JP2001053334A - 端面発光素子および自己走査型発光装置 - Google Patents
端面発光素子および自己走査型発光装置Info
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- JP2001053334A JP2001053334A JP22713499A JP22713499A JP2001053334A JP 2001053334 A JP2001053334 A JP 2001053334A JP 22713499 A JP22713499 A JP 22713499A JP 22713499 A JP22713499 A JP 22713499A JP 2001053334 A JP2001053334 A JP 2001053334A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外部発光効率の良い端面発光サイリスタを提
供する。 【解決手段】 端面発光サイリスタは、ｎ形の半導体基
板１０上に、ｎ形の半導体層１２と、ｐ形の半導体層１
４と、ｎ形の半導体層１６と、ｐ形の半導体層１８とが
この順に積層され、ｐ形半導体層１８上に設けられたア
ノード電極２０と、ｎ形半導体層１６上に設けられたゲ
ート電極２２とを備えている。半導体層１２，１４，１
６は、アノード電極の領域とゲート領域との間に、くび
れ部３０を有している。
供する。 【解決手段】 端面発光サイリスタは、ｎ形の半導体基
板１０上に、ｎ形の半導体層１２と、ｐ形の半導体層１
４と、ｎ形の半導体層１６と、ｐ形の半導体層１８とが
この順に積層され、ｐ形半導体層１８上に設けられたア
ノード電極２０と、ｎ形半導体層１６上に設けられたゲ
ート電極２２とを備えている。半導体層１２，１４，１
６は、アノード電極の領域とゲート領域との間に、くび
れ部３０を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、端面発光素子の外
部発光効率を高めるための構造、およびこのような端面
発光素子を用いた自己走査型発光装置に関するものであ
る。
部発光効率を高めるための構造、およびこのような端面
発光素子を用いた自己走査型発光装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から発光ダイオード（ＬＥＤ）アレ
イの高精細化，放出光の指向性によるレンズとの結合効
率を向上するために端面発光ＬＥＤアレイが知られてい
る。端面発光ＬＥＤの基本構造は、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ． Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−２
６，１２３０（１９７９）などで知られている。
イの高精細化，放出光の指向性によるレンズとの結合効
率を向上するために端面発光ＬＥＤアレイが知られてい
る。端面発光ＬＥＤの基本構造は、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ． Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−２
６，１２３０（１９７９）などで知られている。
【０００３】しかし、ＬＥＤアレイを駆動するために
は、１つ１つのＬＥＤをワイヤボンディングなどにより
駆動ＩＣと接続するため、高精細化，コンパクト化，低
コスト化が困難であった。
は、１つ１つのＬＥＤをワイヤボンディングなどにより
駆動ＩＣと接続するため、高精細化，コンパクト化，低
コスト化が困難であった。
【０００４】この問題に対して、本発明者らは、駆動回
路と発光素子アレイを一体化したｐｎｐｎ構造を持つ自
己走査型端面発光素子アレイを既に特許出願している
（特開平９−８５９８５号公報参照）。
路と発光素子アレイを一体化したｐｎｐｎ構造を持つ自
己走査型端面発光素子アレイを既に特許出願している
（特開平９−８５９８５号公報参照）。
【０００５】この特開平９−８５９８５号公報に記載の
端面発光素子に用いられる端面発光サイリスタを図１に
示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。
端面発光素子に用いられる端面発光サイリスタを図１に
示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。
【０００６】この端面発光サイリスタは、図１（ｂ）に
示すように、ｎ形半導体基板１０上に形成されたｎ形半
導体層１２，ｐ形半導体層１４，ｎ形半導体層１６，ｐ
形半導体層１８と、ｐ形半導体層１８にオーミック接触
するように形成されたアノード電極２０と、ｎ形半導体
層１６にオーミック接触するように形成されたゲート電
極２２とを備えている。この構造上には、図示しないが
全体に絶縁被膜（光を透過する絶縁材料よりなる）が設
けられ、その上に図１（ａ）に示すように、Ａｌ配線２
４が設けられている。絶縁被膜には、電極とＡｌ配線と
を電気的に接続するためのコンタクトホール２６が開け
られている。また、ｎ形半導体基板１０の裏面には、カ
ソード電極（図示せず）が設けられている。
示すように、ｎ形半導体基板１０上に形成されたｎ形半
導体層１２，ｐ形半導体層１４，ｎ形半導体層１６，ｐ
形半導体層１８と、ｐ形半導体層１８にオーミック接触
するように形成されたアノード電極２０と、ｎ形半導体
層１６にオーミック接触するように形成されたゲート電
極２２とを備えている。この構造上には、図示しないが
全体に絶縁被膜（光を透過する絶縁材料よりなる）が設
けられ、その上に図１（ａ）に示すように、Ａｌ配線２
４が設けられている。絶縁被膜には、電極とＡｌ配線と
を電気的に接続するためのコンタクトホール２６が開け
られている。また、ｎ形半導体基板１０の裏面には、カ
ソード電極（図示せず）が設けられている。
【０００７】このような端面発光サイリスタでは、ゲー
ト層１４，１６の端面から光が出射する。
ト層１４，１６の端面から光が出射する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の端面発光サイリ
スタでは、アノード電極からの注入電流が図１（ｂ）に
矢印で示すように、アノード電極２０の真下に向かって
主に流れるが（Ｉ１で示す）、一部はゲート電極２２の
方へ回り込んで流れる（Ｉ２で示す）。注入電流Ｉ１お
よびＩ２とも発光に寄与するが、電流Ｉ２による発光は
端面から離れているため、端面からの外部発光に利用で
きない。したがって、外部発光効率が低く端面から取り
出せる発光光量が低下する。
スタでは、アノード電極からの注入電流が図１（ｂ）に
矢印で示すように、アノード電極２０の真下に向かって
主に流れるが（Ｉ１で示す）、一部はゲート電極２２の
方へ回り込んで流れる（Ｉ２で示す）。注入電流Ｉ１お
よびＩ２とも発光に寄与するが、電流Ｉ２による発光は
端面から離れているため、端面からの外部発光に利用で
きない。したがって、外部発光効率が低く端面から取り
出せる発光光量が低下する。
【０００９】したがって、本発明の目的は、外部発光効
率を向上させた端面発光素子を提供することにある。
率を向上させた端面発光素子を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、このような端面発光
素子を用いた自己走査型発光装置を提供することにあ
る。
素子を用いた自己走査型発光装置を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、発光層に電流
を注入する電極を有する半導体層と、しきい電圧または
しきい電流を制御する制御電極を有する半導体層とを有
する端面発光素子において、電流注入電極領域と制御電
極領域との間で、前記制御電極を有する半導体層の両側
に切込みを設け、前記半導体層にくびれ部を形成し、端
面近傍に電流が流れるようにして、外部発光効率を高め
たことを特徴とする端面発光素子である。
を注入する電極を有する半導体層と、しきい電圧または
しきい電流を制御する制御電極を有する半導体層とを有
する端面発光素子において、電流注入電極領域と制御電
極領域との間で、前記制御電極を有する半導体層の両側
に切込みを設け、前記半導体層にくびれ部を形成し、端
面近傍に電流が流れるようにして、外部発光効率を高め
たことを特徴とする端面発光素子である。
【００１２】この端面発光素子によれば、くびれ部の抵
抗が大きくなる結果、制御電極領域側に流れる電流成分
が減少し、電流注入電極領域側に集中して流れるので、
外部発光効率が増大する。
抗が大きくなる結果、制御電極領域側に流れる電流成分
が減少し、電流注入電極領域側に集中して流れるので、
外部発光効率が増大する。
【００１３】また本発明は、発光層に電流を注入する電
極を有する半導体層と、しきい電圧またはしきい電流を
制御する制御電極を有する半導体層とを有する端面発光
素子において、電流注入電極領域と制御電極領域との間
で、前記制御電極を有する半導体層に掘込み部を設け、
端面近傍に電流が流れるようにして、外部発光効率を高
めたことを特徴とする端面発光素子である。
極を有する半導体層と、しきい電圧またはしきい電流を
制御する制御電極を有する半導体層とを有する端面発光
素子において、電流注入電極領域と制御電極領域との間
で、前記制御電極を有する半導体層に掘込み部を設け、
端面近傍に電流が流れるようにして、外部発光効率を高
めたことを特徴とする端面発光素子である。
【００１４】この端面発光素子によれば、掘込み部の存
在により、電流注入電極領域と制御電極領域との間の抵
抗値が大きくなる。その結果、制御電極側には流れる電
流成分が減少し、電流注入電極側に集中して流れるの
で、外部発光効率が増大する。
在により、電流注入電極領域と制御電極領域との間の抵
抗値が大きくなる。その結果、制御電極側には流れる電
流成分が減少し、電流注入電極側に集中して流れるの
で、外部発光効率が増大する。
【００１５】さらに本発明によれば、以上のような端面
発光素子を、ｐｎｐｎ構造の端面発光サイリスタで構成
するのが好適である。
発光素子を、ｐｎｐｎ構造の端面発光サイリスタで構成
するのが好適である。
【００１６】端面発光サイリスタを発光素子として用い
ることにより、以下のような構造の自己走査型発光装置
を実現できる。
ることにより、以下のような構造の自己走査型発光装置
を実現できる。
【００１７】第１の構造は、しきい電圧またはしきい電
流の制御電極を有する発光素子を複数個配列し、各発光
素子の前記制御電極をその近傍に位置する少なくとも１
つの発光素子の制御電極に、電気抵抗または電気的に一
方向性を有する電気素子を介して接続し、各発光素子の
発光を制御する電極に、外部から電圧あるいは電流を印
加する複数本の配線を接続させた自己走査型発光装置で
ある。
流の制御電極を有する発光素子を複数個配列し、各発光
素子の前記制御電極をその近傍に位置する少なくとも１
つの発光素子の制御電極に、電気抵抗または電気的に一
方向性を有する電気素子を介して接続し、各発光素子の
発光を制御する電極に、外部から電圧あるいは電流を印
加する複数本の配線を接続させた自己走査型発光装置で
ある。
【００１８】また第２の構造は、スイッチング動作のた
めのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有するス
イッチ素子を複数個配列し、各スイッチ素子の前記制御
電極をその近傍に位置する少なくとも１つのスイッチ素
子の制御電極に、電気抵抗または電気的に一方向性を有
する電気素子を介して接続するとともに、各スイッチ素
子に電源ラインを電気的手段を用いて接続し、かつ各ス
イッチ素子にクロックラインを接続して形成した自己走
査スイッチ素子アレイと、しきい電圧またはしきい電流
の制御電極を有する発光素子を複数個配列した発光素子
アレイとからなり、前記発光素子アレイの各制御電極を
前記スイッチ素子の制御電極と電気的手段にて接続し、
各発光素子に発光のための電流を注入するラインを設け
た自己走査型発光装置である。
めのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有するス
イッチ素子を複数個配列し、各スイッチ素子の前記制御
電極をその近傍に位置する少なくとも１つのスイッチ素
子の制御電極に、電気抵抗または電気的に一方向性を有
する電気素子を介して接続するとともに、各スイッチ素
子に電源ラインを電気的手段を用いて接続し、かつ各ス
イッチ素子にクロックラインを接続して形成した自己走
査スイッチ素子アレイと、しきい電圧またはしきい電流
の制御電極を有する発光素子を複数個配列した発光素子
アレイとからなり、前記発光素子アレイの各制御電極を
前記スイッチ素子の制御電極と電気的手段にて接続し、
各発光素子に発光のための電流を注入するラインを設け
た自己走査型発光装置である。
【００１９】このような構造の自己走査型発光装置によ
れば、外部発光効率が大きく、かつ、高精細化，コンパ
クト化，低コスト化を図った発光装置を実現できる。
れば、外部発光効率が大きく、かつ、高精細化，コンパ
クト化，低コスト化を図った発光装置を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の
端面発光サイリスタの第１の実施例の平面図および側面
図を示す。
端面発光サイリスタの第１の実施例の平面図および側面
図を示す。
【００２１】この端面発光サイリスタは、ｎ形基板１０
上に、ｎ形半導体層１２，ｐ形半導体層１４，ｎ形半導
体層１６，ｐ形半導体層１８が順に積層されている。ｐ
形半導体層１８上にアノード電極２０、ｎ形半導体層１
６上にゲート電極２２、ｎ形基板１０の裏面にカソード
電極（図示せず）が設けられている。
上に、ｎ形半導体層１２，ｐ形半導体層１４，ｎ形半導
体層１６，ｐ形半導体層１８が順に積層されている。ｐ
形半導体層１８上にアノード電極２０、ｎ形半導体層１
６上にゲート電極２２、ｎ形基板１０の裏面にカソード
電極（図示せず）が設けられている。
【００２２】本実施例の端面発光サイリスタによれば、
アノード電極領域とゲート電極領域との間で、半導体層
１２，１４，１６の両サイドに切込み２８を設け、半導
体層１２，１４，１６にくびれ部３０が形成されてい
る。切込み２８の形成はエッチングによって容易に行う
ことができる。
アノード電極領域とゲート電極領域との間で、半導体層
１２，１４，１６の両サイドに切込み２８を設け、半導
体層１２，１４，１６にくびれ部３０が形成されてい
る。切込み２８の形成はエッチングによって容易に行う
ことができる。
【００２３】このようなくびれ部３０の幅ｄは、半導体
層１２，１４，１６の幅Ｄに比べて小さいので、くびれ
部３０の抵抗値が大きくなる。その結果、アノード電極
２０からの注入電流は、図２（ｂ）に矢印で示すよう
に、ゲート電極側に流れる成分が減少し、注入電流はア
ノード電極下部での発光に寄与する。Ｄ＝１３μｍ、ｄ
＝５μｍとした場合は、従来の構造に比べて外部発光効
率は約１０％増大した。
層１２，１４，１６の幅Ｄに比べて小さいので、くびれ
部３０の抵抗値が大きくなる。その結果、アノード電極
２０からの注入電流は、図２（ｂ）に矢印で示すよう
に、ゲート電極側に流れる成分が減少し、注入電流はア
ノード電極下部での発光に寄与する。Ｄ＝１３μｍ、ｄ
＝５μｍとした場合は、従来の構造に比べて外部発光効
率は約１０％増大した。
【００２４】なお、図２（ａ）において、図１（ａ）と
同じ構成要素には、同一の参照番号を付して示してあ
る。
同じ構成要素には、同一の参照番号を付して示してあ
る。
【００２５】ここで、端面発光サイリスタの外部発光効
率を向上するためには、アノード電極２０は端面近傍に
設置することが望ましい。また、発光効率の向上には、
アノード電極２０の大きさが重要である。電極の接続面
積が小さいほど、発光部の電流密度を端面近傍に集中で
きるので外部発光効率が向上する。例えば、図２（ａ）
に示すようなアノード電極のサイズ（長さＬ＝１５μ
ｍ，幅Ｗ＝１０μｍ）において、長さＬを１０μｍに短
くすると（Ｌ＝１０μｍ，Ｗ＝１０μｍ）、端面近傍で
の電流密度を増加できるので、外部発光効率を約３０％
増加できた。
率を向上するためには、アノード電極２０は端面近傍に
設置することが望ましい。また、発光効率の向上には、
アノード電極２０の大きさが重要である。電極の接続面
積が小さいほど、発光部の電流密度を端面近傍に集中で
きるので外部発光効率が向上する。例えば、図２（ａ）
に示すようなアノード電極のサイズ（長さＬ＝１５μ
ｍ，幅Ｗ＝１０μｍ）において、長さＬを１０μｍに短
くすると（Ｌ＝１０μｍ，Ｗ＝１０μｍ）、端面近傍で
の電流密度を増加できるので、外部発光効率を約３０％
増加できた。
【００２６】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実
施例である端面発光サイリスタの平面図および側面図で
ある。この端面発光サイリスタは、ｎ形半導体基板１０
上にＧａＡｓよりなるｎ形半導体層１２，ｐ形半導体層
１４，ｎ形半導体層１６，ｐ形半導体層１８が順に積層
されている。ｐ形半導体層１８上にアノード電極２０、
ｎ形半導体層１４上にゲート電極２２、ｎ形基板１０の
裏面にカソード電極（図示せず）が設けられている。
施例である端面発光サイリスタの平面図および側面図で
ある。この端面発光サイリスタは、ｎ形半導体基板１０
上にＧａＡｓよりなるｎ形半導体層１２，ｐ形半導体層
１４，ｎ形半導体層１６，ｐ形半導体層１８が順に積層
されている。ｐ形半導体層１８上にアノード電極２０、
ｎ形半導体層１４上にゲート電極２２、ｎ形基板１０の
裏面にカソード電極（図示せず）が設けられている。
【００２７】本実施例の端面発光サイリスタによれば、
アノード電極領域とゲート電極領域との間で、ｎ形半導
体層（ｎ形ゲート層）１６に掘込み部３２を設ける。こ
の掘込み部を設けることにより、ｎ形ゲート層１６のア
ノード電極領域とゲート電極領域との間の抵抗値が大き
くなる。その結果、アノード電極２０からの注入電流
は、図３（ｂ）に矢印で示すように、ゲート電極側に流
れる成分が減少し、注入電流はアノード電極下部での発
光に寄与する。ｎ形ゲート層１６の厚さＴが１μｍのと
き、掘込み部の深さｔを０．５μｍとした場合に、従来
の構造に比べて、外部発光効率は約１０％増大した。
アノード電極領域とゲート電極領域との間で、ｎ形半導
体層（ｎ形ゲート層）１６に掘込み部３２を設ける。こ
の掘込み部を設けることにより、ｎ形ゲート層１６のア
ノード電極領域とゲート電極領域との間の抵抗値が大き
くなる。その結果、アノード電極２０からの注入電流
は、図３（ｂ）に矢印で示すように、ゲート電極側に流
れる成分が減少し、注入電流はアノード電極下部での発
光に寄与する。ｎ形ゲート層１６の厚さＴが１μｍのと
き、掘込み部の深さｔを０．５μｍとした場合に、従来
の構造に比べて、外部発光効率は約１０％増大した。
【００２８】以上の第１および第２の実施例は、ともに
ｎ形半導体基板上に、ｎｐｎｐの順序で半導体層を積層
したが、ｐ形半導体基板上に、ｐｎｐｎの順序で半導体
層を積層した構造にも、本発明を適用できることはもち
ろんである。この場合には、最上層のｎ形半導体層上に
設けられる電極はカソード電極、ｐ形半導体基板の裏面
に設けられる電極は、アノード電極となる。
ｎ形半導体基板上に、ｎｐｎｐの順序で半導体層を積層
したが、ｐ形半導体基板上に、ｐｎｐｎの順序で半導体
層を積層した構造にも、本発明を適用できることはもち
ろんである。この場合には、最上層のｎ形半導体層上に
設けられる電極はカソード電極、ｐ形半導体基板の裏面
に設けられる電極は、アノード電極となる。
【００２９】また、以上の実施例では、半導体基板の直
上に、半導体基板と同一導電形の半導体層を積層してい
るが、これは以下の理由による。すなわち、一般に、半
導体基板表面に直接ｐｎ（あるいはｎｐ）接合を形成す
ると、その形成した半導体層の結晶性の悪さから、デバ
イスとしての特性が劣化する傾向がある。つまり、基板
表面に結晶相をエピタキシャル成長する場合、基板表面
近傍層の結晶性が、結晶層がある一定以上に成長した後
の結晶性と比べて、悪くなっているためである。このた
め、半導体基板と同一の半導体層を一旦形成してから、
ｐｎ（あるいはｎｐ）接合を形成すると、上述した問題
は解決できるからである。したがって、この半導体層を
介することが好ましい。
上に、半導体基板と同一導電形の半導体層を積層してい
るが、これは以下の理由による。すなわち、一般に、半
導体基板表面に直接ｐｎ（あるいはｎｐ）接合を形成す
ると、その形成した半導体層の結晶性の悪さから、デバ
イスとしての特性が劣化する傾向がある。つまり、基板
表面に結晶相をエピタキシャル成長する場合、基板表面
近傍層の結晶性が、結晶層がある一定以上に成長した後
の結晶性と比べて、悪くなっているためである。このた
め、半導体基板と同一の半導体層を一旦形成してから、
ｐｎ（あるいはｎｐ）接合を形成すると、上述した問題
は解決できるからである。したがって、この半導体層を
介することが好ましい。
【００３０】以上のような端面発光サイリスタを適用で
きる自己走査型発光装置の３つの基本構造について説明
する。
きる自己走査型発光装置の３つの基本構造について説明
する。
【００３１】図４は、自己走査型発光装置の第１の基本
構造の等価回路図である。発光素子として、発光サイリ
スタＴ（−２）〜Ｔ（＋２）を用い、発光サイリスタＴ
（−２）〜Ｔ（＋２）には、各々ゲート電極Ｇ-2〜Ｇ+2
が設けられている。各々のゲート電極には、負荷抵抗Ｒ
L を介して電源電圧ＶGKが印加される。また、各々のゲ
ート電極Ｇ-2〜Ｇ+2は、相互作用を作るために抵抗ＲI
を介して電気的に接続されている。また、各単体発光サ
イリスタのアノード電極に、３本の転送クロックライン
（φ1 ，φ2 ，φ3 ）が、それぞれ３素子おきに（繰り
返されるように）接続される。
構造の等価回路図である。発光素子として、発光サイリ
スタＴ（−２）〜Ｔ（＋２）を用い、発光サイリスタＴ
（−２）〜Ｔ（＋２）には、各々ゲート電極Ｇ-2〜Ｇ+2
が設けられている。各々のゲート電極には、負荷抵抗Ｒ
L を介して電源電圧ＶGKが印加される。また、各々のゲ
ート電極Ｇ-2〜Ｇ+2は、相互作用を作るために抵抗ＲI
を介して電気的に接続されている。また、各単体発光サ
イリスタのアノード電極に、３本の転送クロックライン
（φ1 ，φ2 ，φ3 ）が、それぞれ３素子おきに（繰り
返されるように）接続される。
【００３２】動作を説明すると、まず転送クロックφ3
がハイレベルとなり、発光サイリスタＴ（０）がオンし
ているとする。このとき３端子サイリスタの特性から、
ゲート電極Ｇ0 は零ボルト近くまで引き下げられる。電
源電圧ＶGKを仮に５ボルトとすると、負荷抵抗ＲL 、相
互作用抵抗ＲI のネットワークから各発光サイリスタの
ゲート電圧が決まる。そして、発光サイリスタＴ（０）
に近い素子のゲート電圧が最も低下し、以降順にＴ
（０）から離れるにしたがいゲート電圧は上昇してい
く。これは次のように表せる。
がハイレベルとなり、発光サイリスタＴ（０）がオンし
ているとする。このとき３端子サイリスタの特性から、
ゲート電極Ｇ0 は零ボルト近くまで引き下げられる。電
源電圧ＶGKを仮に５ボルトとすると、負荷抵抗ＲL 、相
互作用抵抗ＲI のネットワークから各発光サイリスタの
ゲート電圧が決まる。そして、発光サイリスタＴ（０）
に近い素子のゲート電圧が最も低下し、以降順にＴ
（０）から離れるにしたがいゲート電圧は上昇してい
く。これは次のように表せる。
【００３３】 ＶG0＜ＶG1＝ＶG-1 ＜ＶG2＝ＶG-2 （１） これらの電圧の差は、負荷抵抗ＲL ，相互作用抵抗ＲI
の値を適当に選択することにより設定することができ
る。
の値を適当に選択することにより設定することができ
る。
【００３４】３端子サイリスタのアノード側のターンオ
ン電圧ＶONは、ゲート電圧より拡散電位Ｖdif だけ高い
電圧となることが知られている。
ン電圧ＶONは、ゲート電圧より拡散電位Ｖdif だけ高い
電圧となることが知られている。
【００３５】 ＶON≒ＶG ＋Ｖdif （２） したがって、アノードにかける電圧をこのターンオン電
圧ＶONより高く設定すれば、その発光サイリスタはオン
することになる。
圧ＶONより高く設定すれば、その発光サイリスタはオン
することになる。
【００３６】さてこの発光サイリスタＴ（０）がオンし
ている状態で、次の転送クロックパルスφ1 にハイレベ
ル電圧ＶH を印加する。このクロックパルスφ1 は発光
サイリスタＴ（＋１）とＴ（―２）に同時に加わるが、
ハイレベル電圧ＶH の値を次の範囲に設定すると、発光
サイリスタＴ（＋１）のみをオンさせることができる。
ている状態で、次の転送クロックパルスφ1 にハイレベ
ル電圧ＶH を印加する。このクロックパルスφ1 は発光
サイリスタＴ（＋１）とＴ（―２）に同時に加わるが、
ハイレベル電圧ＶH の値を次の範囲に設定すると、発光
サイリスタＴ（＋１）のみをオンさせることができる。
【００３７】 ＶG-2 ＋Ｖdif ＞ＶH ＞ＶG+1 ＋Ｖdif （３） これで発光サイリスタＴ（０），Ｔ（＋１）が同時にオ
ンしていることになる。そしてクロックパルスφ3 のハ
イレベル電圧を切ると、発光サイリスタＴ（０）がオフ
となりオン状態の転送ができたことになる。
ンしていることになる。そしてクロックパルスφ3 のハ
イレベル電圧を切ると、発光サイリスタＴ（０）がオフ
となりオン状態の転送ができたことになる。
【００３８】このように、自己走査型発光装置では抵抗
ネットワークで各発光サイリスタのゲート電極間を結ぶ
ことにより、発光サイリスタに転送機能をもたせること
が可能となる。上に述べたような原理から、転送クロッ
クφ1 ，φ2 ，φ3 のハイレベル電圧を順番に互いに少
しずつ重なるように設定すれば、発光サイリスタのオン
状態は順次転送されていく。すなわち、発光点が順次転
送され、自己走査型端面発光素子アレイを実現すること
ができる。
ネットワークで各発光サイリスタのゲート電極間を結ぶ
ことにより、発光サイリスタに転送機能をもたせること
が可能となる。上に述べたような原理から、転送クロッ
クφ1 ，φ2 ，φ3 のハイレベル電圧を順番に互いに少
しずつ重なるように設定すれば、発光サイリスタのオン
状態は順次転送されていく。すなわち、発光点が順次転
送され、自己走査型端面発光素子アレイを実現すること
ができる。
【００３９】図５は、自己走査型発光装置の第２の基本
構造の等価回路図である。この自己走査型発光装置は、
発光サイリスタのゲート電極間の電気的接続の方法とし
てダイオードを用いている。発光サイリスタＴ（−２）
〜Ｔ（＋２）は、一列に並べられた構成となっている。
Ｇ-2〜Ｇ+2は、発光サイリスタＴ（−２）〜Ｔ（＋２）
のそれぞれのゲート電極を表す。ＲL はゲート電極の負
荷抵抗を表し、Ｄ-2〜Ｄ+2は電気的相互作用を行うダイ
オードを表す。またＶGKは電源電圧を表す。各単体発光
サイリスタのアノード電極に、２本の転送クロックライ
ン（φ1 ，φ2）がそれぞれ１素子おきに接続される。
構造の等価回路図である。この自己走査型発光装置は、
発光サイリスタのゲート電極間の電気的接続の方法とし
てダイオードを用いている。発光サイリスタＴ（−２）
〜Ｔ（＋２）は、一列に並べられた構成となっている。
Ｇ-2〜Ｇ+2は、発光サイリスタＴ（−２）〜Ｔ（＋２）
のそれぞれのゲート電極を表す。ＲL はゲート電極の負
荷抵抗を表し、Ｄ-2〜Ｄ+2は電気的相互作用を行うダイ
オードを表す。またＶGKは電源電圧を表す。各単体発光
サイリスタのアノード電極に、２本の転送クロックライ
ン（φ1 ，φ2）がそれぞれ１素子おきに接続される。
【００４０】動作を説明する。まず転送クロックφ2 が
ハイレベルとなり、発光サイリスタＴ（０）がオンして
いるとする。このとき３端子サイリスタの特性からゲー
ト電極Ｇ0 は零ボルト近くまで引き下げられる。電源電
圧ＶGKを仮に５ボルトとすると、抵抗ＲL ，ダイオード
Ｄ-2〜Ｄ+2のネットワークから各発光サイリスタのゲー
ト電圧が決まる。そして発光サイリスタＴ（０）に近い
素子のゲート電圧が最も低下し、以降順にＴ（０）から
離れるにしたがいゲート電圧は上昇していく。
ハイレベルとなり、発光サイリスタＴ（０）がオンして
いるとする。このとき３端子サイリスタの特性からゲー
ト電極Ｇ0 は零ボルト近くまで引き下げられる。電源電
圧ＶGKを仮に５ボルトとすると、抵抗ＲL ，ダイオード
Ｄ-2〜Ｄ+2のネットワークから各発光サイリスタのゲー
ト電圧が決まる。そして発光サイリスタＴ（０）に近い
素子のゲート電圧が最も低下し、以降順にＴ（０）から
離れるにしたがいゲート電圧は上昇していく。
【００４１】しかしながら、ダイオード特性の一方向
性，非対称性から、電圧を下げる効果は、Ｔ（０）の右
方向にしか働かない。すなわちゲート電極Ｇ1 はＧ0 に
対し、ダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖdif だけ高
い電圧に設定され、ゲート電極Ｇ2 はＧ1 に対し、さら
にダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖdif だけ高い電
圧に設定される。一方、Ｔ（０）の左側のゲート電極Ｇ
-1はダイオードＤ-1が逆バイアスになっているため電流
が流れず、したがって電源電圧ＶGKと同電位となる。
性，非対称性から、電圧を下げる効果は、Ｔ（０）の右
方向にしか働かない。すなわちゲート電極Ｇ1 はＧ0 に
対し、ダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖdif だけ高
い電圧に設定され、ゲート電極Ｇ2 はＧ1 に対し、さら
にダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖdif だけ高い電
圧に設定される。一方、Ｔ（０）の左側のゲート電極Ｇ
-1はダイオードＤ-1が逆バイアスになっているため電流
が流れず、したがって電源電圧ＶGKと同電位となる。
【００４２】次の転送クロックパルスφ1 は、最近接の
発光サイリスタＴ（１），Ｔ（−１）、そしてＴ（３）
およびＴ（−３）等に印加されるが、これらのなかで、
最もターンオン電圧の最も低い素子はＴ（１）であり、
Ｔ（１）のターンオン電圧は約Ｇ1 のゲート電圧＋Ｖ
dif であるが、これはＶdif の約２倍である。次にター
ン電圧の低い素子はＴ（３）であり、Ｖdif の約４倍で
ある。Ｔ（−１）とＴ（−３）のオン電圧は、約ＶGK＋
Ｖdif となる。
発光サイリスタＴ（１），Ｔ（−１）、そしてＴ（３）
およびＴ（−３）等に印加されるが、これらのなかで、
最もターンオン電圧の最も低い素子はＴ（１）であり、
Ｔ（１）のターンオン電圧は約Ｇ1 のゲート電圧＋Ｖ
dif であるが、これはＶdif の約２倍である。次にター
ン電圧の低い素子はＴ（３）であり、Ｖdif の約４倍で
ある。Ｔ（−１）とＴ（−３）のオン電圧は、約ＶGK＋
Ｖdif となる。
【００４３】以上から、転送クロックパルスのハイレベ
ル電圧をＶdif の約２倍からＶdifの約４倍の間に設定
しておけば、発光サイリスタＴ（１）のみをオンさせる
ことができ、転送動作を行うことができる。
ル電圧をＶdif の約２倍からＶdifの約４倍の間に設定
しておけば、発光サイリスタＴ（１）のみをオンさせる
ことができ、転送動作を行うことができる。
【００４４】図６は、自己走査型発光装置の第３の基本
構造の等価回路図である。この自己走査型発光装置は、
スイッチ素子Ｔ（−１）〜Ｔ（２）、書き込み用発光素
子Ｌ（−１）〜Ｌ（２）からなる。スイッチ素子部分の
構成は、ダイオード接続を用いた例を示している。スイ
ッチ素子のゲート電極Ｇ-1〜Ｇ1 は、書き込み用発光素
子のゲートにも接続される。書き込み用発光素子のアノ
ードには、書き込み信号Ｓinが加えられている。
構造の等価回路図である。この自己走査型発光装置は、
スイッチ素子Ｔ（−１）〜Ｔ（２）、書き込み用発光素
子Ｌ（−１）〜Ｌ（２）からなる。スイッチ素子部分の
構成は、ダイオード接続を用いた例を示している。スイ
ッチ素子のゲート電極Ｇ-1〜Ｇ1 は、書き込み用発光素
子のゲートにも接続される。書き込み用発光素子のアノ
ードには、書き込み信号Ｓinが加えられている。
【００４５】以下に、この自己走査型発光装置の動作を
説明する。いま、転送素子Ｔ（０）がオン状態にあると
すると、ゲート電極Ｇ0 の電圧は、ＶGK（ここでは５ボ
ルトと想定する）より低下し、ほぼ零ボルトとなる。し
たがって、書き込み信号Ｓinの電圧が、ｐｎ接合の拡散
電位（約１ボルト）以上であれば、発光素子Ｌ（０）を
発光状態とすることができる。
説明する。いま、転送素子Ｔ（０）がオン状態にあると
すると、ゲート電極Ｇ0 の電圧は、ＶGK（ここでは５ボ
ルトと想定する）より低下し、ほぼ零ボルトとなる。し
たがって、書き込み信号Ｓinの電圧が、ｐｎ接合の拡散
電位（約１ボルト）以上であれば、発光素子Ｌ（０）を
発光状態とすることができる。
【００４６】これに対し、ゲート電極Ｇ-1は約５ボルト
であり、ゲート電極Ｇ1 は約１ボルトとなる。したがっ
て、発光素子Ｌ（−１）の書き込み電圧は約６ボルト、
発光素子Ｌ（１）の書き込み電圧は約２ボルトとなる。
これから、発光素子Ｌ（０）のみに書き込める書き込み
信号Ｓinの電圧は、約１〜２ボルトの範囲となる。発光
素子Ｌ（０）がオン、すなわち発光状態に入ると、書き
込み信号Ｓinラインの電圧は約１ボルトに固定されてし
まうので、他の発光素子が選択されてしまう、というエ
ラーは防ぐことができる。
であり、ゲート電極Ｇ1 は約１ボルトとなる。したがっ
て、発光素子Ｌ（−１）の書き込み電圧は約６ボルト、
発光素子Ｌ（１）の書き込み電圧は約２ボルトとなる。
これから、発光素子Ｌ（０）のみに書き込める書き込み
信号Ｓinの電圧は、約１〜２ボルトの範囲となる。発光
素子Ｌ（０）がオン、すなわち発光状態に入ると、書き
込み信号Ｓinラインの電圧は約１ボルトに固定されてし
まうので、他の発光素子が選択されてしまう、というエ
ラーは防ぐことができる。
【００４７】発光強度は書き込み信号Ｓinに流す電流量
で決められ、任意の強度にて画像書き込みが可能とな
る。また、発光状態を次の素子に転送するためには、書
き込み信号Ｓinラインの電圧を一度零ボルトまでおと
し、発光している素子をいったんオフにしておく必要が
ある。
で決められ、任意の強度にて画像書き込みが可能とな
る。また、発光状態を次の素子に転送するためには、書
き込み信号Ｓinラインの電圧を一度零ボルトまでおと
し、発光している素子をいったんオフにしておく必要が
ある。
【００４８】このような自己走査型発光装置の端面発光
素子に本発明の端面発光サイリスタを用いて構成した自
己走査型発光装置は、光プリントヘッドなどに応用可能
である。光プリントヘッドに用いた場合、各発光素子の
外部発光効率が向上しているので、高品質の印字を実現
することができる。
素子に本発明の端面発光サイリスタを用いて構成した自
己走査型発光装置は、光プリントヘッドなどに応用可能
である。光プリントヘッドに用いた場合、各発光素子の
外部発光効率が向上しているので、高品質の印字を実現
することができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、アノード電極からの注
入電流がゲート電極領域に回り込まないよう、アノード
電極領域とゲート電極領域との間で、半導体層にくびれ
部を設置している。これにより、アノード電極からの注
入電流はアノード電極直下に流れるので、発光を端面近
傍に限定できる。端面近傍の発光は容易に取り出せるの
で、外部発光効率を向上できる。
入電流がゲート電極領域に回り込まないよう、アノード
電極領域とゲート電極領域との間で、半導体層にくびれ
部を設置している。これにより、アノード電極からの注
入電流はアノード電極直下に流れるので、発光を端面近
傍に限定できる。端面近傍の発光は容易に取り出せるの
で、外部発光効率を向上できる。
【００５０】また本発明によれば、端面発光素子をアレ
イ化し自己走査機能も加えることにより、外部発光効率
を高めた自己走査型発光装置を提供できる。
イ化し自己走査機能も加えることにより、外部発光効率
を高めた自己走査型発光装置を提供できる。
【図１】従来の端面発光サイリスタの構造図である。
【図２】本発明の第１の実施例の端面発光サイリスタの
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の端面発光サイリスタの
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図４】自己走査型発光装置の第１の基本構造の等価回
路図である。
路図である。
【図５】自己走査型発光装置の第２の基本構造の等価回
路図である。
路図である。
【図６】自己走査型端面発光素子アレイの第３の基本構
造の等価回路図である。
造の等価回路図である。
１０ ｎ形半導体基板 １２ ｎ形半導体層 １４ ｐ形半導体層 １６ ｎ形半導体層 １８ ｐ形半導体層 ２０ アノード電極 ２２ ゲート電極 ２４ Ａｌ配線 ２６ コンタクトホール ２８ 切込み ３０ くびれ部 ３２ 掘込み部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 誠治 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA07 CA14 CA75 CB25
Claims (5)
- 【請求項１】発光層に電流を注入する電極を有する半導
体層と、しきい電圧またはしきい電流を制御する制御電
極を有する半導体層とを有する端面発光素子において、 電流注入電極領域と制御電極領域との間で、前記制御電
極を有する半導体層の両側に切込みを設け、前記半導体
層にくびれ部を形成し、端面近傍に電流が流れるように
して、外部発光効率を高めたことを特徴とする端面発光
素子。 - 【請求項２】発光層に電流を注入する電極を有する半導
体層と、しきい電圧またはしきい電流を制御する制御電
極を有する半導体層とを有する端面発光素子において、 電流注入電極領域と制御電極領域との間で、前記制御電
極を有する半導体層に掘込み部を設け、端面近傍に電流
が流れるようにして、外部発光効率を高めたことを特徴
とする端面発光素子。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の端面発光素子よ
りなるｐｎｐｎ構造の端面発光サイリスタ。 - 【請求項４】しきい電圧またはしきい電流の制御電極を
有する発光素子を複数個配列し、各発光素子の前記制御
電極をその近傍に位置する少なくとも１つの発光素子の
制御電極に、電気抵抗または電気的に一方向性を有する
電気素子を介して接続し、各発光素子の発光を制御する
電極に、外部から電圧あるいは電流を印加する複数本の
配線を接続させた自己走査型発光装置において、 前記発光素子は、請求項３に記載されている端面発光サ
イリスタであることを特徴とする自己走査型発光装置。 - 【請求項５】スイッチング動作のためのしきい電圧また
はしきい電流の制御電極を有するスイッチ素子を複数個
配列し、各スイッチ素子の前記制御電極をその近傍に位
置する少なくとも１つのスイッチ素子の制御電極に、電
気抵抗または電気的に一方向性を有する電気素子を介し
て接続するとともに、各スイッチ素子に電源ラインを電
気的手段を用いて接続し、かつ各スイッチ素子にクロッ
クラインを接続して形成した自己走査スイッチ素子アレ
イと、 しきい電圧またはしきい電流の制御電極を有する発光素
子を複数個配列した発光素子アレイとからなり、 前記発光素子アレイの各制御電極を前記スイッチ素子の
制御電極と電気的手段にて接続し、各発光素子に発光の
ための電流を注入するラインを設けた自己走査型発光装
置において、 前記発光素子は、請求項３に記載されている端面発光サ
イリスタであることを特徴とする自己走査型発光装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22713499A JP2001053334A (ja) | 1999-08-11 | 1999-08-11 | 端面発光素子および自己走査型発光装置 |
| CN00800921A CN1306678A (zh) | 1999-06-08 | 2000-06-06 | 外部发光效率高的端面发光元件及用其制作的自扫描型发光元件阵列 |
| EP00935553A EP1115162A4 (en) | 1999-06-08 | 2000-06-06 | EDGE LIGHT EMITTERING ARRANGEMENT WITH IMPROVED EXTERNAL LUMINOUS EFFICIENCY AND USE THEREOF IN A SELF-SCANNING LUMINOUS DIODE ARRANGEMENT |
| KR1020017001638A KR20010072325A (ko) | 1999-06-08 | 2000-06-06 | 외부 발광 효율을 높인 단면 발광 소자 및 이것을 사용한자기 주사형 발광 소자 어레이 |
| PCT/JP2000/003662 WO2000076003A1 (fr) | 1999-06-08 | 2000-06-06 | Dispositif luminescent a emission laterale a rendement lumineux exterieur ameliore et matrice de dispositifs luminescents a auto-balayage le contenant |
| CA002339665A CA2339665A1 (en) | 1999-06-08 | 2000-06-06 | End surface light-emitting element having increased external light emission efficiency and self-scanning light-emitting element array using the same |
| US09/762,520 US6717182B1 (en) | 1996-09-24 | 2000-06-06 | Edge-emitting light-emitting device having improved external luminous efficiency and self-scanning light-emitting device array comprising the same |
| TW089111127A TW493283B (en) | 1999-06-08 | 2000-06-08 | Edge light emitting device with increased light emission efficiency and self-scanning type light emitting device array using the edge light emitting device |
| US10/776,822 US6919583B2 (en) | 1998-11-04 | 2004-02-11 | End surface light-emitting element having increased external light emission efficiency and self-scanning light-emitting element array using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22713499A JP2001053334A (ja) | 1999-08-11 | 1999-08-11 | 端面発光素子および自己走査型発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001053334A true JP2001053334A (ja) | 2001-02-23 |
| JP2001053334A5 JP2001053334A5 (ja) | 2006-05-18 |
Family
ID=16856023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22713499A Pending JP2001053334A (ja) | 1996-09-24 | 1999-08-11 | 端面発光素子および自己走査型発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001053334A (ja) |
-
1999
- 1999-08-11 JP JP22713499A patent/JP2001053334A/ja active Pending
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|
| A02 | Decision of refusal |
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