JP2022163640A - 発光装置及び計測装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の発光部を切り替えて発光させる発光装置において、発光部と駆動部との間に発光部を切り替える切替部を設ける場合に比べ、発光部と駆動部との距離を短くできる発光装置などを提供する。【解決手段】発光装置は、複数の発光部と、発光部に電流を供給して発光部を駆動する駆動部と、複数の発光部に対し駆動部とは反対側に設けられ、複数の発光部の発光を切り替える切替部とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、発光装置及び計測装置に関する。
特許文献１には、しきい電圧もしくはしきい電流が外部から光によって制御可能な発光素子多数個を、一次元、二次元、もしくは三次元的に配列し、各発光素子から発生する光の少なくとも一部が、各発光素子近傍の他の発光素子に入射するように構成し、各発光素子に、外部から電圧もしくは電流を印加させるクロックラインを接続した発光素子アレイが記載されている。
特許文献２には、ｐｎｐｎｐｎ６層半導体構造の発光素子を構成し、両端のｐ型第１層とｎ型第６層、および中央のｐ型第３層およびｎ型第４層に電極を設け、ｐｎ層に発光ダイオード機能を担わせ、ｐｎｐｎ４層にサイリスタ機能を担わせた自己走査型発光装置が記載されている。
特許文献３には、基板と基板上にアレイ状に配設された面発光型半導体レーザと基板上に配列され前記面発光型半導体レーザの発光を選択的にオン・オフさせるスイッチ素子としてのサイリスタとを備える自己走査型の光源ヘッドが記載されている。
特開平０１－２３８９６２号公報 特開２００１－３０８３８５号公報 特開２００９－２８６０４８号公報
発光装置から被計測物に光を照射し、被計測物からの反射光を受光することにより被計測物の３次元形状を計測する方法において、被計測物に照射される光パルスの立ち上がり時間が短いことが求められる。これには、発光装置において、発光部と発光のための電流を供給する駆動部との距離を短くし、インダクタンスを小さくすることがよい。
本発明の目的は、複数の発光部を切り替えて発光させる発光装置において、発光部と駆動部との間に発光部を切り替える切替部を設ける場合に比べ、発光部と駆動部との距離を短くできる発光装置などを提供する。
請求項１に記載の発明は、複数の発光部と、前記発光部に電流を供給して当該発光部を駆動する駆動部と、複数の前記発光部に対し前記駆動部とは反対側に設けられ、複数の当該発光部の発光を切り替える切替部と、を備える発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記発光部に電流を供給する発光用電極であって、前記駆動部と前記切替部とが設けられた位置とは、複数の前記発光部に対して異なる位置で、複数の当該発光部の外側にパッド部が設けられている発光用電極を備える請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、複数の発光部と、前記発光部に電流を供給して当該発光部を駆動する駆動部と、複数の前記発光部に対し前記駆動部とは反対側に設けられ、複数の当該発光部の発光を切り替える切替部と、複数の前記発光部に電流を供給する発光用電極と、を有し、複数の前記発光部は、互いに対向する第１の縁及び第２の縁と、当該第１の縁及び当該第２の縁とを接続する、互いに対向する第３の縁及び第４の縁とを備え、前記駆動部、前記切替部及び前記発光用電極は、それぞれ異なる縁側に設けられている発光装置である。
請求項４に記載の発明は、前記駆動部及び前記切替部は、互いに対向する前記第１の縁側と前記第２の縁側に設けられている請求項３に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記発光用電極は、前記第３の縁側と前記第４の縁側との両方にパッド部が設けられている請求項４に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、複数の前記発光部毎に前記切替部とを接続する配線を備え、前記配線は、前記発光部の外側において当該発光部に沿って設けられている請求項１に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、前記切替部は、スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、前記切替部は、前記発光部毎に設けられた前記スイッチング素子のオン状態が順に転送される請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、前記発光部は、発光ダイオードと、当該発光ダイオードに積層され、オン状態になることにより当該発光ダイオードを発光させるサイリスタとを備える請求項１に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記発光ダイオードは、垂直共振器面発光レーザであることを特徴とする請求項９に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置から出射した光が照射された被計測物からの反射光を受光する三次元センサと、を備える計測装置である。
請求項１に記載の発明によれば、発光部と駆動部との間に発光部を切り替える切替部を設ける場合に比べ、発光部と駆動部との距離を短くできる。
請求項２に記載の発明によれば、パッド部が駆動部又は切替部が設けられた位置に設けられる場合に比べ、パッド部への接続が容易にできる。
請求項３に記載の発明によれば、駆動部、切替部及び発光用電極がそれぞれ異なる縁側に設けられていない場合に比べ、発光装置の平面形状が小さくできる。
請求項４に記載の発明によれば、駆動部と切替部とが互いに対向する前記第１の縁側と前記第２の縁側に設けない場合に比べ、複数の発光部と駆動部との距離を短くできる。
請求項５に記載の発明によれば、パッド部が第３の縁側と第４の縁側との両方に設けられていない場合に比べ、発光部２２への電流の供給の偏りが抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、配線を発光部の表面側に設ける場合に比べ、発光部において発光素子を高密度に設けられる。
請求項７に記載の発明によれば、発光装置の外部にスイッチング素子を設けることを要しない。
請求項８に記載の発明によれば、スイッチング素子のオン状態を順に転送させない場合に比べ、発光部を発光させる制御が容易になる。
請求項９に記載の発明によれば、発光ダイオードとサイリスタとを積層しない場合に比べ、発光ダイオードの発光の制御が容易になる。
請求項１０に記載の発明によれば、垂直共振器面発光レーザでない場合に比べ、光出力を高くできる。
請求項１１に記載の発明によれば、三次元形状を計測することができる。
情報処理装置の一例を示す図である。 情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 発光装置の光源が、照射領域に分割照射する状態を説明する斜視図である。 発光装置における光源を説明する図である。 発光装置における光源と駆動部との配置を説明する図である。 本実施の形態が適用される発光装置の等価回路である。 発光装置の動作を説明するタイミングチャートである。 発光部の拡大平面図である。 発光部の断面図である。（ａ）は、図８におけるＩＸＡ－ＩＸＡ線での断面図、（ｂ）は、図８におけるＩＸＢ－ＩＸＢ線での断面図である。 本実施の形態が適用される発光装置の変形例である発光装置を示す図である。 本実施の形態が適用される発光装置の変形例である発光装置を示す図である。 本実施の形態が適用される発光装置の変形例である発光装置を示す等価回路である。 本実施の形態が適用される発光装置の変形例である発光装置を示す等価回路である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
被計測物の三次元形状（以下では、３Ｄ形状と表記する。）を計測する計測装置には、光の飛行時間による、いわゆるＴｏＦ（Time of Flight）法に基づいて、三次元形状を計測する装置がある。ＴｏＦ法では、計測装置が備える発光装置から光が、出射されたタイミングから被計測物で反射して計測装置が備える三次元センサ（以下では、３Ｄセンサと表記する。）で受光されるタイミングまでの時間を計測する。そして、計測された時間から、被計測物の３Ｄ形状を特定する。なお、３Ｄ形状を計測する対象を被計測物と表記する。三次元形状を三次元像と表記することがある。また、三次元形状を計測することを、三次元計測、３Ｄ計測又は３Ｄセンシングと表記することがある。
このような計測装置は、計測された３Ｄ形状から被計測物を認識することに適用される。例えば、携帯型情報処理装置などに搭載され、アクセスしようとするユーザの顔の認識などに利用される。つまり、アクセスしたユーザの顔の３Ｄ形状を取得し、アクセスすることが許可されているか否かを識別し、アクセスが許可されているユーザであると認識された場合にのみ、自装置（携帯型情報処理装置）の使用を許可する。
また、この計測装置は、拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）など、継続的に被計測物の３Ｄ形状を計測する場合にも適用される。この場合、被計測物までの距離は問わない。
このような計測装置は、携帯型情報処理装置以外のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置に適用しうる。
ここでは、情報処理装置は、一例として携帯型情報処理装置であるとして説明し、３Ｄ形状として捉えられた顔を認識することで、ユーザを認証するとして説明する。
（情報処理装置１）
図１は、情報処理装置１の一例を示す図である。前述したように、情報処理装置１は、一例として携帯型情報処理装置である。
情報処理装置１は、ユーザインターフェイス部（以下では、ＵＩ部と表記する。）２と３Ｄ形状を計測する光学装置３とを備える。ＵＩ部２は、例えばユーザに対して情報を表示する表示デバイスとユーザの操作により情報処理に対する指示が入力される入力デバイスとが一体化されている。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイであり、入力デバイスは、例えばタッチパネルである。
光学装置３は、発光装置４と、３Ｄセンサ５とを備える。発光装置４は、被計測物、ここでの例では顔に向けて光を照射する。３Ｄセンサ５は、顔で反射されて戻ってきた光を取得する。ここでは、光の飛行時間による、いわゆるＴｏＦ法に基づいて、３Ｄ形状を計測する。そして、３Ｄ形状から、顔を認識する。前述したように、顔以外を被計測物として、３Ｄ形状を計測してもよい。３Ｄ形状を計測する計測装置は、発光装置４及び３Ｄセンサ５を備える。
情報処理装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むコンピュータである。なお、ＲＯＭには、不揮発性の書き換え可能なメモリ、例えばフラッシュメモリを含む。そして、ＲＯＭに蓄積されたプログラムや定数が、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵがプログラムを実行することによって、情報処理装置１が動作し、各種の情報処理が実行される。
図２は、情報処理装置１の構成を説明するブロック図である。
情報処理装置１は、上記した光学装置３と、計測制御部８と、システム制御部９とを備える。計測制御部８は、光学装置３を制御して３Ｄ形状を計測する。計測制御部８は、３Ｄ形状特定部８Ａを含む。システム制御部９は、情報処理装置１全体をシステムとして制御する。そして、システム制御部９は、認識処理部９Ａを含む。そして、システム制御部９には、ＵＩ部２、スピーカ９Ｂ、二次元カメラ（図２では、２Ｄカメラと表記する。）９Ｃなどが接続されている。
計測制御部８が備える３Ｄ形状特定部８Ａは、被計測物からの反射光から３Ｄ形状を計測し、被計測物の３Ｄ形状を特定する。システム制御部９が備える認識処理部９Ａは、３Ｄ形状特定部８Ａによって特定された３Ｄ形状から、被計測物、ここでの例では顔を認識する。そして、認識された顔から、アクセスすることが許可されているユーザか否かを識別する。
光学装置３が備える発光装置４は、配線基板１０と、光源２０と、光拡散部材３０と、駆動部５０とを備える。光源２０及び駆動部５０は、配線基板１０上に配置されている。そして、光源２０と駆動部５０とは、配線基板１０に設けられた配線で接続されている。駆動部５０は、光源２０に発光のための電流を供給する。光拡散部材３０は、光源２０が出射する光の経路に挿入され、光源２０が出射する光を照射したい方向に照射させる。例えば、光拡散部材３０は、配線基板１０上に設けられた保持部４０により保持され、光源２０を覆う。なお、配線基板１０には、光源２０及び駆動部５０を動作させるために、抵抗素子や容量素子を備えてもよい。また、光源２０は、配線基板１０より熱伝導率が高い放熱基材上に設けられてもよい。放熱基材としては、配線基板１０に用いられるＦＲ－４と呼ばれる絶縁層の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度に比べて、熱伝導率が２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋであるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、熱伝導率が８５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、又は熱伝導率が１５０～２５０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられる。なお、配線基板１０に配線が設けられているとしたが、配線基板１０は、配線が設けられていない基板であってもよい。光源２０と駆動部５０とが接続されていればよく、基板は、光源２０、駆動部５０などを保持するものであればよい。
図３は、発光装置４の光源２０が、照射領域１００に分割照射する状態を説明する斜視図である。図３では、発光装置４の光源２０を示している。図３において、光源２０の部分において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向とし、照射領域１００に向かう方向をｚ方向とする。
光源２０は、一例として１２個の発光部２２を備える。１２個の発光部２２をまとめて光出射部２１とする。１２個の発光部２２は、ｘ方向に４個、ｙ方向に３個がマトリックス状に配列されている。発光部２２は、それぞれが個別に発光してもよく、複数が同時に発光してもよい。さらに、これらの発光部２２は、全てが同時に発光してもよい。
照射領域１００は、被計測物の３Ｄ形状を計測するために、光源２０が出射する光が照射される範囲である。ここでは、各発光部２２は、照射する範囲が異なっている。つまり、光源２０は、照射領域１００を分割照射する。発光部２２が出射する光は、光拡散部材３０（図２参照）を透過することにより、光の照射される方向及び／又は光の広がりが設定される。なお、光拡散部材３０の代わりに、入射する光の方向を異なる方向に変化させて出射する回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）などの光学部材や、集光レンズ、マイクロレンズ、保護カバーなどの透明部材であってもよい。
図４は、発光装置４における光源２０を説明する図である。図４におけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図３と同様である。
光源２０は、複数の発光部２２が配列された光出射部２１と、発光する発光部２２を切り替える切替部２３と、発光部２２と切替部２３とを接続する配線２５とを備える。
光出射部２１は、前述したように、ｘ方向に４個、ｙ方向に３個にマトリクス状に配列された１２個の発光部２２を備える。ここでは、各発光部２２を区別するために、発光部２２－１～２２－１２と表記する。なお、発光部２２に記した〇印は、発光素子の一例である発光ダイオードＬＥＤである。つまり、各発光部２２は、複数の発光ダイオードＬＥＤを備えている。なお、各発光部２２は、同じ数の発光素子を備えてもよいし、異なる数の発光素子を備えてもよい。発光部２２の備える発光素子は、１個でもよい。
発光部２２上（ｚ方向側）には、発光用電極７２が全ての発光部２２に共通に設けられている。そして、発光用電極７２の±ｙ方向側は、発光の電流を供給するための配線が接続されるパッド部７２Ａ、７２Ｂとなっている。なお、発光用電極７２は、下側の発光部２２が見えるように枠のみを示している。
切替部２３は、各発光部２２－１～２２－１２のそれぞれに切替信号φｆ１～φｆ１２を供給する信号端子２４－１～２４－１２を備える。なお、切替信号φｆ１～φｆ１２を区別しない場合には、切替信号φｆと表記し、信号端子２４－１～２４－１２を区別しない場合には、信号端子２４と表記する。切替部２３は、発光部２２を複数含む光出射部２１のｘ方向側にまとめて配置されている。切替部２３は、信号端子２４をｙ方向側で１列に配置してもよい。そのようにすると、ｘ方向の長さが１列にしない場合より短くなる。
光出射部２１の発光部２２と切替部２３の信号端子２４とは、配線２５で接続され、信号端子２４から切替信号φｆが供給される。つまり、発光部２２－１と信号端子２４－１とは、配線２５－１で接続され、切替信号φｆ１が供給される。発光部２２－２と信号端子２４－２とは、配線２５－２で接続され、信号端子２４－２から切替信号φｆ２が供給される。なお、図４では、配線２５－１、２５－２を表記し、他の配線２５－３～２５－１２の表記を省略している。
配線２５は、発光部２２の外側において、発光部２２に沿って設けられている。これにより、発光部２２の内部、つまり表面に配線を設ける場合に比べて、発光ダイオードＬＥＤを高密度に設けられる。また、図４では、光出射部２１と切替部２３とを含む領域は、ｘ方向の長さがｙ方向の長さに比べて長くなっている。
図５は、発光装置４における光源２０と駆動部５０との配置を説明する図である。図５におけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図４と同様である。
ここで、複数の発光部２２を含む光出射部２１の－ｘ方向側を縁２１ａ、＋ｘ方向側を縁２１ｂ、＋ｙ方向側を縁２１ｃ、－ｙ方向側を縁２１ｄと表記する。縁２１ａと縁２１ｂとが互いに対向し、縁２１ｃと縁２１ｄとは、縁２１ａと縁２１ｂとを接続して互いに対向している。つまり、光出射部２１の複数の発光部２２は、縁２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにより囲まれている。そして、縁２１ａが長さＤ１、縁２１ｃが長さＤ２である。ここでは、長さＤ１が長さＤ２より短く設定されている（Ｄ１＜Ｄ２）。ここで、縁２１ａが第１の縁、縁２１ｂが第２の縁、縁２１ｃが第３の縁、縁２１ｄが第４の縁の一例である。
図５に示すように、切替部２３は、駆動部５０の反対側の位置に配置されている。つまり、駆動部５０は、光出射部２１の発光部２２側に隣接して設けられている。つまり、駆動部５０は、光出射部２１の縁２１ａ側に設けられ、切替部２３は、光出射部２１の縁２１ｂ側に設けられている。つまり、駆動部５０と切替部２３とは、互いに対向する縁側に設けられている。これにより、駆動部５０と発光部２２との間の距離が、切替部２３が駆動部５０と発光部２２との間の位置に設けられる場合に比べ短くなる。これにより、発光装置４において、駆動部５０と光源２０における発光部２２との間のインダクタンスが小さくなり、光パルスの立ち上がり時間が短くなる。また、３Ｄセンサ５は図１に示す位置に配置されているので、３Ｄセンサ５は、切替部２３側に設けられている。つまり、駆動部５０、発光部２２、切替部２３、３Ｄセンサ５の順で並んでいる。
また、発光用電極７２は、パッド部７２Ａが、発光部２２を含む光出射部２１の縁２１ｃ側に設けられ、パッド部７２Ｂが光出射部２１の縁２１ｄ側に設けられている。つまり、パッド部７２Ａ、７２Ｂは、駆動部５０と切替部２３とが設けられた位置とは、光出射部２１に対して異なる位置で、光出射部２１の外側に設けられている。パッド部７２Ａ、７２Ｂを切替部２３又は駆動部５０が設けられた位置に設けると、パッド部７２Ａ、７２Ｂへの接続が、切替部２３又は駆動部５０によって妨げられるおそれがある。つまり、パッド部７２Ａ、７２Ｂを切替部２３又は駆動部５０が設けられた位置に設ける場合に比べ、パッド部７２Ａ、７２Ｂへの接続が容易にできる。そして、パッド部７２Ａ、７２Ｂは、縁２１ｃと縁２１ｄの両方に設けられている。よって、電流は発光用電極７２の両側から電流が供給される。これにより、パッド部を縁２１ｃ及び縁２１ｄのいずれか一方に設ける場合に比べ、発光部２２への電流の供給の偏りが抑制される。
つまり、駆動部５０、切替部２３、発光用電極７２は、光出射部２１のそれぞれ異なる縁側に設けられている。これにより、発光装置４の平面形状が小さくできる。
図６は、本実施の形態が適用される発光装置４の等価回路である。図６では、発光装置４における光源２０と駆動部５０とを示している。なお、図６では、発光装置４を制御する計測制御部８を合わせて示している。
前述したように、光源２０は、光出射部２１と、光出射部２１における複数の発光部２２を切り替える切替部２３を備える。図６では、３個の発光部２２（発光部２２－１、２２－２、２２－３と表記する。）を示している。発光部２２－１に記載するように、各発光部２２は、複数の発光ダイオードＬＥＤを備える。そして、各発光部２２は、複数の発光ダイオードＬＥＤに共通に接続された駆動サイリスタＳを備える。
発光ダイオードＬＥＤは、例えば垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。以下では、発光ダイオードＬＥＤが垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬであるとして説明する。垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、基板上に積層された下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡との間に発光領域となる発光層を設け、表面に対して垂直方向にレーザ光を出射させる面発光レーザ素子である。ここでの垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、λ共振器構造を有している。なお、発光素子は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ以外のレーザダイオードなど、他の発光デバイスであってもよい。以下では、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬをＶＣＳＥＬと表記することがある。
駆動部５０は、駆動素子の一例としてのＭＯＳトランジスタ５１と、信号発生回路５２とを備える。なお、駆動素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などであってもよい。
複数の発光ダイオードＬＥＤと駆動サイリスタＳとは、直列接続されている。つまり、複数の発光ダイオードＬＥＤは、並列接続され、発光ダイオードＬＥＤのアノード（［Ａ］）が駆動サイリスタＳのカソード（［Ｋ］）に接続されている。同様に、発光ダイオードＬＥＤのカソード（［Ｋ］）は、並列接続され、駆動部５０におけるＭＯＳトランジスタ５１のドレイン（［Ｄ］）に接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ５１のソース（［Ｓ］）は、基準電位ＧＮＤ（０Ｖ）を供給する基準電位配線７１に接続されている。
駆動サイリスタＳのアノード（［Ａ］）は、電源電位ＶＬＤが供給される発光用電極７２に接続されている。そして、駆動サイリスタＳのゲート（［Ｇ］）は、切替部２３の信号端子２４に接続されている。つまり、発光部２２－１では、駆動サイリスタＳのゲート（［Ｇ］）は、信号端子２４－１に接続され、切替信号φｆ１が供給される。他の発光部２２においても同様である。
駆動部５０における信号発生回路５２は、ＭＯＳトランジスタ５１のゲート（［Ｇ］）に、ＭＯＳトランジスタ５１をオン状態にするＯｎ信号（Ｏｎ）と、オフ状態にするＯｆｆ信号（Ｏｆｆ）とを供給する。
上記の発光装置４の駆動方法は、いわゆるローサイド駆動である。発光ダイオードＬＥＤをより高速に駆動させたい場合は、ローサイド駆動するのがよい。ローサイド駆動とは、発光ダイオードＬＥＤなどの駆動対象に対して、電流経路の下流側にＭＯＳトランジスタ５１等の駆動素子を位置させた構成を言う。
以下において、発光装置４の動作を説明する。
（駆動サイリスタＳ）
駆動サイリスタＳは、アノード（［Ａ］）、カソード（［Ｋ］）、ゲート（［Ｇ］）の３端子を有する半導体素子である。駆動サイリスタＳは、後述するように、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓなどによるｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８が積層されて構成されている。つまり、駆動サイリスタＳは、ｎｐｎｐ構造を有している。一例として、ｐ型の半導体層（ｐゲート層８６、ｐアノード層８８）とｎ型の半導体層（ｎカソード層８５、ｎゲート層８７）とのｐｎ接合の順方向電圧（拡散電位）Ｖｄを１．５Ｖとして説明する。
駆動サイリスタＳは、ｎゲート層８７にゲート（［Ｇ］）が設けられている。まず、駆動サイリスタＳのアノード（［Ａ］）とカソード（［Ｋ］）との間に電圧が印加されているが、電流が流れていないオフ状態であるとする。アノード（［Ａ］）であるｐアノード層８８と、ゲート（［Ｇ］）であるｎゲート層８７との間が順バイアスになると、駆動サイリスタＳは、電流が流れるオン状態に移行する。つまり、図６において、ゲート（［Ｇ］）がアノード（［Ａ］）の電位より順方向電圧Ｖｄ超低い電圧になると、駆動サイリスタＳは、オフ状態からオン状態へ移行する。そして、アノード（［Ａ］）とカソード（［Ｋ］）との間は、順方向電圧Ｖｄになる。例えば、アノード（［Ａ］）が５Ｖであれば、ゲート（［Ｇ］）が３．５Ｖ未満になると、駆動サイリスタＳは、オフ状態からオン状態へ移行する。また、アノード（［Ａ］）が１０Ｖであれば、ゲート（［Ｇ］）が８．５Ｖ未満になると、駆動サイリスタＳは、オフ状態からオン状態へ移行する。
なお、ゲート（［Ｇ］）は、信号端子２４に接続され、信号端子２４には、切替信号φｆが供給される。つまり、駆動サイリスタＳのオフ状態からオン状態への移行は、切替信号φｆによって制御される。
（発光ダイオードＬＥＤ）
発光ダイオードＬＥＤは、アノード（［Ａ］）とカソード（［Ｋ］）との２端子を有する半導体素子である。よって、発光ダイオードＬＥＤは、アノード（［Ａ］）とカソード（［Ｋ］）との間に順方向電圧Ｖｄより大きい電圧が印加され、発光が可能な電流が流れると発光する。
（発光部２２の動作）
図６に示すように、発光部２２は、駆動サイリスタＳと発光ダイオードＬＥＤとが直列接続されている。そして、駆動サイリスタＳのアノード（［Ａ］）が接続される発光用電極７２には、電源電位ＶＬＤが印加されている。発光ダイオードＬＥＤのカソード（［Ｋ］）は、駆動部５０のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン（［Ｄ］）に接続されている。駆動部５０のＭＯＳトランジスタ５１のソース（［Ｓ］）は、基準電位ＧＮＤ（０Ｖ）が供給されている。なお、基準電位ＧＮＤは、接地電位である。
ここで、信号発生回路５２からＭＯＳトランジスタ５１のゲート（［Ｇ］）にＯｎ信号が入力されて、ＭＯＳトランジスタ５１がオン状態になるとする。すると、発光部２２の発光ダイオードＬＥＤのカソード（［Ｋ］）は、０Ｖになる。よって、発光部２２には、電源電位ＶＬＤが印加される。
電源電位ＶＬＤが５Ｖであるとする。そして、切替信号φｆが５Ｖであって、駆動サイリスタＳがオフ状態にあるとする。ここで、切替信号φｆが駆動サイリスタＳのアノード（［Ａ］）の電源電位ＶＬＤより順方向電圧Ｖｄ超低い、３．５Ｖ未満に移行する。すると、駆動サイリスタＳがオフ状態からオン状態に移行する。そして、駆動サイリスタＳから発光ダイオードＬＥＤに電流が流れる。駆動サイリスタＳのカソード（［Ｋ］）が３．５Ｖになる。よって、発光ダイオードＬＥＤのアノード（［Ａ］）－カソード（［Ｋ］）間が順方向電圧Ｖｄ以上となって、発光ダイオードＬＥＤが発光する。
また、電源電位ＶＬＤが１０Ｖであるとする。そして、切替信号φｆが１０Ｖであって、駆動サイリスタＳがオフ状態にあるとする。ここで、切替信号φｆが駆動サイリスタＳのアノード（［Ａ］）の電位である電源電位ＶＬＤより順方向電圧Ｖｄ超低い、８．５Ｖ未満に移行する。すると、駆動サイリスタＳは、オフ状態からオン状態に移行する。そして、駆動サイリスタＳから発光ダイオードＬＥＤに電流が流れる。駆動サイリスタＳのカソード（［Ｋ］）が、８．５Ｖになる。よって、発光ダイオードＬＥＤのアノード（［Ａ］）－カソード（［Ｋ］）間が順方向電圧Ｖｄ以上となって、発光ダイオードＬＥＤが発光する。
以上説明したように、オフ状態の駆動サイリスタＳは、ゲート（［Ｇ］）に印加される電圧、つまり切替信号φｆが、電源電位ＶＬＤより順方向電圧Ｖｄを引いた値以上であれば、オフ状態を維持する。そして、切替信号φｆが、電源電位ＶＬＤより順方向電圧Ｖｄを引いた値未満になると、オフ状態からオン状態に移行する。
そして、信号発生回路５２からＭＯＳトランジスタ５１のゲート（［Ｇ］）にＯｆｆ信号が入力されると、ＭＯＳトランジスタ５１が、オン状態からオン状態に移行する。すると、発光部２２に電流が流れなくなり、発光ダイオードＬＥＤがオン状態からオフ状態に移行する。なお、オン状態の駆動サイリスタＳは、ゲート（［Ｇ］）を電源電位ＶＬＤより順方向電圧Ｖｄを引いた値以上にしても、オフ状態に移行しない。
（発光装置４のタイミングチャート）
図７は、発光装置４の動作を説明するタイミングチャートである。横軸は、時刻ａ～ｅの順で時間ｔが経過するとする。上から、電源電位ＶＬＤ、切替信号φｆ１～φｆ８、切替信号φｆ９～φｆ１２、駆動部５０の信号発生回路５２の信号、発光部２２－１～２２－８の状態、及び発光部２２－９～２２－１２の状態を示す。切替信号φｆ１～φｆ１２は、ＨレベルとＬレベルとで切り替えられる信号である。なお、Ｈレベルとは、電源電位ＶＬＤから順方向電圧Ｖｄを引いた値以上であり、Ｌレベルとは、電源電位ＶＬＤから順方向電圧Ｖｄを引いた値未満である。ここでは、一例として、切替信号φｆ１～φｆ８は、同じ電位に維持され、切替信号φｆ９～φｆ１２は、同時に切り替えられるとする。なお、切替信号φｆ１～φｆ１２は、個別に切り替えられてもよく、上記のように複数が同時に切り替えられてもよい。また、切替信号φｆ１～φｆ１２は、全部が同時に切り替えられてもよい。
時刻ａにおいて、発光部２２－１～２２－１２は、オフ状態である。そして、切替信号φｆ１～φｆ１２は、Ｈレベルである。駆動部５０の信号発生回路５２は、Ｏｆｆ信号をＭＯＳトランジスタ５１に供給している。よって、全ての駆動サイリスタＳはオフ状態にあり、全ての発光ダイオードＬＥＤは、非発光状態にある。
時刻ｂにおいて、切替信号φｆ９～φｆ１２が、ＨレベルからＬレベルに移行する。すると、発光部２２－９～２２－１２の駆動サイリスタＳは、ゲート（［Ｇ］）がＬレベルになって、オフ状態からオン状態に移行可能な状態になる。しかし、駆動部５０のＭＯＳトランジスタ５１はオフ状態であるので、駆動サイリスタＳはオン状態に移行できない。
時刻ｃにおいて、駆動部５０の信号発生回路５２が、Ｏｎ信号をＭＯＳトランジスタ５１に供給する。すると、発光部２２－９～２２－１２の駆動サイリスタＳと発光ダイオードＬＥＤの直列接続に、電源電位ＶＬＤが印加される。よって、駆動サイリスタＳがオフ状態からオン状態に移行し、発光ダイオードＬＥＤが発光を開始（点灯）する。
時刻ｄにおいて、切替信号φｆ９～φｆ１２が、ＬレベルからＨレベルに移行する。しかし、発光部２２－９～２２－１２の駆動サイリスタＳは、オフ状態に移行せず、発光ダイオードＬＥＤは発光を継続する。
時刻ｅにおいて、駆動部５０の信号発生回路５２が、Ｏｆｆ信号をＭＯＳトランジスタ５１に供給する。すると、発光部２２－９～２２－１２の駆動サイリスタＳと発光ダイオードＬＥＤの直列接続に電流が流れなくなり、発光ダイオードＬＥＤが発光を停止（消灯）する。
以上説明したように、発光装置４が制御される。なお、時刻ｂの切替信号φｆ９～φｆ１２をＨレベルからＬレベルに移行させるタイミングと、時刻ｃの駆動部５０における信号発生回路５２がＯｎ信号をＭＯＳトランジスタ５１に供給するタイミングとを入れ替えてもよい。この場合、発光ダイオードＬＥＤは、切替信号φｆ９～φｆ１２をＨレベルからＬレベルに移行させるタイミングにおいて、発光を開始する。また、時刻ｄの切替信号φｆ９～φｆ１２をＬレベルからＨレベルに移行させるタイミングと、時刻ｅの駆動部５０における信号発生回路５２がＯｆｆ信号をＭＯＳトランジスタ５１に供給するタイミングとを入れ替えてもよい。
（発光部２２の構造）
光源２０は、光を出射しうる半導体材料で構成される。例えば、光源２０は、ＧａＡｓ系の化合物半導体で構成される。そして、後述する断面図（後述する図８参照）に示すように、ｎ型のＧａＡｓの基板８０上に、ＧａＡｓ系の化合物半導体層が複数積層された半導体層積層体にて構成される。そして、光源２０は、半導体層積層体が複数の島状に分離されることで構成される。なお、島状に残された領域は、アイランドと呼ばれる。半導体層積層体を島状にエッチングして、素子を分離することは、メサエッチングと呼ばれる。
各発光部２２は、互いに分離されたアイランド３０１に構成されている。なお、発光部２２－１、２２－２、…に対応するアイランド３０１をアイランド３０１－１、３０１－２、…と表記する。
図８は、発光部２２の拡大平面図である。図８は、図４に示した光源２０における発光部２２－１２（アイランド３０１－１２）の一部分を拡大した図である。以下では、発光部２２－１２を、発光部２２と表記し、アイランド３０１－１２をアイランド３０１と表記して説明する。ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、図４と同様である。
図８は、複数の発光ダイオードＬＥＤを示している。ここでは、４個の発光ダイオードＬＥＤ１～ＬＥＤ４に符号を付している。まず、紙面の右下に位置する発光ダイオードＬＥＤ１に着目して、発光部２２の平面構造を説明する。なお、発光ダイオードＬＥＤ１を区別しないで、発光ダイオードＬＥＤと表記して説明する。以下同様である。
発光ダイオードＬＥＤにおいて、中央部の円形の部分は、発光ダイオードＬＥＤの光出射口３４１である。駆動サイリスタＳのｐアノード層８８の領域３１１（後述する図９参照）が光出射口３４１を取り巻いて設けられている。そして、領域３１１上には、ｐオーミック電極３２１が設けられている。さらに、その外側に、６個の穴（トレンチ）３４２と、６個のゲート電極３３１が設けられている。ゲート電極３３１は、後述するｎゲート層８７上に設けられている。なお、一部のゲート電極３３１は、隣接する発光ダイオードＬＥＤのゲート電極３３１と繋がっている。
そして、ｎゲート層８７は、切替部２３側に引き出され、その端部に信号端子２４に接続されるゲート電極３３２が設けられている。ゲート電極３３２は、切替部２３の信号端子２４－１２に接続されている（図４参照）。なお、切替部２３側に引き出されたｎゲート層８７の部分は、配線２５（ここでは、配線２５－１２に相当）となっている。
そして、光出射口３４１を除いて、発光部２２を覆って発光用電極７２が設けられている。発光用電極７２は、絶縁層８９（後述する図９（ａ）、（ｂ）参照）に設けられたスルーホールを介して、領域３１１上に設けられたｐオーミック電極３２１と接続されている。なお、図８では、発光用電極７２を破線で示している。
図９は、発光部２２の断面図である。図９（ａ）は、図８におけるＩＸＡ－ＩＸＡ線での断面図、図９（ｂ）は、図８におけるＩＸＢ－ＩＸＢ線での断面図である。図９（ａ）は、ゲート電極３３１を挟んで隣接する２個の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の部分の断面図である。図９（ｂ）は、穴３４２を挟んで隣接する２個の発光ダイオードＬＥＤ３、ＬＥＤ４の部分の断面図である。
図９（ａ）に示すように、発光部２２は、ｎ型のＧａＡｓの基板８０上に、発光ダイオードＬＥＤを構成するｎ型のカソード層（以下では、ｎカソード層と表記する。以下同様である。）８１、発光層８２、ｐ型のアノード層（ｐアノード層）８３が積層されている。つまり、発光ダイオードＬＥＤは、積層されたｎカソード層８１をカソード、発光層８２を発光層、ｐアノード層８３をアノードとして構成される。
次に、ｐアノード層８３上にトンネル接合層８４が積層されている。
そして、トンネル接合層８４上に、駆動サイリスタＳを構成するｎ型のカソード層（ｎカソード層）８５、ｐ型のゲート層（ｐゲート層）８６、ｎ型のゲート層（ｎゲート層）８７、ｐ型のアノード層（ｐアノード層）８８が積層されている。つまり、駆動サイリスタＳは、積層されたｎカソード層８５をカソード、ｐゲート層８６をｐゲート、ｎゲート層８７をｎゲート、ｐアノード層８８をアノードとして構成される。
発光ダイオードＬＥＤは、上側に積層された駆動サイリスタＳのｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５及びトンネル接合層８４をエッチングにより除去して、ｐアノード層８３が露出されて構成されている。つまり、露出したｐアノード層８３から光が出射する。露出したｐアノード層８３が光出射口３４１である。
駆動サイリスタＳは、発光ダイオードＬＥＤの光出射口３４１の周囲に残るｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８により構成されている。そして、駆動サイリスタＳの基板８０側には、トンネル接合層８４、発光ダイオードＬＥＤを構成するｐアノード層８３、発光層８２及びｎカソード層８１が存在する。つまり、発光ダイオードＬＥＤと駆動サイリスタＳとは、トンネル接合層８４を介して積層され、直列接続されている。
トンネル接合層８４は、発光ダイオードＬＥＤのｐアノード層８３と駆動サイリスタＳのｎカソード層８５との間に設けられている。つまり、トンネル接合層８４を設けないと、発光ダイオードＬＥＤのｐアノード層８３と駆動サイリスタＳのｎカソード層８５とが逆バイアス状態になるため、駆動サイリスタＳのｎカソード層８５から発光ダイオードＬＥＤのｐアノード層８３へは、電流が流れにくい。トンネル接合層８４は、発光ダイオードＬＥＤのｐアノード層８３側のｐ型の不純物を高濃度に添加したｐ＋＋層と、駆動サイリスタＳのｎカソード層８５側のｎ型の不純物を高濃度に添加したｎ＋＋層との接合である。トンネル接合層８４では、空乏領域の幅が狭いため、逆バイアス状態において、ｎ＋＋層側の伝導帯（コンダクションバンド）からｐ＋＋層側の価電子帯（バレンスバンド）に電子がトンネルする。よって、駆動サイリスタＳのｎカソード層８５から発光ダイオードＬＥＤのｐアノード層８３に電流が流れやすくなる。
そして、ｐアノード層８８上にｐアノード層８８にオーミック接触するｐオーミック電極３２１が形成されている。ｐオーミック電極３２１は、絶縁層８９に形成されたスルーホールを介して、発光用電極７２に接続されている。
さらに、ｐアノード層８８の一部がエッチングで除去されて露出したｎゲート層８７にｎゲート層８７にオーミック接触するゲート電極３３１が形成されている。ゲート電極３３１は、露出したｎゲート層８７の抵抗を低減する。
なお、発光用電極７２とゲート電極３３１とは、絶縁層８９を介して絶縁されている。
図９（ａ）に示すように、ゲート電極３３１を挟んで隣接する発光ダイオードＬＥＤ１の光出射口３４１と発光ダイオードＬＥＤ２の光出射口３４１との間において、発光ダイオードＬＥＤと駆動サイリスタＳとを構成するｎカソード層８１、発光層８２、ｐアノード層８３、トンネル接合層８４、ｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８が連続している。
図９（ｂ）に示すように、発光ダイオードＬＥＤ３の光出射口３４１と発光ダイオードＬＥＤ４の光出射口３４１とは、穴３４２を挟んで隣接する。穴３４２は、ｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５、トンネル接合層８４、ｐアノード層８３、発光層８２及びｎカソード層８１を除去して設けられている。そして、この穴３４２を介して、ｐアノード層８３に含まれる電流狭窄層を酸化することにより、穴３４２に近い部分を電流が流れにくい電流阻止部βとする。一方、穴３４２から遠い部分は、酸化されないで残る。つまり、酸化されなかった部分は、電流が流れる電流通過部αとなる。穴３４２は、光出射口３４１の周囲において、光出射口３４１を取り巻く位置に複数設けられている。よって、電流通過部αは、円形に近く形成される。この電流通過部αに対応して光出射口３４１が設けられる。このことから、発光部２２における複数の発光ダイオードＬＥＤに対してｎカソード層８１、ｐアノード層８３及び発光層８２が連続して設けられていても、各発光ダイオードＬＥＤは、光出射口３４１の部分で発光する。
一方、図９（ａ）に示したように、駆動サイリスタＳを構成するｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８は、発光ダイオードＬＥＤ間において連続している。よって、駆動サイリスタＳは、発光部２２毎に動作する。つまり、図６に示したように、発光部２２において、複数の発光ダイオードＬＥＤに対して、１個の駆動サイリスタＳが設けられていることになる。
発光部２２間、つまりアイランド３０１間は、図８（ａ）、（ｂ）の右端部と同様に、ｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５、トンネル接合層８４、ｐアノード層８３、発光層８２及びｎカソード層８１が除去されている。つまり、発光部２２を構成するｐアノード層８３、発光層８２及びｎカソード層８１及び駆動サイリスタＳを構成するｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５が、アイランド３０１間で不連続になっている。よって、各発光部２２は、個別に発光が制御される。
（半導体層積層体の構成）
基板８０上に積層されたｎカソード層８１、発光層８２、ｐアノード層８３、トンネル接合層８４、ｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８が半導体層積層体である。ｎカソード層８１、発光層８２及びｐアノード層８３が発光ダイオードＬＥＤを構成する半導体層、ｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７及びｐアノード層８８が駆動サイリスタＳを構成する半導体層である。
以下、順に説明する。
＜基板８０＞
基板８０は、ｎ型のＧａＡｓを例として説明するが、ｐ型のＧａＡｓ、不純物を添加していないイントリンシック（ｉ）のＧａＡｓでもよい。また、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、その他ＩＩＩ－Ｖ族、ＩＩ－ＶＩ材料からなる半導体基板、サファイア、Ｓｉ、Ｇｅなどでもよい。基板を変更した場合、基板上にモノリシックに積層される材料は、基板の格子定数に略整合（歪構造、歪緩和層、メタモルフィック成長を含む）する材料を用いる。一例として、ＩｎＡｓ基板上には、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂなどを使用し、ＩｎＰ基板上にはＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどを使用し、ＧａＮ基板上又はサファイア基板上には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮを使用し、Ｓｉ基板上にはＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＰなどを使用する。ただし、基板８０が電気絶縁性である場合には、ｎカソード層８１に電位を供給する電極を別途設けることが必要となる。また、基板８０を除く半導体層積層体を他の支持基板に張り付け、他の支持基板上に半導体層積層体を設ける場合は、支持基板と格子定数が整合している必要はない。
＜発光ダイオードＬＥＤを構成する半導体層＞
ここでは、発光ダイオードＬＥＤは、ＶＣＳＥＬであるとして説明する。
ｎカソード層８１は、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。発光層８２は、上部スペーサ層及び下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域として構成されている。そして、ｐアノード層８３は、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねた上部分布ブラック型反射鏡として構成されている。以下では、分布ブラック型反射鏡をＤＢＲと表記する。ＶＣＳＥＬの１個の光出力は、４ｍＷ～８ｍＷと、他のレーザダイオードに比べて高い。
ｎカソード層８１を構成するｎ型の下部ＤＢＲは、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層体として構成されている。下部ＤＢＲの各層は、厚さがλ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、交互に４０周期積層されている。キャリアとして、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）がドーピングされている。キャリア濃度は、例えば、３×１０１８ｃｍ－３である。
発光層８２を構成する下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープのＩｎＧａＡｓ量子井戸層及びアンドープのＧａＡｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層である。
ｐアノード層８３を構成するｐ型の上部ＤＢＲは、ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層体として構成されている。上部ＤＢＲの各層は、厚さがλ／４ｎｒであり、交互に２９周期積層してある。キャリアとして、ｐ型不純物であるカーボン（Ｃ）がドーピングされている。キャリア濃度は、例えば、３×１０１８ｃｍ－３である。上部ＤＢＲ２０８の最下層又はその内部に、ｐ型のＡｌＡｓの電流狭窄層が設けられている。
ｐ型のＡｌＡｓは、ＡｌＧａＡｓよりも酸化速度が速く、酸化領域は、穴３４２の側面から内部に向けて酸化される。Ａｌが酸化されてＡｌ２Ｏ３が形成されることにより、電気抵抗が高くなって、電流阻止部βが形成される。なお、電流狭窄層としては、ＡｌＡｓの代わりにＡｌの不純物濃度が高いｐ型のＡｌＧａＡｓＧａＡｓなどＡｌが酸化されてＡｌ２Ｏ３が形成されるものであればよい。電流阻止部βは、ＡｌＧａＡｓなどの半導体層に水素イオン（Ｈ＋）を打ち込むことで形成してもよい（Ｈ＋イオン打ち込み）。
＜トンネル接合層８４＞
トンネル接合層８４は、ｐ型の不純物を高濃度に添加したｐ＋＋層とｎ型の不純物を高濃度に添加したｎ＋＋層との接合である。ｎ＋＋層及びｐ＋＋層は、例えば不純物濃度１×１０２０／ｃｍ３と高濃度である。なお、通常の接合の不純物濃度は、１０１７／ｃｍ３台～１０１８／ｃｍ３台である。ｐ＋＋層とｎ＋＋層との組み合わせ（以下では、ｐ＋＋層／ｎ＋＋層で表記する。）は、例えばｐ＋＋ＧａＡｓ／ｎ＋＋ＧａＩｎＰ、ｐ＋＋ＡｌＧａＡｓ／ｎ＋＋ＧａＩｎＰ、ｐ＋＋ＧａＡｓ／ｎ＋＋ＧａＡｓ、ｐ＋＋ＡｌＧａＡｓ／ｎ＋＋ＡｌＧａＡｓ、ｐ＋＋ＩｎＧａＡｓ／ｎ＋＋ＩｎＧａＡｓ、ｐ＋＋ＧａＩｎＡｓＰ／ｎ＋＋ＧａＩｎＡｓＰ、ｐ＋＋ＧａＡｓＳｂ／ｎ＋＋ＧａＡｓＳｂである。なお、組み合わせを相互に変更したものでもよい。
＜駆動サイリスタＳを構成する半導体層＞
ｎカソード層８５は、例えば不純物濃度１×１０１８／ｃｍ３のｎ型のＡｌ０．９ＧａＡｓである。Ａｌ組成は、０～１の範囲で変更してもよい。
ｐゲート層８６は、例えば不純物濃度１×１０１７／ｃｍ３のｐ型のＡｌ０．９ＧａＡｓである。Ａｌ組成は、０～１の範囲で変更してもよい。
ｎゲート層８７は、例えば不純物濃度１×１０１７／ｃｍ３のｎ型のＡｌ０．９ＧａＡｓである。Ａｌ組成は、０～１の範囲で変更してもよい。
ｐアノード層８８は、例えば不純物濃度１×１０１８／ｃｍ３のｐ型のＡｌ０．９ＧａＡｓである。Ａｌ組成は、０～１の範囲で変更してもよい。
＜光源２０の製造方法＞
光源２０は、次のように製造される。
基板８０上に、ｎカソード層８１、発光層８２、ｐアノード層８３、トンネル接合層８４、ｎカソード層８５、ｐゲート層８６、ｎゲート層８７、ｐアノード層８８を順に積層する。次に、ｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５、トンネル接合層８４、ｐアノード層８３、発光層８２及びｎカソード層８１をエッチングして、発光部２２を分離する部分及び穴３４２を形成する。
そして、酸化雰囲気において、穴３４２の側面からｐアノード層８３における電流狭窄層を酸化して、電流阻止部βを形成する。
さらに、ｐアノード層８８の一部をエッチングして、ｎゲート層８７の表面を露出させる。そして、ｐアノード層８８上にｐオーミック電極３２１を形成し、ｎゲート層８７上にｎゲート層８７にオーミック接触するゲート電極３３１を形成する。なお、ｐオーミック電極３２１は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓにオーミック接触するＺｎを含むＡｕ（ＡｕＺｎ）などで構成されている。ゲート電極３３１は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓにオーミック接触するＧｅを含むＡｕ（ＡｕＧｅ）などで構成されている。
次に、前面に絶縁層８９を形成する。そして、絶縁層８９、ｐアノード層８８、ｎゲート層８７、ｐゲート層８６、ｎカソード層８５、トンネル接合層８４をエッチングして、光出射口３４１を形成する。絶縁層８９は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮなどである。
そして、ｐオーミック電極３２１の部分の絶縁層８９にスルーホールを形成し、発光用電極７２を形成する。なお、発光用電極７２と同時に、切替部２３の信号端子２４及び信号端子２４とｎゲート層８７とを接続する配線が形成される。
なお、上記した工程を入れ替えて、光源２０を製造してもよい。例えば、絶縁層８９を形成する前に、光出射口３４１を形成してもよい。このようにすると、光出射口３４１が絶縁層８９で覆われ保護される。この場合、絶縁層８９には、発光ダイオードＬＥＤの光を透過するものが用いられる。
上記のように、発光ダイオードＬＥＤと駆動サイリスタＳとを積層すれば、駆動サイリスタＳに切替信号φｆを供給することで、発光ダイオードＬＥＤの発光が制御される。つまり、発光ダイオードＬＥＤと駆動サイリスタＳとを積層しない場合に比べ、発光ダイオードＬＥＤの発光の制御が容易になる。
（発光装置４の変形例）
図５に示した本実施の形態が適用される発光装置４では、光源２０の光出射部２１において、発光部２２がマトリクス状に配列されていた。しかし、発光部２２は、必ずしもマトリクス状に配列されていることを要しない。
図１０は、本実施の形態が適用される発光装置４の変形例である発光装置４Ａを示す図である。ここでは、光源２０Ａが、発光装置４の光源２０と異なっている。他の部分は、発光装置４と同様である。なお、光源２０Ａの光源２０と同じ部分には、同じ符号を付して説明する。
光源２０Ａは、４個の発光部２２を備えている。４個の発光部２２は、マトリクス状に配列されていない。このように、複数の発光部２２は、マトリクス状以外の配列で配置してもよい。なお、切替部２３は、駆動部５０の反対側の位置に配置されている。これにより、駆動部５０と発光部２２との間の距離が、切替部２３が駆動部５０と発光部２２との間の位置に設けられる場合に比べ短くなる。これにより、発光装置４Ａにおいて、駆動部５０と光源２０における発光部２２との間のインダクタンスが小さくなり、光パルスの立ち上がり時間が短くなる。
図１１は、本実施の形態が適用される発光装置４の変形例である発光装置４Ｂを示す図である。ここでは、光源２０Ｂが、発光装置４の光源２０と異なっている。他の部分は、発光装置４と同様である。なお、光源２０Ｂの光源２０と同じ部分には、同じ符号を付している。
本実施の形態が適用される発光装置４の光源２０における発光部２２（図４参照）、発光装置４Ａの光源２０Ａにおける発光部２２（図１０参照）は、平面形状が四角形であった。これに対して、図１１に示す、発光装置４Ｂの光源２０Ｂにおける発光部２２は、平面形状が角丸四角形である。このように、発光部２２の平面形状は、四角形以外の形状、つまり、丸、楕円、多角形などであってもよい。なお、切替部２３は、駆動部５０の反対側の位置に配置されている。これにより、駆動部５０と発光部２２との間の距離が、切替部２３が駆動部５０と発光部２２との間の位置に設けられる場合に比べ短くなる。これにより、発光装置４Ｂにおいて、駆動部５０と光源２０における発光部２２との間のインダクタンスが小さくなり、光パルスの立ち上がり時間が短くなる。
図１２は、本実施の形態が適用される発光装置４の変形例である発光装置４Ｃを示す等価回路である。ここでは、切替部２３Ｃが発光装置４の切替部２３と異なっている。他の部分は、発光装置４と同様である。
発光装置４の切替部２３は、発光部２２に対応して設けられた信号端子２４で構成されていた。発光装置４Ｃの切替部２３Ｃは、スイッチング素子２４Ｃで構成されている。切替信号φｆは、スイッチング素子２４Ｃを介して、駆動サイリスタＳに供給される。なお、図１２では、発光部２２－１、２２－２、２２－３に対応するスイッチング素子２４Ｃをスイッチング素子２４Ｃ－１、２４Ｃ－２、２４Ｃ－３と表記する。
このように、切替部２３Ｃをスイッチング素子２４Ｃで構成してもよい。
図１３は、本実施の形態が適用される発光装置４の変形例である発光装置４Ｄを示す等価回路である。ここでは、切替部２３Ｄが発光装置４の切替部２３と異なっている。他の部分は、発光装置４と同様である。
切替部２３Ｄは、発光装置４Ｃのスイッチング素子２４Ｃに加え、スイッチング素子２４Ｃのオン状態を順に転送する転送回路２８を備える。つまり、転送回路２８は、スイッチング素子２４Ｃ－１がオフ状態からオン状態に移行し、再びオフ状態に移行した後に、スイッチング素子２４Ｃ－２をオフ状態からオン状態に移行させる。このように、転送回路２８は、順にオン状態を転送させる。これにより、複数の発光部２２を順に発光させられる。つまり、発光部２２の発光を個別に制御することを要せず、発光を開始させるスタート信号を転送回路２８に供給することで、発光部２２の発光が制御される。このような転送回路２８は、例えばシフトレジスタである。
本実施の形態では、基板８０上に発光素子の一例である発光ダイオードＬＥＤを設け、発光ダイオードＬＥＤ上に駆動サイリスタＳを積層した。基板８０上に駆動サイリスタＳを設け、駆動サイリスタＳ上に発光ダイオードＬＥＤを積層してもよい。
また、本実施の形態では、ｎ型の基板８０としたが、ｐ型の基板として、極性が逆の光源２０を構成してもよい。このとき、基板上に発光ダイオードＬＥＤを設け、発光ダイオードＬＥＤ上に駆動サイリスタＳを積層してもよく、基板８０上に駆動サイリスタＳを設け、駆動サイリスタＳ上に駆動サイリスタＳを積層してもよい。
本実施の形態では、発光部２２は同じ発光部２２の発光素子（本実施の形態では、発光ダイオードＬＥＤ）同士が隣り合うように構成した、このようにすることで、発光部２２の構成が容易になる。しかし、発光素子同士が固まって配置される必要はなく、切替部２３の同じ信号端子２４に接続された発光素子同士を１つの発光部２２とみなしてもよい。
本実施の形態では、発光装置４が３Ｄセンサ５と共に活用される例を示したが、これに限定されない。光伝送に使用される発光装置に適用してもよく、その場合は光伝送路と組み合わせてもよく、切替部によって切り替えられる光を同じ光伝送路に入れてもよいし、異なる光伝送路に入れてもよい。
１…情報処理装置、２…ユーザインターフェイス（ＵＩ）部、３…光学装置、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…発光装置、５…三次元センサ（３Ｄセンサ）、８…計測制御部、８Ａ…３Ｄ形状特定部、９…システム制御部、９Ａ…認識処理部、１０…配線基板、２０、２０Ａ、２０Ｂ…光源、２１…光出射部、２２、２２－１～２２－１２…発光部、２３、２３Ｃ、２３Ｄ…切替部、２４、２４－１～２４－１２…信号端子、２４Ｃ、２４Ｃ－１～２４Ｃ－３…スイッチング素子、２５…配線、２８…転送回路、３０…光拡散部材、４０…保持部、５０…駆動部、５１…ＭＯＳトランジスタ、５２…信号発生回路、７１…基準電位配線、７２…発光用電極、７２Ａ、７２Ｂ…パッド部、８０…ｎ型の基板、８１…ｎ型のカソード層（ｎカソード層）、８２…発光層、８３…ｐ型のアノード層（ｐアノード層）、８４…トンネル接合層、８５…ｎ型のカソード層（ｎカソード層）、８６…ｐ型のゲート層（ｐゲート層）、８７…ｎ型のゲート層（ｎゲート層）、８８…ｐ型のアノード層（ｐアノード層）、８９…絶縁層、９０…裏面電極、１００…照射領域、φｆ、φｆ１～φｆ１２…切替信号、ＬＥＤ…発光ダイオード、Ｓ…駆動サイリスタ、ＶＬＤ…電源電位、Ｖｄ…順方向電圧（拡散電位）

Claims (11)

  1. 複数の発光部と、
    前記発光部に電流を供給して当該発光部を駆動する駆動部と、
    複数の前記発光部に対し前記駆動部とは反対側に設けられ、複数の当該発光部の発光を切り替える切替部と、
    を備える発光装置。
  2. 前記発光部に電流を供給する発光用電極であって、
    前記駆動部と前記切替部とが設けられた位置とは、複数の前記発光部に対して異なる位置で、複数の当該発光部の外側にパッド部が設けられている発光用電極を備える請求項１に記載の発光装置。
  3. 複数の発光部と、
    前記発光部に電流を供給して当該発光部を駆動する駆動部と、
    複数の前記発光部に対し前記駆動部とは反対側に設けられ、複数の当該発光部の発光を切り替える切替部と、
    複数の前記発光部に電流を供給する発光用電極と、を有し、
    複数の前記発光部は、互いに対向する第１の縁及び第２の縁と、当該第１の縁及び当該第２の縁とを接続する、互いに対向する第３の縁及び第４の縁とを備え、
    前記駆動部、前記切替部及び前記発光用電極は、それぞれ異なる縁側に設けられている発光装置。
  4. 前記駆動部及び前記切替部は、互いに対向する前記第１の縁側と前記第２の縁側に設けられている請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記発光用電極は、前記第３の縁側と前記第４の縁側との両方にパッド部が設けられている請求項４に記載の発光装置。
  6. 複数の前記発光部毎に前記切替部とを接続する配線を備え、
    前記配線は、前記発光部の外側において当該発光部に沿って設けられている請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記切替部は、スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  8. 前記切替部は、前記発光部毎に設けられた前記スイッチング素子のオン状態が順に転送される請求項７に記載の発光装置。
  9. 前記発光部は、発光ダイオードと、当該発光ダイオードに積層され、オン状態になることにより当該発光ダイオードを発光させるサイリスタとを備える請求項１に記載の発光装置。
  10. 前記発光ダイオードは、垂直共振器面発光レーザであることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記発光装置から出射した光が照射された被計測物からの反射光を受光する三次元センサと、
    を備える計測装置。
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