专利名称：发光元件矩阵阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件矩阵阵列，特别是涉及能用小的控制电流控制发光元件的发光状态的发光元件矩阵阵列。
背景技术：
激光打印机中使用的发光元件阵列有必要从发光元件取出基本上与发光元件的个数相同的布线。为了取出该布线，通常采用引线键合法。因此，发光元件的密度增大，产生以下问题。
(1)发光元件阵列芯片上的引线键合焊盘的面积增大，即由于芯片面积的增大，所以产品成本增大。
(2)由于键合用引线条数增加，制造成本增大。
(3)由于键合用引线的间距变窄，所以制造变得困难。
(4)通常，由于还需要相当于发光元件个数的激励电路，所以产品成本增大。
特别是通常由于一个键合焊盘的面积比一个发光元件的面积大数倍以上，所以发光元件密度的增大，直接导致芯片面积的增加。
为了避免这些问题，设计了内部安装了移位寄存器的发光元件阵列、发光二极管(LED)矩阵阵列、发光闸流晶体管矩阵阵列等。
图1所示的LED矩阵阵列是在绝缘基板上将多个发光二极管排列成直线状制作而成的，通过在阳极侧和阴极侧组成矩阵，减少从阵列取出的端子数，解决上述的问题。
在图1中，通过阳极A1、A2、A3、…、阴极选择线K1～K4的电平组合，能有选择地点亮发光二极管L1、L2、L3、…。当阳极Ai为高(H)电平、阴极选择线Kj为低(L)电平时，发光二极管Lj+4(i-1)点亮。可是，由于电流流过从阳极激励器(图中未示出)至发光二极管、再到阴极激励器(图中未示出)的路径，所以两个激励器都需要大的电流驱动能力，提高了激励器IC的成本。
为了避免这样的问题，设计了使用pnpn结构的发光闸流晶体管的发光闸流晶体管矩阵阵列，代替发光二极管。图2表示该发光闸流晶体管矩阵阵列。如果采用该矩阵阵列，则将多个发光闸流晶体管T1、T2、T3、…排列成直线状。这些发光闸流晶体管每4个被分成一组，各组发光闸流晶体管的阳极都分别连接在阳极端子A1、A2、A3、…上，各组发光闸流晶体管的各栅极分别对应地连接在栅选择线G1～G4上，各发光闸流晶体管的阴极都连接在阴极线K上。通过栅选择线G1～G4的电平、阳极端子A1、A2、A3、…的电平的组合，决定发光闸流晶体管T1、T2、T3、…的点亮状态。由于该矩阵阵列是共阴极型的，所以在使阴极线K为低电平、栅选择线中的一条Gj为低电平、其他为高电平的状态下，使阳极端子Ai为高电平，发光闸流晶体管Tj+4(i-1)点亮。
在该矩阵阵列中，由于栅选择线只供给触发信号，用小的电流驱动能力就能控制发光状态，所以能降低激励器IC的成本。
另外，使用发光闸流晶体管的该矩阵阵列是基于本申请人的提案，已经获得了专利(日本专利第2807910号)。
可是，这样的发光闸流晶体管由于采用pnpn结构，所以存在产品成本高的问题。
发明概述本发明的目的在于提供一种用其他元件实现与发光闸流晶体管同样功能的发光元件矩阵阵列。
如果采用本发明，则将晶体管和发光二极管(LED)组合起来实现发光闸流晶体管的功能。在此情况下，由于能用晶体管的发射极-基极层、或基极-集电极层制作LED，所以能用npn或pnp三层结构实现晶体管和LED的组合。因此外延膜的厚度比需要pnpn四层结构的发光闸流晶体管的外延膜的厚度薄，能降低产品成本。
另外，由于将晶体管和LED集成在同一个晶片内，所以能实现用小的控制电流就能控制多种发光状态的发光元件矩阵阵列。因此，能减少从发光元件阵列芯片取出的端子数，能减少芯片面积，同时高分辨率的发光元件矩阵阵列的安装容易。
附图简述图1是表示现有的LED矩阵阵列的图。
图2是表示现有的发光闸流晶体管矩阵阵列的图。
图3A是组合元件的平面图。
图3B是图3A中的X-X’线剖面图。
图4是组合元件的等效电路图。
图5是表示组合元件的制作工序的图。
图6是表示实施例1的发光元件矩阵阵列的图。
图7是表示实施例2的发光元件矩阵阵列的图。
图8是表示实施例3的发光元件矩阵阵列的图。
实施发明的最佳形态以下，参照
本发明的发光元件矩阵阵列的实施例。
(实施例1)首先，图3A、图3B示出了将构成本实施例的发光元件矩阵阵列的晶体管和发光二极管(LED)组合起来构成的半导体元件(以下称组合元件)。图3A是平面图，图3B是图3A中的X-X’剖面图。另外，图4是组合元件的等效电路图。如下制作晶体管在半绝缘型GaAs基板20上形成由第一n型半导体层21、p型半导体层22、第二n型半导体层23构成的npn结构的三层外延膜，通过蚀刻分离成台面结构。10是发射极端子，11是基极端子，24是n型层用欧姆电极(发射极)，25是p型层用欧姆电极(基极)，26是n型层用欧姆电极(集电极)。
另一方面，从形成的上述npn结构(21、22、23)将第二n型半导体层23除去，制成LED。12是阳极端子，27是n型层用欧姆电极(阴极)，28是p型层用欧姆电极(阳极)。用布线30连接LED的阴极27和晶体管的集电极26。
图5中示出了制作以上组合元件的工序。首先，在半绝缘型GaAs基板20上形成由第一n型半导体层21、p型半导体层22、第二n型半导体层23构成的npn结构的三层外延膜。其次，在n型层23上形成集电极26。其次，使上面有集电极26的部分保留下来，而将n型层23蚀刻除去。其次，在露出的p型层22上形成晶体管用的基极25、以及LED用的阳极28。其次，将p型层22蚀刻除去，分别形成晶体管和LED的岛32、34。其次，在露出的n型层21上形成发射极24及阴极27后，进行退火处理。其次，将n型层21蚀刻除去，将晶体管及LED分离成台面结构。其次，在全体上形成保护膜40，在各电极24、25、26、27、28上形成接触孔后，在保护膜40上形成布线。
在本实施例中，使用了下面所示的表1中的外延膜。材料全部是GaAs。另外，将AuGe/Ni/Au用于n型层用电极，将AuZn/Au用于p型层用电极。
表1
在本实施例中，虽然将第一n型层用作晶体管的发射极，将第二n型层用作晶体管的集电极，但反过来，也能将第一n型层用作晶体管的集电极，将第二n型层用作晶体管的发射极。
另外，虽然以npn结构为例，说明了实施例，但即使用pnp结构同样能实现。
在如上制作的晶体管及LED的组合元件中，当发射极端子10为0V、基极端子11及阳极端子12都为高电平时，LED能发光。
图6中示出了将多个组合元件排列成直线状，构成发光元件矩阵阵列的实施例。在该实施例中，将晶体管Tr及发光二极管L的组合元件每4个分成一组，将各组的晶体管的基极分别按顺序连接在呈总线结构的基极选择线B1～B4上，将全部晶体管的发射极都连接在呈总线结构的发射极线上。而且，将各组的LED的阳极分别连接在各组中公用的阳极端子A1、A2、A3、…上。
这样，利用基极选择线B1～B4的电平和阳极端子A1、A2、A3、…的电平的组合，能选择各个发光二极管L1～L12。例如，当阳极端子A1和基极选择线Bj为高电平时，能选择发光二极管Lj+4(i-1)。
实施例2在实施例1中，虽然将晶体管的基极一侧作成总线结构，但反过来也可以将LED的阳极一侧作成总线结构。图7表示将LED的阳极一侧作成总线结构的实施例2。将各组的LED的阳极按顺序分别连接在呈总线结构的阳极选择线A1～A4上，将各组晶体管的基极分别连接在各组中公用的基极端子B1、B2、B3、…上。
如果采用该发光元件矩阵阵列，则例如在阳极选择线Ai和基极端子Bj呈高电平时，能选择发光二极管Li+4(j-1)。
实施例3图8是实施例2的变形例。在该实施例中，不是将晶体管设置在每个LED中，如图所示，对应于构成一组的多个LED设置一个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、…。各晶体管的基极连接在基极端子B1、B2、B3、…上。在该实施例中，元件面积减少了相当于晶体管减少个数的部分，所以能降低产品成本。
产业利用的可能性如果采用本发明，则由于利用晶体管和发光二极管的组合元件，实现与发光闸流晶体管相同的功能，能用npn或pnp三层结构制作该组合电路，所以能降低发光元件矩阵阵列的成本。
权利要求
1.一种发光元件矩阵阵列，其特征在于具有半绝缘性基板；以及在上述半绝缘性基板上形成的、分别由晶体管和发光二极管构成的、排列成直线状的多个组合元件，将上述多个组合元件每n个(n是2以上的整数)分成一组，将各组中包含的晶体管的基极连接在公用的呈总线结构的n条基极选择线上，将上述组中包含的发光二极管的阳极或阴极在每组中连接在一个端子上。
2.一种发光元件矩阵阵列，其特征在于具有半绝缘性基板；以及在上述半绝缘性基板上形成的、分别由晶体管和发光二极管构成的、排列成直线状的多个组合元件，将上述多个组合元件每n个(n是2以上的整数)分成一组，将各组中包含的发光二极管的阳极或阴极连接在公用的呈总线结构的n条阳极或阴极选择线上，将各组中包含的晶体管的基极在每组中连接在一个端子上。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件矩阵阵列，其特征在于用npn或pnp三层结构制作上述组合元件。
4.一种发光元件矩阵阵列，其特征在于具有半绝缘性基板；以及在上述半绝缘性基板上形成的、排列成直线状的多个发光二极管，上述多个发光二极管每n个(n是2以上的整数)分成一组，还具有在上述半绝缘性基板上形成的、对应于各组的发光二极管一个一个连接的多个晶体管，将各组中包含的发光二极管的阳极或阴极连接在公用的呈总线结构的n条阳极或阴极选择线上，将各晶体管的基极分别连接在一个端子上。
5.根据权利要求3所述的发光元件矩阵阵列，其特征在于用npn或pnp三层结构制作上述晶体管或发光二极管。
全文摘要
用其他元件实现与发光闸流晶体管同样的功能,降低发光元件矩阵阵列的成本。将由晶体管和发光二极管构成的多个组合元件排列成直线状,组成矩阵。将多个组合元件每n个分成一组,将各组的晶体管的基极分别连接在基极选择线上,将各组中的发光二极管的阳极在各组中分别连接在公用的阳极端子上。
文档编号B41J2/45GK1358334SQ01800021
公开日2002年7月10日 申请日期2001年1月11日 优先权日2000年1月31日
发明者大野诚治, 楠田幸久, 大塚俊介, 黑田靖尚, 有马尊久, 齐藤英昭 申请人:日本板硝子株式会社