CN113451348A - 发光零件 - Google Patents

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Abstract

发光零件包括：基板；多个发光元件，设在所述基板，朝与所述基板的表面交叉的方向出射光；以及多个晶闸管，分别层叠在多个所述发光元件上，通过成为导通状态而驱动所述发光元件发光或使发光量增加，所述发光元件具有电流狭窄区域，所述电流狭窄区域经由设在层叠有所述发光元件与所述晶闸管的层叠结构体的孔部而进行了氧化。

Description

发光零件
技术领域
本公开涉及一种发光零件。
背景技术
日本专利特开平1-238962号公报中，记载了一种发光元件阵列，将能够从外部控制阈值电压或阈值电流的多个发光元件呈一维、二维或三维地排列，将对各发光元件的阈值电压或阈值电流进行控制的电极彼此利用电性部件予以连接，并将从外部施加电压或电流的时钟线(clock line)连接于各发光元件。
日本专利特开2009-286048号公报中，记载了一种自扫描型的光源头(head)，其包括：基板；面发光型半导体激光器，呈阵列状地配设在基板上；以及作为开关元件的晶闸管，排列在基板上，使所述面发光型半导体激光器的发光选择性地开启/关闭。
日本专利特开2001-308385号公报中，记载了一种自扫描型发光装置，其构成pnpnpn六层半导体结构的发光元件，在两端的p型第一层与n型第六层、以及中央的p型第三层及n型第四层设置电极，使pn层负责发光二极管功能，使pnpn四层负责晶闸管(thyristor)功能。
发明内容
此外，例如在包括发光部与驱动部的自扫描型的发光元件阵列中，若使发光元件与用于驱动发光元件的晶闸管包含相同的半导体多层膜，则难以独立地设定发光元件的发光特性与用于驱动的晶闸管的驱动特性。因此，考虑构成将用于驱动的晶闸管与发光元件经由隧穿结层而层叠的层叠结构体，从而独立地设定发光元件的特性与用于驱动的晶闸管的特性。但是，若为了在发光元件中设置电流狭窄区域而仅从层叠结构体的外缘部进行氧化，则会导致剖面积变小而从晶闸管流向发光元件的电流的路径的电阻变大。
因此，本公开的目的在于提供一种发光零件，与仅从层叠结构体的外缘部进行氧化的情况相比，减小了从晶闸管流向发光元件的电流的路径的电阻。
根据本公开的第一方案，提供一种发光零件，包括：基板；多个发光元件，设在所述基板，朝与所述基板的表面交叉的方向出射光；以及多个晶闸管，分别层叠在多个所述发光元件上，通过成为导通状态而驱动所述发光元件发光或使发光量增加，所述发光元件具有电流狭窄区域，所述电流狭窄区域经由设在层叠有所述发光元件与所述晶闸管的层叠结构体的孔部而进行了氧化。
根据本公开的第二方案，多个所述孔部在所述层叠结构体中，在所述发光元件出射光的出射口的周围排列成圆形。
根据本公开的第三方案，所述晶闸管在朝向所述发光元件的所述晶闸管的光的路径上具有开口部。
根据本公开的第四方案，所述晶闸管经由隧穿结层或者具有金属导电性的III-V族化合物层而层叠在所述发光元件上。
根据本公开的第五方案，所述发光零件包括多个传送元件，所述多个传送元件与多个所述晶闸管分别连接，依序传送导通状态，并且通过成为导通状态而将所述晶闸管设定为导通状态。
根据本公开的第六方案，所述发光元件为垂直腔面发射激光器元件。
根据本公开的第七方案，提供一种发光零件，包括：基板；多个发光元件，设在所述基板，朝与所述基板的表面交叉的方向出射光；以及多个晶闸管，分别层叠在所述基板与多个所述发光元件间，通过成为导通状态而驱动所述发光元件发光或者使发光量增加，所述发光元件具有电流狭窄区域，所述电流狭窄区域经由设在层叠有所述发光元件与所述晶闸管的层叠结构体的孔部而进行了氧化。
(效果)
根据所述第一方案或第七方案，与仅从层叠结构体的外缘部进行氧化的情况相比，从晶闸管流向发光元件的电流的路径的电阻变小。
根据所述第二方案，与并非排列成圆形的情况相比，光的出射口接近圆形。
根据所述第三方案，与不包括开口部的情况相比，光量的减少得到抑制。
根据所述第四方案，与未经由隧穿结层或者具有金属导电性的III-V族化合物层的情况相比，能够降低用于驱动的电压。
根据所述第五方案，与不包括传送元件的情况相比，发光零件的驱动变得容易。
根据所述第六方案，与并非垂直腔面发射激光器元件的情况相比，能够加大光量。
附图说明
图1是表示图像形成装置的整体结构的一例的图。
图2是表示打印头(print head)的结构的一例的剖面图。
图3是发光装置的一例的俯视图。
图4的(a)及图4的(b)是表示发光芯片的结构、发光装置的信号产生电路的结构及电路基板上的配线(线(line))的结构的一例的图。
图5是说明发光芯片的电路结构的等效电路图。
图6的(a)及图6的(b)是适用本实施方式的发光芯片的平面布局图及剖面图的一例。图6的(a)是发光芯片的平面布局图，图6的(b)是图6的(a)的VIB-VIB线处的剖面图。
图7的(a)至图7的(c)是适用本实施方式的发光芯片中的、层叠有面发光激光元件与设定晶闸管的层叠结构体的放大图。图7的(a)是层叠结构体的平面图，图7的(b)是图7的(a)的VIIB-VIIB线处的剖面图，图7的(c)是图7的(a)的VIIC-VIIC线处的剖面图。
图8的(a)至图8的(c)是进一步说明面发光激光元件与设定晶闸管S的层叠结构的图。图8的(a)是面发光激光元件与设定晶闸管S的层叠结构的示意性的能带图，图8的(b)是隧穿结层在反向偏压状态下的能带图，图8的(c)表示隧穿结层的电流电压特性。
图9是说明发光装置及发光芯片的动作的时间图。
图10的(a)及图10的(b)是未适用本实施方式的发光芯片中的、层叠有面发光激光元件与设定晶闸管的层叠结构体的放大图。图10的(a)是层叠结构体的平面图，图10的(b)是图10的(a)的XB-XB线处的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本公开的实施方式。
另外，以下，使用元素符号来进行记载，例如将铝记作Al等。
此处，将作为发光零件的一例的发光芯片C适用于作为一例的图像形成装置1来进行说明。
(图像形成装置1)
图1是表示图像形成装置1的整体结构的一例的图。图1所示的图像形成装置1是一般被称作串联(tandem)型的图像形成装置。所述图像形成装置1包括：图像形成处理(process)部10，对应于各色的图像数据来进行图像形成；图像输出控制部30，控制图像形成处理部10；以及图像处理部40，例如连接于个人计算机(Personal Computer，PC)2或图像读取装置3，对从它们接收的图像数据实施预先规定的图像处理。
图像形成处理部10包括隔开预先规定的间隔而并列配置的图像形成单元11Y、图像形成单元11M、图像形成单元11C、图像形成单元11K(在不区分的情况下，称作图像形成单元11)。图像形成单元11包括：作为像保持体的一例的感光鼓12，形成静电潜像并保持墨粉像；作为带电部件的一例的带电器13，使感光鼓12的表面以预先规定的电位而带电；打印头14，对通过带电器13而带电的感光鼓12进行曝光；以及作为显影部件的一例的显影器15，对通过打印头14而获得的静电潜像进行显影。各图像形成单元11Y、图像形成单元11M、图像形成单元11C、图像形成单元11K分别形成黄色(Yellow，Y)、品红色(Magenta，M)、青色(Cyan，C)、黑色(blacK，K)的墨粉像。
而且，为了使由各图像形成单元11Y、图像形成单元11M、图像形成单元11C、图像形成单元11K的感光鼓12所形成的各色的墨粉像多重转印至作为被转印体的一例的记录纸张25上，图像形成处理部10包括：纸张搬送带21，搬送所述记录纸张25；驱动辊22，使纸张搬送带21驱动；作为转印部件的一例的转印辊23，使感光鼓12的墨粉像转印至记录纸张25上；以及定影器24，使墨粉像定影至记录纸张25上。
所述图像形成装置1中，图像形成处理部10基于从图像输出控制部30供给的各种控制信号来进行图像形成动作。并且，在图像输出控制部30的控制下，从个人计算机(PC)2或图像读取装置3接收的图像数据由图像处理部40实施图像处理，并被供给至图像形成单元11。并且，例如在黑(K)色的图像形成单元11K中，感光鼓12一边沿箭头A方向旋转，一边通过带电器13而带电为预先规定的电位，并通过基于从图像处理部40供给的图像数据而发光的打印头14进行曝光。由此，在感光鼓12上，形成与黑(K)色图像相关的静电潜像。并且，形成在感光鼓12上的静电潜像通过显影器15进行显影，从而在感光鼓12上形成黑(K)色的墨粉像。在图像形成单元11Y、图像形成单元11M、图像形成单元11C中，也分别形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)的各色墨粉像。
由各图像形成单元11所形成的感光鼓12上的各色墨粉像通过施加至转印辊23的转印电场，被依序静电转印至伴随沿箭头B方向移动的纸张搬送带21的移动而被供给的记录纸张25，从而在记录纸张25上形成各色墨粉重叠而成的合成墨粉像。
随后，静电转印有合成墨粉像的记录纸张25被搬送至定影器24为止。被搬送至定影器24的记录纸张25上的合成墨粉像通过定影器24而受到借助热及压力的定影处理，从而定影至记录纸张25上，并从图像形成装置1排出。
(打印头14)
图2是表示打印头14的结构的一例的剖面图。作为曝光部件的一例的打印头14包括：壳体(housing)61；作为发光部件的一例的发光装置65，包括光源部63，所述光源部63包括对感光鼓12进行曝光的多个发光元件；以及作为光学部件的一例的棒透镜阵列(rodlens array)64，使从光源部63出射的光在感光鼓12的表面成像。本实施方式中，作为一例，发光元件为垂直腔面发射激光器元件VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)。以下，设发光元件为垂直腔面发射激光器元件VCSEL，记作面发光激光元件VCSEL。面发光激光元件VCSEL是在由两个分布布拉格反射层(Distributed Bragg Reflector，DBR)(以下称作DBR层)所夹着的发光层中，使光共振而进行激光振荡。当两个DBR层的反射率例如为99％以上时，进行激光振荡。
发光装置65包括电路基板62，所述电路基板62搭载前述的光源部63、对光源部63进行驱动的信号产生电路110(参照后述的图3)等。
壳体61例如由金属所形成，支撑电路基板62及棒透镜阵列64，且出射光源部63的发光元件的光的面被设定成为棒透镜阵列64的焦点面。而且，棒透镜阵列64沿着感光鼓12的轴方向(为主扫描方向且为后述的图3、图4的(b)的X方向)而配置。
(发光装置65)
图3是发光装置65的一例的俯视图。
图3中例示的发光装置65中，光源部63是在电路基板62上，将40个作为发光零件的一例的发光芯片C1～发光芯片C40(在不区分的情况下，称作发光芯片C)沿着作为主扫描方向的X方向呈锯齿状地配置成两列而构成。发光芯片C1～发光芯片C40的结构可相同。
本说明书中，“～”表示通过编号而分别区分的多个构成元件，包含记载于“～”前后的元件及其之间的编号的元件。例如，发光芯片C1～发光芯片C40是从发光芯片C1按照编号顺序包含至发光芯片C40为止。
另外，第一实施方式中，作为发光芯片C的数量，使用了合计40个，但并不限定于此。
并且，发光装置65搭载有驱动光源部63的信号产生电路110。信号产生电路110例如包含集成电路(Integrated Circuit，IC)等。另外，发光装置65也可不搭载信号产生电路110。此时，信号产生电路110被设在发光装置65的外部，经由缆线等来供给对发光芯片C进行控制的控制信号等。此处，设发光装置65包括信号产生电路110来进行说明。
关于发光芯片C的排列的详情将后述。
图4的(a)及图4的(b)是表示发光芯片C的结构、发光装置65的信号产生电路110的结构及电路基板62上的配线(线)的结构的一例的图。图4的(a)表示发光芯片C的结构，图4的(b)表示发光装置65的信号产生电路110的结构及电路基板62上的配线(线)的结构。另外，图4的(b)中，表示了发光芯片C1～发光芯片C40内的发光芯片C1～发光芯片C9的部分。
首先，对图4的(a)所示的发光芯片C的结构进行说明。
发光芯片C在表面形状为矩形的基板80的表面包括发光部102，所述发光部102是在靠近长边的一边的一侧包含沿着长边呈列状设置的多个面发光激光元件VCSEL(面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128)而构成。进而，发光芯片C在基板80的表面的长边方向的两端部，包括用于导入各种控制信号等的多个接合焊垫即端子(
Figure BDA0002809705560000051
端子、
Figure BDA0002809705560000052
端子、Vgk端子、
Figure BDA0002809705560000053
端子)。另外，这些端子从基板80的一端部按照
Figure BDA0002809705560000054
端子、
Figure BDA0002809705560000055
端子的顺序而设，且从基板80的另一端部按照Vgk端子、
Figure BDA0002809705560000056
端子的顺序而设。并且，发光部102被设在
Figure BDA0002809705560000057
端子与
Figure BDA0002809705560000058
端子之间。进而，在基板80的背面，设有作为Vsub端子的背面电极91(参照后述的图6的(a)及图6的(b))。此处，在基板80的表面，将面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128的排列的方向设为x方向，将与x方向正交的方向设为y方向。
另外，所谓“列状”，并不限于如图4的(a)所示那样将多个面发光激光元件VCSEL配置在一直线上的情况，也可为多个面发光激光元件VCSEL分别相对于与列方向正交的方向具有互不相同的偏离量而配置的状态。例如，各个面发光激光元件VCSEL也可在与列方向正交的方向上具备偏离量而配置。而且，也可在邻接的面发光激光元件VCSEL间交替地、或者多个面发光激光元件VCSEL的每一个配置成Z字形。
接下来，通过图4的(b)来说明发光装置65的信号产生电路110的结构及电路基板62上的配线(线)的结构。
如前所述，在发光装置65的电路基板62上，搭载有信号产生电路110及发光芯片C1～发光芯片C40，且设有将信号产生电路110与发光芯片C1～发光芯片C40予以连接的配线(线)。
首先，对信号产生电路110的结构进行说明。
对于信号产生电路110，从图像输出控制部30及图像处理部40(参照图1)输入经图像处理的图像数据及各种控制信号。信号产生电路110基于这些图像数据及各种控制信号来进行图像数据的选排或光量的修正等。
并且，信号产生电路110包括传送信号产生部120，所述传送信号产生部120基于各种控制信号来对发光芯片C1～发光芯片C40发送第一传送信号
Figure BDA00028097055600000510
第二传送信号
Figure BDA00028097055600000511
而且，信号产生电路110包括点亮信号产生部140，所述点亮信号产生部140基于各种控制信号来对发光芯片C1～发光芯片C40分别发送点亮信号
Figure BDA0002809705560000059
～点亮信号
Figure BDA00028097055600000512
(在不区分的情况下，称作点亮信号
Figure BDA00028097055600000513
)。
进而，信号产生电路110包括：基准电位供给部160，对发光芯片C1～发光芯片C40供给作为电位基准的基准电位Vsub；以及电源电位供给部170，供给用于驱动发光芯片C1～发光芯片C40的电源电位Vgk。
接下来，对发光芯片C1～发光芯片C40的排列进行说明。
奇数编号的发光芯片C1、发光芯片C3、发光芯片C5、…是在各个基板80的长边方向上设置间隔而排列成一列。偶数编号的发光芯片C2、发光芯片C4、发光芯片C6、…也同样地在各个基板80的长边方向上设置间隔而排列成一列。并且，奇数编号的发光芯片C1、发光芯片C3、发光芯片C5、…与偶数编号的发光芯片C2、发光芯片C4、发光芯片C6、…以设于发光芯片C的发光部102侧的长边相对的方式，在彼此旋转了180°的状态下呈锯齿状地排列。并且，在发光芯片C间，位置也被设定成，面发光激光元件VCSEL沿主扫描方向(X方向)以预先规定的间隔而排列。另外，在图4的(b)的发光芯片C1～发光芯片C40上，以箭头表示了图4的(a)所示的发光部102的面发光激光元件VCSEL的排列(面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128的编号顺序)方向。
对将信号产生电路110与发光芯片C1～发光芯片C40予以连接的配线(线)进行说明。
在电路基板62上，设有电源线200a，所述电源线200a连接于设在发光芯片C的基板80背面的Vsub端子即背面电极91(参照后述的图6的(a)及图6的(b))，供给基准电位Vsub。
并且，在电路基板62上，设有电源线200b，所述电源线200b连接于设在发光芯片C的Vgk端子，供给用于驱动的电源电位Vgk。
在电路基板62上，设有：第一传送信号线201，用于从信号产生电路110的传送信号产生部120对发光芯片C1～发光芯片C40的
Figure BDA0002809705560000061
端子发送第一传送信号
Figure BDA0002809705560000062
以及第二传送信号线202，用于对发光芯片C1～发光芯片C40的
Figure BDA0002809705560000063
端子发送第二传送信号
Figure BDA0002809705560000064
第一传送信号
Figure BDA0002809705560000065
第二传送信号
Figure BDA0002809705560000066
被共同(并列)发送至发光芯片C1～发光芯片C40。
并且，在电路基板62上，设有点亮信号线204-1～点亮信号线204-40(在不区分的情况下，称作点亮信号线204)，所述点亮信号线204-1～点亮信号线204-40从信号产生电路110的点亮信号产生部140分别经由限流电阻RI来对各发光芯片C1～发光芯片C40各自的
Figure BDA0002809705560000067
端子发送点亮信号
Figure BDA0002809705560000068
～点亮信号
Figure BDA0002809705560000069
如以上所说明的那样，对电路基板62上的所有发光芯片C1～发光芯片C40共同供给基准电位Vsub、电源电位Vgk。第一传送信号
Figure BDA00028097055600000610
第二传送信号
Figure BDA00028097055600000611
也被共同(并列)发送至发光芯片C1～发光芯片C40。另一方面，点亮信号
Figure BDA00028097055600000612
～点亮信号
Figure BDA00028097055600000613
被分别个别地发送至发光芯片C1～发光芯片C40。
(发光芯片C)
图5是说明发光芯片C的电路结构的等效电路图。以下说明的各元件除了端子(
Figure BDA00028097055600000616
端子、
Figure BDA00028097055600000614
端子、Vgk端子、
Figure BDA00028097055600000615
端子)以外，基于发光芯片C上的布局(参照后述的图6的(a)及图6的(b))而配置。另外，端子(
Figure BDA00028097055600000619
端子、
Figure BDA00028097055600000618
端子、Vgk端子、
Figure BDA00028097055600000617
端子)的位置与图4的(a)不同，但为了说明与信号产生电路110的连接关系而示在图中左端。并且，将设在基板80背面的Vsub端子引出至基板80之外而表示。
此处，在与信号产生电路110的关系上，以发光芯片C1为例来说明发光芯片C。因此，图5中，将发光芯片C记作发光芯片C1(C)。其他发光芯片C2～发光芯片C40的结构与发光芯片C1相同。
发光芯片C1(C)包括包含面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128的发光部102(参照图4的(a))。
并且，发光芯片C1(C)包括设定晶闸管S1～设定晶闸管S128(在不区分的情况下，称作设定晶闸管S)。面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128及设定晶闸管S1～设定晶闸管S128中，相同编号的面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S串联连接。
另外，如后述的图6的(b)所示，设定晶闸管S被层叠在呈列状地排列于基板80上的面发光激光元件VCSEL上。因而，设定晶闸管S1～设定晶闸管S128也呈列状排列。如后所述，设定晶闸管S设定(控制)面发光激光元件VCSEL的导通/断开，因而是驱动面发光激光元件VCSEL的元件。另外，有时将设定晶闸管S称作晶闸管。
进而，发光芯片C1(C)包括与面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128、设定晶闸管S1～设定晶闸管S128同样地排列成列状的传送晶闸管T1～传送晶闸管T128(在不区分的情况下，称作传送晶闸管T)。
并且，发光芯片C1(C)包括与面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128为同样结构(二极管结构)的下部二极管UD1～下部二极管UD128(在不区分的情况下，称作下部二极管UD)。下部二极管UD1～下部二极管UD128及传送晶闸管T1～传送晶闸管T128中，相同编号的下部二极管UD与传送晶闸管T串联连接。
另外，如后述的图6的(b)所示，传送晶闸管T被层叠在呈列状地排列于基板80上的下部二极管UD上。因而，下部二极管UD1～下部二极管UD128也排列成列状。
另外，此处，使用传送晶闸管T作为传送元件的一例来进行说明，但只要是依序成为导通状态的元件，则也可为其他电路元件，例如也可使用移位寄存器(shift register)或将多个晶体管组合而成的电路元件。
而且，发光芯片C1(C)分别按照编号顺序将传送晶闸管T1～传送晶闸管T128中的两个设为一对(pair)而在各对之间包括耦合二极管D1～耦合二极管D127(在不区分的情况下，称作耦合二极管D)。
进而，发光芯片C1(C)包括电源线电阻Rg1～电源线电阻Rg128(在不区分的情况下，称作电源线电阻Rg)。
而且，发光芯片C1(C)包括一个启动二极管SD。并且，包括限流电阻R1、限流电阻R2，所述限流电阻R1、限流电阻R2是为了防止过剩的电流流至后述的发送第一传送信号
Figure BDA0002809705560000072
的第一传送信号线72与发送第二传送信号
Figure BDA0002809705560000071
的第二传送信号线73。
此处，由设定晶闸管S1～设定晶闸管S128、传送晶闸管T1～传送晶闸管T128、下部二极管UD1～下部二极管UD128、电源线电阻Rg1～电源线电阻Rg128、耦合二极管D1～耦合二极管D127、启动二极管SD、限流电阻R1、限流电阻R2构成驱动部101。
发光部102的面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128、驱动部101及设定晶闸管S1～设定晶闸管S128、传送晶闸管T1～传送晶闸管T128、下部二极管UD1～下部二极管UD128在图5中，从左侧按照编号顺序而排列。进而，耦合二极管D1～耦合二极管D127、电源线电阻Rg1～电源线电阻Rg128也从图中左侧按照编号顺序而排列。
本实施方式中，发光部102中的面发光激光元件VCSEL、驱动部101中的设定晶闸管S、传送晶闸管T、下部二极管UD、电源线电阻Rg分别设为128个。另外，耦合二极管D的数量是比传送晶闸管T的数量少1的127个。
面发光激光元件VCSEL等的数量并不限于此，只要设为预先规定的个数即可。并且，传送晶闸管T的数量也可多于面发光激光元件VCSEL的数量。
所述面发光激光元件VCSEL、下部二极管UD、耦合二极管D、启动二极管SD是包括阳极端子(阳极)及阴极端子(阴极)的二极管结构的双端子的半导体元件，设定晶闸管S、传送晶闸管T是具有阳极端子(阳极)、栅极端子(栅极)及阴极端子(阴极)这三个端子的晶闸管结构的半导体元件。
另外，面发光激光元件VCSEL、下部二极管UD、耦合二极管D、启动二极管SD、设定晶闸管S、传送晶闸管T有时未必包括构成为电极的阳极端子、栅极端子、阴极端子。因而，以下，有时略去端子而记载。
那么，接下来对发光芯片C1(C)中的各元件的电连接进行说明。
面发光激光元件VCSEL、下部二极管UD各自的阳极连接于发光芯片C1(C)的基板80(共阳极)。
这些阳极经由设在基板80背面的Vsub端子即背面电极91(参照后述的图6的(b))而连接于电源线200a(参照图4的(b))。所述电源线200a从基准电位供给部160供给基准电位Vsub。
并且，面发光激光元件VCSEL各自的阴极连接于设定晶闸管S的阳极。而且，下部二极管UD各自的阴极连接于传送晶闸管T的阳极。
另外，此连接是使用p型基板80时的结构，在使用n型基板的情况下，极性变得相反，在使用未添加杂质的本征(intrinsic，i)型基板的情况下，在基板的设有驱动部101及发光部102的一侧，设有与供给基准电位Vsub的电源线200a连接的端子。
沿着传送晶闸管T的排列，奇数编号的传送晶闸管T1、传送晶闸管T3、…的阴极连接于第一传送信号线72。并且，第一传送信号线72经由限流电阻R1而连接于
Figure BDA00028097055600000811
端子。在所述
Figure BDA00028097055600000812
端子，连接有第一传送信号线201(参照图4的(b))，从传送信号产生部120发送第一传送信号
Figure BDA0002809705560000081
另一方面，沿着传送晶闸管T的排列，偶数编号的传送晶闸管T2、传送晶闸管T4、…的阴极连接于第二传送信号线73。并且，第二传送信号线73经由限流电阻R2而连接于
Figure BDA0002809705560000082
端子。在所述
Figure BDA0002809705560000083
端子，连接有第二传送信号线202(参照图4的(b))，从传送信号产生部120发送第二传送信号
Figure BDA0002809705560000084
设定晶闸管S各自的阴极连接于点亮信号线75。点亮信号线75连接于
Figure BDA0002809705560000085
端子。发光芯片C1中，
Figure BDA0002809705560000086
端子经由设在发光芯片C1(C)外侧的限流电阻RI而连接于点亮信号线204-1，从点亮信号产生部140发送点亮信号
Figure BDA0002809705560000087
(参照图4的(b))。点亮信号
Figure BDA0002809705560000088
对面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128供给用于点亮的电流。另外，在其他的发光芯片C2～发光芯片C40的
Figure BDA00028097055600000813
端子，分别经由限流电阻RI而连接有点亮信号线204-2～点亮信号线204-40，从点亮信号产生部140发送点亮信号
Figure BDA00028097055600000810
～点亮信号
Figure BDA0002809705560000089
(参照图4的(b))。
传送晶闸管T1～传送晶闸管T128各自的栅极Gt1～栅极Gt128(在不区分的情况下，称作栅极Gt)一对一地连接于相同编号的设定晶闸管S1～设定晶闸管S128的栅极Gs1～栅极Gs128(在不区分的情况下，称作栅极Gs)。因而，栅极Gt1～栅极Gt128与栅极Gs1～栅极Gs128中，相同编号的栅极Gt与栅极Gs成为电性同电位。因而，例如记作栅极Gt1(栅极Gs1)，表示电位相同。
在将传送晶闸管T1～传送晶闸管T128各自的栅极Gt1～栅极Gt128按照编号顺序而两个两个地设为一对的栅极Gt间，分别连接有耦合二极管D1～耦合二极管D127。即，耦合二极管D1～耦合二极管D127以分别被夹在栅极Gt1～栅极Gt128的各自之间的方式而串联连接。并且，耦合二极管D1的方向是从栅极Gt1朝向栅极Gt2而沿电流流动的方向连接。其他的耦合二极管D2～耦合二极管D127也同样。
传送晶闸管T的栅极Gt(栅极Gs)经由与传送晶闸管T分别对应地设置的电源线电阻Rg而连接于电源线71。电源线71连接于Vgk端子。在Vgk端子，连接有电源线200b(参照图4的(b))，从电源电位供给部170供给电源电位Vgk。
并且，传送晶闸管T1的栅极Gt1连接于启动二极管SD的阴极端子。另一方面，启动二极管SD的阳极连接于第二传送信号线73。
图6的(a)及图6的(b)是适用本实施方式的发光芯片C的平面布局图及剖面图的一例。图6的(a)是发光芯片C的平面布局图，图6的(b)是图6的(a)的VIB-VIB线处的剖面图。此处，未表示发光芯片C与信号产生电路110的连接关系，因此不需要以发光芯片C1为例。因而称作发光芯片C。图6的(a)中，纸面的右方向为x方向，纸面的上方向为y方向，纸面的表面方向为z方向。并且，所谓平面，是指从纸面的表面侧(z方向)观察的面。因而，图6的(b)中，纸面的左方向为z方向，纸面的上方向为y方向。
图6的(a)中，表示了以面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL128、设定晶闸管S1～设定晶闸管S4、传送晶闸管T1～传送晶闸管T4、下部二极管UD1～下部二极管UD4为中心的部分。另外，端子(
Figure BDA0002809705560000091
端子、
Figure BDA0002809705560000092
端子、Vgk端子、
Figure BDA0002809705560000093
端子)的位置与图4的(a)不同，但为了便于说明而示在图中左端部。并且，设在基板80背面的Vsub端子(背面电极91)是引出至基板80之外而表示。若与图4的(a)对应地设置端子，则
Figure BDA0002809705560000094
端子、
Figure BDA0002809705560000095
端子、限流电阻R2被设在基板80的右端部。而且，启动二极管SD也可设在基板80的右端部。
图6的(a)的VIB-VIB线处的剖面图即图6的(b)中，从图中下表示了设定晶闸管S1/面发光激光元件VCSEL1、传送晶闸管T1/下部二极管UD1、耦合二极管D1、电源线电阻Rg1。另外，设定晶闸管S1与面发光激光元件VCSEL1经层叠。同样，传送晶闸管T1与下部二极管UD1经层叠。并且，在图6的(a)及图6的(b)的图中，通过名称记载了主要的元件或端子。另外，在基板80的表面，面发光激光元件VCSEL(面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL4)沿x方向排列。
首先，通过图6的(b)来说明发光芯片C的剖面结构。
在p型的基板80(基板80)上，设有构成面发光激光元件VCSEL及下部二极管UD的p型的DBR结构的阳极层81(p阳极(DBR)层81)、发光层82、n型的DBR结构的阴极层83(n阴极(DBR)层83)。在n型的DBR结构的阴极层83(n阴极(DBR)层83)上，设有隧结(隧穿二极管)层84(隧穿结层84)。进而，在隧穿结层84上，依序设有构成设定晶闸管S、传送晶闸管T、耦合二极管D1、电源线电阻Rg1的p型的阳极层85(p阳极层85)、n型的栅极层86(n栅极层86)、p型的栅极层87(p栅极层87)、n型的阴极层88(n阴极层88)。另外，以下使用()内的记载。其他情况也同样。此处，将由p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88层叠而成的半导体层称作半导体层叠体。
并且，在发光芯片C上，如图6的(b)所示，设有以覆盖这些层叠结构体的表面及侧面的方式而设的、包含透光性绝缘材料的保护层90。图6的(b)中，以箭头表示面发光激光元件VCSEL的光所出射的方向(光出射方向)。此处为与基板80的表面交叉的方向(此处为z方向)。
并且，这些层叠结构体与电源线71、第一传送信号线72、第二传送信号线73、点亮信号线75等配线经由设在保护层90的通孔(图6的(a)中以○表示)而连接。以下的说明中，省略关于保护层90及通孔的说明。
而且，如图6的(b)所示，在基板80的背面，设有作为Vsub端子的背面电极91。
p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88分别为半导体层，通过外延成长而层叠于单片(monolithic)。并且，通过蚀刻(台面蚀刻)而去除层叠结构体间的半导体层叠体，以成为相互电性分离的多个层叠结构体(岛)(后述的层叠结构体301、层叠结构体302、层叠结构体303、…)。另外，多个层叠结构体之间也可通过离子注入等而非蚀刻来电性分离。
此处，p阳极(DBR)层81、n阴极(DBR)层83的记载对应于构成面发光激光元件VCSEL时的功能(作用)。即，p阳极(DBR)层81作为面发光激光元件VCSEL的阳极发挥功能，n阴极(DBR)层83作为面发光激光元件VCSEL的阴极发挥功能。即，面发光激光元件VCSEL具有包括阳极与阴极的二极管结构。并且，下部二极管UD具有与面发光激光元件VCSEL相同的二极管结构，因此称作二极管。
p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88的记载对应于构成设定晶闸管S及传送晶闸管T时的功能(作用)。即，p阳极层85作为阳极发挥功能，n栅极层86、p栅极层87作为栅极发挥功能，n阴极层88作为阴极发挥功能。
另外，在构成耦合二极管D、电源线电阻Rg的情况下，如后所述具有不同的功能。
如以下所说明的那样，多个层叠结构体包含不包括p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88的多个层中的一部分层的层叠结构体。例如，层叠结构体301不包括隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88的一部分。
接下来，通过图6的(a)来说明发光芯片C的平面布局。
在层叠结构体301，设有面发光激光元件VCSEL1及设定晶闸管S1。在层叠结构体302，设有下部二极管UD1、传送晶闸管T1及耦合二极管D1。在层叠结构体303，设有电源线电阻Rg1。在层叠结构体304，设有启动二极管SD。在层叠结构体305设有限流电阻R1，在层叠结构体306设有限流电阻R2。
并且，在发光芯片C，并列地形成有多个与层叠结构体301、层叠结构体302、层叠结构体303同样的层叠结构体。在这些层叠结构体，与层叠结构体301、层叠结构体302、层叠结构体303同样地设有面发光激光元件VCSEL2、面发光激光元件VCSEL3、面发光激光元件VCSEL4、…、设定晶闸管S2、设定晶闸管S3、设定晶闸管S4、…、传送晶闸管T2、传送晶闸管T3、传送晶闸管T4、…、下部二极管UD2、下部二极管UD3、下部二极管UD4、…、耦合二极管D2、耦合二极管D3、耦合二极管D4、…等。
此处，通过图6的(a)及图6的(b)来详细说明层叠结构体301～层叠结构体306。
如图6的(b)所示，设在层叠结构体301的面发光激光元件VCSEL1包含p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83。设定晶闸管S1包含经由层叠在面发光激光元件VCSEL1的n阴极(DBR)层83上的隧穿结层84而层叠的p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88。
在面发光激光元件VCSEL的p阳极(DBR)层81，如图6的(b)中涂黑地所示，包含使电流狭窄的电流狭窄层(后述的图7的(a)至图7的(c)中的电流狭窄层81b)。电流狭窄层是为了将流至面发光激光元件VCSEL的电流限制在面发光激光元件VCSEL的中央部而设。即，面发光激光元件VCSEL的周边部起因于台面蚀刻而缺陷多。因此，容易引起非发光再结合。因此，设有电流狭窄层，以使面发光激光元件VCSEL的中央部成为电流容易流动的电流通过部(区域)α，而周边部成为电流难以流动的电流阻止部(区域)β。另外，有时将电流阻止部β称作电流狭窄区域。
当设置电流阻止部β时，非发光再结合所消耗的电力得到抑制，因此低功耗化及光导出效率提高。另外，所谓光导出效率，是指每单位电力能够导出的光量。
另外，关于电流狭窄层将后述。
而且，在设定晶闸管S1，在与面发光激光元件VCSEL的出射光的出射口50(作为一例，为从出射面侧观察时的电流通过部α的中心部)重合的部分设有开口部51，以抑制面发光激光元件VCSEL所出射的光因通过设定晶闸管S造成的损失。此处，在开口部51，n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85及隧穿结层84被去除。即，开口部51被设定晶闸管S包围。而且，在来自面发光激光元件VCSEL的光的路径上设有开口部51。即，设定晶闸管S是在从面发光激光元件VCSEL的出射光的出射口50(电流通过部α的中心部)偏离的部分，层叠于面发光激光元件VCSEL上。另外，所谓出射口50，也可以说是在面发光激光元件VCSEL的出射面上的出射光量最强的部分。即，设定晶闸管S在与面发光激光元件VCSEL的出射面上的出射光量最强的部分重合的位置具有开口部51。另外，也可不设开口部51而使光透过设定晶闸管S而出射。此时，只要将设定晶闸管S构成为相对于面发光激光元件VCSEL所出射的光具有透光性即可。
并且，在设定晶闸管S1，设有多个孔部55。此处设有八个孔部55。八个孔部55以包围出射口50的方式而设。孔部55是与层叠结构体间同样地，半导体层叠体被去除了p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88。如后所述，电流狭窄层81b经由层叠结构体301的缘边部及孔部55而氧化，从而形成电流阻止部β。另外，所谓层叠结构体301的缘边部，是指半导体层叠体被去除而形成的层叠结构体301的端部部分。即，所谓层叠结构体301的缘边部，是指层叠结构体301的半导体层叠体所露出的侧面。
并且，将设在n阴极层88(区域311)上的n型的欧姆电极321(n欧姆电极321)设为阴极电极。另外，n欧姆电极321是以包围出射口50的方式而设在出射口50与孔部55之间。而且，将设在去除了n阴极层88而露出的p栅极层87上的p型的欧姆电极331(p欧姆电极331)设为栅极Gs1。
设在层叠结构体302的下部二极管UD1包含p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83。传送晶闸管T1包含经由层叠在下部二极管UD1的n阴极(DBR)层83上的隧穿结层84而层叠的p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88。并且，将设在n阴极层88(区域313)上的n欧姆电极323设为阴极端子。进而，将设在去除了n阴极层88而露出的p栅极层87上的p欧姆电极332设为栅极Gt1的端子(有时称作栅极端子Gt1)。
同样地，设在层叠结构体302的耦合二极管D1包含p栅极层87、n阴极层88。并且，将设在n阴极层88(区域314)上的n欧姆电极324设为阴极端子。进而，将设在去除了n阴极层88而露出的p栅极层87上的p欧姆电极332设为阳极端子。此处，耦合二极管D1的阳极端子与栅极Gt1(栅极端子Gt1)相同。
设在层叠结构体303的电源线电阻Rg1包含p栅极层87。即，电源线电阻Rg1是将设在去除了n阴极层88而露出的p栅极层87上的p欧姆电极333与p欧姆电极334之间的p栅极层87作为电阻而设。
层叠结构体304中的启动二极管SD包含p栅极层87、n阴极层88。即，启动二极管SD将设在n阴极层88(区域315)上的n欧姆电极325设为阴极端子。进而，将设在去除了n阴极层88而露出的p栅极层87上的p欧姆电极335设为阳极端子。
设在层叠结构体305的限流电阻R1、设在层叠结构体306的限流电阻R2是与设在层叠结构体303的电源线电阻Rg1同样地设置，分别将两个p欧姆电极(无符号)间的p栅极层87作为电阻。
在图6的(a)中说明各元件间的连接关系。
点亮信号线75包括干部75a与多个支部75b。干部75a是以沿设定晶闸管S/面发光激光元件VCSEL的列方向延伸的方式而设。支部75b从干部75a分支，与设在层叠结构体301的设定晶闸管S1的阴极端子即n欧姆电极321相连接。其他的设定晶闸管S的阴极端子也同样。
点亮信号线75连接于设在设定晶闸管S1/面发光激光元件VCSEL1侧的
Figure BDA0002809705560000121
端子。
第一传送信号线72连接于设在层叠结构体302的传送晶闸管T1的阴极端子即n欧姆电极323。在第一传送信号线72，连接有设在与层叠结构体302同样的层叠结构体的、其他奇数编号的传送晶闸管T的阴极端子。第一传送信号线72经由设在层叠结构体305的限流电阻R1而连接于
Figure BDA0002809705560000122
端子。
另一方面，第二传送信号线73连接于设在未标注符号的层叠结构体的、偶数编号的传送晶闸管T的阴极端子即n欧姆电极(无符号)。第二传送信号线73经由设在层叠结构体306的限流电阻R2而连接于
Figure BDA0002809705560000123
端子。
电源线71连接于设在层叠结构体303的电源线电阻Rg1的其中一个端子即p欧姆电极334。其他电源线电阻Rg的其中一个端子也连接于电源线71。电源线71连接于Vgk端子。
并且，设在层叠结构体301的设定晶闸管S1的p欧姆电极331(栅极端子Gs1)利用连接配线76而连接于层叠结构体302的p欧姆电极332(栅极端子Gt1)。
并且，p欧姆电极332(栅极端子Gt1)利用连接配线77而连接于层叠结构体303的p欧姆电极333(电源线电阻Rg1的另一个端子)。
设在层叠结构体302的n欧姆电极324(耦合二极管D1的阴极端子)利用连接配线79而连接于邻接的传送晶闸管T2的栅极端子Gt2即p型欧姆电极(无符号)。
此处虽省略说明，但其他的面发光激光元件VCSEL、设定晶闸管S、传送晶闸管T、耦合二极管D等也同样。
层叠结构体302的p欧姆电极332(栅极端子Gt1)利用连接配线78而连接于设在层叠结构体304的n欧姆电极325(启动二极管SD的阴极端子)。p欧姆电极335(启动二极管SD的阳极端子)连接于第二传送信号线73。
另外，所述连接及结构是使用p型的基板80时的连接及结构，在使用n型基板的情况下，极性变得相反。而且，在使用i型基板的情况下，在基板的设有驱动部101及发光部102的一侧，设置与供给基准电位Vsub的电源线200a连接的端子。并且，连接及结构与使用p型基板的情况、使用n型基板的情况中的任一种情况同样。
此处，参照图6的(b)来说明发光芯片C的制造方法。
首先，在p型的基板80上，使p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84、p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88依序外延成长，形成半导体层叠体。此处，基板80是以p型的GaAs为例来进行说明，但也可为n型的GaAs、未添加杂质的本征(i)型的GaAs。
DBR层包含例如Al0.9Ga0.1As的高Al成分的低折射率层、与例如Al0.2Ga0.8As的低Al成分的高折射率层的组合。低折射率层及高折射率层各自的膜厚(光路长度)例如被设定为中心波长的0.25(1/4)。另外，低折射率层与高折射率层的Al的成分比也可在0～1的范围内变更。
p阳极(DBR)层81是将下侧p阳极(DBR)层81a、电流狭窄层81b、上侧p阳极(DBR)层81c依序层叠而构成。下侧p阳极(DBR)层81a及上侧p阳极(DBR)层81c例如杂质浓度为1×1018/cm3。电流狭窄层81b例如是AlAs或Al的杂质浓度高的p型的AlGaAs。只要是通过使Al氧化而形成Al2O3，从而电阻变高而使电流路径狭窄的材质即可。
p阳极(DBR)层81中的电流狭窄层81b的膜厚(光路长度)根据所采用的结构来决定。在重视导出效率或过程再现性的情况下，可设定为构成DBR层的低折射率层及高折射率层的膜厚(光路长度)的整数倍，例如设定为中心波长的0.75(3/4)。另外，在奇数倍的情况下，电流狭窄层81b被高折射率层与高折射率层夹着为佳。而且，在偶数倍的情况下，电流狭窄层81b被高折射率层与低折射率层夹着为佳。即，电流狭窄层81b以抑制因DBR层造成的折射率周期的紊乱的方式而设为佳。相反，在想要降低经氧化的部分的影响(折射率或变形)的情况下，电流狭窄层81b的膜厚优选为数十nm，优选被插入至驻在DBR层内的驻波的节的部分。
发光层82是由阱(well)层与障壁(barrier)层交替地层叠而成的量子阱结构。阱层例如为GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaInAsP、GaInP等，障壁层为AlGaAs、GaAs、GaInP、GaInAsP等。另外，发光层82也可为量子线(quantum wire)或量子盒(量子点)。
n阴极(DBR)层83例如杂质浓度为1×1018/cm3。
隧穿结层84包含高浓度地添加有n型杂质的n++层84a与高浓度地添加有n型杂质的p++层84b的结(参照后述的图8的(a))。n++层84a及p++层84b例如为杂质浓度1×1020/cm3的高浓度。另外，通常的结的杂质浓度为1017/cm3级～1018/cm3级。n++层84a与p++层84b的组合(以下以n++层84a/p++层84b来表示)例如为n++GaInP/p++GaAs、n++GaInP/p++AlGaAs、n++GaAs/p++GaAs、n++AlGaAs/p++AlGaAs、n++InGaAs/p++InGaAs、n++GaInAsP/p++GaInAsP、n++GaAsSb/p++GaAsSb。另外，也可将组合相互变更。
p阳极层85例如是杂质浓度1×1018/cm3的p型的Al0.9GaAs。Al成分也可在0～1的范围内变更。
n栅极层86例如是杂质浓度1×1017/cm3的n型的Al0.9GaAs。Al成分也可在0～1的范围内变更。
p栅极层87例如是杂质浓度1×1017/cm3的p型的Al0.9GaAs。Al成分也可在0～1的范围内变更。
n阴极层88例如是杂质浓度1×1018/cm3的n型的Al0.9GaAs。Al成分也可在0～1的范围内变更。
这些半导体层例如是通过有机金属气相沉积法(Metal Organic Chemical VaporDeposition，MOCVD)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)等而层叠，形成半导体层叠体。
接下来，在n阴极层88上，形成n欧姆电极321、n欧姆电极323、n欧姆电极324等。n欧姆电极(n欧姆电极321、n欧姆电极323、n欧姆电极324等)例如是包含容易与n阴极层88等n型半导体层取得欧姆接触的Ge的Au(AuGe)等。n欧姆电极(n欧姆电极321、n欧姆电极323、n欧姆电极324等)例如是通过举离(lift off)法等而形成。
接下来，依序对n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85、隧穿结层84、n阴极(DBR)层83、发光层82、p阳极(DBR)层81进行蚀刻，分离为层叠结构体301、层叠结构体302等层叠结构体。同时，形成层叠结构体301中的孔部55。所述蚀刻既可通过使用硫酸系的蚀刻液(以重量比计，硫酸：过氧化氢水：水＝1：10：300)等的湿式蚀刻来进行，也可通过使用例如氯化硼等的各向异性干式蚀刻(反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE))来进行。分离为所述层叠结构体的蚀刻有时被称作台面蚀刻或后蚀刻(post etching)。
接下来，依序对n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85、隧穿结层84进行蚀刻，在出射口50形成开口部51。
接下来，在层叠结构体的缘边部及孔部55，从侧面对侧面露出的电流狭窄层81b进行氧化而形成电流阻止部β。电流狭窄层81b的氧化例如是通过下述方式来进行，即，通过300℃～400℃下的水蒸气氧化，使作为AlAs、AlGaAs等的电流狭窄层81b的Al氧化。此时，从露出的侧面进行氧化，形成包含Al的氧化物即Al2O3的电流阻止部β。电流狭窄层81b的未被氧化的部分成为电流通过部α。
接下来，对n阴极层88进行蚀刻而使p栅极层87露出。所述蚀刻既可通过使用硫酸系的蚀刻液(以重量比计，硫酸：过氧化氢水：水＝1：10：300)的湿式蚀刻来进行，也可通过使用例如氯化硼的各向异性干式蚀刻来进行。并且，在p栅极层87上，形成p欧姆电极(p欧姆电极331、p欧姆电极332等)。p欧姆电极例如是包含容易与p栅极层87等p型半导体层取得欧姆接触的Zn的Au(AuZn)等。并且，p欧姆电极(p欧姆电极331、p欧姆电极332等)例如是通过举离法等而形成。
接下来，例如以通过SiO2、SiON、SiN等绝缘性材料来覆盖层叠结构体301、层叠结构体302等的表面的方式而形成保护层90。并且，在n欧姆电极(n欧姆电极321、n欧姆电极323、n欧姆电极324等)及p欧姆电极(p欧姆电极331、p欧姆电极332等)上的保护层90设置通孔(开口)。进而，形成经由设在保护层90的通孔来连接n欧姆电极(n欧姆电极321、n欧姆电极323、n欧姆电极324等)及p欧姆电极(p欧姆电极331、p欧姆电极332等)的配线(电源线71、第一传送信号线72、第二传送信号线73、点亮信号线75等)及背面电极91。配线及背面电极91为Al、Au等。
像以上那样制造发光芯片C。
另外，对于基板80，也可使用包含InP、GaN、InAs、其他III-V族、II-VI材料的半导体基板、蓝宝石(sapphire)、Si、Ge等。在变更了基板的情况下，在基板上层叠为单片的半导体层叠体的材料使用与基板的晶格常数大致匹配(包含变形结构、变形缓和层、变质(metamorphic)成长)的材料。作为一例，在InAs基板上使用InAs、InAsSb、GaInAsSb等，在InP基板上使用InP、InGaAsP等，在GaN基板上或蓝宝石基板上使用GaN、AlGaN、InGaN，在Si基板上使用Si、SiGe、GaP等。但是，在结晶成长后粘贴于其他支撑基板的情况下，半导体材料不需要相对于支撑基板而大致晶格匹配。
(面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的层叠结构)
图7的(a)至图7的(c)是适用本实施方式的发光芯片C中的、层叠有面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的层叠结构体301的放大图。图7的(a)是层叠结构体301的平面图，图7的(b)是图7的(a)的VIIB-VIIB线处的剖面图，图7的(c)是图7的(a)的VIIC-VIIC线处的剖面图。在层叠结构体301中，层叠有面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S。另外，图7的(a)、图7的(b)及图7的(c)中，省略保护层90及点亮信号线75。
如图7的(a)所示，在层叠结构体301设有八个孔部55。孔部55如图7的(b)所示，是以下述方式设置，即，通过蚀刻来去除n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85、隧穿结层84、n阴极(DBR)层83、发光层82、p阳极(DBR)层81而到达基板80。经由孔部55来对设于p阳极(DBR)层81的电流狭窄层81b进行氧化。于是，从孔部55以孔部55为中心而在其周围进行氧化。图7的(a)中，以虚线表示了从孔部55朝向出射口50(此处设有开口部51)进行了氧化的部分(电流阻止部β)的前端。即，被八个孔部55包围的中央部成为未被氧化的部分(电流通过部α)。
如图7的(b)及图7的(c)所示，除了出射口50的电流通过部α以外，电流狭窄层81b从邻接的孔部55间及层叠结构体301的外侧侧面受到氧化。
如图7的(a)所示，多个孔部55被配置在以包围出射口50的方式而设的圆56上，由此，未被氧化的部分(电流通过部α)的平面形状接近圆形。面发光激光元件VCSEL中，出射口50为圆形且直径越小，则越容易以单一模式振荡，强度分布越容易成为单峰。因而，多个孔部55配置在圆56上，且电流通过部α接近圆形为佳。
层叠结构体301的开口部51及孔部55以外的p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88作为设定晶闸管S发挥功能。而且，较电流狭窄层81b位于上侧的n阴极(DBR)层83、发光层82、上侧p阳极(DBR)层81c作为电流路径发挥功能。因而，层叠结构体301的开口部51及孔部55以外的面积越大，则对从设定晶闸管S流向面发光激光元件VCSEL的电流的电阻越小。因而，孔部55的个数只要根据未被氧化的部分(电流通过部α)的形状、及经由隧穿结层84而从设定晶闸管S流向面发光激光元件VCSEL的电流的路径的电阻来设定即可。另外，孔部55的数量只要至少为四个即可。而且，孔部55的平面形状在图7的(a)中设为正方形，但也可为圆形、长方形等其他形状。在孔部55的平面形状为正方形的情况下，一边长可为5μm左右。
＜隧穿结层84＞
图8的(a)至图8的(c)是进一步说明面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的层叠结构的图。图8的(a)是面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的层叠结构的示意性的能带图，图8的(b)是隧穿结层84在反向偏压状态下的能带图，图8的(c)表示隧穿结层84的电流电压特性。
如图8的(a)的能带图所示，当对图7的(a)至图7的(c)的n欧姆电极321与背面电极91之间施加电压以使面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S成为正向偏压时，隧穿结层84的n++层84a与p++层84b之间成为反向偏压。
隧穿结层84是高浓度地添加有n型杂质的n++层84a与高浓度地添加有p型杂质的p++层84b的结。因此，若耗尽区域的宽度窄而受到正向偏压，则电子从n++层84a侧的传导带(导带(conduction band))隧穿至p++层84b侧的价电子带(价带(valence band))。此时，表现出负电阻特性。
另一方面，如图8的(b)所示，隧穿结层84(隧结)在受到反向偏压(-V)时，p++层84b侧的价电子带(价带)的电位Ev较n++层84a侧的传导带(导带)的电位Ec提高。并且，电子从p++层84b的价电子带(价带)隧穿至n++层84a侧的传导带(导带)。并且，反向偏压电压(-V)越增加，则电子越容易隧穿。即，如图8的(c)所示，隧穿结层84(隧结)在反向偏压下，电流容易流动。
因而，如图8的(a)所示，当设定晶闸管S接通时，即使隧穿结层84为反向偏压，电流也会在面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S之间流动。由此，面发光激光元件VCSEL发光(点亮)。
如后所述，设定晶闸管S在所连接的传送晶闸管T接通而成为导通状态时，成为可转变为导通状态的状态。并且，当点亮信号
Figure BDA0002809705560000151
如后所述成为“L”时，设定晶闸管S接通而成为导通状态，并且使面发光激光元件VCSEL点亮(设定点亮)。因而，本说明书中称作“设定晶闸管”。
另外，下部二极管UD与传送晶闸管T的关系跟面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的关系相同。但是，不使用来自下部二极管UD的发光。因而，在来自下部二极管UD的发光有时成为漏光的情况下，可减小下部二极管UD的大小，或者利用构成配线的材料等来进行遮光。
另外，也可取代隧穿结层84而使用III-V族化合物层，所述III-V族化合物层具有金属导电性，且外延成长在III-V族的化合物半导体层。作为金属导电性III-V族化合物层的材料的一例而说明的InNAs例如在InN的成分比x为约0.1～约0.8的范围内，带隙能量为负。而且，InNSb例如在InN的成分比x为约0.2～约0.75的范围内，带隙能量为负。带隙能量为负意味着不具备带隙。因而，呈现出与金属同样的导电特性(传导特性)。即，所谓金属导电特性(导电性)，是指只要与金属同样电位存在梯度便可使电流流动。
并且，GaAs、InP等III-V族化合物(半导体)的晶格常数处于
Figure BDA0002809705560000161
的范围。并且，所述晶格常数接近Si的晶格常数即约
Figure BDA0002809705560000163
Ge的晶格常数即约
Figure BDA0002809705560000162
与此相对，同样为III-V族化合物的InN的晶格常数在闪锌矿结构下为约
Figure BDA0002809705560000165
InAs的晶格常数为约
Figure BDA0002809705560000164
因而，InN与InAs的化合物即InNAs的晶格常数可成为与GaAs等的
Figure BDA0002809705560000166
接近的值。
而且，作为III-V族化合物的InSb的晶格常数为约
Figure BDA0002809705560000167
因而，由于InN的晶格常数为约
Figure BDA0002809705560000169
因此InSb与InN的化合物即InNSb的晶格常数可成为与GaAs等的
Figure BDA0002809705560000168
接近的值。
即，InNAs及InNSb相对于GaAs等III-V族化合物(半导体)的层而外延成长为单片。而且，在InNAs或InNSb的层上，可使GaAs等III-V族化合物(半导体)的层通过外延成长而层叠为单片。
因而，若取代隧穿结层84而经由金属导电性III-V族化合物层来将设定晶闸管S与面发光激光元件VCSEL以串联连接的方式予以层叠，则可抑制面发光激光元件VCSEL的n阴极(DBR)层83与设定晶闸管S的p阳极层85成为反向偏压。
＜晶闸管＞
接下来，对晶闸管(传送晶闸管T、设定晶闸管S)的基本动作进行说明。如前所述，晶闸管是具有阳极端子(阳极)、阴极端子(阴极)、栅极端子(栅极)这三个端子的半导体元件，例如是在基板80上层叠包含GaAs、GaAlAs、AlAs等的p型半导体层(p阳极层85、p栅极层87)、n型半导体层(n栅极层86、n阴极层88)而构成。即，晶闸管呈pnpn结构。此处，将包含p型半导体层与n型半导体层的pn结的顺向电位(扩散电位)Vd设为作为一例的1.5V来进行说明。
以下，作为一例，将对作为Vsub端子的背面电极91(参照图5、图6的(a)及图6的(b))供给的基准电位Vsub设为作为高电平电位(以下称作“H”)的0V，对Vgk端子供给的电源电位Vgk设为作为低电平电位(以下称作“L”)的-5V来进行说明。因而，有时记作“H”(0V)、“L”(-5V)。
首先，对晶闸管单体的动作进行说明。此处，设晶闸管的阳极为0V。
阳极与阴极之间无电流流动的断开状态的晶闸管在有比阈值电压低的电位(绝对值大的负电位)施加至阴极时，转变为导通状态(接通)。此处，晶闸管的阈值电压是从栅极的电位减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的值。
当成为导通状态时，晶闸管的栅极成为与阳极端子的电位接近的电位。此处，由于阳极为0V，因此栅极成为0V。而且，导通状态的晶闸管的阴极成为与从阳极的电位减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的电位接近的电位。此处，由于阳极为0V，因此导通状态的晶闸管的阴极成为接近-1.5V的电位(绝对值大于1.5V的负电位)。另外，阴极的电位是根据与对导通状态的晶闸管供给电流的电源的关系来设定。
导通状态的晶闸管在阴极成为比维持导通状态所需的电位(所述的接近-1.5V的电位)高的电位(绝对值小的负电位、0V或正电位)时，转变为断开状态(关断)。
另一方面，当对导通状态的晶闸管的阴极持续施加比维持导通状态所需的电位低的电位(绝对值大的负电位)，而供给可维持导通状态的电流(维持电流)时，晶闸管维持导通状态。
接下来，对面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S在经层叠的状态下的动作进行说明。
设定晶闸管S与面发光激光元件VCSEL层叠并串联连接。因而，点亮信号
Figure BDA0002809705560000171
的电位被分压至面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S。此处，将对面发光激光元件VCSEL施加的电压暂设为-1.7V来进行说明。于是，在设定晶闸管S为断开状态的情况下，对设定晶闸管S施加-3.3V。
如上所述，在处于断开状态的设定晶闸管S的阈值电压的绝对值比-3.3V小的情况下，设定晶闸管S接通。于是，电流流至串联连接的面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S，而面发光激光元件VCSEL发光。另一方面，在设定晶闸管S的阈值电压的绝对值比-3.3V小的情况下，设定晶闸管S不接通而维持断开状态。因而，面发光激光元件VCSEL也维持熄灭状态(断开状态)。
另外，当设定晶闸管S接通时，对串联连接的面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S施加的电压的绝对值因限流电阻RI(参照图5)而下降。但是，若对设定晶闸管S施加的电压为维持设定晶闸管S的导通状态的电压，则设定晶闸管S维持导通状态。由此，面发光激光元件VCSEL也持续发光。
另外，上文所示的电压是一例，将根据面发光激光元件VCSEL的发光波长或光量而改变。此时，只要调整点亮信号
Figure BDA0002809705560000172
的电位(“L”)即可。
另外，晶闸管包含GaAs等半导体，因此在导通状态下，有时会在n栅极层86与p栅极层87之间发光。另外，晶闸管所出射的光的量根据阴极的面积及在阴极与阳极之间流动的电流而决定。因而，在不利用来自晶闸管的发光的情况下，例如也可减小阴极的面积，或者通过构成电极(设定晶闸管S1中的n欧姆电极321或传送晶闸管T1中的n欧姆电极323)或配线的材料等来进行遮光，由此来抑制不需要的光。
(发光装置65的动作)
接下来，对发光装置65的动作进行说明。
如前所述，发光装置65包括发光芯片C1～发光芯片C40(参照图3、图4的(a)及图4的(b))。
发光芯片C1～发光芯片C40是并列地受到驱动，因此只要说明发光芯片C1的动作即可。
＜时间图＞
图9是说明发光装置65及发光芯片C的动作的时间图。
图9中表示了对发光芯片C1的面发光激光元件VCSEL1～面发光激光元件VCSEL5这五个面发光激光元件VCSEL的点亮(振荡)或不点亮进行控制(称作点亮控制)的部分的时间图。另外，图9中，使发光芯片C1的面发光激光元件VCSEL1、面发光激光元件VCSEL2、面发光激光元件VCSEL3、面发光激光元件VCSEL5点亮，而使面发光激光元件VCSEL4熄灭(不点亮)。
图9中，设时刻按照字母顺序从时刻a向时刻k经过。面发光激光元件VCSEL1在期间T(1)受到点亮或不点亮的控制(点亮控制)，面发光激光元件VCSEL2在期间T(2)受到点亮或不点亮的控制(点亮控制)，面发光激光元件VCSEL3在期间T(3)受到点亮或不点亮的控制(点亮控制)，面发光激光元件VCSEL4在期间T(4)受到点亮或不点亮的控制(点亮控制)。以下，同样对编号为5以上的面发光激光元件VCSEL进行点亮控制。
此处，期间T(1)、期间T(2)、期间T(3)、…设为相同长度的期间，在不分别区分时称作期间T。
对
Figure BDA0002809705560000181
端子(参照图5、图6的(a)及图6的(b))发送的第一传送信号
Figure BDA0002809705560000183
以及对
Figure BDA0002809705560000182
端子(参照图5、图6的(a)及图6的(b))发送的第二传送信号
Figure BDA0002809705560000184
是具有“H”(0V)与“L”(-5V)这两个电位的信号。并且，第一传送信号
Figure BDA0002809705560000186
及第二传送信号
Figure BDA0002809705560000185
以连续的两个期间T(例如期间T(1)与期间T(2))为单位而重复波形。
以下，有时将“H”(0V)及“L”(-5V)省略为“H”及“L”。
第一传送信号
Figure BDA0002809705560000187
在期间T(1)的开始时刻b由“H”(0V)转变为“L”(-5V)，在时刻f由“L”转变为“H”。并且，在期间T(2)的结束时刻i，由“H”转变为“L”。
第二传送信号
Figure BDA0002809705560000188
在期间T(1)的开始时刻b为“H”(0V)，在时刻e由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。并且，在期间T(2)的结束时刻i与时刻j之间，由“L”转变为“H”。
若对第一传送信号
Figure BDA0002809705560000189
与第二传送信号
Figure BDA00028097055600001810
进行比较，则第二传送信号
Figure BDA00028097055600001811
相当于使第一传送信号
Figure BDA00028097055600001812
在时间轴上向后偏离了期间T的信号。另一方面，第二传送信号
Figure BDA00028097055600001813
在期间T(1)内，虚线所示的波形及期间T(2)内的波形在期间T(3)以后重复。第二传送信号
Figure BDA00028097055600001814
的期间T(1)的波形与期间T(3)以后不同，是因为期间T(1)是发光装置65开始动作的期间。
如后所述，第一传送信号
Figure BDA00028097055600001815
与第二传送信号
Figure BDA00028097055600001816
这一组传送信号使传送晶闸管T的导通状态按照编号顺序传播，由此，将与导通状态的传送晶闸管T为相同编号的面发光激光元件VCSEL指定为点亮(振荡)或不点亮的控制(点亮控制)对象。
接下来说明对发光芯片C1的
Figure BDA00028097055600001817
端子发送的点亮信号
Figure BDA00028097055600001818
另外，对于其他的发光芯片C2～发光芯片C40，分别发送点亮信号
Figure BDA00028097055600001823
～点亮信号
Figure BDA00028097055600001819
点亮信号
Figure BDA00028097055600001820
是具有“H”(0V)与“L”(-5V)这两个电位的信号。
此处，在针对发光芯片C1的面发光激光元件VCSEL1的点亮控制的期间T(1)，对点亮信号
Figure BDA00028097055600001821
进行说明。点亮信号
Figure BDA00028097055600001822
在期间T(1)的开始时刻b为“H”(0V)，在时刻c由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。并且，在时刻d由“L”转变为“H”，在时刻e维持“H”。
参照图4的(a)及图4的(b)、图5，通过图9所示的时间图来说明发光装置65及发光芯片C1的动作。另外，以下说明对面发光激光元件VCSEL1、面发光激光元件VCSEL2进行点亮控制的期间T(1)、期间T(2)。
(1)时刻a
＜发光装置65＞
在时刻a，发光装置65的信号产生电路110的基准电位供给部160将基准电位Vsub设定为“H”(0V)。电源电位供给部170将电源电位Vgk设定为“L”(-5V)。于是，发光装置65的电路基板62上的电源线200a成为基准电位Vsub的“H”(0V)，发光芯片C1～发光芯片C40各自的Vsub端子成为“H”。同样地，电源线200b成为电源电位Vgk的“L”(-5V)，发光芯片C1～发光芯片C40各自的Vgk端子成为“L”(参照图4的(a)及图4的(b))。由此，发光芯片C1～发光芯片C40各自的电源线71成为“L”(参照图5)。
并且，信号产生电路110的传送信号产生部120将第一传送信号
Figure BDA0002809705560000191
第二传送信号
Figure BDA0002809705560000192
分别设定为“H”(0V)。于是，第一传送信号线201及第二传送信号线202成为“H”(参照图4的(a)及图4的(b))。由此，发光芯片C1～发光芯片C40各自的
Figure BDA0002809705560000193
端子及
Figure BDA0002809705560000194
端子成为“H”。经由限流电阻R1而连接于
Figure BDA0002809705560000195
端子的第一传送信号线72的电位也成为“H”，经由限流电阻R2而连接于
Figure BDA0002809705560000196
端子的第二传送信号线73也成为“H”(参照图5)。
进而，信号产生电路110的点亮信号产生部140将点亮信号
Figure BDA0002809705560000197
～点亮信号
Figure BDA0002809705560000198
分别设定为“H”(0V)。于是，点亮信号线204-1～点亮信号线204-40成为“H”(参照图4的(a)及图4的(b))。由此，发光芯片C1～发光芯片C40各自的
Figure BDA0002809705560000199
端子经由限流电阻RI而成为“H”，连接于
Figure BDA00028097055600001910
端子的点亮信号线75也成为“H”(0V)(参照图5)。
＜发光芯片C1＞
设定晶闸管S的阳极(p阳极层85)经由隧穿结层84而连接于面发光激光元件VCSEL的阴极(n阴极(DBR)层83)，面发光激光元件VCSEL的阳极(p阳极(DBR)层81)连接于被设定为“H”的Vsub端子。
传送晶闸管T的阳极(p阳极层85)经由隧穿结层84而连接于下部二极管UD的阴极(n阴极(DBR)层83)，下部二极管UD的阳极(p阳极(DBR)层81)连接于被设定为“H”的Vsub端子。
奇数编号的传送晶闸管T1、传送晶闸管T3、传送晶闸管T5、…各自的阴极连接于第一传送信号线72，且被设定为“H”(0V)。偶数编号的传送晶闸管T2、传送晶闸管T4、传送晶闸管T6、…各自的阴极连接于第二传送信号线73，且被设定为“H”。因而，传送晶闸管T的阳极及阴极均成为“H”而处于断开状态。而且，下部二极管UD的阳极及阴极也均成为“H”而处于断开状态。
设定晶闸管S的阴极端子连接于“H”(0V)的点亮信号线75。因而，设定晶闸管S的阳极及阴极均成为“H”而处于断开状态。而且，面发光激光元件VCSEL的阳极及阴极也均成为“H”而处于断开状态。
如前所述，栅极Gt1连接于启动二极管SD的阴极。栅极Gt1经由电源线电阻Rg1而连接于电源电位Vgk(“L”(-5V))的电源线71。并且，启动二极管SD的阳极端子连接于第二传送信号线73，且经由限流电阻R2而连接于“H”(0V)的
Figure BDA00028097055600001911
端子。因而，启动二极管SD为正向偏压，启动二极管SD的阴极(栅极Gt1)成为从启动二极管SD的阳极电位(“H”(0V))减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的值(-1.5V)。而且，当栅极Gt1成为-1.5V时，由于阳极(栅极Gt1)为-1.5V且阴极经由电源线电阻Rg2而连接于电源线71(“L”(-5V))，因此耦合二极管D1成为正向偏压。因而，栅极Gt2的电位成为从栅极Gt1的电位(-1.5V)减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的-3V。进而，耦合二极管D2的阳极(栅极Gt1)为-3V，阴极经由电源线电阻Rg2而连接于电源线71(“L”(-5V))，因此成为正向偏压。因而，栅极Gt3的电位成为从栅极Gt2的电位(-3V)减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的-4.5V。但是，启动二极管SD的阳极为“H”(0V)的影响不会波及4以上的编号的栅极Gt，这些栅极Gt的电位成为电源线71的电位即“L”(-5V)。
另外，由于栅极Gt为栅极Gs，因此栅极Gs的电位与栅极Gt的电位相同。因而，传送晶闸管T、设定晶闸管S的阈值电压成为从栅极Gt、栅极Gs的电位减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的值。即，传送晶闸管T1、设定晶闸管S1的阈值电压成为-3V，传送晶闸管T2、设定晶闸管S2的阈值电压成为-4.5V，传送晶闸管T3、设定晶闸管S3的阈值电压成为-6V，编号为4以上的传送晶闸管T、设定晶闸管S的阈值电压成为-6.5V。
(2)时刻b
在图9所示的时刻b，第一传送信号
Figure BDA0002809705560000201
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。由此，发光装置65开始动作。
当第一传送信号
Figure BDA0002809705560000202
由“H”转变为“L”时，第一传送信号线72的电位经由
Figure BDA0002809705560000203
端子及限流电阻R1而由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。于是，对传送晶闸管T1施加的电压为-3.3V，因此阈值电压为-3V的传送晶闸管T1接通。此时，在下部二极管UD1中有电流流经而由断开状态转变为导通状态。通过传送晶闸管T1接通，第一传送信号线72的电位成为与从传送晶闸管T1的阳极的电位(对下部二极管UD1施加的电位即-1.7V)减去pn结的顺向电位Vd(1.5V)所得的-3.2V接近的电位(绝对值大于3.2V的负电位)。
另外，传送晶闸管T3的阈值电压为-6V，编号为5以上的奇数编号的传送晶闸管T的阈值电压为-6.5V。对传送晶闸管T3及编号为5以上的奇数编号的传送晶闸管T施加的电压成为将对面发光激光元件VCSEL施加的电压1.7V加上-3.2V所得的-1.5V，因此传送晶闸管T3及编号为5以上的奇数编号的传送晶闸管T不接通。
另一方面，偶数编号的传送晶闸管T由于第二传送信号
Figure BDA0002809705560000204
为“H”(0V)且第二传送信号线73为“H”(0V)，因此无法接通。
当传送晶闸管T1接通时，栅极Gt1/Gs1的电位成为传送晶闸管T1的阳极的电位即“H”(0V)。并且，栅极Gt2(栅极Gs2)的电位成为-1.5V，栅极Gt3(栅极Gs3)的电位成为-3V，栅极Gt4(栅极Gs4)的电位成为-4.5V，编号为5以上的栅极Gt(栅极Gl)的电位成为“L”。
由此，设定晶闸管S1的阈值电压成为-1.5V，传送晶闸管T2、设定晶闸管S2的阈值电压成为-3V，传送晶闸管T3、设定晶闸管S3的阈值电压成为-4.5V，传送晶闸管T4、设定晶闸管S4的阈值电压成为-6V，编号为5以上的传送晶闸管T、设定晶闸管S的阈值电压成为-6.5V。
但是，第一传送信号线72通过导通状态的传送晶闸管T1而成为-1.5V，因此断开状态的奇数编号的传送晶闸管T不接通。由于第二传送信号线73为“H”(0V)，因此偶数编号的传送晶闸管T不接通。由于点亮信号线75为“H”(0V)，因此任何面发光激光元件VCSEL均不点亮。
在时刻b之后(此处是指因时刻b的信号的电位变化而产生了晶闸管等的变化后成为恒定状态时，其他情况也相同)，传送晶闸管T1、下部二极管UD1处于导通状态，其他传送晶闸管T、下部二极管UD、设定晶闸管S、面发光激光元件VCSEL处于断开状态。
(3)时刻c
在时刻c，点亮信号
Figure BDA0002809705560000205
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。
当点亮信号
Figure BDA0002809705560000211
由“H”转变为“L”时，点亮信号线75经由限流电阻RI及
Figure BDA0002809705560000212
端子而由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。于是，加上对面发光激光元件VCSEL施加的电压1.7V所得的-3.3V被施加至设定晶闸管S1，阈值电压为-1.5V的设定晶闸管S1接通，而面发光激光元件VCSEL1点亮(发光)。由此，点亮信号线75的电位成为接近-3.2V的电位。另外，设定晶闸管S2的阈值电压为-3V，但对设定晶闸管S2施加的电压成为将对面发光激光元件VCSEL施加的电压1.7V加上-3.2V所得的-1.5V，因此设定晶闸管S2不接通。
在时刻c之后，传送晶闸管T1、下部二极管UD1、设定晶闸管S1处于导通状态，而面发光激光元件VCSEL1点亮(发光)。
(4)时刻d
在时刻d，点亮信号
Figure BDA0002809705560000213
由“L”(-5V)转变为“H”(0V)。
当点亮信号
Figure BDA0002809705560000214
由“L”转变为“H”时，点亮信号线75的电位经由限流电阻RI及
Figure BDA0002809705560000215
端子而由-3.2V转变为“H”。于是，设定晶闸管S1的阴极及面发光激光元件VCSEL1的阳极均成为“H”，因此设定晶闸管S1关断，并且面发光激光元件VCSEL1熄灭(不点亮)。面发光激光元件VCSEL1的点亮期间为从点亮信号
Figure BDA0002809705560000217
由“H”转变为“L”的时刻c直至点亮信号
Figure BDA0002809705560000216
由“L”转变为“H”的时刻d为止的、点亮信号
Figure BDA0002809705560000218
为“L”的期间。
在时刻d之后，传送晶闸管T1处于导通状态。
(5)时刻e
在时刻e，第二传送信号
Figure BDA0002809705560000219
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)。此处，对面发光激光元件VCSEL1进行点亮控制的期间T(1)结束，对面发光激光元件VCSEL2进行点亮控制的期间T(2)开始。
当第二传送信号
Figure BDA00028097055600002110
由“H”转变为“L”时，第二传送信号线73的电位经由
Figure BDA00028097055600002111
端子而由“H”转变为“L”。如前所述，传送晶闸管T2由于阈值电压成为-3V，因此接通。此时，在下部二极管UD2中也有电流流动而由断开状态转变为导通状态。
由此，栅极端子Gt2(栅极端子Gs2)的电位成为“H”(0V)，栅极Gt3(栅极Gs3)的电位成为-1.5V，栅极Gt4(栅极Gs4)的电位成为-3V，栅极Gt4(栅极Gs4)的电位成为-4.5V。并且，编号为6以上的栅极Gt(栅极Gs)的电位成为-5V。
在时刻e之后，传送晶闸管T1、传送晶闸管T2、下部二极管UD1、下部二极管UD2处于导通状态。
(6)时刻f
在时刻f，第一传送信号
Figure BDA00028097055600002112
由“L”(-5V)转变为“H”(0V)。
当第一传送信号
Figure BDA00028097055600002113
由“L”转变为“H”时，第一传送信号线72的电位经由
Figure BDA00028097055600002114
端子而由“L”转变为“H”。于是，导通状态的传送晶闸管T1的阳极及阴极均成为“H”而关断。此时，下部二极管UD1的阳极及阴极也均成为“H”，而由导通状态转变为断开状态。
于是，栅极Gt1(栅极Gs1)的电位经由电源线电阻Rg1而朝向电源线71的电源电位Vgk(“L”(-5V))变化。由此，耦合二极管D1成为对无电流流动的方向施加有电位的状态(反向偏压)。因而，栅极Gt2(栅极Gs2)为“H”(0V)的影响不再波及到栅极Gt1(栅极Gs1)。即，具有利用反向偏压的耦合二极管D而连接的栅极Gt的传送晶闸管T的阈值电压成为-6.5V，即使第一传送信号
Figure BDA00028097055600002115
或第二传送信号
Figure BDA00028097055600002116
成为“L”(-5V)也不再接通。
在时刻f之后，传送晶闸管T2、下部二极管UD2处于导通状态。
(7)其他
在时刻g，当点亮信号
Figure BDA0002809705560000221
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)时，与时刻c的面发光激光元件VCSEL1及设定晶闸管S1同样地，设定晶闸管S2接通而面发光激光元件VCSEL2点亮(发光)。
并且，在时刻h，当点亮信号
Figure BDA0002809705560000222
由“L”(-5V)转变为“H”(0V)时，与时刻d的面发光激光元件VCSEL1及设定晶闸管S1同样地，设定晶闸管S2关断而面发光激光元件VCSEL2熄灭。
进而，在时刻i，当第一传送信号
Figure BDA0002809705560000223
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)时，与时刻b的传送晶闸管T1或时刻e的传送晶闸管T2同样地，阈值电压为-3V的传送晶闸管T3接通。在时刻i，对面发光激光元件VCSEL2进行点亮控制的期间T(2)结束，对面发光激光元件VCSEL3进行点亮控制的期间T(3)开始。
以后，重复至此为止所说明的处理。
另外，在不使面发光激光元件VCSEL点亮(发光)而仍保持熄灭(不点亮)时，只要如图9的对面发光激光元件VCSEL4进行点亮控制的期间T(4)的时刻j至时刻k所示的点亮信号
Figure BDA0002809705560000225
那样，将点亮信号
Figure BDA0002809705560000224
保持“H”(0V)即可。借此，即使设定晶闸管S4的阈值电压为-1.5V，设定晶闸管S4也不会接通，面发光激光元件VCSEL4仍保持熄灭(不点亮)。
如以上所说明的那样，传送晶闸管T的栅极端子Gt通过耦合二极管D而相互连接。因而，当栅极Gt的电位发生变化时，经由正向偏压的耦合二极管D而与电位发生了变化的栅极Gt连接的栅极Gt的电位发生变化。并且，具有电位发生了变化的栅极的传送晶闸管T的阈值电压发生变化。传送晶闸管T在阈值电压高于-3.3V(绝对值小的负值)时，在第一传送信号
Figure BDA00028097055600002212
或第二传送信号
Figure BDA0002809705560000226
由“H”(0V)转变为“L”(-5V)的时机接通。
并且，栅极Gs与导通状态的传送晶闸管T的栅极Gt连接的设定晶闸管S由于阈值电压为-1.5V，因此当点亮信号
Figure BDA0002809705560000227
由“H”(0V)转变为“Lo”(-5V)时接通，与设定晶闸管S串联连接的面发光激光元件VCSEL点亮(发光)。
即，通过传送晶闸管T成为导通状态，从而指定作为点亮控制对象的面发光激光元件VCSEL，“L”(-5V)的点亮信号
Figure BDA0002809705560000228
使与作为点亮控制对象的面发光激光元件VCSEL串联连接的设定晶闸管S接通，并且使面发光激光元件VCSEL点亮(发光)。
另外，“H”(0V)的点亮信号
Figure BDA0002809705560000229
将设定晶闸管S维持为断开状态，并且将面发光激光元件VCSEL维持为不点亮。即，点亮信号
Figure BDA00028097055600002210
对面发光激光元件VCSEL的点亮(发光)/不点亮(不发光)进行设定。
这样，根据图像数据来设定点亮信号
Figure BDA00028097055600002211
而控制各面发光激光元件VCSEL的点亮或不点亮。
而且，设定晶闸管S也可控制成，使维持为发光状态的面发光激光元件VCSEL的发光量增加。
如以上所说明的那样，发光芯片C构成为自扫描型发光元件阵列(Self-ScanningLight Emitting Device，SLED)。
(为了比较所示的发光芯片C')
接下来，对为了比较所示的、适用本实施方式的发光芯片C'进行说明。发光芯片C'中，层叠结构体301的结构与适用本实施方式的发光芯片C不同，但其他结构同样。因而，对不同的层叠结构体301'进行说明，而省略同样部分的说明。另外，在发光芯片C'中，对于与发光芯片C为相同功能的部分标注相同的符号。
图10的(a)及图10的(b)是未适用本实施方式的发光芯片C'中的、层叠有面发光激光元件VCSEL与设定晶闸管S的层叠结构体301'的放大图。图10的(a)是层叠结构体301'的平面图，图10的(b)是图10的(a)的XB-XB线处的剖面图。
如图10的(a)及图10的(b)所示，发光芯片C'的层叠结构体301'是将半导体层叠体(n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85、隧穿结层84、n阴极(DBR)层83、发光层82、p阳极(DBR)层81)蚀刻至到达基板80为止，而构成为圆筒状。并且，层叠结构体301'不包括设在发光芯片C的层叠结构体301的孔部55。因此，从露出至层叠结构体301'的外缘部的p阳极(DBR)层81的电流狭窄层81b的侧面，对电流狭窄层81b进行氧化。因此，未被氧化的部分(电流通过部α)形成为圆形。
p阳极(DBR)层81的电流狭窄层81b的氧化是从层叠结构体301'的外缘部进行，因此从层叠结构体301'的外缘部直至电流阻止部β的前端部为止的距离是由氧化时间决定。因而，若将氧化时间及电流通过部α的面积设为与适用本实施方式的发光芯片C相同，则图10的(a)及图10的(b)所示的、作为设定晶闸管S发挥功能的部分(n阴极层88、p栅极层87、n栅极层86、p阳极层85的部分)的平面形状的面积以及隧穿结层84的平面形状的面积将变得比图7的(a)及图7的(b)所示的发光芯片C的层叠结构体301小。同样，作为从设定晶闸管S朝向面发光激光元件VCSEL的电流路径发挥功能的部分(较电流狭窄层81b位于上侧的n阴极(DBR)层83、发光层82、上侧p阳极(DBR)层81c)的面积也比图7的(a)及图7的(b)所示的发光芯片C的层叠结构体301小。尤其，由于隧穿结层84的电阻高，因此若隧穿结层84的面积变小，则从设定晶闸管S经由隧穿结层84而流向面发光激光元件VCSEL的电流的路径的电阻变大，动作变慢。
进而，如图10的(a)所示，在层叠结构体301'中，使p栅极层87露出而设置设定晶闸管S的p欧姆电极331的部分的面积也变窄。因此，若欲减小从设定晶闸管S经由隧穿结层84而流向面发光激光元件VCSEL的电流的路径的电阻，以确保设置设定晶闸管S的p欧姆电极331的部分的面积，将会导致氧化的时间变长。
如以上所说明的那样，在适用本实施方式的发光芯片C中，从层叠结构体301的外缘部及孔部55使电流狭窄层81b氧化而形成电流阻止部β。因此，不需要减小设定晶闸管S的平面形状的面积。因而，即使隧穿结层84的电阻高，也可降低从设定晶闸管S经由隧穿结层84流向面发光激光元件VCSEL的电流的路径的电阻。而且，由于从孔部55进行氧化，因此不需要延长氧化的时间。并且，使p栅极层87露出而设置设定晶闸管S的p欧姆电极331的部分的面积也难以受到限制。
以上，在p阳极(DBR)层81设有电流狭窄层81b。因此，孔部55是以使p阳极(DBR)层81的电流狭窄层81b的侧面露出的方式而设。也可在n阴极(DBR)层83设置电流狭窄层。此时，孔部55只要以使设于n阴极(DBR)层83的电流狭窄层的侧面露出的方式而设即可。
而且，在适用本实施方式的发光芯片C中，包括下部二极管UD，但也可不包括下部二极管UD。即，只要在构成下部二极管UD的层叠结构体302的部分，通过蚀刻而去除了p阳极(DBR)层81、发光层82、n阴极(DBR)层83、隧穿结层84后，层叠p阳极层85、n栅极层86、p栅极层87、n阴极层88即可。
在适用本实施方式的发光芯片C中，使用了在基板80上设有面发光激光元件VCSEL(发光元件)，且在面发光激光元件VCSEL(发光元件)上层叠有设定晶闸管S(晶闸管)的层叠结构体。也可使用与此相反地在基板上设有晶闸管并在晶闸管上设有发光元件的层叠结构体。
进而，作为发光元件，使用了面发光激光元件VCSEL，但也可为发光二极管LED等其他的发光元件。

Claims (7)

1.一种发光零件，包括：
基板；
多个发光元件，设在所述基板，朝与所述基板的表面交叉的方向出射光；以及
多个晶闸管，分别层叠在多个所述发光元件上，通过成为导通状态而驱动所述发光元件发光或使发光量增加，
所述发光元件具有电流狭窄区域，所述电流狭窄区域经由设在层叠有所述发光元件与所述晶闸管的层叠结构体的孔部而进行了氧化。
2.根据权利要求1所述的发光零件，其中
多个所述孔部在所述层叠结构体中，在所述发光元件出射光的出射口的周围排列成圆形。
3.根据权利要求1或2所述的发光零件，其中
所述晶闸管在朝向所述发光元件的所述晶闸管的光的路径上具有开口部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光零件，其中
所述晶闸管经由隧穿结层或者具有金属导电性的III-V族化合物层而层叠在所述发光元件上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光零件，包括：
多个传送元件，与多个所述晶闸管分别连接，依序传送导通状态，并且通过成为导通状态而将所述晶闸管设定为导通状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光零件，
所述发光元件为垂直腔面发射激光器元件。
7.一种发光零件，包括：
基板；
多个发光元件，设在所述基板，朝与所述基板的表面交叉的方向出射光；以及
多个晶闸管，分别层叠在所述基板与多个所述发光元件间，通过成为导通状态而驱动所述发光元件发光或者使发光量增加，
所述发光元件具有电流狭窄区域，所述电流狭窄区域经由设在层叠有所述发光元件与所述晶闸管的层叠结构体的孔部而进行了氧化。
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