CN117791309A - 发光阵列、发光装置、测定装置及发光阵列的制造方法 - Google Patents

发光阵列、发光装置、测定装置及发光阵列的制造方法 Download PDF

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崎田智明
近藤崇
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Abstract

一种发光阵列、发光装置、测定装置及发光阵列的制造方法，所述发光阵列具备：发光部，具有复数个发光块；选择部，以从设置于外部的基准部供给的基准电位为基准进行动作，并选择发光的所述发光块；及切断部，在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流的期间，切断所述选择部与所述基准部的连接。

Description

发光阵列、发光装置、测定装置及发光阵列的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光阵列、发光装置、测定装置及发光阵列的制造方法。
背景技术
专利文献1中记载了一种发光器件，其具备：基板；复数个发光元件，设置于所述基板上，向与该基板的表面交叉的方向射出光；及复数个晶闸管，分别层叠于复数个所述发光元件上，通过成为导通(on)状态而进行驱动，以使该发光元件发光，或者使发光量增加，所述晶闸管在所述发光元件的朝向该晶闸管的光的路径上具有开口部。
专利文献1：日本特开2019-57652号公报
在使用ToF(Time of Flight：飞行时间)方法测定被测定物的三维形状的测定装置等中需要一种发光装置，该发光装置以A级发光电流产生数百ps级的下降或上升的发光脉冲。然而，在发光装置中，由于产生发光脉冲的发光阵列所附带的电容(电容量)中蓄积的电荷，有时光脉冲的下降或上升延迟。
发明内容
本发明提供一种抑制了电容对发光脉冲波形的影响的发光阵列等。
方案1中记载的发明为一种发光阵列，其具备：发光部，具有复数个发光块；选择部，以从设置于外部的基准部供给的基准电位为基准进行动作，并选择发光的所述发光块；及切断部，在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流的期间，切断所述选择部与所述基准部的连接。
方案2所述的发明在方案1所述的发光阵列中，其特征在于，所述切断部包括第1晶闸管和电阻而构成，通过该第1晶闸管从导通转移到断开(off)而切断所述连接。
方案3所述的发明在方案2所述的发光阵列中，其特征在于，所述选择部包括复数个被传送导通状态的第2晶闸管，所述第2晶闸管与所述第1晶闸管具有共用的半导体层。
方案4所述的发明在方案2所述的发光阵列中，其特征在于，所述第1晶闸管由半导体层、该半导体层上的极性不同的两层半导体层的区域、以及该半导体层上的极性不同的一层半导体层的区域构成。
方案5所述的发明在方案1所述的发光阵列中，其特征在于，若在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流，则所述切断部从导通转移到断开而切断所述连接。
方案6所述的发明为一种发光装置，其具备：方案1至5中任一项所述的发光阵列；及驱动部，通过导通，由低侧驱动使发光电流流过所述发光阵列的所述发光部而进行驱动。
方案7所述的发明为一种测定装置，其具备：方案6所述的发光装置；及受光部，接收从所述发光装置的所述发光部射出并在被测定物上反射的光，所述测定装置测定所述被测定物的三维形状。
方案8所述的发明为一种发光阵列的制造方法，其包括如下工序：在基板上层叠构成发光元件的第1层叠半导体层；在所述第1层叠半导体层上层叠构成晶闸管的第2层叠半导体层；加工所述第2层叠半导体层及所述第1层叠半导体层，以分离包括所述发光元件的发光块与切断部，所述切断部切断选择发光的该发光块的选择部与设置于外部并供给基准电位的基准部的连接；及加工所述第2层叠半导体层，以形成所述切断部中包括的第1晶闸管与所述选择部中包括的第2晶闸管。
发明效果
根据本发明的第1方案，能够抑制电容对发光脉冲波形的影响。
根据本发明的第2方案，能够以晶闸管的动作进行切断。
根据本发明的第3方案，与不具有共用的半导体层的情况相比，将切断部与选择部制作于一个半导体器件内。
根据本发明的第4方案，由层叠结构构成为单片。
根据本发明的第5方案，不需要来自外部的控制。
根据本发明的第6方案，能够抑制电容对发光脉冲波形的影响。
根据本发明的第7方案，提供能够测定三维形状的测定装置。
根据本发明的第8方案，制造抑制了电容对发光脉冲波形的影响的发光阵列。
附图说明
根据以下附图，对本发明的实施方式进行详细叙述。
图1是对测定装置的结构进行说明的框图；
图2是对发光装置的发光阵列照射光的测距区域进行说明的立体图，图2的(a)是适用本实施方式的分割照射方式，图2的(b)是为了比较而表示的现有的统一照射方式；
图3是对发光阵列的俯视图的一例进行说明的图；
图4是对发光阵列中的发光部的点亮方式进行说明的图，图4的(a)是使发光部的发光块依次点亮的依次点亮方式，图4的(b)是使发光部的任意复数个发光块并行点亮的复数点亮方式，图4的(c)是使发光部的所有发光块并行点亮的全点亮方式；
图5是适用本实施方式的发光装置的等效电路的一例；
图6是对发光阵列的平面布局的一例进行说明的图；
图7是对发光阵列的截面的一例进行说明的图，图7的(a)是图6的VIIA-VIIA线上的截面，图7的(b)是图6的VIIB-VIIB线上的截面；
图8是使用了作为比较例表示的未适用本实施方式的发光阵列(比较例的发光阵列)的发光装置(比较例的发光装置)的等效电路；
图9是由位移晶闸管、耦合晶体管、发光控制晶闸管及VCSEL对比较例的发光阵列的基本动作进行说明的图，图9的(a)是等效电路，图9的(b)是位移晶闸管及耦合晶体管部分的截面；
图10是表示发光脉冲波形的图，图10的(a)、图10的(b)是基于使用了比较例的发光阵列的发光装置的发光脉冲波形，图10的(c)是基于使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置的发光脉冲波形；
图11是比较例的发光阵列的放大剖视图、以及放大剖视图所示部分的等效电路，图11的(a)是放大剖视图，图11的(b)是放大剖视图所示部分的等效电路；
图12是说明在比较例的发光装置中由PN接合构成的电容对发光脉冲波形带来的影响的图，图12的(a)是驱动器导通的情况，图12的(b)是使驱动器从导通转移到断开的情况，图12的(c)是驱动器断开的情况，图12的(d)是使驱动器从断开转移到导通的情况；
图13是在评价由PN接合构成的电容的影响的模拟中使用的电路模型，图13的(a)是比较例的发光装置的电路模型，图13的(b)是使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置(不具备位移部的发光装置)的电路模型；
图14是通过模拟求出的发光脉冲波形，图14的(a)是图13的(a)的比较例的发光装置的情况，图14的(b)是图13的(b)的使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置(不具备位移部的发光装置)的情况；
图15是对适用本实施方式的发光装置的动作进行说明的图，图15的(a)是驱动器导通的情况，图15的(b)是使驱动器从导通转移到断开的情况，图15的(c)是驱动器断开的情况，图15的(d)是使驱动器从断开转移到导通的情况；
图16是在适用本实施方式的发光阵列中，对切断晶闸管的结构进行说明的剖视图；
图17是模拟了适用本实施方式的切断部的动作的电路模型，图17的(a)表示驱动器断开的情况，图17的(b)表示驱动器成为导通的瞬间；
图18是通过模拟求出的发光脉冲波形，图18的(a)是适用本实施方式的发光装置的情况，图18的(b)是使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置的情况；
图19是对适用本实施方式的发光阵列的制造方法进行说明的工序图，图19的(a)是层叠半导体层形成工序，图19的(b)是分离及电流阻止部形成工序，图19的(c)是位移部及切断部中的分离工序；
图20是对适用本实施方式的发光阵列的制造方法进行说明的工序图，图20的(d)是n型半导体层露出工序，图20的(e)是耦合晶体管及切断晶闸管形成工序，图20的(f)是n欧姆电极、p欧姆电极及基板电极形成工序。
符号说明
1-测定装置，2-测定控制部，3-测距区域，10、10′-发光装置，20-三维传感器(3D传感器)，30-测距分区，71-电源线，72、72-1、72-2-位移信号线，73-位移部基准电位线，74-发光电位线，75-基板电极，76-基准电位线，80-n型半导体基板，81、85、87-n型半导体层，82-活性层，83、86、88-p型半导体层，84-隧道接合层，100、100′-发光阵列，110-发光部，111-发光块，120-位移部，121-位移单元，130-切断部，200-驱动部，250-控制部，251-电源/位移信号部，252-基准部，253-发光电源部，α-电流通过部，β-电流阻止部，C1、C2-电容，Drv-驱动器，GND-基准电位(接地电位)，I-驱动电流，L1、L2、L3、L4-寄生电感，p1、p2-位移信号，Q-耦合晶体管，R1、R2、RL-电流限制电阻，Rc-耦合电阻，Rg-电源线电阻，Rs-启动电阻，Ru-电阻，Rv-内部电阻，S-发光控制晶闸管，T-位移晶闸管，U-切断晶闸管，VCSEL-垂直谐振器表面发光激光器，VGA-电源电位，VK-基板电位，VLD-发光电位，VS1、VS2-电源，Vd-正向电压(扩散电位)，Vsat-饱和电压，pI-发光信号。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
根据ToF(Time of Flight)方法测定被测定物的三维形状的测定装置通过光的飞行时间测定被测定物的三维形状。即，在ToF方法中，由从发光装置射出光的时刻到3D传感器接收在被测定物上反射的光的时刻为止的光的飞行时间算出从发光装置到被测定物为止的距离，求出被测定物的三维形状。为了高精度地测定被测定物的三维形状，以数A的发光电流求出数百ps的上升及下降时间的光脉冲。
(测定装置1)
图1是对测定装置1的结构进行说明的框图。测定装置1具备发光装置10及三维传感器20(以下，表述为3D传感器20。)。发光装置10具备发光阵列100、驱动部200及控制部250。另外，图1除了测定装置1以外，还示出测定控制部2。
发光阵列100朝向被测定物射出脉冲状的光。驱动部200根据测定控制部2的控制向发光阵列100供给用于发光的电流(以下，表述为发光电流。)。将向发光阵列供给发光电流的情况表述为驱动发光阵列。控制部250根据测定控制部2的控制来控制发光阵列100的发光/消光。3D传感器20接收由发光阵列100射出并在被测定物上反射的光(反射光)。然后，3D传感器20输出与基于从射出光的时刻到接收反射光的时刻为止的时间(光的飞行时间)的到被测定物为止的距离有关的信息(距离信息)。3D传感器20是受光部的一例。另外，在表示发光阵列100射出的光为脉冲状的情况下表述为发光脉冲，将发光脉冲波形表述为发光脉冲波形。并且，有时将发光阵列100发光的情况表述为点亮。同样地，有时将发光阵列100停止发光的情况表述为消光，并且表述为熄灭。即，发光与点亮是同义词，消光与熄灭是同义词。
测定控制部2构成为包括CPU、ROM、RAM等的计算机，控制测定装置1，并且从3D传感器20获取距离信息，根据所获取的距离信息算出到被测定物为止的距离。然后，测定控制部2由所算出的到被测定物为止的距离确定被测定物的三维形状(以下，表述为3D形状。)。有时将确定被测定物的3D形状的情况表述为三维测定(三维测量)、3D测定(3D测量)或3D传感。另外，测定装置1可以包括测定控制部2。
这种测定装置1适用于由所确定的3D形状识别被测定物的情况。例如，测定装置1搭载于便携式信息处理装置等，用于要访问的用户的识别等。即，测定装置1确定所访问的用户的脸部的3D形状，识别是否允许访问，仅在识别为是允许访问的用户的情况下，允许本装置(便携式信息处理装置)的使用。
并且，这种测定装置1适用于除了便携式信息处理装置以外的个人电脑(PC)等信息处理装置。而且，也适用于增强现实(AR：Augmented Reality)等持续测定被测定物的3D形状的情况。
(分割照射)
图2是对发光装置10的发光阵列100照射光的测距区域3进行说明的立体图。图2的(a)是适用本实施方式的分割照射方式，图2的(b)是为了比较而表示的现有的统一照射方式。测距区域3是为了测定被测定物的3D形状而照射发光阵列100射出的光的范围。在测距区域3中存在被测定物的情况下，测定被测定物的3D形状。
图2的(a)所示的测距区域3被分成复数个测距分区30。另外，在图2的(a)中，测距区域3具有在纸面的横向上排列有四个，在纵向上排列有三个的共计12个测距分区30。在分别区分测距分区30的情况下，标记为测距分区30-1、30-2、……、30-12。然后，发光阵列100对应于测距分区30，即，针对每个测距分区30照射光。例如，发光装置10以测距分区30-1、30-2、……的顺序照射光(对应于后述图4的(a)的依次点亮方式)。同样地，3D传感器20以测距分区30-1、30-2、……的顺序从测距分区30-1、30-2、……接收反射光。另外，在图2的(a)中，设为对测距分区30-1照射光，对未照射光的其他测距分区30施加斜线。由于将测距区域3分割为复数个测距分区30，并对应于测距分区30照射光脉冲，因此将该照射方式表述为分割照射方式。另外，分割照射方式除了以上述顺序对测距分区30照射光的情况以外，还包括对复数个测距分区30并行照射光的情况。
另一方面，在图2的(b)中，测距区域3未被分割为测距分区30，发光阵列100对测距区域3的整个表面统一照射光。然后，3D传感器20从测距区域3的整个表面统一接收反射光。将该照射方式表述为统一照射方式。
在分割照射方式中，对分割了测距区域3的测距分区30照射光。因此，与统一照射方式相比，在分割照射方式中发光装置10的每单位时间的耗电量变小。例如，与统一照射方式相比，在分割照射方式中流过发光装置10的电流变小，发光装置10的发热得到抑制。此外，在分割照射方式中，由于流过发光装置10的电流小，因此与统一照射方式相比，发光装置10小型化。因此，在测定装置1适用于便携式信息处理装置的情况下，便携式信息处理装置温度上升得到抑制。并且，便携式信息处理装置的驱动时间变长。
图3是对发光阵列100的俯视图的一例进行说明的图。
作为一例，发光阵列100由层叠半导体层构成，该层叠半导体层在由III-V族化合物半导体构成的基板(后述图7的(a)、图7的(b)所示的n型半导体基板80)上层叠有复数个外延生长的III-V族化合物半导体层。即，发光阵列100构成为单片。例如，发光阵列100构成为一个半导体器件，更具体而言，构成为一个半导体芯片。
发光阵列100具备具有复数个发光块111的发光部110、位移部120、切断部130及端子(端子、/>端子、VGA端子、VGND端子、VLD端子、VK端子)。在图3中，作为一例，发光部110具备在纸面的横向(单方向)上排列有四个，在纸面的纵向(与单方向正交的方向)上排列有三个的12个发光块111。在分别区分发光块111的情况下，标记为发光块111-1、111-2、……、111-12。另外，发光块111可以表述为发光区域。
发光块111是控制发光/消光(有时表述为点亮/熄灭。)的单位。作为一例，各发光块111具备41个发光元件。一个发光块111中包括的发光元件整体上控制发光/消光。另外，发光块111可以具备一个发光元件，也可以具备41个以外的个数的发光元件。并且，发光块111中的发光元件可以排列在彼此相邻的三角形的顶点上(参考图3)，也可以通过排列在相邻的复数个四边形的顶点上等其他方法来排列。
作为一例，发光元件具备垂直谐振器表面发光激光器VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting Laser)。以下，以发光元件具备垂直谐振器表面发光激光器VCSEL进行说明，并标记为VCSEL。
发光块111与图2的(a)所示的测距区域3中的测距分区30以1:1对应。例如，发光块111-1照射测距分区30-1，发光块111-2照射测距分区30-2。以下相同。另外，发光块111与测距分区30的组合也可以是其他组合，例如，以发光块111-1照射测距分区30-12的方式，发光块111的编号(-之后的编号)与测距分区30的编号(-之后的编号)以逆序对应等。
位移部120与发光部110连接，选择通过位移动作而点亮的发光块111。位移部120是选择部的一例。切断部130设置于位移部120与后述控制部250中的基准部252之间，并切断基准部252与位移部120的直流连接。
端子、/>端子、VGA端子、VGND端子及VLD端子设置于发光阵列100的表面侧，VK端子设置于发光阵列100的背面侧(后述图7的(a)、图7的(b)所示的n型半导体基板80的背面)。如后所述，/>端子、/>端子、VGA端子及VGND端子被供给使位移部120动作的信号或电位。VLD端子是与VCSEL的p欧姆电极321连接，并以覆盖发光部110的表面侧的方式设置的基板电极75(参考后述图6、图7的(a))。从VLD端子向VCSEL供给发光电流。
关于位移部120、切断部130及基准部252，将在后面详细叙述。
图4是对发光阵列100中的发光部110的点亮方式进行说明的图。图4的(a)是使发光部110的发光块111依次点亮的依次点亮方式，图4的(b)是使发光部110的任意复数个发光块111并行点亮的复数点亮方式，图4的(c)是使发光部110的所有发光块111并行点亮的全点亮方式。另外，在图4的(a)、图4的(b)中，对熄灭的发光块111标注斜线。
在图4的(a)的依次点亮方式中，例如，使发光块111以发光块111-1、111-2、……的顺序点亮。即，在一段时间内，为一个发光块111点亮且其他发光块111熄灭的状态。然后，点亮的发光块111依次移动。
在图4的(b)的复数点亮方式中，使预先选择的复数个发光块111并行点亮。并行点亮的发光块111被任意选择。
在图4的(c)的全点亮方式中，使包括在发光部110中的所有发光块111并行点亮。该方式是在复数点亮方式中选择了所有发光块111作为点亮的发光块111的情况。全点亮方式与图2的(b)中示出的统一照射方式相似，但例如也可以与依次点亮方式或复数点亮方式组合使用。例如，在希望预先检测在测距区域3中是否存在被测定物的情况下，通过全点亮来照射测距区域3的整个表面，判断是否存在被测定物。然后，在判断为存在被测定物的情况下，由依次点亮或复数点亮判定被测定物的3D形状。在该情况下，在全点亮中，可以使照射光的强度比依次点亮或复数点亮弱，以抑制耗电量或温度上升。
(发光阵列100的等效电路)
图5是适用本实施方式的发光装置10的等效电路的一例。在图5中，由符号来表示晶闸管和晶体管，由矩形来表示电阻。其他情况下也相同。如图1所示，发光装置10具备发光阵列100、驱动部200及控制部250。另外，在发光阵列100中，将纸面的右方向设为+x方向。
(发光阵列100)
发光阵列100具备具有复数个发光块111的发光部110、位移部120、切断部130及端子(端子、/>端子、VGA端子、VGND端子、VLD端子、VK端子)。另外，在图5所示的发光阵列100中，与图3中示出的配置不同，在一侧(-x方向侧)的端部标记有端子(/>端子、/>端子、VGA端子、VGND端子、VLD端子、VK端子)。然后，在纸面的上侧标记有位移部120，在纸面的下侧标记有发光部110，在VGND端子与位移部120之间标记有切断部130。
端子被供给使位移部120动作的位移信号/>VGA端子被供给驱动位移部120的电位(电源电位VGA)。VGND端子被供给使位移部120动作的基准电位(在此，接地电位GND)。VLD端子被供给向发光部110的VCSEL供给用于点亮的电流的电位(发光电位VLD)。VK端子是设置于发光阵列100的基板(后述图7的(a)、图7的(b)所示的n型半导体基板80)的背面上的背面电极(基板电极75)。将基板的电位标记为基板电位VK。
在图5中设为发光部110的各发光块111具备一个VCSEL和一个发光控制晶闸管S进行说明。VCSEL与发光控制晶闸管S串联连接。另外，如图3所示，在各发光块111具备复数个VCSEL的情况下，只要构成为将VCSEL与发光控制晶闸管S并联连接复数个且并行点亮VCSEL即可。
如图5所示，将发光块111-1中的VCSEL标记为VCSEL(1)，将发光控制晶闸管S标记为发光控制晶闸管S(1)，将发光块111-2中的VCSEL标记为VCSEL(2)，将发光控制晶闸管S标记为发光控制晶闸管S(2)。在其他发光块111中也相同。而且，在图5中示出四个发光块111(发光块111-1～111-4)。即，在图5中示出VCSEL(1)～VCSEL(4)及发光控制晶闸管S(1)～S(4)。而且，四个VCSEL及四个发光控制晶闸管S从一侧(-x方向侧)朝向另一侧(+x方向侧)排列。在此，发光元件为串联连接的发光控制晶闸管S和VCSEL。然而，发光元件也可以是如发光控制晶闸管S那样的晶闸管且晶闸管中的pn接合发光的元件。
位移部120选择如上所述点亮的发光块111。在此，位移部120作为通过位移动作依次使导通状态位移的位移电路发挥作用。位移部120分别具备复数个位移晶闸管T、耦合晶体管Q、电源线电阻Rg、电流限制电阻RL及耦合电阻Rc。由每一个位移晶闸管T、耦合晶体管Q、电源线电阻Rg、电流限制电阻RL及耦合电阻Rc构成位移单元121。在图5中，四个位移单元121(位移单元121-1～121-4)从一侧(-x方向侧)朝向另一侧(+x方向侧)排列。将位移单元121-1中的位移晶闸管T标记为位移晶闸管T(1)，将耦合晶体管Q标记为耦合晶体管Q(1)，将位移单元121-2中的位移晶闸管T标记为位移晶闸管T(2)，将耦合晶体管Q标记为耦合晶体管Q(2)。在其他位移单元121中也相同。即，在图5中示出位移晶闸管T(1)～T(4)及耦合晶体管Q(1)～Q(4)。对电源线电阻Rg、电流限制电阻RL及耦合电阻Rc不标注编号。位移部120在一侧(-x方向侧)的端部具备电源线电阻Rg和启动电阻Rs。此外，位移部120具备电流限制电阻R1、R2。位移晶闸管是第2晶闸管的一例。
在位移单元121中，位移晶闸管T与耦合晶体管Q连接。位移单元121中的耦合晶体管Q连接于发光块111的发光控制晶闸管S。即，()中所示的编号相同的位移晶闸管T与耦合晶体管Q连接，编号相同的耦合晶体管Q与发光控制晶闸管S连接。
切断部130具备切断晶闸管U和电阻Ru。切断晶闸管是第1晶闸管的一例。
接着，对连接关系进行说明。
在发光阵列100中，VGA端子连接于电源线71，端子连接于位移信号线72-1，/>端子连接于位移信号线72-2，VLD端子连接于发光电位线74，VGND端子连接于基准电位线76。VK端子是基板电极75。位移单元121的位移晶闸管T的阴极K及耦合晶体管Q的发射极E连接于位移部基准电位线73。另外，在图5中，用线示出位移部基准电位线73，但如后述图7的(a)、图7的(b)所示，位移部基准电位线73为n型半导体层85，在位移部120动作时电位设定为作为基准电位的接地电位GND。另外，n型半导体层85经由隧道接合层84设置于p型半导体层83上。因此，n型半导体层85与p型半导体层83成为相同电位。
另外，在不分别区分位移信号线72-1、72-2的情况下，标记为位移信号线72。
将在后面详细叙述，在位移部基准电位线73(n型半导体层85)与基板电极75(n型半导体基板80)之间，构成pn接合和pn接合所附带的电容C2。将位移部基准电位线73(n型半导体层85)与基板电极75(n型半导体基板80)之间的pn接合标记为PN接合。在图5中，用虚线示出PN接合及电容C2。
位移晶闸管T及发光控制晶闸管S是npnp结构的晶闸管。晶闸管具备n型阴极K(以下，标记为阴极K。以下相同。)、p型栅极Gp(p栅极Gp)、n型栅极Gn(n栅极Gn)、p型阳极A(阳极A)。另外，发光控制晶闸管S由于不用于控制p栅极Gp，因此未标记。
耦合晶体管Q是多集电极的npn双极性晶体管。耦合晶体管Q具备n型发射极E(发射极E)、p型基极B(基极B)及n型集电极Cf、Cs(集电极Cf、Cs)。
VCSEL是pn结构的发光元件，具备p型阳极A(阳极A)及n型阴极K(阴极K)。
另外，上述符号在晶闸管之间、耦合晶体管之间不区分使用。关于构成后述晶闸管的双极性晶体管也相同。然而，晶闸管由单集电极的npn双极性晶体管与pnp双极性晶体管的组合构成。因此，将集电极标记为集电极C。然而，在图中，上述符号在位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、发光控制晶闸管S(1)、VCSEL(1)、切断晶闸管U上进行标注，对其他部分有时省略符号。
以下，有时将发光控制晶闸管S表述为发光控制晶闸管，将位移晶闸管T表述为位移晶闸管，将耦合晶体管Q表述为耦合晶体管。有时不区分发光控制晶闸管S和位移晶闸管T而表述为晶闸管。
以下，在位移单元121-1中，对连接关系进行说明。
位移晶闸管T(1)的阴极K连接于位移部基准电位线73。位移晶闸管T(1)的阳极A连接于位移信号线72-1。位移信号线72-1连接于被供给位移信号p1的端子。位移晶闸管T(1)的n栅极Gn连接于串联连接的启动电阻Rs与电源线电阻Rg的连接点。启动电阻Rs的另一侧(不是连接点)连接于位移信号线72-2。电源线电阻Rg的另一侧(不是连接点)连接于电源线71。电源线71连接于被供给电源电位VGA的VGA端子。
耦合晶体管Q(1)的基极B连接于位移晶闸管T(1)的p栅极Gp。耦合晶体管Q(1)的发射极E连接于位移部基准电位线73。耦合晶体管Q(1)的集电极Cf经由串联连接的耦合电阻Rc与电源线电阻Rg连接于电源线71。耦合电阻Rc与电源线电阻Rg的连接点连接于位移晶闸管T(2)的n栅极Gn。
耦合晶体管Q(1)的集电极Cs经由电流限制电阻RL连接于发光电位线74。发光电位线74连接于被供给发光电位VLD的VLD端子。
另外，位移晶闸管T(2)的阳极A连接于位移信号线72-2。即，奇数编号的位移晶闸管T的阳极A连接于位移信号线72-1，偶数编号的位移晶闸管T的阳极A连接于位移信号线72-2。除了与位移晶闸管T的位移信号线72-1、72-2的连接关系以外，编号2以上的位移晶闸管T、耦合晶体管、发光控制晶闸管S及VCSEL的连接关系与位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、发光控制晶闸管S(1)及VCSEL(1)相同。
接着，在发光块111-1中，对连接关系进行说明。
发光控制晶闸管S(1)的阴极K与VCSEL(1)的阳极A连接。即，发光控制晶闸管S(1)与VCSEL(1)串联连接。发光控制晶闸管S(1)的阳极A连接于发光电位线74。VCSEL(1)的阴极K连接于基板电极75。而且，发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn连接于耦合晶体管Q(1)的集电极Cs。
接着，在切断部130中，对连接关系进行说明。
切断部130的切断晶闸管U是npnp结构的晶闸管。切断晶闸管U的阴极K连接于基准电位线76。基准电位线76连接于VGND端子。切断晶闸管U的阳极A经由电阻Ru连接于基板电极75。切断晶闸管U的n栅极Gn连接于位移部基准电位线73。
(驱动部200)
驱动部200产生发光信号pI，并向发光部110的VCSEL供给发光电流以使VCSEL发光。
驱动部200具备驱动器Drv。驱动器Drv例如具备NMOS晶体管作为驱动元件。在NMOS晶体管中，源极连接于作为基准电位的接地电位GND，漏极连接于VK端子(基板电极75)。NMOS晶体管由施加于栅极的发光信号pI设定为导通或断开。若发光信号pI成为H电平(有时标记为“H”。)，则驱动器Drv导通。于是，NMOS晶体管的漏极成为接地电位GND(0V)，发光阵列100的VK端子朝向接地电位GND(0V)发生变化。若发光信号pI成为L电平(有时标记为“L”。)，则驱动器Drv断开。NMOS晶体管通过恒流动作使发光电流流过VCSEL。另外，可以使用绝缘栅极双极性晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等其他元件来代替NMOS晶体管。另外，驱动部200产生发光信号pI，但也可以从测定控制部2接收发光信号pI。并且，可以将驱动部200与测定控制部2进行组合而设为驱动部。
驱动部200由所谓的低侧驱动来驱动发光阵列100中的VCSEL。另外，低侧驱动是指使NMOS晶体管等驱动元件相对于VCSEL等驱动对象位于电流路径的下游侧的结构。在低侧驱动中，与使驱动元件位于上游侧的结构的高侧驱动相比，VCSEL被更高速地驱动。
(控制部250)
控制部250具备电源/位移信号部251、基准部252及发光电源部253。
电源/位移信号部251生成电源电位VGA，并且生成位移信号p1、p2，控制发光阵列100的位移部120。电源/位移信号部251具备缓冲器Buf1、Buf2和电源VS1。电源/位移信号部251生成位移信号p1、p2。缓冲器Buf1将位移信号p1供给到发光阵列100的端子。缓冲器Buf2将位移信号p2供给到发光阵列100的/>端子。电源VS1产生电源电位VGA，并供给到发光阵列100的VGA端子。并且，电源VS1兼作缓冲器Buf1、Buf2的电源。即，缓冲器Buf1、Buf2在位移信号p1、p2为H电平时大致输出电源VS1的电压，当位移信号p1、p2为L电平时大致输出基准电位(接地电位GND(0V))。另外，缓冲器Buf1、Buf2的电源可以是与电源电位VGA独立的电源。
基准部252将接地电位GND(0V)作为基准电位供给到发光阵列100的VGND端子。
发光电源部253具备电源VS2。电源VS2产生发光电位VLD，并供给到发光阵列100的VLD端子。
另外，电源/位移信号部251生成位移信号p1、p2，但也可以从测定控制部2接收这些信号。并且，也可以将控制部250与测定控制部2进行组合而设为控制部。
(发光阵列100的平面布局及截面结构)
图6是对发光阵列100的平面布局的一例进行说明的图。图6以位移晶闸管T(1)～T(4)、耦合晶体管Q(1)～Q(4)、发光控制晶闸管S(1)～S(4)及VCSEL(1)～VCSEL(4)为中心而示出。
如后述图7的(a)、图7的(b)所示，发光阵列100由层叠于n型半导体基板80上的n型半导体层81、活性层82、p型半导体层83、隧道接合层84、n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88构成。而且，位移晶闸管T、耦合晶体管Q、发光控制晶闸管S、VCSEL、切断晶闸管U及电阻Ru等构成为通过蚀刻去除一部分半导体层而分离的复数个岛(Island)。有时岛表述为台面，有时形成岛(台面)的蚀刻表述为台面蚀刻。
发光阵列100具备设置位移部120及切断部130的岛300、以及设置发光控制晶闸管S(1)及VCSEL(1)的岛301。
而且，发光阵列100在岛300上具备设置位移晶闸管T(1)及耦合晶体管Q(1)的岛302、设置电流限制电阻RL的岛303、设置耦合电阻Rc及电源线电阻Rg的岛304、设置启动电阻Rs及电源线电阻Rg的岛305、设置电流限制电阻R1、R2的岛306、307、设置切断晶闸管U的岛308(岛308A、308B)、以及设置电阻Ru的岛309。
图7是对发光阵列100的截面的一例进行说明的图。图7的(a)是图6的VIIA-VIIA线上的截面，图7的(b)是图6的VIIB-VIIB线上的截面。在图7的(a)所示的VIIA-VIIA截面上示出发光控制晶闸管S(1)、VCSEL(1)、位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、耦合电阻Rc及电源线电阻Rg。在图7的(b)所示的VIIB-VIIB截面上示出位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、耦合电阻Rc、电源线电阻Rg及切断晶闸管U的截面。另外，在图7的(a)和图7的(b)中，位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、耦合电阻Rc及电源线电阻Rg的部分是共用的。
以下，参考图7的(a)、图7的(b)，对图6的发光阵列100的岛进行说明。
如上所述，发光阵列100由层叠于n型半导体基板80上的n型半导体层81、活性层82、p型半导体层83、隧道接合层84、n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88构成。
岛300是设置位移部120的岛，并且是n型半导体基板80上的n型半导体层81、活性层82、p型半导体层83、隧道接合层84、n型半导体层85未被去除而残留的部分。
如图7的(a)所示，在岛301上层叠设置有VCSEL(1)与发光控制晶闸管S(1)。在岛301的周围，n型半导体层81、活性层82、p型半导体层83、隧道接合层84、n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88通过蚀刻而被去除。在p型半导体层88上，设置有容易与p型半导体层欧姆接触的p欧姆电极321。在去除p型半导体层88的一部分而露出的n型半导体层87上，设置有容易与n型半导体层欧姆接触的n欧姆电极331。VCSEL(1)将n型半导体层81设为阴极K(参考图5)，将活性层82设为活性层，将p型半导体层83设为阳极A(参考图5)。发光控制晶闸管S(1)将n型半导体层85设为阴极K，将p型半导体层86设为p栅极Gp(p栅极层)，将n型半导体层87设为n栅极Gn(n栅极层)，将p型半导体层88设为阳极A。n欧姆电极331是发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn。
即，如图7的(a)所示，在n型半导体基板80上设置有VCSEL(1)，在VCSEL(1)上，经由隧道接合层84层叠有发光控制晶闸管S(1)。隧道接合层84抑制因VCSEL(1)的p型半导体层83与发光控制晶闸管S(1)的n型半导体层85成为反向偏压而电流不易流过的情况。隧道接合层84是以高浓度添加了n型杂质物的n++层与以高浓度添加了p型杂质物的p++层的接合，即使是反向偏压，电流也会因隧道效应而流过。因此，p型半导体层83与n型半导体层85成为相同电位。
除了设置n欧姆电极331的部分以外，岛301呈圆柱状。p欧姆电极321在圆柱状的岛301的p型半导体层88上设置成圆环状。而且，通过蚀刻而露出的p型半导体层83(由复数个半导体层构成)的一部分层从圆柱状的外周部被氧化，由此以圆环状成为电流不易流过的电流阻止部β。另一方面，未被氧化的中央部成为电流容易流过的电流通过部α。而且，从圆环状的p欧姆电极321的中央部射出光。另外，电流阻止部β通过在构成p型半导体层83的复数个半导体层的一部分设置AlAs层或Al浓度高的AlGaAs层，并从露出的外周部氧化以氧化Al而构成。VCSEL(1)的周边部由蚀刻引起的缺陷多，容易引起非辐射复合。因此，通过设置电流阻止部β，抑制在非辐射复合中消耗的电力。通过设置电流阻止部β，实现了低耗电量化及光提取效率的提高。另外，光提取效率是每单位电力能够提取的光量。
VCSEL(1)的光透过发光控制晶闸管S(1)射出。另外，在发光控制晶闸管S(1)(隧道接合层84、n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88)中，可以去除光透过的部分。
在该情况下，发光控制晶闸管S(1)成为圆筒状。由此，抑制VCSEL(1)射出的光被发光控制晶闸管S(1)吸收而光量降低。
在岛302中设置有位移晶闸管T(1)及耦合晶体管Q(1)。在岛302的周围，p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88通过蚀刻而被去除(参考图7的(a))。在p型半导体层88上设置有p欧姆电极322。p欧姆电极322是位移晶闸管T(1)的阳极A的电极(阳极A电极)，并连接于被供给位移信号的位移信号线72-1。在去除p型半导体层88而露出的n型半导体层87上设置有n欧姆电极332、333、334(在图7的(a)中，示出n欧姆电极332。)。n欧姆电极332、334是耦合晶体管Q(1)的集电极Cs、Cf的电极(集电极Cf、Cs电极)。另外，在p欧姆电极322与n欧姆电极332、334之间去除了n型半导体层87(参考图7的(a))。n欧姆电极333是位移晶闸管T(1)的n栅极Gn的电极(n栅极Gn电极)。
在岛303上设置有电流限制电阻RL。岛303的结构与以下说明的岛304(参考图7的(a))相同。即，在岛303的周围，p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88通过蚀刻而被去除。此外，在岛303中，p型半导体层88通过蚀刻而被去除。在露出的n型半导体层87上设置有两个n欧姆电极335、336。n欧姆电极335、336之间的n型半导体层87是电流限制电阻RL。
在岛304上设置有耦合电阻Rc及电源线电阻Rg。在岛304的周围，p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88通过蚀刻而被去除。此外，在岛304中，p型半导体层88通过蚀刻而被去除。在露出的n型半导体层87上设置有三个n欧姆电极337、338、339。而且，n欧姆电极337、338之间的n型半导体层87是耦合电阻Rc，n欧姆电极338、339之间的n型半导体层87是电源线电阻Rg。
在岛305上设置有启动电阻Rs和电源线电阻Rg。岛305的结构与岛304相同。
在岛306、307上分别设置有电流限制电阻R1、R2。岛306、307的结构与岛304相同。
在岛308(岛308A、308B)上设置有切断部130的切断晶闸管U。在岛308(岛308A、308B)的周围，p型半导体层88、n型半导体层87及p型半导体层86通过蚀刻而被去除。此外，在岛308A中，p型半导体层88及n型半导体层87通过蚀刻而被去除。而且，在露出的p型半导体层86上设置有p欧姆电极323。在岛308B中，p型半导体层88通过蚀刻而被去除。而且，在露出的n型半导体层87上设置有n欧姆电极340。切断晶闸管U将岛308A的p型半导体层86设为阳极A，将n型半导体层85设为n栅极Gn，将岛308B的p型半导体层86设为p栅极Gp，将n型半导体层87设为阴极K。即，岛308A的p欧姆电极323是阳极A电极，岛308B的n欧姆电极340是阴极K电极。
在岛309上设置有切断部130的电阻Ru。岛309以与岛304相同的方式构成。而且，在露出的n型半导体层87上设置有n欧姆电极341、342(参考图6)。n欧姆电极341、342之间的n型半导体层87是电阻Ru。
在露出的n型半导体基板80上设置有n欧姆电极343。在n型半导体基板80的背面上设置有基板电极75。如上所述，基板电极75是VK端子。VK端子的电压是基板电位VK。
在上述中，对VCSEL(1)、位移晶闸管T(1)及耦合晶体管Q(1)进行了说明，但对于其他VCSEL、位移晶闸管T及耦合晶体管Q也相同。
接着，对连接关系进行说明。另外，在图6中，用直线表示用于连接的配线(电源线71、位移信号线72-1、72-2、发光电位线74)。
作为岛301的发光控制晶闸管S(1)的阳极A电极的p欧姆电极321连接于发光电位线74。发光电位线74连接于被供给发光电位VLD的VLD端子。
作为岛301的发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn电极的n欧姆电极331连接于作为岛302的耦合晶体管Q(1)的集电极Cs电极的n欧姆电极332。n欧姆电极332连接于岛303的电流限制电阻RL的n欧姆电极336。岛303的n欧姆电极335连接于发光电位线74。
作为岛302的位移晶闸管T(1)的阳极A电极的p欧姆电极322连接于位移信号线72-1。位移信号线72-1经由设置于岛306上的电流限制电阻R1连接于被供给位移信号p1的端子。作为岛302的位移晶闸管T(1)的n栅极Gn电极的n欧姆电极333连接于作为设置于岛305上的启动电阻Rs与电源线电阻Rg的连接点的n欧姆电极(无符号)。作为岛302的耦合晶体管Q(1)的集电极Cf电极的n欧姆电极334连接于岛304的耦合电阻Rc的一个n欧姆电极337。
岛304的耦合电阻Rc的另一个n欧姆电极338连接于作为位移晶闸管T(2)的n栅极Gn电极的n欧姆电极(无符号)。作为岛304的电源线电阻Rg的另一个电极的n欧姆电极339连接于电源线71。电源线71连接于被供给电源电位VGA的VGA端子。
岛305的启动电阻Rs的一个n欧姆电极(无符号)连接于位移信号线72-2。岛305的电源线电阻Rg的另一个n欧姆电极(无符号)连接于电源线71。位移信号线72-2经由设置于岛307上的电流限制电阻R2连接于被供给位移信号p2的/>端子。
另外，位移信号线72-1连接于作为奇数编号的位移晶闸管T的阳极A电极的p欧姆电极(例如，岛302的p欧姆电极322等)，位移信号线72-2连接于作为偶数编号的位移晶闸管T的阳极A电极的p欧姆电极。位移信号线72-1连接于电流限制电阻R1的岛306的一个n欧姆电极(无符号)，岛306的另一个n欧姆电极(无符号)连接于端子。位移信号线72-2连接于电流限制电阻R2的岛307的一个n欧姆电极(无符号)，岛307的另一个n欧姆电极(无符号)连接于/>端子。
岛308A的p欧姆电极323连接于岛309的n欧姆电极341。岛308B的n欧姆电极340连接于被供给作为基准电位的接地电位GND的VGND端子。
岛309的n欧姆电极342连接于设置于n型半导体基板80上的n欧姆电极343。
如图6、图7的(a)所示，位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、耦合电阻Rc及电源线电阻Rg设置于岛300上。并且，如图6、图7的(b)所示，切断部130的切断晶闸管U设置于岛300上。
岛300具有层叠半导体层(n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83)。如图7的(a)所示，该层叠半导体层(n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83)是构成VCSEL的层叠半导体层。然而，在位移部120中，层叠半导体层(n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83)不作为VCSEL发挥作用。即，不去除构成VCSEL的层叠半导体层(n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83)而经由隧道接合层84层叠n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88，由此构成位移部120及切断部130。由此，位移部120的位移晶闸管T与发光部110的发光控制晶闸管S由相同的层叠半导体层(n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88)构成。由此，如后所述，抑制发光阵列100的制造工艺变得复杂。在此，有时将设置位移部120及切断部130的层叠半导体层(n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83)表述为与VCSEL(发光元件)等同的结构体。
如以上说明，发光阵列100在一个半导体基板(n型半导体基板80)中构成为以单片构成的一个半导体器件，具体而言，构成为一个半导体芯片。
另外，在图6、图7的(a)中，将p欧姆电极321标记为圆环状，如图6所示，在发光块111(参考图5)之间，p欧姆电极321由发光电位线74连接。因此，也可以将p欧姆电极321的圆环状的外周部彼此连接而设为覆盖发光部110的表面的电极。图3所示的p欧姆电极321是如此构成的。
接着，对发光阵列100的动作进行说明。
首先，对作为比较例而表示的发光阵列100′的动作进行说明。
图8是使用了作为比较例而表示的未适用本实施方式的发光阵列100′(比较例的发光阵列100′)的发光装置10′(比较例的发光装置10′)的等效电路。发光装置10′具备发光阵列100′、驱动部200及控制部250。驱动部200及控制部250与图5中示出的发光装置10相同。
发光装置10′具备发光阵列100′来代替发光装置10的发光阵列100。发光阵列100′不具备发光阵列100具备的切断部130。而且，位移部基准电位线73连接于被供给作为基准电位的接地电位GND的VGND端子。即，位移部基准电位线73成为接地电位GND。由于发光阵列100′的其他结构与发光阵列100相同，因此标注相同的符号并省略说明。
(位移晶闸管T、耦合晶体管Q、VCSEL及发光控制晶闸管S的动作)
在此，对发光阵列100′的基本动作进行说明。
图9是由位移晶闸管T(1)、耦合晶体管Q(1)、发光控制晶闸管S(1)及VCSEL(1)对比较例的发光阵列100′的基本动作进行说明的图。图9的(a)是等效电路，图9的(b)是位移晶闸管T(1)及耦合晶体管Q(1)部分的截面。在图9的(a)中一并示出位移晶闸管T(2)。
位移晶闸管T、耦合晶体管Q、发光控制晶闸管S及VCSEL例如由GaAs等III-V族化合物半导体构成。在此，将该化合物半导体接合的正向电压(扩散电位)Vd设为1.5V，将由化合物半导体构成的双极性晶体管的饱和电压Vsat设为0.3V。并且，将接地电位GND设为0V，将电源电位VGA设为5V，将发光电位VLD设为7V。位移信号p1、p2和发光信号pI设为L电平为0V(“L”(0V))且H电平为5V(“H”(5V))的信号。
在图9的(a)中，将位移晶闸管T(1)以npn双极性晶体管Tr1(以下，标记为npn晶体管Tr1。)与pnp双极性晶体管Tr2(以下，标记为pnp晶体管Tr2。)的组合示出。npn晶体管Tr1的基极B连接于pnp晶体管Tr2的集电极C，npn晶体管Tr1的集电极C连接于pnp晶体管Tr2的基极B。npn晶体管Tr1的发射极E是位移晶闸管T(1)的阴极K，pnp晶体管Tr2的发射极E是位移晶闸管T(1)的阳极A。npn晶体管Tr1的集电极C(pnp晶体管Tr2的基极B)是位移晶闸管T(1)的n栅极Gn，pnp晶体管Tr2的集电极C(npn晶体管Tr1的基极B)是位移晶闸管T(1)的p栅极Gp。
位移晶闸管T(1)中的npn晶体管Tr1与耦合晶体管Q(1)构成电流镜电路。即，与流过npn晶体管Tr1的电流成比例的电流流过耦合晶体管Q(1)。
如上所述，VCSEL(1)与发光控制晶闸管S(1)串联连接。即，VCSEL(1)的阳极A与发光控制晶闸管S(1)的阴极K连接。发光控制晶闸管S(1)的阳极A连接于发光电位线74。VCSEL(1)的阴极K连接于基板电极75。基板电极75是VK端子且连接于驱动器Drv(参考图5)。
位移晶闸管T(2)的阳极A连接于位移信号线72-2。位移信号线72-2连接于被供给位移信号p2的端子。以下，有时标记为位移信号/>位移信号/>
首先，对位移部120中的位移晶闸管T(1)的动作进行说明。
电源线71设为电源电位VGA(5V)，位移部基准电位线73设为接地电位GND(0V)，位移信号设为“L”(0V)，位移信号线72-1、72-2设为接地电位GND(0V)，发光信号pI设为“L”(0V)，驱动器Drv设为断开，在基板电极75上未设定有电位。将该状态表述为初始状态。
此时，构成位移晶闸管T(1)的npn晶体管Tr1和pnp晶体管Tr2处于断开状态。位移晶闸管T(1)的n栅极Gn连接于串联连接的启动电阻Rs与电源线电阻Rg的连接点。而且，启动电阻Rs的另一侧(不是连接点)连接于“L”(0V)的位移信号线72-2，电源线电阻Rg的另一侧(不是连接点)连接于5V的电源线71。因此，n栅极Gn成为电压差(5V)由启动电阻Rs和电源线电阻Rg分压的电压。作为一例，若将启动电阻Rs与电源线电阻Rg的电阻比设为1:5，则n栅极Gn成为0.83V。
在此，若位移信号从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则位移晶闸管T(1)的pnp晶体管Tr2的发射极E(阳极A)(“H”(5V))与基极B(p栅极Gp)(0.83V)的电压差为4.17V，成为正向电压Vd(1.5V)以上。由此，发射极E-基极B之间成为正向偏压，pnp晶体管Tr2从断开状态转移到导通状态。于是，pnp晶体管Tr2的集电极C(npn晶体管Tr1的基极B)成为从发射极E(“H”(5V))减去饱和电压Vsat(0.3V)的4.7V，成为正向电压Vd(1.5V)以上。由此，发射极E-基极B之间成为正向偏压，npn晶体管Tr1从断开状态转移到导通状态。由于位移晶闸管T(1)中的npn晶体管Tr1与pnp晶体管Tr2成为导通状态，因此位移晶闸管T(1)从断开状态转移到导通状态。将位移晶闸管T从断开状态转移到导通状态的情况表述为接通(turn-on)。另外，将位移晶闸管T从导通状态转移到断开状态的情况表述为关断(turn-off)。
即，在初始状态下，若位移信号从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则位移晶闸管T(1)接通，并从断开状态转移到导通状态。在此，将阳极A成为“H”(5V)时接通的位移晶闸管T的状态表述为可转移到导通状态的状态。其他情况也相同。
若位移晶闸管T(1)接通，则在位移晶闸管T(1)中，n栅极Gn成为饱和电压Vsat的0.3V。并且，阳极A成为将正向电压Vd与饱和电压Vsat相加的电压(Vd+Vsat)、以及由位移晶闸管T的内部电阻下的电压降低决定的电压。在此，阳极A成为1.9V。即，若位移晶闸管T(1)接通，则位移信号线72-1从5V转移到1.9V。于是，位移晶闸管T(1)的p栅极Gp成为1.6V。
如以上说明，若n栅极Gn的电位成为比阳极A的电位低正向电压Vd(1.5V)以上的电位，则位移晶闸管T(1)接通。另外，若位移信号线72-1的电位(阳极A-阴极K之间的电位)小于上述1.9V，则位移晶闸管T(1)关断。例如，若阳极A成为“L”(0V)，则阳极A-阴极K之间的电位差成为0V，位移晶闸管T(1)关断。另一方面，若位移信号线72-1的电压(阳极A-阴极K之间的电位差)为1.9V以上，则保持位移晶闸管T(1)的导通状态。因此，将1.9V表述为保持电压。另外，即使施加保持电压，若保持位移晶闸管T(1)的导通状态的电流不流过，则也不保持位移晶闸管T(1)的导通状态。将保持导通状态的电流表述为保持电流。
接着，对耦合晶体管Q(1)的动作进行说明。
在初始状态下，位移晶闸管T(1)的npn晶体管Tr1处于断开状态。因此，耦合晶体管Q(1)也处于断开状态。此时，耦合晶体管Q(1)的发射极E连接于接地电位GND(0V)的位移部基准电位线73。耦合晶体管Q(1)的集电极Cf经由串联连接的电源线电阻Rg与耦合电阻Rc成为电源电位VGA(5V)。并且，集电极Cs经由电流限制电阻RL成为发光电位VLD(7V)。
如上所述，若位移晶闸管T(1)接通，则位移信号线72-1成为1.9V。于是，位移晶闸管T(1)的p栅极Gp成为1.6V。由于耦合晶体管Q(1)的基极B连接于位移晶闸管T(1)的p栅极Gp，因此耦合晶体管Q(1)的发射极E-基极B之间成为正向电压Vd(1.5V)以上，即正向偏压。由此，耦合晶体管Q(1)从断开状态转移到导通状态。于是，集电极Cf成为饱和电压Vsat(0.3V)(另外，关于集电极Cs将在后面叙述。)。电源线电阻Rg与耦合电阻Rc的连接点(位移晶闸管T(2)的n栅极Gn)成为电源线71的电压(5V)与集电极Cf的电压(0.3V)的电压差(4.7V)由电源线电阻Rg与耦合电阻Rc分压的电压。作为一例，若将电源线电阻Rg与耦合电阻Rc的电阻比设为5:1，则电源线电阻Rg与耦合电阻Rc的连接点(位移晶闸管T(2)的n栅极Gn)成为1.08V。
位移晶闸管T(2)的阳极A连接于位移信号线72-2。由于位移信号为“L”(0V)，因此位移晶闸管T(2)不接通。然而，若位移信号/>从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则连接到位移信号线72-2的位移晶闸管T(2)的阳极A成为“H”(5V)。于是，阳极A与n栅极Gn(1.08V)的电位差(3.92V)成为正向电压Vd(1.5V)以上的正向偏压，位移晶闸管T(2)接通。此时，位移晶闸管T(1)与位移晶闸管T(2)一同成为导通状态。接着，若位移信号/>从“H”(5V)转移到“L”(0V)，则位移晶闸管T(1)的阳极A成为接地电位GND(0V)，位移晶闸管T(1)关断。
如以上说明，在初始状态下，若使位移信号从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则位移晶闸管T(1)接通。在位移信号/>为“H”(5V)的期间，若使位移信号/>从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则位移晶闸管T(2)接通。此后，若使位移信号/>从“H”(5V)转移到“L”(0V)，则位移晶闸管T(1)关断。虽然在图9的(a)中未图示，但在位移信号/>为“H”(5V)的期间，若使位移信号/>从“L”(0V)转移到“H”(5V)，则位移晶闸管T(3)接通。此后，若使位移信号/>从“H”(5V)转移到“L”(0V)，则位移晶闸管T(2)关断。
即，位移晶闸管T通过在“L”(0V)和“H”(5V)中设置均为“H”(5V)的期间并交替切换位移信号由此位移晶闸管T的导通状态位移。如此，存在复数个元件且该复数个元件中接通的元件依次转移的动作是位移动作。并且，在本说明书的实施方式中，通过该位移动作而接通或关断的元件是位移元件。另外，由于元件的排列顺序与位移动作的顺序相同时距离近，因此对配线等也有利。然而，也可以构成为元件的排列顺序与位移动作的顺序未必一定相同。
如上所述，在位移部120的动作中需要位移部基准电位线73为作为基准电位的接地电位GND(0V)。
接着，对发光控制晶闸管S(1)及VCSEL(1)的动作进行说明。
耦合晶体管Q(1)的集电极Cs连接于发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn。因此，若耦合晶体管Q(1)从断开状态转移到导通状态，则与耦合晶体管Q(1)的集电极Cs同样，连接到集电极Cs的发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn的电位成为0.3V。发光控制晶闸管S(1)的阳极A连接于发光电位线74。发光电位线74连接于VLD端子，被供给发光电位VLD(7V)。因此，发光控制晶闸管S(1)的阳极A-n栅极Gn之间成为6.7V，发光控制晶闸管S(1)的阳极A-n栅极Gn之间的pn接合成为正向偏压。于是，耦合晶体管Q(1)的集电极Cs经由发光控制晶闸管S(1)的阳极A-n栅极Gn之间的pn接合从发光电位VLD(7V)引入电流。由此，耦合晶体管Q(1)的集电极Cs大致成为从发光电位VLD(7V)减去正向电压Vd(1.5V)的5.5V。在此，若驱动器Drv导通，则VK端子(基板电极75)朝向接地电位GND(0V)发生变化。于是，基板电极75，即VCSEL(1)的阴极K朝向0V发生变化。由此，发光控制晶闸管S(1)接通，电流流过串联连接的发光控制晶闸管S(1)和VCSEL(1)，VCSEL(1)发光。
即，在耦合晶体管Q(1)成为导通状态且发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn成为5.5V的状态下，若驱动器Drv从断开成为导通，则发光控制晶闸管S(1)接通，VCSEL(1)发光。因此，将耦合晶体管Q(1)成为导通状态且发光控制晶闸管S(1)的阳极A-n栅极Gn之间成为正向偏压(5.5V)的状态表述为VCSEL(1)可发光的状态。由于发光控制晶闸管S通过n栅极Gn的电位来控制VCSEL的发光，因此表述为发光控制晶闸管。
若驱动器Drv从导通成为断开，则流过发光控制晶闸管S(1)和VCSEL(1)的发光电流被切断，VCSEL(1)消光。
如以上说明，在耦合晶体管Q处于导通状态的情况下，若驱动器Drv从断开成为导通，则与连接到耦合晶体管Q的发光控制晶闸管S串联连接的VCSEL发光。即，耦合晶体管Q处于导通状态的情况是连接到耦合晶体管Q的位移晶闸管T处于导通状态的情况。因此，通过位移晶闸管T来选择发光的VCSEL。然后，通过使位移晶闸管T的导通状态位移，选择发光的VCSEL，即发光块111。若依次选择VCSEL(发光块111)并使其发光，则成为图4的(a)所示的依次点亮方式。
另外，若位移晶闸管T(1)从导通状态转移到断开状态，则耦合晶体管Q(1)从导通状态转移到断开状态。即，耦合晶体管Q(1)的集电极Cs无法维持5.5V。发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn经由电流限制电阻RL连接于发光电位VLD(7V)的发光电位线74。因此，发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn朝向发光电位VLD(7V)上升。此时，发光控制晶闸管S(1)的阳极与n栅极Gn之间的寄生电容Cag(将电容设为Cag)经由电流限制电阻RL(将电阻值设为RL)以RL×Cag的时间常数进行放电。另一方面，由于在发光控制晶闸管S(1)中的n栅极Gn与p栅极Gp之间的寄生电容Cgg、p栅极Gp与阴极K之间的寄生电容Cg、以及VCSEL(1)中的寄生电容Cv中分别蓄积的电荷无法移动，因此发光控制晶闸管S(1)的p栅极Gp、阴极K的电位仅上升n栅极Gn的电位上升的量。
在此，若发光信号pI从“L”(0V)成为“H”(5V)且驱动器Drv再次从断开成为导通，则基板电位VK急剧朝向接地电位GND(0V)发生变化。即，连接到基板电极75的VCSEL(1)的阴极K急剧朝向接地电位GND(0V)发生变化。因此，流过贯穿寄生电容Cag、Cgg、Cgk的位移电流，将其作为阈值电流，发光控制晶闸管S(1)接通，VCSEL(1)点亮。即，若使VCSEL(1)点亮一次，则即使位移晶闸管T(1)不处于导通状态，当驱动器Drv再次导通时，VCSEL(1)也再次点亮。此后，VCSEL(1)也可以重复进行点亮和消光。即，VCSEL(1)可以连续产生复数个发光脉冲。另外，若发光控制晶闸管S(1)的阴极K的电位的上升小且接近于接地电位GND，则即使驱动器Drv再次导通，发光控制晶闸管S(1)也不接通。
除了使位移晶闸管T(1)从导通状态转移到断开状态的情况以外，在位移部120停止动作的状态即断开的情况下，也产生上述状态。如后所述，若使位移部基准电位线73从连接到接地电位GND的状态转移到与接地电位GND切断的状态，则位移部120停止动作。然而，若使VCSEL(1)点亮一次，则此后VCSEL(1)也可以重复进行点亮和消光。即，VCSEL(1)连续产生复数个发光脉冲。将使VCSEL处于可再次发光的状态表述为显现存储器效应。在此，以VCSEL(1)进行了说明，但其他VCSEL也相同。
如以上说明，位移部基准电位线73连接于位移晶闸管T的阴极K和耦合晶体管Q的发射极E。因此，在使位移部120动作的情况下，位移部基准电位线73需要设定为预先确定的电位(在此为接地电位GND(0V))。然而，在由位移部120选择的VCSEL点亮一次之后，位移部基准电位线73不需要设定为接地电位GND(0V)。
如图9的(b)所示，位移晶闸管T(1)将n型半导体层85设为阴极K，将p型半导体层86设为p栅极Gp，将n型半导体层87设为n栅极Gn，将p型半导体层88设为阳极A。耦合晶体管Q(1)将n型半导体层85设为发射极E，将p型半导体层86设为基极B，将n型半导体层87设为集电极Cf、Cs。而且，位移晶闸管T(1)的阴极K与耦合晶体管Q(1)的发射极E经由n型半导体层85连接。位移晶闸管T(1)的p栅极Gp与耦合晶体管Q(1)的基极B经由p型半导体层86连接。位移晶闸管T(1)的n栅极Gn与耦合晶体管Q(1)的集电极Cf、Cs因n型半导体层87被去除而未连接。
而且，n型半导体层85成为位移部基准电位线73。即，由n型半导体层85构成的位移晶闸管T(1)的阴极K及耦合晶体管Q(1)的发射极E成为位移部基准电位线73的接地电位GND。另外，p型半导体层83与n型半导体层85经由隧道接合层84层叠。因此，p型半导体层83与n型半导体层85成为相同电位。
(发光装置10′的发光脉冲波形)
对基于发光装置10′和使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置(未图示)的发光脉冲波形(以下，表述为发光脉冲波形。)进行说明。如图8所示，发光装置10′具备具有位移部120的发光阵列100′。然后，在发光阵列100′中，如上所述，将位移部基准电位线73设定为接地电位GND(0V)。另一方面，在图5(或图8)中，使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置具备仅具有串联连接的发光控制晶闸管S及VCSEL的发光阵列，并由来自外部的信号控制连接到VCSEL的发光控制晶闸管S。
图10是表示发光脉冲波形的图。图10的(a)、图10的(b)是基于使用了比较例的发光阵列100′的发光装置10′的发光脉冲波形，图10的(c)是基于使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置(未图示)的发光脉冲波形。在图10的(a)、图10的(b)、图10的(c)中，在左侧示出发光脉冲波形，在右侧示出发光脉冲波形的示意图。在左侧示出的发光脉冲波形中，横轴为时间，一个刻度为5ns，纵轴为光强度(a.u.)。
在图10的(c)所示的使用了不具备位移部的发光阵列的发光装置中，如右侧示意图所示，发光脉冲波形上升及下降的斜率恒定。
相对于此，在图10的(a)所示的发光脉冲波形中，如右侧示意图所示，在下降中斜率发生变化。即，下降具有斜率不同的两个部分，紧接着由箭头γ表示的部分(箭头γ的部分)，具有斜率比箭头γ的部分平缓的由箭头δ表示的部分(箭头δ的部分)。在此，将由箭头δ表示的部分称为肩峰(shoulder)。若在发光脉冲波形的下降部分具有肩峰(shoulder)，则与不具有肩峰(shoulder)的情况(图10的(c)的情况)相比，下降时间变长。
并且，如右侧示意图所示，图10的(b)所示的发光脉冲波形除了由箭头ε表示的第一峰(箭头ε的峰)以外，在第一峰的下降部分还具有由箭头ζ表示的第二峰(箭头ζ的峰)。即，若在发光脉冲波形的下降部分存在第二峰(箭头ζ的峰)，则与第二峰不存在的情况(图10的(c)的情况)相比，下降时间变长。
接着，说明在具有位移部120的发光装置10′中，在位移部基准电位线73设定为作为基准电位的接地电位GND(0V)的情况下，在发光脉冲波形的下降部分具有肩峰(shoulder)或第二峰的理由。
图11是比较例的发光阵列100′的放大剖视图、以及放大剖视图所示部分的等效电路。图11的(a)是放大剖视图，图11的(b)是放大剖视图所示部分的等效电路。在图11的(a)中，为了表示pn接合的关系，将n型半导体基板80设为n，在发光部110中，将VCSEL中的n型半导体层81设为VCSEL n，将VCSEL中的p型半导体层83设为VCSEL p，在VCSEL上构成有发光控制晶闸管S。另外，省略了活性层82及隧道接合层84的记载。并且，在位移部120中，将n型半导体层81设为n，将p型半导体层83设为p，在p型半导体层83上构成有位移晶闸管T及耦合晶体管Q。另外，省略了活性层82及隧道接合层84的记载。
如图7的(a)、图7的(b)中已说明，位移部基准电位线73是n型半导体层85。另外，n型半导体层85经由隧道接合层84设置于p型半导体层83上。隧道接合层84设置成n型半导体层85与p型半导体层83不成为反向偏压。因此，n型半导体层85与p型半导体层83为相同电位。因此，在图11的(a)中，VGND端子标记为连接于p型半导体层83。即，位移部基准电位线73可以设为n型半导体层85，也可以设为p型半导体层83。并且，位移部基准电位线73可以设为p型半导体层83与n型半导体层85的层叠半导体层。
而且，驱动器Drv中的NMOS晶体管的漏极连接于设置在n型半导体基板80的背面上的基板电极75(VK端子)。NMOS晶体管的源极设定为接地电位GND(0V)。基板电极75的电位是基板电位VK。
若驱动器Drv导通，则电流从作为发光电位VLD(7V)的VLD端子经由发光控制晶闸管S和VCSEL流向驱动器Drv。此时，由于发光部110中的内部电阻(图11的(b)所示的电阻Rv)，基板电位VK例如成为2V左右(标记为～2V。)。
n型半导体层81设置于n型半导体基板80上，与n型半导体基板80为相同电位。设置于n型半导体基板80的背面上的基板电极75是基板电位VK。因此，n型半导体层81也成为基板电位VK。另一方面，p型半导体层83是接地电位GND(0V)。因此，在位移部120中，n型半导体层81(～2V)与p型半导体层83(0V)之间的PN接合成为反向偏压。因此，PN接合构成电容C2并蓄积电荷。即，基于n型半导体层81与p型半导体层83之间的PN接合的电容C2被施加接地电位GND与基板电位VK的差电压。即，若低侧驱动VCSEL，则导致PN接合成为反向偏压。
在图11的(b)所示的等效电路中，发光部110由串联连接的VCSEL、发光控制晶闸管S及内部电阻Rv与电容C1的并联连接表示。如图5所示，发光部110通过串联连接的VCSEL和发光控制晶闸管S并联连接复数个而构成。因此，除了点亮的VCSEL(与发光控制晶闸管S的串联连接)以外的VCSEL与发光控制晶闸管S的串联连接成为与发光的VCSEL(与发光控制晶闸管S的串联连接)并联连接的电容C1。并且，内部电阻Rv是对流过串联连接的VCSEL与发光控制晶闸管S的电流的电阻。内部电阻Rv是包括在VCSEL与发光控制晶闸管S的内部的电阻，不是外部设置的电阻。例如，若VCSEL的电流通过部α变小(窄)，则内部电阻Rv变大。并且，在分割照射中，若发光块111的数量增加且同时发光的VCSEL的数量减少，则内部电阻Rv变大(参考图3)。另外，在图11的(b)中，将VCSEL与内部电阻Rv的连接点的电位设为内部电位VR。
在图11的(b)所示的位移部120中，为了简化标记，仅示出位移晶闸管T。另外，位移部120与发光脉冲波形无关。以下，省略位移部120的记载。
如图11的(a)所示，PN接合构成于位移部120的下部。因此，在发光阵列100′中，若位移部120所占面积变大，则由PN接合构成的电容C2变大。从作为一例示出的图3所示的发光阵列100的俯视图可知，位移部120所占面积未必一定小于发光部110。即，位移部120的电容C2未必一定小于发光部110的电容C1，对发光脉冲波形带来影响。例如，电容C2为200pF。
接着，对由PN接合构成的电容C2对发光脉冲波形带来的影响进行说明。
图12是说明在比较例的发光装置10′中由PN接合构成的电容C2对发光脉冲波形带来的影响的图。图12的(a)是驱动器Drv导通的情况，图12的(b)是使驱动器Drv从导通转移到断开的情况，图12的(c)是驱动器Drv断开的情况，图12的(d)是使驱动器Drv从断开转移到导通的情况。在此，发光电位VLD设为7V。而且，位移部基准电位线73连接于作为接地电位GND(0V)的VGND端子。在图12的(a)、图12的(b)、图12的(c)、图12的(d)中，将驱动器Drv的导通标记为ON，将断开标记为OFF。以下相同。并且，由虚线表示发光电流的路径。
在图12的(a)的驱动器Drv导通的情况下，发光控制晶闸管S为导通状态，VCSEL发光。即，电流从被供给发光电位VLD(7V)的VLD端子经过发光控制晶闸管S、VCSEL、内部电阻Rv及驱动器Drv流向GND，VCSEL发光。若将正向电压Vd设为1.5V，则施加于导通状态的发光控制晶闸管S的电压成为1.5V，施加于发光的VCSEL的电压成为1.5V。因此，内部电位VR成为4V。即，发光控制晶闸管S与VCSEL的串联连接被施加3V。此时，基板电位VK为2V。因此，内部电阻Rv被施加2V。
如图12的(b)所示，若使驱动器Drv从导通转移到断开，则流过串联连接的发光控制晶闸管S、VCSEL及内部电阻Rv的电流以由电容C1与电容C2的并联电容和内部电阻Rv决定的时间常数(C1+C2)×Rv下降。然后，基板电位VK从2V朝向4V上升。在基板电位VK从2V朝向4V上升的期间，由于在发光控制晶闸管S与VCSEL的串联连接中被施加3V，因此发光控制晶闸管S为导通状态，VCSEL持续发光。
如图12的(c)所示，当驱动器Drv断开时，若基板电位VK成为4V，则发光控制晶闸管S从导通状态转移到断开状态，VCSEL消光。然后，基板电位VK的变化停止。此时，内部电位VR成为与基板电位VK相同的4V。
如图12的(d)所示，若使驱动器Drv从断开转移到导通，则发光电流以由电容C1与电容C2的并联电容和驱动器Drv的导通电阻决定的时间常数上升。驱动器Drv的导通电阻小于内部电阻Rv。因此，发光电流以比下降短的时间上升(快速上升)。然后，转移到图12的(a)的状态。
如以上说明，在发光装置10′中，在将位移部基准电位线73设定为接地电位GND(0V)的情况下，当使驱动器Drv从导通转移到断开时，发光电流以由电容C1与电容C2的并联电容和内部电阻Rv决定的时间常数(C1+C2)×Rv下降。如上所述，电容C2未必一定小于电容C1。即，成为电容C1与电容C2并联连接的状态(表述并联连接状态。)而流过发光电流，因此在下降中产生肩峰(shoulder)或第二峰，下降特性劣化。
此外，通过模拟来说明由PN接合构成的电容C2对发光脉冲波形带来的影响。
图13是在评价由PN接合构成的电容C2的影响的模拟中使用的电路模型。图13的(a)是比较例的发光装置10′的电路模型，图13的(b)是使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置(不具备位移部的发光装置)的电路模型。在此，省略了发光控制晶闸管S。在图13的(a)中，在发光阵列100′(由图13的(a)中的VCSEL、电容C1、C2、PN接合所示的部分)与供给发光电位VLD的电源VS2的连接中存在寄生电感L1，在发光阵列100′与驱动器Drv的连接中存在寄生电感L2，在PN接合及电容C2与接地电位GND的连接中存在寄生电感L3。另外，在这些连接中电阻的影响少。在图13的(b)中，由于不具备位移部120，因此不存在PN接合、电容C2及寄生电感L3另外，在图13的(a)、13的(b)中，由倒▽示出接地电位GND。
图14是通过模拟求出的发光脉冲波形。图14的(a)是图13的(a)的比较例的发光装置10′的情况，图14的(b)是图13的(b)的使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置(不具备位移部的发光装置)的情况。在图14的(a)、图14的(b)中，横轴为时间，纵轴为光强度(a.u.)。
在图14的(b)所示的使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置(不具备位移部的发光装置)中，发光脉冲波形的上升及下降的斜率恒定，与图10的(c)所示的情况相同。另一方面，在图14的(a)所示的使用了具备位移部120的发光阵列100′的发光装置10′中，发光脉冲波形的上升及下降变得比图14的(b)平缓，并且光强度振动。这是由PN接合(电容C2)及寄生电感L3的影响引起的。
因此，如图5所示，在适用本实施方式的发光装置10中具备切断部130，以使抑制PN接合(电容C2)对发光脉冲波形的影响。
图15是对适用本实施方式的发光装置10的动作进行说明的图。图15的(a)是驱动器Drv导通的情况，图15的(b)是使驱动器Drv从导通转移到断开的情况，图15的(c)是驱动器Drv断开的情况，图15的(d)是使驱动器Drv从断开转移到导通的情况。在此，发光电位VLD设为7V。由虚线表示发光电流的路径。而且，用开关示出切断部130。切断部130的一侧连接于被供给作为基准电位的接地电位GND的VGND端子，另一侧连接于PN接合(电容C2)的阳极A。其他结构与图12的(a)～图12的(d)相同，因此标注相同的符号并省略说明。
图15的(a)所示的驱动器Drv导通的情况设为刚使位移部120动作而选择了欲使发光的VCSEL之后。另外，当使位移部120动作而选择欲使发光的VCSEL时，如上所述，需要将位移部基准电位线73设定为接地电位GND(0V)。因此，在刚使位移部120动作而选择了欲使发光的VCSEL之后，切断部130的开关导通，位移部基准电位线73成为接地电位GND(0V)。在该状态下，使驱动器Drv导通。该状态与图12的(a)相同，发光电流从被供给发光电位VLD(7V)的VLD端子经过发光控制晶闸管S、VCSEL、内部电阻Rv及驱动器Drv流过。
如图15的(b)所示，当使驱动器Drv从导通转移到断开时，断开切断部130的开关，以切断位移部基准电位线73与接地电位GND的连接。于是，位移部基准电位线73从接地电位GND(0V)成为浮动状态(浮置状态)。在此，将浮动状态下的电位标记为浮动电位(Hi-Z)。即，位移部基准电位线73从接地电位GND(0V)成为浮动电位(Hi-Z)。由此，流过发光控制晶闸管S、VCSEL及内部电阻Rv的发光电流被阻止流过电容C2，并流向电容C1。即，发光电流以由电容C1与内部电阻Rv决定的时间常数C1×Rv下降。该时间常数小于图12的(b)所示的位移部基准电位线73设定为接地电位GND(0V)时的时间常数(C1+C2)×Rv。因此，若将位移部基准电位线73从接地电位GND(0V)切断，则与将位移部基准电位线73设定为接地电位GND(0V)的情况相比，发光脉冲的下降时间缩短(下降加快)。另外，切断部130切断是指切断发光阵列100的位移部120与控制部250的基准部252的电路上的连接。即，若切断部130的开关从导通成为断开，则位移部120不被供给由基准部252供给的接地电位GND。
在此，断开切断部130的开关的时刻设为使驱动器Drv从导通转移到断开时，但只要是将驱动器Drv从断开设为导通之后即可。如后所述，可以是VCSEL刚开始发光之后。
如图15的(c)所示，当驱动器Drv断开时，若基板电位VK成为4V，则发光控制晶闸管S从导通状态转移到断开状态，VCSEL消光。该状态与图12的(c)相同，但位移部基准电位线73维持在浮动电位(Hi-Z)。
如图15的(d)所示，使驱动器Drv从断开转移到导通。此时，位移部基准电位线73维持在浮动电位(Hi-Z)。于是，发光电流以由电容C1与驱动器Drv的导通电阻决定的时间常数上升。驱动器Drv的导通电阻小于内部电阻Rv。因此，发光电流比下降更快速地上升。此后，若将驱动器Drv从导通设为断开，则返回到图15的(b)。
若位移部基准电位线73成为浮动电位(Hi-Z)，则位移部120不动作。然而，根据前述存储器效应，使VCSEL重复产生发光脉冲(有时将其表述为连续发光脉冲)。另外，若使位移部基准电位线73成为浮动电位(Hi-Z)，则无法维持位移晶闸管T的导通状态。在该情况下，接着点亮的发光块111(在此为VCSEL)在位移部120中从位移晶闸管T(1)重新选择位移动作即可。
在本实施方式中，作为上述切断部130的开关而使用切断晶闸管U(参考图5)。
图16是在适用本实施方式的发光阵列100中对切断晶闸管U的结构进行说明的剖视图。在此，除了图7的(b)所示的切断晶闸管U、位移晶闸管T(1)及耦合晶体管Q(1)以外，一并示出VCSEL(1)及发光控制晶闸管S(1)的截面。另外，配置与图6、图7的(b)不同。
切断晶闸管U由设置于岛300上的岛308A、308B及n型半导体层85构成。n型半导体层85为n栅极Gn，岛308A的p型半导体层86为阳极A，岛308B的p型半导体层86为p栅极Gp，n型半导体层87为阴极K。而且，设置于岛308A的p型半导体层86(阳极A)上的p欧姆电极323为阳极A电极。设置于岛308B的n型半导体层87(阴极K)上的n欧姆电极340为阴极K电极。而且，p欧姆电极323(阳极A电极)经由电阻Ru连接于n型半导体基板80。n欧姆电极340(阴极K电极)连接于供给作为基准电位的接地电位GND的基准部252。另外，在将n欧姆电极340(阴极K电极)连接于基准部252的线路中存在寄生电感L4。
如图16所示，与位移部120的位移晶闸管T(1)的p栅极Gp、耦合晶体管Q(1)的基极B、或发光控制晶闸管S(1)的p栅极Gp相同，切断晶闸管U的阳极A和p栅极Gp由p型半导体层86构成。与位移部120的位移晶闸管T(1)的阴极K、耦合晶体管Q(1)的发射极E、或发光控制晶闸管S(1)的阴极K相同，切断晶闸管U的n栅极Gn由n型半导体层85构成。此外，与位移部120的位移晶闸管T(1)的n栅极Gn、耦合晶体管Q(1)的集电极Cf、Cs、或发光控制晶闸管S(1)的n栅极Gn相同，切断晶闸管U的阴极K由n型半导体层87构成。即，切断晶闸管U的n栅极Gn经由n型半导体层85与位移晶闸管T(1)的阴极K及耦合晶体管Q(1)的发射极E连接。
而且，如上所述，切断部130的电阻Ru也由n型半导体层87构成。即，切断部130由构成发光阵列100的层叠半导体层构成。如此构成发光阵列100。另外，在切断部130中，n型半导体层85是半导体层的一例，由p型半导体层86构成的岛308A是半导体层上的极性不同的一层半导体层的区域的一例，由p型半导体层86及n型半导体层87构成的岛308B是半导体层上的极性不同的两层半导体层的区域的一例。
图17是模拟了适用本实施方式的切断部130的动作的电路模型。图17的(a)是驱动器Drv断开的情况，图17的(b)表示驱动器Drv成为导通的瞬间。在此，除了在连接发光阵列100(图17的(a)、图17的(b)中的VCSEL、电容C1、C2、PN接合、切断晶闸管U、电阻Ru的部分)与供给发光电位VLD的电源VS2的线路中产生的寄生电感L1、在连接发光阵列100与驱动器Drv的线路中产生的寄生电感L2以外，还示出在连接切断部130与供给接地电位GND的接地部的线路中产生的寄生电感L4。另外，在图17的(a)、图17的(b)中，由倒▽示出接地电位GND。
在图17的(a)、图17的(b)中，与图9的(a)同样，将切断晶闸管U以npn双极性晶体管Tr3(以下，标记为npn晶体管Tr3。)与pnp双极性晶体管Tr4(以下，标记为pnp晶体管Tr4。)的组合示出。而且，在npn晶体管Tr3、pnp晶体管Tr4中，标记为发射极E、基极B及集电极C。
切断晶闸管U的阳极A(pnp晶体管Tr4的发射极)连接于电阻Ru的一个端子。电阻Ru的另一个端子连接于基板电位VK(n型半导体基板80)。切断晶闸管U的阴极K(npn晶体管Tr3的发射极E)经由寄生电感L4连接于接地电位GND。切断晶闸管U的n栅极Gn(npn晶体管Tr3的集电极C及pnp晶体管Tr4的基极B)与位移部基准电位线73连接。npn晶体管Tr3的基极B及pnp晶体管Tr4的集电极C是切断晶闸管U的p栅极Gp。在此，将位移部基准电位线73(切断晶闸管U的n栅极Gn)设为电位V0，将切断晶闸管U的阳极A设为电位V1，将切断晶闸管U的p栅极Gp设为电位V2。
在图17的(a)所示的驱动器Drv断开的情况下，设定为发光电位VLD＞基板电位VK＞电位V1＞电位V2＞电位V0。即，在切断晶闸管U中，阳极A的电位V1设定为比n栅极Gn的电位V0大正向电压Vd以上，如由箭头所示，基极电流流过pnp晶体管Tr4，pnp晶体管Tr4成为导通状态。而且，npn晶体管Tr3的基极B的电位V2是从电位V1减去饱和电压Vsat的电位，设定为比n栅极Gn的电位V0大正向电压Vd以上。因此，如由箭头所示，基极电流流过npn晶体管Tr3，npn晶体管Tr3成为导通状态。即，在驱动器Drv断开的情况下，切断晶闸管U处于导通状态，电位V0成为接近于接地电位GND的饱和电压Vsat。即，通过切断晶闸管U处于导通状态，位移部基准电位线73设定为接近于接地电位GND的电位。由此，位移部120如上所述进行动作，选择欲使发光的VCSEL。
如图17的(b)所示，在驱动器Drv成为导通的瞬间，驱动器Drv的NMOS晶体管通过恒流动作不仅使经过VCSEL的电流从发光电位VLD流过，而且瞬间经过电阻Ru强行引出驱动电流I(箭头)。于是，电位V1成为负电压。在电位V1成为负电压的瞬间，电位V1与电位V0的电位差变小，如由空心箭头所示，pnp晶体管Tr4从导通转移到断开状态。于是，进而如空心箭头所示，电流不再流过npn晶体管Tr3的基极B，npn晶体管Tr3也从导通状态转移到断开状态(切断晶闸管U从导通状态转移到断开状态)。而且，在npn晶体管Tr3成为断开状态的瞬间，电位V0即位移部基准电位线73从接地电位GND(0V)转移到浮动状态(浮置状态)。由此，电容C2从外观上不可见。该状态持续到驱动器Drv断开。由于位移部120从供给接地电位GND(0V)的基准部252被切断，因此抑制PN接合(电容C2)对发光脉冲波形的影响。另外，瞬间的具体时间不受限定。
另外，若驱动器Drv断开，则切断晶闸管U从断开状态转移到导通状态。然而，不会立即返回到驱动器Drv导通之前的状态(位移部120动作的状态)。即，由于电容C2从未充电的状态恢复，因此流过VCSEL的电流不受电容C2的影响。即，驱动器Drv断开时的发光脉冲波形不受电容C2的影响。如此只有在驱动器Drv导通的期间，电容C2的影响才会消失。
如以上说明，切断晶闸管U在驱动器Drv导通的瞬间从导通状态转移到断开状态。该断开状态持续到驱动器Drv再次断开。若驱动器Drv断开，则再次从断开状态转移到导通状态。即，切断晶闸管U随着驱动器Drv的动作而自动切换导通状态与断开状态。
图18是通过模拟求出的发光脉冲波形。图18的(a)是适用本实施方式的发光装置10的情况，图18的(b)是使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置的情况。图18的(b)与图14的(b)相同。图18的(a)所示的发光脉冲波形由图17的(a)、图17的(b)所示的电路模型求出。
图18的(a)所示的发光装置10的发光脉冲波形与图18的(b)所示的使用了不具备位移部120的发光阵列的发光装置的发光脉冲波形大致相同。即，通过使用设置了具备切断晶闸管U的切断部130的发光阵列100，抑制PN接合(电容C2)对发光脉冲波形带来的影响。
另外，作为控制位移部基准电位线73的电位的方法，可以考虑如下方法：在基准部252上设置开关，在使位移部120动作的情况下，将位移部基准电位线73设定为接地电位GND，在VCSEL发光时，将位移部基准电位线73设定为浮动状态。在该情况下，通过信号来控制开关。相对于此，在适用本实施方式的发光阵列100中，若驱动器Drv导通而发光电流流过(具体而言，在开始流过的瞬间)，则切断部130的切断晶闸管U从导通状态转移到断开状态。即，切断晶闸管U随着驱动器Drv的动作而自动动作。即，不需要使切断晶闸管U从导通状态转移到断开状态的信号。因此，抑制控制部250(参考图5)或测定控制部2(参考图1)复杂化。
(发光阵列100的制造方法)
图19、图20是对发光阵列100的制造方法进行说明的工序图。图19的(a)是层叠半导体层形成工序，图19的(b)是分离及电流阻止部形成工序，图19的(c)是位移部及切断部中的分离工序，图20的(d)是n型半导体层露出工序，图20的(e)是耦合晶体管及切断晶闸管形成工序，图20的(f)是n欧姆电极、p欧姆电极及基板电极形成工序。在此，在纸面的右侧示出VCSEL及发光控制晶闸管S，从纸面的左端朝向右侧示出切断晶闸管U、电源线电阻Rg、耦合电阻Rc、位移晶闸管T及耦合晶体管Q。以下，依次进行说明。另外，配置与图6、图7的(b)不同。
在图19的(a)所示的层叠半导体层形成工序中，在n型半导体基板80上层叠n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83，接着，层叠隧道接合层84，进一步层叠n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88。如上所述，由n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83构成VCSEL。因此，n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83是构成发光元件的第1层叠半导体层的一例，层叠n型半导体层81、活性层82及p型半导体层83的工序是层叠第1层叠半导体层的工序的一例。并且，由n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88构成发光控制晶闸管S和位移晶闸管T。因此，n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88是构成晶闸管的第2层叠半导体层的一例，层叠n型半导体层85、p型半导体层86、n型半导体层87及p型半导体层88的工序是层叠第2层叠半导体层的工序的一例。另外，隧道接合层84包括在第1层叠半导体层或第2层叠半导体层任一个中。
在图19的(b)所示的分离及电流阻止部形成工序中，将第1层叠半导体层及第2层叠半导体蚀刻至到达n型半导体基板80，以分离成构成发光部110的岛301和构成位移部120及切断部130的岛300。然后，从所露出的p型半导体层83的侧面，将构成p型半导体层83的复数个半导体层内的半导体层进行氧化以形成电流阻止部β。在分离及电流阻止部形成工序中，分离工序是将第2层叠半导体层及第1层叠半导体层进行加工以分离包括发光元件的发光块与切断部的工序的一例，所述切断部切断选择发光的发光块的选择部与设置于外部并供给基准电位的基准部的连接。
在图19的(c)所示的位移部及切断部中的分离工序中，形成构成位移晶闸管T及耦合晶体管Q的岛302、构成电源线电阻Rg及耦合电阻Rc的岛304、以及构成切断晶闸管U的岛308(岛308A、308B)。
在图20的(d)所示的n型半导体层露出工序中，在岛301、302中通过蚀刻而去除最上层的p型半导体层88的一部分以使n型半导体层87露出。并且，在岛304、308A、308B中，通过蚀刻而去除最上层的p型半导体层88。位移部及切断部中的分离工序及n型半导体层露出工序是加工第2层叠半导体层，以形成包括在切断部中的第1晶闸管和包括在选择部中的第2晶闸管的工序的一例。
在图20的(e)所示的耦合晶体管及切断晶闸管形成工序中，在岛302中，通过蚀刻而去除n型半导体层87的一部分，以使p型半导体层86的表面露出。并且，在岛308A中，通过蚀刻而去除n型半导体层87。
在图20的(f)所示的n欧姆电极、p欧姆电极及基板电极形成工序中，在岛301的p型半导体层88上形成p欧姆电极321，在岛302的p型半导体层88上形成p欧姆电极322，在岛301的n型半导体层87上形成n欧姆电极331，在岛302的n型半导体层87上形成n欧姆电极332，在岛304的n型半导体层87上形成n欧姆电极335、336、337，在岛308A的p型半导体层86上形成p欧姆电极323，在岛308B的n型半导体层87上形成n欧姆电极340。此外，在n型半导体基板80的背面上形成基板电极75。
此后，在表面上形成绝缘层(绝缘膜)，在上述n欧姆电极和p欧姆电极上的绝缘层(绝缘膜)上设置通孔，形成配线(电源线71、位移信号线72-1、72-2、发光电位线74等)。如此制造发光阵列100。
另外，构成电流限制电阻RL的岛303、构成启动电阻Rs及电源线电阻Rg的岛305、以及构成切断部130的电阻Ru的岛309以与岛304相同的方式形成。
在上述图19的(b)所示的分离及电流阻止部形成工序中，将第1层叠半导体层及第2层叠半导体蚀刻至到达n型半导体基板80，但只要蚀刻至第1层叠半导体层的n型半导体层81即可。
以上，说明了发光块111由一个发光元件(串联连接的一个VCSEL与一个发光控制晶闸管S)构成。在发光块111包括复数个发光元件的情况下，只要将串联连接的VCSEL和发光控制晶闸管S并联连接复数个来进行排列即可。并且，为了构成包括复数个VCSEL的发光块111，可以在层叠于半导体基板上的第1层叠半导体层和第2层叠半导体层上设置到达至半导体基板的孔(沟槽)，以由电流阻止部包围的部分成为电流通过部的方式从孔进行氧化而形成被分离的复数个VCSEL，将这些VCSEL上的第2层叠半导体层设为共用的发光控制晶闸管(参考图3)。
在本发明的实施方式中，位移部120由耦合晶体管Q连接了相邻的位移晶闸管T之间，但也可以由二极管或电阻连接。
并且，在此未详细叙述，但位移部120可以构成为如下：将发光的发光块111设为“1”，将不发光的(保持消光)发光块111设为“0”，并向位移部120发送“101011……”等信号，在选择了发光的发光块111之后，使所选择的发光块111并行发光。如此实现图4的(b)所示的复数点亮方式、图4的(c)所示的全点亮方式。另外，除了图4的(a)所示的依次点亮方式、图4的(b)所示的复数点亮方式、图4的(c)所示的全点亮方式以外，还可以由使发光部的每一个发光块随机点亮的随机点亮方式等其他点亮方式构成。
在本实施方式中，对使用了n型半导体基板的例子进行了说明，但也可以使用p型半导体基板构成。在该情况下，只要使极性相反即可。
并且，在本实施方式中，作为选择部的一例，对位移部120进行了说明，但也可以选择通过设置于岛300上的逻辑电路等发光的发光块111。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但在不变更本发明的主旨的范围内，可以省略或变更上述实施方式的构成要件的一部分。
(附记)
(1)
一种发光阵列，其具备：
发光部，具有复数个发光块；
选择部，以从设置于外部的基准部供给的基准电位为基准进行动作，并选择发光的所述发光块；及
切断部，在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流的期间，切断所述选择部与所述基准部的连接。
(2)
根据(1)所述的发光阵列，其特征在于，
所述切断部包括第1晶闸管和电阻而构成，通过该第1晶闸管从导通转移到断开而切断所述连接。
(3)
根据(2)所述的发光阵列，其特征在于，
所述选择部包括复数个被传送导通状态的第2晶闸管，
所述第2晶闸管与所述第1晶闸管具有共用的半导体层。
(4)
根据(2)所述的发光阵列，其特征在于，
所述第1晶闸管由半导体层、该半导体层上的极性不同的两层半导体层的区域、以及该半导体层上的极性不同的一层半导体层的区域构成。
(5)
根据(1)所述的发光阵列，其特征在于，
若在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流，则所述切断部从导通转移到断开而切断所述连接。
(6)
一种发光装置，其具备：
(1)至(5)中任一项所述的发光阵列；及
驱动部，通过导通，由低侧驱动使发光电流流过所述发光阵列的所述发光部而进行驱动。
(7)
一种测定装置，其具备：
(6)所述的发光装置；及
受光部，接收从所述发光装置的所述发光部射出并在被测定物上反射的光，
所述测定装置测定所述被测定物的三维形状。
(8)
一种发光阵列的制造方法，其包括如下工序：
在基板上层叠构成发光元件的第1层叠半导体层；
在所述第1层叠半导体层上层叠构成晶闸管的第2层叠半导体层；
加工所述第2层叠半导体层及所述第1层叠半导体层，以分离包括所述发光元件的发光块与切断部，所述切断部切断选择发光的该发光块的选择部与设置于外部并供给基准电位的基准部的连接；及
加工所述第2层叠半导体层，以形成所述切断部中包括的第1晶闸管与所述选择部中包括的第2晶闸管。
根据(1)所述的发光阵列，能够抑制电容对发光脉冲波形的影响。
根据(2)所述的发光阵列，能够以晶闸管的动作进行切断。
根据(3)所述的发光阵列，与不具有共用的半导体层的情况相比，将切断部与选择部制作于一个半导体器件内。
根据(4)所述的发光阵列，由层叠结构构成为单片。
根据(5)所述的发光阵列，不需要来自外部的控制。
根据(6)所述的发光装置，能够抑制电容对发光脉冲波形的影响。
根据(7)所述的测定装置，提供能够测定三维形状的测定装置。
根据(8)所述的发光阵列的制造方法，制造抑制了电容对发光脉冲波形的影响的发光阵列。
上述本发明的实施方式是以例示及说明为目的而提供的。另外，本发明的实施方式并不全面详尽地包括本发明，并且并不将本发明限定于所公开的方式。很显然，对本发明所属的领域中的技术人员而言，各种变形及变更是自知之明的。本实施方式是为了最容易理解地说明本发明的原理及其应用而选择并说明的。由此，本技术领域中的其他技术人员能够通过对假定为各种实施方式的特定使用最优化的各种变形例来理解本发明。本发明的范围由以上的权利要求书及其等同物来定义。

Claims (8)

1.一种发光阵列，其具备：
发光部，具有复数个发光块；
选择部，以从设置于外部的基准部供给的基准电位为基准进行动作，并选择发光的所述发光块；及
切断部，在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流的期间，切断所述选择部与所述基准部的连接。
2.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，
所述切断部包括第1晶闸管和电阻而构成，通过所述第1晶闸管从导通转移到断开而切断所述连接。
3.根据权利要求2所述的发光阵列，其特征在于，
所述选择部包括复数个被传送导通状态的第2晶闸管，
所述第2晶闸管与所述第1晶闸管具有共用的半导体层。
4.根据权利要求2所述的发光阵列，其特征在于，
所述第1晶闸管由半导体层、所述半导体层上的极性不同的两层半导体层的区域、以及所述半导体层上的极性不同的一层半导体层的区域构成。
5.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，
若在所述发光块中流过基于低侧驱动的发光电流，则所述切断部从导通转移到断开而切断所述连接。
6.一种发光装置，其具备：
权利要求1至5中任一项所述的发光阵列；及
驱动部，通过导通，由低侧驱动使发光电流流过所述发光阵列的所述发光部而进行驱动。
7.一种测定装置，其具备：
权利要求6所述的发光装置；及
受光部，接收从所述发光装置的所述发光部射出并在被测定物上反射的光，
所述测定装置测定所述被测定物的三维形状。
8.一种发光阵列的制造方法，其包括如下工序：
在基板上层叠构成发光元件的第1层叠半导体层；
在所述第1层叠半导体层上层叠构成晶闸管的第2层叠半导体层；
加工所述第2层叠半导体层及所述第1层叠半导体层，以分离包括所述发光元件的发光块与切断部，所述切断部切断选择发光的所述发光块的选择部与设置于外部并供给基准电位的基准部的连接；及
加工所述第2层叠半导体层，以形成所述切断部中包括的第1晶闸管与所述选择部中包括的第2晶闸管。
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