专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件。
技术背景
光学打印机等的光学写入头采用自扫描式发光元件阵列。这种自扫描式发光元 件阵列包括依次发光的多个元件。每个元件包括具有pnpn结构的发光晶闸管，其用作 发光元件；以及切换晶闸管，其用于依次切换向各个发光晶闸管的电力供应。
这里，对于每个发光晶闸管来说，当相应的切换晶闸管变为ON(接通)时，栅 极电压升高，从而使发光晶闸管变为已接通状态。另一方面，当相邻的切换晶闸管变为 接通时，需要将已经接通的发光晶闸管关断(变为OFF)。为此，需要设置栅极负载电 阻，当切换晶闸管接通时，该栅极负载电阻将栅极电压保持在高电压，并且当切换晶闸 管变为关断时，该栅极负载电阻允许电流向电源流动，以便迅速地降低发光晶闸管的栅 极电压。
JP-A-2003-249681描述了采用形成为岛状的栅极层作为栅极负载电阻的自扫描 式发光元件阵列。这里，在JP-A-2003-M9681所描述的自扫描式发光元件阵列中，采用 肖特基势垒极管作为各自将两个切换晶间管的栅极彼此连接的耦合二极管。
JP-A-2007-250853披露了发光晶闸管的栅极层和栅极负载电阻形成为连续的半 导体层的构造。
在自扫描式发光元件阵列中，当栅极层还作为用于使电流向电源流动的栅极负 载电阻使用时，需要特定数量级的长度。这已经导致发光元件的面积较大。发明内容
[1]根据本发明的一个方面，一种发光元件包括切换晶闸管、发光晶闸管和直立 式栅极负载电阻。所述切换晶闸管包括第一阳极层、第一栅极层和第一阴极层，并且在 将电压施加在所述第一阳极层和所述第一阴极层之间的状态下，所述切换晶间管根据所 述第一栅极层的电位变为接通或者关断。所述发光晶间管包括第二阳极层、第二栅极 层和第二阴极层，并且当所述切换晶闸管变为接通时，所述发光晶闸管根据所述第二栅 极层的电位变为接通，所述第二栅极层设置为与所述第一栅极层所共用的层，所述第二 阳极层和所述第二阴极层中的一者设置为所述第一阳极层或者所述第一阴极层所共用的 层，所述第二阳极层和所述第二阴极层中的另一者设置为与所述第一阳极层和所述第一 阴极层分离的层。所述直立式栅极负载电阻设置在所述第一栅极层上并位于电源线下 面，并且所述栅极负载电阻对从所述第一栅极层和所述第二栅极层向所述电源线流动的 电流进行限制。
根据第[1]项所描述的构造，直立式电阻的采用减小了发光元件的面积。
[2]在第[1]项所描述的发光元件中，所述栅极负载电阻包括肖特基二极管，所述 肖特基二极管是通过将肖特基电极布置在所述第栅极层和所述电源线之间而形成的。
[3]在第[1]项所描述的发光元件中，所述栅极负载电阻包括薄膜电阻，所述薄膜 电阻设置在所述第一栅极层和所述电源线之间。
根据第[2]项所描述的构造，肖特基二极管的采用实现了有效的直立式电阻。
根据第[3]项所描述的构造，薄膜电阻的采用实现了有效的直立式电阻。
[4]在第[3]项所描述的发光元件中，所述薄膜电阻沿着与所述第一栅极层相交的 方向延伸。
[5]在第[2]项所描述的发光元件中，所述第一栅极层的位 于所述肖特基电极和所 述发光晶闸管之间的部分被去除，从而从所述肖特基电极延伸到所述第一栅极层的路径 形成所述肖特基电极和所述发光晶闸管之间的细长(经延长)的接触部分。
基于下列附图，对本发明的示例性实施例进行详细说明，其中
图1是示出根据一个实施例的等效电路的简图2是示出根据一个实施例的发光元件的截面视图的简图3是示出根据一个实施例的发光元件的平面视图的简图4是示出根据一个实施例的发光元件的等效电路的简图5是示出肖特基二极管的I-V特性的简图6是示出根据另一个实施例的发光元件的平面视图的简图7是示出根据另一个实施例的发光元件的平面视图的简图8是示出根据图7所示实施例的发光元件的截面视图的简图9是示出根据另一个实施例的发光元件的截面视图的简图10是对根据图9所示实施例的发光元件的制造过程进行说明的平面视图；以 及
图11是对根据图9所示实施例的发光元件的制造过程进行说明的截面视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1是根据一个实施例的发光元件的等效电路图(在下面的说明中，由多个发光 元件构成的自扫描式发光元件阵列也称为发光元件)。自扫描式发光元件阵列包括切换部 分100和发光部分200。
切换部分100包括切换晶闸管Si、S2、S3……耦合二极管Dl、D2、D3……(D)，其用于将切换晶闸管S的栅极彼此连接；以及栅极负载电阻Rg。这里，如 稍后所述，各个耦合二极管D形成为与各个切换晶闸管S的栅极层和阴极层一起制造出 的层。此外，第一切换晶闸管Sl的栅极不仅与耦合二极管Dl的阳极连接，而且与二极 管DO的阴极连接。此外，发光部分200具有发光晶闸管Li、L2、L3……，这些发光晶 闸管的栅极形成为与相应的切换晶闸管S的栅极是共用的。
电源VGA通过VGA线2与各个栅极负载电阻Rg的一端连接。栅极负载电阻 Rg的另一端与相应的切换晶闸管S和相应的发光晶闸管L的栅极连接。时钟脉冲Φ 1经 由电流限制电阻Rl和Φ1线4提供给第奇数个切换晶闸管Si、S3……的阴极。时钟脉冲Φ2经由电流限制电阻R2和Φ2线6提供给第偶数个切换晶闸管幻、S4……的阴极。 此外，发光晶闸管Li、L2……的阴极与(3^线8连接。这里，切换晶闸管S和发光晶闸 管L的阳极与阳极电源连接。
此外，每个切换晶闸管S的栅极依次通过耦合二极管D与下一级的切换晶闸管S 的栅极连接。这里，第一切换晶闸管Sl的栅极通过耦合二极管Dl与Φ2线6连接。
在本说明书中，图7所示自扫描式发光元件阵列芯片也称为SLED(自扫描式发 光器件)。
在SLED中，采用交替H(高)电平和L(低)电平的互补脉冲信号作为时钟脉 冲Φ1禾口 Φ2。
例如，在图1中，可以假定Φ2线6和VGA线2处于低电平(-5V)，Φ1线 4处于高电平(OV)，并且切换晶闸管S2接通。于是，切换晶闸管幻的栅极处于高电平 (例如0V)。在此时，由于与耦合二极管D2的接通状态电压相等的电压降，切换晶闸管 S3的栅极的电压处于例如-1.5V，而切换晶闸管S4的栅极的电压大致为-3V，切换晶闸 管S4的栅极的电压比切换晶闸管幻的栅极的电压低的量是耦合二极管D3的接通状态电 压。
于是，当Φ2线6变为高电平并且Φ1线4变为低电平时，切换晶闸管S2变为 关断并且切换晶闸管S3变为接通。从而，切换晶闸管S3的栅极的电压变为例如0V。 于是，由于与耦合极管D2的接通状态电压相等的电压降，切换晶闸管S4的栅极的电压 变为-1.5V。此外，关断状态下的切换晶闸管S2的栅极的电压通过栅极负载电阻Rg变 为电源VGA的电平。如上，当时钟脉冲Φ1和Φ2交替变为低电平时，切换晶闸管S依 次变为接通。
这里，在初始步骤，当Φ1线4被设定为低电平并且Φ2线6被设定为高电平 时，切换晶闸管Sl变为接通。此后，如上所述，当Φ1线4和Φ2线6在低电平和高电 平之间交替切换时，可以在切换晶闸管S中实现自扫描。
这里，在各个发光晶闸管L中，将信号Φ3提供给发光晶闸管的阴极。于是，当 信号Φ3处于低电平时，其相应的切换晶闸管S变为接通的发光晶闸管L变为接通。也 就是说，当相应的切换晶闸管S接通时，共用的栅极处于高电平。从而，发光晶闸管L 也变为接通。相反，在信号Φ3处于高电平的情况下，即使当相应的切换晶闸管S接通 时，发光晶闸管L的阴极也处于高电平，因此发光晶闸管L仍保持关断。
如上，在切换晶闸管S依次接通的过程中，当信号Φ3被设定为高电平或者低电 平时，可以对发光晶闸管L的发光进行控制。
图2是根据一个实施例的发光元件的主要部分的截面视图。图3是示出多个发 光元件的平面视图。这种发光元件是采用P型基板10的阳极共用式发光元件。
如图2所示，在ρ型基板10上按照顺序叠置有ρ型外延层(阳极层)11、η型外 延层(η型栅极层)12、ρ型外延层(ρ型栅极层)13以及η型外延层(阴极层)14、16和 18。
阴极层14构成发光晶闸管L的阴极层。阴极层16构成切换晶闸管S的阴极层。 阴极层18构成耦合二极管D的阴极层。
此外，在阴极层14上形成有发光晶闸管L的阴极电极15。在阴极层16上形成有切换晶闸管S的阴极电极17。在阴极层18上形成有耦合二极管D的阴极电极19。
此外，在ρ型基板10的背面上形成有背面电极(阳极)31，并且背面电极31用 作切换晶闸管S以及发光晶闸管L的阳极。此外，在P型外延层(P型栅极层)13上形成 有栅极电极20，并且栅极电极20用作切换晶闸管S和发光晶闸管L的共用栅极的栅极电 极。
然后，在ρ型栅极层13上形成有肖特基电极23，从而形成有允许电流从该ρ型 栅极层向铝配线40流动的肖特基二极管Μ，肖特基二极管M作为栅极负载电阻Rg。
如图3所示，各个栅极负载电阻Rg的肖特基电极23与电源线VGA连接，而栅 极电极20与相邻发光元件的阴极电极19连接。此外，切换晶闸管S的阴极电极17与 Φ1线4连接，而发光晶闸管L的阴极电极15与信号线φ8连接。此外，在相邻的发光 元件中，切换晶闸管S的阴极电极17与控制线(即Φ2线6)连接。
也就是说，对于Φ 1线和Φ 2线而言，Φ 1线与排列成行的发光元件的第奇数个 发光元件的阴极电极17连接，而Φ2线与第偶数个发光元件的阴极电极17连接。此外， 各个耦合二极管D的阴极电极19与相邻发光元件的栅极电极20连接。
于是，在电极间的配线中使用铝配线40。也就是说，形成有覆盖整个发光元件 的层间绝缘膜41。然后，在这些电极上的层间绝缘膜41中形成有接触开口。此后，以 预先设定的图案形成覆盖接触开口的铝配线40。
这里，在阴极层14中以及在阴极电极15、17、19和形成在ρ型栅极层13上的 栅极电极20中，可以通过采用金电极来实现电阻性接触。
如上，根据本实施例，栅极负载电阻Rg包括肖特基二极管，该肖特基二极管是 在电源线VGA的铝配线通过肖特基电极23与ρ型栅极层13连接时形成的。在现有技术 中，栅极负载电阻部分形成为与发光晶闸管部分分离。于是，在对ρ型栅极层13的处理 步骤中同时形成在栅极负载电阻部分中的ρ型外延层被用来形成栅极负载电阻。这导致 了栅极负载电阻Rg的面积较大。
根据本实施例，栅极负载电阻Rg在电源线VGA的铝配线的正下面包括肖特基 二极管对。这显著地减小了由栅极负载电阻Rg占用的面积。
图4示出了本实施例中的等效电路。如上，栅极负载电阻Rg包括肖特基二极管 M和电阻25。这里，电阻25是从肖特基二极管M延伸到发光晶闸管的ρ型栅极层13 的串联电阻。
这里，在ρ型栅极层13上制造出铝电极的接触面积为2 μ mX 2 μ m的肖特基结 构，然后对其I-V特性进行研究。在图5中示出结果。如图5所示，正向电压是-0.77V， 并且串联寄生电阻值大致为3.0kQ。然后，在假定VGA = _3.3V且接通状态栅极电压 = _0.3V的情况下，可以从图中看出与-3V电压对应的电流大致为-0.6mA。如上，肖特 基电极23用作栅极负载电阻Rg的代替物。
金、铝、钼、钛、钼、钨、硅化钨和硅化钽可以用作肖特基电极的材料。
[其他实施例]
图6示出了根据另一个实施例的构造。在本实施例中，肖特基电极23设置在发 光元件的边缘部分中。然后，在肖特基电极23和发光晶间管等之间设置有至少ρ型栅极 层13被去除的缺口，从而从肖特基电极23延伸到发光晶闸管L的ρ型栅极层的路径形成6电阻值增大的细长的ρ型栅极层13。该电阻值随着肖特基电极23的尺寸减小而增大。 尽管如此，过小的尺寸也会导致难以控制接触部分的尺寸，因而导致电阻值的波动。在 本实施例中，即使当所采用的肖特基电极23尺寸较大时，也可以获得较大的总电阻值。
图7示出了根据又一个实施例的构造。在本实施例中，耦合二极管D包括肖特 基二极管。也就是说，耦合二极管D是通过在ρ型栅极层13上形成肖特基电极23然后 将该电极与铝配线40连接而形成的。图8示出了其截面视图。如图8所示，在耦合二 极管D中去除了阴极层18，然后在ρ型栅极层13上形成肖特基电极观，然后将肖特基电 极观与铝配线40连接。
根据本实施例，耦合二极管D也可以构造成肖特基二极管的形式。这样，这里 的电压降的量值是可选择的。这允许在对切换晶闸管S中的切换操作进行设定时有更高 的灵活性。
图9示出了再一个实施例。在本实例中，设置有电阻膜沈来代替肖特基电极 23。也就是说，栅极负载电阻Rg设置在形成于ρ型栅极层13上的金电极27和铝配线40 之间。从而，当电阻膜沈用作直立式栅极负载电阻Rg时，可以避免对绕开ρ型栅极层 13的需要。这样，可以获得这样的效果减小了栅极负载电阻Rg的面积以及总面积。
图10和图11示出了根据图9所示实施例的发光元件的形成过程。直到形成与 铝配线的接触为止的处理步骤已经完成。此外，金电极27、19、17、20和15以及由二 氧化硅制成的层间绝缘膜41已经被制出。从此状态开始，首先在待形成层间绝缘膜41 的栅极负载电阻Rg的部分中制出到达金电极27的接触孔。然后，在该接触孔中形成电 阻膜沈。该电阻膜沈是以这样的方式制成的通过溅射处理等形成电阻膜，该电阻膜 覆盖包括如上所述形成的接触孔的整个表面。然后，通过蚀刻处理去除电阻膜的除接触 孔上方的部分之外的部分。在此时，保留下来的电阻膜面积比接触孔稍大，从而该电阻 膜与层间绝缘膜41略微重叠。这里，电阻膜沈可以由例如非晶硅、金属陶瓷(铬 氧 化硅，钽·氧化硅，铌·氧化硅)、二氧化钌、氮化钽等制成。
然后，在另一个电极上形成另一个接触孔。然后，在包括该接触孔和电阻膜沈 的整个表面上形成铝膜。此后，去除该铝膜的除预定部分之外的部分，以便形成所需的 铝配线40。
在本实施例中，不是使用肖特基电极23作为电阻，而是在电阻性电极(金电极 27)上形成电阻膜沈，然后通过铝配线40形成连接。
这种构造还实现了直立式栅极负载电阻Rg，因而获得了这样的效果减小了由 栅极负载电阻Rg占用的面积。
具体来说，直立式栅极负载电阻，即电阻膜沈沿着至少与ρ型栅极层13相交的 方向延伸。
这里，已经就采用ρ型基板的pnpn结构的情况对以上给出的实施例的实例进行 了说明。然而，可以将P属性和η属性对调。也就是说，可以采用使用η型基板的ηρηρ 结构。在这种情况下，阳极层和阴极层的位置也要互换。也就是说，阴极层对于切换 晶闸管和发光晶闸管是共用的，而切换晶闸管的阳极层形成为与发光晶闸管的阳极层分1 。
上述实施例中的发光元件不限于在使用电子照相系统的图像中中使用。例如，除电子照相记录之外，发光元件还可以用于显示、照明、光学通信和光学写入t
权利要求
1.一种发光元件，包括切换晶间管，其包括第一阳极层、第一栅极层和第一阴极层，并且在将电压施加在 所述第一阳极层和所述第一阴极层之间的状态下，所述切换晶间管根据所述第一栅极层 的电位变为接通或者关断；发光晶闸管，其包括第二阳极层、第二栅极层和第二阴极层，并且当所述切换晶闸 管变为接通时，所述发光晶间管根据所述第二栅极层的电位变为接通，所述第二栅极层 设置为与所述第一栅极层所共用的层，所述第二阳极层和所述第二阴极层中的一者设置 为与所述第一阳极层或者所述第一阴极层所共用的层，所述第二阳极层和所述第二阴极 层中的另一者设置为与所述第一阳极层和所述第一阴极层分离的层；以及栅极负载电阻，其设置在所述第一栅极层上并位于电源线下面，并且所述栅极负载 电阻对从所述第一栅极层和所述第二栅极层向所述电源线流动的电流进行限制。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述栅极负载电阻包括肖特基二极管，所述肖特基二极管是通过将肖特基电极布置 在所述第一栅极层和所述电源线之间而形成的。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述栅极负载电阻包括薄膜电阻，所述薄膜电阳设置在所述第一栅极层和所述电源 线之间。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述薄膜电阻沿着与所述第一栅极层相交的方向延伸。
5.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述第一栅极层的位于所述肖特基电极和所述发光晶间管之间的部分被去除，从而 从所述肖特基电极延伸到所述第一栅极层的路径形成所述肖特基电极和所述发光晶闸管 之间的细长的接触部分。
全文摘要
本发明公开了一种发光元件。根据本发明的一个方面，该发光元件包括切换晶闸管、发光晶闸管和直立式栅极负载电阻。该切换晶闸管包括第一阳极层、第一栅极层和第一阴极层。该发光晶闸管包括第二阳极层、第二栅极层和第二阴极层。该直立式栅极负载电阻设置在第一栅极层上并位于电源线下面，并且该栅极负载电阻对从第一栅极层和第二栅极层向电源线流动的电流进行限制。
文档编号H01L33/00GK102024835SQ201010120309
公开日2011年4月20日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年9月17日
发明者大野诚治 申请人:富士施乐株式会社