DE69811755T2

DE69811755T2 - Leuchtdiodenanordnung

Info

Publication number: DE69811755T2
Application number: DE69811755T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamano; Mitsuhiko Ogihara; Takatoku Shimizu; Masumi Taninaka
Original assignee: Oki Data Corp
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: DE69811755D1; US6211537B1; EP0872898A2; JPH10290025A; EP0872898A3; EP0872898B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft LED-Anordnungen zur Verwendung in einer Belichtungs- Lichtquelle (einem Druckerkopf) für einen elektrofotografischen Drucker und insbesondere hoch integrierte LED-Anordnungen mit einer Dichte oder einer Auflösung, die höher als 1200 DPI (Dot Per Inch = Punkte pro Inch) ist.

BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK

Die japanische vorläufige Gebrauchsmusterveröffentlichung (KOKAI) Nr. 62-60053 offenbart eine solche herkömmliche LED-Anordnung als Lichtquelle zur Verwendung in einem elektrofotografischen Drucker. Die Fig. 6A-6B stellen den Aufbau der herkömmlichen LED-Anordnung 4 dar, wobei die Fig. 6A eine Draufsicht auf die LED-Anordnung 4 ist und die Fig. 6B eine Querschnittsansicht entlang den Linien 6B-6B der Fig. 6A ist.
Wie es in den Fig. 6A-6B gezeigt ist, enthält die LED-Anordnung 4 eine Vielzahl von LEDs 40, die in einer Reihe auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat 41 ausgerichtet sind. Jede der LEDs 40 enthält ein erstes Zwischenschicht-Dielektrikum 42a, ein erstes Fenster 46, das im ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 42a ausgebildet ist, ein zweites Zwischenschicht-Dielektrikum 42b, ein zweites Fenster 48, das im zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 42b ausgebildet ist, einen p-Typ- Diffusionsbereich 43, eine p-Elektrode 44 und eine n-Elektrode 45.
Das zweite Fenster 48 ist mit dem ersten Fenster 46 ausgerichtet und hat dieselbe Größe wie das erste Fenster 46 oder ist etwas größer. Anders ausgedrückt ist das erste Fenster 46 innerhalb des zweiten Fensters 48. Der p-Typ-Diffusionsbereich 43 ist im n-Typ-Halbleitersubstrat direkt unter dem ersten Fenster 46 ausgebildet. Die p-Elektrode 44 erstreckt sich in das erste Fenster 46 und kontaktiert den p-Typ- Diffusionsbereich 43, Die n-Elektrode 45 ist allen LEDs 40 gemeinsam und ist an der Rückseite des n-Typ-Halbleitersubstrats 41 ausgebildet.
Der p-Typ-Diffusionsbereich 43 und das n-Typ-Halbleitersubstrat 41 bilden einen pn-Übergang 51, der Licht emittiert bzw. aussendet, wenn er erregt ist. Die p- Elektrode 44 ist ausgebildet, um den p-Typ-Diffusionsbereich 43 sowohl an einem Teil 47a der Diffusionsbereichsoberfläche 47 als auch an einem Teil 46a des ersten Fensters 46 zu bedecken. Wenn ein Strom zwischen der p-Elektrode 44 und der n- Elektrode 45 fließt, emittiert der pn-Übergang 51 Licht, das von einem lichtemittierenden Bereich 47b stammt, der nicht mit der p-Elektrode 44 bedeckt ist.
Unter Verwendung des ersten Zwischenschicht-Dielektrikums 42a als selektive Diffusionsmaske wird Zink, was eine p-Typ-Störstelle ist, vom ersten Fenster 46 in das n-Typ-Halbleitersubstrat 41 diffundiert, was den Diffusionsbereich 43 bildet. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 42b ist ausgebildet, um die Isolierung zwischen der p-Elektrode 44 und dem n-Typ-Halbleitersubstrat 41 selbst dann sicherzustellen, wenn Pinholes im ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 42a entwickelt werden. Ein Ausbilden des zweiten Zwischenschicht-Dielektrikums 42b auf dem ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 42a verbessert die Ergiebigkeit der LED- Anordnung 4.
Bei der vorgenannten herkömmlichen LED-Anordnung 4 müssen dann, wenn die LED-Anordnung 4 eine ultrahohe Dichte haben soll, die höher als 1200 DPI ist, die ersten Fenster 46 sehr klein sein und demgemäß in sehr kleinen Intervallen angeordnet sein. Dementsprechend müssen die zweiten Fenster 48 auch sehr klein sein. Daher muss die Maske während eines Fotolithografieprozesses zum Ausbilden der zweiten Fenster 48 ungeachtet dessen mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden, ob die zweiten Fenster 48 dieselbe Größe wie die ersten Fenster 46 haben oder größer als diese sind. Wenn die ersten Fenster 46 aufgrund einer schlechten Ausrichtungsgenauigkeit teilweise außerhalb der zweiten Fenster 48 sind, kann die p-Elektrode 44 einen kleineren Bereich in Kontakt mit dem p-Typ-Diffusionsbereich 43 haben, d. h. der Bereich des Teils 46a wird kleiner. Ein Kleinerwerden vom Teil 46a im Bereich erhöht einen Kontaktwiderstand, was in schlechten Charakteristiken bzw. Eigenschaften bzw. Kennlinien und daher in einer niedrigeren Ergiebigkeit der LED-Anordnungen resultiert.
US 5,523,590 mit dem Titel "LED ARRAY WITH INSULATING FILMS" offenbart eine LED-Anordnung, die ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält; einen ersten Isolierfilm der auf dem Substrat ausgebildet ist, mit einem Aluminiumoxid und mit einer Vielzahl von ersten Fenstern; einen zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm ausgebildet ist, mit einer Vielzahl von zweiten Fenstern, die jeweils mit der Vielzahl von ersten Fenstern ausgerichtet ist, wobei die Vielzahl von zweiten Fenstern durch einen Fotolithografieprozess ausgebildet ist, der den ersten Isolierfilm nicht ätzt; eine Vielzahl von Diffusionsbereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die durch eine Diffusion einer Störstelle des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die Vielzahl von ersten Fenstern in das Halbleitersubstrat ausgebildet ist, zum Erzeugen von pn-Übergängen, von welchen oder aus deren Nähe Licht emittiert wird, und zwar hauptsächlich durch die Vielzahl von ersten Fenstern und die Vielzahl von zweiten Fenstern; und eine Vielzahl von Elektroden, die auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildet sind, sich durch die Vielzahl von ersten Fenstern und durch die Vielzahl von zweiten Fenstern erstrecken und einen elektrischen Kontakt zu jeweiligen Diffusionsbereichen herstellen.
Patent Abstracts of Japan, Vol. 1995, Nr. 508, JP 7 122 781 offenbart eine Herstellung einer LED-Anordnung. Dabei wird ein Aluminiumfilm auf einem N-Typ- Halbleitersubstrat ausgebildet, und eine erste Bearbeitung ist am Aluminiumfilm vorgesehen. Zink wird selektiv in das N-Typ-Halbleitersubstrat diffundiert, das mit der ersten Öffnung versehen ist, um einen P-Typ-Diffusionsbereich vorzusehen, und ein zweiter Isolierfilm als zweite Schicht wird auf dem N-Typ-Halbleitersubstrat ausgebildet, das mit der ersten Öffnung versehen ist. An dieser Stelle wird der zweite Isolierfilm selektiv geätzt, um eine zweite Öffnung entsprechend der ersten Öffnung auszubilden. Dann wird eine Verdrahtungsschicht auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildet, der mit der zweiten Öffnung versehen ist.
In Patent Abstracts of Japan, Vol. 1997, Nr. 704, JP 8 330 634 sind eine lichtemittierende Diode und ihre Herstellung beschrieben. Dabei wird Zn selektiv in ein n- Typ-Zusammensetzungs-Halbleitersubstrat durch ein Diffusionsfenster diffundiert, das in einer Diffusionsmaske ausgebildet ist, um einen p-Typ-Diffusionsbereich zu bilden. Danach wird ein aus einem SiN-Film zusammengesetzter Zwischenschichtisolierfilm in einem Bereich bis zur Oberfläche des Diffusionsbereichs über die Seitenfläche der Diffusionsmaske auf der Seite des Diffusionsfensters von der Oberfläche der Diffusionsmaske aus ausgebildet. Danach wird eine Aluminiumelektrode als eine p-Seiten-Elektrode auf dem geätzten Zwischenschicht-Isolierfilm ausgebildet. In diesem Fall wird dann, wenn die Aluminiumelektrode auf dem geätzten Zwischenschicht-Isolierfilm ausgebildet ist, ein Aluminiumfilm geätzt. Wenn der Aluminiumfilm geätzt ist, wird thermisches Phosphor verwendet. Danach wird eine n-Seiten-Elektrode ausgebildet. In einer lichtemittierenden Diodenanord nung, die auf diese Weise hergestellt wird, wird der SiN-Film als der Zwischenschicht-Isolierfilm verwendet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung dient zum Lösen der vorgenannten Probleme der herkömmlichen LED-Anordnungen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hochintegrierte LED-Anordnungen mit einer guten Ausbeute bzw. Ergiebigkeit von LED-Anordnungen zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, LED-Anordnungen mit hoher Strahlungseffizienz von Licht zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung ist im unabhängigen Anspruch definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein weiterer Bereich einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der hierin nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Jedoch sollte verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, nur anhand einer Illustration angegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verstanden, die nur anhand einer Illustration angegeben sind und somit nicht beschränkend für die vorliegende Erfindung sind, und wobei:
Fig. 1A-1B eine Struktur einer LED-Anordnung gemäß einem erklärenden Beispiel darstellen, das keinen Teil der Erfindung bildet, wobei die Fig. 1A eine Draufsicht von oben ist und die Fig. 1B eine Querschnittsansicht entlang den Linien 1B-1B der Fig. 1A ist;
Fig. 2A-2F einzelne Herstellungsprozesse der LED-Anordnung des ersten Beispiels zeigen;
Fig. 3A-3B eine Struktur einer LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, wobei die Fig. 3A eine Draufsicht von oben ist und die Fig. 3B eine Querschnittsansicht entlang den Linien 3B-3B der Fig. 3A ist;
Fig. 4A-4D einzelne Prozesse zum Herstellen der LED-Anordnung des Ausführungsbeispiels darstellen;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Modifikation der LED-Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist; und
Fig. 6A-6B den Aufbau der herkömmlichen LED-Anordnung 4 darstellen, wobei die Fig. 6A eine Draufsicht auf die LED-Anordnung 4 ist und die Fig. 6B eine Querschnittsansicht entlang den Linien 6B-6B der Fig. 6A ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine LED- Anordnung mit in Intervallen entsprechend 1200 DPI ausgerichteten LEDs beschrieben werden, ist die Erfindung auch auf eine LED-Anordnung mit in Intervallen entsprechend einer Auflösung, die höher als 1200 DPI ist, wie beispielsweise 2400 DPI, ausgerichteten LEDs anwendbar.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1A-1B stellen eine Struktur einer LED-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei die Fig. 1A eine Draufsicht von oben ist und die Fig. 1B eine Querschnittsansicht entlang den Linien 1B-1B der Fig. 1A ist. Die in den Fig. 1A-1B gezeigte LED-Anordnung 1 hat eine Dichte von 1200 DPI. Die LED-Anordnung 1 enthält N LEDs, d. h. die LEDs 101 bis ION, die in Intervallen entsprechend 1200 DPI auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 angeordnet sind.
Die LED 10 enthält ein n-Typ-Halbleitersubstrat 11, auf welchem die LEDs 10&sub1; bis 10N in einer Reihe ausgerichtet sind. Ein erstes Zwischenschicht-Dielektrikum 12a hat eine Reihe von ersten Fenstern 16 darin ausgebildet. Ein LED-Element wird in jedem der ersten Fenster ausgebildet. Ein zweites Zwischenschicht-Dielektrikum 12b hat zweite Fenster 18 darin ausgebildet. Ein p-Typ-Diffusionsbereich 13 ist im n-Typ-Halbleitersubstrat 11 direkt unter dem ersten Fenster 16 ausgebildet, und eine p-Elektrode 14 ist für jede LED ausgebildet. Die LEDs 10&sub1; bis 10N nutzen eine gemeinsame n-Elektrode 15 gemeinsam. Das erste Dielektrikum 12a und das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 12b bilden ein Zwischenschicht-Dielektrikum 12 in der Form einer laminierten Schichtenstruktur. Wegen der N ersten Fenster 16 sind die N p-Typ-Diffusionsbereiche 13 in vorbestimmten Intervallen auf dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet. Die p-Elektrode 14 ist auf dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 12 und im ersten Fenster 16 ausgebildet. Die p- Elektrode 14 hat einen Bereich in Kontakt mit dem p-Typ-Diffusionsbereich 13 im ersten Fenster 16. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Elektroden 14 der LEDs 10 so angeordnet, dass sich eine k-te p-Elektrode 14k lateral auf einer Seite der Reihe von LEDs erstreckt und eine (k + 1)-te p-Elektrode 14k+i auf der anderen Seite ist. Die n-Elektrode 15 ist auf der Gesamtheit der Rückfläche des n-Typ- Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Das zweite Fenster 18 ist ein Loch, das in einer Richtung verlängert ist, in welcher die ersten Fenster ausgerichtet sind, so dass die Reihe der ersten Fenster innerhalb des verlängerten Lochs ist und sich nicht zum Rand des zweiten Fensters 18 erstreckt.
Nun werden die Herstellungsprozesse der LED-Anordnung 1 unter Bezugnahme auf die Fig. 2A-2F beschrieben.
Die Fig. 2A-2F zeigen ein Beispiel von Herstellungsprozessen der LED-Anordnung 1. Bei den in den Fig. 2A-2F gezeigten Prozessen wird der p-Typ-Diffusionsbereich 13 durch die Zn-Festphasendiffusion ausgebildet.
Zuerst wird, wie es in Fig. 2A gezeigt ist, das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a auf der Oberfläche des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Dann wird das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a gemustert, um die ersten Fenster 16 und die selektive Diffusionsmaske 32 auszubilden. Auf ein Ausbilden der selektiven Diffusionsmaske 32 hin wird das n-Typ-Halbleitersubstrat 11 durch die ersten Fenster 16 freigelegt. Das n-Typ-Halbleitersubstrat 11 ist beispielsweise ein GaAs- Substrat, das ein Substrat ist, auf welchem eine n-Typ-GaAsP-Epitaxialschicht ausgebildet worden ist. Das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a (die selektive Diffusionsmaske 32) ist beispielsweise ein Film aus Aluminiumnitrid (AIN). Der AIN- Film wird durch das Sputtern ausgebildet und hat eine Dicke von etwa 2000 Angström (10 Angström = 1 nm).
Dann wird, wie es in Fig. 2B gezeigt ist, eine Zn-Diffusionsquellenschicht 34 auf der Oberfläche des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 ausgebildet, auf welchem die Diffusionsmaske 32 ausgebildet worden ist, und darauf folgend wird eine Ausglühhaube 35 auf der Zn-Diffusionsquellenschicht 34 ausgebildet. Die Zn- Diffusionsquellenschicht 34 ist beispielsweise eine Mischung aus ZnO und SiO&sub2;. Der ZnO-SiO&sub2;-Film ist eine Mischung aus 100 Teilen Zinkoxid (ZnO) und 100 Teilen Siliziumdioxid (SiO&sub2;) und wird durch Sputtern ausgebildet. Die Ausglühhaube 35 ist beispielsweise Siliziumnitrid (SiN). Die ZnO-SiO&sub2;-Mischung hat eine Dicke von etwa 1000 Angström und der SiN-Film hat eine Dicke von etwa 1000 Angström.
Nachdem die Ausglühhaube 35 ausgebildet worden ist, wird das n-Typ- Halbleitersubstrat 11 einem Ausglühen bei hoher Temperatur unterzogen, so dass Zink von der Zn-Diffusionsquellenschicht 34 in das n-Typ-Halbleitersubstrat 11 diffundiert. Das Zink diffundiert in das n-Typ-Halbleitersubstrat 11 durch die ersten Fenster 16, durchdringt aber nicht die selektive Diffusionsmaske 32, obwohl sich Zink in Abhängigkeit von der Diffusionstiefe bis zu einem gewissen Maß auch lateral durch die ersten Fenster 16 in das Substrat 11 ausbreitet bzw. streut. Daher wird ein p-Typ-Diffusionsbereich 13 nur durch die ersten Fenster 16 in das n-Typ- Halbleitersubstrat 11 ausgebildet. Das Ausglühen bei hoher Temperatur wird beispielsweise bei einer Temperatur von 700ºC für zwei Stunden durchgeführt. Diese Ausglühbedingungen ergeben den p-Typ-Diffusionsbereich 13 einer Diffusionstiefe von xj = 1 Mikron, einer Oberflächendichte von Zn von 10²&sup0; cm&supmin;³ und einer lateralen Diffusion von xs = 1,5 Mikron. Ein Verwenden der Zn-Festphasendiffusion lässt eine Ausbildung des p-Typ-Diffusionsbereichs 13 mit einer flachen Diffusionstiefe und einem niedrigen Schichtwiderstand zu (eine Zn-Dichte ist in der Oberfläche hoch), und daher ergibt sich eine LED 10 mit einer hohen lichtemittierenden Effizienz. Die Ausglühhaube 35 verhindert, dass Zn in die Ausglühatmosphäre diffundiert. In der Beschreibung wird die Oberfläche des p-Typ-Diffusionsbereichs 13, die auch ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 ist, Diffusionsbereichsoberfläche 17 genannt. Wie es oben angegeben ist, diffundiert Zink nicht nur vertikal, sondern auch lateral in das Halbleitersubstrat 11, was in einer Diffusionsbereichsoberfläche 17 mit einem größeren Bereich als das erste Fenster 16 resultiert.
Wie es Fig. 2C gezeigt ist werden, nachdem der p-Typ-Diffusionsbereich 13 im n- Typ-Halbleitersubstrat 11 ausgebildet worden ist, die Diffusionsquellenschicht (die ZnO-SiO&sub2;-Mischung) 34 und die Ausglühhaube 35 (SiN) durch eine Nassätzlösung entfernt, wie beispielsweise eine gepufferte Fluorwasserstoffsäure, die das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a (AIN) nicht angreift.
Wie es in Fig. 2D gezeigt ist wird, nachdem die Diffusionsquellenschicht 34 und die Ausglühhaube 35 vom n-Typ-Halbleitersubstrat 11 entfernt worden sind, das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 12b auf der Oberfläche des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 12b wird dann durch die Fotolithografie und das Ätzen gemustert, um die zweiten Fenster 18 im zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 12b auszubilden. Das zweite Zwischenschicht- Dielektrikum 12b nimmt die Form von beispielsweise Siliziumnitrid (SiN) an, das durch CVD ausgebildet wird. Der SiN-Film hat eine Dicke von etwa 1000 Angström. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 12b wird unter Verwendung von beispielsweise gepufferter Fluorwasserstoffsäure nassgeätzt, die das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a (AIN) nicht angreift. Die laminierte Struktur aus dem ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 12a und dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 12b bildet ein Zwischenschicht-Dielektrikum 12 in Bereichen außer für die zweiten Fenster 18, die ungeätzt gelassen worden sind.
Das zweite Fenster 18 ist in der Richtung der Reihe der LEDs 10 ausgedehnt und bringt N erste Fenster 16 vollständig unter, die an der LED-Anordnung 1 ausgebildet sind. Somit werden die ersten Fenster 16 vollständig freigelegt, wenn das zweite Fenster 18 ausgebildet ist. Die Breite Wv des zweiten Fensters 18 wird so ausgewählt, dass die ersten Fenster 16 selbst dann durch das zweite Fenster 18 vollständig freigelegt sind, wenn die Masken während des Fotolithografieprozesses bis zu einem gewissen Maß in einer Richtung (die hierin nachfolgend V-Richtung genannt wird) rechtwinklig zu einer Richtung (die H-Richtung genannt wird) der Reihe der LED 10 fehlausgerichtet sind.
Nachdem das zweite Fenster 18 ausgebildet worden ist, wird eine leitende Schicht auf dem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 ausgebildet, wie es in Fig. 2E gezeigt ist. Die leitende Schicht wird dann in die p-Elektroden 14 gemustert. Die p-Elektrode 14 wird so ausgebildet, dass ein Teil der p-Elektrode, der innerhalb des ersten Fensters 16 ist, in. Kontakt mit der Diffusionsbereichsoberfläche 17 ist. Die p-Elektrode 14 ist in ohmschem Kontakt mit dem p-Typ-Diffusionsbereich 13 im ersten Fenster 16. Daher ist die leitende Schicht eine Aluminiumschicht, die einen ohmschen Kontakt mit dem p-Typ-Diffusionsbereich 13 bilden kann.
In der Beschreibung wird ein Bereich im ersten Fenster 16, in welchem die p- Elektrode 14 den p-Typ-Diffusionsbereich 13 kontaktiert, Verbindung bzw. Anschluss 16a genannt. Gleichermaßen wird ein Bereich auf der Diffusionsbereichsoberfläche 17, der mit der p-Elektrode 14 bedeckt ist, Blockierbereich 17a genannt und wird ein Bereich auf der Diffusionsbereichsoberfläche 17, der nicht mit der p- Elektrode 14 bedeckt ist, lichtemittierender Bereich 17b genannt. Wenn die LED 10 erregt wird, wird Licht bei einer Schnittstelle 31 zwischen dem p-Typ- Diffusionsbereich 13 und dem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 emittiert. Das Licht kommt vom lichtemittierenden Bereich 17b, aber nicht vom blockierenden Bereich 17a. Der blockierende Bereich 17a blockiert das Licht. Das Zwischenschicht- Dielektrikum 12 ist gegenüber Licht durchlässig.
Dann wird die Rückseite des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 poliert, und eine leitende Schicht wird auf der Gesamtheit der Rückseite des Substrats 11 ausgebildet. Diese leitende Schicht dient als die n-Elektrode 15. Die n-Elektrode 15 ist beispielsweise eine Goldlegierung, die durch das Sputtern ausgebildet wird. Nachdem die oben genannten Prozesse durchgeführt worden sind ist die Herstellung der LED- Anordnung 1 beendet.
Nun werden verschiedene Dimensionen der LED-Anordnung 1 und der LED 10 beschrieben.
Für eine LED-Anordnung mit 1200 DPI sind die LEDs 10 in Intervallen von etwa 21 um auf dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet. Die Dimensionen des ersten Fensters 16 werden so ausgewählt, dass benachbarte p-Typ-Diffusionsbereiche 13k und 13k+1 ausreichend isoliert sind. Beispielsweise hat das erste Fenster 16 eine Dimension Wh0 (nicht gezeigt) von etwa 5 um in der H-Richtung und eine Dimension Lv0 von etwa 10 um in der V-Richtung.
Die Dimensionen des zweiten Fensters 18 werden derart ausgebildet, dass sie selbst dann, wenn die Masken während des Fotolithografieprozesses bis zu einem gewissen Maß fehlausgerichtet sind, gerade groß genug zum vollständigen Freilegen der ersten Fenster 16 sind. Die LED-Anordnung 1 hat N LEDs 10, die so ausgerichtet sind, dass lichtemittierende Bereiche 17b genau in einer Linie liegen. Die Dimension Xs einer lateralen Diffusion des Diffusionsbereichs 13 ist etwa 1,5 um. Der lichtemittierende Bereich 17b hat eine Dimension WM, die nicht gezeigt ist, von etwa 8 um in der H-Richtung. Die Dimension des lichtemittierenden Bereichs 17b oder Lv1 in der V-Richtung ist etwa 8 um, so dass der lichtemittierende Bereich im Wesentlichen rechteckförmig bzw. quadratisch ist. Somit ist eine Dimension Lv2 der Verbindung bzw. des Anschlusses 16a in der V-Richtung etwa 3,5 um. Die Dimension Wv des zweiten Fensters 18 kann so ausgewählt werden, dass Wv lang genug ist, um die Dimension Lv1 + 2Lv2 mit einem Spielraum LM unterzubringen, der groß genug zum Unterbringen von Maskenausrichtungsfehlern in der V-Richtung ist. Somit ist Wv beispielsweise 25 um, was einen Maskenausrichtungsfehler von ±5 um unterbringt. Weil sich das zweite Fenster 18 in der H-Richtung erstreckt und N erste Fenster 16 darin unterbringt, und zwar selbst dann, wenn die Masken während der Ausbildung des zweiten Fensters 18 in der H-Richtung fehlausgerichtet sind, werden die Verbindungen bzw. Anschlüsse 16a nicht mit dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 12b bedeckt. Dies eliminiert die Notwendigkeit für eine Ausrichtung von Masken mit hoher Genauigkeit während des Fotolithografieprozesses zum Ausbilden des zweiten Fensters 18 und erhöht daher die Ausbeute bzw. Ergiebigkeit der LED-Anordnung.
Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 12b wird zum Sicherstellen einer Isolierung zwischen der p-Elektrode 14 und dem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 selbst dann verwendet, wenn Pinholes im ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 12a entwickelt werden. Ein Ausbilden des einzelnen länglichen zweiten Fensters 18 im zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 12b veranlasst, dass ein größerer Bereich des ersten Zwischenschicht-Dielektrikums 12a freigelegt wird, als dann, wenn die zweiten Fenster für individuelle erste Fenster ausgebildet werden, wie es in den Fig. 6A-6B gezeigt ist. Jedoch ist dieser freigelegte Bereich vernachlässigbar klein, wenn man ihn mit dem gesamten Oberflächenbereich der LED-Anordnung 1 vergleicht. Daher beeinträchtigt das Vorsehen des länglichen zweiten Fensters 18 den Isolationseffekt des zweiten Zwischenschicht-Dielektrikums 18 nicht wesentlich.
Die Form des zweiten Fensters 18 muss kein längliches Rechteck sein und muss auch nicht derart ausgebildet sein, dass sie die ersten Fenster 16 vollständig freilegt. Anders ausgedrückt kann das zweite Fenster 18 von irgendeiner Form sein, solange die Verbindungen bzw. Anschlüsse 16a vollständig freigelegt werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Die Fig. 3A-3B stellen eine Struktur einer LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Fig. 3A ist eine Draufsicht und Fig. 3B ist eine Querschnittsansicht entlang den Linien 3B-3B der Fig. 3A.
Wie es in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel vom erklärenden Beispiel dadurch, dass das zweite Zwischenschicht- Dielektrikum die ersten Fenster bedeckt. Elementen in den Fig. 3A-3B, die gleich denjenigen der Fig. 1A-1B sind, sind dieselben Bezugszeichen wie diejenigen der Fig. 1A-1B zugeteilt.
Die Fig. 3A-3B stellen eine LED-Anordnung 2 dar, die für eine Dichte von 1200 DPI entworfen ist. Die LED 2 enthält N LEDs 20, die in einer Reihe auf dem n-Typ- Halbleitersubstrat 11 in Intervallen entsprechend 1200 DPI ausgerichtet sind.
Bei der LED-Anordnung 2 des Ausführungsbeispiels ist ein erstes Zwischenschicht- Dielektrikum 12a auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 ausgebildet, und es ist mit ersten Fenstern 16 darin ausgebildet, in welchen einzelne LEDs 20 ausgebildet sind. Die LED-Anordnung 2 enthält weiterhin ein zweites Zwischenschicht- Dielektrikum 22b mit zweiten Fenstern 28, die darin für einzelne LEDs 20 ausgebildet sind, einen p-Typ-Diffusionsbereich 13, der in einzelnen ersten Fenstern 16 ausgebildet ist, eine p-Elektrode 14, die für einen einzelnen p-Typ-Diffusionsbereich 13 ausgebildet ist, und eine n-Elektode 15, die gemeinsam für alle LEDs 20 dient. Das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a und das zweite Zwischenschicht- Dielektrikum 22b bilden ein Mehrschichten-Zwischenschicht-Dielektrikum 22. Da die ersten Fenster 16 und die zweiten Fenster 28 in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, sind auch die p-Typ-Diffusionsbereiche 13 in vorbestimmten Intervallen auf dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet. Die zweiten Fenster 28 sind so ausgebildet, dass ein Anschluss bzw. eine Verbindung 16a zwischen der p- Elektrode 14 und dem p-Typ-Diffusionsbereich 13 durch das zweite Fenster 28 vollständig freigelegt ist. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b ist derart ausgebildet, dass es die ersten Fenster 16 überlagert, um Bereiche außer für die Verbindungen bzw. Anschlüsse 16a in den ersten Fenstern 16 zu bedecken. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b ist vorzugsweise aus einem Isolierfilm ausgebildet, wie beispielsweise aus SiN, welcher gegenüber Licht durchlässig ist und einen großen Brechungsindex hat. Der SiN-Film hat einen Brechungsindex von 1,9. Das zweite Fenster 28 ist gerade groß genug, um den Anschluss 16a freizulegen, und daher bedeckt das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b den größten Teil des lichtemittierenden Bereichs 17b.
Nun werden die Herstellungsprozesse der LED-Anordnung 2 beschrieben. Die Fig. 4A-4D stellen ein Beispiel für Prozesse zum Herstellen der LED-Anordnung 2 dar. Wie es in Fig. 4A gezeigt ist, wird das erste Zwischenschicht-Dielektrikum 12a auf der Oberfläche des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 auf dieselbe Weise ausgebildet, wie beim erklärenden Beispiel, das zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben ist. Dann werden die ersten Fenster 16 im ersten Zwischenschicht-Dielektrikum 12a ausgebildet, und darauffolgend werden die p-Typ-Diffusionsbereiche 13 im n- Typ-Halbleitersubstrat 11 durch eine Zn-Festphasendiffusion auf dieselbe Weise ausgebildet, wie es in den Fig. 2B und 2C gezeigt ist;
Dann wird, wie es in Fig. 4B gezeigt ist, nachdem der p-Typ-Diffusionsbereich 13 auf dem n-Typ-Halbleitersubstrat 11 ausgebildet worden ist, das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b ausgebildet. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b wird durch die Fotolithografie- und Ätzprozesse gemustert, um die zweiten Fenster 28 darin auszubilden. Das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum 22b ist beispielsweise ein Film aus Siliziumnitrid (SiN), der durch CVD ausgebildet ist. Der SiN-Film hat eine Dicke von etwa 1000 Angström.
Die zweiten Fenster werden ausgebildet, um die nachfolgend ausgebildeten Anschlüsse 16a vollständig freizulegen, aber Bereiche zu bedecken, in welchen Licht emittiert wird. Daher werden die Dimensionen Wh und Lv der zweiten Fenster 28 in den H- bzw. V-Richtungen so ausgewählt, dass die Bereiche, in welchen die Anschlüsse 16a auszubilden sind, selbst dann vollständig freigelegt sind, wenn Masken während des Fotolithografieprozesses, wenn die zweiten Fenster 28 ausgebildet werden, innerhalb vorbestimmter Fehler fehlausgerichtet sind. Das zweite Ausführungsbeispiel verbessert die Ausbeute bzw. Ergiebigkeit der LED-Anordnung 2.
Nachdem die zweiten Fenster 28 ausgebildet worden sind, werden die p-Elektroden 14, wie es in Fig. 4C gezeigt ist, auf dem Halbleitersubstrat 11 auf dieselbe Weise ausgebildet, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das unter Bezugnahme auf Fig. 2E beschrieben ist.
Dann wird, wie es in Fig. 4D gezeigt ist, die n-Elektrode 15 auf der Gesamtheit der Rückseite des n-Typ-Halbleitersubstrats 11 auf dieselbe Weise ausgebildet, wie es in Fig. 2F gezeigt ist. Dies beendet die Herstellung der LED-Anordnung 2.
Gemäß den Fig. 3A und 3B haben die Dimensionen Wh und Lv der zweiten Fenster 28 derartige Spielräume LM, dass die Anschlüsse 16a durch die zweiten Fenster 28 selbst dann vollständig freigelegt sind, wenn die Masken innerhalb vorbestimmter Fehler fehlausgerichtet sind. Diese Spielräume LM können unter Berücksichtigung der Ausrichtungsgenauigkeit des Freilegungswerkzeugs bestimmt werden, das beim Fotolithografieprozess verwendet wird. Beispielsweise dann, wenn der maximale Ausrichtungsfehler des Freilegungswerkzeugs ±2 um ist, kann der Spielraum LM auf einen Wert eingestellt werden, der größer als 2 um ist. Über dem lichtemittierenden Bereich 17b ist das zweite Dielektrikum 22b mit einem hohen Brechungsindex ausgebildet. Das Licht wird effizienter in Luft gestrahlt, wenn es durch ein Medium emittiert wird, als dann, wenn es direkt in Luft emittiert bzw. ausgestrahlt wird, und zwar unter der Voraussetzung, dass das Medium einen größeren Brechungsindex als Luft hat. Dies ist bei einem Erhöhen des Brechungsindex auffallender. Somit verbessert ein Bedecken der Oberfläche des lichtemittierenden Bereichs 17b mit dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 22b eine Strahlungseffizienz des Lichts.
Die Form der zweiten Fenster 28 ist nicht auf diejenige beschränkt, die in der Fig. 3A gezeigt ist. Die zweiten Fenster 28 müssen nicht einzeln für die ersten Fenster 16 ausgebildet werden und können ein einzelnes Fenster gleich demjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel sein. Anders ausgedrückt muss das zweite Fenster 28 nur breit genug sein, damit der Anschluss 16a vollständig freigelegt wird und der lichtemittierende Bereich 17b mit dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum 22b bedeckt wird. Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Modifikation der LED-Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 5 ist das zweite Fenster 28a dem ersten Fenster 16 von einer von zwei Reihen von allen anderen ersten Fenstern gemeinsam und erstreckt sich in der H-Richtung, und ist das zweite Fenster 28b den ersten Fenstern der anderen der zwei Reihen von allen anderen ersten Fenstern gemeinsam und erstreckt sich in der H-Richtung.
Aus der so beschriebenen Erfindung wird es klar, dass diese auf viele Arten variiert werden kann. Solche Variationen werden nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung angesehen, und alle derartigen Modifikationen, wie sie einem Fach mann auf dem Gebiet offensichtlich sein würden, sollen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims

1. LED-Anordnung, die folgendes aufweist:

ein erstes Zwischenschicht-Dielektrikum (12a), das auf einem Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, wobei das erste Zwischenschicht-Dielektrikum (12a) eine Vielzahl von ersten Fenstern (16) darin ausgebildet hat, wobei die Vielzahl von ersten Fenstern (16) in einer Reihe ausgerichtet ist;

einen Diffusionsbereich (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der im Halbleitersubstrat (11) durch jedes der ersten Fenster (16) ausgebildet ist;

ein zweites Zwischenschicht-Dielektrikum (22b), das auf dem ersten Zwischenschicht-Dielektrikum (12a) ausgebildet ist und einen Teil von jedem der ersten Fenster bedeckt, wobei das zweite Zwischenschicht-Dielektrikum ein zweites Fenster (28a, 28b) mit einem Rand hat; wobei das zweite Fenster so angeordnet ist, dass ein Teil des ersten Zwischenschicht-Dielektrikums benachbart zum ersten Fenster freigelegt ist,

eine Elektrode (14), die auf dem zweiten Zwischenschicht-Dielektrikum (22b) und auf dem Teil des ersten Zwischenschicht-Dielektrikums ausgebildet ist, wobei die Elektrode einen Bereich in elektrischem Kontakt mit dem Diffusionsbereich (13) hat, wobei der Bereich innerhalb des zweiten Fensters ist, und sich nicht zum Rand erstreckt.

2. LED-Anordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Fenster (18) in einer Richtung der Reihe ausgedehnt ist.

3. LED-Anordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Zwischenschicht- Dielektrikum (22b) ausgebildet ist, um einen wesentlichen Teil jedes der ersten Fenster (16) zu bedecken, außer einem Bereich der Elektrode (14).

4. LED-Anordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Zwischenschicht- Dielektrikum aus einem Material ausgebildet ist, das gegenüber Licht durchlässig ist und einen Brechungsindex von nicht kleiner als 1, 9 hat.

5. LED-Anordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten Fenster in Intervallen entsprechend einer Auflösung von 1200 Punkten pro Inch (1 Inch = 2,54 cm) oder darüber ausgerichtet sind.