专利名称：发光元件及发光元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及发光元件以及发光元件的制造方法。
背景技术：
光学打印机等的光学写入头采用自扫描式发光元件阵列。这样的自扫描式发光元 件阵列由依次发光的多个元件构成。各个元件包括具有pnpn结构的发光晶闸管，其用作 发光元件；以及转移晶闸管，其依次切换向各个发光晶闸管提供的电力供应。在化合物半导 体基板上制造出这些部件。通常采用的化合物半导体是砷化镓(GaAs)。此外，为了实现与栅极层和阴极层的 电极之间的电阻性接触，广泛采用了金(Au)合金电极(参见JP-A-2005-340767)。此外，在将各个元件(各个元件的电极)电连接时，采用这样的方法使薄膜配线 (wiring traces)与形成在位于电极上的层间绝缘膜中的接触开口连接。此时，一般来说， 在这种配线中采用含铝(A1)的配线。然而，对于这种情况，广泛地认为在含铝的电极和金 合金电极之间会形成合金层，从而导致接触电阻增大或者可靠性不够高(界面剥离)。作为 应对该情况的措施，已知的是将阻挡金属层插入在金层和铝层之间。例如，已经提出了使用 钨(W)或钛(Ti)作为金属阻挡物(参见JP-A-7-30095和JP-A-2006-147749)。这里，当将阻挡金属层插入在金层和铝层之间时，会出现这样的问题在执行湿式 蚀刻处理时阻挡金属层形成为尺寸比铝层大或者比铝层小。作为替代，也可以采用干式蚀 刻法。然而，在这种情况下，会出现这样的问题如果存在台阶部分，则无法对铝层或者阻挡 金属层进行充分地蚀刻。
发明内容
[1]根据本发明的一个方面，一种发光元件包括半导体层；金电极层，其形成在所述半导体层的一部分上并与所述半导体层电连接，并且所 述金电极层由包括金在内的金属制成；绝缘膜，其将所述半导体层覆盖并具有与所述金电极层对应的接触开口 ；阻挡金属层，其将所述金电极层、以及所述绝缘膜的位于所述接触开口附近的上 表面覆盖；以及铝配线层，其形成在所述阻挡金属层上并与所述阻挡金属层电连接，并且朝着远 离所述接触开口的方向在所述绝缘膜上延伸，并且所述铝配线层由包括铝在内的金属制 成。[2]根据本发明的另一个方面，一种发光元件的制造方法包括在形成有金电极层的半导体层上形成绝缘膜，所述金电极层由包括金在内的金属 制成；在所述绝缘膜中形成接触开口，以使所述金电极层露出；
形成阻挡金属层，所述阻挡金属层将所述金电极层、以及所述绝缘膜的位于所述 接触开口附近的上表面覆盖；以及形成铝配线层，所述铝配线层从所述阻挡金属层的表面延伸到所述绝缘膜的表面 并朝着远离所述接触开口的方向沿着所述绝缘膜的表面延伸，从而所述铝配线层与所述阻 挡金属层电连接，并且所述铝配线层由包括铝在内的金属制成。在采用项[1]所述的构造和项[2]所述的步骤的情况下，可以限制形成有阻挡金 属层的区域。这减少了如下需要，即由于阻挡金属层的存在而需要增大铝配线层中的配线 间隔。[3]在项[2]所述的发光元件的制造方法中，形成所述阻挡金属层的步骤包括对 所述阻挡金属层执行湿式蚀刻处理。[4]在项[1]所述的发光元件中，所述阻挡金属层的形状通过湿式蚀刻处理来形 成。在采用项[3]所述的构造和第[4]项所述的步骤的情况下，由于采用了湿式蚀刻处理，所以避免了干式蚀刻处理会产生的问题。
基于下列附图，描述本发明的示例性实施例，其中图1是示出根据示例性实施例的等效电路的示意图；图2是示出根据示例性实施例的发光元件的截面图的示意图；图3是示出根据示例性实施例的发光元件的平面图的示意图；图4A至图41是对根据示例性实施例的发光元件的制造过程进行说明的示意图；图5是示出根据示例性实施例的发光元件的配线状态的示意图；图6A和图6B是示出比较例中发光元件的构造的示意图；图7A至图7F是对比较例中的制造过程进行说明的示意图；图8A至图8G是对比较例中的制造过程进行说明的示意图；以及图9A至图9H是对比较例中的制造过程进行说明的示意图。
具体实施例方式下面，参考附图描述本发明的示例性实施例。图1是根据实施例的发光元件(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)的等效电路图。自扫描式发光元件阵列包括转移部分 100和发光部分200。转移部分100包括转移晶闸管SI、S2、S3……(S)；耦合二极管Dl、D2、D3…… (D)，其用于将转移晶闸管S的栅极彼此连接；以及栅极负载电阻器Rg。这里，如稍后所述， 各个耦合二极管D形成为与各个转移晶间管S的栅极层和阴极层一起制造出的层。此外， 第一转移晶闸管S 1的栅极不仅与耦合二极管D 1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 相应的转移晶闸管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器Rg的一端连接。栅极负载电阻器Rg的另一端与相应的转移晶闸管S的栅极和相应的发光晶闸管L的栅极连接。经由限流 电阻器R1和线4向奇数编号的转移晶闸管S1、S3……的阴极提供时钟脉冲41。经由 限流电阻器R2和42线6向偶数编号的转移晶闸管S2、S4……的阴极提供时钟脉冲小2。 此外，发光晶闸管L1、L2……的阴极与4s线8连接。这里，转移晶闸管S的阳极和发光晶 闸管L的阳极与阳极电源连接。此外，每个转移晶闸管S的栅极依次经由耦合二极管D与下一级的转移晶闸管S的栅极连接。这里，第一转移晶闸管S1的栅极经由耦合二极管DO与Φ2线6连接。在本说明书中，图1所示的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和Φ2。例如，在图1中，可以假定线6和VGA线2处于低电平(-5V)， 1线4处于 高电平(0V)，并且转移晶闸管S2导通(ON)。于是，转移晶闸管S2的栅极大致处于高电平 (大致为0V)。在此时，由于耦合二极管D2的导通状态电压的电压降，转移晶闸管S3的栅 极的电压大致处于例如-1. 5V，而转移晶闸管S4的栅极的电压大致为-3V，转移晶闸管S4 的栅极的该电压比转移晶闸管S3的栅极的电压低了耦合二极管D3的导通状态电压的值。于是，当小2线6变为高电平并且小1线4变为低电平时，转移晶闸管S2变为关 断(OFF)并且转移晶闸管S3变为导通。从而，转移晶闸管S3的栅极的电压变成大致为0V。 那么，由于耦合二极管D2的导通状态电压的电压降，转移晶闸管S4的栅极的电压变成大致 为-1. 5V。此外，关断状态下的转移晶闸管S2的栅极的电压通过栅极负载电阻器Rg而变为 与电源VGA的电压相等的低电平。这样，当时钟脉冲和62交替变为低电平时，转移晶 闸管S依次变为导通。 这里，在初始步骤中，当 1线4被设定为低电平并且 2线6被设定为高电平时，转移晶闸管S 1变为导通。此后，如上所述，当线4和线6在低电平和高电平之间 交替切换时，可以在转移晶闸管S中实现自扫描。这里，在各个发光晶闸管L中，向发光晶闸管的阴极提供信号6s。这样，当信号 小s处于低电平时，相应转移晶闸管S变为导通状态的发光晶闸管L变为导通。也就是说， 当相应的转移晶闸管S导通时，共用的栅极处于高电平。从而，发光晶闸管L也变为导通。 相反，在信号6s处于高电平的情况下，即使相应的转移晶闸管S导通，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。这样，在转移晶闸管S依次导通的过程中，当信号6 s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是根据示例性实施例的发光元件的主要部分的截面图。图3是示出多个发光 元件的平面图。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p型基板10上顺序地叠置有p型外延层(阳极层)ll、n型外延层 (n型栅极层)12、p型外延层(p型栅极层)13和21、以及n型外延层(阴极层)14、16和 18。执行数字台面蚀刻从而使转移部分和发光部分区域24与栅极负载电阻器区域25分隔开。在转移部分和发光部分区域24中，阴极层14构成发光晶闸管L的阴极层。阴极层16构成转移晶闸管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 转移晶闸管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，同样地在栅极负载电阻器Rg区域25中，在p型基板10上形成p型外延层 11、n型外延层12和p型外延层21。于是，p型外延层21用作栅极负载电阻器Rg。也就 是说，在P型外延层21上以分开的方式形成有一对电极22和23。于是，这对电极22和23 之间的P型外延层21用作栅极负载电阻器Rg。此外，在p型基板10的背面上形成有背面电极(阳极)31，并且该背面电极31用 作转移晶闸管S的阳极和发光晶闸管L的阳极。此外，在转移部分和发光部分区域24中的 P型外延层(栅极层)13上形成有栅电极20，并且该栅电极20用作转移晶间管S和发光晶 闸管L的共用栅极的栅电极。如图3所示，各个栅极负载电阻器Rg的电极23与电源线VGA连接，而栅电极20 与相邻发光元件的阴极电极19连接。此外，转移晶闸管S的阴极电极17与(M线4连接， 而发光晶闸管L的阴极电极15与信号线6s连接。此外，在相邻的发光元件中，转移晶闸 管S的阴极电极17与控制线(即小2线6)连接。也就是说，对于 1线和62线而言， 1线与排列成行的发光元件中的奇数编号 的发光元件的阴极电极17连接，而6 2线与偶数编号的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电极20连接。然后，在电极间的配线中使用铝配线40。也就是说，形成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中形成接触开口。此后，形成以预先设定 的图案覆盖接触开口的铝配线40。这里，在形成于栅极层13和阴极层14上的阴极电极15、17和19、栅电极20、以及 栅极负载电阻器的电极22和23中，可以通过采用由包括金在内的金属制成的金电极来实 现电阻性接触。例如，在金电极中可以包含金-锌、金-锗或者金-锗-镍。当在金电极上 直接形成铝电极时，在一些情况下，这些电极之间形成合金的过程会使该部分中的金电极 收缩从而导致接触电阻增大或者附着力减小。因此，在本示例性实施例中，在金电极和铝电 极之间设置阻挡金属层42，以抑制合金形成反应，从而抑制接触电阻增大并保证足够大的 附着力。阻挡金属层42由例如钛(Ti)和钼(Mo)等高熔点金属制成。此外，在本示例性实施例中，阻挡金属层42形成在接触开口附近的有限范围内。 也就是说，当阻挡金属层42形成在铝配线40和金电极之间以及附近的层间绝缘膜41上 时，形成区域是有限的，因此阻挡金属层42不是设置于在层间绝缘膜41上延伸的整个铝配 线40下方。因此，几乎整个铝配线40都是直接形成在层间绝缘膜41上的。所以，对于与铝配 线40有关的设计规则来说，仅仅考虑铝配线40就足够了。图4A至图41示出了根据本示例性实施例的发光元件的形成方法。这些图仅仅示 出了位于栅极层50(与图2中的栅极层13对应)上方的部分。如图4A所示，在栅极层50 上形成阴极层51 (与阴极层14等对应)。然后，在阴极层51上形成阴极电极52 (与阴极电 极15等对应)。此外，在栅极层50上的没有形成阴极层51的部分中形成栅电极53(与栅 电极20对应)。然后，形成层间绝缘膜54，层间绝缘膜54由绝缘材料制成并且对在前述步骤中形成的结构进行整体覆盖。此外，没有形成阴极层51的部分形成高度比其他部分的高 度低的台阶部分。因而，同样地在层间绝缘膜54中，该部分下陷并且形成台阶部分。然后，如图4B所示，通过对层间绝缘膜54执行光刻来进行图案化处理，结果，形成 了接触开口因而使阴极电极52的上表面露出。然后，在整个表面上形成阻挡金属层55。此 后，在需要形成阻挡金属层55的部分形成覆盖接触开口的抗蚀剂56 (图4C)。利用常用光 刻法来对该抗蚀剂56进行处理，在该光刻过程中，对形成在整个表面上的抗蚀剂的必要部 分进行曝光和显影，从而实现图案化。然后，使用蚀刻溶液借助湿式蚀刻处理来移除阻挡金 属层55的没有被抗蚀剂56覆盖的部分(图4D)。如上所述，由于利用湿式蚀刻处理来移除 该阻挡金属层55，所以所形成的阻挡金属层55比抗蚀剂56略小。此外，由于所执行的处理 是湿式蚀刻处理，所以层间绝缘膜54中的各个凹陷部的壁部上的阻挡金属层55也被移除。 在移除了除必要部分之外的阻挡金属层55之后，移除抗蚀剂56(图4E)。然后，在整个表面上形成用于配线的铝配线层57 (图4F)。然后，通过光刻法对抗 蚀剂58的必要部分进行图案化处理(图4G)。然后，利用湿式蚀刻处理来移除铝配线层57 的露出部分(图4H)。同样地，在这种情况下，所形成的铝配线层57比抗蚀剂58略小。此 外，由于所执行的处理是湿式蚀刻处理，所以层间绝缘膜54中的各个凹陷部的壁部上的铝 配线层57也被移除。然后，当抗蚀剂58被移除时，铝配线层57形成为期望的铝配线(图41)。此外，由 于铝配线层57经由阻挡金属层55与金电极52连接，所以抑制了在铝和金之间形成合金的 过程，因而获得了令人满意的电连接。如上所述，对阻挡金属层55执行图案化处理，并且仅仅在特定部分中形成阻挡金 属层55。也就是说，在本示例性实施例中，如图5所示，阻挡金属层55仅仅形成在各个接 触开口附近的有限区域内。换句话说，阻挡金属层55覆盖阴极电极52、以及层间绝缘膜54 的位于接触开口附近的上表面。阴极电极52可以是金电极。阻挡金属层55形成为与接触 开口对应的形状。阻挡金属层55不存在于铝配线层57的配线的常用部分下方。这里，可 以采用如下可选方法省略图4D和图4E所示上述处理步骤中对阻挡金属层55的图案化处 理，并且对铝配线层57和阻挡金属层55同时进行蚀刻。下面参考图6A和图6B描述该比 较例。在这种情况下，由于铝配线层57和阻挡金属层55具有彼此不同的蚀刻速率，所以所 形成的阻挡金属层55比铝配线层57略大(图6A)或者略小(图6B)。当所形成的阻挡金 属层55较大时，由于阻挡金属层55位于整个铝配线层57的下方，所以配线宽度变大。因 此，根据与配线间距有关的设计规则，线宽的缩减变得困难。相反，当所形成的阻挡金属层 55较小时，在铝配线层57下方形成空间。从而，产生这样的部分该部分没有被在随后的 处理步骤中形成的保护膜令人满意地覆盖。此外，在本示例性实施例中，可以在对铝配线层57和阻挡金属层55进行的处理中 采用反应性离子蚀刻(RIE)法。由于RIE用作各向异性蚀刻，所以可以将铝配线层57和阻 挡金属层55精确地形成为同一宽度。然而，如图4A至图41所示，当在层间绝缘膜54中存 在台阶部分(凹陷部)时，会在铝配线层57和阻挡金属层55的台阶部分中形成没有被蚀 刻的部分。下面，参考图7A至图7F描述实例的比较例。如图7A所示，在层间绝缘膜54的栅 电极53上存在台阶部分60。利用RIE法形成接触开口(图7B)，然后制造出阻挡金属层55和铝配线层57 (图7C)。在此时，这些层在接触开口中以及在台阶部分60的侧壁上形成相 似的厚度。对抗蚀剂58进行图案化(图7D)，并且利用RIE法对铝配线层57和阻挡金属层 55同时进行蚀刻(图7E)。在此时，在位于台阶部分60的壁部附近的铝配线层57的较厚 部分，从铝配线层57的上部蚀刻相同的距离。从而，铝配线层57和阻挡金属层55部分地 保留下来，因而即使在移除抗蚀剂58之后在台阶部分60中也会保留有导电材料。下面，参考图8A至图8G描述实例的比较例。如图8A和图8B所示，可以采用如下 可选方法将平坦化材料叠置在层间绝缘膜54上从而使表面平坦化。也就是说，在具有台 阶部分60的层间绝缘膜54上制造出平坦化层59。平坦化层59具有液体形式，因而通过旋 涂等方式填充层间绝缘膜54的台阶部分60，从而使表面平坦化。广泛地采用旋涂玻璃膜用 于平坦化处理。在平坦化处理之后，形成接触开口(图8C)。然后，形成阻挡金属层55和铝配线层 57(图8D)。然后，在对抗蚀剂58进行图案化处理之后(图8E)，利用RIE法对阻挡金属层 55和铝配线层57的露出的不必要部分进行蚀刻(图8F)。在这种情况下，阻挡金属层55 和铝配线层57的待移除部分形成为平坦表面的形式。然后，由于在层间绝缘膜54上存在由不同种类的材料构成的平坦化层59，所以会 使膜厚度较大。此外，有效折射率发生波动的可能性提高。下面，参考图9A至图9H描述实例的比较例。如图9A至9C所示，在形成平坦化层 59之后，可以利用RIE法对平坦化层59进行蚀刻。因此，除了台阶部分60中的平坦化层 59部分之外的整个平面化层59都被移除。这避免了在存在平坦化层59时会导致光学特性 的劣化。然而，在这种制造方法中，在移除平面化层59时，也需要在一定程度上移除层间绝 缘膜54。这使得难以对层间绝缘膜54的厚度进行控制。在本示例性实施例中，可以获得这样一种发光元件，该发光元件具有阻挡金属层 55，其仅仅位于接触开口中及该接触开口的附近；以及常用的铝配线层57，其形成为与阻 挡金属层55接触。铝配线层57和阻挡金属层55是在光刻和蚀刻的处理步骤中形成的。因 此，不需要平坦化处理。这里，所采用的用于金属阻挡物的材料是例如，钛(Ti)或钼(Mo)。此外，阻挡金属 层55的优选膜厚度是20nm至lOOnm等。此外，所采用的阻挡金属层55的膜形成方法是蒸 镀法(evaporation)或溅射法。在对钛进行蚀刻时，可以使用例如，包含氨水和过氧化氢溶 液的水溶液。在此时，为了使发光元件的光学特性不劣化，可以设定这样的条件构成光路 一部分的层间绝缘膜部分不会被腐蚀。通过蒸镀法或溅射法，铝配线层的膜厚度形成为大约1 P m。在进行蚀刻时，可以使 用包含磷酸、硝酸和醋酸的混合液。同样在此时，为了使发光元件的光学特性不劣化，可以 设定这样的条件构成光路一部分的层间绝缘膜部分不会被腐蚀。此外，由于独立于阻挡金 属层执行图案化处理，所以两种图案可以彼此交叉或者平行地延伸。因而，如下的条件是优 选的阻挡金属层不会被用于铝配线的蚀刻溶液腐蚀。上述示例性实施例中的发光元件不限于在使用电子照相系统的图像形成设备中 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。
权利要求
1.一种发光元件，包括 半导体层；金电极层，其形成在所述半导体层的一部分上并与所述半导体层电连接，所述金电极 层由包括金在内的金属制成；绝缘膜，其将所述半导体层覆盖并具有与所述金电极层对应的接触开口； 阻挡金属层，其将所述金电极层、以及所述绝缘膜的位于所述接触开口附近的上表面 覆盖；以及铝配线层，其形成在所述阻挡金属层上并与所述阻挡金属层电连接，并且朝着远离所 述接触开口的方向在所述绝缘膜上延伸，并且所述铝配线层由包括铝在内的金属制成。
2.一种发光元件的制造方法，包括在形成有金电极层的半导体层上形成绝缘膜，所述金电极层由包括金在内的金属制成；在所述绝缘膜中形成接触开口，以使所述金电极层露出；形成阻挡金属层，所述阻挡金属层将所述金电极层、以及所述绝缘膜的位于所述接触 开口附近的上表面覆盖；以及形成铝配线层，所述铝配线层从所述阻挡金属层的表面延伸到所述绝缘膜的表面并朝 着远离所述接触开口的方向沿着所述绝缘膜的表面延伸，从而所述铝配线层与所述阻挡金 属层电连接，并且所述铝配线层由包括铝在内的金属制成。
3.根据权利要求2所述的发光元件的制造方法，其中，形成所述阻挡金属层的步骤包括对所述阻挡金属层执行湿式蚀刻处理。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述阻挡金属层的形状通过湿式蚀刻处理来形成。
5.根据权利要求2所述的发光元件的制造方法，其中，在形成所述绝缘膜的步骤之后，将所述金电极层设置在所述半导体层和所述绝缘膜之间。
全文摘要
本发明公开了一种发光元件及发光元件的制造方法。该发光元件包括半导体层、金电极层、绝缘膜、阻挡金属层和铝配线层。金电极层形成在半导体层的一部分上并与该半导体层电连接。金电极层由包括金在内的金属制成。绝缘膜将半导体层覆盖并具有与金电极层对应的接触开口。阻挡金属层将金电极层、以及绝缘膜的位于接触开口附近的上表面覆盖。铝配线层形成在阻挡金属层上并与该阻挡金属层电连接。
文档编号H05B33/08GK101998711SQ20101013915
公开日2011年3月30日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年8月11日
发明者宇佐美浩之, 山田秀一, 村田道昭, 桥本隆宽 申请人:富士施乐株式会社