17mm的芯片和0.37mm的芯片的彎曲度大致與芯片寬成比例。另一方面，得知使用Si襯底的芯片的彎曲強(qiáng)度，如果以F(x)＝50％進(jìn)行比較，則比使用芯片寬度為0.17mm的GaAs襯底的芯片的彎曲強(qiáng)度強(qiáng)4倍。
下面，用焊接機(jī)將3種芯片配置在光寫入頭安裝襯底上，用膠進(jìn)行粘接，燒成固定。將安裝3種各12000個(gè)芯片時(shí)的芯片折斷的發(fā)生數(shù)表示為表1。
表1
發(fā)生率分別是使用GaAs襯底的0.17mm寬的芯片為0.52％，0.37mm寬的芯片為0.08％，另外，使用Si襯底的0.17mm寬的芯片沒有發(fā)生折斷。在圖6中，該發(fā)生率的差被認(rèn)為是對(duì)應(yīng)于某彎曲力fb的折斷發(fā)生概率F(x)和用管芯焊接機(jī)或燒成來添加力的概率分布Q(x)的積的積分。
作為單純的模型，如設(shè)定Q(fb＝2N)＝0.1Q(fb＝0)＝0.9(10次中有1次施加2牛頓(N)的力，9次不施加力)，則可以說明大致的折斷發(fā)生率。如果以該模型為基礎(chǔ)來推斷在Si襯底上的折斷發(fā)生率，則為3×10-6，成為同樣寬度的GaAs襯底的1/1000，是非常小的發(fā)生率。當(dāng)使用該芯片作為光寫入頭用時(shí)，在A3尺寸用的光頭(光寫入頭)上必須配置60個(gè)芯片，如果將折斷發(fā)生率設(shè)為x，則每個(gè)光頭1個(gè)都不發(fā)生折斷的概率p為p＝(1-x)60在使用0.17mm寬的芯片時(shí)為73％，在使用0.37mm寬的芯片時(shí)為95％。這樣，在使用0.17mm寬的芯片時(shí)，因在4個(gè)光頭中就有1個(gè)芯片發(fā)生折斷，所以光頭(光寫入頭)的生產(chǎn)較困難。
另外，在本實(shí)施例中，表示了在研磨時(shí)使用1200支相當(dāng)細(xì)的砂輪時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但GaAs等脆弱材料的強(qiáng)度，眾所周知在磨削該襯底背面時(shí)受損的地方多，強(qiáng)度因磨削條件而產(chǎn)生很大變化。通過使用更細(xì)致的砂輪可以增加強(qiáng)度。但因?yàn)榍邢魉俣茸兟谑褂眠^細(xì)的砂輪方面有限度。另外，也曾考慮除去磨削步驟，從一開始就在基板上進(jìn)行加工，但從GaAs襯底強(qiáng)度這一點(diǎn)來看很困難。
自掃描型發(fā)光元件陣列芯片因在構(gòu)造上可以制造得非常窄，所以具有降低芯片成本的可能性。但是，根據(jù)要將多數(shù)發(fā)光點(diǎn)排列為一行的要求，芯片成為5mm或5mm以上的長(zhǎng)度，成為非常細(xì)長(zhǎng)的形狀，容易折斷，因而在將芯片變窄這一點(diǎn)上是有限度的。但是，根據(jù)以上見解，通過將Si作為襯底，就能很好地處理，提高0.2mm或0.2mm以下的芯片的成品率。
另外，本實(shí)施例將以下情形作為例子舉出即作為柵失配緩和層，將InGaAs/GaAs的畸變超柵極放置于Si襯底上，在其上使AlGaAs外延成長(zhǎng)的情形。但作為柵失配緩和層可以是別的構(gòu)成。另外，使之成長(zhǎng)的膜不限于AlGaAs，可以是由III族元素B、Al、Ga、In，V族元素N、P、As、Sb組成的III-V族化合物，或由II族元素Zn、Cd，VI族元素O、S、Se、Te組成的II-VI族化合物半導(dǎo)體。
另外，也可以是例如在GaAs襯底上成長(zhǎng)的外延層上制成元件后，用研磨或化學(xué)蝕刻等方法除去GaAs襯底的大部分，粘貼到Si襯底上的膜。即，作為機(jī)械構(gòu)造材料，如使用Si也可同樣得到本發(fā)明的效果。
這種構(gòu)造的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，是通過在GaAs襯底上形成由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列，除去GaAs襯底，在被除去GaAs襯底的部分粘貼上Si襯底，研磨Si襯底，切割成自掃描型發(fā)光元件陣列芯片制作而成。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例1中，對(duì)使用Si襯底的0.17mm(寬)×5.4mm(長(zhǎng))×0.3mm(厚)尺寸的芯片進(jìn)行了說明。
如在以往的技術(shù)中所說明的那樣，通過在光寫入頭上使用自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，能驟減線焊接數(shù)。例如，在A3尺寸用的光寫入頭上配置256發(fā)光點(diǎn)的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，制作成1200dpi的發(fā)光元件陣列時(shí)，線焊接數(shù)約從15000條減到1300條。
但是，排列發(fā)光元件陣列芯片的管芯焊接操作次數(shù)仍與以往一樣。為了縮短該操作時(shí)間，可以增長(zhǎng)芯片的長(zhǎng)度，減少每1根寫入光頭平均的芯片數(shù)。以往的GaAs襯底，因其機(jī)械性脆弱，所以如制作過長(zhǎng)的芯片則變得容易折斷。另外，GaAs襯底存在難以得到大口徑的基板，如制作過長(zhǎng)的芯片則芯片獲得數(shù)量減少的問題。
因此，通過在Si襯底上制作自掃描型發(fā)光元件陣列，可以制作襯底厚0.3mm、長(zhǎng)度為實(shí)施例1的芯片3倍的16.2mm長(zhǎng)的芯片。使用該芯片試制光寫入頭，不發(fā)生芯片折斷。每1根寫入光頭平均的芯片數(shù)為原來的1/3，管芯焊接所需時(shí)間縮短為原來的1/2.5。
另外，因Si是比GaAs硬的材料，所以切割時(shí)的卷刃少，可以高速切割。該特征在必須從1張基板切割出多個(gè)細(xì)長(zhǎng)芯片的自掃描型發(fā)光元件陣列的制作中價(jià)值特別大。
(實(shí)施例3)排列芯片來制作光寫入頭時(shí)，由于芯片表面的傾斜會(huì)導(dǎo)致發(fā)光點(diǎn)的副掃描方向偏移，所以希望盡可能將其減小。為此，要求較薄的芯片。特別是如芯片變窄，無法制作更薄的芯片，則其表面就會(huì)傾斜。為了減小芯片表面的傾斜，要求芯片的高度比寬小。因此，用研磨機(jī)將0.6mm厚的Si襯底磨削為0.1mm厚。即使是這個(gè)厚度，在芯片的管芯焊接等時(shí)無特別的障礙也不會(huì)發(fā)生芯片折斷。
芯片傾斜的影響按芯片變薄的程度而減少，副掃描方向偏移的標(biāo)準(zhǔn)偏差約減少至0.3mm厚時(shí)的1/3。
另外，因?yàn)樽鳛榘l(fā)熱源的芯片表面與背面間的距離變短，所以熱阻降低，因發(fā)光產(chǎn)生的芯片溫度上升受到抑制。以往的0.3mm厚的GaAs襯底，熱阻約為1000K/W，但0.1mm厚的Si襯底，加上Si的熱傳導(dǎo)率比GaAs高2倍，熱阻降低到約400K/W。因此，如用10mW/芯片的平均電力使其發(fā)光，則由以前的溫度上升10℃變?yōu)楝F(xiàn)在的4℃。該溫度上升不是在芯片內(nèi)平均發(fā)生，而是成為某種固有的溫度分布，產(chǎn)生光量分布。因此，熱阻的改善就是光量分布的改善。
(實(shí)施例4)
通過使用在Si襯底上通過柵失配緩和層部分地形成GaAs外延膜的技術(shù)，在Si襯底側(cè)制作驅(qū)動(dòng)電路，在GaAs襯底側(cè)制作發(fā)光元件陣列，相互配線，能實(shí)現(xiàn)將減少了焊接用焊盤數(shù)的發(fā)光元件陣列芯片制作成單片。但是，驅(qū)動(dòng)電路因需要一定數(shù)量的發(fā)光元件，所以芯片的面積變大。
通過在發(fā)光元件陣列上使用自掃描型發(fā)光元件陣列，例如在圖4所示構(gòu)造的自掃描型發(fā)光元件陣列中，驅(qū)動(dòng)電路使用1、2、Sin用的3個(gè)焊盤就可以解決問題。因此，即使是內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路，也不增加芯片面積。
因此，在本實(shí)施例中，在Si襯底的一部分上通過柵極失配層形成由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列，可以在Si襯底側(cè)制作多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。
圖7表示這樣制作的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的構(gòu)造。在Si襯底30的一部分上，通過柵極失配層形成有由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列40。在Si襯底30上設(shè)置有VDD電源焊接用焊盤42、VSS電源焊接用焊盤44、1用焊接用焊盤46、2用焊接用焊盤48、Sin用焊接用焊盤50。
從VDD電源焊接用焊盤42延出的VDD電源線52與自掃描型發(fā)光元件陣列40的VGK端子連接。VSS電源焊接用焊盤延出的VSS電源線54與自掃描型發(fā)光元件陣列40的陰極共通電極連接。在VDD電源線52和VSS電源線54間形成有1用CMOS驅(qū)動(dòng)器56、2用CMOS驅(qū)動(dòng)器58、Sin用CMOS驅(qū)動(dòng)器60。各驅(qū)動(dòng)器的輸入端子與各焊接用焊盤連接。驅(qū)動(dòng)器56的輸入端子經(jīng)電阻62與自掃描型發(fā)光元件陣列40的1端子連接，驅(qū)動(dòng)器58的輸入端子經(jīng)電阻64與2端子連接，驅(qū)動(dòng)器60的輸入端子經(jīng)電阻66與Sin端子連接。
這樣，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器使用1、2、Sin用的3個(gè)焊盤就可以解決問題。所以即使是內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路，也不增加芯片面積。
(實(shí)施例5)下面，對(duì)使用以上說明的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的光寫入頭、使用這種光寫入頭的光打印機(jī)進(jìn)行說明。
圖8是表示光寫入頭主要部分的立體圖。光寫入頭包括在安裝襯底70上以交錯(cuò)配置排列多個(gè)自掃描型發(fā)光元件陣列芯片72而構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列74、和排列多個(gè)棒狀等倍透鏡76，而構(gòu)成的棒狀等倍透鏡陣列78。從發(fā)光元件陣列74發(fā)出的光通過透鏡陣列78聚光，照射在感光鼓(圖未示)上。
圖9表示具有這樣光寫入頭80的光打印機(jī)的構(gòu)成。在圓筒形感光鼓82的表面，制作有具有非結(jié)晶Si等光導(dǎo)電性的材料(感光體)。該感光鼓根據(jù)打印的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。通過帶電器84使轉(zhuǎn)動(dòng)著的感光鼓的感光體表面同樣帶電。之后，通過光寫入頭80將要打印字的點(diǎn)圖像的光照射到感光體上，中和光照射處的帶電。接著，通過顯影器88，根據(jù)感光體上的帶電狀態(tài)，將打印粉涂到感光體上。之后，通過復(fù)制器90將打印粉復(fù)制到從紙盒92中送來的用紙94上。用紙通過固定器96加熱等固定，并送到接紙箱98。另一方面，結(jié)束復(fù)制的感光鼓通過刪除燈100全面中和帶電，通過凈化器102清除殘存的打印粉。
產(chǎn)業(yè)上的可應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)具有以下效果的自掃描型發(fā)光元件芯片(1)與以往使用GaAS襯底的芯片相比，能增大芯片強(qiáng)度。
(2)為了能增大芯片強(qiáng)度，可以使芯片的寬度變窄，能增加從基板獲得的芯片數(shù)量，能進(jìn)一步降低成本。
另外，本實(shí)施例的光寫入頭及光打印機(jī)具有以下效果(1)通過降低芯片寬度而增加從基板取得的芯片數(shù)量，所以能降低芯片的成本，能提供低成本的光寫入頭或光打印機(jī)。
(2)因?yàn)榭梢允褂瞄L(zhǎng)芯片，所以能提高管芯焊接的生產(chǎn)率，能在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)光寫入頭。另外，也能提高光打印機(jī)的生產(chǎn)率。
(3)因?yàn)槟苁剐酒暮穸茸儽。阅軠p少芯片的傾斜，能生產(chǎn)光量分布均勻的光寫入頭。進(jìn)而，能通過芯片的薄型化來抑制發(fā)光時(shí)的溫度上升，所以可以改善光頭的光量分布。通過改善該光量分布，能提高光打印機(jī)的性能。
權(quán)利要求
1.一種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，具有Si襯底；和在所述Si襯底上設(shè)置的由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列。
2.一種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，具有Si襯底；形成在所述Si襯底上的柵失配緩和層；和在所述柵失配緩和層上形成的由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列。
3.一種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，具有Si襯底；形成在所述Si襯底的一部分上的柵失配緩和層；在所述柵失配緩和層上形成的由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列；和形成在所述Si襯底上的驅(qū)動(dòng)電路。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于芯片的寬度在大于或等于0.03mm且小于或等于0.3mm的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于芯片的寬度在大于或等于0.05mm且小于或等于0.2mm的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于芯片的長(zhǎng)度在大于或等于2mm且小于或等于100mm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于芯片的長(zhǎng)度在大于或等于5mm且小于或等于20mm的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于芯片的高度比芯片的寬度小。
9.如權(quán)利要求1、2或3所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于所述pnpn層是由作為III族元素的B、Al、Ga、In和作為V族元素的N、P、As、Sb組成的III-V族化合物半導(dǎo)體。
10.如權(quán)利要求1、2或3所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片，其特征在于所述pnpn層是由作為II族元素的Zn、Cd和作為VI族元素的O、S、Se、Te組成的II-VI族化合物半導(dǎo)體。
11.一種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的制造方法，是制造權(quán)利要求1所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的方法，該制造方法包括準(zhǔn)備半導(dǎo)體襯底的步驟；在所述半導(dǎo)體襯底上形成由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列的步驟；除去所述半導(dǎo)體襯底的步驟；在除去了所述半導(dǎo)體襯底的部分上粘貼Si襯底的步驟；研磨所述Si襯底的步驟；和切割成自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的步驟。
12.一種自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的制造方法，是制造權(quán)利要求2所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的制造方法，該制造方法包括準(zhǔn)備Si基板的步驟；在所述Si基板上形成柵失配緩和層的步驟；在所述柵失配緩和層上形成由pnpn層構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列的步驟；研磨所述Si基板背面的步驟；和切割成自掃描型發(fā)光元件陣列芯片的步驟。
13.一種光寫入頭，具有排列權(quán)利要求1、2或3所述的自掃描型發(fā)光元件陣列芯片而構(gòu)成的自掃描型發(fā)光元件陣列；和對(duì)來自所述自掃描型發(fā)光元件陣列的光進(jìn)行聚光的透鏡陣列。
14.一種光打印機(jī)，具有權(quán)利要求13所述的光寫入頭；和照射來自所述透鏡陣列的被聚光的光的感光鼓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自掃描型發(fā)光元件陣列，使用Si作為構(gòu)造材料并在Si襯底上形成。在Si襯底30上形成柵失配緩和層32。通過外延成長(zhǎng)，在柵失配緩和層32上依次層疊n型AlGaAs層14、p型AlGaAs層16、n型AlGaAs層18、p型AlGaAs層20。在AlGaAs層20上設(shè)置有陽(yáng)極電極22，在AlGaAs層18上設(shè)置有柵電極24，在GaAs襯底的背面設(shè)置有陰極電極26。
文檔編號(hào)B41J2/455GK1586016SQ02822568
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者大野誠(chéng)治 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社