JP2013214709A - 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents
発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013214709A JP2013214709A JP2012274220A JP2012274220A JP2013214709A JP 2013214709 A JP2013214709 A JP 2013214709A JP 2012274220 A JP2012274220 A JP 2012274220A JP 2012274220 A JP2012274220 A JP 2012274220A JP 2013214709 A JP2013214709 A JP 2013214709A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thyristor
- light emitting
- light
- layer
- emitting element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 17
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 14
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 208000037804 stenosis Diseases 0.000 description 1
- 230000036262 stenosis Effects 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
- B41J2/447—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
- B41J2/45—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
- H01L33/0016—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions having at least two p-n junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Facsimile Heads (AREA)
Abstract
【課題】発光サイリスタの高出力化としきい値電圧の抑制の両立を図る発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、p型のGaAs半導体基板上に、少なくとも電流狭窄層とpnpnの半導体層を含む複数の島Sn+1、Sn+2を含む。各島には、pnpn構造を有する発光部サイリスタと、シフト部サイリスタと、結合ダイオードとが形成される。各島のシフト部サイリスタが形成される領域と発光部サイリスタが形成される領域との間には、側面60、62から内部に向けて延在するような矩形状の溝部50A、50Bが形成され、溝部50A、50Bは、少なくとも電流狭窄層に到達する深さを有する。発光部サイリスタの電流狭窄層には、島の側面60、62および溝部50A、50Bの側面から選択的に酸化された酸化領域30Aによって囲まれた導電領域30L、30Tが形成される。
【選択図】図3
【解決手段】発光素子は、p型のGaAs半導体基板上に、少なくとも電流狭窄層とpnpnの半導体層を含む複数の島Sn+1、Sn+2を含む。各島には、pnpn構造を有する発光部サイリスタと、シフト部サイリスタと、結合ダイオードとが形成される。各島のシフト部サイリスタが形成される領域と発光部サイリスタが形成される領域との間には、側面60、62から内部に向けて延在するような矩形状の溝部50A、50Bが形成され、溝部50A、50Bは、少なくとも電流狭窄層に到達する深さを有する。発光部サイリスタの電流狭窄層には、島の側面60、62および溝部50A、50Bの側面から選択的に酸化された酸化領域30Aによって囲まれた導電領域30L、30Tが形成される。
【選択図】図3
Description
本発明は、発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置に関する。
密着型イメージセンサやプリンタなどの書込みヘッドに、面発光素子アレイが利用されている。典型的な面発光素子アレイは、1つの基板上に線形に配列された複数の発光素子を集積して構成される。面発光素子の代表的なものとして、発光ダイオード(LED)、発光サイリスタ、レーザダイオードが知られている。その中で発光サイリスタは、GaAsやAlGaAsなどの化合物半導体層をpnpn構造に積層し、ゲートに駆動電流を印加することで、アノード・カソード間に電流を流し発光させるものである。こうした発光サイリスタを基板上に集積し、各発光サイリスタを順次点灯させる自己走査型の発光素子アレイが特許文献1に開示されている。
本発明は、ゲート電極を有する発光素子の高出力化としきい値電圧の抑制の両立を図る発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1は、電流狭窄層を有するpnpn積層構造と、前記積層構造に形成された発光サイリスタと、前記積層構造内のゲート層に設けられたゲート電極と、を備え、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に形成され、前記ゲート層及び前記電流狭窄層に到達する深さの孔部と、前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面とから、前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造と、を備える発光素子。
請求項2は、 前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項1に記載の発光素子。
請求項3は、前記孔部は、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に複数形成されている、請求項1ないし2いずれか1つに記載の発光素子。
請求項4は、前記複数の孔部において、一方の孔部の側面と、当該側面に対向する他方の孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項3に記載の発光素子。
請求項5は、請求項1ないし4いずれか1つに記載の発光素子を複数含み、前記複数の発光素子を順次点灯対象として指定するシフト部サイリスタが、前記孔部が設けられている領域よりも前記ゲート電極が設けられている領域側の前記積層構造に設けられ、前記ゲート電極は、前記発光素子と前記シフト部サイリスタとで共通の電極である、自己走査型発光素子アレイ。
請求項6は、請求項5に記載の発光素子アレイを用いた光書込みヘッド。
請求項7は、請求項6に記載の光書込みヘッドを備えた画像形成装置。
請求項2は、 前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項1に記載の発光素子。
請求項3は、前記孔部は、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に複数形成されている、請求項1ないし2いずれか1つに記載の発光素子。
請求項4は、前記複数の孔部において、一方の孔部の側面と、当該側面に対向する他方の孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項3に記載の発光素子。
請求項5は、請求項1ないし4いずれか1つに記載の発光素子を複数含み、前記複数の発光素子を順次点灯対象として指定するシフト部サイリスタが、前記孔部が設けられている領域よりも前記ゲート電極が設けられている領域側の前記積層構造に設けられ、前記ゲート電極は、前記発光素子と前記シフト部サイリスタとで共通の電極である、自己走査型発光素子アレイ。
請求項6は、請求項5に記載の発光素子アレイを用いた光書込みヘッド。
請求項7は、請求項6に記載の光書込みヘッドを備えた画像形成装置。
請求項1によれば、ゲート電極を有する発光素子の高出力化としきい値電圧の抑制の両立を図ることができる。
請求項2、3、4によれば、本構成を有さない場合と比較し、高出力化としきい値電圧の抑制の両立をより図ることができる。
請求項5によれば、自己走査型発光素子アレイにおいて、発光部サイリスタの高出力化と、発光部サイリスタ及びシフト部サイリスタのしきい値電圧の抑制の両立を図ることができる。
請求項2、3、4によれば、本構成を有さない場合と比較し、高出力化としきい値電圧の抑制の両立をより図ることができる。
請求項5によれば、自己走査型発光素子アレイにおいて、発光部サイリスタの高出力化と、発光部サイリスタ及びシフト部サイリスタのしきい値電圧の抑制の両立を図ることができる。
多数の発光素子を同一基板上に集積した発光素子アレイは、その駆動用回路等と組み合わせてLEDプリンタ用のプリントヘッドに用いられる光源に利用されている。発光素子としては、例えば発光ダイオード(LED)を1次元的に配列した発光素子アレイでは、外部駆動用回路から画像信号に対応した信号を、一つ一つのLEDに供給しなければならないため、各LEDに給電するためのボンディングパッドがLEDと同数だけ基板上に必要となる。ところが、ボンドパッドは、通常、面積が大きいため、発光素子アレイチップの面積が必然的に大きくなってしまう。チップ面積が大きくなると、1つのウェハから取得できるチップ数は減少するため、コスト低減化に限界が生じてしまう。
例えば、A3対応のプリンタの1200dpiプリントヘッドでは、1次元配列されたLEDの数は14,000個以上となり、これと同数のワイヤーをボンドパッドにボンディングする必要がある。ワイヤーボンディングの数が増える程、発光素子アレイの作製にかかるコストが大きくなる。さらに、印刷画像の品質を高めるために、高解像度の発光素子アレイを作成する場合には、ボンドパッド数が増えることによりワイヤボンド数が増加し、チップ面積がさらに大きくなることによりコストが増加し、これに加え、チップ上のボンドパッドのレイアウト自体に限界が見えてくる。
発光サイリスタを順次点弧させる自己走査型発光素子アレイでは、基板をアノード、最上層のn層をカソードとし、カソード層の直下のp層をゲートとするとき、しきい値以上の電流がゲートに流れないと、アノード・カソード間に電流が流れない。自己走査型発光素子アレイ(以下、SLED(Self-scanning Light Emitting Device)と呼ぶ)は、このような性質をもつサイリスタを1次元的にアレイ化し、外部からのクロック(転送信号)により順次オン状態が転送されるように構成したものである。例えば、点灯信号に基づき発光点として機能するサイリスタ(発光部サイリスタ)と、この発光部サイリスタを外部からのクロックに基づき順次点灯対象として指定するサイリスタ(シフト部サイリスタ)を備えることで、画像形成装置におけるプリントヘッドとして利用できるものである。
本発明の実施の形態におけるSLEDでは、1つ1つの発光サイリスタに対応したボンドパッドを設ける必要はなく、チップの片側もしくは両側に配置されたボンドパッドに、矩形電圧を給電することにより、発光部サイリスタを端から順次点弧(自己走査)させることができる。従って、本発明の実施の形態におけるSLEDにおいては、解像度を上げても、ボンドパッドをチップの端に寄せることができ、ボンドパッド数の増加とそれによるチップ面積の拡大、ワイヤボンド数の増加によるコストアップを回避することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の態様では、pnpn構造の発光サイリスタを有するSLEDを例示する。pnpnを構成する半導体層は、III−V族化合物半導体によって構成されるが、本実施の形態は、化合物半導体として、GaAs、AlGaAs、AlAsを例示する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。
図1は、本発明の実施例に係るSLEDの一部の平面図、図2は、図1に示すSLEDの1つの積層構造である島(メサ)のA1−A1線、A2−A2線およびA3−A3線断面図、図3(A)は、島Sn+1の酸化領域の形成を説明する平面図、図3(B)は、島Sn+1の概略平面図、図3(C)は、図3(B)のB−B線断面図、図4は、図1に示すSLEDの等価回路である。
図4を参照すると、ここには、SLED10の一部として、4つの発光素子に関する等価回路が示されている。Ln-1、Ln、Ln+1、Ln+2は発光部サイリスタ、Tn-1、Tn、Tn+1、Tn+2はシフト部サイリスタ、Gn-1、Gn、Gn+1、Gn+2は発光部サイリスタおよびシフト部サイリスタの共通のゲート、RGはゲート負荷抵抗、Dn-2、Dn-1、Dn、Dn+1は結合ダイオード、PTn-1、PTn、PTn+1、PTn+2は結合ダイオードのカソード電極直下に形成される寄生サイリスタ、Φ1は奇数ビット転送ライン、Φ2は偶数ビット転送ライン、ΦIは発光信号ライン、VGAはゲートラインである。ここで、nは、正の整数である。以下の説明において、発光部サイリスタ、シフト部サイリスタ、寄生サイリスタを総称するときは、発光部サイリスタLi、シフト部サイリスタTi、寄生サイリスタPTiと称する。
SLEDの転送機能について説明する。今、シフト部サイリスタTnがオン状態にあるとする。このときのシフト部サイリスタTnのゲートGnの電位は、-0.2V程度まで引き上げられ、結合ダイオードDnの両端には、拡散電位分の約1.5Vの電位差が発生する。このため、Gn+1=Gn−1.5V=−1.7V、Gn+2=Gn+1−1.5V=−3.2Vとなる。
シフト部サイリスタTnが点弧しているときのゲートの電位分布を図5に示す。また、図6に、ゲートに供給されるゲートラインVGAの電圧波形と、奇数ビット転送ラインΦ1、偶数ビット転送ラインΦ2、および発光信号ラインΦIに供給される周期Tの矩形電圧を示す。奇数ビット転送ラインΦ1と偶数ビット転送ラインΦ2がともにローレベルになっている時間を重なり時間と呼び、これをtaで表わしている。
ゲートラインVGAの電圧と、転送ラインΦ1、Φ2、ΦIに供給される電圧を−3.3Vとすると、シフト部サイリスタTn+2のゲート・カソード間には、0.1V程度しか印加されない。サイリスタをオンさせるためには、少なくともゲート・カソード間に拡散電位以上の電圧が印加され、かつカソード・アノード間に保持電流以上の電流が流される必要がある。このため、シフト部サイリスタTn+2は点弧できない。一方、ゲートGnよりも左側にあるダイオードDn-1には、逆バイアスがかかるので、ゲートGn-1の電位はゲートラインVGAの電圧程度(約−3.3V)となり、シフト部サイリスタTn-1はオンすることはできない。こうして、奇数ビット転送ラインΦ1が−3.3Vで、シフト部サイリスタTnがオンしている際に、偶数ビット転送ラインΦ2を0Vから−3.3Vに下げると、隣のシフト部サイリスタTn+1のみが点弧する。その後、奇数ビット転送ラインΦ1を0Vに上昇させると、シフト部サイリスタTnはオフされ、シフト部サイリスタTnからTn+1へのオン状態の転送が可能となる。
シフト部サイリスタTnがオンしているとき、ゲート電位Gnが最も高い電圧に引き上げられている。従って、奇数ビット転送ラインΦ1を0Vから−3.3Vに下げると、発光部サイリスタLnのみがオンして発光する。こうして、シフト部サイリスタの列が左から右側へ順次点弧状態が転送され、シフト部サイリスタがオン状態であるビットの発光部サイリスタのみ、外部からの発光信号ラインΦIに入力された0、1データにしたがって、オンするか否かが決まる。これによって、0、1データが発光または非発光の情報に変換される。
図1には、図4に示す4ビットの素子に対応する素子アレイの平面図が示されている。SLEDは、p型のGaAs半導体基板上に、これと格子整合するようにエピタキシャル成長されたpnpn構造の半導体層を含んで構成される。半導体基板上には、半導体層をエッチングすることで、各素子に対応する島すなわちメサが形成される。図1には、図4の回路に対応して、4つの島Sn-1、Sn、Sn+1、Sn+2が形成され、これらの島Sn-1、Sn、Sn+1、Sn+2が線形に配列されている。1つの島には、発光部サイリスタLi、シフト部サイリスタTi、および結合ダイオードDiが形成される。また、結合ダイオードDiの直下にはpn層が存在するため、結合ダイオードDiを構成するpn層とともにpnpn構造が形成されることにより、ここに寄生サイリスタPTiが形成される。
奇数ビットの島Sn、Sn+2のシフト部サイリスタのカソード電極32Tには、奇数ビット転送ラインΦ1が接続され、偶数ビットの島Sn-1、Sn+1のシフト部サイリスタのカソード電極32Tには、偶数ビット転送ラインΦ2が接続される。発光部サイリスタのカソード電極32Lには、発光信号ラインΦIが接続される。また、基板上には、ゲートラインVGAに接続する島SRが形成される。ゲートラインVGAは、この島SRのp型のゲート層26にコンタクト電極CTを介して電気的に接続され、ゲート負荷抵抗RGは、p型のゲート層26を利用して形成される。ゲート負荷抵抗RGの出力端は、コンタクトCT1を介して共通のゲート電極34に接続されるとともに、隣接する結合ダイオードのカソード電極32PTに接続される。
図2および図3は、代表的な島Sn+1に形成された発光部サイリスタLn+1、シフト部サイリスタTn+1、結合ダイオードDn+1、寄生サイリスタPTn+2の断面をそれぞれ示している。p型のGaAs基板20上には、Al組成を異にするp型のAlGaAs層の対を複数積層した分布ブラッグ型反射鏡(Distributed Bragg Reflector:以下、DBRという)21、所定の膜厚、所定のドーパント濃度を有するp型のAlGaAsを含むアノード層22、所定の膜厚、所定のドーパント濃度を有するn型のAlGaAsからなるnゲート層24、所定の膜厚、所定のドーパント濃度を有するp型のAlGaAsからなるpゲート層26、および所定の膜厚、所定のドーパント濃度を有するn型のGaAsまたはAlGaAsからなるカソード層28L、28T、カソード層28PTが形成される。各カソード層28L、28T、28PT上には、これと電気的に接続されるカソード電極32L、32T、32PTが形成され、基板20の裏面には、グランド電位を供給する共通のアノード電極40が形成される。なお、それぞれの島は、基板上にエピタキシャル成長によって形成された半導体層にエッチング等の加工処理を施すことで形成される。
アノード層22の一部には、AlAs(またはAl組成比が例えば98%以上のAlGaAs)から成る電流狭窄層30が挿入される。電流狭窄層30はp型が好ましいが、サイリスタの動作上障害がなく、また所望の発光光量が確保できるのであればノンドープまたはn型の層であってもよい。また、電流狭窄層30は、アノード層22内において、相対的にAl組成が小さいAlGaAs層によって挟まれている。言い換えると、アノード層22は第1のアノード層と第2のアノード層とに分かれており、電流狭窄層30は第1のアノード層と第2のアノード層との間に挿入されている。さらに電流狭窄層30を構成するAlAs(またはAlGaAsの)Al組成は、他の半導体層24、26、28LのAl組成よりも著しく大きい。
発光サイリスタにおいて電流狭窄層30を挿入する位置について更に詳しく説明する。電流狭窄層30を挿入する位置としては、カソード層28L内、カソード層28Lとpゲート層26の境界面、pゲート層26内、pゲート層26とnゲート層24の境界面、nゲート層24内、nゲート層24とアノード層22の境界面、及びアノード層22内というように様々な位置がある。ここで、電流狭窄層30を、カソード層28L内、またはカソード層28Lとpゲート層26の境界面に挿入する場合、サイリスタがターンオンする前にカソード層28Lとゲート電極を有するpゲート層26との間を流れるしきい電流が、電流狭窄による抵抗値の増加の影響を受け、ターンオン特性に悪影響を与えることが考えられる。また、電流狭窄層をnゲート層24内やpゲート層26内、またはpゲート層26とnゲート層24の境界面に挿入する場合、発光径を小さくする効果は期待できると考えられるが、一方で、酸化により形成された電流狭窄層30の界面で非発光再結合を誘発し十分な光量が得られないことが考えられる。以上から本実施例においては、ターンオン特性に与える影響及び非発光再結合の影響が小さい、nゲート層24とアノード層22の境界面、またはアノード層22内に電流狭窄層30を挿入し、電流狭窄構造を形成している。なお、実験結果に基づくと、nゲート層24とアノード層22の境界面に電流狭窄層30を設けるよりも、アノード層22内に設けた方が約1.15倍〜約1.25倍程度の高い光量を得られる結果となっている。これは、アノード層22内に電流狭窄層30をもうけた方が、非発光再結合による発光量の影響が少ないためと考えられる。
以上のように、電流狭窄層30は、アノード層22とnゲート層24との境界面、またアノード層22内に設ける構成がより好ましく、発光光量の観点からは、特に、アノード層22内に設ける構成がより好ましい。なお、電流狭窄構造を設けない構成に比べ、発光光量が向上し、動作上の不具合がないのであれば、アノード層22とnゲート層24との境界面やアノード層22内以外に電流狭窄層30を設けてもよい。
最上層であるn型のカソード層は、フォトリソ工程により矩形状等のパターンに加工され、発光部サイリスタLn+1、シフト部サイリスタTn+1、および結合ダイオードDn+1のカソード層28L、28T、28PTを形成する。好ましくは、カソード電極32Lは、カソード層28Lに対して相対的に小さな面積で形成され、発光部サイリスタLn+1から出射される光は、カソード電極32Lによって大きく遮蔽されない。また、シフト部サイリスタTn+1のカソード層28Tは、大部分がカソード電極32Tによって覆われており、その表面から光は出射されない。カソード層28L、28T、28PTをパターンニングすることで露出されたpゲート層26には、図3に示すようにゲート電極34が形成される。このゲート電極34は、発光部サイリスタLn+1およびシフト部サイリスタTn+1に共通であり、結合ダイオードのアノード電極にも共通である。
基板上に積層された半導体層をエッチングすることで、ほぼ矩形状の島Sn+1が形成される。島Sn+1は、少なくとも電流狭窄層30に到達する深さの側面を有する積層構造であるメサMに加工されるが、図に示す例では、メサMは、基板20に到達する深さの側面を有している。なお、本実施の形態においては、エッチングによって電流狭窄層30の側面が全て露出する深さを有しているが、電流狭窄層30の側面の一部のみが露出する深さであってもよい。更には、電流狭窄層30の上面に丁度到達する深さであってもよい。すなわち、電流狭窄層30に到達する深さを有することにより、露出した電流狭窄層30の一部から発光部サイリスタの中心部に向けて酸化が進行する構成であればよい。また、第1の実施例では、島Sn+1は、図3に示すように、発光部サイリスタが形成される領域と、ゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域との間に、対向する側面60、62から内部に向けて長さe/2だけ延在する矩形状の一対の溝部50A、50Bまたは窪み部が形成されている。好ましくは溝部50A、50Bは、島Sn+1を形成するときに同時にエッチングにより形成され、メサMの側面と同一の深さを有する。この一対の溝50A、50Bにより、発光部サイリスタが形成される領域とシフト部サイリスタが形成される領域との間に、幅Wが制限されたくびれ部50が形成される。
図3に示すように、一対の溝部50A、50Bの左側は、発光部サイリスタが形成される領域であり、その表面には矩形状のカソード層28Lとカソード電極32Lが形成されている。一対の溝部50A、50Bの反対の右側は、シフト部サイリスタが形成される領域であり、矩形状のカソード層28Tとその上にカソード電極32Tが形成されている。さらにシフト部サイリスタが形成される領域に隣接して、結合ダイオードのためのカソード層28PTおよびカソード電極32PTと、共通のゲート電極34が形成される。
島Sn+1の酸化処理が行われるとき、電流狭窄層30は、島Sn+1の側面から酸化長dで酸化されるため、電流狭窄層30には、図3(A)に示すように、島Sn+1の外形を反映するような形状の酸化領域30Aが形成される。これにより、発光部サイリスタが形成される領域には、酸化領域30Aによって囲まれたほぼ矩形状の非酸化領域(導電領域)30Lが形成され、また、シフト部サイリスタが形成される領域には、酸化領域30Aによって囲まれたほぼ矩形状の非酸化領域(導電領域)30Tが形成される。
発光部サイリスタにおいて、キャリアを中央の導電領域30L内に閉じ込めるためには、くびれ部50の電流狭窄層30を全面的に酸化し、導電領域30Lが酸化領域30Aによって完全に囲まれていることが望ましい。従って、酸化長dは、溝部50A、50Bにより残存されたくびれ部50の幅Wの半分以上でなければならない。しかしながら、酸化長dを大きくすると、導電領域30Lの幅aが小さくなり、この幅aが狭すぎると、発光部サイリスタの発光光量が低下することが分かっている。そこで、できるだけ導電領域30Lの幅aを大きくするために、酸化長dを小さくし、なおかつ、くびれ部50が全面酸化されるためには、幅Wをさらに小さく、溝部50A、50Bのエッチング長eを大きくしなければならない。ところが、エッチング長eが大きく、幅Wが小さいとき、発光部サイリスタのカソード電極32Lとゲート電極34との間の抵抗が大きくなるため、発光部サイリスタのしきい電圧が高くなり、オンしにくくなる。
上記の関係を定式化すると、以下のようになる。
溝部50A、50Bの間のくびれ部50の幅をW、溝部50A、50Bのエッチング長さをe/2(合計e)とし、島Sn+1の対向する側面60、62のメサMの幅をLとすると、
L=e+W・・・(1)
である。ここで、酸化長をd、導電領域50Lの幅をaとすると、
L=2d+a・・・(2)
(1)、(2)式より、
e+W=2d+a・・・(3)
くびれ部50は、酸化領域30Aによって閉じられなければ電流狭窄効果が低下するから、
2d≧Wでなければならない。これと(3)式より、
e+W=2d+a≧W+a
∴ e≧a
ある値以上の発光光量を得るための導電領域30Lの幅aの最小値が存在し、それを最小値幅aminとすると、
e≧amin・・・(4)
従って、エッチング長eは、導電領域30Lの幅aの最小値aminの半分以上なければならない。
しかしながら、カソードとゲート間の抵抗をある値以下に抑えるためには、くびれ部50の幅Wの最小値が存在し、そのときのエッチング長の最大値をemaxとすると、
e≦emax・・・(5)
下記の数1に示すように、(4)式と(5)式を同時に満たすようなエッチング長eが存在すれば、島Sn+1の両側から溝部50A、50Bを形成し、くびれ部50を残すのが最善である。しかし、連立不等式(4)かつ(5)の解が存在しない場合には、島Sn+1の両側から溝部50A、50Bを形成する方法以外の他の方法で本実施例の溝部に相当する構造を形成するようにしてもよい。
溝部50A、50Bの間のくびれ部50の幅をW、溝部50A、50Bのエッチング長さをe/2(合計e)とし、島Sn+1の対向する側面60、62のメサMの幅をLとすると、
L=e+W・・・(1)
である。ここで、酸化長をd、導電領域50Lの幅をaとすると、
L=2d+a・・・(2)
(1)、(2)式より、
e+W=2d+a・・・(3)
くびれ部50は、酸化領域30Aによって閉じられなければ電流狭窄効果が低下するから、
2d≧Wでなければならない。これと(3)式より、
e+W=2d+a≧W+a
∴ e≧a
ある値以上の発光光量を得るための導電領域30Lの幅aの最小値が存在し、それを最小値幅aminとすると、
e≧amin・・・(4)
従って、エッチング長eは、導電領域30Lの幅aの最小値aminの半分以上なければならない。
しかしながら、カソードとゲート間の抵抗をある値以下に抑えるためには、くびれ部50の幅Wの最小値が存在し、そのときのエッチング長の最大値をemaxとすると、
e≦emax・・・(5)
下記の数1に示すように、(4)式と(5)式を同時に満たすようなエッチング長eが存在すれば、島Sn+1の両側から溝部50A、50Bを形成し、くびれ部50を残すのが最善である。しかし、連立不等式(4)かつ(5)の解が存在しない場合には、島Sn+1の両側から溝部50A、50Bを形成する方法以外の他の方法で本実施例の溝部に相当する構造を形成するようにしてもよい。
次に、溝部50A、50Bが形成されていない島を有する発光素子(比較例)と本実施例の発光素子とを対比する。比較例としての発光素子は、p型GaAs基板20上に、エピタキシャル成長されるAlGaAsからなるpnpn構造を形成し、pアノード層22中に設けられたAlAsの電流狭窄層30をメサ面で露出させる。比較例の島は、図7(B)に示すように、一定の幅Lを有する側面60、62を有し、本実施例のように、発光部サイリスタが形成される領域とシフト部サイリスタが形成される領域との間に溝部50A、50Bは形成されていない。水蒸気酸化アニールによって電流狭窄層30を島の側面から酸化すると、電流狭窄層30には、図7(A)に示すように、島の外形を反映した枠状の酸化領域30Aと、これに包囲された矩形状の導電領域30Bとが形成される。酸化領域30Aは、Al2O3からなる高抵抗領である。電流経路を未酸化のAlAsの導電領域30Bに絞ることで、島の側面でのキャリア非発光再結合を抑制し、活性層で再結合するキャリアを導電領域30Bの中央部に閉じ込めることで発光光量を高めている。
発光部サイリスタでは、図7(C)の破線Qに示すように、カソード電極32Lの下方のpゲート層26およびnゲート層24において、キャリアの再結合が起こり発光する。アノード電極40からカソード電極32Lに抜ける電流は、導電領域30Bにおいて狭窄されるが、図に示す島の右方向、すなわちシフト部サイリスタへの方向には、電流狭窄の効果が働かない。すなわち、電流は、右方向に拡散し、pゲート層26上の領域36は、非発光再結合であり、発光に寄与しない。このため、電流狭窄層30に酸化領域30Aを形成しても、発光の高出力化には限界がある。
これに対し、本実施例のSLEDでは、発光部サイリスタが形成される領域とゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域との間にくびれ部50が形成され、発光部サイリスタの導電領域30Lが酸化領域30Aによって包囲されている。このため、カソード電極32Lより注入された電子が領域36のほうに拡散していきにくい構造となり、電流の狭窄が効果的に行われ、発光効率が改善され、高出力化を図ることができる。なお、上記実施例では、対向する側面60、62から内側に延在する一対の溝部50A、50Bを形成したが、いずれか一方の側面から内側に延在する1つ溝部を形成するようにしてもよい。
以上のように、本実施例においては、発光部サイリスタの酸化領域は、酸化狭窄構造を有さない発光部サイリスタと比較して発光光量が向上する酸化長dで酸化されており、かつ、カソード層とゲート電極との間の積層構造の幅は、好ましくは前記酸化長dの2倍以下である。酸化長dを2倍以下とすることで、酸化領域が分離せずに連続する構成となる。また、ゲート抵抗の増加を抑制するためには、カソード層とゲート電極との間の積層構造の幅は、好ましくは酸化長dの1倍以上、2倍以下とする。1倍未満の場合は島の両側から酸化が進行する利点が生かせないためである。
なお、第1の実施例では、発光部サイリスタが形成される領域とゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域との間の積層構造の幅が、発光部サイリスタが形成される領域の積層構造の幅、およびゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域の積層構造の幅よりも狭い形状となっており、これによりくびれ部50を形成しているが、ゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域の積層構造の幅は、くびれ部50の幅と同じ、又はくびれ部50の幅よりも狭くても構わない。この場合、くびれ形状とはならないものの、発光部サイリスタの幅よりも狭い構造であれば、発光部サイリスタの幅と同じまたは広い構造よりも、酸化領域が途切れずに連続する電流狭窄構造を形成しやすいためである。なお、本実施例における積層構造の「幅」とは、キャリアやホールが流れる方向に対する幅を意味している。すなわち、幅が狭いことにより、ゲート電流が流れにくくなり、しきい値電圧の増加につながる。
また、第1の実施例では、発光部サイリスタとシフト部サイリスタの両方でゲート電極34を共有しているが、シフト部サイリスタをくびれ部50よりもゲート電極34側の島に配置することにより、くびれ部によるゲート抵抗の増加が、シフト部サイリスタの動作になるべく影響を与えないようにしている。
また、第1の実施例では、本発明の発光素子を、発光部サイリスタとシフト部サイリスタとを有する自己走査型発光素子アレイに適用した例を示したが、自己走査型発光素子アレイ以外の発光素子アレイに適用してもよく、更には、アレイではなく単体の発光素子に適用してもよい。すなわち、電流狭窄層を有するpnpn積層構造と、前記積層構造に形成された発光サイリスタ及びゲート電極と、を備え、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間の積層構造の幅である第1の幅は、前記発光サイリスタが形成されている領域の積層構造の幅である第2の幅よりも狭く、前記発光サイリスタは、前記第1及び第2の幅の位置を含む前記積層構造の側面から前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造を有する単体の発光素子として、画像形成装置以外の電子機器に適用してもよい。このような構成により、積層構造の側面から酸化して酸化狭窄構造を形成する場合において、ゲート電極を有する発光素子であっても、よりキャリアの閉じ込め効果の高い電流狭窄構造が形成しやすくなる。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図8は、第2の実施例のSLEDに用いられる島の構成を例示し、図8(A)は、島の酸化領域の形成を示す平面図、図8(B)は、島の概略平面図、図8(C)は、図8(B)のB−B線断面図である。第2の実施例では、第1の実施例のように島の対向する側面からくびれ部を形成するのではなく、対向する側面の内側に1つもしくは複数の孔部を形成することで、発光部サイリスタが形成される領域とシフト部サイリスタが形成される領域との間に効果的に酸化領域を形成するものである。
図8(B)、(C)に示すように、島Sn+1の発光部サイリスタが形成される領域とシフト部サイリスタが形成される領域間に、少なくとも電流狭窄層30に到達する深さを有するn個の孔部52が形成される。図の例は、n=3の場合であり、1つの孔部52は、矩形状を有している。孔部52は、島n+1を形成するときに同時にエッチングにより形成されてもよいし、島n+1の側面の形成とは別にエッチングにより形成されてもよい。また、孔部52と孔部52の間の距離と、孔部52と側面60、62までの距離は、すべて等しくするのが望ましい。この距離の合計をWとすると、孔部間の距離あるいはメサ側面との距離は、W/(n+1)である。
矩形状の孔部52の幅をe/nとすると、第1の実施例のときと同様に、
L=e+W・・・(1)
L=2d+a・・・(2)
が成り立ち、(1)、(2)式より、
e+W=2d+a・・・(3)
孔部52により残された側面60、62間の領域は、酸化領域によって閉じられなければ電流狭窄効果が低下するから、
2d≧W/(n+1)でなければならない。これと(3)式より、
e+W=2d+a≧W/(n+1)+a
∴ e≧a−nW/(n+1)
ある値以上の発光光量を得るための導電領域30Lの幅aの最小値が存在し、それをaminとすると、
e≧amin−nW/(n+1)・・・(6)
第1の実施例のときと同様に、カソードとゲート間の抵抗をある値以下に抑えるためには、Wの最小値が存在し、そのときのエッチング長の最大値をemaxとすると、
e≦emax・・・(5)
(4)式と比較して、(6)式は、eの最小値を小さくするので、数2に示すように、(5)式と(6)式とを満たすようなeをとることができやすい。
L=e+W・・・(1)
L=2d+a・・・(2)
が成り立ち、(1)、(2)式より、
e+W=2d+a・・・(3)
孔部52により残された側面60、62間の領域は、酸化領域によって閉じられなければ電流狭窄効果が低下するから、
2d≧W/(n+1)でなければならない。これと(3)式より、
e+W=2d+a≧W/(n+1)+a
∴ e≧a−nW/(n+1)
ある値以上の発光光量を得るための導電領域30Lの幅aの最小値が存在し、それをaminとすると、
e≧amin−nW/(n+1)・・・(6)
第1の実施例のときと同様に、カソードとゲート間の抵抗をある値以下に抑えるためには、Wの最小値が存在し、そのときのエッチング長の最大値をemaxとすると、
e≦emax・・・(5)
(4)式と比較して、(6)式は、eの最小値を小さくするので、数2に示すように、(5)式と(6)式とを満たすようなeをとることができやすい。
以上のように、カソード・ゲート間の抵抗値の増加によるしきい電圧の上昇に問題がない程度であれば、第1の実施例のようなくびれ部50を設けるのがよい。くびれ部50の形成では、しきい電圧の上昇に問題がでるようであれば、発光部サイリスタが形成される領域と、ゲート電極34やシフト部サイリスタが形成される領域の間に、側面60、62の内側において孤立した陥没領域となる孔部52を少なくとも1個以上形成することで、カソード-ゲート間抵抗を小さくしたまま、導電領域30Lのアパーチャ径aを大きくとることができ、なおかつ、導電領域30Lの外周が酸化領域30Aによって完全に囲まれている構造を実現しやすくなる。より具体的には、孔部52の側面と島の側面との距離は、酸化長dの2倍以下とすることで、そのような構造が実現される。
図9(A)、(B)は、島Sn+1の対向する側面60、62の内側に形成される陥没領域としての孔部の他の例を示している。図9(A)に示す島には、2つの矩形状の孔部54が形成されている。好ましくは、2つの孔部54は、側面60、62から等距離に形成され、さらに好ましくは、側面からの距離と孔部54間の距離も等しくされる。図9(B)に示す島には、ほぼ中央に1つの矩形状の孔部56が形成されている。好ましくは、孔部56は、島Sn+1の長手方向の中心線に関して線対称となるように、言い換えれば、側面60、62から等間隔となるように形成される。なお、孔部の形状は、長方形などが良いが、他の形状として、多角形、円形、楕円形などであっても良い。さらに孔部(陥没領域)は、等間隔に置くのが良いが、隣り合う陥没領域の間隔が、酸化長dの2倍以下であれば、特に等間隔である必要はない。
なお、発光光量の向上に加え、ゲート抵抗の増加も効果的に抑制するためには、孔部の側面間の距離や、孔部と島の側面間の距離は、好ましくは酸化長dの1倍以上、かつ2倍以下とする。
また、第1の実施例と同様に、発光部サイリスタとシフト部サイリスタの両方でゲート電極34を共有するとともに、シフト部サイリスタを孔部よりもゲート電極34側の島に配置することにより、くびれ部によるゲート抵抗の増加が、シフト部サイリスタの動作になるべく影響を与えないようにしている。
また、第2の実施例においても第1の実施例と同様に、発光部サイリスタとシフト部サイリスタとを有する自己走査型発光素子アレイを例に説明したが、本実施例の発光素子の構造を、自己走査型発光素子アレイ以外の発光素子アレイに適用してもよく、更には、アレイではなく単体の発光素子に適用してもよい。すなわち、電流狭窄層を有するpnpn積層構造と、前記積層構造に形成された発光サイリスタと、前記積層構造内のゲート層に設けられたゲート電極と、を備え、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に形成され、前記ゲート層及び前記電流狭窄層に到達する深さの孔部と、前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面とから、前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造と、を備える単体の発光素子として、画像形成装置以外の電子機器に適用してもよい。このような構成により、積層構造の側面から酸化して酸化狭窄構造を形成する場合において、ゲート電極を有する発光素子であっても、酸化領域が途切れずに連続しやすくなり、かつ、発光サイリスタのゲート抵抗の増加が抑制される。
また、第1の実施例と同様に、電流狭窄層30を挿入する位置は、電流狭窄構造を設けない構成に比べ発光光量が向上し、動作上の不具合がないのであれば、アノード層22とnゲート層24との境界面やアノード層22内以外であってもよい。
なお、第1の実施例及び第2に実施例では、特定の構成について説明したが、以下のように、各種の変形をしてもよい。
すなわち、第1及び第2の実施例では、島の平面形状を矩形状としたが、これは一例であって、他の形状、例えば、円形状、楕円状、台形状、他の多角形状であってもよい。また、第1の実施例において説明したとおり、カソード電極34やシフト部サイリスタが形成される領域の積層構造の形状は特に限定されない。
また、電流狭窄構造は、導電領域30Lの外周が酸化領域30Aによって完全に囲まれている構造が好ましいが、電流狭窄構造を設けない場合に比べ、発光光量が向上する構成であれば、完全に囲まれていなくてもよい。
また、第1及び第2の実施例では、基板として半導体基板を用いて基板の裏面にアノード電極を設ける例を示したが、絶縁基板を用いて、アノード電極とカソード電極の両方を基板に対して光の出射面側に設けてもよい。
また、アノードとカソードの位置を入れ替えてもよい。すなわち、基板側から、カソード層、ゲート電極を有するゲート層、及びアノード電極を有するアノード層の順で積層されたpnpn積層構造に対して、電流狭窄層30を設けてもよい。
また、ゲート電極は、アノード層とカソード層の間の層であれば、p層、n層のいずれに設けてもよい。
また、アノード層、ゲート層、カソード層が順に積層されたpnpn積層構造であれば、各層の間や各層内に他の層が挿入されていてもよい。
また、第1及び第2の実施例では、島の周囲全てに半導体基板20に達する深さの側面を形成したが、シフト部サイリスタが形成される領域に近接した側面は、電流狭窄層30に達しない深さの側面としてもよい。すなわち、電流狭窄層に到達しない深さの第1の側面を有する第1の積層構造と、前記電流狭窄層に到達する深さの第2の側面を有する第2の積層構造と、前記第1の積層構造内に形成されたシフト部サイリスタと、前記第2の積層構造内に形成され、前記第2の側面から前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造を有する発光部サイリスタと、を有する構成とし、前記第1の積層構造と前記第2の積層構造との間の積層構造について、第1または第2の実施例の構成を適用してもよい。
すなわち、第1及び第2の実施例では、島の平面形状を矩形状としたが、これは一例であって、他の形状、例えば、円形状、楕円状、台形状、他の多角形状であってもよい。また、第1の実施例において説明したとおり、カソード電極34やシフト部サイリスタが形成される領域の積層構造の形状は特に限定されない。
また、電流狭窄構造は、導電領域30Lの外周が酸化領域30Aによって完全に囲まれている構造が好ましいが、電流狭窄構造を設けない場合に比べ、発光光量が向上する構成であれば、完全に囲まれていなくてもよい。
また、第1及び第2の実施例では、基板として半導体基板を用いて基板の裏面にアノード電極を設ける例を示したが、絶縁基板を用いて、アノード電極とカソード電極の両方を基板に対して光の出射面側に設けてもよい。
また、アノードとカソードの位置を入れ替えてもよい。すなわち、基板側から、カソード層、ゲート電極を有するゲート層、及びアノード電極を有するアノード層の順で積層されたpnpn積層構造に対して、電流狭窄層30を設けてもよい。
また、ゲート電極は、アノード層とカソード層の間の層であれば、p層、n層のいずれに設けてもよい。
また、アノード層、ゲート層、カソード層が順に積層されたpnpn積層構造であれば、各層の間や各層内に他の層が挿入されていてもよい。
また、第1及び第2の実施例では、島の周囲全てに半導体基板20に達する深さの側面を形成したが、シフト部サイリスタが形成される領域に近接した側面は、電流狭窄層30に達しない深さの側面としてもよい。すなわち、電流狭窄層に到達しない深さの第1の側面を有する第1の積層構造と、前記電流狭窄層に到達する深さの第2の側面を有する第2の積層構造と、前記第1の積層構造内に形成されたシフト部サイリスタと、前記第2の積層構造内に形成され、前記第2の側面から前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造を有する発光部サイリスタと、を有する構成とし、前記第1の積層構造と前記第2の積層構造との間の積層構造について、第1または第2の実施例の構成を適用してもよい。
このような構成により、酸化によるシフト部サイリスタのオン抵抗が酸化によって増加するのが抑制される。また、第1及び第2の実施例では、三端子のサイリスタを一例として示したが、しきい電流またはしきい電圧によって制御されるpnpn構造のスイッチ素子(すなわち、サイリスタ)であれば、四端子など、三端子を超える数の端子を備えたものであってもよい。
以上のような自己走査型発光素子アレイは、例えば、光プリンタの光書込みヘッドに用いられる。図10に、自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの一例を示す。チップ実装基板70上に、発光サイリスタを列状に配置した複数個の発光素子アレイチップ71が、主走査方向に実装され、発光素子アレイチップ71の発光素子が発光する光の光路上には、主走査方向に長尺な正立等倍のロッドレンズアレイ72が、樹脂ハウジング73により固定されている。ロッドレンズアレイ72の光軸上には、感光ドラム74が設けられる。また、チップ実装基板70の下地には発光素子アレイチップ71の熱を放出するためのヒートシンク75が設けられ、ハウジング73とヒートシンク75は、チップ実装基板70を間に挟んで止め金具76により固定されている。
図10に示す光書込みヘッドを用いた光プリンタを図11に示す。光プリンタには、光書込みヘッド100が設置される。円筒形の感光ドラム102の表面に、アモルファスSi等の光導電性を持つ材料(感光体)が作られている。このドラムはプリントの速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器104で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド100で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和し、潜像を形成する。続いて、現像器106で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器108でカセット110中から送られてきた用紙112上に、トナーを転写する。用紙は、定着器114にて熱等を加えられ定着され、スタッカ116に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ118で帯電が全面にわたって中和され、清掃器120で残ったトナーが除去される。このような光書込みヘッドは、プリンタのみならずファクシミリ,複写機などの画像形成装置にも利用することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10:SLED
20:半導体基板
21:DBR
22:アノード層
24:nゲート層
26:pゲート層
28L、28T、28PT:カソード層
30:電流狭窄層
30A:酸化領域
30B、30L、30T:非酸化領域(導電領域)
32L、32T、32PT:カソード電極
34:ゲート電極
40:アノード電極
50:くびれ部
50A、50B:溝部
52、54、56:孔部
60、62:側面
Li:発光部サイリスタ
Ti:シフト部サイリスタ
PTi:寄生サイリスタ
Di:結合ダイオード
20:半導体基板
21:DBR
22:アノード層
24:nゲート層
26:pゲート層
28L、28T、28PT:カソード層
30:電流狭窄層
30A:酸化領域
30B、30L、30T:非酸化領域(導電領域)
32L、32T、32PT:カソード電極
34:ゲート電極
40:アノード電極
50:くびれ部
50A、50B:溝部
52、54、56:孔部
60、62:側面
Li:発光部サイリスタ
Ti:シフト部サイリスタ
PTi:寄生サイリスタ
Di:結合ダイオード
Claims (7)
- 電流狭窄層を有するpnpn積層構造と、
前記積層構造に形成された発光サイリスタと、
前記積層構造内のゲート層に設けられたゲート電極と、を備え、
前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に形成され、前記ゲート層及び前記電流狭窄層に到達する深さの孔部と、
前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面とから、前記電流狭窄層が酸化され形成された電流狭窄構造と、
を備える発光素子。 - 前記積層構造の外周の側面と前記孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項1に記載の発光素子。
- 前記孔部は、前記発光サイリスタと前記ゲート電極との間に複数形成されている、請求項1ないし2いずれか1つに記載の発光素子。
- 前記複数の孔部において、一方の孔部の側面と、当該側面に対向する他方の孔部の側面との距離は、前記電流狭窄層が酸化される距離の2倍以下である、請求項3に記載の発光素子。
- 請求項1ないし4いずれか1つに記載の発光素子を複数含み、
前記複数の発光素子を順次点灯対象として指定するシフト部サイリスタが、前記孔部が設けられている領域よりも前記ゲート電極が設けられている領域側の前記積層構造に設けられ、
前記ゲート電極は、前記発光素子と前記シフト部サイリスタとで共通の電極である、自己走査型発光素子アレイ。 - 請求項5に記載の発光素子アレイを用いた光書込みヘッド。
- 請求項6に記載の光書込みヘッドを備えた画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012274220A JP5327376B2 (ja) | 2012-03-08 | 2012-12-17 | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012051120 | 2012-03-08 | ||
JP2012051120 | 2012-03-08 | ||
JP2012274220A JP5327376B2 (ja) | 2012-03-08 | 2012-12-17 | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013214709A true JP2013214709A (ja) | 2013-10-17 |
JP5327376B2 JP5327376B2 (ja) | 2013-10-30 |
Family
ID=49113280
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012274212A Pending JP2015038913A (ja) | 2012-03-08 | 2012-12-17 | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
JP2012274220A Active JP5327376B2 (ja) | 2012-03-08 | 2012-12-17 | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012274212A Pending JP2015038913A (ja) | 2012-03-08 | 2012-12-17 | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8759859B2 (ja) |
JP (2) | JP2015038913A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6341345B1 (ja) * | 2017-03-07 | 2018-06-13 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光装置、画像形成装置及び光照射装置 |
JP2018107420A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-07-05 | キヤノン株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 |
JP6369613B1 (ja) * | 2017-09-21 | 2018-08-08 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10644198B2 (en) * | 2016-08-29 | 2020-05-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Light-emitting element, light-emitting element array, exposure head, and image formation apparatus |
CN108427248B (zh) * | 2017-02-13 | 2022-04-05 | 富士胶片商业创新有限公司 | 发光部件、发光装置和图像形成装置 |
JP7094694B2 (ja) * | 2017-12-01 | 2022-07-04 | キヤノン株式会社 | 発光素子アレイ及びこれを用いた露光ヘッドと画像形成装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000261029A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体素子 |
JP2000269546A (ja) * | 1999-03-19 | 2000-09-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体素子 |
JP2001237410A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-08-31 | Xerox Corp | オプトエレクトロニック集積回路とその製造方法 |
JP2008177430A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Sony Corp | 発光素子及びその製造方法、並びに、発光素子集合体及びその製造方法 |
JP2011054754A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814841A (en) | 1988-03-18 | 1998-09-29 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Self-scanning light-emitting array |
EP0917212B1 (en) | 1988-03-18 | 2002-12-11 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Self-scanning light-emitting element array |
JP2577034B2 (ja) | 1988-03-18 | 1997-01-29 | 日本板硝子株式会社 | 自己走査形発光素子アレイおよびその駆動方法 |
JP2004063969A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Victor Co Of Japan Ltd | 面発光レーザ |
JP2008283028A (ja) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザの製造方法、モジュール、光源装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置および光空間伝送システム。 |
JP4911774B2 (ja) * | 2007-07-25 | 2012-04-04 | パナソニック株式会社 | 光送受信装置及びそれを用いた光通信システム |
JP5428485B2 (ja) * | 2009-04-22 | 2014-02-26 | 富士ゼロックス株式会社 | 面発光型半導体レーザ素子のバーンイン方法およびそのプログラム |
JP2011040582A (ja) * | 2009-08-11 | 2011-02-24 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
JP2011258864A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Fuji Xerox Co Ltd | サイリスタ型発光素子及びプリントヘッド |
-
2012
- 2012-07-31 US US13/562,673 patent/US8759859B2/en active Active
- 2012-12-17 JP JP2012274212A patent/JP2015038913A/ja active Pending
- 2012-12-17 JP JP2012274220A patent/JP5327376B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000261029A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体素子 |
JP2000269546A (ja) * | 1999-03-19 | 2000-09-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光半導体素子 |
JP2001237410A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-08-31 | Xerox Corp | オプトエレクトロニック集積回路とその製造方法 |
JP2008177430A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Sony Corp | 発光素子及びその製造方法、並びに、発光素子集合体及びその製造方法 |
JP2011054754A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018107420A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-07-05 | キヤノン株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 |
JP7171172B2 (ja) | 2016-08-29 | 2022-11-15 | キヤノン株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 |
JP6341345B1 (ja) * | 2017-03-07 | 2018-06-13 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光装置、画像形成装置及び光照射装置 |
JP2018144477A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光装置、画像形成装置及び光照射装置 |
CN108573982A (zh) * | 2017-03-07 | 2018-09-25 | 富士施乐株式会社 | 发光装置、图像形成装置及光照射装置 |
JP6369613B1 (ja) * | 2017-09-21 | 2018-08-08 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置 |
JP2019057652A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20130234167A1 (en) | 2013-09-12 |
JP2015038913A (ja) | 2015-02-26 |
JP5327376B2 (ja) | 2013-10-30 |
US8759859B2 (en) | 2014-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5853496B2 (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP6123559B2 (ja) | 発光サイリスタ、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置、発光サイリスタおよび自己走査型発光素子アレイの製造方法 | |
JP5327376B2 (ja) | 発光素子、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
US10644198B2 (en) | Light-emitting element, light-emitting element array, exposure head, and image formation apparatus | |
US9059362B2 (en) | Light emitting element, light emitting element array, optical writing head, and image forming apparatus | |
JP5310960B1 (ja) | 発光サイリスタ、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
US8659035B2 (en) | Light-emitting device, light-emitting device array, optical recording head, image forming apparatus, and method of manufacturing light-emitting device | |
JP4825005B2 (ja) | 発光サイリスタ、発光サイリスタを用いた発光装置および画像形成装置 | |
JP5857569B2 (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP7171172B2 (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 | |
JP5257547B2 (ja) | 自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP4068172B2 (ja) | 面発光サイリスタおよび自己走査型発光装置 | |
JP2016152244A (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP2013065593A (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP4140358B2 (ja) | 発光サイリスタ、発光サイリスタの製造方法および発光素子アレイチップ | |
US20110063400A1 (en) | Light-emitting chip, print head and image forming apparatus | |
JP5299554B2 (ja) | 自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP2016163002A (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 | |
JP7242349B2 (ja) | 発光サイリスタ、発光サイリスタアレイ、露光ヘッド、および画像形成装置 | |
US10698334B2 (en) | Light emitting element array having a plurality of light emitting thyristors in island structures, exposing head using the same, and image forming apparatus using the same | |
JP4578195B2 (ja) | 発光装置および画像記録装置 | |
JP2012004452A (ja) | 発光素子アレイ及びプリントヘッド | |
JP4578191B2 (ja) | 発光装置および画像記録装置 | |
JP2013187342A (ja) | 発光素子、発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130708 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5327376 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |